阻抗匹配装置、阻抗匹配方法及基片加工设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种阻抗匹配装置、阻抗匹配方法及基片加工设备，阻抗匹配装置包括阻抗匹配网络，其包括第一电容和第二电容，所述等离子体负载的一端与所述射频功率源连接，另一端接地；所述第二电容串联在所述射频功率源与所述等离子体负载之间；所述第一电容的一端与所述等离子体负载连接，另一端接地；自动控制单元，在调节阻抗匹配网络的输入阻抗时，首先调节所述第一电容的阻抗值使阻抗实部偏差小于或等于第一预设精度，然而调节所述第二电容的阻抗值使阻抗虚部偏差小于或等于第二预设精度，重复上述调节步骤，射频功率源的输出阻抗与阻抗匹配网络的输入阻抗实现共轭匹配。该阻抗匹配装置成本低，可靠性高，阻抗匹配时间短，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】
阻抗匹配装置、阻抗匹配方法及基片加工设备
本专利技术属于微电子
，具体涉及一种阻抗匹配装置、阻抗匹配方法及基片加工设备。
技术介绍
低频等离子体技术广泛用于双频深硅刻蚀、晶硅太阳能电池、物理气相沉积（PVD）等制作工艺中。由于电感耦合（ICP）放电能够在较低的工作气压下获得高密度的等离子体，而且电感耦合（ICP）放电装置结构简单，造价低，因此，电感耦合放电是比较理想的产生等离子体的方式之一。在低频电感耦合（ICP）等离子体发生装置中，向反应腔室提供射频功率的射频电源具有恒定输出阻抗的特性，例如，输出阻抗为50Ω，而等离子体负载具有不恒定负载阻抗的特性，即，负载阻抗随着工艺过程而不断变化。根据传输线理论，当射频电源的输出阻抗与负载阻抗不能共轭匹配时，射频电源的输出功率无法全部加载到等离子体负载上，而且会有部分功率反射，造成功率浪费，同时反射回射频电源的功率又会对射频电源造成损害。为此，在实际应用中，在射频电源和等离子体负载之间设置阻抗匹配装置，以使射频电源的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配。常用的阻抗匹配器包括“L”型阻抗匹配器和“倒L”型阻抗匹配器。对于低频电感耦合等离子体发生装置而言，“倒L”型阻抗匹配器可以获得更宽的匹配范围，因此，“倒L”型阻抗匹配器常被称为低频阻抗匹配器。低频阻抗匹配装置包括匹配网络、拨盘以及用于监测电压和电流的探针（以下简称VIProbe）。其中，拨盘用于调节匹配网络的输入阻抗，VIProbe可以监测匹配网络的输入阻抗。操作者根据VIProbe监测到的匹配网络的输入阻抗拨动拨盘，从而使匹配网络的输入阻抗与射频电源的输出阻抗共轭匹配。然而，在实际使用过程中，这种手动调节阻抗方式匹配阻抗的时间较长，降低了阻抗匹配的效率；而且对监测等离子体负载阻抗的VIProbe的精度要求较高，增加了低频阻抗匹配装置的成本。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种阻抗匹配装置及阻抗匹配方法，其阻抗匹配的效率较高，而且成本低。为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种基片加工设备，其使用效率高，生产成本低。解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种阻抗匹配装置，用于将射频能量从射频功率源耦合至等离子体负载，包括阻抗匹配网络，其包括第一电容和第二电容，所述等离子体负载的一端与所述射频功率源连接，另一端接地；所述第二电容串联在所述射频功率源与所述等离子体负载之间；所述第一电容的一端与所述等离子体负载连接，另一端接地；还包括自动控制单元，在调节阻抗匹配网络的输入阻抗时，首先调节所述第一电容的电容值使阻抗实部偏差小于或等于第一预设精度，然后调节所述第二电容的电容值使阻抗虚部偏差小于或等于第二预设精度，重复上述调节步骤，使阻抗匹配网络的输入阻抗与射频功率源的输出阻抗实现共轭匹配；其中，所述阻抗实部偏差为所述阻抗匹配装置的输入阻抗的实部与所述射频功率源的输出阻抗的实部之间的偏差，所述阻抗虚部偏差为所述阻抗匹配装置的输入阻抗的虚部与所述射频功率源的输出阻抗的虚部之间的偏差。其中，还包括第一获取单元，其包括：第一检测模块，用于实时获取所述阻抗匹配网络的输入电压和电流；第一计算模块，用于根据所述阻抗匹配网络的输入电压和电流计算所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位。其中，所述自动控制单元包括：第二计算模块，用于根据所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位获得所述阻抗匹配网络输入阻抗的实部和所述阻抗匹配网络输入阻抗的虚部；第三计算模块，用于根据所述阻抗匹配网络输入阻抗的实部和所述射频功率源输出阻抗的实部获得所述阻抗实部偏差，以及根据所述阻抗匹配网络输入阻抗虚部和所述输出阻抗的虚部获得所述阻抗虚部偏差。