本實用新型涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種射頻阻抗自動匹配裝置。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體制備工藝中，需要對等離子體實現(xiàn)穩(wěn)定控制以保證制備工藝過程的穩(wěn)定?，F(xiàn)有等離子射頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)主要由兩個可調(diào)電容構(gòu)成，可調(diào)電容可以人工手動調(diào)整以改變電容值。在等離子體啟輝之前，由于無法預(yù)測負(fù)載(等離子體)的阻抗，因此會出現(xiàn)負(fù)載阻抗與可調(diào)電容阻抗不匹配，使等離子體的穩(wěn)定性難以控制?，F(xiàn)有的解決方案是在等離子體啟輝之后，采用人工手動匹配負(fù)載的方法，調(diào)整可調(diào)電容的阻抗與負(fù)載阻抗。但是，這種人工手動匹配調(diào)整方法實現(xiàn)起來比較困難，可調(diào)電容阻抗與負(fù)載阻抗匹配的最佳位置很難達(dá)到；同時，人工手動匹配還無法預(yù)知負(fù)載的阻抗，使得匹配負(fù)載的速度慢、匹配時間長，易造成等離子體不穩(wěn)定，進而影響工藝過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有匹配射頻阻抗無法預(yù)測最優(yōu)阻抗點位置等問題，本實用新型提供一種射頻阻抗自動匹配裝置，包括：第一可調(diào)電容器、第二可調(diào)電容器、第一可調(diào)電容器位置信號變送器、第二可調(diào)電容器位置信號變送器、單片機、第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)和偏壓計，其中，所述第一、第二可調(diào)電容器的輸出端分別與所述第一、第二可調(diào)電容器位置信號變送器的輸入端連接，所述第一、第二可調(diào)電容位置信號變送器的輸出端分別與所述單片機的輸入端連接，所述單片機的輸出端分別與所述第一、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)的輸入端連接，所述第一、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)的輸出端分別與所述第一、第二可調(diào)電容器的輸入端連接，所述偏壓計的輸入端與所述第一、第二可調(diào)電容器的輸出端連接，所述偏壓計的輸出端與所述單片機的輸入端連接。

優(yōu)選為，還包括顯示控制屏，與所述單片機的輸出端連接。

優(yōu)選為，還包括：電感，與所述第一、第二可調(diào)電容器串聯(lián)，并與所述偏壓計的輸入端相連接。

優(yōu)選為，所述第一、第二可調(diào)電容位置信號變送器均包括絕對位置編碼器、通軸連接桿，所述絕對位置編碼器通過所述通軸連接桿與所述第一、第二可調(diào)電容器的輸出端連接。

優(yōu)選為，所述第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)為步進電機。

優(yōu)選為，所述第一可調(diào)電容器和所述第二可調(diào)電容器為真空電容器。

優(yōu)選為，在所述射頻阻抗自動匹配裝置中，

所述單片機發(fā)送驅(qū)動命令到所述第一、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)，所述第一、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述第一、第二可調(diào)電容器的極板移動，所述第一、第二可調(diào)電容器位置信號變送器將所述第一、第二可調(diào)電容器的極板位置信息發(fā)送到所述單片機，同時，所述偏壓計將所采集的與所述第一、第二可調(diào)電容器的極板位置對應(yīng)的等離子體負(fù)載的偏壓值發(fā)送到所述單片機，直至完成對所述第一可調(diào)電容器的極板位置和所述第二可調(diào)電容器的極板位置的全局?jǐn)?shù)據(jù)掃描；

所述單片機對所述第一、第二可調(diào)電容器的極板位置以及等離子體負(fù)載的偏壓值進行組合，形成數(shù)據(jù)庫進行存儲，并取得等離子體負(fù)載的偏壓值最小的第一、第二可調(diào)電容器極板位置作為歷史最優(yōu)位置；

所述單片機以所述歷史最優(yōu)位置作為控制點，向所述第一、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)發(fā)送運動指令，使所述第一、第二可調(diào)電容器的極板移動至所述歷史最優(yōu)位置，進行射頻阻抗匹配；

