[發(fā)明專利]快速精密射頻自動匹配裝置

有效

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• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN103021774A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 趙章琰;李勇滔;秦威;李英杰;夏洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01J37/24
• 分類號: H01J37/24;H01J37/32
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

?本發(fā)明涉及射頻匹配技術領域，特別涉及一種快速精密射頻自動匹配裝置。

背景技術

等離子體技術是半導體制造領域必不可少的工藝手段，它滲透了半導體工藝的各個環(huán)節(jié)，包括沉積、刻蝕和清洗等等。業(yè)界最常用的等離子體產生方法是射頻放電法，這種方法的實現的電路結構如圖1所示。

由射頻電源產生一定功率的射頻能量，經過射頻電纜傳輸至阻抗匹配器，再傳送給等離子體產生裝置產生等離子體。其中，射頻電纜傳輸的電功率必須具有與電纜相符的特征阻抗(一般是50歐純電阻性質)，否則會發(fā)生反射，導致功率無法有效傳輸；等離子體產生裝置利用了感性放電或容性放電原理，其結構決定它主要體現電感性質或電容性質。阻抗匹配器的作用在于將等離子體產生裝置的阻抗與射頻電纜的阻抗互相適配，從而在等離子體產生裝置上得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。

根據負載性質的不同，射頻匹配器的結構有很多種。以一種原子層沉積(ALD)設備中的等離子體產生裝置為例，射頻匹配器電路和等離子體產生裝置等效電路如圖2所示。該示例的等離子體產生裝置可近似等效為電感L和電阻R的并聯。電感L主要由等離子體產生裝置的結構決定，電阻R主要由等離子體的工作狀態(tài)(氣體類型、壓強、溫度等)決定。射頻匹配器由可變電容C1和C2構成，通過自動控制電路和軟件(未畫出)調節(jié)C1和C2，使得從射頻電源端看來，射頻匹配器和等離子體產生裝置整體的阻抗是一個50歐的純電阻(達到匹配狀態(tài))。

阻抗匹配分兩個過程：

1.?首次使用的匹配。射頻等離子體產生裝置首次使用時，需要調節(jié)C1和C2，使得達到匹配狀態(tài)，這個過程需要在未知等離子體產生裝置參數的情況下尋找匹配點，所以耗時較長，約數十秒。

2.?工作中的匹配。在半導體工藝設備工作過程中，等離子體的工作狀態(tài)會發(fā)生變化，例如反應腔室的充氣、放氣、改變壓強和溫度、發(fā)生反應等等。此時會偏離匹配點，需要調節(jié)C1和C2，使裝置回到匹配點，這個過程要求較快，現有射頻自動匹配器大約需要數秒的時間。

隨著半導體工藝水平的提高，工藝所能達到的尺度越來越小，需要等離子體的工藝狀態(tài)更加穩(wěn)定來保證工藝的精度。這就要求自動匹配器在上述第2個過程中，對于工藝中充放氣、改變溫度壓強等工作狀態(tài)的變化能夠很快的反應，從而維持加到等離子體產生裝置上的射頻功率恒定。

通常匹配器中的可變電容由電動機帶動。如果電機轉速較慢，則無法對等離子體發(fā)生裝置工作狀態(tài)的變化做出快速的響應；如果電機轉速較快，則難以尋找匹配點，并且自動匹配控制系統很難做到穩(wěn)定。所以，解決快速響應和精細尋優(yōu)之間的矛盾，是目前半導體工藝設備中射頻自動匹配器研究的難點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠對工作狀態(tài)變化導致的負載阻抗變化做出快速響應，并且能夠精細的尋找最優(yōu)匹配點的快速精密射頻自動匹配裝置。

根據本發(fā)明的一個方面，提供一種快速精密射頻自動匹配裝置包括復阻抗檢測裝置、控制模塊及包含真空電容器、空氣可變電容器、電感的電容電感網絡；所述控制模塊根據所述復阻抗檢測裝置檢測的結果，控制所述電容電感網絡中真空電容器、空氣可變電容器轉動，以實現自動阻抗匹配。

進一步地，所述快速精密射頻自動匹配裝置還包括位置檢測裝置，用于檢測所述空氣可變電容器的實際位置。

進一步地，所述控制模塊包括所述控制單元及電動機；所述控制單元，用于在所述復阻抗檢測裝置檢測的結果指示偏離匹配點時，控制所述電動機帶動空氣可變電容器快速轉動；在所述復阻抗檢測裝置檢測的結果指示偏離匹配點時，控制所述電動機帶動真空電容器慢速轉動；在所述位置檢測裝置的檢測指示偏離中心位置時，控制所述電動機帶動所述真空電動器慢速轉動，從而使所述電動機帶動空氣可變電容器快速轉動直至所述位置檢測裝置的檢測指示回到中心位置。

進一步地，所述真空電容器包括真空電容器C1、真空電容器C2；所述電動機包括第一電動機、第二電動機及第三電動機。