專(zhuān)利名稱(chēng)：分析半導(dǎo)體等離子體生成系統(tǒng)中的功率通量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及RF傳輸系統(tǒng)中的功率通量的測(cè)量，尤其涉及用于測(cè)量 半導(dǎo)體等離子體生成器的基于RF的激勵(lì)系統(tǒng)中的電壓和電流信號(hào)的基波和 i皆波幅度和相位關(guān)系的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在加工半導(dǎo)體晶圓時(shí)采用的RF等離子體反應(yīng)器(plasma reactor)類(lèi)型需 要大量的RF功率。基本上，該技術(shù)涉及通過(guò)對(duì)等離子體施加電功率來(lái)點(diǎn)火 和維持加工等離子體。等離子體與引入的氣體以及與涉及的目標(biāo)和晶圓表面
相互作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的加工結(jié)果。
由于半導(dǎo)體器件復(fù)雜度的增加，已經(jīng)要求對(duì)制造工藝越來(lái)越嚴(yán)格的控制。
為了完成在當(dāng)今的等離子體加工中的更嚴(yán)格的工藝控制，希望獲得更多關(guān)于 在實(shí)際加工條件下的相關(guān)RF電壓和電流信號(hào)的信息。這通常是通過(guò)在功率 傳輸路徑中插入的可用的V-I探針來(lái)進(jìn)行的，該探針用來(lái)測(cè)量送往等離子體 生成系統(tǒng)的基波和諧波信號(hào)功率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已認(rèn)識(shí)到，RF電壓和電流信號(hào)的基波和諧波幅度和相 位角關(guān)系對(duì)于半導(dǎo)體晶圓制造期間的工藝性能的變化有很大影響。由于加工 等離子體的非線性，即使負(fù)載看起來(lái)在其基波頻率上匹配，也將產(chǎn)生基波RF 激勵(lì)頻率的諧波。結(jié)果，傳遞到加工等離子體的總功率包括基波和諧波頻率 的功率電平之和。已知的等離子體加工工具常規(guī)地采用兩個(gè)或多個(gè)RF信號(hào) 頻率以增強(qiáng)工藝性能產(chǎn)出。然而，將兩個(gè)或多個(gè)激勵(lì)頻率引入到等離子體生 成系統(tǒng)，由于將交調(diào)頻率分量引入了總功率通量，因此容易增加工藝的不確 定性。
做出了現(xiàn)有技術(shù)的嘗試來(lái)在等離子體加工中限定功率通量，如在美國(guó)專(zhuān)利No. 5523955和5273610中所披露的。例如，美國(guó)專(zhuān)利No. 5523955披露了 插入功率傳輸路徑中的、感測(cè)RF信號(hào)的測(cè)量探針。然后，使用感測(cè)的信號(hào) 來(lái)間接地導(dǎo)出AC信號(hào)，以便計(jì)算關(guān)于原始感測(cè)的信號(hào)的相位角信息。然而， 直到本發(fā)明為止，以精確和穩(wěn)定的方式直接測(cè)量RF電壓和電流信號(hào)的基波 和諧波頻率內(nèi)容的相對(duì)相位角信息所要求的技術(shù)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō) 仍然不是容易獲得的。
因此，仍然迫切需要提供一種系統(tǒng)和方法，用來(lái)測(cè)量和分析基波信號(hào)頻 率和基波頻率的諧波之間的臨界幅度和相位角關(guān)系。然后可以監(jiān)視限定RF 激勵(lì)信號(hào)的頻率內(nèi)容的信息，來(lái)調(diào)整和控制到加工室的功率通量，以便提高 制造成品率，并且使等離子體加工更加可控和可重復(fù)。
盡管這里按照用于分析半導(dǎo)體等離子體生成器中的功率通量的系統(tǒng)和方 法描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明也可以用在各種其他功 率傳輸系統(tǒng)中，包括但不限于，磁共振成像(MRI)系統(tǒng)和工業(yè)加熱系統(tǒng)(如 電感和介電加熱系統(tǒng))。例如，在MRI系統(tǒng)中，可以利用諧波幅度和相位信 息的分析來(lái)在各種負(fù)荷(例如，病人)條件下控制和調(diào)整發(fā)送的信號(hào)的磁共 振。在工業(yè)加熱應(yīng)用中，可以利用諧波幅度和相位信息的分析來(lái)控制和調(diào)節(jié) 到工件和/或加工裝置的功率通量，以提高加工性能。
發(fā)明內(nèi)容
