阻抗匹配系統及阻抗匹配方法
【專利摘要】本發明公開一種阻抗匹配系統及阻抗匹配方法，系統包括：掃頻電源、匹配裝置、傳感器和分別與掃頻電源、傳感器和匹配裝置相連的控制器；控制器判斷掃頻電源的輸出阻抗與反應腔室的阻抗是否匹配，在掃頻電源的輸出阻抗與反應腔室的阻抗失配時，判斷匹配裝置的輸入阻抗是否在掃頻電源能完成匹配的阻抗范圍內，若是，則保持匹配裝置的阻抗不變，調節掃頻電源的輸出頻率，使掃頻電源的輸出阻抗與反應腔室的阻抗匹配；否則，保持掃頻電源的輸出頻率不變，調節匹配裝置的阻抗使得匹配裝置的輸入阻抗在掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內，此時調節掃頻電源的輸出頻率，以使掃頻電源的輸出阻抗與反應腔室的阻抗匹配。
【專利說明】阻抗匹配系統及阻抗匹配方法【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，具體而言，涉及一種阻抗匹配系統及阻抗匹配方法。【背景技術】
[0002]等離子體技術廣泛的應用于半導體、平板顯示、太陽能和工業等領域。如何高效、快速激發等離子體成為了等離子體技術的關鍵。射頻等離子體的產生如圖1所示，射頻電源P將射頻能量通過匹配器2'傳輸至反應腔室3'，在反應腔室3'內射頻能量將具有一定氣壓的氣體，如氦氣，氬氣等激發為等離子體進行刻蝕，清洗，鍍膜等。但由于射頻電源Ii的輸出阻抗為某一特定阻值(一般為50 Ω)，而反應腔室3'的阻抗不等于射頻電源I'的輸出阻抗，這樣射頻功率將不能全部傳輸至反應腔室3,，導致等離子體激發效率變低甚至不能激發等離子體。匹配器2'的作用就是將射頻電源I'的功率全部輸送至反應腔室3'。所以匹配器2'的匹配精度的高低和匹配速度的快慢將直接影響到工藝結果。設計匹配精度高，匹配速度快的匹配器2'越來越受到人們的重視。
[0003]現有的匹配器2'采用機械調節來實現匹配，存在匹配速度慢且精度不夠等缺點。還有一些采用掃頻電源以通過調節頻率實現匹配，但由于掃頻源頻率可變范圍比較窄，因此其工藝窗口就比較窄。而且其不能獨立完成匹配需要配合固定匹配器2'才可以實現匹配，在不同的工藝窗口，需要更換固定匹配器2'，因此只適合固定工藝。在多工藝窗口下實現比較麻煩。
【發明內容】
[0004]本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的一個目的在于提出一種匹配速度快、匹配精度高，工藝窗口寬的阻抗匹配系統。
[0005]本發明的另一個目的在于提出一種阻抗匹配方法。
[0006]為實現上述目的，本發明的第一方面提出一種阻抗匹配系統，所述阻抗匹配系統，包括:
[0007]掃頻電源，用于輸出頻率可調的射頻信號；
[0008]匹配裝置，連接在所述掃頻電源和所述反應腔室之間，所述匹配裝置用于對所述掃頻電源和所述反應腔室之間進行阻抗匹配并將所述射頻信號傳導至所述反應腔室；
[0009]傳感器，連接在所述掃頻電源和所述匹配裝置之間，所述傳感器用于檢測系統電壓和系統電流；和
[0010]控制器，所述控制器分別與所述掃頻電源、所述傳感器和所述匹配裝置相連，所述控制器根據所述傳感器的檢測結果判斷所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗是否匹配，在所述掃頻 電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗失配時，進一步判斷所述匹配裝置的輸入阻抗是否在所述掃頻電源能完成匹配的阻抗范圍內，若是，則保持所述匹配裝置的阻抗不變，調節所述掃頻電源的輸出頻率，使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配；否則，保持所述掃頻電源的輸出頻率不變，調節所述匹配裝置的阻抗使得所述匹配裝置的輸入阻抗在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內，此時調節所述掃頻電源的輸出頻率，以使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配。
[0011]根據本發明實施例的阻抗匹配系統通過設置所述掃頻電源和所述傳感器，可以根據所述傳感器的檢測結果調節所述掃頻電源的輸出頻率以調節所述匹配系統的輸出阻抗，從而可以使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配，即使反射功率最小。由于頻率調節的跟蹤與響應速度以及控制精度都優于機械調節，所以相比通過機械調節的現有技術，所述阻抗匹配系統的匹配精度更高，匹配速度更快。并且所述阻抗匹配系統還設有所述匹配裝置，這樣當所述控制器根據所述傳感器的檢測結果判定所述匹配裝置的輸入阻抗不在所述掃頻電源能實現匹配的范圍內時，可以通過調節所述匹配裝置的阻抗以將所述匹配裝置的輸入阻抗調節到所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內，然后再通過調節所述掃頻電源的輸出頻率以使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的輸出阻抗匹配。由此可以增大所述阻抗匹配系統的匹配范圍，從而可以拓寬工藝窗口。也就是說，通過設置所述掃頻電源和所述匹配裝置，且所述控制器通過所述傳感器的檢測結構分別單獨調節所述掃頻電源的輸出頻率和所述匹配裝置的阻抗，可以同時解決現有技術中掃頻電源的匹配范圍小以及匹配裝置的匹配精度低和匹配速度慢等問題。因此，根據本發明實施例的阻抗匹配系統具有匹配速度快、匹配精度高，工藝窗口寬等優點。
