CN102742366B - 阻抗匹配装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻抗匹配装置。该阻抗匹配装置与等离子体负载进行阻抗匹配。该阻抗匹配装置包括：第一频率阻抗匹配电路单元，该第一频率阻抗匹配电路单元工作在第一频率，向等离子体负载传送第一频率RF功率源单元的输出；以及第二频率阻抗匹配电路单元，该第二频率阻抗匹配电路单元工作在高于第一频率的第二频率，向等离子体负载传送第二频率RF功率源单元的输出。其中，第一频率阻抗匹配电路单元包括T型匹配电路，并且第二频率阻抗匹配电路单元包括标准L型匹配电路或Π型匹配电路。

Description

阻抗匹配装置
技术领域
本发明涉及一种阻抗匹配装置，更具体的，涉及一种双频阻抗匹配装置。
背景技术
传统上，电容耦合等离子体设备已用于半导体制造工艺或平板显示器制造工艺。通过将具有不同频率的射频（RF）功率连接到电极可提高等离子体工艺的特性。双频阻抗匹配装置向等离子体负载提供具有两个不同频率的RF功率。
发明内容
本发明的实施例提供一种双频阻抗匹配装置，该双频阻抗匹配装置可提供没有干扰的宽匹配范围。
在本发明的一方面中提供用于与等离子体负载进行阻抗匹配的阻抗匹配装置。所述阻抗匹配装置可包括第一频率阻抗匹配电路单元和第二频率阻抗匹配电路单元。所述第一频率阻抗匹配电路单元工作在第一频率，设置为向等离子体负载传送第一频率RF功率源单元的输出；第二频率阻抗匹配电路单元工作在高于所述第一频率的第二频率，设置为向等离子体负载传送第二频率RF功率源单元的输出。所述第一频率阻抗匹配电路单元包括T型匹配电路，并且所述第二频率阻抗匹配电路单元包括标准L型匹配电路或Π型匹配电路。
在本发明的实施例中，所述T型匹配电路可包括第一可变电容器、第二可变电容器和第一电感器。所述第一可变电容器连接至接收所述第一频率RF功率源单元的功率的输入端NLIN；所述第二可变电容器一端连接至所述第一可变电容器，且另一端连接至输出所述第一频率RF功率源单元的功率的输出端NLOUT；所述第一电感器一端连接至所述第一可变电 容器和所述第二可变电容器的连接端，且另一端接地。
在本发明的实施例中，第一频率可以为0.1~14MHz中的一个频率，以及第二频率可以为10~200MHz中的一个频率。
在本发明的实施例中，所述第一频率阻抗匹配电路单元可进一步包括第一频率输出滤波单元，该第一频率输出滤波单元布置在所述T型匹配电路和所述等离子体负载之间。所述第一频率输出滤波单元可包括：固定电容器，所述固定电容器的一端连接至T型阻抗匹配电路的输出端，且另一端连接至等离子体负载；以及并联连接至所述固定电容器的电感器。所述第一频率输出滤波单元可以是通过LC谐振阻断第二频率分量的带阻滤波器。
在本发明的实施例中，在所述第二频率处，所述第一频率输出滤波器可具有-1000欧姆或更低的电抗。
在本发明的实施例中，所述T型匹配电路可进一步包括第二电感器，所述第二电感器耦合于所述连接端和所述第二可变电容器之间。
在本发明的实施例中，所述T型匹配电路可进一步包括固定电容器，所述固定电容器一端连接至输出端NLOUT，且另一端接地。
在本发明的实施例中，阻抗匹配装置可进一步包括第一频率输入滤波单元，所述第一频率输入滤波单元布置在所述第一频率阻抗匹配电路单元和所述第一频率RF功率源单元之间。所述第一频率输入滤波单元可包括：电感器，其布置在所述第一频率RF功率源单元的输出端和所述T型匹配电路的输入端之间；第一固定电容器，其一端连接至所述第一频率RF功率源单元的输出端，且另一端接地；以及第二固定电容器，其一端连接至所述第二T型匹配电路的所述输入端，且另一端接地。
在本发明的实施例中，所述标准L型匹配电路可包括：第一可变电容器，其耦合于接收所述第二频率RF功率源单元的功率的输入端NHIN和地之间；以及第二可变电容器，其具有一端连接至所述输入端NHIN，且另一端连接至传送所述第二频率RF功率源单元的所述功率的输出端NHOUT。