一種測(cè)量RF功率傳輸系統(tǒng)中的功率通量的測(cè)量探針，包括連接到測(cè)量 接收器的電壓傳感器和電流傳感器，用于接收和測(cè)量RF電壓和電流信號(hào)。 RF電壓和電流信號(hào)被轉(zhuǎn)換成RF波形的數(shù)字表示，這是通過(guò)直接轉(zhuǎn)換，后者通過(guò)基于采樣的頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的，后者將RF電壓和電流信號(hào)在數(shù)字轉(zhuǎn)換 之前帶到固定的中頻(IF )。 RF信號(hào)的數(shù)字表示包含關(guān)于原始RF信號(hào)的基波 和諧波幅度和相位信息。數(shù)字信號(hào)處理電路管理數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)學(xué)變換、信號(hào) 濾波、縮放和和對(duì)外部處理控制創(chuàng)建數(shù)學(xué)上可變的模擬輸出。此外，該電路 提取關(guān)于每個(gè)原始RP信號(hào)的基波和諧波幅度和相位分量的信息。提供通用 串行總線(USB)和/或以太網(wǎng)連接，來(lái)將測(cè)量接收器連接到外部計(jì)算機(jī)，以 進(jìn)行額外的數(shù)字和圖形分析。
還披露一種測(cè)量和分析RF傳輸系統(tǒng)中的功率通量參數(shù)的方法，其中多個(gè)測(cè)量探針被插入功率傳輸路徑中以確定阻抗匹配、插入損耗和功率通量。 聯(lián)網(wǎng)的探針可以提供兩端口的測(cè)量，并且可以用于確定輸入阻抗、輸出阻抗、 插入損耗、內(nèi)耗、功率通量效率、散射、RF信號(hào)上的等離子體非線性效應(yīng)。 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，采用單個(gè)測(cè)量接收器來(lái)從若干探針取出數(shù) 據(jù)，其中來(lái)自若干探針的數(shù)據(jù)被送到外部計(jì)算機(jī)以便后處理。在另一示例性 實(shí)施例中，多個(gè)測(cè)量接收器分別地連接到每個(gè)探針，從而允許系統(tǒng)數(shù)據(jù)的"實(shí) 時(shí)"處理。
通過(guò)考慮下面結(jié)合附圖和權(quán)利要求書(shū)對(duì)其示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本 發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
圖1是示出本發(fā)明實(shí)施例的工作概念的總體框圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性探針組件的示意圖3A、圖3B是示出用于執(zhí)行本發(fā)明的處理的處理電路的示意框圖4A、圖4B和圖4C是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例分別生成的示例性電 壓、電流和功率波形的圖；以及
圖5是示出用于執(zhí)行本發(fā)明的處理的多探針聯(lián)網(wǎng)布置的總體框圖。
具體實(shí)施例方式
參照示出本發(fā)明的基本概念的附圖，圖1是示出用于在基于RF的激勵(lì) 系統(tǒng)中測(cè)量基波和諧波幅度和相位關(guān)系的系統(tǒng)的總體框圖。 一個(gè)或多個(gè)交流 電源2生成交流電壓和電流信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由RF傳輸線4、通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)5 傳送到工具夾盤(pán)(tool chuck)40，工具夾盤(pán)40例如可以是半導(dǎo)體等離子體反 應(yīng)器。為了本發(fā)明公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)"傳輸線"意圖包含所有已知或以后開(kāi) 發(fā)的、用于傳輸電信號(hào)的部件，包括但不限于，同軸線纜、波導(dǎo)、微波傳輸 帶(microstrip )、雙絞線、銅線等。
匹配網(wǎng)絡(luò)5轉(zhuǎn)換等離子體的復(fù)阻抗，以便在其基波頻率上匹配生成器的 特征負(fù)載阻抗。測(cè)量探針8被插入功率傳輸路徑中來(lái)測(cè)量通過(guò)RF傳輸線4 傳送的電壓和電流信號(hào)。測(cè)量探針8是大功率設(shè)備，包括分別用來(lái)感測(cè)電壓 和電流信號(hào)的電壓傳感器IO和電流傳感器12。電壓傳感器IO和電流傳感器 12連接到RF傳輸線4的中心導(dǎo)體，由此傳感器外殼自身成為傳輸線的外導(dǎo)體的一部分。
