射頻信號相位可數(shù)字式調節(jié)的射頻電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻信號相位可數(shù)字式調節(jié)的射頻電源，所述射頻電源包括射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器；所述射頻信號發(fā)生器包括相位調節(jié)電路，所述相位調節(jié)電路用于調節(jié)外輸入射頻信號的相位。由于本發(fā)明在射頻信號發(fā)生器內嵌入有相位調節(jié)電路，因此能夠精確地調節(jié)同步接入的射頻信號的相位，消除本射頻電源與提供射頻信號的射頻電源之間的信號相位差，避免串擾，提高工藝穩(wěn)定性；同時，本發(fā)明采用的相位調節(jié)電路采用數(shù)字式控制調節(jié)，精度高。
【專利說明】射頻信號相位可數(shù)字式調節(jié)的射頻電源
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻電源，尤其是涉及一種射頻信號相位可數(shù)字式調節(jié)的射頻電源?！颈尘凹夹g】
[0002]射頻電源是用于產(chǎn)生射頻功率信號的裝置，屬于半導體工藝設備的核心部件，所有產(chǎn)生等離子體進行材料處理的設備都需要射頻電源提供能量。在集成電路、太陽能電池和LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)的工藝制造設備，例如刻蝕機、PVD (PhysicalVapor Deposition,物理氣相沉積)、PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,等離子體增強化學氣相沉積)、ALD (AtomicLayer Deposition,原子層沉積)等設備,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發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器組成。其中，射頻信號發(fā)生器用于產(chǎn)生和/或調理射頻信號，射頻功率放大電路將來自射頻信號發(fā)生器的射頻信號進行功率放大，射頻功率檢測器測量來自射頻功率放大電路的射頻功率信號并且輸出射頻功率信號，供電線路向各部件提供電力。
[0004]在產(chǎn)生等離子體進行材料處理的工藝中，存在等離子體放電過程，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體工藝設備，例如刻蝕機，可連接2臺射頻電源。其中，一臺射頻電源獨立控制離子通量、中性粒子通量，另一臺則射頻電源獨立控制離子能量。然而，2臺射頻電源的輸出射頻功率信號波形因自身的器件差異必然會存在一定的相位差，從而產(chǎn)生串擾，造成腔室內的等離子體不穩(wěn)定，進而影響工藝過程，對晶圓產(chǎn)生不可修復的損傷，使得加工線寬無法保證。
[0005]現(xiàn)有技術采用的方案是從射頻電源的射頻信號發(fā)生器引出一路射頻信號至面板接口形成射頻信號同步輸出端，在面板上還設有射頻信號同步輸入端，并且在射頻信號發(fā)生器中設置與射頻信號同步輸入端相連的外部信號輸入線路和多路選擇開關。當判斷外部信號輸入線路已接入時，多路選擇開關選擇啟用外部信號而放棄自身產(chǎn)生的射頻信號；反之，當判斷外部信號輸入線路懸空時，多路選擇開關選擇啟用自身產(chǎn)生的射頻信號。通常，在半導體工藝設備中的兩臺射頻電源之間的相位同步是利用同軸電纜，將一臺射頻電源的射頻信號同步輸出端與另一臺射頻電源的射頻信號同步輸入端相連接，從而使得兩臺射頻電源利用同一個射頻信號，期望能夠消除相位差，避免串擾；但是，即使兩臺射頻電源都處于同一機柜(或機臺)，連接這兩臺射頻電源的同軸電纜的長度也至少幾十厘米。由于半導體工藝設備中常用的射頻頻率為13.56MHz，也就是說在真空中波長僅為22.12米，而在同軸電纜中的波長則更短，一般只有16米左右，劃分360度，即4.4厘米就相差I度，因此幾十厘米的同軸電纜也會引起較大的相位差，在某些情況下，這一相位差很可能會引發(fā)等離子體振蕩，輝光不穩(wěn)定，工藝無法正常進行，最終導致加工失敗。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種射頻信號相位可數(shù)字式調節(jié)的射頻電源，該射頻電源能夠精確地調節(jié)同步接入的射頻信號的相位，消除本射頻電源與提供射頻信號的射頻電源之間的信號相位差，避免串擾，提高工藝穩(wěn)定性。
