匹配方法及应用该匹配方法的等离子体装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种匹配方法及应用该匹配方法的等离子体装置，首先通过传感器得到的数字量，计算阻抗的实部或虚部，然后对各个控制周期计算出的阻抗实部或虚部取差值，并对各个差值进行比较，找到突变的差值，突变的差值所在的控制周期已进入等离子体起辉带。然后再利用相应的控制方法控制电容在起辉带内进行调整，直到达到匹配。可以使匹配器在匹配过程中的调整更有针对性。匹配器进入起辉带后，采用相应的控制方式进行匹配，不会出现在起辉带附近反复调整的情况，缩短了匹配时间，优化了匹配路径，延长了匹配器的工作寿命。

Matching method and plasma device using the matching method

The invention discloses a plasma device, method and application of the matching method, the digital quantity sensor firstly, calculate the impedance of the real or imaginary part, and then each control cycle to calculate the impedance of the real or imaginary parts from the difference, and the difference is compared to find mutations in difference control the difference in the mutation cycle has entered the plasma starting with. Then the corresponding control method is used to control the capacitance in the starter band to be adjusted until the matching is achieved. The matcher can be adjusted more precisely during the matching process. Enter the starting zone after the match, the corresponding control method, will not be repeated adjustments in the starting zone, shorten the matching time and optimize the matching path, prolong the working life of the matching device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种等离子体发生及控制技术，尤其涉及一种匹配方法及应用该匹配方法 的等离子体装置。
技术介绍
在RF(射频)等离子体发生装置中，恒定输出阻抗(通常为50Q)的RF发生器产生固定 频率(通常为13。 56MHz)的RF波，向等离子体反应腔室提供RF功率，以激发用于刻蚀或其 他工艺的等离子体。 一般来讲，等离子体腔室的非线性负载的阻抗与RF发生器的恒定输出 阻抗并不相等，故在RF发生器和等离子体腔室之间具有严重的阻抗失配，使得RF传输线上 存在较大的反射功率，RF发生器产生的功率无法全部输送给反应腔室。'如图1所示，为解决上述问题，在RF发生器和反应腔室之间插入阻抗匹配器。该阻抗 匹配器由传感器、控制器和执行机构三部分组成，其中执行机构包括匹配网络中的可变阻 抗元件和改变其阻抗的驱动装置等。阻抗匹配器实现阻抗匹配的原理是由传感器检测RF传输线上的电压、电流、前向功 率、反向功率等相关参数，提供匹配控制算法所需的输入量，并将该输入量输入给控制 器；控制器根据该输入量，实现设定的匹配控制算法，并给出可变阻抗元件驱动装置的调 整量；执行机构根据控制器给出的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，从而使得匹配网络 的输入阻抗等于RF发生器的恒定输出阻抗，二者达到匹配。此时，RF传输线上的反射功率 为零，RF发生器产生的功率全部输送给了等离子体腔室。现有技术中，可变阻抗元件一般采用电容，电容从预设位置开始匹配过程，根据传感 器检测的数据，采用某种控制算法，如比例、模糊算法等，计算电容的调整量，电容在匹 配过程中不断改变位置，当改变到恰当的位置时进入等离子体起辉的时刻，即进入等离子 体起辉带，在进入等离子体起辉带后，以同样的过程进行匹配，继续进行电容调整，直到 找到匹配点，此时电容的位置即为匹配位置。上述现有技术至少存在以下缺点在匹配过程中，由于无法判断等离子体何时起辉，使得电容调整进入起辉带后可能又 离开起辉带，造成反复调整，从而使匹配时间较长，匹配路径不合理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种匹配时间短、匹配路径合理的匹配方法及应用该匹配方法的 等离子装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术的匹配方法，包括多个匹配周期，每个匹配周期中检测一次负载阻抗的值，并 根据检测的结果进行阻抗匹配，其特征在于，在等离子体阻抗匹配的过程中，首先检测每 个匹配周期与前一个匹配周期中所述阻抗的差值；然后，对多个所述阻抗的差值进行比较，当所述阻抗的差值出现突变时，认为该差值 所在的匹配周期等离子体开始起辉，即进入等离子体的起辉带；之后，采用相应的控制方法，控制所述阻抗匹配在所述起辉带内进行。