专利名称：阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法
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50 Ω，阻抗匹配网络的输入阻抗为40 Ω，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I内，静电卡盘6上安装有晶片9。反应腔室I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；所述执行单元，用于根据所述阻抗调节数据对所述阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频电源的输出阻抗共轭匹配。进一步地，所述滤波模块包括低通滤波电路、高频带通滤波电路或者高频带阻滤波电路，所述特定频率的干扰信号包括高频干扰信号。进一步地，若所述滤波模块包括低通滤波电路，所述低通滤波电路包括第一电感和第一电容；所述第一电感的输入端连接至所述采样模块，所述第一电感的输出端连接至所述第一电容的输入端和所述信号处理模块，第一电容的输入端连接至所述信号处理模块，所述第一电容的输出端接地。进一步地,若所述滤波模块包括高频带通滤波电路,所述高频带通滤波电路包括第二电容、第二电感、第三电容、第三电感、第四电容和第四电感；所述第二电容的输入端连接至所述采样模块，所述第二电容的输出端连接至所述第二电感的输入端，所述第二电感的输出端、所述第三电容的输入端、所述第三电感的输入端和所述第四电容的输入端相互连接，所述第三电容的输出端接地，所述第三电感的输出端接地，所述第四电容的输出端连接至所述第四电感的输入端，所述第四电感的输出端连接至所述信号处理模块。进一步地，若所述滤波模块包括所述高频带阻滤波电路，所述高频带阻电路包括第五电容、第五电感、第六电容、第六电感、第七电容和第七电感；所述第五电感和所述第五电容并联连接，所述第七电感和所述第七电容并联连接，所述第五电感的输入端和所述第五电容的输入端连接至所述采样模块，所述第五电感的输出端、所述第五电容的输出端、所述第六电容的输入端、所述第七电感的输入端和所述第七电容的输入端相互连接，所述第六电容的输出端连接至所述第六电感的输入端，所述第六电感的输出端接地，所述第七电容的输出端和所述第七电感的输出端连接至所述信号处理模块。进一步地，所述滤波模块包括高通滤波电路、低频带通滤波电路或者低频带阻滤波电路，所述特定频率的干扰信号包括低频干扰信号。进一步地，若所述滤波模块包括高通滤波电路，所述高通滤波电路包括第八电容和第八电感；所述第八电容的输入端连接至所述采样模块，所述第八电容的输出端连接至所述第八电感的输入端和所述信号处理模块，第八电感的输入端连接至所述信号处理模块，所述第八电感的输出端接地。进一步地，若 所述滤波模块包括低频带通滤波电路，所述低频带通滤波电路包括第九电容、第九电感、第十电容、第十电感、第i^一电容和第i^一电感；所述第九电容的输入端连接至所述采样模块，所述第九电容的输出端连接至所述第九电感的输入端，所述第九电感的输出端、所述第十电容的输入端、所述第十电感的输入端和所述第十一电容的输入端相互连接，所述第十电容的输出端接地，所述第十电感的输出端接地，所述第十一电容的输出端连接至所述第十一电感的输入端，所述第十一电感的输出端连接至所述信号处理模块。进一步地，若所述滤波模块包括低频带阻滤波电路，所述低频带阻电路包括第十二电容、第十二电感、第十三电容、第十三电感、第十四电容和第十四电感；所述第十二电感和所述第十二电容并联连接，所述第十四电感和所述第十四电容并联连接，所述第十二电感的输入端和所述第十二电容的输入端连接至所述采样模块，所述第十二电感的输出端、所述第十二电容的输出端、所述第十三电容的输入端、所述第十四电感的输入端和所述第十四电容的输入端相互连接，所述第十三电容的输出端连接至所述第十三电感的输入端，所述第十三电感的输出端接地，所述第十四电容的输出端和所述第十四电感的输出端连接至所述信号处理模块。为实现上述目的，本发明还提供了一种半导体设备，包括:反应腔室、第一阻抗匹配器、高频电源，第二阻抗匹配器和低频电源，所述高频电源通过所述第一阻抗匹配器向所述反应腔室提供高频信号能量，所述低频电源通过所述第二阻抗匹配器向所述反应腔室提供低频信号能量；所述第一阻抗匹配器包括第一阻抗传感器、与所述高频电源和所述第一阻抗传感器连接的第一阻抗匹配网络、与所述第一阻抗传感器连接的第一运算控制单元和与所述第一运算控制单元以及所述第一阻抗匹配网络连接的第一执行单元，所述第一阻抗传感器包括:与所述第一阻抗匹配网络连接的第一采样模块、与所述第一采样模块连接的第一滤波模块和与所述第一滤波模块以及所述第一运算控制单元连接的第一信号处理模块；所述第一采样模块用于对所述第一阻抗匹配网络的输入端进行测量，得出第一阻抗测量信号；所述第一滤波模块用于对所述第一阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除所述第一阻抗测量信号中的低频干扰信号；所述第一信号处理模块用于对滤波处理后的第一阻抗测量信号进行运算处理，生成所述第一阻抗匹配网络的第一输入阻抗相关信号；所述第一运算控制单元用于根据所述高频电源的输出阻抗对所述第一输入阻抗相关信号进行运算处理，生成第一阻抗调节数据；所述第一执行单元用于根据所述第一阻抗调节