一种PECVD电源的分时复用控制方法与流程

    技术2025-02-28  39


    本发明涉及pecvd电源,特别涉及一种pecvd电源的分时复用控制方法。


    背景技术:

    1、pecvd(等离子体增强化学气相沉积)是利用等离子体在衬底上进行化学反应沉积,制备半导体薄膜材料的一种重要方法。pecvd电源的重要工艺指标包括薄膜厚度和折射率,而影响薄膜质量的主要因素则是pecvd电源的功率和放电总时间。为了精确控制薄膜沉积过程,pecvd电源通常采用周期性间歇放电(blink)的方式进行控制,即每个放电周期包括放电时间ton和停止放电时间toff两部分,通过调节ton和toff的比例以及放电的总时间,来控制薄膜的厚度和质量。

    2、随着pecvd设备向多腔室方向发展,一拖二pecvd电源得到越来越广泛的应用。一拖二pecvd电源是指在一个电源内集成两路独立输出的pecvd电源,分别连接到两个腔室或负载上,可以对两个衬底同时进行薄膜沉积。与单一输出的pecvd电源相比,一拖二pecvd电源的前级电路(如整流、pfc、dcdc等)基本相同,但在后级需要并联两组buck电路和全桥电路,分别独立控制两路输出的放电过程。理想情况下,两路输出应该是完全独立的,各自的放电参数可以分别设定,互不影响。

    3、然而,在实际应用中,一拖二pecvd电源的两路输出往往会出现放电时间重叠的问题。这是因为两路输出各自的放电起始时间和周期并不同步,当两路输出的放电时间ton发生重叠时,pecvd电源的前级电路就需要同时承受两路输出的总功率。特别是当两路输出的功率都较大时,叠加后的总功率可能超出电源的设计容量,导致电源过载甚至损坏,存在安全隐患。

    4、此外,由于两路输出功率的动态叠加导致电源的实际负载不断变化,这对电源的设计提出了更高的要求,不仅需要选择更大功率的器件,还需要复杂的控制和保护电路,大幅增加了电源的设计难度和成本。

    5、为了避免两路输出放电时间重叠,一种可能的解决方案是在两路输出之间增加功率隔离电路,或者采用两个独立的电源分别驱动两路输出,但这样不仅增加了系统的复杂度和成本,而且可能影响电源的响应速度和稳定性,不利于一拖二pecvd电源的推广应用。

    6、因此,如何在一拖二pecvd电源中避免两路输出放电时间重叠,减轻电源的负载,降低设计难度和成本,成为一个亟需解决的技术问题。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是提供一种pecvd电源的分时复用控制方法,以解决现有一拖二pecvd电源中两路输出独立控制导致的前级电路负载加重的问题。

    2、为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

    3、一种pecvd电源的分时复用控制方法,应用于包括两个放电模块的pecvd电源,所述两个放电模块分别为第一放电模块和第二放电模块,所述方法包括以下步骤:

    4、s1、将所述第一放电模块的放电周期划分为依次连接的第一等待时间、依赖放电时间和第二等待时间;

    5、s2、控制所述第二放电模块在所述依赖放电时间内进行放电,在所述第一等待时间和所述第二等待时间内停止放电;

    6、s3、当所述第二放电模块的放电时间与所述第一放电模块的放电时间发生重叠时,缩短或延长所述第一等待时间,从而避免两个放电模块的放电时间重叠。

    7、进一步地,在步骤s1之前,将两个放电模块中放电周期较大的确定为所述第一放电模块,将放电周期较小的确定为所述第二放电模块。

    8、进一步地,在缩短或延长所述第一等待时间之后,在所述第一放电模块的下一个放电周期内相应地延长或缩短所述第一等待时间,以补偿当前放电周期内调整的所述第一等待时间。

    9、具体地,所述第一等待时间的缩短或延长包括判断上一个放电周期内是否执行了所述第二放电模块的放电,并据此计算所述第二放电模块在当前放电周期内的等待时间余量。

    10、进一步地,所述等待时间余量的计算为:在上一个放电周期内未执行所述第二放电模块的放电时,等待时间余量等于上一周期的等待时间余量与等待补偿时间之和减去放电周期时长,所述等待补偿时间为上一个放电周期内第一等待时间的缩短或延长量。

    11、进一步地,所述等待时间余量的计算为:在上一个放电周期内执行了所述第二放电模块的放电时,等待时间余量等于所述第二放电模块的停止放电时间与等待补偿时间之和减去上一周期的第二等待时间。

    12、进一步地,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量小于所述第一放电模块的放电持续时间时,将第一等待时间设置为所述第一放电模块的放电持续时间,依赖放电时间设置为所述第二放电模块的放电持续时间,第二等待时间设置为放电周期时长减去第一等待时间和依赖放电时间之和,等待补偿时间设置为等待时间余量减去所述第一放电模块的放电持续时间。

    13、进一步地,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量大于等于所述第一放电模块的放电持续时间且小于等于放电周期时长减去所述第二放电模块的放电持续时间时,将第一等待时间设置为等待时间余量,依赖放电时间设置为所述第二放电模块的放电持续时间,第二等待时间设置为放电周期时长减去第一等待时间和依赖放电时间之和,等待补偿时间设置为零。

    14、进一步地,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量大于放电周期时长减去所述第二放电模块的放电持续时间且小于放电周期时长时,将第一等待时间设置为放电周期时长减去所述第二放电模块的放电持续时间,依赖放电时间设置为所述第二放电模块的放电持续时间,第二等待时间设置为零,等待补偿时间设置为等待时间余量加上所述第二放电模块的放电持续时间减去放电周期时长。

