CN117459012B - 一种阻抗匹配控制方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种阻抗匹配控制方法及相关设备，通过实时获取射频电源在当前时刻的输出电压信号和输出电流信号，即可计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，并根据离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻进行计算，以获取最佳的射频电源的目标输出频率，并得到该目标输出频率对应的第一可调电容的目标电容值和第二可调电容的目标电容值，使得第一可调电容和第二可调电容的调节量最小，对第一可调电容和第二可调电容进行调节的同时对射频电源的输出频率进行调节，以使倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗与射频电源的输出阻抗相匹配，从而减少电机转动的角度，有效节约电机调节的时间，达到快速匹配的目的。
Description
技术领域
本申请涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种阻抗匹配控制方法及相关设备。
背景技术
工业上常用的射频电源频率为13.56MHz，内阻Rs为50欧姆。通常，等离子腔体的等效负载不等于射频电源内阻，若将射频电源直接和等离子腔体相连接，会存在不同程度的失配现象，阻抗失配将导致传输线上存在功率反射，能量不能全部被负载所吸收，降低传输效率，若失配程度较大，容易导致工艺失败，甚至导致射频电源损坏。因此，在射频电源与等离子腔体之间配置阻抗匹配器，在等离子体工艺中是十分必要的。现有的阻抗匹配器的阻抗匹配速度较慢，且阻抗的匹配范围小，仅局限于可调电容的调节范围，无法适应不同波动范围的等离子腔室。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种阻抗匹配控制方法及相关设备，使倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗与射频电源的输出阻抗相匹配，减少电机转动的角度，有效节约电机调节的时间，达到快速匹配的目的。
本申请提供了一种阻抗匹配控制方法，应用于倒L型匹配器中的控制模块，所述倒L型匹配器包括控制模块、第一可调电容、第二可调电容和电感，所述倒L型匹配器连接在射频电源和离化腔室之间，所述阻抗匹配控制方法包括步骤：
A1.获取所述射频电源在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号对应的电压相位信息和所述输出电流信号对应的电流相位信息，并计算所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；
A2.根据所述第一可调电容在当前时刻的电容值、所述第二可调电容在当前时刻的电容值、所述电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，计算所述离化腔室的阻抗；
A3.根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率；
A4.将第一可调电容的电容值调至所述第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至所述第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源的输出频率调至所述射频电源的目标输出频率，以使所述射频电源在调节后的输出阻抗与所述倒L型匹配器的输入等效阻抗匹配。
通过上述设置，使倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗与射频电源的输出阻抗相匹配，减少电机转动的角度，有效节约电机调节的时间，达到快速匹配的目的。
可选地，所述计算所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息的步骤包括：
根据所述输出电压信号和所述输出电流信号，计算所述输出电压信号的电压有效值和所述输出电流信号的电流有效值；
根据所述电压有效值和所述电流有效值计算所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息。
可选地，所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息的计算步骤包括：
计算所述电压相位信息和所述电流相位信息之差，得到所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息。
可选地，所述步骤A2包括：
根据所述第一可调电容在当前时刻的电容值、所述第二可调电容在当前时刻的电容值、所述电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，采用以下公式计算求解所述离化腔室的阻抗：
；
；
；
式中，为当前时刻所述电感、所述第二可调电容以及所述离化腔室之间串接形成的等效阻抗，/>为所述电感的电感值，/>为所述第一可调电容在当前时刻的电容值，/>为所述第二可调电容在当前时刻的电容值，/>为所述离化腔室的阻抗，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息，/>为所述射频电源在当前时刻的输出频率，/>为当前时刻的射频电源信号的角频率，/>为虚数符号。
