获取方法、阻抗匹配器及其方法和半导体工艺设备与流程

本发明涉及半导体，具体地，涉及一种用于半导体工艺设备阻抗匹配的最优匹配路径的获取方法、应用于半导体工艺设备的阻抗匹配方法、阻抗匹配器和半导体工艺设备。

背景技术：

1、在等离子体处理设备中，射频电源将射频能量通过阻抗匹配器传输至工艺腔室中，以将工艺腔室中的工艺气体激发形成等离子体，激发的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，这些活性粒子和晶圆相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而完成晶圆的刻蚀或者沉积等的工艺过程。

2、在射频能量传输的过程中，由于射频电源的输出阻抗一般为50欧姆，工艺腔室的输入阻抗一般为一个具有实部阻抗和虚部阻抗的非50欧姆的阻抗值，导致阻抗不匹配，在这种情况下，若直接将射频能量传输至工艺腔室，会发生射频能量的反射，即，没有足够的射频能量传输至工艺腔室中，从而无法正常激发等离子体，这就需要在射频电源和工艺腔室之间接入一个阻抗匹配器，以将射频电源后端的输入阻抗调节至50欧姆，从而实现射频能量的正常传输，即，实现阻抗匹配。

3、现有的阻抗匹配器包括传感器、可调元件、执行单元和控制单元，其中，传感器用于实时检测射频传输线上的电压信号和电流信号，并发送至控制单元；控制单元用于根据传感器检测的信号采用自动匹配算法计算获得可调元件的参数值的调整量，并根据该调整量控制执行单元调节可调元件的参数值(例如可调电容的电容值)，直至达到阻抗匹配状态，以将最大的射频功率传送至工艺腔室以激发等离子体。

4、但是，在上述匹配过程中，尤其对于icp(inductively coupled plasma，电感耦合等离子体)而言，由于等离子体在起辉过程中处于e-h模式跳变(即，由e模式跳变为h模式)的不稳定状态，导致不同的工艺的匹配路径存在差异及不重复性，从而造成加工不同晶片的工艺所使用的匹配时间存在差异，进而可能造成晶片间的工艺结果不同，尤其对于工艺时间较短的工艺来说，这种工艺结果差异更加明显。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种应用于半导体工艺设备的最优匹配路径的获取方法、应用于半导体工艺设备的阻抗匹配方法、阻抗匹配器和等离子体处理设备，其可以提高工艺的可重复性和稳定性，从而可以提高工艺结果的一致性。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了一种用于半导体工艺设备阻抗匹配的最优匹配路径的获取方法，包括：

3、将阻抗匹配器的可调元件的参数值调节为预设的初始值；

4、开启所述射频电源，采用自动匹配算法调节所述可调元件的参数值，直至达到阻抗匹配，并记录整个匹配过程中不同时刻对应的所述可调元件的参数值，以获得匹配路径；

5、重复进行n次所述获得匹配路径的步骤，n为大于等于指定数值的整数；

6、从n条所述匹配路径中选择一条无灭辉现象且重复出现次数最多的匹配路径作为所述最优匹配路径。

7、可选的，所述从n条所述匹配路径中选择一条无灭辉现象且重复出现次数最多的匹配路径作为所述最优匹配路径，包括：

8、从n条所述匹配路径中选择无灭辉现象的匹配路径；

9、从所述无灭辉现象的匹配路径中选择重复出现次数最多的匹配路径作为所述最优匹配路径，并进行存储。

10、可选的，所述指定数值为20。

11、可选的，所述初始值为等离子体起辉点对应的所述可调元件的参数值。

12、可选的，所述可调元件为可调电容，所述可调元件的参数值为所述可调电容的容值或者电容位置。

13、作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种应用于半导体工艺设备的阻抗匹配方法，包括：

14、在工艺开始时，将阻抗匹配器的可调元件的参数值调节为预设的初始值；

15、当射频电源开启时，按照预先存储的与所述工艺对应的最优匹配路径，调节所述可调元件的参数值；所述最优匹配路径包括预设匹配时段内的不同时刻对应的所述可调元件的参数值，所述最优匹配路径由本发明实施例提供的上述用于半导体工艺设备阻抗匹配的最优匹配路径的获取方法得到；

16、在到达所述最优匹配路径的终点时刻之后，采用自动匹配算法调节所述可调元件的参数值，直至达到阻抗匹配。

17、可选的，在所述将阻抗匹配器的可调元件的参数值调节为预设的初始值的步骤之前，还包括：

18、判断是否存储有所述工艺对应的所述最优匹配路径；

19、若是，则进行所述将阻抗匹配器的可调元件的参数值调节为预设的初始值的步骤；

20、若否，则执行所述最优匹配路径的获取方法，并返回所述判断是否存储有所述工艺对应的所述最优匹配路径的步骤。

21、作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种阻抗匹配器，包括用于检测射频传输线上的电压信号和电流信号的传感器、可调元件、执行单元、存储单元和控制单元，

22、所述执行单元用于调节所述可调元件的参数值；

23、所述控制单元用于执行如本发明实施例提供的上述用于半导体工艺设备阻抗匹配的最优匹配路径的获取方法，获得不同工艺对应的最优匹配路径；

24、所述存储单元用于存储所述可调元件的参数值的初始值以及不同工艺对应的所述最优匹配路径。

25、可选的，所述控制单元还用于在工艺开始时，调用所述存储单元中存储的所述初始值，并控制所述执行单元将所述可调元件的参数值调节为所述初始值；当射频电源开启时，调用所述存储单元中存储的当前工艺对应的最优匹配路径，并按照所述最优匹配路径控制所述执行单元调节所述可调元件的参数值；在到达所述最优匹配路径的终点时刻之后，采用自动匹配算法控制所述执行单元调节所述可调元件的参数值，直至达到阻抗匹配；所述最优匹配路径包括预设匹配时段内的不同时刻对应的所述可调元件的参数值。

26、作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和用于通过阻抗匹配器向所述工艺腔室加载射频功率的射频电源，所述阻抗匹配器采用本发明实施例提供的上述阻抗匹配器。

27、可选的，所述半导体工艺设备采用的等离子体源为电感耦合等离子体源或者电容耦合等离子体源。

28、本发明实施例的有益效果：

29、本发明实施例提供的应用于半导体工艺设备的阻抗匹配方法和阻抗匹配器的技术方案中，首先按照预先存储的与工艺对应的最优匹配路径调节可调元件的参数值，然后在到达该最优匹配路径的终点时刻之后，采用自动匹配算法调节可调元件的参数值，直至达到阻抗匹配。由于在起辉阶段采用预先存储的最优匹配路径进行匹配，这可以在采用相同工艺在加工不同被加工工件时所采用的匹配路径大致相同，同时可以避免产生灭辉现象，从而可以提高工艺的可重复性和稳定性，进而可以提高工艺结果的一致性。此外，在完成最优匹配路径之后，通过切换至自动匹配算法进行自动匹配，可以实时监控等离子体阻抗随工艺时间变化而产生的细微变化，从而可以实现对等离子体阻抗的精细化调整。

30、本发明实施例提供的半导体工艺设备，其通过采用本发明实施例提供的上述阻抗匹配器，可以提高工艺的可重复性和稳定性，从而可以提高工艺结果的一致性。