集成电路制造室中的RF信号参数测量的制作方法

集成电路制造室中的rf信号参数测量
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1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


背景技术：

2.集成电路设备的制造可涉及半导体晶片在半导体处理室中的处理。典型的工艺可涉及沉积，其中半导体结构可例如通过逐层工艺建构在衬底上或上方。典型工艺还可涉及材料从半导体晶片的一些区域的移除(例如蚀刻)。在商业规模制造工艺中，各晶片包含一组半导体设备的许多复制品，且可将许多晶片用于实现所需数量的半导体设备。因此，半导体处理操作的商业可行性至少在一些程度上可取决于工艺条件的晶片内均匀性以及取决于工艺条件的晶片间可重复性。因此，致力于确保半导体处理室中受处理的给定晶片的各部分、以及各晶片经历严密控制的工艺条件。工艺条件上的变化可能导致沉积以及蚀刻速率上的不期望变化，其因此可能导致整体制造程序上的无法接受的变化。如此变化可能使电路性能劣化，其因此可能导致使用集成电路的较高阶系统的性能上不可接受的变化。因此，监测具有增加的粒度的半导体工艺的技术、以及在制造期间对工艺变量进行细微调整的能力持续成为活跃的调查区域。
3.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

4.在一实施方案中，使用一种装置来估计射频(rf)信号的参数，所述rf信号被耦合至集成电路制造室。所述装置可包含配置成提供rf信号的电压的指示的电压传感器。所述装置还包含被配置成提供由rf信号传导的电流的指示的电流传感器。所述装置还包含耦合至电压传感器的输出端口以及耦合至电流传感器的输出端口的模拟至数字转换器，所述模拟至数字转换器被配置成提供rf信号的瞬时电压和瞬时电流的数字表示。所述装置还包含一个或更多个处理器，其配置成将瞬时电压的数字表示和瞬时电流的数字表示转换成对应于rf信号电压的复变电压的频域表示、以及转换成对应于rf信号电流的复变电流的频域表示。所述一个或更多个处理器额外配置成结合复变电压和复变电流的频域表示。
5.在其他实施方案中，装置的一个或更多个处理器被配置成执行rf信号的瞬时电压的数字表示以及rf信号的瞬时电流的数字表示的快速傅立叶变换(fft)。在另一实施方案中，装置的电压传感器包含电容性电压传感器。在另一实施方案中，电流传感器包含电感性电流变流器。在一实施方案中，模拟至数字转换模块被配置成应用连续逼近技术。在另一实施方案中，rf信号由rf功率产生器提供，所述rf功率产生器提供至少2个频率分量。在一实施方案中，所述至少2个频率分量包含具有约400khz的频率的第一分量以及具有约
13.56mhz的频率的第二分量。在一实施方案中，装置的一个或更多个处理器额外配置成施加一个或更多个校准系数至复变电压的频域表示，并施加一个或更多个校准系数至复变电流的频域表示。在一实施方案中，一个或更多个处理器额外配置成合计复变电压和复变电流，以形成均方根电压和rms电流。在一实施方案中，装置不包括分压器。在一实施方案中，装置不包括峰值检测器。在一实施方案中，装置不包括缓冲放大器。在一实施方案中，将复变电压和复变电流的频域表示结合，以获取输送至处理站的实际功率。在一实施方案中，将复变电压和复变电流的频域表示结合，以获取处理站处的功率因子。
6.在另一实施方案中，装置可适配成或配置成估计耦合至集成电路制造室的站的射频(rf)功率。所述装置可以包含配置成提供rf信号的电压的指示的电压传感器。所述装置还包含配置成提供rf信号所传导的电流的指示的电流传感器。所述装置还包含耦合至电压传感器的输出端口和耦合至电流传感器的输出端口的模拟至数字转换器，所述模拟至数字转换器被配置成提供rf信号的瞬时电压和瞬时电流的数字表示。所述装置可包含一个或更多个处理器，其被配置成获取rf信号的瞬时电压的数字表示以及rf信号所传导的瞬时电流的数字表示。所述一个或更多个处理器可以将所获取的rf信号的瞬时电压的数字表示和所获取的rf信号的瞬时电流的数字表示转换成对应于rf信号的电压的复变电压的频域表示以及转换成对应于由rf信号传导的电流的复变电流的频域表示。在一实施方案中，所述装置额外配置成结合rf信号的复变电压以及rf信号的复变电流。
7.在一实施方案中，装置的一个或更多个处理器被配置成利用快速傅立叶转换将所获取的rf信号的瞬时电压和由rf信号传导的瞬时电流的数字表示进行转换。在一实施方案中，装置的一个或更多个处理器额外配置成施加一个或更多个校准系数至rf信号的复变电压和由rf信号传导的复变电流。在一实施方案中，装置的一个或更多个处理器额外配置成合计rf信号的复变电压和rf信号的复变电流，以形成均方根电压和均方根电流。在一实施方案中，装置的一个或更多个处理器额外被配置成使用rf信号的复变电压和rf信号的复变电流，以获取输送至集成电路制造室的站的功率。在一实施方案中，装置的一个或更多个处理器额外配置成使用rf信号的复变电压和rf信号的复变电流，以获取所输送的功率比集成电路制造室的所述站处的前向功率的比例。在一实施方案中，所述装置不包括缓冲放大器。
8.在一实施方案中，集成电路制造室包含被配置成将rf信号耦合至集成电路制造室的射频(rf)信号产生器。集成电路制造室还包含被配置成感测rf信号的电压的第一传感器。集成电路制造室还包含被配置成感测经由rf信号传导的电流的第二传感器。集成电路制造室还包含耦合至第一传感器的输出端口以及耦合至第二传感器的输出端口的一个或更多个模拟至数字转换器，所述一个或更多个模拟至数字转换器被配置成将所感测的电压和电流转换成数字表示。集成电路制造室还包含一个或更多个处理器，其被配置成将数字表示转换成rf信号的复变电压的频域表示、以及将数字表示转换成通过rf信号传导的复变电流的频域表示，所述一个或更多个处理器额外配置成结合rf信号的复变电压及rf信号的复变电流。
9.在一实施方案中，集成电路制造室被配置成执行rf信号的瞬时电压的数字表示和通过rf信号传导的瞬时电流的数字表示的快速传立叶转换。在一实施方案中，集成电路制造室的rf信号产生器被配置成提供两个或更多个频率分量至集成电路制造室。在一实施方案中，集成电路制造室接收两个或更多个频率分量，所述两个或更多个频率分量包含低于
约2mhz的信号、高于约2mhz的信号。在一实施方案中，集成电路制造室包含两个或更多个处理站。在一实施方案中，集成电路制造室包含4个处理站。在一实施方案中，集成电路制造室不包括峰值检测器。在一实施方案中，集成电路制造室不包括缓冲放大器。
10.在一些实施方案中，将装置用于估计耦合至集成电路制造室的rf信号的参数。所述装置可以包含配置成提供rf信号的电压的指示的电压传感器。所述装置可以包含被配置成提供rf信号所传导的电流的指示的电流传感器。所述装置可以包含模拟至数字转换器，其被配置成接收来自电压传感器和电流传感器的输出，且配置成基于来自电压传感器和电流传感器的输入，提供rf信号的电压和rf信号所传导的电流的数字表示。所述装置可包含一个或更多个处理器，其被配置成基于rf信号的电压和电流的数字表示确定：关联于电压的数字表示的峰值电压、关联于电流的数字表示的峰值电流、以及关联于rf信号的功率特性。
11.在一实施方案中，所述一个或更多个处理器更配置成确定关联于所述电压及所述电流的数字表示的相位。在一实施方案中，所述功率特性基于所确定的所述相位。
12.在一实施方案中，所述一个或更多个处理器还被配置成基于所述峰值电压和所述峰值电流确定阻抗。
13.在一实施方案中，所述装置还可以包含：包含所述电压传感器的多个电压传感器、以及关联于所述电流传感器的多个电流传感器。所述装置可以包含多路复用器。所述多路复用器可以被配置成：选定所述多个电压传感器的电压传感器和所述多个电流传感器的电流传感器；以及将选定的所述电压传感器和选定的所述电流传感器的输出提供至所述模拟至数位转换器。
14.在一实施方案中，所述电压传感器包含电容性电压传感器。
15.在一实施方案中，所述电流传感器包含电感性变流器。
16.在一实施方案中，所述rf信号通过提供至少2个频率分量的rf功率产生器来提供。在另一实施方案中，所述rf信号通过提供一个频率分量的rf功率产生器来提供。
17.在一实施方案中，所述一个或更多个处理器包含现场可编程门阵列(fpga)。
18.在一实施方案中，所述数字表示处于通常大于约100mhz的采样率下。
19.在一实施方案中，所述功率特性包含功率因子。
20.在一实施方案中，所述一个或更多个处理器还被配置成经由序列通信协议、经由以太网络、或经由另一数字通信协议来连通数据。
21.在一实施方案中，所述一个或更多个处理器还被配置成提供输出至以太网控制自动化技术(ethercat)系统。在一实施方案中，所述ethercat系统被配置成提供指令至匹配网络或其他rf分配系统中的一个或更多个元件。
22.在一实施方案中，所述一个或更多个处理器被配置成：1)提供校准系数至所述电压传感器以储存在关联于所述电压传感器的存储器中；或2)提供校准系数至所述电流传感器以储存在关联于所述电流传感器的存储器中。在一实施方案中，所述校准系数针对多个rf信号频率来确定。在一实施方案中，所述校准系数使用模块化校准方法确定，所述模块化校准方法包含：确定将所述电压传感器和所述电流传感器电气耦合至所述模拟至数字转换器的一个或更多个缆线的效应；或者确定经由所述一个或更多个缆线从所述电压传感器及所述电流传感器接收输出的控制器的效应。在一实施方案中，所述校准系数使用端对端校
准方法来确定，所述端对端校准方法包含确定将所述一个或更多个处理器的输出关联于所述rf信号的特性的转换函数。
23.在一实施方案中，1)所述电压传感器被配置成提供识别信息至所述一个或更多个处理器；或2)所述电流传感器被配置成提供识别信息至所述一个或更多个处理器。在一实施方案中，所述识别信息包含所述校准系数。在一实施方案中，1)所述电压传感器被配置成在系统功率开启时间或系统重设时间提供识别信息至所述一个或更多个处理器；或2)所述电流传感器被配置成在所述系统功率开启时间或所述系统重设时间提供识别信息至所述一个或更多个处理器。
24.在一实施方案中，一个或更多个处理器还被配置成确定电压的复变表示及电流的复变表示，其中峰值电压基于电压的复变表示而确定，且其中峰值电流基于电流的复变表示而确定。在一实施方案中，电压的复变表示通过混合电压的数字表示与关联于rf信号的余弦和正弦波形而确定，且其中电流信号的复变表示通过混合电流的数字表示与关联于rf信号的余弦及正弦波形而确定。在一实施方案中，关联于rf信号的余弦和正弦波形由作用为本地振荡器的数值控制振荡器(nco)产生。在一实施方案中，一个或更多个处理器还被配置成确定rf信号的频率的估计值，且其中rf信号的频率的估计值用于产生关联于rf信号的余弦和正弦波形。在一实施方案中，一个或更多个处理器还被配置成：确定电压的数字表示的相位或电流的数字表示的相位，其中频率估计值基于电压的数字表示的相位或电流的数字表示的相位来确定。在一实施方案中，频率估计值为电压的数字表示的相位的导数，或为电流的数字表示的相位的导数。在一实施方案中，一个或更多个处理器还被配置成响应于确定频率的目前估计值与频率的前一估计值之间的差超出预定阈值来抑制使用电压传感器的输出和/或使用电流传感器的输出。在一实施方案中，一个或更多个处理器还被配置成将电压的复变表示降采样以及将电流的复变表示降采样。在一实施方案中，一个或更多个处理器被配置成使用抽取滤波器将电压的复变表示降采样以及将电流的复变表示降采样。
