本发明涉及等离子电力装置，更详细地，涉及在等离子电力装置中降低逆功率的方法。
背景技术：
等离子蚀刻(plasmaetching)经常用于半导体制造工序。在等离子蚀刻中，为了对露出于基板上的表面进行蚀刻，离子被电场(electricfield)加速。电场根据通过高频电力系统的高频产生器产生的高频信号产生。通过高频产生器产生的高频信号需以有效地执行等离子蚀刻的方式精密地被控制。
高频电力系统可包括高频产生器、阻抗匹配器(impedancematcher)以及等离子腔室。为了制造如多个集成电路(ic)、太阳能电池板、压缩磁盘(cd)和/或dvd的各种部件，高频信号以驱动负载的方式使用。
高频信号被阻抗匹配器接收。阻抗匹配器向高频产生器与阻抗匹配器之间的传输线的特性阻抗匹配阻抗匹配器的输入阻抗。阻抗匹配有助于使朝向等离子腔室以正向施加谐振网络施加的阻抗匹配器的电量(“正向电力”)最小化，并有助于使从阻抗匹配器向高频产生器反射的电量(“逆功率”)最小化。当阻抗匹配器的输入阻抗与传输线的特性阻抗一致时，可使从高频产生器向等离子腔室的正向电力输出最大化并使逆功率最小化。
在供给高频电力的过程中，通常，具有向负载施加高频信号的两种方式。第一，传统方式为向负载施加连续波信号。在连续波模式中，通常，连续波信号为供电部持续向负载输出的正弦波。在连续波方式中，高频信号可假设正弦波输出，正弦波的振幅和/或频率可为了改变向负载施加的输出电力而变化。
向负载施加高频信号的其他方式为脉冲形态的高频信号。在脉冲工作模式中，为了规定与调制的正弦波信号有关的包线，高频正弦波信号被调制信号调制。在以往的脉冲调制方式中，高频正弦波信号以典型的规定频率及振幅输出。向负载传递的电力通过改变上述调制信号来改变，而不是通过改变正弦波、高频信号来改变。
在常规高频供电部结构中，向负载施加的输出电力通过使用传感器来决定，上述传感器用于检测向负载施加的高频信号的正向电力及反射电力或检测电压及电流。这些信号中的一个集在常规反馈回路被分析。这种分析通常决定用于为了改变向负载施加的电力而调节高频供电部的输出的电力值。在负载为等离子腔室的高频电力传递系统中，由于施加的电力部分性地为负载阻抗的函数，负载阻抗的变化引起向负载施加的相对应的可变电力。
并且，从连续波高频电力传递系统向脉冲高频电力传递系统的迁移提出追加的问题。在典型的等离子系统中，在等离子耗费的电力依赖等离子的阻抗。在阻抗以高频脉冲(例，1khz～10khz的范围)的时间标度变化的情况下，为了在多个脉冲之间不关闭等离子，阻抗匹配器及高频产生器内的传感器与促动器需以相似的时间标度进行反应来提供向等离子负载的最佳电力结合。并且，阻抗的时间响应为等离子依赖性，根据如化学物质、压力及电结合的因子而改变。并且，高频结合天线或匹配系统中的如电阻损失的等离子外部的各种寄生要素示出在脉冲周期内根据时间变化的电结合效率，这是因为寄生要素为与根据时间变化的阻抗负载串联的以规定的方式消耗的阻抗。并且，传输及反射电力传感器与高频产生器为了同行所匹配的终端而补正，因此，阻抗不一致引起的电力补偿可对电力传递中的变动性增加作出贡献。
并且，为了使阻抗过多现象的影响最小化，预测阻抗匹配器中的阻抗促动器的相应位置与实现频率检测之间的处理器同步尤为重要。并且，当实现目标频率时，实现处理器再现性及半属性变得更难。
在当前的高频电力生辰系统中，为了实现高频电力产生器与负载之间的阻抗匹配，高频信号的频率能够以选择的目标频率或中心频率为中心在已设的范围内调整。将这种基于频率的阻抗调整称为无线频率调整(rft：radiofrequencytuning)。在一部分无线频率调整构成中，高频信号的频率可向预定的范围的阈值调整。
技术实现要素：
(发明所要解决的问题)
本发明的目的在于，提供可迅速追踪反射电力的匹配频率的逆功率降低方法及利用其的等离子电力装置。
并且，本发明的另一目的在于，提供容易从驼峰脱离的逆功率降低方法及利用其的等离子电力装置。
