脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法和裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法和裝置。該方法和裝置中，等離子體阻抗匹配過程不局限于一個脈沖周期內(nèi)，不論是高射頻功率階段等離子體阻抗匹配過程還是低射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程均可以在不同脈沖周期內(nèi)進行，因此，本發(fā)明專利技術(shù)提供的方法不受脈沖周期的限制，即使針對高脈沖頻率的脈沖射頻等離子體也可以分別搜尋到分別與高、低射頻功率階段的等離子體相匹配的射頻頻率。

Impedance matching method and apparatus for pulsed radio frequency plasma

The invention discloses a method and a device for impedance matching of a pulsed radio frequency plasma. The method and apparatus, plasma impedance matching process is not limited to a pulse period, whether the high RF power stage plasma impedance matching process of plasma impedance or low RF power phase matching process can be carried out in different pulse period, therefore, the method provided by the invention is not affected by the pulse cycle limit, even if according to the radio frequency plasma pulse pulse high frequency can also be respectively to search for radio frequency are respectively matched with plasma high and low RF power stage.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法和裝置
本專利技術(shù)涉及脈沖射頻等離子體領(lǐng)域，尤其涉及一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法和裝置。
技術(shù)介紹
脈沖射頻等離子體的射頻功率存在高、低兩種輸出功率；與此對應(yīng)，等離子體的阻抗也存在高、低兩種狀態(tài)的阻抗。在調(diào)頻匹配等離子體技術(shù)中，需要兩個不同的匹配射頻頻率來匹配等離子體的高低兩種狀態(tài)的阻抗。如此就要求自動調(diào)頻阻抗匹配技術(shù)需要在脈沖射頻功率的高功率和低功率狀態(tài)下分別搜尋到相應(yīng)的匹配頻率。然而，由于調(diào)頻匹配算法及采樣速率的限制，自動調(diào)頻技術(shù)需要在50-100μs左右的時間才能搜尋到匹配頻率。針對脈沖射頻功率來說，若脈沖頻率較低，脈沖周期較長，例如脈沖周期大于50～100μs時，現(xiàn)有的自動調(diào)頻技術(shù)可以在一個脈沖周期內(nèi)確定出輸出功率對應(yīng)的匹配頻率。但是，在高脈沖頻率下，脈沖周期較短，例如脈沖周期小于50～100μs，現(xiàn)有的自動調(diào)頻技術(shù)很難在較短脈沖周期內(nèi)搜尋到匹配頻率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法和裝置，以搜尋到與脈沖射頻功率的阻抗分別匹配的頻率。為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用了如下技術(shù)方案：一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法，提供脈沖式射頻功率到等離子反應(yīng)腔，所述脈沖式射頻功率包括多個脈沖周期，每個脈沖周期內(nèi)包括高射頻功率階段，所述方法包括高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程；所述高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程包括：在第i脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第一射頻頻率，獲取與所述第一射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第一數(shù)值；所述阻抗參數(shù)為與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的任一參數(shù)；所述阻抗參數(shù)與射頻頻率的關(guān)系呈非線性函數(shù)關(guān)系，所述非線性函數(shù)為具有極小值的非線性函數(shù)；在第j個脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第二射頻頻率，獲取與所述第二射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第二數(shù)值；比較第一射頻頻率和第二射頻頻率的大小，得到第一比較結(jié)果，比較第一數(shù)值和第二數(shù)值的大小，得到第二比較結(jié)果；根據(jù)第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果，調(diào)整第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率，直到調(diào)整后的射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)達到最小值；確定阻抗參數(shù)最小值對應(yīng)的射頻頻率為與射頻功率等離子體的阻抗相匹配的射頻頻率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均為正整數(shù)。