[0012]另外，根據本發明上述實施例的阻抗匹配系統還可以具有如下附加的技術特征:
[0013]所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍根據所述掃頻電源的掃頻范圍和機臺的阻抗而定。
[0014]所述匹配裝 置的匹配網絡為L型且所述匹配裝置包括:
[0015]第一可調匹配模塊，所述第一可調匹配模塊連接在所述傳感器和所述反應腔室之間；和
[0016]第二可調匹配模塊，所述第二可調匹配模塊的一端接地，另一端與所述傳感器相連，其中，所述第一可調匹配模塊和第二可調匹配模塊的匹配阻抗可根據所述控制器的控制信號進行調整。
[0017]所述的阻抗匹配系統，還包括:
[0018]第一電機，所述第一電機分別與所述第一可調匹配模塊和所述控制器相連以便所述控制器控制所述第一電機的運行以調節所述第一可調匹配模塊的匹配阻抗；和
[0019]第二電機，所述第二電機分別與所述第二可調匹配模塊和所述控制器相連以便所述控制器控制所述第二電機的運行以調節所述第二可調匹配模塊的匹配阻抗。
[0020]所述匹配裝置的匹配網絡為π型且所述匹配裝置包括:
[0021]第三可調匹配模塊，所述第三可調匹配模塊連接在所述傳感器和所述反應腔室之間；
[0022]第四可調匹配模塊，所述第四可調匹配模塊的一端接地，另一端與所述傳感器相連；和
[0023]第五可調匹配模塊，所述第五可調匹配模塊的一端接地，另一端與所述反應腔室相連，其中所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊的匹配阻抗可根據所述控制器的控制信號進行調整。[0024]所述的阻抗匹配系統，還包括:
[0025]第三電機，所述第三電機與所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的一個相連，且所述第三電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第三電機的運行以調節所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的所述一個的匹配阻抗；和
[0026]第四電機，所述第四電機與所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的另一個相連，且所述第四電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第四電機的運行以調節所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的所述另一個的匹配阻抗。
[0027]所述匹配裝置的匹配網絡為T型且所述匹配裝置包括:
[0028]第六可調匹配模塊，所述第六可調匹配模塊連接在所述傳感器和所述反應腔室之間；
[0029]第七可調匹配模塊，所述第七可調匹配模塊連接在所述第六匹配模塊和所述反應腔室之間；和
[0030]第八可調匹配模塊，所述第八可調匹配模塊的一端接地，另一端分別與所述第六可調匹配模塊和所述第七可調匹配模塊相連，其中所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊的匹配阻抗可根據所述控制器的控制信號進行調整。
[0031]所述的阻抗匹配系統，還包括:
[0032]第五電機，所述第五電機與所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的一個相連，且所述第五電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第五電機的運行以調節所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的所述一個的匹配阻抗；和
[0033]第六電機，所述第六電機與所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的另一個相連，且所述第六電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第六電機的運行以調節所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的所述另一個的匹配阻抗。
[0034]所述第一可調匹配模塊、所述第二可調匹配模塊、所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊、所述第五可調匹配模塊、所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊為可調電感或可調電容。
[0035]本發明的第二方面提出一種阻抗匹配方法，阻抗匹配系統具有依次相連的掃頻電源、傳感器和匹配裝置，所述控制方法包括以下步驟:
[0036]a)根據所述傳感器的檢測結果判斷所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗是否匹配；
