CN105594122A - 阻抗匹配方法和阻抗匹配系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阻抗匹配器件和阻抗匹配方法。可变电抗阻抗匹配网络被布置在用于改变驱动频率(f)的可变频率RF功率源与负载之间。所述可变电抗阻抗匹配网络的阻抗匹配方法包括：将所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感的变化量控制成为目标驱动频率f_t与所述驱动频率之间的差的函数。

Description

阻抗匹配方法和阻抗匹配系统

技术领域

本文中说明的本发明大体上涉及RF功率系统，更加具体地涉及含有可变频率RF功率源的RF功率系统。

背景技术

在诸如半导体或平板显示器的制造等离子体处理领域，RF功率发生器将RF功率供给至负载以将电容耦合或电感耦合等离子体排入等离子体室内。

所述负载是含有等离子体的时变动态负载。由于动态负载，需要通过使RF功率发生器与动态负载之间的从负载反射的反射波最小化而将最大功率传输至动态负载的方法。

通常，已有两种方法用于RF功率发生器与负载之间的阻抗匹配。一种方法是在RF功率发生器与负载之间布置含有可变元件的隔离阻抗匹配网络。另一个种方法是通过改变RF功率发生器的频率来进行阻抗匹配。

在含有可变元件阻抗匹配网络的情况下，阻抗匹配网络使用至少两个可变电抗组件。可变电抗组件可以是可变电容器或可变电感器。通常，可变电抗组件由电机驱动。通常，可变电抗组件的最大/最小之比是10或以上，这个比值大到足够使可变元件阻抗匹配网络能够对宽范围的负载阻抗进行阻抗匹配。因此，即使当等离子体的状态发生了极大改变时，可变元件阻抗匹配网络仍可以进行阻抗匹配。然而，由于电机的驱动速度，可变元件阻抗匹配网络需要几百毫秒至几秒的匹配时间。

另一方面，当通过频率调整或频率变化来进行阻抗匹配时，通常的频率可变范围是约10％。即，在能够阻抗匹配的情况下，负载的阻抗范围非常窄。因此，当等离子体的状态发生极大改变时，不能通过频率调谐来进行阻抗匹配。与此同时，达到阻抗匹配的匹配时间是几微秒至几毫秒，这是非常短的。

作为等离子体处理工艺中的一种，原子层沉积(ALD)需要重复短的加工步骤。此外，硅通孔(TSV)工艺需要重复沉积处理和蚀刻处理。当前的沉积或蚀刻处理采用在保持RF功率的同时改变工艺条件的多步骤方式。为了满足这样的新工艺条件，RF功率发生器和阻抗匹配网络必须以几十毫秒或更短时间地进行阻抗匹配。尤其是当使用脉冲等离子体处理时，应当在几微秒至几十微秒或更短时间内进行阻抗匹配。因此，需要一种这样的新阻抗匹配方法：其中，即使等离子体负载的范围是宽的，也能够在几微秒至几十微秒的预定范围内减小反射功率且驱动频率是固定的。

发明内容

技术问题

本发明的主题是提供一种进行高速阻抗匹配的阻抗匹配系统。

技术问题的解决方案

根据本发明实施例的可变电抗阻抗匹配网络布置在改变驱动频率(f)的可变频率RF功率源与负载之间。阻抗匹配方法可以包括：将所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感的变化量控制成为目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的差的函数。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且所述第一电容器的第一电容C₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₁和dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且所述第一电容器的第一电容C₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₁和dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{K}_1\\ K_2\end{array}\right)$

其中，K₁是常数、K₂是常数且dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

在本发明的实施例中，所述阻抗匹配网络可以包括L型、倒L型、T型和π型中的至少一者。

在本发明的实施例中，当所述目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的差为正值时，可以将所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量控制为具有负值。当所述目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的差为负值时，可以将所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量控制为具有正值。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量还可以依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且所述第一电容器的第一电容C₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₁和dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，A和B是依赖于反射系数或阻抗的参数，且dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

在本发明的实施例中，所述第一电容器的第一电容C₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₁和dC₂可以满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=g_1\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-g_2\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，g₁代表第一权重函数且g₂代表第二权重函数。当反射系数大时，所述第一权重函数可以具有大的值，且当反射系数小时，所述第一权重函数可以具有小的值；且当反射系数大时，所述第二权重函数可以具有小的值，且当反射系数小时，所述第二权重函数可以具有大的值。

在本发明的实施例中，所述频率可变RF功率源可以通过改变驱动频率来进行阻抗匹配。

在本发明的实施例中，当反射系数的虚部为正值时，所述频率可变RF功率源可以增大所述驱动频率，且当反射系数的虚部为负值时，所述频率可变RF功率源可以减小所述驱动频率。

在本发明的实施例中，所述频率可变RF功率源可以通过扫描所述驱动频率来进行阻抗匹配。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数的步骤可以包括：提取特征矢量；使用预定变换矩阵将表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将所述特征矢量表达在分析坐标系上；对所述分析坐标系上的所述特征矢量进行分析以提取用于阻抗匹配的位移矢量；使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量；且使用所述简约器件矢量提取电容或电感的变化量。

根据本发明实施例的RF系统的控制方法可以包括：通过测量频率可变RF功率源的输出处的电特性且使用测量出的电特性改变驱动频率，来进行第一阻抗匹配；且将含有可变电抗组件的阻抗匹配网络布置在所述频率可变RF功率源与负载之间以改变所述可变电抗组件的电容或电感。可以将所述可变电抗组件的电容或电感的变化量给定为目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的函数。

在本发明的实施例中，所述阻抗匹配网络可以包括L型、倒L型、T型和π型中的至少一者。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且所述第一电容器的第一电容C₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₁和dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

在本发明的实施例中，所述控制方法还可以包括：计算预测驱动频率f_p且将计算出的预测驱动频率f_p提供给所述频率可变RF功率源。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且如下地给出预测驱动角频率ω_p，

${\mathrm{\ω}}_p=\mathrm{\ω}-\mathrm{\ω}(\frac{{\mathrm{dC}}_1}{C_1}+\frac{{\mathrm{dC}}_2}{C_2})$

其中，ω_p代表预测驱动角频率(ω_p＝2πf_p)，ω代表驱动角频率(ω＝2πf)，C₁代表所述第一电容器的第一电容且C₂代表所述第二电容器的第二电容。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量可以依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数的步骤可以包括：提取特征矢量；使用预定变换矩阵将表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将所述特征矢量表达在分析坐标系上；对所述分析坐标系上的特征矢量进行分析以提取用于阻抗匹配的位移矢量；使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量；且使用所述简约器件矢量提取电容或电感的变化量。

在本发明的实施例中，所述可变电抗组件可以包括第一电容器和第二电容器，且其中，所述第一电容器的第一电容C₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₁和dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，A和B是依赖于反射系数或阻抗的参数，且dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

在本发明的实施例中，所述第一电容器的第一电容C₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₁和dC₂可以满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=g_1\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-g_2\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，g₁代表第一权重函数且g₂代表第二权重函数。当反射系数大时，所述第一权重函数可以具有大的值，且当反射系数小时，所述第一权重函数可以具有小的值。当反射系数大时，所述第二权重函数可以具有小的值，且当反射系数小时，所述第二权重函数可以具有大的值。

根据本发明实施例的可变电抗阻抗匹配网络布置在用于改变驱动频率f的频率可变RF功率源与负载之间。所述可变电抗阻抗匹配网络的阻抗匹配方法可以包括：改变所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感使得所述频率可变RF功率源被诱导为在目标频率驱动频率操作。

在本发明的实施例中，可以将所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感的变化量控制成为目标驱动频率f_t与驱动频率f之间的差的函数。

在本发明的实施例中，所述控制方法还可以包括：计算预测驱动频率f_p且将计算出的预测驱动频率f_p提供给所述频率可变RF功率源。

根据本发明实施例的RF功率系统包括频率可变RF功率源和将所述频率可变RF功率源的输出传输至负载的阻抗匹配网络。所述RF功率系统的阻抗匹配方法可以包括：测量所述频率可变RF功率源的输出端子处的第一电特性；在所述频率可变RF功率处使用所述第一电特性检查阻抗匹配状态；改变所述频率可变RF功率源的驱动频率；测量所述阻抗匹配网络处的第二电特性；在所述阻抗匹配网络处使用所述第二电特性检查阻抗匹配状态，并检查驱动频率是否是目标驱动频率；当所述阻抗匹配网络处未进行阻抗匹配时，计算用于阻抗匹配的可变电抗组件的电感或电容的第一变化量；当驱动频率不匹配目标驱动频率时，计算所述可变电抗组件的电感或电容的用于改变所述阻抗匹配网络处的驱动频率的第二变化量；且计算由所述第一变化量和所述第二变化量导致的总变化量并使用所述总变化量控制所述可变电抗组件。