数据对所述第一阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述第一阻抗匹配网络的输入阻抗和所述高频电源的输出阻抗共轭匹配；所述第二阻抗匹配器包括第二阻抗传感器、与所述低频电源和所述第二阻抗传感器连接的第二阻抗匹配网络、与所述第二阻抗传感器连接的第二运算控制单元和与所述第二运算控制单元以及所述第二阻抗匹配网络连接的第二执行单元，所述第二阻抗传感器包括:与所述高频电源和所述第二阻抗匹配网络连接的第二采样模块、与所述第二采样模块连接的第二滤波模块和与所述第二滤波模块以及所述第二运算控制单元连接的第二信号处理模块；所述第二采样模块用于对所述第二阻抗匹配网络的输入端进行测量，得出第二阻抗测量信号；所述第二滤波模块用于对所述第二阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除所述第二阻抗测量信号中的高频干扰信号；所述第二信号处理模块用于对滤波处理后的第二阻抗测量信号进行运算处理，生成所述第二阻抗匹配网络的第二输入阻抗相关信号；所述第二运算控制单元用于根据所述高频电源的输出阻抗对所述第二输入阻抗相关信号进行运算处理，生成第二阻抗调节数据；所述第二执行单元用于根据所述第二阻抗调节数据对所述第二阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述第二阻抗匹配网络的输入阻抗和所述高频电源的输出阻抗共轭匹配。进一步地，所述第一滤波模块包括高通滤波电路、低频带通滤波电路或者低频带阻滤波电路，所述第二滤波模块包括低通滤波电路、高频带通滤波电路或者高频带阻滤波电路。为实现上述目的，本发明还提供了一种阻抗匹配方法，所述方法基于阻抗匹配器，所述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；所述方法包括:所述采样模块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；所述执行单元根据所述阻抗调节数据对所述阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频电源的输出阻抗共轭匹配。本发明具有以下有益效果:1.本发明的阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法，能够提高阻抗传感器的测量精度，使阻抗传感器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。2.本发明的阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法，通过在阻抗传感器中设置滤波电路，使阻抗匹配器结构简单，具有低成本、高性能、易维护、小型化等特点，能够最简单的解决双频信号干扰问题。3.本发明的阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法，通过在阻抗传感器中设置滤波电路，而不是将滤波电路设置于主电路中，使得对滤波电路本身的结构要求更加简单，承受的电路负载更少，使用寿命更长。
图1为一种阻抗匹配器的结构示意图；图2为一种等离子体设备的结构示意图；图3为本发明实施例一提供的阻抗匹配器的结构示意图；图4为图3中一种滤波模块的结构示意图；图5为图3中另一种滤波模块的结构示意图；图6为图3中另一种滤波模块的结构示意图；图7为图3中另一种滤波模块的结构示意图；图8为图3中另一种滤波模块的结构示意图；图9为图3中另一种滤波模块的结构示意图；图10为本发明实施例七提供的一种半导体设备的结构示意图；图11为图10中第一阻抗匹配器的结构示意图；图12为图10中第二阻抗匹配器的结构示意图；图13为本发明实施例八提供的一种阻抗匹配方法的流程图。
具体实施例方式为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法进行详细描述。图3为本发明实施例一提供的阻抗匹配器的结构示意图，如图3所示，该阻抗匹配器包括阻抗传感器11、与射频电源和阻抗传感器11连接的阻抗匹配网络12、与阻抗传感器11连接的运算控制单元13和与运算控制单元13以及阻抗匹配网络12连接的执行单元14，阻抗传感器11包括:与阻抗匹配网络12连接的采样模块111、与采样模块111连接的滤波模块112和与滤波模块112以及运算控制单元13连接的信号处理模块113。其中，射频电源(图中未示出)可向阻抗匹配网络12提供射频信号能量。采样模块111用于对阻抗匹配网络12的输入端121进行测量，得出阻抗测量信号。本实施例中，阻抗测量信号为模拟信号。滤波模块112用于对阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号。信号处理模块113用于对滤波处理后的阻抗测量信号进行运算处理，生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。本实施例中，输入阻抗相关信号为模拟信号。运算控制单元13用于根据射频电源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14用于根据阻抗调节数据对阻抗匹配网络12进行调节，以使调节后的阻抗匹配网络12的输入阻抗和射频电源的输出阻抗共轭匹配，从而使阻抗匹配器实现阻抗匹配。