[发明专利]阻抗匹配系统

说明书

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种阻抗匹配系统。

背景技术

在半导体器件的制备工艺中，通常采用射频电源激发反应腔室内 的工艺气体形成等离子体，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，其与位于该等离子体环境中晶 片发生物理和/或化学反应，以实现对晶片的表面完成沉积、刻蚀等的 工艺。在实际应用中，为保证反应腔室可以从射频电源获得最大功率， 则应该使得射频电源的输出阻抗和负载阻抗相匹配，而由于工艺的过 程中作为负载的等离子体的阻抗随时发生变化，因此，需要借助阻抗 匹配系统在工艺过程中实时对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行 匹配。

图1为现有的阻抗匹配系统的原理框图。请参阅图1，其采用下述 原理进行工作：具体地，阻抗匹配装置包括射频传感器10、控制器11、 执行机构12和匹配网络13。其中，射频传感器10用于检测射频电源 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 得射频电源的负载阻抗的幅值和相角，并将该幅值和相角输送至控制 器11，控制器11根据该幅值和相角采用匹配控制算法计算获得执行机 构12调整量，并根据该调整量控制执行机构12(例如，步进电机)对 匹配网络13中的可变元件(例如，可变电容)进行调整，以改变射频 电源的负载阻抗的大小，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。

图2为图1中射频传感器的电路框图。请参阅图2，该射频传感器 10包括鉴幅电路101、鉴相电路102和处理单元103组成，采集到的 传输线上的电压信号和电流信号输送至鉴幅电路101、鉴相电路102， 再将该鉴幅电路101和鉴相电路102输出的信号输送至处理单元103， 处理单元103进行计算以获得负载阻抗的幅值和相角。

采用上述阻抗匹配系统在实际应用中不可避免的存在下述问题：

其一，由于射频传感器的鉴幅电路101和鉴相电路102复杂，需 要两个以上模拟乘法器和转换电路，转换电路包括90度移向网络、模 数转换以及滤波电路等等，而且还需要设置处理单元103，因而不仅造 成射频传感器的成本高，而且造成匹配时间长；

其二，由于鉴幅、鉴相电路对射频电源输出频率有一定的要求， 例如，由于移相网络是分立元件，且其与板子的布局，造成频率较大 (如大于60MHz)会表现出分布参数的特征，从而造成移相不准确， 进而造成射频传感器的可靠性；另外，模拟乘法器也对频率有一定的 要求，而较大频率的模拟乘法器的售价较高，且很难找到，从而造成 射频传感器的通用性差。

发明内容

本发明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，其不仅可以降低成本，而且还可以降低匹配时间， 从而提高匹配效率；另外，还可以提高匹配的可靠性和检测装置的通 用性。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种阻抗匹配系统，所述阻 抗匹配系统设置在射频电源和反应腔室之间，用以实现所述射频电源 的输出阻抗和其负载阻抗匹配，所述阻抗匹配系统包括检测装置，所 述检测装置包括阻抗检测芯片、电压采集模块和电流采集模块，其中 所述电压采集模块和所述电流采集模块用于分别采集所述射频电源和 所述反应腔室之间的传输线上的电压信号和电流信号，并将该电压信 号和电流信号对应发送至所述阻抗检测芯片的电压输入端和电流输入 端；所述阻抗检测芯片用于根据电压输入端和电流输入端输入的电压 信号和电流信号，在其幅值输出端输出表示所述射频电源的当前负载 阻抗的幅值的信号，以及在其相角输出端输出表示所述射频电源的当 前负载阻抗的相角的信号。

其中，在所述电压采集模块和所述电压输入端之间，和/或，在所 述电流采集模块和所述电流输入端之间沿信号流的方向依次串接有变 压器、衰减器和滤波器，其中，所述变压器用于调节电压信号或电流 信号的幅值以及滤除部分干扰；所述衰减器用于衰减电压信号或电流 信号的大小，以满足所述阻抗检测芯片的要求；所述滤波器用于滤除 电压信号或电流信号中的干扰信号。

其中，所述衰减器为纯电阻组成的电路，或者，所述衰减器为电 阻和电容组成的电路；或者，所述衰减器为衰减器集成芯片。

其中，所述衰减器的衰减的范围大于10dB。

其中，所述滤波器为电容和电感组成的2阶或多阶电路，或者， 所述滤波器为滤波器集成芯片。