[发明专利]电机控制装置、方法、阻抗匹配器及等离子体处理设备

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种电机控制装置、方法，应用上述电机控制装置的阻抗匹配器以及应用上述阻抗匹配器的等离子体处理设备。

背景技术

随着科技的不断进步，微电子产品得到广泛应用，同时，用于微电子产品生产的等离子体处理技术也日趋完善。等离子体处理技术是指通过大功率射频(Radio Frequency，以下简称RF)将工艺气体激发为等离子体状态后，利用等离子体中的带电粒子与被加工物体(例如，晶片等)发生多种物理和化学反应而使物体表面的性能和形态发生变化的一种加工手段。

目前，常用的RF发生器的输出阻抗均为恒定值(通常为50Ω)，其通过产生固定频率(通常为13.56MHz)的RF波，而向工艺腔室提供用于激发等离子体的RF功率。通常，等离子体工艺腔室的负载是非线性变化的，工艺腔室内的阻抗与RF发生器的恒定输出阻抗并不相等，因此，在工艺腔室和RF发生器之间存在严重的阻抗失配问题，造成RF传输线上存在较大的反射功率，致使RF发生器所提供的功率无法全部作用于工艺腔室内。为解决这一问题，技术人员在RF发生器和工艺腔室之间设置一种阻抗匹配器(即射频匹配器)用于对RF传输线上的阻抗进行自动匹配。

请参阅图1，为一种目前常用的阻抗匹配器的结构框图。该阻抗匹配器由传感器、控制器和执行机构三部分组成，其中执行机构包括设置于射频传输线中的可变阻抗元件和改变其阻抗值的驱动装置(通常为电机)。传感器检测RF传输线上的电压、电流、前向功率、反向功率等相关参数，提供匹配控制算法所需的输入量；控制器根据输入量，实现某种匹配控制算法，并给出可变阻抗元件驱动装置的调整量；执行机构根据控制器给出的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，从而使得匹配网络的输入阻抗等于RF发生器的恒定输出阻抗，二者达到匹配。此时，RF传输线上的反射功率为零，从而使RF发生器产生的功率全部作用于等离子体工艺腔室。

上述阻抗匹配器的控制器中包含有电机控制装置，用以控制电机运行。如图2所示，上述电机控制装置包括电机驱动芯片C1以及控制单元μP，驱动单元C1中的电压信号和参考电压信号由外部电源提供，控制单元μP用于给出时钟信号、电机同步运行信号、电机正反转信号、电机整步半步运行信号、开关通断信号等，电机驱动芯片C1则根据控制单元μP所给出的信号控制电机的转速和转向(正转或反转)。

在上述阻抗匹配器的整个工作过程中，电机会随着等离子体腔室内的非线性阻抗的不断变化而进行不停地加/减速运动。图3所示为一种常用的步进电机的运行参数图，当电机的速度在[100，400]r/min范围内变化时，对应的输入电流应为[0.8，1.1]A。然而，在图2所示的电机驱动电路中，电机驱动芯片C1在阻抗匹配器的整个工作过程中向电机输入的电流恒定为1.1A，即，电机在运行状态时不论转速大小，流经电机的驱动电流始终为最大值。因此，非常容易造成电机内部的发热量过大，而长时间发热将会缩短电机的使用寿命，进而缩短阻抗匹配器的使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种电机控制装置、方法，一种应用上述电机控制装置的阻抗匹配器以及一种应用上述阻抗匹配器的等离子体处理设备，其能够根据电机的实际转速调整流经电机的电流值，以使电流值与转速相适应。

为此，本发明提供一种电机控制装置，用以根据电机转速而调节流经电机的电流，电机控制装置包括检测单元、控制单元和电流调节单元，其中：检测单元用于检测电机的转速，并将相应检测值发送至控制单元；控制单元根据来自检测单元的检测值得出电机在当前转速时所对应的期望电流值，并向电流调节单元发送相关的电流调节指令；电流调节单元根据电流调节指令作出相应的调节动作，以将流经电机的电流调节为期望电流值。

其中，控制单元内预先存储有电机转速和电流之间的对应关系，控制单元根据该对应关系以及来自检测单元的检测值来确定对应于电机当前转速的期望电流值。

其中，电机转速和电流之间的对应关系表示为电机转速和电流的对应关系曲线图，其中，电机转速值为连续变化的数值，每个转速值对应一个电流值。

其中，电机转速和电流的对应关系表示为电机转速和电流的对应关系表，其中，将电机转速范围设置为N个区间，每个区间对应一个期望电流值，N为正整数。

其中，所述控制单元收到来自检测单元的电机转速值后，通过在所述电机转速和电流的对应关系表中查找该转速值所属的区间，进而确定与电机当前转速相对应的期望电流值。

其中，电流调节单元包括可调电阻，通过改变可调电阻的阻值而将流经电机的电流调节为所期望的电流值。