具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，图1为本发明提供的一种电感耦合等离子体处理装置的结构示意图，在图1所述的示意图中，电感耦合等离子体反应装置包括真空处理腔100，真空处理腔100包括由金属材料制成的圆柱形或近似为圆柱形的处理腔侧壁105，处理腔侧壁105上方设置一绝缘窗口130，绝缘窗口130上方设置电感耦合线圈140，电感耦合线圈140连接射频功率源145。处理腔侧壁105靠近绝缘窗口130的一端设置气体喷入口150，气体喷入口150连接气体供应装置10。在真空处理腔100内部的下游位置设置一基座110，基座110上放置静电卡盘11，用于对基片120进行支撑和固定。真空处理腔100的下方还设置一排气泵125，用于将反应副产物排出真空处理腔100。在射频偏置功率源146与基座110之间设置有一射频匹配网络200，用于实现射频功率源的输出功率最大化的施加到真空处理腔100内。另外，在静电卡盘115表面还设置有一电压测量装置116，用于测量基片120表面的电压。

在处理工艺开始前，将基片120传送到基座110上方的静电卡盘115上固定，气体供应装置10中的反应气体经过气体喷入口150进入真空处理腔100，然后对电感耦合线圈140施加射频功率源145。传统技术中，电感耦合线圈140为多圈单一的线圈结构，这种线圈结构可以在真空处理腔100内产生一个较大的射频电压，以帮助射频功率源145在线圈上产生的感性放电点燃真空处理腔100内的反应气体，射频功率源145的射频功率驱动电感耦合线圈140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160。等离子体160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，上述活性粒子可以和待处理基片120的表面发生多种物理和化学反应，使得基片120表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。

然而，根据背景技术所述，多圈单一的电感耦合线圈140产生的容性耦合反应对基片120处理的均匀性存在不良影响，即电感耦合线圈140附带的容性放电不均匀，造成电感耦合线圈140上的电场对等离子体160的加速不均匀，进而导致等离子体160对基片120的处理结果不均匀。可以通过改变电感耦合线圈140的结构，以降低或是消除电感耦合线圈140产生的容性放电，以保证基片120处理的均匀性，例如，本发明采用的电感耦合线圈140为多个单圈线圈组合或者多个半圈线圈组合的结构。然而，本发明采用的多个单圈线圈组合或者多个半圈线圈组合的结构虽然能够提升等离子体160均匀加速，保证基片120处理的均匀性，但由于降低了电感耦合线圈140产生的容性放电，导致真空处理腔100内反应气体在低气压低密度条件下进行等离子体点燃时存在困难。

需要说明的是，为了降低或是消除电感耦合线圈140产生的容性放电，所采用的电感耦合线圈140结构包括但不局限于为多个单圈线圈组合或者多个半圈线圈组合的结构。

为了解决本发明电感耦合等离子体处理装置内等离子体难以点火的问题，本发明提供一种在偏置功率源上施加一个控制指令来辅助点燃等离子体的方法。在等离子体刻蚀工艺中，射频功率源145施加到电感偶合线圈140上，主要用于控制等离子体解离或等离子体密度，射频偏置功率源146通过施加一个控制指令，将产生的偏压信号脉冲模式施加到基座110上，偏置功率源146的作用在于控制离子能量及其能量分布。在对基片120进行等离子体刻蚀步骤前，先要将真空处理腔100内的反应气体解离为等离子体。偏置功率源146在点燃等离子体的过程中的作用为在真空处理腔100内产生一个偏压信号，并以该偏压信号脉冲模式的脉冲电压协助射频功率源145的射频信号实现对等离子体的点燃。

如图2所示，图2为本发明提供的一种电感耦合等离子体处理装置的点火控制方法的方法流程图，用于如图1所示的装置，具体的，该控制方法包括：

S201：获取控制指令。

在本发明实施例提供的方法中，当在所述真空处理腔内反应气体在低气压低密度条件下等离子体难以点燃时，触发所述偏置功率源获取所述控制指令。

一种方式是，所述装置还包括一与所述偏置功率源电连接的控制器，所述控制器可以响应电感耦合等离子体处理装置中传感器被触发产生的信号，产生所述控制指令。另一种方式中，也可以是直接手动向所述偏置功率源输入所述控制指令。

S202：所述偏置功率源执行所述控制指令，产生所述偏压信号；其中，所述偏压信号为脉冲电压，用于与所述射频信号共同进行等离子体点火。

在本发明实施例提供的方法中，所述偏置功率源获取到所述控制指令之后，所述偏置功率源执行所述控制指令，并开启所述偏置功率源，以使得其产生所述偏压信号，并将所述偏压信号设置为脉冲模式的脉冲电压，用于与所述射频信号共同进行等离子体点火。其中，所述射频信号由所述射频功率源产生。本发明实施例中通过脉冲电压作为所述偏压信号进行辅助点火，需要说明的是，其他方式中，所述偏压信号也可以为连续波模式。

