[发明专利]阻抗匹配装置及半导体加工设备

说明书

本发明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。本发明还公开一种包含阻抗匹配装置的半导体加工设备。本发明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。

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种阻抗匹配装置及半导体加工设备。

背景技术

等离子体技术被广泛地应用于半导体器件的制造技术领域中。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Z_L＝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。

发明内容

本发明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，本发明提供一种阻抗匹配装置，包括：