一種射頻傳感器及阻抗匹配裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導體加工技術領域，具體涉及一種射頻傳感器及阻抗匹配裝置。
【背景技術】
[0002] 物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition,以下簡稱PVD)設備是應用比較廣泛 的等離子體加工設備，主要用于在基片等被加工工件的表面上沉積薄膜。在實際應用中，為 了提高襯底表面上沉積薄膜的工藝質量，往往在沉積薄膜之前需要對該被加工工件進行預 清洗工藝，以去除襯底表面上的不易揮發(fā)的雜質。
[0003] 圖1為用于完成預清洗工藝的預清洗腔室的結構示意圖。請參閱圖1，在反應腔室 10內設置有用于承載襯底的承載裝置11，承載裝置11依次與第一阻抗匹配裝置16和頻率 較高的第一射頻電源12電連接，第一射頻電源12用于通過第一阻抗匹配裝置16向承載裝 置11提供高頻射頻功率，以在承載裝置11上產生能夠吸引反應腔室10內的等離子體轟擊 襯底的自偏壓，從而去除襯底表面上的雜質；第一阻抗匹配裝置16用于使得第一射頻電源 12的負載阻抗與其特征阻抗(例如，50Q)達到共軛匹配，以使射頻電源12的輸出功率全部 輸送至承載裝置11上。在反應腔室10的拱形頂蓋13上設置有感應線圈14,感應線圈14 依次與第二阻抗匹配裝置17與頻率較低的第二射頻電源15電連接，第二射頻電源15用于 通過第二阻抗匹配裝置17向感應線圈14加載低頻射頻功率，以將反應腔室10內的氣體激 發(fā)形成等離子體；第二阻抗匹配裝置17用于使得第二射頻電源15的負載阻抗等于其特征 阻抗(例如，50Q)，以使第二射頻電源15的功率全部輸送至反應腔室10內。
[0004] 上述阻抗匹配裝置是保證預清洗腔室高效可靠運行的關鍵裝置，其采用下述原理 進行工作。具體地，圖2為阻抗匹配裝置的原理框圖。請參閱圖2,阻抗匹配裝置包括射頻 傳感器20、控制器21、執(zhí)行機構22和匹配網絡23。其中，射頻傳感器20用于檢測射頻電 源24的傳輸線上的電壓信號和電流信號，并采用一定的鑒幅鑒相的方法獲得射頻電源24 的負載阻抗的模值IZ|和相角0，并將該模值|Z|和相角0輸送至控制器21 ;控制器21 根據該模值|Z|和相角0采用匹配控制算法計算獲得執(zhí)行機構22調整量，并根據該調整 量控制執(zhí)行機構22 (例如，步進電機)對匹配網絡23中的可變元件(例如可變電容)進行調 整，以改變射頻電源24的負載阻抗的大小，從而最終使得射頻電源的特征阻抗與其負載阻 抗達到共軛匹配。
[0005] 在阻抗匹配裝置進行工作時，射頻傳感器20實時判定射頻功率是否存在。具體 地，當射頻傳感器20判定射頻功率存在時，再計算獲得射頻電源24的負載阻抗的模值|Z 和相角9，并輸送至控制器21，以實現(xiàn)對射頻電源24進行阻抗匹配；當射頻傳感器20判定 射頻功率存在時，向控制器21發(fā)送不匹配指令，控制器21根據該不匹配指令控制執(zhí)行機構 22對匹配網路23中的可變元件調整至預設初始位置。
[0006] 然而，采用上述阻抗匹配裝置在實際應用中往往會存在以下技術問題：
[0007] 由于當射頻電源24輸出低頻射頻功率時，感應線圈14的負載阻抗通常處于開路 點，導致射頻電源24的傳輸線上的電流會很小，在這種情況下，阻抗匹配裝置17是從開路 點開始匹配的，這就造成在低頻射頻功率存在時檢測不出來，因而射頻傳感器的靈敏度不 高，從而會因射頻傳感器20誤判定低頻射頻功率不存在而不工作，進而造成阻抗匹配裝置 17在低頻射頻功率存在時沒有進行阻抗匹配，因而現(xiàn)有的阻抗匹配裝置僅適用于對一定頻 率范圍內的射頻功率進行匹配，從而造成阻抗匹配裝置的匹配范圍窄、匹配效果差，進而導 致預清洗工藝的工藝窗口窄。
[0008] 為解決上述射頻傳感器的靈敏度不高的問題，通過改變射頻傳感器20的相關參 數值，以使其在感應線圈14的負載阻抗處于開路點時，仍能夠判定低頻射頻功率存在，從 而可以避免射頻傳感器20出現(xiàn)誤判斷，但是，這會造成射頻傳感器20判定低頻射頻功率不 存在的判定條件非常嚴苛，從而一旦出現(xiàn)溫度或者電磁等干擾因素的情況，即使低頻射頻 功率不存在，傳感器20也很容易誤判定其仍為存在，進而使執(zhí)行機構22以及匹配網絡23 中的可變元件誤動作，導致阻抗匹配裝置的使用壽命降低。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供了一種射頻傳感器及阻抗匹配 裝置，其可以提高射頻傳感器的靈敏度，從而阻抗匹配裝置的匹配范圍和匹配效果，從而可 以增大工藝窗口；還可以避免阻抗匹配裝置進行誤匹配，從而可以提高阻抗匹配裝置的使 用壽命。
