阻抗匹配装置及半导体加工设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种阻抗匹配装置。该装置包括：匹配网络，串接在射频电源和反应腔室之间，包括阻抗可调元件；多个适用不同射频功率检测范围的采集单元，多个采集单元并联后串接在射频电源和匹配网络之间，该采集单元用于采集射频电源和匹配网络之间所在传输线上的电信号并发送至控制单元；功率检测单元，用于检测射频电源当前输出的功率信号并发送至控制单元；控制单元，用于根据功率检测单元检测的功率信号大小选择适应的采集单元进行检测，并根据采集单元采集到的电信号来调节匹配网络中的阻抗可调元件。本发明专利技术还公开一种包含阻抗匹配装置的半导体加工设备。本发明专利技术可以在射频电源输出的射频功率大小连续变化时，实现自动匹配并提高匹配效果。

Impedance Matching Device and Semiconductor Processing Equipment

The invention discloses an impedance matching device. The device comprises a matching network connected in series between the RF power supply and the reaction chamber, including an impedance adjustable element; a plurality of acquisition units suitable for different RF power detection ranges, and a plurality of acquisition units connected in parallel and in series between the RF power supply and the matching network. The acquisition unit is used for acquisition between the RF power supply and the matching network. The electric signal on the transmission line is sent to the control unit; the power detection unit is used to detect the current output power signal of the radio frequency power supply and send it to the control unit; the control unit is used to select the appropriate acquisition unit according to the size of the power signal detected by the power detection unit and collect it according to the acquisition unit. The electrical signal arrives to adjust the impedance adjustable elements in the matching network. The invention also discloses a semiconductor processing device including an impedance matching device. The invention can realize automatic matching and improve matching effect when the radio frequency power output of the radio frequency power source continuously changes.

