CN101478856A

CN101478856A - 一种射频自动阻抗匹配器及其实现方法

Info

Publication number: CN101478856A
Application number: CNA2008100556426A
Authority: CN
Inventors: 武晔
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2028-01-04
Also published as: CN101478856B

Abstract

本发明实施例公开了一种射频自动阻抗匹配器实现方法，在控制器与负载接地电容之间设置一个用于控制负载接地电容的驱动装置；控制器获取当前的工艺条件，根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与所述工艺条件对应的最优负载接地电容值；所述控制器控制所述驱动装置将所述负载接地电容的当前值调整为所述确定的最优负载接地电容值。本发明实施例同时公开了一种射频自动阻抗匹配器。应用本发明实施例所述的射频自动阻抗匹配器实现方法及射频自动阻抗匹配器，能够将当前的负载接地电容值自动调整为与当前工艺条件对应的最优值。

Description

一种射频自动阻抗匹配器及其实现方法

技术领域

本发明涉及阻抗匹配技术，特别涉及一种射频自动阻抗匹配器及其实现方法。

背景技术

在典型的射频(RF，Radio Frequency)等离子体发生装置中，恒定输出阻抗的RF发生器产生固定频率的RF波，为等离子体腔室提供RF功率，以激发产生用于刻蚀或用于其它工艺的等离子体。其中，RF发生器的恒定输出阻抗通常为50Ω，产生的固定频率通常为13.56MHz。通常情况下，等离子体腔室的负载阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗并不相等，所以，在RF发生器与等离子体腔室之间会存在比较严重的阻抗失配，从而使得位于RF发生器与等离子体腔室之间的RF传输线上存在较大的反射功率，造成RF发生器产生的功率无法全部输送给等离子体腔室。

为解决这一问题，现有技术中在RF发生器与等离子体腔室之间设置一个射频自动阻抗匹配器，如图1所示，图1为现有射频自动阻抗匹配器组成结构示意图。其中的负载即代表等离子体腔室的负载阻抗。由图1可见，该射频自动阻抗匹配器主要由传感器、控制器以及执行机构三部分组成；其中的执行机构中进一步包括匹配网络中的可变阻抗元件以及改变可变阻抗元件值的驱动装置。这里所提到的匹配网络是指由可变阻抗元件以及等离子体腔室的负载阻抗组成的网络。传感器检测位于射频自动阻抗匹配器与RF发生器之间的RF传输线上的电压、电流、前向功率以及反向功率等参数，提供匹配控制算法所需的输入量。这里所提到的反向功率即为反射功率。控制器根据传感器提供的输入量，通过预先确定的匹配控制算法，计算得出可变阻抗元件的调整量，并输出给执行机构中的驱动装置；驱动装置根据接收自控制器的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，从而使得匹配网络的输入阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗相等，即达到阻抗匹配。这样，RF传输线上的发射功率为零，RF发生器产生的功率全部输送到了等离子体腔室。

如图1所示，在现有的射频自动阻抗匹配器中，除了执行机构内包括的受驱动装置驱动能够改变自身阻抗值的可变阻抗元件外，通常还会在负载输出端和地之间串接一可变电容C3，作为负载接地电容。该负载接地电容从结构上说位于射频自动阻抗匹配器内。通过改变负载接地电容的值，可以将负载阻抗调整至射频自动阻抗匹配器的匹配范围中，以使得射频自动阻抗匹配器能够自动匹配。一般情况下，在负载阻抗不跳出射频自动阻抗匹配器的匹配范围的情况下，负载接地电容值一经确定，就不会再作改动。

虽然通过调整负载接地电容的值可以实现阻抗匹配，但是在实际应用中，现有的负载接地电容调整方式也带来了一系列的问题，比如：

首先，为了保证工艺处理的速度以及准确度，射频自动阻抗匹配器必须能在多种工艺条件下实现快速、精确匹配。负载接地电容值的确定，需要建立在多项工艺实验的结果和个人经验的基础上，只有经过了多项工艺实验的验证，才能保证该项工艺下，射频自动阻抗匹配器可以正常工作，即可以完成阻抗匹配。而用户要求的工艺结果决定了工艺条件，一旦当其它条件发生变化，导致某项工艺下的负载阻抗跳出射频自动阻抗匹配器的匹配范围时，如果要保证与之前同样的工艺结果，比如，要求刻蚀出的线条深度一样等，就需要调整负载接地电容值，以便将负载阻抗再次调整至射频自动阻抗匹配器的匹配范围内，使得射频自动阻抗匹配器仍旧可以快速、精确地匹配。调整负载接地电容虽然能够解决上述问题，但是需要在该工艺条件下进行大量的实验，并且需要重新验证在其它工艺条件下，调整后的负载接地电容值是否仍然使用，即，当负载接地电容设置为当前值时，在其它工艺条件下，是否也能够正确地完成阻抗匹配。

