專利名稱：步進(jìn)電機(jī)的控制方法和裝置、匹配器及等離子體加工設(shè)備的制作方法
步進(jìn)電機(jī)的控制方法和裝置、匹配器及等離子體加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于等離子體加工設(shè)備領(lǐng)域，涉及用于將等離子體腔室的非線性負(fù)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(jìn)電機(jī)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(shè)備。
背景技術(shù)：
等離子體是由物質(zhì)原子電離成離子和自由電子而形成的，呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，并且具有很好的導(dǎo)電性，可以利用磁場(chǎng)捕捉、移動(dòng)或者加速。因此，等離子體被廣泛應(yīng)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(guò)射頻電源向等離子體腔室提供RF功率從而使腔室內(nèi)的氣體發(fā)生電離并產(chǎn)生等離子體的裝置。在利用RF等離子體發(fā)生裝置進(jìn)行蝕刻等加工處理的過(guò)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(fù)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(yán)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(dǎo)致RF等離子體發(fā)生裝置產(chǎn)生的功率無(wú)法全部輸送給等離子體處理腔室。為解決該問(wèn)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(qǐng)參閱圖1，阻抗匹配器包括傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括匹配網(wǎng)絡(luò)中的可變阻抗元件和改變其阻抗的驅(qū)動(dòng)裝置。其中，傳感器檢測(cè)RF傳輸線上的電壓、電流、前向功率、反向功率等相關(guān)參數(shù)，以提供匹配控制算法所需的輸入量；控制器根據(jù)這些輸入量實(shí)現(xiàn)匹配控制算法，并給出對(duì)應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)整量； 驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)控制器給出的調(diào)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(wǎng)絡(luò)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(dá)到匹配。處于理想匹配狀態(tài)時(shí)，RF傳輸線上的反射功率為零，RF等離子體發(fā)生裝置產(chǎn)生的功率可全部輸送給等離子體處理腔室。
在實(shí)際應(yīng)用中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)裝置常采用步進(jìn)電機(jī)，控制器對(duì)應(yīng)地給出正轉(zhuǎn)信號(hào)(CW)或反轉(zhuǎn)信號(hào)(CCW)(以下簡(jiǎn)稱方向信號(hào))作為調(diào)整量，步進(jìn)電機(jī)依據(jù)該方向信號(hào)及其內(nèi)設(shè)定的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)整可變阻抗元件的阻抗值。步進(jìn)電機(jī)的具體工作方式見(jiàn)表1， 其中，控制周期m表示第m個(gè)控制周期。控制系統(tǒng)信號(hào)一欄中，“ + ”表示步進(jìn)電機(jī)時(shí)鐘信號(hào) (CLK)有脈沖且脈沖上升沿對(duì)應(yīng)的方向信號(hào)(CW/CCW)是高電平，“_”表示步進(jìn)電機(jī)時(shí)鐘信號(hào)(CLK)有脈沖且脈沖上升沿對(duì)應(yīng)的方向信號(hào)(CW/CCW)是低電平，“0”表示步進(jìn)電機(jī)時(shí)鐘信號(hào)(CLK)沒(méi)有脈沖。電機(jī)動(dòng)作一欄中，“+1”表示步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)1步，“_1”表示步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)1步，“0”表示步進(jìn)電機(jī)不動(dòng)作。
表1為步進(jìn)電機(jī)的工作方式
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電機(jī)的控制方法，其特征在于，包括 獲取步進(jìn)電機(jī)的當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向；獲取預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)和基于該預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向；并根據(jù)所述當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向、歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向以及預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)，獲取所述步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向，并以該實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述獲取步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向包括統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)和反旋轉(zhuǎn)次數(shù)； 獲取所述正旋轉(zhuǎn)次數(shù)與所述反旋轉(zhuǎn)次數(shù)的差值；分析所述差值，若該差值不小于零，則判斷該差值是否大于零，若是，則生成控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)的信號(hào)，若否，則判斷該差值是否等于零或者當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向是否為空，且若該差值等于零或者當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榭眨瑒t生成控制所述步進(jìn)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)的信號(hào)；若該差值小于零，則生成控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)和反旋轉(zhuǎn)次數(shù)，包括獲取所述歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向中的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)和反旋轉(zhuǎn)次數(shù)； 確定所述當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎D(zhuǎn)方向，則使正旋轉(zhuǎn)次數(shù)加一，以對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)；或者，確定所述當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉葱D(zhuǎn)方向，則使反旋轉(zhuǎn)次數(shù)加一，以對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的反旋轉(zhuǎn)次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，還包括；控制所述步進(jìn)電機(jī)以[n/2]XVb的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其中，η表示預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)，且 η ^ 2 ;Vb表示所述電機(jī)的基準(zhǔn)速度；[η/2]為向下取整的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，還包括；控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入第I [2c-n]/2|個(gè)檔位，其中，C表示對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)，(c-n)表示對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的反旋轉(zhuǎn)次數(shù)；且可分別控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入0 [n/2]+l個(gè)檔位。