本实施例中，阻抗调节数据为数字信号。本发明通过在阻抗传感器中设置滤波电路，使阻抗匹配器结构简单，具有低成本、高性能、易维护、小型化等特点，能够最简单的解决双频信号干扰问题。另外，由于滤波电路没有设置于主电路中，使得对滤波电路本身的结构要求更加简单，承受的电路负载更少，使用寿命更长。本实施例中，射频电源为低频电源，该低频电源向阻抗匹配器12提供低频信号能量，则高频干扰信号会干扰阻抗传感器，造成阻抗传感器无法准确的对阻抗匹配网络12进行测量。因此，滤波模块112滤除的特定频率的信号为高频干扰信号。图4为图3中一种滤波模块的结构示意图，如图4所示，滤波模块112为低通滤波电路，该低通滤波电路包括第一电感LI和第一电容Cl,第一电感LI的输入端Ila连接至米样模块111，第一电感LI的输出端IIb连接至第一电容Cl的输入端Ilc和信号处理模块113,第一电容Cl的输入端Ilc连接至信号处理模块113，第一电容Cl的输出端Ild接地。该低通滤波电路可滤除阻抗测量信号中的高频干扰信号以防止阻抗测量信号中的高频干扰信号传输至信号处理模块113，信号处理模块113接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的高频干扰信号，使信号处理模块113可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，从而使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。本发明实施例二提供了一种阻抗匹配器，图5为图3中另一种滤波模块的结构示意图，如图3和图5所示，本实施例中的阻抗匹配器与上述实施例一的区别在于:滤波模块112为高频带通滤波电路，该高频带通滤波电路包括第二电容C2、第二电感L2、第三电容C3、第三电感L3、第四电容C4和第四电感L4，第二电容C2的输入端12a连接至采样模块111，第二电容C2的输出端12b连接至第二电感L2的输入端12c，第二电感L2的输出端12d、第三电容C3的输入端13a、第三电感L3的输入端13b和第四电容C4的输入端14a相互连接，第三电容C3的输出端13c接地，第三电感L3的输出端13d接地，第四电容C4的输出端14b连接至第四电感L4的输入端14c，第四电感L4的输出端14d连接至信号处理模块113。该高频带通滤波电路可滤除阻抗测量信号中的高频干扰信号以防止阻抗测量信号中的高频干扰信号传输至信号处理模块113，信号处理模块113接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的高频干扰信号，使信号处理模块113可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，从而使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。该高频带通滤波电路为多级滤波电路，采用高频带通滤波电路的滤波模块具有更加良好的频率选择性，可以更好的减少高频干扰信号，使阻抗传感器更加准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。本发明实施例三提供了一种阻抗匹配器，图6为图3中另一种滤波模块的结构示意图，如图3和图6所示，本实施例中的阻抗匹配器与实施例一的区别在于:滤波模块为高频带阻滤波电路，该高频带阻电路包括第五电容C5、第五电感L5、第六电容C6、第六电感L6、第七电容C7和第七电感L7，第五电感L5和第五电容C5并联连接，第七电感L7和第七电容C7并联连接,第五电感L5的输入端15a和第五电容C5的输入端15c连接至米样模块111，第五电感L5的输出端15b、第五电容C5的输出端15d、第六电容C6的输入端16a、第七电感L7的输入端17a和第七电容C7的输入端17c相互连接，第六电容C6的输出端16b连接至第六电感L6的输入端16c，第六电感L6的输出端16d接地，第七电容C7的输出端17b和第七电感L7的输出端17d连接至信号处理模块113。该高频带阻滤波电路可滤除阻抗测量信号中的高频干扰信号以防止阻抗测量信号中的高频干扰信号传输至信号处理模块，信号处理模块接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的高频干扰信号，使信号处理模块可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，从而使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。本发明实施例四提供了一种阻抗匹配器，图7为图3中另一种滤波模块的结构示意图，如图3和图7所示，本实施例中的阻抗匹配器与上述实施例一的区别在于:本实施例中，射频电源为高频电源，该高频电源向阻抗匹配器12提供高频信号能量，则高频干扰信号会干扰阻抗传感器，造成阻抗传感器无法准确的对阻抗匹配网络12进行测量。因此，滤波模块112滤除的特定频率的信号为低频干扰信号。滤波模块112为高通滤波电路，该高通滤波电路包括第八电容C8和第八电感L8，第八电容C8的输入端18b连接至采样模块111，第八电容C8的输出端18b连接至第八电感L8的输入端18c和信号处理模块113，第八电感L8的输入端18c连接至信号处理模块113，第八电感L8的输出端18d接地。