另外，虽然负载接地电容值在一定范围内可变，但是当需要改变负载接地电容的值时，需要在射频自动阻抗匹配器外部由用户进行手动调整，所以不可能作到实时，只能根据实际工艺步骤进行调整。

再有，按照现有技术确定出的负载接地电容值，虽然经过了各项工艺实验的验证，但该值只是综合了各项工艺条件，权衡利弊后，选择的一个“中间值”，而不是适合于特定工艺条件下的“最优值”。

发明内容

本发明实施例提供一种射频自动阻抗匹配器，能够根据工艺条件的变化，自动将当前负载接地电容的值调整为适合当前工艺条件的最优值。

本发明实施例提供一种射频自动阻抗匹配器实现方法，能够根据工艺条件的变化，自动将当前负载接地电容的值调整为适合当前工艺条件的最优值。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种射频自动阻抗匹配器，包括：传感器以及执行机构，所述射频自动阻抗匹配器还包括：控制器、驱动装置以及负载接地电容；

所述控制器，用于获取当前的工艺条件，根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与所述当前工艺条件对应的最优负载接地电容值，并控制所述驱动装置将所述负载接地电容的当前值调整为所述确定的最优负载接地电容值；

所述驱动装置，用于在所述控制器的控制下，将所述负载接地电容的当前值调整为所述控制器确定的最优负载接地电容值；

所述负载接地电容，用于在所述驱动装置的控制下，改变自身电容值。

一种射频自动阻抗匹配器实现方法，在控制器与负载接地电容之间设置一个用于控制负载接地电容的驱动装置；该方法包括：

控制器获取当前的工艺条件，根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与所述当前工艺条件对应的最优负载接地电容值；

所述控制器控制所述驱动装置将所述负载接地电容的当前值调整为所述确定的最优负载接地电容值。

可见，采用本发明实施例的技术方案，在控制器与负载接地电容之间设置一个用于控制负载接地电容的驱动装置；当需要进行阻抗匹配时，控制器获取当前的工艺条件，根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与当前工艺条件对应的最优负载接地电容值，并控制驱动装置将负载接地电容的当前值调整为所确定的最优负载接地电容值。与现有技术相比，本发明实施例所述方案中，能够根据工艺条件的变化，自动将当前负载接地电容的值调整为适合当前工艺条件的最优值。

附图说明

图1为现有射频自动阻抗匹配器组成结构示意图。

图2为本发明射频自动阻抗匹配器实施例的组成结构示意图。

图3为本发明实施例中控制器的组成结构示意图。

图4为本发明射频自动阻抗匹配器实现方法实施例的流程图。

具体实施方式

为解决现有技术中存在的问题，本发明实施例中提出一种新的射频自动阻抗匹配器及其实现方法，即，在控制器与负载接地电容之间设置一个用于控制负载接地电容的驱动装置；当需要进行阻抗匹配时，控制器获取当前的工艺条件，根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与该工艺条件对应的最优负载接地电容值；然后，控制器控制驱动装置将负载接地电容的当前值调整为所确定的最优负载接地电容值。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步地详细说明。

图2为本发明射频自动阻抗匹配器实施例的组成结构示意图。如图2所示，该射频自动阻抗匹配器包括：控制器201、驱动装置202以及负载接地电容203；此外，该射频自动阻抗匹配器中进一步包括传感器204以及执行机构205。其中：

控制器201，用于获取当前的工艺条件，根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与该工艺条件对应的最优负载接地电容值，并控制驱动装置202将负载接地电容203的当前值调整为确定出的最优负载接地电容值；