其中，所述自动控制单元还包括：第一判断模块，用于判断所述阻抗实部偏差是否大于第一预设精度，若所述阻抗实部偏差大于第一预设精度，则根据所述阻抗实部偏差计算第一电容调整量；第一执行模块，用于根据所述第一电容调整量调整所述第一电容的阻抗值；第二判断模块，用于判断所述阻抗虚部偏差是否大于第二预设精度，若判断出所述阻抗虚部偏差大于第二预设精度，则根据所述阻抗虚部偏差获得第二电容调整量；第二执行模块，用于根据所述第二电容调整量调整所述第二电容的阻抗值。其中，所述输入阻抗实部为|Z|cosθ，所述输入阻抗虚部为|Z|sinθ，其中，|Z|为输入阻抗的模值，θ为所述输入阻抗的相位。其中，所述第一执行模块和所述第二执行模块为步进电机。其中，所述射频功率源的射频频率范围为400～2000kHz。本专利技术还提供一种阻抗匹配方法，通过阻抗匹配装置使射频功率源和等离子体负载之间的阻抗共轭匹配，所述阻抗匹配装置包括阻抗匹配网络和自动控制单元，所述阻抗匹配网络包括第一电容和第二电容，所述等离子体负载的一端接地，另一端与所述射频功率源连接；所述第二电容串联在所述射频功率源与所述等离子体负载之间；所述第一电容的一端与所述等离子体负载连接，另一端接地；所述自动控制单元用于调节所述第一电容的电容值使阻抗实部偏差小于或等于第一预设精度，以及调节所述第二电容的电容值使阻抗虚部偏差小于或等于第二预设精度；所述方法包括：获取阻抗实部偏差和阻抗虚部偏差，其中，所述阻抗实部偏差为所述阻抗匹配网络输入阻抗的实部与所述射频功率源输出阻抗的实部的之间偏差，所述阻抗虚部偏差为所述阻抗匹配网络输入阻抗的虚部与所述射频功率源输出阻抗的虚部之间的偏差；若判断出所述阻抗实部偏差大于第一预设精度，根据所述阻抗实部偏差获得所述第一电容调整量，并根据所述第一电容调整量对所述第一电容进行调节；若判断出所述阻抗虚部偏差大于第二预设精度，根据所述阻抗虚部偏差获得所述第二电容调整量，并根据所述第二电容调整量对所述第二电容进行调整。其中，所述获取阻抗实部偏差和阻抗虚部偏差的步骤包括：获取所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位及射频功率源的输出阻抗；根据所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位获得所述阻抗匹配网络的输入阻抗；根据所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频功率源的输出阻抗获得所述阻抗实部偏差和所述阻抗虚部偏差。其中，所述获取所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位的步骤包括：实时获取所述阻抗匹配网络的电压和电流；根据所述阻抗匹配网络的电压和电流获得所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位。其中，所述根据所述第一电容调整量对所述第一电容进行调节步骤之后还包括：继续执行所述获取所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位的步骤。其中，所述根据所述第二电容调整量对所述第二电容进行调整步骤之后还包括：继续执行所述获取所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位的步骤。其中，所述获取所述阻抗匹配网络输入阻抗之后还包括：判断所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频功率源的输出阻抗是否共轭匹配；若判断出所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频功率源的输出阻抗未共轭匹配，执行根据所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频功率源的输出阻抗，获得所述阻抗实部偏差和所述阻抗虚部偏差的步骤；若判断出所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频功率源的输出阻抗共轭匹配，继续执行所述获取所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位的步骤。其中，所述根据所述第一电容调整量对所述第一电容进行调节的步骤以及所述根据所述第二电容调整量对所述第二电容进行调整的步骤同时进行。