25.在一些实施方案中，使用一种方法来识别关联于处理室的异常情况。所述方法包含获取一个或更多个触发事件的指示。所述方法还包含检测一个或更多个触发事件中的触发事件的发生。所述方法还包含响应于检测一个或更多个触发事件的发生，获取以下至少一者的样本：来自电压传感器的rf电压信号、或来自电流传感器的rf电流信号的样本。所述方法还包含确定rf电压信号的样本的频域表示或rf电流信号的样本的频域表示。所述方法还包含识别频域表示中的异常。所述方法还包含致使异常的指示储存在记录表中。
26.在一实施方案中，所述一个或更多个触发事件包含以下至少一者：rf信号产生器的功率开启、工艺条件中的改变、由所述电压传感器测量的电压超出电压阈值、或由所述电流传感器测量的电流超出电流阈值。
27.在一实施方案中，确定所述频域表示包含确定所述rf电压信号的样本或所述rf电流信号的样本的快速傅立叶变换(fft)。
28.在一实施方案中，所述样本是在所述触发事件的检测后维持预定时间段而获得。在一实施方案中，所述预定时间段是在约10毫秒-1秒的范围内。
29.在一实施方案中，所述频域表示中的所述异常包含频带中的过多能量。在一实施方案中，所述频带包含由rf信号产生器产生中的rf信号的谐波。
附图说明
30.图1a根据多种实施方案，显示了利用任何数量的工艺在半导体衬底上或上方沉积或蚀刻膜的衬底处理装置。
31.图1b描绘了多站处理工具的实施方案的示意图。
32.图2为根据一实施方案显示了涉及制造室以及rf信号产生以及测量部件的电路示意图。
33.图3为根据一实施方案显示rf信号电流以及电压参数的测量中所涉及的程序图。
34.图4为根据一实施方案的rf信号参数测量方法的流程图。
35.图5为根据一实施方案的调适成或配置成测量rf信号参数的装置的示意图。
36.图6为根据一实施方案的在集成电路制造室中测量rf信号参数的方法的流程图。
37.图7为根据一实施方案显示关联于多个电压和电流传感器的rf信号电流以及电压参数的测量用系统的部件的框图。
38.图8为根据一实施方案显示rf信号电流及电压参数的测量用系统的部件的框图。
39.图9为根据一实施方案显示用于将rf电流信号以及rf电压信号降频转换的部件的框图。
40.图10为根据一实施方案显示用于将rf电流信号以及rf电压信号滤波并降低采样频率的部件的框图。
41.图11为根据一实施方案显示用于确定rf电流信号以及rf电压信号的幅值以及相位信息的部件的框图。
42.图12为根据一实施方案显示用于确定rf电流信号及rf电压信号的幅值、相位、及功率特性的程序的框图。
43.图13为根据一实施方案的确定rf电流及rf电压信号的幅值、相位、以及功率特性的流程图。
44.图14a及14b为根据一实施方案显示在校准用于确定rf电流及rf电压信号的幅值、相位、及功率特性的系统上的兴趣点的示意图。
45.图15a及15b为根据一实施方案显示了用于确定rf电流及rf电压信号的幅值、相位以及功率特性的系统的校准方法的流程图。
46.图16为根据一实施方案使用rf电流及电压信号的频域表示的方法流程图。
具体实施方式
47.在例如关于等离子体增强或等离子体辅助集成电路制造程序的实施方案的特定实施方案中，可使用一或更多高功率rf信号来形成离子化等离子体材料。离子化等离子体材料的形成可使前体气体得以经历适当的化学反应，其导致半导体材料沉积于受处理晶片或从受处理晶片移除。因此，例如rf电压、rf电流、以及rf电流与电压间的相位关系的rf信号参数的准确判断可有助于确定例如所输送的rf功率、反射的rf功率，其可用于实行对于多种半导体工艺的控制。这样的工艺可包含半导体材料在衬底上或上方的沉积、以及晶片上的一或更多位置处的材料的移除(例如蚀刻)。例如，在一些等离子体介导的半导体工艺中，对于rf信号参数的准确控制可容许对于材料沉积或移除速率、晶片范围的沉积或蚀刻均匀性、所沉积材料引入的应力等等的控制。
48.在其中多个半导体晶片同时经历沉积或蚀刻工艺的多站集成电路的制造室中，等离子体的形成中使用的rf信号参数的测量可增进多站制造室的多种站之间的工艺均匀性。在这样的处理环境中，响应于对单个站的输入阻抗造成改变的制造室的单个站内的条件，可调整rf匹配网络的分量值，以减少耦合至单个站的rf功率上的变化。如此阻抗匹配网络的分量值的精确调整可实现特定量功率耦合至制造室中，同时使从制造室反射的功率减至最小。因此，在多站制造室内进行的半导体工艺可在更大准确性的情况下执行，其因此可导致利用制造室形成的设备的更低缺陷比例和更高产能。
49.在一些实施方案中，来自rf功率产生器的信号的参数的准确确定可容许将可能倾向于导致集成电路制造室的不期望或异常操作的电流和电压波形特性化。例如，在一些情况中，如果耦合至多站制造室的处理站的rf功率超过阈值水平，可能发生异常等离子体事件(例如电弧形成)。在一些情形中，这种事件可导致不期望的气体化合物的形成，其可能阻碍半导体工艺。在一些情形中，异常等离子体事件(例如电弧形成)可能损毁受处理的半导体晶片，其可能迫使处理站外的受影响晶片需要进行检查。在一些其他情况中，如果耦合至处理站的rf功率降至低于阈值电平，等离子体形成可能劣化或完全熄灭。在一些情形中，离子化等离子体材料的熄灭可能导致沉积速率上的不平衡发生在多站制造室的站处。因此，至少在一些情形中，响应于等离子体在处理站处的熄灭，处理站可能需要经历等离子体重启操作。这样的等离子体重启或重新点燃操作可能延迟制造程序(例如材料沉积、材料蚀刻等等)。
50.在特定情形中，耦合至制造室的rf信号的功率的准确测量可额外影响在多站制造室的其他处理站处进行的操作。例如，如果来自rf功率产生器的功率在两个或更多处理站之间分布，耦合至第一处理站的rf功率上的增加可能导致耦合至一个或更多个其他处理站的功率上的相应减少。在一些情形中，响应于耦合至多站制造室的第一站的功率上的增加，通往制造室的第二站的功率可能下降低于阈值量，其可能导致第二站中的等离子体熄灭。在这样的情形中，如先前提及的，第二站处的制造程序可能耗费更长的时间段，其可能增加成本、减少对于其他处理操作的设施可用性、和/或降低所沉积的膜的品质。在一些情形中，等离子体熄灭的过度发生可能导致需要额外处理和/或计量来确定所制造的晶片的质量是否已受负面影响。
51.特定实施方案可表示对于测量或估计从等离子体辅助/等离子体增强制造程序中使用的rf信号耦合的功率的替代方法的改善。例如，在如此替代方法的一者或更多者中，rf信号的功率可利用采取电压分配、尖峰检测、和/或使用缓冲放大器的技术进行估计。因此，尤其是相关于使用尖峰检测，这样的替代方法可能造成存在于rf信号中的电流和电压的不准确测量。这样的不准确性可能使rf信号的功率的计算失真，其因此导致rf信号产生器的功率输出上毫无根据的增加/减少。耦合至多站制造室的多个站的rf功率上如此毫无根据的增加/减少可能在制造室的多个站处进行的工艺上导致不期望和/或非生产性的变化。这种变化可能影响所制造的集成电路晶片的质量和成本、阻碍处理操作、并且导致额外的不期望后果。本文的一些实施方案不使用电压分配、尖峰检测、和/或缓冲放大器。本文的一些实施方案使用从输送功率(例如rf功率)至等离子体反应器的传感器取得的整体电流和电压信号(例如全波信号)。在一些情形中，这些信号是在等离子体反应器中利用通过施加多个射频而产生的等离子体而获得。
52.一些实施方案可结合一些晶片制造工艺一起使用，例如多种等离子体增强原子层沉积(ald)工艺、多种等离子体增强化学气相沉积(cvd)工艺、或可在单一沉积工艺期间动态地使用。在一些实施方案中，具有多个输出端口的rf功率产生器可以在任何信号频率下使用，例如在约300khz与约60mhz之间的频率下，其可包含约400khz、约1mhz、约2mhz、约13.56mhz、和/或约27.12mhz。然而，在其他实施方案中，具有多个输出端口的rf功率产生器可在任何信号频率下操作，其可以包含例如约50khz与约300khz之间的相对低的频率、以及例如约60mhz与约100mhz之间的频率的较高信号频率。
53.应注意，虽然本文所述特定实施方案可显示和/或描述具有4(四)个处理站的多站半导体制造室，但实施方案意图包含具有或使用任何数量的处理站的多站集成电路制造室。因此，在一些实施方案中，可以将具有多个输出端口的rf功率产生器的单个输出端口指派至具有例如2个处理站或3个处理站的多站制造室的处理站。在其他实施方案中，可以将具有多个输出端口的rf功率产生器的单个输出端口指派至具有更大数量的处理站(例如5个处理站、6个处理站、8个处理站、10个处理站、或任何其他数量的处理站)的多站制造室的处理站。进一步而言，本公开内容的实施方案适用于仅具有单一处理站的室。此外，虽然本文所述的特定实施方案可显示和/或描述使用单一相对低频率的rf信号(例如约300khz与约2mhz之间的频率)以及单一相对高频率的rf信号(例如约2mhz与约100mhz之间的频率)，但所公开的实施方案意图包含使用低于约2mhz的任何数字的频率以及高于约2mhz的任何数字的频率。
54.现参考附图，图1a根据多种实施方案，显示利用任何数量的工艺在半导体衬底上或上方沉积膜的衬底处理装置100。图1a的处理装置100可以使用在内部容积中具有单一衬底保持器108(例如基座)的处理室的单一处理站102，该内部容积可通过真空泵118维持在真空下。可流体耦合至处理室的喷头106以及气体输送系统101可容许例如膜前体以及载体和/或清扫和/或工艺气体、第二反应物等的输送。处理室内等离子体的产生所使用的设施亦显示于图1a。示意性显示于图1a中的装置可调整为用于执行尤其是等离子体增强cvd。
55.在图1a中，气体输送系统101包含混合容器104以供混合和/或调节输送至喷头106的工艺气体。一或更多个混合容器入口阀120可控制工艺气体向混合容器104的导入。特定反应物可在汽化及后续的输送至处理室的处理站102之前以液体形式储存。图1a的实施方案包含汽化点103以供使待供应至混合容器104的液体反应物汽化。在一些实施方案中，汽化点103可包含加热液体喷射模块。在一些其他实施方案中，汽化点103可包含加热汽化器。在还有的其他实施方案中，可从处理站将汽化点103去除。在一些实施方案中，可设置汽化点103上游的液体流控制器，以供控制用于汽化及输送至处理站102的液体的质量流量。
56.喷头106可操作成在处理站朝衬底112分配工艺气体和/或反应物(例如膜前体)，该工艺气体和/或反应物的流动可由喷头上游的一个或更多个阀(例如阀120、120a、105)控制。在图1a所描绘的实施方案中，衬底112被描绘为位于喷头106下方，且显示为安置于基座108上。喷头106可以包含任何合适形状，且可包含任何合适数量及配置的端口以供分配工艺气体至衬底112。在涉及两个或更多个站的一些实施方案中，气体输送系统101包含喷头上游的阀或其他流动控制结构，其可独立控制工艺气体和/或反应物通往各站的流动，以容许气体流向一站同时禁止气体流向第二站。此外，气体输送系统101可被配置成独立控制输送至多站装置中各站的工艺气体和/或反应物，使得提供至不同站的气体组成不同；例如，
