CN104749413A - 静电卡盘电源的电流检测装置和电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静电卡盘电源的电流检测装置，包括采样电阻，所述采样电阻串联在所述静电卡盘电源的输出端，所述静电卡盘电源的电流检测装置还包括电压检测单元和两个分压单元，两个所述分压单元中的一个连接在所述采样电阻的输入端与参照点之间，两个所述分压单元中的另一个连接在所述采样电阻的输出端与参照点之间，所述电压检测单元用于检测两个分压单元的分压点与参照点之间的电压，其中，两个所述分压单元的分压比均能够调节，以使得两个分压单元的分压比相等。本发明还提供一种静电卡盘电源的电流检测方法。在本发明中，两个所述分压单元的分压比能够调节至相等，从而减少所述分压比的差异对检测电流的影响，提高检测电流的准确性。

Description

静电卡盘电源的电流检测装置和电流检测方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，涉及一种静电卡盘电源的电流检测装置和电流检测方法。

背景技术

在等离子体处理晶片的过程中，广泛利用静电卡盘支撑晶片或托盘，由静电卡盘提供直流高压电，从而在卡盘及晶片之间产生静电力，将晶片或者托盘固定在卡盘上。为方便了解设备运行情况及保护设备及人员安全，需要检测静电卡盘电源输出电流，并设计必要的短路保护电路等。而静电卡盘电压输出电压、低电流的特点，为电流检测带来一定的难度。

如图1所示的是现有的一种静电卡盘用高压电压的电流检测方法原理图，通过在电源输出回路串联一个采样电阻R₃，将电流信号转换为电压信号，并利用高压隔离放大器对所述电压信号进行放大。只需检测隔离放大器输出端电压，根据放大比例可以计算出电源输出电流大小。但是高压隔离放大器的成本较高，而且高压隔离放大器的耐压的数值有限，电流检测的可靠性较差。

如图2所示的是现有的另一种静电卡盘电源的电流的检测方法原理图，静电卡盘电压的输出端串联有采用电阻，采样电阻的两端分别连接有分压器，分压器的另一端接地。通过检测两个分压器R₁和R₂的分压点的电压U₃和U₄，计算出采样电阻R₃两端之间的电压，进而计算出流过采样电阻的R₃电流I₃，即静电卡盘电源的输出电流。但是两个分压器的实际分压比不相等时，两个分压单元的分压比之间的差异会使检测结果出现很大误差。

因此，如何减少两个分压器的分压比之间的差异成为本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电卡盘电源的电流检测装置和静电卡盘电源的电流检测方法，以减少两个分压器的分压比之间的差异。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种静电卡盘电源的电流检测装置，该电流检测装置包括采样电阻，所述采样电阻串联在所述静电卡盘电源的输出端，所述静电卡盘电源的电流检测装置还包括电压检测单元和两个分压单元，两个所述分压单元中的一个连接在所述采样电阻的输入端与参照点之间，两个所述分压单元中的另一个连接在所述采样电阻的输出端与参照点之间，所述电压检测单元用于检测两个分压单元的分压点与参照点之间的电压，其中，两个所述分压单元的分压比均能够调节，以使得两个所述分压单元的分压比相等。

优选地，所述分压单元包括分压器和调节电阻，所述调节电阻连接在所述分压器与地之间，所述分压器的分压点形成为所述分压单元的分压点，通过改变所述调节电阻的阻值改变所述分压单元的分压比。

优选地，所述调节电阻为可调式电阻，或者所述调节电阻为可拆卸地设置在所述分压器与参照点之间的定值电阻。

优选地，所述分压器的分压比不小于10。

优选地，所述分压器的阻值与所述采样电阻阻值之比不小于50。

优选地，所述电压检测单元包括运算放大器。

优选地，每个所述分压单元均对应有分压比检测单元，所述分压比检测单元能够测量相应的分压单元的分压点与参照点之间的电压。

作为本发明的另一个方面，还提供一种静电卡盘电源的电流检测方法，其中，利用本发明所提供的上述电流检测装置执行所述电流检测方法，所述电流检测方法包括以下步骤：

步骤1、调节所述采样电阻两端的两个所述分压单元的分压比，直至两个所述分压单元的分压比相等为止；

步骤2、利用所述电压检测单元检测两个所述分压单元的分压点与参照点之间的电压。

优选地，所述分压单元包括分压器和调节电阻，所述调节电阻连接在所述分压器与地之间，所述分压器的分压点形成为所述分压单元的分压点，所述步骤1包括调节所述调节电阻的阻值，使得两个所述分压单元的分压比相等。

在本发明中，两个所述分压单元的分压比均能够调节，以使得两个所述分压单元的分压比相等，从而在电流检测的过程中，减少所述分压比的差异对检测电流的影响，提高检测电流的准确性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有的一种静电卡盘电源的电流检测装置的结构示意图；

