Устройство для управления технологическим процессом удаления или нанесения прозрачных и полупрозрачных покрытий

 

Изобретение предназначено для использования в составе установок для производства микросхем и нанесения других покрытий. Сущность: устройство содержит систему управления с соответствующими элементами и вычислительную систему, позволяющие определить текущее значение скорости технологического процесса и толщины наносимых или удаляемых покрытий, непрерывно сравнивая их значения с заданными значениями в соответствии с заданной математической моделью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологическом оборудовании удаления или нанесения прозрачных и полупрозрачных покрытий, например, при производстве интегральных микросхем.

Известно устройство управления технологическим процессом плазмохимического травления полупроводниковых пластин, содержащее реакционную камеру, фотоэлектрический преобразователь и блок обработки.

Недостатком описанного устройства является низкая точность фиксации момента окончания технологического процесса, а также ограничение функциональных возможностей.

Наиболее близким является устройство управления технологическим процессом плазмохимического травления полупроводниковых пластин, содеpжащее реакционную камеру, лазер, фотоэлектрический преобразователь, блок обработки.

Недостатками указанного устройства является следующее: ограничение функциональных возможностей определением момента окончания технологического процесса, причем только в операциях удаления функционального слоя (в данном случае плазменного травления; низкая достоверность получаемого результата, обусловленная тем, что узкий монохроматический пучок света может быть направлен в нерабочую зону обрабатываемой технологической структуры, особенно при малом коэффициенте ее заполнения; низкая точность определения момента окончания технологического процесса, обусловленная собственными флуктуациями интенсивности излучения источника узкого монохроматического пучка света вследствие его прогрева, которые, накладываясь на измерительный сигнал, искажают его истинное значение, а также направленность луча лазера под углом, отличным от нормального, ибо в этом случае сказывается влияние вибрации установки, которое возрастает с увеличением отклонения лазерного луча от нормали.

Целью изобретения является повышением достоверности и точности определения момента окончания технологического процесса и расширение функциональных возможностей установки за счет определения и регулирования текущей скорости обработки технологических структур не только при удалении, но и нанесении функциональных слоев.

На фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурно-функциональная схема блока обработки устройства.

Предлагаемое устройство содержит лазер 1, оптический расширитель 2, полупрозрачное зеркало 3, первый 4 и второй 5 фотоэлектрические преобразователи, блок 6 обработки и задатчик 7 констант процесса, задатчик 8 текущей скорости процесса, задатчик 9 математической модели процесса, задатчик 10 кода конца процесса, источник 11 реакционной среды, обрабатываемую технологическую структуру 12, реакционную камеру 13 с прозрачным окном.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Если вид и коэффициенты математической модели заранее не известны, то сначала на первом этапе с помощью предлагаемого устройства проводится набор экспериментальных данных для построения математической модели технологического процесса, для чего управляющий выход устройства отсоединяют от входа источника 11 реакционной среды, далее меняя набор операционных параметров (А₁, А₂,...,А_n) источника реакционной среды и их значений в определенной последовательности, обусловленной выбранным способом построения математической модели, для каждой совокупности (А₁, А₂,...,А_n) определяется текущая скорость U_т процесса обработки. При этом лазерный луч, расширенный до размеров обрабатываемой структуры для гарантированного попадания на ее поверхность через оптический расширитель 2, полупрозрачное зеркало 3, окно реакционной камеры 13, направляют по нормали к поверхности технологической структуры 12, отраженный луч направляют на первый фотоэлектрический преобразователь 4, сигнал с выхода которого подают на первый информационный вход блока 6 обработки, второй преобразователь предназначен для измерения флуктуаций лазерного излучения, при этом интенсивность излучения лазера фиксируется при помощи второго фотоэлектрического преобразователя, сигнал которого подают на второй информационный вход блока 6 обработки.

После обработки полученных экспериментальных данных строится математическая модель U_т = f(A₁, A₂,...,A_n) технологического процесса. На втором этапе управляющий выход блока 6 подключают к входу источника 11 реакционной среды, в задатчик 9 математической модели заносят используемую математическую модель и на основе требуемых значений текущей скорости U_т процесса и толщины Н_q, обрабатываемой структуры, задаваемых соответственно с задатчиком 8 текущей скорости обработки и задатчика 10 кода конца процесса, по управляющему выходу блока 6 управление технологическим процессом. При этом в работе устройства осуществляют следующие процедуры.

