一种阻抗匹配器及等离子体处理设备制造技术

本发明专利技术提供一种阻抗匹配器，设置在射频发生器和电感耦合线圈之间，包括输入端、阻抗检测单元、电流检测单元、控制单元、调节单元和至少两个输出端。其中，调节单元包括可变阻抗元件和相应的执行机构，控制单元根据阻抗检测单元和电流检测单元所检测的数据指示执行机构对可调阻抗元件的阻抗值进行调节，能够调整各输出端所对应的电流，并实现射频发生器输出阻抗和阻抗匹配器输入阻抗之间的匹配。此外，本发明专利技术还提供一种应用上述阻抗匹配器的等离子体处理设备。本发明专利技术提供的阻抗匹配器及等离子体处理设备能够在有效进行阻抗匹配的同时，对流经电感耦合线圈的射频电流进行调节，以提高工艺腔室内等离子体密度的分布均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体
，具体地，涉及一种阻抗匹配器以及应用该阻抗匹配器的等离子体处理设备。
技术介绍
随着科技进步，大规模集成电路被应用于生产和生活的各个领域。近年来，晶片尺 寸已经由原来的200mm增大到300mm，与此同时，用户对集成电路的集成度要求越来越高。 因此，相关生产企业必须不断改进自身的生产设备才能适应新的市场需求。目前，对于半导体器件的加工多采用等离子体处理设备来进行。在进行大衬底、 高度集成器件的加工处理工艺时，等离子体处理设备能否提供高密度的等离子体以及 其对晶片的处理是否均勻是衡量该设备优劣的关键技术指标之一。电感耦合等离子体 (InductivelyCoupled Plasma,以下简称ICP)处理设备结构简单、造价低，且能够在较低的 工作气压下获得高密度的等离子体，因而被广泛应用于等离子体刻蚀、沉积和其他等离子 体加工工艺中。请参阅图1，为一种常用的ICP处理设备的工作原理框图，其被广泛应用于制造集 成电路或MEMS (Micro Electro Mechanicalsystems，微电子机械系统)器件的加工工艺中。 具体过程为，射频发生器为耦合线圈提供射频电流；耦合线圈设置在工艺腔室上方，来自射 频发生器的射频电流通过耦合线圈可在工艺腔室内产生时变磁场，随着磁场变化而感生电 场，从而将工艺腔室内的反应气体激发为等离子体；而后借助所形成的等离子体完成相应 的加工工艺。然而，在实际工艺中，上述工艺腔室内的阻抗值并不是恒定的，而是随时间呈非线 性变化的，而射频发生器则具有恒定的输出阻抗。这就造成射频发生器和工艺腔室的阻抗 无法匹配，使得射频传输线上存在较大的反射功率，进而造成射频发生器的输出功率无法 全部作用于工艺腔室。因此，还需要在射频发生器和工艺腔室之间设置一阻抗匹配器，其连 接在射频发生器和耦合线圈之间，用于匹配射频发生器和工艺腔室之间的阻抗。请参阅图2，为图1中阻抗匹配器的结构示意图，该阻抗匹配器包括相互电连接的 传感器、控制单元和执行机构。其中，执行机构具体包括阻抗匹配器中的可调阻抗元件和相 应的阻抗调节模块。传感器可检测射频传输线上的电压值、电流值等相关参数，并将上述 参数传送至控制单元；控制单元指示执行机构中的阻抗调节模块对可调阻抗元件进行相应 的阻抗调节，而使得射频传输线中来自匹配网络的输入阻抗等于射频发生器的恒定输出阻 抗，实现二者匹配。然而，由于上述阻抗匹配器只有一个输出端，且该输出端的电流恒定不可调。因 此，该阻抗匹配器仅能连接一个电感耦合线圈，且该线圈内的电流也是恒定而不可调的，这 种技术方案往往会造成所形成的等离子体密度在工艺腔室径向上分布不均勻的问题。具体 表现为，位于腔室内大致中心和边缘区域的等离子体密度相对较低，而在腔室中心与边缘 区域之间偏离中心一定半径区域范围内的等离子体密度最大。