專利名稱：一種射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于交替比較方式的射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置及方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制備工藝中，需要對(duì)等離子體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制以保證制備工藝過程的穩(wěn)定。現(xiàn)有等離子射頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)主要由兩個(gè)真空電容構(gòu)成，真空電容可以人工手動(dòng)調(diào)整以改變電容值。在等離子體啟輝之前，由于無法預(yù)測(cè)負(fù)載(等離子體)的阻抗，因此會(huì)出現(xiàn)負(fù)載阻抗與真空電容阻抗不匹配，使等離子體的穩(wěn)定性難以控制?，F(xiàn)有的解決方案是在等離子體啟輝之前，采用人工手動(dòng)匹配負(fù)載的方法，調(diào)整真空電容的阻抗與負(fù)載阻抗。但是，這種人工手動(dòng)匹配調(diào)整方法實(shí)現(xiàn)起來比較困難，真空電容阻抗與負(fù)載阻抗匹配的最佳位置很難達(dá)到；同時(shí)，人工手動(dòng)匹配還無法滿足工藝過程實(shí)時(shí)快速變化的要求，且手動(dòng)匹配負(fù)載的速度慢、匹配時(shí)間長(zhǎng)，易造成等離子體不穩(wěn)定，進(jìn)而影響工藝過程。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有人工手動(dòng)匹配射頻阻抗精度低、速度慢及匹配時(shí)間長(zhǎng)等問題，本發(fā)明提供了一種射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置，包括第一真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)、第一信號(hào)變送器、第二信號(hào)變送器、功率計(jì)和單片機(jī)，所述第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出端分別與第一信號(hào)變送器電連接，所述功率計(jì)與第二信號(hào)變送器電連接，所述單片機(jī)的輸入端分別與所述第一信號(hào)變送器和第二信號(hào)變送器的輸出端電連接，所述單片機(jī)的控制輸出端分別與所述第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入端電連接。所述自動(dòng)匹配裝置還包括顯示控制屏，所述顯示控制屏與單片機(jī)的控制端連接。所述第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)均包括電位器、通軸連接桿、真空電容、減速機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和手輪，所述電位器通過所述通軸連接桿與所述真空電容的輸出端連接，所述真空電容的輸入端與所述減速機(jī)的輸出軸連接，所述減速機(jī)的輸入軸通過所述通軸連接桿與所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接，所述步進(jìn)電機(jī)輸出軸的另一端通過所述通軸連接桿連接所述手輪。本發(fā)明還提供了一種射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，包括單片機(jī)將功率計(jì)采集的第一等離子體反射功率與第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，改變第一真空電容的位置；所述單片機(jī)將所述功率計(jì)采集的第三等離子體反射功率與所述第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，改變第二真空電容的位置；所述單片機(jī)根據(jù)所述第三等離子體反射功率小于等于匹配停止門限閾值的比較結(jié)果，分別向驅(qū)動(dòng)第一、第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送停止信號(hào)。
所述單片機(jī)將功率計(jì)采集的第一等離子體反射功率與第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算的步驟具體包括單片機(jī)計(jì)算得到第二等離子體反射功率與第一等離子體反射功率的差值，將所述差值求常用對(duì)數(shù)后的結(jié)果作為驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度調(diào)整值；比較第二等離子體反射功率與第一等離子體反射功率的大小。所述根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟具體為如果第二等離子體反射功率大于第一等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向改變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)；如果第二等離子體反射功率小于等于第一等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向不變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)。所述單片機(jī)將所述功率計(jì)采集的第三等離子體反射功率與所述第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算的步驟具體包括所述單片機(jī)計(jì)算得到第三等離子體反射功率與第二等離子體反射功率的差值，將所述差值求常用對(duì)數(shù)后的結(jié)果作為驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度調(diào)整值；比較第三等離子體反射功率與第二等離子體反射功率的大小。 所述根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟具體包括如果第三等離子體反射功率大于第二等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向改變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)；如果第三等離子體反射功率小于等于第二等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向不變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)。所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟還包括所述單片機(jī)將第一真空電容的位置值和所述第二等離子體反射功率值輸出到顯示控制屏。所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟還包括所述單片機(jī)將第二真空電容的位置值和所述第三等離子體反射功率值輸出到顯示控制屏。