專利名稱：Dc等離子體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及包括連接到等離子體腔室的陰極和陽(yáng)極的DC電源的DC等離子體系統(tǒng)，其中所述等離子體腔室的陽(yáng)極在等離子體處理期間電浮置。而且，本實(shí)用新型涉及點(diǎn)燃(ignite)DC等離子體系統(tǒng)的等離子體腔室的等離子體的方法，所述DC等離子體系統(tǒng)具有在所述等離子體腔室中存在等離子體時(shí)電浮置的陽(yáng)極。
背景技術(shù)：
在US 2007/0181063A1中描述了這樣的系統(tǒng)和方法。在該文獻(xiàn)中指出，在半導(dǎo)體制造處理中，向處理腔室引入正離子、負(fù)離子和中性粒子的等離子體以輔助半導(dǎo)體器件形成。在處理期間，隨著新的襯底被引入到腔室內(nèi)進(jìn)行處理，等離子體被重復(fù)熄滅和重新點(diǎn)燃。對(duì)于一些處理，可在單個(gè)腔室內(nèi)對(duì)襯底執(zhí)行的多步驟處理的步驟之間熄滅和重新點(diǎn)燃等離子體。此外，如果處理?xiàng)l件不穩(wěn)定，在處理步驟的中間等離子體會(huì)意外地自己熄滅或者滅失。在陽(yáng)極被電隔離并且用于點(diǎn)燃和維持等離子體的電壓連接到陰極和等離子腔室電勢(shì)的腔室設(shè)計(jì)中，能夠朝向陰極電勢(shì)浮置陽(yáng)極。隨著陽(yáng)極朝向陰極電勢(shì)浮置，陰極和陽(yáng)極之間的電勢(shì)差降低。該電勢(shì)差的降低會(huì)足以防止等離子體點(diǎn)燃。而且，在沒(méi)有等離子體點(diǎn)燃的情況下陰極電壓保持完全點(diǎn)燃越長(zhǎng)，浮置的陽(yáng)極電勢(shì)將越接近陰極電勢(shì)，從而進(jìn)一步阻止等離子體點(diǎn)燃。US 2007/0181063A1建議的用于點(diǎn)燃等離子體的方法包括步驟如果等離子體未在向處理腔室的陰極施加等離子體點(diǎn)燃電壓時(shí)點(diǎn)燃，則降低施加到陰極的電壓的幅度。而且，其包括向陰極重新施加具有降低幅度的等離子體點(diǎn)燃電壓，并且監(jiān)視該處理腔室以確定是否已點(diǎn)燃等離子體?？梢灾貜?fù)降低陰極電壓幅度和重新施加等離子體點(diǎn)燃電壓的步驟，直到等離子體點(diǎn)燃。這是漫長(zhǎng)且無(wú)法很好控制的處理。在陽(yáng)極被電隔離并且用于點(diǎn)燃和維持等離子體的電壓連接到陰極和陽(yáng)極的腔室設(shè)計(jì)中，還常常存在等離子體在陰極和陽(yáng)極之間正確點(diǎn)燃的問(wèn)題。特別是，如果陽(yáng)極和腔室壁之間的電容相對(duì)于陰極和腔室壁之間的電容較小，則陽(yáng)極遠(yuǎn)離等離子體腔室電勢(shì)浮置，并且陰極電勢(shì)會(huì)朝向等離子體腔室浮置。如果發(fā)生這一情況，則陰極電勢(shì)和等離子體腔室電勢(shì)之間的差值常常太小而無(wú)法導(dǎo)致點(diǎn)燃。通常是，無(wú)法正確點(diǎn)燃，而僅點(diǎn)燃陰極或者僅點(diǎn)燃陽(yáng)極，進(jìn)入穩(wěn)定但不正確的狀態(tài)。這意味著，存在不正確的磁電管(magnetron)放電。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題在于找到一種能夠確保和良好控制等離子體的正確點(diǎn)燃的方法和DC等離子體供應(yīng)。通過(guò)一種DC等離子體系統(tǒng)解決該問(wèn)題，所述DC等離子體系統(tǒng)包括連接到等離子體腔室的陰極和陽(yáng)極的DC電源，其中所述等離子體腔室的陽(yáng)極在等離子體處理期間電浮置，其中提供連接在陽(yáng)極電勢(shì)和等離子體腔室電勢(shì)之間的開關(guān)，其通常連接到保護(hù)地。通常，在陰極和陽(yáng)極之間施加例如800V的電壓時(shí)，陽(yáng)極電勢(shì)改變大約400V，這意味著大約400V存在于陰極和等離子體腔室電勢(shì)之間并且大約400V存在于陽(yáng)極和等離子體腔室電勢(shì)之間。