气体成分的分压可同时在多站之间不同。
57.在图1a的实施方案中，气体容积107被描绘为位于喷头106下方。在一些实施方案中，基座108可升高或降低以使衬底112暴露于气体容积107和/或改变气体容积107的尺寸。任选地，基座108可以在沉积工艺的多个部分期间降低和/或升高，以调节气体容积107内的工艺压力、反应物浓度等等。喷头106和基座108被描绘为电气耦合至rf信号产生器114和匹配网络116，以用于将功率耦合至等离子体产生器。因此，喷头106可作用为用于将射频功率耦合至处理站102中的电极。在一些实施方案中，等离子体能量通过控制处理站压力、气体浓度、rf信号产生器的功率输出等等的一或更多者而进行控制(例如经由具有合适的机器可读指令和/或控制逻辑的系统控制器)。例如，rf信号产生器114以及匹配网路116可以在任何合适的rf功率电平下操作，该rf功率电平可操作以形成具有期望的自由基物种组成的等离子体。此外，rf信号产生器114可提供具有多于一个频率分量的rf功率，例如低频分量(例如少于约2mhz)和高频分量(例如大于约2mhz)。
58.在一些实现方案中，等离子体点燃和维持条件利用系统控制器中的适当的硬件和/或适当的机器可读指令进行控制，该系统控制器可以经由一系列输入/输出控制指令来提供控制指令。在一个示例中，用于引起点燃或维持等离子体的指令是以处理配方的等离子体活化部分的形式提供。在某些情况下，处理配方可以顺序排列，以可以同时执行用于该处理的至少一些指令。在一些实现方案中，用于设定一个或多个等离子体参数的指令可以被包括在等离子体点燃处理之前的配方中。例如，第一配方可以包括用于设定惰性气体(例如，氦)和/或反应气体的流率的指令、用于将等离子体产生器设定至功率设定点的指令、以及用于第一配方的时间延迟指令。后续的第二配方可以包括用于启用等离子体产生器的指令和用于第二配方的时间延迟指令。第三配方可以包括用于禁用等离子体产生器的指令和用于第三配方的时间延迟指令。应理解的是，在本公开内容的范围内，可以以任何合适的方式进一步细分和/或迭代这些配方。在一些沉积处理中，等离子体点燃的持续时间可以对应于几秒的持续时间，例如从约3秒到约15秒，或者可以涉及更长的持续时间，例如高达约30秒的持续时间。在此处所述的某些实现方案中，可以在处理循环期间施加短得多的等离子体点燃。这样的等离子体点燃持续时间可以在小于约50毫秒的数量级，在特定示例中利用约25毫秒。
59.为了简化，处理装置100是在图1a中描绘为用于维持低压环境的处理室的独立站(102)。然而，应理解，多个处理站可包含在多站处理工具环境中，例如图1b中所示的，其描绘多站处理工具的实施方案的示意图。处理工具150使用集成电路制造室165，其包含多个制造处理站，这些处理站可各自用于执行保持于特定处理站处的晶片保持器(例如图1a的基座108)中的衬底上的处理操作。在图1b的实施方案中，集成电路制造室165被显示为具有四个处理站151、152、153、以及154。然而，在一些其他实施方案中，多站处理装置可具有更多或更少的处理站，取决于实施方案且例如并行晶片处理的期望程度、尺寸/空间限制、成本限制等。图1b额外显示衬底搬运机械手175，其可以在系统控制器190的控制下操作，且被配置成从装载端口180自晶片盒(图1b中未显示)移动衬底并进入多站集成电路制造室165以及至处理站151、152、153和154中的一者上。
60.图1b还描绘了用于控制处理工具150的工艺条件及硬件状态的系统控制器190的实施方案。系统控制器190可包含一个或更多个存储器设备、一个或更多个大量储存设备、
以及一个或更多个处理器。一个或更多个处理器可包含中央处理单元、模拟和/或数字输入/输出连接、步进马达控制器板等。在一些实施方案中，系统控制器190控制处理工具150的所有活动。系统控制器190执行储存于大量储存设备中的系统控制软件，该系统控制软件可被加载至存储器设备中，且由系统控制器的处理器执行。待由系统控制器190的处理器执行的软件可包含用于控制处理工具150所执行的特定工艺的时序、气体混合、制造室和/或站压力、制造室和/或站温度、晶片温度、衬底基座、卡盘和/或基座位置、一个或更多个衬底上执行的循环数、以及其他参数的指令。这些经编程的工艺可包含多种类型的工艺，包括但不限于：有关确定室内的表面上的累积量的工艺、有关衬底上的膜沉积(包含循环数、确定及获得补偿循环数)的工艺、以及有关清洁室的工艺。可由系统控制器190的一个或更多个处理器执行的系统控制软件可以任何合适方式进行配置。例如，可编写多种处理工具组件子程序或控制对象来控制执行多种工具工艺所必须的处理工具组件的操作。
61.在一些实施方案中，用于通过系统控制器190的处理器执行的软件可以包括用于控制上述各种参数的输入/输出控制序列指令。例如，衬底的沉积的各个阶段和沉积循环可以包括一个或多个指令以由系统控制器190执行。用于设定ald/cfd沉积处理阶段的处理条件的指令可以包括在相应的ald/cfd沉积配方阶段中。在一些实施方案中，配方阶段可顺序地进行配置，使得用于一处理阶段的所有指令系与该处理阶段同时执行。
62.在一些实施方案中，可以采用存储在系统控制器190的大容量存储设备和/或系统控制器190可访问的存储器设备上的其他计算机软件和/或程序。为此目的的程序或程序片段的示例包括衬底定位程序、处理气体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序、以及等离子体控制程序。衬底定位程序可以包括用于处理工具部件的程序代码，用于将衬底装载到(图1a的)基座108上以及控制衬底与处理工具150的其他部件之间的间隔。定位程序可以包括用于根据需要适当地将衬底移入和移出反应室以在衬底上沉积膜和清洁该室的指令。
63.处理气体控制程序可以包括用于以下操作的代码：控制气体成分和流率以及用于在沉积之前使气体流入一个或多个处理站中以使在处理站之中的压力稳定。在一些实施方案中，处理气体控制程序包括用于在反应室中的衬底上形成膜期间引入气体的指令。这可以包括针对批量衬底内的一个或多个衬底以不同数量的循环引入气体。压力控制程序可以包括用于以下操作的代码：通过调节例如处理站的排气系统中的节流阀、流入处理站的气流等等，控制在处理站中的压力。压力控制程序可以包括用于以下操作的指令：在该批量的处理期间在一个或多个衬底上的不同数量循环的沉积期间维持相同的压力。
64.加热器控制程序可以包括用于控制对用于加热衬底的加热单元110的电流的代码。替代地，加热器控制程序可以控制传热气体(例如，氦气)向衬底的输送。
65.在一些实施方案中，可以存在与系统控制器190相关联的用户接口。该用户接口可以包括显示屏幕，装置和/或处理条件的图形软件显示器，以及诸如指向设备、键盘、触控屏幕、麦克风等等用户输入设备。
66.在一些实施方案中，由系统控制器190调整的参数可以涉及处理条件。非限制性示例包括处理气体成分和流率、温度、压力、等离子体条件等等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，该配方可以利用用户接口输入。针对整批衬底的配方可以包括针对该批次内的一个或多个衬底的补偿循环计数，以便考虑处理该批次过程中的厚度趋势。
67.用于监测处理的信号可以通过来自各种处理工具传感器的系统控制器190的模拟
和/或数字输入连接来提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具150的模拟和/或数字输出连接来输出。可以受到监测的处理工具传感器的非限制性示例包括质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶等等。还可以包括传感器，用于监测和确定室内部的一个或多个表面上的堆积量、和/或在室中于衬底上的材料层的厚度。经适当编程的反馈和控制算法可以对来自这些传感器的数据进行使用，以维持处理条件。
68.系统控制器190可以提供用于实现上述沉积处理的程序指令。程式指令可以控制各种处理参数，例如dc功率电平、压力、温度、针对衬底的循环次数、在室内部的至少一个表面上的堆积量等等。这种指令可以控制参数以根据此处所述的各种实施方案而操作膜堆叠件的原位沉积。
69.例如，系统控制器可以包括控制逻辑，其用于执行此处描述的技术，诸如确定当前在沉积室内部的至少一个内部区域上的累积沉积材料的量，将在(a)中确定的所累积的沉积材料的量、或从中得出的参数应用于在(i)达成目标沉积厚度所需的ald循环数量、与(ii)代表累积沉积材料的量的变量之间的关系，以获得基于当前在沉积室内部的内部区域上的累积的沉积材料的量的用于产生目标沉积厚度的ald循环的补偿数量，并在该批衬底中的一个或多个衬底上执行该补偿数量的ald循环。该系统还可以包括控制逻辑，其用于确定室中的累积量已经达到累积极限，并且响应于该确定而停止该批衬底的处理，并且用于引起对室内部的清洁。
70.除了以上指出的由图1b的系统控制器190执行的功能和/或操作外，控制器可额外控制和/或管理rf信号产生器114的操作。rf信号产生器114可提供可被传送至rf信号分配单元195的输出信号，该rf信号分配单元195可将输入信号的功率分成例如4个输出信号。来自rf信号分配单元195的输出信号可呈现类似电平的rf电压及rf电流，这些rf电压和rf电流可经由输入端口167传送至多站集成电路制造室165。在一些实施方案中，如本文所进一步描述的，通过系统控制器190所控制的操作可相关于确定待输送至集成电路制造室165的rf信号功率的上阈值和下阈值、确定输送至集成电路制造室165的rf信号功率的实际(例如实时)电平、rf信号功率启用/停用时间、rf信号开启/关闭持续时间、工作周期、操作频率等等。此外，系统控制器190可确定待通过输入端口167输送至集成电路制造室165的rf功率的一个或更多个常态操作参数。这样的参数可以包含例如从一个或更多个输入端口167反射的功率在反射系数方面(例如散射参数s
11
)上的上阈值和下阈值、电压驻波比、施加至一个或更多个输入端口167的电压的上阈值和下阈值、传导通过一个或更多个输入端口167的电流的上阈值和下阈值、以及传导通过输入端口167的电压与电流之间的相位角幅值的上阈值。如此阈值可用于定义“超出范围”的rf信号特性。例如，大于上阈值的反射功率可指示超出范围的rf功率参数。类似地，具有低于下阈值或大于上阈值的值的所施加的电压或所传导的电流可指示超出范围的rf信号特性。类似地，大于上阈值的所施加电压与所传导电流之间的相位角可指示超出范围的rf功率参数。
71.在特定实施方案中，除了输入端口167外，多站集成电路制造室165可包含输入信号端口(额外的输入端口未显示于图1b中)。在特定实施方案中，集成电路制造室165的处理站可使用第一和第二输入端口，其中第一输入端口可传送具有第一频率的信号，且其中第二输入端口可传送具有第二频率的信号。两个或更多个频率的使用可导致增强的等离子体特性，其可造成特定限度内的沉积速率和/或更容易受控制的沉积速率。两个或更多个频率
