用于生成同步射频输出信号的控制单元、射频功率发生器和方法技术

本发明专利技术描述了一种用于生成各自具有相应的输出频率(fi)、相位(Φ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成同步射频输出信号的控制单元、射频功率发生器和方法


[0001]本专利技术总体涉及生成例如用于驱动等离子体处理系统的多个同步射频(RF)信号，每个同步RF信号具有相应的输出频率、相位和幅度。特别地，本专利技术涉及用于生成多个同步射频信号的控制单元、射频功率发生器和方法，每个同步射频信号具有相应的输出频率、相位和幅度。此外，本专利技术涉及至少两个这样的射频功率发生器的布置。

技术介绍

[0002]通过使用设置所需的输出频率的数字频率调谐信息从固定频率系统时钟通过数字装置(例如所谓的波形发生器)生成任意模拟波形的基本原理在本领域中是公知的。然后，重构滤波器之后的数模转换器将所得到的数字序列转换为预期的模拟波形。
[0003]例如，US2010/0164561A1描述了用于生成射频信号的例子。
[0004]US2013/0170512A1描述了用于高功率RF功率组合器的多个锁相环，其中通过每个相应的锁相环生成一个相应的射频输出信号，这意味着对于每个单独的RF输出信号需要一个锁相环。因此，可扩展性相当有限，或者至少就高的设计和制造复杂性、高的操作复杂性而言需要高度努力来将各个RF输出信号在例如所需的公差内保持同步(参见噪声或热漂移)，需要大量电子组件、高成本等。
[0005]因此，需要分别用于生成通过改进的性能来区分的多个同步射频信号的控制单元、射频功率发生器和方法，其中，尤其基于可扩展性的质量、操作稳健性、频率精度、应用灵活性、制造简易性和成本来评估性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供分别用于生成多个同步射频信号的控制单元、射频功率发生器和方法，以及这样的射频功率发生器的布置，它们各自确保了高的系统可扩展性、高的操作稳健性(例如对由于噪声、温度等造成的干扰的低敏感性)、例如就频率、相位和幅度而言的高信号精度、对于各种使用情况的高灵活性以及低的设计和制造复杂性和成本。
[0007]本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施方式。
[0008]根据一个方面，用于生成各自具有相应的输出频率、相位和幅度的多个同步RF输出信号的控制单元(例如，作为射频(本文简称为RF)功率发生器的一部分)包括：
[0009]信号比较器，该信号比较器被配置为将具有参考频率和参考相位的参考信号与具有反馈频率和反馈相位的反馈信号进行比较，并且该信号比较器被配置为生成表示参考信号和反馈信号之间的差异的误差信号；以及
[0010]数据处理单元，例如电子数据处理单元，诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器等，该数据处理单元接收由信号比较器生成的误差信号作为输入信号，并根据误差信号输出多个波形调谐信号；还包括：
[0011]多个波形发生器，它们各自接收由数据处理单元输出的多个波形调谐信号中的至
少一个，其中每个波形发生器根据接收到的相应的波形调谐信号生成时间相关的幅度信号；
[0012]其中所生成的多个幅度信号中的一个预定的幅度信号表示输入到信号比较器的反馈信号，其他幅度信号表示要生成的相应的RF输出信号；并且
[0013]其中数据处理单元被配置为既调整与表示反馈信号的所述一个预定的幅度信号相对应的波形调谐信号以便使误差信号最小化，又基于表示反馈信号的预定的幅度信号的调整后的波形调谐信号而调整与表示RF输出信号的其他幅度信号相对应的其他波形调谐信号。
[0014]在本专利技术的意义上，术语“信号”表示传达关于现象(例如，变化的电压或电流)的信息的函数。除非实际指明，否则信号可以包括模拟或数字信号。
[0015]此外，应当注意，当反馈信号(几乎)等于参考信号(例如，就其相应的相位和/或频率而言)时，误差信号最小或可为零。参考信号和反馈信号之间的差异越大，误差信号的量就越大。
[0016]在上述意义上，术语“波形调谐信号”表示模拟地或数字地表示的信息，该信息表征时间相关的幅度信号，该幅度信号也是模拟地或数字地表示的信息(例如，表示将由控制单元生成的RF输出信号的离散幅度值的数字位流)。因此，波形发生器根据输入其中的相应的波形调谐信号来生成时间相关的幅度信号。
