[发明专利]匹配装置、匹配方法及半导体加工设备

说明书

本发明提供的匹配装置、匹配方法及半导体加工设备，包括匹配器、固定负载和控制装置，匹配器用于使射频电源的输出阻抗与反应腔室的输入阻抗相匹配；固定负载的阻抗与射频电源的输出阻抗相等；控制装置用于按预设时序在匹配模式与固定模式之间进行切换，以实现将射频电源的连续波输出转换成脉冲输出后通过匹配器加载至反应腔室，其中，匹配模式为：控制装置控制由射频电源输出的连续波功率通过匹配器加载至反应腔室；固定模式为：控制装置控制由射频电源输出的连续波功率加载至固定负载。本发明提供的匹配装置，其可以使射频电源始终输出连续波功率，而无需输出脉冲波功率，从而可以避免在输出脉冲功率时发生的过冲现象或者匹配不稳定、不重复的现象。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种匹配装置、匹配方法及半导体加工设备。

背景技术

在等离子体加工系统中，射频电源将射频能量传输至反应腔室中，以激发反应腔室中的反应气体形成含有大量活性粒子的等离子体，等离子体和晶片相互作用，完成刻蚀或沉积等的工艺过程。在射频能量传输的过程中，射频电源的输出阻抗一般为50欧姆，而反应腔室的输入阻抗不等于50欧姆，因而若直接将射频能量传输至反应腔室，会因传输路径的阻抗不匹配而发生射频能量的反射，导致无法正常激发反应腔室内的反应气体形成等离子体。因此，需要在射频电源与反应腔室之间连接一个匹配装置，该匹配装置可以使射频电源的输出阻抗与反应腔室的输入阻抗一致，从而保证射频能量的正常传输。

图1为现有的匹配装置的原理框图。请参阅图1，射频系统用于向反应腔室20提供射频能量，其包括射频电源10和匹配装置30。其中，射频电源10具有脉冲功能。匹配装置30连接在射频电源10与反应腔室20之间，其具有自动匹配功能和固定匹配位置功能，具体包括检测单元1、匹配器2、控制单元3和两个控制电机4和5，其中，检测单元1用于检测射频电源10的输入信号和反射功率值，并将其发送至控制单元3；匹配器2的内部结构如图2所示，其具有两个可变电容C2和C3，两个控制电机4和5用于在控制单元3的控制下，分别调节两个可变电容C2和C3。在工艺开始时，首先使射频电源10切换至连续波模式，以输出连续波功率，同时检测单元1将实时检测到的输入信号及反射功率值发送至控制单元3。控制单元3根据算法控制两个控制电机4和5分别调节两个可变电容C2和C3，在调节过程中，控制单元3判断由检测单元1发送而来的反射功率值是否在较小的阈值范围内，若是，则确定射频电源10的输出阻抗与反应腔室20的输入阻抗匹配，并在等离子体保持稳定之后，控制匹配器2处于固定(Hold)模式，即，两个可变电容C2和C3的电容值及其它各项参数均保持不变；与此同时，控制单元3控制射频电源10切换至脉冲波模式进行工艺，在工艺进行至一定阶段后，控制单元3判断是否需要切换至下一个工艺步骤，若否，则继续进行该工艺直至结束。若是，则因所有的工艺条件发生变化而需要控制射频电源10重新切换至连续波模式，且匹配器2重新进行匹配工作。待匹配完成后，匹配器2重新处于固定模式，同时射频电源10切换至脉冲波模式进行新的工艺。以此类推直至整个工艺过程结束。

上述匹配装置30在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，上述射频电源10在输出脉冲功率时会出现过冲现象，导致射频系统的阻抗突变，而由于匹配器2在射频电源10处于脉冲波模式下时处于固定状态，因而无法及时地对所发生的阻抗突变做出响应，从而造成匹配不稳定、不重复，进而影响工艺结果。

其二，上述匹配器2在射频电源处于连续波模式下的匹配位置与在射频电源处于脉冲波模式下的匹配位置被默认为是相同的，但是，在实际应用中，在相同的工艺条件下，上述两种模式应用时射频系统的阻抗存在差异，这会影响匹配装置的匹配精度甚至导致射频电源的输出阻抗与反应腔室的输入阻抗二者失配，从而造成匹配不稳定、不重复，进而影响工艺结果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种匹配装置、匹配方法及半导体加工设备，其可以使射频电源始终输出连续波功率，而无需输出脉冲波功率，从而可以避免在输出脉冲功率时发生的过冲现象或者匹配不稳定、不重复的现象。