[發明專利]阻抗匹配裝置、阻抗匹配方法及基片加工設備

有效

• 申請號: 201210343983.X
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN103687267A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 劉建生
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張天舒

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種阻抗匹配裝置、阻抗匹配方法及基片加工設備。

背景技術

低頻等離子體技術廣泛用于雙頻深硅刻蝕、晶硅太陽能電池、物理氣相沉積（PVD）等制作工藝中。由于電感耦合（ICP）放電能夠在較低的工作氣壓下獲得高密度的等離子體，而且電感耦合（ICP）放電裝置結構簡單，造價低，因此，電感耦合放電是比較理想的產生等離子體的方式之一。

在低頻電感耦合（ICP）等離子體發生裝置中，向反應腔室提供射頻功率的射頻電源具有恒定輸出阻抗的特性，例如，輸出阻抗為50Ω，而等離子體負載具有不恒定負載阻抗的特性，即，負載阻抗隨著工藝過程而不斷變化。根據傳輸線理論，當射頻電源的輸出阻抗與負載阻抗不能共軛匹配時，射頻電源的輸出功率無法全部加載到等離子體負載上，而且會有部分功率反射，造成功率浪費，同時反射回射頻電源的功率又會對射頻電源造成損害。為此，在實際應用中，在射頻電源和等離子體負載之間設置阻抗匹配裝置，以使射頻電源的輸出阻抗和負載阻抗共軛匹配。

常用的阻抗匹配器包括“L”型阻抗匹配器和“倒L”型阻抗匹配器。對于低頻電感耦合等離子體發生裝置而言，“倒L”型阻抗匹配器可以獲得更寬的匹配范圍，因此，“倒L”型阻抗匹配器常被稱為低頻阻抗匹配器。低頻阻抗匹配裝置包括匹配網絡、撥盤以及用于監測電壓和電流的探針（以下簡稱VI?Probe）。其中，撥盤用于調節匹配網絡的輸入阻抗，VI?Probe可以監測匹配網絡的輸入阻抗。操作者根據VI?Probe監測到的匹配網絡的輸入阻抗撥動撥盤，從而使匹配網絡的輸入阻抗與射頻電源的輸出阻抗共軛匹配。然而，在實際使用過程中，這種手動調節阻抗方式匹配阻抗的時間較長，降低了阻抗匹配的效率；而且對監測等離子體負載阻抗的VI?Probe的精度要求較高，增加了低頻阻抗匹配裝置的成本。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種阻抗匹配裝置及阻抗匹配方法，其阻抗匹配的效率較高，而且成本低。

為解決上述技術問題，本發明還提供一種基片加工設備，其使用效率高，生產成本低。

解決上述技術問題的所采用的技術方案是提供一種阻抗匹配裝置，用于將射頻能量從射頻功率源耦合至等離子體負載，包括阻抗匹配網絡，其包括第一電容和第二電容，所述等離子體負載的一端與所述射頻功率源連接，另一端接地；所述第二電容串聯在所述射頻功率源與所述等離子體負載之間；所述第一電容的一端與所述等離子體負載連接，另一端接地；

還包括自動控制單元，在調節阻抗匹配網絡的輸入阻抗時，首先調節所述第一電容的電容值使阻抗實部偏差小于或等于第一預設精度，然后調節所述第二電容的電容值使阻抗虛部偏差小于或等于第二預設精度，重復上述調節步驟，使阻抗匹配網絡的輸入阻抗與射頻功率源的輸出阻抗實現共軛匹配；

其中，所述阻抗實部偏差為所述阻抗匹配裝置的輸入阻抗的實部與所述射頻功率源的輸出阻抗的實部之間的偏差，所述阻抗虛部偏差為所述阻抗匹配裝置的輸入阻抗的虛部與所述射頻功率源的輸出阻抗的虛部之間的偏差。

其中，還包括第一獲取單元，其包括：

第一檢測模塊，用于實時獲取所述阻抗匹配網絡的輸入電壓和電流；

第一計算模塊，用于根據所述阻抗匹配網絡的輸入電壓和電流計算所述阻抗匹配網絡輸入阻抗的模值和相位。

其中，所述自動控制單元包括：

第二計算模塊，用于根據所述阻抗匹配網絡輸入阻抗的模值和相位獲得所述阻抗匹配網絡輸入阻抗的實部和所述阻抗匹配網絡輸入阻抗的虛部；

第三計算模塊，用于根據所述阻抗匹配網絡輸入阻抗的實部和所述射頻功率源輸出阻抗的實部獲得所述阻抗實部偏差，以及根據所述阻抗匹配網絡輸入阻抗虛部和所述輸出阻抗的虛部獲得所述阻抗虛部偏差。

其中，所述自動控制單元還包括：

第一判斷模塊，用于判斷所述阻抗實部偏差是否大于第一預設精度，若所述阻抗實部偏差大于第一預設精度，則根據所述阻抗實部偏差計算第一電容調整量；

第一執行模塊，用于根據所述第一電容調整量調整所述第一電容的阻抗值；

第二判斷模塊，用于判斷所述阻抗虛部偏差是否大于第二預設精度，若判斷出所述阻抗虛部偏差大于第二預設精度，則根據所述阻抗虛部偏差獲得第二電容調整量；

第二執行模塊，用于根據所述第二電容調整量調整所述第二電容的阻抗值。

其中，所述輸入阻抗實部為|Z|cosθ，所述輸入阻抗虛部為|Z|sinθ，其中，|Z|為輸入阻抗的模值，θ為所述輸入阻抗的相位。