阻抗匹配裝置的製作方法

2023-05-13 18:19:31 1

專利名稱：阻抗匹配裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種阻抗匹配裝置，更具體的，涉及一種雙頻阻抗匹配裝置。
背景技術：
傳統上，電容耦合等離子體設備已用於半導體製造工藝或平板顯示器製造工藝。通過將具有不同頻率的射頻(RF)功率連接到電極可提高等離子體工藝的特性。雙頻阻抗匹配裝置向等離子體負載提供具有兩個不同頻率的RF功率。

發明內容
本發明的實施例提供一種雙頻阻抗匹配裝置，該雙頻阻抗匹配裝置可提供沒有幹擾的寬匹配範圍。
在本發明的一方面中提供用於與等離子體負載進行阻抗匹配的阻抗匹配裝置。所述阻抗匹配裝置可包括第一頻率阻抗匹配電路單元和第二頻率阻抗匹配電路單元。所述第一頻率阻抗匹配電路單元工作在第一頻率，設置為向等離子體負載傳送第一頻率RF功率源單元的輸出；第二頻率阻抗匹配電路單元工作在高於所述第一頻率的第二頻率，設置為向等離子體負載傳送第二頻率RF功率源單元的輸出。所述第一頻率阻抗匹配電路單元包括T型匹配電路，並且所述第二頻率阻抗匹配電路單元包括標準L型匹配電路或n型匹配電路。在本發明的實施例中，所述T型匹配電路可包括第一可變電容器、第二可變電容器和第一電感器。所述第一可變電容器連接至接收所述第一頻率RF功率源單元的功率的輸入端Nun ;所述第二可變電容器一端連接至所述第一可變電容器，且另一端連接至輸出所述第一頻率RF功率源單元的功率的輸出端Num ;所述第一電感器一端連接至所述第一可變電容器和所述第二可變電容器的連接端，且另一端接地。在本發明的實施例中，第一頻率可以為0. I"14MHz中的一個頻率，以及第二頻率可以為1(T200MHz中的一個頻率。在本發明的實施例中，所述第一頻率阻抗匹配電路單元可進一步包括第一頻率輸出濾波單元，該第一頻率輸出濾波單元布置在所述T型匹配電路和所述等離子體負載之間。所述第一頻率輸出濾波單元可包括固定電容器，所述固定電容器的一端連接至T型阻抗匹配電路的輸出端，且另一端連接至等離子體負載；以及並聯連接至所述固定電容器的電感器。所述第一頻率輸出濾波單元可以是通過LC諧振阻斷第二頻率分量的帶阻濾波器。在本發明的實施例中，在所述第二頻率處，所述第一頻率輸出濾波器可具有-1000歐姆或更低的電抗。在本發明的實施例中，所述T型匹配電路可進一步包括第二電感器，所述第二電感器耦合於所述連接端和所述第二可變電容器之間。在本發明的實施例中，所述T型匹配電路可進一步包括固定電容器，所述固定電容器一端連接至輸出端n_t，且另一端接地。
在本發明的實施例中，阻抗匹配裝置可進一步包括第一頻率輸入濾波單元，所述第一頻率輸入濾波單元布置在所述第一頻率阻抗匹配電路單元和所述第一頻率RF功率源單元之間。所述第一頻率輸入濾波單元可包括電感器，其布置在所述第一頻率RF功率源單元的輸出端和所述T型匹配電路的輸入端之間；第一固定電容器，其一端連接至所述第一頻率RF功率源單元的輸出端，且另一端接地；以及第二固定電容器，其一端連接至所述第二 T型匹配電路的所述輸入端，且 另一端接地。在本發明的實施例中，所述標準L型匹配電路可包括第一可變電容器，其耦合於接收所述第二頻率RF功率源單元的功率的輸入端Nhin和地之間；以及第二可變電容器，其具有一端連接至所述輸入端Nhin,且另一端連接至傳送所述第二頻率RF功率源單元的所述功率的輸出端Nhott。在本發明的實施例中，所述第二頻率阻抗匹配電路單元可進一步包括第二頻率輸出濾波單元，所述第二頻率輸出濾波單元布置在所述標準L型匹配電路和所述等離子體負載之間。所述第二頻率輸出濾波單元可包括固定電容器，所述固定電容器布置在所述標準L型匹配電路的輸出端和所述等離子體負載之間。所述第二頻率輸出濾波單元可以是使所述第二頻率分量通過的高通濾波器，並且在所述第一頻率處，所述第二頻率輸出濾波單元的阻抗絕對值可以為1000歐姆或更大。在本發明的實施例中，所述第二頻率匹配電路單元可進一步包括第二頻率輸入濾波單元，所述第二頻率輸入濾波單元布置在所述標準L型匹配電路的輸入端和所述第二頻率RF功率源單元的輸出端之間。所述第二頻率輸入濾波單元可包括第一電容器，其一端連接至所述第二頻率RF功率源單元的輸出端；第二電容器，其一端連接至所述第二頻率匹配電路單元的輸入端，且另一端連接至所述第一電容器的另一端；以及電感器，其一端連接至所述第一電容器和所述第二電容器的連接端N9，且另一端接地。在本發明的實施例中，所述標準L型匹配電路可進一步包括電感器，所述電感器串聯連接至所述第二可變電容器，並且所述電感器一端連接至所述輸入端。在本發明的實施例中，所述標準L型匹配電路可進一步包括電感器，所述電感器串聯連接至所述第一可變電容器，並且所述電感器一端接地。


