專利名稱：實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法及射頻阻抗匹配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻抗匹配技術(shù)，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法及射頻阻抗匹 配系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在射頻等離子體發(fā)生裝置中，恒定輸出阻抗(通常為50Q )的RF (射頻)發(fā)生器產(chǎn)生 固定頻率(通常為13.56MHz)的RF波，向等離子體腔室提供RF功率，以激發(fā)用于工藝的等 離子體。 一般來講，等離子體腔室的非線性負(fù)載阻抗與RF發(fā)生器的恒定輸出阻抗并不相 等，故在RF發(fā)生器和等離子體腔室之間具有嚴(yán)重的阻抗失配，使得傳輸線上存在較大的反 射功率，RF發(fā)生器產(chǎn)生的功率無法全部輸送給等離子體腔室。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中將匹配器連接于射頻電源與反應(yīng)室之間，通過調(diào)節(jié)匹配器中 的可變電抗元件，能夠使得從匹配器輸入端向輸出端看去的阻抗等于射頻電源的輸出阻 抗，從而使得射頻電源的輸出功率能夠最多地傳送到反應(yīng)室中進(jìn)行等離子體激發(fā)。
現(xiàn)有技術(shù)中，通過檢測傳輸線上的電壓、電流以及電壓與電流的相位差等參數(shù)，并根 據(jù)這些參數(shù)可以計(jì)算出匹配器的輸入阻抗。然后，根據(jù)阻抗檢測器檢測的匹配器輸入阻 抗，得出幅度誤差和相位誤差，利用這兩種誤差信號來控制調(diào)諧元件，通過不斷地調(diào)整調(diào) 諧元件，使誤差信號降為零或很小，系統(tǒng)達(dá)到匹配狀態(tài)。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)調(diào)諧元件同時(shí)影響兩種誤差信號，即同時(shí)影響幅度 誤差和相位誤差。由于這種影響的存在，使調(diào)諧時(shí)間長，匹配過程緩慢，導(dǎo)致匹配系統(tǒng)不 可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種匹配過程迅速、可靠的實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法及射頻阻抗 匹配系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法，通過匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)射頻源與負(fù)載之間的阻抗匹配控制，將所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與所述射頻源的輸出導(dǎo)納進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果 對所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配控制。
本發(fā)明的射頻阻抗匹配系統(tǒng)，包括射頻源、負(fù)載，其特征在于，所述的射頻源通過匹 配網(wǎng)絡(luò)與所述負(fù)載連接，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括阻抗檢測器、控制器、可變阻抗器件，所述阻 抗檢測器檢測匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗，并換算出所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納，之后將所述輸入 導(dǎo)納傳輸給控制器；所述控制器與所述可變阻抗器件電連接。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法及射 頻阻抗匹配系統(tǒng)。由于將所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與所述射頻源的輸出導(dǎo)納進(jìn)行比較，并 根據(jù)比較的結(jié)果對所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配控制。匹配過程迅 速、匹配系統(tǒng)可靠。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)中的匹配器連接狀態(tài)示意圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法的電路原理圖3為本發(fā)明射頻阻抗匹配系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法，通過匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)射頻源與負(fù)載之間的阻抗匹配控 制，將所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與所述射頻源的輸出導(dǎo)納進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果對 所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配控制。
具體包括
步驟l、檢測匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗，并根據(jù)檢測值換算出所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納； 步驟2、將匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果調(diào)
整可變阻抗器件，對匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配控制。
匹配網(wǎng)絡(luò)包括與所述負(fù)載并聯(lián)的第一可變阻抗器件和與所述負(fù)載串聯(lián)的第二可變阻抗
器件。所述的步驟2中，將匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的實(shí)部和虛部單獨(dú)進(jìn)行
比較，并根據(jù)比較的結(jié)果對第一可變阻抗器件和第二可變阻抗器件進(jìn)行調(diào)整。可以采取兩
種方式-
