[發(fā)明專利]一種阻抗匹配器、阻抗匹配方法和等離子體處理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810239148.5
• 申請日: 2008-12-10
• 公開（公告）號: CN101754566A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王一帆;武曄
• 申請（專利權(quán)）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
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H01J37/32
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 張?zhí)焓?陳源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及等離子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種阻抗匹配器、阻抗匹配方法。此外，本發(fā)明還涉及應用上述阻抗匹配器和/或方法的等離子體處理系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

在典型的射頻(RF)等離子體發(fā)生裝置中，恒定輸出阻抗(通常為50Ω)的RF發(fā)生器產(chǎn)生固定頻率(通常為13.56MHz)的RF波，以向等離子體處理腔室提供RF功率，激發(fā)用于刻蝕或其他工藝的等離子體。一般來講，等離子體處理腔室的非線性負載的阻抗與RF發(fā)生器的恒定輸出阻抗并不相等，故在RF發(fā)生器和等離子體處理腔室之間具有嚴重的阻抗失配，使得RF傳輸線上存在較大的反射功率，RF發(fā)生器產(chǎn)生的功率無法全部輸送給等離子體處理腔室。為解決該問題，須在RF發(fā)生器和等離子體處理腔室之間插入阻抗匹配器，例如圖1所示的自動阻抗匹配器。?

圖1中，該阻抗匹配器包括傳感器、控制器和執(zhí)行機構(gòu)，所述執(zhí)行機構(gòu)包括匹配網(wǎng)絡(luò)中的可變阻抗元件和改變其阻抗的驅(qū)動裝置。其中，傳感器檢測RF傳輸線上的電壓、電流、前向功率、反向功率等相關(guān)參數(shù)，以提供匹配控制算法所需的輸入量；控制器根據(jù)這些輸入量實現(xiàn)匹配控制算法，并給出對應于執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)整量；執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制器給出的調(diào)整量改變可變阻抗元件的阻抗值，理想狀態(tài)下，以使匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗等于RF發(fā)生器的恒定輸出阻抗，二者達到匹配。處于理想匹配狀態(tài)時，RF傳輸線上的反射功率為零，RF發(fā)生器產(chǎn)生的功率可全部輸送給等離子體處理腔室。?

在實際應用中，上述阻抗匹配器的執(zhí)行機構(gòu)中包含有諸如可調(diào)電阻的可變阻抗元件以及用以調(diào)整可變阻抗元件的電機，相應地，在 ?該阻抗匹配器的控制器中包含有電機驅(qū)動模塊和微處理器，例如圖2所示。圖2中，該阻抗匹配器的控制器中包含微處理器μP、電機驅(qū)動芯片C1和外圍電路。下面以驅(qū)動步進電機為例對圖2所示電機驅(qū)動芯片C1的工作過程進行詳細說明。?

通常，電機驅(qū)動芯片C1的工作狀態(tài)可分為：睡眠狀態(tài)、通電狀態(tài)和運行狀態(tài)等。?

其中，當電機驅(qū)動芯片C1處于睡眠狀態(tài)時，電機驅(qū)動芯片C1沒有輸出，執(zhí)行機構(gòu)中的電機處于自由狀態(tài)。此時，若電機不使用，則可降低電源消耗，并使很多內(nèi)部電路失效，包括輸出的MOSFET和調(diào)整器。若進入其他狀態(tài)，在等待100μs后內(nèi)部電路即可恢復正常。對于圖2中的電機驅(qū)動芯片C1而言，當其參考電壓(即，圖2所示A點電壓V_A)大于2V時，該電機驅(qū)動芯片C1即進入睡眠狀態(tài)。?

當電機驅(qū)動芯片C1處于運行狀態(tài)時，其接收來自微處理器μP的信號，例如脈沖信號、正反轉(zhuǎn)信號等，并根據(jù)所述信號指示對步進電機進行控制，例如控制電機的轉(zhuǎn)速和方向等。?

當電機驅(qū)動芯片C1處于通電狀態(tài)時，控制器不向電機驅(qū)動芯片C1輸出脈沖信號，此時電機不會轉(zhuǎn)動，但電機上會有電流通過。?

在實際應用中，當電機驅(qū)動芯片C1工作在睡眠狀態(tài)時，電機上沒有電流通過，如果電機受到振動，將會產(chǎn)生位移，使被電機驅(qū)動的物體(例如，匹配網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)端)的位置發(fā)生變化，從而不利于阻抗匹配器及匹配過程的精確控制。而當電機驅(qū)動芯片C1工作在通電狀態(tài)時，由于電機上有電流通過，電機易發(fā)熱，如果時間過長會縮短電機的使用壽命，即縮短匹配器的使用壽命。?

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種阻抗匹配器以及一種阻抗匹配方法，其能夠提高阻抗匹配的精度，并能夠延長阻抗匹配器等部件的使用壽命。?

此外，本發(fā)明還提供一種應用上述阻抗匹配器和/或阻抗匹配方法的等離子體處理系統(tǒng)，其同樣具有能夠提高阻抗匹配的精度、延長 系統(tǒng)使用壽命等特點。?

為此，本發(fā)明提供一種阻抗匹配器，包括檢測單元、控制單元和執(zhí)行機構(gòu)，所述檢測單元用于檢測射頻傳輸線上的電壓、電流、前向功率、反向功率，并將其輸出至控制單元；所述控制單元根據(jù)來自檢測單元的相應檢測值執(zhí)行匹配控制算法，并將由此得到的匹配網(wǎng)絡(luò)中的阻抗調(diào)整量輸入至執(zhí)行機構(gòu)；所述執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)所述調(diào)整量對匹配網(wǎng)絡(luò)中的阻抗進行調(diào)整，以減小射頻傳輸線上的反射功率，使射頻發(fā)生器產(chǎn)生的功率輸送至等離子體處理腔室。其中，所述控制單元包括微處理器和執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊，所述微處理器根據(jù)工藝需要控制執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊進入相應的工作狀態(tài)，所述工作狀態(tài)包括睡眠狀態(tài)、通電狀態(tài)、運行狀態(tài)和保持狀態(tài)。?

其中，在所述執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊的電源端和參考電壓端之間設(shè)置第一開關(guān)單元，在所述執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊的參考電壓端和地之間設(shè)置第二開關(guān)單元，并且由微處理器控制所述第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元中的可控開關(guān)閉合或者斷開。?