蝕刻設(shè)備高壓電源等離子體鞘層智能調(diào)節(jié)

在半導(dǎo)體蝕刻工藝中，等離子體鞘層（位于等離子體與工件間的電離層，厚度幾 μm - 幾十 μm）的特性直接決定蝕刻速率與均勻性。傳統(tǒng)蝕刻設(shè)備高壓電源采用固定輸出參數(shù)，難以適應(yīng)不同工藝（硅刻蝕、金屬刻蝕）下鞘層的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致 12 英寸晶圓蝕刻均勻性超 ±8%，高深寬比溝槽側(cè)壁垂直度不足 85°，無(wú)法滿足 7nm 及以下制程需求。
構(gòu)建等離子體鞘層智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，需整合監(jiān)測(cè)、控制與學(xué)習(xí)功能。監(jiān)測(cè)模塊采用 Langmuir 探針（采樣頻率≥1kHz）實(shí)時(shí)檢測(cè)鞘層電位與電子密度，結(jié)合光學(xué)發(fā)射光譜（OES）分析等離子體成分，實(shí)現(xiàn)鞘層狀態(tài)的精準(zhǔn)感知；控制核心采用 “PID + 模糊控制” 算法，當(dāng)監(jiān)測(cè)到鞘層厚度偏差超 5% 時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電源輸出電壓（100V-10kV，精度 ±1V）、頻率（1kHz-100MHz，精度 ±10Hz）及脈沖占空比（5%-50%），同時(shí)針對(duì)大面積晶圓，采用 8 通道電源協(xié)同控制，每個(gè)通道根據(jù)對(duì)應(yīng)區(qū)域鞘層數(shù)據(jù)獨(dú)立調(diào)節(jié)；此外，引入 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)積累 1000 + 組工藝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)鞘層變化趨勢(shì)預(yù)判，預(yù)測(cè)精度≥95%，提前調(diào)節(jié)電源參數(shù)以規(guī)避蝕刻缺陷。
在 12 英寸硅片蝕刻實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)使蝕刻均勻性從 ±8% 提升至 ±3%，蝕刻速率穩(wěn)定在 500nm/min（波動(dòng)≤5%），高深寬比溝槽側(cè)壁垂直度達(dá) 89.5°，完全滿足先進(jìn)制程蝕刻要求，為蝕刻設(shè)備的智能化升級(jí)提供了關(guān)鍵技術(shù)路徑。