CN1270711A - 电抗匹配系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种拥有改进的匹配系统的基片处理系统和方法。用一个匹配控制器(1)来控制多个匹配网络(MNA、MNB、MNC),从而实现改进的、更为迅捷和稳定的匹配。所述匹配控制器(1)也能够自动设定等离子体激发过程中和紧接着激发之后所需要的初始匹配条件,从而实现更快更可靠的初始匹配,并减少操作人员的介入。所述系统还提供加以改进了的装置来进行更为精确的相位和幅值检测,并对功率检测器(6A、6B、6C)的布局进行了改进。所述匹配网络(MNA、MNB、MNC)中还包括一个用来对匹配网络中的可调元件进行可靠控制的电路,并提供了保护可调元件不受损伤的装置。

Description

电抗匹配系统及方法
相互参照的其他待审申请
根据35 USC 119(e)(《美国法典》第35篇第119(e))，此非临时性的申请基于1997年9月17日提交的顺序号为60/059 176的申请主张优先权。该申请的内容可作为本申请的参照。本申请与下列申请有关：＂System and Method for Monitoring and Controlling Gas PlasmaProcesses(监测和控制气体等离子体处理过程的系统和方法)＂，顺序号为60/059,151,1997年9月17日提交，以及＂DEVICE AND METHODFOR DETECTING AND PREVENTING ARCING IN RF PLASMASYSTEMS(在射频等离子体系统中监测和防止弧光放电的装置和方法)＂，顺序号为60/059,173，1997年9月17日提交。这两个临时性申请均可作为本申请的参考。本申请还与下列申请有关：与本申请同一日期提交的＂System and Method for Monitoring and Controlling GasPlasma Proeesses(监测和控制气体等离子体处理过程的系统和方法)＂，顺序号为＿＿＿，代理人案卷号为2312-742-6 YA WO，以及与本申请同一日期提交的＂DEVICE AND METHOD FOR DETECTINGAND PREVENTING ARCING IN RF PLASMA SYSTEMS(在射频等离子体系统中监测和防止弧光放电的装置和方法)＂，顺序号为＿＿＿，代理人案卷号为2312-743-6 YA WO。这两个临时性申请均可作为本申请的参考。
发明背量
发明领域：
本发明涉及电抗匹配系统，尤其涉及利用电能生成等离子体的系统。
背景详述：
在许多电气装置和固态加工工艺中，要利用等离子体与基片比如半导体晶片反应，或者促进与基片的反应。为了生成等离子体，可通过等离子体电容及/或电感耦合元件向气体提供射频能。例如，可用电极作为电容耦合元件，而导电环或线圈则可用作电感耦合(即磁耦合)元件。
如果电源和负载(即与等离子体耦合的元件)的阻抗不匹配，则供给给负载(或者说负载所吸收)的电能没有最大化，则可能难以控制负载所吸收的能量多少。另外，阻抗失配可能会对电源或者与电源连接的元件造成损害。在多数情况下，负载阻抗(也就是等离子体耦合元件的输入阻抗)无法预先确定，因为其取决于与之相耦合的等离子体的状态或者说条件，而在处理过程中，等离子体的状态会发生变化。因此，许多等离子体处理系统都利用一种匹配网络，这种匹配网络设在射频源和等离子体耦合元件之间，用以匹配阻抗。使用所述匹配网络，是为了使供给等离子体的射频功率最大，并控制该射频电源的幅度和相位。
在过去三十多年中，已经设计并实施了若干自动阻抗匹配网络，以使电源和负载之间的能量传输最大化。这些网络通常见于在半导体加工中利用射频能量生成等离子体的应用技术中(见Beaudry，美国专利No.3,569,777；Seward，美国专利No.4,112,395；Meacham &Haruff美国专利No.4,557,819；Collins et al.，美国专利No.5,187,454；Shel，美国专利No.5,585,766；Smith et al.，美国专利No.5,621,331；Richardson et al.，5,689,215；Barnes & Holland，国际专利申请W09724748)。这些网络还见于在半导体加工中利用VHF/UHF能量生成等离子体的应用技术中(见Collins & Roderick，美国专利No.5,065,118)，以及在半导体加工中利用微波生成等离子体的应用技术中(见Kingma & Vaneldik，美国专利No.3,617,953；Rogers，美国专利Nos.3,745,488，5,041,803；Ishida & Taniguchi，美国专利No.5,079,507；美国专利No.5,543,689)，以及射频天线广播技术中(见Kuechen，美国专利No.3,601,717；Templin，美国专利No.3,794,941；Smolka，美国专利Nos.3,825,825；3,919,644；Straw，美国专利No.3,959,746；Brunner美国专利No.3,995,237；Ott，美国专利No.4,004,102；Armitage，美国专利No.4,356,458；Theall，美国专利No.4,375,051；Collins，美国专利No.4,951,009；Gubisch，美国专利No.5,057,783；Roberts & DeWitt，美国专利No.5,225,847；Flaxl，美国专利No.5,491,715)。
首批在专利中提及等离子体处理中的阻抗匹配自动化的，其中有Beaudry(美国专利No.3,569,777)。其技术利用机械调节的可变电容器和电感器。Stimson(美国专利No.5,629,653，Appled Materials，Inc.)和Mazza(Automatic Impedance Matching system for RFsputtering(用于射频溅镀的自动化阻抗匹配系统)，IBM J.Res.Devel.p192，1970)也使用了两个电容器来对阻抗失配进行调节。
通常，对传输到负载的功率的测量是通过测量电压、电流和相位完成的。传统上，在射频电源与用于半导体加工的等离子体装置的耦合中，使用反馈控制算法，这种算法反复地调节所述电容，直至传输功率最大，或者反射功率最小。用来检测电源和负载之间的阻抗失配的方法则是这样的：(a).监测电压驻波比(见Templin，美国专利No.3,794,941，及Brounley，美国专利No.5,473,291)，(b).监测等离子体反应器的阻抗(见Bouye et al.，美国专利No.4,990,859)。
一种已知的匹配网络的例子示于图9中。该图中，匹配网络MN用来匹配电源2的阻抗与负载3的阻抗。该匹配网络连接在电缆70和负载3之间，包括一个不变电感器L及可变电容器C1和C2。利用伺服马达80A和80B改变所述可变电容器的电容，从而对匹配网络进行调谐。或者，也可以控制可变电感器的电感。所述伺服马达80A、80B用匹配控制器(图中未示出)驱动，该匹配控制器还利用所述匹配网络内的电连接监测匹配质量。通过精确控制等离子体生成功率，等离子体的状态就具有更好的可控性和再现性，从而可以提高产量和加工精度，并防止对电源或者系统其他部件造成破坏。
在阻抗匹配的智能控制方面，已经授予了若干专利。事实上，多数提出自动阻抗匹配的专利都需要某种形式的“智能”控制器(如前文所述的参考文献)。通常，所述智能系统试图获得可变电抗器(即电容器和电感器)的设定值与等离子体状态间的相互关联。所述等离子体状态比如是负载阻抗，或者等离子体室的输入参数(即，射频输入功率，室压，等等)。通过建立起所述关联，可快速、稳定地实现阻抗匹配的粗调。例如，Keane & Hauer(美国专利No.5,195,045)提供了一种方法，这种方法利用变阻抗装置的预先设定的设定值来解决工作条件下的调谐问题。另外，Ohta & Sekizawa(美国专利No.5,543,689)提出将先前用过的匹配电路设置存储起来，在某种意义上，这使得他们的系统有先验的特征。另有人试图利用估计的负载阻抗和测得的网络输入阻抗，对所述信息的耦合过程形成一种实现调谐控制功能的预测-纠正算法(Collins et al.，美国专利No.5,187,454)。Smith et al.(美国专利No.5,621,331)提出过一种值得注意的方法，该方法快速调节可变阻抗装置的阻抗，以使电源阻抗与等离子体处理装置的负载阻抗匹配。所述装置包括一系列电传感器、光敏探测器、一个数据处理器和一个存储器。特别地，用光谱仪对等离子体中的化学物质进行的测定，以及对等离子体耦合元件进行的电学测量，已经与可变电抗器的值设定建立了关联。
在许多领域，神经网络已经用来进行预测和控制。在下述文献中，叙述了在半导体的加工中利用神经网络来预测蚀刻加工终点的技术：Maynard et al.的＂Plasma etching endpointing by monitoring RFpower systems with an artificial neural network(用人工神经网络监测射频电源系统，以决定是否终止等离子体蚀刻)＂，Electrochem.Soc.Proc.，95-4，p189-207，1995，以及＂Plasma etching endpointing bymonitoring radio-frequency power systems with an artificial neuralnetwork(用人工神经网络监测射频电源系统，以决定是否终止等离子体蚀刻)＂，J.Electrochem.Soc.，143(6)。
传统的匹配系统有许多缺点。例如，由于固态器件加工技术的发展，等离子体处理系统已变得更加复杂，需要有多个等离子体耦合元件。在传统的系统中，是通过由各自独立的匹配控制器控制的各自独立的匹配网络对各耦合元件提供射频能量的。但是，使用各自独立的匹配控制器时，匹配条件的控制可能会变得不稳定，这是因为，某个控制器试图对一个匹配网络调谐时，另一个控制器却在试图对另一个匹配网络调谐。如果多个等离子体耦合元件都与同一等离子体耦合，则所述控制器会相互干扰或者竞争，在严重的情况下，可能会导致控制可变电容器的伺服马达的不受控制的颤振。即使不导致不受控制的颤振，所述多个匹配控制器到达匹配状态的进程也会放慢，因为，对一个匹配网络的调谐会影响与另一个匹配网络相连的耦合元件的匹配，因而需要进行进一步匹配/调谐，直到所有的匹配网络都收敛于某个匹配状态。事实上，同时匹配多个等离子体耦合元件存在的困难已使得一些制造商避免一起使用多个可调匹配网络。取而代之，这些制造商或者不使用匹配网络，或者使用不可调谐的匹配网络，而是调节射频源的频率，以使其与等离子体的耦合优化。这种方法的缺点之一是，要购买多个频率独立可调的射频源可能会花销很大。因此，有必要改进匹配网络，尤其是改进对具有多个匹配网络的系统的控制。