在本发明的实施例中，所述第二频率阻抗匹配电路单元可进一步包 括第二频率输出滤波单元，所述第二频率输出滤波单元布置在所述标准L型匹配电路和所述等离子体负载之间。所述第二频率输出滤波单元可包括固定电容器，所述固定电容器布置在所述标准L型匹配电路的输出端和所述等离子体负载之间。所述第二频率输出滤波单元可以是使所述第二频率分量通过的高通滤波器，并且在所述第一频率处，所述第二频率输出滤波单元的阻抗绝对值可以为1000欧姆或更大。
在本发明的实施例中，所述第二频率匹配电路单元可进一步包括第二频率输入滤波单元，所述第二频率输入滤波单元布置在所述标准L型匹配电路的输入端和所述第二频率RF功率源单元的输出端之间。所述第二频率输入滤波单元可包括：第一电容器，其一端连接至所述第二频率RF功率源单元的输出端；第二电容器，其一端连接至所述第二频率匹配电路单元的输入端，且另一端连接至所述第一电容器的另一端；以及电感器，其一端连接至所述第一电容器和所述第二电容器的连接端N9，且另一端接地。
在本发明的实施例中，所述标准L型匹配电路可进一步包括电感器，所述电感器串联连接至所述第二可变电容器，并且所述电感器一端连接至所述输入端。
在本发明的实施例中，所述标准L型匹配电路可进一步包括电感器，所述电感器串联连接至所述第一可变电容器，并且所述电感器一端接地。
附图说明
结合附图和与之相随的详细说明将更加直观地了解本发明。本发明描述的实施例以示例而非限制形式提供，其中相同的附图标记指代同一或类似部件。附图并非用于度量，相反，重点在于对本发明方面进行说明。
图1至图3分别表示标准L型匹配电路、该标准L型匹配电路的史密斯圆图以及该匹配电路的等效电路图。
图4和图5分别表示反向L型匹配电路和该反向L型匹配电路的史密斯圆图。
图6和图7分别表示T型匹配电路和该T型匹配电路的史密斯圆图。
图8和图9分别表示标准L型匹配电路和该标准L型匹配电路的史密斯圆图。
图10和图11分别表示Π型匹配电路和该Π型匹配电路的史密斯圆图。
图12表示根据本发明实施例的阻抗匹配装置。
图13至图15分别表示根据本发明其它实施例的T型匹配电路。
图16和图17分别示出根据本发明实施例的第一频率输出滤波器的阻抗的绝对值和相位。
图18至图20表示根据本发明其它实施例的标准L型匹配电路。
图21至图24表示图12中阻抗匹配电路的散射矩阵（S）参数的特性。
图25表示根据本发明另一实施例的Π型匹配电路。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地对本发明进行描述。其中，附图示出本发明的优选实施例。然而，本发明在此可以多种不同的形式展现。当然，提供这些实施例将使本发明更加详尽和完整，并且将充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。在附图中，相同的数字指代同一附图标记。
图1至图3分别表示标准L型匹配电路、该标准L型匹配电路的史密斯圆图以及该匹配电路的等效电路图。
根据图1和图2，第一可变电容器（C1）11耦合于输入端NIN和地之间。第二可变电容器（C2）13串联耦合于输入端NIN和输出端NOUT之间。电感器13的电感可以为10μH。
当向输入端NIN提供的频率为2MHz时，电感器13的电感为1μH，第一可变电容器11的电容为100-1000pF，且第二可变电容器12的电容为50-500pF，史密斯圆图中的“A”区域表示能够满足电路的匹配条件的负载阻抗范围。因此，在频率为2MHz处，第一可变电容器11和第二可变电容器12的电容在关于任何负载均可实现阻抗匹配方面受限制。通常，标准L型匹配电路由于其容易控制而被经常使用。当负载阻抗的实部为50欧姆或更大时，标准L型匹配电路不能提供阻抗匹配。
根据图3，针对任何负载（ZL=r+jx），存在两个满足匹配的解，串联连接元件的电抗Xs和并联连接元件的电抗Xp由以下等式（1）、（2）给出：
等式（1）
X S = + / - r ( Z o - r ) - x
（两种符号不分先后顺序）
另一个解Xp由以下等式（2）给出
等式（2）
X P = - / + r ( Z O - r )
其中，Zo表示传输线特性阻抗。
由于平方根中的数值必须为正数，因此需要满足条件r<Zo。但是，由于实际等离子体负载的实部电阻可能超过50欧姆，因此标准L型匹配电路不可应用于实际等离子体负载的实部电阻超过50欧姆的情况。
图4和图5分别表示反向L型匹配电路和该反向L型匹配电路的史密斯圆图。
