[发明专利]阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法。

背景技术

等离子体被广泛应用于半导体器件的生产过程中。在等离子体设备中，射频电源向反应腔室提供射频信号能量以产生等离子体。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，这些活性粒子与置于反应腔室内并曝露在等离子体环境下的晶片相互作用，使晶片表面发生各种物理和化学反应，从而使晶片表面性能发生变化，完成晶片的刻蚀或者其他工艺过程。

为了使射频电源的输出阻抗和反应腔室的阻抗相匹配，需要在射频电源和反应腔室之间设置一个阻抗匹配器(Impedance Match)，射频电源通过阻抗匹配器向反应腔室提供射频信号能量，射频电源的射频信号能量通过阻抗匹配器加载到反应腔室中。图1为一种阻抗匹配器的结构示意图，如图1所示，该阻抗匹配器可包括阻抗传感器51、与阻抗传感器51连接的阻抗匹配网络52、与阻抗匹配网络52连接的运算控制单元53和与运算控制单元53连接的执行单元54，其中，阻抗匹配网络52还与反应腔室55和射频电源56连接。阻抗传感器51用于对阻抗匹配器的输入端进行测量得出阻抗匹配网络52的输入阻抗相关信号，运算控制单元53根据射频电源56的输出阻抗对输入阻抗相关信号进行运算处理生成阻抗调节数据，执行单元54根据阻抗调节数据对阻抗网络进行调节以使调节后的阻抗匹配网络52的输入阻抗和射频电源56的输出阻抗共轭匹配。其中，阻抗匹配网络的输入阻抗为阻抗匹配网络的输入端到反应腔室的阻抗。执行单元54根据阻抗调节数据调节阻抗匹配网络使得阻抗匹配网络的输入阻抗和射频电源的输出阻抗共轭匹配，从而达到阻抗匹配的目的。例如：若射频电源的输出阻抗为50Ω，阻抗匹配网络的输入阻抗为40Ω，则可根据阻抗调节数据调节阻抗匹配器内部的阻抗匹配网络使得阻抗匹配网络的输入阻抗为50Ω，从而使阻抗匹配网络的输入阻抗和射频电源的输出阻抗共轭匹配，以达到阻抗匹配的目的。

在等离子体刻蚀工艺中，随着对工艺要求的提高，越来越多的等离子体设备采用双频方式的上下电极结构。图2为一种等离子体设备的结构示意图，如图2所示，该等离子体设备包括反应腔室1、静电卡盘6、电感耦合线圈8、第一阻抗匹配器2、高频电源3、第二阻抗匹配器4和低频电源5，静电卡盘6设置于反应腔室1内，静电卡盘6上安装有晶片9。反应腔室1上方设置有介质窗口7，电感耦合线圈8位于介质窗口7的上方。高频电源3通过第一阻抗匹配器2与静电卡盘6连接，低频电源5通过第二阻抗匹配器4与电感耦合线圈8连接。其中，低频电源5的频率可以为2MHz，高频电源3的频率可以为13.56MHz。第一阻抗匹配器2和第二阻抗匹配器4可采用图1中的阻抗匹配器，区别在于：第一阻抗匹配器2和第二阻抗匹配器4的输入阻抗是不同的。

但是，等离子体设备采用双射频电源的结构，两个射频电源会产生双频干扰效应，双频干扰效应使阻抗传感器无法准确的测量出阻抗匹配器的输入阻抗，例如：高频干扰信号会干扰第二阻抗匹配器中的阻抗传感器，使该阻抗传感器无法准确的测量出第二阻抗匹配器的输入阻抗相关信号；低频干扰信号会干扰第一阻抗匹配器中的阻抗传感器，使该阻抗传感器无法准确的测量出第一阻抗匹配器的输入阻抗相关信号，降低了阻抗传感器的测量精度，从而使阻抗匹配器无法实现阻抗匹配。

发明内容

本发明提供一种阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法，其能够消除由于采用双频上下电极结构的等离子体刻蚀装备时，阻抗传感器受到双频信号的干扰而无法准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号的问题，提高阻抗传感器的测量精度，精确调节所述阻抗匹配网络，从而使阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配。

为实现上述目的，本发明提供一种阻抗匹配器，包括阻抗传感器、与射频电源和所述阻抗传感器连接的阻抗匹配网络、与所述阻抗传感器连接的运算控制单元和与所述运算控制单元以及所述阻抗匹配网络连接的执行单元，所述阻抗传感器包括：与所述阻抗匹配网络连接的采样模块、与所述采样模块连接的滤波模块和与所述滤波模块以及所述运算控制单元连接的信号处理模块；

所述采样模块，用于对所述阻抗匹配网络的输入端进行测量，得出阻抗测量信号；

所述滤波模块，用于对所述阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除所述阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号；

所述信号处理模块，用于对滤波处理后的阻抗测量信号进行运算处理，生成所述阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号；

所述运算控制单元，用于根据所述射频电源的输出阻抗对所述输入阻抗相关信号进行运算处理，生成阻抗调节数据；