CN112599948A

CN112599948A - 定向耦合器

Info

Publication number: CN112599948A
Application number: CN202011041267.7A
Authority: CN
Inventors: 史威格·尼古拉; 格莱德·安德烈
Original assignee: Comet AG
Current assignee: Comet AG
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-04-02
Also published as: US20210105026A1; EP3800731A1; US11552657B2

Abstract

本发明涉及一种定向耦合器(100)，其包括用于接收高功率信号的非直主导线(39)和至少一个耦合元件(38a、38b)。所述主导线(39)布置成在平面P₀中延伸。所述至少一个耦合元件(38a、38b)被布置成与所述主导线(39)部分地平行。此外，本发明涉及一种使用所述定向耦合器(100)测量RF电压和/或RF功率的方法。该方法包括将所述定向耦合器(100)的测量信号与VI传感器单元(40)的测量电压值和电流值进行组合的步骤。在其中一个测量信号具有低电平或零电平的情况下，RF电压和/或RF功率的测量的灵敏度被提高。

Description

定向耦合器

技术领域

本发明涉及一种定向耦合器，包括用于接收高功率信号的非直主导线和至少一个耦合元件。主导线布置成在平面P₀中延伸。至少一个耦合元件被布置成与所述主导线部分地平行。

此外，本发明涉及一种使用定向耦合器测量RF电压和/或RF功率的方法。方法包括组合定向耦合器的测量信号和VI传感器单元的测量电压和电流值的步骤。在其中一个测量信号具有低电平或零电平的情况下，RF电压和/或RF功率的测量的灵敏度被提高。

此外，本发明涉及一种将发电机输出射频信号与由等离子体处理室产生的负载阻抗进行阻抗匹配的方法。方法包括如下步骤：产生射频信号；在射频发生器输出处将射频信号放大为高功率射频信号；将高功率射频信号从发生器的输出提供给等离子体处理室的电极；使用根据本发明的定向耦合器测量正向反射功率特性，以对传递到等离子体处理室的功率进行采样；以及基于对传递到等离子体处理室的功率的采样来调整射频信号的产生或射频信号的放大。

背景技术

定向耦合器是在射频下使用的电路元件，并且具有以规定的方式将被馈送到输入端口的信号分成两个输出端口的特性。对两个输出端口的信号分量分布不必是均匀的。对于具有四个端口的定向耦合器，一个端口被"去耦合"，即在理想情况下，在该端口没有信号分量输出。在单独考虑端口的情况下，对剩余端口的分配取决于通过该端口的信号或波的方向。因此，这被称为定向耦合器。

射频(RF)发生器，有时也称为"RF电源"，用于产生适于传送到应用中的射频功率。从电气的角度来看，该应用为电力输送电路提供负载。负载具有电阻抗，其确定被传输到负载(被传输到应用)的功率的良好程度。射频电源应用的示例包括通过在专用等离子体处理室中产生等离子体的沉积和蚀刻工艺。这些工艺在半导体制造工业中是非常常见的，对于半导体制造工业，可以使用13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz的频率，或任何其它适当的频率或频率组合。提供给等离子体处理室所涉及的功率水平可以是，例如，100W到1000W，或大于1000W。还存在其它应用，包括供电无线电天线，无线功率传输和电介质加热，仅举几个例子。

当负载阻抗与电源阻抗不匹配时，(由于阻抗失配)功率不能正确地传输到负载中。因为负载的阻抗可以随多个参数(例如在等离子体处理应用的情况下的气体类型，气体压力，气体颗粒的电离度)而变化，并且因此通常是未知的，所以有必要监视实际提供给负载的功率。一种可能性是监视正向功率(实际传输到应用的部分)和反射功率(反射的部分，因此对应用而言不可用)。反射功率的物理来源是阻抗失配。定向耦合器是已知的探测元件，用于监视正向和反射功率，并向发生器的控制器提供反馈，从而可以调节功率信号(在幅度，相位，频率，波形或其它特性方面)，以便高且稳定的发射功率部分，而反射功率很少或没有。

换句话说，这允许射频发生器以这样一种方式稳定，即负载中吸收的功率可以被调谐并保持恒定(阻抗匹配)。为了能够测量在负载方向上提供的射频功率以及反射功率，通常使用定向耦合器，该定向耦合器具有与向负载方向发射射频功率的主导线相关的次级线。可以经由一条次级线测量在负载方向上提供的功率，并且可以经由另一条次级线测量反射功率。由于通过主线提供射频功率，产生耦合到次级线的电磁场，使得可以在次级线上记录测量信号，该测量信号分别与主线上朝向负载("正向")的功率和反射功率相关。

