具有高信噪比和电噪声抗扰度的电磁场信号采集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于检测由等离子体发出的电磁辐射或信号的装置和方法，该装置包括传感器单元，该感测单元包括：用于检测电磁辐射或信号的第一传感器；电磁屏障，其中，该电磁屏障被配置为绕该第一传感器以防止环境电磁辐射到达该第一传感器；第一端口，电磁辐射可以通过该端口，该端口被配置用于耦合到等离子体室的端口，使得从该等离子体发出的电磁辐射或信号可以到达该第一传感器；以及第一输出，该第一输出与巴伦和双同轴系统耦合，由此，感测到的信号接地并且该信号的反相版本接地。还描述了一种用于检测由等离子体发出的电磁辐射的信号采集系统(SAS)。的信号采集系统(SAS)。的信号采集系统(SAS)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高信噪比和电噪声抗扰度的电磁场信号采集系统


[0001]本披露内容旨在改进对等离子体的控制和测量。具体地，本披露内容旨在改善从等离子体获得的测量信号的信噪比并提高用于获得这些测量的系统的电噪声抗扰度。

技术介绍

[0002]等离子体非常常见，用于许多制造和工业加工环境。例如，低压系统被用于先进的材料加工，包括例如半导体或医疗行业领域的材料沉积和/或刻蚀工艺。作为进一步的示例，大气压等离子体加工系统也具有工业应用，例如航空、汽车工业等领域的材料清洁、粘合、沉积或刻蚀。
[0003]由于朝向过程自动化增加的趋势，改进对工业半导体加工设备中等离子体特性的控制是重要的。改进等离子体特性控制的一个考虑因素是等离子体特性的测量。目前，侵入式等离子体测量技术是测量等离子体特性的最古老和最常用的方法。这些技术涉及将一个或多个探针浸入所研究的等离子体中。
[0004]然而，在大多数工业环境中，侵入式等离子体测量技术是不可取的。特别是，等离子体产生的条件对于许多用于测量的探针来说通常是苛刻的。因此，用于侵入式等离子体测量技术的探针价格昂贵和/或容易出现故障。此外，探针本身可以与等离子体相互作用，从而(有时是不可预测地)改变等离子体的特性。这些问题降低了测量的准确度，进而降低了对等离子体的控制。
[0005]此外，用于侵入式等离子体测量技术的设备很难改造为现有的制造设备和基础设施。除了这个困难之外，安装侵入式等离子体测量设备的破坏性影响可能会给制造线带来额外的复杂性。这进而又会对工艺复制产生不利影响，而工艺复制是大批量生产的关键必要条件。因此，增加制造线复杂性和成本的风险减缓了对等离子体测量和控制的改进。
[0006]因此，非侵入式等离子体测量技术可能会在等离子体控制方面提供巨大的改进。例如，非侵入式等离子体测量设备可以很容易地耦合到现有的等离子体设备。另一个优点是，现有的等离子体设备在耦合到非侵入式等离子体测量设备时可以留在原位，从而降低了增加制造线复杂性和成本的风险。非侵入式等离子体测量也比侵入式等离子体测量准确得多。与许多现有的探针系统不同，非侵入式等离子体测量不需要将探针放在等离子体中。因此，非侵入式等离子体测量不会干扰等离子体本身(这消除了探针改变人们试图获得的测量的风险)。K Suzuki和M Sato在2003年电气过应力/静电放电研讨会上题为“Advanced technology for monitoring plasma sparking ESD damage using high frequency magnetic field sensors[使用高频磁场传感器监测等离子体火花ESD损害的先进技术]”的论文中描述了一种示例系统。各种专利出版物描述了具有高信噪比和电噪声抗扰度的电磁场信号采集系统，例如US2005/0183821；JP H05188151；JP H1167732和EP 1394835。
[0007]本披露内容基于PCT/EP 2018/057556以及S.Kelly和P.J.McNally在Appl.Phys.Express 10(2017)096101上发表的论文所提供的贡献，该论文描述了无线电发射光谱(RES)系统。在典型的实施例中，为了测量和控制等离子体加工室中的等离子体特
性，RES系统涉及将以下各项放置在等离子体加工室内部附近(例如，优选地40mm或更小)：近场(NF)电场(E场)天线、和/或NF磁场(B场)天线。至关重要的是，(多个)天线位于等离子体的外部，即根据本披露内容，(多个)天线在使用中没有被浸入并且不会与等离子体进行物理接触。
[0008]然而，例如在典型的半导体制造工厂中，该工厂通常包括多个等离子体加工系统，每个等离子体加工系统包括至少一个等离子体室，这些等离子体加工系统不会单独处于彼此电磁(射频——RF)隔离的状态。事实上，制造工厂可能包括数十个或更多这样的系统，它们都同时工作，并且都能够产生RF电磁发射。因此，这些加工系统可能会相互干扰并干扰RES系统。
[0009]此外，可能存在其他本地RF源。作为另一个示例，高速电气设备会产生电磁噪声。因此，设计一种仅能够接收来自其所针对的单个等离子体加工室的电磁信号的RES系统至关重要。至关重要的是，该RES系统必须不受噪声信号的影响，例如来自其他电子系统(包括例如其他等离子体加工室、辅助电气设备等)的信号和一般宽带本地RF背景发射。来自天线头的信号容易受到来自电缆的“趋肤”感应噪声的影响。在等离子体室的操作环境中，来自控制机器/计算机和相邻等离子体室的RF噪声非常密集，例如在工业环境中，机器以“追赶”的方式排成长线。这会导致RF干扰。此外，来自一个或多个天线的信号电平非常低，任何局部放大都会引入宽带噪声，从而影响任何测量。RES系统的另一个问题是，在传感器头与被监测的室之间会出现共模电流，这也会导致干扰。
[0010]因此，为了解决现有技术的这个和其他问题，本披露内容涉及一种用于RES系统的信号采集系统(SAS)，该SAS：i)具有高信噪抗扰度；ii)适用于接收来自其用于测量的等离子体源(例如等离子体加工室)的RES信号；iii)不会接收来自周围环境的射频信号，例如来自同一加工工具上其他相邻的室的RES信号。

