本发明专利技术提供针对脉冲射频电源的阻抗匹配方法及装置。该阻抗匹配方法包括，包括下列步骤：粗调步骤：根据当前负载阻抗进行调节，使当前反射系数|Γ|不大于起辉反射系数|Γt|，并设置当前位置为起辉位置；微调步骤：保持起辉位置不变，根据当前负载阻抗实时调节实现阻抗匹配，并设置当前位置为匹配位置；切换步骤：在后续的同一脉冲周期的不同脉冲时段，在起辉位置和匹配位置进行切换，以实现不同脉冲周期下的阻抗匹配。该阻抗匹配方法可以提高脉冲射频电源的匹配速率，从而可以提高工艺的稳定性和脉冲射频电源的利用率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供针对脉冲射频电源的阻抗匹配方法及装置。该阻抗匹配方法包括，包括下列步骤：粗调步骤：根据当前负载阻抗进行调节，使当前反射系数|Γ|不大于起辉反射系数|Γt|，并设置当前位置为起辉位置；微调步骤：保持起辉位置不变，根据当前负载阻抗实时调节实现阻抗匹配，并设置当前位置为匹配位置；切换步骤：在后续的同一脉冲周期的不同脉冲时段，在起辉位置和匹配位置进行切换，以实现不同脉冲周期下的阻抗匹配。该阻抗匹配方法可以提高脉冲射频电源的匹配速率，从而可以提高工艺的稳定性和脉冲射频电源的利用率。【专利说明】针对脉冲射频电源的阻抗匹配方法及装置
本专利技术属于半导体设备制造
，具体涉及一种针对脉冲射频电源的阻抗匹配方法及装置。
技术介绍
半导体加工设备通常借助射频电源提供的射频能量施加至高真空环境的反应腔室内，来将反应腔室内的工艺气体激发形成等离子体，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，该活性粒子与暴露在等离子体环境中的晶圆表面发生物理和/或化学反应，从而完成晶圆的刻蚀、沉积或者其他工艺。随着集成电路的进一步发展，现有的技术无法满足22nm及以下尺寸刻蚀工艺的要求，为此，采用脉冲射频电源作为等离子体激发源，以减小连续波射频能量带来的等离子体诱导损伤、增大工艺调节手段和工艺窗口。目前，制约脉冲射频电源作为等离子体激发源发展的关键因素为其阻抗匹配技术，阻抗匹配也就是使脉冲射频电源的负载阻抗和特征阻抗(一般为50欧姆)相匹配。常见的脉冲射频电源的脉冲频率范围在100?100kHz，占空比范围在10?90%，因此，每个脉冲周期的宽度仅几毫秒，而采用现有的以机械调节方式为主的阻抗匹配装置很难在该几毫秒内实现阻抗匹配，造成匹配精度低，脉冲射频电源的反射功率高(一般为20% )，从而造成脉冲射频电源的利用率差。为此，现有技术中采用如图1所示的阻抗匹配装置，其以电子调节方式为主，机械调节方式为辅。请参阅图1，该阻抗匹配装置10包括控制单元11、执行单元12和匹配网络13。其中，脉冲射频电源14具有扫频功能，并向控制单元11发送其脉冲同步信号，脉冲同步信号如图2所示，脉冲射频电源14在高电平时段调制有射频功率信号，在低电平时段未调制有射频功率信号。匹配网络13中设置有阻抗可调元件；脉冲射频电源14在高电平自动进行扫频匹配(即，根据脉冲射频电源14的负载阻抗自动调节到功率输出最大的脉冲频率)；控制单元11根据脉冲同步信号在每个脉冲周期的高电平时实时获取脉冲射频电源14的当前脉冲频率，并根据当前脉冲频率、匹配网络13的电路结构和其阻抗可调元件的当前位置计算脉冲射频电源14的当前负载阻抗，判断当前负载阻抗与其特征阻抗是否匹配，若是，则在当前脉冲周期的低电平时保持阻抗可调元件的当前位置，即保持匹配位置；若否，则在当前脉冲周期的低电平时控制执行单元12调节阻抗可调元件的位置，以调节脉冲射频电源14的负载阻抗来进行阻抗匹配。图3为反应腔室应用现有的阻抗匹配装置的结构示意图。请参阅图3，反应腔室20的顶部上方设置有感应线圈21，感应线圈21通过第一阻抗匹配装置22与第一射频电源23电连接；在反应腔室20的底部设置有用于承载晶片S的静电卡盘24，静电卡盘24通过第二阻抗匹配装置25与第二射频电源26电连接，其中，第一射频电源23采用连续波信号输出方式，即，第一射频电源23连续输出射频功率信号；第二射频电源26为脉冲射频电源，其射频功率信号的频率为13.56MHz，脉冲同步信号的频率100Hz，占空比为90%，第二阻抗匹配装置25采用图1所示的阻抗匹配装置。在上述情况下，图4为第二阻抗匹配装置在阻抗匹配过程的不同时间点的匹配状态的示意图，请参阅图4，具体地，第一脉冲周期:在高电平时段，脉冲射频电源开始自动扫频匹配，且一直处于“匹配中”状态，即，未能实现阻抗匹配；在低电平时段，控制单元11控制通过执行单元12调节阻抗可调元件的位置进行阻抗匹配。