阻抗匹配系统、阻抗匹配方法及半导体加工设备技术方案

本发明专利技术提供了一种阻抗匹配系统及方法。本发明专利技术提供的阻抗匹配系统包括阻抗匹配器，分别与连续波射频电源和反应腔室相连，用于自动对连续波射频电源输出阻抗和反应腔室的输入阻抗进行阻抗匹配；选择开关和负载电路，选择开关用于使连续波射频电源选择性地与反应腔室或负载电路相连；控制单元，用于按照预设时序控制选择开关在与反应腔室相连和与负载电路相连之间切换，以通过阻抗匹配器将射频电源的连续波输出转换成脉冲输出后加载至反应腔室。本发明专利技术提供的阻抗匹配系统及方法，不仅不需要昂贵的具有脉冲模式功能的射频电源，从而降低成本，还能够在脉冲模式下阻抗匹配器自动进行阻抗匹配，有效改善在脉冲模式下的匹配不稳定和不重复的现象。

Impedance matching system, impedance matching method and semiconductor processing equipment

The invention provides an impedance matching system and method. The present invention provides impedance matching system including impedance matching device, are respectively connected with the continuous wave RF power and reaction chamber, for the input impedance of the automatic continuous wave RF power output impedance and impedance matching of the reaction chamber; and the load switch circuit, switch for continuous wave RF power supply selectively with the reaction chamber or load circuit connected; the control unit, according to preset timing control switch connected to the reaction chamber and load switching circuit is connected between the continuous wave RF power output is converted to pulse chamber loading to the reaction output through the impedance matching device. The invention provides a system and method for impedance matching, not only does not need expensive with pulse mode function of RF power, thereby reducing the cost, but also can match the impedance of automatic impedance matching in the pulse mode, effectively improve the matching in the pulse mode is not stable and do not repeat the phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
阻抗匹配系统、阻抗匹配方法及半导体加工设备
本专利技术属于微电子加工
，具体涉及一种阻抗匹配系统、阻抗匹配方法及半导体加工设备。
技术介绍
在等离子体加工系统中，射频电源将射频能量传输至反应腔室中，以激发反应腔室中的反应气体形成含有大量活性粒子的等离子体，等离子体和晶片相互作用，完成刻蚀或沉积等的工艺过程。在射频能量传输的过程中，射频电源的输出阻抗一般为50欧姆，而反应腔室的输入阻抗不等于50欧姆，因而若直接将射频能量传输至反应腔室，会因传输路径的阻抗不匹配而发生射频能量的反射，导致无法正常激发反应腔室内的反应气体形成等离子体。因此，需要在射频电源与反应腔室之间连接一个匹配装置，该匹配装置可以使射频电源的输出阻抗与反应腔室的输入阻抗一致，从而保证射频能量的正常传输。图1为现有的匹配装置的原理框图。请参阅图1，射频系统用于向反应腔室20提供射频能量，其包括射频电源10和匹配装置30。其中，射频电源10具有脉冲功能。