射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源，所述射頻電源包括射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器；所述射頻信號發(fā)生器包括相位調(diào)節(jié)電路，所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號的相位。由于本發(fā)明在射頻信號發(fā)生器內(nèi)嵌入有相位調(diào)節(jié)電路，因此能夠調(diào)節(jié)同步接入的射頻信號的相位，消除本射頻電源與提供射頻信號的射頻電源之間的信號相位差，避免串?dāng)_，提高工藝穩(wěn)定性。
【專利說明】射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻電源，尤其是涉及一種射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻電源是用于產(chǎn)生射頻功率信號的裝置，屬于半導(dǎo)體工藝設(shè)備的核心部件，所有產(chǎn)生等離子體進(jìn)行材料處理的設(shè)備都需要射頻電源提供能量。在集成電路、太陽能電池和LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)的工藝制造設(shè)備，例如刻蝕機(jī)、PVD (PhysicalVapor Deposition,物理氣相沉積)、PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)、ALD (AtomicLayer Deposition,原子層沉積)等設(shè)備,均裝備有不同功率規(guī)格的射頻電源。
[0003]射頻電源一般由射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器組成。其中，射頻信號發(fā)生器用于產(chǎn)生和/或調(diào)理射頻信號，射頻功率放大電路將來自射頻信號發(fā)生器的射頻信號進(jìn)行功率放大，射頻功率檢測器測量來自射頻功率放大電路的射頻功率信號并且輸出射頻功率信號，供電線路向各部件提供電力。
[0004]在產(chǎn)生等離子體進(jìn)行材料處理的工藝中，存在等離子體放電過程，而等離子體放電的形式包括容性放電和感性放電。采用感性放電方式的半導(dǎo)體工藝設(shè)備，例如刻蝕機(jī)，可連接2臺射頻電源。其中，一臺射頻電源獨(dú)立控制離子通量、中性粒子通量，另一臺則射頻電源獨(dú)立控制離子能量。然而，2臺射頻電源的輸出射頻功率信號波形因自身的器件差異必然會存在一定的相位差，從而產(chǎn)生串?dāng)_，造成腔室內(nèi)的等離子體不穩(wěn)定，進(jìn)而影響工藝過程，對晶圓產(chǎn)生不可修復(fù)的損傷，使得加工線寬無法保證。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)采用的方案是從射頻電源的射頻信號發(fā)生器引出一路射頻信號至面板接口形成射頻信號同步輸出端，在面板上還設(shè)有射頻信號同步輸入端，并且在射頻信號發(fā)生器中設(shè)置與射頻信號同步輸入端相連的外部信號輸入線路和多路選擇開關(guān)。當(dāng)判斷外部信號輸入線路已接入時(shí)，多路選擇開關(guān)選擇啟用外部信號而放棄自身產(chǎn)生的射頻信號；反之，當(dāng)判斷外部信號輸入線路懸空時(shí)，多路選擇開關(guān)選擇啟用自身產(chǎn)生的射頻信號。通常，在半導(dǎo)體工藝設(shè)備中的兩臺射頻電源之間的相位同步是利用同軸電纜，將一臺射頻電源的射頻信號同步輸出端與另一臺射頻電源的射頻信號同步輸入端相連接，從而使得兩臺射頻電源利用同一個(gè)射頻信號，期望能夠消除相位差，避免串?dāng)_；但是，即使兩臺射頻電源都處于同一機(jī)柜(或機(jī)臺)，連接這兩臺射頻電源的同軸電纜的長度也至少幾十厘米。由于半導(dǎo)體工藝設(shè)備中常用的射頻頻率為13.56MHz，也就是說在真空中波長僅為22.12米，而在同軸電纜中的波長則更短，一般只有16米左右，劃分360度，即4.4厘米就相差I(lǐng)度，因此幾十厘米的同軸電纜也會引起較大的相位差，在某些情況下，這一相位差很可能會引發(fā)等離子體振蕩，輝光不穩(wěn)定，工藝無法正常進(jìn)行，最終導(dǎo)致加工失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源，該射頻電源能夠調(diào)節(jié)同步接入的射頻信號的相位，消除本射頻電源與提供射頻信號的射頻電源之間的信號相位差，避免串?dāng)_，提高工藝穩(wěn)定性。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源，所述射頻電源包括射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器；所述射頻信號發(fā)生器包括相位調(diào)節(jié)電路，所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號的相位。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述射頻信號發(fā)生器還包括外部信號輸入接口、信號選擇電路、信號發(fā)生器、射頻信號輸出接口和信號驅(qū)動(dòng)電路，所述外部信號輸入接口與所述信號選擇電路相連；
[0009]其中，所述外部信號輸入接口用于接收來自其他信號源或射頻電源的外部輸入信號;