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻抗匹配装置，用于将射频能量从射频功率源耦合至等离子体负载，包括阻抗匹配网络，其包括第一电容和第二电容，所述等离子体负载的一端与所述射频功率源连接，另一端接地；所述第二电容串联在所述射频功率源与所述等离子体负载之间；所述第一电容的一端与所述等离子体负载连接，另一端接地；其特征在于，还包括自动控制单元，在调节阻抗匹配网络的输入阻抗时，首先调节所述第一电容的电容值使阻抗实部偏差小于或等于第一预设精度，然后调节所述第二电容的电容值使阻抗虚部偏差小于或等于第二预设精度，重复上述调节步骤，使阻抗匹配网络的输入阻抗与射频功率源的输出阻抗实现共轭匹配；其中，所述阻抗实部偏差为所述阻抗匹配装置的输入阻抗的实部与所述射频功率源的输出阻抗的实部之间的偏差，所述阻抗虚部偏差为所述阻抗匹配装置的输入阻抗的虚部与所述射频功率源的输出阻抗的虚部之间的偏差。

【技术特征摘要】
1.一种阻抗匹配装置，用于将射频能量从射频功率源耦合至等离子体负载，包括阻抗匹配网络，其包括第一电容和第二电容，所述等离子体负载的一端与所述射频功率源连接，另一端接地；所述第二电容串联在所述射频功率源与所述等离子体负载之间；所述第一电容的一端与所述等离子体负载连接，另一端接地；其特征在于，还包括自动控制单元，在调节阻抗匹配网络的输入阻抗时，首先调节所述第一电容的电容值使阻抗实部偏差小于或等于第一预设精度，然后调节所述第二电容的电容值使阻抗虚部偏差小于或等于第二预设精度，重复上述实部调节与虚部调节步骤，使阻抗匹配网络的输入阻抗与射频功率源的输出阻抗实现共轭匹配，其中，所述射频功率源的射频频率范围为400～2000kHz；其中，所述阻抗实部偏差为所述阻抗匹配装置的输入阻抗的实部与所述射频功率源的输出阻抗的实部之间的偏差，所述阻抗虚部偏差为所述阻抗匹配装置的输入阻抗的虚部与所述射频功率源的输出阻抗的虚部之间的偏差；所述阻抗实部偏差的计算公式为：所述阻抗虚部偏差的计算公式为：其中，R为输入阻抗的实部，A为射频功率源的输出阻抗为恒定值，RL表示等离子体负载的等效电阻，XL表示等离子体反应腔室的等效电抗，C1表示第一电容的电容量，C2表示第二电容的电容量，ω表示角速度。2.根据权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于，还包括第一获取单元，其包括：第一检测模块，用于实时获取所述阻抗匹配网络的输入电压和电流；第一计算模块，用于根据所述阻抗匹配网络的输入电压和电流计算所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位。3.根据权利要求2所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述自动控制单元包括：第二计算模块，用于根据所述阻抗匹配网络输入阻抗的模值和相位获得所述阻抗匹配网络输入阻抗的实部和所述阻抗匹配网络输入阻抗的虚部；第三计算模块，用于根据所述阻抗匹配网络输入阻抗的实部和所述射频功率源输出阻抗的实部获得所述阻抗实部偏差，以及根据所述阻抗匹配网络输入阻抗虚部和所述输出阻抗的虚部获得所述阻抗虚部偏差。4.根据权利要求3所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述自动控制单元还包括：第一判断模块，用于判断所述阻抗实部偏差是否大于第一预设精度，若所述阻抗实部偏差大于第一预设精度，则根据所述阻抗实部偏差计算第一电容调整量；第一执行模块，用于根据所述第一电容调整量调整所述第一电容的阻抗值；第二判断模块，用于判断所述阻抗虚部偏差是否大于第二预设精度，若判断出所述阻抗虚部偏差大于第二预设精度，则根据所述阻抗虚部偏差获得第二电容调整量；第二执行模块，用于根据所述第二电容调整量调整所述第二电容的阻抗值。5.根据权利要求4所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述输入阻抗实部为|Z|cosθ，所述输入阻抗虚部为|Z|sinθ，其中，|Z|为输入阻抗的模值，θ为所述输入阻抗的相位。6.根据权利要求4所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述第一执行模块和所述第二执行模块为步进电机。7.一种阻抗匹配方法，通过阻抗匹配装置使射频功率源和等离子体负载之间的阻抗共轭匹配，所述阻抗匹配装置包括阻抗匹配网络和自动控制单元，所述阻抗匹配网络包括第一电容和第二电容，所述等离子体负载的一端接地，另一端与所述射频功率源连接；所述第二电容串联在所述射频功率源与所述等离子体负载之间；所述第一电容的一端与所述等离子体负载连接，另一端接地；所述自动控制单元用于调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建生，
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