匹配装置30连接在射频电源10与反应腔室20之间，其具有自动匹配功能和固定匹配位置功能，具体包括检测单元1、阻抗调节单元2、控制单元3和两个控制电机4和5，其中，检测单元1用于检测阻抗调节单元前端的传输线上的信号，并将其发送至控制单元3；阻抗调节单元2的内部结构如图2所示，其具有两个可变电容C2和C3以及固定电容C1和固定电感L1和L2，两个控制电机4和5用于在控制单元3的控制下，分别调节两个可变电容C2和C3。在工艺开始时，首先使射频电源10切换至连续波模式，以输出连续波功率，同时检测单元1将实时检测到的输入信号及反射功率值发送至控制单元3。控制单元3根据算法控制两个控制电机4和5分别调节两个可变电容C2和C3，在调节过程中，控制单元3判断由检测单元1发送而来的反射功率值是否在较小的阈值范围内，若是，则确定射频电源10的输出阻抗与反应腔室20的输入阻抗匹配，并在等离子体保持稳定之后，控制阻抗调节单元2处于固定(Hold)模式，即，两个可变电容C2和C3的电容值及其它各项参数均保持不变；与此同时，控制单元3控制射频电源10切换至脉冲波模式进行工艺，在工艺进行至一定阶段后，控制单元3判断是否需要切换至下一个工艺步骤，若否，则继续进行该工艺直至结束。若是，则因所有的工艺条件发生变化而需要控制射频电源10重新切换至连续波模式，且匹配装置30重新进行匹配工作。待匹配完成后，阻抗调节单元2重新处于固定模式，同时射频电源10切换至脉冲波模式进行新的工艺。以此类推直至整个工艺过程结束。上述匹配装置30在实际应用中不可避免地存在以下问题：其一，上述射频电源10在输出脉冲功率时会出现过冲现象，导致射频系统的阻抗突变，而由于阻抗调节单元2在射频电源10处于脉冲波模式下时处于固定状态，因而无法及时地对所发生的阻抗突变做出响应，从而造成匹配不稳定、不重复，进而影响工艺结果。其二，上述阻抗调节单元2在射频电源处于连续波模式下的匹配位置与在射频电源处于脉冲波模式下的匹配位置被默认为是相同的，但是，在实际应用中，在相同的工艺条件下，上述两种模式应用时射频系统的阻抗存在差异，这会影响匹配装置的匹配精度甚至导致射频电源的输出阻抗与反应腔室的输入阻抗二者失配，从而造成匹配不稳定、不重复，进而影响工艺结果。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种阻抗匹配系统，不仅能够在连续模模式下模拟脉冲模式，不需要昂贵的具有脉冲模式功能的射频电源，从而可以降低成本、提高经济效益，还能够在模拟的脉冲模式下阻抗匹配器自动进行匹配，从而有效改善在脉冲模式下的匹配不稳定和不重复的现象，也就提高了在脉冲模式下的快速稳定性和重复性，同时避免了向反应腔室加载脉冲射频功率信号时发生的过冲现象。为解决上述问题之一，本专利技术提供了一种阻抗匹配系统，包括：阻抗匹配器，分别与连续波射频电源和反应腔室相连，用于自动对所述连续波射频电源的输出阻抗和反应腔室的输入阻抗进行阻抗匹配；选择开关和负载电路，所述选择开关用于使所述连续波射频电源选择性地与所述反应腔室或所述负载电路相连；控制单元，用于按照预设时序控制所述选择开关在与所述反应腔室相连和与所述负载电路相连之间切换，以通过所述阻抗匹配器将射频电源的连续波输出转换成脉冲输出后加载至所述反应腔室。优选地，所述控制单元，还用于在所述选择开关切换至与所述反应腔室相连时，使所述阻抗匹配器的初始匹配位置为上一次所述选择开关切换至与所述反应腔室相连时的最后时刻的匹配位置。优选地，所述负载电路上设置有可调负载；所述选择开关与所述阻抗匹配器的输出端相连；所述控制单元包括：第一控制模块，用于按照预设时序控制所述选择开关在与所述反应腔室相连和与所述负载电路相连之间切换；第二控制模块，用于在所述选择开关切换至与所述负载电路连接时，调节所述可调负载的阻抗为预设阻抗，所述预设阻抗为在所述选择开关上一次切换至与所述反应腔室连接时的最后时刻的所述反应腔室的输入阻抗。优选地，所述控制单元还包括匹配控制模块，所述阻抗匹配器包括：阻抗调节单元，其设置在所述连续波射频电源和所述反应腔室之间的传输线上；检测单元，用于检测所述阻抗调节单元前端的所述传输线上的信号并发送至所述匹配控制模块；所述匹配控制模块，用于根据所述检测单元发送来的信号获得控制信号并发送至执行单元；执行单元，用于根据所述控制信号调节所述阻抗调节单元的阻抗，以进行阻抗匹配。优选地，所述选择开关的初始状态预设为所述选择开关与所述反应腔室连接；所述匹配控制模块，还用于在所述选择开关为初始状态条件下根据所述检测单元发送来的信号实时判断当前是否匹配成功，若是，则向所述第一控制模块发送启动指令；若否，则继续进行阻抗匹配。优选地，所述阻抗调节单元包括可调电容；所述执行单元包括驱动电机，用于调节所述可调电容接入电路中的电容值。