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)交替比較第一、第二真空電容調(diào)整前和調(diào)整后的等離子體反射功率的大小，使用調(diào)整真空電容前后兩次的等離子體反射功率大小的變化率作為調(diào)整真空電容運(yùn)動(dòng)快慢的比率，并以此作為調(diào)整真空電容大小的依據(jù)，傳送到步進(jìn)電機(jī)以尋找到真空電容的匹配最佳位置，從而實(shí)現(xiàn)了等離子體負(fù)載的快速匹配。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。參見圖I，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置，包括第一真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)I、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)2、信號(hào)變送器1011、信號(hào)變送器1012、功率計(jì)106和單片機(jī)100。其中,第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出端分別與信號(hào)變送器1011電連接,功率計(jì)106與信號(hào)變送器1012電連接，單片機(jī)100的輸入端分別與信號(hào)變送器1011和信號(hào)變送器1012的輸出端電連接,單片機(jī)100的控制輸出端分別與第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入端電連接。本實(shí)施例中，第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)均包括電位器102、通軸連接桿108、真空電容103、減速機(jī)104、步進(jìn)電機(jī)105和手輪109 ;電位器102通過通軸連接桿108與真空電容103的輸出端連接，真空電容103的輸入端與減速機(jī)104的輸出軸連接，減速機(jī)104的輸入軸通過通軸連接桿108與步進(jìn)電機(jī)105的輸出軸連接，步進(jìn)電機(jī)105輸出軸的另一端通過通軸連接桿108連接手輪109。本實(shí)施例中的電位器102可以選用10圈電位器，用于記錄真空電容的位置值，并輸入單片機(jī)100存儲(chǔ)。本實(shí)施例中的手輪109可以在步進(jìn)電機(jī)105斷電的情況下，手動(dòng)調(diào)節(jié)真空電容的位置。本實(shí)施例的第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)真空電容與等離子體負(fù)載構(gòu)成了 “L”型網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配負(fù)載。另外，本實(shí)施例的射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置還可以包括顯示控制屏107，顯示控制屏107與單片機(jī)100的控制端連接。顯示屏107可以用于實(shí)時(shí)顯示匹配的真空電容的阻抗值和等離子體負(fù)載的反射功率，以及通過顯示控制屏107上的人機(jī)交互界面控制驅(qū)動(dòng)真空電容轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的開啟或停止工作狀態(tài)。
本發(fā)明實(shí)施例的射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置的工作原理是電位器102將采集的第一、第二真空電容103的位置值，通過信號(hào)變送器102發(fā)送給單片機(jī)100 ;功率計(jì)106將采集的等離子體反射功率通過信號(hào)變送器1012發(fā)送給單片機(jī)100 ;單片機(jī)100將調(diào)整第一、第二真空電容103前后兩次的等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算，并根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第一、第二真空電容103的步進(jìn)電機(jī)105發(fā)送控制信號(hào)；驅(qū)動(dòng)第一、第二真空電容103的步進(jìn)電機(jī)105根據(jù)控制信號(hào)，調(diào)整電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)速。參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于上述射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，包括以下步驟步驟201 :設(shè)備上電啟動(dòng)，進(jìn)行初始化操作，設(shè)定計(jì)數(shù)器及其計(jì)數(shù)閾值，設(shè)定匹配停止門限閾值；根據(jù)第一、第二真空電容103與等離子體反射功率的關(guān)系歷史存儲(chǔ)值，轉(zhuǎn)動(dòng)第一、第二真空電容103的位置，使等離子體反射功率值最??；下表I為第一、第二真空電容103與等離子體反射功率的關(guān)系歷史存儲(chǔ)值，其中記載了不同的等離子體反射功率最小值與第一、第二真空電容103的電容值對(duì)應(yīng)關(guān)系；由表I中的等離子反射功率最小值A(chǔ)，可以獲知第一、第二真空電容103的電容值，從而轉(zhuǎn)動(dòng)第一、第二真空電容103到相應(yīng)的位置；等離子體反射功率最小值A(chǔ)的確定，可以根據(jù)等離子體的工藝要求來進(jìn)行選擇；表I
權(quán)利要求
1.一種射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置，其特征在于，包括第一真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)、第一信號(hào)變送器、第二信號(hào)變送器、功率計(jì)和單片機(jī)，所述第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出端分別與第一信號(hào)變送器電連接，所述功率計(jì)與第二信號(hào)變送器電連接，所述單片機(jī)的輸入端分別與所述第一信號(hào)變送器和第二信號(hào)變送器的輸出端電連接，所述單片機(jī)的控制輸出端分別與所述第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入端電連接。
2.如權(quán)利要求I所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置，其特征在于，所述自動(dòng)匹配裝置還包括顯示控制屏，所述顯示控制屏與單片機(jī)的控制端連接。
