CN105810547B - 等离子体处理装置的阻抗匹配方法 - Google Patents

Abstract

一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法，包括：提供阻抗匹配装置连接在等离子处理装置和可变频功率源之间，阻抗匹配装置包括可变频功率源第一可变电容、第二可变频率和电感；获取等离子处理装置的谐振频率范围；进行频率调节模式，频率调节模式中包括多个频率调节步骤：获得下一步骤中可变频功率源的输出频率；如下一步骤的输出频率不在谐振频率范围内，则循环执行频率调节步骤直至阻抗匹配；如下一步骤的输出频率进入谐振频率范围，停止频率调节模式，进入电容调节步骤：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号调节第一可变电容。等离子体处理装置的阻抗匹配方法能够使等离子体的状态稳定、等离子体处理的质量提高、状态稳定。

Description

等离子体处理装置的阻抗匹配方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法。

背景技术

用于集成电路的制造的等离子体处理工艺中包括等离子体沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等。所述等离子体处理工艺的原理包括：使用射频功率源驱动等离子体发生装置(例如电感耦合线圈)产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，所述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成等离子体处理工艺。

等离子体产生的方式很多，而产生等离子体时所施加的功率由电源输出，电源从频段上来分通常可包括直流电源、射频电源和微波电源。其中，射频电源具体包括：低频(30kHz-300kHz)电源、中频(300kHz-2MHz)电源、高频(2MHz-30MHz)电源和超高频(30MHz-300MHz)电源。而射频电源本身具有特征阻抗，例如：该特征阻抗通常为50Ω，而等离子体负载的负载阻抗一般不为50Ω。根据传输线理论，当射频电源的输出阻抗与等离子体负载的负载阻抗不共轭，即：阻抗不匹配时，射频电源的输出功率无法完全加载到等离子体负载上，会产生功率反射，这样会造成功率浪费，同时反射回射频电源的功率会对射频电源本身造成损害。为解决射频电源的特征阻抗和等离子体负载的负载阻抗不匹配的问题，通常需要在射频电源和等离子体负载之间设置一个阻抗匹配网络调节装置。

然而，现有的阻抗匹配方法会造成等离子体处理过程中的等离子体分布密度均匀性较差，造成等离子体处理工艺的均匀性较差。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法，能够使等离子体的状态稳定，使等离子体处理的质量提高、状态稳定。

为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法，包括：提供阻抗匹配装置连接在等离子处理装置和可变频功率源之间，所述阻抗匹配装置包括可变频功率源第一可变电容、第二可变电容和电感，所述可变频功率源用于向所述等离子处理装置提供在第一输出频率到第二输出频率范围内可变的射频功率输出，所述第一可变电容与所述可变频功率源串联，所述第二可变电容与所述可变频功率源并联，所述电感与所述可变频功率源和第一可变电容串联；

获取所述等离子处理装置的谐振频率范围，所述谐振频率范围与所述可变频功率源的输出频率范围至少部分重叠；

进行频率调节模式，所述频率调节模式中包括多个频率调节步骤，所述频率调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号，获得下一步骤中所述可变频功率源的输出频率；

如果所获得的下一步骤中的输出频率不在所述谐振频率范围内，则循环执行所述频率调节步骤，使可变频功率源输入到等离子处理装置的反射功率变小直到最小化；

如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，停止频率调节模式，进入电容调节模式，所述电容调节模式包括至少一个电容调节步骤，所述电容调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号调节第一可变电容，以减小等离子处理装置的反射功率。

可选的，获取所述等离子体处理装置的谐振频率范围的方法包括：检测所述等离子处理装置，获取所述等离子处理装置的谐振峰值频率；根据所述谐振峰值频率获取谐振基频，所述谐振基频或谐振基频的偶数倍数等于所述谐振峰值频率；根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围，所述谐振频率范围包括所述谐振基频。

可选的，所述谐振峰值频率是所述谐振基频的整数倍。

可选的，根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围的步骤包括：获取所述谐振峰频率对应的负载阻抗峰值；获取阻抗峰值范围，所述阻抗峰值范围为所述负载阻抗峰值减去偏移阻抗的值至所述负载阻抗峰值；获取所述阻抗负载范围对应的谐振峰值频率范围；根据所述谐振峰值频率范围获取包括谐振基频的所述谐振频率范围。

