一种等离子体射频电源电弧检测及其抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子体射频电源电弧检测及其抑制方法，首先通过采样电路模块获取射频电源的输出电压和输出电流，然后通过特定的判别准则区分微弧和硬弧，并采取相应的控制策略进行抑弧处理，最终实现对电弧的快速检测和有效抑制，提高薄膜沉积质量，避免工件表面产生不可逆的损伤，最后即可设计等离子体射频电源的最优微弧参数，通过调整微弧中断时间、电压阈值和电流阈值，并记录硬弧和软弧的频次，计算出最优的微弧中断时间及相关参数，以实现对微弧的最佳处理。通过使用本发明专利技术所提出的等离子体射频电源电弧检测及抑制技术，可以及时检测和抑制电弧的产生，保护工件表面，提高薄膜沉积质量，减少工件不良率。减少工件不良率。减少工件不良率。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体射频电源电弧检测及其抑制方法


[0001]本专利技术涉及等离子体薄膜沉积工艺领域，具体为一种用于等离子体薄膜沉积工艺中的射频电源电弧检测及其抑制方法。

技术介绍

[0002]等离子体处理装置被广泛应用于半导体加工领域中，如物理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD等。譬如常见的等离子体增强型化学气相沉积PECVD，其原理是利用辉光放电产生的等离子体使气体分解并快速发生反应，从而生成薄膜。
[0003]射频电源广泛用于PECVD、PVD等等离子体薄膜沉积工艺场合。在薄膜沉积工艺中，利用射频电源来激发产生等离子体。由于工件表面局部电荷积累、表面尖端放电、腔体气氛变化等因素，易产生电弧打火现象，如不及时采取有效措施，将影响薄膜沉积质量，甚至对工件表面产生不可逆的损伤，导致工件报废。因此，在等离子体薄膜沉积工艺中，电弧的快速检测和有效抑弧处理至关重要。为了减少电弧放电的不利影响，希望在电弧形成过程的初期就能自动的判断出电弧，以便尽早的关断电源输出，减轻已发生的电弧的危害。通过提出一种新的等离子体射频电源电弧检测及其抑制技术，可以有效提高薄膜沉积工艺的稳定性和良率。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提出了一种等离子体射频电源电弧检测及抑制方法，包括射频电源输出电压传感及采样电路模块、射频电源输出电流传感、采样电路模块以及电弧检测及抑制模块。通过电压传感器和电流传感器获取射频电源的输出电压和输出电流；对输出电压和输出电流与预设的电压阈值和电流阈值进行比较，识别出微弧和硬弧；根据检测结果，控制射频电源的输出进行中断并熄灭电弧，以避免对工件造成损害；在硬弧中断时间之后，逐步恢复射频电源的输出，确保工作的连续性和稳定性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种等离子体射频电源电弧检测及其抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：通过电弧检测模块对等离子体射频电源进行电弧检测：S11：利用输出电压采样模块，获取射频电源的输出电压Uo；S12：利用输出电流采样模块，获取射频电源的输出电流Io；S13：将输出电压Uo与预设的电压阈值Uth作比较，同时将输出电流Io与预设的电流阈值Ith作比较，当Uo小于Uth且Io大于Ith时，判别为UXI弧，也即微弧，将输出电流Io与预设的电流阈值Ith1作比较，当Io大于Ith1时，判别为Imax弧，也即硬弧；S2：通过电弧抑制模块对等离子体射频电源电弧进行抑制：S21：当判别发生微弧时，控制射频电源的输出按预定微弧中断时间Tmicro关断，使得微弧熄灭；S22：当判别发生硬弧时，控制射频电源的输出按预定硬弧中断时间TImax关断，使
得硬弧熄灭；经过TImax时间之后，再控制射频电源输出按照预定的斜率重启爬坡，恢复输出；S3：设计等离子体射频电源的最优微弧参数：S31：将与微弧相关的电压阈值Uth设到最小值，将电流阈值Ith设到最大值；S32：使能硬弧动作功能，关闭软弧动作功能；S33：记录此时射频电源硬弧和软弧发生的频次，即单位时间内硬弧和软弧发生的次数，分别记为RImax0和RUXI0；S34：同时使能硬弧和软弧动作功能，并将微弧中断时间Tmicro设到最小值；S35：记录此时射频电源硬弧和软弧发生的频次，即单位时间内硬弧和软弧发生的次数，分别记为RImax1和RUXI1；S36：逐次增加微弧中断时间，每次TmicroI（I=1，2，3，
…
）下均记录此时射频电源硬弧和软弧发生的频次，即单位时间内硬弧和软弧发生的次数，分别记为RImaxI和RUXII （I=1, 2，3，
…
）；S37：逐次增大电压阈值Uth，降低电流阈值Ith， 并重复步骤S2
‑
步骤S6；S38：计算每种情况下的硬弧和软弧发生比率，计算公式为：R1Imax= RImax0/RImaxI, R1UXI= RUXI0/RUXII；S39：计算每种情况下射频电源的微弧中断时间，计算公式为：TI=TmicroI*R1UXI；S310：评估微弧的最优设置，根据最优位置得到最优微弧参数，最优微弧参数为使得硬弧发生比率最大并且微弧中断时间最短。