的使用可导致其他期望的结果。在一些实施方案中，可以使用约300khz与约100mhz之间的频率。在一些实施方案中，约2mhz以下的信号频率可称为低频(lf)，而大于约2mhz的频率可称为高频(hf)。
72.应理解，不论耦合至多站集成电路制造室165的rf电压和电流信号的频率为何，以增加的准确度测量如此信号都是有利的。例如，对于彼此同相的正弦电压以及电流信号而言，耦合至多站集成电路制造室165的平均rf功率可基本上根据以下方程式(1)加以计算：其中v
peak
对应于峰值电压信号，且其中i
peak
对应于峰值电流信号。然而，应理解，通过指明峰值rf电压和峰值rf电流的使用的方程式(1)进行计算的功率可能导入不准确性，因为rf电压和rf电流的稳态或均方根(rms)电平可能显著偏离峰值。例如，如果rf电压和电流波形未纯粹呈现正弦表现，使得rf电压及rf电流仅维持短暂瞬时达到峰值，则平均rf功率的计算可能高估耦合至制造室的实际功率。类似地，对于维持显著持续时间达到峰值的非正弦rf电压以及rf电流波形，可能导致低估耦合至制造室的实际功率。应理解，在两种情形中，例如高估或低估耦合至制造室的rf功率，rf信号产生器144的参数的任何调整都可能导致rf信号产生器输出功率参数的不正确调整。
73.因此，至少在特定实施方案中，利用rf信号施加的rf电压及rf信号传导的电流的瞬时电平将耦合至制造室的功率进行公式化或计算是有利的如此计算可以更加准确地表示耦合至制造室的rf功率电平，其因此可导致更严密的控制、更大的均匀性、更高的可重复性等，因为其有关于通过制造室执行的制造工艺。
74.图2为根据实施方案显示了涉及制造室的电路以及rf信号产生与测量部件的示意图。虽然图2显示了rf信号产生器114提供信号至单一处理站151，但在其他实施方案中，例如结合图1b所述者，rf信号产生器114可提供信号至rf信号分配单元195。在一实施方案中，rf信号分配单元195被配置成将来自单一rf输入端口的功率分配至用于耦合至制造室165的输入端口167的两个或更多个输出端口，如图2所示。为了简化图2中所描绘的操作，将关联于制造室而使用的额外部件(例如电源、阻抗匹配单元、rf功率分配器等等)从图2省略。
75.在实施方案200中，多站集成电路制造室165的例如处理站151的一站的复变阻抗可通过等效电路151a模型化和/或特性化，该等效电路151a包含具有电容c151和电阻r151的并联和/或串联集结电路。电容c151和电阻r151被描绘为与电感l151并联。在一些实施方案中，如由等效电路151a所表示的，多站集成电路制造室的一站的复变阻抗可包含具有约1.5nf与约3.5nf之间的值的电容，且可包含约5欧姆与约10欧姆之间的电阻。在特定实施方案中，电容c151可设置为约2.0nf与约3.0nf之间的数值，且电阻r151可设置为约6.5欧姆与约8.5欧姆之间的数值。然而，所公开的实施方案旨在包含以集成电路制造室的处理站呈现的由电阻性和反应性电路部件的串联和/或并联组合所形成的任何实数或复变阻抗。在一些实施方案中，多站集成电路制造室165的处理站151所呈现的复变阻抗可取决于室中存在的一种或更多种反应性气体和/或蒸气、气体的分压及总压力以及其他因素。因此，举例来说，对于一些压力/气体组合而言，室165可呈现主要为电容性负载，而对于其他压力/气体组合而言，室165可呈现主要为电感性负载。
76.在图2的实施方案中，电压传感器205被耦合至例如设置在rf信号产生器114与多
站集成电路制造室165的处理站151(如由等效电路151a表示)之间的传输线(如同轴电缆)。在特定实施方案中，电压传感器205可对应于具有相对高输入阻抗的电容性电压传感器，其偶发性或周期性在图2所示的节点电压v
rf
，而未消耗明显的电流。图2的实施方案还包含电流传感器210(例如电感性电流变流器)，其可串联耦合于rf信号产生器114与多站集成电路制造室165(由等效电路151a表示)之间。在特定实施方案中，电流传感器210可对应于具有相对低输入阻抗的电感性电流变流器，其偶发性或周期性采样由rf信号产生器114传导的电流，而不造成任何明显的压降。
77.在特定实施方案中，电压传感器205可包含分压器网络，其中电压可以在相比于已知较高和较低电阻器组合的总电阻的已知较低电阻两端进行测量。在这样的网络中，rf信号的实际电压可通过将在已知电阻两端而测得的电压除以2个已知电阻的总和而缩放。在其他情形中，电压传感器205可包含电容性分压器。在如此网络中，rf信号的电压可通过将在已知电容两端而测得的电压除以串联组合的2个已知电容的总和而缩放。在一些其他实施方案中，rf信号参数测量可涉及直接电压感测，其中rf信号的电压可直接测量或采样，而不具有(或排除)分压器网络和/或不具有(或排除)电容性分压器。实施方案可包含所公开者之外的替代性电压测量方法，其可致使rf信号产生器114与等效电路151a之间的电压的测量。
78.在特定实施方案中，电流传感器210可包含耦合至将rf电流从rf信号产生器114传导至处理站的导体的变换器线圈。在这种情形中，通过rf信号产生器114与处理站(例如处理站151)之间的传输线传导的电流可利用耦合至传输线的感应线圈进行测量。在如此情形中，可相关于传导通过传输线的电流在感应线圈中感应相对小的电流。在这样的传感器中，由rf信号所输送的实际电流可通过考虑相关于电流传感器210与rf信号产生器114与处理站之间的传输线之间的耦合因子而在感应线圈中测量的电流来进行缩放。实施方案可包含所公开者之外的替代性电流测量方法，其可致使rf信号产生器114与处理站之间的电压测量。
79.如图2所示，可将节点电压v
rf
特性化为习知的正弦电压或复变正弦信号，其具有由图表205a中描绘的v
pk
指示的峰值振幅。因此，在特定实施方案中，可将v
rf
特性化为叠加在其中的间歇脉冲式的正弦rf信号传送至处理站(例如处理站151)的脉冲列上的正弦信号。替代地，在一些其他实施方案中，v
rf
可以包含多个正弦rf信号，例如叠加在脉冲列上的具有第一频率的信号，其中具有第二频率的正弦rf信号被叠加在具有第一频率的正弦rf信号上。因此，意图将图2的实施方案的v
rf
代表具有脉冲(例如相对方波)分量、锯齿(例如斜坡式)分量、以及任何数量的其他分量的任何数量的复合波形，且不意图使所公开的实施方案在此方面受限。
80.类似地，图2的图表210a也描绘传导通过电流传感器210的正弦电流(i
rf
)。如图表210a中所示，传送通过电流传感器210的rf信号(i
rf
)包含峰值电流i
pk
，该峰值电流具有对应于例如约300khz与约100mhz间且具有额外
±
10％(举例而言)频率微调能力的频率的周期。在一些其他实施方案中，i
rf
可通过具有叠加在脉冲列上的第一频率的正弦rf波形加以特性化，其中具有第二频率的正弦rf信号叠加在具有第一频率的正弦rf信号上。因此，意图使图2的实施方案的i
rf
包含具有脉冲式(例如相对方波)分量、锯齿(例如斜坡式)分量、以及任何数量的其他分量的任何数量的复合波形。
81.图3为根据实施方案300显示rf信号电流及电压参数的测量中所涉及的程序图。在图3中，电压传感器305可包含设置在传输线(例如同轴电缆)的电压传感器，该传输线在rf信号产生器与多站集成电路制造室的处理站之间传送高功率rf信号。如图3中所描绘的，电压传感器305可以与分压器315对接，该分压器315可操作成使电压传感器305的输出信号可用于峰值检测器，例如峰值检测器325。峰值检测器325的输出信号可传送至缓冲放大器335，该缓冲放大器335可操作成提供输入高阻抗以免使来自峰值检测器325的输出信号失真。来自缓冲放大器335的输出信号可例如通过二维校准电路345、且例如通过施加查找表所储存的校准系数进行校准。在特定实施方案中，二维校准电路345包含频率相关系数，这些频率相关系数操作成调整代表峰值检测器325提供的峰值电压的信号的电平。
82.类似地，电流传感器310可以包含设置在传输线(例如同轴电缆)的电流传感器，该传输线在rf信号产生器与多站集成电路制造室的处理站之间传送高功率rf信号。如图3中所描绘，电流传感器310可以与分压器320对接，该分压器320可操作成使电流传感器310的输出信号可用于峰值检测器，例如峰值检测器330。峰值检测器330的输出信号可传送至缓冲放大器340，该缓冲放大器340可操作成提供输入高阻抗以免使来自峰值检测器330的输出信号失真。来自缓冲放大器340的输出信号可例如通过二维校准电路350、且例如通过施加查找表所储存的校准系数进行校准。在特定实施方案中，二维校准电路350包含频率相关系数，这些频率相关系数操作成调整代表峰值检测器330提供的峰值电流电平的信号的电平。因此，在特定实施方案中，耦合至多站集成电路制造室165的一站的平均rf功率可基本上根据以下的方程式(2)计算：其中v
pk(cal)
和i
pk(cal)
对应于分别来自二维校准电路345及350的经校准输出信号。
83.图4是根据实施方案400的测量rf信号参数的方法的流程图。应注意，所公开的实施方案(例如图4和图6的那些)旨在包含各个图的变体，包括含有除图中所描绘的以外的活动的方法、以与图中描绘的顺序不同的顺序执行的活动、以及含有比所描绘的步骤更少步骤的方法。图4的方法开始于410，其可包含例如通过图3中指出的电压传感器305及电流传感器310感测电压和电流幅值。图4的方法可额外包含例如在420处的带通滤波器的应用，该带通滤波器可操作以去除所测量的电流及电压幅值中的噪声和/或带外(out-of-band)信号以及其他信号失真。在430，可将经滤波的电压施加至峰值检测器，该峰值检测器可利用采样保持(sample-and-hold)技术来测量从rf信号产生器传送至多站集成电路制造室的一个或更多个站的rf信号的峰值电压和/或峰值电流。在440，可测量及数字化峰值检测器的输出。在450，可计算来自所检测的电压和电流峰值的参数。在一些情形中，450的计算操作可包含计算来自rf信号产生器的信号中所传送的实和/或虚功率以及电压和电流值、电压与电流信号之间的相位关系等等。
84.可以理解，至少在特定情况下，图3和4的装置及方法可应用于具有特定范围内的频率的rf信号。还可以理解，当rf信号波形为至少近似正弦时，图3和4中所参照的特定程序可提供至少具有一些准确度的rf电流以及电压测量。因此，如果rf电压和电流测量是利用明显偏离正弦波形的波形而执行，电压和电流测量的准确性就可能降低。还可以理解，至少在特定情形中，信号结构可取决于任何可以在图4的440使用的模拟至数字转换器的带宽。
此外，响应于rf信号波形中存在的噪声，所感测的电压和电流的准确性可能受到负面影响。
85.因此，rf电流和电压测量的特定实施方案可表示使用图3和4的装置和方法所鉴别出的对于技术的改善。所以，避免由图3和4的装置和方法导致的缺点中的至少一些的图5根据实施方案500显示调适成或配置成测量rf信号参数的装置的示意图。在图5中，对应于rf信号的电压以及rf信号所传导的电流的波形可耦合至模拟至数字转换模块510。在图5的实施方案中，电压和电流波形可由近似正弦波形(例如波形205a和210a)表示，但所公开的实施方案不限于rf电压和电流上的正弦变体。