可选的，所述偏移阻抗大于或等于所述负载阻抗峰值的5％。

可选的，所述可变频功率源的频率变化范围为基准频率减去偏移频率至基准频率加上偏移频率。

可选的，所述基准频率的范围为2MHz～60MHz；所述偏移频率的范围为所述基准频率的5％～10％。

可选的，所述电容调节模式中，循环执行所述电容调节步骤，调节所述第一可变电容，使等离子处理装置的反射功率变小直到最小化。

可选的，执行至少一次电容调节步骤后，如果谐振频率范围发生偏移，停止所述电容调节模式，重新进入所述频率调节模式。

可选的，所述第二可变电容的一端连接于可变频功率源和第一可变电容之间；或者，所述第二可变电容的一端连接于第一可变电容和等离子体处理装置之间。

可选的，所述可变频功率源、第一可变电容和第二可变电容构成L型电路、逆L型电路或π型电路。

可选的，所述电感两端分别与所述可变频功率源和第一可变电容连接；或者，所述电感两端分别与第一可变电容和等离子体处理装置连接。

可选的，所述第二可变电容的一端接地；所述可变频功率源的一端接地。

可选的，提供等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括反应腔、位于所述反应腔内的承片台、以及设置于所述反应腔顶部的顶盖，所述承片台用于放置待处理基底。

可选的，所述阻抗匹配装置与所述反应腔连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的阻抗匹配方法中，提供的阻抗匹配装置包括可变频功率源、与可变频功率源串联的第一可变电容、以及与可变频功率源并联的第二可变电容。在获取所述等离子体处理装置的谐振频率范围之后，进行频率调节模式，如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，即停止频率调节模式，使得当前可变频功率源的输出频率在所述谐振频率范围之外，以此使所述可变频功率源向等离子体处理装置的输出频率绕开所述谐振频率范围，而所述谐振频率范围为所述可变频功率源提供的频率与等离子体处理装置本征频率之间容易发生谐振的频率范围。通过使所述可变频功率源输出的频率绕开所述等离子体处理装置的谐振频率范围，能够避免所述可变频功率源与等离子体处理装置之间发生谐振；进而保证了等离子体处理装置内的等离子体状态稳定，使得等离子体处理的质量改善、稳定性提高。

此外，在电容调节模式下，通过调节所述第一可变电容，能够实现可变频功率源与等离子体处理装置之间的阻抗匹配；所述第一可变电容与可变射频源串联，通过调节第一可变电容，能够对阻抗匹配装置的电阻进行调节，以实现阻抗匹配。由于所述可变频功率源、第一可变电容和第二可变电容均能够进行调节，通过对三个变量的调节，能够使所述阻抗匹配方法的频率匹配范围增大。

进一步，获取所述等离子体处理装置谐振频率范围的方法包括：检测所述等离子体处理装置，获取所述等离子体处理装置的谐振峰值频率；所述谐振峰值频率为等离子体处理装置具有最大阻抗时的本征频率。根据所述谐振峰值频率获取谐振基频，而所述谐振基频或谐振基频的偶数倍数等于所述谐振峰值频率，即所述谐振基频容易与所述谐振峰值频率发生共振。之后，根据所述谐振基频获取谐振频率范围，所述谐振频率范围为所述谐振基频减去偏差频率至谐振基频加上偏差频率。由于所述谐振频率范围为所述谐振基频加上或减去偏差频率的范围内，而所述可变频功率源提供的输出频率在所述谐振频率范围以外，从而避免了所述输出频率不会落入可能发生谐振的频率范围之内，以此避免可变频功率源与等离子体处理装置之间发生谐振。因此，能够使采用所述阻抗匹配方法的等离子体处理装置的等离子体状态、以及处理状态稳定。

附图说明

图1是反应腔的频率和阻挡的关系曲线示意图；

图2使采用自动匹配网络进行等离子体处理装置阻抗匹配的阻抗匹配电路示意图；

图3是采用自动调频匹配进行等离子体处理装置阻抗匹配的阻抗匹配电路示意图；

图4是本发明实施例的等离子体处理装置的阻抗匹配方法的流程示意图；

图5是本发明实施例的等离子体处理装置的剖面结构示意图；

图6是第二可变电容的一端连接于可变频功率源和第一可变电容之间的阻抗匹配电路示意图；

图7是第二可变电容的一端连接于第一可变电容和等离子体处理装置之间的阻抗匹配电路示意图；

图8是本发明实施例的获取等离子体处理装置谐振频率范围的方法的流程示意图；

图9是本发明实施例的等离子体处理装置的本征频率与阻抗的关系曲线示意图；

图10是本发明实施例的阻抗匹配方法的阻抗匹配范围示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有的阻抗匹配方法会造成等离子体处理过程中的等离子体分布密度均匀性较差，造成等离子体处理工艺的均匀性较差。

