射频电源输出功率的校准方法和校准装置与流程

本发明涉及射频电源技术领域，更具体地，涉及一种射频电源输出功率的校准方法和一种射频电源输出功率的校准装置。

背景技术：

射频电源广泛应用于诸如等离子体设备等的微电子处理设备及其他领域中。如图1所示，射频电源1通过同轴电缆2驱动负载4。负载4例如是等离子体腔室或者线圈。为使负载4得到的功率最大，一般在负载4与同轴电缆2之间插入匹配器3。

由于同轴电缆2上的损耗，以及射频电源1的误差等因素造成用户在射频电源1上设置的输出功率与负载4实际接收的功率并不一致。现有的射频电源输出功率的校准方法如下：

打开射频电源1，通过上位机设置射频电源1的最大输出功率a，待整个系统稳定后，通过传感器5检测负载4的实际功率b，由用户将实际功率b输入至上位机。用户在上位机输入负载4的用户预期功率x，上位机按照公式y＝ax/b计算得到实际需要设置的射频电源1的输出功率y。

现有的校准方法有三个假设前提：一是射频电源1的输出功率的误差与输出功率成正比；二是同轴电缆2的损耗与输出功率成正比；三是射频电源1的最大输出功率a的精度在可接受的范围内。但射频电源1的最大输出功率a不是一个稳定的参数，易受到其他因素的影响，并且同轴电缆2的损耗与射频电源1的输出功率的关系以及射频电源1的输出功率的误差与射频电源1的输出功率的关系都不是线性关系，因此现有的校准方法存在较大的误差。

技术实现要素：

本发明提供一种射频电源输出功率的校准方法和一种射频电源输出功率的校准装置，以提高射频电源输出功率校准的准确度。

根据本发明的第一个方面，提供一种射频电源输出功率的校准方法，所述射频电源用于驱动负载，所述校准方法包括：

获取所述射频电源的多个预设输出校准功率a[i]，i＝1，2，...，n；

获取所述负载的多个实际功率b[i]，i＝1，2，...，n，所述负载的多个实际功率b[i]与多个所述预设输出校准功率a[i]一一对应；

根据多个所述预设输出校准功率a[i]和多个所述实际功率b[i]获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a之间的函数关系b＝f(a)；

将所述预设输出校准功率a与所述实际功率b之间的函数关系f作为所述射频电源的理论输出功率c与所述负载的预期功率p之间的函数关系：p＝f(c)。

可选地，所述根据多个所述预设输出校准功率a[i]和多个所述实际功率b[i]获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a之间的函数关系式b＝f(a)包括：

按照预定顺序对多个所述预设输出校准功率a[i]进行排序；

根据所述预定顺序依次计算各个所述预设输出校准功率a[i]对应的实际功率b[i]与所述预设输出校准功率a[i]之间的比值k[i]：

对所有的比值k[i]与所述预设输出校准功率a[i]的关系进行拟合，获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a的比值k与所述预设输出校准功率a的函数关系k＝g(a)；

根据函数关系k＝g(a)确定函数关系b＝f(a)。

可选地，所述函数关系k＝g(a)包括：

可选地，在确定函数关系p＝f(c)之后还包括：

将负载的预期功率p带入函数关系f；

根据p＝f(c)计算射频电源的理论输出功率c；

按照射频电源的理论输出功率c设置射频电源。

可选地，在确定函数关系p＝f(c)之后还包括：

将射频电源的理论输出功率c带入函数关系f；

根据p＝f(c)计算射频电源的负载的预期功率p；

输出射频电源的负载的预期功率p。

根据本发明的第二个方面，提供一种射频电源输出功率的校准装置，所述射频电源用于驱动负载，所述校准装置包括获取模块和计算模块；

所述获取模块用于获取所述射频电源的多个预设输出校准功率a[i]，i＝1，2，...，n，

获取所述负载的多个实际功率b[i]，i＝1，2，...，n，所述负载的多个实际功率b[i]与多个所述预设输出校准功率a[i]一一对应；

所述计算模块用于根据多个所述预设输出校准功率a[i]和多个所述实际功率b[i]获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a之间的函数关系b＝f(a)，以及

