[发明专利]一种阻抗匹配器、阻抗匹配方法和等离子体处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，具体而言，涉及一种阻抗匹配器、阻抗匹配方法。此外，本发明还涉及应用上述阻抗匹配器和/或方法的等离子体处理系统。 

背景技术

在典型的射频(RF)等离子体发生装置中，恒定输出阻抗(通常为50Ω)的RF发生器产生固定频率(通常为13.56MHz)的RF波，以向等离子体处理腔室提供RF功率，激发用于刻蚀或其他工艺的等离子体。一般来讲，等离子体处理腔室的非线性负载的阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗并不相等，故在RF发生器和等离子体处理腔室之间具有严重的阻抗失配，使得RF传输线上存在较大的反射功率，RF发生器产生的功率无法全部输送给等离子体处理腔室。为解决该问题，须在RF发生器和等离子体处理腔室之间插入阻抗匹配器，例如图1所示的自动阻抗匹配器。 

图1中，该阻抗匹配器包括传感器、控制器和执行机构，所述执行机构包括匹配网络中的可变阻抗元件和改变其阻抗的驱动装置。其中，传感器检测RF传输线上的电压、电流、前向功率、反向功率等相关参数，以提供匹配控制算法所需的输入量；控制器根据这些输入量实现匹配控制算法，并给出对应于执行机构的调整量；执行机构根据控制器给出的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，理想状态下，以使匹配网络的输入阻抗等于RF发生器的恒定输出阻抗，二者达到匹配。处于理想匹配状态时，RF传输线上的反射功率为零，RF发生器产生的功率可全部输送给等离子体处理腔室。 

在实际应用中，上述阻抗匹配器的执行机构中包含有诸如可调电阻的可变阻抗元件以及用以调整可变阻抗元件的电机，相应地，在  该阻抗匹配器的控制器中包含有电机驱动模块和微处理器，例如图2所示。图2中，该阻抗匹配器的控制器中包含微处理器μP、电机驱动芯片C1和外围电路。下面以驱动步进电机为例对图2所示电机驱动芯片C1的工作过程进行详细说明。 

通常，电机驱动芯片C1的工作状态可分为：睡眠状态、通电状态和运行状态等。 

其中，当电机驱动芯片C1处于睡眠状态时，电机驱动芯片C1没有输出，执行机构中的电机处于自由状态。此时，若电机不使用，则可降低电源消耗，并使很多内部电路失效，包括输出的MOSFET和调整器。若进入其他状态，在等待100μs后内部电路即可恢复正常。对于图2中的电机驱动芯片C1而言，当其参考电压(即，图2所示A点电压V_A)大于2V时，该电机驱动芯片C1即进入睡眠状态。 

当电机驱动芯片C1处于运行状态时，其接收来自微处理器μP的信号，例如脉冲信号、正反转信号等，并根据所述信号指示对步进电机进行控制，例如控制电机的转速和方向等。 

当电机驱动芯片C1处于通电状态时，控制器不向电机驱动芯片C1输出脉冲信号，此时电机不会转动，但电机上会有电流通过。 

在实际应用中，当电机驱动芯片C1工作在睡眠状态时，电机上没有电流通过，如果电机受到振动，将会产生位移，使被电机驱动的物体(例如，匹配网络中可调电阻的调节端)的位置发生变化，从而不利于阻抗匹配器及匹配过程的精确控制。而当电机驱动芯片C1工作在通电状态时，由于电机上有电流通过，电机易发热，如果时间过长会缩短电机的使用寿命，即缩短匹配器的使用寿命。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种阻抗匹配器以及一种阻抗匹配方法，其能够提高阻抗匹配的精度，并能够延长阻抗匹配器等部件的使用寿命。 

此外，本发明还提供一种应用上述阻抗匹配器和/或阻抗匹配方法的等离子体处理系统，其同样具有能够提高阻抗匹配的精度、延长 系统使用寿命等特点。 

为此，本发明提供一种阻抗匹配器，包括检测单元、控制单元和执行机构，所述检测单元用于检测射频传输线上的电压、电流、前向功率、反向功率，并将其输出至控制单元；所述控制单元根据来自检测单元的相应检测值执行匹配控制算法，并将由此得到的匹配网络中的阻抗调整量输入至执行机构；所述执行机构根据所述调整量对匹配网络中的阻抗进行调整，以减小射频传输线上的反射功率，使射频发生器产生的功率输送至等离子体处理腔室。其中，所述控制单元包括微处理器和执行机构驱动模块，所述微处理器根据工艺需要控制执行机构驱动模块进入相应的工作状态，所述工作状态包括睡眠状态、通电状态、运行状态和保持状态。 

其中，在所述执行机构驱动模块的电源端和参考电压端之间设置第一开关单元，在所述执行机构驱动模块的参考电压端和地之间设置第二开关单元，并且由微处理器控制所述第一开关单元和第二开关单元中的可控开关闭合或者断开。