根据上述公式，即可计算得到倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗。
可选地，所述步骤A3包括：
根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻，以目标函数最小化为目标，结合以下公式计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率：
；
；
；
；
；
；
式中，为匹配所述射频电源的输出阻抗时，对应的所述电感、所述第二可调电容以及所述离化腔室串接形成的等效阻抗，/>为所述射频电源的内阻的阻值，/>为所述第一可调电容的目标电容值，/>为所述第二可调电容的目标电容值，/>为所述射频电源的目标输出频率，/>为所述第一可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为所述第二可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为目标函数，/>为射频电源信号的角频率，/>为所述射频电源的输出频率的最小值，/>为所述射频电源的输出频率的最大值。
通过上述设置，在该目标输出频率下，第一可调电容和第二可调电容的调节量最小，所需的调节时间也更少，从而达到快速匹配的效果，相较于现有技术的仅通过电机调节可调电容的方式的效率更高。
可选地，所述射频电源的频率范围为[11MHz,15MHz]。
可选地，所述第一可调电容和所述第二可调电容的电容值的范围均为[150pF,300pF]。
第二方面，本申请提供一种阻抗匹配控制装置，应用于倒L型匹配器中的控制模块，所述倒L型匹配器包括控制模块、第一可调电容、第二可调电容和电感，所述倒L型匹配器连接在射频电源和离化腔室之间,包括：
处理模块，用于获取射频电源在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号对应的电压相位信息和所述输出电流信号对应的电流相位信息，并计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；
第一计算模块，用于根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，计算离化腔室的阻抗；
第二计算模块，用于根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率；
调节模块，用于将第一可调电容的电容值调至所述第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至所述第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源的输出频率调至所述射频电源的目标输出频率，以使所述射频电源的输出阻抗与所述倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗匹配。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，运行如前文所述的阻抗匹配控制方法中的步骤。
第四方面，本申请提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如前文所述的阻抗匹配控制方法中的步骤。
有益效果：本申请提供的一种阻抗匹配控制方法及相关设备，通过实时获取射频电源在当前时刻的输出电压信号和输出电流信号，即可计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，若当前时刻的输入等效阻抗不等于射频电源的输出阻抗，则根据离化腔室的阻抗和射频电源的内阻进行计算，以获取最佳的射频电源的目标输出频率，并得到该目标输出频率对应的第一可调电容的目标电容值和第二可调电容的目标电容值，使得第一可调电容和第二可调电容的调节量最小，对第一可调电容和第二可调电容进行调节的同时对射频电源的输出频率进行调节，以使倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗与射频电源的输出阻抗相匹配，从而减少电机转动的角度，有效节约电机调节的时间，达到快速匹配的目的。
附图说明
图1为本申请提供的阻抗匹配控制方法的流程示意图。
图2为本申请提供的阻抗匹配控制装置的结构示意图。
图3为本申请提供的电子设备的结构示意图。
图4为倒L型匹配器的结构示意图。
图5为本申请提供的阻抗匹配控制方法与现有技术在调节阻抗匹配范围的仿真效果示意图。
标号说明：21、处理模块；22、第一计算模块；23、第二计算模块；24、调节模块；301、处理器；302、存储器；303、通信总线；101、射频电源；102、离化腔室。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请提供了一种阻抗匹配控制方法，应用于倒L型匹配器中的控制模块，倒L型匹配器包括控制模块、第一可调电容、第二可调电容和电感，倒L型匹配器连接在射频电源101和离化腔室102之间，阻抗匹配控制方法包括步骤：
