半导体工艺设备及最优阻抗值获取方法、扫频匹配方法组成比例

本申请公开了一种半导体工艺设备及最优阻抗值获取方法、扫频匹配方法，属于半导体工艺技术。该扫频匹配方法包括以下步骤：根据当前待执行的等离子体刻蚀工艺，获取可变阻抗器件的最优阻抗值；将该可变阻抗器件的阻抗固定在该最优阻抗值；开启射频电源的扫频模式，以实现等离子体起辉匹配。本技术方案，其可有效避免射频电源输出的信号震荡的问题，提高射频电源的扫频匹配成功率，进而提高工艺结果的可重复性和稳定性。重复性和稳定性。重复性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
半导体工艺设备及最优阻抗值获取方法、扫频匹配方法


[0001]本申请属于半导体工艺
，尤其涉及一种半导体工艺设备及最优阻抗值获取方法、扫频匹配方法。

技术介绍

[0002]在等离子体刻蚀机中，通常由射频电源为自由电子提供电磁场环境，使得自由电子获得更多的能量。根据传输线理论，在射频电源的射频能量传输的过程中，需要实现阻抗匹配，才能保证射频能量最大限度地被等离子体吸收。目前在大部分等离子体刻蚀机中，通常会采用以下三种方式进行阻抗匹配：方式一：在射频电源与等离子体之间加入一个可自动调节的匹配网络，即阻抗匹配器，来实时调节射频电源后端的阻抗。该方式主要存在以下两个缺点：1、匹配时间较长(在0.5s
‑
2s范围内)，这是因为阻抗匹配器是通过步进电机转动实现电容位置的调节，其中步进电机属于机械结构，所以调节速度较慢。2、在相同的气压、功率和气体种类的条件下，重复进行等离子体起辉匹配所需时间相差较多，这是因为每次起辉匹配过程中匹配器存在多条匹配路径，导致匹配时间不一致。方式二：利用具有扫频功能的射频电源，通过自动调节电源输出的中心频率进行阻抗匹配。该方式虽然匹配速度较快，但是由于目前射频电源支持的频带范围较窄(中心频率13.56MHz的
±
5％)，使得射频电源的扫频能够匹配的阻抗范围很小，不能够完成不同情况下等离子体的起辉匹配任务。方式三：具有扫频功能的射频电源与阻抗匹配器相结合的方式完成阻抗匹配。这种通过具有扫频功能的射频电源和阻抗匹配器相互配合的方式，可快速完成等离子体起辉匹配的过程，且能够完成不同情况下等离子体的起辉匹配任务，因而，在等离子体刻蚀机的阻抗匹配中得到越来越广泛的应用。
[0003]然而，在实际应用过程中发现，上述方式三的阻抗匹配方式仍存在以下问题：在利用射频电源的扫频功能实现等离子体起辉时，由于射频电源是通过判断功率反射系数与工作频率的关系，进行射频电源的输出频率调节，最终找到功率反射系数最低的工作频率点，来完成等离子体起辉匹配过程。所以要想实现快速、稳定的等离子体起辉过程，则在射频电源进行扫频匹配时，需要保证线路中的功率反射系数和射频电源的工作频率是一一对应的变化关系。但在实际阻抗匹配过程中，当射频电源的负载阻抗不合适时，会出现图2及图3所示的射频电源的工作频率(Frequency)与功率反射系数(Γ2)的关系曲线，可以明显地观察到，射频电源的工作频率(Frequency)在13.4
‑
13.5MHz区间内对应的功率反射系数(Γ2)存在震荡，使得射频电源在扫频的过程中，如果射频电源的工作频率落入该区域后，则无法跳出，进而不能将反射功率降到入射功率的5％
‑
10％并固定，这会导致射频电源的扫频匹配失败，即使得等离子体起辉失败。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种半导体工艺设备及最优阻抗值获取方法、扫频匹配方法，旨在解决现有采用具有扫频功能的射频电源与阻抗匹配器相结合的方式完成阻抗匹配的
方式容易因为射频电源的负载阻抗不合适而出现射频电源输出的信号震荡的现象，进而导致射频电源的扫频匹配失败的技术问题。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种用于获取阻抗匹配器的最优阻抗值的方法，所述阻抗匹配器用于实时调节射频电源后端阻抗，所述阻抗匹配器包括用于进行阻抗调节的可变阻抗器件，所述方法包括以下步骤：
[0006]将所述可变阻抗器件的阻抗调整至预设阻抗值；
[0007]启动所述射频电源，并在所述射频电源的扫频功能关闭的情形下，利用自动匹配算法调节所述可变阻抗器件的阻抗，以进行阻抗匹配调节；
[0008]在完成所述阻抗匹配调节后，记录此时所述可变阻抗器件的匹配阻抗值，并关闭所述射频电源；
[0009]将所述可变阻抗器件的阻抗固定在所述匹配阻抗值后，再次开启所述射频电源；
[0010]调节所述射频电源的工作频率，获取每次调节所得到的所述射频电源的工作频率与功率反射系数的对应关系，以生成相应的关系曲线；
[0011]当所述关系曲线满足预设要求时，将当前的所述匹配阻抗值记录为最优阻抗值。
[0012]可选的，在一些实施例中，所述调节所述射频电源的工作频率的步骤包括：
[0013]在所述射频电源的工作频率区间内，将所述射频电源的工作频率由所述工作频率区间的最小值和最大值中的一者，按第一预设调节步长逐渐修改到所述工作频率区间的最小值和最大值中的另一者。
[0014]可选的，在一些实施例中，所述预设要求包括所述关系曲线存在所述功率反射系数小于0.01对应的工作频率点和所述关系曲线不存在所述功率反射系数震荡的区域。
[0015]可选的，在一些实施例中，所述调节所述射频电源的工作频率，获取每次调节所得到的所述射频电源的工作频率与功率反射系数的对应关系，以生成相应的关系曲线的步骤之后，还包括：
[0016]当所述关系曲线不满足预设要求时，调整所述匹配阻抗值；
[0017]获取每次所述匹配阻抗值调整后，调节所述射频电源的工作频率，所生成的关系曲线，直至所获取的所述关系曲线满足预设要求时，将当前的所述匹配阻抗值记录为最优阻抗值。
