射频电源检测装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 108519559 A(43)申请公布日 2018.09.11

(21)申请号 201810258333.2(22)申请日 2018.03.27

(71)申请人 上海尼诺电子设备有限公司

地址 201600 上海市松江区小昆山镇港业

路158弄2号A62幢山(72)发明人 李炎森　(51)Int.Cl.

G01R 31/40(2014.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图1页

CN 108519559 A(54)发明名称

射频电源检测装置(57)摘要

本发明公开一种射频电源检测装置，该射频电源检测装置包括设于反应室内的射频电源、设于射频电源输出端的溅射靶和与射频电源电连接的质谱仪，射频电源包括射频信号源、功率放大模块、反射系数检测模块、阻抗匹配模块和处理器，射频电源用于使溅射靶溅射；质谱仪用于检测反应室内的等离子浓度；反射系数检测模块用于检测功率放大模块的输出阻抗和功率放大模块的输入阻抗；处理器用于控制阻抗匹配模块匹配功率放大模块的输出阻抗和功率放大模块的输入阻抗，并且用于控制功率放大模块，以使反应室的等离子浓度与预设等离子浓度相同。本发明可根据不同气氛和溅射靶检测并调节射频电源的输出功率，从而提高效率。

CN 108519559 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种射频电源检测装置，其特征在于，包括设于反应室内的射频电源、设于所述射频电源输出端的溅射靶和与所述射频电源电连接的质谱仪，所述射频电源包括射频信号源、功率放大模块、反射系数检测模块、阻抗匹配模块和处理器，所述射频信号源、所述功率放大模块、所述反射系数检测模块、所述阻抗匹配模块和所述质谱仪均与所述处理器信号连接，

所述射频电源用于轰击所述溅射靶；

所述质谱仪用于检测所述反应室内的等离子浓度；

所述反射系数检测模块用于检测所述功率放大模块的输出阻抗和所述功率放大模块的输入阻抗；

所述处理器用于控制所述阻抗匹配模块匹配所述功率放大模块的输出阻抗和所述功率放大模块的输入阻抗，并且用于控制所述功率放大模块的放大功率，以使所述反应室的等离子浓度与预设等离子浓度相同。

2.如权利要求1所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述阻抗匹配模块包括连接所述射频信号源的输出端和所述功率放大模块的输入端的输入匹配器，以及与所述功率放大模块的输出端连接的输出匹配器，所述输入匹配器用于调节所述射频信号源的输出阻抗与所述功率放大模块的输入阻抗相匹配，所述输出匹配器用于调节所述功率放大模块的输出阻抗与所述溅射靶的输入阻抗相匹配。

3.如权利要求2所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述功率放大模块包括相连接的驱动源和放大级，所述驱动源与外部电源连接，所述驱动源的输入端与所述输入匹配器相连接，所述放大级的输出端与所述输出匹配器相连接。

4.如权利要求3所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述放大级为开关功率放大模块。

5.如权利要求2所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述输入匹配器包括串联于所述射频信号源和所述功率放大模块之间的第一平行板电容、与所述射频信号源并联的第二平行板电容和输入驱动器，所述输入驱动器用于改变所述第一平行板电容的极板相对面积和所述第二平行板电容的极板相对面积。

6.如权利要求5所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述输入匹配器包括串联于所述射频信号源和所述第一平行板电容之间的第一电感。

7.如权利要求2所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述输出匹配器包括与所述功率放大模块的输出端串联的第三平行板电容、与所述功率放大模块的输出端并联的第四平行板电容和输出驱动器，所述输出驱动器用于改变所述第三平行板电容的极板相对面积和所述第四平行板电容的极板相对面积。

8.如权利要求7所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述输出匹配器包括串联于所述功率放大模块的输出端和所述第三平行板电容之间的第二电感。

9.如权利要求1所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述反射系数检测模块为二个双定向耦合器，分别用于检测功率放大模块输入端和所述功率放大模块输出端的入射电压和反射电压。

10.如权利要求9所述的射频电源检测装置，其特征在于，所述射频电源还包括分别与二个所述双定向耦合器连接的滤波器和信号放大器。

2

CN 108519559 A

说　明　书射频电源检测装置

1/4页

技术领域

[0001]本发明涉及射频技术领域，具体涉及一种射频电源检测装置。

背景技术

[0002]射频电源是等离子体配套电源,它是由射频功率源、阻抗匹配器以及阻抗功率计组成，主要应用于射频溅射、化学气相沉积、反应离子刻蚀等设备中。[0003]当射频电源中的输出阻抗与输入阻抗不匹配时，会严重影响射频电源的效率，还会影响射频电源中的零部件寿命，所以需要阻抗匹配器调整输入阻抗和输出阻抗相匹配。[0004]反应室采用的气氛的不同、溅射靶的不同均会影响最后的镀膜或沉积效率，即便现有技术中的阻抗匹配器在算法或电路上做出极大改进，以使得输入阻抗和输出阻抗相匹配，射频电源表现效率提高，但实际镀膜效率或沉积效率仅能依靠实验员根据经验判断。[0005]因此，有必要提供一种新型的射频电源检测装置以解决上述技术问题。发明内容