根据图4和图5，第一可变电容器22和电感器23串联耦合于输入（“IN”）端NIN和输出（“OUT”）端NOUT之间。第一可变电容器22连接至输入端NIN，并且电感器23连接至输出端NOUT。第二可变电容器21耦合于地与第一可变电容器22和电感器23的连接端Nm之间。
当向输入端NIN提供的频率为2MHz时，电感器23的电感为1μH，第一可变电容器22的电容为50-500pF，并且第二可变电容器21的电容为100-1000pF，史密斯圆图中的“B”区域表示能够实现匹配的负载阻抗范围。实际上，可变电容器22和可变电容器21的电容有限。因此，在频率为2MHz处，第一可变电容器11和第二可变电容器12的电容在关于任何负载均可实现阻抗匹配方面受限制。
图6和图7分别表示T型匹配电路和该T型匹配电路的史密斯圆图。
根据图6和图7，第一可变电容器31和第二可变电容器33串联耦合于输入端NIN和输出端NOUT之间。电感器32耦合于地与第一和第二可变电容器31和33的连接端Nm之间。第一可变电容器31的一端连接至输入端NIN，第二可变电容器33的一端连接至输出端NOUT。
当向输入端NIN提供的频率为2MHz时，电感器32的电感为1μH，第一可变电容器31的电容为50-500pF，并且第二可变电容器33的电容为100-1000pF，史密斯圆图中的“C”区域表示能够实现所述匹配的负载阻抗范围。
因此，在频率为2MHz处，T型匹配电路在关于任何负载均可实现阻抗匹配方面受限制。在频率为2MHz处，T型匹配电路可获得比标准L型匹配电路和反向L型匹配电路更宽的匹配范围。
双频匹配电路包括低频区域内的低频匹配电路和高频区域内的高频匹配电路。通常，由于标准L型和反向L型匹配电路控制简易而被低频区域内的低频匹配电路采用。但是，如果是例如等离子体的可变负载，则标准L型或反向L型匹配电路在阻抗匹配方面受限制。
在负载是等离子体的情况下，在低频区域内，反射系数Γ所位于的区域主要出现在图7中的D区域。相应地，使用相同元件，T型匹配电路可实现比标准L型匹配电路或反向L型匹配电路范围更宽的阻抗匹配。
近来的等离子体处理装置在处理过程中改变了电极间的距离或气体。相应地，在负载的阻抗随时间而变化的环境下，标准L型匹配电路或反向L型匹配电路在阻抗匹配方面受限制。
另一方面，当向输入端NIN提供的频率为60MHz时，电感器32的电感为1μH，第一可变电容器31的电容为50-500pF，并且第二可变电容器33的电容为100-1000pF，标准L型或反向L型匹配电路的史密斯圆图（未示出）中可被扫描的区域得到扩展。相应地，在频率为60MHz的区域中，标准L型或反向L型匹配电路可以关于可变负载执行阻抗匹配。因此，在高频区域中使用T型匹配电路的实际价值降低。
根据本发明实施例的阻抗匹配装置包括T型匹配电路和L型匹配电路，所述T型匹配电路工作在低频区域，所述标准L型匹配电路工作在高频区域。
图8和图9分别表示标准L型匹配电路和该标准L型匹配电路的史密斯圆图。
根据图8和图9，第一可变电容器（C1）11耦合于输入端NIN和地之间。第二可变电容器（C2）12串联耦合于输入端NIN和输出端NOUT之间。电感器13的电感可以为120nH。
当向输入端NIN提供的频率为100MHz时，电感器32的电感为1μH，第一可变电容器11的电容为25-100pF，并且第二可变电容器33的电容为10-100pF，史密斯圆图上可被扫描的区域由E表示。实际上，这里对第一可变电容器11和第二可变电容器33的最小电容有所限制。因此，在频率为100MHz处，标准L型匹配电路在关于任何负载均可执行阻抗匹配方面受限制。
当频率为100MHz时，等离子体负载可布置在F区域。当等离子体负载的实部为50欧姆或更大时，标准L型匹配电路可能不执行阻抗匹配。这种情况下，等离子体负载的虚部可能为几百欧姆。通常，可获得的真空可变电容器的最大电容约为10pF。但是，当等离子体负载的虚部为几百欧姆时，第二可变电容器12的电容必须足够低以执行阻抗匹配。因此，在这种情况下，标准L型匹配电路在匹配方面可能受限制。
下面将描述Π型匹配电路，当等离子体负载的虚部为50欧姆或更大时，该Π型匹配电路能够执行阻抗匹配。
图10和图11分别表示Π型匹配电路和该Π型匹配电路的史密斯圆图。