一種是，首先根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的實(shí)部之間的誤差對第二 可變阻抗器件C2進(jìn)行調(diào)整；然后，根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的虛部之 間的誤差對第一可變阻抗器件C1進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)匹配控制；另一種是，根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的實(shí)部之間的誤差對第二可 變阻抗器件C1進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的虛部之間 的誤差對第一可變阻抗器件C2進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)匹配控制。
一個(gè)具體實(shí)施例，如圖3所示設(shè)等離子體裝置的等效阻抗為^
其中i 表示等離子體裝置的等效電阻，Z表示等效電感，Cl、 C2為可變電容。 匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗為<formula>formula see original document page 5</formula>(2)
則匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納為<formula>formula see original document page 5</formula>(3)
其中fl表示導(dǎo)納實(shí)部，6表示導(dǎo)納虛部
<formula>formula see original document page 5</formula>
(4)<formula>formula see original document page 5</formula>(5)
由上述表達(dá)式可以看出調(diào)整電容q不會(huì)影響匹配網(wǎng)絡(luò)輸入導(dǎo)納的實(shí)部。本發(fā)明實(shí)現(xiàn) 匹配控制的方法通過解耦控制算法，充分利用此特點(diǎn)，首先通過調(diào)整電容q使導(dǎo)納實(shí)部滿
足要求，然后再調(diào)整電容q使導(dǎo)納虛部滿足要求，因?yàn)檎{(diào)整q對導(dǎo)納實(shí)部無影響，當(dāng)導(dǎo)納
虛部調(diào)好后，系統(tǒng)便進(jìn)入匹配狀態(tài)。
所述解耦控制算法是，首先檢測匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納G，得到導(dǎo)納實(shí)部"和虛部6，
然后計(jì)算導(dǎo)納實(shí)部偏差 和虛部偏差^。(假定射頻源輸出阻抗為50Q ，則其輸出導(dǎo)納的 實(shí)部為0.02，虛部為0。)
<formula>formula see original document page 6</formula>(① 根據(jù)e。和^計(jì)算電容調(diào)整量A^、 Ae'
其中&和A為比例系數(shù)，為算法的可調(diào)參數(shù)。
方法一計(jì)算出電容調(diào)整量后，對電容G和q分開調(diào)整。先利用電容q調(diào)整導(dǎo)納實(shí)
部，待實(shí)部調(diào)整好后再利用電容q調(diào)整導(dǎo)納虛部。理論上，若依次完成匹配網(wǎng)絡(luò)輸入導(dǎo)納 實(shí)部調(diào)整和虛部調(diào)整的步驟，則阻抗自動(dòng)匹配完成。
方法二計(jì)算出電容調(diào)整量后，對電容e'和Q同時(shí)調(diào)整。電容q和q根據(jù)導(dǎo)納實(shí)部
偏差和虛部偏差同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，但此時(shí)電容^的調(diào)整將受到電容q的調(diào)整影響，而^的
調(diào)整不受^影響。在匹配器大部分的狀態(tài)下，兩個(gè)電容同時(shí)調(diào)整的阻抗匹配速度要快于電 容分開調(diào)整情況。
還可以修改(8)(9)兩式的參數(shù)^、 A，使其變?yōu)閷?dǎo)納實(shí)部和虛部的函數(shù)，完全校正 系統(tǒng)的非線性。
本發(fā)明通過解耦控制算法，采用導(dǎo)納實(shí)部和虛部誤差來控制調(diào)諧元件的調(diào)整，由于匹 配網(wǎng)絡(luò)輸入導(dǎo)納的實(shí)部和虛部與調(diào)諧元件間的特殊關(guān)系，串聯(lián)支路的調(diào)諧元件不受并聯(lián)支 路調(diào)諧元件的影響，當(dāng)串聯(lián)調(diào)諧元件調(diào)整好后，只要并聯(lián)調(diào)諧元件調(diào)整到相應(yīng)位置后，系 統(tǒng)則進(jìn)入匹配狀態(tài)。兩種誤差信號與兩調(diào)諧元件之間關(guān)系簡單，通過調(diào)整解耦算法中的一 些參數(shù)非常容易克服調(diào)諧元件與對應(yīng)誤差之間的非線性對應(yīng)關(guān)系。在各種狀態(tài)下，只要存 在阻抗匹配點(diǎn)，即可通過解耦控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)匹配，不存在不能完成阻抗匹配的點(diǎn)，算 法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)可靠。
本發(fā)明的射頻阻抗匹配系統(tǒng)，其較佳的具體實(shí)施方式
是，包括射頻源、負(fù)載，所述的 射頻源通過匹配網(wǎng)絡(luò)與負(fù)載連接，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括阻抗檢測器、控制器、可變阻抗器 件，所述阻抗檢測器檢測匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗，并換算出所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納，之后
將所述輸入導(dǎo)納傳輸給控制器；所述控制器與所述可變阻抗器件電連接，可變阻抗器件可
以連接有驅(qū)動(dòng)裝置，用于變換阻抗。通過匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)射頻源與負(fù)載之間的阻抗匹配。
