ICS19.08CCSK80團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CPSS10182025用等離子體工藝射頻I動(dòng)態(tài)阻抗測試方法用等離子體工藝射頻I動(dòng)態(tài)阻抗測試方法動(dòng)態(tài)阻抗測試方法動(dòng)態(tài)阻抗測試方法thodsfordynamicimpedanceofRFgensemiconductorthodsfordynamicimpedanceofRFgensemiconductormanufacturingplasm:appliedinsemiconductormanufacturingplasmaprocess2025-08-22發(fā)布2025-08-23實(shí)施中國電源學(xué)會(huì)發(fā)布T/CPSS10182025前言 II1范圍 33術(shù)語和定義 4測試環(huán)境條件 5測試方法 ..............................................................................................25.1射頻電源工作狀態(tài).….................................25.2測試負(fù)載工作狀態(tài).….................................26射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗測試的應(yīng)用......................................5附錄附錄A附錄B射頻功率(loadpower)測量值與負(fù)載設(shè)備阻抗測量值記錄格式 射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗系數(shù)的計(jì)算方法 最佳電纜長度計(jì)算方法...........................…15T/CPSS10182025前言本文件按照GB/T1.12020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國電源學(xué)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位:深圳市恒運(yùn)昌真空技術(shù)有限公司、廣東工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、拓荊創(chuàng)益 (沈陽)半導(dǎo)體設(shè)備有限公司、上海陛通半導(dǎo)體能源科技股份有限公司、肇慶市科潤真空設(shè)備有限公司、廣東騰勝科技創(chuàng)新有限公司、湘潭宏大真空技術(shù)股份有限公司、廣東振華科技股份有限公司、份有限公司、上海邦芯半導(dǎo)體科技有限公司、東莞市晟鼎精密儀i術(shù)有限公司、湖南大學(xué)。份有限公司、上海邦芯半導(dǎo)體科技有限公司、東莞市晟鼎精密儀i術(shù)有限公司、湖南大學(xué)。i人:樂衛(wèi)平、林偉群、黃永鎮(zhèn)、張桂東、高飛、張賽謙、郭東、本文件主要起草人:樂衛(wèi)平、林偉群、黃永鎮(zhèn)、張桂東、高飛、張賽謙、郭東、王佳航、汪昌、孫桂紅、、孫桂紅、梁紅、陳立、潘振強(qiáng)、李志榮、梁潔、洗健威、李國本文件為首次發(fā)布。T/CPSS10182025本文件規(guī)定了半導(dǎo)體制造等離子體工藝射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗測試方法的術(shù)語和定義、原理、測試環(huán)境條件、儀器設(shè)備、測試方法、測試報(bào)告等技術(shù)內(nèi)容。本文件適用于半導(dǎo)體刻蝕、薄膜沉積制程工藝等應(yīng)用場景中,輸出中心頻率為400KHZ、2MHZ、13.56MHZ、27.12MHZ、40.68MHZ、60MHZ,功率范圍小于10KW的半導(dǎo)體制造用等離子體工藝射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗測試。/JVOGB4793.1測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求第1部分:GB4793.1測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求第1部分:通用要求GB/T11313.2012018射頻連接器第201部分:電氣試驗(yàn)方法反射系數(shù)和電壓駐波比3術(shù)語和定義GB/T11313.2012018界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1自動(dòng)匹配automatch通過不斷調(diào)節(jié)輸入和輸出端阻抗,找到有源器件輸出功率最大的輸入、輸出匹配阻抗的測量值。3.