一种阻抗检测电路、方法、阻抗匹配器及匹配调节方法与流程

本技术涉及半导体制造领域，具体而言，涉及一种阻抗检测电路、方法、阻抗匹配器及匹配调节方法。

背景技术：

1、随着科技及现代工业的发展，射频电源的应用也越来越广泛，现已深入到真空镀膜，等离子设备清洗，半导体刻蚀等多个领域，包括射频放电、射频加热等方面的应用，射频电源的作用是为后端的反应腔室提供高频能量，将输入的气体等离子体化后获得活性分子。由于反应腔室的气体，在等离子体化前后，其阻抗特性变化剧烈，如果阻抗失配，将会有较大的射频功率从腔体反射回射频电源，造成射频电源的损坏。因为须在射频电源及反应腔室间设置阻抗匹配箱，用以进行二者的阻抗匹配，从而将功率高效率馈入反应腔室。

2、现有的自动阻抗匹配方法一般为通过阻抗匹配器定向耦合等方式进行阻抗匹配，具体为通过采集信息的入射电压和反射电压的幅值，将反射系数的幅值作为阻抗匹配网络调节的参考值进行阻抗匹配，但该调节方式由于没有检测负载的实时相位信息，需要不断测量阻抗的变化以实时检测阻抗是否匹配，检测难度大，且在匹配时需要获取可调电容的调节方向以及调节量的大小以实现精准的阻抗匹配，而该匹配方式的匹配时间较长，计算量较大，效率较低。

3、针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种阻抗检测电路、方法、阻抗匹配器及匹配调节方法，旨在解决自动匹配阻抗计算量大、效率较低的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种阻抗检测电路，用于检测阻抗匹配器中负载端的相位信息和幅值信息，阻抗检测电路包括二极管相位检测电路和二极管幅值检测电路，二极管相位检测电路用于获取相位信息，二极管幅值检测电路用于获取幅值信息，

3、二极管相位检测电路包括第一电流互感器、第一检波器、第二检波器、第一分压电容、第一分压电阻和相位信息输出电阻，第一检波器与第二检波器的其中一端接地，第二端分别连接第一电流互感器的两端，第一分压电容的一端与阻抗匹配器的母线的功率输出端口串连，另一端分别与第一分压电阻的一端和第一电流互感器的第三端串连，第一分压电阻的另一端接地，第一检波器和第二检波器的第三端分别连接相位信息输出电阻的两端，相位信息为相位信息输出电阻的电压；

4、二极管幅值检测电路包括第二电流互感器、第三检波器、第四检波器、第二分压电阻、第二分压电容和幅值信息输出电阻，第三检波器和第四检波器的其中一端接地，第二端分别连接幅值信息输出电阻的两端，第二分压电容的一端与阻抗匹配器的母线的功率输入端口串联，另一端分别与第二分压电阻的一端和第三检波器的第三端串联，第二分压电阻的另一端接地，第三检波器和第四检波器的第二端分别连接幅值信息输出电阻的两端，第四检波器的第三端与第二电流互感器的一端连接，第二电流互感器的另一端接地，幅值信息为幅值信息输出电阻的电压。

5、本技术提供的阻抗检测电路，通过二极管相位检测电路用于获取相位信息，通过二极管幅值检测电路用于获取幅值信息，在阻抗匹配过程中通过实时测量相位信息输出电阻的电压以及幅值信息输出电阻的电压即可检测阻抗是否匹配，该检测方式无需对阻抗进行实时测量，从而降低检测难度，提高检测效率。

6、可选地，本技术提供的一种阻抗检测电路，第一电流互感器包括第一绕组线圈、第一采样电阻和第二采样电阻，第一绕组线圈与阻抗匹配器的母线组成第一互感电路，第一绕组线圈的两端分别与第一采样电阻和第二采样电阻的一端连接，第一采样电阻的另一端和第二采样电阻的另一端连接，且连接端与第一分压电容和第一分压电阻的连接端连接；

7、第一检波器包括第一检波二极管、第一电容和第一电阻，第一电容与第一电阻并联且其中一端接地，另一端与第一检波二极管的阳极连接，第一检波二极管的阴极与第一绕组线圈和第一采样电阻的连接端相连；

8、第二检波器包括第二检波二极管、第二电容和第二电阻，第二电容与第二电阻并联且其中一端接地，另一端与第二检波二极管的阴极连接，第二检波二极管的阳极与第一绕组线圈和第二采样电阻的连接端相连；

9、第一电容和第一电阻并联后的非接地端以及第二电容和第二电阻并联后的非接地端分别连接相位信息输出电阻的两端。

10、本技术通过设置具体的二极管相位检测电路的结构，实现在当阻抗匹配时，电流不会流经相位信息输出电阻，即测得的相位信息输出电阻的电压值为0，即相位信息为0。

11、可选地，本技术提供的一种阻抗检测电路，第一采样电阻和第二采样电阻的阻值相同。

12、可选地，本技术提供的一种阻抗检测电路，第二电流互感器包括第二绕组线圈和第三采样电阻，第二绕组线圈和阻抗匹配器的母线组成第二互感电路，第二绕组线圈的两端与第三采样电阻的两端连接，第三采样电阻的一端接地；