結合附圖和與之相隨的詳細說明將更加直觀地了解本發明。本發明描述的實施例以示例而非限制形式提供，其中相同的附圖標記指代同一或類似部件。附圖並非用於度量，相反，重點在於對本發明方面進行說明。圖I至圖3分別表示標準L型匹配電路、該標準L型匹配電路的史密斯圓圖以及該匹配電路的等效電路圖。圖4和圖5分別表示反向L型匹配電路和該反向L型匹配電路的史密斯圓圖。圖6和圖7分別表示T型匹配電路和該T型匹配電路的史密斯圓圖。圖8和圖9分別表示標準L型匹配電路和該標準L型匹配電路的史密斯圓圖。圖10和圖11分別表示n型匹配電路和該n型匹配電路的史密斯圓圖。圖12表示根據本發明實施例的阻抗匹配裝置。圖13至圖15分別表示根據本發明其它實施例的T型匹配電路。
圖16和圖17分別示出根據本發明實施例的第一頻率輸出濾波器的阻抗的絕對值和相位。圖18至圖20表示根據本發明其它實施例的標準L型匹配電路。圖21至圖24表示圖12中阻抗匹配電路的散射矩陣(S)參數的特性。圖25表示根據本發明另一實施例的n型匹配電路。
具體實施例方式下面將參考附圖更全面地對本發明進行描述。其中，附圖示出本發明的優選實施例。然而，本發明在此可以多種不同的形式展現。當然，提供這些實施例將使本發明更加詳盡和完整，並且將充分地向本領域技術人員傳達本發明的範圍。在附圖中，相同的數字指代同一附圖標記。 圖I至圖3分別表示標準L型匹配電路、該標準L型匹配電路的史密斯圓圖以及該匹配電路的等效電路圖。根據圖I和圖2，第一可變電容器(Cl) 11耦合於輸入端Nin和地之間。第二可變電容器(C2)13串聯耦合於輸入端Nin和輸出端Ntm之間。電感器13的電感可以為IOii H。當向輸入端Nin提供的頻率為2MHz時，電感器13的電感為Iu H，第一可變電容器11的電容為100-1000pF，且第二可變電容器12的電容為50-500pF，史密斯圓圖中的「A」區域表示能夠滿足電路的匹配條件的負載阻抗範圍。因此，在頻率為2MHz處，第一可變電容器11和第二可變電容器12的電容在關於任何負載均可實現阻抗匹配方面受限制。通常，標準L型匹配電路由於其容易控制而被經常使用。當負載阻抗的實部為50歐姆或更大時，標準L型匹配電路不能提供阻抗匹配。根據圖3，針對任何負載(Zfr+jx)，存在兩個滿足匹配的解，串聯連接元件的電抗Xs和並聯連接元件的電抗Xp由以下等式(I)給出等式(I)Xs =+/-'//'(Zk -廠)—X(兩種符號不分先後順序)另一個解Xp由以下等式(2)給出等式(2)JL p = —/H—,j =F
VlzO-rJ其中，Z0表示傳輸線特性阻抗。由於平方根中的數值必須為正數，因此需要滿足條件KZ。。但是，由於實際等離子體負載的實部電阻可能超過50歐姆，因此標準L型匹配電路可應用於實際等離子體負載的實部電阻超過50歐姆的情況。圖4和圖5分別表示反向L型匹配電路和該反向L型匹配電路的史密斯圓圖。根據圖4和圖5，第一可變電容器22和電感器23串聯耦合於輸入(「 IN」)端Nin和輸出(「OUT」)端Nott之間。第一可變電容器22連接至輸入端Nin，並且電感器23連接至輸出端Nott。第二可變電容器21耦合於地與第一可變電容器22和電感器23的連接端Nm之間。當向輸入端Nin提供的頻率為2MHz時，電感器23的電感為I U H，第一可變電容器22的電容為50-500pF，並且第二可變電容器21的電容為100_1000pF，史密斯圓圖中的「B」區域表示能夠實現匹配的負載阻抗範圍。實際上，可變電容器22和可變電容器21的電容有限。因此，在頻率為2MHz處，第一可變電容器11和第二可變電容器12的電容在關於任何負載均可實現阻抗匹配方面受限制。圖6和圖7分別表示T型匹配電路和該T型匹配電路的史密斯圓圖。根據圖6和圖7，第一可變電容器31和第二可變電容器33串聯耦合於輸入端Nin和輸出端Nott之間。電感器32稱合於地與第一和第二可變電容器31和33的連接端Nm之間。第一可變電容器31的一端連接至輸入端Nin，第二可變電容器33的一端連接至輸出端