自動(dòng)匹配automatch根據(jù)薄膜沉積、刻蝕等工藝過程中等離子體阻抗變化,通過阻抗匹配器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)整體傳輸電路共軛阻抗匹配,使得入射功率始終達(dá)到最大、反射功率達(dá)到最小的過程。3.3最大電壓與最小電壓之比。[來源:GB/T11313.2012018,3.2,有修改]3,4射頻輸出功率deliverpower是射頻電源通過輸出端口傳輸?shù)截?fù)載的有效功率,與前向功率(Forwardpower)不同,射頻輸出功率是實(shí)際被負(fù)載吸收的功率,而不是反射回來的功率。3.5射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗dynamicimpedanceofRFgenerator射頻電源的動(dòng)態(tài)輸出阻抗表征射頻電源在等離子阻抗快速變化的時(shí)候射頻電源輸出功率的變化情況,根據(jù)射頻電源在開環(huán)狀態(tài)下的不同阻抗下的功率包絡(luò)圖,以確定功率最大的阻抗點(diǎn)的共軛阻抗為射頻電源的動(dòng)態(tài)輸出阻抗。4測試環(huán)境條件測試環(huán)境條件要求如下:a)環(huán)境溫度控制在:20C~30C;T/CPSS10182025b)相對(duì)濕度控制在:40%~70%;c)水冷系統(tǒng)溫度控制在≤45C;d)海拔高度控制在≤1000m;e)氣壓控制在:70kpa106kpa。5測試方法5.1射頻電源工作狀態(tài)測試用射頻電源應(yīng)由閉環(huán)控制模式配置為開環(huán)控制模式,應(yīng)使調(diào)節(jié)器后端斷開。圖1給出了待測試射頻電源開環(huán)控制示意。圖1射頻電源開環(huán)控制示意圖圖1射頻電源開環(huán)控制示意圖輸出頻率可調(diào),以13.56MHZ射頻電源為例,調(diào)節(jié)范圍為12.882M矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、射頻功率測量儀等設(shè)備均應(yīng)以該頻率范圍設(shè)置源應(yīng)符合下列規(guī)定:立優(yōu)于±1%;≤±0.005%。以13.56MHZ射頻電源為例,調(diào)節(jié)范圍為12.以13.56MHZ射頻電源為例,調(diào)節(jié)范圍為12.882MHZ到14.238后續(xù)負(fù)載牽引系統(tǒng)、后續(xù)負(fù)載牽引系統(tǒng)、a)功率穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于±1%;a)功率穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于±1%;b)≤≤±0.005%。5.25.2測試負(fù)載工作狀態(tài)50Q負(fù)載水冷方案能提供較高電壓駐波比的各種阻抗,50Q負(fù)載水冷方案能提供較高電壓駐波比的各種阻抗,能樓穩(wěn)態(tài)阻抗。因此,用負(fù)載牽引系統(tǒng)加上穩(wěn)態(tài)阻抗。因此,用負(fù)載牽引系統(tǒng)加上水冷負(fù)載方案可調(diào)節(jié)不同阻抗,用于模如圖2虛線框內(nèi)所示。如圖2虛線框內(nèi)所示。注:虛線箭頭與實(shí)線表示射頻電源和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不應(yīng)同時(shí)連接負(fù)載設(shè)備,為了測試的準(zhǔn)確性,射頻功率測量儀通過射頻連接器直接連接射頻電源的功率輸出端。被測射頻電源的輸入對(duì)電網(wǎng)電壓無特殊要求,根據(jù)電源廠家的輸入指標(biāo)設(shè)定即可。圖2測試系統(tǒng)示意圖負(fù)載設(shè)備應(yīng)配置VSWR為5:1VSWR下,本測試所需不同阻抗的分布。不同VSWR下的阻抗點(diǎn)數(shù)量如下:a)電壓駐波比VSWR為5:1的阻抗點(diǎn)應(yīng)≥36個(gè);b)電壓駐波比VSWR為4:1的阻抗點(diǎn)應(yīng)≥30個(gè);2T/CPSS10182025c)電壓駐波比VSWR為3:1的阻抗點(diǎn)應(yīng)≥24個(gè);d電壓駐波比VSWR為2:1的阻抗點(diǎn)應(yīng)≥18個(gè);e)電壓駐波比VSWR為1.5:1的阻抗點(diǎn)應(yīng)≥12個(gè);f)電壓駐波比VSWR為1.1:1的阻抗點(diǎn)應(yīng)≥6個(gè);g)包含z,=500。注電壓駐波比誤差范圍為士0.2;所測試點(diǎn)需覆蓋史密斯圓。圖3史密斯圓圖中VSWR圖3史密斯圓圖中VSWR為5:1以內(nèi)的阻抗分布示意圖5.3測試步驟本文件以13.56MHZ為例,進(jìn)行射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗測試,其他頻率射頻電源以此為準(zhǔn)參考測量。