等離子體反應(yīng)腔室阻抗自動(dòng)匹配方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種等離子體反應(yīng)腔室阻抗的自動(dòng)匹配方法，包括如下步驟：a)、設(shè)定可調(diào)阻抗元件的初始阻抗值；b)、判斷同軸電纜上測(cè)得的反射功率是否大于第一閾值；若是，則執(zhí)行步驟c)，否則，循環(huán)執(zhí)行步驟b)；c)、判斷射頻電源的頻率是否穩(wěn)定；若是，則執(zhí)行步驟d)，否則，循環(huán)執(zhí)行步驟c)；d)、判斷同軸電纜上測(cè)得的反射功率是否大于第二閾值；若是，則執(zhí)行步驟e)，否則，回到步驟b)繼續(xù)執(zhí)行；e)、以一調(diào)節(jié)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)可調(diào)阻抗元件阻抗值，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)與同軸電纜上對(duì)地電壓與電流的相位差α和/或的值同為正或同為負(fù)；其中，第二閾值大于第一閾值。其為阻抗匹配電路中可調(diào)阻抗元件提供準(zhǔn)確的阻抗調(diào)節(jié)步長(zhǎng)，提高了匹配效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】等離子體反應(yīng)腔室阻抗自動(dòng)匹配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及等離子體處理【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種等離子體反應(yīng)腔室阻 抗自動(dòng)匹配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在等離子體處理裝置中，射頻電源向工藝腔室供電以產(chǎn)生等離子體。等離子體中 含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和置于腔 室內(nèi)并曝露在等離子體環(huán)境下的待加工晶圓或待處理工件相互作用，使其表面發(fā)生等離子 體反應(yīng)，而使晶圓或工件表面性能發(fā)生變化，從而完成等離子體刻蝕或者其他工藝過(guò)程。
[0003] 在上述等離子體處理裝置中，射頻電源通常具有13. 56MHz的工作頻率、50 Q的輸 出阻抗，并通過(guò)用作射頻（RF)傳輸線的同軸電纜而與等離子體處理腔室的下電極相連，以 向等離子體處理腔室提供RF功率，激發(fā)用于刻蝕或其他工藝的等離子體。然而，隨著工藝 的進(jìn)行，腔室中的氣體成分以及壓力都在不斷變化，因而作為負(fù)載的等離子體的阻抗也在 不斷地變化，與此不同的是，射頻電源的內(nèi)阻卻固定為50 Q。也就是說(shuō)，隨著工藝的進(jìn)行，等 離子體處理腔室內(nèi)非線性負(fù)載的阻抗與射頻電源恒定輸出阻抗往往不相等，這使得在射頻 電源和等離子體處理腔室之間存在阻抗失配的問(wèn)題，并導(dǎo)致RF傳輸線上存在較大的反射 功率，使射頻電源的輸出功率無(wú)法全部施加到等離子體工藝腔室，導(dǎo)致了浪費(fèi)與工藝效率 的降低，嚴(yán)重情況下還能使等離子體難以起輝，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行等離子體處理工藝。
[0004] 為此，就需要對(duì)上述射頻傳輸系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中在射頻電源 10與等離子體反應(yīng)腔室30的下電極之間串接一阻抗匹配電路20,該阻抗匹配電路20包括 可調(diào)阻抗元件201與一恒定阻抗元件202,通過(guò)與其相連的諸如步進(jìn)電機(jī)等的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái) 對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使負(fù)載阻抗與射頻電源阻抗之間實(shí)現(xiàn)共軛匹配，具體地，使阻抗匹配電路 20與等離子體反應(yīng)腔室30二者的總阻抗為50 Q。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，通常以人工方式隨機(jī)選擇一調(diào)節(jié)步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而并不知道調(diào)節(jié)的 方向，也不知道其具體大小，因而這種調(diào)節(jié)方式往往需要往復(fù)多次、效率低下，且可能在調(diào) 節(jié)過(guò)程中引起反射功率的增大，從而給等離子體處理工藝帶來(lái)不利影響。
[0006] 因此，提供一種可靠而高效的等離子體處理腔室阻抗自動(dòng)匹配方法，是本發(fā)明需 要解決的技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體處理腔室阻抗自動(dòng)匹配方法，其能提供準(zhǔn)確 的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)，以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)射頻電源和等離子體處理腔室之間的阻抗匹配。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] -種等離子體反應(yīng)腔室阻抗的自動(dòng)匹配方法，用于在一等離子體處理工藝步驟中 自動(dòng)調(diào)節(jié)阻抗匹配電路中一可調(diào)阻抗元件的阻抗值，阻抗匹配電路輸入端通過(guò)一同軸電纜 與一可變頻率射頻電源連接，其輸出端與反應(yīng)腔室的下電極連接，該方法包括如下步驟： a)、設(shè)定可調(diào)阻抗元件的初始阻抗值；b)、判斷同軸電纜上測(cè)得的反射功率是否大于第一閾 值；若是，則執(zhí)行步驟c)，否則，循環(huán)執(zhí)行步驟b) ;c)、判斷射頻電源的頻率是否穩(wěn)定；若是， 則執(zhí)行步驟d)，否則，循環(huán)執(zhí)行步驟c) ;d)、判斷同軸電纜上測(cè)得的反射功率是否大于第二 閾值；若是，則執(zhí)行步驟e)，否則，回到步驟b)繼續(xù)執(zhí)行；e)、以一調(diào)節(jié)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)可調(diào)阻抗 元件阻抗值，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)與同軸電纜上對(duì)地電壓與電流的相位差a和/或

