步进电机的控制方法和装置、匹配器及等离子体加工设备的制作方法
专利名称：步进电机的控制方法和装置、匹配器及等离子体加工设备的制作方法
步进电机的控制方法和装置、匹配器及等离子体加工设备技术领域
本发明属于等离子体加工设备领域，涉及用于将等离子体腔室的非线性负载阻抗与射频电源的输出阻抗相互匹配的匹配器，具体涉及一种步进电机的控制方法及装置、匹配器以及包含该匹配器的等离子体加工设备。
背景技术：
等离子体是由物质原子电离成离子和自由电子而形成的，呈现出高度激发的不稳定态，并且具有很好的导电性，可以利用磁场捕捉、移动或者加速。因此，等离子体被广泛应用于蚀刻、沉积、焊接以及喷涂等加工工艺。
RF(射频)等离子体发生装置是一种通过射频电源向等离子体腔室提供RF功率从而使腔室内的气体发生电离并产生等离子体的装置。在利用RF等离子体发生装置进行蚀刻等加工处理的过程中，由于RF等离子体发生装置的恒定输出阻抗与等离子体处理腔室的非线性负载阻抗不相等，故在RF等离子体发生装置和等离子体处理腔室之间具有严重的阻抗失配，使得RF传输线上存在较大的反射功率，从而导致RF等离子体发生装置产生的功率无法全部输送给等离子体处理腔室。为解决该问题，须在RF等离子体发生装置和等离子体腔室之间插入阻抗匹配器。
图1为阻抗匹配器的原理图。请参阅图1，阻抗匹配器包括传感器、控制器和执行机构，所述执行机构包括匹配网络中的可变阻抗元件和改变其阻抗的驱动装置。其中，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，以提供匹配控制算法所需的输入量；控制器根据这些输入量实现匹配控制算法，并给出对应于执行机构的调整量； 驱动装置根据控制器给出的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，以减小射频传输线上的反射功率，从而使匹配网络的输入阻抗等于RF等离子体发生装置的恒定输出阻抗，即二者达到匹配。处于理想匹配状态时，RF传输线上的反射功率为零，RF等离子体发生装置产生的功率可全部输送给等离子体处理腔室。
在实际应用中，执行机构中的驱动装置常采用步进电机，控制器对应地给出正转信号(CW)或反转信号(CCW)(以下简称方向信号)作为调整量，步进电机依据该方向信号及其内设定的时钟信号来调整可变阻抗元件的阻抗值。步进电机的具体工作方式见表1， 其中，控制周期m表示第m个控制周期。控制系统信号一栏中，“ + ”表示步进电机时钟信号 (CLK)有脉冲且脉冲上升沿对应的方向信号(CW/CCW)是高电平，“_”表示步进电机时钟信号(CLK)有脉冲且脉冲上升沿对应的方向信号(CW/CCW)是低电平，“0”表示步进电机时钟信号(CLK)没有脉冲。电机动作一栏中，“+1”表示步进电机正转1步，“_1”表示步进电机反转1步，“0”表示步进电机不动作。
表1为步进电机的工作方式
权利要求
1.一种步进电机的控制方法，其特征在于，包括 获取步进电机的当前控制周期的算法旋转方向；获取预设控制周期维数和基于该预设控制周期维数的历史控制周期的算法旋转方向；并根据所述当前控制周期的算法旋转方向、历史控制周期的算法旋转方向以及预设控制周期维数，获取所述步进电机的实际旋转方向，并以该实际旋转方向控制所述步进电机进行旋转。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取步进电机的实际旋转方向包括统计对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数和反旋转次数； 获取所述正旋转次数与所述反旋转次数的差值；分析所述差值，若该差值不小于零，则判断该差值是否大于零，若是，则生成控制所述步进电机进行正转的信号，若否，则判断该差值是否等于零或者当前控制周期的算法旋转方向是否为空，且若该差值等于零或者当前控制周期的算法旋转方向为空，则生成控制所述步进电机停止旋转的信号；若该差值小于零，则生成控制所述步进电机进行反转的信号。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述统计对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数和反旋转次数，包括获取所述历史控制周期的算法旋转方向中的正旋转次数和反旋转次数； 确定所述当前控制周期的算法旋转方向为正旋转方向，则使正旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数；或者，确定所述当前控制周期的算法旋转方向为反旋转方向，则使反旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数。