5.3.1測試阻抗點(diǎn)數(shù)據(jù)圖3史密斯圓圖中VSWR為5:1以內(nèi)的阻抗分布示意圖56MHZ為例,進(jìn)行射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗測試,其他頻率射頻電源以5.3.1.1矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀要求為準(zhǔn)確測量,以13.56MHZ為例,參考按表1對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行設(shè)置。3測試端面ZL測試端面ZL4T/CPSS10182025表序號(hào)設(shè)置參數(shù)測量2起始頻率12.882MHZ3截止頻率14.238MHZ4顯示格式smith,Rtjx5標(biāo)記12.882MHZ,13.56MHZ,14.238MHZ中頻帶寬30KHZ7掃描點(diǎn)數(shù)注:因本測試用射頻電源輸出頻率范圍為12.882MHZ到14.238MHZ,所以起始頻率和截止頻率為12.882MHZ和14.238MHZ,其他測試頻率按中心頻率范圍進(jìn)行設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)誤差。5.3.網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)誤差。5.3.1.2測試裝置組成阻抗測試裝置由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和負(fù)載設(shè)備連接組成,負(fù)載設(shè)備包含負(fù)載牽引導(dǎo)4所示。50水冷負(fù)功率輸出功率輸出射頻功率測量儀負(fù)載牽引系統(tǒng)b50歐姆水負(fù)載牽引系統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀負(fù)載設(shè)備負(fù)載設(shè)備圖45.3.1.3測試數(shù)據(jù)的記錄抗分布,分別改變負(fù)載設(shè)備的阻抗,記錄該阻抗點(diǎn)下負(fù)載牽引系矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量的阻抗值(Z),將Z的實(shí)部R和虛部X分別記錄在[A表格中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和負(fù)載設(shè)備連接組成,負(fù)載設(shè)備包含負(fù)載牽引導(dǎo)4所示。50水冷負(fù)功率輸出功率輸出射頻功率測量儀負(fù)載牽引系統(tǒng)b50歐姆水負(fù)載牽引系統(tǒng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀負(fù)載設(shè)備負(fù)載設(shè)備圖45.3.1.3測試數(shù)據(jù)的記錄抗分布,分別改變負(fù)載設(shè)備的阻抗,記錄該阻抗點(diǎn)下負(fù)載牽引系矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量的阻抗值(Z),將Z的實(shí)部R和虛部X分別記錄在[A表格中"負(fù)聯(lián)電容的位置和R(Ω)"和"X(Ω)"矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試端面MHZ、13.56MHZ和14.238MHZ頻率下負(fù)載設(shè)備的阻抗值。5.3.2開環(huán)控制下功率分布5.3.2.1射頻電源的使用要求使用射頻電源時(shí),應(yīng)按GB4793.1的有關(guān)安全規(guī)定執(zhí)行。5.3.2.2射頻電源的測試準(zhǔn)備測試用的射頻電源應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作:5.3.2.3射頻電源與負(fù)載設(shè)備的連接測試用射頻電源與負(fù)載設(shè)備連接應(yīng)符合圖5所示。為了測試的準(zhǔn)確性,射頻功率測量儀通過射頻連接器直接連接射頻電源的功率輸出端。5T/CPSS10182025負(fù)載設(shè)備圖5功率測試連接示意圖5.3.2.4射頻電源功率輸出的要求鑒于電源安全問題,測試用的射頻電源功率輸出設(shè)置為200w或全量程的10%。5.3.2.5測試及測試數(shù)據(jù)的記錄分別設(shè)置射頻電源輸出頻率為分別設(shè)置射頻電源輸出頻率為12.882MHZ、13.56MHZ和14.238MHZ,按7.3.1.3記錄的相應(yīng)率數(shù)據(jù),記錄在附錄A表格中"射頻功率測量值P(W)"一列。5.3.5.3.2.6射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗的計(jì)算按附錄B的方法進(jìn)行射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗參數(shù)的計(jì)算。