脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法和装置。该方法和装置中，等离子体阻抗匹配过程不局限于一个脉冲周期内，不论是高射频功率阶段等离子体阻抗匹配过程还是低射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程均可以在不同脉冲周期内进行，因此，本发明专利技术提供的方法不受脉冲周期的限制，即使针对高脉冲频率的脉冲射频等离子体也可以分别搜寻到分别与高、低射频功率阶段的等离子体相匹配的射频频率。

Impedance matching method and apparatus for pulsed radio frequency plasma

The invention discloses a method and a device for impedance matching of a pulsed radio frequency plasma. The method and apparatus, plasma impedance matching process is not limited to a pulse period, whether the high RF power stage plasma impedance matching process of plasma impedance or low RF power phase matching process can be carried out in different pulse period, therefore, the method provided by the invention is not affected by the pulse cycle limit, even if according to the radio frequency plasma pulse pulse high frequency can also be respectively to search for radio frequency are respectively matched with plasma high and low RF power stage.

【技术实现步骤摘要】
脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法和装置
本专利技术涉及脉冲射频等离子体领域，尤其涉及一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法和装置。
技术介绍
脉冲射频等离子体的射频功率存在高、低两种输出功率；与此对应，等离子体的阻抗也存在高、低两种状态的阻抗。在调频匹配等离子体技术中，需要两个不同的匹配射频频率来匹配等离子体的高低两种状态的阻抗。如此就要求自动调频阻抗匹配技术需要在脉冲射频功率的高功率和低功率状态下分别搜寻到相应的匹配频率。然而，由于调频匹配算法及采样速率的限制，自动调频技术需要在50-100μs左右的时间才能搜寻到匹配频率。针对脉冲射频功率来说，若脉冲频率较低，脉冲周期较长，例如脉冲周期大于50～100μs时，现有的自动调频技术可以在一个脉冲周期内确定出输出功率对应的匹配频率。但是，在高脉冲频率下，脉冲周期较短，例如脉冲周期小于50～100μs，现有的自动调频技术很难在较短脉冲周期内搜寻到匹配频率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法和装置，以搜寻到与脉冲射频功率的阻抗分别匹配的频率。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法，提供脉冲式射频功率到等离子反应腔，所述脉冲式射频功率包括多个脉冲周期，每个脉冲周期内包括高射频功率阶段，所述方法包括高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程；所述高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程包括：在第i脉冲周期内的高射频功率阶段设定第一射频频率，获取与所述第一射频频率相应的阻抗参数的第一数值；所述阻抗参数为与等离子反应腔负载阻抗相关的任一参数；所述阻抗参数与射频频率的关系呈非线性函数关系，所述非线性函数为具有极小值的非线性函数；在第j个脉冲周期内的高射频功率阶段设定第二射频频率，获取与所述第二射频频率相应的阻抗参数的第二数值；比较第一射频频率和第二射频频率的大小，得到第一比较结果，比较第一数值和第二数值的大小，得到第二比较结果；根据第一比较结果和第二比较结果，调整第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率，直到调整后的射频频率对应的阻抗参数达到最小值；确定阻抗参数最小值对应的射频频率为与射频功率等离子体的阻抗相匹配的射频频率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均为正整数。一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配装置，提供脉冲式射频功率到等离子反应腔，所述脉冲式射频功率包括多个脉冲周期，每个脉冲周期内包括高射频功率阶段，所述装置包括高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配装置；所述高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配装置包括：第一设定单元，用于在第i脉冲周期内的高射频功率阶段设定第一射频频率；所述高射频功率阶段与等离子体阻抗匹配过程的射频功率阶段相同；第一获取单元，用于获取与所述第一射频频率相应的阻抗参数的第一数值；所述阻抗参数为与等离子反应腔负载阻抗相关的任一参数；所述阻抗参数与射频频率的关系呈非线性函数关系，所述非线性函数为具有极小值的非线性函数；第二设定单元，用于在第j’个脉冲周期内的高射频功率阶段设定第二射频频率；第二获取单元，用于获取与所述第二射频频率相应的阻抗参数的第二数值，第一比较单元，用于比较第一射频频率和第二射频频率的大小，得到第一比较结果，比较第一数值和第二数值的大小，得到第二比较结果；第一调整单元，用于根据第一比较结果和第二比较结果，调整第k’个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率，直到调整后的射频频率对应的阻抗参数达到最小值；第一确定单元，用于确定阻抗参数最小值对应的射频频率为与射频功率等离子体的阻抗相匹配的射频频率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均为正整数。