传统系统的另一个问题是，这些系统可能需要技术高度熟练的操作人员，尤其是当要使用几种不同的加工工艺，而每一种加工工艺都使用不同的操作条件集时。尤其重要的是激发等离子体并立即在等离子体激发后将匹配网络调至其初始状态的技术。在传统的系统中，这些步骤需要经验丰富的经过良好训练的操作人员(操作人员用手工进行调节，直到系统大致上匹配，然后，操作人员打开匹配控制器)。但是，技术熟练的操作人员常常不那么容易得到，而且，为了降低劳动力成本，制造商愿意雇佣技术不那么熟练的操作人员。所以，匹配控制器应当更加智能化，应当更少地依赖操作人员监控，并且不容易因为操作人员而出错。
对于目前使用的调节射频源与等离子体耦合元件的匹配的装置，还有几个重大的限制。例如，传统的鉴相器的动态量程很小，这是由于在低电压下灵敏度不够，而在高电压下线路超载。另外，用来测定匹配网络的电压幅值的传统的幅值检波器的动态量程也很小，这是因为在其电路中使用的二极管导致了电压偏移误差。所述电压偏移误差会降低幅值检波器在低电压下的灵敏度。
传统的系统还依赖于在电源自身进行的正向/反射功率测定，因此可能会存在因为电缆标示不准甚至电缆损坏而造成的误差。所以，传统系统的另一个缺点是依赖于在电源自身进行正向/反射功率测定。
对于目前用来控制马达(马达用来调节匹配网络中的电容元件)的电路，也存在一些问题。除了太复杂和昂贵之外，传统的控制电路对电容器的损坏防护不力——对电容器的损伤可能会因为机械部件被强迫超越其容许操作行程而造成。另外，在调节所述可变阻抗元件时，传统的伺服马达的设计及其相关电路在启动及/或停止动作方面可能有些迟缓。
所以，需要对等离子体电源控制系统加以改进，以提供匹配的电源和负载阻抗，并避免前述缺点。另外，还需要改进对包括多个匹配网络的系统的控制。
发明方案概述
本发明具有一系列特征，可实现对所述匹配的改进。本发明的各个特征可以独立应用，但是，各特征也可以结合起来应用，以同时克服传统匹配网络所具有的多种缺点。
按照本发明的一个特征，多匹配网络的各匹配控制器相互通信，以确定如何对匹配网络进行适当的调节，并怎样最好地稳定收敛至匹配状态。在一种实施例中，所有匹配网络都由一个唯一的主匹配控制器控制。
按照本发明的另一个特征，用一个过程控制器根据一组预定的参数控制所述匹配控制器及所述射频电源，使得所述等离子体处理系统可以被自动控制，而基本上不需要或者根本不需要操作人员干预。所述预定参数包括所述匹配控制器的反馈控制环所使用的数学参数，以及提供给所述等离子体耦合元件的射频能量值。所述处理参数的适当的值存储在一个非易失性存储器中，可以手工测定，也可以用自动设定及测试程序测定。本发明还提供一种匹配网络，在这种匹配网络中，初始匹配参数是自动设定的，以更快地达到匹配状态，而不需要技术高度熟练的操作人员。
按照本发明的另一个特征，使用一个四象限乘法鉴相器(fourquadrant mutiplier phase detector)，以向匹配控制器提供关于匹配状态的精确信息。该鉴相器将来自匹配网络的输入信号与来自所述射频电源的信号相乘。该乘法操作是这样完成的：首先取每个信号的对数，然后将对数值相加，然后取和的反对数，这样就得到了所述两个初始信号的积。这种技术更为精确，可以提供与传统的利用二极管混频器的乘法技术相比更大的动态量程(即最大和最小容许信号强度之比)。本发明的所述方案和技术避免了在极低信号强度下的噪声问题。另外，本发明还解决了一个普遍问题——这种问题常常在高信号强度的情况下碰到——二极管特性的热漂移以及极端情况下的二极管损坏或烧穿。通过扩展对弱信号和强信号的相位测定的有效范围，本发明实现了大范围的动态量程。
按照本发明的又一个特征，利用高度精确的、高速的、灵敏的幅值检波器来在低功率水平的情况下精确地指示电压和电流。
本发明还在匹配网络的入口处设置一个正向(即输入或入射)及反射功率指示器，这与只在射频源的出口处设置这种仪表的传统技术有所不同。本发明的这种方案提供了对匹配质量的更为精确的指示，而不那么容易有因为从射频源到匹配网络的电缆的不相容或损坏而造成的误差。
本发明的另一个特征是提供一个快速响应的控制电路，用来控制用于调节匹配网络的可变阻抗元件(例如电容器)的伺服马达。另外，所述可变阻抗元件装有物理限位开关，后者可以限制阻抗元件调节部件的机械移动量，从而防止对这些昂贵部件造成损伤。这样，匹配网络的可变阻抗元件就更为可靠了。
本发明的各方面特征在改进射频匹配系统的性能方面有许多优点。例如，本发明使得高度智能化的匹配控制系统成为可能，这种系统具有得到改进的装置，且能防止对贵重部件的损伤。另外，本发明的系统与传统系统相比，可以由训练不多的人员进行操作，并且不太会有人为误差。事实上，按照本发明的几种最佳实施例，系统可以实现无人操作。
图面简要说明
阅读下文的详细说明，尤其是参照附图，可以对本发明有更为完整的理解，可以更鲜明地体会本发明的许多优点。在附图中：
图1是应用了本发明的一个射频等离子体处理系统的简图；
图2是某种等离子体的阻抗-压强曲线图；
图3是本发明的一种实施例的方框图，其中，由一个唯一的匹配控制器控制多个匹配网络；
图4是本发明的一个四象限乘法鉴相器的电路图；
图5A是一种传统的幅值检波器的电路简图；
图5B是本发明的一种高速灵敏幅值检波器的电路简图；
图6A-6C是功率指示器及其在一种已有系统和本发明中的位置的框图；
图7是本发明的一种伺服马达控制电路的简图；
图8A是本发明的一种实施例的可变电容器限位开关的原理图；
图8B是本发明的另一种实施例的可变电容器限位开关的原理图；
图9是一种等离子体处理系统中的匹配网络的电路图；
图10是本发明中为了正确地激发和维持等离子体而确定匹配网络中的可调元件的最佳值的程序的流程图；
图11是一个简要示意图，用以说明按照本发明用作匹配控制器或者过程控制器的一个计算机系统的实例；
图12A-12G是按照本发明的一个实施例操作匹配网络过程的流程图；
图13A是一个曲线图，示出的是在等离子体系统的初级导体取样测得的电压频谱中的头五个谐波(噪声已去除)；
图13B示出的是图13A所示的曲线图在噪声去除之前的情况；
图14A-14C是等值曲线图，示出的是一个等离子体系统中的反射功率。
最佳实施例的详细说明
现在看附图。在所有附图中，相同的标号表示同一或相应的部件。图1简要示出了应用了本发明的一种等离子体处理系统。图1所示的系统应当理解为举例而已，本发明的各方面特征也可以应用于其他有匹配网络的系统而获得有益效果。例如，本发明还可应用于不使用等离子体电感耦合元件的系统(例如溅镀系统)中。图1所示的系统包括一个处理室28和一个射频源2。该射频源2向系统的电学元件尤其是等离子体耦合元件提供电能。所述耦合元件的形式，包括一个磁线圈3A、一个静电吸盘3B和一个偏压屏蔽3C。该系统还包括匹配网络MNA、MNB和MNC，以及一个匹配控制器1和一个过程控制器10。在本实施例中，工件例如一块晶片40由一个静电吸盘3B形式的等离子体耦合元件固定。所述吸盘的两部分由一个直流电源409加以偏压，以固定所述晶片。
在图1所示的系统中，通过气流调节器41、42和43将气体注入处理室。射频能从射频源2到达分相器，然后通过电缆到达各个相位和幅值检测器5A、5B和5C，以及正向(即输入或入射)和反射功率检测器(即指示器)6A、6B和6C。电能通过所述检测器到达各匹配网络，然后到达相应的等离子体耦合元件，在所述处理室中激发并维持等离子体100。应当知道，尽管图1所示系统只有一个射频源向所有的等离子体耦合元件提供电能，本发明也可以应用于具有多于一个的射频源的系统(例如，系统具有多个射频源，每个射频源专用于为某个等离子体耦合元件提供电能)。还应当知道，尽管在图1所示的系统中射频能通过了所述相位和幅值检测器以及所述正向和反射功率检测器，本发明也可应用于这样的系统：其中，用所述检测器检测射频能，但射频能并不通过所述检测器。
在等离子体激发过程中，当等离子体首次激发时，必须调节匹配网络，使得可以向气体提供激发等离子体所必须的高电场。一旦等离子体被激发，就改变所述等离子体耦合元件的输入阻抗(包括来自等离子体的效应)。作为说明，图2示出了在等离子体激发前后，某个等离子体耦合元件的阻抗-压强曲线。匹配网络必须尽可能快地响应这种变化，以使等离子体的状态得到良好控制。
在图1的方案中，多个等离子体耦合元件，比如所述磁线圈3A、所述晶片固定吸盘3B以及所述偏压屏蔽3C，都与同一等离子体区耦合。结果是，如果以某种方式调节或者改变(例如响应等离子体的激发)其中一个匹配网络，则一个匹配网络的这种调节就会对一个或多个气体等离子体耦合元件及其相应的匹配网络的匹配状态产生影响。如前所述，在传统的系统中，各自独立的匹配网络在试图到达理想的匹配状态时会相互竞争或者振荡。这样就常常难以达到稳定的匹配状态，尤其是难以在最佳的时间内达到。
按照本发明的一项有用的特征，用单个匹配控制器控制多于一个的匹配网络。特别地，在图3所示的实施例中，一个中央主匹配控制器1用来控制系统中所有的匹配网络MNA、MNB和MNC。该匹配控制器接收来自射频电源2、相位和幅值检测器5A-5C、正向和反射功率指示器6A-6C以及位置传感器201A-201C的信息。所述位置传感器安装在所述伺服马达上，后者用来调节匹配网络中的可调元件(见，例如图9中的伺服马达80A、80B和可变电容器C1、C2)。在本实施例中，所述可调元件是电容器。
电能通过等离子体耦合元件3A-3C被送入处理室28，从而在该处理室中激发并维持等离子体(图3中未示出)。所述匹配控制器1利用一种反馈控制环技术试图使所述匹配网络入口处的反射功率最小。所述反馈控制环技术利用设置在所述匹配网络入口处的相位和幅值检测器5A-5C及正向和反射功率检测器所提供的相位、幅值和正向/反射功率信息。检测器5A-5C、6A-6C用来检测所述等离子体耦合元件3A-3C与射频源2的匹配质量。通过对匹配网络MNA-MNC调谐，可以提高匹配质量，从而使反射功率最小。通过使反射功率最小，匹配控制器就使得被等离子体吸收的功率最大化。
最好，由一个示于图3中的过程控制器10控制所述处理过程的所有重要方面，例如气压、等离子体化学组成、温度(利用在图1和图3中示为50的温度计/加热器)、气体流速(利用同样示于图3中的气流调节器51)、射频功率，以及匹配控制器所用的反馈控制环技术的数学参数。
所述过程控制器最好设置一个联锁装置，防止电感线圈的射频电源在等离子体电容耦合元件的电压关闭之前关闭。在某些电感耦合系统中，如果等离子体电容耦合元件(比如偏压屏蔽或者晶片固定吸盘)被充电而电感元件没有充电，则可能发生严重的弧光放电，这会对系统造成永久性破坏。按照本发明的一个有用特征，所述情况得以避免，因为有所述过程控制器来防止线圈的电源在某个或所有剩余耦合元件的电源关闭之前关闭。
