阻抗匹配装置及半导体加工设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种阻抗匹配装置及半导体加工设备。
【背景技术】
[0002]半导体加工设备是应用中相对广泛的加工设备，主要用于借助等离子体实现对衬底完成刻蚀、沉积等工艺。等离子体中包含大量的电子、离子、激发态的的原子、分子和自由基等活性粒子，该活性粒子与放置在反应腔室内的衬底的表面发生物理和/或化学反应，从而使衬底的表面发生变化来完成刻蚀、沉积等工艺。
[0003]半导体加工设备通常借助射频电源向反应腔室提供射频功率以激发反应腔室内的气体形成等离子体。并且，为了实现射频电源的输出功率尽可能的全部供给反应腔室，在反应腔室和射频电源之间设置有阻抗匹配器，用以实现射频电源的特征阻抗与负载阻抗共轭匹配，常用的射频电源的特征阻抗为50Ω。图1为现有的阻抗匹配器的原理框图。请参阅图1，阻抗匹配器100包括检测单元10、控制单元11、执行单元12和匹配网络13。其中，检测单元10用于检测射频电源14的传输线上的电压信号和电流信号，并采用一定的鉴幅鉴相的方法获得射频电源14的负载阻抗的模值|Z|和相角Θ，并将该模值|Z|和相角Θ输送至控制单元11 ;控制单元11用于根据该模值|z|和相角Θ进行匹配控制算法得出匹配网络12中的可变元件的调整量，并根据该调整量控制执行单元12调整匹配网路12中的可变元件，如图1所示，执行单元12包括两个步进电机Ml和M2，匹配网路12中的可变元件包括两个可变电容I和2，借助步进电机Ml和M2的转动来——对应地调整可变电容I和2的电容值。
[0004]在通常的工艺过程中，反应腔室15内的阻抗变化不大，采用上述阻抗匹配器100可以实现阻抗匹配。然而，在实际应用中采用上述阻抗匹配器100会存在以下问题:当在反应腔室15内进行特定工艺时，反应腔室15内的阻抗变化很大，因而计算得到的可变电容I和2的调整量就很大，即，需要对可变电容I和2进行大范围的调整，从而往往造成阻抗匹配的速率较慢不能满足反应腔室内的阻抗变化，进而造成阻抗匹配失败、导致工艺无法进行；即使在某一时间勉强匹配成功，但由于阻抗变化很大，可变电容I和2会随着阻抗的变化发生很大的调整，在调整的过程中可能会造成阻抗匹配失败；而且，由于执行单元、可变电容I和2发生很大转动，从而造成阻抗匹配器的寿命降低。
【发明内容】
[0005]本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种阻抗匹配装置及半导体加工设备，其不仅可以减小阻抗匹配时间，从而可以提高匹配效率；而且可以减小驱动电机和可变电容的转动，从而可以提高阻抗匹配装置的使用寿命。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种阻抗匹配装置，用于实现射频电源的特征阻抗和负载阻抗相匹配，包括匹配网络，所述匹配网络包括可调电容单元，其中，所述可调电容单元包括相互并联的至少两个可变电容；通过调整同一所述可调电容单元中所有的所述可变电容的电容值，来调整该可调电容单元的总电容值。
[0007]其中，所述阻抗匹配装置还包括与所述可调电容单元一一对应的执行单元，所述执行单元用于调整与之对应的所述可调电容单元的总电容值。
[0008]其中，所述执行单元包括执行元件，所述执行元件的数量和与之对应的所述可调电容单元中所述可变电容的数量相等，且所述执行元件与所述可调电容一一对应，每个所述执行元件用于调整与之对应的所述可变电容的电容值。
[0009]其中，每个所述执行元件调整与之对应的所述可变电容，以实现相互并联的至少两个所述可变电容同步调整。
[0010]其中，所述执行单元包括执行元件，所述执行元件的数量少于与之对应的所述可调电容单元中所述可变电容的数量，每个所述执行元件对应至少一个所述可变电容，用以调整与之对应的至少一个所述可变电容的电容值。
