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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱文志
研究生(外文):Wen-Chih chiu
論文名稱:電漿輔助化學氣相沉積設備之射頻阻抗匹配網路的模型建立與控制器設計
論文名稱(外文):The modeling and controller design of radio frequency impedance matching network in PECVD equipment
指導教授:林家瑞林家瑞引用關係
指導教授(外文):Chia-Shui Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:96
中文關鍵詞:電漿射頻阻抗匹配網路控制器設計
外文關鍵詞:plasmaradio frequencyimpedancematching networkcontroller design
相關次數:
  • 被引用被引用:4
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在半導體製程中,使用射頻功率產生電漿來製造晶圓的技術中,功率的傳輸是一個重要的製程問題,不穩定的功率傳輸將會造成電漿源的不穩定,使得製程無法達成所需的目標,而阻抗匹配網路就扮演著功率傳輸的橋樑,可降低反射功率的產生,增加進入腔體中的傳輸功率,並且提供腔體穩定的操作功率。
本論文將利用化學氣相沉積設備中的阻抗匹配網路,應用神經網路技術建立匹配網路之阻抗模型,並與傳統的建模方式做ㄧ比較,說明神經網路在滯留阻抗處理上的優異性,其次再分析阻抗匹配網路中射頻感測器的信號關係,並賦予其數學模型,最後應用Neuro-Sliding控制技術實現阻抗匹配網路的控制,並與原有的控制技術作一比較,說明新的控制器效能,與射頻感測器信號處理對阻抗匹配網路控制的重要影響。
In semiconductor processing, the Radio Frequency (RF) power source is used to create plasma for wafer fabrication. Power transmission plays a very important role in wafer processing. Unstable power transmission will lead to unstable plasma, and wafer processing can not achieve it's goal. The impedance matching network behaves like a bridge for power transmission. It reduces the reflective power from the chamber, and increases the transmission power into the chamber, and provides a stable operating power.
In this thesis, we use an impedance matching network in a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) equipment. First, we use neural network approach to establish the impedance model of the matching network, and the result will be compared with the traditional method to explain its elegance in dealing with stray impedance. Next, we analyze the relationship of input/output signals of RF sensor board in the matching network, and create mathematical model accordingly. Finally, we apply Neuro-Sliding mode control theory to control impedance matching network, and compare its result with the existing controller. The performance of new controller design will be discussed, and the importance of RF sensor signal processing to the control of impedance matching network will be high lighted in the conclusion portion of this research.
中文摘要………………………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………………………………ii
致謝…………………………………………………………………………………iii
目錄…………………………………………………………………………………iv
圖目錄………………………………………………………………………………vi
表目錄………………………………………………………………………………ix
符號說明………………………………………………………………………………x
第一章 序論…………………………………………………………………………1
1.1 研究動機與目的……………………………………………………………1
1.2 文獻回顧……………………………………………………………………2
1.3 研究方法……………………………………………………………………4
1.4 本文組織架構………………………………………………………………4
第二章 電漿阻抗匹配網路介紹……………………………………………………5
2.1 阻抗匹配理論………………………………………………………………5
2.2 電漿阻抗匹配網路架構……………………………………………………6
2.3 自動阻抗匹配網路構造說明………………………………………………7
第三章 阻抗匹配網路模型建立……………………………………………………9
3.1 匹配網路的阻抗模型建立…………………………………………………9
3.1.1 傳統電路阻抗模型-解雙電容調整式L型匹配網路…………………9
3.1.2 傳統電路阻抗模型-解電感電容調整式L型匹配網路………………9
3.1.3 應用神經網路與雙埠網路建立阻抗模型……………………………11
3.2 匹配網路入口端的反射係數與反射功率………………………………17
3.3 阻抗匹配網路射頻感測器模型建立……………………………………19
3.3.1 射頻感測器介紹………………………………………………………19
3.3.2 射頻感測器建模結果…………………………………………………20
3.4 阻抗匹配網路馬達與調整扇葉模型建立………………………………24
3.4.1 ARX模型介紹…………………………………………………………24
3.4.2 馬達與調整扇葉建模結果……………………………………………25
第四章 阻抗匹配網路控制器設計………………………………………………27
4.1 Sliding mode control理論介紹…………………………………………27
4.2 Neuro-sliding mode control理論介紹……………………………………29
第五章 模擬結果與分析…………………………………………………………34
5.1 系統初始條件的決定……………………………………………………34
5.2 以10W下的環境所設計控制器參數對系統的影響……………………34
5.3 以1000W下的環境所設計控制器參數對系統的影響…………………35
5.4 修正RF sensor回授信號對系統的影響………………………………35
5.5 射頻信號產生器信號上升時間對系統的影響…………………………36
5.6 加入濾波模組與信號trigger模組對系統的影響……………………37
5.7 負載阻抗變化對系統的影響……………………………………………37
第六章 實驗結果…………………………………………………………………39
第七章 結論與未來研究方向……………………………………………………41
參考文獻…………………………………………………………………………42
附錄一 阻抗匹配網路S參數的量測結果(圖3.12相關圖面)…………………85
附錄二 阻抗匹配網路S參數的訓練結果(圖3.13相關圖面)…………………86
附錄三 阻抗匹配網路S參數的輸出結果(圖3.14相關圖面)…………………87
附錄四 阻抗匹配網路可匹配的負載範圍………………………………………88
附錄五 不同負載點所掃出SMITH chart的結果………………………………89
附錄六 入射功率50W時的mag與phase信號…………………………………93
附錄七 其他附載點下的實驗結果………………………………………………94

