射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源,所述射頻電源包括射頻信號(hào)發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測(cè)器;所述射頻信號(hào)發(fā)生器包括相位調(diào)節(jié)電路,所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號(hào)的相位。由于本發(fā)明在射頻信號(hào)發(fā)生器內(nèi)嵌入有相位調(diào)節(jié)電路,因此能夠調(diào)節(jié)同步接入的射頻信號(hào)的相位,消除本射頻電源與提供射頻信號(hào)的射頻電源之間的信號(hào)相位差,避免串?dāng)_,提高工藝穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻電源,尤其是涉及一種射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻電源是用于產(chǎn)生射頻功率信號(hào)的裝置,屬于半導(dǎo)體工藝設(shè)備的核心部件,所有產(chǎn)生等離子體進(jìn)行材料處理的設(shè)備都需要射頻電源提供能量。在集成電路、太陽(yáng)能電池和LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)的工藝制造設(shè)備,例如刻蝕機(jī)、PVD (PhysicalVapor Deposition,物理氣相沉積)、PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)、ALD (AtomicLayer Deposition,原子層沉積)等設(shè)備,均裝備有不同功率規(guī)格的射頻電源。
[0003]射頻電源一般由射頻信號(hào)發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測(cè)器組成。其中,射頻信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生和/或調(diào)理射頻信號(hào),射頻功率放大電路將來(lái)自射頻信號(hào)發(fā)生器的射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大,射頻功率檢測(cè)器測(cè)量來(lái)自射頻功率放大電路的射頻功率信號(hào)并且輸出射頻功率信號(hào),供電線路向各部件提供電力。
[0004]在產(chǎn)生等離子體進(jìn)行材料處理的工藝中,存在等離子體放電過(guò)程,而等離子體放電的形式包括容性放電和感性放電。采用感性放電方式的半導(dǎo)體工藝設(shè)備,例如刻蝕機(jī),可連接2臺(tái)射頻電源。其中,一臺(tái)射頻電源獨(dú)立控制離子通量、中性粒子通量,另一臺(tái)則射頻電源獨(dú)立控制離子能量。然而,2臺(tái)射頻電源的輸出射頻功率信號(hào)波形因自身的器件差異必然會(huì)存在一定的相位差,從而產(chǎn)生串?dāng)_,造成腔室內(nèi)的等離子體不穩(wěn)定,進(jìn)而影響工藝過(guò)程,對(duì)晶圓產(chǎn)生不可修復(fù)的損傷,使得加工線寬無(wú)法保證。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)采用的方案是從射頻電源的射頻信號(hào)發(fā)生器引出一路射頻信號(hào)至面板接口形成射頻信號(hào)同步輸出端,在面板上還設(shè)有射頻信號(hào)同步輸入端,并且在射頻信號(hào)發(fā)生器中設(shè)置與射頻信號(hào)同步輸入端相連的外部信號(hào)輸入線路和多路選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)判斷外部信號(hào)輸入線路已接入時(shí),多路選擇開(kāi)關(guān)選擇啟用外部信號(hào)而放棄自身產(chǎn)生的射頻信號(hào);反之,當(dāng)判斷外部信號(hào)輸入線路懸空時(shí),多路選擇開(kāi)關(guān)選擇啟用自身產(chǎn)生的射頻信號(hào)。通常,在半導(dǎo)體工藝設(shè)備中的兩臺(tái)射頻電源之間的相位同步是利用同軸電纜,將一臺(tái)射頻電源的射頻信號(hào)同步輸出端與另一臺(tái)射頻電源的射頻信號(hào)同步輸入端相連接,從而使得兩臺(tái)射頻電源利用同一個(gè)射頻信號(hào),期望能夠消除相位差,避免串?dāng)_;但是,即使兩臺(tái)射頻電源都處于同一機(jī)柜(或機(jī)臺(tái)),連接這兩臺(tái)射頻電源的同軸電纜的長(zhǎng)度也至少幾十厘米。由于半導(dǎo)體工藝設(shè)備中常用的射頻頻率為13.56MHz,也就是說(shuō)在真空中波長(zhǎng)僅為22.12米,而在同軸電纜中的波長(zhǎng)則更短,一般只有16米左右,劃分360度,即4.4厘米就相差I(lǐng)度,因此幾十厘米的同軸電纜也會(huì)引起較大的相位差,在某些情況下,這一相位差很可能會(huì)引發(fā)等離子體振蕩,輝光不穩(wěn)定,工藝無(wú)法正常進(jìn)行,最終導(dǎo)致加工失敗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源,該射頻電源能夠調(diào)節(jié)同步接入的射頻信號(hào)的相位,消除本射頻電源與提供射頻信號(hào)的射頻電源之間的信號(hào)相位差,避免串?dāng)_,提高工藝穩(wěn)定性。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源,所述射頻電源包括射頻信號(hào)發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測(cè)器;所述射頻信號(hào)發(fā)生器包括相位調(diào)節(jié)電路,所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號(hào)的相位。
[0008]進(jìn)一步地,本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述射頻信號(hào)發(fā)生器還包括外部信號(hào)輸入接口、信號(hào)選擇電路、信號(hào)發(fā)生器、射頻信號(hào)輸出接口和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路,所述外部信號(hào)輸入接口與所述信號(hào)選擇電路相連;
[0009]其中,所述外部信號(hào)輸入接口用于接收來(lái)自其他信號(hào)源或射頻電源的外部輸入信號(hào);
