專利名稱：匹配器及其實現(xiàn)匹配控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體加工設(shè)備部件，尤其涉及一種半導體加工設(shè)備中的匹配器及其 實現(xiàn)匹配控制的方法。
背景技術(shù)：
匹配器是用于半導體加工和其它工業(yè)等領(lǐng)域的等離子體設(shè)備的關(guān)鍵部件，其應用如圖 l所示。射頻電源輸出射頻功率以將反應室中的氣體激發(fā)為等離子體，但由于射頻電源的輸 出阻抗為某一特定阻值(一般為50Q)，如果反應室的阻抗不等于射頻電源的輸出阻抗， 會造成很大的功率反射。將匹配器連接于射頻電源與反應室之間，通過調(diào)節(jié)匹配器中的可 變電抗元件，能夠使得從匹配器輸入端向輸出端看去的阻抗等于射頻電源的輸出阻抗，從 而使得射頻電源的輸出功率能夠最多地傳送到反應室中進行等離子體激發(fā)。
現(xiàn)有技術(shù)中的阻抗匹配器的構(gòu)成如圖2所示，是利用相位/幅值傳感器檢測出所通過匹 配器輸入端的射頻功率的相位和幅值信號，將這兩個信號送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)利用其 特定的控制方式對相位和幅值信號進行判斷和運算處理，以分別通過電機來驅(qū)動可變電抗 元件(電容或電感)；而后相位和幅值信號相應發(fā)生變化，控制系統(tǒng)再次進行判斷和運 算，然后驅(qū)動可變電抗元件；如此反復，直至所檢測的相位和幅值信號與所定標的值一 致，此時達到匹配狀態(tài)，電抗元件停止運轉(zhuǎn)。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點射頻功率的相位和幅值信號難以準確檢測，導致匹 配器難以準確實現(xiàn)匹配控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能準確實現(xiàn)匹配控制的匹配器及其實現(xiàn)匹配控制的方法。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明的匹配器，包括傳感器，所述的傳感器為鑒頻傳感器，所述鑒頻傳感器能檢測 頻率信號，并將檢測到的頻率信號傳送給控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的頻率信號 對電抗元件進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的上述匹配器實現(xiàn)匹配控制的方法，包括步驟
A、 匹配器接收射頻電源的輸出功率，并由鑒頻傳感器檢測所述輸出功率的頻率信號 并將檢測到的頻率信號傳送給控制系統(tǒng)；
B、 所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的頻率信號對電抗元件進行調(diào)節(jié)，使射頻電源的負載阻 抗與其輸出阻抗一致，所述輸出功率經(jīng)過調(diào)節(jié)后的電抗元件輸出。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的匹配器及其實現(xiàn)匹配控制的方 法，由于通過鑒頻傳感器檢測射頻電源的輸出功率的頻率信號，并將檢測到的頻率信號傳 送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的頻率信號對電抗元件進行調(diào)節(jié)，使射頻電源的負載 阻抗與其輸出阻抗一致，實現(xiàn)匹配控制，所述輸出功率經(jīng)過調(diào)節(jié)后的電抗元件輸出。能準 確檢測射頻電源的輸出功率的頻率信號，使匹配器能準確實現(xiàn)匹配控制。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)中匹配器的應用狀態(tài)示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)中匹配器的電路原理圖3為本發(fā)明的匹配器的電路原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的匹配器，包括傳感器，其較佳的具體實施方式
如圖3所示，所述的傳感器為 鑒頻傳感器，所述鑒頻傳感器能檢測頻率信號，并將檢測到的頻率信號傳送給控制系統(tǒng)， 所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的頻率信號對電抗元件Z1、 Z2進行調(diào)節(jié)，使射頻電源的負載阻抗 與其輸出阻抗一致，實現(xiàn)匹配控制。
具體鑒頻傳感器設(shè)有射頻輸入端，所述射頻輸入端可與射頻電源連接，射頻電源的輸 出功率由射頻輸入端輸入，經(jīng)過調(diào)節(jié)后的電抗元件Z1、 Z2輸出。
