CN104425201A - 阻抗匹配方法及阻抗匹配系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供阻抗匹配方法及阻抗匹配系统，阻抗匹配方法包括以下步骤：步骤S1，采集射频电源的输出信号，并根据输出信号判断射频电源输出的射频功率信号是否存在；步骤S2，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配；步骤S3，控制电机停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。本发明提供的阻抗匹配方法，其可以提高阻抗匹配的速率，从而可以避免在整个工艺过程中无法实现阻抗匹配。

Description

阻抗匹配方法及阻抗匹配系统

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种阻抗匹配方法及阻抗匹配系统。

背景技术

在半导体器件的制备工艺中，通常采用射频电源激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体，以对被加工工件的表面进行沉积、刻蚀等的工艺。在进行工艺的过程中，通常需要借助阻抗匹配系统对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配，以消除功率反射，从而保证反应腔室可以从射频电源获得最大功率。

图1为现有的阻抗匹配系统的原理框图。请参阅图1，该阻抗匹配系统包括阻抗检测单元、控制单元和执行单元。其中，阻抗检测单元用于检测射频电源输出的射频功率信号是否存在，并检测匹配控制算法的参数；控制单元在射频电源输出的射频功率信号存在时，根据阻抗检测单元发送的参数进行匹配控制算法并向执行单元发送匹配指令，执行单元根据控制单元发送的匹配指令对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配；控制单元在射频电源输出的射频功率信号不存在时，向执行单元发送返回预设指令，执行单元根据控制单元发送的返回预设指令停止工作且返回预设匹配位置。

然而，采用上述阻抗匹配系统在进行阻抗匹配的过程中不可避免的存在以下问题，即：当射频电源以脉冲的形式输出射频功率信号时，如图2所示，为射频电源输出的射频功率信号的示意图，例如，射频信号的频率为13.56MHz，脉冲频率为100Hz，占空比为50%，当射频电源的当前输出状态为射频功率信号不存在时，停止工作且返回预设匹配位置，当射频电源的当前输出状态为射频功率信号存在时，从预设匹配位置开始对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配，这使得阻抗匹配系统的阻抗匹配速度过慢，从而往往导致在每次射频功率信号存在时无法完成阻抗匹配，进而导致在整个工艺过程中均无法实现阻抗匹配。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种阻抗匹配方法及阻抗匹配系统，其可以提高阻抗匹配的速率，从而可以避免在整个工艺过程中无法实现阻抗匹配。

本发明提供一种阻抗匹配方法，其用于对射频电源的输出阻抗与负载阻抗进行匹配，包括以下步骤：S1，采集所述射频电源的输出信号，并根据所述输出信号判断所述射频电源输出的射频功率信号是否存在，若是，则执行步骤S2；否则，执行步骤S3；S2，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；S3，控制电机停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

其中，步骤S2还包括以下步骤：S21，检测匹配控制算法所需的参数；S22，根据匹配控制算法，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配。

其中，在步骤S1之前还包括步骤S0，检测所述射频电源是否开启，若是，则进入步骤S1；若否，则控制电机返回预设匹配位置。

其中，所述步骤S1包括下列步骤：S11，根据所述输出信号获得脉冲检测信号，所述脉冲检测信号为由表示所述射频电源输出的射频功率信号是否存在的标志位形成的信号，根据所述脉冲检测信号获取当前标志位；S12，若所述标志位为高电平或者低电平，则判定所述射频功率信号存在；S13，若所述标志位为低电平或者高电平，则判定所述射频功率信号不存在。

其中，在所述步骤S3中，不需要经过匹配控制算法，直接给所述电机发送停止指令，所述电机根据所述停止指令停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

其中，在所述步骤S1中，若所述射频电源具有同步信号，则根据所述同步信号判断所述射频电源输出的射频功率信号是否存在，若是，则执行步骤S2；否则，则执行步骤S3。

本发明还提供一种阻抗匹配系统，其包括阻抗匹配器，用以对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配，还包括脉冲检测单元，用以采集所述射频电源输出信号，并根据所述输出信号判断所述射频电源输出的射频功率信号是否存在，且向所述阻抗匹配器发送表示所述射频功率信号存在或不存在的标志位；所述阻抗匹配器用于当接收到表示所述射频功率信号存在的所述标志位时，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当接收到表示所述射频功率信号不存在的所述标志位时，停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