可以使用的另一个探测元件是电压-电流探头(也即VI探头)。从VI探头的幅度和相位信息获得的信息基本上等同于通过定向耦合器收集的反射/正向信息，因为这两种技术在理论上都允许推导负载的阻抗，并且在工作时将该反馈提供给发生器。

然而，仅通过定向耦合器(正向和反射功率)或仅通过VI探头的阻抗测量在测量值非常小时具有较差的分辨率。当通过定向耦合器测量并且反射功率非常小时，很难精确地测量这样的值。当通过VI探头测量并且电压或电流非常小或几乎处于零值时，很难以很高的精度测量那些电压值或电流值。

通常，现有技术中使用的定向耦合器在主导线的纵向方向上延伸得非常多。因此，这种定向耦合器的缺点是在该方向需要大量的空间，从而对射频发生器的尺寸产生负面影响。

WO 2013/017397A1公开了一种DC隔离定向耦合器，特别是用于耦合进出雷达液位计的高频测量信号。雷达液位计包括两个相互啮合且在相反方向上弯曲的导体轨道。两个相对弯曲的导体轨道以这样的方式布置，即它们在与测量信号的中频相关的波长的四分之一波长(λ/4)的区域上彼此耦合，并形成两组侧耦合的导体轨道。此外，在每种情况下，弯曲的导体轨道件在小于与中频相关的波长的八分之一波长(λ/8)的区域上邻接两组侧耦合的导体轨道中的每一组。

DE 102014009141A1公开了一种使用RF通信信号的转换器。该转换器布置在芯片上，使用多对弯曲成U形的传输线。

DE 19647315A1公开了一种具有电磁场耦合线的元件。这些线形成螺旋状。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够简化其实现的紧凑尺寸的定向耦合器。本发明的进一步的目的是提供一种集成VI探头的定向耦合器，其通过定向耦合器提高阻抗测量的分辨率，并允许多个探测元件节省空间的布置。

该目的通过一种定向耦合器来实现，所述定向耦合器包括用于接收高功率信号的非直主导线和至少一个耦合元件。主导线布置成在平面P₀中延伸。所述至少一个耦合元件被布置成与所述主导线部分地平行。

此外，该目的通过一种使用定向耦合器测量RF电压和/或RF功率的方法来实现。所述方法包括组合定向耦合器的测量信号和VI传感器单元的测量电压值和电流值的步骤。其中一个测量信号具有低电平或零电平的情况下，RF电压和/或RF功率的测量的灵敏度被提高。

本发明的定向耦合器允许减小定向耦合器的空间尺寸。这也有利地改进了将本发明的定向耦合器实现为射频传输设备(例如射频发生器或阻抗匹配网络)，因为基于本发明的定向耦合器具有更紧凑的尺寸，这种紧凑的组件更容易或更简单地实现。此外，这还可以节省制造射频功率输送设备的成本。

此外，使用包括VI探头的定向耦合器有利地提高了某些阻抗值的阻抗测量的分辨率，这在参考本说明书中稍后讨论的史密斯圆图时将变得更加清楚。这是基于VI探头测量特性的，在通过定向耦合器的测量较差的区域中，有利的补充了非常小的测量值的分辨率。因此，定向耦合器和VI探头的结合提升了所谓的史密斯圆图的所有区域中的某些测量值或阻抗测量。

根据本发明第一方面的第一实施例，定向耦合器的主导线包括两个直线段和第三段。

根据本发明第一方面的第二实施例，两个直线段和第三段被成形为基本上形成U形主导线。

根据本发明第一方面的第三实施例，定向耦合器设置在电路板上，特别是印刷电路板上。

如果将电路板设置为印刷电路板，已知为PCB，就非常方便。印刷电路板包括电绝缘材料的载体平板或平层。例如，铜材料的导线可以通过蚀刻工艺印刷在板上。主导线和传感器线可以是铜线。可选地，该电路板被布置为柔性和/或薄的印刷电路板。

根据本发明第一方面的第四实施例，所述电路板包括第一和第二电路板部分。所述至少两个直线段中的每一个布置在相应的印刷电路板部分上。所述至少两个导体部分通过所述第三段连接，其中所述第三段是穿过所述第一和第二电路板部分的连接桥或触点。