86.如图5中所描绘的，电压和电流波形205a和210a可例如通过模拟至数字转换模块510转换成数字表示。在特定示例中，模拟至数字转换模块510可涉及连续逼近技术以实现rf信号的模拟电压的数字表示以及rf信号所传导的电流的数字表示。在这样的示例中，输入电压和电流信号通过采样保持电路维持稳定，而快速模拟至数字转换器将采样的信号量化成相对小数量的二进制数字(例如3个二进制数字、4个二进制数字、5个二进制数字等)。将采样的二进制数字接着耦合至数字至模拟转换器，其对于例如12个二进制数字会是准确的。来自数字至模拟转换器的模拟输出信号可接着从通往模拟至数字转换器的输入信号减去。来自数字至模拟转换器的模拟输出信号与通往模拟至数字转换器的输入信号之间的差(其可被视为“余项”)被放大并耦合至模拟至数字转换器的后续阶段，且可重复上述程序。在如此的连续逼近架构中，被放大的余项传送通过转换器的连续阶段，由此在各阶段提供小数量的二进制数字(例如3个二进制数字、4个二进制数字、5个二进制数字等)，直到余项到达后续的快速模拟至数字转换器，其操作为分解最低有效(least significant)二进制数字。
87.应注意，虽然模拟至数字转换模块510被显示为单一模块，但在一些实施方案中，模拟至数字转换模块510可包含分离的模拟至数字模块，例如计算模块。例如，在一些实施方案中，模拟至数字转换模块510可包含第一模拟至数字转换模块以执行模拟电压波形至数字化电压的一连串瞬时值的转换。第二模拟至数字模块可执行模拟电流波形至数字化电流的一连串瞬时值的转换。
88.响应于代表来自rf信号产生器的信号的瞬时电压和瞬时电流的信号的转换，可将来自模拟至数字转换模块510的信号传送至处理器模块520的输入端口。处理器模块520可以包含信号处理器522以及通用处理器524，该信号处理器522以及通用处理器524可操作成将瞬时电压的数字表示变换成对应于rf信号电压的复变电压的频域表示。信号处理器522可额外操作以将瞬时模拟电流的数字表示变换成对应于rf信号电流的复变电流的频域表示。因此，在特定示例中，具有约1μs的周期的纯正弦波形的电压(v(t))可例如由信号处理器522变换成具有约1mhz的对应单一频率的频域表示。在至少一些实施方案中，现成的装置可执行由处理器模块520所执行的功能中的至少一些。
89.在特定实施方案中，复变电压和复变电流的频域表示可通过极性或相量记号表示，其中复变电流和/或复变电压的幅值可结合相位角(例如相量记号)表示。在其他实施方案中，复变电压和复变电流的频域表示可通过实分量(例如实电压)和虚分量(例如虚电压)表示。因此，信号处理模块520的信号处理器522可操作以提取实和虚电压(v
rf
)分量且/或提取rf信号的实和虚电流分量(i
rf
)。在特定实施方案中，信号处理器522能够提取例如图2的电压和电流波形(v(t)及i(t))，以形成复变电压及复变电流值，其可表示为：
v(t)＝v
re
(k) jv
im
(k)
ꢀꢀꢀ
(2a)i(t)＝i
re
(k) ji
im
(k)
ꢀꢀꢀ
(2b)其中量vre(k)和jvim(k)对应于相应于利用信号处理器522采样的电压和电流的瞬时值的实和虚分量。在方程式(2a)和(2b)中，k为对应于在特定采样间隔下采样的值的描述符。在特定实施方案中，信号处理器522可执行对应于快速傅立叶变换(fft)的变换。然而，在替代实施方案中，信号处理器522可执行其他类型的数学运算，例如离散傅立叶变换。
90.在图5的实施方案中，在将电压和电流波形的瞬时值转换成这些波形的数字化表示法之后，通用处理器524可获取这些数字化表示法。在一些实施方案中，通用处理器可访问例如可储存查找表的数据库，以提供针对作为频率的函数的电流及电压的数字化表示法的校准系数。在示例性实施方案中，这些校准系数可相关于以例如来自散射矩阵的散射参数(例如s
21
)表示的修正，该散射矩阵可表征为相对于理想散射参数的频率相关偏离。在另一示例性实施方案中，校准系数可相关于以散射参数之外的约定表示的频率相关修正，这些约定例如“传输”矩阵或矩阵、“混合”矩阵或矩阵等的参数。
91.在特定实施方案中，通用处理器524可结合对应于rf信号源所产生的电压和电流信号的数字化表示法，以形成例如均方根(rms)电压(v
rms
)和rms电流(i
rms
)。在特定实施方案中，rms电流可表示为基本上根据以下方程式(3)取得的实和虚电流的采样值的总和：其中和表示瞬时采样电流的值，其中可在整个采样时期(例如1秒)获取“k”个样本。在特定实施方案中，rms电压可表示为基本上根据以下方程式(4)获得的实和虚电压的采样值的总和：其中和表示瞬时采样电压的值，其中可在整个采样时期(例如1秒)获取“k”个样本。图5的通用处理器524可额外配置成结合对应于来自rf源的电压和电流信号的数字化表示法，以产生传送至处理站的rf功率的瞬时值。在特定实施方案中，rf功率可基本上根据以下方程式(4)计算：p
fwd
＝i
rms
*v
rms
ꢀꢀꢀ
(4)图5的通用处理器524可额外配置成确定被输送的实际功率，该实际功率可经由结合实和虚电压和电流的采样值而加以计算，其中可在整个采样时期(例如1秒)获取“k”个样本。所输送的实际功率可基本上根据以下方程式(5)计算：
92.其中量v
re
和i
re
(分别)表示实电压分量和实电流分量，且其中v
im
和i
im
(分别)表示虚电压分量和虚电流分量。此外，可将经计算的前向和输送功率结合，以计算功率因子，其表示耦合至负载阻抗(例如多站制造室的处理站)的功率对入射在处理站的功率的比例。可能因应入射功率从处理站反射回rf信号产生器而降低的处理站处的功率因子可基本上根据以下方程式(6)加以计算：
93.图6为根据一实施方案在集成电路制造室中测量rf信号参数的方法的流程图。图6的方法可利用本文所述的图5的装置以及使用图2的电压传感器205和电流传感器210来执行。图6的方法可开始于610，其可包含获取rf信号的电流及电压的幅值的样本(例如模拟样本)。这样的信号可以包含例如信号频率，或可包含两个或更多个频率的复合，例如约300khz与约500khz之间的频率、以及百万赫范围内的频率(例如13.56mhz和/或约27.17mhz的频率)。
94.在620，可以将所获取的电压和电流幅值的样本转换成电压和电流样本的数字表示。在特定实施方案中，620的转换操作可由2个分离(例如独立)的转换器执行，这些转换器可作为模拟至数字转换器操作。在一些实施方案中，第一模拟至数字转换器可将来自电压传感器的输出信号数字化，且第二模拟至数位转换器可将来自电流传感器的输出信号数字化。在其他实施方案中，620的模拟至数字转换操作可由单一模拟至数字转换模块执行，该模拟至数字转换模块可使用分时多路复用方法，其中单一模拟至数字转换器用于将电流和电压两者的幅值数字化。
95.图6的方法可以在630继续，其中可将经采样的电压和电流幅值的数字表示变换至频域。在某些实施方案中，630可以涉及使用快速傅立叶变换。在一些其他实施方案中，630可涉及使用不同的转换法，例如离散傅立叶变换。该方法可在640继续，640可涉及结合电流和电压幅值的频域表示，以获得电压和电流的rms值。在一些示例中，结合电流和电压幅值的频域表示可涉及基本上根据方程式(3)和(4)计算这样的幅值，以获得上述的i
rms
和v
rms
。
96.方法可在650继续，其中例如基本上根据上述方程式(5)，可将电压和电流的rms值结合以获得前向功率(p
fwd
)。该方法可以在660继续，其中可将电压和/或电流幅值的频域表示结合，以获得所输送的功率和/或表示输送至负载(例如处理站)的功率相对前向功率的比例的功率因子。功率因子的计算可基本上根据上述方程式(6)而进行。
97.在一些实施方案中，rf电压信号和/或rf电流信号的特性可利用例如可程序化逻辑装置或特殊应用集成电路(asic)的一个或更多个集成电路确定。一些实施方案使用现场可程序化门阵列(fpga)集成电路。在一些实施方案中，集成电路可用于实施计算或确定以下内容的一个或更多个框：1)电压和/或电流幅值；2)电压和/或电流相位；3)关联于输入rf信号的功率特性(例如功率因子等等)；4)rf频率上的改变；和/或5)阻抗特性。
98.在一些实施方案中，可确定来自多个电压和电流传感器的rf信号特性。例如，如图
708可以预定采样频率对输入信号采样。采样频率的示例包含150mhz、200mhz、250mhz等。adc 708可以将该数字化表示法提供至集成电路710。应注意在一些实施方案中，adc 708可实现为集成电路(例如asic、fpga等)的编码或电路的一部分或区域。这样的集成电路可包含编码的额外其他部分或额外其他区域。例如，adc 708可实现为集成电路710的部分。
108.集成电路710可以被程序化，以确定选定rf电压和电流信号的特性，例如幅值信息、相位信息、功率特性等。例如，集成电路710可以程式化以执行图13所示且以下结合图13而描述的方法。在一些实施方案中，集成电路710可包含与图8-11所示且以下结合图8-11而描述的模块类似的模块。
109.在一些实施方案中，集成电路710可经由通信框716与传感器组712中包含的rf电压传感器和/或rf电流传感器通信。通信框716可配置成实施通信协议以在传感器组712的传感器与集成电路710之间传输信息。可以使用的示例性通信协议为maxim one-wire协议。在一些实施方案中，集成电路710可致使校准信息(例如校准系数等)经由通信框716储存在传感器组710中的单个rf电压传感器和/或单个rf电流传感器的存储器中。举另一示例而言，在一些实施方案中，单个rf电压传感器和/或单个rf电流传感器可配置成提供识别信息至集成电路710(例如在系统开启时、或类似时机)。传感器识别信息的示例可包含传感器识别符(例如序号、零件编号等)、端口位置、版本编号等。在一些实施方案中，集成电路710可以配置成通过验证传感器识别符来验证特定rf电压传感器或特定rf电流传感器未被错误使用在系统中。
110.集成电路710的输出可提供至多种部件或模块。例如，集成电路710的输出可提供至第二通信框718。第二通信框718可配置成实施将数据从集成电路710传输至多种其他设备的通信协议。例如，通信框718可配置成实施序列通信协议，以供经由串行接口将数据从集成电路710传输至一个或更多个其他设备。举更特定示例而言，在一些实施方案中，通信框718可实现为通用异步收发器(uart)微芯片。
111.额外地或替代地，集成电路710的输出可提供至以太网络框720和以太网控制自动化技术(ethercat)框722。在一些实施方案中，从集成电路710提供至以太网络框720和/或ethercat框722的数据可用作反馈，以提供指令至匹配网络中的一个或更多个元件(例如调谐元件)。例如，指令可提供至动作控制器pcb。在一些这样的实施方案中，动作控制器pcb可控制rf匹配电容器旋转位置。例如，rf匹配电容器旋转位置可基于集成电路710所确定的rf阻抗信息、集成电路710所确定的功率信息等等加以控制。应注意，经由ethercat框722提供的反馈可在次毫秒速率下提供。
112.应注意，在一些实施方案中，可以在传感器组712中的rf电压传感器和/或rf电流传感器周围设置实体屏蔽。额外地或替代地，在一些实施方案中，实体屏蔽可设置在传感器组712的rf电压传感器和/或rf电流传感器与集成电路710之间。这样的屏蔽可提供隔离和接地。因此，这样的屏蔽可使电流测量上的潜在电场干扰减至最小。类似地，这样的屏蔽可以使电压测量上的潜在磁场干扰减至最小。实体屏蔽可以是金属屏蔽(例如基本上由铝制成)。