A1.获取射频电源101在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号对应的电压相位信息和输出电流信号对应的电流相位信息，并计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；
A2.根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及射频电源101在当前时刻的输出频率，计算离化腔室102的阻抗；
A3.根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻计算第一可调电容的目标电容值、第二可调电容的目标电容值和射频电源101的目标输出频率；
A4.将第一可调电容的电容值调至第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源101的输出频率调至射频电源101的目标输出频率，以使射频电源101的输出阻抗与倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗匹配。
具体地，如图1所示，通过实时获取射频电源101在当前时刻的输出电压信号和输出电流信号，计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息，其中，根据公式即可得到倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息，/>为虚数符号，若当前时刻的输入等效阻抗不等于射频电源101的输出阻抗，则根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻进行计算，以获取最佳的射频电源101的目标输出频率，并得到该目标输出频率对应的第一可调电容的目标电容值和第二可调电容的目标电容值，使得第一可调电容和第二可调电容的调节量最小，对第一可调电容和第二可调电容进行调节的同时对射频电源101的输出频率进行调节，以使倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗与射频电源101的输出阻抗相匹配，从而减少电机转动的角度，有效节约电机调节的时间，达到快速匹配的目的，由于传统的阻抗匹配器仅通过电机调节可调电容，正常匹配时间需要3-5s甚至更多，而本申请的频率调节是由FPGA（可编程阵列逻辑）内部相关寄存器改动，实现时间的长度单位基本在微米级别（在50MHz的时钟下），相较于电机调节时间的长度单位秒级要快很多，频率的调节时间甚至可以忽略不计。
其中，第一可调电容和第二可调电容的电容值会有对应的拟合曲线，不同的转动角度会对应不同的电容值，FPGA通过记录每个电机的累计转动的角度，从而记录对应的当前时刻的电容值。
其中，射频电源101的输出阻抗一般为恒定值，射频电源101的输出阻抗等效于射频电源101的内阻RS，射频电源101的内阻RS的阻值一般为50Ω，即是射频电源101的输出阻抗为50Ω，射频电源101的内阻RS不限于50Ω，也可以是其他值，不作具体限制。
倒L型匹配器的结构包括控制模块、第一可调电容C1、第二可调电容C2和电感L,如图4所示，倒L型匹配器连接在射频电源101和离化腔室102之间，第一可调电容C1并联在射频电源101的输出端，第一可调电容C1和离化腔室102之间串接有第二可调电容C2和电感L，离化腔室102的其中一端与第二可调电容C2连接，离化腔室102的另一端与射频电源101连接，其中，图4中的M器件是指电机，控制模块通过对应的电机调节第一可调电容C1和第二可调电容C2的电容值，图4中的信号检测是指控制模块通过信号检测获取射频电源的输出电压信号和输出电流信号。
在一些优选的实施方式中，计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息的步骤包括：
根据输出电压信号和输出电流信号，计算输出电压信号的电压有效值和输出电流信号的电流有效值；具体计算公式如下：
；
；
式中，为输出电压信号的电压有效值，/>为输出电流信号的电流有效值，为输出电压信号中的/>号数据值，/>为输出电流信号中的/>号数据值，n为输出电压信号和输出电流信号的采样数据量。其中，输出电压信号和输出电流信号均包括多个按照相同采样周期采集的数据值，其中第一个数据值为0号数据值，第二个数据为1号数据值，第三个数据为2号数据值，以此类推。
根据电压有效值和电流有效值计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息。具体计算公式如下：
；
式中，为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息。
在一些优选的实施方式中，倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息的计算步骤包括：
计算电压相位信息和电流相位信息之差，得到倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息。
具体地，倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息是电压相位信息和电流相位信息的差值，公式如下：
;
式中，为电压相位信息，/>为电流相位信息，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息。