6.一種步進(jìn)電機(jī)的控制裝置，其特征在于，包括第一獲取模塊，用于獲取步進(jìn)電機(jī)的當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向； 第二獲取模塊，用于獲取預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)和基于該預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向；第三獲取模塊，并根據(jù)所述當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向、歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向以及預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)，獲取所述步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向；第一控制模塊，用于所述該實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制裝置，其特征在于，所述第三獲取模塊包括 統(tǒng)計(jì)單元，用于統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)和反旋轉(zhuǎn)次數(shù)； 獲取單元，用于獲取所述正旋轉(zhuǎn)次數(shù)與所述反旋轉(zhuǎn)次數(shù)的差值；分析生成單元，用于分析所述差值，若該差值不小于零，則判斷該差值是否大于零，若是，則生成控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)的信號(hào)，若否，則判斷該差值是否等于零或者當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向是否為空，且若該差值等于零或者當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榭?，則生成控制所述步進(jìn)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)的信號(hào)；若該差值小于零，則生成控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，所述統(tǒng)計(jì)單元包括獲取子單元，用于獲取所述歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向中的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)和反旋轉(zhuǎn)次數(shù)；加一子單元，用于確定所述當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎D(zhuǎn)方向，則使正旋轉(zhuǎn)次數(shù)加一，以對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)；或者，確定所述當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉葱D(zhuǎn)方向，則使反旋轉(zhuǎn)次數(shù)加一，以對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的反旋轉(zhuǎn)次數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的控制裝置，其特征在于，還包括；第二控制模塊，用于控制所述步進(jìn)電機(jī)以[n/2] XVb的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其中，η表示預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)，且η > 2 ；Vb表示所述電機(jī)的基準(zhǔn)速度；[η/2]為向下取整的整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制裝置，其特征在于，還包括；第三控制模塊，用于控制控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入第|[2c-n]/2|個(gè)檔位，其中，c表示對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的正旋轉(zhuǎn)次數(shù)，(c-n)表示對(duì)應(yīng)于所述預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的反旋轉(zhuǎn)次數(shù)；且可分別控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入0 [n/2]+l個(gè)檔位。
11.一種匹配器，包括傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括可變電阻元件和改變所述可變電阻元件的阻抗的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，還包括權(quán)利要求6至10中任一權(quán)利要求的控制裝置，且該控制裝置分別與所述傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置分別相連接。
12.—種等離子體加工設(shè)備，包括電極射頻電源、電極匹配器以及等離子體腔室，所述電極匹配器設(shè)置在所述電極射頻電源與所述等離子體腔室之間，用于使所述電極射頻電源的輸出阻抗與所述等離子體腔室的輸入阻抗達(dá)到匹配，其特征在于，所述電極匹配器可采用權(quán)利要求11所述的匹配器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于所述電極射頻電源包括上電極射頻電源和/或下電極射頻電源，且對(duì)應(yīng)的所述電極匹配器包括上電極匹配器和下電極匹配器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種步進(jìn)電機(jī)的控制方法和裝置、匹配器及等離子體加工設(shè)備，該控制方法包括獲取步進(jìn)電機(jī)的當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向；獲取預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)和基于該預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)的歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向；并根據(jù)所述當(dāng)前控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向、歷史控制周期的算法旋轉(zhuǎn)方向以及預(yù)設(shè)控制周期維數(shù)，獲取所述步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向，并以該實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向控制所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該控制方法可以減少步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)切換次數(shù)，從而減少步進(jìn)電機(jī)的丟步和失步現(xiàn)象，以及提高步進(jìn)電機(jī)的使用壽命。
文檔編號(hào)H02P8/14GK102545750SQ201010600930
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者葉華, 宗令蓓, 王一帆 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司