【技术实现步骤摘要】
阻抗匹配装置及半导体加工设备
本专利技术属于半导体加工
，具体涉及一种阻抗匹配装置及半导体加工设备。
技术介绍
等离子体技术被广泛地应用于半导体器件的制造
中。在等离子体沉积与刻蚀系统中，采用射频电源向反应腔室加载能量以将腔室内的工艺气体激发形成等离子体；等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于腔体并曝露在等离子体环境下的基片表面发生各种物理和化学反应，使基片表面发生变化，从而完成刻蚀、沉积等工艺。在应用中，射频电源的输出阻抗一般为50Ω，为了使反应腔室从射频电源处获得最大的功率以及降低反应腔室的反射功率，一般在射频电源与反应腔室之间设置有阻抗匹配装置，用于使射频电源的输出阻抗和负载阻抗相匹配，负载阻抗等于阻抗匹配装置的阻抗与反应腔室的阻抗之和。图1为应用现有的阻抗匹配装置的原理框图。请参阅图1，阻抗匹配装置包括采集单元1、控制单元2、执行单元3和匹配网络4，其中，匹配网络4串接在射频电源10和反应腔室20之间，采集单元1串接在射频电源10和匹配网络4之间，采集单元1用于采集其所在传输线上的电信号并发送至控制单元2；匹配网络4包括可调电容C1、C2以及固定电感L1；执行单元3包括电机M1和M2；控制单元2根据采集单元1发送的电信号进行阻抗匹配算法来获得可调电容C1、C2的变化量，并根据该变化量控制电机M1和M2分别对可调电容C1、C2的电容值进行调节。基于上述可知，阻抗匹配装置通过调节其自身阻抗来对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行阻抗匹配。下面详细描述图1所示的阻抗匹配装置的工作原理。具体地，图2为图1所示的等效电路图，请参阅图2，射频电源10的输出阻抗为50Ω，反应腔室20的阻抗ZL＝R+jωL，其中，R为等效电阻，ωL为等效电抗，在图1所示的匹配网络4的情况下，射频电源的负载阻抗Z按照如下公式进行计算：所谓阻抗匹配是指射频电源的负载阻抗Z无感抗和无容抗，等于50欧姆。也即，负载阻抗Z的实部为50Ω，如下公式所示：由该公式可知，可调电容C1和C2的电容值以及固定电感L1的电感值均能够对阻抗匹配产生影响，故，上文中可通过调节可调电容C1和C2的电容值来进行阻抗匹配。在实际应用中，采用图1所示的阻抗匹配装置会存在以下问题：当射频电源输出的射频功率大小连续变化时(例如，输出功率自0W至300W，每秒加载50W，总共需要6秒)，由于采集单元1的限制，在不同功率范围下的采集电信号的准确度不同，因此，随着射频功率的连续在不同功率范围内变化，最终导致匹配效果差。
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，提供了一种阻抗匹配装置及半导体加工设备，可以在射频电源输出的射频功率大小连续变化时，实现自动匹配并提高匹配效果。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种阻抗匹配装置，包括：匹配网络，串接在射频电源和反应腔室之间，包括阻抗可调元件；多个适用不同射频功率检测范围的采集单元，多个所述采集单元并联设置后串接在所述射频电源和匹配网络之间，每个采集单元用于采集所述射频电源和所述匹配网络之间所在传输线上的电信号并发送至控制单元；功率检测单元，用于检测所述射频电源当前输出的功率信号并发送至控制单元；控制单元，用于根据所述功率检测单元检测的功率信号大小选择适应的所述采集单元进行检测，并根据所述采集单元采集到的电信号来调节匹配网络中的阻抗可调元件。优选地，所述阻抗可调元件包括可调电容和可调电感；所述控制单元，用于根据所述功率检测单元检测的功率信号大小，在检测到的功率信号大于预设阈值时根据所述采集单元采集到的电信号来调节所述可调电容；在检测到的功率信号小于预设阈值时根据所述采集单元采集到的电信号来调节所述可调电感和所述可调电容。优选地，所述可调电感包括电流控制型的可调电感；所述可调电感与可调直流电源相连；所述控制单元，用于通过调节所述可调直流电源输出的电流大小来调节所述可调电感的电感大小。优选地，所述可调电容为真空可调电容；所述阻抗匹配装置还包括：执行单元；所述控制单元，用于控制所述执行单元调节所述真空可调电容的容值大小。优选地，所述可调电容为可调介质电容；在所述可调介质电容的极板的两端设置有两个相对设置且与可调电压源相连的电极板；所述控制单元，用于通过调节所述可调电压源输出的电压来调节所述可调介质电容的容值大小。优选地，所述控制单元，还用于在工艺结束时调节所述可调电容和所述可调电感位于预设初始值。优选地，所述执行单元包括驱动电机。优选地，所述驱动电机包括步进电机。优选地，所述匹配网络的类型为L型、T型或者π型。本专利技术还提供一种半导体加工设备，包括射频电源、反应腔室和阻抗匹配装置，所述射频电源用于激发反应腔室内的气体形成等离子体，所述阻抗匹配装置连接在所述射频电源和所述反应腔室之间，用以实现射频电源的输出阻抗和负载阻抗相匹配，所述阻抗匹配装置采用上述阻抗匹配装置。本专利技术具有下述有益效果：本专利技术提供的阻抗匹配装置，由于控制单元可以根据功率检测单元检测的射频电源当前输出的功率信号，选择相应的采集单元进行采集，因此，能够实现在射频电源当前输出的功率信号较小时选择采集电压和电流较小但灵敏度、响应速度快的采集单元进行检测，在射频电源当前输出的功率信号较大时选择采集电压和电流较大但灵敏度、响应速度较慢的采集单元进行检测。也就是说，控制单元能够实时根据射频电源当前输出的功率信号的情况选择适应的采集单元，这样，能够提高采集单元的准确度，从而可以在射频电源输出的射频功率信号连续变化时提高匹配效果。本专利技术提供的半导体加工设备，其采用本专利技术提供的阻抗匹配装置，可以在射频电源输出的射频功率信号连续变化时，实现自动匹配并提高匹配效果，从而可以提高工艺质量。附图说明图1为应用现有的阻抗匹配装置的原理框图；图2为图1所示的等效电路图；图3为本专利技术提供的阻抗匹配装置的应用环境示意图；图4为本专利技术实施例1提供的阻抗匹配装置的原理框图；图5为本专利技术实施例1中控制单元的工作流程图；图6为本专利技术实施例2提供的阻抗匹配装置的原理框图；图7为本专利技术实施例3提供的阻抗匹配装置的原理框图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术提供的阻抗匹配装置及半导体加工设备进行详细描述。图3为本专利技术提供的阻抗匹配装置的应用环境示意图。请参阅图3，本专利技术提供的阻抗匹配装置21连接于射频电源10和反应腔室20之间，用于实现射频电源10的输出阻抗(一般为50Ω)和负载阻抗相匹配，以使射频电源10输出的射频功率完全输送至反应腔室20内。下面将结合各个实施例对本专利技术提供的阻抗匹配装置进行详细说明。实施例1如图4所示，本实施例中的阻抗匹配装置21包括：匹配网络41，串接在射频电源10和反应腔室20之间，包括阻抗可调元件42。多个适用不同射频功率检测范围的采集单元43，多个采集单元43并联后串接在射频电源10和匹配网络41之间，每个采集单元43用于采集射频电源10和匹配网络41之间所在传输线上的电信号并发送至控制单元44。功率检测单元45，用于检测射频电源10当前输出的功率信号并发送至控制单元44。控制单元44，用于根据功率检测单元45检测的功率信号大小选择适应的采集单元43进行检测，并根据采集单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻抗匹配装置，其特征在于，包括：匹配网络，串接在射频电源和反应腔室之间，包括阻抗可调元件；多个适用不同射频功率检测范围的采集单元，多个所述采集单元并联设置后串接在所述射频电源和匹配网络之间，每个采集单元用于采集所述射频电源和所述匹配网络之间所在传输线上的电信号并发送至控制单元；功率检测单元，用于检测所述射频电源当前输出的功率信号并发送至控制单元；控制单元，用于根据所述功率检测单元检测的功率信号大小选择适应的所述采集单元进行检测，并根据所述采集单元采集到的电信号来调节匹配网络中的阻抗可调元件。

【技术特征摘要】
1.一种阻抗匹配装置，其特征在于，包括：匹配网络，串接在射频电源和反应腔室之间，包括阻抗可调元件；多个适用不同射频功率检测范围的采集单元，多个所述采集单元并联设置后串接在所述射频电源和匹配网络之间，每个采集单元用于采集所述射频电源和所述匹配网络之间所在传输线上的电信号并发送至控制单元；功率检测单元，用于检测所述射频电源当前输出的功率信号并发送至控制单元；控制单元，用于根据所述功率检测单元检测的功率信号大小选择适应的所述采集单元进行检测，并根据所述采集单元采集到的电信号来调节匹配网络中的阻抗可调元件。2.根据权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述阻抗可调元件包括可调电容和可调电感；所述控制单元，用于根据所述功率检测单元检测的功率信号大小，在检测到的功率信号大于预设阈值时根据所述采集单元采集到的电信号来调节所述可调电容；在检测到的功率信号小于预设阈值时根据所述采集单元采集到的电信号来调节所述可调电感和所述可调电容。3.根据权利要求2所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述可调电感包括电流控制型的可调电感；所述可调电感与可调直流电源相连；所述控制单元，用于通过调节所述可调直流电源输出的电流大小来调节所述可调电感的电感大小。4.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：范光涛，
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