[发明专利]射频自动阻抗匹配器及半导体设备

说明书

公开了一种射频自动阻抗匹配器及半导体设备。所述射频自动阻抗匹配器可包括：射频传感单元，其采集射频传输线上的电压信号和电流信号，并将运算和转换后的多个数字信号输出到控制单元；控制单元，其连接到所述射频传感单元，接收所述射频传感单元的多个数字信号，确定射频传输线的状态并对匹配单元进行调整；以及匹配单元，其连接到所述控制单元，基于所述控制单元的信号调整所述射频自动阻抗匹配器的输入端阻抗。所述射频传感单元可以输出四个不同的数字信号到所述控制单元。

技术领域

本发明涉及电子工艺设备领域，更具体地，涉及一种射频自动阻抗匹配器以及应用该射频自动阻抗匹配器的半导体设备。

背景技术

在半导体工业领域，物理气相沉积(PVD)技术是最广为使用的一类薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺。图1示出了现有的PVD装置的示意图。如图1所示，在现有的PVD工艺设备所采用的主流结构中，反应腔体由105、106两部分组成，101为直流电源，102为磁控管，103为被溅射的靶材(一般为金属或导体，典型的为Cu、Ta等)，110为射频(RF)自动匹配器，111为射频传输线，109为铜条，112为射频电源(频率通常为13.56MHz，恒定输出阻抗50Ω)。PVD工艺设备的工作原理是，将高功率直流电源(DCPower)1的负极连接至被溅射的靶材103上，使反应腔体内产生等离子体，由于被溅射的靶材为负电压，会吸引等离子体中的离子成分对其进行轰击，被离子轰击的靶材粒子会沉积到静电卡盘(ESC)107上的晶圆上；其次,加在静电卡盘(ESC)107上的射频功率还能产生自偏压(DC-Bias)以吸引带电的靶材粒子，从而改善晶圆的孔隙填充效果。其中，射频自动阻抗匹配器110是保证PVD设备高效可靠运行的关键部件。

图2示出了根据现有技术的射频自动阻抗匹配器的示意图。如图2所示，射频自动阻抗匹配器一般由射频传感器(RF Sensor)、控制器(DSP)和执行机构(步进电机M1、M2和真空可变电容C1、C2以及电感L1)三部分组成，射频传感器位于匹配器前端，它可以实时采集RF传输线上的电压V和电流I信号并输出三个与电压V和电流I有关的数字信号到控制器。控制器根据射频传感器输出的三个数字信号就可以实时判断RF传输线上射频功率开关状态(RFON/OFF)。当控制器判断RF传输线上有射频功率输入(RF ON状态)时，控制器会实时计算出射频匹配器输入端阻抗模值|Z|和相位θ并自动运行某种匹配控制算法，然后给出真空可变电容C1、C2的调整量；执行机构根据真空可变电容C1、C2的调整量驱动步进电机M1、M2转动，从而调整真空可变电容C1、C2的容值，通过不断地调整，最终使得射频匹配器输入端阻抗与射频电源恒定输出阻抗达到共轭匹配。当控制器又判断RF传输线上无射频功率输入(RF OFF状态)时，射频匹配器自动停止匹配，步进电机M1、M2驱动真空可变电容C1、C2返回到预设位置并停住不动，直到控制器又判断RF ON状态时，步进电机M1、M2才又开始动作。

发明人发现，根据现有技术的射频自动阻抗匹配器在极限阻抗点(完全短路或开路)情况下不能正常工作；在无射频功率输入(RF OFF状态)情况下，射频自动阻抗匹配器的步进电机抖动不止，导致预设位置漂移。因此，有必要开发一种能够在极限阻抗点情况下正常工作并有效防止匹配器电机抖动的射频自动阻抗匹配器以及应用该射频自动阻抗匹配器的半导体设备。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种射频自动阻抗匹配器以及应用该射频自动阻抗匹配器的半导体设备，其能够通过改进射频自动阻抗匹配器的射频传感单元的电路结构，使得射频自动阻抗匹配器能够在极限阻抗点情况下正常工作，并有效防止匹配器电机抖动。