專利名稱：一種傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
阻抗匹配是指激勵源內(nèi)部阻抗、傳輸線的特性阻抗、負載阻抗互相匹配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)，具體來說就是將負載阻抗轉(zhuǎn)換成一個合適的阻抗或阻抗范圍，此阻抗或阻抗范圍能夠使射頻電源處于正常的運行狀態(tài)，從負載方面看是能夠使負載盡可能獲得大功率的同時又保證負載能正常工作。在半導(dǎo)體設(shè)備中，RF(射頻)發(fā)生裝置(恒定輸出阻抗等于傳輸線的特性阻抗50Ω，)向等離子體腔室提供固定頻率(通常為13.56MHz)的RF波，用于激發(fā)用于半導(dǎo)體工藝的等離子體。通常情況下，等離子體腔室的阻抗與傳輸線的特性阻抗(半導(dǎo)體設(shè)備中一般為50 Ω)不一致，其原因是在傳輸線上除了入射波外，還會出現(xiàn)反射波，反射波的存在意味著RF發(fā)生器產(chǎn)生的功率不能全部輸送給等離子體腔室，傳輸效率降低，造成匹配失配。為了使等離子體腔室的阻抗與傳輸線的特性阻抗一致，需在射頻傳輸線與等離子體腔室之間插入射頻阻抗匹配器，射頻阻抗匹配器的用途就是實現(xiàn)阻抗變換，即將給定的負載阻抗值變換成傳輸線的特性阻抗值，實現(xiàn)無反射傳輸?，F(xiàn)有技術(shù)中的射頻阻抗匹配器多為手動阻抗匹配器，通過調(diào)節(jié)射頻阻抗匹配器內(nèi)的可調(diào)元件來實現(xiàn)阻抗匹配，如圖1所示。但是，這種手動射頻阻抗匹配器通常需要使用者完全依靠現(xiàn)場經(jīng)驗和現(xiàn)場觀測進行調(diào)節(jié)，匹配時間長，并且不能及時跟蹤負載阻抗的變化，進行實時調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)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(fā)明提供了一種傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)，位于射頻電源與等離子體腔室之間，所述系統(tǒng)包括:功率相位檢測模塊，用于檢測出射頻信號的幅值與相位信息，并通過A/D轉(zhuǎn)換輸出所述幅值與相位信息；位置監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電容值信息，并通過A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)送所述電容值信息；控制模塊，用于接收所述功率相位檢測模塊輸出的幅值與相位信息，以及所述位置監(jiān)測模塊發(fā)送的電容值信息，并根據(jù)所述幅值與相位信息和電容值信息，生成控制信號，發(fā)送所述控制信號；直流電機驅(qū)動模塊，用于接收所述控制信號，并根據(jù)所述控制信號生成不同的電壓信號，發(fā)送所述電壓信號；阻抗匹配執(zhí)行模塊，用于接收所述電壓信號，并根據(jù)所述電壓信號調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。
所述功率相位檢測模塊包括互感器、幅值相位檢測器和A/D轉(zhuǎn)換器；所述互感器用于檢測出射頻信號的電壓值和電流值，所述幅值相位檢測器用于檢測電流信號和電壓信號的相位差，通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出至所述控制模塊。所述位置監(jiān)測模塊包括兩個電位器和A/D轉(zhuǎn)換器。所述阻抗匹配執(zhí)行模塊包括第一直流電機、第二直流電機、第一可調(diào)電容、第二可調(diào)電容和可調(diào)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(diào)電容的調(diào)節(jié)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(diào)電容的調(diào)節(jié)軸連接；所述第二可調(diào)電容與可調(diào)電感串聯(lián)之后，再與所述第一可調(diào)電容并聯(lián)。所述第一可調(diào)電容和第二可調(diào)電容分別為可變真空電容。本發(fā)明提供的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)可以實時跟蹤等離子體腔室阻抗變化，并自動調(diào)節(jié)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)快速、準確地自動阻抗匹配。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)使用手動阻抗匹配器實現(xiàn)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(fā)明實施例提供的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)的工作原理示意圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步描述。本發(fā)明實施例中，傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)位于射頻電源與等離子體腔室之間。如圖2所示，本實施例提供的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)包括:功率相位檢測模塊，用于檢測出射頻信號的幅值與相位信息，并通過A/D轉(zhuǎn)換輸出幅值與相位信息；位置監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電容值信息，并通過A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)送電容值信息；控制模塊，用于接收功率相位檢測模塊輸出的幅值與相位信息，以及位置監(jiān)測模塊發(fā)送的電容值信息，并根據(jù)幅值與相位信息和電容值信息，生成控制信號，發(fā)送控制信號；實際應(yīng)用中，控制模塊根據(jù)功率相位檢測模塊輸出的電壓及電流的信號，計算得到等離子體腔室負載阻抗的狀態(tài)和性質(zhì)，通過預(yù)先設(shè)置的控制策略以及位置監(jiān)測模塊發(fā)送的當前可變真空電容的電容值，產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號，輸出到直流電機驅(qū)動模塊；直流電機驅(qū)動模塊，用于接收控制信號，并根據(jù)控制信號生成不同的電壓信號，發(fā)送電壓信號；實際應(yīng)用中，直流電機驅(qū)動模塊接收控制模塊產(chǎn)生的PWM控制信號，根據(jù)PWM信號的占空比產(chǎn)生不同的電壓信號，控制直流電機的轉(zhuǎn)速，通過電壓的正反調(diào)節(jié)直流電機的轉(zhuǎn)向；阻抗匹配執(zhí)行模塊，用于接收電壓信號，并根據(jù)電壓信號調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，達到預(yù)定的阻抗值，從而實現(xiàn)等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。