4.根据权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，还包括；控制所述步进电机以[n/2]XVb的转速进行旋转，其中，η表示预设控制周期维数，且 η ^ 2 ;Vb表示所述电机的基准速度；[η/2]为向下取整的整数。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括；控制所述步进电机进入第I [2c-n]/2|个档位，其中，C表示对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数，(c-n)表示对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数；且可分别控制所述步进电机进入0 [n/2]+l个档位。
6.一种步进电机的控制装置，其特征在于，包括第一获取模块，用于获取步进电机的当前控制周期的算法旋转方向； 第二获取模块，用于获取预设控制周期维数和基于该预设控制周期维数的历史控制周期的算法旋转方向；第三获取模块，并根据所述当前控制周期的算法旋转方向、历史控制周期的算法旋转方向以及预设控制周期维数，获取所述步进电机的实际旋转方向；第一控制模块，用于所述该实际旋转方向控制所述步进电机进行旋转。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第三获取模块包括 统计单元，用于统计对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数和反旋转次数； 获取单元，用于获取所述正旋转次数与所述反旋转次数的差值；分析生成单元，用于分析所述差值，若该差值不小于零，则判断该差值是否大于零，若是，则生成控制所述步进电机进行正转的信号，若否，则判断该差值是否等于零或者当前控制周期的算法旋转方向是否为空，且若该差值等于零或者当前控制周期的算法旋转方向为空，则生成控制所述步进电机停止旋转的信号；若该差值小于零，则生成控制所述步进电机进行反转的信号。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述统计单元包括获取子单元，用于获取所述历史控制周期的算法旋转方向中的正旋转次数和反旋转次数；加一子单元，用于确定所述当前控制周期的算法旋转方向为正旋转方向，则使正旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数；或者，确定所述当前控制周期的算法旋转方向为反旋转方向，则使反旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数。
9.根据权利要求7或8所述的控制装置，其特征在于，还包括；第二控制模块，用于控制所述步进电机以[n/2] XVb的转速进行旋转，其中，η表示预设控制周期维数，且η > 2 ；Vb表示所述电机的基准速度；[η/2]为向下取整的整数。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，还包括；第三控制模块，用于控制控制所述步进电机进入第|[2c-n]/2|个档位，其中，c表示对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数，(c-n)表示对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数；且可分别控制所述步进电机进入0 [n/2]+l个档位。
11.一种匹配器，包括传感器和执行机构，且该执行机构包括可变电阻元件和改变所述可变电阻元件的阻抗的驱动装置，其特征在于，还包括权利要求6至10中任一权利要求的控制装置，且该控制装置分别与所述传感器和驱动装置分别相连接。
12.—种等离子体加工设备，包括电极射频电源、电极匹配器以及等离子体腔室，所述电极匹配器设置在所述电极射频电源与所述等离子体腔室之间，用于使所述电极射频电源的输出阻抗与所述等离子体腔室的输入阻抗达到匹配，其特征在于，所述电极匹配器可采用权利要求11所述的匹配器。
13.根据权利要求12所述的等离子体加工设备，其特征在于所述电极射频电源包括上电极射频电源和/或下电极射频电源，且对应的所述电极匹配器包括上电极匹配器和下电极匹配器。
全文摘要
本发明提供一种步进电机的控制方法和装置、匹配器及等离子体加工设备，该控制方法包括获取步进电机的当前控制周期的算法旋转方向；获取预设控制周期维数和基于该预设控制周期维数的历史控制周期的算法旋转方向；并根据所述当前控制周期的算法旋转方向、历史控制周期的算法旋转方向以及预设控制周期维数，获取所述步进电机的实际旋转方向，并以该实际旋转方向控制所述步进电机进行旋转。该控制方法可以减少步进电机正、反转切换次数，从而减少步进电机的丢步和失步现象，以及提高步进电机的使用寿命。
文档编号H02P8/14GK102545750SQ201010600930
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者叶华, 宗令蓓, 王一帆 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司