圖目錄
圖2.1 簡易的交流電路示意圖[14] ……………………………………………44
圖2.2 加入匹配網路的電路示意圖 ……………………………………………44
圖2.3 當 時,系統有最大功率轉移 ………………………………45
圖2.4 L型匹配網路[15]…………………………………………………………45
圖2.5 π型與T型匹配網路[15]…………………………………………………46
圖2.6 自動匹配網路(automatic matching network)架構……………………46
圖2.7 可變電容(a)、可變電感(b)示意圖………………………………………47
圖3.1 雙電容調整式L型匹配網路………………………………………………47
圖3.2 電感電容調整式L型匹配網路……………………………………………48
圖3.3 電感電容調整式L型匹配網路等效結構圖………………………………48
圖3.4 電感電容調整式L型匹配網路串並聯轉換等效結構圖…………………49
圖3.5 25個負載點的SMITH chart ………………………………………………49
圖3.6 25個點資料計算出的U值…………………………………………………50
圖3.7 25個點資料計算出的V值…………………………………………………50
圖3.8 雙埠網路 (a)ABCD-parameter (b)S-parameter[19] …………………51
圖3.9 神經元模型[20] …………………………………………………………51
圖3.10 倒傳遞網路的網路架構[20] ……………………………………………52
圖3.11 阻抗匹配網路之雙埠網路模型…………………………………………52
圖3.12 匹配網路散射參數(S11之實部) ………………………………………53
圖3.13 匹配網路散射參數訓練結果(S11之實部) ……………………………53
圖3.14 檢察神經網路之各散射參數是否有過度訓練(S11之實部) … ………54
圖3.15 於負載點2利用網路分析儀所掃出的SMITH chart ……………………54
圖3.16 於負載點2利用雙埠網路結合神經網路所掃出的SMITH chart ………55
圖3.17 反射係數示意圖…………………………………………………………55
圖3.18 phase-magnitude detector[15] ……………………………………………56圖3.19 於負載點10利用網路分析儀所掃出的SMITH chart …………………56
圖3.20 不同反射係數上的mag電壓(10w)………………………………………57
圖3.21 不同反射係數上的phase電壓(10w)……………………………………57
圖3.22 相對於反射係數實部的mag電壓(10w)…………………………………58
圖3.23 相對於反射係數虛部的phase電壓(10w)………………………………58
圖3.24 任意的反射係數點………………………………………………………59
圖3.25 mag信號相對於不同入射功率下的變化 ………………………………59
圖3.26 phase信號相對於不同入射功率下的變化 ……………………………60
圖3.27 mag在不同入射功率下與10w相比較的增益値…………………………60
圖3.28 phase在不同入射功率下與10w相比較的增益値………………………61
圖3.29 排除mag=0附近的點,不同入射功率下與10w相比較的增益値………61
圖3.30 線性系統的ㄧ般表示模型[21] …………………………………………62
圖3.31 系統鑑別架構……………………………………………………………62
圖3.32 可變電容系統鑑別(15V) ………………………………………………63
圖3.33 可變電感系統鑑別(15V) ………………………………………………63
圖3.34 可變電容系統鑑別結果(15V) …………………………………………64
圖3.35 可變電感系統鑑別結果(15V) …………………………………………64
圖4.1 順滑模態示意圖[24] ………………………………………………………65
圖4.2 飽和函數與S型函數………………………………………………………65
圖4.3 滑動類神經控制器架構[24] ……………………………………………66
圖4.4 NN1的神經網路架構[24] …………………………………………………66
圖4.5 NN2的神經網路架構[24] …………………………………………………67
圖5.1 利用Matlab/Simulink設計控制系統……………………………………67
圖5.2 模擬結果一 ………………………………………………………………68
圖5.3 模擬結果二 ………………………………………………………………69
圖5.4 模擬結果三 ………………………………………………………………70
圖5.5 模擬結果四 ………………………………………………………………71
圖5.6 模擬結果五 ………………………………………………………………72
圖5.7 模擬結果六 ………………………………………………………………73
圖5.8 模擬結果七 ………………………………………………………………74
圖5.9 模擬結果八 ………………………………………………………………75
圖5.10 模擬結果九 ………………………………………………………………76
圖5.11 模擬結果十………………………………………………………………77
圖5.11 模擬結果十一……………………………………………………………78
圖6.1 在負載點12於入射功率950W下的控制結果比較………………………79
圖6.2 在負載點12於入射功率550W下的控制結果比較………………………80
圖6.3 在負載點12於入射功率95W下的控制結果比較 ………………………81
圖6.4 在負載點8於入射功率950W下的控制結果比較 ………………………82
圖6.5 在負載點2於入射功率950W下的控制結果比較 ………………………83
圖6.6 在負載點5於入射功率950W下的控制結果比較 ………………………84

表目錄
表3.1 S參數與ABCD參數轉換表[18] ……………………………………14
參考文獻

[1]J. S. Logan, N. M. Mazza, and P. D. Davidse, ”Electrical characterization of Radio-Frequency Sputtering Gas Discharge”, J. Vac. Sci., Technol., Vol. 6, 1968.