探針8連接到測(cè)量接收器14,后者包括RF連接器輸入通道10a和12b, 分別用于從電壓和電流傳感器10、 12接收電壓和電流信號(hào)。接收器14還包 括數(shù)字接口 (未示出)，用于上載存儲(chǔ)在探針外殼中的溫度讀數(shù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)， 從而可以用存儲(chǔ)在探針外殼中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)各個(gè)阻抗探針。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2,測(cè)量探針8的電流傳感器12包括位置與探針8的中心導(dǎo) 體102和相關(guān)傳輸線4平行的剛性同軸傳輸線的一個(gè)環(huán)。電流傳感器12的外 導(dǎo)體被改變來(lái)用作法拉第屏蔽，從而消除外來(lái)電容性耦合，并且只有相互耦 合的RF電流產(chǎn)生輸出電壓。在電流傳感器環(huán)12的一端的電壓以現(xiàn)有技術(shù)公 知的方式連接到測(cè)量接收器接口 ，來(lái)測(cè)量通過(guò)傳輸線4傳送的電流信號(hào)。
回來(lái)參照?qǐng)D2,電壓傳感器10典型地包括與探針8的中心導(dǎo)體102電容 性耦合的盤(pán)。電壓傳感器IO與傳輸線的輸入相連，后者因而與測(cè)量接收器接 口相連，以接收和測(cè)量來(lái)自傳輸線4的RF電壓信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，探針外殼101與中心導(dǎo)體102之間的 空腔區(qū)域可以填充介電材料，以便提高擊穿電壓，從而測(cè)量探針8可以經(jīng)受 超過(guò)7500伏峰值的電壓電平。應(yīng)理解，可以調(diào)節(jié)中心導(dǎo)體102和外殼101的 尺寸，使得線部分的特征阻抗大約為50歐姆。
為了保持探針傳感器IO、 12提供的測(cè)量結(jié)果的精度，可以不斷地監(jiān)視中 心導(dǎo)體102和外導(dǎo)體/外殼101的溫度，并且對(duì)傳感器校準(zhǔn)系數(shù)做出小的調(diào)節(jié)， 以校正由中心導(dǎo)體102的發(fā)熱而引起的傳感器耦合的不可避免的改變。
每個(gè)探針8由校準(zhǔn)處理來(lái)限定，該校準(zhǔn)處理確定在設(shè)備的工作頻率范圍 上的精確電流和電壓耦合系數(shù)以及它們之間的相位角。在校準(zhǔn)處理期間，記 錄中心導(dǎo)體102和外導(dǎo)體/外殼101的溫度。該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字形式存 儲(chǔ)在探針組件內(nèi)，并且每當(dāng)探針8附接到測(cè)量接收器14時(shí)被重新取出。結(jié)果， 多個(gè)測(cè)量探針8可以共享單個(gè)測(cè)量接收器14，這是因?yàn)槊慨?dāng)探針和接收器配 對(duì)時(shí)都加載本地存儲(chǔ)的溫度讀數(shù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。除了校準(zhǔn)各個(gè)探針外，還分別 地校準(zhǔn)互連的傳輸線。來(lái)自傳輸線的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在傳輸線組件自身內(nèi)。 在我們的示例性實(shí)施例中，傳輸線組件包括兩個(gè)RF線纜和數(shù)據(jù)線纜。數(shù)字 存儲(chǔ)器芯片位于數(shù)據(jù)線纜連接器內(nèi)部，允許將來(lái)自傳輸線組件的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)在傳輸線組件自身內(nèi)。測(cè)量接收器被適配來(lái)經(jīng)由數(shù)字接口從傳輸線和探針 外殼下載校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。通過(guò)這種方式，本發(fā)明的校準(zhǔn)處理允許每個(gè)組件被分別地校準(zhǔn)。此分別的校準(zhǔn)處理有利地允許本領(lǐng)域的各個(gè)組件的可互換性，而不 要求執(zhí)行總體系統(tǒng)校準(zhǔn)。
