CN116830237A - 用于产生rf信号的方法、rf产生器以及等离子设备 - Google Patents

Abstract

一种用于产生优选地用于等离子腔室的RF信号的方法，包括以下步骤：基于第一组控制参数产生输入RF信号；检测至少一个失真RF信号；将所述至少一个失真RF信号与输入RF信号同步，以及；确定目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号之间的差异；如果所述差异大于预定阈值，则基于目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号的比较来确定第二组控制参数；以及基于第二组控制参数产生适配的输入RF信号，使得所述目标RF信号与所述失真RF信号之间的差异减少。

Description

用于产生RF信号的方法、RF产生器以及等离子设备

技术领域

本发明涉及一种用于产生优选地用于等离子设备的等离子腔室的RF(射频)信号的方法、尤其是用于RF产生器的控制器，以及用于产生RF信号用于等离子设备的等离子腔室的这样的RF产生器。进一步地，本发明涉及等离子设备。

背景技术

等离子处理是用于修改材料的表面的非常通用和精确的技术，尤其是在制造半导体芯片中。在整个半导体晶圆工艺中，通常利用射频(RF)功率执行操作的等离子处理工具，多次采用等离子工艺。

在这样的处理系统中，RF功率用于激发气态化合物，以便形成自由电子及离子。根据各种工艺参数，等离子成分并且可被精准地控制，等离子成分也就是离子、电子的数量。

由于传输链中的非线性元件所导致的信号失真是等离子处理的领域中的常见问题。在许多情况中，不需要的失真可能导致信号偏移，该信号偏移削弱应用的正确功能。传输功率的过冲可能甚至导致例如半导体晶圆的进行处理的材料或甚至是使用的硬件严重的故障或重大的损害。

现有技术中已知的用于消除或减少信号失真的解决方案具有需要专用的硬件组件的共同点，以针对特定应用优化频域或时域中的输出特征的特定方面。如果需求显著的改变，则一般可能无法避免硬件变更，而导致成本增加或延长系统的停机时间。

US2019/229684A1描述了一种减少输出谐波的方法，通过本质上使用实际输出信号与该信号的低通滤波版本的差异来修改放大器参数，使得输出信号中的谐波减少。

EP1895654具有类似的解决方案并且使用专用电路用于失真检测、产生失真信号、以及将相关的输出和失真信号作为控制电路的输入。结果是，放大器的功率输出频谱能够用显著减少偏离所需频率的方式改善。

WO2020/069131A1描述了通过滤波器及专用调制方法来减少不需要的杂散谐波的一种方法。

US5381110和US5568105A都利用正交混合匹配衰减器来调制脉冲的衰减时间，以减少RF发射器中的杂散频率。

US5,325,019示出硬件选择(缆线长度的变化；使用可变的电容器)，以影响等离子电压及电流中的谐波。

全部的这些解决方案具有使用专用硬件组件来优化特定应用的输出特征(频域或时域)的特定方面的共通点。如果需求显著地改变，则硬件通常需要改变。

此外，在大部分的现有技术中，由功率放大器及负载之间的例如天线或阻抗匹配网络的组件或例如等离子腔室中的高度非线性等离子燃烧的负载本身所产生的失真被完全无视。

因此，本发明的目的是提出一种灵活的失真补偿，允许RF信号适配应用的需求。

发明内容

上面所提出的问题通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求13所述的控制器、根据权利要求16所述的RF产生器以及根据权利要求18所述的等离子设备来解决。

根据本发明的用于产生优选地用于等离子腔室的RF信号的方法包括下述的步骤：

根据第一组控制参数产生输入RF信号；

检测至少一个失真RF信号；

将该至少一个失真RF信号与输入RF信号同步，以及；

确定目标RF信号与被同步的该至少一个失真RF信号之间的差异；

如果差异大于预定阈值，则基于目标RF信号与被同步的该至少一个失真RF信号的比较来确定第二组控制参数；以及

根据第二组控制参数产生适配的输入RF信号，使得目标RF信号与该失真RF信号之间的差异减少。

因此，在第一步骤中，根据第一组控制参数产生输入RF信号。该输入RF信号例如因非线性元件失真。失真RF信号被检测出来及接着与输入RF信号同步。其中，可检测出一个失真信号或多于一个失真信号。通过同步失真RF信号与输入信号的步骤，因信号传输时间所造成的延迟时间进行补偿，以在时间上匹配失真RF信号与输入RF信号。

从被同步的失真RF信号和目标信号确定出差异，及如果差异大于预定阈值，则根据被同步的失真RF信号与目标信号之间的比较确定第二组控制参数，以确定这些RF信号之间的偏差。因此，仅有在失真RF信号(即失真的输入RF信号)与目标RF信号之间的偏差超过预定阈值时，基于被同步的失真RF信号与目标RF信号的比较，通过提供第二组控制参数，才开始输入RF信号的适配。如果第二组控制参数被确定，则基于第二组控制参数产生适配的输入RF信号，以减少目标RF信号与失真RF信号之间的差异。