该高通滤波电路可滤除阻抗测量信号中的低频干扰信号以防止阻抗测量信号中的低频干扰信号传输至信号处理模块113，信号处理模块113接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的低频干扰信号，使信号处理模块113可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，从而使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。本发 明实施例五提供了一种阻抗匹配器，图8为图3中另一种滤波模块的结构示意图，如图3和图8所示，本实施例中的阻抗匹配器与上述实施例一的区别在于:本实施例中，射频电源为高频电源，该高频电源向阻抗匹配器12提供高频信号能量，则高频干扰信号会干扰阻抗传感器，造成阻抗传感器无法准确的对阻抗匹配网络12进行测量。因此，滤波模块112滤除的特定频率的信号为低频干扰信号。滤波模块112为低频带通滤波电路，该低频带通滤波电路包括第九电容C9、第九电感L9、第十电容C10、第十电感L10、第i^一电容Cll和第i^一电感Lll，第九电容C9的输入端19a连接至采样模块111，第九电容C9的输出端19b连接至第九电感L9的输入端19c，第九电感L9的输出端19d、第十电容ClO的输入端20a、第十电感LlO的输入端20b和第^ 电容Cll的输入端21a相互连接,第十电容ClO的输出端20c接地，第十电感LlO的输出端20d接地，第i^一电容Cll的输出端21b连接至第十一电感Lll的输入端21c，第十一电感Lll的输出端21c连接至信号处理模块113。该低频带通滤波电路可滤除阻抗测量数据中的低频功率以防止阻抗测量数据中的低频功率传输至信号处理模块113，信号处理模块113接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的低频干扰信号，使信号处理模块113可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，从而使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。该低频带通滤波电路为多级滤波电路，采用低频带通滤波电路的滤波模块具有更加良好的频率选择性，可以更好的减少高频干扰信号，使阻抗传感器更加准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。本发明实施例六提供了一种阻抗匹配器，图9为图3中另一种滤波模块的结构示意图，如图3和图9所示，本实施例中的阻抗匹配器与实施例一的区别在于:本实施例中，射频电源为高频电源，该高频电源向阻抗匹配器12提供高频信号能量，则高频干扰信号会干扰阻抗传感器，造成阻抗传感器无法准确的对阻抗匹配网络12进行测量。因此，滤波模块112滤除的特定频率的信号为低频干扰信号。滤波模块为低频带阻滤波电路，该低频带阻电路包括第十二电容C12、第十二电感L12、第十三电容C13、第十三电感L13、第十四电容C14和第十四电感L14，第十二电感L12和第十二电容C12并联连接，第十四电感L14和第十四电容C14并联连接，第十二电感L12的输入端22a和第十二电容C12的输入端22c连接至采样模块111，第十二电感L12的输出端22b、第十二电容C12的输出端22d、第十三电容C13的输入端23a、第十四电感L14的输入端24a和第十四电容C14的输入端24c相互连接，第十三电容C13的输出端23b连接至第十三电感L13的输入端23c，第十三电感L13的输出端23d接地，第十四电容C14的输出端24d和第十四电感L14的输出端24b连接至信号处理模块113。该低频带阻滤波电路可滤除阻抗测量信号中的低频干扰信号以防止阻抗测量信号中的低频干扰信号传输至信号处理模块，信号处理模块接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的低频干扰信号，使信号处理模块可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，从而使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。本发明上述各实施例提供的阻抗匹配器包括阻抗传感器、阻抗匹配网络、运算控制单元和执行单元，阻抗传感器包括:采样模块、滤波模块和信号处理模块，采样模块用于对阻抗匹配网络的输入端进行测量得出阻抗测量信号，滤波模块用于对阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号，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，生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号；运算控制单元用于根据射频电源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；执行单元用于根据阻抗调节数据对阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频电源的输出阻抗共轭匹配。