[0017]此外，根据本专利技术，多个时间相关的幅度信号中的一个与反馈信号相关联，而其他幅度信号分别与将由控制单元生成的多个RF输出信号中的一个相关联。
[0018]数据处理单元的布置被配置为调整与表示反馈信号的一个预定的幅度信号相对应的波形调谐信号以便使由信号比较器输出的误差信号最小化，并且接收参考信号和反馈信号作为输入信号的信号比较器构成控制环，例如锁相环(在本文中也简称为PLL)。
[0019]因此，通过基于表示反馈信号的预定的幅度信号的调整后的波形调谐信号而调整与表示要生成的RF输出信号的其他幅度信号相对应的其他波形调谐信号，根据本专利技术的控制单元促进通过仅使用一个控制环来生成相互同步且还与参考信号(通过反馈信号)同步的许多RF输出信号。
[0020]特别地，所有输出RF信号都被频率锁定到参考信号，并且在它们具有与参考信号相同的频率的情况下(即，反馈信号)，它们甚至是相位锁定的。
[0021]除了仅用作控制环(例如，PLL)信号的反馈信号外，所有其他模拟RF输出信号都可以用于各种专用目的。例如，模拟RF输出信号可用于驱动多级功率放大器电路以产生中频或高频功率信号。另外，一些输出信号可以用于用作另外的同步信号源(例如，附加的中频或高频电源)的参考信号。与具有与参考信号相同的频率和相位的反馈信号相比，所有其他输出信号可以具有特定应用需要的任意的频率和相位差。
[0022]可能具有相对于彼此不同的若干频率和/或相位和/或幅度的生成的RF输出信号可以被送到相应的功率放大器中。例如，所得到的功率RF输出信号然后可以用于为半导体晶圆的等离子体处理系统提供多个频率的RF功率。在等离子体工艺中使用多个频率的RF功率有利地允许调整多个参数以更好地控制尤其离子密度、电子密度和大面积上的等离子体均匀性：这最终导致正在处理的半导体的质量改进，因为与单个频率供电工艺相比，可以更独立地调整各个关键工艺参数。
[0023]RF输出信号也可以用作所谓的公共激励器(CEX)信号以使附加功率发生器同步。因此，由不同电源生成的RF信号是频率锁定的，这在复杂的等离子体工艺中是有利的。
[0024]另外，可生成将用作另外的功率发生器的CEX信号的RF输出信号，以与相同频率的其他RF输出信号具有特定的相位差。相位差可以已经在来自第一功率发生器的CEX信号中实现，或者它可以由(一个或多个)其他功率发生器中的(例如，数字)波形发生器添加。
[0025]因此，甚至各自使用根据本专利技术的控制单元的一系列的多个RF功率发生器可以设置有用于等离子体系统的不同相移，该等离子体系统处理RF功率被馈送到多个输入端口中的大面积衬底。可以调整各个输入端口之间的相位差，以便在整个衬底表面上产生最均匀的工艺结果。
[0026]根据本专利技术的控制单元可扩展到任何数量的RF输出信号(本文也称为信道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生成多个同步射频(RF)输出信号(RF
out,i
)的控制单元(2、21)，所述多个同步射频(RF)输出信号(RF
out,i
)各自具有相应的输出频率(f
i
)、相位(Φ
i
)和幅度(A
i
)，所述控制单元(2、21)包括：信号比较器(3)，所述信号比较器被配置为将具有参考频率(f
ref
)和参考相位(Φ
ref
)的参考信号(4)与具有反馈频率(f
PLL
)和反馈相位(Φ
PLL
)的反馈信号(5)进行比较，并且被配置为生成表示所述参考信号(4)和所述反馈信号(5)之间的差异的误差信号(6、6
’
)；以及数据处理单元(7)，所述数据处理单元接收由所述信号比较器(3)生成的所述误差信号(6、6
’
)作为输入信号，并根据所述误差信号(6、6
’
)输出多个波形调谐信号(FTW
PLL
、FTW
i
)，其特征在于，多个波形发生器(DDS
PLL
、DDS
i
)各自接收由所述数据处理单元(7)输出的所述多个波形调谐信号(FTW
PLL
、FTW
i
)中的至少一个，其中每个波形发生器(DDS
PLL
、DDS
i
)根据接收到的相应的波形调谐信号(FTW
PLL
、FTW
i
)生成时间相关的幅度信号(A
PLL
(t)、A
i
(t))，其中所生成的多个幅度信号(A
PLL
(t)、A
i