Nout。
當向輸入端Nin提供的頻率為2MHz時，電感器32的電感為I U H，第一可變電容器31的電容為50-500pF，並且第二可變電容器33的電容為100_1000pF，史密斯圓圖中的「C」區域表示能夠實現所述匹配的負載阻抗範圍。因此，在頻率為2MHz處，T型匹配電路在關於任何負載均可實現阻抗匹配方面受限制。在頻率為2MHz處，T型匹配電路可獲得比標準L型匹配電路和反向L型匹配電路更寬的匹配範圍。雙頻匹配電路包括低頻區域內的低頻匹配電路和高頻區域內的高頻匹配電路。通常，由於標準L型和反向L型匹配電路控制簡易而被低頻區域內的低頻匹配電路採用。但是，如果是例如等離子體的可變負載，則標準L型或反向L型匹配電路在阻抗匹配方面受限制。在負載是等離子體的情況下，在低頻區域內，反射係數r所位於的區域主要出現在圖7中的D區域。相應地，使用相同元件，T型匹配電路可實現比標準L型匹配電路或反向L型匹配電路範圍更寬的阻抗匹配。近來的等離子體處理裝置在處理過程中改變了電極間的距離或氣體。相應地，在負載的阻抗隨時間而變化的環境下，標準L型匹配電路或反向L型匹配電路在阻抗匹配方面受限制。另一方面，當向輸入端Nin提供的頻率為60MHz時，電感器32的電感為I U H，第一可變電容器31的電容為50-500pF，並且第二可變電容器33的電容為100_1000pF，標準L型或反向L型匹配電路的史密斯圓圖(未示出)中可被掃描的區域得到擴展。相應地，在頻率為60MHz的區域中，標準L型或反向L型匹配電路可以關於可變負載執行阻抗匹配。因此，在高頻區域中使用T型匹配電路的實際價值降低。根據本發明實施例的阻抗匹配裝置包括T型匹配電路和L型匹配電路，所述T型匹配電路工作在低頻區域，所述標準L型匹配電路工作在高頻區域。圖8和圖9分別表示標準L型匹配電路和該標準L型匹配電路的史密斯圓圖。根據圖8和圖9，第一可變電容器(Cl) 11耦合於輸入端Nin和地之間。第二可變電容器(C2)12串聯耦合於輸入端Nin和輸出端Ntm之間。電感器13的電感可以為120nH。當向輸入端Nin提供的頻率為IOOMHz時，電感器32的電感為I U H，第一可變電容器11的電容為25-100pF，並且第二可變電容器33的電容為IO-IOOpF,史密斯圓圖上可被掃描的區域由E表示。實際上，這裡對第一可變電容器11和第二可變電容器33的最小電容有所限制。因此，在頻率為IOOMHz處，標準L型匹配電路在關於任何負載均可執行阻抗匹配方面受限制。當頻率為IOOMHz時，等離子體負載可布置在F區域。當等離子體負載的實部為50歐姆或更大時，標準L型匹配電路可能不執行阻抗匹配。這種情況下，等離子體負載的虛部可能為幾百歐姆。通常，可獲得的真空可變電容器的最大電容約為10pF。但是，當等離子體負載的虛部為幾百歐姆時，第二可變電容器12的電容必須足夠低以執行阻抗匹配。因此，在這種情況下，標準L型匹配電路在匹配方面可 能受限制。下面將描述n型匹配電路，當等離子體負載的虛部為50歐姆或更大時，該n型匹配電路能夠執行阻抗匹配。圖10和圖Ii分別表示n型匹配電路和該n型匹配電路的史密斯圓圖。根據圖10和圖11,第一可變電容器(Cl) 41 f禹合於輸入端Nin和地之間。電感器43稱合於輸入端Nin和輸出端Nqut之間。第二可變電容器(C2)42的一端連接至輸出端Nqut,並且其另一端接地。當向輸入端Nin提供的頻率為IOOMHz時，電感器43的電感為120nH，第一可變電容器41的電容為25-100pF，並且第二可變電容器42的電容為10_100pF，史密斯圓圖中可被掃描的區域由G表示。當頻率為IOOMHz時，等離子體負載可布置在H區域中。相應地，當等離子體負載的實部為50歐姆或更大且其虛部為幾百歐姆時，在高頻區域中，n型匹配電路可執行比標準L型匹配電路更有效的阻抗匹配。