所述过程控制器可以是例如一个简要示于图11的计算机系统。该计算机系统1100具有一个机箱1102，其中有主板1104，主板上有一个CPU 1106(例如英特尔奔腾处理器，Intel Pentium II，Dec Alpha，IBM/Motorola Power PC)、存储器1108(例如DRAM，ROM，EPROM，EEPROM，SRAM及快擦除RAM)，以及其他的可选专用逻辑装置(例如ASICs)或者可配置逻辑装置(例如GAL和可重编程FPGA)。另外，该计算机系统可以具有模数(A/D)输入装置1126用来接收来自各检测器(即所述相位/幅值检测器和正向/反射功率检测器)及等离子体处理系统中其他部件的信息。该计算机还具有一个通信端口1128用来与一个中央控制系统1000(图3)和所述匹配控制器1(图3)通信。该计算机1100(图11)还包括多个输入装置(例如键盘1122和鼠标1124)和一个用来控制显示器1120的显示卡1110。另外，该计算机系统1100具有一个软盘驱动器1114、其他的可换媒体装置(例如光盘1119、磁带和可换磁光媒体)和一个硬盘1112，或者其他的固定的高密度媒体驱动器，以合适的装置总线(例如SCSI总线或者增强IDE总线)连接。尽管光盘1119在图中示为一个CD盒，所述光盘1119也可以直接插入不需要盒子的CD-ROM驱动器。作为高密度媒体驱动器，所述计算机1100另外可以具有一个光盘读出装置1118、一个光盘读写装置或者一个光盘自动换片机，这些装置也连接到所述同一装置总线或者另一装置总线。另外，一个打印机可用于有关处理过程的重要信息的打印，所述信息比如是气压、等离子体化学组成、温度、气体流速、射频功率水平、各等离子体耦合元件的匹配质量，以及所述匹配控制器所用的反馈控制环的数学参数。
所述计算机系统还包括至少一个计算机可读的媒体。这样的计算机可读的媒体例如有光盘1119、硬盘1112、软盘、磁带、磁光盘、PROM(EPROM、EEPROM、快擦除EPROM)、DRAM、SRAM等等。
本发明包括用来控制所述计算机1100硬件并使得计算机1100能够与用户和被控制的系统进行交互作用的软件，这些软件存放在所述计算机可读媒体的任何一种或者它们的组合上。所述软件包括但并不限于装置驱动程序、操作系统和用户应用程序，比如开发工具和(图形化)系统监督程序。按照本发明，所述计算机可读媒体还包括一个计算机程序，用来操作所述过程控制器。
所述过程控制器可以用作一个远程计算机，能够允许操作人员登录到一个主计算机，后者可以是一个中央控制系统1000(图3)，不仅可以控制这个特定过程，而且可以控制生产线上的其他过程。所述主计算机可以是类似于图11所示的计算机系统，在执行所述过程时能够限制操作人员能够作的可能的选择，从而减少操作人员失误的风险，并因此允许雇佣技术不那么熟练的操作人员而不会有损过程控制质量。
对于本领域技术人员，显而易见，本发明可以利用按照本说明书的内容进行编程了的普通的通用数字计算机或者微处理器而方便地实现，所述编程活动对于本领域技术人员来说也是显而易见的。对于软件技术领域的技术人员，显然，熟练的编程人员基于本说明书的内容，可以容易地编制出合适的软件代码。本发明还可以通过特制的集成电路而实现，或者通过将普通部件电路互联为合适的网络而实现，这些对于本领域技术人员来说都是显而易见的。
在本发明的一种实施例中，所述匹配控制器1(图3)具有从每个相位/幅值检测器5A-5C接收每个匹配网络MNA-MNC入口处的射频电压相位信号的模拟电路。该匹配控制器1还包括用来判定某给定相位信号是否超出某预定范围的电路。如果相位超出该范围，匹配控制器就向控制有关匹配网络的可变电容器的马达输送电流，以调节所述可变电容器的电容，从而改变被测量的射频电压的相位。所述输送到马达的电流的方向是这样的，令马达可在所希望的方向上调节电压的相位。在本发明中，所述匹配控制器根据同时测量传输和/或反射功率而得到的误差信号而利用伺服马达(例如示于图9的匹配网络中者)对电容器C1和C2进行机械调节。
这种连续调节操作(即，模拟反馈控制环)保证了被测射频电压的相位保持在预定范围内。由于所述相位指示匹配质量，所以所述调节操作可用来维持合适的匹配状态。
按照一种优选的数字化实施例，所述匹配控制器1(示于图3)含有数字电路，可以是但不必须是类似于图11所示计算机系统的形式。该数字电路监测来自匹配网络MNA-MNC中的可变电容器上的所述位置传感器201A-201C(图3)的信号，以及来自所述匹配网络入口处的相位/幅值检测器5A-5C的信号。所述位置传感器指示匹配网络中的电容器的值。匹配控制器1利用该信息，加上来自所述相位/幅值检测器5A-5C的相位和幅值信号，来计算匹配网络中的所述电容器的最佳值。匹配控制器1然后向所述调谐马达(80；图9)输送电流，将所述可变电容器(C，图9)调节至所需值。一旦取得电容器的新值，匹配控制器就基于所述匹配网络入口处的电压相位和幅值的新测量值重新计算一组新值。通过以数字反馈控制环的形式重复所述操作，所述匹配控制器能够收敛(即“对准”)于最佳电容值。在本实施例中，匹配控制器1有一个中央处理器(CPU)，由它来执行所需的计算。
所述数字电路还允许所述匹配控制器1跟踪所有匹配网络的状态，计算合适的电容值，从而对每个匹配网络进行相应的调节。这样就防止了诸如匹配控制器的反馈控制环收敛不稳定和匹配状态的振荡等问题。
所述匹配控制器可以一次只对一个可变电容器进行上述操作，以避免一个电容器的调谐操作干扰另一个电容器的调谐操作。或者，匹配控制器1能够一次只对一个匹配网络进行调谐操作，但可以在一个给定匹配网络中同时调节多于一个的电容器。
匹配控制器调节电容器的顺序取决于所执行的特定过程。例如，以具有四个电容器的处理系统为例，Ca和Cb在第一个匹配网络中，Cc和Cd在第二个匹配网络中。如果实验结果表明，对于第一种气体混合物，按照第一种顺序Ca、Cb、Cc、Cd调节电容器可以最有效地进行匹配。而对于第二种气体混合物，按照第二种顺序Cd、Cc、Ca、Cb调节电容器可以最有效地进行匹配。那么，对于第一种气体混合物，匹配控制器就按照第一种顺序调节电容器，对于第二种气体混合物，则按照第二种顺序。
按照本发明的另一个有用的特征，匹配网络的特定参数可以基于所控制的过程和等离子体的特定气体混合物(或者说配方)按照固定模式进行预测。例如，如果试验表明，对于特定气体混合物，应当在特定长的时间内使用匹配网络元件的一个特定参数组，直到激发出等离子体，然后在激发出等离子体之后，应当使用另一组特定的匹配网络元件参数，那么，匹配网络就利用这些信息进行实际过程的控制。按照这个特征，过程控制器可以使用先前测定的信息来自动激发等离子体，并迅速地对匹配网络进行调谐。所述过程控制器首先将匹配网络的匹配元件调至第一组预定值维持一段预定的时间以启动等离子体，然后将所述匹配元件调至第二组预定值维持另一段特定的时间，然后就将匹配网络的控制权交给所述匹配控制器的所述反馈环路。所述第一组匹配元件预定值用来激发等离子体。所述第二组值用作对最有可能达致正确匹配状态的值的“第一次猜测”。在这些值维持合理的或者基于早先的试验而预定的时间之后，匹配控制就交给匹配控制器，后者然后启动其反馈控制环路，对匹配状态进行细调，以获得更为精确的匹配状态。这种等离子体自动激发过程与手工调节过程相比，达到正确匹配的速度要快得多。另外，这样也不需要用技术熟练的操作人员来监测或控制所述细调。事实上，在某些情况下，系统可以无人管理，这样就节约了劳动力成本，同时也降低了操作人员失误的风险。
例如，假设有一个处理过程，其中第一步用气体A，第二步用气体B，该过程并且只使用一个等离子体耦合元件和一个匹配网络。该匹配网络具有两个可调元件，例如电容器C1和C2。另外，例如，在所述工艺过程的研究开发阶段，已经基于试验判定，当C1等于50pF且C2等于50pF时气体A最容易激发为等离子体。在气体A激发为等离子体之后，通常在C1约等于75pF且C2约等于25pF时获得合适的匹配状态。另外，已经确定，当C1等于30pF且C2等于30pF时气体B最容易激发为等离子体，在气体B激发为等离子体之后，通常在C1等于40pF且C2等于15pF时获得合适的等离子体匹配状态。那么，按照这个例子，处理过程就按照下述程序自动进行：
过程控制器10打开气流A。过程控制器10然后将C1设定到50pF，将C2设定到50pF，然后打开射频电源，通过匹配网络将电能送入等离子体室。所述两个电容器维持在所述预定值一段预定的时间(这段时间系在技术开发过程中根据经验确定)，直到等离子体被激发。过程控制器然后调节电容器，使C1等于75pF，C2等于25pF，因为这些值预期能够达致最好的匹配状态。过程控制器将所述电容器维持在这些值一段预定的时间，以使等离子体的状态稳定下来。过程控制器然后将匹配网络的控制权交给匹配控制器，后者开始监测匹配网络入口处的相位、幅值和正向及反射功率，以及来自与所述电容器相连的位置传感器的信号。匹配控制器启动其反馈控制环路，以达致更为精确的匹配状态，并对等离子体状态的细微变化进行调节。
按照所述过程方案执行所述过程的第一步骤一段预定的时间之后，关闭射频电源，反馈控制环路被关闭，气流A的供给也终止。过程控制器然后打开气流B，将电容器C1和C2设定为30pF，再打开射频电源。跟过程的所述第一步骤一样，将电容器维持在等离子体激发值一定时间，然后将电容器C1设定为40pF，C2设定为15pF。使电容器C1、C2维持在所述值又一段预定的时间，然后过程控制器10将电容器的控制权交给匹配控制器1，后者再次开始对所述电容器进行细调，并调节所述电容器使其适应等离子体状态的变化。
激发等离子体和维持等离子体的合适的网络匹配条件(等离子体激发条件及电容器第一次猜测值)可以用手工试验获得，或者通过自动的试验过程获得。该自动过程可以由所述过程控制器执行。在一种优选实施例中，所述过程控制器10对匹配网络中的可调元件的一系列值进行测试，以确定对于激发等离子体来说什么样的条件是最有效的(例如，什么样的条件需要最小的输入功率)。该过程控制器还可以对等离子体激发之后的各元件的一系列值进行测试，以确定什么样的参数值能够实现最佳的匹配状态。
图10的流程图示出了一种举例的自动操作程序，用来获取匹配网络的等离子体正确激发条件及电容器首次猜测值。本例中的系统包括两个可变电容器C1、C2。对于一系列不同的C1和C2值，所述程序测定等离子体激发所需的功率及反射系数Γ(反射功率除以输入功率)。首先，选择所需的气体混合物和所需的功率水平(步骤1002)。然后，打开气源(步骤1004)并将C1和C2初始化到它们的起始值(步骤1006)。在本例中，C1和C2被初始化到最低值，然后随着测试的进展而递增。在步骤1008和1010，C2和C1递增预定的量到被测试的最低值。然后，增加射频电源输入的功率，直到等离子体被激发或者功率到达预定水平(步骤1012)。如果功率不在预定水平(步骤1014)，过程控制器就记录下当前的功率水平，作为利用电容器C1和C2的当前值激发等离子体所需的功率(步骤1030)。