在本发明的实施例中，可以将所述第一变化量给定为驱动频率与目标驱动频率之间的差的函数。

在本发明的实施例中，用来控制可变电抗组件或总量的驱动矢量可以包括第一变化量与第一权重函数的乘法运算和第二变化量与第二权重函数的乘法运算。当反射系数大时，所述第一权重函数具有大的值，且当反射系数小时，所述第一权重函数具有小的值。当反射系数大时，所述第二权重函数具有小的值，且当反射系数小时，所述第二权重函数具有大的值。

在本发明的实施例中，改变频率可变RF功率源的驱动频率的步骤可以包括：使用第一电特性计算第一反射系数；并且当第一反射系数的虚部为正值时增大频率，且当第一反射系数的虚部为负值时减小频率。

在本发明的实施例中，计算第一变化量的步骤可以包括：提取特征矢量；使用预定变换矩阵将表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将所述特征矢量表达在分析坐标系上；对所述分析坐标系上的特征矢量进行分析以提取用于阻抗匹配的位移矢量；使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量；且提取所述简约器件矢量的电容或电感的变化量。

根据本发明实施例的RF功率系统包括频率可变RF功率源和将所述频率可变RF功率源的输出传输至负载的阻抗匹配网络。所述RF功率系统的阻抗匹配方法可以包括：测量所述频率可变RF功率源的输出端子处的第一电特性；在所述频率可变RF功率源处使用第一电特性检查阻抗匹配状态；改变所述频率可变RF功率源的驱动频率；检查驱动频率是否是目标驱动频率；当未进行阻抗匹配时，计算可变电抗组件的电感或电容的用于阻抗匹配的第一变化量；当驱动频率不匹配目标驱动频率时，计算所述可变电抗组件的电感或电容的用于改变驱动频率的第二变化量；且计算所述第一变化量和所述第二变化量的总变化量并使用所述总变化量控制所述可变电抗组件。

在本发明的实施例中，可以将所述第一变化量给定为驱动频率与目标驱动频率之间的差的函数。

在本发明的实施例中，所述第二变化量可以是依赖于阻抗或反射系数的函数。

在本发明的实施例中，用来控制可变电抗组件或总量的驱动矢量可以包括第一变化量与第一权重函数的乘法运算和第二变化量与第二权重函数的乘法运算。当反射系数大时所述第一权重函数具有大的值，且当反射系数小时所述第一权重函数具有小的值。当反射系数大时所述第二权重函数具有小的值，且当反射系数小时所述第二权重函数具有大的值。

在本发明的实施例中，改变所述频率可变RF功率源的驱动频率的步骤可以包括：使用第一电特性计算第一反射系数；并且当第一反射系数的虚部为正值时增大频率，且当第一反射系数的虚部为负值时减小频率。

在本发明的实施例中，计算第一变化量的步骤可以包括：提取特征矢量；使用预定变换矩阵将表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将所述特征矢量表达在分析坐标系上；对所述分析坐标系上的特征矢量进行分析以提取用于阻抗匹配的位移矢量；使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量；且提取所述简约器件矢量的电容或电感的变化量。

在本发明的实施例中，所述阻抗匹配方法还可以包括：计算预测驱动频率f_p且将计算出的预测驱动频率f_p提供给所述频率可变RF功率源。

根据本发明实施例的阻抗匹配网络布置在RF功率源与负载之间，所述RF功率源具有预定的频率可变范围且输出RF功率。所述阻抗匹配网络可以包括至少两个可变电抗组件。所述可变电抗组件的电感或电容的变化量可以给定为驱动频率与目标驱动频率之间的差的函数。

在本发明的实施例中，阻抗匹配网络还可以包括匹配传感器单元，其布置在阻抗匹配网络与频率可变RF功率源之间以测量阻抗匹配网络处的在负载方向上的电特性。所述匹配传感器单元可以使用电特性计算阻抗或反射系数，并且测量被传输至负载的驱动频率。

在本发明的实施例中，阻抗匹配网络还可以包括功率传感器单元，其布置在阻抗匹配网络与频率可变RF功率源之间来测量阻抗匹配网络处的在负载方向上的电特性。所述功率传感器单元可以使用电特性计算阻抗或反射系数，并且接收来自频率可变RF功率源的驱动频率。

在本发明的实施例中，阻抗匹配网络可以接收来自频率可变RF功率源的在频率可变RF功率源的输出端子处的在观察负载的方向上的电特性。

在本发明的实施例中，阻抗匹配网络可以将用于阻抗匹配的预测驱动频率提供给频率可变RF功率源。

根据本发明实施例的RF功率系统可以包括：频率可变RF功率源，所述频率可变RF功率源具有预定的频率可变范围且改变驱动频率以进行阻抗匹配；和阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络接收来自所述频率可变RF功率源的输出并将所述输出传输至负载。所述阻抗匹配网络可以改变所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感以使所述频率可变RF功率源被诱导为在目标驱动频率操作。

在本发明的实施例中，阻抗匹配网络还可以包括匹配传感器单元，其布置在阻抗匹配网络与频率可变RF功率源之间以测量阻抗匹配网络处的在负载方向上的电特性。所述匹配传感器单元可以使用所述电特性计算阻抗或反射系数，并且测量被传输至负载的驱动频率。

在本发明的实施例中，频率可变RF功率源还可以包括功率传感器单元，其布置在阻抗匹配网络与频率可变RF功率源之间来测量阻抗匹配网络处的在负载方向上的电特性。所述功率传感器单元可以使用所述电特性计算阻抗或反射系数，并且接收来自频率可变RF功率源的驱动频率。

在本发明的实施例中，所述阻抗匹配网络可以接收来自频率可变RF功率源的在频率可变RF功率源的输出端子处的在观察负载的方向上的电特性。

在本发明的实施例中，阻抗匹配网络可以将用于阻抗匹配的预测驱动频率提供给频率可变RF功率源。

根据本发明实施例的电器件包括用于将频率可变RF功率源的输出传输至负载的至少两个可变电抗组件。所述可变电抗组件的电感或电容的变化量可以包括所述频率可变驱动RF功率源的驱动频率与目标驱动频率之间的差的函数。所述目标驱动频率可以在频率可变RF功率发生器的频率可变范围内。

根据本发明实施例的RF功率系统包括频率可变RF功率源和将所述频率可变RF功率源的输出传输至负载的阻抗匹配网络。所述RF功率系统的阻抗匹配方法可以包括：测量所述频率可变RF功率源的输出端子处的第一电特性；在所述频率可变RF功率处使用所述第一电特性检查阻抗匹配状态；改变所述频率可变RF功率源的驱动频率；测量所述阻抗匹配网络处的第二电特性；在所述阻抗匹配网络处使用所述第二电特性检查阻抗匹配状态；计算用于阻抗匹配的可变电抗组件的电感或电容的第一变化量；且使用所述第一变化量控制所述可变电抗组件。

本发明的有益效果

因此，即使当等离子体负载的范围是非常宽的时候，也可以在预定范围内保持反射功率的同时进行阻抗匹配和驱动频率恢复。因此，与仅使用电抗元件进行阻抗匹配时相比，能够更高速地进行阻抗匹配。此外，可以显著减少用于达到500％或以下的反射功率所需的时间。

如上所述，根据本发明实施例的阻抗匹配系统能够提供高速阻抗匹配且能够使驱动频率收敛于恒定值(目标驱动频率)以改善等离子体工艺稳定性和等离子体工艺再现性。

附图说明

结合附图以及随附的详细说明，本发明将变得更加显然。附图所绘出的实施例是通过示例的方式而不是限制的方式提供的，其中，类似的附图标记指的是相同或类似的元件。附图不一定是按照比例绘制的，而是将重点放在图示本发明的方面。

图1是根据本发明实施例的RF功率系统的概念图。

图2是图1中的RF功率系统的详细框图。

图3是概述根据本发明实施例的RF功率系统的控制方法的流程图。

图4是概述根据本发明实施例的阻抗匹配方法的流程图。

图5是概述根据本发明实施例的频率可变阻抗匹配方法的流程图。

图6是图示了根据本发明实施例的频率可变阻抗匹配的史密斯圆图(Smithchart)。

图7是概述根据本发明另一个实施例的阻抗匹配方法的流程图。

图8是概述根据本发明另一个实施例的阻抗匹配方法的流程图。

图9和图10分别图示了根据本发明其它实施例的RF功率系统。

图11是示出了标准L型阻抗匹配网络中的阻抗匹配区域的史密斯圆图。

图12是示出了当只有使用频率可变RF功率源才能够进行阻抗匹配时，仅使用频率可变RF功率源的阻抗匹配条件的曲线图。

图13至图17分别是示出了根据本发明构思的实施例的阻抗匹配轨迹的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图更加详细地说明本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同的形式来呈现且不应被理解为限于本文中所述的实施例。提供这些实施例以使本公开是彻底和完整的，并且将本发明的范围完全表达给本领域技术人员。整个说明书中，类似的符号指的是类似的元件。

