[發明專利]一種阻抗匹配器

有效

• 申請號: 200810056600.4
• 申請日: 2008-01-22
• 公開（公告）號: CN101494946A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 陳鵬
• 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: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H01L21/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 琦;王誠華

技術領域

本發明涉及微電子技術，特別是涉及一種能夠精確監測負載狀態的阻抗匹配器。

背景技術

在典型的用于制造半導體器件的射頻等離子體發生裝置中，恒定輸出阻抗(通常為50Ω)的射頻電源產生固定頻率(通常為13.56MHz)的射頻波，向等離子體反應室提供射頻功率，以將等離子體反應室內的氣體激發為用于刻蝕或其他工藝的等離子體。一般而言，等離子體反應室的非線性負載的阻抗與射頻電源的恒定輸出阻抗并不相等，因此在射頻電源和等離子體反應室之間存在嚴重的阻抗失配，使得射頻傳輸線上存在較大的反射功率，射頻電源產生的功率無法全部輸送給等離子體反應室。為解決該問題，如圖1所示，需要在射頻電源11和等離子體反應室13之間插入阻抗匹配器12，通過阻抗匹配器12按照一定的匹配控制算法，調節其內置的可變電抗元件的阻抗，使射頻電源11的負載阻抗與射頻電源11的輸出阻抗完全匹配。

在半導體器件的制造過程中，當工藝對半導體器件的關鍵尺寸(CD，Cristal?Dimension)的要求大于90納米時，等離子體反應室內的等離子體阻抗變化對工藝質量的影響很小，當工藝對半導體器件的關鍵尺寸(CD，CristalDimension)的要求提高至90納米及小于90納米時，等離子體反應室內的等離子體阻抗變化對工藝質量影響較大，因此為了監控工藝質量，需要實時監測等離子體阻抗狀態，以便對阻抗匹配器進行操控的上位機根據等離子體阻抗的實時狀態信息，及時發現異?，F象并進行報警處理。而現有的阻抗匹配器，由于沒有內置實現對負載狀態監測的構件，因此無法對輸出端的負載即等離子體阻抗狀態進行精確監測。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種阻抗匹配器，能夠精確監測射頻電源的負載阻抗狀態。

為了達到上述目的，本發明提出的技術方案為：一種阻抗匹配器，包括：

電壓電流傳感器，用于監測等離子體反應室內的阻抗狀態，輸出表征等離子體反應室阻抗狀態的信號至控制系統；

控制系統，用于按照事先確定的匹配控制方法生成控制信號，驅動執行機構調節射頻電源的負載阻抗，實現射頻電源的輸出阻抗與射頻電源的負載阻抗的匹配；采集電壓電流傳感器的表征等離子體反應室阻抗狀態的信號，并根據表征等離子體反應室阻抗狀態的信號計算出等離子體反應室的阻抗值；

執行機構，用于接收控制系統的控制信號，根據控制信號調節射頻電源的負載阻抗。

如上所述的阻抗匹配器中，所述控制系統包括：

負載狀態監測模塊，用于采集電壓電流傳感器的表征等離子體反應室阻抗狀態的信號，并根據表征等離子體反應室阻抗狀態的信號計算出等離子體反應室的阻抗值；

反射功率采集模塊，用于采集射頻電源的反射功率信號，并輸出反射功率至匹配控制模塊；

匹配控制模塊，用于利用反射功率采集模塊采集的反射功率，按照事先確定的匹配控制方法生成控制信號驅動執行機構。

如上所述的阻抗匹配器中，所述反射功率采集模塊直接通過一條與射頻電源連接的外接信號傳輸線采集射頻電源的反射功率。

如上所述的阻抗匹配器中，還包括功率傳感器，其設于射頻輸入端，用于從射頻輸入端采集射頻電源的反射功率信號，并輸出至反射功率采集模塊。

如上所述的阻抗匹配器中，所述執行機構包括第一可變電抗元件和第二可變電抗元件；所述匹配控制模塊包括：

第一匹配調節單元，用于根據反射功率采集模塊輸入的反射功率，持續輸出使第一可變電抗元件的阻抗值單向遞增或遞減的控制信號，以使反射功率降低，直至反射功率不能再降低，然后觸發第一匹配判斷單元；

第一匹配判斷單元，用于根據反射功率采集模塊輸入的反射功率是否為零判斷阻抗是否匹配，如果反射功率不為零則阻抗不匹配，觸發第二匹配調節單元；

第二匹配調節單元，用于根據反射功率采集模塊輸入的反射功率，持續輸出使第二可變電抗元件的阻抗值單向遞增或遞減的控制信號，以使反射功率降低，直至反射功率不能再降低，然后觸發第二匹配判斷單元；

第二匹配判斷單元，用于根據反射功率采集模塊輸入的反射功率是否為零，判斷阻抗是否匹配，如果反射功率不為零則阻抗不匹配，觸發第一匹配調節單元。

綜上所述，本發明通過在射頻輸出端設置的電流電壓傳感器監測等離子體反應室內的阻抗狀態，并由其輸出表征等離子體反應室阻抗狀態的信號至控制系統的負載狀態監測模塊，由負載狀態監測模塊根據表征等離子體反應室阻抗狀態的信號計算出等離子體反應室的阻抗值，從而實現了對射頻電源負載阻抗狀態的精確監測。

附圖說明