经过研究发现，在外部匹配网络参数固定的情况下，只调节射频电源的输出频率具有如图1所示的频率特性。用于进行等离子体处理工艺的反应腔通常具有本征频率，而在所述本征频率附近的范围内，所述反应腔的阻抗急剧增加，具体如图1所示，图1是反应腔的频率和阻挡的关系曲线示意图。

请参考图1，在频率为117.6MHz时，反应腔的阻抗达到峰值10000欧姆，因此，所述频率117.6MHz即所述反应腔的本征频率。由于射频等离子体的非线性特征，在射频电源提供的频率会在反应腔中产生基频的二次及以上高次谐波分量；由于所述反应腔具有本征频率，当射频电源所匹配的基频频率的二次或高次谐波频率为所述本征频率，则所述射频电源的频率会与所述反应腔的本征频率会发生谐振；例如，所述射频电源提供的基频频率为58.8MHz时，所述58.8MHz的二次谐波即本征频率117.6MHz，即射频电源的频率与反应腔的本征频率发生谐振。当所述射频电源的频率与反应腔的本征频率发生谐振时，会对反应腔内的等离子体分布均匀性造成影响，使所述反应腔内的等离子体分布密度存在差异，进而导致等离子体处理工艺不均匀，例如等离子体刻蚀速率不均匀或者等离子体沉积速率不均匀等。

对于等离子体处理装置，有两种阻抗匹配方法，包括：自动匹配网络和自动调频匹配。

请参考图2，图2使采用自动匹配网络进行等离子体处理装置阻抗匹配的阻抗匹配电路示意图，包括：固定频率的射频源RF1；与射频源RF1串联的第一电容C1，所述第一电容C1为可变电容；与射频源RF1和第一电容C1串联的电感L1；与射频源RF1并联的第二电容C2，所述第二电容C2为可变电容；负载P1。

在图2中，负载P1为反应腔以及反应腔内的等离子体。自动匹配网络是基于射频源RF1提供固定频率的基础上，采用至少两个可变电容，如图2中的第一电容C1和第二电容C2；其中，第一电容C1用于调节回路电抗，第二电容C2用于调节回路电阻。根据负载P1的阻抗变化来自动调节可变电容，以实现阻抗匹配。

然而，采用自动匹配网络进行等离子体处理装置阻抗匹配的范围受到固定频率的限制，因此所述射频源RF1提供的射频频率无法发生变化，一旦所述射频源RF1提供的射频频率为负载P1的本征频率的1/2倍、1倍或2倍，则使得射频源RF1提供的射频频率与所述负载P1之间发生谐振，导致等离子体处理质量下降。

此外，由于在所述自动匹配网络进行等离子体处理装置阻抗匹配的过程中，需要通过调节第一电容C1和第二电容C2的电容值来进行阻抗匹配，因此不可避免的会因不停的机械运动，致使所述第一电容C1和第二电容C2的寿命缩短。

请参考图3，图3是采用自动调频匹配进行等离子体处理装置阻抗匹配的阻抗匹配电路示意图，包括：可变频率的射频源RF2；与射频源RF2串联的第三电容C3，所述第三电容C3为固定电容；与射频源RF2和第三电容C3串联的电感L2；与射频源RF2并联的第四电容C4，所述第四电容C4为可变电容；负载P2。

在图3中，负载P2为反应腔以及反应腔内的等离子体。自动调频匹配是利用频率可变的射射频源RF2，只采用一个并联可变电容第四电容C4，而串联电容第三电容C3为固定值；其中，并联的第四电容C4主要用以调节回路电阻，而射频源RF2主要调节回路电抗。

然而，采用自动调频匹配进行等离子体处理装置的阻抗匹配的缺点在于，在负载P2的阻抗固定的情况下，所述射频源RF2所匹配的频率也是唯一固定的值。一旦所述射频源RF2所匹配的频率是负载P2本征频率的1/2倍、1倍或2倍，则使得射频源RF2提供的射频频率与所述负载P之间发生谐振，导致等离子体处理质量下降。

此外，由于射频源RF2的频率可调范围有限，通常在[基频*(1±5％)]的范围内，因此，使得阻抗匹配的频率范围也相应受到限制；进而，所述射频源RF2提供的范围极易落入容易与负载P2发生谐振的频率范围内。

为了解决上述问题，本发明提供一种阻抗匹配方法。其中，提供的阻抗匹配装置包括可变频功率源、与可变频功率源串联的第一可变电容、以及与可变频功率源并联的第二可变电容。在获取所述等离子体处理装置的谐振频率范围之后，进行频率调节模式，如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，即停止频率调节模式，使得当前可变频功率源的输出频率在所述谐振频率范围之外，以此使所述可变频功率源向等离子体处理装置的输出频率绕开所述谐振频率范围，而所述谐振频率范围为所述可变频功率源提供的频率与等离子体处理装置本征频率之间容易发生谐振的频率范围。通过使所述可变频功率源输出的频率绕开所述等离子体处理装置的谐振频率范围，能够避免所述可变频功率源与等离子体处理装置之间发生谐振；进而保证了等离子体处理装置内的等离子体状态稳定，使得等离子体处理的质量改善、稳定性提高。