[0037]b)在判定所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗失配時，根據所述傳感器的檢測結果計算出所述匹配裝置的輸入阻抗并判斷所述匹配裝置的輸入阻抗是否在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內；和
[0038]c)在判定所述匹配裝置的輸入阻抗在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內時，保持所述匹配裝置的 阻抗不變且調節所述掃頻電源的輸出頻率，使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配；在判定所述匹配裝置的輸入阻抗不在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內時，保持所述掃頻電源的輸出頻率不變且調節所述匹配裝置的阻抗，使所述匹配裝置的輸入阻抗在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內，此時調節所述掃頻電源的輸出頻率，以使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配。
[0039] 根據本發明實施例的阻抗匹配方法通過利用頻率調節可以提高阻抗匹配的精度和速度，并且利用機械調節可以增大阻抗匹配的匹配范圍以增大工藝窗口，具有匹配精度高、匹配速度快、工藝窗口寬等優點。
[0040]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0042]圖1是現有阻抗匹配系統和反應腔室的結構示意圖；
[0043]圖2是根據本發明實施例的阻抗匹配系統和反應腔室的結構示意圖；
[0044]圖3是根據本發明實施例的阻抗匹配方法的流程圖；
[0045]附圖標記，如下:
[0046]阻抗匹配系統1、反應腔室2、掃頻電源10、匹配裝置20、第一可調匹配模塊21、第二可調匹配模塊22、傳感器30、控制器40、第一電機50、第二電機60。
【具體實施方式】
[0047]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0048]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0049]此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。
[0050]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0051]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表
示第一特征水平高度小于第二特征。
[0052]下面參照圖2描述根據本發明實施例的阻抗匹配系統I。如圖2所示，根據本發明實施例的阻抗匹配系統I包括掃頻電源10、匹配裝置20、傳感器30和控制器40。
[0053]掃頻電源10用于輸出頻率可調的射頻信號。匹配裝置20連接在掃頻電源10和反應腔室2之間，匹配裝置20用于對掃頻電源10和反應腔室2之間進行阻抗匹配并將所述射頻信號傳導至反應腔室2。傳感器30連接在掃頻電源10和匹配裝置20之間，傳感器30用于檢測系統電壓和系統電流。控制器40分別與掃頻電源10、傳感器30和匹配裝置20相連，控制器40根據傳感器30的檢測結果判斷掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗是否匹配。具體地，控制器40根據傳感器30檢測到的系統電壓和系統電流計算出反射功率，控制器40根據反射功率判斷掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗是否匹配。在理想狀態下，掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗完全匹配時所述反射功率為零。在掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗失配時，進一步判斷匹配裝置20的輸入阻抗是否在掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍內，若匹配裝置20的輸入阻抗在掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍內，則開啟掃頻模式，即保持匹配裝置20的阻抗不變，調節掃頻電源10的輸出頻率，使掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗匹配。若匹配裝置20的輸入阻抗不在掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍內，則開啟固頻模式，即保持掃頻電源10的輸出頻率不變，調節匹配裝置20的阻抗使得匹配裝置20的輸入阻抗在掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍內。此時關閉所述固頻模式且開啟所述掃頻模式，調節掃頻電源10的輸出頻率，以使 掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗匹配。
