一种射频传感器及阻抗匹配装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种射频传感器及阻抗匹配装置，其中，电压采集模块将电压信号发送至第一模拟乘法器和移相模块一端、以及第三模拟乘法器的两端；电流采集模块将电流信号发送至第一模拟乘法器和移相模块的另一端；自移相模块输出的电压和电流信号输送至第二模拟乘法器的两端；经过第一、第二和第三模拟乘法器运算得出三个与电压和电流有关的模拟信号通过模数转换模块转换输出数字信号A0、A1、A2；控制模块根据数字信号A0、A1、A2、A0(0)、A1(0)、A2(0)计算差分信号|ΔA0|、|ΔA1|和|ΔA2|值，并根据|ΔA0|、|ΔA1|和|ΔA2|判定低频射频功率的存在。其可提高射频传感器的灵敏度、阻抗匹配装置的匹配范围和匹配效果、避免阻抗匹配装置进行误匹配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体加工
，具体涉及一种射频传感器及阻抗匹配装置。
技术介绍
物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition,以下简称PVD)设备是应用比较广泛 的等离子体加工设备，主要用于在基片等被加工工件的表面上沉积薄膜。在实际应用中，为 了提高衬底表面上沉积薄膜的工艺质量，往往在沉积薄膜之前需要对该被加工工件进行预 清洗工艺，以去除衬底表面上的不易挥发的杂质。 图1为用于完成预清洗工艺的预清洗腔室的结构示意图。请参阅图1，在反应腔室 10内设置有用于承载衬底的承载装置11，承载装置11依次与第一阻抗匹配装置16和频率 较高的第一射频电源12电连接，第一射频电源12用于通过第一阻抗匹配装置16向承载装 置11提供高频射频功率，以在承载装置11上产生能够吸引反应腔室10内的等离子体轰击 衬底的自偏压，从而去除衬底表面上的杂质；第一阻抗匹配装置16用于使得第一射频电源 12的负载阻抗与其特征阻抗(例如，50Q)达到共轭匹配，以使射频电源12的输出功率全部 输送至承载装置11上。在反应腔室10的拱形顶盖13上设置有感应线圈14,感应线圈14 依次与第二阻抗匹配装置17与频率较低的第二射频电源15电连接，第二射频电源15用于 通过第二阻抗匹配装置17向感应线圈14加载低频射频功率，以将反应腔室10内的气体激 发形成等离子体；第二阻抗匹配装置17用于使得第二射频电源15的负载阻抗等于其特征 阻抗(例如，50Q)，以使第二射频电源15的功率全部输送至反应腔室10内。 上述阻抗匹配装置是保证预清洗腔室高效可靠运行的关键装置，其采用下述原理 进行工作。具体地，图2为阻抗匹配装置的原理框图。请参阅图2,阻抗匹配装置包括射频 传感器20、控制器21、执行机构22和匹配网络23。其中，射频传感器20用于检测射频电 源24的传输线上的电压信号和电流信号，并采用一定的鉴幅鉴相的方法获得射频电源24 的负载阻抗的模值IZ|和相角0，并将该模值|Z|和相角0输送至控制器21 ;控制器21 根据该模值|Z|和相角0采用匹配控制算法计算获得执行机构22调整量，并根据该调整 量控制执行机构22 (例如，步进电机)对匹配网络23中的可变元件(例如可变电容)进行调 整，以改变射频电源24的负载阻抗的大小，从而最终使得射频电源的特征阻抗与其负载阻 抗达到共轭匹配。 在阻抗匹配装置进行工作时，射频传感器20实时判定射频功率是否存在。具体 地，当射频传感器20判定射频功率存在时，再计算获得射频电源24的负载阻抗的模值|Z 和相角9，并输送至控制器21，以实现对射频电源24进行阻抗匹配；当射频传感器20判定 射频功率存在时，向控制器21发送不匹配指令，控制器21根据该不匹配指令控制执行机构 22对匹配网路23中的可变元件调整至预设初始位置。 然而，采用上述阻抗匹配装置在实际应用中往往会存在以下技术问题： 由于当射频电源24输出低频射频功率时，感应线圈14的负载阻抗通常处于开路 点，导致射频电源24的传输线上的电流会很小，在这种情况下，阻抗匹配装置17是从开路 点开始匹配的，这就造成在低频射频功率存在时检测不出来，因而射频传感器的灵敏度不 高，从而会因射频传感器20误判定低频射频功率不存在而不工作，进而造成阻抗匹配装置 17在低频射频功率存在时没有进行阻抗匹配，因而现有的阻抗匹配装置仅适用于对一定频 率范围内的射频功率进行匹配，从而造成阻抗匹配装置的匹配范围窄、匹配效果差，进而导 致预清洗工艺的工艺窗口窄。 为解决上述射频传感器的灵敏度不高的问题，通过改变射频传感器20的相关参 数值，以使其在感应线圈14的负载阻抗处于开路点时，仍能够判定低频射频功率存在，从 而可以避免射频传感器20出现误判断，但是，这会造成射频传感器20判定低频射频功率不 存在的判定条件非常严苛，从而一旦出现温度或者电磁等干扰因素的情况，即使低频射频 功率不存在，传感器20也很容易误判定其仍为存在，进而使执行机构22以及匹配网络23 中的可变元件误动作，导致阻抗匹配装置的使用寿命降低。