阻抗匹配方法和阻抗匹配系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本文中說明的本發(fā)明大體上涉及RF功率系統(tǒng)，更加具體地涉及含有可變頻率RF功 率源的RF功率系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在諸如半導(dǎo)體或平板顯示器的制造等離子體處理領(lǐng)域，RF功率發(fā)生器將RF功率供 給至負(fù)載以將電容耦合或電感耦合等離子體排入等離子體室內(nèi)。
[0003] 所述負(fù)載是含有等離子體的時(shí)變動(dòng)態(tài)負(fù)載。由于動(dòng)態(tài)負(fù)載，需要通過使RF功率發(fā) 生器與動(dòng)態(tài)負(fù)載之間的從負(fù)載反射的反射波最小化而將最大功率傳輸至動(dòng)態(tài)負(fù)載的方法。
[0004] 通常，已有兩種方法用于RF功率發(fā)生器與負(fù)載之間的阻抗匹配。一種方法是在RF 功率發(fā)生器與負(fù)載之間布置含有可變?cè)母綦x阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。另一個(gè)種方法是通過改變 RF功率發(fā)生器的頻率來進(jìn)行阻抗匹配。
[0005] 在含有可變?cè)杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)的情況下，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)使用至少兩個(gè)可變電抗組 件?？勺冸娍菇M件可以是可變電容器或可變電感器。通常，可變電抗組件由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通常， 可變電抗組件的最大/最小之比是10或以上，這個(gè)比值大到足夠使可變?cè)杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò) 能夠?qū)挿秶呢?fù)載阻抗進(jìn)行阻抗匹配。因此，即使當(dāng)?shù)入x子體的狀態(tài)發(fā)生了極大改變時(shí)， 可變?cè)杩蛊ヅ渚W(wǎng)絡(luò)仍可以進(jìn)行阻抗匹配。然而，由于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度，可變?cè)杩蛊?配網(wǎng)絡(luò)需要幾百毫秒至幾秒的匹配時(shí)間。
[0006] 另一方面，當(dāng)通過頻率調(diào)整或頻率變化來進(jìn)行阻抗匹配時(shí)，通常的頻率可變范圍 是約10%。即，在能夠阻抗匹配的情況下，負(fù)載的阻抗范圍非常窄。因此，當(dāng)?shù)入x子體的狀態(tài) 發(fā)生極大改變時(shí)，不能通過頻率調(diào)諧來進(jìn)行阻抗匹配。與此同時(shí)，達(dá)到阻抗匹配的匹配時(shí)間 是幾微秒至幾毫秒，這是非常短的。
[0007] 作為等離子體處理工藝中的一種，原子層沉積(ALD)需要重復(fù)短的加工步驟。此 外，硅通孔(TSV)工藝需要重復(fù)沉積處理和蝕刻處理。當(dāng)前的沉積或蝕刻處理采用在保持RF 功率的同時(shí)改變工藝條件的多步驟方式。為了滿足這樣的新工藝條件，RF功率發(fā)生器和阻 抗匹配網(wǎng)絡(luò)必須以幾十毫秒或更短時(shí)間地進(jìn)行阻抗匹配。尤其是當(dāng)使用脈沖等離子體處理 時(shí)，應(yīng)當(dāng)在幾微秒至幾十微秒或更短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行阻抗匹配。因此，需要一種這樣的新阻抗匹 配方法:其中，即使等離子體負(fù)載的范圍是寬的，也能夠在幾微秒至幾十微秒的預(yù)定范圍內(nèi) 減小反射功率且驅(qū)動(dòng)頻率是固定的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 技術(shù)問題
[0009] 本發(fā)明的主題是提供一種進(jìn)行高速阻抗匹配的阻抗匹配系統(tǒng)。
[0010] 技術(shù)問題的解決方案
[0011] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變電抗阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)布置在改變驅(qū)動(dòng)頻率(f)的可變頻率 RF功率源與負(fù)載之間。阻抗匹配方法可以包括:將所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的可變電抗組件的電 容或電感的變化量控制成為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)頻率ft與所述驅(qū)動(dòng)頻率f之間的差的函數(shù)。
[0012] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件可以包括第一電容器和第二電容器，且 所述第一電容器的第一電容CdP所述第二電容器的第二電容(： 2的變化量ClCdPdC2滿足如下 的條件，
[0013]
[0014] 其中，d ω代表目標(biāo)驅(qū)動(dòng)角頻率（ω t = 23Tft)與驅(qū)動(dòng)角頻率（ω = 2對(duì))之間的差。
[0015] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件可以包括第一電容器和第二電容器，且 所述第一電容器的第一電容CdP所述第二電容器的第二電容(： 2的變化量ClCdPdC2滿足如下 的條件，
[0016]
[0017] 其中，1^是常數(shù)、1(2是常數(shù)且do代表目標(biāo)驅(qū)動(dòng)角頻率（cot = 2Jift)與驅(qū)動(dòng)角頻率 (ω =2jrf)之間的差。
[0018] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以包括L型、倒L型、T型和π型中的至少 一者。
[0019] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)頻率ft與所述驅(qū)動(dòng)頻率f之間的差為正值 時(shí)，可以將所述可變電抗組件的電容或電感的所述變化量控制為具有負(fù)值。當(dāng)所述目標(biāo)驅(qū) 動(dòng)頻率f t與所述驅(qū)動(dòng)頻率f之間的差為負(fù)值時(shí)，可以將所述可變電抗組件的電容或電感的 所述變化量控制為具有正值。