3.如權(quán)利要求I或2所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置，其特征在于，所述第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)均包括電位器、通軸連接桿、真空電容、減速機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和手輪，所述電位器通過所述通軸連接桿與所述真空電容的輸出端連接，所述真空電容的輸入端與所述減速機(jī)的輸出軸連接，所述減速機(jī)的輸入軸通過所述通軸連接桿與所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接，所述步進(jìn)電機(jī)輸出軸的另一端通過所述通軸連接桿連接所述手輪。
4.一種射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，其特征在于，包括 單片機(jī)將功率計(jì)采集的第一等離子體反射功率與第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，改變第一真空電容的位置； 所述單片機(jī)將所述功率計(jì)采集的第三等離子體反射功率與所述第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，改變第二真空電容的位置； 所述單片機(jī)根據(jù)所述第三等離子體反射功率小于等于匹配停止門限閾值的比較結(jié)果，分別向驅(qū)動(dòng)第一、第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送停止信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，其特征在于，所述單片機(jī)將功率計(jì)采集的第一等離子體反射功率與第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算的步驟具體包括單片機(jī)計(jì)算得到第二等離子體反射功率與第一等離子體反射功率的差值，將所述差值求常用對(duì)數(shù)后的結(jié)果作為驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度調(diào)整值；比較第二等離子體反射功率與第一等離子體反射功率的大小。
6.如權(quán)利要求5所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，其特征在于，所述根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟具體為如果第二等離子體反射功率大于第一等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向改變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)；如果第二等離子體反射功率小于等于第一等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向不變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)。
7.如權(quán)利要求4所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，其特征在于，所述單片機(jī)將所述功率計(jì)采集的第三等離子體反射功率與所述第二等離子體反射功率進(jìn)行比較運(yùn)算的步驟具體包括所述單片機(jī)計(jì)算得到第三等離子體反射功率與第二等離子體反射功率的差值，將所述差值求常用對(duì)數(shù)后的結(jié)果作為驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度調(diào)整值；比較第三等離子體反射功率與第二等離子體反射功率的大小。
8.如權(quán)利要求7所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，其特征在于，所述根據(jù)比較運(yùn)算結(jié)果向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟具體包括如果第三等離子體反射功率大于第二等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向改變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)；如果第三等離子體反射功率小于等于第二等離子體反射功率，則所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向不變指令和電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整值的控制信號(hào)。
9.如權(quán)利要求4所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，其特征在于，所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第一真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟還包括所述單片機(jī)將第一真空電容的位置值和所述第二等離子體反射功率值輸出到顯示控制屏。
10.如權(quán)利要求4所述的射頻阻抗自動(dòng)匹配方法，其特征在于，所述單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)第二真空電容的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)的步驟還包括所述單片機(jī)將第二真空電容的位置值和所述第三等離子體反射功率值輸出到顯示控制屏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻阻抗自動(dòng)匹配裝置及方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括第一及第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)、第一及第二信號(hào)變送器、功率計(jì)和單片機(jī)。第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出端分別與第一信號(hào)變送器電連接，功率計(jì)與第二信號(hào)變送器電連接，單片機(jī)的輸入端分別與第一信號(hào)變送器和第二信號(hào)變送器的輸出端電連接，單片機(jī)的控制輸出端分別與第一、第二真空電容檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入端電連接。本發(fā)明還提供了一種射頻阻抗自動(dòng)匹配方法。本發(fā)明可以使匹配過程自動(dòng)、迅速，同時(shí)兼容人工手動(dòng)操作，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和人工手動(dòng)操作達(dá)到匹配負(fù)載的目的。
文檔編號(hào)H03H7/38GK102891661SQ201210392259
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者王佳, 劉訓(xùn)春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所, 北京泰龍電子技術(shù)有限公司