[发明专利]一种阻抗匹配器

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术，特别是涉及一种能够精确监测负载状态的阻抗匹配器。

背景技术

在典型的用于制造半导体器件的射频等离子体发生装置中，恒定输出阻抗(通常为50Ω)的射频电源产生固定频率(通常为13.56MHz)的射频波，向等离子体反应室提供射频功率，以将等离子体反应室内的气体激发为用于刻蚀或其他工艺的等离子体。一般而言，等离子体反应室的非线性负载的阻抗与射频电源的恒定输出阻抗并不相等，因此在射频电源和等离子体反应室之间存在严重的阻抗失配，使得射频传输线上存在较大的反射功率，射频电源产生的功率无法全部输送给等离子体反应室。为解决该问题，如图1所示，需要在射频电源11和等离子体反应室13之间插入阻抗匹配器12，通过阻抗匹配器12按照一定的匹配控制算法，调节其内置的可变电抗元件的阻抗，使射频电源11的负载阻抗与射频电源11的输出阻抗完全匹配。

在半导体器件的制造过程中，当工艺对半导体器件的关键尺寸(CD，Cristal Dimension)的要求大于90纳米时，等离子体反应室内的等离子体阻抗变化对工艺质量的影响很小，当工艺对半导体器件的关键尺寸(CD，CristalDimension)的要求提高至90纳米及小于90纳米时，等离子体反应室内的等离子体阻抗变化对工艺质量影响较大，因此为了监控工艺质量，需要实时监测等离子体阻抗状态，以便对阻抗匹配器进行操控的上位机根据等离子体阻抗的实时状态信息，及时发现异常现象并进行报警处理。而现有的阻抗匹配器，由于没有内置实现对负载状态监测的构件，因此无法对输出端的负载即等离子体阻抗状态进行精确监测。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种阻抗匹配器，能够精确监测射频电源的负载阻抗状态。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种阻抗匹配器，包括：

电压电流传感器，用于监测等离子体反应室内的阻抗状态，输出表征等离子体反应室阻抗状态的信号至控制系统；

控制系统，用于按照事先确定的匹配控制方法生成控制信号，驱动执行机构调节射频电源的负载阻抗，实现射频电源的输出阻抗与射频电源的负载阻抗的匹配；采集电压电流传感器的表征等离子体反应室阻抗状态的信号，并根据表征等离子体反应室阻抗状态的信号计算出等离子体反应室的阻抗值；

执行机构，用于接收控制系统的控制信号，根据控制信号调节射频电源的负载阻抗。

如上所述的阻抗匹配器中，所述控制系统包括：

负载状态监测模块，用于采集电压电流传感器的表征等离子体反应室阻抗状态的信号，并根据表征等离子体反应室阻抗状态的信号计算出等离子体反应室的阻抗值；

反射功率采集模块，用于采集射频电源的反射功率信号，并输出反射功率至匹配控制模块；

匹配控制模块，用于利用反射功率采集模块采集的反射功率，按照事先确定的匹配控制方法生成控制信号驱动执行机构。

如上所述的阻抗匹配器中，所述反射功率采集模块直接通过一条与射频电源连接的外接信号传输线采集射频电源的反射功率。

如上所述的阻抗匹配器中，还包括功率传感器，其设于射频输入端，用于从射频输入端采集射频电源的反射功率信号，并输出至反射功率采集模块。

如上所述的阻抗匹配器中，所述执行机构包括第一可变电抗元件和第二可变电抗元件；所述匹配控制模块包括：

第一匹配调节单元，用于根据反射功率采集模块输入的反射功率，持续输出使第一可变电抗元件的阻抗值单向递增或递减的控制信号，以使反射功率降低，直至反射功率不能再降低，然后触发第一匹配判断单元；

第一匹配判断单元，用于根据反射功率采集模块输入的反射功率是否为零判断阻抗是否匹配，如果反射功率不为零则阻抗不匹配，触发第二匹配调节单元；

第二匹配调节单元，用于根据反射功率采集模块输入的反射功率，持续输出使第二可变电抗元件的阻抗值单向递增或递减的控制信号，以使反射功率降低，直至反射功率不能再降低，然后触发第二匹配判断单元；

第二匹配判断单元，用于根据反射功率采集模块输入的反射功率是否为零，判断阻抗是否匹配，如果反射功率不为零则阻抗不匹配，触发第一匹配调节单元。

综上所述，本发明通过在射频输出端设置的电流电压传感器监测等离子体反应室内的阻抗状态，并由其输出表征等离子体反应室阻抗状态的信号至控制系统的负载状态监测模块，由负载状态监测模块根据表征等离子体反应室阻抗状态的信号计算出等离子体反应室的阻抗值，从而实现了对射频电源负载阻抗状态的精确监测。

附图说明