[0010]所述信號(hào)選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號(hào);當(dāng)所述信號(hào)選擇電路判斷出有外部輸入信號(hào),則將外部輸入信號(hào)發(fā)送至所述相位調(diào)節(jié)電路;當(dāng)所述信號(hào)選擇電路判斷出沒(méi)有外部輸入信號(hào),則使能所述信號(hào)發(fā)生器,啟動(dòng)所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號(hào),并將所述頻率信號(hào)輸送至所述射頻信號(hào)輸出接口以及所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路;
[0011]所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號(hào)的相位,并且將已調(diào)節(jié)相位的射頻信號(hào)輸送至所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路;
[0012]所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大,輸出可推動(dòng)所述射頻功率放大電路工作的射頻信號(hào)。
[0013]進(jìn)一步地,本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述相位調(diào)節(jié)電路包括電位器Rl和可變電容器Cl,所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號(hào),所述電位器Rl的另一端與所述可變電容器Cl的一端相連,所述可變電容器Cl的另一端接地;所述電位器Rl和所述可變電容器Cl連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號(hào)。
[0014]進(jìn)一步地,本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100K Ω,所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?lOOOpF。
[0015]進(jìn)一步地,本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、可變電容器Cl、可變電容器C2和電位器Rl,所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號(hào),所述電位器Rl另一端與所述可變電容器Cl的一端相連,所述可變電容器Cl的另一端接地;所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述可變電容器Cl的連接端相連,所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連,所述可變電容器C2的另一端接地;所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號(hào)。
[0016]進(jìn)一步地,本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述電感LI取值為I μ H?10 μ H,所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100Κ Ω,所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?lOOOpF,所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
[0017]進(jìn)一步地,本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、固定電容器C3、可變電容器C2和電位器Rl,所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號(hào),所述電位器Rl另一端與所述固定電容器C3的一端相連,所述固定電容器C3的另一端接地;所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述固定電容器C3的連接端相連,所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連,所述可變電容器C2的另一端接地;所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號(hào)。[0018]進(jìn)一步地,本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述電感LI取值為ΙμΗ?10 μ H,所述電位器Rl的最大阻值范圍為100Ω?100ΚΩ,所述固定電容器C3的容值范圍為IOpF?lOOOpF,所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?lOOOpF。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、由于本發(fā)明在其射頻信號(hào)發(fā)生器內(nèi)嵌入有相位調(diào)節(jié)電路,因此能夠調(diào)節(jié)同步接入的射頻信號(hào)的相位,消除本射頻電源與提供射頻信號(hào)的射頻電源之間的信號(hào)相位差,避免串?dāng)_,提聞工藝穩(wěn)定性;
[0021]2、本發(fā)明采用的相位調(diào)節(jié)電路僅由基本元器件(電阻、電容和/或電感)組成,成本較低。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻電源的原理框圖;
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號(hào)發(fā)生器的原理圖;
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號(hào)發(fā)生器中的相位調(diào)節(jié)電路的一電路原理圖;
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號(hào)發(fā)生器中的相位調(diào)節(jié)電路的又一電路原理圖;