将所述预设输出校准功率与所述实际功率之间的函数关系f作为所述射频电源的理论输出功率c与所述负载的预期功率p之间的函数关系，p＝f(c)。

可选地，所述根据多个所述预设输出校准功率a[i]和多个所述实际功率b[i]获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a之间的函数关系式b＝f(a)包括：

按照预定顺序对多个所述预设输出校准功率a[i]进行排序；

根据所述预定顺序依次计算各个所述预设输出校准功率a[i]对应的实际功率b[i]与所述预设输出校准功率a[i]之间的比值：

对所有的比值k[i]与所述预设输出校准功率a[i]的关系进行拟合，获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a的比值k与所述预设输出校准功率a的函数关系k＝g(a)；

根据函数关系k＝g(a)确定函数关系b＝f(a)。

可选地，所述函数关系k＝g(a)包括：

可选地，所述获取模块还用于获取负载的预期功率p；

所述计算模块还用于：将负载的预期功率p带入函数关系f，根据p＝f(c)计算射频电源的理论输出功率c；

所述校准装置还包括设定模块，其用于按照射频电源的理论输出功率c设置射频电源。

可选地，所述获取模块还用于获取射频电源的理论输出功率c；

所述计算模块还用于将射频电源的理论输出功率c带入函数关系f，根据p＝f(c)计算射频电源的负载的预期功率p；

所述校准装置还包括输出模块，其用于输出射频电源的负载的预期功率p。

根据本发明的实施例的校准方法，一方面可实现射频电源输出功率的分段校准，提高校准的准确度；另一方面该方法可在线自动运行，校准过程无需用户参与。

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是现有的射频电源输出功率的校准方法对应的系统框图；

图2是本发明的一个实施例所提供的射频电源输出功率的校准方法的流程图；

图3是本发明的另一个实施例所提供的射频电源输出功率的校准方法的流程图；

图4是本发明的另一个实施例所提供的射频电源输出功率的校准方法的流程图；

图5是本发明的实施例所提供的射频电源输出功率的校准装置的框图。

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。

根据本发明的第一个方面，提供一种射频电源输出功率的校准方法，所述射频电源用于驱动负载，如图2所示，所述校准方法包括以下步骤。

在步骤s1中，获取所述射频电源的多个预设输出校准功率a[i]，i＝1,2,…,n，也即是获取所述射频电源的多个预设输出校准功率。

首先，用户在上位机输入待校准的射频电源的型号、最大量程等信息，上位机为用户提供人机交互界面。

在一个例子中，由用户在上位机设定需要进行校准的预设输出校准功率。上位机用这些预设输出校准功率设置射频电源的输出功率。在没有任何损耗的情况下射频电源的输出功率以及负载的实际功率均等于这些预设输出校准功率所标识的功率。或者说在没有任何损耗的情况下，射频电源的理论输出功率就是负载的实际功率。

在另一个例子中，上位机按照射频电源的最大量程的设定比例自动生成上述多个预设输出校准功率。例如将最大量程的30％、60％和100％作为上述多个预设输出校准功率。

具体地，由上位机按照上述多个预设输出校准功率依次设置射频电源的输出功率。同时地，例如由下位机或者可编程逻辑控制器(plc)与上位机通信，从上位机读取这些预设输出校准功率。

在步骤s2中，获取所述负载的多个实际功率b[i]，i＝1,2,…,n，所述负载的多个实际功率b[i]与多个所述预设输出校准功率a[i]一一对应。

首先，上位机根据预定顺序对多个所述预设输出校准功率进行排序，然后根据所述排序的结果依次设置所述射频电源的输出功率。预定顺序例如是从大到小或者从小到大的顺序。

具体地，由传感器检测负载的实际功率，并将该实际功率发送至下位机或者plc。由下位机或者plc与上位机通信，从而确定当前得到的负载的实际功率对应哪个预设输出校准功率。

