具有双平衡线性混频器的射频检测器及相应的操作方法技术

提供RF检测器，并且其包括LO路径和RF路径、混频器和滤波器。LO路径包括第一缓冲器和正弦波至方波转换器。第一缓冲器接收第一RF信号，该第一RF信号基于由RF检测器接收的RF输入信号。在衬底处理系统内检测RF输入信号。正弦波至方波转换器将第一RF信号的正弦波转换为方波，并输出具有方波的LO信号。RF路径包括接收第二RF信号并输出RF输出信号的第二缓冲器。第二RF信号基于RF输入信号。混频器根据LO和RF输出信号产生IF信号。滤波器对IF信号进行滤波以产生DC信号，该DC信号代表第二RF信号。

Radio Frequency Detector with Double Balanced Linear Mixer and Its Operating Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有双平衡线性混频器的射频检测器及相应的操作方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年1月13日提交的美国专利申请No.15/405,913的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及射频检测器。
技术介绍
这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。目前所署名的专利技术人的工作，在该
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部分以及本说明书的在申请时不会以其他方式被认为是现有技术的方面中描述的程度上，既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。在半导体器件的处理和制造过程中通常使用电离气体或等离子体。例如，等离子体可用于从诸如半导体晶片之类的衬底蚀刻或去除材料，以及将材料溅射或沉积到衬底上。产生用于制备或制造工艺中的等离子体通常开始于将工艺气体引入处理室。衬底设置在处理室中的衬底支撑件上，例如静电卡盘或基座上。处理室可包括变压器耦合等离子体(TCP)线圈。由电源提供的射频(RF)信号被提供给TCP线圈。由诸如陶瓷之类的材料构成的电介质窗结合到处理室的上表面中。电介质窗使得来自TCP线圈的RF信号能传输到处理室的内部。RF信号激发处理室内的气体分子以产生等离子体。偏置RF电源向衬底支撑件提供偏置RF信号。偏置RF信号可用于增加直流(DC)偏置和/或DC鞘电势，以增加带电粒子撞击衬底所使用的能量。偏置RF信号的变化产生衬底上的DC偏压和/或DC鞘电势的相应变化，从而影响工艺特性。拾取设备可以附接到衬底支撑件上并且用于检测衬底支撑件处的RF输入信号。RF检测器连接到拾取设备并检测RF输入信号。可以基于检测到的RF输入信号来调整偏置RF信号，例如，以最小化衬底处的DC偏置和/或DC鞘电势的变化。
技术实现思路
一种射频检测器包括本地振荡器路径、射频路径、混频器和滤波器。本地振荡器路径包括第一缓冲器和正弦波至方波转换器。第一缓冲器用于接收第一射频信号，其中所述第一射频信号基于由所述射频检测器接收的射频输入信号，并且其中所述射频输入信号由在衬底处理系统中的所述射频检测器检测。正弦波至方波转换器用于将第一射频信号的正弦波转换为方波，并输出具有所述方波的本地振荡器信号。射频路径包括第二缓冲器，其中所述第二缓冲器用于接收第二射频信号并输出射频输出信号，并且其中所述第二射频信号基于所述射频输入信号。混频器用于基于所述本地振荡器信号和所述射频输出信号产生中间频率信号。滤波器用于对所述中间频率信号进行滤波，以产生第一直流信号，其中第一直流信号代表所述第二射频信号。在其他特征中，提供了一种操作射频检测器的方法。所述射频检测器包括本地振荡器路径、射频路径、混频器和滤波器，其中所述本地振荡器路径包括第一缓冲器和正弦波至方波转换器，并且其中所述射频路径包括第二缓冲器。该方法包括：检测衬底处理系统内的射频输入信号；在所述第一缓冲器处接收第一射频信号，其中所述第一射频信号基于所述射频输入信号；经由所述正弦波至方波转换器将所述第一射频信号的正弦波转换为方波，并输出具有所述方波的本地振荡器信号。该方法还包括：在所述第二缓冲器处接收第二射频信号并输出射频输出信号，其中所述第二射频信号基于所述射频输入信号；基于所述本地振荡器信号和所述射频输出信号，经由所述混频器产生中间频率信号；并且经由所述滤波器对所述中间频率信号进行滤波以产生直流信号，其中所述直流信号代表所述第二射频信号。在其他特征中，还提供了一种射频检测器，其包括：缓冲器、第一滤波器、放大器、本地振荡器路径、射频路径、双平衡混频器和第二滤波器。