第二脉冲周期:在高电平时段，脉冲射频电源开始自动扫频匹配，经过时间T由“匹配中”状态至“匹配”状态，S卩，从未实现阻抗匹配到实现阻抗匹配；在低电平时段，保持匹配位置不变。第三脉冲周期和后续的脉冲周期的匹配状态过程与第二脉冲周期的匹配状态过程相同，在此不再赘述。对应地，图5为第二射频电源的负载阻抗在其阻抗匹配过程中对应在Smith圆图上的轨迹图。请参阅图5，Smith圆图的最中心点代表一个已匹配的电阻数值(50欧姆)，该最中心点所在位置称之为阻抗匹配点，阻抗匹配过程对应在Smith圆图上实际上为负载阻抗自其边缘位置朝向其最中心位置运动的过程。具体地，在脉冲射频电源26未开启，其负载阻抗位于Smith圆外的阻抗区1，为干扰信号引起的阻抗。阻抗匹配过程的第一脉冲周期:在高电平时段，刚开始当前负载阻抗位于阻抗区2，阻抗值约为6 Z -86°，使得脉冲射频电源未实现反应腔室内起辉，随着脉冲射频电源自动扫频匹配，负载阻抗在自阻抗区2向阻抗匹配位置移动，但未移动至阻抗匹配点；在低电平时段，不进行阻抗匹配，此时，负载阻抗位于Smith圆外的阻抗区4，为感应线圈耦合信号阻抗。第二脉冲周期:在高电平时段，由于在第一脉冲周期的低电平时段对阻抗可调元件进行调节，使得刚开始时负载阻抗位于阻抗区2朝向阻抗匹配点移动了一定距离的未起辉阻抗区，使得刚开始脉冲射频电源未实现起辉，随着脉冲射频电源自动扫频匹配，当前负载阻抗移动至阻抗区3，阻抗值约为40 Z 25°，此时，实现基本实现阻抗匹配；在低电平时，负载阻抗同样位于阻抗区4。第三脉冲周期和后续的脉冲周期对应的负载阻抗的移动过程与第二脉冲周期对应的负载阻抗的移动过程相类似，在此不再赘述。在实际应用中，采用上述现有的阻抗匹配装置对脉冲射频电源进行阻抗匹配往往会存在以下技术问题:由于脉冲射频电源在工艺过程中的作用是将反应腔室内的工艺气体激发形成等离子体，并且，由于脉冲射频电源的负载阻抗在反应腔室起辉时和实现阻抗匹配时不同，因此，在首次实现阻抗匹配之后，需要脉冲射频电源在后续的每个脉冲周期的高电平时段必须先实现反应腔室起辉再实现阻抗匹配，即，为了实现工艺气体的起辉，在每次实现阻抗匹配后(此时是对于工艺气体起辉稳定后的负载阻抗的阻抗匹配)，都需要重新回到对起辉时的负载阻抗值到实现匹配时的负载阻抗值的反复阻抗匹配过程，采用现有的阻抗匹配装置在后续的每个脉冲周期的高电平时段需要经过较长的自动扫频匹配时间T才能实现阻抗匹配，因而造成后续的每个脉冲周期的匹配效率低，从而造成工艺的稳定性差和脉冲射频电源的利用率低。因此，目前亟需一种针对脉冲射频电源能够快速实现阻抗匹配的阻抗匹配方法及 目.ο
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种阻抗匹配装置及半导体加工设备，可以快速地实现针对脉冲射频电源的阻抗匹配，从而可以提高工艺的稳定性和脉冲射频电源的射频能量的利用率。为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供1.一种针对脉冲射频电源的阻抗匹配方法，所述阻抗匹配方法，包括下列步骤:粗调步骤:根据当前负载阻抗进行调节，使当前反射系数I F I不大于起辉反射系数I FtI，并设置当前位置为起辉位置；微调步骤:保持所述起辉位置不变，根据当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种针对脉冲射频电源的阻抗匹配方法，其特征在于，所述阻抗匹配方法，包括下列步骤：粗调步骤：根据当前负载阻抗进行调节，使当前反射系数|Γ|不大于起辉反射系数|Γt|，并设置当前位置为起辉位置；微调步骤：保持所述起辉位置不变，根据当前负载阻抗实时调节实现阻抗匹配，并设置当前位置为匹配位置；切换步骤：在后续的同一脉冲周期的不同脉冲时段，在所述起辉位置和匹配位置进行切换，以实现不同脉冲周期下的阻抗匹配。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：成晓阳，
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
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