阻抗匹配方法和阻抗匹配系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本文中说明的本发明大体上涉及RF功率系统，更加具体地涉及含有可变频率RF功 率源的RF功率系统。
【背景技术】
[0002] 在诸如半导体或平板显示器的制造等离子体处理领域，RF功率发生器将RF功率供 给至负载以将电容耦合或电感耦合等离子体排入等离子体室内。
[0003] 所述负载是含有等离子体的时变动态负载。由于动态负载，需要通过使RF功率发 生器与动态负载之间的从负载反射的反射波最小化而将最大功率传输至动态负载的方法。
[0004] 通常，已有两种方法用于RF功率发生器与负载之间的阻抗匹配。一种方法是在RF 功率发生器与负载之间布置含有可变元件的隔离阻抗匹配网络。另一个种方法是通过改变 RF功率发生器的频率来进行阻抗匹配。
[0005] 在含有可变元件阻抗匹配网络的情况下，阻抗匹配网络使用至少两个可变电抗组 件。可变电抗组件可以是可变电容器或可变电感器。通常，可变电抗组件由电机驱动。通常， 可变电抗组件的最大/最小之比是10或以上，这个比值大到足够使可变元件阻抗匹配网络 能够对宽范围的负载阻抗进行阻抗匹配。因此，即使当等离子体的状态发生了极大改变时， 可变元件阻抗匹配网络仍可以进行阻抗匹配。然而，由于电机的驱动速度，可变元件阻抗匹 配网络需要几百毫秒至几秒的匹配时间。
[0006] 另一方面，当通过频率调整或频率变化来进行阻抗匹配时，通常的频率可变范围 是约10%。即，在能够阻抗匹配的情况下，负载的阻抗范围非常窄。因此，当等离子体的状态 发生极大改变时，不能通过频率调谐来进行阻抗匹配。与此同时，达到阻抗匹配的匹配时间 是几微秒至几毫秒，这是非常短的。
[0007] 作为等离子体处理工艺中的一种，原子层沉积(ALD)需要重复短的加工步骤。此 外，硅通孔(TSV)工艺需要重复沉积处理和蚀刻处理。当前的沉积或蚀刻处理采用在保持RF 功率的同时改变工艺条件的多步骤方式。为了满足这样的新工艺条件，RF功率发生器和阻 抗匹配网络必须以几十毫秒或更短时间地进行阻抗匹配。尤其是当使用脉冲等离子体处理 时，应当在几微秒至几十微秒或更短时间内进行阻抗匹配。因此，需要一种这样的新阻抗匹 配方法:其中，即使等离子体负载的范围是宽的，也能够在几微秒至几十微秒的预定范围内 减小反射功率且驱动频率是固定的。
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 本发明的主题是提供一种进行高速阻抗匹配的阻抗匹配系统。
[0010] 技术问题的解决方案
[0011] 根据本发明实施例的可变电抗阻抗匹配网络布置在改变驱动频率(f)的可变频率 RF功率源与负载之间。阻抗匹配方法可以包括:将所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电 容或电感的变化量控制成为目标驱动频率ft与所述驱动频率f之间的差的函数。
[0012] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且 所述第一电容器的第一电容CdP所述第二电容器的第二电容(： 2的变化量ClCdPdC2满足如下 的条件，
[0013]
[0014] 其中，d ω代表目标驱动角频率（ω t = 23Tft)与驱动角频率（ω = 2对)之间的差。
[0015] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且 所述第一电容器的第一电容CdP所述第二电容器的第二电容(： 2的变化量ClCdPdC2满足如下 的条件，
[0016]
[0017] 其中，1^是常数、1(2是常数且do代表目标驱动角频率（cot = 2Jift)与驱动角频率 (ω =2jrf)之间的差。
[0018] 在本发明的实施例中，所述阻抗匹配网络可以包括L型、倒L型、T型和π型中的至少 一者。
[0019] 在本发明的实施例中，当所述目标驱动频率ft与所述驱动频率f之间的差为正值 时，可以将所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量控制为具有负值。当所述目标驱 动频率f t与所述驱动频率f之间的差为负值时，可以将所述可变电抗组件的电容或电感的 所述变化量控制为具有正值。
[0020] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量还可以依赖 于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数。
[0021] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且 所述第一电容器的第一电容CdP所述第二电容器的第二电容(： 2的变化量ClCdPdC2满足如下 的条件，
[0022]
[0023]其中，A和B是依赖于反射系数或阻抗的参数，且dco代表目标驱动角频率（cot = 23T ft)与驱动角频率（ω =2Jif)之间的差。
[0024] 在本发明的实施例中，所述第一电容器的第一电容Ci和所述第二电容器的第二电 容(：2的变化量ClCdPdC 2可以满足如下的条件，
[0025]
[0026] 其中，gl代表第一权重函数且g2代表第二权重函数。当反射系数大时，所述第一权 重函数可以具有大的值，且当反射系数小时，所述第一权重函数可以具有小的值;且当反射 系数大时，所述第二权重函数可以具有小的值，且当反射系数小时，所述第二权重函数可以 具有大的值。
[0027] 在本发明的实施例中，所述频率可变RF功率源可以通过改变驱动频率来进行阻抗 匹配。
[0028]在本发明的实施例中，当反射系数的虚部为正值时，所述频率可变RF功率源可以 增大所述驱动频率，且当反射系数的虚部为负值时，所述频率可变RF功率源可以减小所述 驱动频率。
[0029] 在本发明的实施例中，所述频率可变RF功率源可以通过扫描所述驱动频率来进行 阻抗匹配。