此外，在电容调节模式下，通过调节所述第一可变电容，能够实现可变频功率源与等离子体处理装置之间的阻抗匹配；所述第一可变电容与可变射频源串联，通过调节第一可变电容，能够对阻抗匹配装置的电阻进行调节，以实现阻抗匹配。由于所述可变频功率源、第一可变电容和第二可变电容均能够进行调节，通过对三个变量的调节，能够使所述阻抗匹配方法的频率匹配范围增大。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参考图4，图4是本发明实施例的等离子体处理装置的阻抗匹配方法的流程示意图，包括：

步骤S11，提供阻抗匹配装置连接在等离子处理装置和可变频功率源之间，所述阻抗匹配装置包括可变频功率源第一可变电容、第二可变电容和电感，所述可变频功率源用于向所述等离子处理装置提供在第一输出频率到第二输出频率范围内可变的射频功率输出，所述第一可变电容与所述可变频功率源串联，所述第二可变电容与所述可变频功率源并联，所述电感与所述可变频功率源和第一可变电容串联；

步骤S12，获取所述等离子处理装置的谐振频率范围，所述谐振频率范围与所述可变频功率源的输出频率范围至少部分重叠；

步骤S13，进行频率调节模式，所述频率调节模式中包括多个频率调节步骤，所述频率调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号，获得下一步骤中所述可变频功率源的输出频率；

步骤S14，如果所获得的下一步骤中的输出频率不在所述谐振频率范围内，则循环执行所述频率调节步骤，使可变频功率源输入到等离子处理装置的反射功率变小直到最小化；

步骤S15，如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，停止频率调节模式，进入电容调节模式，所述电容调节模式包括至少一个电容调节步骤，所述电容调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号调节第一可变电容，以减小等离子处理装置的反射功率。

以下将对本发明实施例的等离子体处理装置的阻抗匹配过程进行说明。

执行步骤S11，提供阻抗匹配装置连接在等离子处理装置和可变频功率源之间，所述阻抗匹配装置包括可变频功率源第一可变电容、第二可变电容和电感，所述可变频功率源用于向所述等离子处理装置提供在第一输出频率到第二输出频率范围内可变的射频功率输出，所述第一可变电容与所述可变频功率源串联，所述第二可变电容与所述可变频功率源并联，所述电感与所述可变频功率源和第一可变电容串联。

所述可变频功率源的频率变化范围为基准频率减去偏移频率至基准频率加上偏移频率。其中，所述基准频率的范围为2MHz～60MHz；所述偏移频率的范围为所述基准频率的5％～10％。在本实施例中，所述可变频功率源的基准频率为60MHz，所述偏移频率为基准频率的5％。

由于所述可变频功率源的频率能够变化，因此能够首先使所述可变频功率源向负载提供的频率落在易于发生谐振的频率范围以外，之后再以第一可变电容和第二可变电容进行阻抗匹配，从而能够避免所述可变频功率源提供的频率与负载之间发生谐振，进而保证了负载的反应腔内的等离子体密度和分布状态稳定，以此保证等离子体处理工艺的状态稳定、处理质量提高。

在本实施例中，所述负载为等离子体处理装置。

请参考图5，提供等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括反应腔100、位于所述反应腔100内的承片台101、以及设置于所述反应腔100顶部的顶盖102，所述承片台101用于放置待处理基底。

所述等离子体处理装置能够为等离子体化学气相沉积装置或等离子体刻蚀装置。而所述阻抗匹配电路103所连接的负载即所述反应腔100、以及所述反应腔100内的等离子体；其中，所述阻抗匹配电路103包括：第一可变电容、第二可变电容和电感。所述可变频功率源104与阻抗匹配电路103电连接，用于向所述反应腔100提供射频功率。由所述阻抗匹配电路103、可变频功率源104和所述反应腔100构成阻抗匹配装置。

在本实施例中，所述可变频功率源104作为等离子体射频源，用于激发等离子体，则所述阻抗匹配电路103与所述顶盖102相连接；所述顶盖内具有等离子体激发装置，所述可变频功率源104通过阻抗匹配电路103与所述等离子体激发装置电连接，使得通过顶盖102的气体能够被激发成为等离子体并输入反应腔100。