這樣的電壓不足以點(diǎn)燃等離子體。然而，如果對(duì)于點(diǎn)燃，將陽(yáng)極電勢(shì)連接到等離子體腔室電勢(shì)，則總的施加電壓保持在陰極和等離子體腔室電勢(shì)之間，該等離子體腔室電勢(shì)現(xiàn)在是陽(yáng)極電勢(shì)。因而，等離子體腔室中存在用于點(diǎn)燃等離子體的足夠電壓。在點(diǎn)燃等離子體之后，開關(guān)能夠再次打開并且陽(yáng)極能夠在等離子體處理期間再次處于浮置電勢(shì)。通常，也將浮置的陽(yáng)極描述為電隔離。對(duì)于本實(shí)用新型，應(yīng)將浮置的陽(yáng)極認(rèn)為是陽(yáng)極，其不具有到等離子體腔室或者保護(hù)地的直接(結(jié)構(gòu))電連接。可以通過(guò)在DC電源的正輸出端或者陽(yáng)極與等離子體腔室電勢(shì)連接，特別是連接到保護(hù)地的等離子體腔室的殼體，之間連接開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極電勢(shì)與等離子體腔室電勢(shì)之間的連接。DC電源的正輸出端連接到陽(yáng)極。這意味著，將開關(guān)連接到DC電源的正輸出端是足夠的。不必將開關(guān)直接與陽(yáng)極連接。另一方面，所述開關(guān)能夠連接到所述等離子體腔室的殼體，該等 離子體腔室的殼體連接到保護(hù)地以實(shí)現(xiàn)所述陽(yáng)極電勢(shì)和所述等離子體腔室電勢(shì)之間的連接。而且，可以提供連接在陽(yáng)極電勢(shì)和等離子體腔室電勢(shì)之間的第一電容器。該電容器有助于降低在開關(guān)的切換期間的振蕩。從而確保了開關(guān)的更加穩(wěn)定的操作。可以提供用于控制所述開關(guān)的控制元件，其中基于所述DC等離子體系統(tǒng)的第一和第二監(jiān)視參數(shù)，特別是基于DC電源的輸出電壓和輸出電流，生成控制信號(hào)。如果所測(cè)量的輸出電流低于第一設(shè)定點(diǎn)并且所測(cè)量的輸出電壓高于第二設(shè)定點(diǎn)，貝1J只要輸出電流低于第三設(shè)定點(diǎn)，開關(guān)就能夠接通。因而，能夠確保等離子體的點(diǎn)燃。另一方面，可以通過(guò)不閉合開關(guān)一長(zhǎng)于給定的時(shí)間段，例如不長(zhǎng)于2ms來(lái)保護(hù)DC等離子體系統(tǒng)。所述控制元件可以包括數(shù)字信號(hào)處理器。這確保了能夠非常快速地執(zhí)行信號(hào)處理。而且，可以與所述開關(guān)并聯(lián)地提供保護(hù)電路配置。因而，能夠保護(hù)開關(guān)免受高電壓尖峰。具體地說(shuō)，通過(guò)使用保護(hù)電路配置，能夠防止開關(guān)的輸出端的高電壓尖峰影響開關(guān)的控制輸入而導(dǎo)致開關(guān)的不穩(wěn)定和不期望的操作。所述電路配置可以包括串聯(lián)到第二電容器的電阻器。因而能夠阻尼振蕩，使所述開關(guān)更加穩(wěn)定的操作。而且，所述電路配置可以包括與所述電阻器并聯(lián)設(shè)置的二極管。這改善了開關(guān)的保護(hù)?？梢蕴峁┯糜诒O(jiān)視第一參數(shù)的第一監(jiān)視設(shè)備以及定時(shí)器，所述第一監(jiān)視設(shè)備和所述定時(shí)器均連接到所述開關(guān)的所述控制元件，并且所述開關(guān)保持閉合直到所監(jiān)視的第一參數(shù)通過(guò)第三設(shè)定點(diǎn)或者在閉合所述開關(guān)之后經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間。這確保了所述開關(guān)不保持閉合太長(zhǎng)，因此在點(diǎn)燃等離子體之后立即開始等離子體處理。另一方面，所述開關(guān)可以保持閉合一給定的最小時(shí)間。這確保了所述開關(guān)保持閉合長(zhǎng)到足以確保等離子體的點(diǎn)燃。