[發明專利]等離子體刻蝕系統的阻抗匹配方法

有效

• 申請號: 201310705224.8
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103632927A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 崔強;葉如彬;徐蕾;倪圖強
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01J37/32
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種等離子體刻蝕系統的阻抗匹配方法。

背景技術

在半導體工藝中，等離子體氣體相關的工藝在半導體器件的制作中的重要性越來越大，例如等離子體刻蝕工藝、反應離子刻蝕工藝等等。

雙頻等離子體刻蝕系統一般包括刻蝕腔室、偏置電源（bias?power）和源電源（source?power），所述源電源的頻率較高比如13MHZ，27MHZ或者60Mhz以上，用于在反應腔內產生并維持等離子體同時用于控制等離子體的密度，所述偏置電源的頻率較低，典型的如2Mhz的射頻電源，用于控制等離子體的運動方向以及所攜帶的能量。所述偏置電源和源電源通過阻抗匹配器向反應腔內提供射頻電源。

雙頻同步脈沖等離子刻蝕系統中，偏置電源和源電源需要同時工作在脈沖模式下。采用脈沖電源和連續功率電源相比，可以降低在產生等離子體的過程中可能出現的紫外線輻射、充電損傷、物理濺射等問題，在所述雙頻同步脈沖等離子體刻蝕系統中，整個系統在脈沖開啟（pulse?on）和脈沖關閉（pulse?off）的過程中，反應腔內的等離子體的狀態會發生變化，而導致源電源的輸出阻抗和阻抗匹配器的輸入阻抗不匹配，導致電源的供電效率降低。

可以通過調整源電源的頻率或者阻抗匹配器內的匹配電容實現源電源的輸出阻抗和阻抗匹配器的輸入阻抗。現有技術中通過調整源電源的頻率實現阻抗匹配的方法中，源電源的調頻算法效率低，無法自動找到合適的匹配頻率。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種等離子體刻蝕系統的阻抗匹配方法，提高阻抗匹配的效率。

為解決上述問題，本發明提供一種等離子體刻蝕系統的阻抗匹配方法，包括：提供等離子體刻蝕系統，所述等離子體刻蝕系統包括：阻抗匹配器，所述阻抗匹配器的輸入端與源電源和偏置電源電連接，所述阻抗匹配器的輸出端與反應腔電連接，所述阻抗匹配器和源電源的連接端與電壓-電流探測器的一端電連接，所述電壓-電流探測器另一端通過頻率調整控制單元與源電源連接；源電源和偏置電源同時工作在連續功率模式下，調整源電源的頻率使所述源電源阻抗與匹配器輸入端阻抗匹配，獲得第一匹配頻率；將所述偏置電源轉變為脈沖功率模式，所述脈沖功率模式包括脈沖開啟狀態和脈沖關閉狀態，所述脈沖開啟狀態的功率與連續功率模式下的功率相同，所述脈沖關閉狀態的功率小于所述脈沖開啟狀態的功率，將所述第一匹配頻率作為偏置電源脈沖開啟狀態下的源電源的基準頻率；在所述偏置電源由脈沖開啟狀態轉變為脈沖關閉狀態時，以所述基準頻率為基準，增大或減小所述源電源的頻率使所述源電源阻抗與匹配器輸入端阻抗匹配，獲得源電源的第二匹配頻率。

可選的，調整源電源的頻率的方法包括：所述電壓-電流探測器獲取源電源與阻抗匹配器連接短的輸入電流和電壓，通過所述電流和電壓數據得到阻抗匹配器輸入端的阻抗和功率反射系數，所述功率反射系數為反射功率和源電源輸出功率的比值；將所述阻抗匹配器的輸入端阻抗和功率反射系數反饋給頻率調整控制器；所述頻率調整控制器根據獲取的輸入阻抗值和功率反射系數調整源電源的頻率。

可選的，所述頻率調整控制單元通過阻抗匹配器的輸入端阻抗的相位角的正弦值控制源電源頻率調整的方向：若所述相位角的正弦值大于0，則降低源電源的頻率；若所述相位角的正弦值小于0，則增大源電源的頻率，當所述相位角的正弦值為0時，停止調頻，此時源電源的頻率第二匹配頻率。

可選的，調整源電源頻率的過程中，所述源電源單次降低或增大的頻率的數值為一個頻率步進，根據功率反射系數的大小調整頻率步進的數值。

可選的，所述功率反射系數越大，則頻率步進的數值越大。

可選的，所述功率反射系數大于0.25，所述頻率步進的數值為100KHz。

可選的，所述頻率步進的數值隨著功率反射系數的減小而減小。

可選的，所述頻率步進的數值隨著功率反射系數的減小等比例減小。

可選的，所述偏置電源轉變為脈沖功率模式后，電壓-電流探測器得到的功率反射系數發生變化而觸發所述頻率調整控制單元對源電源的頻率調整。

可選的，觸發所述源電源進行頻率調整的功率反射系數大小范圍為0.1～0.9。

可選的，源電源阻抗與匹配器輸入端阻抗匹配時，所述阻抗匹配器輸入端的功率反射系數為0。

可選的，所述源電源和偏置電源共同工作在脈沖功率模式下。

可選的，所述源電源在脈沖功率模式下的輸出功率的范圍為200W～1000W。

可選的，所述偏置電源的頻率由偏置電源自動設定。