CN104793048A - 匹配器损耗功率的计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

匹配器损耗功率的计算方法及装置。本发明提出一种匹配器损耗功率的计算方法，包括以下步骤：当负载设备工作时，通过光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，其中，负载设备通过匹配器与射频电源相连；在负载设备所处的环境温度和风冷速度不变时，从预存的功率-温度关系表中查询与检测到的匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值；以及将实时功率值作为匹配器实时的损耗功率。本发明的方法能够准确地测量匹配器的实时损耗功率，且易于实现。本发明还提供了一种匹配器损耗功率的计算装置。

Description

匹配器损耗功率的计算方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种匹配器损耗功率的计算方法及装置。

背景技术

在半导体材料的刻蚀机和等离子体增强化学气相沉积的设备中，射频功率电源被用来激励等离子体。而工艺过程的结果往往和等离子体吸收的射频功率紧密相关。因此，准确地了解等离子体吸收的射频功率，并能够实时进行控制，是非常重要的。

在整个射频功率馈入系统中，射频电源匹配器是一个重要而不可省略的设备，但是往往相当一部分的射频电源的功率会消耗到匹配器中导致发热。通常只能从射频电源中获得其净输出功率(即入射功率－反射功率)。而实际被等离子体吸收的功率＝净输出功率－匹配器消耗功率－电极或电感线圈中消耗的功率。因此，准确定量的了解匹配器吸收的功率可以帮助了解等离子体吸收的射频功率，从而对相应工艺过程定量的控制是很有帮助的。

直接用电压电流探头对匹配器中消耗功率的准确测量的实现是非常困难的，因为高功率的射频环境很有可能影响测量电路中的器件，导致产生一定的干扰信号，并且测量电路中的器件可能对匹配器的性能产生影响。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种匹配器损耗功率的计算方法，该方法能够准确地测量匹配器的实时损耗功率，且该方法易于实现。

本发明的第二个目的在于提供一种匹配器损耗功率的计算装置。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种匹配器损耗功率的计算方法，包括以下步骤：当负载设备工作时，通过与所述匹配器相连的光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，其中，负载设备通过匹配器与射频电源相连；在负载设备所处的环境温度和风冷速度不变时，从预存的功率-温度关系表中查询与检测到的匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值；以及将实时功率值作为匹配器实时的损耗功率。

根据本发明实施例的匹配器损耗功率的计算方法，在负载工作时，通过光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，并通过查询预存的功率-温度关系表得到与该电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，将该实时功率值作为匹配器实时的损耗功率。因此，该方法能够准确地测量匹配器的实时损耗功率，且易于实现，另外，使用光纤温度传感器能够准确测量温度值，并且，光纤温度传感器只传播光信号，因此不会对匹配器工作产生影响，也不会对匹配器工作产生影响。

另外，根据本发明上述实施例的匹配器损耗功率的计算方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述功率-温度关系表通过试验方式得到，具体包括：向匹配器输入直流电源，调整所述直流电源的输出功率，测量每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度；根据每个输出功率和每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度建立所述功率-温度关系表。

在一些示例中，所述负载设备为半导体材料的刻蚀机和等离子体增强化学气相沉积设备。

本发明第二方面的实施例还提供了一种匹配器损耗功率的计算装置，包括：匹配器；射频电源；负载设备，所述负载设备通过所述匹配器与所述射频电源相连；光纤温度传感器，所述光纤温度传感器与所述匹配器相连，以在所述负载设备工作时，检测所述匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度；处理器，所述处理器与所述光纤温度传感器相连，用于在负载设备所处环境温度和风冷速度不变时，从预存的功率-温度关系表中查询与检测到的所述匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，以及将所述实时功率值作为所述匹配器实时的损耗功率。

根据本发明实施例的匹配器损耗功率的计算装置，在负载工作时，通过光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，并通过查询预存的功率-温度关系表得到与该电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，将该实时功率值作为匹配器实时的损耗功率。该装置通过光纤温度传感器能够准确地检测出电感线圈的实时温度和/或环境温度，不受匹配器内高频电磁场影响，并且不会对匹配器工作产生影响，因此，可以准确地测量匹配器的实时损耗功率，另外，该装置结构简单，易于实现。

另外，根据本发明上述实施例的匹配器损耗功率的计算装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述功率-温度关系表通过试验方式得到，具体包括：向匹配器输入直流电源，调整所述直流电源的输出功率，测量每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度；根据每个输出功率和每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度建立所述功率-温度关系表。

