专利名称：匹配器及其实现匹配控制的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体加工设备部件，尤其涉及一种半导体加工设备中的匹配器及其 实现匹配控制的方法。
背景技术：
匹配器是用于半导体加工和其它工业等领域的等离子体设备的关键部件，其应用如图 l所示。射频电源输出射频功率以将反应室中的气体激发为等离子体，但由于射频电源的输 出阻抗为某一特定阻值(一般为50Q)，如果反应室的阻抗不等于射频电源的输出阻抗， 会造成很大的功率反射。将匹配器连接于射频电源与反应室之间，通过调节匹配器中的可 变电抗元件，能够使得从匹配器输入端向输出端看去的阻抗等于射频电源的输出阻抗，从 而使得射频电源的输出功率能够最多地传送到反应室中进行等离子体激发。
现有技术中的阻抗匹配器的构成如图2所示，是利用相位/幅值传感器检测出所通过匹 配器输入端的射频功率的相位和幅值信号，将这两个信号送至控制系统，控制系统利用其 特定的控制方式对相位和幅值信号进行判断和运算处理，以分别通过电机来驱动可变电抗 元件(电容或电感)；而后相位和幅值信号相应发生变化，控制系统再次进行判断和运 算，然后驱动可变电抗元件；如此反复，直至所检测的相位和幅值信号与所定标的值一 致，此时达到匹配状态，电抗元件停止运转。
上述现有技术至少存在以下缺点射频功率的相位和幅值信号难以准确检测，导致匹 配器难以准确实现匹配控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能准确实现匹配控制的匹配器及其实现匹配控制的方法。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的
本发明的匹配器，包括传感器，所述的传感器为鉴频传感器，所述鉴频传感器能检测 频率信号，并将检测到的频率信号传送给控制系统，所述控制系统根据接收到的频率信号 对电抗元件进行调节。
本发明的上述匹配器实现匹配控制的方法，包括步骤
A、 匹配器接收射频电源的输出功率，并由鉴频传感器检测所述输出功率的频率信号 并将检测到的频率信号传送给控制系统；
B、 所述控制系统根据接收到的频率信号对电抗元件进行调节，使射频电源的负载阻 抗与其输出阻抗一致，所述输出功率经过调节后的电抗元件输出。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的匹配器及其实现匹配控制的方 法，由于通过鉴频传感器检测射频电源的输出功率的频率信号，并将检测到的频率信号传 送给控制系统，控制系统根据接收到的频率信号对电抗元件进行调节，使射频电源的负载 阻抗与其输出阻抗一致，实现匹配控制，所述输出功率经过调节后的电抗元件输出。能准 确检测射频电源的输出功率的频率信号，使匹配器能准确实现匹配控制。
图l为现有技术中匹配器的应用状态示意图2为现有技术中匹配器的电路原理图3为本发明的匹配器的电路原理图。
具体实施例方式
本发明的匹配器，包括传感器，其较佳的具体实施方式
如图3所示，所述的传感器为 鉴频传感器，所述鉴频传感器能检测频率信号，并将检测到的频率信号传送给控制系统， 所述控制系统根据接收到的频率信号对电抗元件Z1、 Z2进行调节，使射频电源的负载阻抗 与其输出阻抗一致，实现匹配控制。
具体鉴频传感器设有射频输入端，所述射频输入端可与射频电源连接，射频电源的输 出功率由射频输入端输入，经过调节后的电抗元件Z1、 Z2输出。
鉴频传感器检测射频电源的输出功率的基频信号，及由该基频产生的谐波信号，包括 二次谐波信号、三次谐波信号及多次谐波信号，可以根据需要检测其中的一个或多个谐波 信号。
鉴频传感器与控制系统之间设有谐波信号放大器AMP1、 AMP2，所述谐波信号经过谐波 信号放大器AMP1、 AMP2放大后传送给控制系统。不同的谐波的强度不同，因此二次谐波信 号、三次谐波信号及多次谐波信号分别设有不同的放大器。
鉴频传感器与控制系统之间还设有衰减器Attenu，所述基频信号经过衰减器Attenu衰 减后传送给控制系统。
所述的鉴频传感器与控制系统之间设有频率电压转换器F/V1、 F/V2、 F/V3，所述频率 信号经频率电压转换器转换为电压信号，之后将所述电压信号传送给控制系统。控制系统 根据这个电压信号对电抗元件Z1、 Z2进行调节。
本发明的匹配器实现匹配控制的原理是当射频电源的负载阻抗与其输出阻抗不一致 时，在射频电源输出端附近的滤波器特性会有一定程度的变化，因此，会在射频电源输出 频率(如13.56MHz)的基频上产生少量的偶次或奇次谐波。当负载阻抗变化时，这些谐波 对于基频的比重会随之而变化；而当射频电源的输出阻抗和负载阻抗相等时(例如 50Q)，这些谐波对于基频的比重会降低至很小的数值， 一般在-40dBm以下，此时就达到 了匹配点。
基于以上的原理，本发明所提出的匹配器采用鉴频传感器。该传感器连接于匹配器的 射频功率输入端，用于检测射频电源所输出的射频功率在匹配器输入端的射频信号，从中 检出基频信号以及二次谐波和三次或三次以上的谐波信号。
由于基频信号的强度相当高，需要降低该信号以便于后续的处理，因此送至衰减器 Attenu进行一定程度的衰减；衰减后的信号被输出到第一频率电压转换器F/V1，将频率信 号转化为对应的电压信号V。