如圖3所示，所述的負(fù)載為等離子體發(fā)生裝置的反應(yīng)腔室。也可以是其它的負(fù)載。 所述的可變阻抗器件包括與反應(yīng)腔室并聯(lián)的第一可變阻抗器件C1和與所述負(fù)載串聯(lián)的 第二可變阻抗器件C2。所述的可變阻抗器件可以是可變電阻、可變電容或可變電感等。也 可以采用多個(gè)可變阻抗器件并聯(lián)或串聯(lián)的形式，由控制器對可變阻抗器件進(jìn)行控制。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法，通過匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)射頻源與負(fù)載之間的阻抗匹配控制，其特征在于，將所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與所述射頻源的輸出導(dǎo)納進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果對所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法，其特征在于，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括 與所述負(fù)載并聯(lián)的第一可變阻抗器件和與所述負(fù)載串聯(lián)的第二可變阻抗器件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法，其特征在于，將匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入 導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的實(shí)部和虛部單獨(dú)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果對第一可變阻抗 器件和第二可變阻抗器件進(jìn)行調(diào)整。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的方法，其特征在于，首先根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)的輸 入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的實(shí)部之間的誤差對第二可變阻抗器件進(jìn)行調(diào)整；然后，根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的虛部之間的誤差對第一可變阻抗器件進(jìn)行調(diào) 整，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配控制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的方法，其特征在于，根據(jù)匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo) 納與射頻源的輸出導(dǎo)納的實(shí)部之間的誤差對第二可變阻抗器件進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，根據(jù)匹配 網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納的虛部之間的誤差對第一可變阻抗器件進(jìn)行調(diào)整，實(shí) 現(xiàn)阻抗匹配控制。
6、 一種射頻阻抗匹配系統(tǒng)，包括射頻源、負(fù)載，其特征在于，所述的射頻源通過匹 配網(wǎng)絡(luò)與所述負(fù)載連接，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括阻抗檢測器、控制器、可變阻抗器件，所述阻 抗檢測器檢測匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗，并換算出所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納，之后將所述輸入 導(dǎo)納傳輸給控制器；所述控制器與所述可變阻抗器件電連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的射頻阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述的可變阻抗器件包括 與所述負(fù)載并聯(lián)的第一可變阻抗器件和與所述負(fù)載串聯(lián)的第二可變阻抗器件。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的射頻阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述的負(fù)載為等離子 體發(fā)生裝置的反應(yīng)腔室。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的射頻阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述的可變阻抗器件 為可變電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)射頻阻抗匹配的方法及射頻阻抗匹配系統(tǒng)，將匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納與射頻源的輸出導(dǎo)納進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果對所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配控制。阻抗檢測器檢測匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納，控制器采用導(dǎo)納實(shí)部和虛部誤差來控制調(diào)諧元件的調(diào)整，利用匹配網(wǎng)絡(luò)輸入導(dǎo)納的實(shí)部和虛部與調(diào)諧元件間的特殊關(guān)系，串聯(lián)支路的調(diào)諧元件不受并聯(lián)支路調(diào)諧元件的影響，可以分別進(jìn)行調(diào)整，可通過解耦控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)阻抗匹配，算法簡單、容易實(shí)現(xiàn)，匹配過程迅速、匹配系統(tǒng)可靠。
文檔編號H01J37/00GK101374381SQ20071012049
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者徐文立, 輝 李, 曄 武, 寧 王, 王煥鋼, 申浩南 申請人:清華大學(xué);北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司