匹配网络的损耗功率标定方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种匹配网络的损耗功率标定方法及系统，其中系统包括：射频信号源，用于产生射频信号；第一功率计，用于测量射频信号的功率；匹配网络，匹配网络与第一功率计相连，匹配网络包括电感；示波器，用于测量电流探头的输出电压；模拟负载模块，模拟负载模块与匹配网络相连，用于测量模拟负载模块中50欧姆负载的损耗功率；以及处理器，用于根据第一功率计的测量结果、示波器的测量结果以及50欧姆负载的损耗功率得到匹配网络的比例系数。根据本发明专利技术实施例的系统，通过总功率减去匹配网络的损耗功率，避免了直接测量电压、电流和相位差带来的误差以及复杂的标定程序，并且不需要使用网络分析仪等复杂设备降低了成本、易于实现。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种匹配网络的损耗功率标定方法及系统，其中系统包括：射频信号源，用于产生射频信号；第一功率计，用于测量射频信号的功率；匹配网络，匹配网络与第一功率计相连，匹配网络包括电感；示波器，用于测量电流探头的输出电压；模拟负载模块，模拟负载模块与匹配网络相连，用于测量模拟负载模块中50欧姆负载的损耗功率；以及处理器，用于根据第一功率计的测量结果、示波器的测量结果以及50欧姆负载的损耗功率得到匹配网络的比例系数。根据本专利技术实施例的系统，通过总功率减去匹配网络的损耗功率，避免了直接测量电压、电流和相位差带来的误差以及复杂的标定程序，并且不需要使用网络分析仪等复杂设备降低了成本、易于实现。【专利说明】匹配网络的损耗功率标定方法及系统
本专利技术涉及等离子体
，特别涉及一种匹配网络的损耗功率标定方法及系统。
技术介绍
电容耦合等离子体被广泛应用于半导体材料的等离子体处理工艺中，例如反应性离子增强刻蚀和等离子体增强化学气相沉积等方面。为得到满足应用要求的材料特性，需要对等离子体的多项控制参数进行精确的控制。其中，等离子体吸收功率是一项非常重要的电学参数。为缩短材料处理时间、提高处理效率，在给定总功率的前提下要求有尽可能多的功率被等离子体吸收。同时，多次工艺中的等离子体吸收功率必须一致，以保证工艺的重复性。为满足这些要求，需要对等离子体吸收功率进行准确的测量。对于标准的50欧姆同轴系统而言，电容耦合等离子体是一个不匹配负载。为提高功率耦合效率，需要使用一个阻抗匹配网络将等离子体的容性阻抗变换到纯阻性50欧姆。通常使用电感和电容构成L型或π型的匹配网络。匹配网络在实现阻抗匹配的同时会损耗部分输入功率。通过合理设计可以显著减少匹配网络中电容和各连接件的电阻，以至可以忽略这些电阻上的功率损耗。但是，电感的电阻无法避免，因此电感是导致匹配网络功率损耗的主要器件，如果能够提高对匹配网络功率损耗的准确度，将会直接影响等离子体的吸收功率的运算。现有的匹配网络的功率损耗的测量方法是，通过测量匹配网络输出端电流与阻性负载电阻值的关系，计算得到匹配网络中电感的等效电阻，再由等效电阻和电流计算匹配网络损耗功率。该方法的缺点是:无法用于η型匹配网络，部分电流通过与负载电阻并联的旁路电容，使得通过电感的电流大于负载电阻的电流，并且差异随频率升高变得更加明显，从而导致测量结果不准确。对等离子体吸收功率的测量方法主要有以下两种。一种是将经过标定的电压电流探头连接在匹配网络和等离子体腔室之间，直接测量馈入等离子体腔室的射频功率信号的电压V、电流I的幅值和两者之间的相位差Θ，则馈入功率通过如下公式表示，P=VIcos Θ。对于电容耦合等离子体，Θ通常接近于90°，COS0接近于O。由于Θ的测量误差的存在，cos Θ会有很大的误差。另一种方法是利用网络分析仪分析匹配网络中各器件的阻抗，推导等离子体等效阻抗，从而计算各阻抗上的损耗功率。该方法需要先产生等离子体进行阻抗匹配以确定匹配网络调节参数，然后再分析匹配网络，因此无法在线实时测量。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种匹配网络的损耗功率标定系统。本专利技术的另一目的在于提出一种匹配网络的损耗功率标定方法。为达到上述目的，本专利技术一方面的实施例提出一种匹配网络的损耗功率标定系统，包括:射频信号源，用于产生射频信号；第一功率计，所述第一功率计与所述射频信号源相连，用于测量所述射频信号的功率；匹配网络，所述匹配网络与所述第一功率计相连，所述匹配网络包括电感；示波器，所述示波器与所述匹配网络相连，用于测量所述电流探头的输出电压；模拟负载模块，所述模拟负载模块与所述匹配网络相连，用于测量所述模拟负载模块中50欧姆负载的损耗功率；以及处理器，用于根据所述第一功率计的测量结果、所述示波器的测量结果以及所述50欧姆负载的损耗功率得到所述匹配网络的比例系数。