一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法及射频脉冲系统技术方案

本发明专利技术提供一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法，该方法包括：S1、根据预先获取的阻抗匹配时所述反应腔的阻抗变化规律和当前脉冲期间阻抗匹配时所述反应腔的阻抗值，获得在下一个脉冲期间且阻抗匹配时，所述反应腔的阻抗的预测范围；S2、根据所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围，调节所述脉冲扫频电源的频率和/或所述阻抗可调元件的阻抗值，使得在下一个脉冲期间所述脉冲扫频电源和所述匹配网络的阻抗与所述反应腔的阻抗匹配。相应地，本发明专利技术还提供一种射频脉冲系统。本发明专利技术能够实现射频脉冲系统中脉冲扫频电源和匹配网络的阻抗与反应腔的阻抗的快速匹配，同时能够延长匹配网络中真空电容的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法及射频脉冲系统
本专利技术涉及半导体制造领域中的脉冲射频技术，尤其涉及一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法及射频脉冲系统。
技术介绍
在半导体制造领域中，常需要用射频激发等离子体来完成相应工艺，其应用环境通常如图1所示，射频电源1将射频能量射频电源将射频能量通过匹配器2传输至反应腔3，在反应腔3内射频能量将具有一定气压的气体（如氦气、氩气等）激发为等离子体进行相应的刻蚀、清洗、镀膜等工艺。通常，射频电源的输出阻抗为某一特定阻值（一般为50Ω），而反应腔的阻抗不等于射频电源的输出阻抗，这样射频功率将不能全部传输至反应腔，导致等离子体激发效率变低甚至不能激发等离子体，匹配器的作用就是使得反应腔与射频电源之间的阻抗匹配，以将射频电源功率全部输送至反应腔。现有的阻抗匹配技术如图2所示，其中Z1和Z2阻抗可调元件，该现有技术的工作原理是幅值相位检测模块4不断的对射频环路进行阻抗检测并将检测结果传输至控制单元5，控制单元5通过检测结果，控制电机6和电机7转动以调节Z1和Z2的阻抗值，使得射频环路与射频电源的阻抗匹配。在某些特定的工艺中，通过射频脉冲系统来激发等离子体，即以脉冲形式发送射频。然而，上述现有技术依靠的是由电机带动的机械调节，匹配时间较长，应用在射频脉冲系统的阻抗匹配时，其匹配速度往往跟不上脉冲的变化，会造成系统失配。例如，当脉冲频率为1KHz时要求匹配速度为1ms，而机械调节的方式无法满足这一要求。此外，上述现有技术应用于射频脉冲匹配时，真空电容会长时间的持续转动，导致真空电容的使用寿命缩短。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法和一种射频脉冲系统，已能够实现射频脉冲系统中脉冲扫频电源和匹配网络的阻抗与反应腔的阻抗的快速匹配。为实现上述目的，本专利技术提供一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法，所述射频脉冲系统包括脉冲扫频电源、反应腔和匹配网络，所述匹配网络电连接在所述脉冲扫频电源与所述反应腔之间，所述脉冲扫频电源的频率能够在预设频率范围内调节，所述匹配网络包括阻抗可调元件，所述阻抗匹配方法包括：S1、根据预先获取的阻抗匹配时所述反应腔的阻抗变化规律和当前脉冲期间阻抗匹配时所述反应腔的阻抗值，获得在下一个脉冲期间且阻抗匹配时，所述反应腔的阻抗的预测范围；S2、根据所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围，调节所述脉冲扫频电源的频率和/或所述阻抗可调元件的阻抗值，使得在下一个脉冲期间所述脉冲扫频电源和所述匹配网络的阻抗与所述反应腔的阻抗匹配。优选地，所述S1之前，还包括：根据预设的所述阻抗可调元件的初始阻抗值以及所述脉冲扫频电源的初始频率，获得在第一个脉冲期间且阻抗匹配时所述反应腔的初始阻抗，在所述步骤S1中，根据所述反应腔的初始阻抗值获取后续脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围。优选地，所述S2具体包括：S21、根据当前脉冲周期所述阻抗可调元件的阻抗值以及所述脉冲扫频电源能够调节的所述预设频率范围，得到当前脉冲周期所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的反应腔阻抗范围；S22、比较所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围和所述当前脉冲周期所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的反应腔阻抗范围；S23、根据所述S22中的比较结果调节所述脉冲扫频电源的频率和/或所述阻抗可调元件的阻抗值，使得在下一个脉冲期间所述脉冲扫频电源和所述匹配网络的阻抗与所述反应腔的阻抗匹配。优选地，当所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围和所述当前脉冲周期所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的所述反应腔的阻抗范围存在交集时，所述S23具体包括：在当前脉冲关断时调节所述脉冲扫频电源的频率，使得所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的所述反应腔的阻抗值位于所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围内。优选地，当所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围和所述当前脉冲周期所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的所述反应腔的阻抗范围不存在交集时，所述S23具体包括：在当前脉冲关断时调节所述脉冲扫频电源的频率和所述阻抗可调元件的阻抗值，使得所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的所述反应腔的阻抗值位于所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围内。