6射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗測試的應(yīng)用在等離子體應(yīng)用中,當(dāng)使用高增益射頻電源時(shí),有可能會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這一問題可以通過調(diào)整射頻電源與等離子體之間的電纜長度來克服,以確保系統(tǒng)的充分穩(wěn)定性。計(jì)算最佳電纜長度的示例見附錄C。T/CPSS10182025附錄A(資料性)溫度相對(duì)濕度電源輸出頻率電源輸出頻率記錄點(diǎn)量值P量值P負(fù)載設(shè)備阻抗實(shí)部R負(fù)載設(shè)備阻抗虛部X負(fù)載設(shè)備并聯(lián)電容位置%負(fù)載設(shè)備并聯(lián)電容位置負(fù)載設(shè)備串聯(lián)電容位置%負(fù)載設(shè)備串聯(lián)電容位置W23457審核人日期:審核人日期:7T/CPSS10182025附錄B(規(guī)范性)射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗系數(shù)的計(jì)算方法根據(jù)式B.1ZZrjj+ZZL+式中: 各點(diǎn)阻抗所對(duì)應(yīng)的反射系數(shù); 各點(diǎn)阻抗所對(duì)應(yīng)的反射系數(shù);阻抗所對(duì)應(yīng)的反射系數(shù);阻抗;阻抗;系數(shù)實(shí)部;系數(shù)虛部;負(fù)載阻抗;ZL負(fù)載阻抗;ZL特征阻抗;Zo特征阻抗;Zo 反射系數(shù)實(shí)部; 反射系數(shù)實(shí)部;反射系數(shù)虛部;反射系數(shù)虛部;j虛數(shù)單位。jj虛數(shù)單位。j開始開始記錄表讀取射頻功率測量值與負(fù)載設(shè)備阻抗記錄表讀取射頻功率測量值與負(fù)載設(shè)備阻抗記錄表基于負(fù)載設(shè)備阻抗實(shí)部、虛部基于負(fù)載設(shè)備阻抗實(shí)部、虛部數(shù)據(jù)計(jì)算反射系數(shù)基于負(fù)載設(shè)備阻抗實(shí)部基于負(fù)載設(shè)備阻抗實(shí)部、虛部數(shù)據(jù)計(jì)算反射系數(shù)B.2等功率圖繪制繪制等功率線圖能更直觀地表現(xiàn)射頻功率隨反射系數(shù)變化而變化的情況,流程見圖B.2?；诜瓷湎禂?shù)復(fù)平面離散測量點(diǎn)集(rrrjpd),采用二元函數(shù)rs形式的曲面模型,通過二維插值方式擬合數(shù)據(jù)集其中,I,為步驟B.1中計(jì)算所得的反射系數(shù)實(shí)部T,,rj步驟B.1中計(jì)算所得j'T/CPSS10182025圖B.2生成等功率線圖流程圖圖B.3~圖B.2生成等功率線圖流程圖圖B.3等反射系數(shù)圓圖下射頻電源輸出頻率為12.882MHZ的等功率線圖例T/CPSS10182025·等反射系數(shù)圓圖下射頻電源輸出頻率為13.56的等功率線圖B.4等反射系數(shù)圓圖下射頻電源輸出頻率為·等反射系數(shù)圓圖下射頻電源輸出頻率為13.56的等功率線圖B.5等反射系數(shù)圓圖下射頻電源輸出頻率為14.238MHZ的等功率線圖例定義一個(gè)接近Z-50+j0且反射系數(shù)相等的點(diǎn)集,如圖B.8紅圈所示。T/CPSS10182025圖B.圖B.6等反射系數(shù)圈圖B.6等反射系數(shù)圈得的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維插值操作,得到沿該點(diǎn)集的變化而變化的射頻圖B.6等反射系數(shù)圈得的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維插值操作,得到沿該點(diǎn)集的變化而變化的射頻1射頻功率值最小的值和該點(diǎn)的反射系數(shù)T/CPSS10182025Genmin(B.2)式中:Gen射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗系數(shù)(最大梯度角);minGen的示意圖見圖B.8、B.9和B.10。圖B.9圖B.9射頻電源輸出頻率為13.56MHZ下Gen示意圖圖B.8射頻電源輸出頻率為12.882MHZ下Gen示意圖T/CPSS10182025圖B.10射頻電源輸出頻率為14.238MHZ下Gen示意圖T/CPSS10182025輸出頻率為12.88213.56MHZ和14.238MHZ下Gen關(guān)系圖圖GRF1+TZ=Z×min0式中:zmin 射頻功率值最小處阻抗;特征阻抗;Z,射頻功率值最小處反射系數(shù)。