根据本发明，失真RF信号在迭代过程中接近目标RF信号，以在等离子腔室中提供可靠的等离子处理。因此，根据目标RF信号的需求的改变，失真的预补偿被应用，以提供输入RF信号，使得失真RF信号近似于目标RF信号，失真RF信号即提供至等离子腔室的RF信号。其中，RF信号可为时域中的RF基频的振幅调制封包(例如脉冲模式)，或频域中的多频谱(例如额外的频率包围的基频、或多个不同的频率)。特别是，目标RF信号为客户所提供的想要的信号，或没有失真的等离子处理的配方，以提供可靠及稳定的等离子条件。输入RF信号为如下面所述的RF产生器所产生的信号，及经由传输链提供至等离子腔室。其中，输入RF信号可为放大的信号，或提供至放大器的RF信号。其中，输入RF信号可能不同于目标RF信号，因为输入RF信号预补偿RF产生器的功率放大器的失真，及从RF产生器至等离子腔室的传输链的失真。此外，失真RF信号为RF产生器的放大器以及RF产生器与等离子腔室之间的传输链所导致失真的信号，失真RF信号作为提供至等离子腔室的RF信号应尽可能在等离子腔室接近目标RF信号，其中目标RF信号与失真RF信号之间的相似性根据预定阈值确定。因此，由于所提供的方法，失真RF信号适配成想要的目标RF信号因为检测失真RF讯信号、将失真RF信号与输入RF信号同步、及根据目标RF信号和失真RF信号的比较来确定出第二组控制参数而能够实现。因此，在不改变硬件的情况下适配等离子体要求变得可行。

优选地，只要差异大于预定阈值时，重复以下步骤：检测至少一个失真RF信号；将该至少一个失真RF信号与输入RF信号同步，以及；确定目标RF信号与被同步的至少一个失真RF信号之间的差异；以及基于目标RF信号与被同步的至少一个失真RF信号的比较来确定第二组控制参数。因此，在分别确定出第二组控制参数之后，产生适配的输入RF信号，及适配的输入RF信号的失真被检测出来。如果从目标RF信号偏差的失真RF信号大于预定阈值，则其他第二组控制参数被确定，以产生其他适配的输入RF信号。这样持续到失真RF信号与目标RF信号之间的偏差足够小，也就是差异低于预定阈值。接着，确保在等离子腔室的RF信号够接近目标RF信号的适配的输入RF信号已经找到。

优选地，至少一个失真RF信号在以下一个或多个处检测出来：RF产生器的输出、阻抗匹配网络的输入、阻抗匹配网络的输出及等离子腔室的输入、和/或等离子腔室中。因此，可使用不同的检测技术及等离子设备中的检测位置，以检测出各失真RF信号。此外，多于一个失真RF信号可检测出来及使用，以确定出第二组控制参数来提供可靠的信号失真的预补偿而通过第二组控制参数减少目标RF信号与失真RF信号之间的差异。

优选地，输入RF信号被修改以包括一个或多个标记，其中将该至少一个失真RF信号与输入RF信号同步包括检测失真RF信号中的标记，及确定出产生输入RF信号的标记与检测失真RF信号中的标记之间的时间延迟。因此，通过标记，将该至少一个失真RF信号和输入RF信号同步的步骤是简化的并且更可靠。其中，不同的传输时间可纳入考虑及包括至同步中，特别是针对在等离子设备中的不同的检测位置。

优选地，输入RF信号在预定时间点被修改，以包括标记。其中，特别是在预定及优选地为相等的时间间隔中重复包括标记。例如，如果RF信号为脉冲模式，则输入RF信号的脉冲模式可在每1至1000个脉冲之后包括一个标记，优选地在每1至100个脉冲之后包括一个标记，及优选地在每1至10个脉冲之后包括一个标记，以提供足够的信息来进行同步。此外，标记可包括于独特的序列中来在尽管因已知的序列导致信号失真的情况下被检测出来。

优选地，标记在输入RF信号的时域中，也就是由输入RF信号的时间偏差所提供。

优选地，如果标记在时域中，则标记具有比RF输入信号的脉冲长度少10％、优选地少5％、及最佳地少1％的时间长度。标记可替代地或额外地具有0.001ms及10ms之间的持续时间，及优选地具有0.01ms及1ms之间的持续时间。因此，标记是短的，并且不显著地影响等离子腔室中的等离子。

优选地，如果标记在时域中，则偏差少于输入RF信号的振幅的10％、优选地少于输入RF信号的振幅的5％、及优选地少于输入RF信号的振幅的1％。因此，输入RF信号的已经相当微小的偏差可使用作为标记，以提供输入RF信号与失真RF信号之间可靠的同步。

优选地，如果标记在时域中，则标记被配置在输入RF信号的关闭期间。特别是，由于来自输入RF信号的微小偏差的标记，在输入RF信号的关闭期间中，标记对等离子腔室中的工艺没有显著的影响。

优选地，如果标记在时域中且配置于输入RF信号的关闭期间，则标记的振幅低于等离子点火阈值。因此，等离子将不会因标记点火或因标记而受到任何影响，以提供稳定及可预测的等离子处理。

优选地，如果标记在时域中，则失真RF信号中的标记在失真信号的频域中检测为频谱中的杂散频率。由于时域中的标记的短持续时间，额外的频率暂时地产生，而可在短期间被检测成频谱中的杂散频率。因此，提出可靠及简易的检测标记的施行方法。

