发明名称 具双向性耦合器之RF匹配检测器电路
摘要 一个探测电路供控制一个射频匹配电路,接收射频电源的射频电信号并把射频电信号传输到负荷。射频匹配电路包括有一个第一可变电抗元件,由一个第一控制信号所控制;一个第二可变电抗元件,由第二控制信号控制。探测电路包括一个双向耦合器,发出一个向前信号,与传输到匹配电路的射频电成比例,一个反射信号,与射频匹配电路反射回来的射频电成比例。探测电路还包括一个第一分支电路,接收反射信号并由此发出一个第一和第二输出信号。探测电路还包括有:一个第一鉴相器,接收第一和第二皆支电路的第一输出信号,发出一个第一鉴相输出信号衍生出第一控制信号;一个第二鉴相器,接收第一和第二分支电路的第二输出信号,并发出一个第二鉴相输出信号衍生出第二控制信号。
申请公布号 TW311175 申请公布日期 1997.07.21
申请号 TW085108607 申请日期 1996.07.16
申请人 应用材料股份有限公司 发明人 布莱德列O.史庭森
分类号 G01R31/28 主分类号 G01R31/28
代理机构 代理人 康伟言 台北巿南京东路三段二四八号七楼;恽轶群 台北巿松山区南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种检测器电路,用以控制一个射频匹配电路,后者从一射频电源接收并传送所指射频电信号到负荷,所指匹配电路包括一个第一可变电抗元件和一个第二可变电抗元件;所指第一电抗元件的可变电抗由一个第一控制信号控制;所指检测器电路包含有:一个双向耦合器,具过通射频电源的输入点及过通射频匹配电路的输出点;所指双向耦合器发出一个向前信号和一个反射信号,所指向前信号与射频匹配电路反射出来的射频电成比例;一个第一分支电路接收反射信号并由此发出一个第一和第二输出信号;一个第一鉴相器接收从第一和第二分支电路的第二输出信号,并发出由第二控制信号衍化的第二鉴相输入信号。2.如申请专利范围第1项之检测器电路,其所指第一分支电路包含一个第一功率分离器,接收反射信号衍化的信号并由此发出第一和第二输出信号;所指第一分支电路衍化的第一和第二输出信号,分别从第一功率分离器的第一和第二输出信号衍化而来。3.如申请专利范围第2项之检测器电路,其所指第二分支电路包含有一个第二功率分离器,接收向前信号衍化的信号,并随即发出第一和第二输出信号,所指第二分支电路衍化的第一和第二输出信号,分别从第二功率分离器的第一和第二输出信号衍化而来。4.如申请专利范围第3项之检测器电路,其所指第一分支电路的第一输出信号是第一分支电路的第二输出信号的移相版本。5.如申请专利范围第4项之检测器电路,其所指第二分支电路的第一输出信号是第二分支电路的第二输出信号的移相版本。6.如申请专利范围第3项之检测器电路,其所指第一分支电路还包含有一个第一移相器,接收第一功率分离器的第一输出信号,并随即发出第一移相信号,而第一移相信号等于功率分离器第一输出信号的第一移相量,此第一移相信号即为第一分支线路的第一输出信号。7.如申请专利范围第6项之检测器电路,其所指第二分支电路还包含有一个第二移相器,接收第二功率分离器的第一输出信号,并由此发出第二移相信号,而第二移相信号等于第二功率分离器第一输出信号的第二移相量,此第二移相信号即为第二分支电路的第一输出信号。8.如申请专利范围第3项之检测电路,其所指第一分支电路还包含有一个第一移相器,接收第一功率分离器的第二输出信号,并由此发出第一移相信号,而第一移相信号等于第一功率分离器的第二输出信号的第一移相量,此第一移相信号即为第一分支电路的第一输出信号。9.如申请专利范围第8项之检测器电路,其所指第二分支电路还包含有一个第二移相器,接收第二功率分离器的第二输出信号,并由此发出第二移相信号,而第二移相信号等于第二功率分离器的第二输出信号的第二移相量,此第二移相信号即为第二分支电路的第二输出信号。10.如申请专利范围第2项之检测器电路,其所指第一分支电路包含一个第一谐波低通滤波器,接收所指反射信号并发出自反射信号衍化的信号。11.如申请专利范围第10项之检测电路,其所指第二分支电路还包含有一个第二谐波低通滤波器,接收所指向前信号并发出自向前信号衍化的信号。12.如申请专利范围第1项之检测器电路,还包含有一个谐波终端滤波器,连接到双向耦合器的输出点。13.