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：通过以上技术方案可知，本专利技术提供的脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法中，等离子体阻抗匹配过程不局限于一个脉冲周期内，不论是高射频功率阶段等离子体阻抗匹配过程还是低射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程均可以在不同脉冲周期内进行，因此，本专利技术提供的方法不受脉冲周期的限制，即使针对高脉冲频率的脉冲射频等离子体也可以分别搜寻到分别与高、低射频功率阶段的等离子体相匹配的射频频率。附图说明为了清楚地理解本专利技术的具体实施方式，下面对描述本专利技术的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本专利技术的部分实施例，本领域技术人员在未付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它附图。图1是相关技术中反射功率与RF射频源频率的关系曲线图；图2是本专利技术实施例提供的高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配方法流程示意图；图3是本专利技术实施例提供的低射频功率阶段的等离子体阻抗匹配方法流程示意图；图4是本专利技术实施例提供的高射频功率阶段的等离子体的阻抗匹配方法的一个具体实施方式的流程示意图；图5是本专利技术实施例提供的高射频功率阶段的等离子体的阻抗匹配装置结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的第一调整单元结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的低射频功率阶段的等离子体的阻抗匹配装置结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的专利技术目的、技术手段和技术效果更加清楚完整，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。射频功率传输系统的负载阻抗由传输线、阻抗匹配网络和等离子体腔体的阻抗确定。经过试验验证，与等离子反应腔负载阻抗相关的任意一个参数与RF射频源的频率的关系为非线性函数关系，并且该非线性函数为具有极值的非线性函数。并且当负载阻抗与RF射频源的阻抗匹配时，与负载阻抗相关的任意一个参数在此时达到极值。与等离子反应腔负载阻抗相关的阻抗参数很多，例如可以为反射功率、反射系数或阻抗。作为示例，图1示出了反射功率与RF射频源频率的关系示意图。从图1中可以看出，反射功率与RF射频源频率的关系为具有极小值的非线性函数关系，当负载阻抗与RF射频源阻抗相匹配时，反射功率达到最小值。并且可以认为，匹配频率与其对应的反射功率为关系曲线的拐点。本专利技术提供的脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法就是基于上述原理实现的。下面结合附图对本专利技术提供的脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法的具体实施方式进行详细描述。由于脉冲射频包括高功率射频阶段和低功率射频阶段，当低功率射频阶段的射频功率不为零时，不仅需要对高功率射频阶段的等离子体阻抗进行匹配，还需要对低功率射频阶段的等离子体阻抗进行匹配。又由于高、低功率射频阶段的等离子体阻抗匹配需要分别对不同的射频频率进行调频。所以，本专利技术提供的脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法不仅可以包括高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程还可以包括低射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程。首先介绍高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配方法的具体实施方式。该阻抗匹配过程首先提供脉冲式射频功率到等离子反应腔，所述脉冲式射频功率包括多个脉冲周期。每个脉冲周期内包括高射频功率阶段和低射频功率阶段。图2是本专利技术实施例提供的高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配的流程示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤S201至S205：S201、在第i脉冲周期内的高射频功率阶段设定第一射频频率f1，获取与第一射频频率f1相应的阻抗参数的第一数值y1：需要说明的是，在本专利技术实施例中，阻抗参数为与等离子反应腔负载阻抗相关的任一参数；所述阻抗参数与射频频率的关系呈非线性函数关系，所述非线性函数为具有极小值的非线性函数。