根据本发明实施例的阻抗匹配网络可以被布置在频率可变RF功率源与负载之间以进行目标驱动频率的阻抗匹配。因此，频率可变RF功率源可以改变驱动频率以在预定范围内进行高速阻抗匹配或减小反射功率。即使当频率可变RF功率源进行阻抗匹配时，如果驱动频率与目标驱动频率彼此不同，那么阻抗匹配网络也可以诱导频率可变RF功率以对目标驱动频率进行阻抗匹配。即，当频率可变RF功率源满足阻抗匹配的条件并且驱动频率与目标驱动频率彼此不同时，阻抗匹配网络可以连续地操作以控制可变电抗元件使得在目标驱动频率进行阻抗匹配。于是，频率可变RF功率源改变驱动频率以在变化的条件下进行阻抗匹配。因此，当驱动频率达到目标驱动频率且阻抗匹配被进行时，阻抗匹配网络的可变电抗元件的电抗被固定至恒定值。可以在负载根据时间而变化的状态下重复这样的程序。

当频率可变RF功率源不能独立地进行阻抗匹配时，阻抗匹配网络可以在为自身进行阻抗匹配的同时诱导频率可变RF功率源对目标驱动频率进行阻抗匹配。

更加具体地，频率可变RF功率源使反射功率最小化。当在从阻抗匹配网络的输入端子观察负载的方向上的反射系数大时，阻抗匹配网络驱动可变电抗元件以进行阻抗匹配。因此，频率可变RF功率源改变驱动频率以对根据可变电抗元件而变化的阻抗进行阻抗匹配。

此外，当在从阻抗匹配网络的输入端子观察负载的方向上的反射系数小(几乎达到阻抗匹配)时，阻抗匹配网络可以将可变电抗元件控制为显著依赖于驱动频率与目标频率之间的差的函数。

图1是根据本发明实施例的RF功率系统的概念图。

图2是图1中的RF功率系统的详细框图。

图3是概述根据本发明实施例的RF功率系统的控制方法的流程图。

图4是概述根据本发明实施例的阻抗匹配方法的流程图。

图5是概述根据本发明实施例的频率可变阻抗匹配方法的流程图。

参照图1至图5，频率可变RF功率源110通过阻抗匹配网络130将RF功率传输至负载140。通常，负载140可以是等离子体负载等动态负载。频率可变RF功率源110可以通过具有特性阻抗Z₀的传输线120连接至阻抗匹配网络130，且阻抗匹配网络130可以被布置为与负载140相邻以将RF功率传输至负载140。

频率可变RF功率源110可以包括驱动频率控制环路和功率控制环路。频率可变RF功率源110可以通过功率控制环路来接收设定的功率并且将接收的功率传输至负载140。频率可变RF功率源110可以测量输出端子N1和N2的电特性以计算阻抗或反射系数。频率可变RF功率源110可以改变驱动频率f以使用于阻抗匹配的反射系数变成零。

频率可变RF功率源110高速地测量输出端子N1和N2的电特性以判定阻抗匹配状态。因此，不论阻抗匹配网络130如何，频率可变RF功率源110可以改变驱动频率以进行阻抗匹配。频率可变RF功率源110可以计算输出端子N1和N2的阻抗Z_T。频率可变RF功率源可以包括用于测量输出端子N1和N2的电特性的功率传感器单元116、放大单元114和控制单元112。功率传感器单元116的测量信号或已处理信号可以被提供给控制单元112。控制单元112可以执行前向功率控制算法或频率可变阻抗匹配算法。

此外，阻抗匹配网络130可以独立地测量阻抗匹配网络130的输入端子N3和N4的电特性以计算阻抗Z_in。阻抗匹配网络130的输入端子N3和N4的阻抗Z_in与频率可变RF功率源110的输出端子N1和N2的阻抗Z_T之间可以存在预定关系。

阻抗匹配网络130包括两个可变电抗元件132和134。可变电抗元件132和134的电抗可以是感抗或容抗。可变电抗元件132和134主要采用可变电容器。所示的阻抗匹配网络可以变成标准L型阻抗匹配网络或其它类型阻抗匹配网络。为了阻抗匹配，阻抗匹配网络还可以包括固定电感器或固定电容器。可变电抗元件132和134分别可以连接彼此并联的多个固定电容器以通过开关来调整电抗。

阻抗匹配网络130可以包括阻抗匹配控制算法和频率恢复算法。阻抗匹配控制算法可以改变可变电抗元件132和134处的电抗以用于阻抗匹配。频率恢复算法可以改变可变电抗元件132和134的电抗以在特定的目标驱动频率进行阻抗匹配。阻抗匹配网络可以独立地测量输入端子N3和N4的电特性以计算阻抗Z_in。

以下，现在将在下面说明根据本发明实施例的RF功率系统100的操作原理。

RF功率系统100包括频率可变RF功率源110和阻抗匹配网络130，阻抗匹配网络130将频率可变RF功率源110处的输出传输至负载140。RF功率系统100的阻抗匹配方法包括：测量频率可变RF功率源110的输出端子N1和N2的第一电特性I和V(S112)，使用第一电特性I和V检查频率可变RF功率130处的阻抗匹配状态(S116)，改变频率可变RF功率源110的驱动频率f(S118)，测量阻抗匹配网络130处的第二电特性I'和V'(S222)，使用第二电特性I'和V'检查阻抗匹配网络130处的阻抗匹配状态，并且检查驱动频率是否是目标驱动频率(S226和S228)，当阻抗匹配网络处未进行阻抗匹配时，计算可变电抗元件132和134的电感或电容的用于阻抗匹配的第一变化量dC'₁和dC'₂(S232)，当驱动频率不匹配目标驱动频率时，计算可变电抗元件132和134的电感或电容的用于改变阻抗匹配网络130处的驱动频率的第二变化量dC”₁和dC”₂(S234)，且计算由第一变化量和第二变化量导致的总变化量dC₁和dC₂并且使用总变化量dC₁和dC₂控制可变电抗元件132和134(S236和S238)。

阻抗匹配网络130可以是标准L型阻抗匹配网络且包括第一可变电容器132和第二可变电容器134。第一可变电容器132可以串联连接至负载，且第二可变电容器134可以并联连接至负载。第一和第二可变电容器132和134均可以是真空可变电容器。第一可变电容器132可以包括第一驱动电机132a，且第二可变电容器134可以包括第二驱动电机134a。第一驱动电机132a和第二驱动电机134a可以连接至电机驱动单元137。阻抗控制单元138通过驱动矢量V1和V2控制电机驱动单元137。此外，阻抗控制单元138可以直接接收第二电特性I和V或可以接收计算出的电特性S11和Z。匹配传感器单元136可以测量驱动频率且将测量出的驱动频率提供给阻抗控制单元138。阻抗控制单元138可以执行阻抗匹配控制算法和驱动频率恢复算法中的至少一者。

在阻抗匹配网络130处，阻抗匹配控制算法可以如下地通过阻抗分析来获得第一可变电容器132和第二可变电容器134的可变电容C₁和C₂的变化量dC₁和dC₂。

方程式(1)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)$

在方程式(1)中，dC₁表示第一可变电容器132的电容C₁的变化量，dC₂表示第二可变电容器134的电容C₂的变化量，且A和B表示为了预定驱动频率f的阻抗匹配而确定的参数。参数A和B可以被给定为阻抗的函数或反射系数的函数。可以通过常规方法获得参数A和B。

阻抗匹配网络130通过改变可变电抗组件132和134的电容来进行阻抗匹配。当阻抗匹配网络130进行阻抗匹配或假设频率可变RF功率源通过改变驱动频率来进行阻抗匹配时，变化量dC₁和dC₂变成零。然而，阻抗匹配网络130接收来自频率可变RF功率源110的功率。因此，当进行阻抗匹配或反射系数是零时，频率可变RF功率源的驱动频率f可以依赖于负载的阻抗Z_L和阻抗匹配网络的条件C₁和C₂。

可变电抗组件132和134的电抗元件可以通过频率与电感的乘法运算或频率与电容的乘法运算来表达。因此，让我们假设在负载阻抗Z_L是固定的同时进行阻抗匹配。在这种情况下，如果期望在保持相同电抗的同时将驱动频率变成目标驱动频率，那么驱动角频率的变化量dω和电容的变化量dC或驱动角频率的变化量dω和电感的变化量dL满足下面的条件。

方程式(2)