驱动装置202，用于在控制器201的控制下，将负载接地电容203的当前值调整为控制器201确定的最优负载接地电容值；

负载接地电容203，用于在驱动装置202的控制下，改变自身电容值。

由于传感器204以及执行机构205的功能均与现有技术中相同，且与本发明所述方案无关，所以，不再赘述。

其中，图2所示控制器201中可进一步包括：获取单元2011、确定单元2012以及控制单元2013。如图3所示，其中：

获取单元2011，用于获取当前的工艺条件；

确定单元2012，用于根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与所述工艺条件对应的最优负载接地电容值；

控制单元2013，用于控制驱动装置202将负载接地电容203的当前值调整为所确定的最优负载接地电容值。

如图2所示，假设该实施例中的驱动装置为步进电机。这里所提到的步进电机，是指一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，具有“一个脉冲走一步”的特性。也就是说，步进电机每接收到一个脉冲信号，则按照设定的方向转动一个固定的角度，即步进角。图2所示实施例中，利用步进电机来控制负载接地电容值的改变。步进电机每转动一个角度，即运转一次，则驱动负载接地电容调整一次自身的当前值，具体调整多少可根据实际需要预先设定，但每次调整的电容值一样。图2所示实施例的具体工作方式如下：

将预先确定的各不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值以表格的形式存储在控制器中。比如，将不同工艺条件及其对应的最优负载接地电容值按照一一对应的方式存储在表格中。其中，不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值可以按照现有技术确定，即通过多次工艺实验结果确定，不再赘述。

当需要进行阻抗匹配时，控制器201根据上位机发出的指令，确定当前的工艺条件。本发明实施例中的上位机可以是指现有技术中的工艺控制软件所在的设备，工艺控制软件所在设备向控制器201发送指令，其中携带有当前工艺条件。控制器201通过查找预先设置的表格，找到与当前工艺条件对应的最优的负载接地电容值，进而根据预先设置的步进电机202每运转一次能够控制负载接地电容203改变的电容值，计算如果将负载接地电容203的当前值调整为确定出的最优的负载接地电容值，需要驱动步进电机202运转的次数。

假设本实施例中计算出需要步进电机203运转4次，那么，控制器201向步进电机202连续发送4个步进脉冲；步进电机202每接收到一个来自控制器201的步进脉冲，则转动一个固定的角度，并驱动负载接地电容203改变一定的电容值。步进电机202如何驱动负载接地电容203的值改变为本领域公知，不再赘述。经过4次上述过程后，即可将负载接地电容203的值调整为控制器201确定出的当前工艺条件下对应的最优负载接地电容值，即将负载阻抗位置调整至最佳。需要说明的是，步进电机202驱动负载接地电容203每次改变的电容值可预先设定，但每次改变的负载接地电容203的值越小，最终得到的负载接地电容203的调整准确度越高。

后续过程中，如果当前工艺条件发生变化，那么只需按照上述流程重新进行阻抗匹配即可。

基于上述介绍，图4为本发明射频自动阻抗匹配器实现方法实施例的流程图。如图4所示，该方法包括：

步骤401：控制器获取当前的工艺条件，根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与该工艺条件对应的最优负载接地电容值。

本步骤中，不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值以表格的形式存储在控制器中；控制器通过查找表格，找到与当前工艺条件对应的最优负载接地电容值。

步骤402：控制器控制驱动装置将负载接地电容的当前值调整为所确定的最优负载接地电容值。

假设本实施例中的驱动装置为步进电机。那么，本步骤中，控制器首先根据预先确定的步进电机每运转一次能够改变的负载接地电容值，计算将负载接地电容的当前值调整为所确定的最优负载接地电容值，需要驱动步进电机运转的次数；之后，控制器向步进电机连续发送步进脉冲，发送的步进脉冲数等于所确定的需要驱动步进电机运转的次数；步进电机每接收到一个步进脉冲，则运转一次，并控制负载接地电容值改变一次当前值。

