一种射频阻抗自动匹配的方法技术

本发明专利技术提出了一种射频阻抗自动匹配的方法，首先根据事先生成的模糊控制规则表，反复调整第二可变电抗元件的阻抗，直到匹配网络输入导纳实部偏差的模糊量为零；然后根据模糊控制规则表，反复调整第一可变电抗元件的阻抗，直到匹配网络输入导纳虚部偏差的模糊量为零。其中，模糊控制规则表以匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入导纳虚部偏差的模糊量为输入参量，以第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的阻抗调整量的模糊量为输出参量，匹配网络输入导纳实部偏差的大小仅受第二可变电抗元件的阻抗的影响，利用上述特点，本发明专利技术有效解决了阻抗自动匹配过程中的控制耦合问题，并具有模糊控制规则表易于实现的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子技术，特别是涉及。
技术介绍
在典型的射频等离子体发生装置中，恒定输出阻抗(通常为50Q )的射 频发生器产生固定频率(通常为13.56MHz)的射频波，向等离子体反应室 提供射频功率，以将等离子体反应室内的气体激发为用于刻蚀或其他工艺的 等离子体。通常，等离子体反应室的非线性负载的阻抗与射频发生器的恒定 输出阻抗并不相等，因此在射频发生器和等离子体反应室之间存在严重的阻 抗失配，使得射频传输线上存在较大的反射功率，射频发生器产生的功率无 法全部输送给等离子体腔室。为解决上述问题，如图l所示，需要在射频发生器11和等离子体反应 室13之间插入阻抗匹配器。该阻抗匹配器12由传感器121、控制器122和 执行机构123三部分组成，其中执行机构123包括匹配网络中的可变电抗元 件和用于改变可变电抗元件阻抗的驱动装置。传感器121检测射频传输线上 的电压、电流、前向功率、反向功率等相关参数，提供阻抗匹配控制方法所 需的输入量；控制器122根据输入量以及事先确定的匹配控制方法，给出可 变电抗元件的调整量；执行机构123根据控制器122给出的调整量改变可变 电抗元件的阻抗值，从而使得匹配网络的输入阻抗等于射频发生器11的恒 定输出阻抗，二者达到匹配。此时，射频传输线上的反射功率为零，射频发 生器产生的功率全部输送给了等离子体反应室13。现有4支术中实现阻抗自动匹配的方法通常利用与匹配网络的输入阻抗 模值相关的误差信号lzl .和与匹配网络的输入阻抗相角相关的误差信号电抗元件的阻抗值，以实现阻抗匹配。图2为典型的射频等离子体发生装置的匹配网络示意图，其中，RF表示射频发生器，Rg表示射 频发生器的输出电阻，C,. C2为两个可变电容，分别表示执行机构的第一可 变电抗元件和第二可变电抗元件，Zi表示等离子体反应室的阻抗，力由阻抗 实部R和阻抗虚部L构成，Z表示箭头指示方向的匹配网络输入阻抗；上述 匹配网络的输入阻抗冲莫值IZ卜输入阻抗相角^以及误差信号lzL附、|《證可以分别利用公式(1) ~ (4)计算得出<formula>formula see original document page 5</formula>(4)其中，w为角频率；z。为常量，表示阻抗匹配时的匹配网络的输入阻抗 的标准值，该值由射频发生器的恒定输出阻抗决定。在采用模糊控制方法实现阻抗自动匹配的方法中，首先由公式(3)、 (4) 得到|2|和l刮的值并对lzj 和l叫进行"模糊化，，，离散的误差信号被转化成在相互交叠的正大、正中、零、负大、负中五个模糊域中的相应的 隶属度；然后利用人工控制经验和调整策略设计出模糊控制规则；根据模糊 控制规则得到"模糊的"可变阻抗元件的调整量，解模糊后得到可变电抗 元件的调整量；当lzl 和,均为零时，即认为系统达到阻抗匹配。在上述方法中，根据lzL和庐L的计算公式，可以看出lzL和一L均同时受可变电抗元件C1、 C2阻抗值的变化影响，因而存在可变电抗元件调整 过程中可变电抗元件间相互影响的强耦合问题，尤其是当阻抗幅度和相位偏 差较大时，可变电阻元件的误动作几率大，可能会出现单个或两个可变电抗 元件反复调整的问题。另外，由于设计模糊控制规则所需要的人工控制阻抗 匹配的经验和调整策略是通过大量实验、数据分析计算得到的，因此没有丰 富的经验，通过"试凑"设计出有效的模糊控制规则难度较大。由此可见，传统的采用模糊控制方法实现阻抗匹配的方法存在模糊控弟'J 规则设计难度大以及调整过程中的强耦合等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供， 该方法易于实现，且能够克服强耦合问题。为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案为 ，主要包括以下步骤a、 根据事先生成的模糊控制规则表，反复调整第二可变电抗元件的阻抗， 直到匹配网络输入导纳实部偏差的模糊量为零；其中，所述模糊控制规则表以匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入 导纳虚部偏差的模糊量为输入参量，以第一可变电抗元件和第二可变电抗元件 的阻抗调整量的模糊量为输出参量，所述匹配网络输入导纳实部偏差的大小受 第二可变电抗元件的阻抗的影响，而不受第一可变电抗元件的阻抗的影响；b、 根据事先生成的模糊控制规则表，反复调整第一可变电抗元件的阻抗， 直到匹配网络输入导纳虚部偏差的模糊量为零。