圖12表示根據本發明實施例的阻抗匹配裝置100。根據圖12，阻抗匹配裝置100與等離子體負載\進行阻抗匹配。阻抗匹配裝置100包括第一頻率阻抗匹配電路單元181，其工作在第一頻率處，將第一頻率RF功率源單元112的輸出傳送至等離子體負載A ;以及第二頻率阻抗匹配電路單元183，其工作在高於第一頻率的第二頻率處，將第二頻率RF功率源單元114的輸出傳送至等離子體負載4。第一頻率阻抗匹配電路單元181包括T型匹配電路130。第二頻率阻抗匹配電路單元183包括標準L型匹配電路160。第一頻率可以是0. 1-14MHZ中的一個頻率，而第二頻率可以是10-200MHz中的一個頻率。T型匹配電路130包括第一可變電容器(Cl)131，其連接至接收第一頻率RF功率源單元112的功率的輸入端Nun ;第二可變電容器(C2) 133，其一端直接連接至第一可變電容器131，且另一端輸出第一頻率RF功率源單元112的功率；以及第一電感器132，其一端連接至第一可變電容器131和第二可變電容器133的連接端N5，且另一端接地。第一可變電容器131和第二可變電容器133的電容隨等離子體負載Zl而變化，使得入射功率最大化地傳送至等離子體負載4。等離子體負載&可包括用於產生等離子體的電極或觸點(antenna)。第一可變電容器131和第二可變電容器133可進一步包括串聯連接的固定電容器以改變電容。第一可變電容器131和第二可變電容器133可機械地連接至驅動馬達。因此，第一可變電容器131和第二可變電容器133的電容可通過驅動馬達的轉動來控制。真空容器192可包括第一電極194和與第一電極194間隔開的第二電極196。基底可布置在第二電極196上。第一頻率阻抗匹配電路單元181和第二頻率阻抗匹配電路單元183的輸出在結合端NI處合併後可提供給第二電極196。因此，第二電極196可產生等離子體。第一頻率RF功率源單元112可調整入射到基底198上的離子能量，並且第二頻率RF功率源單元114可控制等離子體的密度。真空容器192可用於執行蝕刻工藝、沉積工藝或表面處理工藝。阻抗匹配裝置100可連接至第二電極196。圖13至15表示根據本發明其它實施例的T型匹配電路。根據圖13，T型匹配電路130可包括第一可變電容器131、第二可變電容器133、第一電感器132以及第二電感器134。第一可變電容器131的一端連接至接收第一頻率RF功率源單元112的功率的輸入端Nun。第一電感器132的一端連接至第一可變電容器131的另一端，而第一電感器132的另一端接地。第二電感器134的一端連接至第一電感器132和第一可變電容器131的連接端N5。第二可變電容器133的一端連接至第二電感器134的另一端，而第二可變電容器133的另一端連接至輸出端隊_。第二電感器134和第二可變 電容器133的位置可互換。根據圖14，T型匹配電路130可包括第一可變電容器131、第二可變電容器133、第一電感器132以及固定電容器135。第一可變電容器131的一端連接至接收第一頻率RF功率源單元112的功率的輸入端Nun。第一電感器132的一端連接至第一可變電容器131的另一端，而第一電感器132的另一端接地。第二可變電容器133的一端連接至第一電感器132和第一可變電容器131的連接端N5。第二可變電容器133的另一端連接至輸出端Nujut。固定電容器135的一端連接至輸出端Num。根據圖15，T型匹配電路130可包括第一可變電容器131、第二可變電容器133、第一電感器132、第二電感器134以及固定電容器135。第一可變電容器131的一端連接至接收第一頻率RF功率源單元112的功率的輸入端Nun。第一電感器132的一端連接至第一可變電容器131的另一端，而第一電感器132的另一端接地。第二電感器134的一端連接至第一電感器132和第一可變電容器131的連接端N5。第二可變電容器133的一端連接至第二電感器134的另一端，而第二可變電容器133的另一端連接至輸出端Nujut。固定電容器135的一端連接至輸出端Num，而固定電容器135的另一端接地。第二電感器134和第二可變電容器133的位置可互換。返回圖12，第一頻率阻抗匹配電路單元181可包括第一頻率輸出濾波單元140，所述第一頻率輸出濾波單元140布置在T型匹配電路130和結合端NI之間。