一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配裝置，提供脈沖式射頻功率到等離子反應(yīng)腔，所述脈沖式射頻功率包括多個脈沖周期，每個脈沖周期內(nèi)包括高射頻功率階段，所述裝置包括高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配裝置；所述高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配裝置包括：第一設(shè)定單元，用于在第i脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第一射頻頻率；所述高射頻功率階段與等離子體阻抗匹配過程的射頻功率階段相同；第一獲取單元，用于獲取與所述第一射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第一數(shù)值；所述阻抗參數(shù)為與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的任一參數(shù)；所述阻抗參數(shù)與射頻頻率的關(guān)系呈非線性函數(shù)關(guān)系，所述非線性函數(shù)為具有極小值的非線性函數(shù)；第二設(shè)定單元，用于在第j’個脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第二射頻頻率；第二獲取單元，用于獲取與所述第二射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第二數(shù)值，第一比較單元，用于比較第一射頻頻率和第二射頻頻率的大小，得到第一比較結(jié)果，比較第一數(shù)值和第二數(shù)值的大小，得到第二比較結(jié)果；第一調(diào)整單元，用于根據(jù)第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果，調(diào)整第k’個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率，直到調(diào)整后的射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)達到最小值；第一確定單元，用于確定阻抗參數(shù)最小值對應(yīng)的射頻頻率為與射頻功率等離子體的阻抗相匹配的射頻頻率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均為正整數(shù)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)具有以下有益效果：通過以上技術(shù)方案可知，本專利技術(shù)提供的脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法中，等離子體阻抗匹配過程不局限于一個脈沖周期內(nèi)，不論是高射頻功率階段等離子體阻抗匹配過程還是低射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程均可以在不同脈沖周期內(nèi)進行，因此，本專利技術(shù)提供的方法不受脈沖周期的限制，即使針對高脈沖頻率的脈沖射頻等離子體也可以分別搜尋到分別與高、低射頻功率階段的等離子體相匹配的射頻頻率。附圖說明為了清楚地理解本專利技術(shù)的具體實施方式，下面對描述本專利技術(shù)的具體實施方式時用到的附圖做一簡要說明。顯而易見地，這些附圖僅是本專利技術(shù)的部分實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在未付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以獲得其它附圖。圖1是相關(guān)技術(shù)中反射功率與RF射頻源頻率的關(guān)系曲線圖；圖2是本專利技術(shù)實施例提供的高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配方法流程示意圖；圖3是本專利技術(shù)實施例提供的低射頻功率階段的等離子體阻抗匹配方法流程示意圖；圖4是本專利技術(shù)實施例提供的高射頻功率階段的等離子體的阻抗匹配方法的一個具體實施方式的流程示意圖；圖5是本專利技術(shù)實施例提供的高射頻功率階段的等離子體的阻抗匹配裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本專利技術(shù)實施例提供的第一調(diào)整單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本專利技術(shù)實施例提供的低射頻功率階段的等離子體的阻抗匹配裝置結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為使本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的、技術(shù)手段和技術(shù)效果更加清楚完整，下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式進行詳細(xì)描述。射頻功率傳輸系統(tǒng)的負(fù)載阻抗由傳輸線、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和等離子體腔體的阻抗確定。經(jīng)過試驗驗證，與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的任意一個參數(shù)與RF射頻源的頻率的關(guān)系為非線性函數(shù)關(guān)系，并且該非線性函數(shù)為具有極值的非線性函數(shù)。并且當(dāng)負(fù)載阻抗與RF射頻源的阻抗匹配時，與負(fù)載阻抗相關(guān)的任意一個參數(shù)在此時達到極值。與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的阻抗參數(shù)很多，例如可以為反射功率、反射系數(shù)或阻抗。作為示例，圖1示出了反射功率與RF射頻源頻率的關(guān)系示意圖。從圖1中可以看出，反射功率與RF射頻源頻率的關(guān)系為具有極小值的非線性函數(shù)關(guān)系，當(dāng)負(fù)載阻抗與RF射頻源阻抗相匹配時，反射功率達到最小值。并且可以認(rèn)為，匹配頻率與其對應(yīng)的反射功率為關(guān)系曲線的拐點。本專利技術(shù)提供的脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法就是基于上述原理實現(xiàn)的。