[0006]本发明的主要目的是提供一种射频电源检测装置，旨在解决现有射频电源实际效率不高的技术问题。

[0007]为实现上述目的，本发明提出的射频电源检测装置包括设于反应室内的射频电源、设于所述射频电源输出端的溅射靶和与所述射频电源电连接的所述质谱仪，所述射频电源包括射频信号源、功率放大模块、反射系数检测模块、阻抗匹配模块和处理器，所述射频信号源、所述功率放大模块、所述反射系数检测模块、所述阻抗匹配模块和所述质谱仪均与所述处理器信号连接，

[0008]所述射频电源用于轰击所述溅射靶；

[0009]所述质谱仪用于检测所述反应室内的等离子浓度；

[0010]所述反射系数检测模块用于检测所述功率放大模块的输出阻抗和所述功率放大模块的输入阻抗；

[0011]所述处理器用于控制所述阻抗匹配模块匹配所述功率放大模块的输出阻抗和所述功率放大模块的输入阻抗，并且用于控制所述功率放大模块，以使所述反应室的等离子浓度与预设等离子浓度相同。[0012]优选地，所述阻抗匹配模块包括连接所述射频信号源的输出端和所述功率放大模块的输入端的输入匹配器，以及与所述功率放大模块的输出端连接的输出匹配器，所述输入匹配器用于调节所述射频信号源的输出阻抗与所述功率放大模块的输入阻抗相匹配，所述输出匹配器用于调节所述功率放大模块的输出阻抗与所述溅射靶的输入阻抗相匹配。[0013]优选地，所述功率放大模块包括相连接的驱动源和放大级，所述驱动源与外部电源连接，所述驱动源的输入端与所述输入匹配器相连接，所述放大级的输出端与所述输出匹配器相连接。[0014]优选地，所述放大级为开关功率放大模块。

3

CN 108519559 A[0015]

说　明　书

2/4页

优选地，所述输入匹配器包括串联于所述射频信号源和所述功率放大模块之间的

第一平行板电容、与所述射频信号源并联的第二平行板电容和输入驱动器，所述输入驱动器用于改变所述第一平行板电容的极板相对面积和所述第二平行板电容的极板相对面积。[0016]优选地，所述输入匹配器包括串联于所述射频信号源和所述第一平行板电容之间的第一电感。

[0017]优选地，所述输出匹配器包括与所述功率放大模块的输出端串联的第三平行板电容、与所述功率放大模块的输出端并联的第四平行板电容和输出驱动器，所述输出驱动器用于改变所述第三平行板电容的极板相对面积和所述第四平行板电容的极板相对面积。[0018]优选地，所述输出匹配器包括串联于所述功率放大模块的输出端和所述第三平行板电容之间的第二电感。[0019]优选地，所述反射系数检测模块为二个双定向耦合器，分别用于检测功率放大模块输入端和所述功率放大模块输出端的入射电压和反射电压。[0020]优选地，所述射频电源还包括分别与所述二个双定向耦合器连接的滤波器和信号放大器。

[0021]本发明技术方案中，通过采用所述质谱仪检测反应室内的等离子浓度，使得射频电源可根据等离子浓度调节所述功率放大模块的输出功率，当所述功率放大模块的输出功率改变时，通过阻抗匹配模块调节射频电源的输出阻抗和输入阻抗相适应，直至等离子浓度与预设浓度相同，从而提高沉积、镀膜或蚀刻的效率。附图说明

[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

[0023]图1为本发明射频电源检测装置一实施例的模块示意图；[0024]图2为本发明射频电源一实施例的结构示意图。[0025]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式

[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0027]需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。[0028]另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含

4

CN 108519559 A

说　明　书

3/4页

义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。[0029]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0030]另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。[0031]本发明提出一种射频电源检测装置。[0032]请参照图1和图2，在本发明一实施例中，该射频电源检测装置100包括设于反应室(未图示)内的射频电源1、设于所述射频电源1输出端的溅射靶2和与所述射频电源1电连接的所述质谱仪3，所述射频电源1包括射频信号源11、功率放大模块12、反射系数检测模块13、阻抗匹配模块14和处理器15，所述射频信号源11、所述功率放大模块12、所述反射系数检测模块13、所述阻抗匹配模块14和所述质谱仪3均与所述处理器15信号连接，[0033]所述射频电源1用于轰击所述溅射靶2；