其中，功率相位檢測模塊包括互感器、幅值相位檢測器和A/D轉(zhuǎn)換器；互感器用于檢測出射頻信號的電壓值和電流值，幅值相位檢測器用于檢測電流信號和電壓信號的相位差，通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出至控制模塊，實時監(jiān)控等離子體腔室的狀態(tài)變化。其中，阻抗匹配執(zhí)行模塊包括第一直流電機Ml、第二直流電機M2、第一可調(diào)電容Cl、第二可調(diào)電容C2和可調(diào)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(diào)電容Cl的調(diào)節(jié)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(diào)電容C2的調(diào)節(jié)軸連接，第一直流電機Ml和第二直流電機M2分別接收來自直流電機驅(qū)動模塊的電壓信號，調(diào)節(jié)第一可調(diào)電容Cl和第二可調(diào)電容C2的調(diào)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動角度大小，從而實現(xiàn)電容值的改變；第二可調(diào)電容C2與可調(diào)電感L串聯(lián)之后，再與第一可調(diào)電容Cl并聯(lián)，第一可調(diào)電容Cl接地；優(yōu)選地，第一可調(diào)電容Cl和第二可調(diào)電容C2分別為可變真空電容。射頻電源的輸出端分別與第一可調(diào)電容Cl和可調(diào)電感L的輸入端連接。其中，位置監(jiān)測模塊包括兩個電位器及A/D轉(zhuǎn)換器，實時監(jiān)測可變真空電容的位置，通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出至控制模塊。電位器與可變真空電容之間通過傳動齒輪連接。采用本實施例提供的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)實現(xiàn)自動阻抗匹配的過程如下:射頻電源的信號通過功率相位檢測模塊，利用互感器提取出射頻信號的電壓電流值，幅值相位檢測器檢測出其幅值與相位，并經(jīng)幅值相位信息送至控制模塊；控制模塊根據(jù)幅值相位信息分析計算出等離子體腔室的負載阻抗值，根據(jù)等離子體腔室的阻抗值及相位信息，通過預(yù)先設(shè)置的控制策略產(chǎn)生PWM控制信號，直流電機驅(qū)動模塊讀取PWM信號，產(chǎn)生不同的電壓信號控制直流電機轉(zhuǎn)動，位置監(jiān)測模塊實時監(jiān)測可變真空電容的位置，并將位置信息送至控制模塊，直至等離子體腔室的阻抗為50 Ω，相位為零。本發(fā)明實施例提供的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)可以實時跟蹤等離子體腔室阻抗變化，并自動調(diào)節(jié)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)快速、準確地自動阻抗匹配。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)，位于射頻電源與等離子體腔室之間，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 功率相位檢測模塊，用于檢測出射頻信號的幅值與相位信息，并通過A/D轉(zhuǎn)換輸出所述幅值與相位信息； 位置監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電容值信息，并通過A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)送所述電容值信息； 控制模塊，用于接收所述功率相位檢測模塊輸出的幅值與相位信息，以及所述位置監(jiān)測模塊發(fā)送的電容值信息，并根據(jù)所述幅值與相位信息和電容值信息，生成控制信號，發(fā)送所述控制信號； 直流電機驅(qū)動模塊，用于接收所述控制信號，并根據(jù)所述控制信號生成不同的電壓信號，發(fā)送所述電壓信號； 阻抗匹配執(zhí)行模塊，用于接收所述電壓信號，并根據(jù)所述電壓信號調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述功率相位檢測模塊包括互感器、幅值相位檢測器和A/D轉(zhuǎn)換器；所述互感器用于檢測出射頻信號的電壓值和電流值，所述幅值相位檢測器用于檢測電流信號和電壓信號的相位差，通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出至所述控制模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述位置監(jiān)測模塊包括兩個電位器和A/D轉(zhuǎn)換器。
4.如權(quán)利要求3所述的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述阻抗匹配執(zhí)行模塊包括第一直流電機、第二直流電機、第一可調(diào)電容、第二可調(diào)電容和可調(diào)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(diào)電容的調(diào)節(jié)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(diào)電容的調(diào)節(jié)軸連接；所述第二可調(diào)電容與可調(diào)電感串聯(lián)之后，再與所述第一可調(diào)電容并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述第一可調(diào)電容和第二可調(diào)電容分別為可變真空電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。所述系統(tǒng)包括功率相位檢測模塊，用于檢測出射頻信號的幅值與相位信息；位置監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電容值信息；控制模塊，用于根據(jù)幅值與相位信息和電容值信息，生成控制信號；直流電機驅(qū)動模塊，用于根據(jù)控制信號生成不同的電壓信號；阻抗匹配執(zhí)行模塊，用于根據(jù)電壓信號調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)等離子體腔室與傳輸線的阻抗匹配。本發(fā)明提供的傳輸線自動阻抗匹配系統(tǒng)可以實時跟蹤等離子體腔室阻抗變化，并自動調(diào)節(jié)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)快速、準確地自動阻抗匹配。
文檔編號H03H7/40GK103107793SQ20111035377
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者孫小孟, 李勇滔, 李英杰, 趙章琰, 秦威, 夏洋 申請人:中國科學院微電子研究所