[發明專利]一種射頻匹配器的傳感器的鑒相裝置和方法有效

申請號：	200710063284.9	申請日：	2007-01-05
公開（公告）號：	CN101217104A	公開（公告）日：	2008-07-09
發明（設計）人：	張文雯	申請（專利權）人：	北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
主分類號：	H01L21/00	分類號：	H01L21/00;G01R27/02
代理公司：	北京凱特來知識產權代理有限公司	代理人：	鄭立明;王連軍
地址：	100016北京市***	國省代碼：	北京;11
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	一種射頻配器傳感器裝置方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體制造設備的檢測與監控技術領域，尤其涉及一種射頻匹配器的傳感器的鑒相裝置和方法。

背景技術

等離子體被廣泛應用于半導體器件的生產。在等離子體刻蝕系統中，射頻電源向等離子腔體供電以產生等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和置于腔體并曝露在等離子體環境下的半導體晶圓相互作用，使半導體晶圓材料表面發生各種物理和化學反應，從而使材料表面性能發生變化，完成半導體晶圓的刻蝕過程。

常用的射頻電源工作頻率為13.56MHz，輸出阻抗為50Ω，通過特征阻抗為50Ω的同軸電纜與反應腔室相連。隨著刻蝕過程的進行，腔室中的氣體成分以及壓力都在不斷變化，因此，作為負載的等離子的阻抗也在不斷的變化。而射頻電源的內阻為固定的50Ω，即功率源與負載之間阻抗是不匹配的，這樣就導致射頻RF傳輸線上存在較大的反射功率，射頻輸出功率無法全部施加到等離子體腔。如果獲得的RF能量不足以使等離子體起輝，刻蝕過程就無法進行，而且，功率會反射回電源，當達到輸出功率的20％左右時，就會損壞RF電源。

由此，如圖1所示的整個射頻傳輸系統的框圖，一般RF功率源與等離子體腔室之間插入一個匹配網絡，使得負載阻抗與電源阻抗能夠達到共軛匹配。由于隨著刻蝕過程的進行，負載阻抗的值是不斷變化的，所以需要引入一個阻抗模值、相位檢測器，即傳感器(Sensor)。通過檢測傳輸線上的電壓、電流信號，利用一定的鑒幅和鑒相方法，就可以得到負載阻抗的模值和相位。自動阻抗控制器根據傳感器的輸出，控制步進電機的轉動，從而調整匹配網絡中的可變元件，最終使匹配網絡與等離子腔室的總阻抗為50Ω，實現匹配。

對于根據傳輸線上的電壓和電流信號計算負載阻抗的相位的方法，常規的一種方法如圖2所示，是利用由四個二極管組成的雙平衡混頻器來鑒相，傳輸線上的電壓信號加于二極管電橋的1、3之間，電流信號加于2、4兩端之間。當四個二極管特性相同時，各個二極管上電壓和電流信號的幅度完全相同。輸出信號從電流信號巴倫的平衡端(變壓器次級)的中點引出，經過RC低通濾波器之后，即可得到鑒相后的直流信號。

這種方法存在的缺點是，在利用雙平衡混頻器實現混頻時，輸入的兩個信號的電平可以不相等，但是用作鑒相器時，卻要求兩個輸入信號的幅度是相等的，而電壓、電流信號在負載阻抗不匹配時卻是不等的，因此無法得到準確的結果。

常規的另一種鑒相的方法如圖3所示，是采用門鑒相器，而其中最常用的是異或門鑒相，它由異或門與低通濾波器組成。異或門的電路符號及真值表如表1所示，輸出波形及鑒相特性如圖4、圖5與圖6所示。

表1