[发明专利]一种传输线自动阻抗匹配系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种传输线自动阻抗匹配系统。

背景技术

阻抗匹配是指激励源内部阻抗、传输线的特性阻抗、负载阻抗互相匹配，得到最大功率输出的一种工作状态，具体来说就是将负载阻抗转换成一个合适的阻抗或阻抗范围，此阻抗或阻抗范围能够使射频电源处于正常的运行状态，从负载方面看是能够使负载尽可能获得大功率的同时又保证负载能正常工作。

在半导体设备中，RF(射频)发生装置(恒定输出阻抗等于传输线的特性阻抗50Ω，)向等离子体腔室提供固定频率(通常为13.56MHz)的RF波，用于激发用于半导体工艺的等离子体。通常情况下，等离子体腔室的阻抗与传输线的特性阻抗(半导体设备中一般为50Ω)不一致，其原因是在传输线上除了入射波外，还会出现反射波，反射波的存在意味着RF发生器产生的功率不能全部输送给等离子体腔室，传输效率降低，造成匹配失配。

为了使等离子体腔室的阻抗与传输线的特性阻抗一致，需在射频传输线与等离子体腔室之间插入射频阻抗匹配器，射频阻抗匹配器的用途就是实现阻抗变换，即将给定的负载阻抗值变换成传输线的特性阻抗值，实现无反射传输。

现有技术中的射频阻抗匹配器多为手动阻抗匹配器，通过调节射频阻抗匹配器内的可调元件来实现阻抗匹配，如图1所示。但是，这种手动射频阻抗匹配器通常需要使用者完全依靠现场经验和现场观测进行调节，匹配时间长，并且不能及时跟踪负载阻抗的变化，进行实时调节。

发明内容

为了解决现有手动射频阻抗匹配器的匹配时间长，不能及时跟踪负载阻抗变化的问题，本发明提供了一种传输线自动阻抗匹配系统，位于射频电源与等离子体腔室之间，所述系统包括：

功率相位检测模块，用于检测出射频信号的幅值与相位信息，并通过A/D转换输出所述幅值与相位信息；

位置监测模块，用于实时监测阻抗匹配网络的电容值信息，并通过A/D转换器发送所述电容值信息；

控制模块，用于接收所述功率相位检测模块输出的幅值与相位信息，以及所述位置监测模块发送的电容值信息，并根据所述幅值与相位信息和电容值信息，生成控制信号，发送所述控制信号；

直流电机驱动模块，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号生成不同的电压信号，发送所述电压信号；

阻抗匹配执行模块，用于接收所述电压信号，并根据所述电压信号调整阻抗匹配网络，实现等离子体腔室与传输线的阻抗匹配。

所述功率相位检测模块包括互感器、幅值相位检测器和A/D转换器；所述互感器用于检测出射频信号的电压值和电流值，所述幅值相位检测器用于检测电流信号和电压信号的相位差，通过A/D转换器输出至所述控制模块。

所述位置监测模块包括两个电位器和A/D转换器。

所述阻抗匹配执行模块包括第一直流电机、第二直流电机、第一可调电容、第二可调电容和可调电感；所述第一直流电机的输出轴通过传动齿轮与所述第一可调电容的调节轴连接；所述第二直流电机的输出轴通过传动齿轮与所述第二可调电容的调节轴连接；所述第二可调电容与可调电感串联之后，再与所述第一可调电容并联。

所述第一可调电容和第二可调电容分别为可变真空电容。

本发明提供的传输线自动阻抗匹配系统可以实时跟踪等离子体腔室阻抗变化，并自动调节阻抗匹配网络实现快速、准确地自动阻抗匹配。

附图说明

图1是现有技术使用手动阻抗匹配器实现射频电源和等离子体腔室间阻抗匹配的原理示意图；

图2是本发明实施例提供的传输线自动阻抗匹配系统的工作原理示意图；

图3是本发明实施例提供的传输线自动阻抗匹配系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

本发明实施例中，传输线自动阻抗匹配系统位于射频电源与等离子体腔室之间。如图2所示，本实施例提供的传输线自动阻抗匹配系统包括：

功率相位检测模块，用于检测出射频信号的幅值与相位信息，并通过A/D转换输出幅值与相位信息；

位置监测模块，用于实时监测阻抗匹配网络的电容值信息，并通过A/D转换器发送电容值信息；