在操作中，使用紅外溫度計(jì)105不斷地監(jiān)視中心導(dǎo)體102的溫度，然后 將讀數(shù)與外導(dǎo)體/外殼101的溫度進(jìn)行比較。使用得到的溫度差來(lái)對(duì)電壓和電 流耦合系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)(由于中心導(dǎo)體102相對(duì)于外導(dǎo)體/夕卜殼101的大小和間 隔的改變)。同時(shí)，也可以確定與探針部件相關(guān)的寄生電抗。校準(zhǔn)處理也調(diào)節(jié) 測(cè)量的阻抗信息以S卜償探針的寄生電抗。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3A、圖3B,類(lèi)似地處理從電壓和電流傳感器10、 12接收的 電壓和電流信號(hào)。將電壓和電流信號(hào)通過(guò)各自的電壓通道10a和電流通道12b 彼此隔開(kāi)。由于與工作頻率變化相關(guān)的信號(hào)電平的波動(dòng)較大，因此在電壓和 電流傳感器10、 12之間以具有電容性反饋的寬帶寬運(yùn)算放大器的形式實(shí)現(xiàn)有 源均衡器13。均衡器13 "積分"電壓和電流信號(hào)來(lái)補(bǔ)償電壓和電流傳感器 10、 12的"變化率"響應(yīng)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，均衡器的輸出連接到基 于采樣的頻率轉(zhuǎn)換器15,以便在將被測(cè)試的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換之前將其帶到 固定的中頻(IF)。在另一實(shí)施例中，均衡器13的輸出可以直接連接到可變 增益級(jí)18和用于數(shù)字轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器20。
如圖3A所示，可以使用可選的基于采樣的頻率轉(zhuǎn)換器15來(lái)將RF信號(hào) 及其諧波轉(zhuǎn)換到低得多的IF頻率，于是其與現(xiàn)有高分辨率模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器 技術(shù)的帶寬限制相兼容。在該實(shí)施例中， 一對(duì)采樣門(mén)16是零階保持電路的一 部分，零階保持電路捕獲RF信號(hào)的小釆樣，并且保持該值，直到進(jìn)行下一 采樣為止。采樣門(mén)被大約300微微秒持續(xù)時(shí)間的窄脈沖關(guān)閉。在采樣門(mén)關(guān)閉 的這一瞬間，RF信號(hào)電壓被壓到采樣電容器上。采用采樣器放大器17來(lái)緩 沖采樣電容器上的電壓，使得電平維持在各采樣之間。采樣器的帶寬足夠?qū)挘?因此不會(huì)對(duì)高達(dá)約1000MHz的信號(hào)的相位產(chǎn)生明顯影響?？梢栽跀?shù)字信號(hào)處 理電路22中校準(zhǔn)可預(yù)測(cè)的、與延遲有關(guān)的相移。參照?qǐng)D3A、圖3B， IF信號(hào) 被鎖相到A/D轉(zhuǎn)換器20的轉(zhuǎn)換周期，使得可以在IF的最高期望諧波上對(duì)每 個(gè)周期^f又多個(gè)采樣。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，對(duì)IF的最高期望諧波的每 個(gè)周期取正好四個(gè)采樣。在優(yōu)選實(shí)施例中，計(jì)算采樣率，使得在IF頻率上再 現(xiàn)的RF波形保持基波信號(hào)頻率與基波信號(hào)頻率的諧波之間的相應(yīng)相位關(guān)系， 并且保留基波工作頻率的多達(dá)大約15個(gè)諧波。
使用基于釆樣的頻率轉(zhuǎn)換器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,僅需要從大約1.95到2.1MHz的本地振蕩器頻率偏移來(lái)覆蓋2、 13.56、 27.12、 60和162MHz的典型等離子 體生成器頻率。此外，與傳統(tǒng)的基于混頻器的頻率轉(zhuǎn)換器相比，基于采樣的 頻率轉(zhuǎn)換器通常具有最簡(jiǎn)單的架構(gòu)和最高的帶寬。
然而，因?yàn)椴蓸酉罗D(zhuǎn)換同時(shí)地變換輸入RF帶寬內(nèi)的所有信號(hào)，所以它 可能不完全適合使用多個(gè)激勵(lì)信號(hào)頻率的系統(tǒng)。在多個(gè)激勵(lì)頻率的情況下， 可以有利地使用耐套斯特采樣。也可以這樣構(gòu)想，采樣裝置可以包括耐查斯 特采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換器和帶通采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的組合，用于釆樣和數(shù)字化RF
