[發(fā)明專利]步進電機的控制方法和裝置、匹配器及等離子體加工設備

有效

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• 申請日: 2010-12-13
• 公開（公告）號: CN102545750A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 葉華;宗令蓓;王一帆
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H02P8/14
• 分類號: H02P8/14;H02P8/36;H01J37/32
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 張?zhí)焓?陳源

技術領域

本發(fā)明屬于等離子體加工設備領域，涉及用于將等離子體腔室的非線性負載阻抗與射頻電源的輸出阻抗相互匹配的匹配器，具體涉及一種步進電機的控制方法及裝置、匹配器以及包含該匹配器的等離子體加工設備。

背景技術

等離子體是由物質原子電離成離子和自由電子而形成的，呈現出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，并且具有很好的導電性，可以利用磁場捕捉、移動或者加速。因此，等離子體被廣泛應用于蝕刻、沉積、焊接以及噴涂等加工工藝。

RF(射頻)等離子體發(fā)生裝置是一種通過射頻電源向等離子體腔室提供RF功率從而使腔室內的氣體發(fā)生電離并產生等離子體的裝置。在利用RF等離子體發(fā)生裝置進行蝕刻等加工處理的過程中，由于RF等離子體發(fā)生裝置的恒定輸出阻抗與等離子體處理腔室的非線性負載阻抗不相等，故在RF等離子體發(fā)生裝置和等離子體處理腔室之間具有嚴重的阻抗失配，使得RF傳輸線上存在較大的反射功率，從而導致RF等離子體發(fā)生裝置產生的功率無法全部輸送給等離子體處理腔室。為解決該問題，須在RF等離子體發(fā)生裝置和等離子體腔室之間插入阻抗匹配器。

圖1為阻抗匹配器的原理圖。請參閱圖1，阻抗匹配器包括傳感器、控制器和執(zhí)行機構，所述執(zhí)行機構包括匹配網絡中的可變阻抗元件和改變其阻抗的驅動裝置。其中，傳感器檢測RF傳輸線上的電壓、電流、前向功率、反向功率等相關參數，以提供匹配控制算法所需的輸入量；控制器根據這些輸入量實現匹配控制算法，并給出對應于執(zhí)行機構的調整量；驅動裝置根據控制器給出的調整量改變可變阻抗元件的阻抗值，以減小射頻傳輸線上的反射功率，從而使匹配網絡的輸入阻抗等于RF等離子體發(fā)生裝置的恒定輸出阻抗，即二者達到匹配。處于理想匹配狀態(tài)時，RF傳輸線上的反射功率為零，RF等離子體發(fā)生裝置產生的功率可全部輸送給等離子體處理腔室。

在實際應用中，執(zhí)行機構中的驅動裝置常采用步進電機，控制器對應地給出正轉信號(CW)或反轉信號(CCW)(以下簡稱方向信號)作為調整量，步進電機依據該方向信號及其內設定的時鐘信號來調整可變阻抗元件的阻抗值。步進電機的具體工作方式見表1，其中，控制周期m表示第m個控制周期。控制系統信號一欄中，“+”表示步進電機時鐘信號(CLK)有脈沖且脈沖上升沿對應的方向信號(CW/CCW)是高電平，“-”表示步進電機時鐘信號(CLK)有脈沖且脈沖上升沿對應的方向信號(CW/CCW)是低電平，“0”表示步進電機時鐘信號(CLK)沒有脈沖。電機動作一欄中，“+1”表示步進電機正轉1步，“-1”表示步進電機反轉1步，“0”表示步進電機不動作。

表1為步進電機的工作方式

??控制系統信號(控制周期m)??電機動作??+??+1??-??-1??0??0

圖2為步進電機的時序關系圖，其中，時鐘信號(CLK)為設定的固定頻率，方向信號(CW/CCW)來自控制器。請參閱圖2，步進電機在時鐘信號(CLK)的上升沿根據方向信號(CW/CCW)發(fā)生動作，當時鐘信號(CLK)為上升沿且方向信號(CW/CCW)為高電平時，當前時鐘周期步進電機正轉一步，如：t1，t3，t5時刻；當時鐘信號(CLK)為上升沿且方向信號(CW/CCW)為低電平時，當前時鐘周期步進電機反轉一步，如t2，t4，t6時刻；當無時鐘信號(CLK)時，無論方向信號(CW/CCW)是高電平還是低電平，步進電機都不動作，如t7、t8時刻。