具有模拟和数字检测器的射频功率发生器制造技术

本发明专利技术提供了一种射频功率发生器，其包括：功率放大器；至少一个采样器，其被配置为对功率放大器的输出端处的射频信号进行采样；RF输出端，其被配置为从发生器输出RF信号；信号发生器，其被配置为生成RF输入信号并将RF输入信号提供给功率放大器；控制器，其包括数字控制部分和模拟控制部分，其中数字控制部分和模拟控制部分中的一个或两个被配置为至少控制功率放大器和/或信号发生器；在至少一个采样器和控制器之间的模拟反馈路径，该模拟反馈路径使来自至少一个采样器的信号的模拟信号表示能够被提供给控制器；以及在至少一个采样器和控制器之间的数字反馈路径，该数字反馈路径使来自至少一个采样器的信号的数字信号表示能够被提供给控制器。能够被提供给控制器。能够被提供给控制器。

【技术实现步骤摘要】
具有模拟和数字检测器的射频功率发生器


[0001]本公开总体涉及一种发生器以及一种包括该发生器的等离子体处理系统。还公开了一种用于操作发生器控制器的方法。

技术介绍

[0002]例如，在半导体等离子体处理应用中使用的高功率RF发生器是已知的。例如，US7,750,645B2涉及一种用于通过监测电弧放电事件来监测等离子体腔室消耗品的下降的方法，并且提出了使用数字控制器来检测等离子体反应腔室的不同部分中的电弧放电事件。
[0003]US8,264,237B2涉及一种用于在等离子体制造过程期间监测等离子体放电事件的方法。使用阻抗匹配网络和RF传感器将RF发生器与等离子体腔室进行阻抗匹配。来自RF传感器的信号由模数转换器转换，并用作分析模块的输入。诸如使来自RF传感器的数字化信号相关之类的数字信号处理技术能够检测电弧事件。
[0004]WO2014/036169A1提供了一种电弧管理系统，其具有能量存储装置，该能量存储装置在检测到等离子体负载中的电弧时，向等离子体负载施加与施加到等离子体负载的通常极性相反的极性的电压。
[0005]然而，前述文献中描述的系统可以进行进一步改进。
[0006]因此，期望提供一种发生器控制方法，其可以例如更有效地解决等离子负载中的电弧事件或其他能量不连续性。此外，从随后结合附图和本专利技术的背景进行的本专利技术和所附权利要求的详细描述，本专利技术的其他期望的特征和特性将变得显而易见。