根据本发明第一方面的第五实施例，第三段布置在与所述至少两个直线段中的每一个基本垂直的平面中。

根据本发明第一方面的第六实施例，第三段和至少两个直线段部分被配置为一体式的或多部分的主导线。

根据本发明第一方面的第七实施例，定向耦合器还包括用于测量电压(V)和电流(I)的VI传感器单元。所述VI传感器单元布置成与所述至少两个直线段中的一个相邻并且平行于电路板。

这有利于使得定向耦合器能够在宽的频率范围内使用并且能够精确地测量不同应用的频率。可选地，可以将另一个VI传感器布置成与第一VI传感器平行，但是位于电路板或定向耦合器的相对侧上。

根据本发明的第一方面的第八实施例，所述VI传感器单元还包括具有平坦侧面和平坦内表面的平坦壳体，并且所述平坦内表面布置成与所述至少两个直线段中的一个相邻并且平行于所述电路板。

根据本发明第一方面的第九实施例，VI传感器单元包括具有平坦侧面的平坦壳体，所述平坦侧面具有平坦内表面和平坦外表面。平坦内表面和平坦外表面基本布置在同一平面上，并且在电路板上与定向耦合器的小侧面或顶侧连续。

根据本发明第一方面的第十实施例，定向耦合器和主导线布置在形成多层结构的多个电路板上。所述多个电路板中的每一个包括所述第一和所述第二电路板部分。所述至少两个直线段中的每一个布置在所述多个电路板中的每一个的相应印刷电路板部分上。

根据本发明第一方面的第十一实施例，定向耦合器和主导线布置在形成两层结构的两个电路板上，并且两个电路板彼此具有一定的距离和角度。

根据本发明第一方面的第十二实施例，两个电路板共同布置在金属接地层上。

根据本发明的第二方面，一种测量RF电压和/或RF功率的方法，其使用根据本发明的第一方面的定向耦合器，所述方法包括以下步骤：组合所述定向耦合器的测量信号和所述VI传感器单元的测量电压值和电流值。在其中一个测量信号具有低电平或零电平的情况下，还包括增加RF电压和/或RF功率的测量的灵敏度的步骤。

根据本发明的第三方面，一种将发电机输出射频信号与由等离子体处理室产生的负载阻抗进行阻抗匹配的方法包括以下步骤：产生射频信号；在射频发生器的输出处，将射频信号放大为高功率射频信号；将所述高功率射频信号从所述发生器的输出处提供给等离子体处理室的电极。使用根据本发明的第一方面的定向耦合器测量正向反射功率特性，以对传递到等离子体处理室中的功率进行采样。基于对传递到等离子体处理室的等离子体中的功率的采样来调整射频信号的产生或射频信号的放大。

根据其他的方面，本发明包括以下特征或分组特征：

根据本发明第一方面的定向耦合器包括用于接收高功率信号的非直主导线和至少一个耦合元件。非直的主导线布置为在平面P₀中延伸。另一个平面S垂直于平面P₀，并且所述至少一个耦合元件被布置为在平面S中延伸，其中所述至少一个耦合元件布置为部分地平行于所述主导线。

定向耦合器的部件的这种布置允许非平面布置或非平面的定向耦合器，因为主导线和耦合元件位于垂直布置的两个不同的平面P₀和S上。此外，这种布置能够实现定向耦合器的节省空间的布置。

