[發明專利]阻抗匹配器、半導體設備和阻抗匹配方法

無效

• 申請號: 201110409326.6
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN103166595A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 成曉陽
• 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: H03H7/38
• 分類號: H03H7/38
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 張天舒;陳源

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，特別涉及一種阻抗匹配器、半導體設備和阻抗匹配方法。

背景技術

等離子體被廣泛應用于半導體器件的生產過程中。在等離子體設備中，射頻電源向反應腔室提供射頻信號能量以產生等離子體。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，這些活性粒子與置于反應腔室內并曝露在等離子體環境下的晶片相互作用，使晶片表面發生各種物理和化學反應，從而使晶片表面性能發生變化，完成晶片的刻蝕或者其他工藝過程。

為了使射頻電源的輸出阻抗和反應腔室的阻抗相匹配，需要在射頻電源和反應腔室之間設置一個阻抗匹配器(Impedance?Match)，射頻電源通過阻抗匹配器向反應腔室提供射頻信號能量，射頻電源的射頻信號能量通過阻抗匹配器加載到反應腔室中。圖1為一種阻抗匹配器的結構示意圖，如圖1所示，該阻抗匹配器可包括阻抗傳感器51、與阻抗傳感器51連接的阻抗匹配網絡52、與阻抗匹配網絡52連接的運算控制單元53和與運算控制單元53連接的執行單元54，其中，阻抗匹配網絡52還與反應腔室55和射頻電源56連接。阻抗傳感器51用于對阻抗匹配器的輸入端進行測量得出阻抗匹配網絡52的輸入阻抗相關信號，運算控制單元53根據射頻電源56的輸出阻抗對輸入阻抗相關信號進行運算處理生成阻抗調節數據，執行單元54根據阻抗調節數據對阻抗網絡進行調節以使調節后的阻抗匹配網絡52的輸入阻抗和射頻電源56的輸出阻抗共軛匹配。其中，阻抗匹配網絡的輸入阻抗為阻抗匹配網絡的輸入端到反應腔室的阻抗。執行單元54根據阻抗調節數據調節阻抗匹配網絡使得阻抗匹配網絡的輸入阻抗和射頻電源的輸出阻抗共軛匹配，從而達到阻抗匹配的目的。例如：若射頻電源的輸出阻抗為50Ω，阻抗匹配網絡的輸入阻抗為40Ω，則可根據阻抗調節數據調節阻抗匹配器內部的阻抗匹配網絡使得阻抗匹配網絡的輸入阻抗為50Ω，從而使阻抗匹配網絡的輸入阻抗和射頻電源的輸出阻抗共軛匹配，以達到阻抗匹配的目的。

在等離子體刻蝕工藝中，隨著對工藝要求的提高，越來越多的等離子體設備采用雙頻方式的上下電極結構。圖2為一種等離子體設備的結構示意圖，如圖2所示，該等離子體設備包括反應腔室1、靜電卡盤6、電感耦合線圈8、第一阻抗匹配器2、高頻電源3、第二阻抗匹配器4和低頻電源5，靜電卡盤6設置于反應腔室1內，靜電卡盤6上安裝有晶片9。反應腔室1上方設置有介質窗口7，電感耦合線圈8位于介質窗口7的上方。高頻電源3通過第一阻抗匹配器2與靜電卡盤6連接，低頻電源5通過第二阻抗匹配器4與電感耦合線圈8連接。其中，低頻電源5的頻率可以為2MHz，高頻電源3的頻率可以為13.56MHz。第一阻抗匹配器2和第二阻抗匹配器4可采用圖1中的阻抗匹配器，區別在于：第一阻抗匹配器2和第二阻抗匹配器4的輸入阻抗是不同的。

但是，等離子體設備采用雙射頻電源的結構，兩個射頻電源會產生雙頻干擾效應，雙頻干擾效應使阻抗傳感器無法準確的測量出阻抗匹配器的輸入阻抗，例如：高頻干擾信號會干擾第二阻抗匹配器中的阻抗傳感器，使該阻抗傳感器無法準確的測量出第二阻抗匹配器的輸入阻抗相關信號；低頻干擾信號會干擾第一阻抗匹配器中的阻抗傳感器，使該阻抗傳感器無法準確的測量出第一阻抗匹配器的輸入阻抗相關信號，降低了阻抗傳感器的測量精度，從而使阻抗匹配器無法實現阻抗匹配。

發明內容

本發明提供一種阻抗匹配器、半導體設備和阻抗匹配方法，其能夠消除由于采用雙頻上下電極結構的等離子體刻蝕裝備時，阻抗傳感器受到雙頻信號的干擾而無法準確的測量出阻抗匹配網絡的輸入阻抗相關信號的問題，提高阻抗傳感器的測量精度，精確調節所述阻抗匹配網絡，從而使阻抗匹配器準確的實現阻抗匹配。

為實現上述目的，本發明提供一種阻抗匹配器，包括阻抗傳感器、與射頻電源和所述阻抗傳感器連接的阻抗匹配網絡、與所述阻抗傳感器連接的運算控制單元和與所述運算控制單元以及所述阻抗匹配網絡連接的執行單元，所述阻抗傳感器包括：與所述阻抗匹配網絡連接的采樣模塊、與所述采樣模塊連接的濾波模塊和與所述濾波模塊以及所述運算控制單元連接的信號處理模塊；

所述采樣模塊，用于對所述阻抗匹配網絡的輸入端進行測量，得出阻抗測量信號；

所述濾波模塊，用于對所述阻抗測量信號進行濾波處理，以濾除所述阻抗測量信號中的特定頻率的干擾信號；

所述信號處理模塊，用于對濾波處理后的阻抗測量信號進行運算處理，生成所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗相關信號；

所述運算控制單元，用于根據所述射頻電源的輸出阻抗對所述輸入阻抗相關信號進行運算處理，生成阻抗調節數據；