13、第三检波器包括第三检波二极管、第三电容和第三电阻，第三电容与第三电阻并联且其中一端接地，另一端与第三检波二极管的阴极连接，第三检波二极管的阳极与第二分压电阻和第二分压电容的连接处连接；

14、第四检波器包括第四检波二极管、第四电容和第四电阻，第四电容与第四电阻并联且其中一端接地，另一端与第四检波二极管的阳极连接，第四检波二极管的阴极与第三采样电阻的非接地端串联；

15、第三电容和第三电阻并联后的非接地端以及第四电容和第四电阻并联后的非接地端分别连接幅值信息输出电阻的两端。

16、本技术通过设置具体的二极管幅值检测电路的结构，实现在当阻抗匹配时，电流不会流经幅值信息输出电阻，即测得的幅值信息输出电阻的电压值为0，即幅值信息为0。

17、可选地，本技术提供的一种阻抗检测电路，第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻的阻值相等。

18、可选地，本技术提供的一种阻抗检测电路，第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值相等。

19、第二方面，本技术还提供了一种阻抗检测方法，基于第一方面提出的阻抗检测电路进行阻抗检测，阻抗检测方法包括以下步骤：

20、s1、获取二极管相位检测电路中相位信息输出电阻的电压，作为相位信息；

21、s2、获取二极管幅值检测电路中幅值信息输出电阻的电压，作为幅值信息。

22、本技术提供的阻抗检测方法，通过二极管相位检测电路用于获取相位信息，通过二极管幅值检测电路用于获取幅值信息，在阻抗匹配过程中通过实时测量相位信息输出电阻的电压以及幅值信息输出电阻的电压即可检测阻抗是否匹配，该检测方式无需对阻抗进行实时测量，从而降低检测难度，提高检测效率。

23、第三方面，本技术还提供了一种阻抗匹配器，用于对阻抗匹配箱中的阻抗进行匹配，阻抗匹配器包括：

24、反应腔室，用于为等离子体活化提供反应空间；

25、射频电源，用于为等离子体活化提供能量；

26、阻抗匹配器还包括：

27、阻抗匹配箱，用于进行阻抗匹配，包括阻抗匹配电路和如第一方面提出的阻抗检测电路，阻抗匹配电路包括由并联电容组和第三可调电容c3组成的匹配调节单元，并联电容组由第一可调电容c1和第二可调电容c2并联组成，第一电流互感器和第二电流互感器的一次绕组设置在阻抗匹配电路的功率输入端口和功率输出端口之间。

28、本技术提供的阻抗匹配器，在阻抗匹配过程中通过实时测量相位信息输出电阻的电压以及幅值信息输出电阻的电压即可检测阻抗是否匹配，且由于当相位信息和幅值信息均为0时，完成阻抗匹配，因此，在调节过程中仅需观察测得的相位信息和幅值信息的值即可，而无需获得调节方向和调节量的大小，从而实现快速匹配，提高匹配效率。

29、第四方面，本技术还提供了一种匹配调节方法，基于第三方面提出的一种阻抗匹配器进行阻抗匹配，匹配调节方法包括以下步骤：

30、s10、获取二极管相位检测电路中相位信息输出电阻的电压，作为相位信息；

31、s20、获取二极管幅值检测电路中幅值信息输出电阻的电压，作为幅值信息；

32、s30、调节第一可调电容c1和第二可调电容c2，或调节第一可调电容c1和第三可调电容c3，直到测得的相位信息和幅值信息均为0。

33、本技术提供的匹配调节方法，在阻抗匹配过程中通过实时测量相位信息输出电阻的电压以及幅值信息输出电阻的电压即可检测阻抗是否匹配，且由于当相位信息和幅值信息均为0时，完成阻抗匹配，因此，在调节过程中仅需观察测得的相位信息和幅值信息的值即可，而无需获得调节方向和调节量的大小，从而实现快速匹配，提高匹配效率。

34、可选地，本技术提供的一种匹配调节方法，在步骤s30中，当匹配网络为gama型，则调节第一可调电容c1和第三可调电容c3，直到测得的相位信息和幅值信息均为0；当匹配网络为pi型，则调节第一可调电容c1和第二可调电容c2，直到测得的相位信息和幅值信息均为0。

35、本技术通过设置第一可调电容c1、第二可调电容c2和第三可调电容c3的连接方式，使阻抗匹配箱满足对gama型匹配网络和pi型匹配网络的阻抗匹配。

36、由上可知，本技术提供的阻抗检测电路、方法、阻抗匹配器及匹配调节方法，在阻抗匹配过程中通过实时测量相位信息输出电阻的电压以及幅值信息输出电阻的电压即可检测阻抗是否匹配，且由于当相位信息和幅值信息均为0时，完成阻抗匹配，因此，在调节过程中仅需观察测得的相位信息和幅值信息的值即可，而无需获得调节方向和调节量的大小，从而实现快速匹配，提高匹配效率。

37、本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。