如申请专利范围第12项之检测器电路,其射频电以第一频率传送,其所指谐波终端滤波器专门设计来中断第一频率的第二谐波。14.如申请专利范围第13项之检测电路,其所指谐波终端滤波器专门设计来中断第一频率的第二和第三谐波。15.如申请专利范围第1项之检测电路,其第一鉴相器产生的电压,当第一和第二分支电路的第一输出信号以相位90输出时,电压为零。16.如申请专利范围第15项之检测电路,其第一鉴相器发出的输出电压,当第一分支电路的第一输出信号离第二分支电路的第一输出相位不足90时,电压为第一极性;而当第一分支电路的第一输出信号离第二分支电路的第一输出相位大于90时,电压为第二极性,其所指第一极性与所指第二极性相反。17.如申请专利范围第15项之检测电路,其第二鉴相器发出的输出电压,当第一分支电路的第二输出信号离第二分支电路的第二输出相位不足90时,电压具第一极性;而当第一分支电路的第二输出信号离第二分支电路的第二输出信号的相位大于90时,电压为第二极性,其所指第一极性与所指第二极性相反。18.如申请专利范围第1项之检测器电路,还包含一个第一低通滤波器,接收第一鉴相器输出信号,并由此发出所指第一控制信号。19.如申请专利范围第18项之检测器电路,还包含一个第二低通滤波器,接收第二鉴相器输出信号,并由此发出所指第二控制信号。20.一种射频匹配电路,使射频电源吻合负荷,所指匹配电路包含有:一个射频匹配段,连接负荷;以及一个检测器电路,连接所指射频电源和所指射频匹配段之间;所指射频匹配段包含有:一个第一可变电抗元件;一个第二可变电抗元件;一个第一控制电路,控制第一可变电抗元件以回应一个第一控制信号;以及一个第二控制电路,控制第二可变电抗元件以回应一个第二控制信号;所指检测器电路包含有:一个双向耦合器具有一个输入点以连接射频电源、一个输出点以连结射频匹配段;所指双向耦合器发出一个向前信号和一个反射信号;所指向前信号与输传到射频匹配段的射频电成比例,而所指反射信号与射频匹配段反射回来的射频电成比例;一个第一分支电路接收反射信号并由此发出一个第一和第二输出信号;一个第二分支电路接收向前信号并由此发出一个第一和第二输出信号;一个鉴相器接收第一和第二分支电路的第一输出信号,并发出一个第一鉴相器输出信号衍生出第一控制信号;以及一个第二鉴相器接收第一和第二分支电路的第二输出信号,并发出第二鉴相器输出信号衍生出第二控制信号。21.如申请专利范围第20项之射频匹配电路,其所指第一分支电路包含有一个第一功率分离器,接收反射信号衍生的信号,并由此发出第一和第二输出信号,所指第一分支电路的第一和第二输出信号,分别由第一功率分离器的第一和第二输出信号所衍生,其所指第二分支电路包含有一个第二功率分离器,接收向前信号衍生来的信号,并由此发出第一和第二输出信号;所指第二分支电路的第一和第二输出信号分别由第二功率分离器的第一和第二输出信号所衍生。22.如申请专利范围第21项之射频匹配电路,其第一分支电路的第一输出信号是第一分支电路第二输出信号的移相版本。23.如申请专利范围第22项之射频匹配电路,其第一分支电路包含有一个第一谐波低通滤波器,接收所指反射信号并发出由反射信号衍生而来的所指信号;其第二分支电路包含有一个第二谐波低通滤波器,接收所指向前信号并发出由向前信号衍生而来的所指信号。24.如申请专利范围第22项之射频匹配电路,还包含有谐波终端滤波器,连接到双向耦合器的输出点。25.如申请专利范围第20项之射频匹配电路,其所指第一可变电抗元件是一个第一可变电容器。26.如申请专利范围第25项之射频匹配电路,其所指第二可变电抗元件是一个第二可变电容器。27.如申请专利范围第25项之射频匹配电路,其所指第一可变电容器包括有可转动基片控制电容;其所指第一控制电路包含有一个第一马达,于回应所指第一控制信号之时,转动第一可变电容器的基片以改变第一可变电容器的电容。28.如申请专利范围第26项之射频匹配电路,其所指第二可变电容器包括有可转动基片控制电容;其所指第二控制电路包含有一个第二马达,于回应所指第二控制信号之时,转动第二可变电容器的基片以改变第二可变电容器的电容。29.一种射频匹配电路,使射频电与负荷吻合,所指匹配电路包含有:一个射频匹配段连接到负荷;一个检测器电路连接所指射频电源及所指射频匹配段,所指射频匹配段包括起码一个可变电抗元件,其电抗由所指检测器电路控制,最大限度地使电流从电源输传到负荷。