(t))中的一个预定的幅度信号(A
PLL
(t))表示输入到所述信号比较器(3)的所述反馈信号(5)，其他幅度信号(A
i
(t))表示要生成的相应的射频(RF)输出信号(RF
out,i
)；并且其中所述数据处理单元(7)被配置为：既调整与表示所述反馈信号(5)的所述一个预定的幅度信号(A
PLL
(t))相对应的所述波形调谐信号(FTW
PLL
)以便使所述误差信号(6、6
’
)最小化，又基于表示所述反馈信号(5)的所述预定的幅度信号(A
PLL
(t))的调整后的波形调谐信号(FTW
PLL
)而调整与表示所述射频(RF)输出信号(RF
out,i
)的所述其他幅度信号(A
i
(t))相对应的所述其他波形调谐信号(FTW
i
)。2.根据权利要求1所述的控制单元，其中，所述信号比较器(3)被配置为：比较所述参考信号(4)与所述反馈信号(5)的相位差和频率差中的至少一种，其中所述误差信号(6、6
’
)表示所述相位差和所述频率差中的至少一种。3.根据权利要求1所述的控制单元，其中，所述信号比较器(3)是相位鉴别器(PD)、相位
‑
频率鉴别器(PFD)、混频器和计数器中的至少一种。4.根据权利要求1所述的控制单元，其中，所述参考信号(4)包括精密晶体振荡器信号、烘箱控制型晶体振荡器(OCXO)信号、原子钟信号、与原子钟同步的高精度振荡器信号、以及由RF发生器(30)生成的公共激励器(CEX)信号中的一个。5.根据权利要求1所述的控制单元，还包括被配置为生成所述参考信号(4)的参考信号源(8)。6.根据权利要求1所述的控制单元，还包括环路滤波器(9)和模数转换器(ADC)的串联连接，所述模数转换器(ADC)被配置并且被布置为：从所述信号比较器(3)生成所述误差信号(6)的数字表示(6
’
)，并且将所述误差信号(6
’
)的所述数字表示馈送到所述数据处理单元(7)，其中所述数据处理单元(7)是数字数据处理单元，所述数字数据处理单元将多个数字波形调谐字(FTW
PLL
、FTW
i
)以所述波形调谐信号的形式输出作为所述多个波形发生器(DDS
PLL
、DDS
i
)的输入。7.根据前述权利要求所述的控制单元，其中，所述波形调谐字(FTW
PLL
、FTW
i
)包括频率信息、相位信息、以及用于生成所述时间相关的幅度信号(A
PLL
(t)、A
i
(t))的幅度信息中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的控制单元，其中，所述波形发生器(DDS
PLL
、DDS
i
)中的每一个都包括直接数字合成(DDS)核心，所述直接数字合成(DDS)核心生成表示数字幅度值的位流，所述数字幅度值构成相应的时间相关的幅度信号(A
PLL
(t)、A
i
(t))。9.根据前述权利要求所述的控制单元，还包括至少一个数模转换器(DAC)，所述数模转换器(DAC)将由所述波形发生器(DDS
PLL
、DDS
i
)生成的位流中包含的数字幅度值(A
PLL
(t)、A
i
(t))分别转换为所述反馈信号(5)和所述射频(RF)输出信号(RF
out,i
)。10.根据前述权利要求所述的控制单元，其中，所述数模转换器(DAC)是多信道数模转换器、多个单信道数模转换器、多个双信道数模转换器、或它们的组合中的一种。11.根据权利要求9所述的控制单元，还包括至少一个信号重构滤波器(F
i
)，所述信号重构滤波器(F
i
)对通过所述数模转换器(DAC)转换之后的所述射频(RF)输出信号(RF
out,i
)中的至少一个进行滤波。12.根据权利要求9所述的控制单元，还包括反馈信号重构滤波器(F
PLL
)，所述反馈信号重构滤波器(F
PLL
)对通过所述数模转换器(DAC)转换之后的所述反馈信号(5)进行滤波。13.根据权利要求9所述的控制单元，还包括生成系统时钟信号(10)的系统时钟(CLK)，其中所述多个波形发生器(DDS
PLL
、DDS
i
)和所述数模转换器(DAC)由所述系统时钟信号(10)驱动。14.根据前述权利要求所述的控制单元，其中，用于驱动所述波形发生器(DDS
PLL
、DDS
i
)的波形发生器时钟信号(32)和用于驱动所述数模转换器(DAC)的DAC时钟信号(33)是所述系统时钟信...

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