阻抗匹配器中的滤波模块可滤除阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号以防止阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号传输至信号处理模块，信号处理模块接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的特定频率的干扰信号，使信号处理模块可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，提高了阻抗传感器的测量精度，从而使阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配。与现有技术相比上述各实施例中仅在阻抗传感器中增设了滤波模块，因此该阻抗传感器具有结构简单、易于维护、成本低、小型化以及高性能等特点，易于实现。由于上述各实施例中阻抗传感器中的滤波模块滤除了起干扰作用的干扰信号，从而使阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配，因此与现有技术相比上述各实施例极大的提高了进入反应腔室的射频电源提供的能量信号的大小。本发明中，当将上述实施例中的阻抗匹配器应用于具有双频结构的半导体设备中时，对于图5所示的高频带通滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，可根据高频电源的频率和低频电源的频率预先计算出高频带通滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，以使高频带通滤波电路具备滤除高频干扰信号的能力；对于图8所示的低频带通滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，可根据高频电源的频率和低频电源的频率预先计算出低频带通滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，以使低频带通滤波电路具备滤除低频干扰信号的能力；对于图6所示的高频带阻滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，可根据高频电源的频率和低频电源的频率预先计算出高频带阻滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，以使高频带阻滤波电路具备滤除高频干扰信号的能力；对于图9所示的低频带阻滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，可根据高频电源的频率和低频电源的频率预先计算出低频带阻滤波电路中各个电感的电感值和各个电容的电容值，以使低频带阻滤波电路具备滤除低频干扰信号的能力。图10为本发明实施例七提供的一种半导体设备的结构示意图，如图10所示，该半导体设备包括:反应腔室1、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，高频电源3通过第一阻抗匹配器2向反应腔室I提供高频信号能量，低频电源5通过第二阻抗匹配器4向反应腔室I提供低频信号能量。本实施例中，低频电源的频率可以为2MHz，高频电源的频率可以为13.56MHz ;或者，低频电源的频率可以为2MHZ，高频电源的频率可以为27.2MHZ ;或者，低频电源的频率可以为2MHz，高频电源的频率可以为60MHz。图11为图10中第一阻抗匹配器的结构示意图，如图11所示，第一阻抗匹配器2包括第一阻抗传感器21、与高频电源3和第一阻抗传感器21连接的第一阻抗匹配网络22、与第一阻抗传感器21连接的第一运算控制单元23和与第一运算控制单元23以及第一阻抗匹配网络22连接的第一执行单元24，第一阻抗传感器21包括:与第一阻抗匹配网络22连接的第一采样模块211、与第一采样模块211连接的第一滤波模块212和与第一滤波模块212以及第一运算控制单元24连接的第一信号处理模块213 ;第一采样模块211用于对第一阻抗匹配网络22的输入端221进行测量，得出第一阻抗测量信号；第一滤波模块212用于对第一阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除第一阻抗测量信号中的低频干扰信号；第一信号处理模块213用于对滤波处理后的第一阻抗测量信号进行运算处理，生成第一阻抗匹配网络22的第一输入阻抗相关信号；第一运算控制单元23用于根据高频电源3的输出阻抗对第一输入阻抗相关信号进行运算处理，生成第一阻抗调节数据；第一执行单元24用于根据该第一阻抗调节数据对第一阻抗匹配网络22进行调节，以使调节后的第一阻抗匹配网络的输入阻抗和高频电源3的输出阻抗共轭匹配。其中，第一滤波模块212可包括高通滤波电路、低频带通滤波电路或者低频带阻滤波电路，具体地可采用实施例四至实施例六中任一所述的滤波模块，此处不再赘述。