其中，电压相位信息和电流相位信息可以根据射频电源101在当前时刻的输出电压信号和输出电流信号分别求得（为现有技术，此处不作限制）。
在一些优选的实施方式中，步骤A2包括：
根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及射频电源101在当前时刻的输出频率，采用以下公式计算求解离化腔室102的阻抗：
；
；
；
式中，为当前时刻电感、第二可调电容以及离化腔室102之间串接形成的等效阻抗，/>为电感的电感值，/>为第一可调电容在当前时刻的电容值，/>为第二可调电容在当前时刻的电容值，/>为离化腔室102的阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息，/>为射频电源101在当前时刻的输出频率，/>为当前时刻的射频电源信号的角频率，/>为虚数符号。
在一些优选的实施方式中，步骤A3包括：
根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻，以目标函数最小化为目标，结合以下公式计算第一可调电容的目标电容值、第二可调电容的目标电容值和射频电源101的目标输出频率：
；
；
；
；
；
；
式中，为匹配射频电源101的输出阻抗时，对应的电感、第二可调电容以及离化腔室102串接形成的等效阻抗，/>为射频电源101的内阻的阻值，/>为第一可调电容的目标电容值，/>为第二可调电容的目标电容值，/>为射频电源101的目标输出频率，/>为第一可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为第二可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为目标函数，/>为射频电源信号的角频率，/>为射频电源101的输出频率的最小值，/>为射频电源101的输出频率的最大值。
具体地，通过计算得到，当的值达到预设的最小值时对应的目标输出频率为最佳的目标输出频率，其中，目标函数的具体表达式可根据实际需要设置（例如，目标函数值等于/>和/>的绝对值之和，但不限于此）。然后根据最佳的目标输出频率获取对应的第一可调电容的目标电容值和第二可调电容的目标电容值，由最佳的目标输出频率对应的第一可调电容的目标电容值减去第一可调电容在当前时刻的电容值，即可得到第一可调电容的调节量，并将对应的第二可调电容的目标电容值减去第二可调电容在当前时刻的电容值，即可得到第二可调电容的调节量，同时将射频电源101的输出频率调至目标输出频率，由于在该目标输出频率下，第一可调电容和第二可调电容的调节量最小，所需的调节时间也更少，从而达到快速匹配的效果，相较于现有技术的仅通过电机调节可调电容的方式的效率更高。
另外，由于现有技术的阻抗匹配器的输入等效阻抗的范围取决于可调电容的调节范围，而离化腔室102的阻抗是会随着工作条件的变动而发生波动，例如不同的等离子体工艺、不同气体材料或者气体流速都会对离化腔室102的阻抗产生影响，当离化腔室102的阻抗的波动范围越大（超出可调电容的调节范围），那么现有技术的电机无论如何调节都无法使射频电源101的输出阻抗与阻抗匹配器的输入等效阻抗相匹配；而本申请通过增加调节射频电源101的输出频率，从而可以增加阻抗匹配范围，使倒L型匹配器能够匹配不同工况下的阻抗范围，采用同样的倒L型匹配器（如图4所示），图5中A处是在定频13.56MHz下对应的阻抗匹配范围，图5中B处是基于本申请的阻抗匹配控制方法在不同输出频率下对应的阻抗匹配范围，B处的面积明显比A处的面积大（即是本申请的阻抗匹配范围相较于现有技术的阻抗匹配范围大）。
其中，射频电源101的内阻RS为50Ω固定不变，射频电源101的输出端并联第一可调电容，得到等效阻抗/>：
;
；
式中，为射频电源101的内阻RS的阻值；
再串联电感L和第二可调电容，得到等效阻抗/>:
;
为达到共轭匹配，匹配范围即是等效负载为/>的共轭；
;
式中，为共轭的符号。
因此，现有技术的阻抗匹配范围仅是局限于阻抗匹配器的可调电容的调节范围，而本申请在相同的阻抗匹配器的可调电容的调节范围下增加了输出频率的调节范围，从而增加了倒L型匹配器的阻抗匹配范围。
在一些优选的实施方式中，射频电源101的频率范围为[11MHz,15MHz]。
在一些优选的实施方式中，第一可调电容和第二可调电容的电容值的范围均为[150pF,300pF]，电感的电感值=0.2uH。
其中，本申请的匹配控制方法还可以应用到PI型匹配拓扑控制逻辑，具体方法如上文，此处不作详细说明。
第二方面，参考图2，本申请提供一种阻抗匹配控制装置，应用于倒L型匹配器中的控制模块，倒L型匹配器包括控制模块、第一可调电容、第二可调电容和电感，倒L型匹配器连接在射频电源101和离化腔室102之间,包括：
处理模块21，用于获取射频电源101在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号对应的电压相位信息和输出电流信号对应的电流相位信息，并计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；
第一计算模块22，用于根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及射频电源101在当前时刻的输出频率，计算离化腔室102的阻抗；