一个或多个标记额外地或可替代地提供于输入RF信号的频域中。

优选地，如果标记位于频域中，则标记为持续的或暂时的输入RF信号的相移，或者为暂时的载体RF信号的频移。

优选地，如果标记在频域中，则标记为输入RF信号的相移，其中相移少于10°、优选地少于5°及优选地少于1°。如果多个RF产生器一起应用于提供功率至等离子，则全部的产生器必须以同步的方式提供可为持续的或暂时的相移。如果仅有多个产生器的其中一个提供相移，则该相移必须在短时间内反转至原来的相位，优选地在少于10ms的时间内，优选地在少于1ms的时间内，及优选地在少于0.1ms的时间内，以避免对其他产生器及等离子产生负面影响。

优选地，输入RF信号包括至少一个标记，其中将至少一个失真RF信号与输入RF信号同步包括检测失真RF信号中的标记，并且确定出产生输入RF信号中的标记与检测该至少一个失真RF信号中的标记之间因时差所造成的延迟，其中标记为等离子点火脉冲或输入RF信号的独特特征。因此，已经存在的输入RF信号的特征可使用来作为同步的标记，而无须增加额外的特征。其中，输入RF信号中的独特特征可简易地辨识，以确定出延迟。

优选地，在补偿RF信号的失真的第一步骤中，也就是开始本方法，第一组控制参数可在输入RF信号等同于目标RF信号时确定。替选地，第一组控制参数通过用于特定设备及特定目标RF信号的查找表提供。在该情况中，作为起始点，第一组控制参数被提供来用于优化，其中根据第一组控制参数的输入RF信号可能已经偏离目标RF信号，以预补偿输入RF信号的失真。因此，基于第一次执行该方法的步骤包括，也就是开始等离子设备和/或例如包括不同的目标RF信号的施行不同的等离子工艺，优化可通过选择第一组控制参数开始，使得输入RF信号等同于目标RF信号来作为起始点。对于已经存在及施行的设备以及已经施行的等离子工艺，也就是目标RF信号，基于目标RF信号的改变，优化可根据查找表所提供的第一组控制参数开始，以在尽管存有失真的情况下实现较快的优化及适配的失真RF信号成目标RF信号。

优选地，如果至少一个失真信号与目标信号之间的差异小于预定阈值，则第二组控制参数被储存于查找表中。接着，第二组控制参数被储存于查找表中，以使用作为后续的优化的起始点。

优选地，第一组控制参数和/或第二组控制参数包括振幅、相位、频率(频谱)以及表示成提供至等离子工艺的RF信号的特征的时间变化的一个或多个。

在本发明的其他方面中，提出一种特别是用于RF产生器的控制器。控制器包括处理单元，优选地建构成数字信号处理单元(DSPU)。输出接口连接于处理单元，以提供多个控制参数至直接数字合成(DDS)核心，其的输出用于驱动RF产生器的功率级。此外，控制器包括信号分析单元，优选地建构成软件定义无线电(SDR)单元，连接于处理单元。输入接口连接于信号分析单元，以接收来自等离子设备中的至少一个传感器的失真RF信号来作为传感器数据。处理单元被配置以提供对应于输入RF信号的第一组控制参数至输出接口。此外，信号分析单元被配置以接收来自输入接口的传感器数据，包括至少一个失真RF信号，及传送信号的振幅适配和/或频谱至处理单元的输入接口。处理单元被配置以将至少一个失真信号与输入信号进行同步。此外，处理单元被配置以确定目标RF信号与至少一个失真信号之间的差异。其中，处理单元被进一步配置，以在如果差异大于预定阈值，则基于目标RF信号及至少一个失真信号的比较来确定对应于适配的输入RF信号的第二组控制参数而提供至输出接口。因此，目标RF信号与失真RF信号之间的差异减少。

优选地，输入接口包括至少一个模拟数字转换器(ADC)，并且优选地包括用于各传感器的一个ADC或多信道ADC的一个信道。

优选地，处理单元和/或DDS核心和/或信号分析单元被建构成现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑装置(CPLD)、特定应用集成电路(ASIC)或系统单芯片(SoC)，其中，处理单元、DDS核心及信号分析单元中的优选地两个或优选地全部是通过一个FPGA、CPLD、ASIC或SoC集成建构。因此，简化处理单元、DDS核心及信号处理单元的应用，及特别是提供更通用的平台，以简易地适配控制器来适用于特定应用。

优选地，输出接口提供控制字符给直接数字合成(DDS)核心。因此，第一组控制参数和/或第二组控制参数特别是通过提供至DDS核心的DDS控制字符来应用。

此外，本发明的目的是提供一种RF产生器，用于产生用于等离子腔室的RF信号。RF产生器包括频率产生单元，优选地建构成直接数字合成(DDS)，以产生至少一个RF信号。

为了产生所述至少一个RF信号，DDS核心连接于数字模拟转换器(DAC)，其可能被重建滤波器跟着。RF信号可为时域中的RF基频的振幅调制封包(例如脉冲模式)，或频域中的多频谱(例如由额外的频率包围的基频)。

此外，在重建滤波器的输出的RF信号接着通过功率放大级放大，以提供RF产生器的输出信号。RF产生器包括放大器，连接于频率产生单元，以放大所述至少一个输入RF信号。其中，放大器连接于RF功率输出，以提供所产生的RF信号至等离子腔室。此外，RF产生器包括如前所述的控制器。