优选地，所述S24具体包括：在当前脉冲关断时调节所述脉冲扫频电源的频率，使得所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的阻抗值与所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围之间的差值最小，再调节所述阻抗可调元件的阻抗值，使得所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的阻抗值位于所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围内。优选地，所述阻抗可调元件组成的匹配电路为L型，或π型，或T型。相应地，本专利技术还提供一种射频脉冲系统，所述射频脉冲系统包括脉冲扫频电源、反应腔和匹配网络，所述脉冲扫频电源的频率能够在预设频率范围内调节，所述匹配网络电连接在所述脉冲扫频电源与所述反应腔之间，所述匹配网络包括阻抗可调元件和控制器，所述脉冲扫频电源与所述控制器直接相连，且所述控制器能够执行：S1、根据预先获取的所述反应腔的阻抗变化规律以及当前脉冲期间且阻抗匹配时所述反应腔的阻抗值，获得在下一个脉冲期间且阻抗匹配时所述反应腔的阻抗的预测范围；S2、根据所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗范围，调节所述脉冲扫频电源的频率和/或所述阻抗可调元件的阻抗值，使得在下一个脉冲期间所述脉冲扫频电源和所述匹配网络的阻抗与所述反应腔的阻抗匹配。优选地，所述阻抗可调元件组成的匹配电路为L型，或π型，或T型。优选地，所述阻抗可调元件为电容，或电阻，或电容与电阻的组合。可见，本专利技术通过获取下一个脉冲期间且阻抗匹配时反应腔的阻抗的预测范围，并结合当前脉冲扫频电源及匹配网络能够匹配的反应腔的阻抗范围，能够选择较优的方式调节脉冲扫频电源的频率和/或阻抗可调元件的阻抗值，以实现阻抗匹配。与现有技术相比，本专利技术能够实现射频脉冲系统中脉冲扫频电源和匹配网络的阻抗与反应腔的阻抗的快速匹配，同时能够延长匹配网络中真空电容的使用寿命。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为射频等离子体应用环境示例图；图2为现有的阻抗匹配技术示例图；图3为本专利技术所提供的射频脉冲系统的阻抗匹配方法流程图；图4为本专利技术所提供的脉冲扫频电源和/或阻抗可调元件调节方法流程图；图5为本专利技术所提供的方法在L型匹配电路的应用示例图；图6为本专利技术所提供的射频脉冲系统示例图。附图标记说明1-射频电源；2-匹配器；3、30-反应腔；4-幅值相位检测模块；5、21-控制器；6、7-电机；10-脉冲扫频电源；20-匹配网络；22-匹配电路；23-电机。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。作为本专利技术的一个方面，提供一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法，其中，射频脉冲系统包括脉冲扫频电源、反应腔和匹配网络，匹配网络电连接在脉冲扫频电源和反应腔之间，脉冲扫频电源的频率能够在预设频率范围内调节，匹配网络包括阻抗可调元件，如图3所示，该方法可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法，所述射频脉冲系统包括脉冲扫频电源、反应腔和匹配网络，所述匹配网络电连接在所述脉冲扫频电源与所述反应腔之间，所述脉冲扫频电源的频率能够在预设频率范围内调节，所述匹配网络包括阻抗可调元件，其特征在于，所述阻抗匹配方法包括：S1、根据预先获取的阻抗匹配时所述反应腔的阻抗变化规律和当前脉冲期间阻抗匹配时所述反应腔的阻抗值，获得在下一个脉冲期间且阻抗匹配时，所述反应腔的阻抗的预测范围；S2、根据所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围，调节所述脉冲扫频电源的频率和/或所述阻抗可调元件的阻抗值，使得在下一个脉冲期间所述脉冲扫频电源和所述匹配网络的阻抗与所述反应腔的阻抗匹配。

【技术特征摘要】
1.一种射频脉冲系统的阻抗匹配方法，所述射频脉冲系统包括脉冲扫频电源、反应腔和匹配网络，所述匹配网络电连接在所述脉冲扫频电源与所述反应腔之间，所述脉冲扫频电源的频率能够在预设频率范围内调节，所述匹配网络包括阻抗可调元件，其特征在于，所述阻抗匹配方法包括：S1、根据预先获取的阻抗匹配时所述反应腔的阻抗变化规律和当前脉冲期间阻抗匹配时所述反应腔的阻抗值，获得在下一个脉冲期间且阻抗匹配时，所述反应腔的阻抗的预测范围；S2、根据所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围，调节所述脉冲扫频电源的频率和/或所述阻抗可调元件的阻抗值，使得在下一个脉冲期间所述脉冲扫频电源和所述匹配网络的阻抗与所述反应腔的阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的射频脉冲系统的阻抗匹配方法，其特征在于，所述S1之前，还包括：根据预设的所述阻抗可调元件的初始阻抗值以及所述脉冲扫频电源的初始频率，获得在第一个脉冲期间且阻抗匹配时所述反应腔的初始阻抗，在所述S1中，根据所述反应腔的初始阻抗值获取后续脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围。3.根据权利要求1所述的射频脉冲系统的阻抗匹配方法，其特征在于，所述S2具体包括：S21、根据当前脉冲周期所述阻抗可调元件的阻抗值以及所述脉冲扫频电源能够调节的所述预设频率范围，得到当前脉冲周期所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的反应腔阻抗范围；S22、比较所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围和所述当前脉冲周期所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的反应腔阻抗范围；S23、根据所述S22中的比较结果调节所述脉冲扫频电源的频率和/或所述阻抗可调元件的阻抗值，使得在下一个脉冲期间所述脉冲扫频电源和所述匹配网络的阻抗与所述反应腔的阻抗匹配。4.根据权利要求3所述的射频脉冲系统的阻抗匹配方法，其特征在于，当所述下一个脉冲期间所述反应腔的阻抗的预测范围和所述当前脉冲周期所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的所述反应腔的阻抗范围存在交集时，所述S23具体包括：在当前脉冲关断时调节所述脉冲扫频电源的频率，使得所述脉冲扫频电源和所述匹配网络能够匹配的所述反应腔的阻抗值位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：师帅涛，王东，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11