鑒頻傳感器檢測射頻電源的輸出功率的基頻信號，及由該基頻產(chǎn)生的諧波信號，包括 二次諧波信號、三次諧波信號及多次諧波信號，可以根據(jù)需要檢測其中的一個或多個諧波 信號。
鑒頻傳感器與控制系統(tǒng)之間設(shè)有諧波信號放大器AMP1、 AMP2，所述諧波信號經(jīng)過諧波 信號放大器AMP1、 AMP2放大后傳送給控制系統(tǒng)。不同的諧波的強度不同，因此二次諧波信 號、三次諧波信號及多次諧波信號分別設(shè)有不同的放大器。
鑒頻傳感器與控制系統(tǒng)之間還設(shè)有衰減器Attenu，所述基頻信號經(jīng)過衰減器Attenu衰 減后傳送給控制系統(tǒng)。
所述的鑒頻傳感器與控制系統(tǒng)之間設(shè)有頻率電壓轉(zhuǎn)換器F/V1、 F/V2、 F/V3，所述頻率 信號經(jīng)頻率電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號，之后將所述電壓信號傳送給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng) 根據(jù)這個電壓信號對電抗元件Z1、 Z2進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的匹配器實現(xiàn)匹配控制的原理是當射頻電源的負載阻抗與其輸出阻抗不一致 時，在射頻電源輸出端附近的濾波器特性會有一定程度的變化，因此，會在射頻電源輸出 頻率(如13.56MHz)的基頻上產(chǎn)生少量的偶次或奇次諧波。當負載阻抗變化時，這些諧波 對于基頻的比重會隨之而變化；而當射頻電源的輸出阻抗和負載阻抗相等時(例如 50Q)，這些諧波對于基頻的比重會降低至很小的數(shù)值， 一般在-40dBm以下，此時就達到 了匹配點。
基于以上的原理，本發(fā)明所提出的匹配器采用鑒頻傳感器。該傳感器連接于匹配器的 射頻功率輸入端，用于檢測射頻電源所輸出的射頻功率在匹配器輸入端的射頻信號，從中 檢出基頻信號以及二次諧波和三次或三次以上的諧波信號。
由于基頻信號的強度相當高，需要降低該信號以便于后續(xù)的處理，因此送至衰減器 Attenu進行一定程度的衰減；衰減后的信號被輸出到第一頻率電壓轉(zhuǎn)換器F/V1，將頻率信 號轉(zhuǎn)化為對應的電壓信號V。
另一方面，二次諧波和三次諧波信號的強度非常低，需要放大該信號以便于后續(xù)的處 理，因此分別送至第一放大器AMP1和第二放大器AMP2進行較高的放大；衰減后的信號被分 別輸出到第二頻率電壓轉(zhuǎn)換器F/V2和第三頻率電壓轉(zhuǎn)換器F/V3，將頻率信號分別轉(zhuǎn)化為對 應的電壓信號V1和V2。
控制系統(tǒng)對接受的三個電壓信號進行運算和處理。處理的方式可以為模擬或數(shù)字的方 式均可。主要是首先分別得到兩種諧波信號與基頻信號的比值A(chǔ)和B: A=V1/V， B=V2/V，且 在匹配點時A和B均為較小的數(shù)值(例如是O. 1)，此時實際的諧波信號與基頻信號的強度的 比值均應低于40dBm。從匹配器的輸入端向輸出端看去，當網(wǎng)絡的整體阻抗在電感性和電容 性之間變化時，A和B的數(shù)值也會隨之而變化，根據(jù)A、 B的變化方向和幅度，可以判斷出當 前狀態(tài)與匹配點狀態(tài)之間的差距。在網(wǎng)絡中有可調(diào)電抗元件Z1、 Z2，其變化的趨勢和幅度 將決定與匹配點逼近的程度?？刂葡到y(tǒng)通過對A、 B的處理和判斷，從而決定下一步驅(qū)動電 機1和電機2來改變電抗元件Z1和電抗元件Z2的程度。而與此同時，鑒頻傳感器繼續(xù)檢測基 頻、二次及三次諧波信號，然后判斷處理并改變電抗元件Z1和Z2，以繼續(xù)逼近匹配點。如 此執(zhí)行，直至最終達到匹配點。
本發(fā)明應用上述的匹配器實現(xiàn)匹配控制的方法，包括
步驟l、匹配器接收射頻電源的輸出功率，并由鑒頻傳感器檢測所述輸出功率的頻率 信號并將檢測到的頻率信號傳送給控制系統(tǒng)；
步驟2、所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的頻率信號對電抗元件進行調(diào)節(jié)，使射頻電源的負 載阻抗與其輸出阻抗一致，所述輸出功率經(jīng)過調(diào)節(jié)后的電抗元件后輸出。
所述的步驟l中，所述的頻率信號包括基頻信號、諧波信號，首先將所述的基頻信號
或諧波信號進行衰減或放大，并轉(zhuǎn)換為電壓信號后傳送給控制系統(tǒng)；所述的步驟2中，控制 系統(tǒng)根據(jù)所述諧波信號和基頻信號轉(zhuǎn)換后的電壓信號的比值大小對所述電抗元件進行調(diào) 節(jié)。所述的電抗元件包括電感或電容，或二者組合。