优选地，频率产生单元及控制器通过一个FPGA、CPLD、ASIC或SoC集成建构。

优选地，RF产生器包括多于一个RF功率输出，用于特别是经由阻抗匹配网络提供一个或多个放大的输入信号至等离子腔室。其中，可使用用于所有功率输出的一个通用的DDS核心。尤其是，多于一个DDS核心应用在RF产生器中，及优选地针对各功率输出，个别的DDS核心应用在RF产生器中。

优选地，各DDS核心具有如前所述的通用控制器。或者，多于一个DDS核心或各DDS核心具有个别的如前所述的控制器。

优选地，RF产生器包括多于一个RF功率输出，用于特别是经由阻抗匹配网络提供一个或多个放大的输入RF信号至等离子腔室。其中，针对所有功率输出，可使用一个通用的放大器。特别是，应用多于一个放大器，以及优选地针对各功率输出，应用个别的放大器。

在本发明的其他方面中，提出一种等离子设备，包括RF产生器，用于产生输入RF信号；以及控制器，如前所述的连接于RF产生器。此外，等离子设备包括阻抗匹配网络，其中阻抗匹配网络的输入连接于RF产生器的输出。等离子设备还包括等离子腔室，其中等离子腔室的输入连接于阻抗匹配网络的输出。

优选地，等离子设备包括多于一个RF产生器，用于提供输入信号至等离子腔室，其中各RF产生器具有个别的控制器，或连接于一个控制器来作为通用控制器。替选地，具有个别的控制器的多个RF产生器可从一个主RF产生器同步。

附图说明

附图示出：

图1示出根据本发明的等离子设备的示意图，

图2示出根据本发明的方法的示意图，

图3A示出目标RF信号的示意图，

图3B示出根据本发明的适配的输入RF信号的示意图，

图3C示出图3B的用于输入RF信号的失真RF信号的示意图。

图4示出输入RF信号与失真RF信号之间的比较示意图

图5A至图5C示出根据本发明的在时域中包括标记的输入RF信号的示意图，

图6A示出根据本发明的适配的输入RF信号的频谱示意图，

图6B示出根据本发明的如图6A中所示的用于适配的输入RF信号的输出RF信号的频谱示意图，以及

图7示出根据本发明的等离子设备的详细实施例的示意图。

具体实施方式

参照图1，其示出等离子设备的示意图。等离子设备包括射频(RF)产生器10，产生由传输链所馈入至等离子腔室14中的输入RF信号，以产生等离子于等离子腔室14中来用于等离子处理。

等离子处理为非常通用和精确的技术，以例如通过刻蚀、涂覆或清洗来修改暴露的材料的表面。特别是，在整个晶圆工艺期间，半导体晶圆通过使用等离子处理设备进行多次的涂覆及刻蚀。等离子处理设备一般利用RF功率进行操作。在这样的处理系统中，RF功率用于激发气态化合物，使得自由电子及离子形成。根据多种处理参数，在多种激发状态中的等离子成分及它们的能量可控制在稳定状态以及随时间变化的操作，等离子成分也就是离子、电子、及中性粒子的总量。其中，工艺参数提供于配方中，及可在处理暴露材料的期间改变，暴露材料例如是半导体晶圆等。其中，工艺参数提供作为目标RF信号，用于确定等离子腔室14的内侧的等离子特性。

通常为50Ohm(欧姆)的RF功率产生器10的标准化输出不能直接连接于等离子腔室，因为等离子具有剧烈变化的阻抗。该等离子阻抗确定于它的特殊组成及RF功率等级，及一般具有显著不同于50Ohm的电阻值，及电阻远远地偏离零。因此，应用可变电容及电感的自动的阻抗匹配网络12被使用，以连续地适配RF产生器10的50Ohm的输出，而适配变化的等离子阻抗。然而，像是电容及电感的被动组件可能表现出线性，阻抗匹配网络12可亦使用非线性装置，例如可能导致失真的变压器、二极管、或变容二极管(varactors)。因此，在现有技术中，滤波器或其他硬件组件被应用，以抑制杂散或谐波频率，及减少输入RF信号的失真。然而，如前所述，在用于处理等离子中的材料的特定配方期间，参数可能改变数次，而需要个别地适配的输入RF信号。此外，如果配方改变，则也就是应使用新的工艺参数时，杂散及谐波频率和/或输入RF信号的其他失真的补偿变得具强制性，而导致现有技术中需改变硬件组件的情况，改变硬件组件昂贵且耗费时间。

根据本发明，控制器16用于接收来自分布于等离子设备中的不同传感器的传感器数据，其中输入RF信号的失真以及失真R信号与目标RF信号的偏差被检测出来。因此，通过适配输入RF信号，控制器能够预补偿这些失真，使得在等离子腔室14的失真信号对应于目标RF信号，也就是在传输链后的等离子腔室14的目标RF信号与失真RF信号之间的差异低于预定阈值。其中，输入RF信号的失真因RF产生器的放大级的非线性、匹配网络的非线性、或等离子腔室中的等离子的高度非线性特征所导致。其中，控制器16可在RF产生器10的输出22接收失真RF信号，例如以方向耦合器实现。控制器16可替代地或额外地在阻抗匹配网络12的输入接收RF信号作为失真RF信号，例如以相位及幅度检测器44实现。控制器16可替代地或额外地在阻抗匹配网络12的输出18接收RF信号作为失真RF信号，例如以V-I检测器实现。RF信号的失真可替代地或额外地利用等离子探针20直接在等离子腔室14中的等离子内进行检测，例如以天线、朗缪尔探针、检测射出的等离子光的光学传感器、或其他等离子诊断设备实现。尽管等离子设备中的非线性失真，通过评估这些传感器中的一个或多个所检测的传感器数据，控制器16确定出适配的输入RF信号，及控制RF产生器10产生适配的输入RF信号，适配的输入RF信号包括从RF产生器10至等离子腔室14的传输链中的失真的预补偿，因而在等离子腔室14匹配失真RF信号及配方的想要的目标RF信号。

