CN102271453B - 功率比例调节器和调节方法、电感耦合等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率比例调节器和调节方法、及一种电感耦合等离子体发生装置，属于功率调节领域，解决了现有的功率比例调节技术成本高的问题。本发明的功率比例调节器包括输入端、多个并联的输出端、功率调节单元、反馈控制单元，其中反馈控制单元用于控制所述功率调节单元，以使所述多个输出端的输出功率满足预定的比例关系。本发明的电感耦合等离子体发生装置包括上述功率比例调节器。本发明的功率比例调节方法包括根据各输出端的实际输出功率和输出功率的预定比例关系控制功率调节单元。

Description

功率比例调节器和调节方法、电感耦合等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及一种功率比例调节器和调节方法、及一种电感耦合等离子体发生装置，尤其涉及用于集成电路或MEMS(微机电系统)器件制造工艺中的功率比例调节器和调节方法、及电感耦合等离子体发生装置。

背景技术

等离子体装置被广泛用于集成电路或MEMS器件的制造工艺中。随着晶片尺寸的不断增大，提高等离子体装置中产生的等离子体的均匀性变得越来越重要。

电感耦合等离子体(ICP)发生装置因结构简单、造价低、可对产生等离子体的射频源(决定等离子体密度)与基片台射频源(决定入射到晶片上的粒子能量)进行独立控制而得到广泛应用。而电感耦合等离子体的分布受到工艺参数(如工艺气体的种类、流量、气压等)的影响，在某一工艺条件下等离子体密度可能在晶片中心高、边缘低，而在另一工艺条件下则可能恰好相反。

现有技术中用如图1所示的双线圈结构的电感耦合等离子体发生装置来改善等离子体均匀性，基片台6通过匹配器10和射频电源11相连，两个电感线圈7、8分别通过两个匹配器2、22和两个射频电源1、21相连，电感线圈8围绕在电感线圈7周围，加载到电感线圈7的射频功率主要影响晶片5中心部分的等离子体分布，加载到线圈8的射频功率则主要影响晶片5边缘部分的等离子体分布，因此在不同工艺情况下可分别调整电感线圈7、8上的射频功率以在晶片5上方获得均匀的等离子体分布。

发明人发现现有技术中存在如下问题：由于现有的电感耦合等离子体发生装置需要为每个线圈配备单独的匹配器和射频电源，故其制造和运行成本高。

发明内容

本发明的实施例提供一种功率比例调节器，以降低设备制造和运行的成本。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种功率比例调节器，包括：

输入端，用于连接交流输入；

多个并联的输出端；

功率调节单元，连接在所述输入端和多个输出端之间，用于将所述输入端的输入功率分配到所述多个输出端；

反馈控制单元，用于根据所述多个输出端的实际输出功率控制所述功率调节单元，以使所述多个输出端的输出功率满足预定的比例关系。

由于本发明的实施例的功率比例调节器可将一个输入功率转化为多个可调的输出功率，故其成本低。

本发明的实施例还提供一种电感耦合等离子体发生装置，以降低设备制造和运行的成本。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种电感耦合等离子体发生装置，包括多个并联的电感线圈和上述功率比例调节器，所述功率比例调节器的多个输出端分别连接所述多个电感线圈的输入端。

由于本发明的实施例的电感耦合等离子体发生装置只需一个电源就可向多个电感线圈输出可调的功率，故其成本低。

本发明的实施例还提供一种功率比例调节方法，包括：

为反馈控制单元设定输出功率的预定比例关系，并将交流输入连接到输入端；

所述反馈控制单元根据多个并联的输出端的实际输出功率和所述预定比例关系反馈控制功率调节单元，以使所述功率调节单元将输入功率按所述预定比例关系分配到所述多个输出端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有的电感耦合等离子体发生装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一的功率比例调节器的组成示意图；

