阻抗测量元件、阻抗匹配器、射频电源及半导体工艺设备制造技术

本申请提供一种阻抗测量元件、阻抗匹配器、射频电源及半导体工艺设备，该阻抗测量元件应用于射频传输线路，包括数据采集单元、数据处理单元及阻抗计算单元，其中，数据采集单元用于采集射频传输线路的电压数据、电流数据、前向功率数据及反射功率数据；数据处理单元分别与数据采集单元和阻抗计算单元连接，用于对电压数据、电流数据、前向功率数据及反射功率数据进行数据处理，以得到电压波与电流波的幅值信号、相位信号及功率反射系数信号；阻抗计算单元用于根据幅值信号、相位信号及功率反射系数信号确定射频传输线路的阻抗。应用本申请，其测量精度较高，响应时间较短，且成本较低。

【技术实现步骤摘要】
阻抗测量元件、阻抗匹配器、射频电源及半导体工艺设备
本专利技术涉及电子元器件
，具体地，涉及一种阻抗测量元件、阻抗匹配器、射频电源及半导体工艺设备。
技术介绍
阻抗匹配器是微波电子学里的一部分，主要用于传输线缆上，来达到使所有高频的微波信号皆能传至负载点，不会有信号反射回源点的目的，从而提升能源效益。而阻抗匹配器的一个核心装置为阻抗测量元件，而阻抗测量元件主要是应用阻抗测量技术，通过传感器采集负载上的电压波信号和电流波信号，经过信号的幅值、相位等信息计算并输出负载的阻抗。随着阻抗测量技术在半导体行业的不断发展和应用，对测量精度、响应时间等参数的要求也在日益提升。而影响阻抗测量精度和响应时间等参数的因素包括传感器的采样精度、采样频率、计算方法等。但是，对于射频领域，现有的阻抗测量元件的阻抗计算模型对电压的幅值信号、电流的幅值信号的精度要求较高，当电压的幅值信号、电流的幅值信号稍有偏差，则大幅度降低阻抗测量的精度、响应时间等。而提高阻抗测量的精度、响应时间等参数往往需要较高的成本。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种阻抗测量元件、阻抗匹配器、射频电源及半导体工艺设备，其测量精度较高，响应时间较短，且成本较低。为实现本专利技术的目的，第一方面提供一种阻抗测量元件，应用于射频传输线路，包括数据采集单元、数据处理单元及阻抗计算单元，其中，所述数据采集单元用于采集所述射频传输线路的电压数据、电流数据、前向功率数据及反射功率数据；<br>所述数据处理单元分别与所述数据采集单元和所述阻抗计算单元连接，用于对所述电压数据、所述电流数据、所述前向功率数据及所述反射功率数据进行数据处理，以得到电压波与电流波的幅值信号、相位信号及功率反射系数信号；所述阻抗计算单元用于根据所述幅值信号、所述相位信号及所述功率反射系数信号确定所述射频传输线路的负载阻抗。可选地，所述数据采集单元包括串联在所述射频传输线路上的电压感应器件、电流感应器件及定向耦合器件；所述电压感应器件用于采集所述射频传输线路的所述电压数据；所述电流感应器件用于采集所述射频传输线路的所述电流数据；所述定向耦合器件用于采集所述射频传输线路的所述前向功率数据和所述反射功率数据。可选地，所述定向耦合器件包括辅传输线路及耦合结构；所述辅传输线路的两端分别连接在所述射频传输线路上，用于与所述射频传输线路共同传输射频功率；所述耦合结构设置在所述辅传输线路的两侧，用于耦合所述前向功率数据和所述反射功率数据。可选地，所述耦合结构包括对称设置在所述辅传输线路两侧的第一耦合件和第二耦合件；所述第一耦合件包括第一耦合本体和第一匹配电阻，所述第一耦合本体用于定向耦合出所述射频传输线路的前向功率，所述第一匹配电阻用于匹配出所述前向功率的电压数据；所述第二耦合件包括第二耦合本体和第二匹配电阻，所述第二耦合本体用于定向耦合出所述射频传输线路的反射功率，所述第二匹配电阻用于匹配出所述反射功率的电压数据。可选地，所述电压感应器件包括第一电容元件和第二电容元件，所述第一电容元件和第二电容元件串联，所述第一电容元件用于与所述射频传输线路之间形成第一电容，所述第二电容元件形成第二电容，所述第二电容的电容值大于所述第一电容的电容值，以降低所述第一电容的分担的电压；所述电压感应器件用于获取所述第一电容的分压以采集所述射频传输线路的所述电压数据。可选地，所述电流感应器件包括环绕所述射频传输线路的磁性件和缠绕在所述磁性件上的感应线圈，所述磁性件和所述感应线圈用于感应所述射频传输线路的所述电流数据。可选地，所述数据处理单元包括第一处理模块和第二处理模块，所述第一处理模块用于对所述电压数据和所述电流数据进行数据处理，分别得到电压波与电流波的幅值信号和相位信号；所述第二处理模块用于对所述前向功率数据和所述反射功率数据进行数据处理，以得到功率反射系数信号。可选地，所述第二处理模块包括第一子处理模块和第二子处理模块，所述第一子处理模块用于对所述前向功率数据和所述反射功率数据进行数据处理，以得到功率反射系数模拟信号，第二子处理模块用于分别将所述相位信号和所述功率反射系数模拟信号进行数字化处理，以将所述相位信号转化为数字式的相位信号和将所述功率反射系数模拟信号转化为数字式的功率反射系数信号。可选地，所述第一子处理模块包括除法器、乘法器及整流电路中的任意一者。可选地，所述第一处理模块包括幅值处理模块和相位处理模块；所述幅值处理模块包括：两个整流器，分别用于对所述电压数据和所述电流数据进行过整流；求和电路，用于对经过两个所述整流器整流后的结果进行求和；校准器，用于对经过所述求和电路求和后的结果进行校准；放大电路，用于对经过所述校准器校准后的结果进行信号放大；和/或所述相位处理模块包括：两个过零比较器，用于分别对所述电压数据和所述电流数据进行过零比较；整流器，用于对经过两个所述过零比较器比较后的结果进行整流；校准器，用于对经过所述整流器整流后的结果进行校准；放大电路，用于对经过所述校准器校准后的结果进行信号放大。为实现本专利技术的目的，第二方面提供一种阻抗匹配器，包括阻抗测量元件和阻抗匹配元件，所述阻抗测量元件为第一方面所述阻抗测量元件。为实现本专利技术的目的，第三方面提供一种射频电源，包括电源主体和阻抗匹配器，所述阻抗匹配器为第二方面所述的阻抗匹配器。为实现本专利技术的目的，第四方面提供一种半导体工艺设备，包括设备主体和为所述设备主体供电的射频电源，所述射频电源为第三方面所述的射频电源本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的阻抗测量元件，不仅采集射频传输线路的电压数据和电流数据，还采集前向功率数据及反射功率数据后，并通过电压数据和电流数据得到电压波与电流波的幅值信号和电压波与电流波的相位信号，通过前向功率数据和反射功率数据得到反射系数信号，继而可根据幅值信号、相位信号和反射系数信号计算得到射频传输线路的负载阻抗的具体值。由于阻抗的模只与功率反射系数相关，而功率反射系数又取决于反射功率数据和前向功率数据的比值，所以，阻抗的模精度只取决于反射功率数据和前向功率数据的比值(实际应用时反应为两个电压的比值)，相比现有技术，可将采集数据的不确定度从两个(电压的幅值信号、电流的幅值信号)降低至一个(反射功率数据和前向功率数据的比值)，降低了影响阻抗精度的因素，从而可以提高测量的阻抗的模精度；且数据采集单元中，只需提高前向功率数据及反射功率数据的精度(前向功率数据的精度往往与反射功率数据的精度一致)，便可大大提高测量的阻抗的模精度，相对成本较低，较容易实现。同时由于只需要电压波和电流波的正负，所以只需采集电压和电流的正负即可完成阻抗的计算，即对电压数据和电流数据的精度要求极低，可采用制作简单，成本较低的元器件完成数据采集，且数据处理简单，速度较快，响应时间较短。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻抗测量元件，应用于射频传输线路，其特征在于，包括数据采集单元、数据处理单元及阻抗计算单元，其中，/n所述数据采集单元用于采集所述射频传输线路的电压数据、电流数据、前向功率数据及反射功率数据；/n所述数据处理单元分别与所述数据采集单元和所述阻抗计算单元连接，用于对所述电压数据、所述电流数据、所述前向功率数据及所述反射功率数据进行数据处理，以得到电压波与电流波的幅值信号、相位信号及功率反射系数信号；/n所述阻抗计算单元用于根据所述幅值信号、所述相位信号及所述功率反射系数信号确定所述射频传输线路的负载阻抗。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻抗测量元件，应用于射频传输线路，其特征在于，包括数据采集单元、数据处理单元及阻抗计算单元，其中，
所述数据采集单元用于采集所述射频传输线路的电压数据、电流数据、前向功率数据及反射功率数据；
所述数据处理单元分别与所述数据采集单元和所述阻抗计算单元连接，用于对所述电压数据、所述电流数据、所述前向功率数据及所述反射功率数据进行数据处理，以得到电压波与电流波的幅值信号、相位信号及功率反射系数信号；
所述阻抗计算单元用于根据所述幅值信号、所述相位信号及所述功率反射系数信号确定所述射频传输线路的负载阻抗。