此外，控制器16可通过匹配控制25控制阻抗匹配网络12，以执行RF产生器10与等离子腔室14之间的阻抗匹配，且通过阻抗匹配网络12影响输入RF信号的失真。因此，控制器16可取得与阻抗匹配过程相关的知识，其可通过控制器16来使用作为传感器数据，以确定出用于预补偿失真的适配的输入RF信号。控制器16可为单独的单元或优选地集成至RF产生器中或集成至匹配网络中。

参照图2，其示出根据本发明的方法的示意图。根据该方法，RF信号产生而用于等离子腔室。

根据步骤S01，输入RF信号根据第一组控制参数产生。其中，优选地，在开始本方法的期间，输入RF信号根据目标RF信号确定。第一组控制参数可通过用于特定设备及特定目标RF信号的查找表提供。输入RF信号被提供至等离子腔室，但因传输链中的非线性元件失真。

根据步骤S02，至少一个失真RF信号在等离子设备中检测出来。其中，一个或多个传感器可应用于等离子设备中，以提供失真RF信号的传感器数据。由此，直接测量失真RF信号并非为必要的。例如通过改变等离子腔室14中的等离子参数等，间接地检测出输入RF失真信号是可行的。

根据步骤S03，该至少一个失真RF信号与输入RF信号同步，由此确定出RF产生器10所产生的输入RF信号与检测位置之间的信号延迟时间。检测位置例如在RF产生器10的输出、在阻抗匹配网络12的输入、在阻抗匹配网络12的输出18、或在等离子腔室14中，但不以这些为限。因此，该至少一个失真RF信号与输入RF信号之间的时间匹配完成。

根据步骤S04，确定目标RF信号与被同步的该至少一个失真RF信号之间的差异。既然目标RF信号与输入RF信号之间因根据步骤S03的至少一个失真RF信号与目标RF信号之间的时间匹配而不存有延迟，确定出目标RF信号与该至少一个失真RF信号的差异可以是有利的。

根据步骤S05，如果目标RF信号与失真RF信号之间的差异大于预定阈值，则第二组控制参数根据目标RF信号与被同步的该至少一个失真RF信号的比较来确定。因此，如果根据步骤S02检测的失真RF信号不够相似于目标RF信号或偏离目标RF信号太多，则第二组控制参数被确定出来。其中，确定第二组控制参数可通过算法来执行，算法例如根据机器学习或人工智能，匹配失真RF信号与目标RF信号之间的差异以适配该组控制参数。

根据步骤S06，基于第二组控制参数，适配的输入RF信号通过RF产生器10产生，使得目标RF信号与失真RF信号之间的差异减少。因此，通过适配的输入RF信号，RF产生器10与等离子腔室14之间的传输链中的失真的预补偿完成，并且非常接近想要的目标信号的RF信号被提供至等离子。

其中，根据目标RF信号与被同步的失真RF信号的比较来确定第二组控制参数可包含算法，例如是利用控制参数的系统性变异的试误法。如果参数值的小变化减少失真，则以相同的方向继续；否则，以另一个方向改变参数。此外，自学习算法可应用于朝向最佳设定进行优化迭代，包括储存失真特征及最佳控制参数于查找表中，而用于类似的情况中。此外，转换函数可从所需及生成的波形分别计算出来，且接着反转换函数可应用于失真输出波形来计算出预失真/预补偿波形给RF产生器。此外，各样本的失真补偿可应用而包括产生各样本/时间点的原始与失真封包值的查找表，及计算出各样本的预补偿封包值。接着，该查找表用于利用RF产生器产生预失真/预补偿波形。此外，可应用样本群的失真补偿。其中，平均值针对适当的样本群进行计算以减少噪声，及查找表通过对个别样本群使用同样的平均值产生而包括各样本/时间点的原始及失真封包值。接着，各样本群的预失真/预补偿封包值被计算，并且该查找表接着利用RF产生器产生预失真/预补偿波形。此外，通过应用算法于频谱中的例如杂散及谐波的个别频率，及利用一个或多个RF产生器产生具有相反相位的相同频率，频域失真补偿可应用，包括以适配的方式应用于频域的上述用于时域校正的算法。

本文中的相反相位表示相移应用到来自RF产生器的信号，使得它结合其他因缆线中的延迟时间导致的相移和/或因传输链中的其他组件导致的相移而在等离子中产生相反相位的RF信号。在该方式中，等离子中的杂散及谐波受到抑制。