$\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}=-\frac{dC}{C}$

$\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}=-\frac{dL}{L}$

即，如果驱动角频率ω或驱动频率f增大，那么电容或电感减小。当目标驱动频率f_t被设定且驱动频率f不同于目标驱动频率f_t时，驱动角频率的变化量dω依赖于电容的变化量dC。

如果目标驱动频率f_t与驱动频率f之间的差为正值，那么可变电抗组件132和134的电容或电感的变化量可以被控制为具有负值。如果目标驱动频率f_t与驱动频率f之间的差为负值，那么可变电抗组件132和134的电容或电感的变化量可以被控制为具有正值。

因此，当满足阻抗匹配条件时，可以如下地给出可变电抗组件132和134的可变电容的变化量dC₁和dC₂以使驱动频率f与目标驱动频率f_t匹配。

方程式(3)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

在方程式(3)中，C₁表示第一电容器的电容、C₂表示第二电容器的电容且dω表示角频率的变化量。当dω的值大的时候，第一电容的变化量dC₁和第二电容的变化量dC₂显著变化。此外，第一电容的变化量dC₁与第二电容的变化量dC₂的比，即dC₁/dC₂具有恒定取向C₁/C₂。改变第一电容的变化量dC₁和第二电容的变化量dC₂来维持比dC₁/dC₂。

具体地，可以将dω的值给定为dω＝ω_t-ω(t＝0)且可以将第一电容的变化量dC₁给定为dC₁＝C₁(t＝0⁺)-C₁(t＝0)(ω_t是目标驱动角频率、ω(t＝0)是当前驱动角频率、C₁(t＝0)是当前电容且C₁(t＝0⁺)是未来电容)。

当使用方程式(3)改变第一电容C₁和第二电容C₂时，阻抗匹配网络和频率可变RF功率源可能不满足阻抗匹配条件。因此，频率可变RF功率源可以将驱动频率改变为满足阻抗匹配条件。

当变化后的驱动频率不同于目标驱动频率时，再次改变第一电容的变化量dC₁和第二电容的变化量dC₂。因此，阻抗匹配网络的第一电容和第二电容继续被改变直至驱动频率达到目标驱动频率。

因此，不管频率可变RF发生器110的驱动频率变化算法如何，阻抗匹配网络130都可以诱导频率可变RF功率源的驱动频率达到目标驱动频率。当频率可变RF发生器110可以改变驱动频率以进行阻抗匹配时，阻抗匹配网络130可以不操作阻抗匹配算法且可以仅操作频率恢复算法。

另一方面，假设目前完成了阻抗匹配，那么频率可变RF发生器110可以在预测驱动角频率ω_p处满足阻抗匹配条件。可以如下地给出预测驱动频率。

方程式(4)

${\mathrm{\ω}}_p=\mathrm{\ω}-\mathrm{\ω}(\frac{{\mathrm{dC}}_1}{C_1}+\frac{{\mathrm{dC}}_2}{C_2})$

频率可变RF发生器110可以接收预测驱动角频率来改变驱动频率使之高速地变成预测驱动角频率。然而，在阻抗匹配网络中，第一可变电容器的第一电容的变化量和第二可变电容器的第二电容的变化量可能具有因电机的驱动速度而造成的时延。在这种情况下，电机的驱动速度可以优选转换成最大速度。然而，为了匹配速度，可以将预测驱动角频率设定为不同于目标驱动频率。

根据本发明的变型实施例，预测驱动角频率可以仅依赖于dC₁或dC₂的符号，这是因为dC₁和dC₂具有相同的符号。

在完成阻抗匹配的条件下，可以将上面计算出的预测驱动频率f_p提供给频率可变RF发生器110。因此，频率可变RF发生器110可以在没有单独的阻抗匹配算法的情况下达到目标驱动频率。因此，在满足阻抗匹配条件的同时，驱动频率可以容易且快速地达到目标驱动频率。因此，可以在满足阻抗匹配条件的同时将目标驱动频率的RF功率传输至负载。

根据本发明的变型实施例，即使在未完成阻抗匹配的条件下，也可以将计算出的预测驱动频率提供给频率可变RF发生器110。

当改变驱动频率时，能够完成阻抗匹配的负载的阻抗区域受到限制。因此，如果即使通过改变驱动频率也未完成阻抗匹配，那么阻抗匹配网络130可以包括这样的算法：改变可变电抗组件132和134以搜索阻抗匹配条件。具体地，等离子体负载的条件可以根据时间而显著变化。例如，第一时间间隔可能需要低功率且第二时间间隔可能需要高功率。在这种情况下，可以通过改变用于第一时间间隔的驱动频率来进行阻抗匹配，而通过改变用于第二时间间隔的驱动频率不能完成阻抗匹配。因此，需要能够在宽范围的负载条件下进行阻抗匹配的可变电抗组件。

阻抗匹配网络可以具有用来搜索阻抗匹配条件的阻抗匹配控制算法和用来诱导驱动频率达到目标驱动频率的频率恢复算法。用来搜索阻抗匹配条件的算法和用来诱导驱动频率达到目标驱动频率的算法通过第一可变电容的变化量dC₁和第二电容的变化量dC₂来表达。

方程式(5)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

在方程式(5)中，A和B是任意值。当值A和B不满足阻抗匹配条件时，在第一和第二电容的变化量dC₁和dC₂中，方程式(5)右手边的第一和第二项可以相互竞争。第一项是设定用于阻抗匹配的项，且第二项是用于将驱动频率诱导至目标驱动频率的项。如果第一和第二项都操作，那么可能产生紊乱(haunting)问题。

因此，为了有效操作，可以如下地修改方程式(4)。

方程式(6)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=g_1\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-g_2\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

在方程式(6)中，g₁表示第一权重函数且g₂表示第二权重函数。当反射系数大时第一权重函数g₁具有大的值，且当反射系数小时第一权重函数g₁具有小的值。当反射系数大时第二权重函数g₂具有小的值，且当反射系数小时第二权重函数g₂具有大的值。

参照方程式(6)，当反射系数大到远离阻抗匹配条件时，通过主要操作右手边的第一项来进行阻抗匹配。在保持取向(A/B)的同时，可以改变第一可变电容的变化量dC₁和第二可变电容的变化量dC₁。更加具体地，在A与B的比(A/B)保持恒定的同时，可以改变第一可变电容和第二可变电容。

另一方面，参照方程式(6)，当反射系数小到几乎达到阻抗匹配条件时，阻抗匹配网络通过主要操作右手边的第二项来诱导频率可变RF功率源110的驱动频率收敛于目标驱动频率。可以在保持取向(C₁/C₂)的同时改变第一可变电容的变化量dC₁和第二可变电容的变化量dC₁。

根据本发明的实施例，当频率可变RF功率源110改变驱动频率来进行阻抗匹配时，阻抗匹配网络130主要操作驱动频率恢复算法。因此，频率可变RF功率源110可以进行高速阻抗匹配，并且阻抗匹配网络130可以在保持阻抗匹配的同时诱导频率可变RF功率源110将驱动频率变成目标驱动频率。因此，当负载是等离子体负载时，可以通过高速阻抗匹配来确保硬件的稳定性。此外，驱动频率可以收敛于目标驱动频率以实现工艺再现性。

根据本发明实施例的阻抗匹配方法可以应用于连续波(CW)等离子体或脉冲等离子体。

根据本发明的实施例，当不能仅通过频率可变RF功率源110来进行阻抗匹配时，阻抗匹配网络130主要操作阻抗匹配控制算法。阻抗匹配网络130通过改变可变电抗组件的电抗来进行阻抗匹配。因此，当进行阻抗匹配时，阻抗匹配网络130主要操作驱动频率恢复算法。因此，在保持阻抗匹配条件的同时，阻抗匹配网络130可以诱导频率可变RF功率源110的驱动频率变成目标驱动频率。

根据本发明的变型实施例，频率可变RF功率源110可以将驱动频率提供给阻抗匹配网络。此外，频率可变RF功率源110可以将测量出的电特性传输至阻抗匹配网络。因此，阻抗匹配网络可以使测量驱动频率的单独步骤和测量电特性的单独步骤被省略。

[频率可变阻抗匹配]

以下，现在将说明根据本发明实施例的频率可变阻抗匹配方法。

频率可变RF功率源110可以测量输出端子N1和N2处的电特性以计算输出阻抗Z_T、反射系数S11或反射波功率。频率可变RF功率源110可以在最小频率和最大频率的范围内改变驱动频率。通常，可变范围可以是参考频率或平均频率的5％。可以定期进行粗略的频率扫描以找出最小频率和最大频率的范围内的具有最小反射系数的驱动频率。因此，可以找出最小反射系数的区段。可以在找出的频率区域内进行精细的频率扫描。因此，可以选出最小反射系数的驱动频率。

