一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法与流程

本发明涉及等离子体产生装备，用于为实现等离子体产生过程中电弧检测和处理。

背景技术：

1、射频电源是等离子体产生配套电源,它是由射频功率源，阻抗匹配器以及阻抗功率计组成，是八十年末期在我国新兴的高科技领域，应用于射频溅射，pecvd化学气相沉积，反应离子刻蚀等设备中。

2、电弧问题在等离子体产生射频电源中是不可避免的，电弧一般发生在匹配网络和射频电源负载腔室中，通过有效的检测的手段和处理机制可以保护射频电源不被损坏和提高射频电源有效工作时长。

3、因此，如何提出一种有效的检测的手段和处理机制进行保护射频电源不被损坏，以及提高射频电源有效工作时长，是目前需要解决的一个问题。

技术实现思路

1、发明目的：提供一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，以解决现有技术存在的上述问题。

2、技术方案：一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，包括：

3、步骤1、系统初始化，包括电弧检测阈值设置和灵敏度的设置；

4、步骤2、系统工作，开启射频，射频电源输出功率达到设定值；

5、步骤3、电弧光检测和电弧电检测开启；

6、步骤4、检测到电弧，判断射频抑制次数是否超过设定值；

7、否，进入电弧处理流程，系统继续正常工作；

8、是，系统关闭，等待用户复位。

9、通过本方法，可以通过调整参数准确的检测电弧的发生，并通过合理配置参数使射频电源快速恢复，从而减少人工干预，提高射频电源有效工作时长。

10、在进一步实施例中，所述电弧光检测包括在匹配器和负载中安装光敏器件，通过跨阻放大器将光敏器件产生的电流信号转换为电压信号并和设置的门限电压进行比较，从而产生电弧检测信号。

11、在进一步实施例中，所述电弧电检测包括：

12、步骤31、反射功率取样经过二极管检波取样变成反射电压，反射电压自乘得到反射功率；

13、步骤32、入射功率取样经过二极管取样变成入射电压，入射电压自乘得到入射功率；

14、步骤33、反射功率分为两部分，一部分经过快速滤波器，一部分经过慢速滤波器，慢速滤波器输出跟踪反射功率的缓慢变化，快速滤波器输出跟踪反射功率的快速变化；

15、慢速滤波器的带宽为1khz，快速滤波器的带宽为1mhz。

16、步骤34、将偏置o1和入射功率的一部分k1叠加到反射功率的慢速滤波器输出中得到电弧检测的上限；

17、步骤35、将反射功率经过慢速滤波器输出减去偏置o2和入射功率的一部分k2得到电弧检测的下限；

18、步骤36、反射功率经过快速滤波器后分别和电弧检测的上限和下限进行比较，当快速滤波器的输出超过上限或者低于下限时，则检测到电弧；

19、表示为：

20、p上限＝p反射+k1*p入射+o1

21、p下限＝p反射-k2*p入射-o2

22、其中，p上限表示电弧检测的上限，p下限表示电弧检测的下限，p反射表示反射功率经过慢速滤波器输出，k1、k2表示入射功率的一部分，o1、o2表示偏置值，通过设置k1、k2、o1、o2改变电弧检测的上下限和灵敏度。

23、正常情况下，反射功率保持在上下限的范围内，只有反射功率尖峰在限制值范围外，因为射频电源根据实际应用工作在不同的功率等级，为了兼容误检率最低和高灵敏度，我们将射频电源工作设置在两种模式内，低功率模式和高功率模式，其中低功率模式下，只用设置o1和o2，k1和k2设置为0即可，这样可以提高低功率检测的灵敏度。在高功率模式下，我们通过设置k1和k2来降低电弧检测灵敏度，从而降低误检率。

24、光检测电弧和电检测到电弧后的处理过程都是相同的，光检测和电检测以光检测电弧为或关系，任意一个检测到电弧信号都将处理后续的电弧处理流程，另外光检测到电弧时，此时肯定发生了电弧现象。

25、在进一步实施例中，所述电弧处理流程包括：

26、步骤41、当系统第一次检测到电弧时，fpga控制慢速滤波器保持输出不变，从而降低对电弧检测的灵敏度，fpga控制射频开关关断预定时间(该时间可以设置)，此段时间称为抑制时间，然后再次打开射频预定时间，使等离子体沉淀下来，射频开启的时间内，电弧检测功能为屏蔽状态，此段时间称为沉淀时间(该时间可以设置)。

27、步骤42、沉淀时间到达后，开启电弧检测，当反射功率仍然超出限制时，系统将再次关闭射频，然后射频保持关断时间(抑制时间)为步骤1中抑制时间的2倍；

28、步骤43、当沉淀时间结束后，反射功率在限制范围内时，系统开始额外的观察时间(该时间可以设置)，在观察时间内再次检测到电弧时，则立即关闭射频，射频保持关断时间(抑制时间)为步骤42中射频保持关断时间的2倍，在观察时间内产生的电弧不算做新的电弧，不进行计次。

29、步骤44、重复步骤41-43，直到不再发生电弧事件或者抑制次数达到设定次数后射频彻底关闭，每次抑制时间都是上一次抑制时间的2倍，抑制次数可设置，当达到抑制次数设置值时，系统将彻底关闭射频保护设备，并需要人为干预进行相应的处理措施。

30、有益效果：本发明公开了一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，通过本方法，可以通过调整参数准确的检测电弧的发生，并通过合理配置参数使射频电源快速恢复，从而减少人工干预，提高射频电源有效工作时长。

技术特征：

1.一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，其特征是：所述电弧光检测包括在匹配器和负载中安装光敏器件，通过跨阻放大器将光敏器件产生的电流信号转换为电压信号并和设置的门限电压进行比较，从而产生电弧检测信号。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，其特征是：所述电弧电检测包括：

4.根据权利要求1所述的一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，其特征是：所述电弧处理流程包括：

技术总结本发明公开了一种等离子体产生射频电源的电弧检测和处理方法，包括步骤1、系统初始化，包括电弧检测阈值设置和灵敏度的设置；步骤2、系统工作，开启射频，射频电源输出功率达到设定值；步骤3、电弧光检测和电弧电检测开启；步骤4、检测到电弧，判断射频抑制次数是否超过设定值；否，进入电弧处理流程，系统继续正常工作；是，系统关闭，等待用户复位。通过本方法，可以通过调整参数准确的检测电弧的发生，并通过合理配置参数使射频电源快速恢复，从而减少人工干预，提高射频电源有效工作时长。技术研发人员：付浩然,王志宇,刘巍,王旭东,翟港佳,杨家奇,陈雨松,罗杰斌,蔡晓葳,孟慧娜,李绪枫受保护的技术使用者：国电投核力电科（无锡）技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18