CN102883517A - 一种可视化射频阻抗匹配器 - Google Patents

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孙小孟
李勇滔
李英杰
刘训春
夏洋
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Institute of Microelectronics of CAS
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Abstract

本发明公开了一种可视化射频阻抗匹配器，属于半导体工艺设备技术领域。所述可视化射频阻抗匹配器包括检测模块、控制模块、显示模块和阻抗匹配执行模块，检测模块分别与控制模块和阻抗匹配执行模块连接，控制模块与显示模块连接。本发明提供的可视化射频阻抗匹配器，能够在显示屏上实时显示当前阻抗值在Smith圆图上所对应的位置，方便操作者进行实时查看及阻抗匹配调节，减少了匹配调节时间。

Description

一种可视化射频阻抗匹配器
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备技术领域，特别涉及一种可视化射频阻抗匹配器。
背景技术
阻抗匹配是指激励源内部阻抗、传输线的特性阻抗及负载阻抗互相匹配，达到最大功率输出的一种工作状态，具体而言就是将负载阻抗转换成一个合适的阻抗或阻抗范围，此阻抗或阻抗范围能使射频电源处于正常的运行状态，从负载方面看是能够使负载尽可能获得大功率的同时又保证负载能正常工作。
在半导体工艺设备中，RF（射频）发生装置（恒定输出阻抗等于传输线的特性阻抗50Ω）向等离子体腔室提供固定频率（通常为13.56MHz）的RF波，用于激发半导体工艺的等离子体。通常情况下，等离子体腔室的阻抗与传输线的特性阻抗（半导体工艺设备中一般为50Ω）不一致，其原因是在传输线上除了入射波外，还会出现反射波，反射波的存在意味着RF发生器产生的功率不能全部输送给等离子体腔室，使传输效率降低，造成匹配失配。为了使等离子体腔室的阻抗与传输线的特性阻抗一致，需在射频传输线与等离子体腔室之间插入射频阻抗匹配器，其用途是实现阻抗变换，即将给定的负载阻抗值变换成传输线的特性阻抗值，实现无反射传输。
现有技术中的射频阻抗匹配器多为手动阻抗匹配器，如图1所示。这种手动阻抗匹配器通常只有两个调节旋钮，在阻抗匹配过程中不能够与人交互，使得阻抗匹配过程完全依赖操作者的调节经验，对操作者的要求较高，且匹配时间较长。
发明内容
为了解决现有手动射频阻抗匹配器对操作者要求高、且匹配时间长等问题，本发明提供了一种可视化射频阻抗匹配器，包括检测模块、控制模块、显示模块和阻抗匹配执行模块，所述检测模块分别与控制模块和阻抗匹配执行模块连接，所述控制模块与显示模块连接。
所述检测模块包括互感器、幅值相位检测器和A/D转换器；所述互感器用于采集射频信号的电压信号、电流信号；所述幅值相位检测器用于检测所述电流信号和电压信号的幅值和相位；所述A/D转换器用于将所述电流信号和电压信号的幅值和相位转换为数字信号，传送至所述控制模块。
所述控制模块用于根据所述检测模块采集的电压、电流信号值计算出当前时刻的阻抗值，并对所述阻抗值进行归一化为对应的Smith圆图的阻抗值，生成输入输出信号；所述显示模块包括显示屏，用于实时显示当前时刻阻抗值在Smith圆图上的位置。
所述阻抗匹配执行模块包括第一可变电容、可调电感和第二可变电容，所述可调电感和第二可变电容串联后与所述第一可变电容并联。
本发明提供的可视化射频阻抗匹配器，能够在显示屏上实时显示当前阻抗值在Smith圆图上所对应的位置，方便操作者进行实时查看及阻抗匹配调节，减少了匹配调节时间。
附图说明
图1是现有技术手动射频阻抗匹配的工作原理示意图；
图2是本发明实施例的可视化射频阻抗匹配器的工作原理示意图；
图3是本发明实施例的可视化射频阻抗匹配器的电路原理结构示意图；
图4是本发明实施例的可视化射频阻抗匹配器的幅值相位检测器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。
参见图2，本发明实施例提供了一种可视化射频阻抗匹配器，包括检测模块102、阻抗匹配执行模块103、控制模块105和显示模块106。其中，检测模块102的输入端与射频电源101连接，检测模块102的输出端分别与控制模块105和阻抗匹配执行模块103的输入端连接，控制模块105的输出端与显示模块106的输入端连接，阻抗匹配执行模块103的输出端与等离子体腔室104连接。
本实施例中，检测模块102包括互感器、幅值相位检测器和A/D转换器，其中：互感器用于采集射频信号的电压信号、电流信号；幅值相位检测器用于检测电流信号和电压信号的幅值和相位，如图4所示；A/D转换器用于将电流信号和电压信号的幅值和相位转换为数字信号，传送至控制模块105。本实施例中，控制模块105用于根据检测模块102采集的电压、电流信号值计算出当前时刻的阻抗值，并对该阻抗值进行归一化为对应的Smith圆图的阻抗值，生成输入输出信号，控制模块105可采用c51单片机实现；显示模块106包括显示屏，用于实时显示当前时刻阻抗值在Smith圆图上的位置，显示模块106可采用LJD-ZU043显示屏，此显示屏支持图片下载，方便操作；阻抗匹配执行模块103用于进行负载阻抗匹配调节，包括可变电容C1、可调电感L和可变电容C2，可调电感L和可变电容C2串联后与可变电容C1并联，具体的匹配网络参数如下：可变电容C1为1000pF，可变电容C2为400pF，电感L为145nH，如图3所示。
本实施例的可视化射频阻抗匹配器的阻抗匹配过程为：检测模块102将采集到的射频信号的电压、电流信号发送至控制模块105，控制模块105根据检测模块102发送的射频信号的电压、电流值计算出阻抗值，并对该阻抗值进行归一化为对应的Smith圆图的阻抗值，生成输入输出信号；显示模块106接收阻抗值信号，并在显示屏上实时显示当前时刻的阻抗值在Smith圆图上的位置，操作者根据阻抗匹配电路经验进行快速、有效地进行阻抗匹配调节。
本发明实施例提供的可视化射频阻抗匹配器，能够在显示屏上实时显示当前阻抗值在Smith圆图上所对应的位置，方便操作者进行实时查看及阻抗匹配调节，减少了匹配调节时间。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可视化射频阻抗匹配器，其特征在于，包括检测模块、控制模块、显示模块和阻抗匹配执行模块，所述检测模块分别与控制模块和阻抗匹配执行模块连接，所述控制模块与显示模块连接。
2.如权利要求1所述的可视化射频阻抗匹配器，其特征在于，所述检测模块包括互感器、幅值相位检测器和A/D转换器；所述互感器用于采集射频信号的电压信号、电流信号；所述幅值相位检测器用于检测所述电流信号和电压信号的幅值和相位；所述A/D转换器用于将所述电流信号和电压信号的幅值和相位转换为数字信号，传送至所述控制模块。
3.如权利要求2所述的可视化射频阻抗匹配器，其特征在于，所述控制模块用于根据所述检测模块采集的电压、电流信号值计算出当前时刻的阻抗值，并对所述阻抗值进行归一化为对应的Smith圆图的阻抗值，生成输入输出信号；所述显示模块包括显示屏，用于实时显示当前时刻阻抗值在Smith圆图上的位置。
4.如权利要求3所述的可视化射频阻抗匹配器，其特征在于，所述阻抗匹配执行模块包括第一可变电容、可调电感和第二可变电容，所述可调电感和第二可变电容串联后与所述第一可变电容并联。
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