图3为本发明实施例二的功率比例调节器的组成示意图；

图4为本发明实施例的功率比例调节器中的功率调节网络的结构示意图；

图5为本发明实施例的功率比例调节器中的另一种功率调节网络的结构示意图；

图6为本发明实施例三的功率比例调节器的组成示意图；

图7为本发明实施例四的电感耦合等离子体发生装置的结构示意图；

图8为本发明实施例五的功率比例调节方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施一例提供一种功率比例调节器3，如图2所示，其包括：

输入端31，用于连接交流输入；

多个并联的输出端32；

功率调节单元36，连接在输入端31和多个输出端32之间，用于将输入端31的输入功率分配到多个输出端32；

反馈控制单元39，用于根据多个输出端32的实际输出功率控制功率调节单元36，以使多个输出端32的输出功率满足预定的比例关系。

虽然本实施例的图2中的功率比例调节器具有三个输出端，但显而易见，本实施例的功率比例调节器也可具有两个或四个或更多的输出端。

由于本发明的实施例的功率比例调节器可将一个输入功率转化为多个可调的输出功率，故成本低。

实施例二

本发明实施例二提供一种功率比例调节器3，如图3所示，其包括一个输入端31，输入端31连接功率调节网络36，功率调节网络36分出两个并联的输出端32，在两个输出端32的电路中分别各串联有一个功率传感器33，两个功率传感器33可将测得的实际输出功率P1、P2传递到控制器34，控制器34可计算得到实测输出功率的比值(P1∶P2)，并将该比值和预先设定的输出功率的比值(P1预∶P2预)进行比较，再根据比较结果向驱动机构35发出控制命令，驱动机构35可根据控制命令驱动功率调节网络36，以使功率调节网络36将两个输出端32的输出功率比(P1∶P2)调整为预定的输出功率比(P1预∶P2预)。

其中，功率调节网络36可由多个可变阻抗元件组成，通过改变可变阻抗元件的阻抗，即可改变各输出端的输出功率比例。例如，功率调节网络36可如图4所示，包括两个并联的电容C1、C2，两电容C1、C2的一端分别各连接一个输出端32，而两电容的另一端先连接在一起后再连接输入端31。或功率调节网络36也可如图5所示，包括两个串联的电容C1、C2，电容C1的一端连接输入端31，另一端连接电容C2，电容C2的另一端接地，在两电容C1、C2之间连接有一输出端32，在电容C1和输入端31之间，也连接有一输出端32。此时，驱动机构35可通过改变电容C1、C2的阻抗驱动功率调节网络36。

显然，功率调节网络的结构并不限于图4、图5所示的情况，也可采用很多其它的形式。

实施例三

本发明实施例三提供一种功率比例调节器3，如图6所示，其具有与实施例二的功率比例调节器3类似的结构，区别在于，其中一个功率传感器33串联在输入端31与功率调节网络36间的电路中，另一个则串联功率调节网络36与在一个输出端32间的电路中，则此时两个输出端32的实际输出功率的比值为P2∶(P1-P2)，控制器34根据P2∶(P1-P2)的值和预定输出功率的比值间的关系发出控制命令。驱动机构35可根据控制命令驱动功率调节网络36，以使功率调节网络36将两个输出端32的输出功率比P2∶(P1-P2)调整为预定的输出功率比P2预∶(P1-P2)预。

本发明还提供一种电感耦合等离子体发生装置，其包括多个并联的电感线圈和上述功率比例调节器，所述功率比例调节器的多个输出端分别连接多个电感线圈的输入端。

由于本发明的实施例的电感耦合等离子体发生装置只需一个电源和一个匹配器就可向多个电感线圈输出可调的功率，故其成本低；同时由于只用一个射频电源和一个匹配器，故其电感线圈与射频电源进行阻抗匹配的难度低。

实施例四

本发明实施例四提供一种电感耦合等离子体发生装置，如图7所示，其包括上述功率比例调节器3，功率比例调节器3的输入端31连接匹配器2，匹配器2连接射频电源1；功率比例调节器3的两个输出端32分别连接两个并联的电感线圈7、8的输入端，其中电感线圈8沿电感线圈7的四周分布，而两个电感线圈7、8的输出端则可接地。

