一种基于VI探测器的阻抗匹配器的制作方法

一种基于vi探测器的阻抗匹配器
技术领域
1.本实用新型涉及射频信号功率测量装置领域，特别是涉及一种基于vi探测器的阻抗匹配器。


背景技术：

2.射频电源是半导体加工领域刻蚀、光刻和真空镀膜等工艺中核心零部件之一，主要用来产生高频高压电场激发等离子体，进而用于等离子体化学气相沉积、晶片刻蚀、清洗和高能激光产生等工艺步骤。射频电源与一般的直流电源和交流电源的区别在于，能产生更高频的电流信号，为更宽范围的物质提供电离。但是射频也具有其独特的特性，在输出端负载阻抗不匹配的情况下，输出的射频电流会反射回到发射端，导致能量无法输入到电离场中，同时，反射的电流会进入射频功率产生系统，导致热量急剧升高，烧毁设备。
3.因此，射频电源所要解决的首要问题，就是负载端的阻抗匹配。在传统的射频电源自动阻抗匹配器中，通常采用双定向检波器检测负载端的反射功率，而自动匹配的过程就是采用闭环控制算法(例如pid算法)驱动电机转动匹配器中的真空电容，使检测到的负载端反射功率达到最小的那一点，即完成阻抗自动匹配任务。这个过程需要驱动电机转过匹配器中真空电容的近乎整个容值范围才能找到最匹配的阻抗，通常需要3-4s，阻抗匹配速度较慢。且自动阻抗匹配器所能匹配的范围有限，通常不能达到完美的阻抗匹配，阻抗匹配的精准度也受到影响。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供一种基于vi探测器的阻抗匹配器，提升阻抗匹配的可控性和速度。
5.本实用新型提供一种基于vi探测器的阻抗匹配器；包括：vi探测器、数据采集及处理单元、阻抗匹配模块和调节单元；
6.vi探测器测量负载端的特征阻抗值；
7.所述数据采集及处理单元根据所述特征阻抗值计算所述阻抗匹配模块需达到的目标阻抗值，并根据所述阻抗值下达编码指令至所述调节单元；
8.所述调节单元根据所述编码指令控制所述阻抗匹配模块达到目标阻抗值。
9.进一步的，所述阻抗匹配模块包括：至少一个可变真空电容和可变电感。
10.进一步的，所述调节单元包括至少一个步进电机，任一所述步进电机根据所述编码指令调节任一所述可变真空电容的电容值。
11.进一步的，所述调节单元包括至少一个步进电机，任一所述步进电机根据所述编码指令调节任一所述可变真空电容的电容值。
12.进一步的，所述vi探测器还与所述数据采集及处理单元相连；
13.所述射频输入信号通入所述vi探测器进行所述特征阻抗值的测量后，输入至所述阻抗匹配模块，完成阻抗匹配后输出。
14.进一步的，所述数据采集及处理单元包括fpga处理器。
15.进一步的，所述vi探测器中包括耦合腔、运算放大及模数转换单元、数据处理单元和耦合器；
16.所述耦合腔将射频输入信号传递至所述耦合器内，所述耦合器根据所述射频输入信号生成耦合信号，并将所述耦合信号传递至所述运算放大及模数转换单元，所述运算放大及模数转换单元采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行运算放大及模数转化后，将所述耦合信号传输至所述数据处理单元进行数据处理，得到所述负载端的特征阻抗值。
17.进一步的，快速阻抗匹配器内还设有散热单元。
18.进一步的，快速阻抗匹配器内还设有供电接口。
19.进一步的，快速阻抗匹配器内还设有通信接口。
20.相比于现有技术，本实用新型至少具有以下有益效果：
21.本实用新型通过vi探测器测量负载端的特征阻抗值，数据采集及处理单元根据特征阻抗值计算阻抗匹配模块需达到的目标阻抗值，并控制调节单元控制阻抗匹配模块达到目标阻抗值，使得负载端的特征阻抗值与阻抗匹配模块内的的阻抗叠加到50ω，实现阻抗匹配。通过数据采集及处理单元计算出精准的阻抗值，提高阻抗匹配的精准度。此外，数据采集及处理单元能够计算出调节匹配器的最佳匹配容值，并直接驱动电机达到目标容值，无需大量尝试的过程，实现毫秒级别的阻抗匹配，提高阻抗匹配的速率。
附图说明
22.图1为本实用新型一实施例中的基于vi探测器的阻抗匹配器的结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合示意图对本实用新型的一种基于vi探测器的阻抗匹配器的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。
24.在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
25.本实施提供一种基于vi探测器的阻抗匹配器，请参考图1，包括：
26.vi探测器：测量负载端的特征阻抗值；
27.数据采集及处理单元：根据所述特征阻抗值计算阻抗匹配模块需达到的目标阻抗值，并根据所述阻抗值下达编码指令至调节单元；
28.所述调节单元根据所述编码指令控制所述阻抗匹配模块达到目标阻抗值。
29.具体的，所述vi探测器中包括耦合腔、运算放大及模数转换单元、数据处理单元和耦合器；
30.所述耦合腔将射频输入信号传递至所述耦合器内，所述耦合器根据所述射频输入信号生成耦合信号，并将所述耦合信号传递至所述运算放大及模数转换单元，所述运算放大及模数转换单元采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行运算放大及模数转化后，将
所述耦合信号传输至所述数据处理单元进行数据处理，得到所述负载端的特征阻抗值。
31.所述射频输入信号通入所述vi探测器进行所述特征阻抗值的测量后，输入至所述阻抗匹配模块，完成阻抗匹配后输出。
