[发明专利]一种阻抗匹配器及等离子体处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，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。

背景技术

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匀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匀的问题。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匀性。

发明内容

为解决上述问题，本发明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匀性。

为此，本发明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。