一種射頻阻抗匹配器的製作方法
2023-06-16 06:45:21
專利名稱：一種射頻阻抗匹配器的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種射頻阻抗匹配器。
背景技術：
射頻阻抗匹配器廣泛應用於半導製造技術領域，射頻電源(恆定輸出阻抗為50Ω， 頻率通常為13. 56MHZ)向等離子體腔室內提供射頻功率。通常等離子體腔室的阻抗與傳輸線的特性阻抗(半導體設備中通常為50 Ω )不相等，因此在射頻電源與等離子體腔室之間存在著嚴重的阻抗失配問題，在傳輸線上存在反射功率，影響等離子體腔室正常工作，甚至有時候會產生致命的後果。
現有技術中的解決方案是在射頻電源和等離子體腔室之間插入射頻阻抗匹配器，通過調節射頻阻抗匹配器內的可調元件來實現阻抗匹配，如圖1所示。但是，這種射頻阻抗匹配器多為手動射頻阻抗匹配器，通常需要使用者完全依靠現場經驗和現場觀測進行匹配網絡的調節，匹配時間長，並且不能及時跟蹤負載阻抗的變化，進行實時調節。發明內容
為了解決現有手動射頻阻抗匹配器的匹配時間長，不能及時跟蹤負載阻抗變化的問題，本發明提供了一種射頻阻抗匹配器，所述射頻阻抗匹配器通過傳輸線連接在射頻電源與等離子體腔室之間，所述射頻阻抗匹配器包括信號檢測模塊，用於檢測所述射頻電源的入射功率和所述傳輸線的反射功率，並輸出檢測結果；控制模塊，用於接收所述信號檢測模塊輸出的檢測結果，並按照預設的阻抗匹配控制算法進行計算， 生成控制信號，發送所述控制信號；阻抗匹配執行模塊，用於接收所述控制模塊發送的控制信號，並根據所述控制信號調整阻抗匹配網絡，實現所述等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。
所述信號檢測模塊包括入射功率檢測單元和反射功率檢測單元；所述入射功率檢測單元用於檢測所述射頻電源的入射功率的幅值與相位信息，並將檢測到的幅值與相位信息作為檢測結果輸出；所述反射功率檢測單元用於檢測所述傳輸線的反射功率的幅值與相位信息，並將檢測到的幅值與相位信息作為檢測結果輸出。
所述控制模塊包括控制單元、驅動單元和定位單元；所述控制單元用於接收所述入射功率檢測單元和反射功率檢測單元輸出的幅值與相位信息，並根據所述入射功率檢測單元和反射功率檢測單元輸出的幅值與相位信息，按照預設的阻抗匹配控制算法進行計算，生成驅動控制信號，發送所述驅動控制信號；所述驅動單元用於接收所述控制單元發送的驅動控制信號，並根據所述驅動控制信號生成電機驅動信號，發送所述電機驅動信號；所述定位單元用於獲取所述阻抗匹配網絡的電容值。
所述阻抗匹配執行模塊包括傳動單元和阻抗匹配網絡；所述傳動單元用於接收所述驅動單元發送的電機驅動信號，並根據所述電機驅動信號調整所述阻抗匹配網絡，實現所述等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。
所述傳動單元包括第一直流電機和第二直流電機；所述阻抗匹配網絡包括第一可 調電容、第二可調電容和可調電感；所述第一直流電機的輸出軸通過傳動齒輪與所述第一 可調電容的調節軸連接；所述第二直流電機的輸出軸通過傳動齒輪與所述第二可調電容的 調節軸連接；所述第二可調電容與可調電感串聯之後，再與所述第一可調電容並聯。
所述定位單元包括第一可調電位器和第二可調電位器，所述第一可調電位器和第 二可調電位器的調節軸通過傳動齒輪分別與所述第一可調電容和第二可調電容的調節軸 連接。
所述第一可調電容和第二可調電容分別為可變真空電容。
所述第一可調電容的容值範圍為O 1000 pF，所述第二可調電容的容值範圍為 O 500 pFo
本發明提供的射頻阻抗匹配器可以實時跟蹤等離子體腔室阻抗變化，並自動調節 阻抗匹配網絡實現快速、準確地自動阻抗匹配。
圖1是現有技術使用手動阻抗匹配器實現射頻電源和等離子體腔室間阻抗匹配 的原理不意圖；圖2是本發明實施例提供的射頻阻抗匹配器的工作原理示意圖；圖3是本發明實施例提供的射頻阻抗匹配器的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明技術方案作進一步描述。
