[發明專利]匹配裝置、匹配方法及半導體加工設備

有效

• 申請號: 201610169274.2
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN107256820B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 衛晶;李興存;韋剛;成曉陽
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;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

本發明提供的匹配裝置、匹配方法及半導體加工設備，包括匹配器、固定負載和控制裝置，匹配器用于使射頻電源的輸出阻抗與反應腔室的輸入阻抗相匹配；固定負載的阻抗與射頻電源的輸出阻抗相等；控制裝置用于按預設時序在匹配模式與固定模式之間進行切換，以實現將射頻電源的連續波輸出轉換成脈沖輸出后通過匹配器加載至反應腔室，其中，匹配模式為：控制裝置控制由射頻電源輸出的連續波功率通過匹配器加載至反應腔室；固定模式為：控制裝置控制由射頻電源輸出的連續波功率加載至固定負載。本發明提供的匹配裝置，其可以使射頻電源始終輸出連續波功率，而無需輸出脈沖波功率，從而可以避免在輸出脈沖功率時發生的過沖現象或者匹配不穩定、不重復的現象。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，具體地，涉及一種匹配裝置、匹配方法及半導體加工設備。

背景技術

在等離子體加工系統中，射頻電源將射頻能量傳輸至反應腔室中，以激發反應腔室中的反應氣體形成含有大量活性粒子的等離子體，等離子體和晶片相互作用，完成刻蝕或沉積等的工藝過程。在射頻能量傳輸的過程中，射頻電源的輸出阻抗一般為50歐姆，而反應腔室的輸入阻抗不等于50歐姆，因而若直接將射頻能量傳輸至反應腔室，會因傳輸路徑的阻抗不匹配而發生射頻能量的反射，導致無法正常激發反應腔室內的反應氣體形成等離子體。因此，需要在射頻電源與反應腔室之間連接一個匹配裝置，該匹配裝置可以使射頻電源的輸出阻抗與反應腔室的輸入阻抗一致，從而保證射頻能量的正常傳輸。

圖1為現有的匹配裝置的原理框圖。請參閱圖1，射頻系統用于向反應腔室20提供射頻能量，其包括射頻電源10和匹配裝置30。其中，射頻電源10具有脈沖功能。匹配裝置30連接在射頻電源10與反應腔室20之間，其具有自動匹配功能和固定匹配位置功能，具體包括檢測單元1、匹配器2、控制單元3和兩個控制電機4和5，其中，檢測單元1用于檢測射頻電源10的輸入信號和反射功率值，并將其發送至控制單元3；匹配器2的內部結構如圖2所示，其具有兩個可變電容C2和C3，兩個控制電機4和5用于在控制單元3的控制下，分別調節兩個可變電容C2和C3。在工藝開始時，首先使射頻電源10切換至連續波模式，以輸出連續波功率，同時檢測單元1將實時檢測到的輸入信號及反射功率值發送至控制單元3。控制單元3根據算法控制兩個控制電機4和5分別調節兩個可變電容C2和C3，在調節過程中，控制單元3判斷由檢測單元1發送而來的反射功率值是否在較小的閾值范圍內，若是，則確定射頻電源10的輸出阻抗與反應腔室20的輸入阻抗匹配，并在等離子體保持穩定之后，控制匹配器2處于固定(Hold)模式，即，兩個可變電容C2和C3的電容值及其它各項參數均保持不變；與此同時，控制單元3控制射頻電源10切換至脈沖波模式進行工藝，在工藝進行至一定階段后，控制單元3判斷是否需要切換至下一個工藝步驟，若否，則繼續進行該工藝直至結束。若是，則因所有的工藝條件發生變化而需要控制射頻電源10重新切換至連續波模式，且匹配器2重新進行匹配工作。待匹配完成后，匹配器2重新處于固定模式，同時射頻電源10切換至脈沖波模式進行新的工藝。以此類推直至整個工藝過程結束。

上述匹配裝置30在實際應用中不可避免地存在以下問題：

其一，上述射頻電源10在輸出脈沖功率時會出現過沖現象，導致射頻系統的阻抗突變，而由于匹配器2在射頻電源10處于脈沖波模式下時處于固定狀態，因而無法及時地對所發生的阻抗突變做出響應，從而造成匹配不穩定、不重復，進而影響工藝結果。

其二，上述匹配器2在射頻電源處于連續波模式下的匹配位置與在射頻電源處于脈沖波模式下的匹配位置被默認為是相同的，但是，在實際應用中，在相同的工藝條件下，上述兩種模式應用時射頻系統的阻抗存在差異，這會影響匹配裝置的匹配精度甚至導致射頻電源的輸出阻抗與反應腔室的輸入阻抗二者失配，從而造成匹配不穩定、不重復，進而影響工藝結果。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種匹配裝置、匹配方法及半導體加工設備，其可以使射頻電源始終輸出連續波功率，而無需輸出脈沖波功率，從而可以避免在輸出脈沖功率時發生的過沖現象或者匹配不穩定、不重復的現象。