步进电机的控制方法和装置、匹配器及等离子体加工设备技术领域
本发明属于等离子体加工设备领域，涉及用于将等离子体腔室的非线性负载阻抗与射频电源的输出阻抗相互匹配的匹配器，具体涉及一种步进电机的控制方法及装置、匹配器以及包含该匹配器的等离子体加工设备。
背景技术：
等离子体是由物质原子电离成离子和自由电子而形成的，呈现出高度激发的不稳定态，并且具有很好的导电性，可以利用磁场捕捉、移动或者加速。因此，等离子体被广泛应用于蚀刻、沉积、焊接以及喷涂等加工工艺。
RF(射频)等离子体发生装置是一种通过射频电源向等离子体腔室提供RF功率从而使腔室内的气体发生电离并产生等离子体的装置。在利用RF等离子体发生装置进行蚀刻等加工处理的过程中，由于RF等离子体发生装置的恒定输出阻抗与等离子体处理腔室的非线性负载阻抗不相等，故在RF等离子体发生装置和等离子体处理腔室之间具有严重的阻抗失配，使得RF传输线上存在较大的反射功率，从而导致RF等离子体发生装置产生的功率无法全部输送给等离子体处理腔室。为解决该问题，须在RF等离子体发生装置和等离子体腔室之间插入阻抗匹配器。
图1为阻抗匹配器的原理图。请参阅图1，阻抗匹配器包括传感器、控制器和执行机构，所述执行机构包括匹配网络中的可变阻抗元件和改变其阻抗的驱动装置。其中，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，以提供匹配控制算法所需的输入量；控制器根据这些输入量实现匹配控制算法，并给出对应于执行机构的调整量； 驱动装置根据控制器给出的调整量改变可变阻抗元件的阻抗值，以减小射频传输线上的反射功率，从而使匹配网络的输入阻抗等于RF等离子体发生装置的恒定输出阻抗，即二者达到匹配。处于理想匹配状态时，RF传输线上的反射功率为零，RF等离子体发生装置产生的功率可全部输送给等离子体处理腔室。
在实际应用中，执行机构中的驱动装置常采用步进电机，控制器对应地给出正转信号(CW)或反转信号(CCW)(以下简称方向信号)作为调整量，步进电机依据该方向信号及其内设定的时钟信号来调整可变阻抗元件的阻抗值。步进电机的具体工作方式见表1， 其中，控制周期m表示第m个控制周期。控制系统信号一栏中，“ + ”表示步进电机时钟信号 (CLK)有脉冲且脉冲上升沿对应的方向信号(CW/CCW)是高电平，“_”表示步进电机时钟信号(CLK)有脉冲且脉冲上升沿对应的方向信号(CW/CCW)是低电平，“0”表示步进电机时钟信号(CLK)没有脉冲。电机动作一栏中，“+1”表示步进电机正转1步，“_1”表示步进电机反转1步，“0”表示步进电机不动作。
表1为步进电机的工作方式
权利要求
1.一种步进电机的控制方法，其特征在于，包括 获取步进电机的当前控制周期的算法旋转方向；获取预设控制周期维数和基于该预设控制周期维数的历史控制周期的算法旋转方向；并根据所述当前控制周期的算法旋转方向、历史控制周期的算法旋转方向以及预设控制周期维数，获取所述步进电机的实际旋转方向，并以该实际旋转方向控制所述步进电机进行旋转。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取步进电机的实际旋转方向包括统计对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数和反旋转次数； 获取所述正旋转次数与所述反旋转次数的差值；分析所述差值，若该差值不小于零，则判断该差值是否大于零，若是，则生成控制所述步进电机进行正转的信号，若否，则判断该差值是否等于零或者当前控制周期的算法旋转方向是否为空，且若该差值等于零或者当前控制周期的算法旋转方向为空，则生成控制所述步进电机停止旋转的信号；若该差值小于零，则生成控制所述步进电机进行反转的信号。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述统计对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数和反旋转次数，包括获取所述历史控制周期的算法旋转方向中的正旋转次数和反旋转次数； 确定所述当前控制周期的算法旋转方向为正旋转方向，则使正旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数；或者，确定所述当前控制周期的算法旋转方向为反旋转方向，则使反旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数。