第二计算模块23，用于根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻计算第一可调电容的目标电容值、第二可调电容的目标电容值和射频电源101的目标输出频率；
调节模块24，用于将第一可调电容的电容值调至第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源101的输出频率调至射频电源101的目标输出频率，以使射频电源101的输出阻抗与倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗匹配。
具体地，通过实时获取射频电源101在当前时刻的输出电压信号和输出电流信号，计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息，其中，根据公式即可得到倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息，/>为虚数符号，若当前时刻的输入等效阻抗不等于射频电源101的输出阻抗，则根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻进行计算，以获取最佳的射频电源101的目标输出频率，并得到该目标输出频率对应的第一可调电容的目标电容值和第二可调电容的目标电容值，使得第一可调电容和第二可调电容的调节量最小，对第一可调电容和第二可调电容进行调节的同时对射频电源101的输出频率进行调节，以使倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗与射频电源101的输出阻抗相匹配，从而减少电机转动的角度，有效节约电机调节的时间，达到快速匹配的目的，由于传统的阻抗匹配器仅通过电机调节可调电容，正常匹配时间需要3-5s甚至更多，而本申请的频率调节是由FPGA（可编程阵列逻辑）内部相关寄存器改动，实现时间的长度单位基本在微米级别（在50MHz的时钟下），相较于电机调节时间的长度单位秒级要快很多，频率的调节时间甚至可以忽略不计。
其中，第一可调电容和第二可调电容的电容值会有对应的拟合曲线，不同的转动角度会对应不同的电容值，FPGA通过记录每个电机的累计转动的角度，从而记录对应的当前时刻的电容值。
其中，射频电源101的输出阻抗一般为恒定值，射频电源101的输出阻抗等效于射频电源101的内阻RS，射频电源101的内阻RS的阻值一般为50Ω，即是射频电源101的输出阻抗为50Ω，射频电源101的内阻不限于50Ω，也可以是其他值，不作具体限制。
倒L型匹配器的结构包括控制模块、第一可调电容C1、第二可调电容C2和电感L,如图4所示，倒L型匹配器连接在射频电源101和离化腔室102之间，第一可调电容C1并联在射频电源101的输出端，第一可调电容C1和离化腔室102之间串接有第二可调电容C2和电感L，离化腔室102的其中一端与第二可调电容C2连接，离化腔室102的另一端与射频电源101连接，其中，图4中的M器件是指电机，控制模块通过对应的电机调节第一可调电容C1和第二可调电容C2的电容值，图4中的信号检测是指控制模块通过信号检测获取射频电源的输出电压信号和输出电流信号。
在一些优选的实施方式中，处理模块21在执行计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息的时候，具体执行：
根据输出电压信号和输出电流信号，计算输出电压信号的电压有效值和输出电流信号的电流有效值；具体计算公式如下：
；
；
式中，为输出电压信号的电压有效值，/>为输出电流信号的电流有效值，为输出电压信号中的/>号数据值，/>为输出电流信号中的/>号数据值，n为输出电压信号和输出电流信号的采样数据量。其中，输出电压信号和输出电流信号均包括多个按照相同采样周期采集的数据值，其中第一个数据值为0号数据值，第二个数据为1号数据值，第三个数据为2号数据值，以此类推。
根据电压有效值和电流有效值计算倒L型匹配器的输入等效阻抗的幅值信息。具体计算公式如下：
；
式中，为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息。
在一些优选的实施方式中，处理模块21在执行倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息的计算的时候，具体执行：
计算电压相位信息和电流相位信息之差，得到倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息。
具体地，倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息是电压相位信息和电流相位信息的差值，公式如下：
;
式中，为电压相位信息，/>为电流相位信息，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息。
其中，电压相位信息和电流相位信息可以根据射频电源101在当前时刻的输出电压信号和输出电流信号分别求得（为现有技术，此处不作限制）。
在一些优选的实施方式中，第一计算模块22在执行根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及射频电源101在当前时刻的输出频率，计算离化腔室102的阻抗的时候，具体执行：
根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及射频电源101在当前时刻的输出频率，采用以下公式计算求解离化腔室102的阻抗：