本發明實施例中，射頻阻抗匹配器通過傳輸線連接在射頻電源與等離子體腔室之 間。如圖2所示，射頻阻抗匹配器包括信號檢測模塊、控制模塊和阻抗匹配執行模塊。其 中信號檢測模塊，用於檢測射頻電源的入射功率和傳輸線的反射功率，並輸出檢測結果。 進一步地，信號檢測模塊包括入射功率檢測單元和反射功率檢測單元；入射功率檢測單元 用於檢測射頻電源的入射功率的幅值與相位信息，並將檢測到的幅值與相位信息作為檢測 結果輸出；反射功率檢測單元用於檢測傳輸線的反射功率的幅值與相位信息，並將檢測到 的幅值與相位信息作為檢測結果輸出。
控制模塊，用於接收信號檢測模塊輸出的檢測結果，並按照預設的阻抗匹配控制 算法進行計算，生成控制信號，發送控制信號。進一步地，控制模塊包括控制單元、驅動單元 和定位單元；控制單元用於接收入射功率檢測單元和反射功率檢測單元輸出的幅值與相位 信息，並根據入射功率檢測單元和反射功率檢測單元輸出的幅值與相位信息，按照預設的 阻抗匹配控制算法進行計算，生成驅動控制信號，並發送驅動控制信號；驅動單元用於接收 控制單元發送的驅動控制信號，並根據驅動控制信號生成電機驅動信號，發送電機驅動信 號；定位單元用於獲取阻抗匹配網絡的電容值。在實際應用中，驅動單元將接收的驅動控制 信號，通過H橋開關電路生成電機驅動信號，以便控制用於改變可調電容大小的電機的轉 速及方向。
阻抗匹配執行模塊，用於接收控制模塊發送的控制信號，並根據控制信號調整阻 抗匹配網絡，實現等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。進一步地，阻抗匹配執行模塊包括傳 動單元和阻抗匹配網絡；傳動單元用於接收驅動單元發送的電機驅動信號，並根據電機驅 動信號調整阻抗匹配網絡，實現等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。在具體生產實踐中，傳 動單元包括第一直流電機Ml和第二直流電機M2，阻抗匹配網絡包括第一可調電容Cl、第二 可調電容C2和可調電感L，如圖3所示；第一直流電機Ml的輸出軸通過傳動齒輪與第一可 調電容Cl的調節軸連接，第二直流電機M2的輸出軸通過傳動齒輪與第二可調電容C2的調 節軸連接，第一直流電機Ml和第二直流電機M2分別接收來自驅動單元的電機驅動信號，調 節第一可調電容Cl和第二可調電容C2的調節軸的轉動角度大小，從而實現電容值的改變； 第二可調電容C2與可調電感L串聯之後，再與第一可調電容Cl並聯，第一可調電容Cl接 地；優選地，第一可調電容Cl和第二可調電容C2分別為可變真空電容，第一可調電容Cl的 容值範圍為O 1000 pF，第二可調電容C2的容值範圍為O 500 pF。射頻電源的輸出端 分別與第一可調電容Cl和可調電感L的輸入端連接。
進一步地，定位單元包括第一可調電位器和第二可調電位器，第一可調電位器和 第二可調電位器的調節軸通過傳動齒輪分別與第一可調電容和第二可調電容的調節軸連 接。在實際應用中，第一可調電位器和第二可調電位器將分別來自第一直流電機Ml和第二 直流電機M2的電壓信號反饋給控制單元，控制單元根據電壓值按照預先制定的可變真空 電容容值變化表，獲取當前阻抗匹配網絡的電容值，根據已知的阻抗公式(感抗公式、容抗 公式)計算出當前阻抗匹配網絡的可變真空電容的阻抗值。
採用本實施例提供的射頻阻抗匹配器實現自動阻抗匹配的過程如下射頻電源開 始向等離子體腔室提供射頻功率，信號檢測模塊的入射功率檢測單元和反射功率檢測單元 獲取當前的入射功率和反射功率的幅值與相位信息，並把這些信息發送至控制模塊的控制 單元，與此同時定位單元的兩個可調電位器將反饋電壓信號發送給控制單元，控制單元根 據電壓值按照預先制定的可變真空電容容值變化表獲取當前阻抗匹配網絡的電容容值，根 據已知的公式計算出當前阻抗匹配網絡的可變真空電容的阻抗值；控制單元根據當前的入 射功率和反射功率的幅值與相位信息以及當前的可變真空電容的阻抗值，按照預先制定的 阻抗匹配算法，生成驅動控制信號給驅動單元，驅動單元根據控制單元發送的驅動控制信 號，生成直流電機的電機驅動信號控制直流電機的轉速及方向，直流電機根據電機驅動信 號帶動可變真空電容轉動，調節可變真空電容的容值，直至反射功率降至零為止。本發明實 施例提供的射頻阻抗匹配器可以實時跟蹤等離子體腔室阻抗變化，並自動調節阻抗匹配網 絡實現快速、準確地自動阻抗匹配。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護範圍之內。