所述單片機采用坐標(biāo)輪換法取得實時等離子體負(fù)載的偏壓值最小的所述第一、第二可調(diào)電容器的極板位置作為實時最優(yōu)位置，實現(xiàn)射頻阻抗匹配。

附圖說明

圖1是射頻阻抗自動匹配裝置的功能框圖。

圖2是射頻阻抗自動匹配裝置的另一功能框圖。

圖3表示第一可調(diào)電容器位置信號變送器結(jié)構(gòu)示意圖及其與第一可調(diào)電容器的連接關(guān)系。

圖4是射頻阻抗自動匹配裝置的工作流程圖。

圖5是射頻阻抗自動匹配裝置采用坐標(biāo)輪換法取得實時最優(yōu)位置的流程圖。

圖6是射頻阻抗自動匹配裝置的另一工作流程圖。

圖7是射頻阻抗自動匹配裝置工作過程中包括開機檢測步驟的一個實施例的流程圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種射頻阻抗自動匹配裝置。在圖1中示出了射頻阻抗自動匹配裝置的功能框圖，包括：第一可調(diào)電容器101、第二可調(diào)電容器102、第一可調(diào)電容器位置信號變送器103、第二可調(diào)電容器位置信號變送器104、單片機105、第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107和偏壓計108。

其中，第一可調(diào)電容101的輸出端與第一可調(diào)電容位置信號變送器103的輸入端連接，第二可調(diào)電容102的輸出端與第二可調(diào)電容位置信號變送器104的輸入端連接。

第一可調(diào)電容位置信號變送器103的輸出端與單片機105的輸入端連接，第二可調(diào)電容位置信號104變送器的輸出端與單片機105的輸入端連接。

單片機105的輸出端與第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106和第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107的輸入端連接。

第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106的輸出端與第一可調(diào)電容器101的輸入端連接，第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107的輸出端與第二可調(diào)電容器102的輸入端連接。

偏壓計108的輸入端與第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102的輸出端連接，偏壓計108的輸出端與單片機105的輸入端連接。

優(yōu)選地，射頻阻抗自動匹配裝置還包括顯示控制屏，顯示控制屏與單片機105的輸出端連接。顯示控制屏用于實時顯示第一可調(diào)電容器101、第二可調(diào)電容器102的極板位置和等離子體負(fù)載的偏壓值，以及通過顯示控制屏上的人機交互界面控制第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106和第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107的開啟或停止。

在本實用新型的另一實施例中，射頻阻抗自動匹配裝置還包括電感109，與第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102串聯(lián)，并與偏壓計108的輸入端相連接，如圖2所示，用于等離子體負(fù)載在大范圍變化時匹配調(diào)整。

在上述任一實施例中，優(yōu)選地，第一可調(diào)電容位置信號變送器103包括絕對位置編碼器1000、通軸連接桿1001，絕對位置編碼器1000通過通軸連接桿1001與第一可調(diào)電容器101的輸出端連接，在圖3中示出了第一可調(diào)位置信號變送器結(jié)構(gòu)示意圖及其與第一可調(diào)電容器的連接關(guān)系。同樣，第二可調(diào)電容位置信號變送器104也包括絕對位置編碼器1000、通軸連接桿1001，絕對位置編碼器1000通過通軸連接桿1001與第二可調(diào)電容器102的輸出端連接。其中，絕對位置編碼器例如可以選用10圈編碼器，用于記錄可調(diào)電容器的極板位置。

在上述任一實施例中，第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106和第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107例如可以選用步進電機。

在上述任一實施例中，第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102為真空電容器。

以下為了進一步闡述本實用新型的技術(shù)方案，針對本實用新型的射頻阻抗自動匹配裝置的工作過程進行詳細(xì)說明。本實用新型的射頻阻抗自動匹配裝置通過執(zhí)行以下步驟實現(xiàn)射頻阻抗的自動匹配。