[0020] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件的電容或電感的所述變化量還可以依賴 于用于阻抗匹配的反射系數(shù)或阻抗的函數(shù)。
[0021] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件可以包括第一電容器和第二電容器，且 所述第一電容器的第一電容CdP所述第二電容器的第二電容(： 2的變化量ClCdPdC2滿足如下 的條件，
[0022]
[0023]其中，A和B是依賴于反射系數(shù)或阻抗的參數(shù)，且dco代表目標(biāo)驅(qū)動(dòng)角頻率（cot = 23T ft)與驅(qū)動(dòng)角頻率（ω =2Jif)之間的差。
[0024] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一電容器的第一電容Ci和所述第二電容器的第二電 容(：2的變化量ClCdPdC 2可以滿足如下的條件，
[0025]
[0026] 其中，gl代表第一權(quán)重函數(shù)且g2代表第二權(quán)重函數(shù)。當(dāng)反射系數(shù)大時(shí)，所述第一權(quán) 重函數(shù)可以具有大的值，且當(dāng)反射系數(shù)小時(shí)，所述第一權(quán)重函數(shù)可以具有小的值;且當(dāng)反射 系數(shù)大時(shí)，所述第二權(quán)重函數(shù)可以具有小的值，且當(dāng)反射系數(shù)小時(shí)，所述第二權(quán)重函數(shù)可以 具有大的值。
[0027] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述頻率可變RF功率源可以通過改變驅(qū)動(dòng)頻率來進(jìn)行阻抗 匹配。
[0028]在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)反射系數(shù)的虛部為正值時(shí)，所述頻率可變RF功率源可以 增大所述驅(qū)動(dòng)頻率，且當(dāng)反射系數(shù)的虛部為負(fù)值時(shí)，所述頻率可變RF功率源可以減小所述 驅(qū)動(dòng)頻率。
[0029] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述頻率可變RF功率源可以通過掃描所述驅(qū)動(dòng)頻率來進(jìn)行 阻抗匹配。
[0030] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件的電容或電感的所述變化量依賴于用于 阻抗匹配的反射系數(shù)或阻抗的函數(shù)的步驟可以包括:提取特征矢量;使用預(yù)定變換矩陣將 表示可變電抗組件的電抗的器件矢量變換成分析矢量，且使用所述分析矢量作為坐標(biāo)軸將 所述特征矢量表達(dá)在分析坐標(biāo)系上;對(duì)所述分析坐標(biāo)系上的所述特征矢量進(jìn)行分析以提取 用于阻抗匹配的位移矢量;使用所述變換矩陣將所述位移矢量變換成簡(jiǎn)約器件矢量;且使 用所述簡(jiǎn)約器件矢量提取電容或電感的變化量。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的RF系統(tǒng)的控制方法可以包括:通過測(cè)量頻率可變RF功率源的 輸出處的電特性且使用測(cè)量出的電特性改變驅(qū)動(dòng)頻率，來進(jìn)行第一阻抗匹配;且將含有可 變電抗組件的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)布置在所述頻率可變RF功率源與負(fù)載之間以改變所述可變電 抗組件的電容或電感?？梢詫⑺隹勺冸娍菇M件的電容或電感的變化量給定為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)頻 率ft與所述驅(qū)動(dòng)頻率f之間的函數(shù)。
[0032] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以包括L型、倒L型、T型和π型中的至少 一者。
[0033] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件可以包括第一電容器和第二電容器，且 所述第一電容器的第一電容CdP所述第二電容器的第二電容(： 2的變化量ClCdPdC2滿足如下 的條件，
[0034]
[0035] 其中，d ω代表目標(biāo)驅(qū)動(dòng)角頻率（ω t = 2對(duì)t)與驅(qū)動(dòng)角頻率（ω = 2對(duì))之間的差。
[0036] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述控制方法還可以包括:計(jì)算預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)頻率心且將計(jì)算 出的預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)頻率fP提供給所述頻率可變RF功率源。
[0037] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件可以包括第一電容器和第二電容器，且 如下地給出預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)角頻率ω p，
[0038]
其中，ωρ代表預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)角頻率（cop = 2JifP)，ω代表驅(qū)動(dòng)角頻率（ω =2對(duì)），C1代表 所述第一電容器的第一電容且C2代表所述第二電容器的第二電容。
[0040] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件的電容或電感的所述變化量可以依賴于 用于阻抗匹配的反射系數(shù)或阻抗的函數(shù)。
[0041] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件的電容或電感的所述變化量依賴于用于 阻抗匹配的反射系數(shù)或阻抗的函數(shù)的步驟可以包括:提取特征矢量;使用預(yù)定變換矩陣將 表示可變電抗組件的電抗的器件矢量變換成分析矢量，且使用所述分析矢量作為坐標(biāo)軸將 所述特征矢量表達(dá)在分析坐標(biāo)系上;對(duì)所述分析坐標(biāo)系上的特征矢量進(jìn)行分析以提取用于 阻抗匹配的位移矢量;使用所述變換矩陣將所述位移矢量變換成簡(jiǎn)約器件矢量;且使用所 述簡(jiǎn)約器件矢量提取電容或電感的變化量。