该缓冲器用于接收第一射频信号，其中，所述第一射频信号是基于由所述射频检测器接收的射频输入信号产生的。所述射频输入信号由在衬底处理系统中的所述射频检测器检测。第一滤波器用于对所述缓冲器的输出进行滤波，放大器用于基于所述滤波器的输出产生包括第二射频信号和第三射频信号的差分输出。本地振荡器路径包括正弦波至方波转换器，所述正弦波至方波转换器用于将所述第二射频信号的正弦波转换为方波，并输出具有所述方波的本地振荡器信号。射频路径包括延迟电路，其中所述延迟电路用于接收所述第三射频信号并输出射频输出信号。双平衡混频器或线性混频器用于基于所述本地振荡器信号和所述射频输出信号产生中间频率信号。第二滤波器用于对所述中间频率信号进行滤波，以产生直流信号，其中所述直流信号代表所述第二射频信号。本公开的其它适用范围将根据详细说明书、权利要求书和附图变得显而易见。详细描述和具体实施方案仅仅是为了说明的目的，并不意图限制本公开的范围。附图说明根据详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：图1是根据本公开的结合了包括本地振荡器(LO)路径和射频(RF)路径以及双平衡混频器(DBM)的RF均方根(RMS)检测电路的等离子体处理系统的示例的功能框图；图2是根据本公开的包括电流提升电路的RFRMS检测电路的示例的功能框图；图3是根据本公开的包括用于LO路径和RF路径的相应除法器(divider)的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图4是根据本公开的在LO路径和RF路径中包括最小数量的电路设备的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图5是根据本公开的包括在LO路径中的具有反馈增益控制的可变增益放大器的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图6是根据本公开的包括在LO路径中的正弦波至方波转换器下游的差分至单端转换设备的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图7是根据本公开的包括LO路径中的正弦波至方波转换器下游的延迟电路的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图8是根据本公开的包括LO路径中的正弦波至方波转换器下游的驱动器的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图9是根据本公开的示出了DBM的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图10是根据本公开的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图，其示出了用于基于接收的LO输出信号和RF输出信号提供中间频率(IF)信号的线性乘法器；图11是根据本公开的包括另一DBM的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图，该另一DBM中每个分支桥接环具有双二极管；图12是根据本公开的包括具有场效应晶体管(FET)的另一DBM的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图13是根据本公开的包括具有二极管阵列的另一DBM的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图14是根据本公开的包括在正弦波至方波转换器上游的放大器和钳位二极管的另一RFRMS检测电路的示例的功能框图；图15是根据本公开的实施方案的电流提升电路的示例的示意图；图16示出了根据本公开的操作RFRMS检测电路的方法；和图17是RFRMS检测系统的示例的功能框图，该RFRMS检测系统包括用于幅值检测的多个RFRMS检测电路和用于相位检测的RFRMS检测电路。在附图中，附图标记可以重复使用以标识相似和/或相同的元件。具体实施方式可以在处理室中的各个点处进行高电压和高电流RF测量。举例而言，RF测量可以通过衬底支撑件中的RF电极进行。RF测量可以用于诊断目的和/或用于闭环反馈控制。可用于进行RF测量的RF检测器的示例是电压-电流(VI)探针和电压控制接口(VCI)探针。RF检测器可以用在工具上、在RF匹配电路和RF发生器内并且作为处理系统电路的一部分。