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DE19737244A1 - Device and method for regulating the phase position of high-frequency electrodes in plasma processes - Google Patents

Device and method for regulating the phase position of high-frequency electrodes in plasma processes

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Publication number
DE19737244A1
DE19737244A1 DE1997137244 DE19737244A DE19737244A1 DE 19737244 A1 DE19737244 A1 DE 19737244A1 DE 1997137244 DE1997137244 DE 1997137244 DE 19737244 A DE19737244 A DE 19737244A DE 19737244 A1 DE19737244 A1 DE 19737244A1
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Germany
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arrangement
indicates
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electrodes
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Withdrawn
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DE1997137244
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Inventor
Harald Tobies
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155—Frequency modulation
    • H01J37/32165—Plural frequencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and system for supplying several electrodes used for plasma processes with alternating voltages of predefined phase position. The invention is characterized by regulation of the phase position of said electrodes. The voltages applied to the electrodes (2, 3) can be tapped directly at the level of the electrodes via voltage dividers (8, 9; 10, 11). The set-point values can be adjusted independently of one another and be defined by control systems or a modulator circuit. The arrangement can also be used for controlling other electrical parameters, for example the bias UDC potential.

Description

Gegenstand der Anmeldung, AnwendungsbereicheSubject of registration, areas of application

Plasmaprozesse im Vakuum (Niederdruck-Gasentladungen) finden weite Anwen­ dungsgebiete in der Oberflächentechnik, zum Beispiel bei der Herstellung dünner Schichten durch Kathodenzerstaubung (Spullern). Häufig werden hierbei zur Anre­ gung der Gasentladung elektromagnetische Wechselfelder verwendet. Eine typi­ sche Arbeitsfrequenz ist die Industriefrequenz von 13,56 MHz.Plasma processes in vacuum (low pressure gas discharges) are widely used areas of application in surface technology, for example in the manufacture of thin Layers by sputtering. Often, gas discharge used alternating electromagnetic fields. A typi Working frequency is the industrial frequency of 13.56 MHz.

Häufig werden hierbei Anordnungen verwendet, bei denen mehrere Kathoden gleichzeitig in Betrieb sind (simultan-Sputtern). Weiterhin ist es ein gebräuchliches Konzept, zur Verbesserung der Schichthaftung und der Schichteigenschaften auch die Substrate während des Beschichtungsvorganges mit einer Hochfrequenzlei­ stung zu beaufschlagen (Bias). In vielen Fällen werden hierzu mehrere Hochfre­ quenzgeneratoren gleichzeitig betrieben.Arrangements are often used in which several cathodes are operating simultaneously (simultaneous sputtering). Furthermore, it is a common one Concept to improve the layer adhesion and the layer properties too the substrates during the coating process with a high-frequency lead to act on (bias). In many cases, several Hochfre sequence generators operated simultaneously.

Stand der TechnikState of the art

Um Instabilitäten durch Oszillationen der Differenzfrequenzen zu vermeiden, wer­ den in solchen Anlagen die Hochfrequenzgeneratoren meist phasenstarr gekoppelt (common exciter). Für die Einstellung der Phasenlage wird jedoch zumeist keine Einheit vorgesehen oder nur ein manuell einzustellender Phasenschieber einge­ baut. Es ist bekannt, daß die Phasenlage einen gravierenden Einfluß auf den Pro­ zeß mit seinen elektrischen Parametern, der Stabilität und der Neigung zu Über­ schlägen (Arcing) hat.To avoid instabilities due to oscillations of the difference frequencies, who the high-frequency generators in such systems are usually phase-locked (common exciter). For the adjustment of the phase position, however, usually none  Unit provided or only a manually adjustable phase shifter inserted builds. It is known that the phase position has a serious influence on the Pro zeß with its electrical parameters, stability and tendency to over has arcing.