Проводя сравнение скорости Nv_з, задаваемой задатчиком 8 текущей скорости обработки с значением текущей скорости Nv_i процесса с блока 6 на основании записанной в него математической модели зависимости скорости проведения процесса от его операционных параметров V = f(A₁, A₂,...,A_n), выдает по алгоритму управляющие сигналы на источник реакционной среды, который, в свою очередь, через исполнительные элементы управляет операционными параметрами технологического процесса так, что значение текущей скорости Nv_i проведения технологического процесса всегда было близко к требуемому уровню Nv_з. Одновременно с этим блок 6 производит вычисление толщины удаляемого или наносимого слоя, значение которой Н_т сравнивается с заданным Н_з и по достижении требуемой величины блок 6 выдает управляющий сигнал "Конец процесса" на блок 11.

Для повышения точности процесса нанесения или удаления прозрачных или полупрозрачных слоев блок управления содержит первый усилитель 14, второй усилитель 15, мультиплексор 16, усилитель 17 с управляемым коэффициентом усиления, преобразователь 18 напряжение-частота, счетчик 19, задатчик 20 уровня сигнала, первый блок 21 сравнения, второй блок 22 сравнения, регистр 23 памяти, блок 24 управления, таймер 25, блок 26 деления, блок 27 определения интервалов времени, вычислитель 28, цифровой компаратор 29, блок 30 сопряжения с источником реакционной среды.

Блок обработки работает следующим образом.

Напряжение измерительного и опорного сигналов с первого и второго фотоэлектрических преобразователей, усиленные усилителями 14 и 15, поступают на первый и второй входы мультиплексора 16. С выхода мультиплексора 16 сигнал подается в узел автоматической регулировки уровня отношения измерительного и опорного сигналов, который выполняет нормирование измерительного сигнала с усилителя 15 по максимальному уровню и по уровню опорного сигнала с усилителя 14, тем самым обеспечивая работу устройства в широком диапазоне изменения измерительного входного сигнала. Если выходной код блока 26 деления в момент перехода через свое максимальное значение, определяемое блоком 27 определения интервала времени, превышает код задатчика 20 уровня сигнала, то первый блок 21 сравнения по команде с первого управляющего выхода блока 27 определения интервала времени выдает код на управляющий вход усилителя 17 с управляемым коэффициентом усиления в момент переключения мультиплексора 16 на выход усилителя 15, чтобы код на выходе блока 26 деления уменьшился до уровня кода с задатчика 20 уровня сигнала или наоборот.

Процедура деления измерительного сигнала N_i на опорный N_i-1 (индекс цикла накопления с таймера 12) проводится в следующей последовательности.

По окончании очередного цикла накопления сигнал с таймера приходит на блок 24 управления. Выходной сигнал с первого выхода блока 24 управления проходит на второй управляющий вход счетчика 19 и дает команду "Запрет счета". Спустя время, определяемое временем срабатывания счетчика 19 по управляющему входу, по второму выходу блока 24 управления приходит команда на управляющий вход регистра 23 памяти, по которой происходит запись нового значения кода из счетчика 19 в регистр 23 памяти с одновременной перезаписью хранившегося в предыдущем цикле кода в блок 26 деления. Спустя время, определяемое временем срабатывания регистра 23 памяти, по третьему выходу блока 24 управления в момент переключения мультиплексора 16 на выход усилителя, приходит команда на управляющий вход блока 26 деления, по которой проводится операция деления в блоке 26 деления. Спустя время, определяемое временем срабатывания блока 26 деления, по четвертому выходу блока 24 управления приходит команда на управляющий вход блока 27 определения интервала времени, по которой происходит запись нового значения результата деления с блока 26 в регистр блока 27 с одновременной перезаписью хранившегося в предыдущем цикле результата. Спустя время, определяемое временем срабатывания блока 27 и блока 21 (сравнения, по пятому выходу блока 24 управления приходит код на управляющий вход мультиплексора 16, по шестому выходу - на первый управляющий вход счетчика 19, по седьмому выходу - на первый управляющий вход первого блока 21 сравнения, по которым происходит соответственно переключение канала мультиплексора 16, обнуление счетчика 19, снятие с его второго управляющего входа команды "Запрет счета", снятие команды "Разрешение работы" с первого блока 21 сравнения. Блок 27, непрерывно сравнивая значения блока деления в моменты достижения кривой очередного экстремума, определяемого блоком в процессе работы, вырабатывает сигналы по первому и второму входам соответственно при прохождении кривой через свой максимум или минимум.

