自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及RF等离子体系统领域，尤其涉及一种自动频率调谐阻抗匹配的匹配 频率的获取方法和装置。
【背景技术】
[0002] 在典型的RF等离子体发生器中，一个RF射频源产生固定频率（例如13. 56MHz) 的RF波，该RF波通过一个输能管道被送到等离子体腔。RF射频源通常以一个固定的已知 阻抗（例如50 Ω )提供RF功率。由于在RF射频源与等离子体腔之间存在阻抗不匹配，必 须采取一些方法进行调节以使等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗匹配。
[0003] 为了使得等离子体腔阻抗与RF射频源的阻抗匹配，现有技术中通常采用自动频 率调谐技术通过调整RF射频源的频率使RF等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗相匹配。 当RF等离子体腔的阻抗与RF射频源的阻抗相匹配时的RF射频源的频率为匹配频率。因 此，采用频率调谐阻抗匹配的过程也就是获取匹配频率的过程。现有的自动频率调谐技术 是以预设方向和预设步长逐级调节RF射频源的频率使得等离子体腔的阻抗与RF射频源的 阻抗相匹配。这种自动频率调谐方法存在以下缺点：
[0004] 1、当调谐的起始频率与匹配频率相差较大时，需要花费很长的时间才能完成调谐 匹配过程，导致频率调谐的效率较低。
[0005] 2、需要定义粗调和微调区域，以在不同的调谐步骤中采用不同的频率幅度。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种自动频率调谐阻抗匹配的方法和装 置。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
[0008] -种自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取方法，包括：
[0009] A、设置频率调谐过程中的第i步频率fi、第j步频率f j和第k步频率fk ;其中，j =i+1，k = j+1，i、j 和 k 均为整数；
[0010] B、分别获取与第i步频率fi、第j步频率fj和第k步频率fk对应的预设参数的 第i参数值Pfi、第j参数值P f,和第k参数值Pfk ;其中，所述预设参数为与负载阻抗相关的 任意一个参数；所述预设参数与RF频率的关系为非线性函数关系，所述非线性函数为具有 极值的非线性函数；
[0011] C、根据所述第i步频率fk第j步频率fj和第k步频率fk以及所述预设参数的 第i参数值Pfi、第j参数值P f]和第k参数值Pfk以及预设算法，计算第q步频率调谐的频 率fq ;其中，q = k+1，q为整数；所述预设算法具有收敛性；
[0012] D、将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk更新为第j 步频率fj，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk ;
[0013] E、判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述Pf,与Pfk之差的 绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率；
[0014] 当所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值和/或所述Pf j与Pfk之差的绝对值小 于第二阈值时，确定所述fk为匹配频率；
[0015] 当所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且当所述Pf j与Pfk之差的绝对值不 小于第二阈值时，循环执行步骤C至步骤E，直至所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值 和/或所述P t]与Pfk之差的绝对值小于第二阈值。
[0016] 可选地，所述预设算法为牛顿迭代算法，所述步骤C具体包括：
[0017] C1、根据所述第i步频率fk第j步频率f j和第k步频率fk以及所述预设参数的 第i参数值Pfi、第j参数值Pf]和第k参数值P fk，获取所述非线性函数在RF频率为第k步 频率fk时的一阶导数P'（fk)和二阶导数P"（fk);
[0018] C2、根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在RF频率为第k步频率fk时的 一阶导数P'（fk)和二阶导数P"（fk)，计算第q步频率调谐的频率fq。