下一步，将功率提高到预定功率水平(步骤1028)，并测量反射功率(步骤1016)。在步骤1016，过程控制器将C1和C2的值以及反射系数Γ(即PR/PI)存储下来。在步骤1014，如果系统已经到达预定的功率水平，程序就立即转到步骤1016，而跳过步骤1030和1028。在所述功率和电容数据存储下来之后，关闭电源(1018)，检测C1的值是否在其最大值(步骤1020)。如果不是，程序就回到步骤1010，在这里增加C1的值，然后测试过程以此新C1值继续。在步骤1020，如果电容器C1在其最大值，就检测电容器C2是否设定在其最大值(步骤1022)。如果不是，则将电容器C1设定到其最小值(步骤1026)，程序返回步骤1008，在这里，将C2增大到一个新值，然后继续测试过程。在步骤1022，如果C2在其最大值，这就表明过程控制器已经结束了对所述特定气体混合物和预定功率水平的数据收集。
在所述测试过程中，数据被组织为一个数组，该数组包括预定的等离子体激发功率水平，及针对C1和C2的一系列不同值所测得的反射系数(Γ)。过程控制器搜索该数组来查找C1和C2的值所需的最低等离子体激发功率(步骤1024)。从步骤1002开始，依操作人员的选择，对每一种气体混合物及感兴趣的预定功率水平重复所述过程。在本例中，对于气体混合物和输入(即正向)功率的组合执行图10所示的程序，以确定所述匹配网络的等离子体激发和维持条件。
本发明的另一个特征是，所述中央过程控制器能够在实际的操作过程中监测各个匹配参数，“学习”什么样的匹配参数适合提供最佳的匹配条件。所述信息可以用来更加迅速地在等离子体激发过程中和紧接着激发之后达到匹配状态，这是通过实现更为有效的等离子体激发和提高对匹配网络中的元件的首次猜测值的精确性而实现的。智能控制器的一种实施例是一个模糊逻辑系统，下文将参照附图12A-12G对这种系统加以说明。另外，通过用一种以试验数据和一组预定结果进行训练的神经网络，所述系统还可以学习。
所述信息也可以用来允许所述过程控制器检测在过程中出现的存在于匹配元件的预期值和实际值之间的大的偏差。如果检测到这样的偏差，过程控制器可以向操作人员或者某个如图3所示的中央控制系统1000告知：处理系统存在问题。这就提供了一种诊断所述处理系统中存在的问题的方法，以保证加工产品的质量，在极端情况下，还可以避免对系统中的部件造成损伤。在一种优选实施例中，过程控制器10每天都对系统进行诊断测试，以确认由所述匹配控制器中的反馈控制环路测定的匹配元件的观测值与预期值之间的偏差不超过某个预定限度。如果这些值的偏差超过了预定限度，则向操作人员或者中央控制系统发出警告，指出所述处理系统需要维护。
本发明的另一个特征示于图4中。该图是一个四象限乘法鉴相器的简图。在这种方案中，电压V1和电压V2分别输入逻辑放大器401和402。放大器401和402的输出(分别是V1和V2的对数)被送入一个包括电阻器R1和R2的电路，以将所述对数信号相加。所得到的和信号被送入一个反对数放大器403，得到所述和信号的反对数。该反对数放大器的输出信号就是电压V1和V2的积除以一个常量，该常量取决于各个放大器的增益和R1、R2的值。由于所述对数放大器401和402只能适应正输入信号，可以分别向V1和V2加上直流偏压VDC1和VDC2，以使逻辑放大器401和402不会接收到负信号。所述反对数放大器403的输出信号可以用一个低通滤波器进行滤波，以去除其中的高频成分。这种滤波器例如包括一个电阻器RO和一个电容器CO，如图4所示。在现有技术中我们知道，两个非直流信号的积中的直流成分正比于这两个信号的相对相位。因此，图4所示电路的输出电压VO就指示了电压V1和V2的相对相位。该电路对弱信号极其敏感，因此可以提供精确的读数，同时其也能耐受强信号，因此不易出现发热、漂移和损伤的问题，而这些问题在通常用于传统系统的混频电路中就可能发生。图4所示的电路由于能够适应强信号而又不牺牲对弱信号的敏感度，所以与传统的鉴相器电路相比，能够提供更大的动态量程。
图5A示出了一个用在传统系统中的幅值检波器电路。在这种方案中，向该电路的入口施加一个不断变化的电压Vi。当电压Vi上升时，电流流经电容器Ci、电阻器Ri和二极管D1，对电容器CO充电。电流继续按这个方向流动，直到Vi停止上升。电容器CO和负载RL两端的电压VO大致等于Vi所达到的最大电压减去二极管D1的阈值电压。一旦Vi开始下降，电流就不能在相反方向流动，因为二极管D1是反向偏置的。这种现有技术中的电路的动态量程有限，因为所述输出电压VO总是轻微地小于在输出端获得的真实最大电压，这是由于二极管D1的阈值电压的存在。在信号强度弱时，与信号强度相比，该阈值电压就变得相当大了，从而带来很大的误差。
上述问题由本发明的示于图5B中的特征加以解决。该图示出的是一个高速灵敏幅值检波器的简图。该电路按如下方式工作。输入信号Vi加于电路的输入端。该输入电压通过一个电容器Ci和一个电阻器Ri接入一个放大器A1输入端子的正极N+。该放大器A1输入端子的负极N-则直接连接到该电路的输出电压VO。只要N+的电压高于N-的电压，放大器A1则继续通过二极管D1和电阻器RO输送正向电流，对电容器CO充电，升高VO。由于至少为高频的电压Vi约等于N+上的电压，仅当VO约等于或大于Vi时放大器A1才会停止对CO充电。因此，VO约等于在电路输入端所达到的最高电压。对于弱信号，该电路比图5A中现有技术的电路更为灵敏和精确，因为A1的增益有效地将二极管D1的阈值电压的效应最小化了。
图5A和图5B中的电路对应于一个随着一个时间常量递增的输入电压，所述时间常量取决于CO、RO的值以及输出负载电阻RL。图5B中电路的该时间常量还受到RO值的影响。两个电路都是这样设计的，使得，如果入口处的射频电压在一个长于1/(RL×CO)的时间内幅值减小了，则电路慢慢地将自身重置到较低的输出电压。应当注意到，所述两个电路都只能够测量射频周期的正半周。在无论哪种情况下，如果要测量所述射频周期的负半周，就需要一个类似的补充电路，这个补充电路可以通过将二极管D1的极性反转而获得。
图6A示出的是在传统的系统中，将一个正向和反射功率检测器正好设置在射频电源的输出端。来自射频电源2的射频信号被送入一个功率检测器6，从该功率检测器通过一个电缆70到达一个相位/幅值检测器5，然后进入一个匹配网络MN。该匹配网络再将电能接入一个等离子体耦合元件3。这种系统的缺点在于，所述功率计通常不能给出匹配网络入口处的输入和反射功率的精确读数，这是因为不太知道电缆的参数，或者电缆参数不太相容。这种问题可能是因为电缆的参数说明不充分，或者更普遍地是因为电缆损坏而造成的。
本发明的示于图6B的特征消除了传统系统的所述缺陷。该图示出了一种方法，这种方法将一个正向和反射功率检测器置在最靠近匹配网络的电缆的末端。电能从射频源2经过电缆70接入功率检测器6，然后进入相位/幅值检测器，再进入一个匹配网络MN。该匹配网络将电能接入一个等离子体耦合元件3，由后者将电能传递给等离子体。因为所述功率检测器极靠近所述匹配网络，就可以获得更为精确的正向(即输入)和反射功率的读数。这样就消除了因为电缆的影响而导致的误差。
在该特征的另一种实施例中，使用两个功率检测器6D和6E，其中一个刚好置于射频发生器2的输出端，另一个置于电缆70的另一端，如图6C所示。这种实施方式的优点是，通过比较两个功率检测器的信号，可以获得有关所述电缆的特性和状态的信息。
按照本发明的示于图7的另一个特征，用一个电路来控制对本发明的匹配元件比如可变电容器进行调节的伺服马达80。电压V加于该电路。为了在前进方向驱动马达，则闭合开关S1和S4，使电流正向通过马达。如果要在反向驱动马达，则闭合开关S2和S3，使电流反向通过马达。无论在哪个方向，该电路都以最大的加速度驱动马达。由于该电路很简单，只要使用若干不同的开关，比如晶体管和继电器，则可可靠而极其廉价地实现之。而对于在传统系统中使用的脉冲宽度调制(PWN)电路来说则不然。
本发明在伺服马达控制方面还有另外一个特征，如图8A和8B所示。这两个附图图示了可变电容器的物理限位开关的两种不同的实施例。在附图8A中，一个电容器极板82(可以是柱面形的)安放在另一个电容器极板81的内部，两极板之间以间隙90分开。该间隙可以是真空，也可以充以空气或某种电介质。为了提高电容器的电容，可用一个马达80移动一个或两个极板，使极板82更深地置入极板81内。在极板81表面有绝缘层91，在该绝缘层91上又有导电层92。设置接触电刷83和84，使得当极板81在其容许行程范围内时，所述电刷与导电层92电接触。如果极板81运动得太远，则会与所述电刷中的一个脱离接触或与两个电刷都脱离接触。
所述接触电刷连接到所述匹配控制器，后者当探测到电刷脱离接触时，即停止转动马达，以避免对电容器造成损伤。或者，导电层92也可以连接到独立端子99，在这种情况下，接触电刷83的开路状态可以被独立地探测到，而与接触电刷84处的开路状态无关，反之亦然。这样所述匹配控制器或者过程控制器就可以判断是在哪个方向上超出了极板81的位移极限。
在该特征的另一个实施例中，如图8B所示，设置光传感器830和840来检测极板81或82(二极板由间隙90隔开)何时移动得太远(在图中所示的例子中，移动的是极板81)。这可以通过极板81上的反射层96来实现：光传感器830和840借助于光束8300和8400的反射来探测极板81的位置。或者，可以设置另外的反射镜831和841，使之反射光束8300和8400，除非光束被极板81挡住。来自光传感器830和840的信号可以被发送到所述匹配控制器或者过程控制器，以便关掉马达80，避免损坏电容器。尽管图8A和图8B所示的物理限位开关是这种开关的可能的实施例，但这些装置也可以以许多种别的方式来构建。
对电容器的位移控制是由示于图12A到图12G的所有过程完成的。尽管本文所描述的控制是利用一种模糊控制器实现的，但显然，所述控制也可以用经过合适训练的神经网络来完成。神经网络会从试验数据和一组预期的响应来学习匹配网络的非线性响应。类似地，在另一种实施方式中，使用一系列模糊控制器或者神经网络，对其中每一个的配置或者训练都是用来控制一个特定的过程而不是一台特定的装置。在这种实施方式中，取决于哪一个控制器最为紧密地与过程参数相匹配，通过手工方式或者自动地选择合适的模糊控制器或者神经网络。类似地，在另一种实施方式中，对于一个过程使用一个模糊控制器，对于另一个过程使用一个神经网络。下面的说明为了简明起见，只是对单个模糊控制器进行，但这不能视为对本发明的限制。
在一种实施例中，主控制器连接到螺线管(helix)，控制伺服装置(也是连接到其他射频源比如所述偏压屏蔽及所述吸盘的控制器)。每个伺服监测器向所述主控制器施加并从之反射能量。如果来自主控制器的反射功率超过某个阈值例如5瓦，所述伺服装置则关闭所述偏压及吸盘的调谐马达以制止调谐互动操作，以使所述主控制器能够调节所述螺线管，达到零反射功率。