图12为图10中第二阻抗匹配器的结构示意图，如图12所示，第二阻抗匹配器4包括第二阻抗传感器41、与低频电源5和第二阻抗传感器41连接的第二阻抗匹配网络42、与第二阻抗传感器41连接的第二运算控制单元43和与第二运算控制单元43以及第二阻抗匹配网络42连接的第二执行单元44，第二阻抗传感器41包括:与低频电源5和第二阻抗匹配网络42连接的第二采样模块411、与第二采样模块411连接的第二滤波模块412和与第二滤波模块412以及第二运算控制单元43连接的第二信号处理模块413 ;第二采样模块411用于对第二阻抗匹配网络42的输入端进行测量，得出第二阻抗测量信号；第二滤波模块412用于对第二阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除第二阻抗测量信号中的高频干扰信号；第二信号处理模块413用于对滤波处理后的第二阻抗测量信号进行运算处理，生成第二阻抗匹配网络42的第二输入阻抗相关信号；第二运算控制单元43用于根据低频电源5的输出阻抗对第二输入阻抗相关信号进行运算处理，生成第二阻抗调节数据；第二执行单元44用于根据第二阻抗调节数据对第二阻抗匹配网络42进行调节，以使调节后的第二阻抗匹配网络42的输入阻抗和低频电源5的输出阻抗共轭匹配。其中，第二滤波模块412可包括低通滤波电路、高频带通滤波电路或者高频带阻滤波电路，具体地可采用实施例一至实施例三中任一所述的滤波模块，此处不再赘述。本实施例中，该半导体设备还可以包括:静电卡盘6、介质窗口 7和电感耦合线圈8，静电卡盘6设置于反应腔室I内，静电卡盘6上安装有晶片9。反应腔室I上方设置有介质窗口 7,电感稱合线圈8位于介质窗口 7的上方。第一阻抗匹配器2与静电卡盘6连接，第二阻抗匹配器4与电感耦合线圈8连接。本实施例提供的半导体设备中，第一阻抗传感器中的第一滤波模块可滤除第一阻抗测量信号中的低频干扰信号以防止第一阻抗测量信号中的低频干扰信号传输至第一信号处理模块，第一信号处理模块接收到的第一阻抗测量信号中不包括起干扰作用的低频干扰信号，使第一信号处理模块可准确的生成第一阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，使第一阻抗传感器实现了准确的测量出第一阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，提高了第一阻抗传感器的测量精度，从而使第一阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配；第二阻抗传感器中的第二滤波模块可滤除第二阻抗测量信号中的高频干扰信号以防止第二阻抗测量信号中的高频干扰信号传输至第二信号处理模块，第二信号处理模块接收到的第二阻抗测量信号中不包括起干扰作用的高频干扰信号，使第二信号处理模块可准确的生成第二阻抗匹配网络的输入阻抗，使第二阻抗传感器实现了准确的测量出第二阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，提高了第二阻抗传感器的测量精度，从而使第二阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配。本发明实施例八提供了一种半导体设备，本实施例中的半导体设备与实施例七中的区别在于:高频电源通过第一阻抗匹配器连接至电感耦合线圈，低频电源通过第二阻抗匹配器连接至静电卡盘。此种情况不再具体画出。本发明实施例八提供了一种阻抗匹配方法，该方法基于阻抗匹配器，阻抗匹配器包括阻抗传感器、与射频电源和阻抗传感器连接的阻抗匹配网络、与阻抗传感器连接的运算控制单元和与运算控制单元以及阻抗匹配网络连接的执行单元，阻抗传感器包括:与阻抗匹配网络连接的采样模块、与采样模块连接的滤波模块和与滤波模块以及运算控制单元连接的信号处理模块。图13为本发明实施例八提供的一种阻抗匹配方法的流程图，如图13所示，该阻抗匹配方法包括:步骤101、采样模块对阻抗匹配网络的输入端进行测量，得出阻抗测量信号。步骤102、滤波模块对阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号。步骤103、信号处理模块对滤波处理后的阻抗测量信号进行运算处理，生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号。步骤104、运算控制单元根据射频电源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。
步骤105、执行单元根据阻抗调节数据对阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的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。本实施例提供的阻抗匹配方法可采用上述实施例提供的阻抗匹配器来执行。本实施例提供的阻抗匹配方法中，滤波模块滤除了阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号以防止阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号传输至信号处理模块，信号处理模块接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的特定频率的干扰信号，使信号处理模块可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，提高了阻抗传感器的测量精度，从而使阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配。