根据图10和图11，第一可变电容器（C1）41耦合于输入端NIN和地之间。电感器43耦合于输入端NIN和输出端NOUT之间。第二可变电容器（C2）42的一端连接至输出端NOUT，并且其另一端接地。
当向输入端NIN提供的频率为100MHz时，电感器43的电感为120nH，第一可变电容器41的电容为25-100pF，并且第二可变电容器42 的电容为10-100pF，史密斯圆图中可被扫描的区域由G表示。当频率为100MHz时，等离子体负载可布置在H区域中。
相应地，当等离子体负载的实部为50欧姆或更大且其虚部为几百欧姆时，在高频区域中，Π型匹配电路可执行比标准L型匹配电路更有效的阻抗匹配。
图12表示根据本发明实施例的阻抗匹配装置100。
根据图12，阻抗匹配装置100与等离子体负载ZL进行阻抗匹配。阻抗匹配装置100包括：第一频率阻抗匹配电路单元181，其工作在第一频率处，将第一频率RF功率源单元112的输出传送至等离子体负载ZL；以及第二频率阻抗匹配电路单元183，其工作在高于第一频率的第二频率处，将第二频率RF功率源单元114的输出传送至等离子体负载ZL。第一频率阻抗匹配电路单元181包括T型匹配电路130。第二频率阻抗匹配电路单元183包括标准L型匹配电路160。第一频率可以是0.1-14MHz中的一个频率，而第二频率可以是10-200MHz中的一个频率。
T型匹配电路130包括：第一可变电容器（C1）131，其连接至接收第一频率RF功率源单元112的功率的输入端NLIN；第二可变电容器（C2）133，其一端直接连接至第一可变电容器131，且另一端输出第一频率RF功率源单元112的功率；以及第一电感器132，其一端连接至第一可变电容器131和第二可变电容器133的连接端N5，且另一端接地。
第一可变电容器131和第二可变电容器133的电容随等离子体负载ZL而变化，使得入射功率最大化地传送至等离子体负载ZL。等离子体负载ZL可包括用于产生等离子体的电极或触点（antenna）。
第一可变电容器131和第二可变电容器133可进一步包括串联连接的固定电容器以改变电容。第一可变电容器131和第二可变电容器133可机械地连接至驱动马达。因此，第一可变电容器131和第二可变电容器133的电容可通过驱动马达的转动来控制。
真空容器192可包括第一电极194和与第一电极194间隔开的第二电极196。基底可布置在第二电极196上。第一频率阻抗匹配电路单元181和第二频率阻抗匹配电路单元183的输出在结合端N1处合并后可提 供给第二电极196。因此，第二电极196可产生等离子体。
第一频率RF功率源单元112可调整入射到基底198上的离子能量，并且第二频率RF功率源单元114可控制等离子体的密度。真空容器192可用于执行蚀刻工艺、沉积工艺或表面处理工艺。阻抗匹配装置100可连接至第二电极196。
图13至15表示根据本发明其它实施例的T型匹配电路。
根据图13，T型匹配电路130可包括第一可变电容器131、第二可变电容器133、第一电感器132以及第二电感器134。第一可变电容器131的一端连接至接收第一频率RF功率源单元112的功率的输入端NLIN。第一电感器132的一端连接至第一可变电容器131的另一端，而第一电感器132的另一端接地。第二电感器134的一端连接至第一电感器132和第一可变电容器131的连接端N5。第二可变电容器133的一端连接至第二电感器134的另一端，而第二可变电容器133的另一端连接至输出端NLOUT。第二电感器134和第二可变电容器133的位置可互换。
根据图14，T型匹配电路130可包括第一可变电容器131、第二可变电容器133、第一电感器132以及固定电容器135。第一可变电容器131的一端连接至接收第一频率RF功率源单元112的功率的输入端NLIN。第一电感器132的一端连接至第一可变电容器131的另一端，而第一电感器132的另一端接地。第二可变电容器133的一端连接至第一电感器132和第一可变电容器131的连接端N5。第二可变电容器133的另一端连接至输出端NLOUT。固定电容器135的一端连接至输出端NLOUT。
