等離子體反應腔室阻抗自動匹配方法
【專利摘要】本發明涉及一種等離子體反應腔室阻抗的自動匹配方法，包括如下步驟：a)、設定可調阻抗元件的初始阻抗值；b)、判斷同軸電纜上測得的反射功率是否大于第一閾值；若是，則執行步驟c)，否則，循環執行步驟b)；c)、判斷射頻電源的頻率是否穩定；若是，則執行步驟d)，否則，循環執行步驟c)；d)、判斷同軸電纜上測得的反射功率是否大于第二閾值；若是，則執行步驟e)，否則，回到步驟b)繼續執行；e)、以一調節步長調節可調阻抗元件阻抗值，調節步長與同軸電纜上對地電壓與電流的相位差α和/或的值同為正或同為負；其中，第二閾值大于第一閾值。其為阻抗匹配電路中可調阻抗元件提供準確的阻抗調節步長，提高了匹配效率。
【專利說明】等離子體反應腔室阻抗自動匹配方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及等離子體處理【技術領域】，更具體地說，涉及一種等離子體反應腔室阻 抗自動匹配方法。
【背景技術】
[0002] 在等離子體處理裝置中，射頻電源向工藝腔室供電以產生等離子體。等離子體中 含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和置于腔 室內并曝露在等離子體環境下的待加工晶圓或待處理工件相互作用，使其表面發生等離子 體反應，而使晶圓或工件表面性能發生變化，從而完成等離子體刻蝕或者其他工藝過程。
[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，激發用于刻蝕或其他工藝的等離子體。然而，隨著工藝 的進行，腔室中的氣體成分以及壓力都在不斷變化，因而作為負載的等離子體的阻抗也在 不斷地變化，與此不同的是，射頻電源的內阻卻固定為50 Q。也就是說，隨著工藝的進行，等 離子體處理腔室內非線性負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題，并導致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法全部施加到等離子體工藝腔室，導致了浪費與工藝效率 的降低，嚴重情況下還能使等離子體難以起輝，進而無法進行等離子體處理工藝。
[0004] 為此，就需要對上述射頻傳輸系統進行改進，如圖1所示，現有技術中在射頻電源 10與等離子體反應腔室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 可調阻抗元件201與一恒定阻抗元件202,通過與其相連的諸如步進電機等的執行機構來 對其進行調節，以使負載阻抗與射頻電源阻抗之間實現共軛匹配，具體地，使阻抗匹配電路 20與等離子體反應腔室30二者的總阻抗為50 Q。
[0005] 現有技術中，通常以人工方式隨機選擇一調節步長進行調節，而并不知道調節的 方向，也不知道其具體大小，因而這種調節方式往往需要往復多次、效率低下，且可能在調 節過程中引起反射功率的增大，從而給等離子體處理工藝帶來不利影響。
[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匹配方法，是本發明需 要解決的技術問題。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種等離子體處理腔室阻抗自動匹配方法，其能提供準確 的調節步長，以自動實現射頻電源和等離子體處理腔室之間的阻抗匹配。
[0008] 為實現上述目的，本發明的技術方案如下：
[0009] -種等離子體反應腔室阻抗的自動匹配方法，用于在一等離子體處理工藝步驟中 自動調節阻抗匹配電路中一可調阻抗元件的阻抗值，阻抗匹配電路輸入端通過一同軸電纜 與一可變頻率射頻電源連接，其輸出端與反應腔室的下電極連接，該方法包括如下步驟： a)、設定可調阻抗元件的初始阻抗值；b)、判斷同軸電纜上測得的反射功率是否大于第一閾 值；若是，則執行步驟c)，否則，循環執行步驟b) ;c)、判斷射頻電源的頻率是否穩定；若是， 則執行步驟d)，否則，循環執行步驟c) ;d)、判斷同軸電纜上測得的反射功率是否大于第二 閾值；若是，則執行步驟e)，否則，回到步驟b)繼續執行；e)、以一調節步長調節可調阻抗 元件阻抗值，調節步長與同軸電纜上對地電壓與電流的相位差a和/或
【權利要求】
1. 一種等離子體反應腔室阻抗自動匹配方法，用于在一等離子體處理工藝步驟中自動 調節阻抗匹配電路中一可調阻抗元件的阻抗值，所述阻抗匹配電路輸入端通過一同軸電纜 與一可變頻率射頻電源連接，其輸出端與所述反應腔室的下電極連接，所述方法包括如下 步驟： a) 、設定所述可調阻抗元件的初始阻抗值； b) 、判斷所述同軸電纜上測得的反射功率是否大于第一閾值；若是，則執行步驟c)，否 貝IJ，循環執行步驟b); c) 、判斷射頻電源的頻率是否穩定；若是，則執行步驟d)，否則，循環執行步驟c); d) 、判斷所述同軸電纜上測得的反射功率是否大于第二閾值；若是，則執行步驟e)，否 貝1J，回到步驟b)繼續執行； e) 、以一調節步長調節所述可調阻抗元件阻抗值，所述調節步長與所述同軸電纜上對 地電壓與電流的相位差α和/或Yc0^- 5O的值同為正或同為負； 其中，V為所述同軸電纜上對地電壓，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. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述調節步長與所述同軸電纜上對地電壓 與電流的相位差α成正比。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述調節步長與>〇sa-5()的值成正比，其 中，V為所述同軸電纜上對地電壓，I為所述同軸電纜上電流，α為所述同軸電纜上對地電 壓與電流的相位差。
4. 如權利要求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秒內所述射頻電源 的頻率未出現超過初始頻率值2. 5%范圍內的浮動，則所述射頻電源的頻率穩定。
7. 如權利要求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量所述同軸電纜上對地電壓V與 電流I。
9. 如權利要求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) 、等待一時間段后，回到所述步驟b)繼續執行。
10. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟f)中，所述時間段的時長為 0· 5-1 秒。
11. 如權利要求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工藝參數共同確定，所述工藝參數至少包 括：制程氣體種類，制程氣體流量以及射頻電源輸出功率。
12. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻抗匹配電路與所述反應腔室的阻抗 之和為50Ω。
13. -種等離子體處理裝置，包括反應腔室、置于反應腔室下方的下電極、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 括一可調阻抗元件，所述射頻電源通過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， 所述控制單元根據所述電壓電流傳感器測得的電壓與電流值，應用如權利要求1至3中任 一項所述的阻抗自動匹配方法，調節所述可調阻抗元件阻抗值，以實現所述等離子體處理 裝置中的阻抗匹配。
14. 如權利要求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 可調電容與一恒定電容，所述可調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 可調電容與一恒定電容，所述可調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，所述可調電容另一端作為所述阻抗匹配電路的輸 出端。
16. 如權利要求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 可調電容、一恒定電容與一恒定電感，所述可調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】H01J37/32GK104377106SQ201310359236
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】梁潔, 葉如彬 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司