；
；
；
式中，为当前时刻电感、第二可调电容以及离化腔室102之间串接形成的等效阻抗，/>为电感的电感值，/>为第一可调电容在当前时刻的电容值，/>为第二可调电容在当前时刻的电容值，/>为离化腔室102的阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息，/>为倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息，/>为射频电源101在当前时刻的输出频率，/>为当前时刻的射频电源信号的角频率，/>为虚数符号。
在一些优选的实施方式中，第二计算模块23在执行根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻计算第一可调电容的目标电容值、第二可调电容的目标电容值和射频电源101的目标输出频率的时候，具体执行：
根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻，以目标函数最小化为目标，结合以下公式计算第一可调电容的目标电容值、第二可调电容的目标电容值和射频电源101的目标输出频率：
；
；
；
；
；
；/>
式中，为匹配射频电源101的输出阻抗时，对应的电感、第二可调电容以及离化腔室102串接形成的等效阻抗，/>为第一可调电容的目标电容值，/>为第二可调电容的目标电容值，/>为射频电源101的目标输出频率，/>为第一可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为第二可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为目标函数，/>为射频电源信号的角频率，/>为射频电源101的输出频率的最小值，/>为射频电源101的输出频率的最大值。
具体地，通过计算得到，当的值达到预设的最小值时对应的目标输出频率为最佳的目标输出频率，其中，目标函数的具体表达式可根据实际需要设置（例如，目标函数值等于/>和/>的绝对值之和，但不限于此）。然后根据最佳的目标输出频率获取对应的第一可调电容的目标电容值和第二可调电容的目标电容值，由最佳的目标输出频率对应的第一可调电容的目标电容值减去第一可调电容在当前时刻的电容值，即可得到第一可调电容的调节量，并将对应的第二可调电容的目标电容值减去第二可调电容在当前时刻的电容值，即可得到第二可调电容的调节量，同时将射频电源101的输出频率调至目标输出频率，由于在该目标输出频率下，第一可调电容和第二可调电容的调节量最小，所需的调节时间也更少，从而达到快速匹配的效果，相较于现有技术的仅通过电机调节可调电容的方式的效率更高。
另外，由于现有技术的阻抗匹配器的输入等效阻抗的范围取决于可调电容的调节范围，而离化腔室102的阻抗是会随着工作条件的变动而发生波动，例如不同的等离子体工艺、不同气体材料或者气体流速都会对离化腔室102的阻抗产生影响，当离化腔室102的阻抗的波动范围越大（超出可调电容的调节范围），那么现有技术的电机无论如何调节都无法使射频电源101的输出阻抗与阻抗匹配器的输入等效阻抗相匹配；而本申请通过增加调节射频电源101的输出频率，从而可以增加阻抗匹配范围，使倒L型匹配器能够匹配不同工况下的阻抗范围，采用同样的倒L型匹配器（如图4所示），图5中A处是在定频13.56MHz下对应的阻抗匹配范围，图5中B处是基于本申请的阻抗匹配控制方法在不同输出频率下对应的阻抗匹配范围，B处的面积明显比A处的面积大（即是本申请的阻抗匹配范围相较于现有技术的阻抗匹配范围大）。
其中，射频电源101的内阻RS为50Ω固定不变，射频电源101的输出端并联第一可调电容，得到等效阻抗/>：
;
；
式中，为射频电源101的内阻RS的阻值；
再串联电感和第二可调电容/>，得到等效阻抗/>:
;
为达到共轭匹配，匹配范围即是等效负载为/>的共轭；
;
式中，为共轭的符号。
因此，现有技术的阻抗匹配范围仅是局限于阻抗匹配器的可调电容的调节范围，而本申请在相同的阻抗匹配器的可调电容的调节范围下增加了输出频率的调节范围，从而增加了倒L型匹配器的阻抗匹配范围。
在一些优选的实施方式中，射频电源101的频率范围为[11MHz,15MHz]。
在一些优选的实施方式中，第一可调电容和第二可调电容的电容值的范围均为[150pF,300pF]，电感的电感值=0.2uH。
其中，本申请的匹配控制方法还可以应用到PI型匹配拓扑控制逻辑，具体方法如上文，此处不作详细说明。
请参照图3，图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本申请提供一种电子设备3，包括：处理器301和存储器302，处理器301和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器302存储有处理器301可执行的计算机可读取指令，当电子设备运行时，处理器301执行该计算机可读取指令，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：获取射频电源101在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号对应的电压相位信息和输出电流信号对应的电流相位信息，并计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及射频电源101在当前时刻的输出频率，计算离化腔室102的阻抗；根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻计算第一可调电容的目标电容值、第二可调电容的目标电容值和射频电源101的目标输出频率；将第一可调电容的电容值调至第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源101的输出频率调至射频电源101的目标输出频率，以使射频电源101的输出阻抗与倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗匹配。