[发明专利]等离子体反应腔室阻抗自动匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体处理技术领域，更具体地说，涉及一种等离子体反应腔室阻抗自动匹配方法。

背景技术

在等离子体处理装置中，射频电源向工艺腔室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室内并曝露在等离子体环境下的待加工晶圆或待处理工件相互作用，使其表面发生等离子体反应，而使晶圆或工件表面性能发生变化，从而完成等离子体刻蚀或者其他工艺过程。

在上述等离子体处理装置中，射频电源通常具有13.56MHz的工作频率、50Ω的输出阻抗，并通过用作射频(RF)传输线的同轴电缆而与等离子体处理腔室的下电极相连，以向等离子体处理腔室提供RF功率，激发用于刻蚀或其他工艺的等离子体。然而，随着工艺的进行，腔室中的气体成分以及压力都在不断变化，因而作为负载的等离子体的阻抗也在不断地变化，与此不同的是，射频电源的内阻却固定为50Ω。也就是说，随着工艺的进行，等离子体处理腔室内非线性负载的阻抗与射频电源恒定输出阻抗往往不相等，这使得在射频电源和等离子体处理腔室之间存在阻抗失配的问题，并导致RF传输线上存在较大的反射功率，使射频电源的输出功率无法全部施加到等离子体工艺腔室，导致了浪费与工艺效率的降低，严重情况下还能使等离子体难以起辉，进而无法进行等离子体处理工艺。

为此，就需要对上述射频传输系统进行改进，如图1所示，现有技术中在射频电源10与等离子体反应腔室30的下电极之间串接一阻抗匹配电路20，该阻抗匹配电路20包括可调阻抗元件201与一恒定阻抗元件202，通过与其相连的诸如步进电机等的执行机构来对其进行调节，以使负载阻抗与射频电源阻抗之间实现共轭匹配，具体地，使阻抗匹配电路20与等离子体反应腔室30二者的总阻抗为50Ω。

现有技术中，通常以人工方式随机选择一调节步长进行调节，而并不知道调节的方向，也不知道其具体大小，因而这种调节方式往往需要往复多次、效率低下，且可能在调节过程中引起反射功率的增大，从而给等离子体处理工艺带来不利影响。

因此，提供一种可靠而高效的等离子体处理腔室阻抗自动匹配方法，是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理腔室阻抗自动匹配方法，其能提供准确的调节步长，以自动实现射频电源和等离子体处理腔室之间的阻抗匹配。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种等离子体反应腔室阻抗的自动匹配方法，用于在一等离子体处理工艺步骤中自动调节阻抗匹配电路中一可调阻抗元件的阻抗值，阻抗匹配电路输入端通过一同轴电缆与一可变频率射频电源连接，其输出端与反应腔室的下电极连接，该方法包括如下步骤：a)、设定可调阻抗元件的初始阻抗值；b)、判断同轴电缆上测得的反射功率是否大于第一阈值；若是，则执行步骤c)，否则，循环执行步骤b)；c)、判断射频电源的频率是否稳定；若是，则执行步骤d)，否则，循环执行步骤c)；d)、判断同轴电缆上测得的反射功率是否大于第二阈值；若是，则执行步骤e)，否则，回到步骤b)继续执行；e)、以一调节步长调节可调阻抗元件阻抗值，调节步长与同轴电缆上对地电压与电流的相位差α和/或的值同为正或同为负；其中，V为同轴电缆上对地电压，I为同轴电缆上电流，第二阈值大于第一阈值。

可选地，调节步长与同轴电缆上对地电压与电流的相位差α成正比。

可选地，调节步长与的值成正比，其中，V为同轴电缆上对地电压，I为同轴电缆上电流，α为同轴电缆上对地电压与电流的相位差。

优选地，第一阈值为射频电源输出功率的x%与5W中的最大值，或射频电源输出功率的x%与5W中的最小值，其中x大于等于1、小于等于3；第二阈值为射频电源输出功率的y%与10W中的最大值，或射频电源输出功率的y%与10W中的最小值，其中，y大于等于3、小于等于5。

优选地，步骤c)中，若1秒内射频电源的频率未出现超过初始频率值2.5%范围内的浮动，则射频电源的频率稳定。

优选地，步骤e）包括步骤：e1)、以同轴电缆上串接的一电压电流传感器测量同轴电缆上对地电压V与电流I。

优选地，在步骤e)之后还包括步骤：f)、等待一时间段后，回到步骤b)继续执行。