[0054]根據本發明實施例的阻抗匹配系統I通過設置掃頻電源10和傳感器30，可以根據傳感器30的檢測結果調節掃頻電源10的輸出頻率以調節阻抗匹配系統I的阻抗，從而可以使掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗匹配，即使反射功率最小。由于頻率調節的跟蹤與響應速度以及控制精度都優于機械調節，所以相比通過機械調節的現有技術，阻抗匹配系統I的匹配精度更高，匹配速度更快。并且阻抗匹配系統I還設有匹配裝置20，這樣當控制器40根據傳感器30的檢測結果判定匹配裝置20的輸入阻抗不在掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍內時，可以通過調節匹配裝置20把匹配裝置20的輸入阻抗調節到可以通過調節掃頻電源10實現匹配的阻抗范圍內，然后再通過調節掃頻電源10的輸出頻率以使掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗匹配。由此可以增大阻抗匹配系統I的匹配范圍，從而可以拓寬工藝窗口。也就是說，通過設置掃頻電源10和匹配裝置20，且控制器40通過傳感器30的檢測結構分別單獨調節掃頻電源10的輸出頻率和匹配裝置20的阻抗，可以同時解決現有技術中掃頻電源的匹配范圍小以及匹配裝置的匹配精度低和匹配速度慢等問題。因此，根據本發明實施例的阻抗匹配系統I具有匹配速度快、匹配精度高，工藝窗口寬等優點。
[0055]其中，掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍可以根據掃頻電源10的掃頻范圍和機臺的阻抗而定。具體地，掃頻電源10的匹配范圍可以根據掃頻電源10的掃頻范圍與機臺的實際阻抗通過試驗而定。由此可以便于控制器40根據傳感器30的檢測結果判斷匹配裝置20的輸入阻抗是否在掃頻電源10能實現匹配的范圍內。例如與反應腔室2連接后的匹配裝置20的輸入阻抗為:實部R=30~80，虛部X=-30~40時(實部與虛部需要范圍需要試驗最終確定這里只是給出例子)，可以通過掃頻電源10實現最終匹配。
[0056]圖2示出了根據本發明一個具體實施例的阻抗匹配系統I。如圖2所示，匹配裝置20的匹配網絡可以為L型且匹配裝置20可以包括第一可調匹配模塊21和第二可調匹配模塊22。第一可調匹配模塊21可以連接在傳感器30和反應腔室2之間。第二可調匹配模塊22的一端可以接地，第二可調匹配模塊22的另一端可以與傳感器30相連，其中，第一可調匹配模塊21和第二可調匹配模塊22的匹配阻抗可根據控制器40的控制信號進行調整。也就是說，在所述固頻模式下，控制器40通過調節第一可調匹配模塊21和第二可調匹配模塊22的匹配阻抗來調節匹配裝置20的阻抗。通過設置第一可調匹配模塊21和第二可調匹配模塊22，可以組成L型的匹配網絡，L型匹配網絡的匹配裝置20具有匹配范圍大等優點，由此可以進一步增大阻抗匹配系統I的匹配范圍，從而可以進一步拓寬阻抗匹配系統I的工藝窗口。
[0057]具體而言，如圖2所示，阻抗匹配系統I還可以包括第一電機50和第二電機60。第一電機50可以分別與第一可調匹配模塊21和控制器40相連以便控制器40控制第一電機50的運行以調節第一可調匹配模塊21的匹配阻抗。第二電機60可以分別與第二可調匹配模塊22和控制器40相連以便控制器40控制第二電機60的運行以調節第二可調匹配模塊22的匹配阻抗。通過設置與第一可調匹配模塊21相連的第一電機50和與第二可調匹配模塊22相連的第二電機60,可以使控制器40通過控制第一電機50和第二電機60的轉動方向和轉動步數來分別調節第一可調匹配模塊21和第二可調匹配模塊22的匹配阻抗，即可以使控制器40通過控制第一電機50和第二電機60來調節匹配裝置20的阻抗，且調節速度快、實現容易。
[0058]在本發明的另一個實施例中，匹配裝置20的匹配網絡也可以為π型(圖中未示出)且匹配裝置20可以包括第三可調匹配模塊、第四可調匹配模塊和第五可調匹配模塊。所述第三可調匹配模塊可以連接在傳感器30和反應腔室2之間。所述第四可調匹配模塊的一端可以接地，所述第四可調匹配模塊的另一端可以與傳感器30相連。所述第五可調匹配模塊的一端可以接地，所述第五可調匹配模塊的另一端可以與反應腔室2相連，其中所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊的匹配阻抗可根據控制器40的控制信號進行調整。也就是說，在所述固頻模式下，控制器40通過調節所述第三可調匹配模塊的匹配阻、所述第四可調匹配模塊的匹配阻抗和所述第五可調匹配模塊的匹配阻抗來調節匹配裝置20的阻抗。通過設置所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊，可以組成η型的匹配網絡，型匹配網絡的匹配裝置20具有匹配精度高等優點，由此可以進一步提高阻抗匹配系統I的匹配精度。