根据图15，T型匹配电路130可包括第一可变电容器131、第二可变电容器133、第一电感器132、第二电感器134以及固定电容器135。第一可变电容器131的一端连接至接收第一频率RF功率源单元112的功率的输入端NLIN。第一电感器132的一端连接至第一可变电容器131的另一端，而第一电感器132的另一端接地。
第二电感器134的一端连接至第一电感器132和第一可变电容器131的连接端N5。第二可变电容器133的一端连接至第二电感器134的另一端，而第二可变电容器133的另一端连接至输出端NLOUT。固定电容器135的一端连接至输出端NLOUT，而固定电容器135的另一端接地。第二电感器134和第二可变电容器133的位置可互换。
返回图12，第一频率阻抗匹配电路单元181可包括第一频率输出滤波单元140，所述第一频率输出滤波单元140布置在T型匹配电路130和结合端N1之间。第一频率输出滤波单元140可消除由第一频率分量和第二频率分量产生的谐波和互调。
双频匹配电路的任务是在低频的第一频率区域中容易执行阻抗匹配。双频匹配电路的另一任务是将第一频率和第二频率的干扰降至最小。相应地，第一频率输出滤波单元140可将干扰降至最小。相应地，当第一频率输出滤波单元140布置在第一T型匹配电路130内部或第二频率输出滤波单元170布置在标准L型匹配电路160内部时，第一频率阻抗匹配电路单元181和第二频率阻抗匹配电路单元183可能互相干扰。
更具体地，T型匹配电路130可受到标准L型匹配电路160的可变电容器C1和C2的电容的影响。反过来，标准L型匹配电路160可受到T型匹配电路130的可变电容器C1和C2的电容的影响。
第一频率输出滤波单元140必须布置在T型匹配电路130和结合端N1之间，以消除第一频率阻抗匹配电路单元181和第二频率阻抗匹配电路单元183的干扰。此外，第二频率输出滤波单元170必须布置在标准L型匹配电路160和结合端N1之间。
第一频率输出滤波单元140可包括固定电容器142和并联连接至固定电容器142的反相器141。固定电容器142的一端连接至T型匹配电路的输出端NLOUT，而固定电容器142的另一端连接至结合端N1。第一频率输出滤波单元140可以是通过LC谐振阻断第二频率分量f2的带阻滤波器。
就第二频率而言，离子体负载ZL和第一频率阻抗匹配电路单元181并联连接至第二频率阻抗匹配电路单元183的输出端N1。通常，离子体负载ZL的电抗可具有从-100欧姆至+100欧姆变化的值。相应地，第一频率阻抗匹配电路单元181优选地包括具有比离子体负载ZL至少大十倍阻抗的第一频率输出滤波单元140。由于这个原因，第二频率RF功率源单元114的功率可主要传送至等离子体负载ZL以被消耗。
第一频率输出滤波单元140的阻抗ZA的绝对值可设置为具有1000欧姆或更大。为实现这一点，第一频率输出滤波单元140可包括使用LC谐振的带阻滤波器。由于T型匹配电路130中第二可变电容器133的电抗是负的，可优选地将第一频率输出滤波单元140的阻抗设计为负的。相应地，T型匹配电路130中第二可变电容器133的电抗和第一频率输出滤波单元140的阻抗可相加以增加相加后的阻抗绝对值。就第二频率而言，由于相加后的阻抗绝对值增加，第二频率RF功率源单元的功率主要提供给等离子体负载ZL以被消耗。
根据本发明的改进实施例，第一频率输出滤波单元140可使用电感器141和寄生在电感器141上的寄生电容器来实现。
图16和图17分别示出根据本发明实施例的第一频率输出滤波器的阻抗的绝对值和相位。
根据图16和图17，在第二频率f2为60MHz处，第一频率输出滤波单元140的阻抗绝对值具有5.7千欧（KΩ）。在第二频率f2为60MHz处，阻抗的相位角为-75.5度。第一频率可以为2MHz。
返回图12，第一频率阻抗匹配电路单元181可以包括第一频率输入滤波单元120，所述第一频率输入滤波单元120布置在T型匹配电路130和第一频率RF功率源单元112之间。第一频率输入滤波单元120可以是低通滤波器。
第一频率输入滤波单元120可包括：电感器122，其布置在第一频率RF功率源单元112的输出端N2和T型匹配电路130的输入端NLIN之间；第一固定电容器121，其一端连接至第一频率RF功率源单元112的输出端N2，且另一端接地；以及第二固定电容器123，其一端连接至T型匹配电路130的输入端NLIN，且其另一端接地。第一频率输入滤波单元120可以是低通滤波器，该低通滤波器在阻断第二频率分量和第一频率分量的谐波分量的同时使第一频率分量通过。