优选地，所述选择开关包括：两个开关，用于分别导通或断开所述反应腔室与所述阻抗匹配器以及所述负载电路与所述阻抗匹配器；所述第一控制模块，用于根据所述预设时序选择控制两个所述开关中的一个导通另一个断开。优选地，所述开关为继电器、二极管或射频开关。优选地，所述可调负载的初始阻抗预设为所述匹配控制模块在所述选择开关为初始状态条件下匹配成功时所述反应腔室的输入阻抗。本专利技术还提供一种阻抗匹配方法，应用于阻抗匹配系统，用于对连续波射频电源的输出阻抗与反应腔室的输入阻抗进行阻抗匹配，所述阻抗匹配方法包括以下步骤：按照预设时序控制所述连续波射频电源在与所述反应腔室相连和与负载电路相连之间切换，以通过所述阻抗匹配器将射频电源的连续波输出转换成脉冲输出后加载至所述反应腔室；在切换至与所述反应腔室相连时，所述阻抗匹配器自动进行阻抗匹配。优选地，阻抗匹配方法还包括：在切换至与所述反应腔室相连时，使所述阻抗匹配器的初始匹配位置为上一次切换至与所述反应腔室相连时的最后时刻的匹配位置。优选地，所述按照预设时序控制所述连续波射频电源在与所述反应腔室相连和与负载电路相连之间切换包括：按照预设时序控制所述连续波射频电源和所述阻抗匹配器在与所述反应腔室相连和与负载电路相连之间切换；所述在切换至与所述反应腔室相连时，使所述阻抗匹配器的初始匹配位置为上一次切换至与所述反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻抗匹配系统，其特征在于，包括：阻抗匹配器，分别与连续波射频电源和反应腔室相连，用于自动对所述连续波射频电源的输出阻抗和反应腔室的输入阻抗进行阻抗匹配；选择开关和负载电路，所述选择开关用于使所述连续波射频电源选择性地与所述反应腔室或所述负载电路相连；控制单元，用于按照预设时序控制所述选择开关在与所述反应腔室相连和与所述负载电路相连之间切换，以通过所述阻抗匹配器将射频电源的连续波输出转换成脉冲输出后加载至所述反应腔室。

【技术特征摘要】
1.一种阻抗匹配系统，其特征在于，包括：阻抗匹配器，分别与连续波射频电源和反应腔室相连，用于自动对所述连续波射频电源的输出阻抗和反应腔室的输入阻抗进行阻抗匹配；选择开关和负载电路，所述选择开关用于使所述连续波射频电源选择性地与所述反应腔室或所述负载电路相连；控制单元，用于按照预设时序控制所述选择开关在与所述反应腔室相连和与所述负载电路相连之间切换，以通过所述阻抗匹配器将射频电源的连续波输出转换成脉冲输出后加载至所述反应腔室。2.根据权利要求1所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述控制单元，还用于在所述选择开关切换至与所述反应腔室相连时，使所述阻抗匹配器的初始匹配位置为上一次所述选择开关至与所述反应腔室相连时的最后时刻的匹配位置。3.根据权利要求2所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述负载电路上设置有可调负载；所述选择开关与所述阻抗匹配器的输出端相连；所述控制单元包括：第一控制模块，用于按照预设时序控制所述选择开关在与所述反应腔室相连和与所述负载电路相连之间切换；第二控制模块，用于在所述选择开关切换至与所述负载电路连接时，调节所述可调负载的阻抗为预设阻抗，所述预设阻抗为在所述选择开关上一次切换至与所述反应腔室连接时的最后时刻的所述反应腔室的输入阻抗。4.根据权利要求3所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述控制单元还包括匹配控制模块，所述阻抗匹配器包括：阻抗调节单元，其设置在所述连续波射频电源和所述反应腔室之间的传输线上；检测单元，用于检测所述阻抗调节单元前端的所述传输线上的信号并发送至所述匹配控制模块；所述匹配控制模块，用于根据所述检测单元发送来的信号获得控制信号并发送至执行单元；执行单元，用于根据所述控制信号调节所述阻抗调节单元的阻抗，以进行阻抗匹配。5.根据权利要求4所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述选择开关的初始状态预设为所述选择开关与所述反应腔室连接；所述匹配控制模块，还用于在所述选择开关为初始状态条件下根据所述检测单元发送来的信号实时判断当前是否匹配成功，若是，则向所述第一控制模块发送启动指令；若否，则继续进行阻抗匹配。6.根据权利要求4所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述阻抗调节单元包括可调电容；所述执行单元包括驱动电机，用于调...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫晶，成晓阳，李兴存，韦刚，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11