[发明专利]一种等离子处理装置的等离子处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子处理方法及等离子处理装置，更具体地，涉及一种用于给等离子处理装置供应射频功率的射频电源及射频电源的控制方法。

背景技术

现有半导体加工中广泛采用等离子加工设备对半导体晶圆（wafer）进行加工，获得微观尺寸的半导体器件及导体连接。等离子设备常见的有电容耦合型（CCP）和电感耦合型（ICP）的反应腔，这些设备一般具有两个射频电源，其中一个用来电离通入反应腔内的反应气体使之产生等离子体，另一个射频电源用来控制入射到晶圆表面的离子能量。

如图1所示的等离子处理装置包括反应腔100，反应腔内包括一个基座22，基座内包括一个下电极。下电极上方包括一个待处理基片固定装置如静电夹盘21，晶圆20固定在静电夹盘21上表面。围绕静电夹盘和晶圆的还包括一个边缘环10。反应腔100内与基座相对的上方还包括一个气体喷淋头11，气体喷淋头连接到气源110，用于向反应腔内均匀的供气。气体喷淋头内还作为上电极与基座内的下电极相对形成电容耦合。一个第一射频电源31通过匹配器1电连接到下电极，一个第二射频电源32通过匹配器2电连接到下电极，第一和第二射频电源都具有固定的射频频率。由于等离子体的阻抗是会随着等离子体内气压、射频功率和等离子体浓度等参数的变化而变化的，所以需要持续的调节输入功率的参数和阻抗以最小化反射功率。在等离子处理过程中第一和第二射频电源31,32均向下电极供电，匹配器1,2分别通过内部的可动部件调节阻抗参数以最小化射频反射功率。同样也可以调节射频功率源31或31的频率以更快的调节输入阻抗。但是上述调节匹配器1,2中的阻抗需要机械部件（如机械驱动的可变电容或可变电感）移动来实现。此外最小化反射功率时上述机械部件在任意方向移动然后根据反馈的反射功率值来控制机械部件进一步移动到合适的位置，所以这个扫匹配器描阻抗或射频电源频率的过程耗时很长，达到秒级，如大于1秒。

现在很多等离子加工流程需要用到脉冲式等离子加工技术，在部分加工时段的射频电源不是持续供电的而是开通-关闭的交替进行或者高功率-低功率射频交替进行，其输出功率的波形呈脉冲式故称脉冲式等离子加工。交替的频率一般是在500Hz-500KHZ左右，而且开通-关闭的占空比也是可以调整的可以是在10%-90%范围内根据需要设定。这样每次开通、关闭或者高功率、低功率切换都会造成反应腔内阻抗迅速变化，而且每次变化的时间都是毫秒甚至微秒级的，上述情况采用匹配电路或者射频电源中的自动频率调谐（Auto frequency tuning）由于反应时间远不能达到毫秒级，所以均不能达到在脉冲式等离子加工的需求。

因此基于上述原因，业界需要一种能够用现有硬件或者只对现有硬件条件作简单调整就能实现在脉冲式等离子加工时实现快速的阻抗匹配。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提供适用于脉冲式等离子加工的一种等离子处理装置的等离子处理方法。

本发明通过提供一种等离子处理装置的等离子处理方法，所述等离子处理装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个基座，基座上固定待处理基片，还包括具有不同射频频率输出的多个射频电源施加射频电场到所述反应腔内，所述多个射频电源为脉冲射频电源，所述处理方法包括：

匹配频率获取阶段和脉冲处理阶段，所述匹配频率获取阶段包括：

第一匹配频率获取步骤：调节第一脉冲射频电源的输出为第一输出状态，第二脉冲射频电源输出为第三输出状态，使反应腔内具有第一阻抗，调节第二脉冲射频电源中的变频元件，获得第一匹配频率以匹配所述第一阻抗；第二匹配频率获取步骤：调节所述第一脉冲射频电源的输出为第二输出状态，第二脉冲射频电源输出为第四输出状态使反应腔内具有第二阻抗，调节第二脉冲射频电源中的变频元件，获得第二匹配频率以匹配所述第二阻抗；

所述脉冲处理阶段包括：第一处理步骤：设定所述第一脉冲射频电源输出具有第一输出状态，同时设定所述第二脉冲射频电源的输出为第三输出状态且具有第一匹配频率；第二处理步骤：设定所述第一脉冲射频电源输出具有第二功率输出状态，同时设定所述第二脉冲射频电源的输出为第四输出状态且具有第二匹配频率其特征在于所述匹配频率获取阶段中的第一或第二匹配频率获取步骤的时间小于100ms且大于脉冲处理阶段中的第一或第二处理步骤的时间。

所述脉冲处理阶段中第一或第二处理步骤的时间小于10ms。