第一頻率輸出濾波單元130可消除由第一頻率分量和第二頻率分量產生的諧波和互調。雙頻匹配電路的任務是在低頻的第一頻率區域中容易執行阻抗匹配。雙頻匹配電路的另一任務是將第一頻率和第二頻率的幹擾降至最小。相應地，第一頻率輸出濾波單元140可將幹擾降至最小。相應地，當第一頻率輸出濾波單元140布置在第一 T型匹配電路130內部或第二頻率輸出濾波單元170布置在標準L型匹配電路160內部時，第一頻率阻抗匹配電路單元181和第二頻率阻抗匹配電路單元183可能互相干擾。更具體地，T型匹配電路130可受到標準L型匹配電路160的可變電容器Cl和C2的電容的影響。反過來，標準L型匹配電路160可受到T型匹配電路130的可變電容器Cl和C2的電容的影響。第一頻率輸出濾波單元140必須布置在T型匹配電路130和結合端NI之間，以消除第一頻率阻抗匹配電路單元181和第二頻率阻抗匹配電路單元183的幹擾。此外，第二頻率輸出濾波單元170必須布置在標準L型匹配電路160和結合端NI之間。第一頻率輸出濾波單元140可包括固定電容器142和並聯連接至固定電容器142的反相器141。固定電容器142的一端連接至T型匹配電路的輸出端Nmit，而固定電容器142的另一端連接至結合端NI。第一頻率輸出濾波單元140可以是通過LC諧振阻斷第二頻率分量f2的帶阻濾波器。就第二頻率而言，離子體負載&和第一頻率阻抗匹配電路單元181並聯連接至第二頻率阻抗匹配電路單元183的輸出端NI。通常，離子體負載&的電抗可具有從-100歐姆至+100歐姆變化的值。相應地，第一頻率阻抗匹配電路單元181優選地包括具有比離子體負載A至少大十倍阻抗的第一頻率輸出濾波單元140。由於這個原因，第二頻率RF功率源單元114的功率可主要傳送至等離子體負載\以被消耗。第一頻率輸出濾波單元140的阻抗Za的絕對值可設置為具有1000歐姆或更大。 為實現這一點，第一頻率輸出濾波單元140可包括使用LC諧振的帶阻濾波器。由於T型匹配電路130中第二可變電容器133的電抗是負的，可優選地將第一頻率輸出濾波單元140的阻抗設計為負的。相應地，T型匹配電路130中第二可變電容器133的電抗和第一頻率輸出濾波單元140的阻抗可相加以增加相加後的阻抗絕對值。就第二頻率而言，由於相加後的阻抗絕對值增加，第二頻率RF功率源單元的功率主要提供給等離子體負載\以被消耗。根據本發明的改進實施例，第一頻率輸出濾波單元140可使用電感器141和寄生在電感器141上的寄生電容器來實現。圖16和圖17分別示出根據本發明實施例的第一頻率輸出濾波器的阻抗的絕對值和相位。根據圖16和圖17，在第二頻率f2為60MHz處，第一頻率輸出濾波單元140的阻抗絕對值具有5. 7千歐(KQ )。在第二頻率f2為60MHz處，阻抗的相位角為-75. 5度。第一頻率可以為2MHz。返回圖12，第一頻率阻抗匹配電路單元181可以包括第一頻率輸入濾波單元120，所述第一頻率輸入濾波單元120布置在T型匹配電路130和第一頻率RF功率源單元112之間。第一頻率輸入濾波單元120可以是低通濾波器。第一頻率輸入濾波單元120可包括電感器122，其布置在第一頻率RF功率源單元112的輸出端N2和T型匹配電路130的輸入端Nun之間；第一固定電容器121，其一端連接至第一頻率RF功率源單元112的輸出端N2，且另一端接地；以及第二固定電容器123，其一端連接至T型匹配電路130的輸入端Nun，且其另一端接地。第一頻率輸入濾波單元120可以是低通濾波器，該低通濾波器在阻斷第二頻率分量和第一頻率分量的諧波分量的同時使第一頻率分量通過。根據本發明的改進實施例，第一頻率輸入濾波單元120可包括帶通濾波器，所述帶通濾波器使第一頻率分量通過。返回圖6，第二頻率阻抗匹配電路單元183可包括標準L型匹配電路160。標準L型匹配電路160可包括第一可變電容器161，其耦合於接收第二頻率RF功率源單元114的功率的輸入端Nhin和地之間；以及第二可變電容器162，其一端連接至輸入端Nhin，且另一端連接至傳送第二頻率RF功率源單元114的功率的輸出端NmuT。第一可變電容器161或第二可變電容器162可包括輔助固定電容器。