Die Vorgehensweise zur Optimierung ist mit den manuellen Einheiten jedoch nicht zufriedenstellend, da hier der Phasenverlauf der Strecke nicht kontrolliert werden kann. Zum Beispiel erzeugen die häufig verwendeten automatischen Anpassungs­ netzwerke (Matchboxen) Phasenverschiebungen, die sich beim Abstimmen verän­ dern. Jede Einstellung am Phasenschieber ruft einen Abstimmvorgang und damit eine neue Phasenverschiebung hervor, deren Ergebnis der Bediener nicht kennt. Eine vernünftige Einstellstrategie ist somit nicht gegebenHowever, the procedure for optimization is not with the manual units satisfactory, since the phase progression of the route is not checked here can. For example, the commonly used automatic adjustment generate networks (matchboxes) phase shifts that change when voting other. Each setting on the phase shifter calls a tuning process and thus a new phase shift emerges, the result of which the operator does not know. There is therefore no reasonable adjustment strategy

Beschreibung der VerfahrensDescription of the procedure

Erfindungsgemäß wird die vorteilhafte Verfahrensweise beschrieben, die Phasenla­ ge direkt an den Elektroden zu erfassen und automatisch auf einen von der Anla­ gensteuerung aus einstellbaren Sollwert zu regeln. Hierzu werden an den Elektro­ den kapazitive Spannungsteiler vorgesehen, die den zeitlichen Verlauf der Span­ nungen aufnehmen. Einer dieser Spannungsverläufe wird zur Referenz für die (dif­ ferentielle) Phasenregelung erklärt.According to the invention the advantageous procedure is described, the phase LA ge directly on the electrodes and automatically on one of the system control from the adjustable setpoint. To do this, look at the electro the capacitive voltage divider provided that the time course of the span recordings. One of these voltage profiles becomes the reference for the (dif optional) phase regulation explained.

Eine elektronische Einheit mißt die Phasenverschiebung der anderen Elektrodensi­ gnale relativ zur Referenz. Diese Verschiebung wird mit dem Sollwert verglichen. Hieraus wird das Treibersignal gebildet, welches als Ansteuerung für die so gere­ gelte Elektrode verwendet wird. Hiermit ist es möglich, von einem anderen Signal­ geber aus, z. B. von der Anlagensteuerung aus, einen Sollwert für die Phasenlage vorzugeben, dessen Einhaltung durch die erfindungsgemäße Anordnung sicherge­ stellt wird. Damit ist die Reproduzierbarkeit an den relevanten Stellen, den Elektro­ den, gewährleistet.An electronic unit measures the phase shift of the other electrode sensors gnale relative to the reference. This shift is compared to the setpoint. From this, the driver signal is formed, which is used as a control for the so gelte electrode is used. With this it is possible from another signal donor, e.g. B. from the system control, a setpoint for the phase position to specify compliance with the arrangement according to the invention is posed. This means reproducibility at the relevant points, the electrical system guaranteed.

Dies ermöglicht einen reproduzierbaren Betrieb und erschließt neue Optimierungs­ möglichkeiten für die Prozesse. So können physikalisch offensichtlich relevante Einstellungen (in Phase, Gegenphase, 90° etc.) im Hinblick auf ihre Prozeßauswir­ kungen untersucht werden. Andere Parameter können über die Phasenlage gere­ gelt werden. So kann zum Beispiel eine DC-Biasspannung bei konstanten Leistun­ gen über die Phasenlage geregelt werden.This enables reproducible operation and opens up new optimization possibilities for the processes. So physically obviously relevant  Settings (in phase, counter phase, 90 ° etc.) with regard to their process effects be examined. Other parameters can be adjusted via the phase position be valid. For example, a DC bias voltage with constant power be regulated via the phase position.

Zur Optimierung der Prozeßstabilität wird es möglich, Datenbasen anzulegen und wissensbasierte Regelsysteme einzusetzen.To optimize the process stability it is possible to create databases and to use knowledge-based control systems.

Claims (18)

1. Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der elektrischen Phasenlage zwischen mindestens zwei Hochfrequenzelektroden bei Plasmaprozessen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens zwei Hochfrequenzsignale aufgenommen und einer Regeleinheit zugeführt werden, die mindestens ein Ausgangssignal derart erzeugt, daß sich zwischen den aufgenommenen Signalen eine gewünschte Phasenlage einstellt.1. Apparatus and method for controlling the electrical phase position between at least two high-frequency electrodes in plasma processes, characterized in that at least two high-frequency signals are recorded and fed to a control unit which generates at least one output signal such that a desired phase position is set between the recorded signals. 2. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Hochfrequenzsignal aus einer Versorgungslinie Oszillator - Verstärker - ggfs. Anpassungsnetzwerk - Elektrode - Plasma ent­ nommen wird und als Referenz dient.2. Device and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that the first high-frequency signal from a supply line Oscillator - amplifier - if necessary, adaptation network - electrode - plasma ent is taken and serves as a reference. 3. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die weiteren Hochfrequenzsignale jeweils einer weiteren Versorgungslinie Verstärker (oder Verstärkerteil eines Generators) - ggfs. An­ passungsnetzwerk - Elektrode - Plasma entnommen werden und den Istwert für jeweils eine Phasenregelung liefern.3. The device and method according to the arrangement of claim 2, characterized ge indicates that the further high-frequency signals each another Supply line amplifier (or amplifier part of a generator) - if necessary, An matching network - electrode - plasma and the actual value deliver for one phase control each. 4. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Regeleinheit jeweils den Versor­ gungslinien Verstarker (oder Verstärkerteil eines Generators) - ggfs. Anpas­ sungsnetzwerk - Elektrode - Plasma zugeführt werden, aus denen das zuge­ hörige Eingangssignal abgeleitet wird, derart, daß sich für das zugehörige Ein­ gangssignal eine gewünschte Phasenlage zum Referenzsignal einstellt.4. The device and method according to the arrangement of claim 3, characterized ge indicates that the output signals of the control unit each the Versor Line amplifier (or amplifier section of a generator) - adapt if necessary  solution network - electrode - plasma, from which the supplied audible input signal is derived, such that for the associated on a desired phase position to the reference signal. 5. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufnahme der Signale durch elektrische Spannungsteiler an den Elektroden erfolgt.5. The device and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that the reception of the signals by electrical voltage dividers on the electrodes. 6. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenz zwischen 10 kHz und 1 GHz liegt.6. The device and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that the frequency is between 10 kHz and 1 GHz. 7. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Industriefrequenz verwendet wird.7. The device and method according to the arrangement of claim 6, characterized ge indicates that an industrial frequency is used. 8. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenz 13,65 MHz beträgt.8. The device and method according to the arrangement of claim 7, characterized ge indicates that the frequency is 13.65 MHz. 9. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei den Elektroden um Sputterkathoden und/oder Substrattische für Ätz- oder Biasanwendungen handelt.9. The device and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that the electrodes are sputter cathodes and / or Substrate tables for etching or bias applications. 10. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einheit zur Einstellung einer gewünschten Phasenlage zwischen Sputterkathoden untereinander und/oder Substrallischen für Biasan­ wendungen verwendet wird.10. The device and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that the unit for setting a desired phase position between sputtering cathodes and / or substrate tables for bias is used. 11. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einheit zur Minimierung von Plasmainstabilitäten, zur Reduktion von Arcs, zur Maximierung der Beschichtungsrate und zur Optimie­ rung der Schichteigenschaften verwendet wird.11. The device and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that the unit for minimizing plasma instabilities, for Reduction of arcs, to maximize the coating rate and to optimize layer properties is used. 12. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sollwerte für die Regelungseinheit von einem wissens­ basiertem Regelsystem gebildet werden. 12. The apparatus and method according to the arrangement of claim 11, characterized ge indicates that the setpoints for the control unit of a knowledge based control system.   13. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sollwerte für die Regelungseinheit von einem Fuzzy-Regelsystem gebildet werden.13. The apparatus and method according to the arrangement of claim 11, characterized ge indicates that the setpoints for the control unit of one Fuzzy control system are formed. 14. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anordnung zur Regelung der elektrischen Parameter von Biassversorgungen verwendet wird.14. The apparatus and method according to the arrangement of claim 9, characterized ge indicates that the arrangement for regulating the electrical parameters is used by bias supplies. 15. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bias-UDC-Potential über die Phasenlage geregelt und die Leistungen konstant gehalten werden.15. The apparatus and method according to the arrangement according to claim 9, characterized in that the bias-U DC potential is regulated via the phase position and the powers are kept constant. 16. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sollwert für die Phasenlage moduliert wird.16. The apparatus and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that the setpoint for the phase position is modulated. 17. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch einen rampenförmigen Sollwert eine Frequenzver­ schiebung erzeugt wird.17. The apparatus and method according to the arrangement of claim 1, characterized ge indicates that a frequency ver shift is generated. 18. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenzverschiebung moduliert wird.18. The apparatus and method according to the arrangement of claim 17, characterized ge indicates that the frequency shift is modulated.
DE1997137244 1997-08-27 1997-08-27 Device and method for regulating the phase position of high-frequency electrodes in plasma processes Withdrawn DE19737244A1 (en)

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