2.根据权利要求1所述的阻抗测量元件，其特征在于，所述数据采集单元包括串联在所述射频传输线路上的电压感应器件、电流感应器件及定向耦合器件；
所述电压感应器件用于采集所述射频传输线路的所述电压数据；
所述电流感应器件用于采集所述射频传输线路的所述电流数据；
所述定向耦合器件用于采集所述射频传输线路的所述前向功率数据和所述反射功率数据。


3.根据权利要求2所述的阻抗测量元件，其特征在于，所述定向耦合器件包括辅传输线路及耦合结构；
所述辅传输线路的两端分别连接在所述射频传输线路上，用于与所述射频传输线路共同传输射频功率；所述耦合结构设置在所述辅传输线路的两侧，用于耦合所述前向功率数据和所述反射功率数据。


4.根据权利要求3所述的阻抗测量元件，其特征在于，所述耦合结构包括对称设置在所述辅传输线路两侧的第一耦合件和第二耦合件；
所述第一耦合件包括第一耦合本体和第一匹配电阻，所述第一耦合本体用于定向耦合出所述射频传输线路的前向功率，所述第一匹配电阻用于匹配出所述前向功率的电压数据；
所述第二耦合件包括第二耦合本体和第二匹配电阻，所述第二耦合本体用于定向耦合出所述射频传输线路的反射功率，所述第二匹配电阻用于匹配出所述反射功率的电压数据。


5.根据权利要求2所述的阻抗测量元件，其特征在于，所述电压感应器件包括第一电容元件和第二电容元件，所述第一电容元件和第二电容元件串联，所述第一电容元件用于与所述射频传输线路之间形成第一电容，所述第二电容元件形成第二电容，所述第二电容的电容值大于所述第一电容的电容值，以降低所述第一电容的分担的电压；
所述电压感应器件用于获取所述第一电容的分压以采集所述射频传输线路的所述电压数据。


6.根据权利要求2所述的阻抗测量元件，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周航，李光健，陈虹，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11