第一可變電容器161、第二可變電容器162以及輔助固定電容器可串聯或並聯地聯結。圖18至圖20表示根據本發明其它實施例的標準L型匹配電路160。根據圖18，標準L型匹配電路160可包括第一可變電容器161、第二可變電容器162以及第一電感器164。第一可變電容器161的一端可連接至接收第二頻率RF功率源單兀114的功率的輸入端Nhin,而第一可變電容器161的另一端可接地。第一電感器164的一端可連接至輸入端Nhin。第二可變電容器162的一端可連接至第一電感器164的另一端，而第二可變電容器162的另一端可連接至傳送第二頻率RF功率源單元114的功率的輸出端Nhout。根據圖19，標準L型匹配電路160可包括第一可變電容器161、第二可變電容器 162以及第一電感器163。第一可變電容器161的一端可連接至接收第二頻率RF功率源單兀114的功率的輸入端Nhin。第一電感器163的一端可連接至第一可變電容器161的另一端，而第一電感器163的另一端可接地。第二可變電容器162的一端可連接至輸入端Nhin,而第二可變電容器162的另一端可連接至傳送第二頻率RF功率源單元114的功率的輸出
立而Nhout。根據圖20，標準L型匹配電路160可包括第一可變電容器161、第二可變電容器162、第一電感器163以及第二電感器164。第一可變電容器161的一端可連接至接收第二頻率RF功率源單元114的功率的輸入端乂 。第一電感器163的一端可連接至第一可變電容器161的另一端，而第一電感器163的另一端可接地。第二電感器164的一端可連接至輸入端Nhin。第二可變電容器162的一端可連接至輸入端Nhin。第二可變電容器162的一端可連接至第二電感器164的另一端，第二可變電容器162的另一端可連接至傳送第二頻率RF功率源單元114的功率的輸出端Nhqut。返回圖12，第二頻率阻抗匹配電路單元183可包括第二頻率輸出濾波單元170，所述第二頻率輸出濾波單元170布置在標準L型匹配電路160和結合端NI之間。第二頻率輸出濾波單元170可包括固定電容器171。固定電容器171可耦合於標準L型匹配電路160的輸出端Nhqut和結合端NI之間。第二頻率輸出濾波單元170可以是使第二頻率分量通過的高通濾波器。在第一頻率處，第二頻率輸出濾波單元170的阻抗絕對值可以為1000歐姆或更大。就第一頻率而言，等離子體負載&和第二頻率阻抗匹配電路單元183並聯連接至第一頻率阻抗匹配電路單元181的輸出端NI。通常，等離子體負載的電抗可具有從-100歐姆至+100歐姆變化的值。相應地，第二頻率阻抗匹配電路單元183優選地包括具有比離子體負載A至少大十倍阻抗的第二頻率輸出濾波單元170。由於這個原因，第二頻率RF功率源單元114的功率可主要傳送至等離子體負載\以被消耗。在沒有第二頻率輸出濾波單元170的情況下，當第二頻率阻抗匹配電路單元183改變可變電容器Cl和C2以匹配阻抗時，第二頻率阻抗匹配電路單元183的阻抗可改變。在這種情況下，就第一頻率而言，等離子體負載4和第二頻率阻抗匹配電路單元183並聯連接至第一頻率阻抗匹配電路單元181的輸出端NI。等離子體負載ZJ逭時間而改變，並且第二頻率阻抗匹配電路單元183的阻抗也隨時間而改變。相應地，由於第一頻率阻抗匹配電路單元181可受到影響，第二頻率輸出濾波單元170是必需的，以允許第二頻率阻抗匹配電路單元183和第一頻率阻抗匹配電路單元181獨立工作。因為同樣的原因，第一頻率輸出濾波單元140是必需的。返回圖12，第二頻率阻抗匹配電路單元183可包括第二頻率輸入濾波單元150，所述第二頻率輸入濾波單元150布置在標準L型匹配電路160和第二頻率RF功率源單元114之間。第二頻率輸入濾波單元150可包括第一電容器151，其一端連接至第二頻率RF功率源單元114的輸出端N8 ;第二電容器153，其一端連接至第二頻率匹配電路單元160的輸入端Nhin，且另一端連接至第一電容器151的另一端；以及電感器152，其一端連接至第一電容器151和第二電容器153的連接端N9，且另一端接地。第二頻率輸入濾波單元150可以是使第二頻率分量通過而阻斷第一頻率分量和第一頻率分量的諧波分量的高通濾波器。、