電壓和電流信號(hào)。已知耐查斯特采樣在感興趣的最高頻率的每個(gè)周期獲得至 少兩個(gè)采樣。 一旦信號(hào)被數(shù)字化，數(shù)字信號(hào)處理電路22進(jìn)行額外的信號(hào)處理， 包括數(shù)據(jù)捕獲管理、數(shù)學(xué)變化、濾波、縮放和對(duì)外部控制系統(tǒng)創(chuàng)建數(shù)學(xué)上可 變的模擬輸出。高速通用串行總線(USB )或以太網(wǎng)端口 24用來(lái)將探針組件 連接到外部計(jì)算機(jī)21以進(jìn)行額外的數(shù)字和圖形分析?？梢圆捎靡粚?duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換 器26來(lái)接收來(lái)自數(shù)字信號(hào)處理器22的輸出，以便重構(gòu)初始RF電壓和電流 波形。電源電路28由外部DC源生成必要的內(nèi)部工作電壓。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4A、圖4B和圖4C，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例生成的示例性波 形數(shù)據(jù)。圖4A示出示例性未經(jīng)處理的(raw)電壓波形，圖4B示出示例性 未經(jīng)處理的電流波形，以及圖4C示出示例性未經(jīng)處理的功率波形。根據(jù)本發(fā) 明，使用傅立葉變換來(lái)將電壓和電流信號(hào)的基波頻率和諧波分量分離，從而 可以應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理算法來(lái)校正各頻率分量的幅度和相位。該處理除去探 針傳感器的耦合響應(yīng)中的不理想性，并且除去與探針結(jié)構(gòu)相關(guān)的寄生電抗。 然后可以以適當(dāng)?shù)南辔魂P(guān)系重新合并各頻率分量，以1更重構(gòu)初始電壓和電流 波形。數(shù)字信號(hào)處理部分的輸出結(jié)果包括連同波形數(shù)據(jù)的、在每個(gè)頻率分量 上的電壓、電流、相位角、功率和阻抗。
當(dāng)使用多個(gè)探針時(shí)，也可以容易地確定輸入和輸出阻抗和插入損耗。一 旦確定了兩端口的阻抗參數(shù)，則可以計(jì)算出所有其他兩端口的參數(shù)。例如， 阻抗參數(shù)可以被轉(zhuǎn)換成導(dǎo)納參數(shù)或散射參數(shù)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，示出了在基于RF的激勵(lì)系統(tǒng)中分析功率通量的方法，其 中在RF功率傳輸線4中的不同點(diǎn)上插入兩個(gè)或更多個(gè)測(cè)量探針8a、 8b、 8c， 以便揭示關(guān)于RF激勵(lì)系統(tǒng)中的功率通量參數(shù)的信息。例如，測(cè)量探針8a可 以插入在生成器2和傳輸線4之間，而測(cè)量探針8b可以插入在傳輸線和匹配 網(wǎng)絡(luò)5之間，探針8c可以插入在匹配網(wǎng)絡(luò)5和工具夾盤(pán)40之間。然后可以將聯(lián)網(wǎng)的探針的輸出組合來(lái)揭示關(guān)于RF激勵(lì)系統(tǒng)中的分量的阻抗匹配和插入損耗的信息。
在與基波和諧波有關(guān)的信號(hào)頻率上同時(shí)進(jìn)行多個(gè)探針的測(cè)量。然后詢問(wèn) 聯(lián)網(wǎng)的探針來(lái)恢復(fù)表示功率通量的瞬時(shí)電壓、電流和相位信息、以及功率施 加路徑中的不同點(diǎn)上的阻抗級(jí)別。以這種方式，例如，通過(guò)計(jì)算與探針對(duì)相關(guān)的兩端口的阻抗、導(dǎo)納、傳輸和/或散射參數(shù)，于是可以量化傳輸線4、匹 配設(shè)備5、連接器和反應(yīng)器等離子體自身的特性。這些計(jì)算同時(shí)揭示在基波 激勵(lì)頻率和每個(gè)諧波上的每個(gè)分量的特性。例如，可以使用來(lái)自分別位于匹 配網(wǎng)絡(luò)前面和后面的探針8b、 8c的兩端口測(cè)量，來(lái)確定在RF信號(hào)的基波或 諧波頻率上的輸入或輸出阻抗(導(dǎo)納)、插入損耗、內(nèi)耗和功率傳輸效率?？?以使用來(lái)自位于匹配網(wǎng)絡(luò)5與工具夾盤(pán)40之間的探針8c的測(cè)量，來(lái)重構(gòu)RF 電壓和電流波形，以觀察RF信號(hào)上的等離子體非線性效應(yīng)。