在另一实施例中，所述可变频功率源104作为偏置射频源，用于控制等离子体在反应腔100内作定向移动，则所述可变频功率源104通过所述阻抗匹配电路103与所述承片台101电连接，使得等离子体能够向所述承片台101移动，以便对置于承片台101表面的待处理基底进行等离子体处理。

所述第一可变电容的数量大于或等于1。在一实施例中，所述第一可变电容的数量大于1，则若干第一可变电容串联于所述可变频功率源和等离子体处理装置之间。

所述第二可变电容的数量大于或等于1。在一实施例中，所述第二可变电容的数量大于1，则若干第二可变电容与所述可变频功率源并联。

在本实施例中，请参考图6，在所述阻抗匹配装置中，所述第二可变电容C12的一端连接于可变频功率源RF11和第一可变电容C11之间。

所述可变频功率源RF11、第一可变电容C11和第二可变电容C12构成L型电路。

在本实施例中，所述阻抗匹配装置还包括：电感L1和等离子体处理装置P1。所述电感L1串联于第一可变电容C11和可变频功率源RF1之间；所述等离子体处理装置P11连接于第一可变电容C11的另一端。

所述第一可变电容C11的电容范围为200pF～400pF；所述第二可变电容C12的电容范围为200pF～2000pF。此外，所述电感L1的范围为5uH～20uH；本实施例中，所述电感L1的电感值为10uH。

在本实施例中，所述电感L1两端分别与所述可变频功率源RF11和第一可变电容C11连接，而所述第二可变电容C12的一端连接于所述电感L1和可变频功率源RF11之间；所述第二可变电容C12的另一端接地；所述可变频功率源RF11的另一端接地。

在另一实施例中，所述电感L1两端分别与第一可变电容C11和等离子体处理装置P11连接，而所述第二可变电容C12的一端连接于所述第一可变电容C11和可变频功率源RF11之间；所述第二可变电容C12的另一端接地；所述可变频功率源RF11的另一端接地。

在另一实施例中，请参考图7，所述第二可变电容C22的一端连接于第一可变电容C21和等离子体处理装置P22之间。

所述可变频功率源RF22、第一可变电容C21和第二可变电容C22构成逆L型电路。

在该实施例中，所述阻抗匹配装置还包括：电感L2和可变频功率源RF22。所述电感L2串联于第一可变电容C11和可变频功率源RF22之间；所述等离子体处理装置P22连接于第一可变电容C21的另一端。

在本实施例中，所述电感L2两端分别与所述可变频功率源RF22和第一可变电容C21连接；而所述第二可变电容C22的一端连接于所述第一可变频功率源C21和等离子体处理装置P22之间；所述第二可变电容C22的另一端接地；所述可变频功率源RF22的另一端接地。

在另一实施例中，所述电感L2两端分别与第一可变电容C21和等离子体处理装置P22连接。而所述第二可变电容C22的一端连接于所述电感L2和等离子体处理装置P22之间；所述第二可变电容C22的另一端接地；所述可变频功率源RF22的另一端接地。

在其它实施例中，所述可变频功率源、第一可变电容和第二可变电容还能够构成π型电路。

执行步骤S12，获取所述等离子处理装置的谐振频率范围，所述谐振频率范围与所述可变频功率源的输出频率范围至少部分重叠。

请参考图8，图8是获取所述等离子体处理装置谐振频率范围的方法的流程示意图，包括：

步骤S121，检测所述等离子体处理装置，获取所述等离子体处理装置的谐振峰值频率。

请参考图9，图9是等离子体处理装置的本征频率与阻抗的关系曲线示意图。

由图9可知，当以等离子体处理装置作为负载时，由于负载本身具有本征本征频率，而且所述本征频率与负载阻抗之间的关系呈非线性，所述负载的阻抗随着频率的增大而增大或减小，因此所述负载具有阻抗最大时的频率峰值，即图9中的117.6MHz；所述负载阻抗最大时的频率即所述谐振峰值频率。

在一实施例中，通过对等离子体处理装置进行阻抗检测，能够获取所述谐振峰频率。在另一实施例中，通过对作为负载的等离子体处理装置的处理结果进行观测比较，获取等离子体处理装置的处理质量较差的频率范围。

步骤S122，根据所述谐振峰值频率获取谐振基频，所述谐振基频在所述可变频功率源的频率变化范围内，所述谐振基频或谐振基频的偶数倍数等于所述谐振峰值频率。

当所述可变频功率源的频率匹配至所述谐振基频时，所述可变频功率源输出的频率即容易与所述谐振峰值频率发生谐振，引起作为负载的等离子体处理装置的处理质量下降。因此，为了避免所述可变频功率源与等离子体处理装置发生谐振，需要使所述可变频功率源输出的频率绕开包括所述谐振基频的频率范围。