图6是图示了根据本发明实施例的频率可变阻抗匹配的史密斯圆图。

参照图5和图6，如果在负载是固定的时候改变驱动频率，那么反射系数可以遵循史密斯圆图上的恒定导纳圆。因此，当反射系数的虚部为正值时，驱动频率增大。当反射系数的虚部为负值时，驱动频率减小。因此，驱动频率可以停止在反射系数最小的点或反射系数为零的点。频率可变RF功率源可以进行频率可变阻抗匹配。

频率可变RF功率源可以通过测量可变RF功率源的输出处的电特性并使用测量出的电特性改变驱动频率来进行阻抗匹配(S118)。频率可变RF功率源可以测量输出端子的电特性(S112)。可以使用驱动频率和测量出的电特性来计算反射系数S11和阻抗Z_T(S114)。使用反射系数S11或电压驻波比(VSWR)来测试匹配状态(S118a)。当反射系数S11等于或大于容差时，可以改变驱动频率以用于阻抗匹配(S118c)。当驱动频率达到最大值或最小值时，可以将驱动频率维持在最大值或最小值(S118b)。当改变驱动频率时，可以改变在观察负载的方向上的阻抗Z_T。

以下，现在将说明根据本发明实施例的可变电抗阻抗匹配方法。

根据本发明，可变电抗组件可以是用来提供可变电容的可变电容器和用来提供可变电感的可变电感器中的一者。

[各种类型的匹配系统]

根据可变电抗组件或无源元件对于传输线的方式，可以将阻抗匹配网络分成各种类型的阻抗匹配网络。如果阻抗匹配网络均包括第一和第二电容器，那么根据第一和第二电容器连接至传输线120的连接方式，可以将它们分成L型、倒L型、T型和π型阻抗匹配网络。

阻抗匹配网络的阻抗匹配可以包括：提取特征矢量(S232a)，使用预定变换矩阵将表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量并且使用分析矢量作为坐标轴将特征矢量表达在分析坐标系上(S232b)，对分析坐标系上的特征矢量进行分析以提取用于阻抗匹配的位移矢量(S232c)，使用变换矩阵将位移矢量变换成简约器件矢量(S232d)，且使用简约器件矢量提取电容或电感的变化量(S232e)。

[特征矢量的选择]

根据本发明的实施例，特征矢量可以根据在阻抗匹配网络的输入端子处或频率可变RF功率源的输出端子处测量的电特性来定义，且可以是具有标准化大小的物理量。

根据本发明的实施例，可以由传输线的反射系数S11来定义特征矢量。通过传输线的特性阻抗Z₀和观察负载的方向上的阻抗Z来定义传输线的系数S11(＝Γ)。

方程式(7)

$S_{11}=\mathrm{\Γ}=\frac{Z-Z_0}{Z+Z_0}$

反射系数S11的大小(即，S＝|S11|)可以是0与1之间的任何值。传输线的阻抗Z表示含有阻抗匹配网络和负载的系统的阻抗。反射系数S11的相位根据传输线的位置而变化。因此，反射系数S11可以根据传输线的位置而相互转换。

阻抗匹配网络可以包括至少两个可变电抗组件。在这种情况下，特征矢量可以是这样的物理量：其含有用来明确确定各电抗组件的电抗的至少两个分量。例如，可以将特征矢量Q定义为二维矢量：其具有反射系数的实部Re{S11}和虚部Im{S11}作为元素。

方程式(8)

$Q=\left(\begin{array}{c}{Q}_1\\ Q_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\\ Im\left(S_{11}\right)\end{array}\right)$

[分析坐标系的选择]

选择分析坐标系来表达预定相位空间，该预定的相位空间使阻抗匹配网络的电特性C₁和C₂与传输线的电特性Z或S11定量地相关。为了实现它，从与阻抗匹配网络的电特性相关联的物理量中选择分析坐标系的坐标，且将传输线的电特性表达为选择的分析坐标系上的单点。

根据本发明的实施例，可以将分析坐标系的坐标(以下被称为“分析坐标”)表达为构成阻抗匹配网络的可变电抗组件的电特性(例如，电抗)的函数，且可以将对测量出的传输线的电特性进行表达的特征矢量表达为分析坐标上的一个点。

优选地，分析坐标选择匹配系统的电特性与传输线的电特性之间的被单射映射的关系。术语“单射映射”是指这样的关系：单个匹配点对应于单个坐标。

分析坐标G可以是通过使用预定变换矩阵T对阻抗匹配网络的可测量电特性(例如，电抗)进行变换而获得的物理量。例如，如下所表达，可以通过预定变换矩阵T与预定器件矢量X的内积来获得分析坐标G。

方程式(9)

G＝TX

器件矢量X可以具有与构成阻抗匹配网络的各可变电抗组件的电特性相关联的物理量作为元素，且可以根据阻抗匹配网络的类型和器件矢量X的物理量而被选择。因此，也可以根据匹配系统的类型来选择分析坐标G。

更加具体地，阻抗匹配网络可以包括两个可变电抗组件。在这种情况下，可以通过与各坐标电抗分量的电特性相关联的物理量X1和X2以及预定二次方阵的内积来获得分析坐标G1和G2。根据本发明，可以从在-1至1之间的值中选择变换矩阵T的元素(即，a11、a12、a21和a22)。

可以通过各种方法来准备变换矩阵T。例如，可以通过借助理论方法的分析、计算机模拟分析以及根据可变电抗组件值和关于匹配程序的经验数据进行的阻抗匹配网络的阻抗测量值的分析中的至少一者来获得变换矩阵T。这样的分析使基于匹配系统的类型和器件矢量X的物理量来完成的。此外，通过构成匹配系统的可变电抗组件的数量来确定变换矩阵T的形式和秩。即，如果匹配系统包括更多数量的可变电抗组件，那么变换矩阵T的形式和秩可能增大。

如上所述，阻抗匹配网络可以包括两个可变电容器。在这种情况下，可以将变换矩阵T和器件矢量T表达为可变电容器的电容的函数。

当阻抗匹配网络是L型或π型的时候，可以如下地给出器件矢量X。

方程式(10)

$X_i=-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_i}$

在方程式(10)中，ω表示角频率且C_i表示各可变电容器的电容。

当阻抗匹配网络是倒L型或T型的时候，可以如下给出器件矢量X。

方程式(11)

X_i＝ωC_i

[位移矢量的确定]

位移矢量对分析坐标系上的与传输线的被测状态相对应的特征矢量(以下被称为“被测特征矢量”)的大小或位置进行分析以表达运动至阻抗匹配线所需的坐标运动的大小。

当阻抗匹配网络是L型或π型的时，可以如下地表达位移矢量dG₁和dG₂。

方程式(12)

$\left(\begin{array}{c}d{G}_1\\ {\mathrm{dG}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-Q_2\\ Q_1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-\mathrm{Im}\left(S_{11}\right)\\ \mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)$

当阻抗匹配网络是倒L型或T型的时，可以如下地表达位移矢量dG₁和dG₂。

方程式(13)

$\left(\begin{array}{c}d{G}_1\\ {\mathrm{dG}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-Q_2\\ -Q_1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-\mathrm{Im}\left(S_{11}\right)\\ -\mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)$

根据本发明的实施例，位移矢量dG是通过变换反射系数或阻抗以对分析坐标系上的阻抗匹配进行分析而获得的物理量。因此，为了控制阻抗匹配网络，需要这样的步骤：将位移矢量变换成构成阻抗匹配网络的分量的电特性的大小或与该大小相关联的物理量。

为了实现它，需要这样的步骤：将位移矢量dG逆变换成简约器件矢量dX'，该矢量dX'具有可变电抗组件的可变物理量的维度。此外，需要这样的步骤：将简约器件矢量dX'变换成用于控制可变电抗组件的驱动矢量V。

考虑到通过变换矩阵T而获得分析坐标系G1和G2的事实，当阻抗匹配网络是L型或π型(可变电容器)时，可以通过变换矩阵的逆矩阵T^-1以及位移矢量dG的内积来获得简约器件矢量dX'。

方程式(14)

$\begin{array}{c}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dX}}_1\\ {\mathrm{dX}}_2\end{array}\right)=T^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dG}}_1\\ {\mathrm{dG}}_2\end{array}\right)\\ -\left(\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dC}}_1}{{\mathrm{\ωC}}_1^2}\\ \frac{{\mathrm{dC}}_2}{{\mathrm{\ωC}}_2^2}\end{array}\right)=T^{-1}\left(\begin{array}{c}-\mathrm{Im}\left(S_{11}\right)\\ \mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)\end{array}$

当阻抗匹配网络是倒L型或T型(可变电容器)时，可以通过变换矩阵的逆矩阵T^-1以及位移矢量dG的内积来获得简约器件矢量dX'。

方程式(15)