频率及相移值可储存于查找表中，并且在其他迭代中优化。其中，可结合一个或多个算法，以根据目标RF信号与失真RF信号之间的比较来确定出第二组控制参数。

根据图2，如果适配的输入RF信号根据第二组控制参数产生，则该方法可根据箭头27以重复步骤S02至S06的方式重复，以产生其他第二组控制参数，直到根据步骤S02检测的失真RF信号与目标RF信号之间的差异低于预定阈值。

如果等离子设备中的RF信号的失真被成功地预补偿，则第二组控制参数可储存于查照表中，并且可使用于相同或类似的设备或相同或类似的目标RF信号的更进一步的优化。其中，第二组控制参数成功地预补偿等离子设备的传输线中的失真被使用来作为起始点，也就是产生初始的输入RF信号的第一组控制参数。在这种情况中，使用来开始根据本发明的方法的初始的输入RF信号可能已经偏离目标RF信号，因为预失真。然而，既然补偿特定的目标RF信号及设备的失真已经完成近似，优化可被加速。

因此，根据本发明，基于改变给定的配方的等离子参数，补偿RF信号的失真可靠及快速完成，而不需要采用特别的硬件来提供可靠及稳定的等离子条件，也就是通过利用特定的功率级的纯频率及稳定频率的等离子来涂覆、刻蚀、清洗或其他适配来暴露的材料。因此，配方改变成其他等离子参数亦可因补偿即将出现的失真而简易地执行。

其中，第一组控制参数和/或第二组控制参数可包括RF信号的振幅、RF信号的相位、频率或频谱和/或时间变化的一个或多个。

由于根据本发明的方法，输入RF信号改变，以在等离子腔室14中达到几乎未失真的目标RF信号。该情况示出于图3A、图3B、及图3C中。参照图3A，其示出提供给等离子腔室的目标RF信号24，而图3B示出适配的输入RF信号26，适配的输入RF信号26根据本发明预失真，以补偿RF产生器10与等离子腔室14之间的传输线中的失真。其中，适配的输入RF信号26改变形状，使得示出于图3C中的失真RF信号28在历经传输线中的信号失真后尽可能符合特定应用的需求而与目标RF信号匹配。参照图3C，在等离子腔室14的失真RF信号28示出而等同于目标RF信号或非常接近目标RF信号，也就是失真RF信号28与想要的目标RF信号之间的差异低于预定阈值。其中，阈值可根据想要的应用特别地改变形状，及可针对例如是清洗等的不敏感的应用而更大，及可针对例如是材料刻蚀和/或沉积的敏感的应用而更小。其中，从图3A、图3B及图3C来看，因为想要的预补偿通过预失真适配的输入RF信号26，适配的输入RF信号26可能已经偏离目标RF信号24明显可见。

为了有助于输入RF信号26与失真RF信号28之间的同步以实现失真RF信号28与目标RF信号的比较，同步通过RF信号中的特定及独特特征执行。通过使用该特定及独特特征，输入RF信号与传输线加强的所测量的失真RF信号之间的时间延迟及因处理传感器信号的其他可能的延迟可确定出来。其中，该独特特征可为等离子点火脉冲，或对具有较低重复率的脉冲应用来说，同步可替代地利用脉冲本身执行。然而，如果脉冲的重复率高，则个别脉冲的分离可能不再可行。参照图4，在实施例中，标记30加到适配的输入RF信号26，而在时间延迟34后在失真RF信号28中作为失真标记32。时间延迟34对应于从RF产生器10至检测出失真RF信号28的位置的适配的输入RF信号26的信号传输时间，及因传输及处理传感器信号的其他可能的延迟。因此，通过适配的输入RF信号26中的标记30与失真RF信号28中的失真标记32之间的时间差异34，可执行同步。在同步之后，失真RF信号28可与目标RF信号26比较，以确定出失真RF信号28与目标RF信号之间的差异。

参照图5A和图5B，不同位置及形式的标记30是可行的，且本发明不限于输入RF信号中的特定位置或形式的标记。其中，标记30短于输入RF信号的脉冲长度，及可具有仅0.001ms至10ms，及优选地0.01ms及1ms之间的长度。也就是说，标记30的持续时间优选地少于10％、优选地少于5％及最佳地少于1％的适配的输入RF信号26的脉冲长度。标记30的振幅额外地或替代地小于适配的输入RF信号26的振幅。其中，标记30可具有少于10％、优选地少于5％及优选地少于1％的输入RF信号的振幅。因此，标记不影响等离子腔室14中所产生的等离子，及仅应用于适配的输入RF信号26中来用于将失真RF信号28与适配的输入RF信号26同步的目的。参照图5A，标记30可位于适配的输入RF信号26的脉冲的顶部上，及可重复成重复的标记30’。标记30的重复可为周期地且优选地在预定和/或固定的时间间隔中包括在输入RF信号中。或者，标记30”可位于适配的输入RF信号26的关闭期间(off-period)中，及可亦周期地为重复的标记30”’。在图5A及图5B的两个情况中避免对产生的等离子造成影响，及特别是在图5B中，标记的振幅低于等离子点火阈值。

参照图5C，其示出为振荡RF信号36的封包的适配的输入RF信号26的示意图，其中标记可建构成快速振荡信号中的相移38。其中相移ΔΦ可为持续的的或暂时的。因此，适配的输入RF信号26与失真RF信号28之间的同步通过检测出相移38来执行。其中，相移可为够小而不足以对等离子、RF产生器、或等离子设备导致负面影响的相移，举例少于10°、优选地少于5°及优选地少于1°。