本實(shí)用新型還涉及一種點(diǎn)燃DC等離子體系統(tǒng)的等離子體腔室中的等離子體的方法，在所述等離子體腔室中存在等離子體時(shí)所述DC等離子體系統(tǒng)具有電浮置的陽(yáng)極，其中，所述陽(yáng)極電勢(shì)暫時(shí)與等離子體腔室電勢(shì)電連接，用于點(diǎn)燃所述等離子體腔室內(nèi)部的等離子體。因而，能夠確保在具有電浮置的陽(yáng)極的DC等離子體系統(tǒng)中等離子體的點(diǎn)燃?？梢酝ㄟ^(guò)閉合連接在陽(yáng)極電勢(shì)和等離子體腔室之間的開關(guān)，使所述陽(yáng)極電勢(shì)暫時(shí)與等離子體腔室電勢(shì)電連接。因而，能夠以非常簡(jiǎn)單的方式，實(shí)現(xiàn)通常浮置的陽(yáng)極和等離子體腔室電勢(shì)之間的電連接。根據(jù)一種方法變型，監(jiān)視所述DC等離子體供應(yīng)系統(tǒng)的第一參數(shù)并且將該第一參數(shù)與第一設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較以獲得第一比較結(jié)果，監(jiān)視所述等離子體系統(tǒng)的第二參數(shù)并且將該第二參數(shù)與第二設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較以獲得第二比較結(jié)果，并且如果所述第一比較結(jié)果滿足第一給定條件并且所述第二比較結(jié)果滿足第二給定條件，則閉合所述開關(guān)(S)。因而，如果輸出電流低于第一設(shè)定點(diǎn)并且DC等離子體供應(yīng)的輸出電壓高于第二設(shè)定點(diǎn)，貝1J可以閉合所述開關(guān)。因而，能夠識(shí)別·一種情況在所述等離子體腔室中不存在等離子體時(shí)，但是必須執(zhí)行等離子體的點(diǎn)燃。可以通過(guò)比較器執(zhí)行所述比較，并且可以將一個(gè)或者幾個(gè)比較器的輸出端連接到一個(gè)或者多個(gè)邏輯門，該一個(gè)或者多個(gè)邏輯門可以提供在比較器的下游并且在控制所述開關(guān)的控制元件之前?？梢员O(jiān)視所述第一參數(shù)并且所述開關(guān)保持閉合直到所監(jiān)視的第一參數(shù)通過(guò)第三設(shè)定點(diǎn)或者在閉合所述開關(guān)之后經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間。這確保了就在等離子體點(diǎn)燃之后打開所述開關(guān)。另一方面，如果由于某些原因等離子體沒(méi)有點(diǎn)燃，則開關(guān)再次打開以防止對(duì)等離子體腔室的損害。所述開關(guān)保持閉合一給定的最小時(shí)間。這確保了所述開關(guān)閉合長(zhǎng)到足以確保所述等離子體的點(diǎn)燃。

通過(guò)考慮
以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的教導(dǎo)將變得明顯，在附圖中圖1示出DC等離子體系統(tǒng)的示意圖；圖2示出說(shuō)明DC等離子體系統(tǒng)的操作的圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中，不出了 DC等尚子體系統(tǒng)I。DC等尚子體系統(tǒng)I包括具有負(fù)輸出端3和正輸出端4的DC電源2。負(fù)輸出端3連接到陰極K并且正輸出端4連接到等離子體腔室5的陽(yáng)極A。等離子體腔室5的殼體連接到保護(hù)地PE。開關(guān)S連接在正輸出端4并且因而陽(yáng)極電勢(shì)與保護(hù)地PE之間。與開關(guān)S并聯(lián)地提供保護(hù)電路6，該保護(hù)電路6包括串聯(lián)連接到電容器C2的二極管D以及并聯(lián)連接到二極管D的電阻器R。保護(hù)電路6保護(hù)開關(guān)S。具體地說(shuō)，保護(hù)電路6阻尼在打開和閉合開關(guān)S時(shí)發(fā)生的振蕩。