[0010]所述信號選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號；當(dāng)所述信號選擇電路判斷出有外部輸入信號，則將外部輸入信號發(fā)送至所述相位調(diào)節(jié)電路；當(dāng)所述信號選擇電路判斷出沒有外部輸入信號，則使能所述信號發(fā)生器，啟動(dòng)所述信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號，并將所述頻率信號輸送至所述射頻信號輸出接口以及所述信號驅(qū)動(dòng)電路；
[0011]所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號的相位，并且將已調(diào)節(jié)相位的射頻信號輸送至所述信號驅(qū)動(dòng)電路；
[0012]所述信號驅(qū)動(dòng)電路將接收到的射頻信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，輸出可推動(dòng)所述射頻功率放大電路工作的射頻信號。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述相位調(diào)節(jié)電路包括電位器Rl和可變電容器Cl，所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號，所述電位器Rl的另一端與所述可變電容器Cl的一端相連，所述可變電容器Cl的另一端接地；所述電位器Rl和所述可變電容器Cl連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號。
[0014]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100K Ω，所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?lOOOpF。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、可變電容器Cl、可變電容器C2和電位器Rl，所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號，所述電位器Rl另一端與所述可變電容器Cl的一端相連，所述可變電容器Cl的另一端接地；所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述可變電容器Cl的連接端相連，所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連，所述可變電容器C2的另一端接地；所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號。
[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述電感LI取值為I μ H?10 μ H，所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100Κ Ω，所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?lOOOpF，所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、固定電容器C3、可變電容器C2和電位器Rl，所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號，所述電位器Rl另一端與所述固定電容器C3的一端相連，所述固定電容器C3的另一端接地；所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述固定電容器C3的連接端相連，所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連，所述可變電容器C2的另一端接地；所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號。[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述電感LI取值為ΙμΗ?10 μ H，所述電位器Rl的最大阻值范圍為100Ω?100ΚΩ，所述固定電容器C3的容值范圍為IOpF?lOOOpF，所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?lOOOpF。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、由于本發(fā)明在其射頻信號發(fā)生器內(nèi)嵌入有相位調(diào)節(jié)電路，因此能夠調(diào)節(jié)同步接入的射頻信號的相位，消除本射頻電源與提供射頻信號的射頻電源之間的信號相位差，避免串?dāng)_，提聞工藝穩(wěn)定性；
[0021]2、本發(fā)明采用的相位調(diào)節(jié)電路僅由基本元器件(電阻、電容和/或電感)組成，成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻電源的原理框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號發(fā)生器的原理圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號發(fā)生器中的相位調(diào)節(jié)電路的一電路原理圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號發(fā)生器中的相位調(diào)節(jié)電路的又一電路原理圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻信號發(fā)生器中的相位調(diào)節(jié)電路的再一電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]本發(fā)明提供了一種射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源，該射頻電源一般可為電子管式的射頻電源或晶體管式的射頻電源，如圖1所示，包括有射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器。其中，射頻信號發(fā)生器分別與射頻功率放大電路、供電線路相連，射頻功率放大電路又分別與供電線路、射頻功率檢測器相連接，此外供電線路和射頻功率檢測器相連接。射頻電源的工作頻率可為2MHz、13.56MHz,27.12MHz、40.68MHz或60MHzo