图2是现有的另一种静电卡盘电源的电流检测装置的结构示意图；

图3是本发明所提供一种静电卡盘电源的电流检测装置的结构示意图。

附图标记说明

R₁、R₂：分压器；R₃：采样电阻；R₄、R₅：调节电阻；U₃：分压器R₁的分压点与参照点的电压之间的电压；U₄：分压器R₂的分压点与参照点之间的电压；I₁：分压器R₁与调节电阻R₄的回路电流；I₂：分压器R₂与调节电阻R₅的回路电流；I₃：流过采样电阻R₃的电流；10：分压单元；11：静电卡盘电源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一方面，如图3所示，提供一种静电卡盘电源的电流检测装置，包括采样电阻R₃，采样电阻R₃串联在静电卡盘电源11的输出端，所述静电卡盘电源的电流检测装置还包括电压检测单元和两个分压单元10，两个所述分压单元中的一个连接在采样电阻R₃的输入端与参照点之间，两个分压单元10中的另一个连接在采样电阻R₃的输出端与参照点之间，所述电压检测单元用于检测两个分压单元10的分压点与参照点之间的电压，其中，两个分压单元10的分压比均能够调节，以使得两个所述分压单元的分压比相等。

在本发明中，两个分压单元10的分压比均能够调节，以使得两个所述分压单元的分压比相等，从而防止在两个所述分压单元的实际分压比产生差异，进而防止检测电流时引入较大的误差，使得检测结果更准确。

在本发明中，采样电阻R₃串联在静电卡盘电源11的输出端是指采样电阻R₃串联在静电卡盘电源11的正极和负极之间。

在本发明中，对所述参照点的电压值不作具体限制，只要可以使所述分压单元的两端形成电压差即可，优选地，所述参照点可以为低电平电压点（如，接地点）。

作为本发明的一种具体实施方式，如图3所示，所述分压单元10可以包括分压器和调节电阻，调节电阻连接在所述分压器与参照点之间，所述分压器的分压点形成为所述分压单元的分压点，通过改变所述调节电阻的阻值改变所述分压单元的分压比。本发明对所述分压器的形式不作具体限制，所述分压器可以为电阻式分压器，也可以为电容式分压器等。

可以理解的是，如图3中所示，所述分压器R₁的分压点可以将所述分压器的阻值分为两部分：分压器R₁分为R_1（1-2）与R_1（2-3）两部分，分压器R₂分为R_2（1-2）与R_2（2-3）两部分，当有电流流过时，分压器R₁两端的电压大于分压器R₁的R_1（1-2）部分两端的电压，分压器R₁两端的电压与分压器R₁的R_1（1-2）部分两端的电压的比值等于分压器R₁的阻值与R_1（1-2）部分的阻值之比，该比值即为所述分压器的分压比。当调节电阻R₄连接在分压器R₁与参考点之间后，流过分压器R₁的电流与流过调节电阻R₄的电流相等，均为I₁。分压器R₁的分压点将分压单元分为两部分，左侧的分压单元10的分压比即为：左侧的分压单元10的阻值（即，分压器R₁的阻值与调节电阻R₄的阻值之和）与所述分压点至参考点之间的部分的阻值之比。因而所述调节电阻R₄的阻值改变时，左侧的分压单元10的分压比随之发生变化。

同样地，分压器R₂两端的电压大于分压器R₂的R_2（1-2）部分两端的电压，分压器R₂两端的电压与分压器R₂的R_2（1-2）部分两端的电压的比值等于分压器R₂的阻值与R_2（1-2）部分的阻值之比，该比值即为所述分压器的分压比。调节电阻R₅连接在分压器R₂与参考点之间后，流过分压器R₂的电流与流过调节电阻R₅的电流相等，均为I₂。分压器R₂的分压点将右侧的分压单元10分为两部分，右侧的分压单元10的分压比即为：右侧的分压单元的阻值（即，所述分压器R₂的阻值与调节电阻R₅的阻值之和）与所述分压点至参考点之间的部分的阻值之比。因而所述调节电阻R₅的阻值改变时，右侧的分压单元10的分压比随之发生变化。

更进一步地，调节电阻R₄和调节电阻R₅可以为可调式电阻，或者，调节电阻R₄可以为可拆卸地设置在分压器R₁与参照点之间的定值电阻，调节电阻R₅可以为可拆卸地设置在分压器R₂与参照点之间的定值电阻。为了简化电流检测过程，优选地，如图3所示，调节电阻R₄和调节电阻R₅为可调式电阻。例如，调节电阻R₄和调节电阻R₅为滑动变阻器，通过分别滑动调节电阻R₄和调节电阻R₅的滑片可以对应地改变调节电阻R₄和调节电阻R₅的阻值。

本发明对所述分压器的分压比不作具体限制，为了减小所述分压点与参照点之间的电压值，从而降低对所述电压检测单元的要求，优选地，每个分压器的分压比均不小于10，以便于对所述分压点与参照点之间的电压检测。

为了减小采样电阻R₃在总体电路中的分流，优选地，分压器R₁、R₂的阻值与采样电阻R₃的阻值之比不小于50，以提高检测精度。具体地，分压器R₁的阻值与采样电阻R₃的阻值之比不小于50，且分压器R₂的阻值与采样电阻R₃的阻值之比不小于50.