【權(quán)利要求】
1. 一種等離子體反應(yīng)腔室阻抗自動(dòng)匹配方法，用于在一等離子體處理工藝步驟中自動(dòng) 調(diào)節(jié)阻抗匹配電路中一可調(diào)阻抗元件的阻抗值，所述阻抗匹配電路輸入端通過(guò)一同軸電纜 與一可變頻率射頻電源連接，其輸出端與所述反應(yīng)腔室的下電極連接，所述方法包括如下 步驟： a) 、設(shè)定所述可調(diào)阻抗元件的初始阻抗值； b) 、判斷所述同軸電纜上測(cè)得的反射功率是否大于第一閾值；若是，則執(zhí)行步驟c)，否 貝IJ，循環(huán)執(zhí)行步驟b); c) 、判斷射頻電源的頻率是否穩(wěn)定；若是，則執(zhí)行步驟d)，否則，循環(huán)執(zhí)行步驟c); d) 、判斷所述同軸電纜上測(cè)得的反射功率是否大于第二閾值；若是，則執(zhí)行步驟e)，否 貝1J，回到步驟b)繼續(xù)執(zhí)行； e) 、以一調(diào)節(jié)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)所述可調(diào)阻抗元件阻抗值，所述調(diào)節(jié)步長(zhǎng)與所述同軸電纜上對(duì) 地電壓與電流的相位差α和/或Yc0^- 5O的值同為正或同為負(fù)； 其中，V為所述同軸電纜上對(duì)地電壓，I為所述同軸電纜上電流，所述第二閾值大于所 述第一閾值。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步長(zhǎng)與所述同軸電纜上對(duì)地電壓 與電流的相位差α成正比。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步長(zhǎng)與>〇sa-5()的值成正比，其 中，V為所述同軸電纜上對(duì)地電壓，I為所述同軸電纜上電流，α為所述同軸電纜上對(duì)地電 壓與電流的相位差。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一閾值為所述射頻電源輸出功 率的X%與5W中的最大值，或所述射頻電源輸出功率的X%與5W中的最小值，其中X大于等 于1、小于等于3 ;所述第二閾值為所述射頻電源輸出功率的y%與IOW中的最大值，或所述 射頻電源輸出功率的y%與IOW中的最小值，其中，y大于等于3、小于等于5。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述射頻電源的輸出功率為800-10000W。
6. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步驟c)中，若1秒內(nèi)所述射頻電源 的頻率未出現(xiàn)超過(guò)初始頻率值2. 5%范圍內(nèi)的浮動(dòng)，則所述射頻電源的頻率穩(wěn)定。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述射頻電源的初始頻率值為2MHZ或 13.56MHZ。
8. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步驟e)包括步驟： el)、以所述同軸電纜上串接的一電壓電流傳感器測(cè)量所述同軸電纜上對(duì)地電壓V與 電流I。
9. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，其在步驟e)之后還包括步驟： f) 、等待一時(shí)間段后，回到所述步驟b)繼續(xù)執(zhí)行。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟f)中，所述時(shí)間段的時(shí)長(zhǎng)為 0· 5-1 秒。
11. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步驟a)中，所述可調(diào)阻抗元件的 初始阻抗值由所述等離子體處理工藝步驟的多個(gè)工藝參數(shù)共同確定，所述工藝參數(shù)至少包 括：制程氣體種類(lèi)，制程氣體流量以及射頻電源輸出功率。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻抗匹配電路與所述反應(yīng)腔室的阻抗 之和為50Ω。
13. -種等離子體處理裝置，包括反應(yīng)腔室、置于反應(yīng)腔室下方的下電極、一阻抗匹配 電路、一電壓電流傳感器、一可變頻率射頻電源以及一控制單元，所述阻抗匹配電路至少包 括一可調(diào)阻抗元件，所述射頻電源通過(guò)同軸電纜與所述阻抗匹配電路輸入端連接，所述阻 抗匹配電路輸出端與所述下電極連接，其中，所述電壓電流傳感器串接于所述同軸電纜上， 所述控制單元根據(jù)所述電壓電流傳感器測(cè)得的電壓與電流值，應(yīng)用如權(quán)利要求1至3中任 一項(xiàng)所述的阻抗自動(dòng)匹配方法，調(diào)節(jié)所述可調(diào)阻抗元件阻抗值，以實(shí)現(xiàn)所述等離子體處理 裝置中的阻抗匹配。
14. 如權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述阻抗匹配電路包括一 可調(diào)電容與一恒定電容，所述可調(diào)電容一端與所述恒定電容一端連接作為所述阻抗匹配電 路的輸入端，所述可調(diào)電容另一端接地，所述恒定電容另一端作為所述阻抗匹配電路的輸 出端。
15. 如權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述阻抗匹配電路包括一 可調(diào)電容與一恒定電容，所述可調(diào)電容一端與所述恒定電容一端連接作為所述阻抗匹配電 路的輸入端，所述恒定電容另一端接地，所述可調(diào)電容另一端作為所述阻抗匹配電路的輸 出端。
16. 如權(quán)利要求13所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述阻抗匹配電路包括一 可調(diào)電容、一恒定電容與一恒定電感，所述可調(diào)電容一端與所述恒定電容一端連接作為所 述阻抗匹配電路的輸入端，所述恒定電容另一端接地，所述可調(diào)電容另一端與所述恒定電 感一端連接，所述恒定電感另一端作為所述阻抗匹配電路的輸出端。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK104377106SQ201310359236
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】梁潔, 葉如彬 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司