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)提供的脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法的具體實施方式進行詳細(xì)描述。由于脈沖射頻包括高功率射頻階段和低功率射頻階段，當(dāng)?shù)凸β噬漕l階段的射頻功率不為零時，不僅需要對高功率射頻階段的等離子體阻抗進行匹配，還需要對低功率射頻階段的等離子體阻抗進行匹配。又由于高、低功率射頻階段的等離子體阻抗匹配需要分別對不同的射頻頻率進行調(diào)頻。所以，本專利技術(shù)提供的脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法不僅可以包括高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程還可以包括低射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程。首先介紹高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配方法的具體實施方式。該阻抗匹配過程首先提供脈沖式射頻功率到等離子反應(yīng)腔，所述脈沖式射頻功率包括多個脈沖周期。每個脈沖周期內(nèi)包括高射頻功率階段和低射頻功率階段。圖2是本專利技術(shù)實施例提供的高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配的流程示意圖。如圖2所示，該方法包括以下步驟S201至S205：S201、在第i脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第一射頻頻率f1，獲取與第一射頻頻率f1相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第一數(shù)值y1：需要說明的是，在本專利技術(shù)實施例中，阻抗參數(shù)為與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的任一參數(shù)；所述阻抗參數(shù)與射頻頻率的關(guān)系呈非線性函數(shù)關(guān)系，所述非線性函數(shù)為具有極小值的非線性函數(shù)。作為本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法，其特征在于，提供脈沖式射頻功率到等離子反應(yīng)腔，所述脈沖式射頻功率包括多個脈沖周期，每個脈沖周期內(nèi)包括高射頻功率階段，所述方法包括高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程；所述高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程包括：在第i脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第一射頻頻率，獲取與所述第一射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第一數(shù)值；所述阻抗參數(shù)為與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的任一參數(shù)；所述阻抗參數(shù)與射頻頻率的關(guān)系呈非線性函數(shù)關(guān)系，所述非線性函數(shù)為具有極小值的非線性函數(shù)；在第j個脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第二射頻頻率，獲取與所述第二射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第二數(shù)值；比較第一射頻頻率和第二射頻頻率的大小，得到第一比較結(jié)果，比較第一數(shù)值和第二數(shù)值的大小，得到第二比較結(jié)果；根據(jù)第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果，調(diào)整第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率，直到調(diào)整后的射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)達到最小值；確定阻抗參數(shù)最小值對應(yīng)的射頻頻率為與射頻功率等離子體的阻抗相匹配的射頻頻率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均為正整數(shù)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配方法，其特征在于，提供脈沖式射頻功率到等離子反應(yīng)腔，所述脈沖式射頻功率包括多個脈沖周期，每個脈沖周期內(nèi)包括高射頻功率階段，所述方法包括高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程；所述高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程包括：在第i脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第一射頻頻率，獲取與所述第一射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第一數(shù)值；所述阻抗參數(shù)為與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的任一參數(shù)；所述阻抗參數(shù)與射頻頻率的關(guān)系呈非線性函數(shù)關(guān)系，所述非線性函數(shù)為具有極小值的非線性函數(shù)；在第j個脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第二射頻頻率，獲取與所述第二射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第二數(shù)值；比較第一射頻頻率和第二射頻頻率的大小，得到第一比較結(jié)果，比較第一數(shù)值和第二數(shù)值的大小，得到第二比較結(jié)果；根據(jù)第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果，調(diào)整第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