技术实现思路

[0007]根据第一方面，提供了一种发生器，其包括：输出端，其被配置为输出RF功率信号；信号发生器，其用于生成RF输入信号；RF功率级，其接收RF输入信号并在其输出端处生成放大的RF功率信号；至少一个采样器，其被配置为对RF功率级的输出端处的RF信号进行采样；控制器，其包括数字控制部分和模拟控制部分；在至少一个采样器和控制器之间的模拟反馈路径，该模拟反馈路径使来自至少一个采样器的信号的模拟信号表示能够被提供给控制器；以及在至少一个采样器和控制器之间的数字反馈路径，该数字反馈路径使来自至少一个采样器的信号的数字信号表示能够被提供给控制器。
[0008]控制器被配置为基于模拟信号表示和/或数字信号表示将RF输出端处的RF信号从第一状态调整为第二状态。
[0009]效果是数字控制部分提供了高精度以及可选的软件的灵活性。模拟控制部分提供了高动态范围和高速响应，这在抑制突然和不可预测的事件(例如，电弧放电事件)时是重要的。两种技术的结合带来了高精度和灵活性，同时能够对意外故障状况进行适当控制。
[0010]在实施方式中，至少一个采样器包括级联连接至RF功率级的输出端的第一采样器和第二采样器。第一采样器为数字反馈路径提供预数字化信号，而第二采样器将来自至少一个采样器的模拟信号表示提供给模拟反馈路径。
[0011]效果是提高了精度。分离器的有限隔离降低了最终在高精度数字处理中使用的信号的准确性。因此，当使用不同的采样器进行模拟和数字处理时，观察到精度的提高。
[0012]在实施方式中，至少一个采样器包括连接至RF功率级的输出端的第一采样器，并且发生器包括连接至第一采样器的输出端的分离器，其中分离器被配置为对来自采样器的信号进行分离，并为数字反馈路径提供预数字化信号，并向模拟反馈路径提供模拟信号表示。可选地，第一分离器根据采样器的类型为模拟和数字路径提供正向RF信号或矢量电压信号。第二分离器为模拟和数字路径提供反射RF信号或矢量电流信号。
[0013]效果是可以降低成本，因为仅需一个采样器来提供模拟和数字反馈路径。
[0014]在实施方式中，至少一个采样器被配置为向模拟反馈路径和/或数字反馈路径提供正向RF信号和反射RF信号。在实施方式中，至少一个采样器被配置为向模拟反馈路径和/或数字反馈路径提供电压信号和电流信号。
[0015]效果是在可获得正向RF信号和反射RF信号或电压和电流信号时，模拟控制部分和数字控制部分可以更准确地监测阻抗匹配。
[0016]在实施方式中，至少一个采样器是或包括确定正向和反射信号的至少一个定向耦合器或确定电压和电流信号的至少一个VI探针。
[0017]在实施方式中，数字反馈路径包括被配置为生成来自至少一个采样器的信号的数字信号表示的至少一个模数转换器，优选包括前置模数转换器滤波器。可选地，前置模数转换器滤波器是抗混叠滤波器。
[0018]效果是可以以高度的准确性将与输出端处的RF信号有关的信息(例如，幅度、相位和频率)提供给数字控制部分。
[0019]在实施方式中，数字信号表示被提供给控制器的数字控制部分。
[0020]在实施方式中，控制器的数字控制部分被配置为获取数字信号表示，并基于数字信号表示调整输入到(多个)RF放大器的RF信号的功率和/或电源电压或电流水平。
[0021]效果是可以使用数字控制部分来准确而灵活地控制发生器的RF输出。例如，可以更改RF输入信号的幅度，或者可以更改RF输入的相位。作为RF输入信号的替代方式或与之组合，可以更改DC电源电压电平以影响功率级的增益，从而也控制RF输出功率。
[0022]在实施方式中，至少一个模数转换器被配置为以由信号发生器生成的RF输入信号的每个频率周期至少两个样本对来自至少一个采样器的信号进行过采样，以提供过采样信号。
[0023]效果是可以使用Nyquist-Shannon采样定理将RF输出的较高分辨率的数字信号表示提供给数字控制部分。
[0024]可选地，控制器的模拟控制部分被配置为获取模拟信号表示，并检测功率放大器的输出端处的信号表示正常操作状况还是故障状况。
[0025]可选地，控制器的模拟控制部分被配置为通过将模拟信号表示与定义多个故障状况的阈值进行比较来执行模拟信号表示的模拟比较，并且其中控制器的模拟控制部分被配置为基于模拟比较的结果，将RF输出端处的RF信号从第一状态调整为第二状态。
[0026]在实施方式中，数字控制部分被配置为使用过采样信号来获得正向和/或反射功率测量结果或电压和/或电流测量结果，并且优选获得负载阻抗信息。
[0027]在实施方式中，控制器还包括由控制器的数字控制部分控制的数模转换器，并且
数模转换器被配置为将控制信号提供给信号发生器和/或功率放大器和/或发生器的DC电源。
[0028]效果是，数字控制部分可以至少基于数字信号表示来灵活而准确地配置RF发生器。
[0029]在实施方式中，控制器还包括在模拟控制部分和功率放大器之间的直接模拟控制路径。
[0030]效果是模拟控制部分可以以高动态范围快速地解决在发生器的RF输出端处检测到的故障状况。