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：获取射频电源101在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、输出电压信号对应的电压相位信息和输出电流信号对应的电流相位信息，并计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及射频电源101在当前时刻的输出频率，计算离化腔室102的阻抗；根据离化腔室102的阻抗和射频电源101的内阻计算第一可调电容的目标电容值、第二可调电容的目标电容值和射频电源101的目标输出频率；将第一可调电容的电容值调至第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源101的输出频率调至射频电源101的目标输出频率，以使射频电源101的输出阻抗与倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗匹配。其中，计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种阻抗匹配控制方法，应用于倒L型匹配器中的控制模块，所述倒L型匹配器包括控制模块、第一可调电容、第二可调电容和电感，所述倒L型匹配器连接在射频电源和离化腔室之间，其特征在于，所述阻抗匹配控制方法包括步骤：
A1.获取所述射频电源在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号对应的电压相位信息和所述输出电流信号对应的电流相位信息，并计算所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；
A2.根据所述第一可调电容在当前时刻的电容值、所述第二可调电容在当前时刻的电容值、所述电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，计算所述离化腔室的阻抗；
A3.根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率；
A4.将第一可调电容的电容值调至所述第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至所述第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源的输出频率调至所述射频电源的目标输出频率，以使所述射频电源的输出阻抗与所述倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗匹配；
步骤A2包括：
根据所述第一可调电容在当前时刻的电容值、所述第二可调电容在当前时刻的电容值、所述电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，采用以下公式计算求解所述离化腔室的阻抗：
；
；
；
式中，为当前时刻所述电感、所述第二可调电容以及所述离化腔室之间串接形成的等效阻抗，/>为所述电感的电感值，/>为所述第一可调电容在当前时刻的电容值，/>为所述第二可调电容在当前时刻的电容值，/>为所述离化腔室的阻抗，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息，/>为所述射频电源在当前时刻的输出频率，/>为当前时刻的射频电源信号的角频率，/>为虚数符号；
步骤A3包括：
根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻，以目标函数最小化为目标，结合以下公式计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率：
；
；
；
；
；
；
式中，为匹配所述射频电源的输出阻抗时，对应的所述电感、所述第二可调电容以及所述离化腔室串接形成的等效阻抗，/>为所述射频电源的内阻的阻值，/>为所述离化腔室的阻抗，/>为所述第一可调电容的目标电容值，/>为所述第二可调电容的目标电容值，/>为所述射频电源的目标输出频率，/>为所述第一可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为所述第二可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为目标函数，/>为射频电源信号的角频率，/>为所述射频电源的输出频率的最小值，/>为所述射频电源的输出频率的最大值。