[0034]所述质谱仪3用于检测所述反应室内的等离子浓度；

[0035]所述反射系数检测模块13用于检测所述功率放大模块12的输出阻抗和所述功率放大模块12的输入阻抗；

[0036]所述处理器15用于控制所述阻抗匹配模块14匹配所述功率放大模块12的输出阻抗和所述功率放大模块12的输入阻抗，并且用于控制所述功率放大模块12，以使所述反应室的等离子浓度与预设等离子浓度相同。[0037]具体的，所述反应室内充满氩气、氮气等气体，射频电源1产生荷能粒子轰击溅射靶2，使得溅射靶2中的原子或分子逸出，沉积到基材或在基材上形成镀膜。现有技术证明，不同气氛、不同溅射靶2材料、射频电源1频率都会改变等离子浓度，影响最后的沉积效率或镀膜效率。

[0038]在本发明中，通过采用所述质谱仪3检测反应室内的等离子浓度，使得射频电源1可根据等离子浓度调节所述功率放大模块12的输出功率，当所述功率放大模块12的输出功率改变时，通过阻抗匹配模块14调节射频电源1的输出阻抗和输入阻抗相适应，直至等离子浓度与预设浓度相同，从而提高沉积、镀膜或蚀刻的效率。[0039]进一步地，所述阻抗匹配模块14包括连接所述射频信号源11的输出端和所述功率放大模块12的输入端的输入匹配器141，以及与所述功率放大模块12的输出端连接的输出匹配器142，所述输入匹配器141用于调节所述射频信号源11的输出阻抗与所述功率放大模块12的输入阻抗相匹配，所述输出匹配器142用于调节所述功率放大模块12的输出阻抗与所述溅射靶2的输入阻抗相匹配。

[0040]由于射频信号源11本身都存在一定的阻抗，如果射频信号源11的输出阻抗与功率放大模块的输入阻抗不匹配，一部分能量会被发射，通过输入匹配器141可使得射频信号源11的输入阻抗与功率放大模块12的输入阻抗匹配。相应的，功率放大模块12也需要通过输出匹配器142与溅射靶2的阻抗相匹配，从而提高效率。设置输入匹配器141和所述输出匹配

5

CN 108519559 A

说　明　书

4/4页

器142能有效降低相位差。

[0041]所述功率放大模块12包括相连接的驱动源121和放大级122，所述驱动源121与外部电源连接，所述驱动源121的输入端与所述输入匹配器141相连接，所述放大级122的输出端与所述输出匹配器142相连接。具体地，驱动源121为与门电路，当所述射频信号源11发出的信号通过与门电路，产生逻辑上为1的信号且外部电源闭合同时产生逻辑上为1的信号时，即可为所述放大级122提供电源供应。从而确保现有电路中，不会受外部产生的干扰信号影响，导致驱动源121误启动。优选地，所述驱动源121和外部电源之间还设有射频扼流圈123，以保证进入驱动源121的电流稳定。[0042]在一实施例中，所述放大级122为开关功率放大模块。开关功率放大模块的损耗功率较小。在本实例中，驱动源121外接可变直流电源，将低功率射频信号放大输出，并通过改变外部电源，将低功率射频信号放大输出，并通过可调控的外部电源实现可调控放大。[0043]所述输入匹配器141包括串联于所述射频信号源11和所述功率放大模块12之间的第一平行板电容1411、与所述射频信号源11并联的第二平行板电容1412和输入驱动器1414，所述输入驱动器1414用于改变所述第一平行板电容1411的极板相对面积和所述第二平行板电容1412的极板相对面积。

[0044]所述输入匹配器141包括串联于所述射频信号源11和所述第一平行板电容1411之间的第一电感1413。

[0045]所述输出匹配器142包括与所述功率放大模块12的输出端串联的第三平行板电容1421、与所述功率放大模块12的输出端并联的第四平行板电容1422和输出驱动器1424，所述输出驱动器1424用于改变所述第三平行板电容1421的极板相对面积和所述第四平行板电容1422的极板相对面积。

[0046]所述输出匹配器142包括串联于所述功率放大模块12的输出端和所述第三平行板电容1421之间的第二电感1423。

[0047]所述输入匹配器141和所述输出匹配器142的工作原理相似，均是通过处理器15向所述输入驱动器1414或所述输出驱动器1424发送信号，使得平形板电容中的一个极板运动，从而改变相对面积。

[0048]所述反射系数检测模块13为二个双定向耦合器，分别用于检测功率放大模块12输入端和所述功率放大模块12输出端的入射电压和反射电压。具体地，所述处理器15接收功率放大模块12输入端的入射电压和反射电压和/或所述功率放大模块12输出端的入射电压和反射电压，以处理得到入射相位、反射相位和反射系数。

[0049]所述反射系数检测模块13还包括分别与二个所述双定向耦合器连接的滤波器(未图示)和信号放大器(未图示)。通过设置滤波器和信号放大器能放置射频电源1本身的射频信号对双定向耦合器的干扰。

[0050]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

6

CN 108519559 A

说　明　书　附　图

1/1页

图1

图2

7