替选地，在例如少于5％、优选地少于2％、及优选地少于1％的RF载频的范围中，RF载频的暂时偏移对频谱的影响与暂时的相移类似。

参照图6，从RF产生器10至等离子腔室14的传输链中的非线性所导致的失真的预补偿示出于功率的频谱40中。例如，为了抑制杂散频率或较高的谐波，输入RF信号的频谱40可根据图6A通过已经包括额外的频率来进行预失真。然而，在从RF产生器10传输输入RF信号至等离子腔室14期间，频谱因传输链中的非线性元件失真，及特别是因RF产生器的功率放大器、阻抗匹配网络12、或等离子本身而失真。因此，特定频率被抑制，可与先前在适配的输入RF信号的频谱40中增加的频率相关。因此，在等离子腔室，失真信号具有频谱42，而没有杂散或谐波频率，因而根据目标RF信号提供可靠及稳定的等离子。其中，频谱的预补偿及时域中时间RF信号封包的预补偿可替代地或结合地使用，以产生所需的稳定等离子来用于可靠处理暴露的材料。

参照图7，其中相同或类似组件以相同于图1中的附图标记来标注。控制器16产生输入RF信号，输入RF信号通过功率放大器68放大及更传送至阻抗匹配网络12，阻抗匹配网络12包括阻抗匹配电路46。阻抗匹配电路46通过匹配控制25控制，从输入传感器44及输出传感器18接收信息，并且根据输入传感器44及输出传感器18的接收的传感器数据控制阻抗匹配电路。其中，输入传感器44可建构成相位幅度传感器。阻抗匹配网络12连接于等离子处理系统48，等离子处理系统48包括等离子腔室14。来自阻抗匹配网络12的输入传感器44及阻抗匹配网络12的输出传感器18的信息反馈成传感器数据至控制器16。此外，在等离子腔室14中，等离子传感器20被配置而检测等离子条件或等离子参数。等离子传感器可建构成天线、朗缪尔探针、可为检测等离子光的光学传感器、或可为任何等离子诊断设备。等离子传感器20的传感器数据被反馈到控制器16。来自输出传感器18、等离子传感器20、以及输入传感器44的传感器数据接着通过模拟数字转换器(ADC)50、50’、50”数字化，及各使用成失真RF信号。其中，ADC可以多个单一信道ADC、或多信道ADC、或其的组合实现。特别是，在功率放大器68的输出处，方向耦合器22被设置成RF产生器10的输出传感器，亦使用作为传感器来经由ADC 50”’反馈传感器数据。或者，传感器18、20、22、44可包括个别的ADC并且将数字信息传送至控制器16。

通过信号分析单元52结合处理单元54，提供从传感器接收的失真RF信号与输入RF信号之间的同步，信号分析单元52特别是建构成软件定义无线电(SDR)元，处理单元54特别是建构成数字信号处理单元(DSPU)。处理单元54可更接收来自匹配控制25和/或控制器16的处理器的信息，例如是查找表等。此外，控制器16的处理器60可连接于用户接口62，用于交换参数。参数亦提供至处理单元54。通过用户接口62，配方及特别是制成参数可定义及监控。

通过处理单元54，目标RF信号与接收的失真RF信号之间的比较被执行。特别是，通过处理单元54，第一组控制参数根据目标RF信号例如通过储存于控制器16的内存中的查找表来确定。此外，通过处理单元54，第二组控制参数亦根据失真RF信号与目标RF信号之间的比较基于前述的算法来确定。其中，控制参数被提供至频率产生单元56，以产生至少一个或多个输入RF信号。频率产生单元56优选地建构成直接数字合成(DDS)单元。其中，递交参数组可以DDS控制字符执行。频率产生单元56所产生的输入RF信号接着利用数字模拟转换器66从数字转换成模拟，及接着通过功率放大器68放大，数字模拟转换器66后通常跟着重建滤波器。其中，功率放大器68的直流(DC)电压供应器64可亦通过控制器16控制，以改变输入RF信号，输入RF信号对应于传输链中的失真的预补偿。或者，DC电压供应器64可根据配方设定。它的功率等级一般不在脉冲模式操作期间适配。

虽然在图7中的控制器与RF产生器10集成建构，控制器16还可建构成分开的实体及设备。特别是，如果多于一个RF产生器应用于提供多种输入RF信号至等离子腔室14，则各RF产生器10可个别地具有一个控制器16。替选地，通用的控制器16可用于全部组合的RF产生器10。

虽然在图7中仅示出一个功率放大器68，RF产生器10可包括多于一个的功率放大器68及因而还包括多于一个的功率输出，其中这些功率输出中的一个或多个可包括方向耦合器22来作为传感器，用于检测传感器数据，以能够检测出因个别的功率放大器68所造成的输入RF信号的失真。

此外，信号分析单元52、处理单元54、以及频率产生单元56可通过现场可编程门阵列(FPGA)、系统单芯片(SoC)、复杂可编程逻辑装置(CPLD)、或特定应用集成电路(ASIC)优选地整体结合至一个实体58中。一般来说，这些组件被建构成通用平台，以能够补偿等离子设备的传输链中的失真，并且用于不同配方或相同配方中的大量可能的等离子参数。

