TW201438333A - 用於電漿系統的阻抗匹配方法 - Google Patents

Abstract

一種用於電漿系統的阻抗匹配方法至少包括以下步驟：首先，藉由一功率單元提供一電源至電漿腔室。再藉由一量測單元量測電漿腔室的一阻抗。藉由一處理單元依據阻抗提供一指令至一匹配電路單元。最後，再依據前述指令，改變匹配電路單元的一阻抗，以匹配電漿腔室的阻抗。

Description

用於電漿系統的阻抗匹配方法

本發明係關於一種阻抗匹配方法，特別關於一種用於電漿系統的阻抗匹配方法。

以現有電漿應用而言，係透過射頻(RF)源以連續或脈衝的方式提供能量給電漿腔室的方式為之。在多數情況下，在無特殊設計情況下，射頻(RF)源的阻抗與電漿腔室阻抗不匹配，進而造成系統能量耗損、無法獲得較佳的傳輸效率、無法提供穩定電路等問題。且亦可能衍生出製造過程中，基板品質不穩定的問題。

因此，大部分的廠商多會設置固定式或是可調變式的匹配電路以達射頻(RF)源與電漿腔室的阻抗匹配。例如，可透過PID類比控制電路以漸進定位的方式，達成阻抗匹配；或將匹配電路對應的電容電感值儲存於微處理器之中，並利用查表法得出最佳值，以達成阻抗匹配的目的。然而，上述方式多採用間接且微處理器內需配置存儲空間作為資料庫的作法，無法達成快速且低成本的射頻電漿應用系統。

因此，如何提供小型化射頻能量的系統，以達成低成本、快速達成阻抗匹配之效果，已成為本領域之重要課題。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種低成本、反應快用於電漿系統的阻抗匹配方法。

為達上述目的，依據本發明的一種用於電漿系統的阻抗匹配方法至少包括以下步驟：首先，藉由一功率單元提供一電源至電漿腔室。再藉由一量測單元量測電漿腔室的一阻抗。藉由一處理單元依據阻抗提供一指令至一匹配電路單元。最後，再依據前述指令，改變匹配電路單元的一阻抗，以匹配電漿腔室的阻抗。

承上所述，本發明用於電漿系統的阻抗匹配方法係藉由使用量測單元直接量測電漿腔室的阻抗值，再利用處理單元計算匹配電路單元所需改變的阻抗後，直接調整匹配電路單元的阻抗，故可達成低成本、反應快速的阻抗匹配之效果。

1‧‧‧電漿系統

11‧‧‧電漿腔室

12‧‧‧功率單元

13‧‧‧量測單元

14‧‧‧處理單元

15‧‧‧匹配電路單元

15a‧‧‧第一匹配元件

15b‧‧‧第二匹配元件

S1~S4‧‧‧方法步驟

圖1為本發明較佳實施例的一種電漿系統的示意圖。

圖2為本發明較佳實施例的一種用於電漿系統的阻抗匹配方法的步驟流程圖。

以下將參照相關圖式，說明本發明較佳實施例之一種電漿系統及用於電漿系統的阻抗匹配方法，且本發明的相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請先參考圖1，為本發明較佳實施例的一種電漿系統的示意圖，且本發明的電漿系統1可應用於例如積體電路的產製，但不以此為限。

本發明的電漿系統1至少包括：一電漿腔室11、一功率單元12、一量測單元13、一處理單元14以及一匹配電路單元15。其中，本實施例的處理單元14係可為算術邏輯單元(ALU)，而匹配電路單元15可例如為可變電抗，並分別與功率單元12及電漿腔室11電性連接。在本實施例中，匹配電路單元15包括一第一匹配元件15a及一第二匹配元件15b，且第一與第二匹配元件15a、15b彼此並聯連接(L型匹配電路單元)。其中，第一及第二匹配元件15a、15b可為二個電容、二個電感、或是一電感與一電容的組合。本發明的電漿腔室11內的電漿可為微波電漿、射頻電漿、或電子迴旋共振電漿。且本發明的功率單元12可為射頻功率單元。

須說明的是，圖1僅為例示性質，其電漿系統1的電路架構不應以此為限。且圖1中，處理單元14與匹配電路單元15的電性連接方式並未繪出，僅以虛線箭頭表示處理單元14的指令將會饋入並調整匹配電路單元15，但本領域具有通常知識者應可透過本說明書及此圖理解並應用。

詳言之，本發明的功率單元12係可作為電源供應用，以提 供一電源至電漿腔室11。實際應用上，可搭配氣體進氣單元(圖未繪出)，使氣體進氣單元內的氣體進入電漿腔室11，以產生電漿。量測單元13則可設置於電漿腔室11內(但不以為限)，以量測電漿腔室11的例如電壓、電流及相位角等，並計算出電漿腔室11的阻抗Z。

需特別說明的是，此處所稱量測單元13「量測」電漿腔室11的「阻抗」，此處的阻抗係為透過量測的電壓、電流及相位角等計算後得到的結果。本實施例的量測單元13可為射頻探針、電壓/電流探針(VI probe)或其等效構件。