Согласно с этим блок 27 выдает команду "Разрешение считывания", по которой вычислитель 28 считывает код, пропорциональный времени между последовательными экстремумами. Спустя время, определяемое временем считывания вычислителя 28, происходит вычисление значения U_т текущей скорости процесса.

Второй блок 22 сравнения, проводя сравнение заданного значения скорости процесса с текущим значением скорости процесса на основании записанной в него математической модели зависимости скорости процесса от его операционных параметров, выдает по алгоритму управляющие сигналы на блок 30 сопряжения с источником реакционной среды. Одновременно вычислитель 28 проводит вычисления текущего значения Н_т толщины слоя. Блок цифрового компаратора 29, сравнивая Н_т с заданным значением Н_з, по достижении требуемой величины выдает управляющий сигнал "Конец процесса" на блок 30.

Устройство обеспечивает поддержание скорости обработки на заданном уровне с большой точностью.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ УДАЛЕНИЯ ИЛИ НАНЕСЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ И ПОЛУПРОЗРАЧНЫХ ПОКРЫТИЙ, содержащее реакционную камеру, лазер, первый фотоэлектрический преобразователь и задатчик кода конца процесса, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и расширения функциональных возможностей, в него введены оптический расширитель, полупрозрачное зеркало, второй фотоэлектрический преобразователь, блок обработки с интерфейсом вывода, задатчик констант процесса, задатчик текущей скорости процесса, задатчик математической модели процесса, источник реакционной среды, причем лазер, через оптический расширитель, полупрозрачное зеркало окно реакционной камеры и технологическую структуру оптически связан с первым фотоэлектрическим преобразователем, а через полупрозрачное зеркало оптически связан с вторым фотоэлектрическим преобразователем, причем обрабатываемая технологическая структура установлена в реакционной камере перпендикулярно оптической оси лазера, выходы первого и второго фотоэлектрических преобразователей, выходы задатчиков констант процесса, текущей скорости обработки, математической модели, кода конца процесса подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому информационным входам блока обработки, информационный и управляющий выходы которого подключены соответственно к интерфейсу вывода текущих значений параметров процесса и к источнику реакционной среды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, блок обработки содержит первый и второй усилители, мультиплексор, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, преобразователь напряжение-частота, счетчик, задатчик уровня сигнала, первый и второй блоки сравнения, регистр памяти, блок управления, таймер, блок деления, блок определения интервала времени, вычислитель, цифровой компаратор, блок сопряжения с источником реакционной среды, причем выход первого и второго усилителя подключен к первому и второму входу мультиплексора, выход которого подключен к входу усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход которого через последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота и счетчик подключен к первому информационному входу блока деления и входу регистра памяти, второй информационный вход первого блока сравнения соединен с выходом задатчика уровня сигнала, а выход первого блока сравнения - с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход регистра памяти соединен через второй информационный вход блока деления с первым информационным входом первого блока сравнения и информационным входом блока определения интервала времени, первый управляющий выход которого соединен со вторым управляющим входом первого блока сравнения, выход таймера подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом первого блока сравнения, второй выход блока управления соединен с первым управляющим входом счетчика, третий выход - с вторым управляющим входом счетчика, четвертый выход - с управляющим входом мультиплексора, пятый выход - с управляющим входом регистра памяти, шестой выход - с управляющим входом блока деления, а седьмой выход - с управляющим входом блока определения интервала времени, информационный и второй управляющий выходы которого соединены соответственно с первым информационным и управляющим входом вычислителя, второй информационный вход которого подключен к второму выходу таймера, а первый и второй информационные выходы - соответственно к вторым входам второго блока сравнения и цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом блока сопряжения с источником реакционной среды, второй вход которого подключен к выходу второго блока сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2