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種射頻信號相位可數(shù)字式調節(jié)的射頻電源，所述射頻電源包括射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器，所述射頻信號發(fā)生器包括相位調節(jié)電路，所述相位調節(jié)電路用于調節(jié)外輸入射頻信號的相位。
[0008]進一步地，本發(fā)明還具有如下特點:所述射頻信號發(fā)生器還包括外部信號輸入接口、信號選擇電路、信號發(fā)生器、射頻信號輸出接口和信號驅動電路，所述外部信號輸入接口與所述信號選擇電路相連；
[0009]其中，所述外部信號輸入接口用于接收來自其他信號源或射頻電源的外部輸入信號;
[0010]所述信號選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號；當所述信號選擇電路判斷出有外部輸入信號，則將外部輸入信號發(fā)送至所述相位調節(jié)電路；當所述信號選擇電路判斷出沒有外部輸入信號，則使能所述信號發(fā)生器，啟動所述信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號，并將所述頻率信號輸送至所述射頻信號輸出接口以及所述信號驅動電路；
[0011]所述相位調節(jié)電路用于調節(jié)外輸入射頻信號的相位，并且將已調節(jié)相位的射頻信號輸送至所述信號驅動電路；
[0012]所述信號驅動電路將接收到的射頻信號進行驅動放大，輸出可推動所述射頻功率放大電路工作的射頻信號。
[0013]進一步地，本發(fā)明還具有如下特點:所述相位調節(jié)電路包括時鐘管理單元、數(shù)字鎖相模塊、計數(shù)器和邏輯判斷電路；
[0014]其中，所述時鐘管理單元接入外輸入信號，并將所述外輸入信號調理后。作為基準時鐘信號CLKIN分別輸送至所述數(shù)字鎖相模塊和所述計數(shù)器；
[0015]所述數(shù)字鎖相模塊將所述基準時鐘信號CLKIN進行倍頻處理，得到倍頻信號CLKX，輸出至所述計數(shù)器和所述邏輯判斷電路；
[0016]所述計數(shù)器包括移相計數(shù)器和保持計數(shù)器；
[0017]其中，所述移相計數(shù)器以所述倍頻信號CLKX為計數(shù)信號，以基準時鐘信號CLKIN的高電平上升沿為使能信號，以所述保持計數(shù)器的保持控制信號為清零復位信號，高電平有效，當所述移相計數(shù)器的計數(shù)達到設置最大值時，所述移相計數(shù)器的輸出端將輸出高電平的移相控制信號至所述邏輯判斷電路和所述保持計數(shù)器；同時，所述保持計數(shù)器以倍頻信號CLKX為計數(shù)信號，以所述移相計數(shù)器的移相控制信號為使能信號，高電平有效，以基準時鐘信號CLKIN的高電平上升沿為清零復位信號，當所述保持計數(shù)器的計數(shù)達到設置最大值時，所述保持計數(shù)器的輸出端將輸出高電平的保持控制信號至邏輯判斷電路和所述移相計數(shù)器；
[0018]所述邏輯判斷電路以倍頻信號CLKX作為時鐘信號，并且接收來自所述移相計數(shù)器的移相控制信號和來自所述保持計數(shù)器的保持控制信號；當所述移相控制信號由低電平轉為高電平時，即所述移相控制信號的上升沿，所述邏輯判斷電路的輸出端將輸出高電平信號；當所述保持控制信號由低電平轉為高電平時，即所述保持控制信號的上升沿，所述邏輯判斷電路的輸出端將輸出低電平信號。[0019]進一步地，本發(fā)明還具有如下特點:所述數(shù)字鎖相模塊將基準時鐘信號CLKIN進行倍頻處理，倍數(shù)為2?360倍。
[0020]進一步地，本發(fā)明還具有如下特點:所述相位調節(jié)電路采用可編程邏輯器件實現(xiàn)。