在步骤s3中，根据多个所述预设输出校准功率a[i]和多个所述实际功率b[i]获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a之间的函数关系b＝f(a)。

步骤s3可以是在上述的下位机或者plc执行的，也可以是上述的上位机与下位机通信以获得负载的实际功率后由上位机计算完成的。计算的方法如下：

首先，按照预定顺序对多个所述预设输出校准功率a[i]进行排序。例如，按照预定顺序对多个所述预设输出校准功率进行排序。例如从小到大的顺序得到三个预设输出校准功率a[1]、a[2]、a[3]。

然后，根据所述预定顺序依次计算各个所述预设输出校准功率a[i]对应的实际功率b[i]与所述预设输出校准功率a[i]之间的比值k[i]：

根据所述预定顺序按照各个所述预设输出校准功率依次设定该射频电源并检测负载的对应的实际功率。

例如，检测到的负载的实际功率从小到大依次为b[1]、b[2]、b[3]，在本步骤得到三个比值为：

接下来，对所有的比值k[i]与所述预设输出校准功率a[i]的关系进行拟合，获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a的比值k与所述预设输出校准功率a的函数关系k＝g(a)。

举例而言，可推定在相邻的两个射频电源的理论输出功率(例如a[1]和a[2])之间，负载的实际功率与射频电源的理论输出功率之比的比值呈线性变化规律。对应于在a[1]和a[2]之间的某个射频电源预设输出校准功率a，拟合得到它对应的负载的实际功率b按照如下公式确定：

其中，

最后，根据函数关系k＝g(a)确定函数关系b＝f(a)。

具体地，将带少中即可计算得到b＝f(a)。

根据上述方法，可以得到，在相邻的预设输出校准功率之间上述比值k满足以下关系：

具体到前述例子，例如，在a[1]到a[2]之间，该公式可转换为：

需要说明的是，这种拟合方法中，在最小的输出校准功率之下，负载的实际功率与射频电源的理想输出功率之比的比值可以设置为固定不变的。

需要说明的是，本领域技术人员可以设计其他拟合的方法得到所述负载的实际功率与所述射频电源的理论输出功率之间的函数关系。拟合的方法例如包括最小二乘法等。

在步骤s4中，将所述预设输出校准功率a与所述实际功率b之间的函数关系f作为所述射频电源的理论输出功率c与所述负载的预期功率p之间的函数关系：p＝f(c)。

射频电源的理论输出功率c也即是对射频电源的输出功率的设定值，负载的预期功率也即是根据这个设定值及前述的函数关系计算得到的负载的功率的预测值。

该步骤也即是将射频电源的预设输出校准功率与对应的负载的实际功率之间的函数关系定为射频电源的理论输出功率与负载的预期功率之间的函数关系。

需要说明的是以上各函数关系中，例如p＝f(c)，仅标示p与c之间的函数关系，并不限定该函数关系为一个显式的函数关系。

以上方法可通过运行程序的方式自动完成，实现在线自动运行，校准过程无需用户参与；此外，由于对射频电源的输出功率进行分段校准，这样提高了校准的准确度。

进一步地，在本实施例中，本发明提出了一种拟合的方法，即在相邻的预设输出校准功率所标示的功率之间，负载的实际功率与射频电源的预设输出校准功率之比的比值(也即是负载的预期功率与射频电源的理论输出功率之比的比值)具有一定能够的变化规律，而不是保持不变。这样拟合比现有技术更能反映出射频电源输出功率的误差的非线性特点以及同轴电缆的损耗与射频电源输出功率之间的非线性特定。拟合的精度受到射频电源在每一个输出校准功率上输出功率的稳定性，在一定程度上降低了射频电源的最大输出功率的不稳定对拟合精度的影响。

