[发明专利]等离子体处理装置的阻抗匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法。

背景技术

用于集成电路的制造的等离子体处理工艺中包括等离子体沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等。所述等离子体处理工艺的原理包括：使用射频功率源驱动等离子体发生装置(例如电感耦合线圈)产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。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，所述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成等离子体处理工艺。

等离子体产生的方式很多，而产生等离子体时所施加的功率由电源输出，电源从频段上来分通常可包括直流电源、射频电源和微波电源。其中，射频电源具体包括：低频(30kHz-300kHz)电源、中频(300kHz-2MHz)电源、高频(2MHz-30MHz)电源和超高频(30MHz-300MHz)电源。而射频电源本身具有特征阻抗，例如：该特征阻抗通常为50Ω，而等离子体负载的负载阻抗一般不为50Ω。根据传输线理论，当射频电源的输出阻抗与等离子体负载的负载阻抗不共轭，即：阻抗不匹配时，射频电源的输出功率无法完全加载到等离子体负载上，会产生功率反射，这样会造成功率浪费，同时反射回射频电源的功率会对射频电源本身造成损害。为解决射频电源的特征阻抗和等离子体负载的负载阻抗不匹配的问题，通常需要在射频电源和等离子体负载之间设置一个阻抗匹配网络调节装置。

然而，现有的阻抗匹配方法会造成等离子体处理过程中的等离子体分布密度均匀性较差，造成等离子体处理工艺的均匀性较差。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法，能够使等离子体的状态稳定，使等离子体处理的质量提高、状态稳定。

为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法，包括：提供阻抗匹配装置连接在等离子处理装置和可变频功率源之间，所述阻抗匹配装置包括可变频功率源第一可变电容、第二可变电容和电感，所述可变频功率源用于向所述等离子处理装置提供在第一输出频率到第二输出频率范围内可变的射频功率输出，所述第一可变电容与所述可变频功率源串联，所述第二可变电容与所述可变频功率源并联，所述电感与所述可变频功率源和第一可变电容串联；

获取所述等离子处理装置的谐振频率范围，所述谐振频率范围与所述可变频功率源的输出频率范围至少部分重叠；

进行频率调节模式，所述频率调节模式中包括多个频率调节步骤，所述频率调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号，获得下一步骤中所述可变频功率源的输出频率；

如果所获得的下一步骤中的输出频率不在所述谐振频率范围内，则循环执行所述频率调节步骤，使可变频功率源输入到等离子处理装置的反射功率变小直到最小化；

如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，停止频率调节模式，进入电容调节模式，所述电容调节模式包括至少一个电容调节步骤，所述电容调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号调节第一可变电容，以减小等离子处理装置的反射功率。

可选的，获取所述等离子体处理装置的谐振频率范围的方法包括：检测所述等离子处理装置，获取所述等离子处理装置的谐振峰值频率；根据所述谐振峰值频率获取谐振基频，所述谐振基频或谐振基频的偶数倍数等于所述谐振峰值频率；根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围，所述谐振频率范围包括所述谐振基频。

可选的，所述谐振峰值频率是所述谐振基频的整数倍。

可选的，根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围的步骤包括：获取所述谐振峰频率对应的负载阻抗峰值；获取阻抗峰值范围，所述阻抗峰值范围为所述负载阻抗峰值减去偏移阻抗的值至所述负载阻抗峰值；获取所述阻抗负载范围对应的谐振峰值频率范围；根据所述谐振峰值频率范围获取包括谐振基频的所述谐振频率范围。

可选的，所述偏移阻抗大于或等于所述负载阻抗峰值的5％。

可选的，所述可变频功率源的频率变化范围为基准频率减去偏移频率至基准频率加上偏移频率。

可选的，所述基准频率的范围为2MHz～60MHz；所述偏移频率的范围为所述基准频率的5％～10％。

可选的，所述电容调节模式中，循环执行所述电容调节步骤，调节所述第一可变电容，使等离子处理装置的反射功率变小直到最小化。

可选的，执行至少一次电容调节步骤后，如果谐振频率范围发生偏移，停止所述电容调节模式，重新进入所述频率调节模式。