連接在陽(yáng)極A和保護(hù)地PE之間的電容器Cl還幫助裳減振湯。第一監(jiān)視設(shè)備7連接到正輸出端4且測(cè)量DC電源2的輸出電流Itjut或者與其相關(guān)的參數(shù)作為第一監(jiān)視參數(shù)并且生成第一測(cè)量值VIwt。第二監(jiān)視設(shè)備8連接在DC電源2的負(fù)輸出端3和正輸出端4之間且測(cè)量DC電源2的輸出電壓Uout或者相關(guān)的參數(shù)作為第二監(jiān)視參數(shù)并且生成第二測(cè)量值Vurat。第一監(jiān)視設(shè)備7連接到DC電源2的兩個(gè)比較器Kl，K3。第二監(jiān)視設(shè)備8連接到DC電源2的第二比較器K2。在比較器Kl中，將第一監(jiān)視設(shè)備7的輸出與第一設(shè)定點(diǎn)VMfl進(jìn)行比較。在比較器K2中，將第二監(jiān)視設(shè)備8的輸出與第二設(shè)定點(diǎn)Vref2進(jìn)行比較，并且在第三比較器K3中，將第一監(jiān)視設(shè)備7的輸出與第三設(shè)定點(diǎn)V,ef3進(jìn)行比較。將比較器K2和K3的輸出饋送到與門9，將該與門9的輸出饋送到數(shù)字信號(hào)處理器形式的控制元件DSP。將比較器Kl的輸出直接饋送到控制元件DSP?；趶谋容^器Kl和與門9輸出的信號(hào)，控制元件DSP生成控制信號(hào)Uctrl以控制開關(guān)S。而且，控制元件DSP包括定時(shí)器10以確定用于閉合開關(guān)S的最小和最大時(shí)間。DC電源2的殼體也連接到保護(hù)地PE。而且，在當(dāng)前示例中，DC電源2通過(guò)連接器L1，L2，L3連接到主電源?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D2描述DC等離子體系統(tǒng)I的操作。在點(diǎn)A和B之間，由第二監(jiān)視設(shè)備8測(cè)量的DC電源2的輸出電壓Uout為-800V。由于浮置的陽(yáng)極A，輸出電壓Uout僅部分存在于陰極K和PE之間。陰極K和PE之間的電壓Uk為-400V。陽(yáng)極A和PE之間的電壓UaS+400V。由于等離子體腔室5中不存在等離子體，輸出電流Iwt SOA。由于輸出電流I0Ut的第一測(cè)量值Vltjut低于第一設(shè)定點(diǎn)VMfl,并且輸出電壓Uout的第二測(cè)量值Vurat高于第二設(shè)定點(diǎn)vMf2，并且輸出電流U的第一測(cè)量值Vlrat低于第三設(shè)定點(diǎn)vMf3，因此滿足強(qiáng)制點(diǎn)燃等離子體的條件。因此，由控制元件DSP在點(diǎn)B處生成驅(qū)動(dòng)開關(guān)S的信號(hào)U&i。因而，陽(yáng)極電勢(shì)連接到保護(hù)地PE，該保護(hù)地PE連接到等離子體腔室，并且因此在這種情況下構(gòu)成等離子體腔室電勢(shì)，導(dǎo)致陽(yáng)極A和PE之間的電壓降，這可以在信號(hào)Ua中看出。陽(yáng)極A現(xiàn)在處于朝向PE測(cè)量的0V，而完全輸出電壓Uout現(xiàn)在位于陰極K和PE之間。因此，陰極K的電壓Uk處于朝向PE測(cè)量的-800V。電流Itjut在B和C之間升高。在點(diǎn)C處，輸出電流Iwt升高高于第三設(shè)定點(diǎn)VMf3,這導(dǎo)致信號(hào)Uctrl的信號(hào)電平改變。這意味著開關(guān)S再次打開。在點(diǎn)B和C之間逝去的時(shí)間h小于預(yù)定時(shí)間。因此，在輸出電流Iwt升高高于第三設(shè)定點(diǎn)Uref3時(shí)開關(guān)S打開。在輸出電流Itjut未升高高于第三設(shè)定點(diǎn)Vref3的情況下，如果在點(diǎn)B和C之間經(jīng)歷了預(yù)定時(shí)間，則將打開開 關(guān)S，以保護(hù)等離子體系統(tǒng)I。在點(diǎn)C和D之間的穩(wěn)定時(shí)段之后，輸出電壓Uout降低到-600V。在點(diǎn)D處，點(diǎn)燃等離子體并且在等離子體腔室5中運(yùn)行等離子體處理。