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法，其特征在于，提供脉冲式射频功率到等离子反应腔，所述脉冲式射频功率包括多个脉冲周期，每个脉冲周期内包括高射频功率阶段，所述方法包括高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程；所述高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程包括：在第i脉冲周期内的高射频功率阶段设定第一射频频率，获取与所述第一射频频率相应的阻抗参数的第一数值；所述阻抗参数为与等离子反应腔负载阻抗相关的任一参数；所述阻抗参数与射频频率的关系呈非线性函数关系，所述非线性函数为具有极小值的非线性函数；在第j个脉冲周期内的高射频功率阶段设定第二射频频率，获取与所述第二射频频率相应的阻抗参数的第二数值；比较第一射频频率和第二射频频率的大小，得到第一比较结果，比较第一数值和第二数值的大小，得到第二比较结果；根据第一比较结果和第二比较结果，调整第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率，直到调整后的射频频率对应的阻抗参数达到最小值；确定阻抗参数最小值对应的射频频率为与射频功率等离子体的阻抗相匹配的射频频率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配方法，其特征在于，提供脉冲式射频功率到等离子反应腔，所述脉冲式射频功率包括多个脉冲周期，每个脉冲周期内包括高射频功率阶段，所述方法包括高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程；所述高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程包括：在第i脉冲周期内的高射频功率阶段设定第一射频频率，获取与所述第一射频频率相应的阻抗参数的第一数值；所述阻抗参数为与等离子反应腔负载阻抗相关的任一参数；所述阻抗参数与射频频率的关系呈非线性函数关系，所述非线性函数为具有极小值的非线性函数；在第j个脉冲周期内的高射频功率阶段设定第二射频频率，获取与所述第二射频频率相应的阻抗参数的第二数值；比较第一射频频率和第二射频频率的大小，得到第一比较结果，比较第一数值和第二数值的大小，得到第二比较结果；根据第一比较结果和第二比较结果，调整第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率，直到调整后的射频频率对应的阻抗参数达到最小值；确定阻抗参数最小值对应的射频频率为与射频功率等离子体的阻抗相匹配的射频频率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均为正整数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一比较结果和第二比较结果，调整第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率，直到调整后的射频频率对应的阻抗参数达到最小值，具体包括：当第一比较结果为第二射频频率大于第一射频频率，第二比较结果为第二数值大于第一数值时；将第一射频频率的值赋值给第二射频频率，将第一数值赋值给第二数值；减小第二射频频率，使第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率达到第三射频频率，获取第三射频频率对应的阻抗参数的第三数值；比较第三数值与第二数值的大小，当第三数值大于第二数值时，确定第二射频频率为与射频功率等离子体的阻抗相匹配的射频频率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述比较第三数值与第二数值的大小，还包括：当第三数值小于等于第二数值时，将第三射频频率的值赋值给第二射频频率，将第三数值赋值给第二数值；返回执行所述减小第二射频频率，使第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率达到第三射频频率，获取第三射频频率对应的阻抗参数的第三数值的步骤。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，，所述根据第一比较结果和第二比较结果，调整第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率，直到调整后的射频频率对应的阻抗参数达到最小值，还包括：当第一比较结果为第二射频频率大于第一射频频率且第二比较结果为第二数值小于等于第一数值时，增大第二射频频率，使第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率达到第四射频频率，获取第四射频频率对应的阻抗参数的第四数值；比较第四数值与第二数值的大小，当第四数值大于第二数值时，确定第二射频频率为与射频功率等离子体的阻抗相匹配的射频频率。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述比较第四数值与第二数值的大小，还包括：当第四数值小于等于第二数值时，将第四射频频率的值赋值给第二射频频率，将第四数值的值赋值给第二数值；将第k个脉冲周期更新为第m个脉冲周期，其中，m＞k，且m为正整数，返回执行所述增大第二射频频率，使第k个脉冲周期的高射频功率阶段的射频频率达到第四射频频率，获取第四射频频率对应的阻抗参数的第四数值的步骤。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，每个脉冲周期内还包括低射频功率阶段，所述方法还包括低射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程；所述低射频功率阶段的等离子体阻抗匹配过程包括：在第i’脉冲周期内的高射频功率阶段设定第五射频频率，获取与所述第五射频频率相应的阻抗参数的第五数值；所述阻抗参数为与等离子反应腔负载阻抗相关的任一参数；所述阻抗参数与射频频率的关系呈非线性函数关系，所述非线性函数为具有极小值的非线性函数；在第j’个脉冲周期内的高射频功率阶段设定第六射频频率，获取与所述第六射频频率相应的阻抗参数的第六数值；比较第五射频频率和第六射频频率的大小，得到第三比较结果，比较第五数值和第六数值的大小，得到第四比较结果；根据第三比较结果和第四比较结果，调整第k’个脉冲周期的对应射频功率阶段的射频频率，直到调整后的射频频率对应的阻抗参数达到最小值；确定阻抗参数最小值对应的射频频率为与射频功率等离子体的阻抗相匹配的射频频率；其中，i'＜j'＜k'，且i’、j’、k’均为正整数。7.一种脉冲射频等离子体的阻抗匹配装置，其特征在于，提供脉冲式射频功率到等离子反应腔，所述脉冲式射频功率包括多个脉冲周期，每个脉冲周期内包括高射频功率阶段，所述装置包括高射频功率阶段的等离子体阻抗匹配装置；所述高射...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶如彬，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31