[0059]具體而言，阻抗匹配系統I還可以包括第三電機(圖中未示出)和第四電機(圖中未示出)。所述第三電機可以與所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的一個相連，且所述第三電機可以與控制器40相連以便控制器40控制所述第三電機的運行以調節所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的所述一 個的匹配阻抗。所述第四電機可以與所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的另一個相連，且所述第四電機與控制器40相連以便控制器40控制所述第四電機的運行以調節所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的所述另一個的匹配阻抗。通過設置所述第三電機和所述第四電機，可以使控制器40通過控制所述第三電機和所述第四電機的轉動方向和轉動步數來分別調節所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的兩個的匹配阻抗，即可以使控制器40通過控制所述第三電機和所述第四電機來調節匹配裝置20的阻抗，且調節速度快、實現容易。
[0060]在本發明的再一個實施例中，匹配裝置20的匹配網絡還可以為T型(圖中未示出)且匹配裝置20可以包括第六可調匹配模塊、第七可調匹配模塊和第八可調匹配模塊。所述第六可調匹配模塊可以連接在傳感器30和反應腔室2之間。所述第七可調匹配模塊可以連接在所述第六匹配模塊和反應腔室2之間。所述第八可調匹配模塊的一端可以接地，所述第八可調匹配模塊的另一端可以分別與所述第六可調匹配模塊和所述第七可調匹配模塊相連，其中所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊的匹配阻抗可根據控制器40的控制信號進行調整。也就是說，在所述固頻模式下，控制器40通過調節所述第六可調匹配模塊的匹配阻、所述第七可調匹配模塊的匹配阻抗和所述第八可調匹配模塊的匹配阻抗來調節匹配裝置20的阻抗。通過設置所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊，可以組成T型的匹配網絡，T型匹配網絡的匹配裝置20具有匹配速度快等優點，由此可以進一步提高阻抗匹配系統I的匹配速度。
[0061]具體而言，阻抗匹配系統I還可以包括第五電機(圖中未示出)和第六電機(圖中未示出)。所述第五電機可以與所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的一個相連，且所述第五電機可以與控制器40相連以便控制器40控制所述第五電機的運行以調節所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的所述一個的匹配阻抗。所述第六電機可以與所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的另一個相連，且所述第六電機可以與控制器40相連以便控制器40控制 所述第六電機的運行以調節所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的所述另一個的匹配阻抗。通過設置所述第五電機和所述第六電機，可以使控制器40通過控制所述第五電機和所述第六電機的轉動方向和轉動步數來分別調節所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的兩個的匹配阻抗，即可以使控制器40通過控制所述第五電機和所述第六電機來調節匹配裝置20的阻抗，且調節速度快、實現容易。
[0062]阻抗匹配系統I可根據不同的實際需求采用上述三種類型匹配網絡的匹配裝置
20。其中第一可調匹配模塊21、第二可調匹配模塊22、所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊、所述第五可調匹配模塊、所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊可以為可調電感或可調電容。由此可以使控制器40更加方便地調節匹配裝置20的阻抗，且匹配裝置20具有成本較低等優點。
[0063]下面參照圖3描述根據本發明實施例的阻抗匹配方法，阻抗匹配系統I具有依次相連的掃頻電源10、傳感器30和匹配裝置20，所述控制方法包括以下步驟:
[0064]a)根據傳感器30的檢測結果判斷掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗是否匹配。具體地，傳感器30用于檢測系統電壓和系統電流，根據檢測出的系統電壓和系統電流計算出反射功率，并根據反射功率判斷掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗是否匹配。在理想狀態下，掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗完全匹配時所述反射功率為零；
[0065]b)在判定掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗失配時，根據傳感器30的檢測結果計算出匹配裝置20的輸入阻抗并判斷匹配裝置20的輸入阻抗是否在可以通過掃頻實現匹配的阻抗范圍內。換言之，根據傳感器30檢測出的系統電壓和系統電流計算出匹配裝置20的輸入阻抗，然后判斷匹配裝置20的輸入阻抗是否在可掃頻調節的阻抗范圍內；和