2.根据权利要求1所述的阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述计算所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息的步骤包括：
根据所述输出电压信号和所述输出电流信号，计算所述输出电压信号的电压有效值和所述输出电流信号的电流有效值；
根据所述电压有效值和所述电流有效值计算所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息。
3.根据权利要求1所述的阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息的计算步骤包括：
计算所述电压相位信息和所述电流相位信息之差，得到所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息。
4.根据权利要求1所述的阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述射频电源的频率范围为[11MHz,15MHz]。
5.根据权利要求1所述的阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述第一可调电容和所述第二可调电容的电容值的范围均为[150pF,300pF]。
6.一种阻抗匹配控制装置，应用于倒L型匹配器中的控制模块，所述倒L型匹配器包括控制模块、第一可调电容、第二可调电容和电感，所述倒L型匹配器连接在射频电源和离化腔室之间,其特征在于，包括：
处理模块，用于获取射频电源在当前时刻的输出电压信号、输出电流信号、所述输出电压信号对应的电压相位信息和所述输出电流信号对应的电流相位信息，并计算倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息和对应的相位信息；
第一计算模块，用于根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，计算离化腔室的阻抗；
第二计算模块，用于根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率；
调节模块，用于将第一可调电容的电容值调至所述第一可调电容的目标电容值，将第二可调电容的电容值调至所述第二可调电容的目标电容值，并同时将射频电源的输出频率调至所述射频电源的目标输出频率，以使所述射频电源的输出阻抗与所述倒L型匹配器在调节后的输入等效阻抗匹配；
第一计算模块在执行根据第一可调电容在当前时刻的电容值、第二可调电容在当前时刻的电容值、电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，计算离化腔室的阻抗的时候，具体执行：
根据所述第一可调电容在当前时刻的电容值、所述第二可调电容在当前时刻的电容值、所述电感的电感值、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息、所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息以及所述射频电源在当前时刻的输出频率，采用以下公式计算求解所述离化腔室的阻抗：
；
；
；
式中，为当前时刻所述电感、所述第二可调电容以及所述离化腔室之间串接形成的等效阻抗，/>为所述电感的电感值，/>为所述第一可调电容在当前时刻的电容值，/>为所述第二可调电容在当前时刻的电容值，/>为所述离化腔室的阻抗，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的幅值信息，/>为所述倒L型匹配器在当前时刻的输入等效阻抗的相位信息，/>为所述射频电源在当前时刻的输出频率，/>为当前时刻的射频电源信号的角频率，/>为虚数符号；
第二计算模块在执行根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率的时候，具体执行：
根据所述离化腔室的阻抗和所述射频电源的内阻，以目标函数最小化为目标，结合以下公式计算所述第一可调电容的目标电容值、所述第二可调电容的目标电容值和所述射频电源的目标输出频率：
；
；
；
；
；
；
式中，为匹配所述射频电源的输出阻抗时，对应的所述电感、所述第二可调电容以及所述离化腔室串接形成的等效阻抗，/>为所述射频电源的内阻的阻值，/>为所述离化腔室的阻抗，/>为所述第一可调电容的目标电容值，/>为所述第二可调电容的目标电容值，/>为所述射频电源的目标输出频率，/>为所述第一可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为所述第二可调电容在当前时刻的电容值与目标电容值的偏差，/>为目标函数，/>为射频电源信号的角频率，/>为所述射频电源的输出频率的最小值，/>为所述射频电源的输出频率的最大值。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，运行如权利要求1-5任一项所述的阻抗匹配控制方法中的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1-5任一项所述的阻抗匹配控制方法中的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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