[0011]其中，当每个所述执行元件对应至少两个所述可变电容时，每个所述执行元件调整与之对应的至少两个所述可变电容，以实现相互并联的至少两个所述可变电容同步调
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[0012]其中，所述执行元件包括驱动电机。
[0013]其中，所述驱动电机包括步进电机。
[0014]其中，所述匹配网络为L型、T型或者π型。
[0015]其中，还包括检测单元和控制单元，其中所述检测单元用于检测所述射频电源的传输线上的电压信号和电流信号，并根据所述电压信号和电流信号获得所述射频电源的负载阻抗的模值和相角，并将该模值和相角输送至所述控制单元；所述控制单元用于根据所述模值和相角进行匹配控制算法得出所述匹配网络中的所述可调电容单元的总调整量，并根据该总调整量控制所述执行单元调整所述可调电容单元的总电容值。
[0016]本发明还提供一种半导体加工设备，包括射频电源、反应腔室和阻抗匹配装置，所述射频电源用于激发反应腔室内的气体形成等离子体，所述阻抗匹配装置连接在所述射频电源和所述反应腔室之间，用以实现射频电源的特征阻抗和负载阻抗相匹配，所述阻抗匹配装置采用上述本发明提供的阻抗匹配装置。
[0017]本发明具有下述有益效果:
[0018]本发明提供的阻抗匹配装置，借助可调电容单元包括相互并联的至少两个可变电容，使得可调电容单元的总电容值等于与之对应的至少两个相互并联的可变电容的电容值之和，因此，可以通过调整同一可调电容单元中所有的可变电容的电容值，来调整该可调电容单元的总电容值，即，可变电容元件电容值的总调整量等于各个可变电容电容值的调整量之和，这使得该可调电容单元的总电容值的总调整量可以通过调整该可调电容单元中所有的可变电容的电容值实现，这与现有技术中调电容元件的总调整量仅通过调整一个可变电容实现相比，可以实现通过调整至少两个可变电容代替调整一个可变电容，使得至少两个可变电容中各个可变电容的调整量小于现有技术中一个可变电容的调整量，不仅可以减小阻抗匹配时间，从而可以提高匹配效率；而且可以减小驱动电机和可变电容的转动，从而可以提高阻抗匹配装置的使用寿命。
[0019]本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的阻抗匹配装置，可以提高匹配效率和阻抗匹配装置的使用寿命，从而可以提高工艺效率和工艺质量。
【附图说明】
[0020]图1为现有的阻抗匹配器的原理框图；
[0021]图2为本发明第一实施例提供的阻抗匹配装置的一种原理框图；
[0022]图3为本发明第一实施例提供的阻抗匹配装置的另一种原理框图；以及
[0023]图4为本发明第二实施例提供的阻抗匹配装置的原理框图。
【具体实施方式】
[0024]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装置及半导体加工设备进行详细描述。
[0025]图2为本发明第一实施例提供的阻抗匹配装置的一种原理框图。请参阅图2，本实施例提供的阻抗匹配装置21连接于射频电源20和反应腔室22之间，用于实现射频电源20的特征阻抗(一般为50 Ω)和负载阻抗相匹配，以使射频电源20输出的射频功率完全输送至反应腔室22内，具体地，该阻抗匹配装置21包括检测单元211、控制单元212、执行单元213和匹配网络214。其中，匹配网络214包括可调电容单元2141 ;并且可调电容单元2141包括相互并联的至少两个可变电容，在本实施例中，如图1所示，匹配网络214为L型，包括第一可调电容单元2141’和第二可调电容单元2141”，在实际应用中，匹配网络214也可以为T型、π型或者其他形式，第一可调电容单元2141’包括相互并联的可变电容I和2，第二可调电容单元2141”包括相互并联的可变电容3和4，由于可调电容单元2141的总电容值等于与之对应的至少两个相互并联的可变电容的电容值