[0021]進一步地，本發(fā)明還具有如下特點:所述相位調節(jié)電路采用專用集成芯片實現(xiàn)。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0023]1、由于本發(fā)明在其射頻信號發(fā)生器內嵌入有相位調節(jié)電路，因此能夠精確地調節(jié)同步接入的射頻信號的相位，消除本射頻電源與提供射頻信號的射頻電源之間的信號相位差，避免串擾，提聞工藝穩(wěn)定性；
[0024]2、本發(fā)明采用的相位調節(jié)電路采用數(shù)字式控制調節(jié)，精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例提供的射頻電源的原理框圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例中射頻信號發(fā)生器的原理圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例中相位調節(jié)電路的一電路原理圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實施例中相位調節(jié)電路的又一電路原理圖；
[0029]圖5為本發(fā)明實施例中相位調節(jié)電路的再一電路原理圖。
【具體實施方式】
[0030]為了深入了解本發(fā)明，下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031]本發(fā)明提供了一種射頻信號相位可調節(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，包括有射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器。其中，射頻信號發(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、射頻功率檢測器相連接，此外供電線路和射頻功率檢測器相連接。射頻電源的工作頻率可為2MHz、13.56MHz,27.12MHz、40.68MHz或60MHzo
[0032]如圖2所示，本發(fā)明的射頻信號發(fā)生器包括外部信號輸入接口、信號選擇電路、信號發(fā)生器、相位調節(jié)電路、射頻信號輸出接口和信號驅動電路。其中，外部信號輸入接口用于接收來自其它信號源或射頻電源的外部輸入信號，外部輸入接口與信號選擇電路相連。信號選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號，若有，則將外部輸入信號發(fā)送至相位調節(jié)電路，否則使能信號發(fā)生器，啟動信號發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的射頻信號(如上述的2MHz、
13.56MHz,27.12MHz、40.68MHz或60MHz)，并且將所產(chǎn)生的射頻信號輸送至射頻信號輸出接口，以及輸送至信號驅動電路。相位調節(jié)電路用于調節(jié)因同軸電纜線長而引起的射頻信號的相位差，并且將已調節(jié)相位差的射頻信號輸送至信號驅動電路。信號驅動電路將所接收到的射頻信號進行驅動放大，然后輸出可推動射頻功率放大器工作的射頻信號。
[0033]實施例1:
[0034]如圖3所示，實施例1公開了本發(fā)明實施例中相位調節(jié)電路的一電路原理圖。所述相位調節(jié)電路可采用獨立功能的器件組成，包括時鐘管理單元、數(shù)字鎖相模塊、計數(shù)器和邏輯判斷電路。
[0035]時鐘管理單元接入外輸入信號，將此信號進行濾波、整形等調理后，作為基準時鐘信號CLKIN分別輸送至數(shù)字鎖相模塊和計數(shù)器。
[0036]數(shù)字鎖相模塊將基準時鐘信號CLKIN進行倍頻處理，倍數(shù)可為2至360倍，倍頻后得到倍頻信號CLKX，輸出至計數(shù)器和邏輯判斷電路。
[0037]計數(shù)器包括有移相計數(shù)器和保持計數(shù)器，其中移相計數(shù)器以倍頻信號CLKX作為計數(shù)信號，以基準時鐘信號CLKIN的高電平上升沿為使能信號，以保持計數(shù)器的保持控制信號為清零復位信號，高電平有效，當移相計數(shù)器的計數(shù)達到設置最大值時，移相計數(shù)器的輸出端將輸出高電平的移相控制信號至邏輯判斷電路和保持計數(shù)器；保持計數(shù)器以倍頻信號CLKX為計數(shù)信號，以移相計數(shù)器的移相控制信號為使能信號，高電平有效，以基準時鐘信號CLKIN的高電平上升沿為清零復位信號，當保持計數(shù)器的計數(shù)達到設置最大值時，保持計數(shù)器的輸出端將輸出高電平的保持控制信號至邏輯判斷電路和移相計數(shù)器。