所述谐振峰值频率是所述谐振基频的整数倍，即所述谐振峰频率是所述谐振基频的二次谐波或高次谐波(即二次以上谐波)。在本实施例中，所述谐振峰值频率是所述谐振基频的1倍～5倍。

在本实施例中，所述可变频功率源的基准频率为60MHz，所述偏移频率为基准频率的5％，即所述可变频功率源的频率变化范围为57MHz～63MHz；而如图9所示，所述谐振峰频率为117.6MHz；当所述可变频功率源输出的频率为58.8MHz时，由于所述频率58.8MHz的两倍即117.6MHz，因此，所述58.8MHz即可变频功率源的谐振基频，而所述谐振基频的二次谐波即所述谐振峰频率。

步骤S123，根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围，所述谐振频率范围包括所述谐振基频。

为了保证所述可变频功率源输出的频率完全绕开所述谐振基频，在获取了谐振基频之后，需要在所述谐振基频的基础上，扩大所述可变频功率源输出的频率所需绕开的范围，以进一步保证所述可变频功率源输出的频率不会与负载发生谐振，因此，需要获取包括所述谐振基频的谐振频率范围。

根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围的步骤包括：获取所述谐振峰频率对应的负载阻抗峰值；获取阻抗峰值范围，所述阻抗峰值范围为所述负载阻抗峰值减去偏移阻抗的值至所述负载阻抗峰值；获取所述阻抗负载范围对应的谐振峰值频率范围；根据所述谐振峰值频率范围获取包括谐振基频的所述谐振频率范围。

其中，所述偏移阻抗大于或等于所述负载阻抗峰值的5％。在本实施例中，所述偏移阻抗为所述负载阻抗峰值的10％，即能够足以保证可变频功率源输出的频率不会为所述谐振基频，也能够保证所述可变频功率源的频率变化范围足够大。

请继续参考图9，所述谐振峰值频率为117.6MHz，而谐振峰值频率对应的负载阻抗峰值为(1.E+04)Ω；当偏移阻抗为负载阻抗峰值的10％时，所述阻抗峰值范围(1.E+03)Ω～(1.E+04)Ω，所述阻抗峰值范围对应的谐振峰值频率范围为116.2MHz～119.6MHz；而根据所述谐振峰值频率范围，能够获得包括谐振基频58.8MHz的谐振频率范围为58.1MHz～59.8MHz。

在一实施例中，所述步骤S12以谐振峰值频率获取单元执行，所述谐振峰频率获取单元包括：检测模块，适于执行步骤S121，检测所述等离子体处理装置，获取所述等离子体处理装置的谐振峰值频率；谐振基频计算模块，适于执行步骤S122，根据所述谐振峰值频率获取谐振基频，所述谐振基频在所述可变频功率源的频率变化范围内，所述谐振基频或谐振基频的偶数倍数等于所述谐振峰值频率；谐振频率范围计算模块，适于执行步骤S123，根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围，所述谐振频率范围包括所述谐振基频。

执行步骤S13，进行频率调节模式，所述频率调节模式中包括多个频率调节步骤，所述频率调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号，获得下一步骤中所述可变频功率源的输出频率。

在所述频率调节步骤中，首先检测当前等离子处理装置的反射功率信号；根据所述反射功率信号，获得下一步骤中所述可变频功率源的输出频率。

执行步骤S14，如果所获得的下一步骤中的输出频率不在所述谐振频率范围内，则循环执行所述频率调节步骤，使可变频功率源输入到等离子处理装置的反射功率变小直到最小化。

可变频功率源输入到等离子处理装置的反射功率变小直到最小化时，即所述可变频功率源与所述等离子体处理装置达到阻抗匹配。

当获得的下一步骤中的输出频率不在所述谐振频率范围内时，循环执行的所述频率调节步骤还包括：调节所述可变频功率源，使输出的频率达到所述下一步骤中的可变频率源的输出频率。

执行步骤S15，如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，停止频率调节模式，进入电容调节步骤，所述电容调节模式包括至少一个电容调节步骤：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号调节第一可变电容，以减小等离子处理装置的反射功率。

在本实施例中，当所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围时，停止频率调节模式，则所述可变频功率源当前的输出频率维持在谐振频率范围以外，则在维持当前的输出频率的状态下，进入电容调节步骤。

在本实施例中，所述可变频功率源的基准频率为60MHz，所述偏移频率为基准频率的5％，即所述可变频功率源的频率变化范围为57MHz～63MHz；所述谐振频率范围为58.1MHz～59.8MHz；因此，可变频功率源当前的输出频率需要在57MHz～58.1MHz、以及59.8MHz～63MHz的频率范围内。