根据本发明的改进实施例，第一频率输入滤波单元120可包括带通滤波器，所述带通滤波器使第一频率分量通过。
返回图12，第二频率阻抗匹配电路单元183可包括标准L型匹配电路160。标准L型匹配电路160可包括：第一可变电容器161，其耦合于接收第二频率RF功率源单元114的功率的输入端NHIN和地之间；以及第二可变电容器162，其一端连接至输入端NHIN，且另一端连接至传送第二频率RF功率源单元114的功率的输出端NHOUT。第一可变电容器161或第二可变电容器162可包括辅助固定电容器。第一可变电容器161、第二可变电容器162以及辅助固定电容器可串联或并联地联结。
图18至图20表示根据本发明其它实施例的标准L型匹配电路160。
根据图18，标准L型匹配电路160可包括第一可变电容器161、第二可变电容器162以及第一电感器164。第一可变电容器161的一端可连接至接收第二频率RF功率源单元114的功率的输入端NHIN，而第一可变电容器161的另一端可接地。第一电感器164的一端可连接至输入端NHIN。第二可变电容器162的一端可连接至第一电感器164的另一端，而第二可变电容器162的另一端可连接至传送第二频率RF功率源单元114的功率的输出端NHOUT。
根据图19，标准L型匹配电路160可包括第一可变电容器161、第二可变电容器162以及第一电感器163。第一可变电容器161的一端可连接至接收第二频率RF功率源单元114的功率的输入端NHIN。第一电感器163的一端可连接至第一可变电容器161的另一端，而第一电感器163的另一端可接地。第二可变电容器162的一端可连接至输入端NHIN，而第二可变电容器162的另一端可连接至传送第二频率RF功率源单元114的功率的输出端NHOUT。
根据图20，标准L型匹配电路160可包括第一可变电容器161、第二可变电容器162、第一电感器163以及第二电感器164。第一可变电容器161的一端可连接至接收第二频率RF功率源单元114的功率的输入端NHIN。第一电感器163的一端可连接至第一可变电容器161的另一端，而第一电感器163的另一端可接地。第二电感器164的一端可连接至输入端NHIN。第二可变电容器162的一端可连接至第二电感器164的另一端，第二可变电容器162的另一端可连接至传送第二频率RF功率源单元114的功率的输出端NHOUT。
返回图12，第二频率阻抗匹配电路单元183可包括第二频率输出滤波单元170，所述第二频率输出滤波单元170布置在标准L型匹配电路160和结合端N1之间。第二频率输出滤波单元170可包括固定电容器171。固定电容器171可耦合于标准L型匹配电路160的输出端NHOUT和结合端N1之间。
第二频率输出滤波单元170可以是使第二频率分量通过的高通滤波器。在第一频率处，第二频率输出滤波单元170的阻抗绝对值可以为1000欧姆或更大。
就第一频率而言，等离子体负载ZL和第二频率阻抗匹配电路单元183并联连接至第一频率阻抗匹配电路单元181的输出端N1。通常，等离子体负载的电抗可具有从-100欧姆至+100欧姆变化的值。相应地，第二频率阻抗匹配电路单元183优选地包括具有比离子体负载ZL至少大十倍阻抗的第二频率输出滤波单元170。由于这个原因，第二频率RF功率源单元114的功率可主要传送至等离子体负载ZL以被消耗。
在没有第二频率输出滤波单元170的情况下，当第二频率阻抗匹配电路单元183改变可变电容器C1和C2以匹配阻抗时，第二频率阻抗匹配电路单元183的阻抗可改变。在这种情况下，就第一频率而言，等离子体负载ZL和第二频率阻抗匹配电路单元183并联连接至第一频率阻抗匹配电路单元181的输出端N1。等离子体负载ZL随时间而改变，并且第二频率阻抗匹配电路单元183的阻抗也随时间而改变。相应地，由于第一频率阻抗匹配电路单元181可受到影响，第二频率输出滤波单元170是必需的，以允许第二频率阻抗匹配电路单元183和第一频率阻抗匹配电路单元181独立工作。因为同样的原因，第一频率输出滤波单元140是必需的。