其中，所述阻抗匹配器包括阻抗检测单元、控制单元和执行单元，其中，所述阻抗检测单元用于检测匹配控制算法所需的参数，并将其发送至所述控制单元；所述控制单元用于当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号存在的标志位时，根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法以向所述执行单元发送匹配指令；当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号不存在的标志位时，不需要根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法，而直接向所述执行单元发送停止指令；所述执行单元用于当接收到所述控制单元发送的匹配指令时，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当接收到所述控制单元发送的停止指令时，停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

其中，所述执行单元包括电机和与之连接的可变元件，所述控制单元当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号存在的标志位时，根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法以向所述电机发送匹配指令；所述电机根据所述匹配指令调节所述可变元件从当前匹配位置开始进行匹配；所述控制单元当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号不存在的标志位时，不需要根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法，而直接向所述电机发送停止指令；所述电机根据所述停止指令停止转动，以使所述可变元件保持当前匹配位置不变。

其中，当所述射频电源以脉冲的形式输出射频功率信号时，所述脉冲检测单元向所述阻抗匹配器发送的所述标志位形成由高电平和低电平组成的脉冲检测信号，并且所述脉冲检测信号的频率和占空比与所述射频功率信号的脉冲调制频率和占空比相同。

其中，所述标志位在所述射频功率信号存在时为高电平，在所述射频功率信号不存在时为低电平；或者所述标志位在所述射频功率信号存在时为低电平，在所述射频功率信号不存在时为高电平。

其中，当所述射频电源具有同步单元时，根据所述同步单元输出所述射频电源的同步信号向所述阻抗匹配器发送表示所述射频功率信号存在或不存在的所述标志位。

其中，所述脉冲检测单元与所述阻抗匹配器集成于一体；或者所述脉冲检测单元独立于所述阻抗匹配器之外。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的阻抗匹配方法，其通过采集射频电源的输出信号，并根据该输出信号判断射频电源输出的射频功率信号是否存在；当射频功率信号存在时，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当射频功率信号不存在时，停止工作且保持在当前匹配位置不变，即，当下一次射频功率信号存在时，从该当前匹配位置开始进行匹配，这与现有技术中在每次射频功率信号存在时均需返回预设匹配位置开始匹配相比，可以提高阻抗匹配的速率，从而可以避免在整个工艺过程中无法实现阻抗匹配。

本发明提供的阻抗匹配系统，其采用本发明提供的阻抗匹配方法，可以提高阻抗匹配的速率，从而可以避免在整个工艺过程中无法实现阻抗匹配。

附图说明

图1为现有的阻抗匹配系统的原理框图；

图2为射频电源以脉冲输出射频功率信号的示意图；

图3为本发明第一实施例提供的阻抗匹配方法的流程图；

图4为射频电源输出的射频功率信号和脉冲检测信号的示意图；

图5为射频电源输出的射频功率信号和脉冲检测信号的另一种示意图；

图6为本发明第一实施例提供的阻抗匹配系统；以及

图7为对射频电源进行阻抗匹配的工作流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的阻抗匹配方法及阻抗匹配系统进行详细描述。