如圖4所示，首先執(zhí)行全局?jǐn)?shù)據(jù)掃描步驟S1，單片機105發(fā)送驅(qū)動命令到第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106和第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107，第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106和第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107分別驅(qū)動第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102的極板移動，第一可調(diào)電容器位置信號變送器103和第二可調(diào)電容器位置信號變送器104分別將第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102的極板位置信息發(fā)送到單片機105，同時，偏壓計108將所采集的與第一可調(diào)電容器101的極板位置和第二可調(diào)電容器102的極板位置對應(yīng)的等離子體負(fù)載的偏壓值發(fā)送到單片機105。

在本實施例中，例如可以分別將第一可調(diào)電容器101、第二可調(diào)電容器102的極板間的距離分為11份，分別以C1₀～C1₁₀，C2₀～C2₁₀順次標(biāo)記各位置。單片機105發(fā)送運動指令到第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106、第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107，使第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106驅(qū)動第一可調(diào)電容器101的極板，第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107驅(qū)動第二可調(diào)電容器102的極板至C1₀，C2₀位置，并記錄該位置由偏壓計108采集的等離子負(fù)載的偏壓值。掃描順序例如先保持第一可調(diào)電容器101的極板位置不變，將第二可調(diào)電容器102的極板位置由C2₀順次移動至C2₁₀，分別記錄下各位置處的偏壓值，之后，將第一可調(diào)電容器101的極板位置順移至位置C1₁，重復(fù)上述掃描過程，以此類推，直至第一可調(diào)電容器101的極板位置移至C1₁₀，第二可調(diào)電容器102的極板位置移至C2₁₀，記錄此位置的偏壓值，完成全局掃描。掃描完成后我們將獲得一個如下所示的數(shù)據(jù)組：

以上僅為示例性說明，但本實用新型不限定于此，例如根據(jù)需要也可以將第一、第二可調(diào)電容器極板間的距離分割為幾十或上百份，或者也可以是將極板的長度或?qū)挾确指顬榈缺壤亩喾荩蛘咭部梢允遣坏缺壤姆指畹?，總之，只要是能夠通過分割實現(xiàn)區(qū)分第一、第二可調(diào)電容器極板所處的位置即可。另外，也可以先驅(qū)動第一可調(diào)電容器，保持第二可調(diào)電容器的位置不變，在第一可調(diào)電容器的極板遍歷各分割點后，將第二可調(diào)電容器的極板位置移動至下一個分割點，直至完成全局掃描。當(dāng)然，也可以是其他合適的方式，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)對第一可調(diào)電容器的極板位置和第二可調(diào)電容器的極板位置的全局掃描即可。

接下來，執(zhí)行歷史最優(yōu)位置確定步驟S2，單片機105對第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102的位置以及等離子體負(fù)載的偏壓值進行組合，形成數(shù)據(jù)庫進行存儲，并取得等離子體負(fù)載的偏壓值最小的第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102的極板所處的位置作為歷史最優(yōu)位置。

接下來，執(zhí)行基于歷史數(shù)據(jù)的射頻阻抗匹配步驟S3，單片機105以上述歷史最優(yōu)位置作為控制點，向第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106和第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107發(fā)送運動指令，使第一可調(diào)電容器101的極板和第二可調(diào)電容器102的極板移動至上述歷史最優(yōu)位置，進行射頻阻抗匹配。

接下來，執(zhí)行基于實時數(shù)據(jù)的射頻阻抗匹配步驟S4，單片機105采用坐標(biāo)輪換法，取得實時等離子負(fù)載的偏壓值最小時第一可調(diào)電容器101和第二可調(diào)電容器102的極板所處的位置作為實時最優(yōu)位置，實現(xiàn)射頻阻抗匹配。

其中，單片機105采用坐標(biāo)輪換法取得實時最優(yōu)位置的步驟，如圖5所示，具體包括：

步驟S41，單片機105向第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106發(fā)送運動指令；

步驟S42，第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106驅(qū)動第一可調(diào)電容器101的極板從歷史最優(yōu)位置沿原運動方向移動；