4.根据权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，还包括；控制所述步进电机以[n/2]XVb的转速进行旋转，其中，η表示预设控制周期维数，且 η ^ 2 ;Vb表示所述电机的基准速度；[η/2]为向下取整的整数。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括；控制所述步进电机进入第I [2c-n]/2|个档位，其中，C表示对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数，(c-n)表示对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数；且可分别控制所述步进电机进入0 [n/2]+l个档位。
6.一种步进电机的控制装置，其特征在于，包括第一获取模块，用于获取步进电机的当前控制周期的算法旋转方向； 第二获取模块，用于获取预设控制周期维数和基于该预设控制周期维数的历史控制周期的算法旋转方向；第三获取模块，并根据所述当前控制周期的算法旋转方向、历史控制周期的算法旋转方向以及预设控制周期维数，获取所述步进电机的实际旋转方向；第一控制模块，用于所述该实际旋转方向控制所述步进电机进行旋转。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第三获取模块包括 统计单元，用于统计对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数和反旋转次数； 获取单元，用于获取所述正旋转次数与所述反旋转次数的差值；分析生成单元，用于分析所述差值，若该差值不小于零，则判断该差值是否大于零，若是，则生成控制所述步进电机进行正转的信号，若否，则判断该差值是否等于零或者当前控制周期的算法旋转方向是否为空，且若该差值等于零或者当前控制周期的算法旋转方向为空，则生成控制所述步进电机停止旋转的信号；若该差值小于零，则生成控制所述步进电机进行反转的信号。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述统计单元包括获取子单元，用于获取所述历史控制周期的算法旋转方向中的正旋转次数和反旋转次数；加一子单元，用于确定所述当前控制周期的算法旋转方向为正旋转方向，则使正旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数；或者，确定所述当前控制周期的算法旋转方向为反旋转方向，则使反旋转次数加一，以对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数。
9.根据权利要求7或8所述的控制装置，其特征在于，还包括；第二控制模块，用于控制所述步进电机以[n/2] XVb的转速进行旋转，其中，η表示预设控制周期维数，且η > 2 ；Vb表示所述电机的基准速度；[η/2]为向下取整的整数。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，还包括；第三控制模块，用于控制控制所述步进电机进入第|[2c-n]/2|个档位，其中，c表示对应于所述预设控制周期维数的正旋转次数，(c-n)表示对应于所述预设控制周期维数的反旋转次数；且可分别控制所述步进电机进入0 [n/2]+l个档位。
11.一种匹配器，包括传感器和执行机构，且该执行机构包括可变电阻元件和改变所述可变电阻元件的阻抗的驱动装置，其特征在于，还包括权利要求6至10中任一权利要求的控制装置，且该控制装置分别与所述传感器和驱动装置分别相连接。
12.—种等离子体加工设备，包括电极射频电源、电极匹配器以及等离子体腔室，所述电极匹配器设置在所述电极射频电源与所述等离子体腔室之间，用于使所述电极射频电源的输出阻抗与所述等离子体腔室的输入阻抗达到匹配，其特征在于，所述电极匹配器可采用权利要求11所述的匹配器。
13.根据权利要求12所述的等离子体加工设备，其特征在于所述电极射频电源包括上电极射频电源和/或下电极射频电源，且对应的所述电极匹配器包括上电极匹配器和下电极匹配器。
全文摘要
本发明提供一种步进电机的控制方法和装置、匹配器及等离子体加工设备，该控制方法包括获取步进电机的当前控制周期的算法旋转方向；获取预设控制周期维数和基于该预设控制周期维数的历史控制周期的算法旋转方向；并根据所述当前控制周期的算法旋转方向、历史控制周期的算法旋转方向以及预设控制周期维数，获取所述步进电机的实际旋转方向，并以该实际旋转方向控制所述步进电机进行旋转。该控制方法可以减少步进电机正、反转切换次数，从而减少步进电机的丢步和失步现象，以及提高步进电机的使用寿命。
文档编号H02P8/14GK102545750SQ201010600930
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者叶华, 宗令蓓, 王一帆 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司
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