更进一步地，为了便于利用所述分压点处的电压U₃、U₄进行电流检测，如图3所示，所述电压检测单元可以包括运算放大器。具体地，由于所述分压单元的分压作用使得所述分压点处的电压相对于静电卡盘电源11的电压值较小，因而所述运算放大器为普通运算放大器即可。优选地，如图3所示，放大器R₁的分压点与所述放大器的正极相连接，放大器R₂的分压点与所述放大器的负极相连接。

更进一步地，为了准确地将两个所述分压单元的分压比调节至相等，每个所述分压单元均对应有分压比检测单元，所述分压比检测单元可以测量相应的分压单元的分压点与参照点之间的电压。除了运算放大器之外，所述电压检测单元还可以包括万用表。为了简化电路结构，可以利用所述电压检测单元的万用表分别检测两个分压单元的分压点与参照点之间的电压。在这种情况中，调节两个分压单元的分压比相等之后，再将所述万用表用于所述电压检测单元，以检测电流。

在上述实施方式中，通过改变两个调节电阻R₄和调节电阻R₅的阻值调节两个所述分压单元的分压比直至两个所述分压单元的分压比相等，减小了分压比的差异，从而减小了电流检测时引入的误差，提高了电流检测的精度；同时能够将待测电压降到安全电压范围，便于电压的检测。

本发明还提供一种静电卡盘电源的电流检测方法，其中，利用本发明所提供的上述电流检测装置执行所述电流检测方法，所述电流检测方法包括以下步骤：

步骤1、调节采样电阻R₃两端的两个分压单元10的分压比，直至两个分压单元10的分压比相等为止；

步骤2、利用所述电压检测单元检测两个分压单元10的分压点与参照点之间的电压U₃、U₄。

可以理解的是，已知两个所述分压器的理论分压比均为k，由于所述分压器的分压比产生的误差在精度范围内，因此可以将两个分压器R₁和分压器R₂的理论分压比k作为两个分压单元10的分压比。

具体地，在没有误差的情况下，可以利用公式（1）和公式（2）分别计算两个分压单元10两端的电压U₁、U₂：

U₁=U₃*k  （1）

U₂=U₄*k  （2）

其中，U₃、U₄分别为两个分压点与参照点之间的电压。

由于采样电阻R₃两端的电压为U₃和U₄的差值，根据欧姆定律可以计算出流过采样电阻R₃的电流I₃，即，所述静电卡盘电源的电流：

I₃=U₃/R₃  （3）

更进一步地，分压单元10可以包括分压器和调节电阻，所述调节电阻连接在所述分压器与参照点之间，所述分压器的分压点形成为所述分压单元的分压点，所述步骤1包括调节所述调节电阻的阻值，使得两个所述分压单元的分压比相等。

具体地，所述步骤1中调节所述调节电阻的阻值的过程为：在两个分压单元10的两端加上等值的电压，调节所述调节电阻的阻值，并利用所述分压比检测单元分别测量两个分压单元的分压比，当测得两个分压比相等时，调节过程结束。

在本发明的上述实施方式中，当静电卡盘电源11提供电压时，由公式分别计算调节后的分压比k₁₀、k₂₀：

$k_{10}=\frac{R_1+R_4}{R_1/k_1+R_4}---\left(4\right)$

$k_{20}=\frac{R_2+R_5}{R_2/k_2+R_5}---\left(5\right)$

其中，k₁和k₂分别为分压器R₁和分压器R₂的实际分压比。

则有以下关系式：

$U_3=U_1*\frac{R_1/k_1+R_4}{R_1+R_4}---\left(6\right)$

$U_4=U_2*\frac{R_2/k_2+R_5}{R_2+R_5}---\left(7\right)$

U₁-U₂=I₃*R₃  （8）

其中U₁和U₂为采样电阻R₃输入端和输出端的电压；U₃和U₄为两个所述分压点处的电压，可用万用表测量。根据上述公式可以推导出流过采样电阻R₃的电流I₃：

$I_3=(U_3*\frac{R_1+R_4}{R_1/k_1+R_4}-U_4*\frac{R_2+R_5}{R_2/k_2+R_5})/R_3---\left(9\right)$