在一些示例中，所述负载设备为半导体材料的刻蚀机和等离子体增强化学气相沉积设备。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的匹配器损耗功率的计算方法的流程图；以及

图2是根据本发明一个实施例的匹配器损耗功率的计算装置的结构原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的匹配器损耗功率的计算方法及装置。

图1是根据本发明一个实施例的匹配器损耗功率的计算方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，当负载设备工作时，通过与匹配器相连的光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，其中，负载设备通过匹配器与射频电源相连。

该步骤即实时测量过程。其中，在本发明的一个实施例中，负载设备例如为但不限于半导体材料的刻蚀机和等离子体增强化学气相沉积设备。

具体地说，匹配器消耗的射频功率的主要部分是来自于其内的电感线圈。在有风冷的条件下，根据匹配器内射频功率的不同，匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度往往在室温到150摄氏度之间变化。而当负载设备所处的机房的室温(即负载设备所处的环境温度)和风冷速度一定(不变)时，匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度和射频功率具有一定的关系。因此，在本发明的一个实施例中，例如通过与匹配器相连的光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，光纤温度传感器的温度探头由晶体和石英光纤组成，其测量的准确度和测温范围(-40～250摄氏度)均比较适合。如上所述，光纤温度传感器具有较宽的温度测量范围及较高的精确度，可以准确检测温度值，并且光纤温度传感器只传播光信号，不使用电学元件，因此，其不受匹配器内高频电磁场的影响，也不会对匹配器的工作产生影响。

步骤S102，在负载设备所处的环境温度和风冷速度不变时，从预存的功率-温度关系表中查询与检测到的匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值。例如，在负载设备所处的机房的室温和风冷速度一定时，将得到的匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度与预存的功率-温度关系表进行比对，得到实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，该实时功率值即为匹配器实时的损耗功率。

其中，在本发明的一个实施例中，例如通过试验方式得到功率-温度关系表，也即稳态测量过程，具体包括以下步骤：

步骤1：向匹配器输入直流电源，调整直流电源的输出功率，例如利用光纤温度传感器测量每个输出功率下匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度。当然需要说明的是，在稳态测量过程中，负载设备不工作。

步骤2：根据每个输出功率和每个输出功率下匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度建立功率-温度关系表。

换言之，即改变直流电源的输出功率，测量在不同输出功率下匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度，并对得到的多组功率及对应的温度进行标定、统计，进而建立功率-温度关系表。

步骤S103，将实时功率值作为匹配器实时的损耗功率。

综上，根据本发明实施例的匹配器损耗功率的计算方法，在负载工作时，通过光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，并通过查询预存的功率-温度关系表得到与该电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，将该实时功率值作为匹配器实时的损耗功率。因此，该方法能够准确地测量匹配器的实时损耗功率，且易于实现，另外，使用光纤温度传感器能够准确测量温度值，并且，光纤温度传感器只传播光信号，因此，不受匹配器内高频电磁场影响，也不会对匹配器工作产生影响。

本发明的进一步实施例还提供了一种匹配器损耗功率的计算装置。

图2是根据本发明一个实施例的匹配器损耗功率的计算装置的结构原理图。首先，如图2(a)所示，该装置包括匹配器210、射频电源220、负载设备230、光纤温度传感器240和处理器250。

其中，负载设备230通过匹配器210与射频电源220相连，如图2(a)所示。在一些示例中，负载设备230例如为但不限于半导体材料的刻蚀机和等离子体增强化学气相沉积设备。

光纤温度传感器240与匹配器210相连，以在负载设备230工作时，检测匹配器210内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度。光纤温度传感器240实现的是实时测量过程。

具体地说，匹配器210中消耗的射频功率的主要部分是来自于其内的电感线圈。在有风冷的条件下，根据匹配器210内射频功率的不同，匹配器210内电感线圈的温度和/或环境温度往往在室温到150度之间变化。而当负载设备所处的机房的室温(即负载设备所处的环境温度)和风冷速度一定(不变)时，匹配器210内电感线圈的温度和/或环境温度和射频功率具有一定的关系。因此，在本发明的一个实施例中，通过光纤温度传感器240实现温度检测，光纤温度传感器240的温度探头由晶体和石英光纤组成，其测量的准确度和测温范围(-40～250摄氏度)均比较适合。换言之，即通过与匹配器210相连的光纤温度传感器240检测检测匹配器210内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度。光纤温度传感器240具有较宽的温度测量范围及较高的精确度，可以准确检测温度值，并且光纤温度传感器240只传播光信号，不使用电学元件，因此，其不受匹配器内高频电磁场的影响，也不会对匹配器的工作产生影响。

