[发明专利]匹配方法及应用该匹配方法的等离子体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体发生及控制技术，尤其涉及一种匹配方法及应用该匹配方法 的等离子体装置。

背景技术

在RF(射频)等离子体发生装置中，恒定输出阻抗(通常为50Ω)的RF发生器产生固定 频率(通常为13.56MHz)的RF波，向等离子体反应腔室提供RF功率，以激发用于刻蚀或其 他工艺的等离子体。一般来讲，等离子体腔室的非线性负载的阻抗与RF发生器的恒定输出 阻抗并不相等，故在RF发生器和等离子体腔室之间具有严重的阻抗失配，使得RF传输线上 存在较大的反射功率，RF发生器产生的功率无法全部输送给反应腔室。

如图1所示，为解决上述问题，在RF发生器和反应腔室之间插入阻抗匹配器。该阻抗 匹配器由传感器、控制器和执行机构三部分组成，其中执行机构包括匹配网络中的可变阻 抗元件和改变其阻抗的驱动装置等。

阻抗匹配器实现阻抗匹配的原理是：由传感器检测RF传输线上的电压、电流、前向功 率、反向功率等相关参数，提供匹配控制算法所需的输入量，并将该输入量输入给控制 器；控制器根据该输入量，实现设定的匹配控制算法，并给出可变阻抗元件驱动装置的调 整量；执行机构根据控制器给出的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，从而使得匹配网络 的输入阻抗等于RF发生器的恒定输出阻抗，二者达到匹配。此时，RF传输线上的反射功率 为零，RF发生器产生的功率全部输送给了等离子体腔室。

现有技术中，可变阻抗元件一般采用电容，电容从预设位置开始匹配过程，根据传感 器检测的数据，采用某种控制算法，如比例、模糊算法等，计算电容的调整量，电容在匹 配过程中不断改变位置，当改变到恰当的位置时进入等离子体起辉的时刻，即进入等离子 体起辉带，在进入等离子体起辉带后，以同样的过程进行匹配，继续进行电容调整，直到 找到匹配点，此时电容的位置即为匹配位置。

上述现有技术至少存在以下缺点：

在匹配过程中，由于无法判断等离子体何时起辉，使得电容调整进入起辉带后可能又 离开起辉带，造成反复调整，从而使匹配时间较长，匹配路径不合理。

发明内容

本发明的目的是提供一种匹配时间短、匹配路径合理的匹配方法及应用该匹配方法的 等离子装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的匹配方法，包括多个匹配周期，每个匹配周期中检测一次负载阻抗的值，并 根据检测的结果进行阻抗匹配，其特征在于，在等离子体阻抗匹配的过程中，首先检测每 个匹配周期与前一个匹配周期中所述阻抗的差值；

然后，对多个所述阻抗的差值进行比较，当所述阻抗的差值出现突变时，认为该差值 所在的匹配周期等离子体开始起辉，即进入等离子体的起辉带；

之后，采用相应的控制方法，控制所述阻抗匹配在所述起辉带内进行。

本发明的等离子体装置，包括能量发生装置、匹配器、反应腔室，所述匹配器采用上 述的匹配方法进行阻抗匹配。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的匹配方法，由于首先检测一个 匹配周期与前一个匹配周期中阻抗的差值，并通过对多个阻抗的差值进行比较，当阻抗的 差值出现突变时等离子体进入起辉带。在匹配过程中，当匹配周期进入等离子体起辉带 后，可以采用相应的控制方法，控制阻抗匹配在起辉带内进行，直至达到匹配，不会造成 反复调整，从而使匹配时间短、匹配路径合理。

附图说明

图1为现有技术中匹配网络的结构示意图；

图2为本发明的匹配方法具体实施例一的流程图。

具体实施方式

本发明的匹配方法，其较佳的具体实施方式是，包括多个匹配周期，每个匹配周期中 检测一次负载阻抗的值，并根据检测的结果进行阻抗匹配。

在等离子体阻抗匹配的过程中，可以首先检测一个匹配周期与前一个匹配周期中阻抗 的差值；然后对多个阻抗的差值进行比较，根据比较的结果得到等离子体的起辉带。在对 多个阻抗的差值进行比较的过程中，当阻抗的差值出现突变时，认为该差值所在的匹配周 期等离子体开始起辉，即进入等离子体的起辉带；之后，采用相应的控制方法，控制阻抗 匹配在起辉带内进行。

这里所述的突变指阻抗的差值出现突变时的值显著大于未突变时的值，可以设定一个 阈值，两个匹配周期的阻抗的差值大于这个阈值时，即认为发生突变。如设定当阻抗的差 值大于其它周期的阻抗的差值的10倍以上时，即认为该差值发生突变。