根据本发明第一方面的定向耦合器包括另外的平面S，其具有表面，并且平面S的表面形状取决于主导线的形状。

根据本发明第一方面所述的定向耦合器包括具有表面的平面P₀，并且主导线的路线取决于平面P₀的表面的空间形状。平面P₀的表面的形状是单个曲面或多个曲面P。

根据本发明第一方面所述的定向耦合器包括主导线，其中主导线或主导线的路线由平面P和S的两个表面的交集限定。

附图说明

结合以下附图中的不同示例性实施例详细描述本发明：

图1示出从射频发生器向负载提供射频功率的示例性设置图，

图2a示出根据本发明的定向耦合器的部件的空间布置的示意性3D视图，

图2b示出图2a所示部件的空间布置的示意性2D视图，

图2c示出根据本发明的定向耦合器的部件的另一空间布置的示意性3D视图，

图2d示出图2c中所示部件的空间布置的示意性2D视图，

图2e示出根据本发明的定向耦合器的部件的另一空间布置的示意性3D视图，

图3示出根据本发明的定向耦合器的实施例的示意图，

图3a示出根据本发明的定向耦合器的另一个实施例的示意图，

图3b示出图3a的定向耦合器的实施例的示意性侧视图，

图4示出VI传感器单元或VI探头的示意图，

图4a示出定向耦合器的另一实施例的示意图

图5示出定向耦合器的又一实施例的示意性侧视图，

图6示出定向耦合器的另一个实施例的示意图，

图7示出本发明的又一个实施例的示意性侧视图，

图8示出本发明的又一个实施例的示意图，

图9示出本发明的另一个实施例的示意图，

图10示出测量某些阻抗值的史密斯图表或史密斯圆图中的Z1至Z3区域。

具体实施方式

图1描述用于从RF发生器向负载提供射频功率的示例性射频电源电路。该电路包括射频发生器1。RF发生器通常被配置为提供频率为13.56MHz的高功率(例如1000W或更高)，可选地，其它频率也是可能的。射频电源电路还包括具有所谓功率计2的拾波器。这些功率计2被配置为定向耦合器的示例，其测量正向和反射的射频功率，从而给出关于所传递的功率的信息。此外，图1示出了用于测量电流I的I感测线圈3和用于测量电压V的V探头4。通常所谓的VI探头5组合进行电压和电流的测量。电路还包括负载6，例如等离子体室6，其包括电极7和等离子体8。从结构的角度来看，射频电源电路通常包括阻抗匹配网络11，其包括可变电容器C1 11a、C2 11c以及线圈L11b。该网络11使阻抗与等离子体负载相匹配。

图2a示出了根据本发明的定向耦合器的部件的空间布置的示意性3D视图。图2a示出了平面P₀。主导线39布置成在平面P₀上延伸。主导线39不是直的，或者主导线39的路线不是直的。可选地，主导线是曲线的、弯曲的或部分是直的。另一个平面S垂直于平面P₀设置。主导线39布置成在平面S上延伸或者被包括在平面P₀中。耦合元件38a、38b布置成在平面S中延伸或者被包括在平面S中。耦合元件38a、38b布置成与主导线39部分地平行。框号1,2和3表示用于在2D和3D视图中更容易取向的参考点。主导线39由平面P₀和S的两个表面的交集限定。

图2b描述图2a中描绘的部件的空间布置的示意性2D视图。这些组件与已经在图2a中描述的部件相同。

图2c描述根据本发明的定向耦合器的部件的另一空间布置的示意性3D视图。在图2a中已经描述了这些部件。与图2a不同，主导线39的形状类似于发夹。在主导线的两侧，有两个耦合元件38a、38b平行于主导线39布置。平面S包括主导线39，并根据或依赖于主导线39的形状来成形平面S的表面。主导线39由平面P₀和S的两个表面的交集限定。

图2d描述了图2c中描述的部件的空间布置的示意性2D视图。在图2c中已经描述了这些部件。

图2e描绘了根据本发明的定向耦合器的部件的另一空间布置的示意性3D视图。与图2a和2c所示的其它实施例不同，本实施例中，平面P₀是弯曲的，从而给出非平面P的形状。主导线39由平面P和S的两个非平面表面的交集限定。

图3描述了根据本发明的定向耦合器100的实施例，其包括用于接收高功率信号的非直主导线39和至少一个耦合元件38a、38b。主导线39被布置成在平面(P₀)中延伸，并且至少一个耦合元件38a、38b被布置成与主导线部分地平行。用于测量正向(FWD)功率和反射(RFL)功率的传感器线可选地布置在同一平面中。

图3a描绘了根据本发明的定向耦合器的另一个实施例的示意图。定向耦合器100包括用于接收高功率信号的非直主导线39和至少一个耦合元件38a、38b。主导线39布置成在平面P₀中延伸，并且至少一个耦合元件38a、38b布置成与主导线部分平行。两个直线段50a、50b和第三段51的形状基本上形成U形主导线39。

图3b描绘定向耦合器100的实施例，其中主导线39布置在电路板48上，且两个耦合元件38a、38b邻近主导线39。在本实施例中，印刷电路板48是可弯曲的。主导线39沿着电路板延伸，并且可以是大部分直的或曲线的或缠绕的或弯曲的导线39，只要它在平面P₀内即可。在此图中，平面P₀是垂直于表面48的平面，其包含主导线39。主导线39的第三段51跟随可弯曲电路板，并将两个直线段50a和50b连接起来。