在本发明实施例提供的方法中，通过在电感耦合等离子体处理装置的偏置功率源上施加一个控制指令，利用偏置功率源执行该控制指令，使其产生偏压信号，并把偏压信号设置为脉冲模式的脉冲电压，并在后续的处理工艺中，利用脉冲电压与射频信号共同辅助等离子体的点火。应用本发明提供的方法，提高了等离子体的点火性能，并保证了等离子体的点燃。

如图3所示，图3为本发明提供的一种电感耦合等离子体点火时源射频反射功率模型图，具体包括：

图示中横轴为时间t(ms)，纵轴为功率P(w)。图中P_Fwd为入射功率，即射频功率源的输出功率，在整个点火的过程中一直保持稳定不变，P_Ref为反射功率，即射频功率源输出后未被完全吸收，被反射后，射频功率源探测到的反射功率部分。阶段A表示等离子体形成和稳定的过程，该阶段反射功率P_Ref的值约等于入射功率P_Fwd的值，也就是说在未产生等离子体时，没有对射频功率的利用，射频功率源输出的功率相当于全部反射回去，故反射功率P_Ref的值约等于入射功率P_Fwd的值，在阶段A和阶段B交界时刻完成点火，产生等离子体，等离子体吸收能量，导致反射功率降低，固有阶段A到阶段B的反射功率跳变，在阶段C调节射频功率源与耦合线圈之间的匹配网络，使得反射功率进一步降低；阶段B表示为等离子体点火后，在调节阻抗匹配之前的阶段，阶段C表示为通过所述匹配网络调节射频信号进行阻抗匹配的阶段，以提高对射频功率源的功率利用率。

在等离子体点火的过程中，高电场对于加速等离子体放电的初始电子至关重要，施加到反应腔内的电压越高，对等离子体点燃越有帮助。如果等离子体点火失败，阶段A的时间将延长，因此等离子体无法过渡到阶段B。偏压信号的脉冲电压频率和阶段A一个量级，理论上，对点火贡献，阶段B和阶段C没必要施加偏压信号，但是现有硬件控制精度使得偏压信号作用时间不能精确到仅作用在阶段A，故可以使得偏置功率源的开启时间至少覆盖阶段A，使得偏压信号至少作用整个阶段A，以完成点火，如上所述，由于硬件控制精度不能实现，可以设置脉冲电压作用时间完全覆盖等离子体点火的阶段A，并在至少过渡到阶段B后关闭，具体可以在阶段B关闭，或是在阶段C关闭。如果A持续时间为T，则脉冲电压的脉冲宽度为0.1T-10T，脉冲电压脉冲宽度的具体时间可以基于需求设定，不局限于该范围。如图3所示，T＝xms，如x可以为0.2ms、1ms或2ms。另外，图示中，阶段A至阶段B的持续时间为10ms，阶段A至阶段B至阶段C的持续时间小于1000ms。

在实际工作中，点火阶段A时间较短，通常只有若干个毫秒，而受限于硬件技术，射频电源要实现不同输出电压的切换需要若干秒的时间，因此若在点火阶段设置偏置射频电源的输出电压较高，由于点火阶段时间短，较高的偏置射频电压会持续到阶段B和阶段C，对阶段B和阶段C的工艺处理产生不良影响。为了提高等离子体的点火性能，在阶段A等离子体形成的过程中，一方面将所述脉冲电压的占空比设置为低于10％，功率值小于50瓦，并以脉冲模式传送至真空处理腔中，如此，通过较小的占空比，可以用较高的偏置射频电源的输出电压提高点火效果，而不会造成点火阶段的整体功率变大，同时有效避免高输出功率对阶段B和阶段C的工艺造成的影响。另外，在无等离子体的情况下，相对较小的脉冲电压可在腔体中产生高电压来加速初始电子。另一方面提前开启所述偏置功率源并设定时间后，开启所述射频功率源。其中，所述设定时间小于200ms，如可以小于20ms，该时间可以基于需求设定，不局限于该范围。当所述射频功率源开启至所述真空处理腔内产生等离子体的时间为T，则所述偏置功率源的开启时间不晚于所述射频功率源的时间，且开启持续时间不小于T。可以基于需求设置偏置功率源提前开启时间，如T可以为15ms、10ms，其他方式中，也可以与射频功率源同步开启，或是晚于射频功率源开启。已知的，提前开启可以实现快速点火目的，故本申请优先设置偏置功率源提前开启。