本专利技术的等离子体装置，包括能量发生装置、匹配器、反应腔室，所述匹配器采用上 述的匹配方法进行阻抗匹配。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术所述的匹配方法，由于首先检测一个 匹配周期与前一个匹配周期中阻抗的差值，并通过对多个阻抗的差值进行比较，当阻抗的 差值出现突变时等离子体进入起辉带。在匹配过程中，当匹配周期进入等离子体起辉带 后，可以采用相应的控制方法，控制阻抗匹配在起辉带内进行，直至达到匹配，不会造成 反复调整，从而使匹配时间短、匹配路径合理。附图说明图l为现有技术中匹配网络的结构示意图； 图2为本专利技术的匹配方法具体实施例一的流程图。具体实施例方式本专利技术的匹配方法，其较佳的具体实施方式是，包括多个匹配周期，每个匹配周期中 检测一次负载阻抗的值，并根据检测的结果进行阻抗匹配。在等离子体阻抗匹配的过程中，可以首先检测一个匹配周期与前一个匹配周期中阻抗 的差值；然后对多个阻抗的差值进行比较，根据比较的结果得到等离子体的起辉带。在对 多个阻抗的差值进行比较的过程中，当阻抗的差值出现突变时，认为该差值所在的匹配周 期等离子体开始起辉，即进入等离子体的起辉带；之后，采用相应的控制方法，控制阻抗 匹配在起辉带内进行。这里所述的突变指阻抗的差值出现突变时的值显著大于未突变时的值，可以设定一个阈值，两个匹配周期的阻抗的差值大于这个阈值时，即认为发生突变。如设定当阻抗的差 值大于其它周期的阻抗的差值的10倍以上时，即认为该差值发生突变。以上所述的阻抗的差值可以是阻抗实部的差值，也可以是阻抗虚部的差值、阻抗模值 的差值或阻抗幅角的差值等，根据需要可以选用其中的一-项或多项差值进行比较。如通过阻抗实部的差值判断等离子体的起辉带时，设定当阻抗实部的差值突变时的值 与未突变时的值的比值大于或等于24时，可以认为该差值所在的匹配周期进入等离子体的 起辉带；通过阻抗虚部的差值判断等离子体的起辉带时，设定当阻抗虚部的差值突变时的 值与未突变时的值的比值大于或等于16时，可以认为该差值所在的匹配周期进入等离子体 的起辉带。在等离子体阻抗匹配过程中，可以通过调整可变阻抗元件实现，如可变电容，当匹配 周期进入等离子体的起辉带之后，可以采用相应的控制方法进行阻抗匹配，使电容或其它 的可变阻抗元件在起辉带内进行调整，直至达到匹配。具体可以在得到等离子体开始起辉 的匹配周期之后，记录该匹配周期中电容的调整位置，然后自该位置开始，控制电容在起 辉带内进行调整，不会造成在起辉带附近反复调整。从而使匹配时间短、匹配路径合理。本专利技术的等离子体装置，其较佳的具体实施方式是，包括能量发生装置、匹配器、反 应腔室，匹配器包括传感器、控制器、执行机构，可以采用上述的匹配方法进行阻抗匹 配。具体匹配器在每个匹配周期中，传感器采集一次射频传输线的电压和电流信息并将该 信息输入给控制器；控制器根据接收到的电压和电流信息计算每个匹配周期中的负载阻抗，并计算每个匹 配周期与前一个匹配周期中负载阻抗的差值，然后对多个阻抗的差值进行比较，得到等离 子体的起辉带；之后，采用相应的控制方法，控制阻抗匹配在起辉带内进行。下面通过具体实施例对本专利技术的原理和流程进行详细的阐述 具体实施例一，如图2所示，选用阻抗的实部作为参量，具体的匹配过程如下-首先通过传感器测得的数据，计算每个匹配周期中的阻抗的实部。然后通过对每个匹 配周期中的阻抗的实部与前一个匹配周期中的阻抗的实部的差值进行比较，得到等离子体 的起辉带，再采用相应的控制方法进行阻抗匹配，使电容在起辉带内进行调整，直至达到 匹配。具体实现的原理是根据传感器测得的数字量，计算出每个匹配周期中负载阻抗的实部R。设定控制软件当前的匹配周期为第k周期，设第k周期计算出的阻抗实部为1^。相应的，甜一个匹配周期为第k-l个周期，设第k-l个周期计算出的阻抗实部为1^-'，其它周期阻抗实部值以此类 推。则第k周期的阻抗实部与第k-l个周期的阻抗实部的差值可定义为Sk = lRk -Rk—ll (]_)这样，随着控制软件的运行，可以得到一系列的阻抗差值Sk ， sk+1 ， …，Sk+a ， …，Sk+n 。在匹配的过程中，当等离子体开始起辉时，阻抗实部的差值会出现一个突变值，这种突变值会比其它差值大几十倍或者上百倍。设S^为一个突变的数值，则说明在第k+a个周 期等离子体开始起辉，即可调电容的当前位置等离子体开始起辉，已经进入等离子体的起 辉带。由此可知，从第k+a个周期开始，可调电容位置进入等离子体起辉带。可以采用相应 的控制方法进行阻抗匹配，使电容在起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种匹配方法，包括多个匹配周期，每个匹配周期中检测一次负载阻抗的值，并根据检测的结果进行阻抗匹配，其特征在于，在等离子体阻抗匹配的过程中，首先检测每个匹配周期与前一个匹配周期中所述阻抗的差值；　然后，对多个所述阻抗的差值进行比较，当所述阻 抗的差值出现突变时，认为该差值所在的匹配周期等离子体开始起辉，即进入等离子体的起辉带；　之后，采用相应的控制方法，控制所述阻抗匹配在所述起辉带内进行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王一帆，
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：11[中国|北京]