图4所示方法实施例的具体工作流程请参照图2所示设备实施例中的相关说明，此处不再赘述。

可见，采用本发明实施例的技术方案，负载接地电容真正成为了“可变”电容，负载接地电容值可以随工艺条件的变化而实时变化，而且保证了在不同工艺条件下，负载接地电容值都是“最优”的。当然，本发明实施例中所提到的“最优”只是一个相对概念，是指相对于现有技术中各不同工艺条件下均使用同一个负载接地电容值的方式，按照本发明实施例所述方案确定出的每一个负载接地电容值都是适合于特定工艺条件下的最优电容值。而且，一旦条件发生变化，导致某项工艺下负载阻抗跳出射频自动阻抗匹配器的匹配范围时，只需针对该工艺条件实验并确定新的最优负载接地电容值，并相应地更新控制器中存储的表格即可。而且，由于采用本发明实施例的技术方案后，不同的工艺条件对应不同的最优负载接地电容值，所以对于新确定出的负载接地电容值，不需要再像现有技术一样，验证其是否满足其它工艺条件。

总之，采用本发明实施例的技术方案，最优负载接地电容值的确定不需要再考虑所有的工艺条件，更有针对性，可以在不同工艺条件下使用各自的最优负载接地电容值。

需要说明的是，以上实施例仅为举例说明，并不用于限制本发明的技术方案。比如，上述实施例中以驱动装置为步进电机为例进行说明，但在实际应用中，该驱动装置也可以是其它设备，比如直流电机，只要能够完成本发明实施例中所述功能，即在控制器的控制下，控制负载接地电容改变自身电容值即可。另外，由于本发明实施例中所采用的驱动装置步进电机具有“一个脉冲走一步”的特性，所以本发明实施例中的控制器采用开环控制方式来控制负载接地电容值的调整。但在实际应用中，也可以采用闭环控制方式，比如，可以设置一个测量装置，用于实时测量负载接地电容值改变过程中的电容值，并反馈给控制器；控制器根据反馈结果，实时调整对驱动装置的控制方式，即调整对负载接地电容的控制方式。具体实现方式为本领域公知，不再赘述。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种射频自动阻抗匹配器，包括：传感器以及执行机构，其特征在于，所述射频自动阻抗匹配器还包括：控制器、驱动装置以及负载接地电容；

2、根据权利要求1所述的射频自动阻抗匹配器，其特征在于，所述驱动装置为步进电机，用于接收所述控制器发送的步进脉冲，控制所述负载接地电容改变当前值；

所述控制器根据预先确定的步进电机每一步进所改变的负载接地电容值，计算将负载接地电容的当前值调整为所述确定的最优负载接地电容值时，需要向所述步进电机连续发送的步进脉冲个数。

3、根据权利要求1所述的射频自动阻抗匹配器，其特征在于，所述射频自动阻抗匹配器中进一步包括：

测量装置，用于实时测量所述负载接地电容的当前值，并反馈给所述控制器；

所述控制器根据所述反馈结果，实时调整对所述驱动装置的控制方式。

4、根据权利要求1所述的射频自动阻抗匹配器，其特征在于，所述控制器进一步用于，对所述存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值进行更新。

5、根据权利要求1～4中任一项所述的射频自动阻抗匹配器，其特征在于，所述控制器中进一步包括：获取单元、确定单元以及控制单元；

所述获取单元，用于获取当前的工艺条件；

所述确定单元，用于根据预先确定并存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值，确定与所述当前工艺条件对应的最优负载接地电容值；

所述控制单元，用于控制所述驱动装置将所述负载接地电容的当前值调整为所述确定的最优负载接地电容值。

6、一种射频自动阻抗匹配器实现方法，其特征在于，在控制器与负载接地电容之间设置一个用于控制负载接地电容的驱动装置；该方法包括：

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值以表格的形式存储在所述控制器中；

所述确定与所述工艺条件对应的最优负载接地电容值包括：

所述控制器通过查找所述表格，找到与所述当前工艺条件对应的最优负载接地电容值。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述驱动装置为步进电机；所述控制器控制所述驱动装置将所述负载接地电容的当前值调整为所述确定的最优负载接地电容值包括：

所述控制器根据预先确定的所述步进电机每一步进所改变的负载接地电容值，计算将所述负载接地电容的当前值调整为所述确定的最优负载接地电容值时，需要向所述步进电机连续发送的步进脉冲个数；

所述控制器向所述步进电机连续发送步进脉冲；

所述步进电机接收步进脉冲，控制所述负载接地电容改变当前值。

9、根据权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：对所述控制器中存储的不同工艺条件下对应的最优负载接地电容值进行更新。