技术实现思路

[0011]本披露内容涉及的装置的特征在所附权利要求中进行了阐述。
[0012]具体地，本披露内容涉及一种用于检测由等离子体发出的电磁辐射的装置，该装置包括第一传感器单元，该第一感测单元包括：用于检测电磁辐射的第一传感器；电磁屏障，其中，该电磁屏障被配置为绕该第一传感器以防止环境电磁辐射到达该第一传感器；第一端口，电磁辐射可以通过该第一端口，该端口被配置用于附接到等离子体室的端口，使得从该等离子体发出的电磁辐射可以到达该第一传感器；以及第一输出，该第一输出耦合到该传感器，其中，该输出被配置为耦合到电缆，由此，该第一传感器检测到的信号可以提供给单独的接收器、收发器或发射器单元。
[0013]在一个实施例中，提供了一种用于检测由等离子体发出的电磁辐射或信号的装置，该装置包括传感器单元，该感测单元包括：
[0014]用于检测电磁辐射或信号的第一传感器；
[0015]电磁屏障，其中，该电磁屏障被配置为绕该第一传感器以防止环境电磁辐射到达该第一传感器；
[0016]第一端口，电磁辐射可以通过该第一端口，该端口被配置用于耦合到等离子体室的端口，使得从该等离子体发出的电磁辐射或信号可以到达该第一传感器；以及第一输出，
该第一输出与巴伦和双同轴系统耦合，由此，感测到的信号接地并且该信号的反相版本接地。
[0017]虽然法拉第笼型实施方式可以提供电磁屏障，但测量等离子体信号领域现有的现有技术系统存在许多问题，比如出现的共模电流产生的噪声。本专利技术通过在系统的两端提供与耦合和去耦合巴伦相结合的双同轴配置克服了这些问题。
[0018]在本专利技术的优选实施例中，巴伦/双coax/巴伦系统被定位在传感器头附近。实际上，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测由等离子体发出的电磁辐射或信号的装置，所述装置包括传感器单元，所述感测单元包括：用于检测电磁辐射或信号的第一传感器；电磁屏障，其中，所述电磁屏障被配置为绕所述第一传感器以防止环境电磁辐射到达所述第一传感器；第一端口，电磁辐射能够通过所述第一端口，所述端口被配置用于耦合到等离子体室的端口，使得从所述等离子体发出的电磁辐射或信号能够到达所述第一传感器；以及第一输出，所述第一输出与巴伦和双同轴系统耦合，由此，感测到的信号接地并且所述信号的反相版本接地。2.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述第一输出是平衡输出，被配置用于耦合到一个或多个电缆以提供差分信号。3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述巴伦将由所述第一传感器提供的不平衡信号转换为提供给所述第一输出的平衡信号。4.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述传感器单元包括第二感测单元，其中，所述第二感测单元包括：用于检测电磁辐射的第二传感器；电磁屏障，其中，所述电磁屏障被配置为绕所述第二传感器以防止环境电磁辐射到达所述第二传感器；第二端口，电磁辐射能够通过所述第二端口，所述端口被配置用于附接到等离子体室的匹配单元，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：都柏林城市大学，
类型：发明
国别省市：