另一方面，二次谐波和三次谐波信号的强度非常低，需要放大该信号以便于后续的处 理，因此分别送至第一放大器AMP1和第二放大器AMP2进行较高的放大；衰减后的信号被分 别输出到第二频率电压转换器F/V2和第三频率电压转换器F/V3，将频率信号分别转化为对 应的电压信号V1和V2。
控制系统对接受的三个电压信号进行运算和处理。处理的方式可以为模拟或数字的方 式均可。主要是首先分别得到两种谐波信号与基频信号的比值A和B: A=V1/V， B=V2/V，且 在匹配点时A和B均为较小的数值(例如是O. 1)，此时实际的谐波信号与基频信号的强度的 比值均应低于40dBm。从匹配器的输入端向输出端看去，当网络的整体阻抗在电感性和电容 性之间变化时，A和B的数值也会随之而变化，根据A、 B的变化方向和幅度，可以判断出当 前状态与匹配点状态之间的差距。在网络中有可调电抗元件Z1、 Z2，其变化的趋势和幅度 将决定与匹配点逼近的程度。控制系统通过对A、 B的处理和判断，从而决定下一步驱动电 机1和电机2来改变电抗元件Z1和电抗元件Z2的程度。而与此同时，鉴频传感器继续检测基 频、二次及三次谐波信号，然后判断处理并改变电抗元件Z1和Z2，以继续逼近匹配点。如 此执行，直至最终达到匹配点。
本发明应用上述的匹配器实现匹配控制的方法，包括
步骤l、匹配器接收射频电源的输出功率，并由鉴频传感器检测所述输出功率的频率 信号并将检测到的频率信号传送给控制系统；
步骤2、所述控制系统根据接收到的频率信号对电抗元件进行调节，使射频电源的负 载阻抗与其输出阻抗一致，所述输出功率经过调节后的电抗元件后输出。
所述的步骤l中，所述的频率信号包括基频信号、谐波信号，首先将所述的基频信号
或谐波信号进行衰减或放大，并转换为电压信号后传送给控制系统；所述的步骤2中，控制 系统根据所述谐波信号和基频信号转换后的电压信号的比值大小对所述电抗元件进行调 节。所述的电抗元件包括电感或电容，或二者组合。
本发明能准确检测射频电源的输出功率的频率信号，使匹配器能准确实现匹配控制， 以达到匹配点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种匹配器，包括传感器，其特征在于，所述的传感器为鉴频传感器，所述鉴频传感器能检测频率信号，并将检测到的频率信号传送给控制系统，所述控制系统根据接收到的频率信号对电抗元件进行调节。
2、 根据权利要求l所述的匹配器，其特征在于，所述的鉴频传感器设有射频输入端， 所述射频输入端可与射频电源连接，所述频率信号包括所述射频电源的输出功率的基频信 号，及由该基频产生的谐波信号。
3、 根据权利要求2所述的匹配器，其特征在于，所述的谐波信号包括二次谐波信号和 /或三次谐波信号和/或多次谐波信号。
4、 根据权利要求2或3所述的匹配器，其特征在于，所述的鉴频传感器与控制系统之 间设有谐波信号放大器，所述谐波信号经过谐波信号放大器放大后传送给控制系统。
5、 根据权利要求4所述的匹配器，其特征在于，所述的谐波信号放大器包括二次谐波 信号放大器和/或三次谐波信号放大器和/或多次谐波信号放大器，分别用于放大二次谐波 信号和/或三次谐波信号和/或多次谐波信号。
6、 根据权利要求2或3所述的匹配器，其特征在于，所述的鉴频传感器与控制系统之 间设有衰减器，所述基频信号经过衰减器衰减后传送给控制系统。
7、 根据权利要求l、 2或3所述的匹配器，其特征在于，所述的鉴频传感器与控制系统 之间设有频率电压转换器，所述频率信号经频率电压转换器转换为电压信号，之后将所述 电压信号传送给控制系统。
8、 一种权利要求1至7所述的匹配器实现匹配控制的方法，其特征在于，包括步骤A、 匹配器接收射频电源的输出功率，并由鉴频传感器检测所述输出功率的频率信号 并将检测到的频率信号传送给控制系统；B、 所述控制系统根据接收到的频率信号对电抗元件进行调节，使射频电源的负载阻 抗与其输出阻抗一致，所述输出功率经过调节后的电抗元件输出。
9、 根据权利要求8所述的实现匹配控制的方法，其特征在于，所述的步骤A中，所述 的频率信号包括基频信号、谐波信号，首先将所述的基频信号或谐波信号进行衰减或放 大，并转换为电压信号后传送给控制系统；所述的步骤B中，控制系统根据所述谐波信号和 基频信号转换后的电压信号的比值大小对所述电抗元件进行调节。
10、 根据权利要求8所述的实现匹配控制的方法，其特征在于，所述的步骤B中，所述 的电抗元件包括电感和/或电容。
全文摘要
本发明公开了一种匹配器及其实现匹配控制的方法，包括鉴频传感器，该传感器连接于匹配器的射频功率输入端，用于检测射频电源所输出的射频功率在匹配器输入端的射频信号，从中检出基频信号以及二次谐波和三次或三次以上的谐波信号。然后将基频信号和谐波信号进行相应的衰减和放大处理，并转换为电压信号。控制系统对接受的三个电压信号进行运算和处理。根据谐波信号与基频信号的比值对电抗元件进行调节，实现匹配控制。能准确检测射频电源的输出功率的频率信号，使匹配器能准确实现匹配控制。
文档编号H01L21/00GK101346031SQ20071011910
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月13日 优先权日2007年7月13日
发明者鹏 陈 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司