[发明专利]阻抗匹配系统及阻抗匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种阻抗匹配系统及阻抗匹配方法。

背景技术

等离子体技术广泛的应用于半导体、平板显示、太阳能和工业等领域。如何高效、快速激发等离子体成为了等离子体技术的关键。射频等离子体的产生如图1所示，射频电源1′将射频能量通过匹配器2′传输至反应腔室3′，在反应腔室3′内射频能量将具有一定气压的气体，如氦气，氩气等激发为等离子体进行刻蚀，清洗，镀膜等。但由于射频电源1′的输出阻抗为某一特定阻值（一般为50Ω），而反应腔室3′的阻抗不等于射频电源1′的输出阻抗，这样射频功率将不能全部传输至反应腔室3′，导致等离子体激发效率变低甚至不能激发等离子体。匹配器2′的作用就是将射频电源1′的功率全部输送至反应腔室3′。所以匹配器2′的匹配精度的高低和匹配速度的快慢将直接影响到工艺结果。设计匹配精度高，匹配速度快的匹配器2′越来越受到人们的重视。

现有的匹配器2′采用机械调节来实现匹配，存在匹配速度慢且精度不够等缺点。还有一些采用扫频电源以通过调节频率实现匹配，但由于扫频源频率可变范围比较窄，因此其工艺窗口就比较窄。而且其不能独立完成匹配需要配合固定匹配器2′才可以实现匹配，在不同的工艺窗口，需要更换固定匹配器2′，因此只适合固定工艺。在多工艺窗口下实现比较麻烦。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种匹配速度快、匹配精度高，工艺窗口宽的阻抗匹配系统。

本发明的另一个目的在于提出一种阻抗匹配方法。

为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种阻抗匹配系统，所述阻抗匹配系统，包括：

扫频电源，用于输出频率可调的射频信号；

匹配装置，连接在所述扫频电源和所述反应腔室之间，所述匹配装置用于对所述扫频电源和所述反应腔室之间进行阻抗匹配并将所述射频信号传导至所述反应腔室；

传感器，连接在所述扫频电源和所述匹配装置之间，所述传感器用于检测系统电压和系统电流；和

控制器，所述控制器分别与所述扫频电源、所述传感器和所述匹配装置相连，所述控制器根据所述传感器的检测结果判断所述扫频电源的输出阻抗与所述反应腔室的阻抗是否匹配，在所述扫频电源的输出阻抗与所述反应腔室的阻抗失配时，进一步判断所述匹配装置的输入阻抗是否在所述扫频电源能完成匹配的阻抗范围内，若是，则保持所述匹配装置的阻抗不变，调节所述扫频电源的输出频率，使所述扫频电源的输出阻抗与所述反应腔室的阻抗匹配；否则，保持所述扫频电源的输出频率不变，调节所述匹配装置的阻抗使得所述匹配装置的输入阻抗在所述扫频电源能实现匹配的阻抗范围内，此时调节所述扫频电源的输出频率，以使所述扫频电源的输出阻抗与所述反应腔室的阻抗匹配。

根据本发明实施例的阻抗匹配系统通过设置所述扫频电源和所述传感器，可以根据所述传感器的检测结果调节所述扫频电源的输出频率以调节所述匹配系统的输出阻抗，从而可以使所述扫频电源的输出阻抗与所述反应腔室的阻抗匹配，即使反射功率最小。由于频率调节的跟踪与响应速度以及控制精度都优于机械调节，所以相比通过机械调节的现有技术，所述阻抗匹配系统的匹配精度更高，匹配速度更快。并且所述阻抗匹配系统还设有所述匹配装置，这样当所述控制器根据所述传感器的检测结果判定所述匹配装置的输入阻抗不在所述扫频电源能实现匹配的范围内时，可以通过调节所述匹配装置的阻抗以将所述匹配装置的输入阻抗调节到所述扫频电源能实现匹配的阻抗范围内，然后再通过调节所述扫频电源的输出频率以使所述扫频电源的输出阻抗与所述反应腔室的输出阻抗匹配。由此可以增大所述阻抗匹配系统的匹配范围，从而可以拓宽工艺窗口。也就是说，通过设置所述扫频电源和所述匹配装置，且所述控制器通过所述传感器的检测结构分别单独调节所述扫频电源的输出频率和所述匹配装置的阻抗，可以同时解决现有技术中扫频电源的匹配范围小以及匹配装置的匹配精度低和匹配速度慢等问题。因此，根据本发明实施例的阻抗匹配系统具有匹配速度快、匹配精度高，工艺窗口宽等优点。

另外，根据本发明上述实施例的阻抗匹配系统还可以具有如下附加的技术特征：

所述扫频电源能实现匹配的阻抗范围根据所述扫频电源的扫频范围和机台的阻抗而定。

所述匹配装置的匹配网络为L型且所述匹配装置包括：

第一可调匹配模块，所述第一可调匹配模块连接在所述传感器和所述反应腔室之间；和