处理器250与光纤温度传感器240相连，用于在设备所处的环境温度和风冷速度不变时，从预存的功率-温度关系表中查询与检测到的匹配器210内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，以及将实时功率值作为匹配器210实时的损耗功率。例如，在设备所处的机房的室温和风冷速度一定时，将得到的匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度与预存的功率-温度关系表进行比对，得到实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，该实时功率值即为匹配器210实时的损耗功率。

处理器250记录了稳态测量过程中的数据。在本发明的一个实施例中，例如通过试验方式得到功率-温度关系表，具体过程如下：

首先向匹配器210输入直流电源，调整直流电源的输出功率，测量每个输出功率下匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度。其中，如图2(b)所示，在具体示例中，直流电源例如为直流稳压可调电源，直流稳压可调电源能够提供较大范围的功率输出，以便于在稳态测量时在大范围内进行输出功率的调节。进一步地，例如通过量程适当的电流表和电压表来测量直流稳压可调电源的实时电流和电压，这样就可以确定直流电源的具体输出功率值。当然，需要说明的是，在稳态测量过程中，负载设备230不工作，例如图2(b)所示。

然后，根据每个输出功率和每个输出功率下匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度建立功率-温度关系表。

换言之，即改变直流电源的输出功率，测量在不同输出功率下匹配器210内电感线圈的温度和/或环境温度，并对得到的多组功率及对应的温度进行标定、统计，进而建立功率-温度关系表，并将该功率-温度关系表预存至处理器250中。

综上，根据本发明实施例的匹配器损耗功率的计算装置，在负载工作时，通过光纤温度传感器检测匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，并通过查询预存的功率-温度关系表得到与该电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，将该实时功率值作为匹配器实时的损耗功率。该装置通过光纤温度传感器能够准确地检测出电感线圈的实时温度和/或环境温度，不受匹配器内高频电磁场影响，并且不会对匹配器工作产生影响，因此，可以准确地测量匹配器的实时损耗功率，另外，该装置结构简单，易于实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种匹配器损耗功率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

当负载设备工作时，通过与所述匹配器相连的光纤温度传感器检测所述匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度，其中，所述负载设备通过所述匹配器与射频电源相连；

在负载设备所处的环境温度和风冷速度不变时，从预存的功率-温度关系表中查询与检测到的所述匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值；

将所述实时功率值作为所述匹配器实时的损耗功率。

2.根据权利要求1所述的匹配器损耗功率的计算方法，其特征在于，所述功率-温度关系表通过试验方式得到，具体包括：

向匹配器输入直流电源，调整所述直流电源的输出功率，测量每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度；

根据每个输出功率和每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度建立所述功率-温度关系表。

3.根据权利要求1-2任一项所述的匹配器损耗功率的计算方法，其特征在于，所述负载设备为半导体材料的刻蚀机和等离子体增强化学气相沉积设备。

4.一种匹配器损耗功率的计算装置，其特征在于，包括：

匹配器；

射频电源；

负载设备，所述负载设备通过所述匹配器与所述射频电源相连；

光纤温度传感器，所述光纤温度传感器与所述匹配器相连，以在所述负载设备工作时，检测所述匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度；

处理器，所述处理器与所述光纤温度传感器相连，用于在负载设备所处的环境温度和风冷速度不变时，从预存的功率-温度关系表中查询与检测到的所述匹配器内电感线圈的实时温度和/或实时环境温度对应的实时功率值，以及将所述实时功率值作为所述匹配器实时的损耗功率。

5.根据权利要求4所述的匹配器损耗功率的计算装置，其特征在于，所述功率-温度关系表通过试验方式得到，具体包括：

向匹配器输入直流电源，调整所述直流电源的输出功率，测量每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度；

根据每个输出功率和每个输出功率下所述匹配器内电感线圈的温度和/或环境温度建立所述功率-温度关系表。

6.根据权利要求4-5任一项所述的匹配器损耗功率的计算装置，其特征在于，所述负载设备为半导体材料的刻蚀机和等离子体增强化学气相沉积设备。