[0042] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述可變電抗組件可以包括第一電容器和第二電容器，且 其中，所述第一電容器的第一電容&和所述第二電容器的第二電容(： 2的變化量ClCdPdC2滿 足如下的條件，
[0043]
[0044] 其中，A和B是依賴于反射系數(shù)或阻抗的參數(shù)，且dco代表目標(biāo)驅(qū)動(dòng)角頻率（cot = 2Ji ft)與驅(qū)動(dòng)角頻率（ω =2Jif)之間的差。
[0045] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一電容器的第一電容心和所述第二電容器的第二電 容(：2的變化量ClCdPdC 2可以滿足如下的條件，
[0046]
[0047] 其中，gl代表第一權(quán)重函數(shù)且g2代表第二權(quán)重函數(shù)。當(dāng)反射系數(shù)大時(shí)，所述第一權(quán) 重函數(shù)可以具有大的值，且當(dāng)反射系數(shù)小時(shí)，所述第一權(quán)重函數(shù)可以具有小的值。當(dāng)反射系 數(shù)大時(shí)，所述第二權(quán)重函數(shù)可以具有小的值，且當(dāng)反射系數(shù)小時(shí)，所述第二權(quán)重函數(shù)可以具 有大的值。
[0048]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變電抗阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)布置在用于改變驅(qū)動(dòng)頻率f的頻率可 變RF功率源與負(fù)載之間。所述可變電抗阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配方法可以包括:改變所述 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的可變電抗組件的電容或電感使得所述頻率可變RF功率源被誘導(dǎo)為在目標(biāo) 頻率驅(qū)動(dòng)頻率操作。
[0049] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以將所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的可變電抗組件的電容或電感的 變化量控制成為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)頻率ft與驅(qū)動(dòng)頻率f之間的差的函數(shù)。
[0050] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述控制方法還可以包括:計(jì)算預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)頻率心且將計(jì)算 出的預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)頻率fP提供給所述頻率可變RF功率源。
[0051 ] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的RF功率系統(tǒng)包括頻率可變RF功率源和將所述頻率可變RF功 率源的輸出傳輸至負(fù)載的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。所述RF功率系統(tǒng)的阻抗匹配方法可以包括:測(cè)量 所述頻率可變RF功率源的輸出端子處的第一電特性;在所述頻率可變RF功率處使用所述第 一電特性檢查阻抗匹配狀態(tài);改變所述頻率可變RF功率源的驅(qū)動(dòng)頻率;測(cè)量所述阻抗匹配 網(wǎng)絡(luò)處的第二電特性;在所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)處使用所述第二電特性檢查阻抗匹配狀態(tài)，并 檢查驅(qū)動(dòng)頻率是否是目標(biāo)驅(qū)動(dòng)頻率；當(dāng)所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)處未進(jìn)行阻抗匹配時(shí)，計(jì)算用于 阻抗匹配的可變電抗組件的電感或電容的第一變化量；當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率不匹配目標(biāo)驅(qū)動(dòng)頻率 時(shí)，計(jì)算所述可變電抗組件的電感或電容的用于改變所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)處的驅(qū)動(dòng)頻率的第 二變化量;且計(jì)算由所述第一變化量和所述第二變化量導(dǎo)致的總變化量并使用所述總變化 量控制所述可變電抗組件。
[0052] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以將所述第一變化量給定為驅(qū)動(dòng)頻率與目標(biāo)驅(qū)動(dòng)頻率之 間的差的函數(shù)。
[0053] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，用來控制可變電抗組件或總量的驅(qū)動(dòng)矢量可以包括第一變 化量與第一權(quán)重函數(shù)的乘法運(yùn)算和第二變化量與第二權(quán)重函數(shù)的乘法運(yùn)算。當(dāng)反射系數(shù)大 時(shí)，所述第一權(quán)重函數(shù)具有大的值，且當(dāng)反射系數(shù)小時(shí)，所述第一權(quán)重函數(shù)具有小的值。當(dāng) 反射系數(shù)大時(shí)，所述第二權(quán)重函數(shù)具有小的值，且當(dāng)反射系數(shù)小時(shí)，所述第二權(quán)重函數(shù)具有 大的值。
[0054] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，改變頻率可變RF功率源的驅(qū)動(dòng)頻率的步驟可以包括:使用