返回图12，第二频率阻抗匹配电路单元183可包括第二频率输入滤波单元150，所述第二频率输入滤波单元150布置在标准L型匹配电路160和第二频率RF功率源单元114之间。
第二频率输入滤波单元150可包括：第一电容器151，其一端连接至第二频率RF功率源单元114的输出端N8；第二电容器153，其一端 连接至第二频率匹配电路单元160的输入端NHIN，且另一端连接至第一电容器151的另一端；以及电感器152，其一端连接至第一电容器151和第二电容器153的连接端N9，且另一端接地。第二频率输入滤波单元150可以是使第二频率分量通过而阻断第一频率分量和第一频率分量的谐波分量的高通滤波器。
根据改进的实施例，第二频率输入滤波单元150可包括使第二频率分量通过的带通滤波器。
图21至图24表示图12中阻抗匹配电路的散射矩阵（S）参数的特性。
根据图21至图24，在将等离子体负载ZL、第一频率输入滤波单元120以及第二频率输入滤波单元150移除的状态下对散射矩阵进行测量。第一端口为第一频率RF功率源单元112的一侧，而第二端口为第二频率RF功率源单元114的一侧。在图中，S11对应于从第一端口看时的反射系数，S22对应于从第二端口看时的反射系数，S21是从第二端口向第一端口传递的传递系数，而S 12是从第一端口向第二端口传递的传递系数。
这里将描述第一频率为2MHz并且第二频率为60MHz的情况。在频率为2MHz处，S11基本为0。在频率为2MHz处，S21为-74.8dB。在频率为60MHz处，S22基本为0。在频率为60MHz处，S12为-31.5dB。相应地，可以理解为第一频率阻抗匹配电路单元181和第二频率阻抗匹配电路单元183互相不干扰。
图25表示根据本发明另一个实施例的Π型匹配电路190。
根据图25，Π型匹配电路190可包括：第一可变电容器191，其耦合于接收第二频率RF功率源单元的功率的输入端NHIN和地之间；电感器193，其一端连接至输入端NHIN，且另一端连接至传送第二频率RF功率源单元的功率的输出端NHOUT；以及第二可变电容器192，其一端连接至电感器193的另一端，且另一端接地。
根据图25、10、11，第二频率可以为60MHz或更大。等离子体负载的实部可以为50欧姆或更大。等离子体负载的虚部可以为几百欧姆。
如上所述，根据本发明的实施例，阻抗匹配装置在低频区域使用T 型匹配电路以扩展该低频区域的匹配范围。此外，在高频区域使用容易控制的传统标准L型匹配电路以实现低频区域和高频区域的最佳双频阻抗匹配。并且，低频匹配电路和高频匹配电路各自使用输出滤波器将其干扰减至最小。
虽然本发明是通过结合附图所示出的本发明实施例进行描述的，但本发明不仅限于此。本领域的技术人员应当明了，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可进行多种替换、变型以及变化。

Claims (13)

1.一种用于与等离子体负载进行阻抗匹配的阻抗匹配装置，包括：
第一频率阻抗匹配电路单元，其工作在第一频率，设置为向所述等离子体负载传送第一频率RF功率源单元的输出；以及
第二频率阻抗匹配电路单元，其工作在高于所述第一频率的第二频率，设置为向所述等离子体负载传送第二频率RF功率源单元的输出，
其中，所述第一频率阻抗匹配电路单元包括T型匹配电路，并且所述第二频率阻抗匹配电路单元包括标准L型匹配电路或Π型匹配电路，
其中，所述第一频率阻抗匹配电路单元进一步包括第一频率输出滤波单元，该第一频率输出滤波单元布置在所述T型匹配电路和所述等离子体负载之间，
其中，所述第一频率输出滤波单元包括：
固定电容器，其一端连接至所述T型匹配电路的输出端，且其另一端连接至所述等离子体负载；以及
电感器，其并联连接至所述固定电容器；并且
其中，所述第一频率输出滤波单元是通过LC谐振阻断第二频率分量的带通滤波器。
2.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述T型匹配电路包括：
第一可变电容器，其连接至接收所述第一频率RF功率源单元的功率的输入端NLIN；
第二可变电容器，其一端连接至所述第一可变电容器，且另一端连接至输出所述第一频率RF功率源单元的功率的输出端NLOUT，以及