[0029]如圖2所示，本發(fā)明的射頻信號發(fā)生器包括外部信號輸入接口、信號選擇電路、信號發(fā)生器、相位調(diào)節(jié)電路、射頻信號輸出接口和信號驅(qū)動(dòng)電路。其中，外部信號輸入接口用于接收來自其它信號源或射頻電源的外部輸入信號，外部輸入接口與信號選擇電路相連。信號選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號，若有，則將外部輸入信號發(fā)送至相位調(diào)節(jié)電路，否則使能信號發(fā)生器，啟動(dòng)信號發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的射頻信號(如上述的2MHz、13.56MHz,27.12MHz、40.68MHz或60MHz)，并且將所產(chǎn)生的射頻信號輸送至射頻信號輸出接口，以及輸送至信號驅(qū)動(dòng)電路。相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)因同軸電纜線長而引起的射頻信號的相位差，并且將已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號輸送至信號驅(qū)動(dòng)電路。信號驅(qū)動(dòng)電路將所接收到的射頻信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，然后輸出可推動(dòng)射頻功率放大器工作的射頻信號。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]如圖3所示，實(shí)施例1公開了本發(fā)明實(shí)施例中的相位調(diào)節(jié)電路的一電路原理圖。所述相位調(diào)節(jié)電路包括兩個(gè)基本元器件，電位器(或稱為可變電阻器)Rl和可變電容器Cl，電位器Rl的一端接入外部輸入信號，另一端與可變電容器Cl的一端相連,可變電容器Cl的另一端接地，電位器Rl和可變電容器Cl連接端輸出相位已調(diào)節(jié)的信號。電位器Rl和可變電容器Cl的取值范圍可根據(jù)射頻電源的工作頻率設(shè)置，例如射頻電源的工作頻率為13.56MHz，電位器Rl可采用最大阻值為IK Ω，可變電容器Cl的最大容值為lOOpF?？蛇x擇地，電位器Rl的最大阻值范圍可為100 Ω?100K Ω，可變電容器Cl的最大容值范圍可為IOpF ?lOOOpFo
[0032]當(dāng)外部輸入信號進(jìn)入時(shí)，首先調(diào)節(jié)電位器Rl和可變電容器Cl，使得外部輸入信號移相至所需位置(這一位置主要與信號傳輸同軸線纜的長度有關(guān))，但由于RC網(wǎng)絡(luò)的固有特性，信號移相后幅值會變化，圖3所示的方式可通過后面的信號驅(qū)動(dòng)電路將信號幅值提升或降低，但是進(jìn)入信號驅(qū)動(dòng)電路的信號幅值不能過大或過小，因此影響了信號相位的移動(dòng)范圍，故存在著使用范圍較小的問題。由于這種方式的實(shí)現(xiàn)非常容易，因此在調(diào)節(jié)范圍不寬的情況下優(yōu)先選擇。
[0033]實(shí)施例2:
[0034]如圖4所示，實(shí)施例2公開了本發(fā)明實(shí)施例中的相位調(diào)節(jié)電路的又一電路原理圖。作為圖3所示方式的一種變換，本實(shí)施例中相位調(diào)節(jié)電路在原有電路的基礎(chǔ)上增加一級LC網(wǎng)絡(luò)，其中電感LI的一端與前級相連，另一端接可變電容器C2，可變電容器C2的另一端接地，電感LI和可變電容器C2連接端輸出相位已調(diào)節(jié)的信號。一般地，電感和電容都可采用可調(diào)節(jié)的器件，但由于可調(diào)電感成本較高且體積較大，因此在本實(shí)施例中采用了固定電感，而電容采用了可變電容器C2。在這一方式中，電感LI取值為ΙμΗ?10 μΗ，電位器Rl的最大阻值范圍可為100 Ω?100ΚΩ，可變電容器Cl的最大容值范圍可為IOpF?IOOOpF,可變電容器C2的最大容值范圍可為IOpF?1000pF。
[0035]當(dāng)外部輸入信號進(jìn)入時(shí)，首先調(diào)節(jié)電位器Rl和可變電容器Cl，使得外部輸入信號移相至所需位置，但由于RC網(wǎng)絡(luò)的固有特性，信號移相后幅值會變化，然后再調(diào)節(jié)可變電容器C2，使得移相后的信號幅值提升或降低，最后滿足要求的已移相信號進(jìn)入信號驅(qū)動(dòng)電路。這一方式的適用性廣，可調(diào)節(jié)的相位寬，能夠滿足大多數(shù)情況的使用。
[0036]實(shí)施例3:
[0037]如圖5所示，實(shí)施例3公開了本發(fā)明實(shí)施例中的相位調(diào)節(jié)電路的再一電路原理圖。與圖4相似，本實(shí)施例中相位調(diào)節(jié)電路中采用固定電容器C3來代替實(shí)施例2中的可變電容器Cl，一方面可減化調(diào)節(jié)，另一方面還可節(jié)約成本。這些器件的取值范圍，電感LI取值為1μΗ?10μΗ，電位器Rl的最大阻值范圍可為100Ω?100Κ Ω，固定電容器Cl的容值范圍可為IOpF?IOOOpF,可變電容器C2的最大容值范圍可為IOpF?1000pF。