32.进一步的，所述vi探测器还可以采集包括射频输入信号电压、电流、功率和电压驻波比等参数。
33.此外，所述数据采集及处理单元根据所述特征阻抗值计算阻抗匹配模块需达到的目标阻抗值，使得特征阻抗值与目标阻抗值两相叠合后达到50ω，实现阻抗匹配，另外，在所述数据采集及处理单元内存储有预先校准的阻抗匹配模块的阻抗值，并同时存储有步进电机编码数据，二者在数据采集及处理单元内一一对应，在所述数据采集及处理单元内形成校准表，即，当计算得到阻抗可变部分的值以后，可以直接在数据采集及处理单元内查到对应的步进电机编码数据并直接控制步进电机使得阻抗匹配单元达到目标阻抗值。
34.在一具体示例中，所述数据采集及处理单元包括：fpga处理器((field-programmable gate array，现场可编程门阵列)，fpga有较强的数据处理能力，使用fpga进行数据的计算、处理及阻抗值的检测，代替了传统的定向耦合器，提高了检测的精准性。
35.进一步的，所述阻抗匹配模块中包括：至少一个可变真空电容和可变电感。需要调节可变真空电容使得阻抗匹配模块达到目标阻抗值。
36.因此，需要在阻抗匹配器内设置至少一个步进电机调节所述可变真空电容值，以实现阻抗匹配。
37.此外，所述快速阻抗匹配器内还包括散热单元、供电接口和通信接口。
38.具体的，供电电压通入供电接口，完成对快速阻抗匹配器的供电，通信接口用于连接外部终端设备，完成与外部终端设备的通信。散热单元对进行散热，保证了放大滤波器工作在正常的温度范围内。
39.本实施例通过vi探测器测量负载端的特征阻抗值，数据采集及处理单元根据特征阻抗值计算阻抗匹配模块需达到的目标阻抗值，并控制调节单元控制阻抗匹配模块达到目标阻抗值，使得负载端的特征阻抗值与阻抗匹配模块内的的阻抗叠加到50ω，实现阻抗匹配。通过数据采集及处理单元计算出精准的阻抗值，提高阻抗匹配的精准度，此外，数据采集及处理单元能够通过理论公式计算调节匹配器的最佳匹配容值，直接驱动电机达到目标容值，无需大量尝试的过程，实现毫秒级别的阻抗匹配，极大提高阻抗匹配速率。
40.本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，包括：vi探测器、数据采集及处理单元、阻抗匹配模块和调节单元；vi探测器测量负载端的特征阻抗值；所述数据采集及处理单元根据所述特征阻抗值计算所述阻抗匹配模块需达到的目标阻抗值，并根据所述阻抗值下达编码指令至所述调节单元；所述调节单元根据所述编码指令控制所述阻抗匹配模块达到目标阻抗值。2.根据权利要求1所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，所述阻抗匹配模块包括：至少一个可变真空电容和可变电感。3.根据权利要求2所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，所述调节单元包括至少一个步进电机，任一所述步进电机根据所述编码指令调节任一所述可变真空电容的电容值。4.根据权利要求1所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，所述vi探测器还与所述数据采集及处理单元相连；射频输入信号通入所述vi探测器进行所述特征阻抗值的测量后，输入至所述阻抗匹配模块，完成阻抗匹配后输出。5.根据权利要求1所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，所述数据采集及处理单元包括fpga处理器。6.根据权利要求1所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，所述vi探测器中包括耦合腔、运算放大及模数转换单元、数据处理单元和耦合器；所述耦合腔将射频输入信号传递至所述耦合器内，所述耦合器根据所述射频输入信号生成耦合信号，并将所述耦合信号传递至所述运算放大及模数转换单元，所述运算放大及模数转换单元采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行运算放大及模数转化后，将所述耦合信号传输至所述数据处理单元进行数据处理，得到所述负载端的特征阻抗值。7.根据权利要求1所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，快速阻抗匹配器内还设有散热单元。8.根据权利要求1所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，快速阻抗匹配器内还设有供电接口。9.根据权利要求1所述的基于vi探测器的阻抗匹配器，其特征在于，快速阻抗匹配器内还设有通信接口。

技术总结
本实用新型提供一种基于VI探测器的阻抗匹配器，包括VI探测器：测量负载端的特征阻抗值，数据采集及处理单元：根据所述特征阻抗值计算阻抗匹配模块需达到的目标阻抗值，并根据所述阻抗值下达编码指令至调节单元；所述调节单元根据所述编码指令控制所述阻抗匹配模块达到目标阻抗值。通过数据采集及处理单元计算出精准的阻抗值，提高阻抗匹配的精准度，数据采集及处理单元能够计算出调节匹配器的最佳匹配容值，并直接驱动电机达到目标容值，无需大量尝试的过程，实现毫秒级别的阻抗匹配，提高阻抗匹配的速率。高阻抗匹配的速率。高阻抗匹配的速率。


技术研发人员：杨洋 刘玲
受保护的技术使用者：焱行科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/19