[发明专利]具有精密功率检测器的射频电源

说明书

技术领域

本发明涉及射频电源，尤其是涉及一种具有精密功率检测器的射频电源。

背景技术

射频电源是用于产生射频功率信号的装置，属于半导体工艺设备的核心部件，所有产生等离子体进行材料处理的设备都需要射频电源提供能量。在集成电路、太阳能电池和LED(Light Emitting Diode，发光二极管)的工艺制造设备，例如刻蚀机、PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)、ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)等设备，均装备有不同功率规格的射频电源。

射频电源一般由射频信号发生器、射频功率放大电路、供电线路和射频功率检测器组成。当前，集成电路制造产业向着更细线宽的目标发展，制造工艺的线宽从90纳米、65纳米、45纳米到最新的32纳米，这对射频电源的输出功率提出了更高的要求，即输出功率的波动范围应当足够小。对于射频电源的输出功率控制，射频功率检测是否精确至关重要。

现有的射频功率检测器因其的检波电路存在较大的死区，动态范围小，无法实现较宽范围内的射频功率检测的精度一致性，即检测较小射频功率时存在较大误差，从而无法保证工艺设备能够处理更小线宽的晶圆。对于目前的32纳米制造工艺，如果采用现有技术，那么无法实现期望的细小线宽，进而无法实现期望的图形，最终导致制造工艺失败。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种具有精密功率检测器的射频电源，该射频电源能够实现高精度的射频功率检测，检测范围宽，精度一致性好，死区小。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有精密功率检测器的射频电源，所述射频电源包括射频信号发生器、射频功率放大电路、供电线路和精密功率检测器，所述精密功率检测器包括电压互感器、电流互感器、精密检波模块和集成有模数转换器和微处理单元的微控制器，所述电压互感器和所述电流互感器分别与所述精密检波模块相连，所述精密检波模块包括加法电路、减法电路、整流电路和滤波放大电路，所述加法电路将来自所述电压互感器和所述电流互感器的信号进行加法运算，所述减法电路将来自所述电压互感器和所述电流互感器的信号进行减法运算，所述加法电路和所述减法电路分别与所述整流电路相连，所述整流电路连接所述滤波放大电路，所述滤波放大电路与所述微控制器相连。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述精密检波模块还包括多路开关，所述多路开关的输入端分别连接所述加法电路的输出端和所述减法电路的输出端，所述多路开关根据所述微控制器的指令，分别将所述加法电路的输出信号和所述减法电路的输出信号传递至所述整流电路。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述整流电路包括整流运算放大器和检波二极管，所述检波二极管的正极连接所述整流运算放大器的反相输入端，所述检波二极管的负极连接所述整流运算放大器的输出端，所述整流运算放大器的输出端和所述滤波放大电路的输入端之间还连接另一个检波二极管。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述整流运算放大器的正相输入端的电平小于0.01伏特。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述检波二极管为低导通电压的肖特基二极管。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述整流运算放大器为高速运算放大器，带宽大于1GHz。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述滤波放大电路是由运算放大器、电阻和电容构成的一阶滤波放大电路。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述滤波放大电路是由运算放大器、电阻和电容构成的二阶滤波放大电路。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述整流运算放大器的输入电阻、连接在所述整流运算放大器的反相输入端和输出端之间的反馈电阻和所述滤波放大电路的电阻的阻值根据所述精密检波模块的增益和输入范围进行配置。

进一步地，本发明还具有如下特点：所述射频电源的工作频率为2MHz、13.56MHz或27.12MHz。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

A、由于本发明采用精密检波模块替代现有技术中只采用检波二极管的技术方案，检波二极管的动态特性与整流运算放大器相关，IV曲线过零点，因此检测范围变大，死区小，检波动态范围大，精度一致性好；

B、本发明可采用多路开关实现整流电路和滤波电路的复用，简化了器件，降低成本；