[0018]可选的，在一些实施例中，所述可变阻抗器件包括第一可变电容和第二可变电容；
[0019]所述将所述可变阻抗器件调整至预设阻抗值的步骤包括：将所述第一可变电容调整至第一预设电容位置，及将所述第二可变电容调整至第二预设电容位置；
[0020]所述在完成所述阻抗匹配调节后，记录此时所述可变阻抗器件的匹配阻抗值的步骤包括：在完成所述阻抗匹配调节后，记录此时所述第一可变电容的第一电容位置和所述第二可变电容的第二电容位置；
[0021]所述将所述可变阻抗器件的阻抗固定在所述匹配阻抗值的步骤包括：将所述第一可变电容固定在所述第一电容位置，和将所述第二可变电容固定在所述第二电容位置；
[0022]所述将当前的所述匹配阻抗值记录为最优阻抗值的步骤包括：将当前的所述第一电容位置记录为第一最优电容位置，及将当前的所述第二电容位置记录为第二最优电容位置。
[0023]可选的，在一些实施例中，还包括：
[0024]当所述关系曲线不满足预设要求时，按第二预设调节步长逐渐减少所述第一电容位置的当前取值，及按第三预设调节步长逐渐减少所述第二电容位置的当前取值，进而实现所述匹配阻抗值的调整。
[0025]可选的，在一些实施例中，所述第一可变电容连接在所述射频电源的输出端与地之间，所述第二可变电容连接在所述射频电源的输出端与负载之间；
[0026]所述第三预设调节步长大于所述第二预设调节步长。
[0027]第二方面，本申请实施例提供一种半导体工艺设备的射频电源扫频匹配方法，所述半导体工艺设备包括具有扫频功能的射频电源以及用于实时调节所述射频电源后端阻抗的阻抗匹配器，所述阻抗匹配器包括用于进行阻抗调节的可变阻抗器件，所述可变阻抗器件具有上述的最优阻抗值，所述扫频匹配方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于获取阻抗匹配器的最优阻抗值的方法，所述阻抗匹配器用于实时调节射频电源后端阻抗，所述阻抗匹配器包括用于进行阻抗调节的可变阻抗器件，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述可变阻抗器件的阻抗调整至预设阻抗值；启动所述射频电源，并在所述射频电源的扫频功能关闭的情形下，利用自动匹配算法调节所述可变阻抗器件的阻抗，以进行阻抗匹配调节；在完成所述阻抗匹配调节后，记录此时所述可变阻抗器件的匹配阻抗值，并关闭所述射频电源；将所述可变阻抗器件的阻抗固定在所述匹配阻抗值后，再次开启所述射频电源；调节所述射频电源的工作频率，获取每次调节所得到的所述射频电源的工作频率与功率反射系数的对应关系，以生成相应的关系曲线；当所述关系曲线满足预设要求时，将当前的所述匹配阻抗值记录为最优阻抗值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节所述射频电源的工作频率的步骤包括：在所述射频电源的工作频率区间内，将所述射频电源的工作频率由所述工作频率区间的最小值和最大值中的一者，按第一预设调节步长逐渐修改到所述工作频率区间的最小值和最大值中的另一者。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设要求包括所述关系曲线存在所述功率反射系数小于0.01对应的工作频率点和所述关系曲线不存在所述功率反射系数震荡的区域。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节所述射频电源的工作频率，获取每次调节所得到的所述射频电源的工作频率与功率反射系数的对应关系，以生成相应的关系曲线的步骤之后，还包括：当所述关系曲线不满足预设要求时，调整所述匹配阻抗值；获取每次所述匹配阻抗值调整后，调节所述射频电源的工作频率，所生成的关系曲线，直至所获取的所述关系曲线满足预设要求时，将当前的所述匹配阻抗值记录为最优阻抗值。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，所述可变阻抗器件包括第一可变电容和第二可变电容；所述将所述可变阻抗器件调整至预设阻抗值的步骤包括：将所述第一可变电容调整至第一预设电容位置，及将所述第二可变电容调整至第二预设电容位置；所述在完成所述阻抗匹配调节后，记录此时所述可变阻抗器件的匹配阻抗值的步骤包括：在完成所述阻抗匹配调节后，记录此时所述第一可变电容的第一电容位置和所述第二可变电容的第二电容位置；所述将所述可变阻抗器件的阻抗固定在所述匹配阻抗值的步骤包括：将所述第一可变电容固定在所述第一电容位置，和将所述第二可变电容固定在所述第二电容位置；所述将当前的所述匹配阻抗值记录为最优阻抗值的步骤包括：将当前的所述第一电容位置记录为第一最优电容位置，及将当前的所述第二电容位置记录为第二最优电容位置。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述关系曲线不满足预设要求时，按第二预设调节步长逐渐减少所述第一电容位置的当前取值，及按第三预设调节步长逐渐减少所述第二电容位置的当前取值，进而实现所述匹配阻抗值的调整。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一可变电容连接在所述射频电源的输出端与地之间，所述第二可变电容连接在所述射频电源的输出端与负载之间；所述第三预设调节步长大于所述第二预设调...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹丽影，卫晶，韦刚，张晓博，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：