[发明专利]一种射频自动阻抗匹配器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻抗匹配技术，特别涉及一种射频自动阻抗匹配器及其实现方法。 

背景技术

在典型的射频(RF，Radio Frequency)等离子体发生装置中，恒定输出阻抗的RF发生器产生固定频率的RF波，为等离子体腔室提供RF功率，以激发产生用于刻蚀或用于其它工艺的等离子体。其中，RF发生器的恒定输出阻抗通常为50Ω，产生的固定频率通常为13.56MHz。通常情况下，等离子体腔室的负载阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗并不相等，所以，在RF发生器与等离子体腔室之间会存在比较严重的阻抗失配，从而使得位于RF发生器与等离子体腔室之间的RF传输线上存在较大的反射功率，造成RF发生器产生的功率无法全部输送给等离子体腔室。 

为解决这一问题，现有技术中在RF发生器与等离子体腔室之间设置一个射频自动阻抗匹配器，如图1所示，图1为现有射频自动阻抗匹配器组成结构示意图。其中的负载即代表等离子体腔室的负载阻抗。由图1可见，该射频自动阻抗匹配器主要由传感器、控制器以及执行机构三部分组成；其中的执行机构中进一步包括匹配网络中的可变阻抗元件以及改变可变阻抗元件值的驱动装置。这里所提到的匹配网络是指由可变阻抗元件以及等离子体腔室的负载阻抗组成的网络。传感器检测位于射频自动阻抗匹配器与RF发生器之间的RF传输线上的电压、电流、前向功率以及反向功率等参数，提供匹配控制算法所需的输入量。这里所提到的反向功率即为反射功率。控制器根据传感器提供的输入量，通过预先确定的匹配控制算法，计算得出可变阻抗元件的调整量，并输出 给执行机构中的驱动装置；驱动装置根据接收自控制器的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，从而使得匹配网络的输入阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗相等，即达到阻抗匹配。这样，RF传输线上的发射功率为零，RF发生器产生的功率全部输送到了等离子体腔室。 

如图1所示，在现有的射频自动阻抗匹配器中，除了执行机构内包括的受驱动装置驱动能够改变自身阻抗值的可变阻抗元件外，通常还会在负载输出端和地之间串接一可变电容C3，作为负载接地电容。该负载接地电容从结构上说位于射频自动阻抗匹配器内。通过改变负载接地电容的值，可以将负载阻抗调整至射频自动阻抗匹配器的匹配范围中，以使得射频自动阻抗匹配器能够自动匹配。一般情况下，在负载阻抗不跳出射频自动阻抗匹配器的匹配范围的情况下，负载接地电容值一经确定，就不会再作改动。 

虽然通过调整负载接地电容的值可以实现阻抗匹配，但是在实际应用中，现有的负载接地电容调整方式也带来了一系列的问题，比如： 

首先，为了保证工艺处理的速度以及准确度，射频自动阻抗匹配器必须能在多种工艺条件下实现快速、精确匹配。负载接地电容值的确定，需要建立在多项工艺实验的结果和个人经验的基础上，只有经过了多项工艺实验的验证，才能保证该项工艺下，射频自动阻抗匹配器可以正常工作，即可以完成阻抗匹配。而用户要求的工艺结果决定了工艺条件，一旦当其它条件发生变化，导致某项工艺下的负载阻抗跳出射频自动阻抗匹配器的匹配范围时，如果要保证与之前同样的工艺结果，比如，要求刻蚀出的线条深度一样等，就需要调整负载接地电容值，以便将负载阻抗再次调整至射频自动阻抗匹配器的匹配范围内，使得射频自动阻抗匹配器仍旧可以快速、精确地匹配。调整负载接地电容虽然能够解决上述问题，但是需要在该工艺条件下进行大量的实验，并且需要重新验证在其它工艺条件下，调整后的负载接地电容值是否仍然使用，即，当负载接地电容设置为当前值时，在其它工艺条件下，是否也能够正确地完成阻抗匹配。 

另外，虽然负载接地电容值在一定范围内可变，但是当需要改变负载接地电容的值时，需要在射频自动阻抗匹配器外部由用户进行手动调整，所以不可能作到实时，只能根据实际工艺步骤进行调整。

再有，按照现有技术确定出的负载接地电容值，虽然经过了各项工艺实验的验证，但该值只是综合了各项工艺条件，权衡利弊后，选择的一个“中间值”，而不是适合于特定工艺条件下的“最优值”。 

发明内容

本发明实施例提供一种射频自动阻抗匹配器，能够根据工艺条件的变化，自动将当前负载接地电容的值调整为适合当前工艺条件的最优值。 

本发明实施例提供一种射频自动阻抗匹配器实现方法，能够根据工艺条件的变化，自动将当前负载接地电容的值调整为适合当前工艺条件的最优值。 

本发明实施例的技术方案是这样实现的： 

一种射频自动阻抗匹配器，包括：传感器以及执行机构，所述射频自动阻抗匹配器还包括：控制器、驱动装置以及负载接地电容；