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號(hào)發(fā)生器中的相位調(diào)節(jié)電路的再一電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了深入了解本發(fā)明,下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]本發(fā)明提供了一種射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源,該射頻電源一般可為電子管式的射頻電源或晶體管式的射頻電源,如圖1所示,包括有射頻信號(hào)發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測(cè)器。其中,射頻信號(hào)發(fā)生器分別與射頻功率放大電路、供電線路相連,射頻功率放大電路又分別與供電線路、射頻功率檢測(cè)器相連接,此外供電線路和射頻功率檢測(cè)器相連接。射頻電源的工作頻率可為2MHz、13.56MHz,27.12MHz、40.68MHz或60MHzo
[0029]如圖2所示,本發(fā)明的射頻信號(hào)發(fā)生器包括外部信號(hào)輸入接口、信號(hào)選擇電路、信號(hào)發(fā)生器、相位調(diào)節(jié)電路、射頻信號(hào)輸出接口和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。其中,外部信號(hào)輸入接口用于接收來(lái)自其它信號(hào)源或射頻電源的外部輸入信號(hào),外部輸入接口與信號(hào)選擇電路相連。信號(hào)選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號(hào),若有,則將外部輸入信號(hào)發(fā)送至相位調(diào)節(jié)電路,否則使能信號(hào)發(fā)生器,啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的射頻信號(hào)(如上述的2MHz、13.56MHz,27.12MHz、40.68MHz或60MHz),并且將所產(chǎn)生的射頻信號(hào)輸送至射頻信號(hào)輸出接口,以及輸送至信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)因同軸電纜線長(zhǎng)而引起的射頻信號(hào)的相位差,并且將已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號(hào)輸送至信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路將所接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大,然后輸出可推動(dòng)射頻功率放大器工作的射頻信號(hào)。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]如圖3所示,實(shí)施例1公開(kāi)了本發(fā)明實(shí)施例中的相位調(diào)節(jié)電路的一電路原理圖。所述相位調(diào)節(jié)電路包括兩個(gè)基本元器件,電位器(或稱為可變電阻器)Rl和可變電容器Cl,電位器Rl的一端接入外部輸入信號(hào),另一端與可變電容器Cl的一端相連,可變電容器Cl的另一端接地,電位器Rl和可變電容器Cl連接端輸出相位已調(diào)節(jié)的信號(hào)。電位器Rl和可變電容器Cl的取值范圍可根據(jù)射頻電源的工作頻率設(shè)置,例如射頻電源的工作頻率為13.56MHz,電位器Rl可采用最大阻值為IK Ω,可變電容器Cl的最大容值為lOOpF??蛇x擇地,電位器Rl的最大阻值范圍可為100 Ω?100K Ω,可變電容器Cl的最大容值范圍可為IOpF ?lOOOpFo
[0032]當(dāng)外部輸入信號(hào)進(jìn)入時(shí),首先調(diào)節(jié)電位器Rl和可變電容器Cl,使得外部輸入信號(hào)移相至所需位置(這一位置主要與信號(hào)傳輸同軸線纜的長(zhǎng)度有關(guān)),但由于RC網(wǎng)絡(luò)的固有特性,信號(hào)移相后幅值會(huì)變化,圖3所示的方式可通過(guò)后面的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)幅值提升或降低,但是進(jìn)入信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)幅值不能過(guò)大或過(guò)小,因此影響了信號(hào)相位的移動(dòng)范圍,故存在著使用范圍較小的問(wèn)題。由于這種方式的實(shí)現(xiàn)非常容易,因此在調(diào)節(jié)范圍不寬的情況下優(yōu)先選擇。
[0033]實(shí)施例2:
[0034]如圖4所示,實(shí)施例2公開(kāi)了本發(fā)明實(shí)施例中的相位調(diào)節(jié)電路的又一電路原理圖。作為圖3所示方式的一種變換,本實(shí)施例中相位調(diào)節(jié)電路在原有電路的基礎(chǔ)上增加一級(jí)LC網(wǎng)絡(luò),其中電感LI的一端與前級(jí)相連,另一端接可變電容器C2,可變電容器C2的另一端接地,電感LI和可變電容器C2連接端輸出相位已調(diào)節(jié)的信號(hào)。一般地,電感和電容都可采用可調(diào)節(jié)的器件,但由于可調(diào)電感成本較高且體積較大,因此在本實(shí)施例中采用了固定電感,而電容采用了可變電容器C2。在這一方式中,電感LI取值為ΙμΗ?10 μΗ,電位器Rl的最大阻值范圍可為100 Ω?100ΚΩ,可變電容器Cl的最大容值范圍可為IOpF?IOOOpF,可變電容器C2的最大容值范圍可為IOpF?1000pF。
[0035]當(dāng)外部輸入信號(hào)進(jìn)入時(shí),首先調(diào)節(jié)電位器Rl和可變電容器Cl,使得外部輸入信號(hào)移相至所需位置,但由于RC網(wǎng)絡(luò)的固有特性,信號(hào)移相后幅值會(huì)變化,然后再調(diào)節(jié)可變電容器C2,使得移相后的信號(hào)幅值提升或降低,最后滿足要求的已移相信號(hào)進(jìn)入信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。這一方式的適用性廣,可調(diào)節(jié)的相位寬,能夠滿足大多數(shù)情況的使用。
[0036]實(shí)施例3:
[0037]如圖5所示,實(shí)施例3公開(kāi)了本發(fā)明實(shí)施例中的相位調(diào)節(jié)電路的再一電路原理圖。與圖4相似,本實(shí)施例中相位調(diào)節(jié)電路中采用固定電容器C3來(lái)代替實(shí)施例2中的可變電容器Cl,一方面可減化調(diào)節(jié),另一方面還可節(jié)約成本。這些器件的取值范圍,電感LI取值為1μΗ?10μΗ,電位器Rl的最大阻值范圍可為100Ω?100Κ Ω,固定電容器Cl的容值范圍可為IOpF?IOOOpF,可變電容器C2的最大容值范圍可為IOpF?1000pF。
