蝕刻設備高壓電源等離子體鞘層智能調節

在半導體蝕刻工藝中，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。傳統蝕刻設備高壓電源采用固定輸出參數，難以適應不同工藝（硅刻蝕、金屬刻蝕）下鞘層的動態變化，導致 12 英寸晶圓蝕刻均勻性超 ±8%，高深寬比溝槽側壁垂直度不足 85°，無法滿足 7nm 及以下制程需求。
構建等離子體鞘層智能調節系統，需整合監測、控制與學習功能。監測模塊采用 Langmuir 探針（采樣頻率≥1kHz）實時檢測鞘層電位與電子密度，結合光學發射光譜（OES）分析等離子體成分，實現鞘層狀態的精準感知；控制核心采用 “PID + 模糊控制” 算法，當監測到鞘層厚度偏差超 5% 時，自動調節電源輸出電壓（100V-10kV，精度 ±1V）、頻率（1kHz-100MHz，精度 ±10Hz）及脈沖占空比（5%-50%），同時針對大面積晶圓，采用 8 通道電源協同控制，每個通道根據對應區域鞘層數據獨立調節；此外，引入 BP 神經網絡模型，通過積累 1000 + 組工藝數據，實現鞘層變化趨勢預判，預測精度≥95%，提前調節電源參數以規避蝕刻缺陷。
在 12 英寸硅片蝕刻實驗中，該系統使蝕刻均勻性從 ±8% 提升至 ±3%，蝕刻速率穩定在 500nm/min（波動≤5%），高深寬比溝槽側壁垂直度達 89.5°，完全滿足先進制程蝕刻要求，為蝕刻設備的智能化升級提供了關鍵技術路徑。