在另一实施例中，当所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围时，停止频率调节模式，并通过调节所述可变频功率源输出的具有固定值的预设频率，使所述预设频率小于所述谐振频率范围的最小值、或者大于所述谐振频率范围的最大值，从而使所述预设频率在所述谐振频率范围以外，则所述谐振峰频率不为所述预设频率的二次或高次谐波，避免了所述可变频功率源与等离子体处理装置发生谐振。因此，在作为负载的等离子体处理装置中，等离子体的分布状态和密度稳定，等离子体处理状态稳定，则等离子体处理的质量提高。

在该实施例中，所述可变频功率源的基准频率为60MHz，所述偏移频率为基准频率的5％，即所述可变频功率源的频率变化范围为57MHz～63MHz；所述谐振频率范围为58.1MHz～59.8MHz；因此，所述预设频率在57MHz～58.1MHz、以及59.8MHz～63MHz的频率范围内。

当所述可变频功率源当前的输出频率在谐振频率范围以外时，通过调节所述第一可变电容，能够实现可变频功率源与等离子体处理装置的阻抗匹配。在本实施例中，所述可变频功率源、第一可变电容、第二可变电容和电感构成阻抗匹配电路，而所述第一可变电容的一端与可变频功率源串联，第一可变电容的另一端与负载输出端连接，所述负载输出端连接所述等离子体处理装置。

其中，由于第一可变电容与可变频功率源串联，因此，通过调节所述第一可变电容，能够调节所述阻抗匹配电路的电抗，使所述阻抗匹配电路的电抗与等离子体处理装置的电抗相匹配。

在一实施例中，还能够进一步调节所述第二可变电容，以实现可变频功率源与等离子体处理装置的阻抗匹配。由于所述可变频功率源的输出频率的电阻有可能与负载电阻存在差异；而所述第二可变电容与可变频功率源并联，通过调节所述第二可变电容能够调节所述阻抗匹配电路的电阻；因此，通过进一步调节所述第二可变电容，能够使所述阻抗匹配电路的电阻与等离子体处理装置的电阻相匹配。

本实施例中，在可变频功率源向等离子体处理装置提供的频率进行调节后对第一可变电容调节，随着第一可变电容的调节，从可变频功率源输出端到阻抗匹配装置、再到等离子处理装置的本征频率也会发生改变，因此导致反应腔发生谐振的对应谐振频率范围也会发生改变。在进行电容调节前，为了防止进入的谐振频率范围而避免输出的频率范围又可以输出了，所以可以再次进入频率调节模式实现负载阻抗匹配。相对于电容调节，利用频率调节负载阻抗匹配能够更快速更精确的实现，而且具有更高可靠性。这样通过选择性的在频率调节模式和电容调节模式之间切换既能快速获得阻抗匹配又能避免谐振现象发生。

在一实施例中，执行至少一次电容调节步骤后，如果谐振频率范围发生偏移，停止所述电容调节模式，重新进入所述频率调节模式。

在另一实施例中，所述电容调节模式中，循环执行所述电容调节步骤，调节所述第一可变电容，使等离子处理装置的反射功率变小直到最小化，即所述等离子体处理装置与可变频功率源达到阻抗匹配。

在本实施例中，可变频功率源、第一可变频率和第二可变频率的值均为可变量，因此，能够使所述阻抗匹配电路的匹配范围较大。具体请参考图10，图10是本发明实施例的阻抗匹配方法的阻抗匹配范围示意图。

如图10所示，随着可变频功率源输出的频率RF变小，所述阻抗匹配电路的电抗和电阻均变小；随着第一可变电容C1的电容减小，所述阻抗匹配电路的电抗减小；随着第二可变电容C2的电容减小，所述阻抗匹配电路的电阻减小。由于在所述阻抗匹配电路中，具有三个可变量，使得所述阻抗匹配电路的阻抗范围较两个可变量时增大。因此，本实施例的阻抗匹配的匹配范围较大，本实施例的等离子体处理装置的阻抗匹配方法阻抗匹配范围较大。

综上，本实施例中，提供的阻抗匹配装置包括可变频功率源、与可变频功率源串联的第一可变电容、以及与可变频功率源并联的第二可变电容。在获取所述等离子体处理装置的谐振频率范围之后，进行频率调节模式，如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，即停止频率调节模式，使得当前可变频功率源的输出频率在所述谐振频率范围之外，以此使所述可变频功率源向等离子体处理装置的输出频率绕开所述谐振频率范围，而所述谐振频率范围为所述可变频功率源提供的频率与等离子体处理装置本征频率之间容易发生谐振的频率范围。通过使所述可变频功率源输出的频率绕开所述等离子体处理装置的谐振频率范围，能够避免所述可变频功率源与等离子体处理装置之间发生谐振；进而保证了等离子体处理装置内的等离子体状态稳定，使得等离子体处理的质量改善、稳定性提高。