这一问题将进一步严重影响刻蚀、沉积等加工工艺的稳定性和均勻性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种阻抗匹配器及应用该阻抗匹配器的等离子体处 理设备，其能够在有效进行阻抗匹配的同时，对流经电感耦合线圈的射频电流进行调节，以 提高工艺腔室内等离子体密度的分布均勻性。为此，本专利技术提供一种阻抗匹配器，设置在射频发生器和电感耦合线圈之间，所述 阻抗匹配器包括输入端、阻抗检测单元、电流检测单元、控制单元、调节单元和至少两个输 出端。其中，所述输入端连接射频发生器，用以将来自所述射频发生器的射频功率引入阻抗 匹配器。每一个所述输出端分别连接所述电感耦合线圈，用以将射频功率从阻抗匹配器引 出至所述电感耦合线圈。所述阻抗检测单元用于检测阻抗匹配器的输入阻抗，并将检测得 到的阻抗匹配器的实际输入阻抗值传输至所述控制单元。所述电流检测单元用于检测所述 每一个输出端所对应的电流，并将检测得到的各输出端所对应的实际电流值传输至所述控 制单元。所述控制单元执行下述操作根据所述阻抗匹配器的实际输入阻抗值和射频发生 器的输出阻抗而产生第一控制信号，并将所述第一控制信号传输至调节单元；以及根据每 一个输出端所对应的实际电流值和每一个输出端期望的电流值而产生第二控制信号，并将 所述第二控制信号传输至所述调节单元。所述调节单元包括可调阻抗元件以及用以带动可 调阻抗元件的调节端移动以实现阻抗值变化的驱动机构，所述驱动机构根据所述第一控制 信号和/或第二控制信号而改变与之相连的可调阻抗元件的阻抗值，以调整各输出端所对 应的电流，并实现射频发生器输出阻抗和阻抗匹配器输入阻抗之间的匹配。其中，所述每一个输出端均通过与之相连的支路射频传输线汇聚于干路射频传输 线，并经由所述干路射频传输线而连接至所述输入端。其中，所述阻抗检测单元检测干路射频传输线上的电流和电压，据此计算出该阻 抗匹配器的实际输入阻抗，并将所述实际输入阻抗值传输至所述控制单元。其中，所述阻抗检测单元包括独立的电压传感器和电流传感器，或者包括电压/ 电流联合传感器。其中，所述电流检测单元包括电流传感器，并且对应于每一个支路射频传输线而 设置一个电流传感器，以检测每一个支路射频传输线所对应的电流。其中，所述可调阻抗元件包括设置在干路射频传输线和每一个支路射频传输线上 的可调电容和/或可调电感。其中，所述驱动机构根据所述第一控制信号而改变设置在干路射频传输线上的可 调阻抗元件的阻抗值；并根据所述第二控制信号而改变设置在各个支路射频传输线上的可 调阻抗元件的阻抗值。其中，所述驱动机构包括电机和/或拨盘，所述电机包括步进电机和/或伺服电 机。此外，本专利技术还提供一种等离子体处理设备，包括射频发生器、工艺腔室以及设置 于工艺腔室上方的至少两个电感耦合线圈，并且，在所述射频发生器和电感耦合线圈之间 设置有上述本专利技术所提供的阻抗匹配器，以实现射频发生器输出阻抗和阻抗匹配器输入阻 抗之间的匹配，并在所述工艺腔室内形成均勻分布的等离子体。本专利技术具有下述有益效果首先，本专利技术所提供的阻抗匹配器具有至少两个可用于连接电感耦合线圈的输出 端，且电流检测单元能够检测每个输出端所对应的电流值，控制单元则根据上述各个输出 端的电流值发出第二控制信号，以指示相应驱动机构改变各个支路射频传输线上的可调阻 抗元件的阻抗值，从而调节各个输出端的电流分配状况，以使电感耦合线圈所产生的磁场 和电场强度在工艺腔室内的分布趋于均勻，从而提高所产生的等离子体的径向对称性，进 而有效提高加工工艺的稳定性和均勻性。其次，本专利技术所提供的阻抗匹配器借助调节单元对设置在干路射频传输线和/或 支路射频传输线中的可调阻抗元件的阻抗值进行调节，能够使射频发生器输出阻抗和阻抗 匹配器输入阻抗之间获得匹配，从而降低甚至消除射频传输线中的反射功率，使射频发生 器的输出功率得到有效利用。