图4描述了VI传感器单元40。VI传感器单元40或VI探头传感器元件40被配置用于测量电压和电流，从而用于测量输出功率。VI传感器单元40包括具有平坦侧面45的平坦壳体44，平坦侧面45具有平坦内表面46。RF电源线穿过VI传感器单元40的开口47。图4所示的VI传感器单元具有矩形的平行六面体形状，除了上述的平坦侧面45和46之外，还具有两个小侧面52和两个长侧面53。VI传感器单元40的开口47可选地布置成与VI传感器单元40的中心线B不对称。中心线B垂直于RF电源线方向(平行于表面45)并且平行于VI传感器单元40的小侧面52。如从现有技术已知的，VI探头由电感耦合元件和电容耦合元件组成。这些元件可以布置在矩形平行六面体形状的盒子中。电感元件可以实现为罗氏(Rogowski)线圈。罗氏线圈例如可以围绕图4所示的VI探头的开口47布置。

图4a示出了与VI传感器单元40相结合的本发明的实施例。VI传感器单元包括具有平坦侧面45的平坦壳体44，平坦侧面45具有平坦内表面46。RF电源线或主导线39穿过VI传感器单元40的开口47。根据现有技术，定向耦合器100的长度L1具有一定的长度。该长度L1与垂直于长度L1的VI传感器单元40的厚度L2和空间传播(未示出)相结合，确定了对包括VI传感器单元40传感器的定向耦合器100所必需的空间要求，这可以占据大量的空间。

在图5所示的实施例中，VI传感器单元40的平坦内表面46布置在定向耦合器100的一个直线段50b附近。VI传感器单元40包括具有平坦侧面45的平坦壳体44，平坦侧面45具有平坦内表面46。VI传感器单元40具有用于接收主导线39的输出线部分39b的测量开口47。尽管本实施例只示出了输出线部分39b被VI探头的测量开口47接收，但是明显地，主导线39的任何其它部分也可以被VI探头的测量开口47接收，包括例如输入线部分39a。VI传感器单元40的开口47可选地布置成与VI传感器单元40的中心线B不对称。中心线B垂直于主导线39的RF电源线方向，并且平行于VI传感器单元40的小侧面52。

VI传感器单元40可以容纳在印刷电路板48上。定向耦合器的主导线39的直线段50a和50b也可以容纳在(另一个)电路板上，如已经在图3a中讨论的。或者，VI传感器单元40和定向耦合器39都可以通过将它们容纳在两个相邻电路板或同一电路板的两个部分上而集成到一个传感单元中。

图6和图7示出了定向耦合器100的其它实施例。在这些实施例中，定向耦合器100包括两个印刷电路板部分54a、54b，其使用直通触点55，用于经由第三段51连接两个直线段50a、50b。可以使用多块电路板，每个电路板48包括两个电路板部分54a、54b，用来改进阻抗测量。

在根据图3a和根据图5至7的实施例中，定向耦合器100的RF电源线或主导线39包括输入线部分39a和输出线部分39b，这两个部分都布置为垂直于U形定向耦合器100的直线段50a、50b，但是位于U形部分的自由端。输入线部分39a和输出线部分39b布置在一个RF轴上。

图8示出了根据本发明的另一个实施例，其中VI传感器单元40与定向耦合器100的电路板部分54b平行放置。耦合元件38a布置在电路板部分54a上(如图3a和3b所示)，而耦合元件38b设置在电路板部分54b上。本实施例中的定向耦合器100和VI传感器单元40能够实现非常紧凑的布置，并且因此有利于节省空间，易于实现。这是通过将印刷电路板堆叠在一起来实现的。

图9描述了定向耦合器的另一个实施例，其使用用于连接两个直线段50a、50b的直通触点55。另一个VI传感器单元40'可以平行于第一VI传感器单元40设置，但是位于电路板48或定向耦合器100的相对侧。此外，如图3a所示，每个VI传感器40、40'平行于耦合元件38a、38b。用于测量电压和电流的VI传感器单元40、40'各自包括具有平坦侧面45的平坦壳体44，其平坦侧面45具有平坦内表面46。VI探头传感器40、40'的平坦表面基本上布置在与电路板48的电路板部分54a、54b相同的平面处和/或与定向耦合器100的小侧面连续。该实施例示出了使用多堆叠结构，使用多个印刷电路板，用于沿着RF功率传输线39a、50a、51、50b、39b的有利的RF功率测量：，使用U形平面布置的主RF导体线并且使用多堆叠印刷电路板来容纳定向耦合器的耦合元件和VI传感器单元的探测元件，将VI传感器单元与定向耦合器以紧凑方式集成，与之前已知的功率感测元件相比，能节省空间。