[0038]在本發(fā)明的實(shí)施方式中,電位器、可變電容器采用定位精度高的器件,固定電容器和電感采用高Q值的器件。
[0039]以上所述的【具體實(shí)施方式】,對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的本質(zhì)和基本原理之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.射頻信號(hào)相位可調(diào)節(jié)的射頻電源,所述射頻電源包括射頻信號(hào)發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測(cè)器,其特征在于:所述射頻信號(hào)發(fā)生器包括相位調(diào)節(jié)電路,所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號(hào)的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻電源,其特征在于:所述射頻信號(hào)發(fā)生器還包括外部信號(hào)輸入接口、信號(hào)選擇電路、信號(hào)發(fā)生器、射頻信號(hào)輸出接口和信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路,所述外部信號(hào)輸入接口與所述信號(hào)選擇電路相連; 其中,所述外部信號(hào)輸入接口用于接收來(lái)自其他信號(hào)源或射頻電源的外部輸入信號(hào); 所述信號(hào)選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號(hào);當(dāng)所述信號(hào)選擇電路判斷出有外部輸入信號(hào),則將外部輸入信號(hào)發(fā)送至所述相位調(diào)節(jié)電路;當(dāng)所述信號(hào)選擇電路判斷出沒(méi)有外部輸入信號(hào),則使能所述信號(hào)發(fā)生器,啟動(dòng)所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號(hào),并將所述頻率信號(hào)輸送至所述射頻信號(hào)輸出接口以及所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路; 所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號(hào)的相位,并且將已調(diào)節(jié)相位的射頻信號(hào)輸送至所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路; 所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大,輸出可推動(dòng)所述射頻功率放大電路工作的射頻信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻電源,其特征在于:所述相位調(diào)節(jié)電路包括電位器Rl和可變電容器Cl,所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號(hào),所述電位器Rl的另一端與所述可變電容器Cl的一端相連,所述可變電容器Cl的另一端接地;所述電位器Rl和所述可變電容器Cl連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻電源,其特征在于:所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100K Ω,所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻電源,其特征在于:所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、可變電容器Cl、可變電容器C2和電位器Rl,所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號(hào),所述電位器Rl另一端與所述可變電容器Cl的一端相連,所述可變電容器Cl的另一端接地;所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述可變電容器Cl的連接端相連,所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連,所述可變電容器C2的另一端接地;所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻電源,其特征在于:所述電感LI取值為Iμ H?10 μ H,所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100Κ Ω,所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?IOOOpF,所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻電源,其特征在于:所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、固定電容器C3、可變電容器C2和電位器Rl,所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號(hào),所述電位器Rl另一端與所述固定電容器C3的一端相連,所述固定電容器C3的另一端接地;所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述固定電容器C3的連接端相連,所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連,所述可變電容器C2的另一端接地;所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的射頻電源,其特征在于:所述電感LI取值為Iμ H?10 μ H,所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100ΚΩ,所述固定電容器C3的容值范圍為IOpF?lOOOpF,所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
【文檔編號(hào)】H05H1/46GK103855910SQ201210497318
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】李勇滔, 李英杰, 夏洋, 王文東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所