[发明专利]一种射频传输中实现阻抗匹配的方法和一种阻抗匹配装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，特别是涉及一种射频传输中实现阻 抗匹配的方法和一种阻抗匹配装置。

背景技术

等离子体被广泛应用于半导体器件的生产过程中。在等离子体刻蚀系统 中，射频电源向等离子腔体供电以产生等离子体。等离子体中含有大量的电 子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于 腔体中并曝露在等离子体环境下的晶圆相互作用，使晶圆材料表面发生各种 物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的刻蚀或者其他 工艺过程。

常用的射频电源工作频率为13.56MHz，输出阻抗为50Ω，通过特征阻 抗为50Ω的同轴电缆与反应腔室相连。随着刻蚀过程的进行，腔室中的气体 成分以及压力都在不断变化，因此，作为负载的等离子体的阻抗也在不断的 变化。而射频电源的内阻为固定的50Ω，即功率源与负载之间阻抗是不匹配 的，这样就导致射频(RF)传输线上存在较大的反射功率，射频输出功率无 法全部施加到等离子体腔室。而如果获得的RF能量不足以使等离子体起辉， 刻蚀过程就无法进行。

由此，很有必要在RF功率源与等离子体腔室之间插入一个阻抗匹配器， 使得负载阻抗与电源阻抗能够达到共轭匹配。进一步，由于随着刻蚀过程的 进行，负载阻抗的值是不断变化的，所以现有技术引入了传感器(Sensor)。 通过传感器得到当前负载阻抗的模值和相位；进而，自动控制器根据传感器 的输出，调整匹配网络中的可变元件，最终使匹配网络与等离子体腔室的总 阻抗为50Ω，实现阻抗匹配。传感器的工作原理为：通过检测传输线上的电 压V、电流I信号，利用一定的鉴幅和鉴相的方法，可以得到负载阻抗的模 值和相位。

现有射频匹配器中的传感器，采集到RF传输线的电压和电流信息(包 括电压幅度V、电流幅度I以及电压与电流的相位差θ)之后，经模拟电路 处理，会给出模拟的输出信号(或根据模拟信号进行转化后的数字信号)。

由于现有射频匹配器中的传感器通常采用模拟器件采集RF传输线上的 电压和电流信息并进行处理；并且传感器电路本身也多采用模拟器件和芯 片。而模拟电路的一大缺点，就是会受到功率、温度等因素的影响，从而造 成器件或芯片相关参数的改变。即利用传感器采集的RF传输线的电压和电 流信息计算出的负载阻抗会与负载的实际阻抗值存在一定的偏差，尤其对于 某些负载阻抗(如负载阻抗的模值|Z||较小的负载阻抗，或者阻抗相位接近 +90°或-90°的负载阻抗)，这种偏差更大，影响尤为严重。

总之，由于传感器模拟器件导致的这种偏差特性，轻则造成匹配器中的 执行机构的匹配路径差，匹配器的匹配时间长、精度差；严重的话，会导致 匹配器不能正常工作，无法匹配。

目前迫切需要本领域技术人员解决的一个技术问题就是：如何能够改 进，甚至消除现有的传感器的偏差特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种射频传输中实现阻抗匹配的方 法和一种阻抗匹配装置，其能够对传感器的偏差进行校正，以降低模拟电路 易受温度、功率等因素的影响，从而提高传感器的测量精度，进而保证阻抗 匹配的速度和精度。

为了解决上述问题，本发明公开了一种射频传输中实现阻抗匹配的方 法，包括：

校准步骤，根据负载阻抗检测结果对传感器进行校准，确定优化的矩阵 参数；

检测步骤，针对当前负载，采用传感器采集射频传输线的电压和电流信 息，依据优化的矩阵参数计算获得负载阻抗的模值和相位；

调整步骤，调整匹配网络中的可变元件，实现阻抗匹配。

优选的，所述校准步骤包括：测量负载阻抗的模值和相位；采用传感器 采集射频传输线的电压和电流信息，依据预设的矩阵参数计算获得负载阻抗 的模值和相位；将测量获得的负载阻抗的模值及相位与计算获得的负载阻抗 的模值及相位进行比较，确定优化的矩阵参数。

优选的，在校准步骤中，针对多个负载阻抗，分别测量和计算获得负载 阻抗的模值和相位；依据多个负载阻抗的模值及相位的比较情况，确定优化 的矩阵参数。