權(quán)利要求1.一種DC等離子體系統(tǒng)(I)，包括連接到等離子體腔室(5)的陰極(K)和陽(yáng)極(A)的DC電源(2)，其中所述等離子體腔室(5)的所述陽(yáng)極(A)在等離子體處理期間電浮置，其特征在于，還包括連接在陽(yáng)極電勢(shì)與等離子體腔室電勢(shì)之間的開關(guān)(S)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)(S)連接在所述DC電源(2)的正輸出端(4)或者所述陽(yáng)極(A)與等離子體腔室電勢(shì)連接端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)(S)連接在所述DC電源(2)的正輸出端(4)或者所述陽(yáng)極(A)與連接到保護(hù)地(PE)的所述等離子體腔室(5)的殼體之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，第一電容器(C1)連接在陽(yáng)極電勢(shì)與等離子體腔室電勢(shì)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于控制所述開關(guān)(S)的控制元件(DSP)，所述控制元件(DSP)基于所述DC等離子體系統(tǒng)(I)的第一和第二監(jiān)視參數(shù)，生成控制信號(hào)(Uetal)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述控制元件(DSP)基于所述DC電源⑵的輸出電壓(Utjut)和輸出電流(Itjut),生成控制信號(hào)(Urtrt)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述控制元件(DSP)包括數(shù)字信號(hào)處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述開關(guān)⑶并聯(lián)的保護(hù)電路(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)電路(6)包括串聯(lián)到第二電容器(C2)的電阻器(R)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)電路(6)包括與所述電阻器(R)并聯(lián)設(shè)置的二極管(D)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC等離子體系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于監(jiān)視第一參數(shù)(Iout)的第一監(jiān)視設(shè)備(7)以及定時(shí)器(10)，所述第一監(jiān)視設(shè)備(7)和所述定時(shí)器(10)均連接到所述開關(guān)(S)的所述控制元件(DSP)，并且所述開關(guān)(S)保持閉合直到所監(jiān)視的第一參數(shù)(I?！雇ㄟ^(guò)第三設(shè)定點(diǎn)(VMf3)或者在閉合所述開關(guān)(S)之后經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種DC等離子體系統(tǒng)(1)，包括連接到等離子體腔室(5)的陰極(K)和陽(yáng)極(A)的DC電源(2)，其中所述等離子體腔室(5)的所述陽(yáng)極(A)在等離子體處理期間電浮置，提供連接在陽(yáng)極電勢(shì)與等離子體腔室電勢(shì)之間的開關(guān)(S)，其通常連接到保護(hù)地(PE)。
文檔編號(hào)H05H1/46GK202871740SQ20112028050
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
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