在得到了函数关系p＝f(c)之后，通过计算机程序进行计算，本领域技术人员可以进行以下操作：如果本领域技术人员需要负载获得一个预期功率p，通过上述函数关系可以计算得到需要对射频电源设置多大的理论输出功率c；或者当本领域技术人员在射频电源设置一个具体的理论输出功率c，通过上述函数关系可以预测负载的实际功率p。

即，在确定函数关系p＝f(c)之后还包括：

将负载的预期功率p带入函数关系f；

根据p＝f(c)计算射频电源的理论输出功率c；

按照射频电源的理论输出功率c设置射频电源。

或者，在确定函数关系p＝f(c)之后还包括：

将射频电源的理论输出功率c带入函数关系f；

根据p＝f(c)计算射频电源的负载的预期功率p；

输出射频电源的负载的预期功率p。

以上两种操作可以是全部或者部分在上位机完成，也可以是全部或者部分在下位机或者plc完成，当然也可以是在独立的计算机设备上完成等等，本发明对执行的主体不做限定。

例如，在上位机输入预期功率。这个预期功率也即是用户希望的负载的实际功率。由上位机将所述预期功率发送至下位机或者plc。在下位机或plc运算完成，将对应的理论输出功率发送至上位机，由上位机按照上述理论输出功率去设置射频电源。

又例如，在上位机输入一个具体的理论输出功率，上位机计算并显示对应的负载的预期功率。

参加图3所示实施例的流程图，该实施例所提供的射频电源输出功率的校准方法为前一个实施例的具体化。

在步骤s31，查询射频电源的最大量程。

在步骤s32，查询射频电源的输出校准功率以及输出校准功率的数量。

在步骤s33，按照从小到达的顺序，对射频电源的输出校准功率进行排序。

在步骤s34，选择未校准的最小的输出校准功率，上位机据此设置射频电源的输出功率，下位机或者plc从传感器读取对应的负载的实际功率。

在步骤s35，记录所述负载的实际功率与对应的射频电源的输出校准功率之比的比值。

在步骤s36，判断全部输出校准功率是否全部校准完成，如果是则转到步骤s37，否则转到步骤s34。

在步骤s37，下位机或者plc按照步骤s3所提供的拟合方法得到负载的实际功率与射频电源的理论输出功率之比的比值随射频电源的理论输出功率的函数关系。

在得到上述函数关系之后，如果用户希望负载的实际功率为某个特定功率，只需将这个特定功率带入上述函数关系，即可计算出需要按照多大的输出功率去设置射频电源。

以380机台为例，在上位机设置射频电源型号为aepmnt1513,射频电源量程为1500w，上位机默认的输出校准功率(所设置的射频电源的输出功率)为50％和100％。上位机与下位机(或plc)自动完成射频电源的输出功率的自动校准。参加图4所示，详细的流程如下。

在步骤s41，设置射频电源的最大量程。即由用户在上位机输入射频电源的最大量程。

在步骤s42，确定射频电源的输出校准功率以及其数量。在这个例子中，上位机设置的默输出校准功率为2个，即750w和1500w。

在步骤s43，对输出校准功率进行排序。在这个例子中，上位机定义校准点1为750w，校准点2为1500w。

在步骤s44，上位机设置射频电源的理论输出功率为750w，上位机通知下位机(或plc)从传感器读取负载的实际功率p1。

在步骤s45，下位机(或plc)确定理论输出功率750w对应的比例系数。这一步中的所述比例系数为

在步骤s46，上位机设置射频电源的理论输出功率为1500w，上位机通知下位机(或plc)从传感器读取负载的实际功率p2。

在步骤s47，下位机(或plc)确定理论输出功率1500w对应的比例系数。这一步中得到的比例系数为

在步骤s48，下位机(或plc)根据步骤s45和步骤s47的结果计算得到负载的实际功率与射频电源的理论输出功率之比的比值与射频电源的理论输出功率的函数关系。并将该函数关系发送至上位机。这样，当用户希望负载的实际功率为某个特定功率时，上位机可以根据上述函数关系以及这个特定功率计算出射频电源的理论输出功率，按照这个理论输出功率去设置射频电源，从而可以是负载的功率为用户所预期的功率。下位机(或plc)也可以得到上述函数关系后，结合其从上位机得到的负载的用户预期功率，计算得到对应的射频电源的理论输出功率，据此下位机(或plc)直接对射频电源进行设置。