權利要求
1.一種射頻阻抗匹配器，所述射頻阻抗匹配器通過傳輸線連接在射頻電源與等離子體腔室之間，其特徵在於，所述射頻阻抗匹配器包括 信號檢測模塊，用於檢測所述射頻電源的入射功率和所述傳輸線的反射功率，並輸出檢測結果； 控制模塊，用於接收所述信號檢測模塊輸出的檢測結果，並按照預設的阻抗匹配控制算法進行計算，生成控制信號，發送所述控制信號； 阻抗匹配執行模塊，用於接收所述控制模塊發送的控制信號，並根據所述控制信號調整阻抗匹配網絡，實現所述等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。
2.根據權利要求1所述的射頻阻抗匹配器，其特徵在於，所述信號檢測模塊包括入射功率檢測單元和反射功率檢測單元；所述入射功率檢測單元用於檢測所述射頻電源的入射功率的幅值與相位信息，並將檢測到的幅值與相位信息作為檢測結果輸出；所述反射功率檢測單元用於檢測所述傳輸線的反射功率的幅值與相位信息，並將檢測到的幅值與相位信息作為檢測結果輸出。
3.根據權利要求2所述的射頻阻抗匹配器，其特徵在於，所述控制模塊包括控制單元、驅動單元和定位單元；所述控制單元用於接收所述入射功率檢測單元和反射功率檢測單元輸出的幅值與相位信息，並根據所述入射功率檢測單元和反射功率檢測單元輸出的幅值與相位信息，按照預設的阻抗匹配控制算法進行計算，生成驅動控制信號，發送所述驅動控制信號；所述驅動單元用於接收所述控制單元發送的驅動控制信號，並根據所述驅動控制信號生成電機驅動信號，發送所述電機驅動信號；所述定位單元用於獲取所述阻抗匹配網絡的電容值。
4.根據權利要求3所述的射頻阻抗匹配器，其特徵在於，所述阻抗匹配執行模塊包括傳動單元和阻抗匹配網絡；所述傳動單元用於接收所述驅動單元發送的電機驅動信號，並根據所述電機驅動信號調整所述阻抗匹配網絡，實現所述等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。
5.根據權利要求4所述的射頻阻抗匹配器，其特徵在於，所述傳動單元包括第一直流電機和第二直流電機；所述阻抗匹配網絡包括第一可調電容、第二可調電容和可調電感；所述第一直流電機的輸出軸通過傳動齒輪與所述第一可調電容的調節軸連接；所述第二直流電機的輸出軸通過傳動齒輪與所述第二可調電容的調節軸連接；所述第二可調電容與可調電感串聯之後，再與所述第一可調電容並聯。
6.根據權利要求5所述的射頻阻抗匹配器，其特徵在於，所述定位單元包括第一可調電位器和第二可調電位器，所述第一可調電位器和第二可調電位器的調節軸通過傳動齒輪分別與所述第一可調電容和第二可調電容的調節軸連接。
7.根據權利要求6所述的射頻阻抗匹配器，其特徵在於，所述第一可調電容和第二可調電容分別為可變真空電容。
8.根據權利要求7所述的射頻阻抗匹配器，其特徵在於，所述第一可調電容的容值範圍為O 1000 pF，所述第二可調電容的容值範圍為O 500 pF。
全文摘要
本發明公開了一種射頻阻抗匹配器，屬於半導體製造技術領域。所述射頻阻抗匹配器通過傳輸線連接在射頻電源與等離子體腔室之間，射頻阻抗匹配器包括信號檢測模塊，用於檢測射頻電源的入射功率和傳輸線的反射功率，並輸出檢測結果；控制模塊，用於接收信號檢測模塊輸出的檢測結果，並按照預設的阻抗匹配控制算法進行計算，生成控制信號，發送控制信號；阻抗匹配執行模塊，用於接收控制模塊發送的控制信號，並根據控制信號調整阻抗匹配網絡，實現等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。本發明提供的射頻阻抗匹配器可以實時跟蹤等離子體腔室阻抗變化，並自動調節阻抗匹配網絡實現快速、準確地自動阻抗匹配。
文檔編號H05H1/46GK103025041SQ20111030115
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者孫小孟, 李勇滔, 趙章琰, 李英傑, 秦威, 夏洋 申請人:中國科學院微電子研究所