[发明专利]一种射频阻抗自动匹配装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种基于交替比较方式的射频阻抗自动匹配装置及方法。

背景技术

在半导体制备工艺中，需要对等离子体实现稳定控制以保证制备工艺过程的稳定。现有等离子射频阻抗匹配网络主要由两个真空电容构成，真空电容可以人工手动调整以改变电容值。在等离子体启辉之前，由于无法预测负载（等离子体）的阻抗，因此会出现负载阻抗与真空电容阻抗不匹配，使等离子体的稳定性难以控制。现有的解决方案是在等离子体启辉之前，采用人工手动匹配负载的方法，调整真空电容的阻抗与负载阻抗。但是，这种人工手动匹配调整方法实现起来比较困难，真空电容阻抗与负载阻抗匹配的最佳位置很难达到；同时，人工手动匹配还无法满足工艺过程实时快速变化的要求，且手动匹配负载的速度慢、匹配时间长，易造成等离子体不稳定，进而影响工艺过程。

发明内容

为了解决现有人工手动匹配射频阻抗精度低、速度慢及匹配时间长等问题，本发明提供了一种射频阻抗自动匹配装置，包括第一真空电容检测机构、第二真空电容检测机构、第一信号变送器、第二信号变送器、功率计和单片机，所述第一、第二真空电容检测机构的输出端分别与第一信号变送器电连接，所述功率计与第二信号变送器电连接，所述单片机的输入端分别与所述第一信号变送器和第二信号变送器的输出端电连接，所述单片机的控制输出端分别与所述第一、第二真空电容检测机构的输入端电连接。

所述自动匹配装置还包括显示控制屏，所述显示控制屏与单片机的控制端连接。

所述第一、第二真空电容检测机构均包括电位器、通轴连接杆、真空电容、减速机、步进电机和手轮，所述电位器通过所述通轴连接杆与所述真空电容的输出端连接，所述真空电容的输入端与所述减速机的输出轴连接，所述减速机的输入轴通过所述通轴连接杆与所述步进电机的输出轴连接，所述步进电机输出轴的另一端通过所述通轴连接杆连接所述手轮。

本发明还提供了一种射频阻抗自动匹配方法，包括：

单片机将功率计采集的第一等离子体反射功率与第二等离子体反射功率进行比较运算，根据比较运算结果向驱动第一真空电容的步进电机发送控制信号，改变第一真空电容的位置；

所述单片机将所述功率计采集的第三等离子体反射功率与所述第二等离子体反射功率进行比较运算，根据比较运算结果向驱动第二真空电容的步进电机发送控制信号，改变第二真空电容的位置；

所述单片机根据所述第三等离子体反射功率小于等于匹配停止门限阈值的比较结果，分别向驱动第一、第二真空电容的步进电机发送停止信号。

所述单片机将功率计采集的第一等离子体反射功率与第二等离子体反射功率进行比较运算的步骤具体包括：单片机计算得到第二等离子体反射功率与第一等离子体反射功率的差值，将所述差值求常用对数后的结果作为驱动第一真空电容的步进电机运行的速度调整值；比较第二等离子体反射功率与第一等离子体反射功率的大小。

所述根据比较运算结果向驱动第一真空电容的步进电机发送控制信号的步骤具体为：如果第二等离子体反射功率大于第一等离子体反射功率，则所述单片机向驱动第一真空电容的步进电机发送包括电机运动方向改变指令和电机运行速度调整值的控制信号；如果第二等离子体反射功率小于等于第一等离子体反射功率，则所述单片机向驱动第一真空电容的步进电机发送包括电机运动方向不变指令和电机运行速度调整值的控制信号。

所述单片机将所述功率计采集的第三等离子体反射功率与所述第二等离子体反射功率进行比较运算的步骤具体包括：所述单片机计算得到第三等离子体反射功率与第二等离子体反射功率的差值，将所述差值求常用对数后的结果作为驱动第二真空电容的步进电机运行的速度调整值；比较第三等离子体反射功率与第二等离子体反射功率的大小。

所述根据比较运算结果向驱动第二真空电容的步进电机发送控制信号的步骤具体包括：如果第三等离子体反射功率大于第二等离子体反射功率，则所述单片机向驱动第二真空电容的步进电机发送包括电机运动方向改变指令和电机运行速度调整值的控制信号；如果第三等离子体反射功率小于等于第二等离子体反射功率，则所述单片机向驱动第二真空电容的步进电机发送包括电机运动方向不变指令和电机运行速度调整值的控制信号。

所述单片机向驱动第一真空电容的步进电机发送控制信号的步骤还包括：所述单片机将第一真空电容的位置值和所述第二等离子体反射功率值输出到显示控制屏。

所述单片机向驱动第二真空电容的步进电机发送控制信号的步骤还包括：所述单片机将第二真空电容的位置值和所述第三等离子体反射功率值输出到显示控制屏。