(解决问题所采用的措施)
本发明的逆功率降低方法为降低从等离子负载向高频电力放大部反射的逆功率的方法，包括：输出频率倾斜度判断步骤，控制器判断从上述高频电力放大部输出的输出频率倾斜度的符号；逆功率倾斜度判断步骤，上述控制器判断从上述等离子负载向上述高频电力放大部反射的逆功率倾斜度的符号；频率变化量增减决定步骤，上述控制器根据上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的组合来决定频率变化量的增减；更新步骤，上述控制器利用上述频率变化量来更新上述输出频率；以及输出频率变更步骤，若反射系数大于规定的反射基准值且上述频率变化量小于规定的变动幅度设定值，则上述控制器为了脱离驼峰而变更上述输出频率。
并且，本发明的降低逆功率的等离子电力装置的特征在于，包括：高频电力放大部，被放大控制信号控制并放大规定等级的直流电压来生成脉冲波形的高频信号；阻抗匹配器，被匹配频率控制信号控制来以规定的匹配频率匹配上述高频电力放大部与负载之间的阻抗；射频(rf)传感器，在上述高频电力放大部与上述阻抗匹配器之间检测正向及逆向电信号来输出电检测信号；以及控制器，利用从外部施加的控制信号与从上述射频传感器输出的电检测信号生成上述放大控制信号及匹配频率控制信号，在上述控制器中，判断从上述高频电力放大部输出的输出频率倾斜度的符号，判断从上述等离子负载向上述高频电力放大部反射的逆功率倾斜度的符号，根据上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的组合来决定频率变化量的增减，利用上述频率变化量来更新上述输出频率，若反射系数大于规定的反射基准值且上述频率变化量小于规定的变动幅度设定值，则为了脱离驼峰而变更上述输出频率。
(发明的效果)
本发明的逆功率降低方法及利用其的等离子电力装置可迅速追踪最小反射电力的匹配频率并容易从驼峰脱离。
附图说明
图1为本发明一实施例的等离子电力装置的整体框图。
图2为本发明一实施例的无线频率调整曲线图。
图3为本发明一实施例的无线频率调整流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体实施例进行说明。但是，应当理解的是，这并不将本发明限定于特定实施方式，包括在本发明的思想及技术范围包括所有变更、等同技术方案、代替技术方案。
图1为本发明一实施例的等离子电力装置的整体框图。
本发明一实施例的等离子电力装置包括直流/直流变换器110、高频电力放大部120、射频传感器130、阻抗匹配器140、控制器150以及等离子负载160。
直流/直流变换器115将从控制器150输出的被电压控制信号vcon控制来施加的第一直流电压转换为第二直流电压。其中，第二直流电压可为各种等级的电压。
高频电力放大部120放大从直流/直流变换器110输出的第二直流电压来生成脉冲波形的高频信号。根据本发明，代替检测高频电力放大部120的输出频率的过程，可通过内部的直接数字合成器(dds，directdigitalsynthesizer，未图示)控制电信号来变更输出频率。
射频传感器130配置于高频电力放大部120与阻抗匹配器140之间，通过检测正向及逆向电信号来输出电检测信号。其中，电检测信号可为从检测电流值is、检测电压值vs、高频电力放大部120向负载160(等离子腔室)供给的正向电力pfwd以及从负载160向高频电力放大部120反射的逆功率prev中的至少一种。
阻抗匹配器140和高频电力放大部120与负载160之间相结合，被从控制器150输出的匹配频率控制信号smat控制来以规定的匹配频率匹配高频电力放大部120与负载160之间的阻抗。
控制器150利用从外部施加的控制信号scon与从射频传感器130输出的电检测信号来执行正向电力控制算法来输出电压控制信号vcon和放大控制信号pcon，可通过执行频率可变阻抗匹配算法来生成匹配频率控制信号smat。