其中，本實施例的電漿系統1具有一阻抗Z₀，電漿腔室11的阻抗Z定義為R+jX，第一匹配元件15a的電抗定義為jX₁，第二匹配元件15b的電抗定義為jX₂。以下將以第一匹配元件15a為電容C₁，第二匹配元件15b為電感L與一電容C₂串聯為例，其阻抗可表示如下。

換言之，以本實施例的電路配置為例，在量測電漿腔室11的阻抗Z後，且電漿系統1的阻抗Z₀已知的情況下，可推導出第一匹配元件15a的阻抗jX₁、第二匹配元件15b的阻抗jX₂。其中，電漿系統1的阻抗Z₀、第一匹配元件15a、第二匹配元件15b與電漿腔室11的阻抗Z的關係應可表示如下：

因此，為了達到能量耗損最小值(電漿腔室11的負載阻抗Z等於電漿系統1輸出阻抗Z₀為最佳值)，第一匹配元件15a的電抗jX₁、第二匹配元件15b的電抗jX₂應為值可由下述公式求出。

承前，處理單元14接收量測單元13所量測的電漿腔室11的阻抗Z後，依據阻抗Z計算出匹配電路單元15應提供的阻抗，並提供一指令給匹配電路單元15。接著，匹配電路單元15接收該指令，再據以改變匹配電路單元15的阻抗，以匹配電漿腔室11的阻抗Z。

簡言之，可依據匹配電路單元15的電路配置，預先將第一匹配元件15a與第二匹配元件15b的計算公式存儲於處理單元14之內，在電漿系統1的阻抗Z₀已知情況下，僅需輸入量測的電漿腔室11的阻抗Z即可快速的算出第一及第二匹配元件15a、15b所需調整的電抗值。

此外，本實施例的匹配電路單元15更可包括至少一致動器(圖未繪出)，且匹配電路單元15透過致動器(例如步進馬達或伺服馬達)作為實現調整匹配電路單元15的阻抗的手段。以本實施例而言，匹配電路單元15的第一匹配元件15a及第二匹配元件15b係分別透過二個致動器調整各自的電抗值。

詳細而言，處理單元14傳送至匹配電路單元15的「指令」可例如為供伺服馬達定位的脈波信號。透過此「指令」伺服馬達可調整匹配電路單元15的阻抗至所計算值，並達成阻抗匹配之目的。

需補充說明的是，雖本實施例例示了二個阻抗匹配元件，但本發明的阻抗匹配元件數量應不以本實施例為限。例如，本發明亦可為T型或是π型匹配電路單元，換言之，本發明非僅能操作於L型匹配電路單元。當然，實施例置換成不同的匹配電路單元後，前述公式也會相對應的調整，其調整方式應為本領域具有通常知識者可輕易應用，將不再贅述。

此外，除了應用在射頻電漿系統以外，本匹配電路係可應用於任何需要最大功率轉換的匹配器之中，不應僅以本文所例示為限。

請接續參考圖2，其係為本發明較佳實施例的一種用於電漿系統的阻抗匹配方法的步驟流程圖。

首先，藉由一功率單元提供一電源至電漿腔室(步驟S1)。接著，藉由一量測單元量測電漿腔室的一阻抗(步驟S2)。藉由一處理單元依據前述阻抗提供一指令至一匹配電路單元(步驟S3)，詳細而言，係依據該指令，定位功率單元中之一致動器，以改變匹配電路單元之阻抗。最後，再依據前述指令改變匹配電路單元的一阻抗，以匹配電漿腔室的阻抗(步 驟S4)。

此外，匹配電路單元可包括一第一匹配元件及一第二匹配元件，則步驟S4則為匹配電路單元依據指令，分別改變第一及第二匹配元件的阻抗，以匹配電漿腔室的阻抗。

綜上所述，本發明用於電漿系統的阻抗匹配方法係藉由使用量測單元直接量測電漿腔室的阻抗值，並於處理單元透過簡單的計算，以得出匹配電路單元所需改變的阻抗，直接調整匹配電路單元的阻抗，小型化射頻能量，以達成低成本、反應快速的阻抗匹配之效果。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S2~S4‧‧‧方法步驟

Claims (10)

1. 一種用於電漿系統的阻抗匹配方法，包括以下步驟：藉由一功率單元提供一電源至一電漿腔室；藉由一量測單元量測該電漿腔室的一阻抗；藉由一處理單元依據該阻抗提供一指令至一匹配電路單元；以及依據該指令改變該匹配電路單元的一阻抗，以匹配該電漿腔室的該阻抗。
2. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其中該匹配電路單元包括一第一匹配元件及一第二匹配元件，該匹配電路單元依據該指令改變該第一及該第二匹配元件的阻抗。
3. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其中該第一匹配元件及該第二匹配元件彼此並聯連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其中改變該匹配電路單元的該阻抗的步驟，係藉由至少一致動器以實現。
5. 如申請專利範圍第4項所述之阻抗匹配方法，其中該致動器係為步進馬達或伺服馬達。
6. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其中該量測單元為射頻探針或電壓/電流探針。
7. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其中該處理單元係為算術邏輯單元。
8. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其係應用於積體電路的產製。
9. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其中該電漿腔室內的電漿為微波電漿、射頻電漿或電子迴旋共振電漿。
10. 如申請專利範圍第1項所述之阻抗匹配方法，其中該功率單元為射頻源功率單元。