[发明专利]检测传递到负载的RF功率以及该负载的复数阻抗的方法

说明书

相关申请的交叉引用：本专利申请要求2005年1月11日递交、标题为“使用快速傅立叶变换(FFT)检测传递到负载的RF功率以及该负载的复数阻抗的方法”的美国临时专利申请No.60/643,014的优先权，并且所述美国临时申请通过引用被整体包括。

背景

1.技术领域

所公开的实施方案总地涉及功率和阻抗测量领域。

2.相关技术描述

在典型的RF等离子体发生器方案中，高功率RF源(RF功率发生器(power generator))以已知频率产生RF信号，所述RF信号沿动力管道被提供给等离子体腔。典型地，在RF功率发生器和等离子体腔之间存在严重的阻抗失配。因此，常规地，在RF功率发生器和等离子体腔之间插入阻抗匹配网络。

由于等离子体腔的非线性以及在线路和/或阻抗匹配网络中的损耗，完整的RF信号不能到达等离子腔。因此，常规地，在到等离子体腔的功率输入处采用探测器(probe)来检测RF信号的电压和电流。通过精确地测量电压和电流，使用者可以获得更好的对等离子体品质的指示，以及对硅晶片或等离子体腔中其他器件的蚀刻特性的更好的控制。

已经提出了检测RF波的电压和电流的常规方法。例如，授予Gerrish等人、专利号为RE 38,273的美国再颁专利描述了在到等离子体腔的输入处使用采样探测器来检测等离子体RF电压和电流。电压和电流RF信号与另一信号(例如与主信号相差在0.2KHz到20KHz之间的信号)混合以产生外差信号。随后，使用快速傅立叶变换(FFT)算法来处理该外差信号，以计算电压和电流幅值，以及相关的相角信息。

授予Keane、专利号为5,565,737的美国专利描述了在到等离子体腔的输入处使用混叠采样器探测器(aliasing sampler probe)来检测等离子体RF电压和电流。所述采样器探测器使用具有比RF基频低的采样频率的取样信号。所述采样频率是通过将基频与独立于该基频的混叠频率求和，并且将该和除以一正整数来确定的。

上述方法和系统的一个问题在于，由于RF功率发生器(或其他部件)和等离子体腔之间的阻抗失配，RF功率发生器生成的信号可能严重衰减。当在RF功率发生器的输出和等离子体腔的输入之间使用阻抗匹配网络时发生另一个问题。在这种情况下，由于阻抗匹配网络内的调节，和/或在连接于RF功率发生器的输出和等离子体腔的输入之间的部件和电路中的损耗，传递到等离子体腔的RF功率可能改变。因此，RF功率发生器的输出可能由于RF功率发生器的控制回路(control loop)和阻抗匹配网络的控制回路之间的相互作用而变得不稳定。此外，使用独立于RF基频的混叠频率可能导致不一致的(non-uniform)采样信号。

所提出的其他系统包括在授予Mavretic、专利号为6,046,594的美国专利中描述的以一组谐波频率来测量电源和负载之间的电气特性(例如电流、电压、相位等)以确定关于该负载的信息(例如负载阻抗、功率消耗等)的方法和装置。如该专利中所描述的，第一电路检测电源和负载之间的信号的一组电气特性；第二电路在与所述信号相关联的谐波频率提供代表所述一组电气特性的数据；而第三电路接收所述数据，并且确定关于所述负载在所述谐波频率的信息。然而，这样的系统要求在特定谐波频率进行滤波。虽然这可以提供在该特定谐波频率的信息，但是在基频或在其他谐波频率的信息可能不是使用这样的系统可获得的。

因此，所需要的是用于在这样的位置处对检测到的信号进行采样的方法和系统，即在所述位置处所述信号被紧密地耦合到RF功率发生器的RF输出，并且较少受在RF功率发生器和等离子体腔的输入之间的RF路径中的损耗的影响。

存在对这样的方法和系统的需要，所述方法和系统用于以依赖于被检测信号的基频的采样频率对信号进行采样。

还存在对这样的方法和系统的需要，所述方法和系统用于对被检测信号进行采样，从而从该采样过程中能够获得关于基频以及一个或更多个谐波的信息。

本公开旨在解决一个或更多个上面所列举的问题。

发明内容

在描述本发明的方法、系统和材料之前，应该理解本公开并不限于所描述的特定方法、系统和材料，因为这些可能改变。还应该理解，说明书中所使用的术语仅用于描述特定形式或实施方案的目的，而并不打算限制范围。