[發明專利]等離子體處理裝置的阻抗匹配方法

有效

• 申請號: 201410857334.0
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN105810547B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 葉如彬;梁潔
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01L21/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 應戰,駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種等離子體處理裝置的阻抗匹配方法。

背景技術

用于集成電路的制造的等離子體處理工藝中包括等離子體沉積工藝、和等離子體刻蝕工藝等。所述等離子體處理工藝的原理包括：使用射頻功率源驅動等離子體發生裝置(例如電感耦合線圈)產生較強的高頻交變磁場，使得低壓的反應氣體被電離產生等離子體。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，所述活性粒子可以和待處理晶圓的表面發生多種物理和化學反應，使得晶圓表面的形貌發生改變，即完成等離子體處理工藝。

等離子體產生的方式很多，而產生等離子體時所施加的功率由電源輸出，電源從頻段上來分通常可包括直流電源、射頻電源和微波電源。其中，射頻電源具體包括：低頻(30kHz-300kHz)電源、中頻(300kHz-2MHz)電源、高頻(2MHz-30MHz)電源和超高頻(30MHz-300MHz)電源。而射頻電源本身具有特征阻抗，例如：該特征阻抗通常為50Ω，而等離子體負載的負載阻抗一般不為50Ω。根據傳輸線理論，當射頻電源的輸出阻抗與等離子體負載的負載阻抗不共軛，即：阻抗不匹配時，射頻電源的輸出功率無法完全加載到等離子體負載上，會產生功率反射，這樣會造成功率浪費，同時反射回射頻電源的功率會對射頻電源本身造成損害。為解決射頻電源的特征阻抗和等離子體負載的負載阻抗不匹配的問題，通常需要在射頻電源和等離子體負載之間設置一個阻抗匹配網絡調節裝置。

然而，現有的阻抗匹配方法會造成等離子體處理過程中的等離子體分布密度均勻性較差，造成等離子體處理工藝的均勻性較差。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種等離子體處理裝置的阻抗匹配方法，能夠使等離子體的狀態穩定，使等離子體處理的質量提高、狀態穩定。

為解決上述問題，本發明提供一種等離子體處理裝置的阻抗匹配方法，包括：提供阻抗匹配裝置連接在等離子處理裝置和可變頻功率源之間，所述阻抗匹配裝置包括可變頻功率源第一可變電容、第二可變電容和電感，所述可變頻功率源用于向所述等離子處理裝置提供在第一輸出頻率到第二輸出頻率范圍內可變的射頻功率輸出，所述第一可變電容與所述可變頻功率源串聯，所述第二可變電容與所述可變頻功率源并聯，所述電感與所述可變頻功率源和第一可變電容串聯；

獲取所述等離子處理裝置的諧振頻率范圍，所述諧振頻率范圍與所述可變頻功率源的輸出頻率范圍至少部分重疊；

進行頻率調節模式，所述頻率調節模式中包括多個頻率調節步驟，所述頻率調節步驟包括：根據檢測到的當前等離子處理裝置的反射功率信號，獲得下一步驟中所述可變頻功率源的輸出頻率；

如果所獲得的下一步驟中的輸出頻率不在所述諧振頻率范圍內，則循環執行所述頻率調節步驟，使可變頻功率源輸入到等離子處理裝置的反射功率變小直到最小化；

如果所獲得的下一步驟中的輸出頻率進入所述諧振頻率范圍內，停止頻率調節模式，進入電容調節模式，所述電容調節模式包括至少一個電容調節步驟，所述電容調節步驟包括：根據檢測到的當前等離子處理裝置的反射功率信號調節第一可變電容，以減小等離子處理裝置的反射功率。

可選的，獲取所述等離子體處理裝置的諧振頻率范圍的方法包括：檢測所述等離子處理裝置，獲取所述等離子處理裝置的諧振峰值頻率；根據所述諧振峰值頻率獲取諧振基頻，所述諧振基頻或諧振基頻的偶數倍數等于所述諧振峰值頻率；根據所述諧振峰值頻率獲取諧振頻率范圍，所述諧振頻率范圍包括所述諧振基頻。

可選的，所述諧振峰值頻率是所述諧振基頻的整數倍。

可選的，根據所述諧振峰值頻率獲取諧振頻率范圍的步驟包括：獲取所述諧振峰頻率對應的負載阻抗峰值；獲取阻抗峰值范圍，所述阻抗峰值范圍為所述負載阻抗峰值減去偏移阻抗的值至所述負載阻抗峰值；獲取所述阻抗負載范圍對應的諧振峰值頻率范圍；根據所述諧振峰值頻率范圍獲取包括諧振基頻的所述諧振頻率范圍。

可選的，所述偏移阻抗大于或等于所述負載阻抗峰值的5％。

可選的，所述可變頻功率源的頻率變化范圍為基準頻率減去偏移頻率至基準頻率加上偏移頻率。

可選的，所述基準頻率的范圍為2MHz～60MHz；所述偏移頻率的范圍為所述基準頻率的5％～10％。

可選的，所述電容調節模式中，循環執行所述電容調節步驟，調節所述第一可變電容，使等離子處理裝置的反射功率變小直到最小化。

可選的，執行至少一次電容調節步驟后，如果諧振頻率范圍發生偏移，停止所述電容調節模式，重新進入所述頻率調節模式。