虽然上述实施例中的功率比例调节器用于电感耦合等离子体发生装置中，但显而易见，本发明的功率比例调节器的应用不限于此，而可用于将任何交流输入功率按预定比例分解成多个输出功率。

实施例五

本发明实施例五提供一种功率比例调节方法，如图8所示，其包括：

S01、为反馈控制单元设定输出功率的预定比例关系，并将交流输入连接到输入端；

S02、所述反馈控制单元根据多个并联的输出端的实际输出功率和所述预定比例关系反馈控制功率调节单元，以使所述功率调节单元将输入功率按所述预定比例关系分配到所述多个输出端。

优选的，其中反馈控制单元可根据多个功率传感器的测量结果计算出各输出端的实际输出功率的比例关系，并根据所述计算的比例关系与所述预定比例关系控制功率调节单元。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种功率比例调节器，其特征在于，包括：

输入端，用于连接交流输入；

多个并联的输出端；

功率调节单元，连接在所述输入端和多个输出端之间，用于将所述输入端的输入功率分配到所述多个输出端；

反馈控制单元，用于根据所述多个输出端的实际输出功率控制所述功率调节单元，以使所述多个输出端的输出功率满足预定的比例关系；

其中，所述反馈控制单元包括：

多个功率传感器，用于测量所述多个输出端的输出功率；或用于测量所述输入端的输入功率以及除任意一个输出端外其它所有输出端的各自的输出功率；

控制器，用于根据所述预定的比例关系和所述多个功率传感器的测量结果向驱动机构发出控制命令；

驱动机构，用于根据所述控制命令驱动所述功率调节单元，以使所述多个输出端的输出功率满足所述预定的比例关系。

2.根据权利要求1所述的功率比例调节器，其特征在于，所述功率调节单元为功率调节网络，所述功率调节网络包括多个可变阻抗元件，所述反馈控制单元通过改变所述可变阻抗元件的阻抗控制所述功率调节单元。

3.根据权利要求2所述的功率比例调节器，其特征在于，所述功率调节网络包括：多个并联的阻抗可变的电容，每个所述电容的一端分别连接一个所述输出端，所述多个电容的另一端连接在一起后再连接所述输入端。

4.根据权利要求2所述的功率比例调节器，其特征在于，所述功率调节网络包括：多个串联的阻抗可变的电容，由所述多个串联的电容组成的电路一端接地，另一端连接所述输入端，在每对相邻的所述电容之间连接有一个所述输出端，在最靠近所述输入端的电容和所述输入端之间，也连接有一个所述输出端。

5.根据权利要求4所述的功率比例调节器，其特征在于，所述控制器根据所述多个功率传感器的测量结果计算出所述多个输出端的实际输出功率的比例关系，并对所述计算的比例关系与所述预定的比例关系进行比较，再根据所述比较的结果向所述驱动机构发出所述控制命令。

6.一种电感耦合等离子体发生装置，其特征在于，包括多个并联的电感线圈和上述任意一项权利要求所述的功率比例调节器，所述功率比例调节器的多个输出端分别连接所述多个电感线圈的输入端。

7.根据权利要求6所述的电感耦合等离子体发生装置，其特征在于，所述多个电感线圈为两个电感线圈，其中一个电感线圈沿另一个电感线圈的四周分布。

8.一种功率比例调节方法，其特征在于，包括：

为反馈控制单元设定输出功率的预定比例关系，并将交流输入连接到输入端；

所述反馈控制单元根据多个并联的输出端的实际输出功率和所述预定比例关系反馈控制功率调节单元，以使所述功率调节单元将输入功率按所述预定比例关系分配到所述多个输出端；

其中，所述反馈控制单元根据多个并联的输出端的实际输出功率和所述预定比例关系反馈控制功率调节单元包括：

所述反馈控制单元根据多个功率传感器的测量结果计算出各输出端的实际输出功率的比例关系，并根据所述计算的比例关系与所述预定比例关系控制所述功率调节单元。

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