图3为本发明第一实施例提供的阻抗匹配方法的流程图。请一并参阅图3，本实施例提供的阻抗匹配方法用于对射频电源的输出阻抗与负载阻抗进行匹配，包括以下步骤：

S1，采集射频电源的输出信号，并根据输出信号判断射频电源输出的射频功率信号是否存在，若是，则执行步骤S2；否则，执行步骤S3；；

S2，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；

S3，控制电机停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

在本实施例中，步骤S1还包括以下步骤：

S11，根据输出信号获得脉冲检测信号，脉冲检测信号为由表示射频电源输出的射频功率信号是否存在的标志位组成的信号，根据脉冲检测信号获取当前标志位；

S12，若标志位为高电平“1”，则判定射频功率信号存在；

S13，若标志位为低电平“0”，则判定射频功率信号不存在。

本实施例中，如图4所示，射频电源以脉冲形式输出射频功率信号，且标志位在射频功率信号存在时为高电平“1”，标志位在射频功率信号不存在时为低电平“0”，在这种情况下，脉冲检测信号为高电平“1”和低电平“0”形成的脉冲信号，且脉冲检测信号的频率和占空比与射频功率信号的脉冲调制频率和占空比相同。在实际应用中，如图5所示，也可以为：标志位在射频功率信号不存在时为高电平“1”，标志位在射频功率信号存在时为低电平“0”，在这种情况下，在步骤S12中，若标志位为低电平“0”，则判定射频功率信号存在；在步骤S13中，若标志位为高电平“1”，则判定射频功率信号不存在。

并且，在本实施例中，步骤S2还包括以下步骤：

S21，检测匹配控制算法所需的参数；

S22，根据匹配控制算法，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配。

而且，在步骤S3中，不需要经过匹配控制算法，直接给电机发送停止指令，电机根据该停止指令停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变，这可以减少进行匹配控制算法所需的时间，从而可以进一步提高阻抗匹配的速率。

此外，在步骤S1之前还包括步骤S0，检测射频电源是否开启，若是，进入步骤S1；若否，则控制电机返回预设匹配位置。

需要说明的是，本实施例提供的阻抗匹配方法也可以用于对直接输出射频功率信号的射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配，在这种情况下，在步骤S0中检测射频电源是否开启，若是，在步骤S1中判断射频功率信号一直存在，获得的脉冲检测信号始终为高电平“1”，则进入步骤S2，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；在步骤S0中检测在射频电源关闭的情况下，则控制电机返回预设匹配位置。

综上所述，本实施例提供的阻抗匹配方法，其通过采集射频电源的输出信号，并根据该输出信号判断射频电源输出的射频功率信号是否存在；当射频功率信号存在时，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当射频功率信号不存在时，停止工作且保持在当前匹配位置不变，即，当下一次射频功率信号存在时，从该当前匹配位置开始进行匹配，这与现有技术中在每次射频功率信号存在时均需返回预设匹配位置开始匹配相比，可以提高阻抗匹配的速率，从而可以避免在整个工艺过程中无法实现阻抗匹配。

图6为本发明第一实施例提供的阻抗匹配系统。图7为对射频电源进行阻抗匹配的工作流程图。请一并参阅图6和图7，其包括阻抗匹配器，用以对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配，阻抗匹配系统还包括脉冲检测单元，脉冲检测单元为传感器检测单元，用以采集射频电源输出信号，并根据输出信号判断射频电源输出的射频功率信号是否存在，且向阻抗匹配器发送表示射频功率信号存在或不存在的标志位，标志位可以为在射频功率信号存在时为高电平“1”，在射频功率信号不存在时为低电平“0”，标志位也可以为在射频功率信号存在时为低电平“0”，在射频功率信号不存在时为高电平“1”，在本实施例中，射频电源以脉冲的形式输出射频功率信号，因此，脉冲检测单元向阻抗匹配器发送的标志位形成由高电平“1”和低电平“0”组成的脉冲检测信号，且脉冲检测信号的频率和占空比与射频功率信号的脉冲调制频率和占空比相同；阻抗匹配器用于根据接收表示射频功率信号存在的标志位为高电平“1”（或低电平“0”）时，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配，根据接收表示射频功率信号不存在的标志位为低电平“0”（或高电平“1”）时，停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

在本实施例中，阻抗匹配器包括阻抗检测单元、控制单元和执行单元。其中，阻抗检测单元用于检测匹配控制算法所需的参数，并将其发送至控制单元，所谓匹配控制算法所需的参数包括射频电源的负载阻抗的模值和相位等参数；控制单元用于当接收到由脉冲检测单元发送而来的表示射频功率信号存在的标志位为高电平“1”（或低电平“0”）时，根据由阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法以向执行单元发送匹配指令；当接收到由脉冲检测单元发送而来的表示射频功率信号不存在的标志位为低电平“0”（或高电平“1”）时，不需要根据由阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法，而直接向执行单元发送停止指令；执行单元用于当接收到控制单元发送的匹配指令时，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当接收到控制单元发送的停止指令时，停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

