[发明专利]射频自动阻抗匹配方法及射频自动阻抗匹配器

说明书

技术领域

本发明涉及阻抗匹配技术，特别涉及一种射频自动阻抗匹配方法及射频自动阻抗匹配器。

背景技术

在典型的射频(RF，Radio Frequency)等离子体发生装置中，恒定输出阻抗的RF发生器产生固定频率的RF波，为等离子体腔室提供RF功率，以激发产生用于刻蚀或用于其它工艺的等离子体。其中，RF发生器的恒定输出阻抗通常为50Ω，产生的固定频率通常为13.56MHz。通常情况下，等离子体腔室的非线性负载阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗并不相等，所以，在RF发生器与等离子体腔室之间会存在比较严重的阻抗失配，从而使得位于RF发生器与等离子体腔室之间的RF传输线上存在较大的反射功率，造成RF发生器产生的功率无法全部输送给等离子体腔室。

为解决这一问题，现有技术中在RF发生器与等离子体腔室之间设置一个射频自动阻抗匹配器，如图1所示，图1为现有射频自动阻抗匹配器组成结构示意图。由图1可见，该射频自动阻抗匹配器主要由传感器、控制器以及执行机构三部分组成；其中的执行机构中进一步包括匹配网络中的可变阻抗元件以及改变可变阻抗元件值的驱动装置。这里所提到的匹配网络是指由可变阻抗元件，通常为两个，以及等离子体腔室的非线性负载阻抗组成的网络。传感器检测位于射频自动阻抗匹配器与RF发生器之间的RF传输线上的电压、电流、前向功率以及反向功率等参数，为控制器提供匹配控制算法所需的输入量。该输入量通常是根据电压、电流、前向功率以及反向功率等参数进一步计算出的参数。其中，反向功率即前面所介绍的反射功率。同时，传感器还用于检测匹配 网络的输入阻抗，输出给控制器。控制器根据传感器提供的输入量以及匹配网络的输入阻抗，通过某种匹配控制算法，计算出可变阻抗元件的调整量，并输出给执行机构中的驱动装置。驱动装置根据接收自控制器的调整量改变可变阻抗元件的阻抗，从而使得匹配网络的输入阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗相等，即达到阻抗匹配。这样，RF传输线上的反射功率为零，RF发生器产生的功率全部输送到了等离子体腔室。

其中，控制器所采用的匹配控制算法可根据匹配网络的拓扑结构以及可变阻抗元件的电气特性确定。传统的阻抗匹配算法中，控制器根据传感器检测出的RF发生器的恒定输出阻抗与匹配网络的输入阻抗之间的误差信号，按照预定方式计算出匹配网络中的可变阻抗元件的调整量。其中，RF发生器的恒定输出阻抗可由传感器根据检测到的电压、电流等参数计算得出，并作为输入量发送给控制器。上述调整量可以是误差信号与预先设定的系数的乘积，然后由驱动装置根据该调整量调整匹配网络中可变阻抗元件的阻抗。控制器不断重复“检测-计算-调节”的过程，直到传感器检测出的误差信号满足一定要求，比如，小于预先设定的阈值，则认为系统达到匹配。

但是，采用传统匹配控制算法得到的调整量只是一个大概的调整趋势，并不是一个准确数值，比如，可能只是前面所提到的误差信号与预先设定的系数的乘积。所以，采用传统的匹配控制算法进行阻抗匹配时，需要耗费的时间较长，匹配速度慢。

发明内容

本发明实施例提供一种射频自动阻抗匹配器，应用该设备能够快速完成阻抗匹配。

本发明实施例提供一种射频自动阻抗匹配方法，应用该方法能够快速完成阻抗匹配。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种射频自动阻抗匹配器，该射频自动阻抗匹配器包括：第一传感器、控制器以及执行机构；

所述第一传感器，用于检测匹配网络的输入阻抗以及RF发生器的输出阻抗，并发送给所述控制器；

所述控制器，用于获取预先确定的等离子体腔室的等效阻抗、各可变阻抗元件的阻抗以及所述匹配网络的输入阻抗之间的建模关系，并获取所述匹配网络中当前各可变阻抗元件的阻抗，根据所述建模关系、所述当前各可变阻抗元件的阻抗以及所述第一传感器发送来的所述匹配网络的输入阻抗，计算所述等离子体腔室的等效阻抗；并用所述第一传感器发送来的所述RF发生器的输出阻抗作为阻抗匹配时所述建模关系中的所述匹配网络的输入阻抗，根据所述建模关系、所述RF发生器的输出阻抗以及所述等离子体腔室的等效阻抗，计算阻抗匹配时各可变阻抗元件的阻抗；根据所述阻抗匹配时各可变阻抗元件的阻抗以及所述当前各可变阻抗元件的阻抗的差值计算各调整量，并将所述各调整量发送给所述执行机构；

所述执行机构，用于根据接收自所述控制器的各调整量，将所述当前各可变阻抗元件的阻抗调整为所述阻抗匹配时各可变阻抗元件的阻抗。

一种射频自动阻抗匹配方法，该方法包括：