113.图8为根据一实施方案、显示用于测量rf电压和电流参数的系统的组件的框图。尤其是，图8显示了可进行程序化为测量rf电压和电流参数的集成电路的模块。应注意，当在本文使用时，集成电路的“模块”意指集成电路的各配置成执行例如降频转换、抽取滤波、幅
值以及相位确定等多种功能的单个框。各模块可利用(例如硬件定义语言(hdl)中的)软件码或硬件部件的其他逻辑表示法进行指定。在一些实施方案中，软件码可以被编写。例如，fpga内的模块的功能性可基于经编写的软件码而进行配置。当实施时，fpga或其他可程序化逻辑设备、或例如特殊应用集成电路(asic)的非可程序化逻辑装置、或数字信号处器(dsp)的模块为具有设备(例如晶体管、存储器元件、lut等)以及设备间互连线的电路的集合。如图所示，集成电路可将rf频率信号802、rf电压信号804、以及r电流信号806用作输入。
114.rf频率信号802可以是基本上对应于rf信号产生器产生的rf信号的频率的rf频率设定。rf信号产生器可以是提供高功率rf信号至处理室或一组处理室的rf信号产生器。在一些实施方案中，rf频率信号802可追踪rf信号产生器产生的rf信号的频率。例如，在其中rf信号产生器于可变频率下操作的情形中，rf频率信号802追踪rf信号产生器的可变频率。
115.rf电压信号804可以是rf电压传感器的输出。rf电流信号806可以是rf电流传感器的输出。
116.rf频率信号802和rf电压信号804可以由第一分支808进行处理。第一分支808可产生rf电压信号804的峰值幅值810以及rf电压信号804的相位作为输出。在一些实施方案中，第一分支808可包含降频转换模块824、一个或更多个滤波和降采样模块(例如实部滤波和降采样模块826和/或虚部滤波和降采样模块828)、和/或幅值/相位确定模块830。
117.rf频率信号802和rf电流信号806可以由第二分支812进行处理。第二分支812可产生rf电流信号806的峰值幅值814和rf电流信号806的相位作为输出。在一些实施方案中，第二分支812可包含降频转换模块832、一个或更多个滤波和降采样模块(例如实部滤波和降采样模块834和/或虚部滤波和降采样模块836)、和/或幅值/相位确定模块838。
118.应注意第一分支808的模块可类似于或基本上相同于第二分支812的模块。降频转换模块、滤波和降采样模块、以及幅值/相位确定部件的更详细示意图被分别显示于图9-11。此外，应注意第一分支808和第二分支812可基本上并行执行。
119.rf电压信号804的相位与rf电流信号806的相位之间的差可以在816确定，以确定相位差818。
120.相位差818的余弦可以在820确定，以确定功率因子822。
121.图9为根据一实施方案、显示用于将rf电压信号和/或rf电流信号降频转换的降频转换模块的框图。
122.注意图9所示的框图可以对应于图8所示的降频转换模块(例如降频转换模块824和/或832)。
123.如图9所示，数值控制振荡器(nco)902可用作本地振荡器，以进行rf信号输入906(例如rf电压信号或rf电流信号)从载波频率至基带的频率混合。如图所示，nco 902可以将rf频率设定904作为输入，该rf频率设定904有时在本文称为f
nco
)。在一些实施方案中，rf频率设定904可以是可变的。在一些实施方案中，rf频率设定904可基于所关注的频带通过软件控制进行选定。在一些实施方案中，rf频率设定904可基于rf信号产生器产生的rf信号的频率的目前估计进行设定、修改、或调整，如图12中所示且如以下结合图12所述。即，在一些实施方案中，rf频率设定904可基本上追踪rf信号产生器产生的rf信号的频率。
124.rf信号输入906的降频转换可以是朝向基带的复变混合(例如正交中的混合)。如图9所示，降频转换模块可因此产生实部908和虚部910。
125.经降频转换的rf信号(例如经降频转换的rf电压信号和/或经降频转换的rf电流信号)可具有比采样率更低的带宽。在一些实施方案中，经降频转换的rf信号可被滤波以消除混叠(aliasing)，且接着受到降采样以减少采样率。在一些实施方案中，将抽取滤波器用于对经降频转换的rf信号进行滤波和降采样。在一些实施方案中，抽取滤波器可利用级联积分梳状(cic)滤波器在集成电路中实现。
126.图10为根据一实施方案、显示用于rf电压信号和/或rf电流信号的降采样的滤波和降采样模块的框图。注意图10所示的框图可对应于图8所示的滤波和降采样模块(例如滤波和降采样模块826、828、834以及836)。
127.图10显示了使用cic滤波对输入信号1002(例如经降频转换的rf电压信号或经降频转换的rf电流信号)进行滤波和降采样以产生经降采样输出信号1004的框图。
128.可确定经降采样信号的幅值和/或相位(例如经降采样rf电压信号的幅值和/或相位、经降采样rf电流信号的幅值和/或相位等等)。在一些实施方案中，rf信号的幅值和相位可使用voider算法从经降采样rf信号的实部和虚部进行确定。在一些实施方案中，voider算法可利用坐标旋转数字计算机(cordic)在集成电路中实现。
129.图11显示了用于基于rf输入信号的实部和虚部确定rf输入信号的幅值和相位的框图。
130.实部1102和虚部1104可对应于rf输入信号的经降采样的实部和虚部。例如，参照图8，实部1102可对应于滤波和降采样模块826的输出(例如在其中rf信号为rf电压信号的情形中)。举另一示例而言，实部1102可对应于滤波和降采样模块834的输出(例如在其中rf信号为rf电流信号的情形中)。举又一示例而言，虚部1104可对应于滤波和降采样模块828的输出(例如在其中rf信号为rf电压信号的情形中)。举再一示例而言，虚部1104可对应于滤波和降采样模块836的输出(例如在其中rf信号为rf电流信号的情形中)。
131.实部1102和虚部1104可以在1106结合为复变表示。该复变表示可接着用于利用cordic确定rf信号的幅值1108和/或相位1110。在一些实施方案中，cordic可利用硬件定义语言(hdl)在1112实现。
132.为了将rf电压信号和/或rf电流信号混合至基带，将rf电压信号和/或rf电流信号与频率对应于输入rf信号(例如由提供高功率rf信号至一个或更多个处理室的rf信号产生器所产生的rf信号)的频率的正弦和余弦波形混合。正弦和余弦波形可以由操作以本地振荡器的nco产生。正弦和余弦波形的频率在本文总称为f
nco
。
133.在一些情形中，rf信号产生器所产生的rf信号的频率可随时间改变。例如，在调谐模式操作的rf信号产生器可具有随时间改变的瞬时频率。例如，rf信号产生器可设定成提供13.56mhz、27.12mhz等的频率。然而，rf信号产生器所产生的rf信号可具有从设定(即预期)的rf频率变动的瞬时频率。将rf电压信号或rf电流信号与具有经设定rf频率而非实际rf频率的正弦和余弦波形混合可能导致基带处的频率误差。频率误差可能造成电压和/或电流测量误差。因此，期望产生具有追踪rf信号产生器产生的rf信号的瞬时rf频率的频率的正弦及余弦波形。追踪和更新rf信号频率可提供更准确的rf特性计算，例如幅值和/或相位、功率因子等。
134.在一些实施方案中，本文所述系统和方法容许nco产生的正弦和余弦波形追踪rf信号产生器所产生的rf信号的实际rf频率。例如，在一些实施方案中，rf信号的频率可进行
确定和/或追踪。以该示例继续，在一些实施方案中，经确定的rf频率可提供至nco，以产生正弦和余弦波形，以供利用经确定的rf频率对rf电压信号和/或rf电流信号进行降频转换。
135.在一些实施方案中，rf信号的频率可基于rf电压信号的相位或rf电流信号的相位重复更新。例如，在一些实施方案中，频率可确定为作为时间的函数的相位的导数。用于确定rf信号的频率的方程式的示例为：
136.应注意在一些实施方案中，可将其他技术用于确定和/或重复更新rf信号的频率，例如数字锁相回路(pll)、傅立叶分析等。
137.在一些实施方案中，可将两个连续时间点之间的rf信号的估计频率上的改变与阈值比较。在其中该改变超出该阈值的情形中，可由于不准确性而将rf电压传感器样本和/或rf电流传感器样本舍弃。
138.图12为根据一实施方案显示了用于确定rf电流信号和rf电压信号的幅值、相位和功率特性的程序的框图。
139.如图所示，对应于rf电压信号和/或rf电流信号的输入是在1202获取。rf电压信号和/或rf电流信号可以任何方式调节，如以上结合图7所描述的。
140.在1204，将rf电压信号和/或rf电流信号混合至基带。混合至基带被使用在1206利用nco产生的正弦和余弦波形，该nco充当在频率f
nco
下操作的本地振荡器。已混合至基带的rf电压信号和/或rf电流信号在此有时分别称为经降频转换的rf电压信号和/或经降频转换的rf电流信号。
141.在1208，对经降频转换的rf电压信号和/或经降频转换的rf电流信号进行降采样。导出幅值和/或相位信息。例如，如图12所示，滤波和降采样可利用抽取滤波器(例如使用cic滤波器)而执行。不需要的信号(例如噪声或其他不需要的信号)可利用窄频频率脉冲响应(fir)滤波器排除。窄频cic滤波器的通带宽度可以是200khz、400khz等。cic滤波器的中心频率可基于在框1214确定的受追踪频率而设定，如下文所述。幅值特性、相位特性、和/或频率特性可利用cordic导出以产生输出1210。
142.在1212，可以将经降频转换的rf电压信号和/或经降频转换的rf电流信号施加至与1208处的分支平行的分支。如图所示，经降频转换的rf电压信号和/或经降频转换的rf电流信号可利用宽fir滤波器进行滤波。宽fir滤波器的通带宽度可以例如为中心频率的 /-5％、中心频率的 /-8％等。中心频率可对应于rf信号产生器的设定频率。幅值和相位信息可接着利用cordic导出。
143.在1214，利用rf电压信号的相位或rf电流信号的相位的导数确定rf信号的目前频率的估计值。
144.在一些实施方案中，将目前频率的估计值用于设定框1208中所示且以上相关于框1208所述的窄频fir滤波器的中心频率。即，在一些实施方案中，将框1212中所示且以上相关于框1212所述的宽fir滤波器用于估计rf信号的目前频率。rf信号的目前频率的估计值被用于配置框1208中所示且以上相关于框1208所述的窄频fir滤波器。接着在框1210将经配置的窄频fir滤波器用于确定电压/电流特性、功率特性等。
145.在1216和1218，将目前频率的估计值整合于不同时间点获取的多个样本。
146.在1220，确定频率估计值与参考频率(图12中指示为“ref lo”)之间的差。频率估计值与参考频率之间的差可接着用于在1206调整f
nco
。
147.反馈回路针对频率的变化而调整的速度通过回路增益来确定，该回路增益在图12中指示为“回路k”。较高的k值可造成对于瞬时频率的变化的较快响应。然而，较高的k值可能导致噪声的增加和/或较高的不稳定性可能性。相对地，较低的k值可造成对于频率的变化的较慢响应。然而，较低的k值可以在电压和/或电流测量中产生较少的噪声。