[0031]在实施方式中，控制器的数字控制部分被配置为获取数字信号表示，并检测功率放大器的输出端处的信号是表示正常操作状况还是故障状况。
[0032]效果是，可以基于特定等离子体处理系统的使用或方法灵活地对数字控制部分进行重新编程，以识别不同的故障状况。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频(RF)功率发生器，其包括：输出端，其被配置为输出RF功率信号；信号发生器，其用于生成RF输入信号；RF功率级，其接收所述RF输入信号并在其输出端处生成放大的RF功率信号；至少一个采样器，其被配置为对所述RF功率级的输出端处的所述RF信号进行采样；控制器，其包括数字控制部分和模拟控制部分；在所述至少一个采样器和所述控制器之间的模拟反馈路径，该模拟反馈路径使来自所述至少一个采样器的信号的模拟信号表示能够被提供给所述控制器；以及在所述至少一个采样器和所述控制器之间的数字反馈路径，该数字反馈路径使来自所述至少一个采样器的信号的数字信号表示能够被提供给所述控制器；其中，所述控制器被配置为基于所述模拟信号表示和/或所述数字信号表示将所述RF发生器的输出端处的所述RF功率信号从第一状态调整为第二状态。2.根据权利要求1所述的RF功率发生器，其中，所述至少一个采样器包括级联连接至所述RF功率级的输出端的第一采样器和第二采样器，其中所述第一采样器为所述数字反馈路径提供预数字化信号，而所述第二采样器将来自所述至少一个采样器的所述模拟信号表示提供给所述模拟反馈路径。3.根据权利要求1所述的发生器，其中，所述至少一个采样器包括连接至所述RF功率级的输出端的第一采样器，并且所述发生器包括连接至所述第一采样器的输出端的分离器，其中所述分离器被配置为对来自所述采样器的信号进行分离，并为所述数字反馈路径提供预数字化信号，并向所述模拟反馈路径提供所述模拟信号表示。4.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述至少一个采样器被配置为向所述模拟反馈路径和/或所述数字反馈路径提供正向RF信号和反射RF信号。5.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述至少一个采样器包括至少一个定向耦合器或至少一个VI探针。6.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述数字反馈路径包括被配置为生成来自所述至少一个采样器的信号的所述数字信号表示的至少一个模数转换器。7.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述控制器的所述数字控制部分被配置为获取所述数字信号表示，并基于所述数字信号表示来调整所述RF功率级的RF输入信号和/或DC电源电压电平。8.根据权利要求6至7中任一项所述的发生器，其中，所述至少一个模数转换器被配置为以由所述信号发生器生成的所述RF输入信号的每个频率周期至少两个样本对来自所述至少一个采样器的信号进行过采样。9.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其还包括被配置为控制所述RF输入信号的数模转换器。10.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其还包括被配置为控制所述RF功率级和/或所述DC电源电平的数模转换器。
11.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述控制器的所述数字控制部分被配置为获取所述数字信号表示，并检测所述RF功率级的输出端处的信号表示正常操作状况还是故障状况。12.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述控制器的所述模拟控制部分被配置为获取所述模拟信号表示，并检测所述RF功率级的输出端处的信号表示正常操作状况还是故障状况。13.根据权利要求11或12所述的发生器，其中，所述第一状态和/或所述第二状态定义所述发生器的预期状况，并且其中所述故障状况定义与所述发生器的所述RF输出端连接的等离子体腔室中的电弧放电状况。14.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述控制器的所述数字控制部分被配置为通过将所述数字信号表示与定义多个故障状况的存储的数字信号进行比较来执行所述数字信号表示的数字比较，并且其中所述控制器的所述数字控制部分被配置为基于所述数字比较的结果，将所述RF输出端处的所述RF信号从第一状态调整为第二状态。15.根据前述任一项权利要求所述的发生器，其中，所述控制器的所述模拟控制部分被配置为通过将所述模拟信号表示与定义多个故障状...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东，
申请(专利权)人：康姆艾德公司，
类型：发明
国别省市：