上面討論的示例性方法提供關(guān)于RF激勵(lì)信號(hào)的基波和諧波幅度和相位 關(guān)系的臨界信息。然后可以在正常工具運(yùn)行期間監(jiān)視該信息來(lái)確定任何功能 塊中的故障或不當(dāng)運(yùn)行。在維持模式中可以周期性地檢查探針，并且可以分 析測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別處理改進(jìn)的機(jī)會(huì)。在優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量探針被構(gòu)建來(lái)隔 離電壓和電流信號(hào)，并且維持足夠的RF帶寬以保留最高測(cè)試(即，激勵(lì)) 信號(hào)頻率的至少15個(gè)諧波，盡管也可以構(gòu)想，可以保留測(cè)試信號(hào)的更多或更 少的諧波，而不背離本發(fā)明的范圍。
如上所述，可以釆用單個(gè)測(cè)量接收器來(lái)從若干探針取出數(shù)據(jù)，并且來(lái)自 若干探針的數(shù)據(jù)可以被送到用于后處理的外部計(jì)算機(jī)。多個(gè)測(cè)量接收器可以 分別地連接到每個(gè)阻抗探針，從而允許系統(tǒng)數(shù)據(jù)的"實(shí)時(shí)"處理。使用外部 計(jì)算機(jī)進(jìn)行大批的信號(hào)處理，并且以用戶靈活控制的格式通過(guò)顯示器23呈現(xiàn) 和顯示結(jié)果。
在上述說(shuō)明書(shū)中，參照其特定示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。然而， 在不背離權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明更寬宗旨和范圍的前提下，很明顯可以 對(duì)其進(jìn)行各種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種分析RF功率傳輸線中的功率通量的系統(tǒng)，包括測(cè)量探針，具有用于從所述傳輸線感測(cè)RF電壓和電流信號(hào)的電壓傳感器和電流傳感器；連接到所述電壓和電流傳感器的測(cè)量接收器，用于接收所述RF信號(hào)；采樣裝置，將所述RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)包括表示所述RF信號(hào)的基波頻率和所述基波頻率的預(yù)定數(shù)量的諧波的幅度和相位信息；和數(shù)字信號(hào)處理裝置，辨別所述幅度和相位信息，以便分析功率通量參數(shù)以及揭示所述基波和諧波頻率之間的幅度和相位角關(guān)系。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于重構(gòu)所述RF信
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述探針和所述傳輸線包括數(shù)字存 儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)分別來(lái)自所述探針和所述傳輸線的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述測(cè)量接收器包括數(shù)字接口，用 于接收來(lái)自所述探針和所述傳輸線的所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括連接到所述數(shù)字信號(hào)處理器的計(jì)算 機(jī)，用于所述數(shù)字信號(hào)的額外數(shù)字和圖形處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括均衡器，用于補(bǔ)償所述RF電壓和 電流信號(hào)的波動(dòng)。
7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述釆樣裝置包括帶通采樣模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，用于采樣所述RF信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述采樣裝置包括耐奎斯特采樣率 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于采樣所述RF信號(hào)。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述采樣裝置包括用于采樣所述 RF信號(hào)的耐查斯特采樣率模數(shù)轉(zhuǎn)換器和帶通采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器的組合。
10. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定數(shù)量的諧波包括所述基 波頻率的多達(dá)約15個(gè)的諧波。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述功率通量參數(shù)包括輸入阻抗、 插入損耗、內(nèi)耗、等離子體非線性、功率通量效率、散射及其組合。