为了检测本发明所提供的上述实施方式中的电流检测的误差，以静电卡盘电源11提供的电压为4000伏为例，已知采样电阻R₃的阻值为20K欧姆，分压器R₁和分压器R₂均为100M/200K欧姆，理论分压比为500：1，分压比精度为：0.5%，R₄、R₅为5K可调。当利用分压比检测单元可以测得，分压器R₁和分压器R₂的实际分压比并不相等时，例如，测得分压器R₁的实际分压比与理论分压比之间的误差为-0.5%，分压器R₂的实际分压比与理论分压比的误差为+0.5%时，分压器R₁的实际分压比k₁为497.5，分压器R₂的实际分压比k₂为502.5。

可以理解的是，当分压单元10的实际分压比小于该分压单元的理论分压比时，减小所述分压单元的调节电阻的阻值；当分压单元10的实际分压比大于该分压单元的理论分压比时，增大所述分压单元的调节电阻的阻值。当调节所述调节电阻R₄的阻值为0欧姆，调节电阻R₅的阻值为2K欧姆时，所述分压比检测单元可以测得左侧的分压单元10与右侧的分压单元10的分压比相等。根据公式（4）和公式（5）分别计算得两个调节后的分压比均为497.5，即，当分压比检测单元测量得到左侧的分压单元与右侧的分压单元的分压比均为497.5时，停止调节所述调节电阻R₄、R₅。当待测电流为2毫安，采样电阻R₃两端的电压为40伏时，利用本发明所提供的电流检测方法的检测结果为：

I₃=(U₃-U₄)*k/R₃=(4000/497.5-3960/497.5)*500/20K=2.01毫安

与实际电流2毫安相比，本发明所提供的电流检测方法的检测结果误差为0.5%。在现有技术中，如图2所示，在与本发明相同的条件下，实际检测值为：

I₃=(U₃-U₄)*k/R₃=(4000/497.5-3960/502.5)*500/20K=4毫安

与实际电流2毫安相比，现有技术的误差为100%。可见当两个分压比出现差异时，导致检测电流会出现较大误差。

在本发明所提供的电流检测方法的技术方案中，电流检测之前对所述采样电阻两端的两个所述分压单元的分压比进行调节，直至两个所述分压单元的分压比相等，使得电流检测过程中，测量的两个所述分压点处的电压值U₃和U₄相差较小，从而在计算采样电阻R₃两端的电压时引入的误差减少，进而减少检测电流的误差。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种静电卡盘电源的电流检测装置，所述电流检测装置包括采样电阻，所述采样电阻串联在所述静电卡盘电源的输出端，所述静电卡盘电源的电流检测装置还包括电压检测单元和两个分压单元，两个所述分压单元中的一个连接在所述采样电阻的输入端与参照点之间，两个所述分压单元中的另一个连接在所述采样电阻的输出端与参照点之间，所述电压检测单元用于检测两个分压单元的分压点与参照点之间的电压，其特征在于，两个所述分压单元的分压比均能够调节，以使得两个所述分压单元的分压比相等。

2.根据权利要求1所述的静电卡盘电源的电流检测装置，其特征在于，所述分压单元包括分压器和调节电阻，所述调节电阻连接在所述分压器与参照点之间，所述分压器的分压点形成为所述分压单元的分压点，通过改变所述调节电阻的阻值改变所述分压单元的分压比。

3.根据权利要求2所述的静电卡盘电源的电流检测装置，其特征在于，所述调节电阻为可调式电阻，或者所述调节电阻为可拆卸地设置在所述分压器与参照点之间的定值电阻。

4.根据权利要求2所述的静电卡盘电源的电流检测装置，其特征在于，所述分压器的分压比不小于10。

5.根据权利要求2所述的静电卡盘电源的电流检测装置，其特征在于，所述分压器的阻值与所述采样电阻阻值之比不小于50。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的静电卡盘电源的电流检测装置，其特征在于，所述电压检测单元包括运算放大器。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的静电卡盘电源的电流检测装置，其特征在于，每个所述分压单元均对应有分压比检测单元，所述分压比检测单元能够测量相应的分压单元的分压点与参照点之间的电压。

8.一种静电卡盘电源的电流检测方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任意一项所述的电流检测装置执行所述电流检测方法，所述电流检测方法包括以下步骤：

步骤1、调节所述采样电阻两端的两个所述分压单元的分压比，直至两个所述分压单元的分压比相等为止；

步骤2、利用所述电压检测单元检测两个所述分压单元的分压点与参照点之间的电压。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述分压单元包括分压器和调节电阻，所述调节电阻连接在所述分压器与参照点之间，所述分压器的分压点形成为所述分压单元的分压点，所述步骤1包括调节所述调节电阻的阻值，使得两个所述分压单元的分压比相等。