执行单元包括电机和与之连接的可变元件，在这种情况下，控制单元当接收到由脉冲检测单元发送而来的表示射频功率信号存在的标志位为高电平“1”（或低电平“0”）时，根据由阻抗检测单元发送而来的参数进行阻抗匹配控制算法以向电机发送匹配指令，所谓匹配指令，是指包含有关电机的转动轴的转速、圈数或者角度等参数的电信号；电机根据匹配指令调节可变元件从当前匹配位置开始进行匹配，所谓当前匹配位置，是指可变元件的当前位置，即，调节可变元件的阻抗值，从而改变射频电源的负载阻抗值，以使射频电源的负载阻抗值与输出阻抗值相匹配；控制单元当接收到由脉冲检测单元发送而来的表示射频功率信号不存在的标志位为低电平“0”（或高电平“1”）时，不需要根据由阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法，而直接向电机发送停止指令；电机根据停止指令停止转动，以使可变元件保持当前匹配位置不变，即，可变元件的阻抗值保持不变，以使当前射频电源的负载阻抗值保持不变。

图7为对射频电源进行阻抗匹配的工作流程图。下面结合图7详细地描述应用本实施例提供的阻抗匹配系统对射频电源进行阻抗匹配的工作过程，其包括以下步骤：

S10，阻抗检测单元判断射频电源是否开启，若是，进入S20；若否，执行单元返回预设匹配位置；

S20，脉冲检测单元采集射频电源输出信号，并根据该输出信号判断射频电源输出的射频功率信号是否存在，并向控制单元发送表示射频功率信号存在的标志位（高电平“1”），进入步骤S30；向控制单元发送表示射频功率信号不存在的标志位（低电平“0”），进入步骤S40；

S30，阻抗检测单元检测匹配控制算法所需的参数，并将其发送至控制单元，且控制单元接收标志位（高电平“1”），并根据由阻抗检测单元发送的而来的参数进行匹配控制算法以向电机发送匹配指令，电机根据该匹配指令调节可变元件从当前匹配位置开始进行匹配；

S40，控制单元接收标志位（低电平“0”），不需要根据由阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法，而直接向电机发送停止指令，电机根据该停止指令停止转动，以使可变元件保持当前匹配位置不变。

在实际应用中，脉冲检测单元可以省去，用阻抗检测单元来代替脉冲检测单元，即，用阻抗检测单元来实现脉冲检测单元的功能，另外，当射频电源具有同步单元时，根据同步单元输出射频电源的同步信号向阻抗匹配器发送表示射频功率信号存在或不存在的标志位。

容易理解，本实施例提供的阻抗匹配系统不仅用于对以脉冲的形式输出射频功率信号的射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配，也用于对直接输出射频功率信号的射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配时，在这种情况下，当射频电源开启时，脉冲检测单元向控制单元发送表示射频功率信号存在的标志位均为高电平“1”（或均为低电平“0”），控制单元接收高电平“1”（低电平“0”）的标志位，并基于阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法以向执行单元发送匹配指令，执行单元接收到控制单元的匹配指令，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配。

需要说明的是，脉冲检测单元与阻抗匹配器集成于一体，即，脉冲检测单元和阻抗匹配器采用整体式结构，或者脉冲检测单元可独立于阻抗匹配器之外，即，脉冲检测单元和阻抗匹配器相互独立。

综上所述，本实施例提供的阻抗匹配系统，其通过脉冲检测单元采集射频电源输出信号，并根据该输出信号判断射频电源输出的射频功率信号是否存在，并向阻抗匹配器发送表示射频功率信号存在或不存在的标志位；阻抗匹配器当接收到表示射频功率信号存在的标志位时，对射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当接收到表示射频功率信号不存在的标志位时，控制电机停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变，即，当下一次射频功率信号存在时，从该当前匹配位置开始进行匹配，这与现有技术中在每次射频功率信号存在时均需返回预设匹配位置开始匹配相比，可以提高阻抗匹配的速率，从而可以避免在整个工艺过程中无法实现阻抗匹配。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种阻抗匹配方法，其用于对射频电源的输出阻抗与负载阻抗进行匹配，其特征在于，包括以下步骤：