步驟S43，單片機105對等離子體負(fù)載的偏壓值是否增大進行判斷，如果判斷為是，則進入步驟S44，如果判斷為否，則返回步驟S41；

步驟S44，單片機105向第一可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)106發(fā)送停止并改變運動方向的指令；

步驟S45，單片機105向第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107發(fā)送運動指令；

步驟S46，第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107驅(qū)動第二可調(diào)電容器102的極板從歷史最優(yōu)位置沿原運動方向移動；

步驟S47，單片機105對等離子體負(fù)載的偏壓值是否增大進行判斷，如果判斷為是，則進入步驟S48，如果判斷為否，則返回步驟S45；

步驟S48，單片機105向第二可調(diào)電容器驅(qū)動機構(gòu)107發(fā)送停止并改變運動方向的指令；

步驟S49，單片機105對等離子體負(fù)載的偏壓值是否小于匹配停止門限閾值進行判斷，如果判斷為是，則終止坐標(biāo)輪換，如果判斷為否，則重復(fù)上述步驟。

其中，匹配停止門限閾值例如可以設(shè)為進行射頻阻抗自動匹配前的等離子體負(fù)載的偏壓值的5％～10％。當(dāng)然也可以由用戶根據(jù)實際需求進行設(shè)定。

此外，在本實用新型的工作過程中，如圖6所示，還可以進一步執(zhí)行數(shù)據(jù)庫更新步驟S5，將實時最優(yōu)位置以及等離子體負(fù)載的偏壓更新至數(shù)據(jù)庫。

另外，在本實用新型的工作過程中，還包括開機檢測步驟S6，啟動設(shè)備，檢測是否存在歷史全局?jǐn)?shù)據(jù)，若不存在，則直接進入全局?jǐn)?shù)據(jù)掃描步驟S1，若存在，則提示是否開啟全局?jǐn)?shù)據(jù)掃描功能，若選擇是，則進入全局?jǐn)?shù)據(jù)掃描步驟S1，若選擇否，則進入基于歷史數(shù)據(jù)的射頻阻抗匹配步驟S3。在圖7中示出了其中一個實施例的流程圖。

根據(jù)本實用新型，能夠通過實時比較第一、第二可調(diào)電容器的極板位置在調(diào)整前和調(diào)整后的等離子體負(fù)載的偏壓值大小，并存儲最優(yōu)值即最小偏壓值及對應(yīng)的第一、第二可調(diào)電容器的極板位置，從而使得單片機能即時更新負(fù)載數(shù)學(xué)模型，并預(yù)先找到負(fù)載的最優(yōu)匹配點，以此作為下次啟動前調(diào)整可調(diào)電容大小的依據(jù)，從而實現(xiàn)了等離子體負(fù)載的快速匹配。

本實用新型利用等離子體自偏壓歷史數(shù)據(jù)的最優(yōu)值信息來決定可調(diào)電容運動方向，不受相位信號，頻率信號的干擾，使匹配器能實時自動調(diào)整與等離子負(fù)載相匹配，控制速度快、精確度高、使負(fù)載穩(wěn)定。另外，由于自偏壓更為精準(zhǔn)的反應(yīng)了等離子的啟輝狀況，反應(yīng)速度也更快，能夠更迅速找到最佳匹配點。

另外，根據(jù)本實用新型可以避免射頻電源過載。由于本實用新型使用等離子體偏壓的歷史數(shù)據(jù)最優(yōu)值直接進行決策，匹配起來不僅速度快，而且可以更迅速的通過不匹配點，能夠保護射頻電源不過載。

另外，根據(jù)本實用新型可以實現(xiàn)內(nèi)存的最優(yōu)化配置。由于在匹配點附近更新歷史數(shù)據(jù)最優(yōu)值使得匹配點附近的數(shù)據(jù)更詳細(xì)，調(diào)制更精確，而非匹配點處的歷史數(shù)據(jù)存儲量小，使得內(nèi)存得到最優(yōu)化的配置。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。