[發明專利]阻抗匹配方法、阻抗匹配系統及等離子體加工設備

有效

• 申請號: 201210110740.1
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN103377869A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 韋剛;武曄
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H03H7/38
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張天舒

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，特別涉及一種阻抗匹配方法、阻抗匹配系統及等離子體加工設備。

背景技術

等離子體設備廣泛用于半導體、太陽能電池和平板顯示等制作工藝中，例如：采用等離子體設備進行薄膜沉積或等離子體刻蝕等。目前等離子體產生的方式很多，而產生等離子體時所施加的功率由電源輸出，電源從頻段上來分通常可包括直流電源，射頻電源和微波電源，其中，射頻電源具體可包括：低頻(30kHz-300kHz)電源、中頻(300kHz-2MHz)電源、高頻(2MHz-30MHz)電源和超高頻(30MHz-300MHz)電源。射頻電源本身具有特征阻抗，例如：該特征阻抗通常為50Ω，而等離子體負載的負載阻抗一般不為50Ω。根據傳輸線理論，當射頻電源的輸出阻抗與等離子體負載的負載阻抗不共軛，即：阻抗不匹配時，射頻電源的輸出功率無法完全加載到等離子體負載上，會產生功率反射，這樣會造成功率浪費，同時反射回射頻電源的功率會對射頻電源本身造成損害。為解決射頻電源的特征阻抗和等離子體負載的負載阻抗不匹配的問題，通常需要在射頻電源和等離子體負載之間設置一個阻抗匹配網絡調節裝置。

圖1為一種典型的阻抗匹配系統的結構示意圖。如圖1所示，該阻抗匹配系統包括：負載、阻抗匹配網絡和中、低頻電源。其中，阻抗匹配網絡包括變壓器、電容C和電感L，變壓器的輸入端與中、低頻電源相連，變壓器的輸出端與電容C和負載依次連接構成通路，電感L并聯在變壓器的輸出端。阻抗匹配網絡使得阻抗匹配網絡的輸入阻抗與中、低頻電源的輸出阻抗共軛匹配。如圖1所示，阻抗匹配網絡的輸入阻抗為從阻抗匹配網絡輸入端往后看的阻抗。

在實際使用過程中，阻抗匹配是通過調整變壓器匝數比和電感L(或電容C)實現的。阻抗匹配網絡的輸入阻抗包括輸入阻抗實部和輸入阻抗虛部，在阻抗匹配過程中電感L(或電容C)的調整及變壓器匝數比的調整對從輸入阻抗實部和輸入阻抗虛部均有影響，因此通過調整變壓器匝數比和電感L(或電容C)實現阻抗匹配難度較大、效率低，而且阻抗匹配的可靠性低。

發明內容

本發明提供一種阻抗匹配方法、阻抗匹配系統及等離子體加工設備，以降低阻抗匹配的難度并提高匹配的精度和效率，從而可以迅速、可靠地實現阻抗匹配。

為實現上述目的，本發明提供一種阻抗匹配系統，通過阻抗匹配網絡使射頻電源和負載之間的阻抗匹配，所述阻抗匹配網絡包括：變壓器、電感和電容，所述變壓器的初級與所述射頻電源連接；所述電感、所述電容和所述負載依次串聯在所述變壓器的次級，所述方法包括：

獲取所述射頻電源的輸出阻抗和所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗；

根據所述射頻電源的輸出阻抗和所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗，獲得阻抗實部偏差和阻抗虛部偏差；

若判斷出所述阻抗實部偏差大于第一預設精度，根據所述阻抗實部偏差獲得匝數比調整量，并根據所述匝數比調整量對所述變壓器的匝數比進行調整；

若判斷出所述阻抗實部偏差小于或者等于第一預設精度且判斷出所述阻抗虛部偏差大于第二預設精度，根據所述阻抗虛部偏差獲得電容調整量，并根據所述電容調整量對所述電容進行調整。

其中，所述射頻電源的輸出阻抗包括輸出阻抗實部和輸出阻抗虛部；所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗包括輸入阻抗實部和輸入阻抗虛部；所述輸出阻抗實部與所述輸入阻抗實部的差值為所述阻抗實部偏差，所述輸出阻抗虛部與所述輸入阻抗虛部的差值為所述阻抗虛部偏差。

其中，所述輸入阻抗實部為Z_a＝n²·R_L，所述輸入阻抗虛部為其中，n為所述變壓器的初級線圈和次級線圈的匝數比，R_L為負載等效電阻，C_L為負載等效電容，L為電感，C為電容，ω為阻抗系數，j為虛部符號。

其中，所述根據所述匝數比調整量對所述變壓器的匝數比進行調整之后還包括：

繼續執行所述獲取所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗的步驟。

其中，所述根據所述電容調整量對所述電容值進行調整之后還包括：

繼續執行所述獲取所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗的步驟。

其中，若判斷出所述阻抗虛部偏差小于或者等于第二預設精度，則繼續執行所述獲取所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗的步驟。

其中，所述獲取所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗之后還包括：

判斷所述阻抗匹配網絡的輸入阻抗和所述射頻電源的輸出阻抗是否共軛匹配；