在图12A中，系统被初始化，准备开始运行。在控制过程进入图12B所示的主处理循环之前，计时器、RAM、非易失性RAM(NVM或者NVRAM)、马达及操作接口均被初始化。
如图12B所示，主循环包括一系列重复的步骤，这些步骤在匹配网络系统的工作过程中要反复地被执行。主控系统定期地检查用户接口，查看有无来自用户的输入。这种输入的形式通常是键盘上的击键或者鼠标的移动和点击，但也包括任何其他形式的用户输入，例如无线控制和手套控制(glove control)。在循环中更新显示，以反映用户输入所造成的变化或者系统状态的变化。日期时间也被不断更新，以便所述定期控制功能能够以合适的时间间隔执行。另外，所述主控系统还定期地向伺服装置发送信息，以确保伺服装置正确操作。这些伺服装置就是必须与当前的工作条件进行匹配的网络部件。每个网络部件的匹配状态如何的信息被返回所述主控系统，后者则根据所述模糊控制器(或者神经网络控制器)的指令控制各部件的变化。
在图12C中，当某个事件计时器(event timer)比如实时时钟时间届满之时，安装的中断服务例程(ISR)就开始运行。该ISR运行时，所述时间计时器递增。该时间计时器帮助控制下一个定时事件何时执行。该ISR还向马达驱动程序发送控制信号，以调节所述电容器的位置，从而改变系统的匹配状态。
图12D示出了用来控制所述伺服装置的马达的第二个ISR。当主控系统执行该马达ISR时，由主控系统选择马达寄存器从而允许中断。控制过程然后前进到下一步，检查是否存在等离子体，然后读马达位置编码器。在一种实施例中，是这样读所述编码器的：从一个紧接着该马达驱动的电容器连接的一个电位计读取电压值。但是，也可以用其他的方法来测定马达位置，比如用旋转编码器，这种编码器可在多次不完全旋转之后测定相对于某一固定位置转过的转数。如果发现每个马达都位于其物理极限处，则指令马达离开其物理极限。然后，系统测定每个马达离某个目标调谐值的距离。该距离可以是正的或负的，正负取决于该马达要达到目标位置是要被正向还是反向驱动。
在确定到所述目标调谐值的距离之后，系统就测定马达速度，因为马达可能已经在运动中。所述距离和速度作为输入值输入所述模糊(或神经网络)控制器，以生成一个新的马达驱动控制信号。另外，在一种替代方案中，所述系统还利用系统的加速度作为输入，以对马达的运动进行更为精细的控制。所述马达驱动控制信号然后被输出到马达。在一种实施例中，向一个先进先出(FIFO)存储装置施加所述控制电压设定值，该存储装置存储的信息表明在下一时间间隔是否应施加某个电压。马达ISR然后结束。
如结合图12D所述的，所述马达ISR的第二步是检查是否存在等离子体。图12E的流程图示出了这个检查过程。如果系统不在自动运行模式，检查结束。但是，如果选择了自动运行模式，就读取等离子体传感器数据，就根据系统是处于启动模式还是运行模式来控制马达。
如图12F所示，主控系统还检查如上所述的相位和幅值误差。检查时，主控系统在进行检查前判断是处于运行模式还是启动模式。而且，所述检查仅在最后一次调谐完成而且施加的功率高于某个阈值的情况下才进行。如果存在反射功率，系统就按照下文参照图12G所述的那样将偏移量归零。如果(基本上)没有反射功率，系统就测量相位及幅值误差。系统然后就如上所述对调谐目标进行模糊(神经)控制。
如果主控系统判断不存在反射功率，则判定是否依然存在幅值或相位误差。如果有，所述偏移量不需要归零。如果没有相位或幅值误差，系统就判断误差是否是收敛的。如果不是收敛的，系统就设置增/减偏移量的标志。随后，无论所述误差是否收敛，系统都增加(或者——根据所述增/减偏移量标志——减小)偏移量，这样就完成了偏移量归零过程。
如上所述，在本发明的一种实施例中，本发明的模糊控制器使用两个输入变量：(1)到目标位置的距离；(2)马达的当前速度。所述位置输入变量被分配给五个可能的函数：neg_close、zero、close、medium和far。如果用紧接的电位计测量所述距离，则位置输入变量的范围是-5v到+5v。下表给出了分配的规范化函数(normalized assignedfunctions)：
    项名(Term name)     种类(Shape)      定义点(Definition Points)
    neg_close     线性  (-5，1)(-0.81，1)(0.03，0)(5，0)
    zero     线性  (-5，0)(-0.81，0)(0.03，1)(0.54，0)(5，0)
    close     线性  (-5，0)(0.03，0)(0.54，1)(1.7，0)(5，0)
    medium     线性  (-5，0)(0.54，0)(1.7，1)(3.7，0)(5，0)
    far     线性  (-5，0)(1.7，0)(3.7，1)(5，1)
类似地，所述速度输入变量，称为导数(derivative)，被分配给五个可能的函数：pos_big、pos_small、zero、neg_small和neg_big。该速度输入变量的范围是-5v/sec到5v/sec。下表给出了分配的规范化函数。
    项名(Term name)     种类(Shape)        定义点(Definition Points)
   pos_big     线性   (-5，1)(0.59，0)(3.3，1)(5，1)
   pos_small     线性   (-5，0)(0，0)(0.59，1)(3.3，0)(5，0)
   zero     线性   (-5，0)(-0.55，0)(0，1)(3.3，0)(5，0)
   neg_small     线性   (-5，0)(-3.3，0)(-0.55，1)(0，0)(5，0)
   neg_big     线性   (-5，1)(-3.3，1)(-0.55，0)(5，0)
所述马达控制输出变量，称为马达电压(motor_voltage)，也被分配给五个输出函数：pos_high、pos_medium、zero、neg_medium和neg_high。该马达控制输出变量的范围是-12伏到+12伏。下表给出了分配的规范化函数。
    项名(Term name)     种类(Shape)     定义点(Definition Points)
   pos_high     线性 (-12，1)(4，0)(9.4，1)(12，0)
   pos_medium     线性 (-12，0)(-0.1，0)(4，1)(9.4，0)(12，0)
   zero     线性 (-12，0)(-2.8，0)(0，1)(9.4，1)(12，0)
   neg_medium     线性 (-12，0)(-9.6，0)(-2.8，1)(0.1，1)(12，0)
   neg_high     线性 (-12，0)(-9.6，1)(-2.8，0)(12，0)
进一步，下面是所述系统的九条模糊规则：
1、如果位置为zero，导数为pos_small，则马达电压为neg_medium。
2、如果位置为zero，导数为zero，则马达电压为zero。
3、如果位置为close，导数为pos_small，则马达电压为neg_medium。
4、如果位置为close，导数为zero，则马达电压为neg_medium。
5、如果位置为close，导数为neg_small，则马达电压为pos_medium。
6、如果位置为medium，导数为neg_small，则马达电压为pos_high。
7、如果位置为medium，导数为neg_big，则马达电压为pos_medium。
8、如果位置为far，导数为zero，则马达电压为pos_medium。
9、如果位置为far，导数为neg_small，则马达电压为pos_medium。
从前文显然可见，本发明具有许多优于传统匹配系统的特征。例如，通过使用控制多个匹配网络的单个控制器，可以实现得到改进的更为迅捷和稳定的匹配。另外，通过提供等离子体激发过程中和激发后所需的初始匹配条件的自动设定，减少了操作人员的介入，并且可以更为迅速可靠地达到初始匹配状态。而且，本说明书所说明的各种附加特征还提供了更为可靠/精确的装置，并在匹配网络中实现了更为坚固耐用的控制元件。
最近，从等离子体蚀刻室获得的试验结果表明，等离子体耦合元件电信号中的谐波成分是能够在阻抗匹配网络中长期生存的特征成分(或者说控制变量)。试验所用的等离子体蚀刻室包括两个独立的射频输入，分别具有各自的阻抗匹配网络。第一射频输入通过一个螺旋线圈将射频能电感耦合到等离子体，第二射频输入则通过一个基片固定吸盘向基片提供射频偏压(以及直流自偏压)。
电压的测量是在从阻抗匹配网络到所述吸盘的基部的载荷射频能的初级导体上用Tektronix高压探针(Tektronix high voltage probe)进行的。在200MHz对15个射频周期的13.56MHz的输入进行了电压采样。该取样频率足以分析出五次以上的谐波。图13A和图13B示出了一个电压时间曲线的典型的傅里叶变换(频谱)，其中的基频(fundamental drive frequency)及二次到五次谐波均清晰可辨。在图13A中，为了简明起见已经将噪声去除。在图13B中，示出了包括噪声的原始信号。显然，谐波的幅值随着谐波次数的增加而衰减。但是，即使五次谐波，也具有至少为十的信噪比(S/N)。对于存在于处理室中的给定的条件组，可以录得唯一的一组谐波比(harmonic ratio)，这里，谐波比定义为每个谐波频率上的谐波幅值被基频(一次谐波)(在本例中为13.56MHz)幅值标称化(normalized)的结果。所述吸盘的谐波幅值比的测量证明很有可重复性(对于不同的条件、处理室的维护等)，并已证明，对于二次谐波来说，测量的误差小于5到10％，对奇次谐波则小于2.5％。
还已经证明，用高压探针对吸盘上的谐波幅值比的监测可允许用户和/或反馈控制器调节阻抗匹配网络的射频吸盘偏压，以将传输功率最大化，而使反射功率最小化。图14A示出了解调所述匹配网络时所测得的反射功率的等值线图(反射功率从未超过正向功率的10％)。图14B示出了相对误差的等值线图(在图14A所示的同一空间中)，其中，x轴(横轴)表示第一个可变电容器C1的电容的变化，y轴(纵轴)表示第二个可变电容器C2(比如可能是图9所示的结构)的电容的变化。这样，该等值线图的原点就表示阻抗匹配网络被调节到零反射功率(在用来监测反射功率的瓦特计的误差范围之内)时所述两个电容器网络的电容。
所述相对误差定义为每个谐波比(从二次谐波到五次谐波)的标准误差(normalized error)的平方和的平方根。可以定义为下式： E rel = Σ n = 2 5 ( ΔE n E n 0 ) ,