Claims (19)

1.一种用于产生优选地用于等离子腔室的RF信号的方法，包括以下步骤：

基于第一组控制参数产生输入RF信号；

检测至少一个失真RF信号；

将所述至少一个失真RF信号与所述输入RF信号同步，以及；

确定目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号之间的差异；

如果所述差异大于预定阈值，则基于所述目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号的比较来确定第二组控制参数；以及

基于所述第二组控制参数产生适配的输入RF信号，使得所述目标RF信号与所述失真RF信号之间的所述差异减少。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，只要所述差异大于所述预定阈值，则重复以下步骤：检测至少一个失真RF信号；将所述至少一个失真RF信号与所述输入RF信号同步，以及；确定所述目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号之间的差异；基于所述目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号的所述比较来确定第二组控制参数；以及基于所述第二组控制参数产生适配的输入RF信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个失真RF信号在以下各项中的一个或多个处被检测出：RF产生器的输出、阻抗匹配网络的输入、所述阻抗匹配网络的输出、等离子腔室的输入、以及所述等离子腔室中。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其特征在于，所述输入RF信号被修改以包括标记，其中将所述至少一个失真RF信号与所述输入RF信号同步包括：检测所述失真RF信号中的所述标记，以及通过产生所述输入RF信号中的所述标记与检测所述失真RF信号中的所述标记之间的时差来确定延迟。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述标记在所述输入RF信号的时域中和/或所述输入RF信号的频域中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如果所述标记在所述时域中，则所述标记被布置在所述输入RF信号的关闭期间和/或所述标记的振幅低于所述等离子点火阈值。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，如果所述标记在所述时域中，则所述失真RF信号中的所述标记在所述失真RF信号的所述频域中被检测为频谱中的杂散频率。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述标记在所述频域中，则所述标记为持续的或暂时的所述输入RF信号的相移，和/或为暂时的所述RF信号的载频的频移。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述输入RF信号包括标记，其中将所述至少一个失真RF信号与所述输入RF信号同步包括：检测所述失真RF信号中的所述标记，以及通过产生所述输入RF信号中的所述标记与检测所述失真信号中的所述标记之间的时差所来确定延迟，其中所述标记为等离子点火脉冲或所述输入RF信号的独特特征。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一组控制参数通过用于特定设备和特定目标RF信号的查找表给出。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，如果被同步的所述至少一个失真信号与所述目标信号之间的所述差异小于所述预定阈值，则所述第二组控制参数储存于查找表中。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一组控制参数和/或所述第二组控制参数包括振幅、相位、频率以及时间变化中的一个或多个。

13.一种用于RF产生器的控制器，包括：

处理单元，其优选地为数字信号处理单元DSPU；

输出接口，其连接于所述处理单元，以提供控制参数至频率产生单元；

信号分析单元，优选地为软件定义无线电单元，其连接于所述处理单元；以及

输入接口，其连接于所述信号分析单元并且能够连接于至少一个传感器，以接收来自所述至少一个传感器的至少一个失真RF信号来作为传感器数据；

其中所述处理单元被配置为：将对应于输入RF信号的第一组控制参数提供至所述输出接口；

其中所述信号分析单元被配置为：接收来自所述输入接口的所述传感器数据，所述传感器数据包括至少一个失真RF信号；

其中所述处理单元被配置以同步所述至少一个失真RF信号与所述输入RF信号；

其中所述处理单元进一步被配置为：确定目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号之间的差异；如果所述差异大于预定阈值，则基于所述目标RF信号与被同步的所述至少一个失真RF信号的比较来确定对应于适配的输入RF信号的第二组控制参数；以及将所述第二组控制参数提供至所述输出接口。

14.根据权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述处理单元、和/或所述信号分析单元、和/或所述频率产生单元被建构为FPGA、CPLD、ASIC或SoC，其中所述处理单元及所述信号分析单元优选地通过一个FPGA、CPLD、ASIC或SoC集成建构。

15.根据权利要求13或14所述的控制器，其特征在于，所述输出接口提供直接数字合成(DDS)单元控制字符。

16.一种RF产生器，用于产生用于等离子腔室的RF信号，所述RF产生器包括：

频率产生单元，优选地建构为直接数字合成核心(DDS core)，以产生至少一个输入RF信号；

放大器，其连接于所述频率产生单元，以放大所述至少一个RF信号；以及

根据权利要求13至15的任一项所述的控制器，其连接于所述频率产生单元。

17.根据权利要求16所述的RF产生器，其特征在于，所述频率产生单元和所述控制器，尤其是处理单元和/或所述信号分析单元，由一个FPGA、CPLD、ASIC或SoC集成建构。

18.一种等离子设备，包括：

RF产生器，用于产生输入RF信号；

根据权利要求13至15的任一项所述的控制器，其连接于所述RF产生器；

阻抗匹配网络，其中所述阻抗匹配网络的输入连接于所述RF产生器的输出；以及

等离子腔室，其中所述等离子腔室的输入连接于所述阻抗匹配网络的输出。

19.根据权利要求18所述的等离子设备，其特征在于，多于一个RF产生器分别将输入RF信号提供至所述等离子腔室，其中每个RF产生器优选地连接于一个控制器来作为通用控制。