在这个实施例中，以前述实施例提供的方法为例，上述函数关系即为：

负载的预期功率p在0-p1之间时，本方法默认在这个区间内，负载的实际功率与射频电源的理想输出功率之比固定不变，那么需要设置射频电源的输出功率a为

负载的预期功率p在p1-p2之间时，需要设置射频电源的输出功率a按照如下公式计算得到：

需要说明的是，为了进一步增加校准的可靠性，可以将所述负载的预期功率也作为输出校准功率之一。

根据本发明的第二个方面，如图5所示，提供一种射频电源输出功率的校准装置以实现前述的校准方法。所述校准装置例如是下位机、plc、上位机、独立的计算机设备或者它们的组合。所述射频电源用于驱动负载，所述校准装置包括获取模块31和计算模块32。

获取模块31用于获取所述射频电源的多个预设输出校准功率a[i]，i＝1，2，...，n，获取所述负载的多个实际功率b[i]，i＝1，2，...，n，所述负载的多个实际功率b[i]与多个所述预设输出校准功率a[i]一一对应。

计算模块32根据多个所述预设输出校准功率a[i]和多个所述实际功率b[i]获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a之间的函数关系b＝f(a)，以及将所述预设输出校准功率与所述实际功率之间的函数关系f作为所述射频电源的理论输出功率c与所述负载的预期功率p之间的函数关系，p＝f(c)。

可选地，所述根据多个所述预设输出校准功率a[i]和多个所述实际功率b[i]获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a之间的函数关系式b＝f(a)包括：

按照预定顺序对多个所述预设输出校准功率a[i]进行排序；

根据所述预定顺序依次计算各个所述预设输出校准功率a[i]对应的实际功率b[i]与所述预设输出校准功率a[i]之间的比值：

对所有的比值k[i]与所述预设输出校准功率a[i]的关系进行拟合，获得所述负载的实际功率b与所述射频电源的预设输出校准功率a的比值k与所述预设输出校准功率a的函数关系k＝g(a)；

根据函数关系k＝g(a)确定函数关系b＝f(a)。

可选地，获取模块31还用于获取负载的预期功率p；

计算模块32还用于：将负载的预期功率p带入函数关系f，根据p＝f(c)计算射频电源的理论输出功率c；

所述校准装置还包括设定模块33，其用于按照射频电源的理论输出功率c设置射频电源。

可选地，获取模块31还用于获取射频电源的理论输出功率c；

计算模块32还用于将射频电源的理论输出功率c带入函数关系f，根据p＝f(c)计算射频电源的负载的预期功率p；

所述校准装置还包括输出模块34，其用于输出射频电源的负载的预期功率p。

具体可参照前述射频电源输出功率的校准方法部分的介绍。

根据本发明第二个方面所提供的射频电源的校准装置，可实现多区间校准，提高校准的准确度，以及在线自动校准。进一步还能提高校准的准确度。

可选地，在本发明所提供的各个实施例中，射频电源1通过匹配器3驱动负载4。

可选地，在本发明所提供的各个实施例中，传感器5集成在匹配器3上，这样，传感器5与匹配器3作为单一配件，无需再单独设置传感器5。

可选地，在本发明所提供的各个实施例中，负载4可以是实际负载(例如等离子体腔室)也可以是仿真负载(dummyload)。可在客户现场直接进行校准，不依赖于仿真负载，降低了校准的难度。

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。