率，直到調(diào)整后的射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)達到最小值；確定阻抗參數(shù)最小值對應(yīng)的射頻頻率為與射頻功率等離子體的阻抗相匹配的射頻頻率；其中，i＜j＜k，且i、j、k均為正整數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果，調(diào)整第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率，直到調(diào)整后的射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)達到最小值，具體包括：當(dāng)?shù)谝槐容^結(jié)果為第二射頻頻率大于第一射頻頻率，第二比較結(jié)果為第二數(shù)值大于第一數(shù)值時；將第一射頻頻率的值賦值給第二射頻頻率，將第一數(shù)值賦值給第二數(shù)值；減小第二射頻頻率，使第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率達到第三射頻頻率，獲取第三射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)的第三數(shù)值；比較第三數(shù)值與第二數(shù)值的大小，當(dāng)?shù)谌龜?shù)值大于第二數(shù)值時，確定第二射頻頻率為與射頻功率等離子體的阻抗相匹配的射頻頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述比較第三數(shù)值與第二數(shù)值的大小，還包括：當(dāng)?shù)谌龜?shù)值小于等于第二數(shù)值時，將第三射頻頻率的值賦值給第二射頻頻率，將第三數(shù)值賦值給第二數(shù)值；返回執(zhí)行所述減小第二射頻頻率，使第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率達到第三射頻頻率，獲取第三射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)的第三數(shù)值的步驟。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，，所述根據(jù)第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果，調(diào)整第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率，直到調(diào)整后的射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)達到最小值，還包括：當(dāng)?shù)谝槐容^結(jié)果為第二射頻頻率大于第一射頻頻率且第二比較結(jié)果為第二數(shù)值小于等于第一數(shù)值時，增大第二射頻頻率，使第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率達到第四射頻頻率，獲取第四射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)的第四數(shù)值；比較第四數(shù)值與第二數(shù)值的大小，當(dāng)?shù)谒臄?shù)值大于第二數(shù)值時，確定第二射頻頻率為與射頻功率等離子體的阻抗相匹配的射頻頻率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述比較第四數(shù)值與第二數(shù)值的大小，還包括：當(dāng)?shù)谒臄?shù)值小于等于第二數(shù)值時，將第四射頻頻率的值賦值給第二射頻頻率，將第四數(shù)值的值賦值給第二數(shù)值；將第k個脈沖周期更新為第m個脈沖周期，其中，m＞k，且m為正整數(shù)，返回執(zhí)行所述增大第二射頻頻率，使第k個脈沖周期的高射頻功率階段的射頻頻率達到第四射頻頻率，獲取第四射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)的第四數(shù)值的步驟。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，每個脈沖周期內(nèi)還包括低射頻功率階段，所述方法還包括低射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程；所述低射頻功率階段的等離子體阻抗匹配過程包括：在第i’脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第五射頻頻率，獲取與所述第五射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第五數(shù)值；所述阻抗參數(shù)為與等離子反應(yīng)腔負(fù)載阻抗相關(guān)的任一參數(shù)；所述阻抗參數(shù)與射頻頻率的關(guān)系呈非線性函數(shù)關(guān)系，所述非線性函數(shù)為具有極小值的非線性函數(shù)；在第j’個脈沖周期內(nèi)的高射頻功率階段設(shè)定第六射頻頻率，獲取與所述第六射頻頻率相應(yīng)的阻抗參數(shù)的第六數(shù)值；比較第五射頻頻率和第六射頻頻率的大小，得到第三比較結(jié)果，比較第五數(shù)值和第六數(shù)值的大小，得到第四比較結(jié)果；根據(jù)第三比較結(jié)果和第四比較結(jié)果，調(diào)整第k’個脈沖周期的對應(yīng)射頻功率階段的射頻頻率，直到調(diào)整后的射頻頻率對應(yīng)的阻抗參數(shù)達到最小值；確定阻抗參數(shù)最小值對應(yīng)的射頻頻率為與射頻功率等離子體的阻抗相匹配的射頻頻率；其中，i'＜j'＜k'，且i’、j’、k’均為正整數(shù)。7.一種脈沖射頻等離子體的阻抗匹配裝置，其特征在于，提供脈沖式射頻功率到等離子反應(yīng)腔，所述脈沖式射頻功率包括多個脈沖周期，每個脈沖周期內(nèi)包括高射頻功率階段，所述裝置包括高射頻功率階段的等離子體阻抗匹配裝置；所述高射...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉如彬，
申請(專利權(quán))人：中微半導(dǎo)體設(shè)備上海有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31