以及
ΔEn＝En-E0，
其中，En是在某种阻抗匹配解调状态下(非零反射功率)n次谐波的幅值与基频幅值之比，En0是调谐状态下(在瓦特计的精度范围内为零反射功率)的同一个幅值比。在给定的一组处理条件(射频螺线管功率(RF helix power)、射频偏压功率、室压、气体流速、气体化学组成)下，所述两个电容器C1和C2的调谐设定值首先通过手工调节来确定。作为基准点，调谐电容器的设定值如前所述被设定在图14A中的原点。在所述二维电容空间中绕所述调谐位置对匹配网络进行解调，从而测得其余的数据。显然，所述调谐设定值在所述谐波幅值比的相对误差内是局部最小值。所述谐波幅值比直接指示了阻抗匹配条件的状态。
一种利用所述信息来调节阻抗匹配网络的方法，是针对一个输入参数条件范围预先确定所述调谐电容器设定值，这或者是由用户手工进行，或者是由一个自动测量值组完成。对于预先选定的输入条件组及其对于某个调谐阻抗匹配的相应电容器设定值，系统可以通过使在所述等离子体耦合元件中测得的谐波比的相对误差最小化而搜索调谐位置。
另外，数据可用另外的方式进行处理。图14C在图14A和图14B所示同样的二维空间中图示了所述二次谐波对基频的幅值比。显然，在调谐位置存在一个幅值比最大值。这样，用户和/或集成有反馈控制器的智能系统就可以通过简单地将二次谐波比调至最大值而将阻抗匹配网络调节至零反射功率。但是，本发明并不限于使用二次谐波作为控制变量。在别的实施例中可以利用的控制变量包括任意次的谐波比、谐波比的线性组合，以及谐波比的非线性组合。控制取决于射频等离子体系统，因此需要在确定控制函数之前获得等离子体室的性能特征。例如，当前的这个系统对于二次和三次谐波比的乘积的监测就有强烈的响应。
这样，就发现了存在于阻抗匹配网络的调节和基片固定吸盘上的谐波幅值比之间的直接的关联。而且，已经证明，定义为所述吸盘上的谐波幅值之间的关系的一个控制函数的最小化和/或最大化，可以用来最大化传输功率并/或最小化反射功率。对于谐波幅值及其对基频的幅值比的利用不仅限于所述吸盘，而是也可应用于各种等离子体电耦合元件。
显然，按照前述说明，本发明可以有许多修改和变更。因此应当理解，在所附权利要求的范围之内，本发明可以以不同于在此具体说明的方式进行实施。

Claims (56)

1.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第二电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述至少一个电源和所述第一电学元件之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个匹配网络控制器，连接到所述第一匹配网络和所述第二匹配网络，该匹配网络控制器用来控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作。
2.如权利要求1所述的系统，还包括：
一个第三电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第三电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第三匹配网络，在所述至少一个电源和所述第三电学元件之间，该第三匹配网络将所述第三电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
所述匹配网络控制器连接到所述第三匹配网络并控制该第三匹配网络的操作。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述系统是一个等离子体处理系统，其中所述第一电学元件是一个静电吸盘，所述第二电学元件是一个偏压屏蔽，所述第三电学元件是一个电感线圈。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述匹配网络控制器首先选定所述第一和第二匹配网络中的某一个进行一次匹配操作，以便该选定的匹配网络在另一个匹配网络之前进行一次匹配操作。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述匹配网络控制器接收来自至少一个第一检测器和一个第二检测器的信号，其中，所述第一检测器提供的信号指示所述第一电学元件对于所述至少一个电源的匹配质量，所述第二检测器提供的信号指示所述第二电学元件对于所述至少一个电源的匹配质量，并且，所述匹配网络控制器执行一个计算操作，来根据来自所述第一和第二探测器的信号确定所述第一和第二匹配网络各自所需的调节量和调节方向，在执行了所述计算操作之后，所述匹配网络控制器对所述第一匹配网络进行调谐操作，并对所述第二匹配网络进行调谐操作。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述匹配网络控制器将所述第一匹配网络和所述第二匹配网络调节至一组预定的网络匹配条件，其中所述预定网络匹配条件组存储在一个存储器中。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述匹配网络控制器在一个存储器中存储有一系列预定的网络匹配条件组。
8.如权利要求6所述的系统，其中，所述匹配网络控制器根据测得的匹配质量修正所述预定网络匹配条件组，其中，所述在系统的操作过程中测得的匹配质量由至少一个检测器来测量。
9.如权利要求1所述的系统，其中，在等离子体激发之前，所述匹配网络控制器控制所述第一匹配网络，将其调节到一组匹配网络等离子体激发条件，在等离子体激发之后，所述匹配网络控制器控制所述第一匹配网络，将其调节到一组匹配网络等离子体维持条件。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一匹配网络包括至少一个可变阻抗元件，并且有一个限位开关与该至少一个可变阻抗元件相连以防止该可变阻抗元件的可移动部件的过度位移，其中，所述可移动部件的位移用来改变所述可变阻抗元件的阻抗。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一匹配网络包括一个可变阻抗元件，后者具有一个可移动部件用来改变所述可变阻抗元件的阻抗，所述系统还包括一个用来移动所述可移动部件的电动马达和一个用来控制该电动马达的开关电路，该开关电路包括一个第一开关、一个第二开关、一个第三开关和一个第四开关，其中，当所述第一和第四开关闭合时在第一个方向驱动所述马达，所述第二和第三开关闭合时在相反的第二方向驱动所述马达。
12.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一匹配网络包括至少一个可变阻抗元件，所述第一匹配网络还包括：
一个限位开关，与所述至少一个可变阻抗元件相连，用来防止所述可变阻抗元件的可移动部件的过度位移，其中，所述可移动部件的位移用来改变所述可变阻抗元件的阻抗；
一个用来移动所述可移动部件的电动马达，该马达由一个开关电路控制，该开关电路包括一个第一开关、一个第二开关、一个第三开关和一个第四开关，其中，当所述第一和第四开关闭合时在第一个方向驱动所述马达，所述第二和第三开关闭合时在相反的第二方向驱动所述马达。
13.如权利要求1所述的系统，其中，一个第一电缆从所述至少一个电源向所述第一匹配网络提供电能，该第一电缆具有一个靠近所述至少一个电源的第一端，和一个靠近所述第一匹配网络的第二端，所述系统还包括一个连接在该第一电缆的所述第二端上的第一正向/反射功率检测器。
14.如权利要求13所述的系统，其中，一个第二电缆从所述至少一个电源向所述第二匹配网络提供电能，该第二电缆具有一个靠近所述至少一个电源的第一端，和一个靠近所述第二匹配网络的第二端，所述系统还包括一个连接在该第二电缆的所述第二端上的第二正向/反射功率检测器。
15.如权利要求1所述的系统，还包括一个鉴相器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的相位，所述鉴相器电路包括：
提供包括所述输入信号的信号的输入信号对数值的装置；
提供某个基准信号的基准信号对数值的装置；
将所述输入信号对数值和所述基准信号对数值相加提供一个对数值和的装置；
提供所述对数值和的反对数的装置，所述反对数值包括所述输入信号和所述基准信号的积；
一个低通滤波器，用来对所述反对数信号滤波，以提供一个相位输出信号，该相位输出信号指示所述输入信号的相位。
16.如权利要求1所述的系统，还包括一个幅值检波器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的幅值，该幅值检波器电路包括：
一个放大器，该放大器具有一个正势差输入端子和一个负势差输入端子；
一个二极管，用来对所述放大器的输出整流；
一个低通滤波器，用来对所述整流输出进行滤波，以提供一个指示所述输入信号的幅值的幅值输出信号，使得所述输入信号被所述正势差输入端子接收，所述整流输出被所述负势差输入端子接收。
17.如权利要求1所述的系统，还包括一个幅值检波器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的输入信号的幅值，该幅值检波器电路包括：
一个放大器，其具有正负势差输入端子和一个输出端子；
一个二极管；
一个电阻器；
一个电容器；
其中，所述输入信号由所述正势差输入端子接收；
所述二极管和所述电阻器串联在所述放大器的输出端子和所述负势差输入端子之间；
所述电容器连接在所述负势差输入端子和一个接地节点之间；
所述负势差输入端子连接到一个幅值输出节点；
所述幅值输出节点提供指示所述输入信号的所述幅值的一个幅值输出信号。
18.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述第一电学元件和所述至少一个电源之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配，该第一匹配网络包括一个可变阻抗元件，该可变阻抗元件具有一个可移动部件，随着该可移动部件的移动，所述可变阻抗元件的阻抗就发生变化；
其中，所述第一匹配网络还包括一个限位开关，用来限制所述可移动部件的位移。
19.如权利要求18所述的系统，其中，一个第一电缆从所述至少一个电源向所述第一匹配网络提供电能，该第一电缆具有一个靠近所述至少一个电源的第一端，和一个靠近所述第一匹配网络的第二端，所述系统还包括一个连接在该第一电缆的所述第二端上的第一正向/反射功率检测器。
20.如权利要求19所述的系统，还包括一个用来移动所述可移动部件的电动马达和一个用来控制该电动马达的开关电路，该开关电路包括一个第一开关、一个第二开关、一个第三开关和一个第四开关，其中，当所述第一和第四开关闭合时在第一个方向驱动所述马达，所述第二和第三开关闭合时在相反的第二方向驱动所述马达。