根据本专利技术实施例的系统，通过总功率减去匹配网络的损耗功率，避免了直接测量电压、电流和相位差带来的误差以及复杂的标定程序，并且不需要使用网络分析仪等复杂设备降低了成本、易于实现。在本专利技术的一个实施例中，所述匹配网络还包括:第一电容，所述第一电容的一端与所述电感的一端相连另一端接地，用于调整所述模拟负载模块的阻抗；电流探头，用于检测所述电感的电流；以及第二电容，所述第二电容的一端与所述电感的另一端相连，用于调整所述模拟负载模块的阻抗。在本专利技术的一个实施例中，所述模拟负载模块具体包括:第三电容，所述第三电容与所述匹配网络相连，用于调整所述50欧姆负载的阻抗；第二功率计，所述第二功率计与所述第三电容相连以测量所述50欧姆负载的功率；以及50欧姆负载，所述50欧姆负载与所述第二功率计相连。在本专利技术的一个实施例中，所述第二电容与所述电感串联或并联。在本专利技术的一个实施例中，所述电流探头与所述示波器相连，且所述电流探头安装在所述电感的上端。在本专利技术的一个实施例中，所述处理器通过如下公式获得所述匹配网络的比例系数，所述公式为，K1-=k2R￡Vp2mbe =AVp2mlx,其中，Pmatdl为匹配网络的损耗功率，k为电流探头的比例系数，&为电感在射频频率下的表面趋肤电阻，Vprobe为电流探头的检测电压，A为匹配网络的比例系数。为达到上述目的，本专利技术的实施例另一方面提出一种匹配网络的损耗功率标定方法，包括以下步骤:接收所述射频信号源产生的射频信号，并测量所述射频信号的功率；通过多个电容调整模拟负载的阻抗，当调整到预定阻抗值时，检测所述模拟负载的损耗功率和电流探头的输出电压；根据所述射频信号的功率和所述模拟负载的损耗功率得到匹配网络的损耗功率；以及根据所述电流探头的输出电压和所述匹配网络的损耗功率获得所述匹配网络的比例系数。根据本专利技术实施例的方法，通过总功率减去匹配网络的损耗功率，避免了直接测量电压、电流和相位差带来的误差以及复杂的标定程序，并且不需要使用网络分析仪等复杂设备降低了成本、易于实现。在本专利技术的一个实施例中，所述预定阻抗值为50欧姆。在本专利技术的一个实施例中，所述匹配网络的比例系数通过如下公式表示，所述公式为， ，其中,Pniatdl为匹配网络的损耗功率，k为电流探头的比例系数，&为电感在射频频率下的表面趋肤电阻，Vprobe为电流探头的检测电压，A为匹配网络的比例系数。本专利技术附加的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，或通过本专利技术的实践了解到。【专利附图】【附图说明】本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1为根据本专利技术一个实施例的匹配网络的损耗功率标定系统的结构框图；图2为根据本专利技术一个实施例的对L型匹配网络的损耗功率标定的示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的对π型匹配网络的损耗功率标定的示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的电容耦合等离子体吸收功率的测量系统的结构图；以及图5为根据本专利技术一个实施例的匹配网络的损耗功率标定方法的流程图。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施例，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。下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种匹配网络的损耗功率标定系统，其特征在于，包括：射频信号源，用于产生射频信号；第一功率计，所述第一功率计与所述射频信号源相连，用于测量所述射频信号的功率；匹配网络，所述匹配网络与所述第一功率计相连，所述匹配网络包括电感；示波器，所述示波器与所述匹配网络相连，用于测量所述电流探头的输出电压；模拟负载模块，所述模拟负载模块与所述匹配网络相连，用于测量所述模拟负载模块中50欧姆负载的损耗功率；以及处理器，用于根据所述第一功率计的测量结果、所述示波器的测量结果以及所述50欧姆负载的损耗功率得到所述匹配网络的比例系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文聪，蒲以康，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：