[0030] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量依赖于用于 阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数的步骤可以包括:提取特征矢量;使用预定变换矩阵将 表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将 所述特征矢量表达在分析坐标系上;对所述分析坐标系上的所述特征矢量进行分析以提取 用于阻抗匹配的位移矢量;使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量;且使 用所述简约器件矢量提取电容或电感的变化量。
[0031] 根据本发明实施例的RF系统的控制方法可以包括:通过测量频率可变RF功率源的 输出处的电特性且使用测量出的电特性改变驱动频率，来进行第一阻抗匹配;且将含有可 变电抗组件的阻抗匹配网络布置在所述频率可变RF功率源与负载之间以改变所述可变电 抗组件的电容或电感。可以将所述可变电抗组件的电容或电感的变化量给定为目标驱动频 率ft与所述驱动频率f之间的函数。
[0032] 在本发明的实施例中，所述阻抗匹配网络可以包括L型、倒L型、T型和π型中的至少 一者。
[0033] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且 所述第一电容器的第一电容CdP所述第二电容器的第二电容(： 2的变化量ClCdPdC2满足如下 的条件，
[0034]
[0035] 其中，d ω代表目标驱动角频率（ω t = 2对t)与驱动角频率（ω = 2对)之间的差。
[0036] 在本发明的实施例中，所述控制方法还可以包括:计算预测驱动频率心且将计算 出的预测驱动频率fP提供给所述频率可变RF功率源。
[0037] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且 如下地给出预测驱动角频率ω p，
[0038]
其中，ωρ代表预测驱动角频率（cop = 2JifP)，ω代表驱动角频率（ω =2对），C1代表 所述第一电容器的第一电容且C2代表所述第二电容器的第二电容。
[0040] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量可以依赖于 用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数。
[0041] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量依赖于用于 阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数的步骤可以包括:提取特征矢量;使用预定变换矩阵将 表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将 所述特征矢量表达在分析坐标系上;对所述分析坐标系上的特征矢量进行分析以提取用于 阻抗匹配的位移矢量;使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量;且使用所 述简约器件矢量提取电容或电感的变化量。
[0042] 在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且 其中，所述第一电容器的第一电容&和所述第二电容器的第二电容(： 2的变化量ClCdPdC2满 足如下的条件，
[0043]
[0044] 其中，A和B是依赖于反射系数或阻抗的参数，且dco代表目标驱动角频率（cot = 2Ji ft)与驱动角频率（ω =2Jif)之间的差。
[0045] 在本发明的实施例中，所述第一电容器的第一电容心和所述第二电容器的第二电 容(：2的变化量ClCdPdC 2可以满足如下的条件，
[0046]
[0047] 其中，gl代表第一权重函数且g2代表第二权重函数。当反射系数大时，所述第一权 重函数可以具有大的值，且当反射系数小时，所述第一权重函数可以具有小的值。当反射系 数大时，所述第二权重函数可以具有小的值，且当反射系数小时，所述第二权重函数可以具 有大的值。
[0048]根据本发明实施例的可变电抗阻抗匹配网络布置在用于改变驱动频率f的频率可 变RF功率源与负载之间。所述可变电抗阻抗匹配网络的阻抗匹配方法可以包括:改变所述 阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感使得所述频率可变RF功率源被诱导为在目标 频率驱动频率操作。
[0049] 在本发明的实施例中，可以将所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感的 变化量控制成为目标驱动频率ft与驱动频率f之间的差的函数。
[0050] 在本发明的实施例中，所述控制方法还可以包括:计算预测驱动频率心且将计算 出的预测驱动频率fP提供给所述频率可变RF功率源。
[0051 ] 根据本发明实施例的RF功率系统包括频率可变RF功率源和将所述频率可变RF功 率源的输出传输至负载的阻抗匹配网络。所述RF功率系统的阻抗匹配方法可以包括:测量 所述频率可变RF功率源的输出端子处的第一电特性;在所述频率可变RF功率处使用所述第 一电特性检查阻抗匹配状态;改变所述频率可变RF功率源的驱动频率;测量所述阻抗匹配 网络处的第二电特性;在所述阻抗匹配网络处使用所述第二电特性检查阻抗匹配状态，并 检查驱动频率是否是目标驱动频率；当所述阻抗匹配网络处未进行阻抗匹配时，计算用于 阻抗匹配的可变电抗组件的电感或电容的第一变化量；当驱动频率不匹配目标驱动频率 时，计算所述可变电抗组件的电感或电容的用于改变所述阻抗匹配网络处的驱动频率的第 二变化量;且计算由所述第一变化量和所述第二变化量导致的总变化量并使用所述总变化 量控制所述可变电抗组件。
[0052] 在本发明的实施例中，可以将所述第一变化量给定为驱动频率与目标驱动频率之 间的差的函数。
[0053] 在本发明的实施例中，用来控制可变电抗组件或总量的驱动矢量可以包括第一变 化量与第一权重函数的乘法运算和第二变化量与第二权重函数的乘法运算。当反射系数大 时，所述第一权重函数具有大的值，且当反射系数小时，所述第一权重函数具有小的值。当 反射系数大时，所述第二权重函数具有小的值，且当反射系数小时，所述第二权重函数具有 大的值。
[0054] 在本发明的实施例中，改变频率可变RF功率源的驱动频率的步骤可以包括:使用