[0038]邏輯判斷電路以倍頻信號CLKX作為時鐘信號，并且接收來自移相計數(shù)器的移相控制信號和來自保持計數(shù)器的保持控制信號，當移相控制信號由低電平轉為高電平時，即移相控制信號的上升沿，邏輯判斷電路的輸出端將輸出高電平信號；當保持控制信號由低電平轉為高電平時，即保持控制信號的上升沿，邏輯判斷電路的輸出端將輸出低電平信號。
[0039]相位調節(jié)電路的工作過程為:
[0040]首先，外信號輸入經(jīng)過時鐘管理單元的濾波整形等預處理后，可作為基準時鐘信號CLKIN，輸出至數(shù)字鎖相模塊和計數(shù)器。
[0041 ] 接著，由數(shù)字鎖相模塊將CLKIN進行倍頻，得到倍頻信號CLKX，倍數(shù)可根據(jù)所需調節(jié)相位的精度確定，例如所需調節(jié)相位的精度為I度，則倍數(shù)為360，若精度為5度，則倍數(shù)為72。
[0042]然后，移相計數(shù)器以倍頻信號CLKX為計數(shù)時鐘信號，當CLKIN的高電平上升沿時，開始計數(shù)，移相計數(shù)器的輸出端初始輸出為低電平，計數(shù)最大值可根據(jù)傳輸同軸電纜的長度事先預置，也可現(xiàn)場直接設置，此計數(shù)最大值與精度的乘積決定了移動的相位大小，當移相計數(shù)器的計數(shù)達到最大值時，輸出端將移相控制信號由低電平轉變?yōu)楦唠娖?，并且輸出至邏輯判斷電路和保持計?shù)器。
[0043]此時，保持計數(shù)器也以倍頻信號CLKX為計數(shù)時鐘信號，當移相控制信號由低電平轉變?yōu)楦唠娖綍r，開始計數(shù)，保持計數(shù)器的輸出端初始輸出為低電平，計數(shù)最大值由倍數(shù)和基準時鐘信號CLKIN的占空比決定，可事先預置，也可現(xiàn)場直接設置，當保持計數(shù)器的計數(shù)達到最大值時，輸出端將保持控制信號由低電平轉變?yōu)楦唠娖?，并且輸出至邏輯判斷電路和移相計?shù)器。
[0044]邏輯判斷電路以倍頻信號CLKX作為時鐘信號，根據(jù)移相控制信號和保持控制信號的電平變換來決定最終輸出，當移相控制信號由低電平轉為高電平時，即移相控制信號的上升沿，邏輯判斷電路的輸出端將輸出高電平信號；當保持控制信號由低電平轉為高電平時，即保持控制信號的上升沿，邏輯判斷電路的輸出端將輸出低電平信號，因此由移相控制信號決定所移動相位的大小，由保持控制信號決定移相后的信號占空比保持不變，從而實現(xiàn)外部射頻信號輸入的數(shù)字式調節(jié)移相。
[0045]當移相計數(shù)器接收到的保持控制信號由低電平轉變?yōu)楦唠娖綍r，移相計數(shù)器復位清零，為下一次計數(shù)做準備；當保持計數(shù)器接收到的基準時鐘信號CLKIN由低電平轉變?yōu)楦唠娖綍r，保持計數(shù)器復位清零，為下一次計數(shù)做準備。[0046]實施例2:
[0047]如圖4所示，實施例2公開了本發(fā)明實施例中相位調節(jié)電路的又一電路原理圖。相位調節(jié)電路可采用可編程邏輯器件(例如現(xiàn)場可編程邏輯門器件FPGA)來實現(xiàn)相位調節(jié)電路，圖4中的各部件功能與圖3中的相應部件一致。
[0048]實施例3:
[0049]如圖5所示，實施例3公開了本發(fā)明實施例中相位調節(jié)電路的再一電路原理圖。相位調節(jié)電路可采用專用集成芯片來實現(xiàn)相位調節(jié)電路，圖5中的各部件功能與圖3中的相應部件一致。
[0050]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)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(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的本質和基本原理之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.射頻信號相位可數(shù)字式調節(jié)的射頻電源，所述射頻電源包括射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器，其特征在于:所述射頻信號發(fā)生器包括相位調節(jié)電路，所述相位調節(jié)電路用于調節(jié)外輸入射頻信號的相位。