根據改進的實施例，第二頻率輸入濾波單元150可包括使第二頻率分量通過的帶通濾波器。圖21至圖24表示圖12中阻抗匹配電路的散射矩陣(S)參數的特性。根據圖21至圖24，在將等離子體負載&、第一頻率輸入濾波單元120以及第二頻率輸入濾波單元150移除的狀態下對散射矩陣進行測量。第一埠為第一頻率RF功率源單元112的一側，而第二埠為第二頻率RF功率源單元114的一側。在圖中，Sll對應於從第一埠看時的反射係數，S22對應於從第二埠看時的反射係數，S21是從第二埠向第一埠傳遞的傳遞係數，而S 12是從第一埠向第二埠傳遞的傳遞係數。這裡將描述第一頻率為2MHz並且第二頻率為60MHz的情況。在頻率為2MHz處，Sll基本為O。在頻率為2MHz處，S21為-74. 8dB。在頻率為60MHz處，S22基本為O。在頻率為60MHz處，S12為-31. 5dB。相應地，可以理解為第一頻率阻抗匹配電路單元181和第二頻率阻抗匹配電路單元183互相不幹擾。圖25表示根據本發明另一個實施例的n型匹配電路190。根據圖25，H型匹配電路190可包括第一可變電容器191，其耦合於接收第二頻率RF功率源單元的功率的輸入端Nhin和地之間；電感器193，其一端連接至輸入端Nhin,且另一端連接至傳送第二頻率RF功率源單元的功率的輸出端Nhqut ;以及第二可變電容器192，其一端連接至電感器193的另一端，且另一端接地。根據圖25、10、11，第二頻率可以為60MHz或更大。等離子體負載的實部可以為50歐姆或更大。等離子體負載的虛部可以為幾百歐姆。如上所述，根據本發明的實施例，阻抗匹配裝置在低頻區域使用T型匹配電路以擴展該低頻區域的匹配範圍。此外，在高頻區域使用容易控制的傳統標準L型匹配電路以實現低頻區域和高頻區域的最佳雙頻阻抗匹配。並且，低頻匹配電路和高頻匹配電路各自使用輸出濾波器將其幹擾減至最小。雖然本發明是通過結合附圖所示出的本發明實施例進行描述的，但本發明不僅限於此。本領域的技術人員應當明了，在不背離本發明的範圍和精神的情況下，可進行多種替換、變型以及變化。
權利要求
1.一種用於與等離子體負載進行阻抗匹配的阻抗匹配裝置，包括 第一頻率阻抗匹配電路單元，其工作在第一頻率，設置為向所述等離子體負載傳送第一頻率RF功率源單元的輸出；以及 第二頻率阻抗匹配電路單元，其工作在高於所述第一頻率的第二頻率，設置為向所述等離子體負載傳送第二頻率RF功率源單元的輸出， 其中，所述第一頻率阻抗匹配電路單元包括T型匹配電路，並且所述第二頻率阻抗匹配電路單元包括標準L型匹配電路或n型匹配電路。
2.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，其中，所述T型匹配電路包括 第一可變電容器，其連接至接收所述第一頻率RF功率源單元的功率的輸入端Nlin ； 第二可變電容器，其一端連接至所述第一可變電容器，且另一端連接至輸出所述第一頻率RF功率源單元的功率的輸出端N_t，以及 第一電感器，其一端連接至將所述第一可變電容器和所述第二可變電容器連接的連接端，且其另一端接地。
3.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，其中，所述第一頻率為0.f 14MHz中的一個頻率，且所述第二頻率為1(T200MHz中的一個頻率。
4.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，其中，所述第一頻率阻抗匹配電路單元進一步包括第一頻率輸出濾波單元，該第一頻率輸出濾波單元布置在所述T型匹配電路和所述等離子體負載之間， 其中，所述第一頻率輸出濾波單元包括 固定電容器，其一端連接至所述T型匹配電路的輸出端，且其另一端連接至所述等離子體負載；以及 電感器，其並聯連接至所述固定電容器；並且 其中，所述第一頻率輸出濾波單元是通過LC諧振阻斷第二頻率分量的帶通濾波器。
5.如權利要求4所述的阻抗匹配裝置，其中，在所述第二頻率處，所述第一頻率輸出濾波單元具有-1000歐姆或更低的電抗。
6.如權利要求2所述的阻抗匹配裝置，其中，所述T型匹配電路進一步包括第二電感器，該第二電感器耦合於所述連接端和所述第二可變電容器之間。