$\left(\begin{array}{c}d{X}_1\\ {\mathrm{dX}}_2\end{array}\right)=T^{-1}\left(\begin{array}{c}d{G}_1\\ {\mathrm{dG}}_2\end{array}\right)$

$\mathrm{\ω}\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=T^{-1}\left(\begin{array}{c}-\mathrm{Im}\left(S_{11}\right)\\ -\mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)$

根据本发明的实施例，可以通过控制预定驱动电机的旋转，直线运动部件的直线运动或者用于切换并联连接的固定电容器的开关元件来改变可变电抗组件的电抗。

例如，当可变电抗组件是可变电容器时，可以如下地表达L型或π型阻抗匹配网络的电容的变化量dC₁和dC₂。

方程式(16)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-{\left(\begin{array}{cc}\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_1^2}& 0\\ 0& \frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2^2}\end{array}\right)}^{-1}{T}^{-1}\left(\begin{array}{c}-Im\left(S_{11}\right)\\ -\mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)$

例如，当可变电抗组件是可变电容器时，可以如下地表达L型或π型阻抗匹配网络的电容的变化量dC₁和dC₂。

方程式(17)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=\frac{1}{\mathrm{\ω}}{T}^{-1}\left(\begin{array}{c}-Im\left(S_{11}\right)\\ -\mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)$

[频率恢复算法与可变电抗阻抗匹配算法的组合]

考虑到频率恢复阻抗匹配，当可变电抗组件是可变电容器时，可以如下地表达L型或π型阻抗匹配网络的电容的变化量dC₁和dC₂。

方程式(18)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-g_1{\left(\begin{array}{cc}\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_1^2}& 0\\ 0& \frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2^2}\end{array}\right)}^{-1}{T}^{-1}\left(\begin{array}{c}-\mathrm{Im}\left(S_{11}\right)\\ \mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)-g_2\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

在方程式(18)中，右手边的第一项是用于电抗阻抗匹配的电容变化量，且右手边的第二项是用于将驱动频率诱导至目标驱动频率的电容变化量。在方程式(18)中，g₁表示第一权重函数且g₂表示第二权重函数。当反射系数大时，第一权重函数g₁具有大的值；且当反射系数小时，第一权重函数g₁具有小的值。另一方面，当反射系数大时，第二权重函数g₂具有小的值；且当反射系数小时，第二权重函数g₂具有大的值。

当反射系数大时，右手边的第一项可以主要地操作以低速地进行阻抗匹配。另一方面，当反射系数小时，右手边的第二项可以主要地操作以相对高速地将驱动频率诱导至目标驱动频率。

根据本发明的变型实施例，在右手边的第一项中，驱动角频率、C₁和C₂可以被处理为常数以提高计算速度。在右手边的第二项中，驱动角频率、C₁和C₂可以被处理为常数以提高计算速度。

考虑到频率恢复阻抗匹配，当可变电抗组件是可变电容器时，可以如下地表达倒L型或T型阻抗匹配网络的电容的变化量dC₁和dC₂。

方程式(19)

$\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ d{C}_2\end{array}\right)=g_1\frac{1}{\mathrm{\ω}}{T}^{-1}\left(\begin{array}{c}-\mathrm{Im}\left(S_{11}\right)\\ -\mathrm{Re}\left(S_{11}\right)\end{array}\right)\·g_2\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

在方程式(19)中，右手边的第一项是用于电抗阻抗匹配的电容变化量，且右手边的第二项是用于将驱动频率诱导至目标驱动频率的电容变化量。在方程式(19)中，g₁表示第一权重函数且g₂表示第二权重函数。当反射系数大时，第一权重函数g₁具有大的值；且当反射系数小时，第一权重函数g₁具有小的值。另一方面，当反射系数大时，第二权重函数g₂具有小的值；且当反射系数小时，第二权重函数g₂具有大的值。

当反射系数大的时候，右手边的第一项可以主要地操作以低速地进行阻抗匹配。另一方面，当反射系数小的时候，右手边的第二项可以主要地操作以相对高速地将驱动频率诱导至目标驱动频率。

根据本发明的变型实施例，在右手边的第一项中，驱动角频率、C₁和C₂可以被处理为常数来提高计算速度。在右手边的第二项中，驱动角频率、C₁和C₂可以被处理为常数来提高计算速度。

[驱动矢量]

驱动矢量V可以包括用于驱动电机的数字控制的值作为元素，且驱动矢量V的模和物理维度可以根据驱动电机的类型和数字控制的方法而变化。例如，可以将驱动矢量V给定为电容的变化量dC₁和dC₂与预定数字控制因子M的內积。

方程式(20)

$\left(\begin{array}{c}{V}_1\\ V_2\end{array}\right)=M\left(\begin{array}{c}d{C}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)$

在方程式(20)中，V₁和V₂分别代表被输入用来对连接至第一和第二可变电容器的驱动电机进行驱动的控制参数。此外，数字控制因子M可以是数字控制的标准模(例如，驱动电机的标准速度)，且电容的变化量dC₁和dC₂被选择为具有与驱动矢量V相同的维度。

根据本发明的变型实施例，V₁和V₂可以是用于线性运动部件的线性运动的控制参数或用于切换并联连接的固定电容器的开关组件的控制参数。

图7是概述根据本发明另一个实施例的阻抗匹配方法的流程图。

参照图7，可变电抗阻抗匹配网络布置在用于改变驱动频率f的频率可变RF功率源与负载之间。在可变电抗阻抗匹配网络的阻抗匹配方法中，通过改变阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感来诱导频率可变RF功率源以目标驱动频率操作(S200)。将阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感的变化量控制为目标驱动频率f_t与驱动频率f之间的差的函数。

阻抗匹配方法包括：通过测量频率可变RF功率源的输出处的电特性且使用测量出的电特性改变驱动频率来进行第一阻抗匹配(S110)，且将含有可变电抗组件的阻抗匹配网络布置在频率可变RF功率源与负载之间以改变可变电抗组件的电容或电感(S200)。将可变电抗组件的电容或电感的变化量设定为目标驱动频率f_t与驱动频率f之间的差的函数。

进行第一阻抗匹配的步骤(S110)包括：测量频率可变RF功率源的输出处的第一电特性(S112)，使用频率可变RF功率源处的第一电特性来检查阻抗匹配状态(S114和S116)，且改变频率可变RF功率源的驱动频率(S118)。

改变可变电抗组件的电容或电感的步骤(S200)包括：测量阻抗匹配网络的电特性(S222)，检查驱动频率是否是目标驱动频率(S228)，当驱动频率不匹配目标驱动频率时，计算可变电抗组件的电感或电容的用于改变驱动频率的变化量(S234)，且使用变化量来控制可变电抗组件(S236和S238)。

图8是概述根据本发明另一个实施例的阻抗匹配方法的流程图。

参照图8，阻抗匹配网络和频率可变RF功率源作为RF功率系统而一体操作。因此，可以仅测量在频率可变RF功率源的输出端子处的电特性(S322)。因此，可以通过计算来计算出在观察可变电抗组件处的负载的方向上的阻抗Z_in或反射系数S11(S324)。当满足阻抗匹配条件时，RF功率系统检查驱动频率是否是目标驱动频率(S326和S328)。当不满足阻抗匹配条件时，改变驱动频率(S329和S330)。此外，当不满足阻抗匹配条件时，提取电抗组件的可变电感或可变电容的用于阻抗匹配的第一变化量(S332)。此外，当驱动频率不同于目标驱动频率时，提取电抗组件的可变电感或可变电容的用于改变驱动频率的第二变化量(S334)。其后，通过第一权重函数乘以第一变化量和第二权重函数乘以第二变化量来计算驱动矢量(S336)。驱动矢量驱动可变电感或可变电容(S338)。

图9图示了根据本发明另一个实施例的RF功率系统。

参照图9，可变电抗组件可以包括并联连接的固定电容器。固定电容器可以包括用来改变电容的开关。因此，由于可变电容不使用电机，所以可以提高阻抗匹配速度和目标驱动频率恢复速度。

图10图示了根据本发明另一个实施例的RF功率系统。

参照图10，可变电抗组件可以包括并联连接的固定电容器和可变电容器。固定电容器可以包括用来改变电容的开关。因此，可变电容可以快速地接近近似目标值，且使用驱动电机的可变电容器可以进行微小的阻抗匹配或频率恢复。

图11是示出了标准L型阻抗匹配网络中的阻抗匹配区域的史密斯圆图。

参照图1和图11，第一固定电感器L1是100nH，第二固定电感器L2是500nH，第一可变电容器132的可变范围是在150pF与1000pF之间，且第二可变电容器134的可变范围是在85pF与500pF之间。通过第一可变电容器和第二可变电容器将阻抗可匹配区域表达为图11中的阴影区域。