[0006]上述结构中：本专利技术提出的一种等离子体射频电源电弧检测及其抑制方法，包括以下几个步骤：首先是通过电弧检测模块对等离子体射频电源进行电弧检测，然后通过电弧抑制模块对等离子体射频电源电弧进行抑制，最后，设计等离子体射频电源的最优微弧参数。
[0007]其中，在通过电弧检测模块对等离子体射频电源进行电弧检测时，通过设置安装的输出电压采样模块和输出电流采样模块分别获取射频电源的输出电流和输出电压，在通过设置的电弧检测模块进行对输出电压和输出电流与预设的电压阈值和电流阈值进行比较，识别出微弧和硬弧，完成对射频电源输出的电弧检测。
[0008]电弧检测模块进行电弧检测时，通过电压传感器和电流传感器分别获取射频电源的输出电压和输出电流，并与预设的电压阈值和电流阈值进行比较，从而识别出微弧和硬弧。通过电弧检测模块进行电弧检测，可以及时发现和识别电弧问题，为后续的电弧抑制处理提供准确的依据。
[0009]当电弧产生时，就需要通过电弧抑制模块对等离子体射频电源电弧进行抑制，射频电源输出电压的变化比电流变化更快，可以通过检测射频电源输出电压幅度，来迅速判断拉弧现象是否产生，并迅速关断射频电源输出脉冲电压，此时拉弧电流只比稳态输出电流略微升高，电弧类型为微弧，若输出电压低于设定电压阈uth且输出电流大于设定的电流阈值ith则将电弧判定为微弧。若电弧产生时输出电流增大过快，大于预设的电流阈值ith1，则将电弧判定为硬弧。
[0010]电弧抑制模块进行电弧抑制时，根据检测到的电弧类型，控制射频电源的输出进行中断并熄灭电弧。例如，在检测到微弧时，控制射频电源的输出按预定的微弧中断时间进
行关断，以防止微弧进一步发展为硬弧。当检测到硬弧时，控制射频电源的输出按预定硬弧中断时间关断一段时间，熄灭硬弧。
[0011]最后，设计等离子体射频电源的最优微弧参数，通过对硬弧和软弧发生频次的记录，并逐步调整微弧中断时间和电压阈值、电流阈值，计算出最佳微弧参数。这样，可以最大限度地减少硬弧发生的比率，并使微弧中断时间最短，达到最优的微弧抑制效果，从而设计出等离子体射频电源的最优微弧参数。
[0012]作为本专利技术的优选技术方案：还包括全桥逆变器，所述输出电压采样模块和输出电流采样模块分别连接电弧检测模块，所述电弧检测模块连接电弧抑制模块，所述电弧抑制模块连接全桥逆变器，所述全桥逆变器连接在负载上，当判别发生硬弧时，控制射频电源的输出按预定硬弧中断时间TImax关断，经过TImax时间之后，射频电源输出经全桥逆变器输出到负载，实现输出电流的连续性。
[0013]上述结构中：通过设置的全桥逆变器，能够实现输出电流的连续性，当判别发生硬弧时，控制射频电源的输出按预定硬弧中断时间TImax关断，经过TImax时间之后，射频电源输出经全桥逆变器输出到负载，因此，实现了输出电流的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体射频电源电弧检测及其抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：通过电弧检测模块对等离子体射频电源进行电弧检测：S11：利用输出电压采样模块，获取射频电源的输出电压Uo；S12：利用输出电流采样模块，获取射频电源的输出电流Io；S13：将输出电压Uo与预设的电压阈值Uth作比较，同时将输出电流Io与预设的电流阈值Ith作比较，当Uo小于Uth且Io大于Ith时，判别为UXI弧，也即微弧，将输出电流Io与预设的电流阈值Ith1作比较，当Io大于Ith1时，判别为Imax弧，也即硬弧；S2：通过电弧抑制模块对等离子体射频电源电弧进行抑制：S21：当判别发生微弧时，控制射频电源的输出按预定微弧中断时间Tmicro关断，使得微弧熄灭；S22：当判别发生硬弧时，控制射频电源的输出按预定硬弧中断时间TImax关断，使得硬弧熄灭；经过TImax时间之后，再控制射频电源输出按照预定的斜率重启爬坡，恢复输出；S3：设计等离子体射频电源的最优微弧参数：S31：将与微弧相关的电压阈值Uth设到最小值，将电流阈值Ith设到最大值；S32：使能硬弧动作功能，关闭软弧动作功能；S33：记录此时射频电源硬弧和软弧发生的频次，即单位时间内硬弧和软弧发生的次数，分别记为RImax0和RUXI0；S34：同时使能硬弧和软弧动作功能，并将微弧中断时间Tmicro设到最小值；S35：记录此时射频电源硬弧和软弧发生的频次，即单位时间内硬弧和软弧发生的次数，分别记为RImax1和RUXI1；S36：逐次增加微弧中断时间，每次TmicroI（I=1，2，3，
…
）下均记录此时射频电源硬弧和软弧发生的频次，即单位时间内硬弧和软弧发生的次数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，袁士林，粟梅，冯伟权，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：