21.如权利要求20所述的系统，还包括用来控制所述第一匹配网络的装置。
22.如权利要求21所述的系统，还包括一个鉴相器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的相位，所述鉴相器电路包括：
提供包括所述输入信号的信号的输入信号对数值的装置；
提供某个基准信号的基准信号对数值的装置；
将所述输入信号对数值和所述基准信号对数值相加提供一个对数值和的装置；
提供所述对数值和的反对数的装置，所述反对数值包括所述输入信号和所述基准信号的积；
一个低通滤波器，用来对所述反对数信号滤波，以提供一个相位输出信号，该相位输出信号指示所述输入信号的相位。
23.如权利要求22所述的系统，还包括一个幅值检波器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的幅值，该幅值检波器电路包括：
一个放大器，该放大器具有一个正势差输入端子和一个负势差输入端子；
一个二极管，用来对所述放大器的输出整流；
一个低通滤波器，用来对所述整流输出进行滤波，以提供一个指示所述输入信号的幅值的幅值输出信号，使得所述输入信号被所述正势差输入端子接收，所述整流输出被所述负势差输入端子接收。
24.如权利要求19所述的系统，还包括：
一个第二电学元件，接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
用来控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作的装置，该控制装置包括一个匹配网络控制器，后者连接到所述第一匹配网络和所述第二匹配网络，其中，所述控制装置首先选定所述第一和第二匹配网络之一进行匹配操作，使得该匹配网络在另一个匹配网络之前进行匹配操作，所述控制装置还包括用来存储一组匹配网络等离子体激发条件的存储装置，所述激发条件用来控制在等离子体激发之前对所述第一和第二匹配网络的调节，所述存储装置还存储一组匹配网络等离子体维持条件，所述维持条件用来在等离子体激发之后控制所述第一和第二匹配网络的调节。
25.如权利要求24所述的系统，还包括：
一个第三电学元件，接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第三匹配网络，在所述第三电学元件和所述至少一个电源之间，该第三匹配网络将所述第三电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
其中，所述匹配网络控制器连接到所述第三匹配网络并控制该第三匹配网络的操作，并且，所述匹配网络控制器接收来自第一、第二和第三检测器的信号，这些信号用来分别指示所述第一、第二和第三匹配网络的匹配质量，所述匹配网络控制器还包括计算装置，用来根据来自所述第一、第二和第三检测器的所述信号计算所述第一、第二和第三匹配网络各自的调节量。
26.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述第一电学元件和所述至少一个电源之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配，该第一匹配网络包括一个可变阻抗元件，该可变阻抗元件具有一个可移动部件，随着该可移动部件的移动，所述可变阻抗元件的阻抗就发生变化；
其中，所述可移动部件由一个电动马达移动，该电动马达由一个开关电路控制，该开关电路包括一个第一开关、一个第二开关、一个第三开关和一个第四开关，其中，当所述第一和第四开关闭合时在第一个方向驱动所述马达，所述第二和第三开关闭合时在相反的第二方向驱动所述马达。
27.如权利要求26所述的系统，其中，一个限位开关与所述至少一个可变阻抗元件相连，以防止所述可移动部件的过度位移。
28.如权利要求26所述的系统，还包括：
一个第二电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第二电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个匹配网络控制器，连接到所述第一匹配网络和所述第二匹配网络，该匹配网络控制器接收来自一个第一检测器和一个第二检测器的信号，所述信号分别指示所述第一和第二匹配网络的匹配质量，其中所述匹配网络控制器包括计算装置，用来根据来自所述第一和第二检测器的所述信号计算所述第一和第二匹配网络各自的调节量。
29.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述第一电学元件和所述至少一个电源之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配，其中，由一个电缆从所述至少一个电源向所述第一匹配网络提供电能，所述电缆具有一个靠近所述至少一个电源的第一端，以及一个靠近所述第一匹配网络的第二端；
所述系统还包括一个连接在所述第一电缆的所述第二端的正向/反射功率检测器。
30.如权利要求29所述的系统，还包括：
一个第二电学元件，接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个匹配网络控制器，连接到所述第一匹配网络和所述第二匹配网络，该匹配网络控制器控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作。
31.如权利要求29所述的系统，还包括一个鉴相器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的相位，所述鉴相器电路包括：
提供包括所述输入信号的信号的输入信号对数值的装置；
提供某个基准信号的基准信号对数值的装置；
将所述输入信号对数值和所述基准信号对数值相加提供一个对数值和的装置；
提供所述对数值和的反对数的装置，所述反对数值包括所述输入信号和所述基准信号的积；
一个低通滤波器，用来对所述反对数信号滤波，以提供一个相位输出信号，该相位输出信号指示所述输入信号的相位。
32.如权利要求29所述的系统，还包括一个幅值检波器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的幅值，该幅值检波器电路包括：
一个放大器，该放大器具有一个正势差输入端子和一个负势差输入端子；
一个二极管，用来对所述放大器的输出整流；
一个低通滤波器，用来对所述整流输出进行滤波，以提供一个表示所述输入信号的幅值的幅值输出信号，使得所述输入信号被所述正势差输入端子接收，所述整流输出被所述负势差输入端子接收。
33.如权利要求29所述的系统，还包括一个连接到所述第一匹配网络的匹配网络控制器，该匹配网络控制器接收来自所述正向/反射功率检测器的信号，这些信号用来指示所述第一匹配网络的匹配质量，所述匹配网络控制器还包括计算装置，用来根据所述信号计算所述第一匹配网络的调节量。
34.如权利要求33所述的系统，其中，所述匹配网络控制器还包括用来存储一组匹配网络等离子体激发条件的存储装置，所述激发条件用来控制在等离子体激发之前对所述第一匹配网络的调节，所述存储装置还存储一组匹配网络等离子体维持条件，所述维持条件用来在等离子体激发之后控制所述第一匹配网络的调节。
35.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述第一电学元件和所述至少一个电源之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个鉴相器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的相位，所述鉴相器电路包括：
(i)提供包括所述输入信号的信号的输入信号对数值的装置；
(ii)提供某个基准信号的基准信号对数值的装置；
(iii)将所述输入信号对数值和所述基准信号对数值相加提供一个对数值和的装置；
(iv)提供所述对数值和的反对数的装置，所述反对数值包括所述输入信号和所述基准信号的积；
(v)一个低通滤波器，用来对所述反对数信号滤波，以提供一个相位输出信号，该相位输出信号表示所述输入信号的相位。
36.如权利要求35所述的系统，还包括一个幅值检波器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的幅值，该幅值检波器电路包括：
一个放大器，该放大器具有一个正势差输入端子和一个负势差输入端子；
一个二极管，用来对所述放大器的输出整流；
一个低通滤波器，用来对所述整流输出进行滤波，以提供一个指示所述输入信号的幅值的幅值输出信号，使得所述输入信号被所述正势差输入端子接收，所述整流输出被所述负势差输入端子接收。
37.如权利要求36所述的系统，其中，所述第一匹配网络包括一个可移动部件，该部件用来改变可变阻抗元件的阻抗，所述第一匹配网络还包括一个限位开关，用来防止所述可移动部件的过度位移；
其中，所述可移动部件由一个电动马达驱动，该电动马达由一个开关电路控制，该开关电路包括一个第一开关、一个第二开关、一个第三开关和一个第四开关，其中，当所述第一和第四开关闭合时在第一个方向驱动所述马达，所述第二和第三开关闭合时在相反的第二方向驱动所述马达；
所述系统还包括一个第一电缆从所述至少一个电源向所述第一匹配网络提供电能，该第一电缆具有一个靠近所述至少一个电源的第一端，和一个靠近所述第一匹配网络的第二端，一个第一正向/反射功率检测器连接在该第一电缆的所述第二端上。
38.如权利要求37所述的系统，还包括：
一个第二电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个匹配网络控制器，连接到所述第一匹配网络和所述第二匹配网络，该匹配网络控制器控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作。
39.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个匹配网络，在所述电学元件和所述至少一个电源之间，该匹配网络将所述电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配，所述匹配网络包括一个可变阻抗元件，该可变阻抗元件具有一个可移动部件，随着该可移动部件的位移，可以改变所述可变阻抗元件的阻抗；
一个幅值检波器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的幅值，该幅值检波器电路包括：
(i)一个放大器，该放大器具有一个正势差输入端子和一个负势差输入端子；
(ii)一个二极管，用来对所述放大器的输出整流；