[2]Dragan B.llic, “Impedance measurement as a diagnostic for plasma Reactor ”, Rev. Sci. Instrum., 52(10), Oct 1981.

[3]A.J. van Roosmalen, “Plasma parameter estimation from rf impedance measurements in a dry etching system”, Appl. Ohys. Lett., 42(5), 1 March 1983.

[4]Roger Patrick,Chii-Guang Lee,Steven E, HilliKer, and Ponald D, Moeller, ”Characterization of an aluminum etching process in an inductively coupled discharge using measurements of discharge impedance and current and voltage sensors”, J. Vac. Sci. Technal., A 15(3), May/Jun 1997.

[5]R. Payling, O. Bonnot, E. Fretel, O. Rogerieux, M. Aeberhard, J. Michler, T. Nelis, U. Hansen, A. Hartmann, P. Belenguer and P. Guillot, ”Modelling the RF source in GDOES”, J. Anal. At. Spectrom., 18, pp. 656-664, 2003.

[6]Leon P. Bakker, Gerrit M. W. Kroesen, and Frederik J. de Hoog, “RF Discharge Impedance Measurements Using a New Method to Determine the Stray Impedance”, Plasma science, IEEE Transactions on, Vol. 27, Issue 3, pp. 759-765, June 1999.

[7]Byungwhan Kim, ChangKeun Lee, ’’Monitoring plasma impedance match characteristics in a multipole inductively coupled plasma for process control”, J. Vac. Sci. Technol., A 18(1), Jan/Feb 2000.

[8]B.Andries, G. Ravel, L. Peccoud, “Electrical characterization of radio-frequency parallel plate capacitively coupled discharge”, J. Vac. Sci. Technol., A 7 (4), July/Aug 1989.

[9]K. Wüst, K. H. Groh, and H. W. Löb, ”Impedance measurements at rf plasmas in noble gases by use of the four-terminal network formalism”, Rev. Sci. Instrum., 63(4), April 1992.

[10]J.W. Butterbaugh, L.D Baston, and H. H.Sawin, ”Measurement and analysis of radio frequency glow discharge electrical Impedance and network power loss”, J. Vac. Sci. Technol., A8(2), Mar/Apr. 1990.

[11]Mark A. Sobolewski, ”Electrical characterization of radio-frequency discharges in the Gaseous Electronics Conference Reference cell”, J. Vac. Sci. Technol., A 10(6), Nov/Dec 1992.

[12]Christopher J. Cottee and Stephen R. Duncan, “Design of Matching Circuit Controllers for Radio-Frequency Heating”, Control Systems Technology, IEEE Transactions on, Vol. 11, Issue 1, pp. 91-100, 2003.

[13]S. E. Savas, D. E. Home, and R. W. Sadowski, “Dummy Load technique for power efficiency estimation in rf discharges”, Rev. Sci. Instrum., 57(7), July 1986.

[14]李孟儒, 「RF電漿源的功率匹配研究」, 國立東華大學電機工程研究所, 碩士論文, 2002.

[15]Louis E,and Frenzel Jr., RF Power for Industrial Applications, Prentice Hall, 2003.

[16]Ho-Jun Lee, II-Dong Yang , and Ki-Woong Whang, ”The effects of magnetic field on a planar inductively coupled argon plasma”, Plasma Sources Sci. Technol., 5, pp. 383-388, 1996.

[17]J. P. Rayner, A. D. Cheetham, and G. N. French, ”Radio frequency for helicon plasma sources”, J. Vac. Sci. Technol., A 14(A), Jul/Aug 1996.

[18]黃進芳, 微波工程, 五南出版, 2004.

[19]袁帝文, 王岳華, 謝孟翰, 王弘毅, 高頻通訊電路設計, 高立出版,民國89年.

[20]林昇甫, 洪成安, 神經網路入門與圖樣辨識, 全華科技圖書, 民國91年.

[21]趙清風, 控制之系統鑑別, 全華科技圖書,民國90年.

[22]International SEMATCH, ”Radio Frequency (RF) measurement and control project”, September 10, 1998.

[23]陳永平, 張浚林, 可變結構控制設計, 全華科技圖書,民國88年.

[24]Chun-Hsien Tsai,Hung-Yuan Chung, ”Neuro-sliding mode control with its application to seesaw system”, IEEE transaction on neural networks, Vol. 15, No. 1, Jan 2004.

[25]Meliksah Ertugrul, Okyay Kaynak, ”Neuro sliding mode control of robotic manipulators”, Advanced Robotics, ICAR '97 Proceedings, 8th International Conference, pp. 951-956, 7-9 July 1997.
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