[0066]c)在判定匹配裝置20的輸入阻抗在掃頻調節阻抗范圍內時，開啟掃頻模式，保持匹配裝置20的阻抗不變且調節掃頻電源10的輸出頻率，使掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗匹配；在判定匹配裝置20的輸入阻抗不在電源掃頻能實現匹配的阻抗范圍內時，開啟固頻模式，保持掃頻電源10的輸出頻率不變且調節匹配裝置20的阻抗，使匹配裝置20的輸入阻抗滿足掃頻匹配阻抗范圍，此時關閉所述固頻模式且開啟所述掃頻模式，調節掃頻電源10的輸出頻率，以使掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室2的阻抗匹配。
[0067]根據本發明實施例的阻抗匹配方法通過利用頻率調節可以提高阻抗匹配的精度和速度，并且利用機械調節可以增大阻抗匹配的匹配范圍以增大工藝窗口，具有匹配精度高、匹配速度快、工藝窗口寬等優點。
[0068]具體而言，在所述步驟c中，所述阻抗匹配方法可采用點模式算法或神經網絡算法。下面舉例描述點模式算法。
[0069]傳感器30檢測系統電壓和系統電流、根據系統電壓和系統電流計算匹配裝置20的輸入阻抗的實部與虛部，看是否在掃頻能實現匹配的阻抗范圍內，當匹配裝置20的輸入阻抗的實部與虛部在掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍內時則開啟所述掃頻模式，而當匹配裝置20的輸入阻抗不在掃頻電源10能實現匹配的阻抗范圍內時開啟所述固頻模式。例如通過掃頻電源10的頻率調節能實現系統匹配的匹配裝置20的輸入阻抗范圍為:實部R=30~80，虛部X=-30~40 (具體數值需試驗而定這里只是給出例子方便理解)，當根據傳感器30的檢測結果計算出匹配裝置20的輸入阻抗在上述阻抗范圍內時開啟所述掃頻模式，通過調節掃頻電源10的輸出頻率完成阻抗調節，使掃頻電源10的輸出阻抗與反應腔室實現最終匹配。當根據傳感器30的檢測結果計算出匹配裝置20的輸入阻抗不在上述阻抗范圍內時開啟所述固頻模式，保持掃頻電源10的輸出頻率不變,例如可以將掃頻電源10的輸出頻率保持在13.56MHz。通過調節阻抗匹配裝置20的阻抗，同時計算和判斷阻抗匹配裝置20的阻抗是否在上述阻抗范圍內，一旦到達該阻抗范圍則關閉所述固頻模式且開啟所述掃頻模式，以調節阻抗匹配系統的輸入阻抗，實現掃頻電源10與反應腔的阻抗匹配。
[0070]通過采用點模式算法，實現阻抗的實部與虛部解耦調節，即一個電抗原件調節實部一個電抗原件調節虛部，具有計算量小、匹配速度快等優點。
[0071]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少 一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0072]盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在 本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權利要求】
1.一種阻抗匹配系統，與反應腔室連接，其特征在于，包括: 掃頻電源，用于輸出頻率可調的射頻信號； 匹配裝置，連接在所述掃頻電源和所述反應腔室之間，所述匹配裝置用于對所述掃頻電源和所述反應腔室之間進行阻抗匹配并將所述射頻信號傳導至所述反應腔室； 傳感器，連接在所述掃頻電源和所述匹配裝置之間，所述傳感器用于檢測系統電壓和系統電流；和 控制器，所述控制器分別與所述掃頻電源、所述傳感器和所述匹配裝置相連，所述控制器根據所述傳感器的檢測結果判斷所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗是否匹配，在所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗失配時，進一步判斷所述匹配裝置的輸入阻抗是否在所述掃頻電源能完成匹配的阻抗范圍內，若是，則保持所述匹配裝置的阻抗不變，調節所述掃頻電源的輸出頻率，使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配；否則，保持所述掃頻電源的輸出頻率不變，調節所述匹配裝置的阻抗使得所述匹配裝置的輸入阻抗在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內，此時調節所述掃頻電源的輸出頻率，以使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配。
2.根據權利要求1所 述的阻抗匹配系統，其特征在于，所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍根據所述掃頻電源的掃頻范圍和機臺的阻抗而定。
3.根據權利要求1所述的阻抗匹配系統，其特征在于，所述匹配裝置的匹配網絡為L型且所述匹配裝置包括: 第一可調匹配模塊，所述第一可調匹配模塊連接在所述傳感器和所述反應腔室之間；和 第二可調匹配模塊，所述第二可調匹配模塊的一端接地，另一端與所述傳感器相連，其中，所述第一可調匹配模塊和第二可調匹配模塊的匹配阻抗可根據所述控制器的控制信號進行調整。
4.根據權利要求3所述的阻抗匹配系統，其特征在于，還包括: 第一電機，所述第一電機分別與所述第一可調匹配模塊和所述控制器相連以便所述控制器控制所述第一電機的運行以調節所述第一可調匹配模塊的匹配阻抗；和 第二電機，所述第二電機分別與所述第二可調匹配模塊和所述控制器相連以便所述控制器控制所述第二電機的運行以調節所述第二可調匹配模塊的匹配阻抗。