本發(fā)明能準確檢測射頻電源的輸出功率的頻率信號，使匹配器能準確實現(xiàn)匹配控制， 以達到匹配點。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明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)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種匹配器，包括傳感器，其特征在于，所述的傳感器為鑒頻傳感器，所述鑒頻傳感器能檢測頻率信號，并將檢測到的頻率信號傳送給控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的頻率信號對電抗元件進行調(diào)節(jié)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的匹配器，其特征在于，所述的鑒頻傳感器設(shè)有射頻輸入端， 所述射頻輸入端可與射頻電源連接，所述頻率信號包括所述射頻電源的輸出功率的基頻信 號，及由該基頻產(chǎn)生的諧波信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的匹配器，其特征在于，所述的諧波信號包括二次諧波信號和 /或三次諧波信號和/或多次諧波信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的匹配器，其特征在于，所述的鑒頻傳感器與控制系統(tǒng)之 間設(shè)有諧波信號放大器，所述諧波信號經(jīng)過諧波信號放大器放大后傳送給控制系統(tǒng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的匹配器，其特征在于，所述的諧波信號放大器包括二次諧波 信號放大器和/或三次諧波信號放大器和/或多次諧波信號放大器，分別用于放大二次諧波 信號和/或三次諧波信號和/或多次諧波信號。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的匹配器，其特征在于，所述的鑒頻傳感器與控制系統(tǒng)之 間設(shè)有衰減器，所述基頻信號經(jīng)過衰減器衰減后傳送給控制系統(tǒng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的匹配器，其特征在于，所述的鑒頻傳感器與控制系統(tǒng) 之間設(shè)有頻率電壓轉(zhuǎn)換器，所述頻率信號經(jīng)頻率電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號，之后將所述 電壓信號傳送給控制系統(tǒng)。
8、 一種權(quán)利要求1至7所述的匹配器實現(xiàn)匹配控制的方法，其特征在于，包括步驟A、 匹配器接收射頻電源的輸出功率，并由鑒頻傳感器檢測所述輸出功率的頻率信號 并將檢測到的頻率信號傳送給控制系統(tǒng)；B、 所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的頻率信號對電抗元件進行調(diào)節(jié)，使射頻電源的負載阻 抗與其輸出阻抗一致，所述輸出功率經(jīng)過調(diào)節(jié)后的電抗元件輸出。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的實現(xiàn)匹配控制的方法，其特征在于，所述的步驟A中，所述 的頻率信號包括基頻信號、諧波信號，首先將所述的基頻信號或諧波信號進行衰減或放 大，并轉(zhuǎn)換為電壓信號后傳送給控制系統(tǒng)；所述的步驟B中，控制系統(tǒng)根據(jù)所述諧波信號和 基頻信號轉(zhuǎn)換后的電壓信號的比值大小對所述電抗元件進行調(diào)節(jié)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的實現(xiàn)匹配控制的方法，其特征在于，所述的步驟B中，所述 的電抗元件包括電感和/或電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種匹配器及其實現(xiàn)匹配控制的方法，包括鑒頻傳感器，該傳感器連接于匹配器的射頻功率輸入端，用于檢測射頻電源所輸出的射頻功率在匹配器輸入端的射頻信號，從中檢出基頻信號以及二次諧波和三次或三次以上的諧波信號。然后將基頻信號和諧波信號進行相應的衰減和放大處理，并轉(zhuǎn)換為電壓信號?？刂葡到y(tǒng)對接受的三個電壓信號進行運算和處理。根據(jù)諧波信號與基頻信號的比值對電抗元件進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)匹配控制。能準確檢測射頻電源的輸出功率的頻率信號，使匹配器能準確實現(xiàn)匹配控制。
文檔編號H01L21/00GK101346031SQ20071011910
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者鵬 陳 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責任公司