图2为本发明一实施例的自动输出频率调整曲线图。
参照本发明一实施例的自动输出频率调整曲线图，高频电力放大部120的输出频率fout达到最佳频率foptimum为止，逆功率prev将减少。但是，如图2所示，根据负载在输出频率的规定区间产生逆功率prev增加之后减少的现象，需脱离驼峰(hump)才可到达最佳频率foptimum。
例如，若从输出频率fout增加的同时逆功率prev减少的区间①出发，则需脱离输出频率fout增加而使逆功率prev增加的区间②才可到达最佳频率foptimum。
或者，若从输出频率fout减少的同时逆功率prev减少的区间③出发，则需要脱离输出频率fout减少而使逆功率prev增加的区间④才可到达最佳频率foptimum。
如上所述，作为可脱离驼峰的一实施例，图3示出本发明一实施例的自动输出频率调整流程图，本发明一实施例的自动输出频率调整方法如下。
若输出频率倾斜度的符号与逆功率倾斜度的符号的乘积为正数，则控制器可将频率变化量的符号决定为负数，若输出频率倾斜度的符号与逆功率倾斜度的符号的乘积为负数，则控制器可将频率变化量的符号决定为正数。
并且，频率变化量可被反射系数和逆功率倾斜度决定。
控制器150用于检测从高频电力放大部120向负载160供给的正向电力pfwd与从负载150向高频电力放大部120反射的逆功率prev(步骤s310)。
控制器150判断高频电力放大部120是否正在执行自动频率调整模式(aft：autofrequencytunemode)(步骤s315)。
若高频电力放大部120正在执行自动频率调整，则利用正向电力与逆功率计算反射系数，利用当前逆功率与之前的逆功率计算逆功率倾斜度，利用当前输出频率与之前的输出频率计算输出频率倾斜度(步骤s320)。
判断输出频率倾斜度的符号(步骤s325)，判断逆功率倾斜度的符号(步骤s330、步骤s335)。
①输出频率增加的同时逆功率减少的情况
若输出频率倾斜度的符号为正数且逆功率倾斜度的符号为负数，则控制器150计算与逆功率倾斜度和/或反射系数成比的频率变化量减少份(步骤s340)。
②输出频率增加的同时逆功率增加的情况
若输出频率倾斜度的符号为正数且逆功率倾斜度的符号为正数，则控制器150计算与逆功率倾斜度和/或反射系数成比的频率变化量增加份(步骤s345)。
③输出频率减少的同时逆功率减少的情况
若输出频率倾斜度的符号为负数且逆功率倾斜度的符号为负数，则控制器150计算与逆功率倾斜度和/或反射系数成比的频率变化量增加份(步骤s340)。
④输出频率减少的同时逆功率增加的情况
若输出频率倾斜度的符号为负数且逆功率倾斜度的符号为正数，则控制器150计算与逆功率倾斜度和/或反射系数成比的频率变化量减少份(步骤s345)。
根据本发明的另一实施例，控制器150在反射系数乘以规定值(例：2、3)，或者可代替反射系数使用反射系数的平方根或立方根来计算频率变化量。由此，可进一步加速频率变化。
控制器150可利用计算的频率变化量更新输出频率(步骤s350)。
控制器150更新输出频率之后哦安短反射系数是否大于反射基准值且频率变化量是否小于变动幅度设定值(步骤s355)。其中，变动幅度设定值为具有为了脱离驼峰而定的任意大小的频带。若频率变化量大于变动幅度设定值，则可脱离驼峰。
若反射系数大于反射基准值且频率变化量小于变动幅度设定值，则返回步骤s310来反复执行n(n为自然数)次步骤s310至步骤s355(步骤s360)。
判断执行步骤s310至步骤s355是否达到规定次数(步骤s365)，若执行步骤s310至步骤s355的次数超过规定次数，则重置计数(步骤s370)，交替增减输出频率来计算用于脱离驼峰的输出频率(步骤s375)。即，交替执行增加输出频率来尝试脱离驼峰的stepi与减少输出频率来尝试脱离驼峰的stepii。
而且，若在步骤s315中判断高频电力放大部120结束自动频率调整模式(步骤s315)，则控制器150输出匹配频率控制信号smat来使阻抗匹配器140执行阻抗匹配(步骤s380)。