(iii)一个低通滤波器，用来对所述整流输出进行滤波，以提供一个指示所述输入信号的幅值的幅值输出信号，使得所述输入信号被所述正势差输入端子接收，所述整流输出被所述负势差输入端子接收。
40.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第二电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述至少一个电源和所述第一电学元件之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
第一检测装置，提供一个第一信号，指示所述第一匹配网络的匹配质量；
第二检测装置，提供一个第二信号，指示所述第二匹配网络的匹配质量；
控制装置，用来控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作，该控制装置包括计算装置，用来根据所述第一和第二信号计算所述第一和第二匹配网络各自的调节量。
41.如权利要求40所述的系统，其中，所述第一匹配网络包括一个可变阻抗元件，该可变阻抗元件有一个可移动部件，随着该部件的移动，可改变所述可变阻抗元件的阻抗，所述可移动部件由一个电动马达驱动，该电动马达由一个开关电路控制，该开关电路包括一个第一开关、一个第二开关、一个第三开关和一个第四开关，其中，当所述第一和第四开关闭合时在第一个方向驱动所述马达，所述第二和第三开关闭合时在相反的第二方向驱动所述马达，其中，一个限位开关与所述至少一个可变阻抗元件相连，以防止所述可移动部件的过度位移，其中，由一个第一电缆从所述至少一个电源向所述第一匹配网络提供电能，该第一电缆具有一个靠近所述至少一个电源的第一端，和一个靠近所述第一匹配网络的第二端，所述第一检测装置包括一个第一正向/反射功率检测器，连接在所述第一电缆的所述第二端上；
所述系统还包括一个鉴相器电路，用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的相位，所述鉴相器电路包括：
(i)提供包括所述输入信号的信号的输入信号对数值的装置；
(ii)提供某个基准信号的基准信号对数值的装置；
(iii)将所述输入信号对数值和所述基准信号对数值相加提供一个对数值和的装置；
(iv)提供所述对数值和的反对数的装置，所述反对数值包括所述输入信号和所述基准信号的积；
(v)一个低通滤波器，用来对所述反对数信号滤波，以提供一个相位输出信号，该相位输出信号表示所述输入信号的相位。
一个幅值检波器电路用来测量来自所述第一匹配网络的端子的输入信号的幅值，该幅值检波器电路包括：
(i)一个放大器，该放大器具有一个正势差输入端子和一个负势差输入端子；
(ii)一个二极管，用来对所述放大器的输出整流；
(iii)一个低通滤波器，用来对所述整流输出进行滤波，以提供一个指示所述输入信号的幅值的幅值输出信号，使得所述输入信号被所述正势差输入端子接收，所述整流输出被所述负势差输入端子接收。
42.一种匹配网络系统，包括：
至少一个电源；
一个第一电学元件，接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二电学元件，接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述至少一个电源和所述第一电学元件之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
一个匹配网络控制器，连接到所述第一匹配网络和所述第二匹配网络，该匹配网络控制器用来控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作。
43.如权利要求42所述的匹配网络系统，其中，所述匹配网络控制器将所述第一匹配网络调节到一个第一组预定网络匹配条件，并将所述第二匹配网络调节到一个第二组预定网络匹配条件。
44.如权利要求42所述的匹配网络系统，其中，所述第一和第二电学元件是等离子体耦合元件，所述匹配网络控制器包括存储有一组匹配网络等离子体激发条件的存储装置，所述激发条件用来在等离子体激发之前控制所述第一和第二匹配网络，所述存储装置还存储一组匹配网络等离子体维持条件，所述维持条件用来在等离子体激发之后控制所述第一和第二匹配网络。
45.如权利要求42所述的系统，还包括：
第一检测装置，提供一个第一信号，指示所述第一匹配网络的匹配质量；
第二检测装置，提供一个第二信号，指示所述第二匹配网络的匹配质量；
其中，所述匹配网络控制器包括计算装置，用来根据所述第一和第二信号计算所述第一和第二匹配网络各自的调节量。
46.一种基片处理系统，包括：
一个处理室，在其中处理基片；
至少一个电源；
一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第一匹配网络，在所述至少一个电源和所述第一电学元件之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
控制装置，用来控制所述第一匹配网络的操作，其中，所述控制装置将所述第一匹配网络调节到第一组预定网络匹配条件，并且接收第一信号，后者指示所述第一匹配网络的输入端子处的第一反射功率，所述控制装置还根据所述第一信号调节所述第一匹配网络，以使所述第一反射功率最小化。
47.如权利要求46所述的系统，还包括：
一个第二电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第二电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
其中，所述控制装置接收一个第二信号，所述信号指示所述第二匹配网络的输入端子处的第二反射功率，所述控制装置根据所述第二信号对所述第二匹配网络进行控制。
48.一种基片处理方法，包括：
提供一个处理室，在其中处理基片；
提供至少一个电源；
提供一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第一电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
提供一个第二电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，该第二电学元件接收来自所述至少一个电源的电能；
提供一个第一匹配网络，在所述至少一个电源和所述第一电学元件之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
提供一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
提供一个匹配网络控制器，连接到所述第一匹配网络和所述第二匹配网络，该匹配网络控制器用来控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作。
49.如权利要求48所述的方法，其中，控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作的步骤包括：
选定所述第一和第二匹配网络中的某一个，在对另一个匹配网络进行匹配操作之前进行匹配操作；
在对所述选定的所述第一和第二匹配网络中的某一个进行匹配操作之后，再对另一个匹配网络进行匹配操作。
50.如权利要求48所述的方法，其中，控制所述第一匹配网络和所述第二匹配网络的操作的步骤包括：
在对所述第一匹配网络进行匹配操作和对所述第二匹配网络进行匹配操作之前，测定所述第一匹配网络的第一匹配质量和所述第二匹配网络的第二匹配质量；
在测定所述第一匹配质量和所述第二匹配质量之后，对所述第一匹配网络执行匹配操作；
在测定所述第一匹配质量和所述第二匹配质量之后，对所述第二匹配网络执行匹配操作。
51.如权利要求48所述的方法，还包括：将一组预定网络匹配条件存储在所述匹配网络控制器的一个存储器中，并将所述第一匹配网络和所述第二匹配网络调节至该组预定网络匹配条件。
52.如权利要求48所述的方法，其中，根据所述第一匹配质量进行第一匹配操作，所述第一匹配质量的确定是通过测量来自所述第一匹配网络的一个输入信号的相位来完成的，所述方法还包括：
求出包括所述输入信号的信号的对数值；
求出某个相位基准信号的对数值；
将所述相位基准信号的所述对数值与包括所述输入信号的信号的对数值相加，提供一个对数值和；
求出所述对数值和的反对数；
对所述反对数信号滤波，以提供一个相位输出信号，该相位输出信号表示所述输入信号的相位。
53.如权利要求48所述的方法，其中，根据所述第一匹配质量进行第一匹配操作，所述第一匹配质量是通过测量来自所述第一匹配网络的输入信号的幅值来确定的，所述方法还包括：
从所述输入信号中减去一个幅值输出信号，以提供一个差值信号；
对所述差值信号整流，提供一个整流信号；
用一个低通滤波器对所述整流信号进行滤波，以提供所述幅值输出信号，该幅值输出信号表示所述输入信号的幅值。
54.如权利要求48所述的方法，还包括：在所述匹配网络控制器的存储器中存储一组匹配网络等离子体激发条件，所述激发条件用来在等离子体激发之前控制所述第一和第二匹配网络；
在所述存储器中还存储一组匹配网络等离子体维持条件，所述维持条件用来在等离子体激发之后控制所述第一和第二匹配网络。
55.一种基片处理方法，包括：
提供一个处理室，在其中处理基片；
提供至少一个电源；
提供一个第一电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，并从所述至少一个电源向所述第一电学元件提供电能；
提供一个第一匹配网络，在所述至少一个电源和所述第一电学元件之间，该第一匹配网络将所述第一电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配；
提供一个匹配网络控制器，连接到所述第一匹配网络，并用该匹配网络控制器来控制所述第一匹配网络的操作；
在所述匹配网络控制器的存储器中存储一个第一组预定网络匹配条件，并将所述第一匹配网络调节至该第一组预定网络匹配条件。
56.如权利要求55所述的方法，还包括：
提供一个第二电学元件，与所述处理室中的某个区域耦合，并从所述至少一个电源向所述第二电学元件提供电能；
提供一个第二匹配网络，在所述至少一个电源和所述第二电学元件之间，该第二匹配网络将所述第二电学元件的阻抗与所述至少一个电源的阻抗进行匹配，所述方法还包括：用所述匹配网络控制器来控制所述第二匹配网络的操作；
在所述匹配网络控制器的存储器中存储一个第二组预定网络匹配条件，并将所述第二匹配网络调节至该第二组预定网络匹配条件。
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