在图6-9的实施例中，电路板48具有第一印刷电路板部分和第二印刷电路板部分。主导线39包括两个直线段50a、50b，每个都布置在相应的印刷电路板部分上，其中直线段50a、50b经由第三段51(例如连接桥)互连，该第三段穿过印刷电路板部分，构成直通连接55或直通触点55。

在根据图3至图9的所有实施例中，定向耦合器100包括第一耦合元件38a和第二耦合元件38b。每个耦合元件38a、38b布置成与主导线39部分地平行，从而能够进行适当的功率测量。第二耦合元件38b配置用于正向波(FWD，Forward Running Wave)，并且第一耦合元件38a配置用于反射波(RFL，Reflected wave)。第一耦合元件38a布置在第二耦合元件38b的相对侧，也即在不同的电路板侧。

图10示出了测量某些阻抗值的史密斯图表或史密斯圆图中的区域Z1至Z3。史密斯圆图是射频(RF)工程学的复阻抗的图形表示。支持解决传输线和匹配电路的问题。史密斯圆图可用于同时显示多个参数，包括阻抗(复值Z)，导纳，反射系数，散射参数，噪声系数圆，恒定增益轮廓和无条件稳定性区域。

图10还描述了当使用本发明的用于阻抗测量的包括VI传感器单元40的定向耦合器100时的三个区域Z1至Z3。

当使用根据本发明的定向耦合器100测量RF电压和/或RF功率时，将定向耦合器100的测量信号和VI传感器单元40的测量电压和电流值相结合。在其中一个测量信号具有低电平或零电平的情况下，确定阻抗所需的测量灵敏度不受影响，因为一个或另一个测量探头总是具有足够的分辨率。换句话说，RF电压和RF电流可以很好地分辨，或者如果不是这种情况，则反射和发射的RF功率可以很好地分辨，如下所述。

图10中的区域Z1(接近阻抗匹配)对应于反射功率变得非常小并且可能难以仅用定向耦合器精确测量的参数区域，因为很难分辨对应于反射功率的极低信号。因此，在这种情况下，定向耦合器和VI探头的组合是特别有利的，因为电压和电流信号都可以在区域Z1中被很好地分辨。

区域Z2(接近短路)对应于电压变得非常小并且可能难以仅用VI探头非常精确地测量的参数区域，因为很难分辨非常低的电压信号。因此，VI探头和定向耦合器的组合在这种情况下是特别有利的，因为正向和反射功率都可以在区域Z2中被很好地分辨。

区域Z3(接近开路)对应于电流变得非常小并且可能难以仅用VI探头非常精确地测量的参数区域，因为很难分辨非常低的电流信号。因此，VI探头和定向耦合器的组合在这种情况下是特别有利的，因为正向和反射功率都可以在区域Z3中被很好地分辨。

因此，为了能够在所有可能的情况下(包括接近开路，接近短路和接近完美匹配区域)准确地测量与阻抗匹配相关的参数，使用VI和定向耦合器组合是有利的。特别有利的是，使这种组合有类似于由根据本发明的各种实施例提供的紧凑的设置。

通过使用本发明的包括VI探头40的定向耦合器100，可以有利地进行将发电机输出射频信号与由等离子体处理室产生的负载阻抗进行阻抗匹配的方法。该方法包括如下步骤：产生射频信号；在射频发生器的输出处将射频信号放大为高功率射频信号。从发生器的输出处向等离子体处理室的电极提供高功率射频信号。使用根据本发明的定向耦合器测量正向反射功率特性，以对传递到等离子体处理室中的功率进行采样。基于对传递到等离子体处理室的等离子体中的功率的采样来调整射频信号的产生(相位、幅度、波形和/或频率)或射频信号的放大。

应当明确指出，本发明的一个主题可以有利地与本发明的上述方面的另一个主题和/或与附图中所示的特征组合，即单独地或以累积的形式组合。

参考符号列表

1 射频发生器/射频电源

2 功率计(定向耦合器)