图12是示出了当仅使用频率可变RF功率源能够实现阻抗匹配时，仅使用频率可变RF功率源的阻抗匹配条件的曲线图。

参照图1和图12，用于模拟的条件如下。第一固定电感器是100nH，第二固定电感器是500nH，第一可变电容器的可变范围是在150pF与1000pF之间，且第二可变电容器的可变范围是在85pF与500pF之间。为了可变频率阻抗匹配，使第一可变电容器固定至724.5pF且使第二可变电容器固定至150pF。可变频率RF功率源的控制环路的时间间隔是100微秒(μsec)。当反射系数的虚部为正值时，频率变化算法增大驱动频率，且当反射系数的虚部为负值时，频率变化算法减小驱动频率。

根据模拟结果，在约2毫秒处进行频率阻抗匹配。在这种情况下，将驱动频率的y轴给定为50+(f-f_o)/(2Δf)。因此，2Δf是频率可变区域，f_o是中心驱动频率。

在从初始值(50％)算起的约2毫秒后，驱动频率增大了70％。用来改变驱动频率的算法可以约2毫秒这样高速地进行阻抗匹配。然而，驱动频率从50％增大至70％。在等离子体负载的阻抗根据时间而变化的情况下，不能恒定地维持驱动频率f。因此，可能使等离子体工艺的稳定性和再现性劣化。

另一方面，当控制环路的时间间隔小于100微秒时，用来改变驱动频率的算法可以2毫秒或更短时间地进行阻抗匹配。

图13是示出了当仅使用频率可变RF功率源能够进行阻抗匹配时，在固定驱动频率的情况下仅使用可变电抗组件的阻抗匹配的条件的曲线图。

参照图13，用于模拟的条件如下。第一固定电感器是100nH，第二固定电感器是500nH，第一可变电容器的可变范围是在150pF与1000pF之间，且第二可变电容器的可变范围是在85pF与500pF之间。第一可变电容器的初始条件是724.5pF，且第二可变电容器的初始条件是150pF。方程式(16)用于阻抗匹配。

为了可变电抗组件的匹配，使驱动频率固定至50％(fo)。控制环路的时间间隔是100微秒。

由于对可变电容器的电机进行驱动所需的时间，可变电抗组件的电抗变化算法需要约200毫秒以用于阻抗匹配。因此，反射功率减小至50％所需的时间是约40毫秒。

在等离子体负载的阻抗根据时间而变化的情况下，反射功率减小至50％所需的时间是约40毫秒。因此，可能使等离子体工艺的稳定性和再现性劣化。

图14是示出了当仅使用频率可变RF功率源能够进行阻抗匹配时，通过同时使用频率可变RF功率源和可变电抗组件来采用用于将驱动频率恢复至目标驱动频率的算法的阻抗匹配的条件的曲线图。

参照图14，用于模拟的条件如下。第一固定电感器是100nH，第二固定电感器是500nH，第一可变电容器的可变范围是在150pF与1000pF之间，且第二可变电容器的可变范围是在85pF与500pF之间。第一可变电容器的初始条件是724.5pF，且第二可变电容器的初始条件是150pF。驱动频率的初始条件是50％。控制环路的时间间隔是100微秒。当反射系数的虚部为正值时，频率可变RF功率源的频率变化算法增大驱动频率；且当反射系数的虚部为负值时，频率可变RF功率源的频率变化算法减小驱动频率。方程式(18)用于可变电抗阻抗匹配网络的阻抗匹配和频率恢复。

通过驱动频率的变化，在约2毫秒处完成阻抗匹配。在满足阻抗匹配条件的同时，驱动频率在约10毫秒处收敛于目标驱动频率(50％)。因此，阻抗匹配时间非常短(约2毫秒)，且驱动频率达到目标驱动频率所花费的时间是约100毫秒，这短于使用图13的可变电抗组件的阻抗匹配时间。

反射功率下降至50％以下的时间是约0.6毫秒。因此，改善了反射功率导致的工艺不稳定性。即，2毫秒进行高速阻抗匹配且100毫秒恢复驱动频率。

假设是具有多步骤方式的等离子体工艺，那么各步骤可以惯常地具有等于或小于几秒的等离子体状态。因此，如果在2毫秒内进行阻抗匹配且在100毫秒内恢复频率，那么可以显著改善工艺稳定性。

假设使用脉冲等离子体的等离子体工艺，那么脉冲宽度通常小于几毫秒(msec)。因此，根据本发明的实施例，在脉冲宽度内进行阻抗匹配。可以在经过多个脉冲序列后恢复驱动频率。因此，改善了工艺稳定性和工艺再现性。

图15是示出了当仅使用频率可变RF功率源无法进行阻抗匹配时，仅使用频率可变RF功率源的阻抗匹配的条件的曲线图。

参照图15，用于模拟的条件如下。第一固定电感器是100nH，第二固定电感器是500nH，第一可变电容器的可变范围是在150pF与1000pF之间，且第二可变电容器的可变范围是在85pF与500pF之间。为了频率可变阻抗匹配，使第一可变电容器固定至500pF，且使第二可变电容器固定至150pF。控制环路的时间间隔是100微秒。当反射系数的虚部为正值时，频率变化算法增大驱动频率，且当反射系数的虚部为负值时，频率变化算法减小驱动频率。

根据模拟结果，无法在频率可变范围内进行阻抗匹配。因此，当等离子体负载的范围宽时，不能使用频率可变RF功率源。

图16是示出了当仅使用频率可变RF功率源无法进行阻抗匹配时，在固定驱动频率下仅使用可变电抗组件的阻抗匹配的条件的曲线图。

参照图16，用于模拟的条件如下。第一固定电感器是100nH，第二固定电感器是500nH，第一可变电容器的可变范围是在150pF与1000pF之间，且第二可变电容器的可变范围是在85pF与500pF之间。第一可变电容器的初始条件是500pF，且第二可变电容器的初始条件是150pF。方程式(16)用于阻抗匹配。

反射功率减小至50％以下所花费的时间是约100毫秒。此外，阻抗匹配需要约400毫秒。因此，假设是具有多步骤的等离子体工艺，那么各步骤可以惯常地具有等于或小于几秒的等离子体状态。因此，难以确保工艺稳定性和工艺再现性。

图17是示出了当仅使用频率可变RF功率源无法进行阻抗匹配时，通过同时使用频率可变RF功率源和可变电抗组件来采用将驱动频率恢复至目标驱动频率的算法的阻抗匹配的条件的曲线图。

参照图17，用于模拟的条件如下。第一固定电感器是100nH，第二固定电感器是500nH，第一可变电容器的可变范围是在150pF与1000pF之间，且第二可变电容器的可变范围是在85pF与500pF之间。第一可变电容器的初始条件是500pF，且第二可变电容器的初始条件是150pF。驱动频率的初始条件是50％。控制环路的时间间隔是100微秒。当反射系数的虚部为正值时，频率变化算法增大驱动频率，且当反射系数的虚部为负值时，频率变化算法减小驱动频率。方程式(18)用于阻抗匹配和频率恢复。

阻抗匹配需要约300毫秒。然而，通过频率变化算法，反射功率减小至小于50％所花费的时间是约3毫秒。因此，在使用频率变化算法使反射功率最小化的同时，使用电抗组件进行阻抗匹配。同时，驱动频率收敛于目标驱动频率。

尽管已经结合附图所示的本发明实施例说明了本发明，但是本发明不限于此。对本领域技术人员而言，显然可以在不偏离本发明的范围和本质的情况下做出各种替换、修改和变化。

Claims (27)

1.一种被布置在用于改变驱动频率f的频率可变RF功率源与负载之间的可变电抗阻抗匹配网络的阻抗匹配方法，所述阻抗匹配方法包括：

将所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感的变化量控制成为目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的差的函数。

2.如权利要求1所述的阻抗匹配方法，其中，所述可变电抗组件包括第一电容器和第二电容器，且

其中，所述第一电容器的第一电容C₁的变化量dC₁和所述第二电容器的第二电容dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dC}}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

3.如权利要求1所述的阻抗匹配方法，其中，所述可变电抗组件包括第一电容器和第二电容器，且

其中，所述第一电容器的第一电容C₁的变化量dC₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dC}}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{K}_1\\ K_2\end{array}\right)$

其中，K₁是常数、K₂是常数且dω表示目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

4.如权利要求1所述的阻抗匹配方法，其中，当所述目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的差为正值时，将所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量控制为具有负值，且

其中，当所述目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的差为负值时，将所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量控制为具有正值。

5.如权利要求1所述的阻抗匹配网络，其中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量还依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数。

6.如权利要求5所述的阻抗匹配网络，其中，所述可变电抗组件包括第一电容器和第二电容器，且

其中，所述第一电容器的第一电容C₁的变化量dC₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dC}}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，A和B是依赖于反射系数或阻抗的参数，且dω表示目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