ZZdz輸出頻率為12.88213.56MHZ和14.238MHZ下Gen關(guān)系圖圖GRF1+TZ=Z×min0式中:zmin 射頻功率值最小處阻抗;特征阻抗;Z,射頻功率值最小處反射系數(shù)。ZZdz=min0Zo式中:dz 阻抗的微小變化量;射頻功率值最小處阻抗;zmin特征阻抗。Z,dp=P50式中:dp射頻功率的微小變化量;輸出頻率為12.882MHZ13.56MHZ和14.238MHZ下Gen關(guān)改據(jù),按式B.3B.6計(jì)算射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗系數(shù)(增益GRF)ZZ源功率值最小處阻抗;頑功率值最小處反射系數(shù)?？旱奈⑿∽兓?源功率值最小處阻抗;min0Zodzdp=saminPso50Q處擬合的射頻功率值;pmin射頻功率最小值。式中:GRF射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗系數(shù)(增益)dp射頻功率的微小變化量;dz阻抗的微小變化量。(B.3)(B.4)(B.5)T/CPSS10182025圖B.12圖B.12計(jì)算射頻電源動(dòng)態(tài)阻抗系數(shù):增益流程圖T/CPSS10182025附錄C最佳電纜長度計(jì)算方法c.1應(yīng)用場合在低壓、低功耗工藝條件下,依賴功率的等離子體阻抗和依賴負(fù)載的射頻輸送系統(tǒng)之間相互作用可功率輸出端率輸出端匹配器阻抗測量儀閉環(huán)控制射頻電源等離子體匹配器功率輸出端率輸出端匹配器阻抗測量儀閉環(huán)控制射頻電源等離子體匹配器圖圖C.圖圖C.1等離子體阻抗測試連接示意圖以下給出了為射頻傳輸系統(tǒng)尋找最佳電纜長度的步驟:為射頻傳輸系統(tǒng)尋找最佳電纜長度的步驟:以下給出了為射頻傳輸系統(tǒng)尋找最佳電纜長度的步驟:為射頻傳輸系統(tǒng)尋找最佳電纜長度的步驟:離子體阻抗軌跡角時(shí),應(yīng)細(xì)微改變射頻電源輸出功率。確保設(shè)備為穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),包括:定所測試的設(shè)備工作頻率,并根據(jù)相關(guān)頻率使用合適的測試設(shè)備蘇電源輸出功率,等匹配器到達(dá)匹配占時(shí),讀取阻抗測量儀數(shù)據(jù)·置匹配器為保持模式,該模式下,匹配器不再自動(dòng)匹配;頑電源輸出功率增加10%;b)b)測量前,確保設(shè)備為穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),包括:Z=R+jxi;Z=R+jxi;;;按-C.4方法計(jì)算最佳電纜長度。抗軌跡角計(jì)算亢數(shù)據(jù)z,按-C.4方法計(jì)算最佳電纜長度?？管壽E角計(jì)算亢數(shù)據(jù)z,Z2。plasma的單位為相角,按式c.1C.4計(jì)算等離子體Z,Z2Z,Z2。plasma的單位為相角,按式14ZZZZ式中:按步驟C.1按步驟C.1Z,特征阻抗。Z,Z2-Z+ZZ+式中:按步驟C.12按步驟C.1Z2按步驟C.1Z2Z,特征阻抗。Z,式中:反射系數(shù)差值;2按步驟c.1,增加射頻功率后計(jì)算的反射系數(shù);(C.2)(C.3)T/CPSS10182025i按步驟c.1,匹配器達(dá)到匹配狀態(tài)后計(jì)算的反射系數(shù)。式中:plasma等離子體動(dòng)態(tài)阻抗系數(shù)(最大梯度角);plasmaAr反射系數(shù)差值。C.3額外線纜長度計(jì)算按式C.5~C.6計(jì)算額外線纜長度。cableplasmaGenΔΔΔ-+180360×n·(cableplasmaGen式中:ALAL額外線纜長度角度;nn任意整數(shù)。Δ9xcxvcable720XFAL=t,if(c.6)cable720XF式中:c真空光速;F射頻電源輸出頻率。C.4最佳電纜長度計(jì)算示例以射頻電源輸出頻率為13.56MHZ測試獲得的數(shù)據(jù)為例,按步驟C.1測量獲得數(shù)據(jù):按步驟C.1測量獲得數(shù)據(jù):Z=49.36-4.75;Z2=53.01-3.15。Gen測量并計(jì)算獲得射頻電源參數(shù):Δ=-。Gen本測試用射頻電源輸出頻率為13.56MHZ:F=13560000HZ,n=0,C=300o00000m/s。計(jì)算步驟:ZZI,='"=-0.00415-jx0.048…(c.7)Z+Z式中:按步驟c.1,匹配器達(dá)到匹配狀態(tài)后計(jì)算的反射系數(shù);Z按步驟c.1,匹配器達(dá)到匹配狀態(tài)后測量到的阻抗值;Zo特征阻抗。c.s,式中:T/CPSS101820252按步驟c.1,增加射頻功率后計(jì)算的反射系數(shù);Z2按步驟c.1,增加射頻功率后測量到的阻抗值;Z,特征阻抗;AT=TZ-TI=0.03427+jx0.0183…(C.9)式中:Ar反射系數(shù)差值;2按步驟c.1,增加射頻功率后計(jì)算的反射系數(shù);i按步驟c.1,匹配器達(dá)到