7.如權利要求2所述的阻抗匹配裝置，其中，所述T型匹配電路進一步包括固定電容器，所述固定電容器一端連接至所述輸出端Num，且另一端接地。
8.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，進一步包括 第一頻率輸入濾波單元，其布置在所述第一頻率阻抗匹配電路單元和所述第一頻率RF功率源單元之間， 其中，所述第一頻率輸入濾波單元包括 電感器，其布置在所述第一頻率RF功率源單元的輸出端和所述T型匹配電路的所述輸入端之間； 第一固定電容器，其一端連接至所述第一頻率RF功率源單元的輸出端，且其另一端接地；以及 第二固定電容器，其一端連接至所述第二 T型匹配電路的所述輸入端，且其另一端接地。
9.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，其中，所述標準L型匹配電路包括 第一可變電容器，其耦合於接收所述第二頻率RF功率源單元的功率的輸入端Nhin和地之間；以及 第二可變電容器，其一端連接至所述輸入端Nhin,且其另一端連接至傳送所述第二頻率RF功率源單元的所述功率的輸出端Nhott。
10.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，其中，所述第二頻率阻抗匹配電路單元可進一步包括第二頻率輸出濾波單元，所述第二頻率輸出濾波單元布置在所述標準L型匹配電路和所述等離子體負載之間， 其中，所述第二頻率輸出濾波單元包括固定電容器，所述固定電容器布置在所述標準L型匹配電路的輸出端和所述等離子體負載之間，以及 其中，所述第二頻率輸出濾波單元是使所述第二頻率分量通過的高通濾波器，並且在所述第一頻率處，所述第二頻率輸出濾波單元的阻抗絕對值為1000歐姆或更大。
11.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，其中，所述第二頻率匹配電路單元進一步包括第二頻率輸入濾波單元，所述第二頻率輸入濾波單元布置在所述標準L型匹配電路的輸入端和所述第二頻率RF功率源單元的輸出端之間， 其中所述第二頻率輸入濾波單元包括 第一電容器，其一端連接至所述第二頻率RF功率源單元的所述輸出端； 第二電容器，其一端連接至所述第二頻率阻抗匹配電路單元的輸入端，且其另一端連接至所述第一電容器的另一端；以及 電感器，其一端連接至將所述第一電容器和所述第二電容器連接的連接端N9，且另一端接地。
12.如權利要求9所述的阻抗匹配裝置，其中，所述標準L型匹配電路進一步包括電感器，所述電感器串聯連接至所述第二可變電容器，並且所述電感器一端連接至所述輸入端。
13.如權利要求9所述的阻抗匹配裝置，其中，所述標準L型匹配電路進一步包括電感器，所述電感器串聯連接至所述第一可變電容器，並且所述電感器一端接地。
14.如權利要求I所述的阻抗匹配裝置，其中，所述第二頻率為60MHz或更大，以及 其中，所述n型匹配電路包括 第一可變電容器，其耦合於接收所述第二頻率RF功率源單元的功率的輸入端Nhin和地之間； 電感器，其一端連接至所述輸入端Nhin,且另一端連接至傳送所述第二頻率RF功率源單元的所述功率的輸出端Nhott ；以及 第二可變電容器，其一端連接至所述電感器的另一端，且其另一端接地。
全文摘要
本發明涉及一種阻抗匹配裝置。該阻抗匹配裝置與等離子體負載進行阻抗匹配。該阻抗匹配裝置包括第一頻率阻抗匹配電路單元，該第一頻率阻抗匹配電路單元工作在第一頻率，向等離子體負載傳送第一頻率RF功率源單元的輸出；以及第二頻率阻抗匹配電路單元，該第二頻率阻抗匹配電路單元工作在高於第一頻率的第二頻率，向等離子體負載傳送第二頻率RF功率源單元的輸出。其中，第一頻率阻抗匹配電路單元包括T型匹配電路，並且第二頻率阻抗匹配電路單元包括標準L型匹配電路或Π型匹配電路。
文檔編號H03H7/40GK102742366SQ201080062936
公開日2012年10月17日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年2月23日
發明者李容官, 李相元, 金宰顯 申請人:株式會社普來馬特