另外，本专利技术所提供的等离子体处理设备，包括射频发生器、工艺腔室以及至少两 个设置于工艺腔室上方的电感耦合线圈，并且在其射频发生器和电感耦合线圈之间还设置 有上述本专利技术提供的阻抗匹配器。因此，本专利技术所提供的等离子体处理设备同样能够在工 艺腔室内形成分布均勻的等离子体，并且对射频发生器输出阻抗和阻抗匹配器输入阻抗进 行有效匹配。附图说明图1为一种常用的电感耦合等离子体处理设备的工作原理框图；图2为图1中阻抗匹配器的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻抗匹配器，设置在射频发生器和电感耦合线圈之间，其特征在于，所述阻抗匹配器包括输入端、阻抗检测单元、电流检测单元、控制单元、调节单元和至少两个输出端，其中所述输入端连接射频发生器，用以将来自所述射频发生器的射频功率引入阻抗匹配器；每一个所述输出端分别连接所述电感耦合线圈，用以将射频功率从阻抗匹配器引出至所述电感耦合线圈；所述阻抗检测单元用于检测阻抗匹配器的输入阻抗，并将检测得到的阻抗匹配器的实际输入阻抗值传输至所述控制单元；所述电流检测单元用于检测所述每一个输出端所对应的电流，并将检测得到的各输出端所对应的实际电流值传输至所述控制单元；所述控制单元执行下述操作：根据所述阻抗匹配器的实际输入阻抗值和射频发生器的输出阻抗而产生第一控制信号，并将所述第一控制信号传输至调节单元；以及根据每一个输出端所对应的实际电流值和每一个输出端期望的电流值而产生第二控制信号，并将所述第二控制信号传输至所述调节单元；所述调节单元包括可调阻抗元件以及用以带动可调阻抗元件的调节端移动以实现阻抗值变化的驱动机构，所述驱动机构根据所述第一控制信号和／或第二控制信号而改变与之相连的可调阻抗元件的阻抗值，以调整各输出端所对应的电流，并实现射频发生器输出阻抗和阻抗匹配器输入阻抗之间的匹配。...

【技术特征摘要】
一种阻抗匹配器，设置在射频发生器和电感耦合线圈之间，其特征在于，所述阻抗匹配器包括输入端、阻抗检测单元、电流检测单元、控制单元、调节单元和至少两个输出端，其中所述输入端连接射频发生器，用以将来自所述射频发生器的射频功率引入阻抗匹配器；每一个所述输出端分别连接所述电感耦合线圈，用以将射频功率从阻抗匹配器引出至所述电感耦合线圈；所述阻抗检测单元用于检测阻抗匹配器的输入阻抗，并将检测得到的阻抗匹配器的实际输入阻抗值传输至所述控制单元；所述电流检测单元用于检测所述每一个输出端所对应的电流，并将检测得到的各输出端所对应的实际电流值传输至所述控制单元；所述控制单元执行下述操作根据所述阻抗匹配器的实际输入阻抗值和射频发生器的输出阻抗而产生第一控制信号，并将所述第一控制信号传输至调节单元；以及根据每一个输出端所对应的实际电流值和每一个输出端期望的电流值而产生第二控制信号，并将所述第二控制信号传输至所述调节单元；所述调节单元包括可调阻抗元件以及用以带动可调阻抗元件的调节端移动以实现阻抗值变化的驱动机构，所述驱动机构根据所述第一控制信号和/或第二控制信号而改变与之相连的可调阻抗元件的阻抗值，以调整各输出端所对应的电流，并实现射频发生器输出阻抗和阻抗匹配器输入阻抗之间的匹配。2.根据权利要求1所述的阻抗匹配器，其特征在于，所述每一个输出端均通过与之相 连的支路射频传输线汇聚于干路射频传输线，并经由所述干路射频传输线而连接至所述输 入端。3.根据权利要求1所述的阻抗匹配器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：武晔，王一帆，
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：11[中国|北京]