148.在一些实施方案中，在1222将目前频率的估计值与阈值(图12中指示为“消隐阈值”)比较。响应确定目前频率超出阈值，可在1224施加中断计时器。例如，在一些实施方案中，可使rf电压信号和/或rf电流信号的测量暂停预定持续时间。换言之，rf电压信号和/或rf电流信号的测量可在rf信号的频率以超出阈值的速率改变时暂停。
149.图13为根据一实施方案的确定rf电流和rf电压信号的幅值、相位和功率特性的方法1300的流程图。
150.在1310，方法1300获取rf电压信号样本和rf电流信号样本。rf电压信号样本和rf电流信号样本可以是来自如以上所示和所述的电压传感器和/或电流传感器的样本。在一些实施方案中，rf电压信号样本和/或rf电流信号样本可被调节。
151.在1320，方法1300将rf电压信号和rf电流信号降频转换至基带。降频转换可利用复变混合至基带而进行。即，经降频转换的rf电压信号和经降频转换的rf电流信号可表示为具有实部和虚部。混合波形可以是充当在频率f
nco
下操作的本地振荡器的nco所产生的正弦和余弦波形。频率f
nco
可更新或调整以基本上追踪rf信号产生器产生的rf信号的实际频率。将rf电压信号和/或rf电流信号降频转换的示例性示意图被显示于图9且结合图9在上文描述。
152.在1330，方法1300滤波并且降低经降频转换的rf电压信号以及经降频转换的rf电流信号的采样率。例如，经降频转换的rf电压信号和经降频转换的rf电流信号可利用抽取滤波法进行滤波和降采样。在一些实施方案中，抽取滤波可利用cic滤波器来施加。减少rf电压信号和/或rf电流信号的采样率的示例性示意图被显示于图10且结合图10在上文描述。
153.在1340，方法1300基于经降采样、经降频转换的信号的虚部和实部确定rf电压信号和rf电流信号中的每一者的幅值和相位信息。幅值和相位信息可使用voider算法从信号的虚部和实部确定。在一些实施方案中，voider算法可使用cordic来实施。使用cordic来确定rf电压信号和/或rf电流信号的幅值和相位信息的示例性示意图来显示于图11，且于以上结合图11说明。在一些实施方案中，rf电压信号的幅值可视为峰值电压。在一些实施方案中，rf电流信号的幅值可视为峰值电流。
154.应注意在一些实施方案中，关联于输入rf信号的阻抗可基于rf电压信号的幅值和rf电流信号的幅值确定。例如，在一些实施方案中，阻抗可确定为rf电压信号的幅值比rf电流信号的幅值的比率。
155.在1350，方法1300基于rf电压信号的相位与rf电流信号的相位之间的差来确定功率因子。例如，功率因子可确定为相位差的余弦。功率因子可表示输送至负载(例如处理站)的功率相对于前向功率的比率。
156.在1360，方法1300基于rf电压信号相位或rf电流信号相位获取rf信号频率(例如
由rf信号产生器产生的rf信号频率)的目前估计值。例如，目前的rf信号频率可基于相位的导数估计。
157.方法可接着回到1310。方法1300可接着获取更新的rf电压信号样本和更新的rf电流信号样本。rf信号频率的目前估计值可用于在1320将rf电压信号和/或rf电流信号降频转换。应注意，在其中使用多个电压传感器和/或多个电流传感器的情形(例如用于装置的多处理室件中各处理室的不同电压/电流传感器对)中，在1310，该方法可以从不同的电压传感器和电流传感器获取rf电压信号样本和/或rf电流信号样本。
158.包含一个或更多个rf电压传感器和/或rf电流传感器的系统可利用多种技术校准，该一个或更多个rf电压传感器和/或rf电流传感器耦合至用于分析rf电压传感器和/或rf电流传感器的输出的控制器。可执行校准以产生校准系数，该校准系数将未处理rf电压传感器测量值和/或未处理rf电流传感器测量值转换至控制器输出。校准系数可取决于rf电压传感器和/或rf电流传感器的特性、用于将传感器耦合至控制器的缆线的特性(例如缆线长度、缆线厚度等)、控制器处的输入特性等等。在一些实施方案中，校准系数可储存在传感器的存储器(例如eeprom)中、和/或关联于控制器的存储器中。在一些实施方案中，通过将校准系数储存在传感器存储器中，可交换传感器而不需要重新校准整个系统。例如，可响应于检测系统或装置的功率状态上的改变(例如功率开启、系统重设等)，而从传感器存储器读取校准系数。应注意当结合图14a、14b、15a和15b而使用时，“控制器”意指接收rf电压传感器和/或rf电流传感器测量值作为输入的系统。该系统可包含一个或更多个放大器、缓冲区、多路复用器、adc、集成电路，以确定电压、电流、和/或功率特性。例如，控制器可以包含图7的702、704、706、708、710、716、718、720和/或722。
159.应注意校准可以在一个或更多个rf频率下进行。在一些实施方案中，可针对各校准频率确定校准系数。在一些这样的实施方案中，可针对各校准频率储存校准系数(例如在rf电压传感器的存储器中和/或rf电流传感器的存储器中)。示例性校准频率包含0.4mhz、13.56mhz、27.12mhz等。
160.在一些实施方案中，校准可以模块化地进行。例如，如图14a和15a所示、且如以下结合图14a和15a所述，可确定关联于传感器的校准系数。例如，校准系数可以基于来自将传感器电路特性化的向量网络分析器的s参数。在一些实施方案中，关联于传感器的校准系数可储存在传感器的存储器中。以该示例继续，可确定将传感器输出转换成控制器输入的转换系数。转换系数可基于关联于传感器的校准系数、将传感器耦合至控制器的缆线特性(例如缆线长度、缆线阻抗等)等等而进行确定。在一些实施方案中，转换系数可储存在关联于控制器的存储器中。在一些这样的实施方案中，储存在控制器的存储器中的转换系数可关联于缆线的识别符(例如缆线型号或零件号)，由此容许关联于特定缆线的转换系数从关联于控制器的存储器提取。缆线的识别符可指示缆线特性，例如长度。在一些实施方案中，缆线可以是“智能型”缆线。在一些这样的实施方案中，缆线的识别符可指示联邦通信委员会(fcc)识别符、智能型缆线的嵌入芯片的识别符等。
161.额外地或替代地，在一些实施方案中，可以端对端(end-to-end)方式执行校准，使得整个系统立即校准，如图14b和15b所示，且如以下结合图14b和15b所述。
162.图14a为根据一实施方案显示用于确定rf电流和rf电压信号的幅值、相位以及功率特性的系统的模块化校准的示意图。可执行校准，以校准传感器电路1404的一个或更多
个传感器(例如一个或更多个rf电压传感器和/或一个或更多个rf电流传感器)，该传感器电路1404提供rf电压和/或rf电流输入至控制器1416。
163.如图所示，可将rf输入信号1402输入至包含传感器电路1404的系统。rf输入信号1402可以是rf信号产生器(例如图1a的rf信号产生器114)所产生的rf输入信号。传感器电路可以包含rf电压传感器1406和/或rf电流传感器1408。负载1410可耦合以测量传感器电路1404的特性。负载1410可以是已知负载。负载1410的示例包含50ω电阻、100ω电阻等。
164.在图14a的步骤1中，可校准rf电压传感器1406和rf电流传感器1408。应注意，图14a显示了系统以及用于校准该系统的方法的步骤(由数字1-4指示)的示意图。
165.在一些实施方案中，可以将双端口向量网络分析器用于表征传感器电路的响应特性。示例性双端口向量网络分析器包含keysight e5061b、keysight e5063a等。向量网络分析器可以用于确定s参数(例如s21、s31、s41等)。s参数可用于确定rf电压传感器1406及rf电流传感器1408的输出(在此标记为v1及i1)。例如，v1及i1可分别基于s31及s41而确定。在一些实施方案中，s参数可用于确定rf输入信号1402的电压和电流分量(在此标记为v2和i2)。例如，v2和i2可基于s21和负载1410的已知值来确定。应注意，在一些实施方案中，可以将额外的负载用于通过拟合来确定转换系数。在一些实施方案中，双端口向量网络分析器可用于多个步骤中。例如，v1可以在第一步骤中基于s31而确定。以此示例继续，i1可以在第二步骤中基于s41而确定。
166.在一些实施方案中，dut的阻抗可使用开路-短路-负载范式来确定。例如，dut的经修正阻抗(在此称为z
dut
)可以确定为：
167.在以上的方程式(8)中，z0表示所测量的开路阻抗，zs表示所测量的短路情况下的阻抗，z
sm
表示所测量的已知负载的阻抗值，z
std
表示已知负载的真实(或预期)阻抗值(例如50ω)，z
xm
表示所测量的dut的阻抗值，且z
dut
表示经修正的传感器电路的阻抗值。zo、zs、z
sm
和z
std
的值可基于s参数进行计算。
168.s参数可以表征rf电压传感器和/或rf电流传感器。尤其是，s参数可提供从输入电压(例如来自rf信号产生器)至由rf电压传感器产生的rf电压的转换。s参数可类似地表征rf电流传感器。
169.在一些实施方案中，储存在rf电压传感器和/或rf电流传感器的存储器中的校准系数值可对应于基于s参数所计算的zo、zs、z
sm
和z
std
的值。例如，在一些实施方案中，校准系数可以储存在rf电压传感器1406和/或rf电流传感器1408的存储器(例如eeprom)中。这些校准系数可以在稍后的时间(例如rf电压传感器1406和/或rf电流传感器1408的检测时)提取，使得多种传感器可交换而不需要重新校准整个系统。
170.在图14a的步骤2中，可以确定将rf电压传感器1406的输出值转换成控制器1416处的输入电压值的转换函数。类似地，可以确定将rf电流传感器1408的输出值转换成控制器1416处的输入电流值的转换函数。各转换函数可基于关联于系统的多种特性确定。这样的特性的示例可以包含将rf电压传感器1406和/或rf电流传感器1408耦合至控制器1416的缆线(例如缆线1412和1414)的特性、到控制器1416的输入阻抗、表示缆线阻抗和到控制器1416的阻抗的组合阻抗等。示例性的缆线特性可以包含缆线长度、缆线阻抗、缆线半径、缆
线材料等。在一些实施方案中，关联于转换函数的转换系数可储存在关联于控制器的存储器(例如eeprom)中。额外地或替代地，在一些实施方案中，关联于转换函数的转换系数可储存在关联于将rf电压传感器和/或rf电流传感器耦合至控制器的缆线的存储器中。
171.在图14a的步骤3中，可确定将控制器1416处的输入电压值转换成由控制器1416产生的未经处理的输出电压值的转换函数。类似地，可确定将控制器1416处的输入电流值转换成由控制器1416产生的未经处理的输出电流值的转换函数。在一些实施方案中，可使用双输出函数产生器来确定转换函数，该双输出函数产生器将信号输送至控制器1416中以确定关联于转换函数的比例因子和/或相位偏移。在一些实施方案中，可以将使控制器1416处的输入电压值与控制器1416产生的未经处理输出电压值相关和/或使控制器1416处的输入电流值与控制器1416产生的未经处理输出电流值相关的转换系数储存在关联于控制器的存储器中。