[0010] 本發(fā)明提供一種射頻傳感器，用于根據射頻傳輸線上的電壓和電流信號，檢測低 頻射頻功率的存在，所述射頻傳感器包括：電壓采集模塊、電流采集模塊、第一模擬乘法 器、第二模擬乘法器、第三模擬乘法器、移相模塊、模數轉換模塊和控制模塊，其中：所述電 壓采集模塊將采集的所述電壓信號分別發(fā)送至所述第一模擬乘法器的一端和所述移相模 塊一端、以及所述第三模擬乘法器的兩端；所述電流采集模塊將采集的所述電流信號分別 發(fā)送至所述第一模擬乘法器的另一端和所述移相模塊的另一端；自所述移相模塊輸出的 所述電壓和電流信號分別輸送至所述第二模擬乘法器的兩端；經過第一模擬乘法器、第 二模擬乘法器和第三模擬乘法器運算得出三個與所述電壓和電流有關的模擬信號，該模 擬信號通過所述模數轉換模塊轉換輸出數字信號慫、Ai、A2 ;所述控制模塊根據所述數字 信號4、A2和零射頻功率時傳感器的靜態(tài)數字信號& (0)、& (0)、A2 (0)計算差分信號 AA」、|AA」和|AA2|值，根據所述差分信號|AA」、|AA」和|AA2|判定低頻射頻功 率的存在，其中人=0. 2kuki? |V| |1卜cos0 +Aq(0)A~0?lkuki? |V| |1卜sin0 +AJ0); A2=0. 2k/ ? |V12+A2 (0);|AA。| =A0-A。(0);|A& | (0);|AA21 =A2-A2 (0);其中，ku、h為 常數；IV|為所述電壓信號的模值；|I|為所述電流信號的模值；0為所述電壓信號與 電流信號之間的相位差。
[0011] 其中，所述控制模塊將所述差分信號IAA」、IAA」和IAA2|值帶入邏輯關系式 Y= |A\ |〈M&& |AAi|颯&& |AA21 <M2中，通過判斷Y的真假來判定所述低頻射頻功率是否存 在，若Y為真，則判定所述低頻射頻功率不存在；若Y為假，則判定所述低頻射頻功率存在； 其中，凡、MpM2分別為預設的用于判定所述射頻功率是否存在的參數，且均為大于零的常 數。
[0012]其中，所述控制模塊當判定所述低頻射頻功率存在時，將所述數字信號和 所述靜態(tài)數字信號& (0)、& (0)、A2 (0)帶入如下輸出所述低頻射頻功率的射頻電源的負載
[0013] 阻抗的模值|z|和相角0的關系式：
[0014]
[0015]計算所還射頻電源的貨親阻沉的悮但|Z|和和用y，并將所述模值|z|和相角0 發(fā)送出去。
[0016] 其中，所述低頻射頻功率的頻率范圍在400KHZ~2MHz。
[0017] 其中，所述電壓采集模塊采用電容分壓取電壓的方式采集所述射頻傳輸線上的電 壓信號。
[0018] 其中，所述電流采集模塊采用電感耦合線圈取電流的方式采集所述射頻傳輸線上 的電流信號。
[0019] 本發(fā)明還提供一種阻抗匹配裝置，包括射頻傳感器，所述射頻傳感器采用本發(fā)明 提供的上述射頻傳感器。
[0020] 其中，還包括控制器、執(zhí)行機構和匹配網絡，其中所述射頻傳感器用于判定所述低 頻射頻功率是否存在，若存在，則計算輸出所述低頻射頻功率的射頻電源的負載阻抗的模 值和相角，并將該模值和相角發(fā)送至所述控制器；若不存在，則向所述控制器發(fā)送不匹配 指令；所述控制器根據所述射頻傳感器發(fā)送的模值和相角進行匹配控制算法以獲得所述執(zhí) 行機構的調整量，并根據該調整量控制所述執(zhí)行機構對所述匹配網絡中的可變元件進行調 整，以調整所述射頻電源的負載阻抗；所述控制器根據所述射頻傳感器發(fā)送的不匹配指令 控制所述執(zhí)行機構對所述匹配網路中的可變元件調整至預設初始位置。
[0021] 其中，所述低頻射頻功率的頻率范圍在400KHz~2MHz。
[0022] 本發(fā)明具有下述有益效果：
[0023] 本發(fā)明提供的射頻傳感器，其根據數字信號和零射頻功率時傳感 器的靜態(tài)數字信號心(0)、MO)、A2(0)計算差分信號|AA」、|AA」和|AA2|值， 其中，A〇=0. 2kuki? |V| |I| ?cos0 +A〇(0)A~0?lkuki? |V|