第一电感器，其一端连接至将所述第一可变电容器和所述第二可变电容器连接的连接端，且其另一端接地。
3.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述第一频率为0.1～14MHz中的一个频率，且所述第二频率为10～200MHz中的一个频率。
4.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，在所述第二频率处，所述第一频率输出滤波单元具有-1000欧姆或更低的电抗。
5.如权利要求2所述的阻抗匹配装置，其中，所述T型匹配电路进一步包括第二电感器，该第二电感器耦合于所述连接端和所述第二可变电容器之间。
6.如权利要求2所述的阻抗匹配装置，其中，所述T型匹配电路进一步包括固定电容器，所述固定电容器一端连接至所述输出端NLOUT，且另一端接地。
7.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，进一步包括：
第一频率输入滤波单元，其布置在所述第一频率阻抗匹配电路单元和所述第一频率RF功率源单元之间，
其中，所述第一频率输入滤波单元包括：
电感器，其布置在所述第一频率RF功率源单元的输出端和所述T型匹配电路的输入端之间；
第一固定电容器，其一端连接至所述第一频率RF功率源单元的输出端，且其另一端接地；以及
第二固定电容器，其一端连接至所述T型匹配电路的所述输入端，且其另一端接地。
8.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述标准L型匹配电路包括：
第一可变电容器，其耦合于接收所述第二频率RF功率源单元的功率的输入端NHIN和地之间；以及
第二可变电容器，其一端连接至所述输入端NHIN，且其另一端连接至传送所述第二频率RF功率源单元的所述功率的输出端NHOUT。
9.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述第二频率阻抗匹配电路单元可进一步包括第二频率输出滤波单元，所述第二频率输出滤波单元布置在所述标准L型匹配电路和所述等离子体负载之间，
其中，所述第二频率输出滤波单元包括固定电容器，所述固定电容器布置在所述标准L型匹配电路的输出端和所述等离子体负载之间，以及
其中，所述第二频率输出滤波单元是使所述第二频率分量通过的高通滤波器，并且在所述第一频率处，所述第二频率输出滤波单元的阻抗绝对值为1000欧姆或更大。
10.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述第二频率匹配电路单元进一步包括第二频率输入滤波单元，所述第二频率输入滤波单元布置在所述标准L型匹配电路的输入端和所述第二频率RF功率源单元的输出端之间，
其中所述第二频率输入滤波单元包括：
第一电容器，其一端连接至所述第二频率RF功率源单元的所述输出端；
第二电容器，其一端连接至所述第二频率阻抗匹配电路单元的输入端，且其另一端连接至所述第一电容器的另一端；以及
电感器，其一端连接至将所述第一电容器和所述第二电容器连接的连接端N9，且另一端接地。
11.如权利要求8所述的阻抗匹配装置，其中，所述标准L型匹配电路进一步包括电感器，所述电感器串联连接至所述第二可变电容器，并且所述电感器一端连接至所述输入端。
12.如权利要求8所述的阻抗匹配装置，其中，所述标准L型匹配电路进一步包括电感器，所述电感器串联连接至所述第一可变电容器，并且所述电感器一端接地。
13.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述第二频率为60MHz或更大，以及
其中，所述Π型匹配电路包括：
第一可变电容器，其耦合于接收所述第二频率RF功率源单元的功率的输入端NHIN和地之间；
电感器，其一端连接至所述输入端NHIN，且另一端连接至传送所述第二频率RF功率源单元的所述功率的输出端NHOUT；以及
第二可变电容器，其一端连接至所述电感器的另一端，且其另一端接地。
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