在上述内容中公开的发明可在不损害基本思想的范围内进行各种变形。即，上述实施例均仅为例示，并不限定本发明。因此，本发明的保护范围需根据发明要求保护范围而定，而不是通过上述实施例来定，在利用等同技术方案取代发明要求保护范围所限定的结构要素的情况下，应视为其属于本发明的保护范围。
(附图标记的说明)
110：直流/直流(dc/dc)变换器；120：高频电力放大部；130：射频传感器；
140：阻抗匹配器；150：控制器；160：等离子负载。
1.一种逆功率降低方法，用于降低从等离子负载向高频电力放大部反射的逆功率，其中，包括：
输出频率倾斜度判断步骤，控制器判断从上述高频电力放大部输出的输出频率倾斜度的符号；
逆功率倾斜度判断步骤，上述控制器判断从上述等离子负载向上述高频电力放大部反射的逆功率倾斜度的符号；
频率变化量增减决定步骤，上述控制器根据上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的组合来决定频率变化量的增减；
更新步骤，上述控制器利用上述频率变化量来更新上述输出频率；以及
输出频率变更步骤，若反射系数大于规定反射基准值且上述频率变化量小于规定的变动幅度设定值，则上述控制器为了脱离驼峰而变更上述输出频率。
2.根据权利要求1所述的逆功率降低方法，其中，
若上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的乘积为正数，则上述控制器减少上述频率变化量，
若上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的乘积为负数，则上述控制器增加上述频率变化量。
3.根据权利要求2所述的逆功率降低方法，其中，上述频率变化量的增加/减少份通过上述反射系数和/或上述逆功率倾斜度来决定。
4.根据权利要求1所述的逆功率降低方法，其中，
在上述输出频率变更步骤中，上述控制器交替进行如下的步骤：
通过增加上述输出频率来尝试脱离上述驼峰的步骤；以及
通过减少上述输出频率来尝试脱离上述驼峰的步骤。
5.一种降低逆功率的等离子电力装置，
包括：
高频电力放大部，被放大控制信号控制并放大规定等级的直流电压来生成脉冲波形的高频信号；
阻抗匹配器，被匹配频率控制信号控制来以规定的匹配频率匹配上述高频电力放大部与负载之间的阻抗；
射频传感器，在上述高频电力放大部与上述阻抗匹配器之间检测正向及逆向电信号来输出电检测信号；以及
控制器，利用从外部施加的控制信号与从上述射频传感器输出的电检测信号生成上述放大控制信号及匹配频率控制信号，
在上述控制器中，判断从上述高频电力放大部输出的输出频率倾斜度的符号，判断从上述等离子负载向上述高频电力放大部反射的逆功率倾斜度的符号，根据上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的组合决定频率变化量的增减，利用上述频率变化量更新上述输出频率，若反射系数大于规定的反射基准值且上述频率变化量小于规定的变动幅度设定值，则为了脱离驼峰而变更上述输出频率。
6.根据权利要求5所述的降低逆功率的等离子电力装置，其中，
若上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的乘积为正数，则上述控制器减少上述频率变化量，
若上述输出频率倾斜度的符号与上述逆功率倾斜度的符号的乘积为负数，则上述控制器增加上述频率变化量。
7.根据权利要求5所述的降低逆功率的等离子电力装置，其中，上述频率变化量的增加/减少份通过上述反射系数和/或上述逆功率倾斜度来决定。
8.根据权利要求5所述的降低逆功率的等离子电力装置，其中，
在上述输出频率变更步骤中，上述控制器交替进行如下的步骤：
通过增加上述输出频率来尝试脱离上述驼峰的步骤；以及
通过减少上述输出频率来尝试脱离上述驼峰的步骤。
技术总结