5.根據權利要求1所述的阻抗匹配系統，其特征在于，所述匹配裝置的匹配網絡為η型且所述匹配裝置包括: 第三可調匹配模塊，所述第三可調匹配模塊連接在所述傳感器和所述反應腔室之間； 第四可調匹配模塊，所述第四可調匹配模塊的一端接地，另一端與所述傳感器相連；和 第五可調匹配模塊，所述第五可調匹配模塊的一端接地，另一端與所述反應腔室相連，其中所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊的匹配阻抗可根據所述控制器的控制信號進行調整。
6.根據權利要求5所述的阻抗匹配系統，其特征在于，還包括: 第三電機，所述第三電機與所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的一個相連，且所述第三電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第三電機的運行以調節所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的所述一個的匹配阻抗；和 第四電機，所述第四電機與所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的另一個相連，且所述第四電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第四電機的運行以調節所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊和所述第五可調匹配模塊中的所述另一個的匹配阻抗。
7.根據權利要求1所述的阻抗匹配系統，其特征在于，所述匹配裝置的匹配網絡為T型且所述匹配裝置包括: 第六可調匹配模塊，所述第六可調匹配模塊連接在所述傳感器和所述反應腔室之間； 第七可調匹配模塊，所述第七可調匹配模塊連接在所述第六匹配模塊和所述反應腔室之間；和 第八可調匹配模塊，所述第八可調匹配模塊的一端接地，另一端分別與所述第六可調匹配模塊和所述第七可調匹配模塊相連，其中所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊的匹配阻抗可根據所述控制器的控制信號進行調整。
8.根據權利要求7所述的阻抗匹配系統，其特征在于，還包括: 第五電機，所述第五電機與所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的一個相連，且所述第五電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第五電機的運行以調節所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的所述一個的匹配阻抗；和 第六電機，所述第六電機與所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的另一個相連，且所述第六電機與所述控制器相連以便所述控制器控制所述第六電機的運行以調節所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊中的所述另一個的匹配阻抗。
9.根據權利要求3-8中任一項所述的阻抗匹配系統，其特征在于，所述第一可調匹配模塊、所述第二可調匹配模塊、所述第三可調匹配模塊、所述第四可調匹配模塊、所述第五可調匹配模塊、所述第六可調匹配模塊、所述第七可調匹配模塊和所述第八可調匹配模塊為可調電感或可調電容。
10.一種阻抗匹配方法，其特征在于，阻抗匹配系統具有依次相連的掃頻電源、傳感器和匹配裝置，所述控制方法包括以下步驟: a)根據所述傳感器的檢測結果判斷所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗是否匹配； b)在判定所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗失配時，根據所述傳感器的檢測結果計算出所述匹配裝置的輸入阻抗并判斷所述匹配裝置的輸入阻抗是否在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內；和 c)在判定所述匹配裝置的輸入阻抗在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內時，保持所述匹配裝置的阻抗不變且調節所述掃頻電源的輸出頻率，使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配；在判定所述匹配裝置的輸入阻抗不在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內時，保持所述掃頻電源的輸出頻率不變且調節所述匹配裝置的阻抗，使所述匹配裝置的輸入阻抗在所述掃頻電源能實現匹配的阻抗范圍內，此時調節所述掃頻電源的輸出頻率，以使所述掃頻電源的輸出阻抗與所述反應腔室的阻抗匹配。
【文檔編號】H05H1/46GK103903950SQ201210585203
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】師帥濤 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司