此外，在电容调节模式下，通过调节所述第一可变电容，能够实现可变频功率源与等离子体处理装置之间的阻抗匹配；所述第一可变电容与可变射频源串联，通过调节第一可变电容，能够对阻抗匹配装置的电阻进行调节，以实现阻抗匹配。由于所述可变频功率源、第一可变电容和第二可变电容均能够进行调节，通过对三个变量的调节，能够使所述阻抗匹配方法的频率匹配范围增大。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，包括：

提供阻抗匹配装置连接在等离子处理装置和可变频功率源之间，所述阻抗匹配装置包括可变频功率源、第一可变电容、第二可变电容和电感，所述可变频功率源用于向所述等离子处理装置提供在第一输出频率到第二输出频率范围内可变的射频功率输出，所述第一可变电容与所述可变频功率源串联，所述第二可变电容与所述可变频功率源并联，所述电感与所述可变频功率源和第一可变电容串联；

获取所述等离子处理装置的谐振频率范围，所述谐振频率范围与所述可变频功率源的输出频率范围至少部分重叠；

进行频率调节模式，所述频率调节模式中包括多个频率调节步骤，所述频率调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号，获得下一步骤中所述可变频功率源的输出频率；

如果所获得的下一步骤中的输出频率不在所述谐振频率范围内，则循环执行所述频率调节步骤，使可变频功率源输入到等离子处理装置的反射功率变小直到最小化；

如果所获得的下一步骤中的输出频率进入所述谐振频率范围内，停止频率调节模式，进入电容调节模式，所述电容调节模式包括至少一个电容调节步骤，所述电容调节步骤包括：根据检测到的当前等离子处理装置的反射功率信号调节第一可变电容，以减小等离子处理装置的反射功率。

2.如权利要求1所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，获取所述等离子体处理装置的谐振频率范围的方法包括：检测所述等离子处理装置，获取所述等离子处理装置的谐振峰值频率；根据所述谐振峰值频率获取谐振基频，所述谐振基频或谐振基频的偶数倍数等于所述谐振峰值频率；根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围，所述谐振频率范围包括所述谐振基频。

3.如权利要求2所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述谐振峰值频率是所述谐振基频的整数倍。

4.如权利要求2所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，根据所述谐振峰值频率获取谐振频率范围的步骤包括：获取所述谐振峰值频率对应的负载阻抗峰值；获取阻抗峰值范围，所述阻抗峰值范围为所述负载阻抗峰值减去偏移阻抗的值至所述负载阻抗峰值；获取所述阻抗负载范围对应的谐振峰值频率范围；根据所述谐振峰值频率范围获取包括谐振基频的所述谐振频率范围。

5.如权利要求4所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述偏移阻抗大于或等于所述负载阻抗峰值的5％。

6.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述可变频功率源的频率变化范围为基准频率减去偏移频率至基准频率加上偏移频率。

7.如权利要求6所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述基准频率的范围为2MHz～60MHz；所述偏移频率的范围为所述基准频率的5％～10％。

8.如权利要求1所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电容调节模式中，循环执行所述电容调节步骤，调节所述第一可变电容，使等离子处理装置的反射功率变小直到最小化。

9.如权利要求1所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，执行至少一次电容调节步骤后，如果谐振频率范围发生偏移，停止所述电容调节模式，重新进入所述频率调节模式。

10.如权利要求1所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述第二可变电容的一端连接于可变频功率源和第一可变电容之间；或者，所述第二可变电容的一端连接于第一可变电容和等离子体处理装置之间。

11.如权利要求10所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述可变频功率源、第一可变电容和第二可变电容构成L型电路、逆L型电路或π型电路。

12.如权利要求1所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述电感两端分别与所述可变频功率源和第一可变电容连接；或者，所述电感两端分别与第一可变电容和等离子体处理装置连接。

13.如权利要求1所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述第二可变电容的一端接地；所述可变频功率源的一端接地。

14.如权利要求1所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，提供等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括反应腔、位于所述反应腔内的承片台、以及设置于所述反应腔顶部的顶盖，所述承片台用于放置待处理基底。

15.如权利要求14所述的等离子体处理装置的阻抗匹配方法，其特征在于，所述阻抗匹配装置与所述反应腔连接。