3 I感测线圈

4 V探头

6 等离子体室

7 电极

8 等离子体

10 电源与诊断

11 阻抗匹配网络

12 电源应用/负载和诊断

38a 第一耦合元件

38b 第二耦合元件

39 主导线；RF电源线

39a 输入线部分

39b 输出线部分

40 VI传感器单元

40' VI传感器单元

44 平坦壳体

45 平坦侧面

46 平坦内表面

47 开口

48 电路板

50a 第一直线段

50b 第二直线段

51 第三段；连接支脚

52 小侧面

53 长侧面

54a 第一电路板部分

54b 第二电路板部分

55 直通触点

100 定向耦合器

Claims

1.一种定向耦合器(100)，其特征在于，包括：

用于接收高功率信号的非直主导线(39)和至少一个耦合元件(38a、38b),

所述非直主导线(39)布置成在平面(P₀)中延伸；并且

所述至少一个耦合元件(38a、38b)布置成与所述主导线(39)部分地平行。

2.根据权利要求1所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述主导线(39)包括两个直线段(50a、50b)和第三段(51)。

3.根据权利要求2所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述两个直线段(54a、54b)和所述第三段(51)被成形为基本上形成U形主导线(39)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述定向耦合器(100)布置在电路板(48)上，特别是印刷电路板上。

5.根据权利要求4所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述电路板(48)包括第一电路板部分和第二电路板部分(54a、54b),

其中所述至少两个直线段(50a、50b)中的每一个布置在相应的印刷电路板部分(54a、54b)上，以及

其中，所述至少两个导体部分(50a、50b)通过所述第三段(51)连接，其中所述第三段(51)是穿过所述第一电路板部分和第二电路板部分(54a、54b)的连接桥或触点。

6.根据权利要求5所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述第三段(51)布置在与所述至少两个直线段(50a、50b)中的每一个基本垂直的平面中。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述第三段(51)和所述至少两个直线段(50a、50b)被配置为一体式的或多部分的主导线(39)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的定向耦合器(100),其特征在于，还包括用于测量电压(V)和电流(I)的VI传感器单元(40),

所述VI传感器单元(40)布置成与所述至少两个直线段(50a、50b)中的一个相邻并且平行于所述电路板(48)。

9.根据权利要求8所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述VI传感器单元(40)还包括具有平坦侧面(45)和平坦内表面(46)的平坦壳体(44)，并且所述平坦内表面(46)布置成与所述至少两个直线段(50a、50b)中的一个相邻并且平行于所述电路板(48)。

10.根据权利要求9所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述VI传感器单元(40)包括具有平坦侧面(45)的平坦壳体(44)，所述平坦侧面(45)具有平坦内表面(46)和平坦外表面，所述平坦内表面和所述平坦外表面基本布置在同一平面上，并且在所述电路板(48)上与所述定向耦合器(100,48)的小侧面或顶侧连续。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述定向耦合器(100)和所述主导线(39)布置在形成多层结构的多个电路板(48)上，

其中所述多个电路板中的每一个包括所述第一电路板部分和所述第二电路板部分(54a、54b),

其中，所述至少两个直线段(50a、50b)中的每一个布置在所述多个电路板中的每一个的相应印刷电路板部分(54a、54b)上。

12.根据权利要求11所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述定向耦合器(100)和所述主导线(39)布置在形成两层结构的两个电路板(48)上，并且所述两个电路板(48)之间具有距离和角度。

13.根据权利要求12所述的定向耦合器(100),其特征在于，

所述两个电路板(48)共同布置在金属接地层上。

14.一种使用根据权利要求8至13中任一项所述的定向耦合器(100)测量RF电压和/或RF功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

组合所述定向耦合器(100)的测量信号和所述VI传感器单元(40)的测量电压值和电流值，并且在其中一个所述测量信号具有低电平或零电平的情况下，增加RF电压和/或RF功率的测量的灵敏度。

15.将发电机输出射频信号与由等离子体处理室产生的负载阻抗进行阻抗匹配的方法，其特征在于，包括以下步骤；

产生射频信号；

在射频发生器的输出处，将射频信号放大为高功率射频信号；

将所述高功率射频信号从所述发生器的输出处提供给等离子体处理室的电极；

使用根据权利要求1至13所述的定向耦合器测量正向反射功率特性，以对传递到所述等离子体处理室中的功率进行采样；

基于对传递到所述等离子体处理室的等离子体中的功率的采样，来调整所述射频信号的产生或所述射频信号的放大。