本发明提供的阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法的技术方案中，阻抗匹配器包括阻抗传感器、阻抗匹配网络、运算控制单元和执行单元，阻抗传感器包括:采样模块、滤波模块和信号处理模块，采样模块用于对阻抗匹配网络的输入端进行测量得出阻抗测量信号，滤波模块用于对阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号，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，生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号；运算控制单元用于根据射频电源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；执行单元用于根据阻抗调节数据对阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频电源的输出阻抗共轭匹配。阻抗匹配器中的滤波模块可滤除阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号以防止阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号传输至信号处理模块，信号处理模块接收到的阻抗测量信号中不包括起干扰作用的特定频率的干扰信号，使信号处理模块可准确的生成阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，使阻抗传感器实现了准确的测量出阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号，提高了阻抗传感器的测量精度，从而使阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种阻抗匹配器，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，其特征在于，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； 所述执行单元，用于根据所述阻抗调节数据对所述阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频电源的输出阻抗共轭匹配。
2.根据权利要求1所述的阻抗匹配器，其特征在于，所述射频电源包括低频电源，所述滤波模块包括低通滤波电路、高频带通滤波电路或者高频带阻滤波电路，所述特定频率的干扰信号包括高频干扰信号。
3.根据权利要求2所述的阻抗匹配器，其特征在于，若所述滤波模块包括低通滤波电路，所述低通滤波电路包括第一电感和第一电容； 所述第一电感的输入端连接至所述采样模块，所述第一电感的输出端连接至所述第一电容的输入端和所述信号处理模块，第一电容的输入端连接至所述信号处理模块，所述第一电容的输出端接地。
4.根据权利要求2所述的阻抗匹配器，其特征在于，若所述滤波模块包括高频带通滤波电路，所述高频带通滤波电路包括第二电容、第二电感、第三电容、第三电感、第四电容和第四电感； 所述第二电容的输入端连接至所述采样模块，所述第二电容的输出端连接至所述第二电感的输入端，所述第二电感的输出端、所述第三电容的输入端、所述第三电感的输入端和所述第四电容的输入端相互连接，所述第三电容的输出端接地，所述第三电感的输出端接地，所述第四电容的输出端连接至所述第四电感的输入端，所述第四电感的输出端连接至所述信号处理模块。
5.根据权利要求2所述的阻抗匹配器，其特征在于，若所述滤波模块包括所述高频带阻滤波电路，所述高频带阻电路包括第五电容、第五电感、第六电容、第六电感、第七电容和第七电感； 所述第五电感和所述第五电容并联连接，所述第七电感和所述第七电容并联连接，所述第五电感的输入端和所述第五电容的输入端连接至所述采样模块，所述第五电感的输出端、所述第五电容的输出端、所述第六电容的输入端、所述第七电感的输入端和所述第七电容的输入端相互连接，所述第六电容的输出端连接至所述第六电感的输入端，所述第六电感的输出端接地，所述第七电容的输出端和所述第七电感的输出端连接至所述信号处理模块。
6.根据权利要求1所述的阻抗匹配器，其特征在于，所述射频电源包括高频电源，所述滤波模块包括高通滤波电路、低频带通滤波电路或者低频带阻滤波电路，所述特定频率的干扰信号包括低频干扰信号。
7.根据权利要求6所述的阻抗匹配器，其特征在于，若所述滤波模块包括高通滤波电路，所述高通滤波电路包括第八电容和第八电感； 所述第八电容的输入端连接至所述采样模块，所述第八电容的输出端连接至所述第八电感的输入端和所述信号处理模块，第八电感的输入端连接至所述信号处理模块，所述第八电感的输出端接地。
8.根据权利要求6所述的阻抗匹配器，其特征在于，若所述滤波模块包括低频带通滤波电路，所述低频带通滤波电路包括第九电容、第九电感、第十电容、第十电感、第i^一电容和第i^一电感； 所述第九电容的输入端连接至所述采样模块，所述第九电容的输出端连接至所述第九电感的输入端，所述第九电感的输出端、所述第十电容的输入端、所述第十电感的输入端和所述第十一电容的输入端相互连接，所述第十电容的输出端接地，所述第十电感的输出端接地，所述第十一电容的输出端连接至所述第十一电感的输入端，所述第十一电感的输出端连接至所述信号处理模块。