如上所述的方法中，所述模糊控制规则表的生成方法为按照事先确定的规则，分别将匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入导纳虚部偏差的取值范围划分为不同的模糊域；根据匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入导纳虚部偏差与每个可变电抗元件的阻抗的关系，确定匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入导纳虚部偏差在模糊域上的每个组合所对应的第一可变电抗元件和第二可变电抗元 件的阻抗调整量的模糊量，所述第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的阻抗 调整量的模糊量满足使导纳实部偏差和导纳虚部偏差趋向为零的要求。如上所述的方法中，所述步骤a包括以下步骤al、计算匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入导纳虛部偏差，并将 匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入导纳虚部偏差模糊化；a2、判断匹配网络输入导纳实部偏差的模糊量是否为零，如果为零则处理 流程进入步骤b，否则进入步骤a3;a3、查询模糊控制规则表，以匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入 导纳虚部偏差的模糊量为输入参量，得到相对应的第二可变电抗元件的阻抗调 整量的模糊量；a4、对第二可变电抗元件的阻抗调整量的模糊量进行解模糊，得到第二可 变电抗元件的阻抗调整量；a5 、根据第二可变电抗元件的阻抗调整量调整第二可变电抗元件的阻抗， 返回步骤al。如上所述的方法中，所述步骤b包括以下步骤bl、判断匹配网络输入导纳虚部偏差的模糊量是否为零，如果为零则结束 处理流程，否则进入步骤b2;b2、查询模糊控制规则表，以匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入 导纳虚部偏差的模糊量为输入参量，得到相对应的第一可变电抗元件的阻抗调 整量的模糊量；b3、对第一可变电抗元件的阻抗调整量的模糊量进行解模糊，得到第一可变电抗元件的阻抗调整量；b4、根据第一可变电抗元件的阻抗调整量，调整第一可变电抗元件的阻抗； b5、计算调整后的匹配网络输入导纳虚部偏差，并将匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网络输入导纳虚部偏差模糊化，返回步骤b本专利技术通过以导纳实部偏差和导纳虚部偏差为输入参量设计模糊控制规则，解决了调整过程中可变阻抗元件间相互影响产生的控制耦合问题；本专利技术利用模糊控制思想，根据导纳实部偏差和导纳虚部偏差与各个可 变电抗元件的阻抗的关系，直接获得各个可变电抗元件的阻抗调整量的模糊 量，从而设计出模糊控制规则表。通过上述方法，模糊控制规则表中各个可 变电抗元件的阻抗调整量的模糊量不必通过反复试验才能得出，因此本专利技术 具有模糊控制规则设计简单，方法易于实现的优,泉。附图说明图1为阻抗匹配器原理示意图。图2为典型的射频等离子体发生装置的匹配网络示意图。图3为本专利技术的射频阻抗自动匹配流程图。图4为本专利技术实施例一的射频阻抗自动匹配流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体 实施例对本专利技术作进 一 步地详细描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频阻抗自动匹配的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：　ａ、根据事先生成的模糊控制规则表，反复调整第二可变电抗元件的阻抗，直到匹配网络输入导纳实部偏差的模糊量为零；　其中，所述模糊控制规则表以匹配网络输入导纳实部偏差和匹配网 络输入导纳虚部偏差的模糊量为输入参量，以第一可变电抗元件和第二可变电抗元件的阻抗调整量的模糊量为输出参量，所述匹配网络输入导纳实部偏差的大小受第二可变电抗元件的阻抗的影响，而不受第一可变电抗元件的阻抗的影响；　ｂ、根据事先生成的模糊控 制规则表，反复调整第一可变电抗元件的阻抗，直到匹配网络输入导纳虚部偏差的模糊量为零。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王一帆，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]