另外，需要说明的是脉冲电压占空比不限制于低于10％，占空比可以基于需求设定，不局限于该范围，也可以高于10％；脉冲电压的偏置功率不限制于小于50瓦，偏置功率可以基于需求设定，不局限于该范围，也可以大于50瓦；偏置功率源的开启时间不限制与早于射频功率源的开启时间，也可以晚于射频功率源的开启时间或是偏置功率源和射频功率源同步开启。可以通过所述控制指令预设所述偏置功率源的工作参数，设定所述脉冲电压的周期、占空比、功率等工作参数，这些参数可以基于实际需求设定，包括但不限于本申请实施例中上述举例数值。

如图4所示，图4为本发明提供的一种电感耦合等离子体点火开始时的脉冲电压模型图。如图所示，具体包括：

图示中横轴为时间t(ms)，纵轴为功率P(w)。图中P_Fwd为入射功率，即射频功率源的输出功率，在整个点火的过程中一直保持稳定不变，P_Ref为反射功率，即射频功率源输出后未被完全吸收，被反射后射频功率源探测到的部分。阶段A表示等离子体形成和稳定的过程，该阶段反射功率P_Ref的值约等于入射功率P_Fwd的值，在阶段A和阶段B交界时刻完成点火，产生等离子体，等离子体吸收能量，导致反射功率降低，固有阶段A到阶段B的反射功率跳变，阶段B表示为等离子体点火后，在调节阻抗匹配之前的阶段。如图4所示，T＝xms，如x可以为0.2ms、1ms或2ms。图示中，阶段A至阶段B的持续时间为10ms。另外，图4中的第二个图表示的是入射功率P_Fwd随着时间T的变化而产生的脉冲模型。

基于上述点火控制方法实施例，本发明另一实施例还提供一种电感耦合等离子体处理装置，用于实现上述点火控制方法，该电感耦合等离子体处理装置如图1所示，包括：

真空处理腔100、射频功率源145以及偏置功率源146；所述射频功率源145通过电感耦合线圈140将射频信号耦合到所述真空处理腔内100，所述偏置功率源146通过射频匹配网络200将偏压信号施加到所述真空处理腔100内部的基座110上，所述基座110用于支撑待处理基片120；其中，所述偏置功率源146用于执行控制指令，产生所述偏压信号；所述偏压信号为脉冲电压，用于与所述射频信号共同进行等离子体点火。

其中，所述电感耦合线圈140为多个单圈线圈组合或者多个半圈线圈组合的结构。

应用本发明实施例提供的电感耦合等离子体处理装置，可以通过控制射频功率源和偏置功率源的开启时间，以及调整脉冲电压的占空比和电压大小，提高了等离子体的点火性能，并保证了等离子体的点燃。

需要说明的是，图1所示中在射频偏置功率源146至基座110的中间处设置有一射频匹配网络200，所述匹配网络的结构如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种偏置功率源连接的射频匹配网络的电路图，偏置功率源146的输出端通过射频匹配网络200与负载阻抗连接，负载阻抗为真空处理腔100内的阻抗。当真空处理腔100内存在等离子体时，负载阻抗为真空处理腔100，静电卡盘115和等离子体的阻抗之和；当真空处理腔100内尚未存在等离子体时，负载阻抗为真空处理腔100与静电卡盘115的阻抗之和。

如图5所示，所述射频匹配网络200包括：可变电容201以及可变电容202。偏置功率源146的输出端通过可变电容201接地，且通过可变电容202与负载阻抗连接。通过调节可变电容201和/或可变电容202，可以调节偏置功率源146输出脉冲电压的幅值大小，以控制施加到基座表面的电压大小，以辅助等离子体点火。

可选的，所述射频匹配网络200还包括电阻Rs和电感L。偏置功率源146的输出端通过电阻Rs与可变电容201，以通过可变电容201接地，且偏置功率源146的输出端依次通过电阻Rs、电感L以及可变电容202与负载阻抗连接。

基于射频匹配网络200该实施例，在所述射频功率源145与所述电感耦合线圈140之间具有另一匹配网络，在完成等离子体点火后，在上述控制方法中，还可以通过调节匹配网络，以提高对所述射频功率源的功率利用率，图中未示出该匹配网络，该匹配网络实现方式可以参考射频匹配网络200，不再赘述。

通过上述描述可知，本发明实施例提供的方法中，通过在电感耦合等离子体处理装置的偏置功率源上施加一个控制指令，利用偏置功率源执行该控制指令，使其产生偏压信号，并把偏压信号设置为脉冲模式的脉冲电压，并在后续的处理工艺中，利用脉冲电压与射频信号共同辅助等离子体的点火。应用本发明提供的方法，提高了等离子体的点火性能，并保证了等离子体的点燃。

本说明书中各个实施例采用递进、或并行、或并行与递进二者结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。