[0019] 可选地，所述判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所述Pf,与 Pfk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率具体包括：
[0020] 判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率， 如果否，判断所述P f]与Pfk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率。
[0021] 可选地，所述第q步频率调谐频率fq具体通过以下公式计算得到：
[0022]
[0023] 可选地，所述预设参数为入射功率、反射功率或反射系数。
[0024] -种自动频率调谐阻抗匹配的匹配频率的获取装置，包括：
[0025] 设置单元，用于设置频率调谐过程中的第i步频率fk第j步频率fj和第k步频 率fk ;其中，j = i+1，k = j+1，i、j和k均为整数；
[0026] 获取单元，用于分别获取与第i步频率fk第j步频率fj和第k步频率fk对应的 预设参数的第i参数值P fi、第j参数值Pf]和第k参数值Pfk ;其中，所述预设参数为与负载 阻抗相关的任意一个参数；所述预设参数与RF频率的关系近似为非线性函数关系，所述非 线性函数为具有极值的非线性函数；
[0027] 计算单元，用于根据所述第i步频率fk第j步频率fj和第k步频率fk以及所述 预设参数的第i参数值P fi、第j参数值Pt]和第k参数值Pfk以及预设算法，计算第q步频 率调谐的频率fq ;其中，q = k+1，q为整数；所述预设算法具有收敛性；
[0028] 更新单元，用于将所述第j步频率fj更新为第i步频率fi，将所述第k步频率fk 更新为第j步频率f j，将所述第q步频率fq更新为第k步频率fk ;
[0029] 判断确定单元，用于判断所述fk与fj之差的绝对值是否小于第一阈值和/或所 述Pf]与P fk之差的绝对值是否小于第二阈值，以确定所述fk为匹配频率；当所述fk与fj 之差的绝对值小于第一阈值和/或所述Pfj与Pfk之差的绝对值小于第二阈值时，确定所述 fk为匹配频率，当所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且当所述Pf]与Pfk之差的绝 对值不小于第二阈值时，将所述fk与fj之差的绝对值不小于第一阈值且所述P f]与Pfk之 差的绝对值不小于第二阈值的信号发送至所述获取单元。
[0030] 可选地，所述预设算法为牛顿迭代算法，所述计算单元具体包括：
[0031] 获取子单元，用于根据所述第i步频率fk第j步频率fj和第k步频率fk以及所 述预设参数的第i参数值P fi、第j参数值Pf]和第k参数值Pfk，获取所述非线性函数在RF 频率为第k步频率fk时的一阶导数P'（fk)和二阶导数P"（fk);
[0032] 计算子单元，用于根据所述第k步频率fk以及所述非线性函数在RF频率为第k 步频率fk时的一阶导数P'（fk)和二阶导数P"（fk)，计算第q步频率调谐的频率fq。
[0033] 可选地，所述判断确定单元具体包括：
[0034] 第一判断子单元，用于判断所述fk与fj之差的绝对值小于第一阈值，如果是，确 定所述fk为匹配频率；
[0035] 第二判断子单元，用于当所述第一判断子单元的判断结果为否时，判断所述^,与 Pfk之差的绝对值小于第二阈值，如果是，确定所述fk为匹配频率。
[0036] 可选地，所述第q步频率调谐频率fq具体通过以下公式计算得到：
[0037]
[0038] 可选地，所述预设参数为入射功率、反射功率或反射系数。
[0039] 相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0040] 本发明提供的自动频率调谐阻抗匹配的方法中，基于预设参数与RF频率的非线 性函数关系，根据最先设置的三步调谐频率以及该最先设置的三步调谐频率对应的预设参 数值可以获取到下一步的调谐频率，然后利用预设算法依次逐步获取下一步的调谐频率直 至获取到匹配频率。
[0041] 因而在本发明提供的阻抗匹配的自动频率调谐方法中，调谐过程中除了三个最先 设定的调谐频率外，其后续每一步的调谐频率都不是一个预先设定的值，该调谐频率是根 据其上一步的调谐频率以及该调谐频率下的预设参数值对RF频率的反应动态得出的。因 而通过这种方法获取的调谐频率的步长不是固定的，而是随着其上一步的调谐频率以及该 协调频率下的预设参数值对RF频率的反应动态变化的，所以，该自动频率调谐方法无需对 RF频率的整个范围进行逐级扫描。所以，相较于现有技术中以预设方向和预设步长逐级调 节RF射频