    15、进一步地,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量大于等于放电周期时长时,将第一等待时间设置为放电周期时长,依赖放电时间设置为零,第二等待时间设置为零,等待补偿时间设置为零。

    16、本发明具有如下有益效果:

    17、本发明提供了一种pecvd电源的分时复用控制方法,用于包括两个放电模块(第一放电模块和第二放电模块)的pecvd电源。该方法通过将第一放电模块的放电周期划分为依次连接的第一等待时间、依赖放电时间和第二等待时间,并控制第二放电模块在依赖放电时间内进行放电,在第一等待时间和第二等待时间内停止放电,实现了两个放电模块的分时复用控制。

    18、当第二放电模块的依赖放电时间与第一放电模块的放电时间发生重叠时,本发明通过缩短或延长第一等待时间,动态调整第二放电模块的放电时间和等待时间,从而避免了两个放电模块的放电时间重叠。这降低了pecvd电源前级电路的功率负荷,既简化了电源的电路设计和器件选型,降低了设计难度,又通过使用功率等级较低的器件,降低了电源的成本。

    19、与此同时,本发明在调整第二放电模块的放电时间时,并没有改变其总的放电时间,而是通过缩短/延长当前周期的放电时间,并在下一周期予以补偿的方式,确保了第二放电模块在整个控制过程中的总放电时间和总等待时间保持不变。这意味着第二放电模块对应负载的工艺参数,如pecvd镀膜的厚度和折射率等,不会受到影响,始终满足工艺要求。

    20、此外,本发明充分利用了两个放电模块现有的放电周期和放电时间等控制参数,通过分时复用的方式进行协同控制,避免了引入额外的控制变量,控制原理清晰简单,易于实现。相比其他可能的分时复用控制方案,本发明在不增加控制复杂度的前提下,达到了降低功率负荷、节省成本、保证工艺稳定性的目的,是一种优秀的技术方案。


    技术特征:

    1.一种pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,应用于包括两个放电模块的pecvd电源,两个所述放电模块分别为第一放电模块和第二放电模块,所述方法包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,所述第一放电模块的放电周期小于所述第二放电模块的放电周期。

    3.根据权利要求1所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,在缩短或延长所述第一等待时间之后,在所述下一个基准放电周期内相应地延长或缩短所述第一等待时间,以补偿当前基准放电周期内调整的所述第一等待时间。

    4.根据权利要求3所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,所述第一等待时间的缩短或延长包括判断上一个基准放电周期内是否执行所述第二放电模块的放电,并据此计算所述第二放电模块在当前基准放电周期内的等待时间余量,所述等待时间余量为所述第二放电模块距离下一次放电需要等待的时间。

    5.根据权利要求4所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,在上一个基准放电周期内未执行所述第二放电模块的放电时,所述等待时间余量的计算方式为:上一基准放电周期的等待时间余量与等待补偿时间之和减去基准放电周期时长;所述等待补偿时间为上一个基准放电周期内第一等待时间的缩短或延长量。

    6.根据权利要求4所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,在上一个基准放电周期内执行所述第二放电模块的放电时,所述等待时间余量的计算方式为:所述第二放电模块的停止放电时间与等待补偿时间之和减去上一基准放电周期的第二等待时间。

    7.根据权利要求4-6任一项所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量小于所述第一放电模块的放电持续时间时,将第一等待时间设置为所述第一放电模块的放电持续时间,依赖放电时间设置为所述第二放电模块的放电持续时间,第二等待时间设置为基准放电周期时长减去第一等待时间和依赖放电时间之和,等待补偿时间设置为等待时间余量减去所述第一放电模块的放电持续时间。

    8.根据权利要求4-6任一项所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量大于等于所述第一放电模块的放电持续时间且小于等于基准放电周期时长减去所述第二放电模块的放电持续时间时,将第一等待时间设置为等待时间余量,依赖放电时间设置为所述第二放电模块的放电持续时间,第二等待时间设置为基准放电周期时长减去第一等待时间和依赖放电时间之和,等待补偿时间设置为零。

    9.根据权利要求4-6任一项所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量大于基准放电周期时长减去所述第二放电模块的放电持续时间且小于基准放电周期时长时,将第一等待时间设置为基准放电周期时长减去所述第二放电模块的放电持续时间,依赖放电时间设置为所述第二放电模块的放电持续时间,第二等待时间设置为零,等待补偿时间设置为等待时间余量加上所述第二放电模块的放电持续时间减去基准放电周期时长。

    10.根据权利要求4-6任一项所述的pecvd电源的分时复用控制方法,其特征在于,所述第一等待时间的缩短或延长还包括:当等待时间余量大于等于基准放电周期时长时,将第一等待时间设置为放电周期时长,依赖放电时间设置为零,第二等待时间设置为零,等待补偿时间设置为零。


    技术总结
    本发明公开了一种PECVD电源的分时复用控制方法,应用于包括两个放电模块的PECVD电源,两个放电模块分别为第一放电模块和第二放电模块,方法包括以下步骤:将第一放电模块的放电周期划分为依次连接的第一等待时间、依赖放电时间和第二等待时间,将第一放电模块的放电周期设置为基准放电周期;当依赖放电时间与第一放电模块的放电时间发生重叠时,缩短或延长第一等待时间,从而避免两个放电模块的放电时间重叠。本发明通过缩短或延长第一等待时间,动态调整第二放电模块的放电时间和等待时间,从而避免了两个放电模块的放电时间重叠,降低了PECVD电源前级电路的功率负荷。

    技术研发人员:张然,陈婷婷,王洪敏
    受保护的技术使用者:亿隅半导体科技(上海)有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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