RF检测器用于电信、国防和其他电子工业本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射频检测器，其包括：本地振荡器路径，其包括第一缓冲器，其用于接收第一射频信号，其中所述第一射频信号基于由所述射频检测器接收的射频输入信号，并且其中所述射频输入信号由在衬底处理系统中的所述射频检测器检测，和正弦波至方波转换器，其用于将第一射频信号的正弦波转换为方波，并输出具有所述方波的本地振荡器信号；包括第二缓冲器的射频路径，其中所述第二缓冲器用于接收第二射频信号并输出射频输出信号，并且其中所述第二射频信号基于所述射频输入信号；混频器，其用于基于所述本地振荡器信号和所述射频输出信号产生中间频率信号；和滤波器，其用于对所述中间频率信号进行滤波，以产生第一直流信号，其中所述第一直流信号代表所述第二射频信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.13 US 15/405,9131.一种射频检测器，其包括：本地振荡器路径，其包括第一缓冲器，其用于接收第一射频信号，其中所述第一射频信号基于由所述射频检测器接收的射频输入信号，并且其中所述射频输入信号由在衬底处理系统中的所述射频检测器检测，和正弦波至方波转换器，其用于将第一射频信号的正弦波转换为方波，并输出具有所述方波的本地振荡器信号；包括第二缓冲器的射频路径，其中所述第二缓冲器用于接收第二射频信号并输出射频输出信号，并且其中所述第二射频信号基于所述射频输入信号；混频器，其用于基于所述本地振荡器信号和所述射频输出信号产生中间频率信号；和滤波器，其用于对所述中间频率信号进行滤波，以产生第一直流信号，其中所述第一直流信号代表所述第二射频信号。2.根据权利要求1所述的射频检测器，其还包括除法器网络，所述除法器网络用于基于所述射频输入信号输出所述第一射频信号和所述第二射频信号。3.根据权利要求2所述的射频检测器，其中，所述除法器网络包括：第一除法器，其用于基于所述射频输入信号输出所述第一射频信号；和第二除法器，其用于基于所述射频输入信号输出所述第二射频信号。4.根据权利要求2所述的射频检测器，其中，所述除法器网络产生具有与所述第二射频信号的幅值不同的幅值的所述第一射频信号。5.根据权利要求1所述的射频检测器，其中，所述射频输入信号、所述第一射频信号和第二射频信号具有变化的幅值。6.根据权利要求1所述的射频检测器，其中所述混频器是双平衡混频器。7.根据权利要求6所述的射频检测器，其中：所述双平衡混频器被配置为以饱和模式工作的相位检测器；并且当处于所述饱和模式时，所述本地振荡器信号通过本地振荡器路径驱动，其电流电平高于所述射频输出信号的电流电平。8.根据权利要求6所述的射频检测器，其中所述双平衡混频器包括二极管桥接环。9.根据权利要求8所述的射频检测器，其中：所述二极管桥接环包括多个支路；并且所述多个支路中的每个支路包括两个二极管。10.根据权利要求6所述的射频检测器，其中所述双平衡混频器包括二极管阵列。11.根据权利要求6所述的射频检测器，其中所述双平衡混频器包括晶体管环。12.根据权利要求1所述的射频检测器，其中：所述正弦波至方波转换器将具有变化的幅值的所述第一射频信号转换成所述本地振荡器信号；并且所述本地振荡器信号具有固定的幅值。13.根据权利要求1所述的射频检测器，其还包括：用于放大或衰减所述第一射频信号的放大器；和比较器，其用于比较接收的信号强度信号和参考电压，其中：所述正弦波至方波转换器实现为限制器，所述限制器包括接收信号强度传感器和输出端口，所述接收信号强度传感器检测所述放大器的输出的信号强度，所述输出端口根据所述接收的信号强度传感器的输出来输出所述接收的信号强度信号，并且将所述比较器的输出反馈到所述放大器。14.根据权利要求1所述的射频检测器，其中：所述本地振荡器路径还包括电流提升电路；并且所述电流提升电路用于增大所述本地振荡器信号的电流电平。15.根据权利要求14所述的射频检测器，其中，所述电流提升电路包括驱动器或多个放大器。16.根据权利要求14所述的射频检测器，其中，所述电流提升电路包括低压差分信号至晶体管到晶体管逻辑转换器。17.根据权利要求14所述的射频检测器，其中，所述电流提升电路包括变压器。18.根据权利要求1所述的射频检测器，其中所述滤波器是低通滤波器或带通滤波器。19.根据权利要求1所述的射频检测器，其中，所述射频路径还包括延迟电路，以延迟所述射频输出信号。20.根据权利要求1所述的射频检测器，其中，所述本地振荡器路径包括延迟电路，以延迟所述本地振荡器信号。21.根据权利要求1所述的射频检测器，其中：所述本地振荡器路径包括第二滤波器；所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧内斯特·贝奥尔·汉克斯，约翰·皮斯，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US