其所指射频匹配段与所指检测器电路形成一个电通道,让电从电源输传到负荷;所指射频匹配电路还包含有一个谐波终端滤波器,连接所指电通道与基准电位之间。30.如申请专利范围第29项之射频匹配电路,其所指谐波终端滤波器于所指检测器电路与所指射频匹配段之间的一个位置与所指电通道连接。31.如申请专利范围第30项之射频匹配电路,其所指射频匹配段包含有:一第一可变电抗元件;一个第二可变电抗元件;一个第一控制电路控制第一可变电抗元件回应一个第一控制信号的电抗;一个第二控制电路控制第二可变电抗元件回应一个第二控制信号的电抗;所指检测器电路包含有:一个双向耦合器,具有输入点连接射频电源,一个输出点连接射频匹配段,所指双向耦合器发出一个向前信号和一个反射信号,所指向前信号与传到射频匹配段的射频电成比例;所指反射信号与射频匹配段反射回来的射频电成比例;一个第一分支电路,接收反射信号并由此发出一个第一和第二输出信号;一个第二分支电路,接收向前信号并由此发出一个第一和第二输出信号;一个第一鉴相器,接收第一和第二分支电路的第一输出信号,并发出一个第一鉴相器输出信号衍生出第一控制信号;以及一个第二鉴相器,接收第一和第二分支电路的第二输出信号,并发出一个第二鉴相器输出信号衍生出第二控制信号。32.一种等离子体加工系统,包含有:一个等离子体加工室;一个射频匹配电路,匹配射频电源到等离子体加工室,所指射频匹配电路包含有:一个射频匹配连接等离子体加工室;以及一个鉴相电路连接所指频射电源与所指射频匹配段之间;所指射频匹配段包含有:一个第一可变电抗元件;一个第二可变电抗元件;一个第一控制电路,控制第一可变电抗元件回应一个第一控制信号的电抗;以及一个第二控制电路,控制第二可变电抗元件回应一个第二控制信号的电抗;所指检测器电路包含有:一个双向耦合器,具有一个输入点连接射频电源和一个输出点连接射频匹配段,所指双向耦合器发出一个向前信号和一个反射信号,所指向前信号与通到匹配电路的射频电成比例,而所指反射信号与射频匹配电路反射回来的频电成比例;一个第一分支电路,接收反射信号并由此发出一个第一和第二输出信号;一个第二分支电路,接收向前信号并由此发出一个第一和第二输出信号;一个第一鉴相器,接收第一和第二分支电路的第一输出信号并发出一个第一鉴相输出信号衍生出第一控制信号;以及一个第二鉴相器,接收第一和第二分支电路的第二输出信号并发出一个第二鉴相输出信号衍生出第二控制信号。图示简单说明:第一图示等离子体加工系统分格图,包括一个探电路和射频匹配段;第二图示探测器和射频匹配段的分格图;第三图示相位探测器的转移特征;第四图示史密斯图之一例;第五图应用史密斯图显示电抗元件如何改变加工室的阻抗Zch以产生ZIN;第六图示加工室阻抗范围,射频匹配输入反射系数;第七图示射频匹配输入反射系数作为加工室阻抗ZCH1(Zmboxscriptsize第1室)之函数C2,并示C1的三个不同数値,即:C1min (C1mboxscriptsize最小)、C1match(C1mboxscriptsize匹配)、C1max(C1mboxscriptsize最大);第八图示射频匹配输入反射系数作为加工室阻抗ZCH2(Zmboxscriptsize第2室)之函数C2,并示C1的三个不同数値,即:C1min(C1mboxscriptsize最小)、C1match(C1mboxscriptsize匹配)、C1max(C1mboxscriptsize最大);第九图示射频匹配输入反射系数作为加工室阻抗ZCH1(Zmboxscriptsize第1室)之函数C1,并示C2的三个不同数値,即:C2min(C2mboxscriptsize最小)、C2match(C2mboxscriptsize匹配)、C2max(C2mboxscriptsize最大);第十图示射频匹配输入反射系数作为加工室阻抗ZCH2(Zmboxscriptsize第2室)之函数C2,并示C2的三个不同数値,即:C2min(C2mboxscriptsize最小)、C2match(C2mboxscriptsize匹配)、C2max(C2mboxscriptsize最大);及第十一图示第二图中的低通滤波器的较详细电路图。
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