9.根据权利要求6所述的阻抗匹配器，其特征在于，若所述滤波模块包括低频带阻滤波电路，所述低频带阻电路包括第十二电容、第十二电感、第十三电容、第十三电感、第十四电容和第十四电感； 所述第十二电感和所述第十二电容并联连接，所述第十四电感和所述第十四电容并联连接，所述第十二电感的输入端和所述第十二电容的输入端连接至所述采样模块，所述第十二电感的输出端、所述第十二电容的输出端、所述第十三电容的输入端、所述第十四电感的输入端和所述第十四电容的`输入端相互连接，所述第十三电容的输出端连接至所述第十三电感的输入端，所述第十三电感的输出端接地，所述第十四电容的输出端和所述第十四电感的输出端连接至所述信号处理模块。
10.一种半导体设备，包括:反应腔室、第一阻抗匹配器、高频电源，第二阻抗匹配器和低频电源，所述高频电源通过所述第一阻抗匹配器向所述反应腔室提供高频信号能量，所述低频电源通过所述第二阻抗匹配器向所述反应腔室提供低频信号能量，其特征在于， 所述第一阻抗匹配器包括第一阻抗传感器、与所述高频电源和所述第一阻抗传感器连接的第一阻抗匹配网络、与所述第一阻抗传感器连接的第一运算控制单元和与所述第一运算控制单元以及所述第一阻抗匹配网络连接的第一执行单元，所述第一阻抗传感器包括:与所述第一阻抗匹配网络连接的第一采样模块、与所述第一采样模块连接的第一滤波模块和与所述第一滤波模块以及所述第一运算控制单元连接的第一信号处理模块；所述第一采样模块用于对所述第一阻抗匹配网络的输入端进行测量，得出第一阻抗测量信号；所述第一滤波模块用于对所述第一阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除所述第一阻抗测量信号中的低频干扰信号；所述第一信号处理模块用于对滤波处理后的第一阻抗测量信号进行运算处理，生成所述第一阻抗匹配网络的第一输入阻抗相关信号；所述第一运算控制单元用于根据所述高频电源的输出阻抗对所述第一输入阻抗相关信号进行运算处理，生成第一阻抗调节数据；所述第一执行单元用于根据所述第一阻抗调节数据对所述第一阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述第一阻抗匹配网络的输入阻抗和所述高频电源的输出阻抗共轭匹配； 所述第二阻抗匹配器包括第二阻抗传感器、与所述低频电源和所述第二阻抗传感器连接的第二阻抗匹配网络、与所述第二阻抗传感器连接的第二运算控制单元和与所述第二运算控制单元以及所述第二阻抗匹配网络连接的第二执行单元，所述第二阻抗传感器包括:与所述低频电源和所述第二阻抗匹配网络连接的第二采样模块、与所述第二采样模块连接的第二滤波模块和与所述第二滤波模块以及所述第二运算控制单元连接的第二信号处理模块；所述第二采样模块用于对所述第二阻抗匹配网络的输入端进行测量，得出第二阻抗测量信号；所述第二滤波模块用于对所述第二阻抗测量信号进行滤波处理，以滤除所述第二阻抗测量信号中的高频干扰信号；所述第二信号处理模块用于对滤波处理后的第二阻抗测量信号进行运算处理，生成所述第二阻抗匹配网络的第二输入阻抗相关信号；所述第二运算控制单元用于根据所述低频电源的输出阻抗对所述第二输入阻抗相关信号进行运算处理，生成第二阻抗调节数据；所述第二执行单元用于根据所述第二阻抗调节数据对所述第二阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述第二阻抗匹配网络的输入阻抗和所述低频电源的输出阻抗共轭匹配。
11.根据权利要求10所述的半导体设备，其特征在于，所述第一滤波模块包括高通滤波电路、低频带通滤波电路或者低频带阻滤波电路，所述第二滤波模块包括低通滤波电路、闻频带通滤波电路或者闻频带阻滤波电路。
12.一种阻抗匹配方法，其特征在于，所述方法基于阻抗匹配器，所述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； 所述方法包括: 所述采样模块对所述 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； 所述执行单元根据所述阻抗调节数据对所述阻抗匹配网络进行调节，以使调节后的所述阻抗匹配网络的输入阻抗和所述射频电源的输出阻抗共轭匹配。
全文摘要
本发明公开了一种阻抗匹配器、半导体设备和阻抗匹配方法。阻抗匹配器包括阻抗传感器、阻抗匹配网络、运算控制单元和执行单元，阻抗传感器包括采样模块、滤波模块和信号处理模块；采样模块用于对阻抗匹配网络的输入端进行测量得出阻抗测量信号；滤波模块用于滤除阻抗测量信号中的特定频率的干扰信号；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阻抗匹配网络的输入阻抗相关信号；运算控制单元用于对输入阻抗相关信号进行运算处理生成阻抗调节数据；执行单元用于根据阻抗调节数据对阻抗匹配网络进行调节以使调节后的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。本发明使阻抗匹配器准确的实现阻抗匹配。
文档编号H03H7/38GK103166595SQ20111040932
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者成晓阳 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司