S1，采集所述射频电源的输出信号，并根据所述输出信号判断所述射频电源输出的射频功率信号是否存在，若是，则执行步骤S2；否则，执行步骤S3；

S2，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；

S3，控制电机停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

2.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，步骤S2还包括以下步骤：

S21，检测匹配控制算法所需的参数；

S22，根据匹配控制算法，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配。

3.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括步骤S0，检测所述射频电源是否开启，若是，则进入步骤S1；若否，则控制电机返回预设匹配位置。

4.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述步骤S1包括下列步骤：

S11，根据所述输出信号获得脉冲检测信号，所述脉冲检测信号为由表示所述射频电源输出的射频功率信号是否存在的标志位形成的信号，根据所述脉冲检测信号获取当前标志位；

S12，若所述标志位为高电平或者低电平，则判定所述射频功率信号存在；

S13，若所述标志位为低电平或者高电平，则判定所述射频功率信号不存在。

5.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，在所述步骤S3中，不需要经过匹配控制算法，直接给所述电机发送停止指令，所述电机根据所述停止指令停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

6.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，在所述步骤S1中，若所述射频电源具有同步信号，则根据所述同步信号判断所述射频电源输出的射频功率信号是否存在，若是，则执行步骤S2；否则，则执行步骤S3。

7.一种阻抗匹配系统，其包括阻抗匹配器，用以对射频电源的输出阻抗和负载阻抗进行匹配，其特征在于，还包括脉冲检测单元，用以采集所述射频电源输出信号，并根据所述输出信号判断所述射频电源输出的射频功率信号是否存在，且向所述阻抗匹配器发送表示所述射频功率信号存在或不存在的标志位；

所述阻抗匹配器用于当接收到表示所述射频功率信号存在的所述标志位时，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当接收到表示所述射频功率信号不存在的所述标志位时，停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

8.根据权利要求7所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述阻抗匹配器包括阻抗检测单元、控制单元和执行单元，其中，

所述阻抗检测单元用于检测匹配控制算法所需的参数，并将其发送至所述控制单元；

所述控制单元用于当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号存在的标志位时，根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法以向所述执行单元发送匹配指令；当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号不存在的标志位时，不需要根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法，而直接向所述执行单元发送停止指令；

所述执行单元用于当接收到所述控制单元发送的匹配指令时，对所述射频电源的输出阻抗和负载阻抗从当前匹配位置开始进行匹配；当接收到所述控制单元发送的停止指令时，停止匹配工作且保持在当前匹配位置不变。

9.根据权利要求8所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述执行单元包括电机和与之连接的可变元件，

所述控制单元当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号存在的标志位时，根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法以向所述电机发送匹配指令；所述电机根据所述匹配指令调节所述可变元件从当前匹配位置开始进行匹配；

所述控制单元当接收到由所述脉冲检测单元发送而来的表示所述射频功率信号不存在的标志位时，不需要根据由所述阻抗检测单元发送而来的参数进行匹配控制算法，而直接向所述电机发送停止指令；所述电机根据所述停止指令停止转动，以使所述可变元件保持当前匹配位置不变。

10.根据权利要求7所述的阻抗匹配系统，其特征在于，当所述射频电源以脉冲的形式输出射频功率信号时，所述脉冲检测单元向所述阻抗匹配器发送的所述标志位形成由高电平和低电平组成的脉冲检测信号，并且

所述脉冲检测信号的频率和占空比与所述射频功率信号的脉冲调制频率和占空比相同。

11.根据权利要求10所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述标志位在所述射频功率信号存在时为高电平，在所述射频功率信号不存在时为低电平；或者

所述标志位在所述射频功率信号存在时为低电平，在所述射频功率信号不存在时为高电平。

12.根据权利要求7所述的阻抗匹配系统，其特征在于，当所述射频电源具有同步单元时，根据所述同步单元输出所述射频电源的同步信号向所述阻抗匹配器发送表示所述射频功率信号存在或不存在的所述标志位。

13.根据权利要求7所述的阻抗匹配系统，其特征在于，所述脉冲检测单元与所述阻抗匹配器集成于一体；或者所述脉冲检测单元独立于所述阻抗匹配器之外。