2.根據(jù)權利要求1所述的射頻電源，其特征在于:所述射頻信號發(fā)生器還包括外部信號輸入接口、信號選擇電路、信號發(fā)生器、射頻信號輸出接口和信號驅動電路，所述外部信號輸入接口與所述信號選擇電路相連； 其中，所述外部信號輸入接口用于接收來自其他信號源或射頻電源的外部輸入信號； 所述信號選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號；當所述信號選擇電路判斷出有外部輸入信號，則將外部輸入信號發(fā)送至所述相位調節(jié)電路；當所述信號選擇電路判斷出沒有外部輸入信號，則使能所述信號發(fā)生器，啟動所述信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號，并將所述頻率信號輸送至所述射頻信號輸出接口以及所述信號驅動電路； 所述相位調節(jié)電路用于調節(jié)外輸入射頻信號的相位，并且將已調節(jié)相位的射頻信號輸送至所述信號驅動電路； 所述信號驅動電路將接收到的射頻信號進行驅動放大，輸出可推動所述射頻功率放大電路工作的射頻信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的射頻電源，其特征在于:所述相位調節(jié)電路包括時鐘管理單元、數(shù)字鎖相模塊、計數(shù)器和邏輯判斷電路； 其中，所述時鐘管理單元接入外輸入信號，并將所述外輸入信號調理后。作為基準時鐘信號CLKIN分別輸送至所述數(shù)字鎖相模塊和所述計數(shù)器； 所述數(shù)字鎖相模塊將所述基準時鐘信號CLKIN進行倍頻處理，得到倍頻信號CLKX，輸出至所述計數(shù)器和所述邏輯判斷電路； 所述計數(shù)器包括移相計數(shù)器和保 持計數(shù)器； 其中，所述移相計數(shù)器以所述倍頻信號CLKX為計數(shù)信號，以基準時鐘信號CLKIN的高電平上升沿為使能信號，以所述保持計數(shù)器的保持控制信號為清零復位信號，高電平有效，當所述移相計數(shù)器的計數(shù)達到設置最大值時，所述移相計數(shù)器的輸出端將輸出高電平的移相控制信號至所述邏輯判斷電路和所述保持計數(shù)器；同時，所述保持計數(shù)器以倍頻信號CLKX為計數(shù)信號，以所述移相計數(shù)器的移相控制信號為使能信號，高電平有效，以基準時鐘信號CLKIN的高電平上升沿為清零復位信號，當所述保持計數(shù)器的計數(shù)達到設置最大值時，所述保持計數(shù)器的輸出端將輸出高電平的保持控制信號至邏輯判斷電路和所述移相計數(shù)器； 所述邏輯判斷電路以倍頻信號CLKX作為時鐘信號，并且接收來自所述移相計數(shù)器的移相控制信號和來自所述保持計數(shù)器的保持控制信號；當所述移相控制信號由低電平轉為高電平時，即所述移相控制信號的上升沿，所述邏輯判斷電路的輸出端將輸出高電平信號；當所述保持控制信號由低電平轉為高電平時，即所述保持控制信號的上升沿，所述邏輯判斷電路的輸出端將輸出低電平信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的射頻電源，其特征在于:所述數(shù)字鎖相模塊將基準時鐘信號CLKIN進行倍頻處理，倍數(shù)為2~360倍。
5.根據(jù)權利要求1所述的射頻電源，其特征在于:所述相位調節(jié)電路采用可編程邏輯器件實現(xiàn)。
6.根據(jù)權利要求1所述的射頻電源，其特征在于:所述相位調節(jié)電路采用專用集成芯片 實現(xiàn)。
【文檔編號】H05H1/46GK103855911SQ201210497413
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權日:2012年11月28日
【發(fā)明者】李勇滔, 李英杰, 夏洋, 王文東 申請人:中國科學院微電子研究所