12. —種分析RF傳輸線中的功率通量的方法，包括步驟 將所述至少一個(gè)測(cè)量探針連接到所述RF傳輸線；通過(guò)所述至少一個(gè)測(cè)量探針從所述RF傳輸線接收RF電壓和電流信號(hào)； 將所述RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)包括表示所述RF信號(hào)的基波頻率和所述基波頻率的預(yù)定數(shù)量的諧波的幅度和相位信息；以及 處理所述數(shù)字信號(hào)，以便分析功率通量參數(shù)以及揭示所述基波和諧波頻率之間的幅度和相位角關(guān)系。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括步驟 將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以便重構(gòu)所述RF信號(hào)；以及 將所述數(shù)字信號(hào)發(fā)送到外部計(jì)算機(jī)，以進(jìn)行額外的數(shù)字和圖形處理。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括步驟存儲(chǔ)來(lái)自所述至少一個(gè)探 針和所述傳輸線的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并將所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)下載到測(cè)量接收器。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括步驟互換所述至少一個(gè)探針和 /或所述傳輸線，并且將來(lái)自所述互換后的探針和/或傳輸線的、更新的校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)下載到所述測(cè)量接收器。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟以用戶控制的格式顯示所 述各處理步驟的結(jié)果。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括步驟 將RF電源和工具夾盤(pán)連接到所述RF傳輸線；將匹配網(wǎng)絡(luò)連接在所述電源和所述工具夾盤(pán)之間的所述RF傳輸線； 將至少一個(gè)所述探針連接在所述電源和所述匹配網(wǎng)絡(luò)之間，并且將另一 個(gè)所述探針連接在所述匹配網(wǎng)絡(luò)和所述工具夾盤(pán)之間。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述功率通量參數(shù)包括輸入阻抗、 插入損耗、內(nèi)耗、等離子體非線性、功率通量效率、散射及其組合。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述采樣頻率包括取自最高的所 述基波頻率的所述預(yù)定諧波上的每個(gè)周期的至少兩個(gè)采樣。
20. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述預(yù)定數(shù)量的諧波包括所述基 波頻率的多達(dá)約15個(gè)的諧波。
全文摘要
一種用于測(cè)量和分析半導(dǎo)體等離子體生成器的基于RF的激勵(lì)系統(tǒng)中的功率通量參數(shù)的系統(tǒng)和方法。測(cè)量探針(8)連接到RF傳輸線，用于從傳輸線(4)接收和測(cè)量電壓(10)和電流信號(hào)(12)。高速采樣處理將測(cè)量的RF電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。然后處理數(shù)字信號(hào)，以便揭示對(duì)應(yīng)于原始RF信號(hào)的基波和諧波幅度和相位信息?？梢栽诠β蕚鬏斅窂街胁迦攵鄠€(gè)測(cè)量探針，以測(cè)量?jī)啥丝趨?shù)，并且可以詢問(wèn)聯(lián)網(wǎng)的探針來(lái)確定輸入阻抗、輸出阻抗、插入損耗、內(nèi)耗、功率通量效率、散射以及RF信號(hào)的等離子體非線性效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01J37/32GK101203934SQ200680020615
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者約翰·D·斯旺克 申請(qǐng)人:伯德技術(shù)集團(tuán)股份有限公司