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种射频传感器及阻抗匹配 装置，其可以提高射频传感器的灵敏度，从而阻抗匹配装置的匹配范围和匹配效果，从而可 以增大工艺窗口；还可以避免阻抗匹配装置进行误匹配，从而可以提高阻抗匹配装置的使 用寿命。 本专利技术提供一种射频传感器，用于根据射频传输线上的电压和电流信号，检测低 频射频功率的存在，所述射频传感器包括：电压采集模块、电流采集模块、第一模拟乘法 器、第二模拟乘法器、第三模拟乘法器、移相模块、模数转换模块和控制模块，其中：所述电 压采集模块将采集的所述电压信号分别发送至所述第一模拟乘法器的一端和所述移相模 块一端、以及所述第三模拟乘法器的两端；所述电流采集模块将采集的所述电流信号分别 发送至所述第一模拟乘法器的另一端和所述移相模块的另一端；自所述移相模块输出的 所述电压和电流信号分别输送至所述第二模拟乘法器的两端；经过第一模拟乘法器、第 二模拟乘法器和第三模拟乘法器运算得出三个与所述电压和电流有关的模拟信号，该模 拟信号通过所述模数转换模块转换输出数字信号怂、Ai、A2 ;所述控制模块根据所述数字 信号4、A2和零射频功率时传感器的静态数字信号& (0)、& (0)、A2 (0)计算差分信号 AA」、|AA」和|AA2|值，根据所述差分信号|AA」、|AA」和|AA2|判定低频射频功 率的存在，其中人=0. 2kuki? |V| |1卜cos0 +Aq(0)A~0?lkuki? |V| |1卜sin0 +AJ0); A2=0. 2k/ ? |V12+A2 (0);|AA。| =A0-A。(0);|A& | (0);|AA21 =A2-A2 (0);其中，ku、h为 常数；IV|为所述电压信号的模值；|I|为所述电流信号的模值；0为所述电压信号与 电流信号之间的相位差。 其中，所述控制模块将所述差分信号IAA」、IAA」和IAA2|值带入逻辑关系式 Y= |A\ |〈M&& |AAi|飒&& |AA21 <M2中，通过判断Y的真假来判定所述低频射频功率是否存 在，若Y为真，则判定所述低频射频功率不存在；若Y为假，则判定所述低频射频功率存在； 其中，凡、MpM2分别为预设的用于判定所述射频功率是否存在的参数，且均为大于零的常 数。其中，所述控制模块当判定所述低频射频功率存在时，将所述数字信号和 所述静态数字信号& (0)、& (0)、A2 (0)带入如下输出所述低频射频功率的射频电源的负载 阻抗的模值|z|和相角0的关系式：计算所还射频电源的货親阻沉的悮但|Z|和和用y，并将所述模值|z|和相角0 发送出去。 其中，所述低频射频功率的频率范围在400KHZ~2MHz。 其中，所述电压采集模块采用电容分压取电压的方式采集所述射频传输线上的电 压信号。 其中，所述电流采集模块采用电感耦合线圈取电流的方式采集所述射频传输线上 的电流信号。 本专利技术还提供一种阻抗匹配装置，包括射频传感器，所述射频传感器采用本专利技术 提供的上述射频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频传感器，用于根据射频传输线上的电压和电流信号，检测低频射频功率的存在，其特征在于，所述射频传感器包括：电压采集模块、电流采集模块、第一模拟乘法器、第二模拟乘法器、第三模拟乘法器、移相模块、模数转换模块和控制模块，其中：所述电压采集模块将采集的所述电压信号分别发送至所述第一模拟乘法器的一端和所述移相模块一端、以及所述第三模拟乘法器的两端；所述电流采集模块将采集的所述电流信号分别发送至所述第一模拟乘法器的另一端和所述移相模块的另一端；自所述移相模块输出的所述电压和电流信号分别输送至所述第二模拟乘法器的两端；经过第一模拟乘法器、第二模拟乘法器和第三模拟乘法器运算得出三个与所述电压和电流有关的模拟信号，该模拟信号通过所述模数转换模块转换输出数字信号A0、A1、A2；所述控制模块根据所述数字信号A0、A1、A2和零射频功率时传感器的静态数字信号A0(0)、A1(0)、A2(0)计算差分信号|ΔA0|、|ΔA1|和|ΔA2|值，根据所述差分信号|ΔA0|、|ΔA1|和|ΔA2|判定低频射频功率的存在，其中：A0=0.2kuki·|V||I|·cosθ+A0(0)；A1≈0.1kuki·|V||I|·sinθ+A1(0)；A2=0.2ki2·|V|2+A2(0)；|ΔA0|=A0‑A0(0)；|ΔA1|=A1‑A1(0)；|ΔA2|=A2‑A2(0)；其中，ku、ki为常数；│V│为所述电压信号的模值；│I│为所述电流信号的模值；θ为所述电压信号与电流信号之间的相位差。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建生，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11