7.如权利要求6所述的阻抗匹配网络，其中，所述第一电容器的第一电容C₁的变化量dC₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dC}}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=g_1\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-g_2\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，g₁代表第一权重函数且g₂代表第二权重函数，

其中，当反射系数大时所述第一权重函数具有大的值，且当反射系数小时所述第一权重函数具有小的值，且

其中，当反射系数大时所述第二权重函数具有小的值，且当反射系数小时所述第二权重函数具有大的值。

8.如权利要求1所述的阻抗匹配网络，其中，所述频率可变RF功率源通过改变驱动频率来进行阻抗匹配，且

其中，当反射系数的虚部为正值时，所述频率可变RF功率源增大所述驱动频率；且当所述反射系数的虚部为负值时，所述频率可变RF功率源减小所述驱动频率。

9.如权利要求1所述的阻抗匹配方法，其中，所述频率可变RF功率源通过改变所述驱动频率来进行阻抗匹配，且

其中，所述频率可变RF功率源通过扫描所述驱动频率来进行阻抗匹配。

10.如权利要求5所述的阻抗匹配方法，其中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数的步骤包括：

提取特征矢量；

使用预定变换矩阵将表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将所述特征矢量表达在分析坐标系上；

对所述分析坐标系上的所述特征矢量进行分析以提取用于阻抗匹配的位移矢量；

使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量；且

使用所述简约器件矢量提取电容或电感的变化量。

11.一种RF系统的控制方法，所述控制方法包括：

通过测量频率可变RF功率源的输出处的电特性且使用测量出的电特性改变驱动频率，进行第一阻抗匹配；且

将含有可变电抗组件的阻抗匹配网络布置在所述频率可变RF功率源与负载之间以改变所述可变电抗组件的电容或电感，

其中，将所述可变电抗组件的电容或电感的变化量给定为目标驱动频率f_t与所述驱动频率f之间的函数。

12.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述可变电抗组件包括第一电容器和第二电容器，且

其中，所述第一电容器的第一电容C₁的变化量dC₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dC}}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

13.如权利要求11所述的控制方法，还包括：

计算预测驱动频率f_p且将计算出的预测驱动频率f_p提供给所述频率可变RF功率源。

14.如权利要求13所述的控制方法，其中，所述可变电抗组件包括第一电容器和第二电容器，且

其中，如下地给出预测驱动角频率ω_p，

${\mathrm{\ω}}_p=\mathrm{\ω}-\mathrm{\ω}(\frac{{\mathrm{dC}}_1}{C_1}+\frac{{\mathrm{dC}}_2}{C_2})$

其中，ω_p代表预测驱动角频率(ω_p＝2πf_p)，ω代表驱动角频率(ω＝2πf)，C₁表示所述第一电容器的第一电容且C₂表示所述第二电容器的第二电容。

15.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数。

16.如权利要求15所述的控制方法，所述可变电抗组件的电容或电感的所述变化量依赖于用于阻抗匹配的反射系数或阻抗的函数的步骤包括：

提取特征矢量；

使用预定变换矩阵将表示可变电抗组件的电抗的器件矢量变换成分析矢量，且使用所述分析矢量作为坐标轴将所述特征矢量表达在分析坐标系上；

对所述分析坐标系上的所述特征矢量进行分析以提取用于阻抗匹配的位移矢量；

使用所述变换矩阵将所述位移矢量变换成简约器件矢量；且

使用所述简约器件矢量提取电容或电感的变化量。

17.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述可变电抗组件包括第一电容器和第二电容器，且

其中，所述第一电容器的第一电容C₁的变化量dC₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dC}}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，A和B是依赖于反射系数或阻抗的参数，且dω代表目标驱动角频率(ω_t＝2πf_t)与驱动角频率(ω＝2πf)之间的差。

18.如权利要求17所述的阻抗匹配网络，其中，所述第一电容器的第一电容C₁的变化量dC₁和所述第二电容器的第二电容C₂的变化量dC₂满足如下的条件，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dC}}_1\\ {\mathrm{dC}}_2\end{array}\right)=g_1\left(\begin{array}{c}A\\ B\end{array}\right)-g_2\frac{d\mathrm{\ω}}{\mathrm{\ω}}\left(\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\end{array}\right)$

其中，g₁代表第一权重函数且g₂代表第二权重函数，

其中，当反射系数大时所述第一权重函数具有大的值，且当反射系数小时所述第一权重函数具有小的值，且

其中，当反射系数大时所述第二权重函数具有小的值，且当反射系数小时所述第二权重函数具有大的值。

19.一种布置在用于改变驱动频率f的频率可变RF功率源与负载之间的可变电抗阻抗匹配网络的阻抗匹配方法，所述阻抗匹配方法包括：

改变所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感以使所述频率可变RF功率源被诱导为在目标频率驱动频率操作。

20.如权利要求19所述的阻抗匹配方法，其中，将所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感的变化量控制成为目标驱动频率f_t与驱动频率f之间的差的函数。

21.如权利要求19所述的控制方法，还包括：

计算预测驱动频率f_p且将计算出的预测驱动频率f_p提供给所述频率可变RF功率源。

22.一种RF功率系统的阻抗匹配方法，所述RF功率系统包含频率可变RF功率源和将所述频率可变RF功率源的输出传输至负载的阻抗匹配网络，所述阻抗匹配方法包括：

测量所述频率可变RF功率源的输出端子处的第一电特性；

在所述频率可变RF功率处使用所述第一电特性来检查阻抗匹配状态；

改变所述频率可变RF功率源的驱动频率；

测量所述阻抗匹配网络处的第二电特性；

在所述阻抗匹配网络处使用所述第二电特性检查阻抗匹配状态，并检查驱动频率是否是目标驱动频率；

当所述阻抗匹配网络处未进行阻抗匹配时，计算用于阻抗匹配的可变电抗组件的电感或电容的第一变化量；

当所述驱动频率不匹配所述目标驱动频率时，计算所述可变电抗组件的电感或电容的用于改变所述阻抗匹配网络处的驱动频率的第二变化量；且

计算由所述第一变化量和所述第二变化量导致的总变化量并使用所述总变化量控制所述可变电抗组件。

23.一种RF功率系统的阻抗匹配方法，所述RF功率系统包含频率可变RF功率源和将所述频率可变RF功率源的输出传输至负载的阻抗匹配网络，所述阻抗匹配方法包括：

测量所述频率可变RF功率源的输出端子处的第一电特性；

在所述频率可变RF功率处使用所述第一电特性检查阻抗匹配状态；

改变所述频率可变RF功率源的驱动频率；

检查所述驱动频率是否是目标驱动频率；

当未进行阻抗匹配时，计算用于阻抗匹配的可变电抗组件的电感或电容的第一变化量；

当所述驱动频率不匹配所述目标驱动频率时，计算所述可变电抗组件的电感或电容的用于改变驱动频率的第二变化量；且

计算所述第一变化量和所述第二变化量的总变化量并使用所述总变化量控制所述可变电抗组件。

24.一种配置在RF功率源与负载之间的阻抗匹配网络，所述RF功率源具有预定的频率可变范围并且输出RF功率，所述阻抗匹配网络包括：

至少两个可变电抗组件，

其中，所述可变电抗组件的电感或电容的变化量被设定为驱动频率与目标驱动频率之间的差的函数。

25.一种RF功率系统，其包括：

频率可变RF功率源，所述频率可变RF功率源具有预定的频率可变范围并且改变驱动频率以进行阻抗匹配；和

阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络接收来自所述频率可变RF功率源的输出并且将所述输出传输至负载，

其中，所述阻抗匹配网络改变所述阻抗匹配网络的可变电抗组件的电容或电感以使所述频率可变RF功率源被诱导为在目标驱动频率操作。

26.一种用于将频率可变RF功率源的输出传输至负载的电器件，所述电器件包括至少两个可变电抗组件，

其中，所述可变电抗组件的电感或电容的变化量包括所述频率可变驱动RF功率源的驱动频率与目标驱动频率之间的差的函数，且

其中，所述目标驱动频率在频率可变RF功率发生器的频率可变范围之内。

27.一种RF功率系统的阻抗匹配方法，所述RF功率系统包括频率可变RF功率源和将所述频率可变RF功率源的输出传输至负载的阻抗匹配网络，所述阻抗匹配方法包括：

测量所述频率可变RF功率源的输出端子处的第一电特性；

在所述频率可变RF功率处使用所述第一电特性检查阻抗匹配状态；

改变所述频率可变RF功率源的驱动频率；

测量所述阻抗匹配网络的第二电特性；

在所述阻抗匹配网络处使用所述第二电特性检查阻抗匹配状态；

计算用于阻抗匹配的可变电抗组件的电感或电容的第一变化量；且

使用所述第一变化量控制所述可变电抗组件。