[0038]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電位器、可變電容器采用定位精度高的器件，固定電容器和電感采用高Q值的器件。
[0039]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的本質(zhì)和基本原理之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.射頻信號相位可調(diào)節(jié)的射頻電源，所述射頻電源包括射頻信號發(fā)生器、射頻功率放大電路、供電線路和射頻功率檢測器，其特征在于:所述射頻信號發(fā)生器包括相位調(diào)節(jié)電路，所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻電源，其特征在于:所述射頻信號發(fā)生器還包括外部信號輸入接口、信號選擇電路、信號發(fā)生器、射頻信號輸出接口和信號驅(qū)動(dòng)電路，所述外部信號輸入接口與所述信號選擇電路相連； 其中，所述外部信號輸入接口用于接收來自其他信號源或射頻電源的外部輸入信號； 所述信號選擇電路用于判斷是否有外部輸入信號；當(dāng)所述信號選擇電路判斷出有外部輸入信號，則將外部輸入信號發(fā)送至所述相位調(diào)節(jié)電路；當(dāng)所述信號選擇電路判斷出沒有外部輸入信號，則使能所述信號發(fā)生器，啟動(dòng)所述信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率信號，并將所述頻率信號輸送至所述射頻信號輸出接口以及所述信號驅(qū)動(dòng)電路； 所述相位調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)外輸入射頻信號的相位，并且將已調(diào)節(jié)相位的射頻信號輸送至所述信號驅(qū)動(dòng)電路； 所述信號驅(qū)動(dòng)電路將接收到的射頻信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，輸出可推動(dòng)所述射頻功率放大電路工作的射頻信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻電源，其特征在于:所述相位調(diào)節(jié)電路包括電位器Rl和可變電容器Cl，所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號，所述電位器Rl的另一端與所述可變電容器Cl的一端相連，所述可變電容器Cl的另一端接地；所述電位器Rl和所述可變電容器Cl連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻電源，其特征在于:所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100K Ω，所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻電源，其特征在于:所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、可變電容器Cl、可變電容器C2和電位器Rl，所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號，所述電位器Rl另一端與所述可變電容器Cl的一端相連，所述可變電容器Cl的另一端接地；所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述可變電容器Cl的連接端相連，所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連，所述可變電容器C2的另一端接地；所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻電源，其特征在于:所述電感LI取值為Iμ H?10 μ H，所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100Κ Ω，所述可變電容器Cl的最大容值范圍為IOpF?IOOOpF,所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻電源，其特征在于:所述相位調(diào)節(jié)電路包括電感L1、固定電容器C3、可變電容器C2和電位器Rl，所述電位器Rl的一端接入外部輸入信號，所述電位器Rl另一端與所述固定電容器C3的一端相連，所述固定電容器C3的另一端接地；所述電感LI的一端與所述電位器Rl和所述固定電容器C3的連接端相連，所述電感LI的另一端與所述可變電容器C2的一端相連，所述可變電容器C2的另一端接地；所述電感LI和所述可變電容器C2連接端輸出已調(diào)節(jié)相位差的射頻信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的射頻電源，其特征在于:所述電感LI取值為Iμ H?10 μ H，所述電位器Rl的最大阻值范圍為100 Ω?100ΚΩ，所述固定電容器C3的容值范圍為IOpF?lOOOpF，所述可變電容器C2的最大容值范圍為IOpF?1000pF。
【文檔編號】H05H1/46GK103855910SQ201210497318
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】李勇滔, 李英杰, 夏洋, 王文東 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所