172.在图14a的步骤4中，可结合关联于rf电压传感器和/或rf电流传感器的校准系数、将传感器输出转换成控制器输入的转换函数、以及将控制器输入转换成控制器输出的转换函数，以产生整体系统转换函数。在一些实施方案中，表示整体系统转换函数的转换系数可储存在关联于控制器的存储器中。
173.转向图15a，其根据一实施方案显示了用于执行模块化校准的方法1500的示例性流程图。应注意方法1500的框1510和1520涉及图14a的步骤1，方法1500的框1530涉及图14a的步骤2，且框1540涉及图14a的步骤3。
174.在1510，方法1500获取关联于包含一个或更多个rf电压传感器和/或一个或更多个rf电流传感器的传感器电路的测量值。在一些实施方案中，该测量值可使用向量网络分析器获取。在一些实施方案中，测量可使用开路-短路-负载范式进行。例如，在一些实施方案中，该测量值可以在三种不同情况下获取：1)开路情况；2)短路情况；以及3)已知负载情况。例如，已知负载可以是50ω电阻、100ω电阻等。在一些实施方案中，已知负载情况可以在多个不同已知负载的情况下重复。
175.在1520，方法1500基于测量值确定关联于一个或更多个rf电压传感器和/或一个或更多个rf电流传感器的校准系数。例如，在一些实施方案中，可基于网络分析器产生的网络特性，例如s参数、z参数、h参数等，来确定校准系数。
176.在1530，方法1500确定将rf电压传感器的输出转换成控制器处的输入电压以及将rf电流传感器的输出转换成控制器处的输入电流的一个或更多个转换函数。转换函数可基于多种特性，例如控制器的输入阻抗、缆线特性(例如缆线长度、缆线阻抗、缆线材料等)、控制器的输入阻抗以及缆线阻抗的组合等。
177.在1540，方法1500确定将控制器处的输入电压转换成控制器的数字化输出与将控制器处的输入电流转换成控制器的数字化输出的一个或更多个转换函数。该一个或更多个转换函数可以使用函数产生器(例如双输出函数产生器)确定。例如，函数产生器可以将信号输入至控制器，且关联于输出信号的比例因子和/或相位偏移可被测量。以该示例继续，在一些实施方案中，转换函数可基于比例因子和/或相位偏移确定。
178.在1550，方法1500可以将关联于校准系数和/或转换函数的参数储存在关联于rf电压传感器、rf电流传感器的存储器中、和/或关联于控制器的存储器中。例如，在一些实施方案中，可储存基于网络分析器所产生的参数(例如s参数、z参数、h参数等)而确定的关联
于rf电压传感器和/或rf电流传感器的校准系数。这样的校准系数可储存在rf电压传感器和/或rf电流传感器的存储器(例如eeprom)中。举另一示例而言，在一些实施方案中，可储存关联于转换函数(例如在框1530和/或1540所确定的转换函数)的系数和/或多项式值。方法1500可以将关联于转换函数的参数储存在关联于控制器的存储器中。
179.图14b根据一实施方案显示了用于确定rf电流和rf电压信号的幅值、相位以功率特性的系统的端对端校准的示意图。可执行校准，以校准提供rf电压和/或rf电流输入至控制器1416的传感器电路1404的一个或更多个传感器(例如一个或更多个rf电压传感器和/或一个或更多个电流传感器)。
180.如图所示，可以将rf输入信号1402提供至匹配网络1452。在一些实施方案中，rf输入信号可以是rf信号产生器，例如图1a的rf信号产生器114。在一些实施方案中，匹配网络1452可以是例如图1a的匹配网络116，其执行从产生rf输入信号1402的rf信号产生器至传感器1404的阻抗匹配。
181.系统特性可以在由负载模拟器1454模拟的多种负载下基于rf输入信号1402而测量。系统特性可通过独立rf传感器1456测量。独立rf传感器1456可以具有已知特性。来自rf电压传感器和/或rf电流传感器的测量值因此可以与来自独立rf传感器1456的测量值比较。独立rf传感器1456可用于监测校准系统中的偏移。在一些实施方案中，独立rf传感器1456可以是商业上可获得的。
182.负载模拟器1454可模拟多种已知负载。在一些实施方案中，由负载模拟器1454所模拟的一个或更多个负载可以是高相位负载。高相位负载的示例包含基本上电容性和/或基本上电感性负载。在一些实施方案中，负载模拟器1454可额外地或替代地模拟基本上电阻性负载，例如50ω负载、100ω负载等。
183.在一些实施方案中，可针对负载模拟器1454模拟的负载使用rf输入信号1402测量功率特性。应注意，通过使用一个或更多个高相位负载，系统可以在rf电压传感器和/或rf电流传感器的可能相位的跨距范围校准。通过校准可能的相位的跨距范围，由系统确定的功率特性可以更加准确。
184.可基于针对负载模拟器1454产生的多种已知负载而测量以及由独立rf传感器1456所测量的系统特性来确定使传感器电路的输入电压以及传感器电流的输入电流与控制器1416的数字化输出(例如指示未经处理的电压和电流测量值)相关联以及使传感器电路的相位输入与控制器1416的数字化输出(例如指示未经处理的相位测量值)相关联的一个或更多个传递函数。
185.转向图15b，其根据一实施方案显示了执行端对端校准的方法1560的示例性流程图。
186.在1570，方法1560可获取关联于包含一个或更多个rf电压传感器和/或一个或更多个rf电流传感器的传感器电路的测量值。rf电压传感器和rf电流传感器可经由一个或更多个缆线耦合至控制器，如图14b所示。
187.如图14b所示，可以使用一个或更多个独立rf传感器获取测量值。此外，如图14b所示，可相关于负载模拟器产生的已知负载进行测量。例如，电压可以在已知负载两端测量。举另一示例而言，可测量通过已知负载的电流。在一些实施方案中，已知负载可包含一个或更多个高相位负载。应注意测量值可利用任何合适数量的负载(例如一个、两个、五个、十个
等)而获取。
188.在1580，方法1560可以确定一个或更多个转换函数。一个或更多个转换函数可以：1)使rf电压传感器处的电压以及通过rf电流传感器的电流与分别表示未经处理的电压和/或电流测量值的控制器的数字化输出相关联；和/或2)使rf电压传感器处的输入相位和/或通过rf电流传感器的电流相位与控制器的数字化相位输出相关联。
189.可基于由独立rf传感器在已知负载范围测量的信号特性，来确定一个或更多个转换函数。例如，可基于在已知负载两端测量的电压、通过已知负载测量的电流、已知负载处的经测量电压或电流信号和功率的相位、和/或其任何组合，来确定一个或更多个转换函数。
190.在1590，方法1560可将关联于转换函数的参数储存在关联于控制器的存储器中。
191.在一些实施方案中，可以将来自一个或更多个rf电压传感器和/或一个或更多个rf电流传感器的测量值用于识别相关联的处理室的问题。例如，在一些实施方案中，可分析测量值，以确定是否有可能在工艺期间负面地影响沉积(例如过量粒子、沉积上的不均匀性等)的任何rf能量特性。
192.在一些实施方案中，可分析来自一个或更多个rf电压传感器和/或一个或更多个rf电流传感器的样本的频域表示，以识别对应于或有关于特定触发事件的异常。在一些实施方案中，频域表示可通过计算rf电压传感器样本和/或rf电流传感器样本的fft而确定。
193.在一些实施方案中，可响应触发事件的检测，而获取和/或分析来自rf电压传感器和/或rf电流传感器的样本。这样的触发事件的示例包含当rf信号产生器第一次开启时、当所测量的rf电压超出预定阈值时、当所测量的rf电流超出预定阈值时、当功率设定点改变时、当工艺步骤或条件改变时等等。应注意，在一些实施方案中，可指定多个触发事件。
194.可以在rf电压传感器和/或rf电流传感器的样本的频域表示中检测的异常的示例包含rf信号频率的特定谐波下的能量超出预定阈值、指示特定rf和等离子体室交互作用的特定相互调变产物下的能量超出阈值等等。在一些实施方案中。经识别的异常的指示可以多种方式储存或呈现。例如，在一些实施方案中，关联于经识别异常的信息(例如关联于异常的rf频率的指示、时间戳记信息等)可储存在记录表中。举另一示例而言，在一些实施方案中，关联于经识别异常的信息可例如在用户接口中向工艺工程师呈现。
195.图16根据一实施方案显示识别关联于处理室或处理室群组的rf信号的异常特性的方法的示例性流程图。
196.在1610，方法1600获取一个或更多个触发事件的指示。如上所述，一个或更多个事件可包含rf信号产生器开启或启用、所测量的rf电压(例如由关联于处理室的rf电压传感器所测量)超出预定阈值、所测量的rf电流(例如由关联于处理室的rf电流传感器所测量)超出预定阈值等。
197.例如，方法1600可从指定一个或更多个触发事件的档案获取一个或更多个触发事件的指示。如此档案可由工艺工程师或负责维护处理室的其他人配置。
198.在1620，方法1600检测一个或更多个触发事件中的触发事件的发生。在一些实施方案中，触发事件可基于来自关联于处理室的特定rf电压传感器或特定rf电流传感器的样本而检测。
199.在1630，响应于检测触发事件的发生，方法1600获取rf电压信号和rf电流信号的
样本以供进一步分析。采样频率可以是150mhz、20mhz、250mhz等。在一些实施方案中，方法1600可在触发事件的时间点后持续一预定持续时间获得样本，或可在触发事件的时间点后获取预定数量的样本。获取样本所经过的持续时间可以在5毫秒-1秒的范围内。例如，可维持10毫秒、50毫秒、500毫秒、1秒等获取样本。
200.在1640，方法1600确定rf电压信号的样本和/或rf电流信号的样本的频域表示。在一些实施方案中，可通过计算经采样rf电压信号和/或经采样rf电流信号的fft来确定频域表示。
201.在1650，方法1600可识别rf电压信号的频域表示和/或rf电流信号的频域表示中的异常。例如，该异常可对应于特定频带中的能量超出预定阈值。在一些实施方案中，该频带可对应于rf频率的特定谐波(例如第二谐波等)、关联于指示系统的共振频率的交互调变产物的频率等。
202.在1660，方法1600可呈现或储存指示所检测的异常的信息。该信息可包含关联于异常的频带、关联于异常的频带中的能量、指示异常被检测到的时间的时间戳信息等。在一些实施方案中，方法1600可以致使指示异常的信息被储存在后续可被访问的记录表中。额外地或替代地，在一些实施方案中，方法1600可致使指示异常的信息呈现于例如用户接口中。
203.更概括而言，在许多实例中，半导体设备的制造可涉及在集成制造工艺中在平面或非平面衬底之上或上方沉积或蚀刻一层或多层薄膜。在集成工艺的某些方面，沉积符合独特衬底形貌的薄膜可能是有用的。如本文中先前所述，在许多情况下有用的一种反应类型可以涉及化学气相沉积(cvd)。在典型的cvd工艺中，引入反应室的站的气相反应物同时经历气相反应。气相反应的产物沉积在衬底表面上。如本文中先前所述，此类型的反应可以通过等离子体的存在进行驱动或增强，在这种情况下，该工艺可以称为等离子体增强化学气相沉积(pecvd)反应。如本文所使用的，除非另外指出，否则术语“cvd”意在包括pecvd。cvd工艺具有某些特性，这使得它们在某些情况下不太合适。例如，cvd气相反应的质量传输限制可能导致沉积效应，在顶部表面(例如，栅极堆叠件的顶部表面)处呈现较厚的沉积而在凹陷表面(例如，栅极堆叠件的底部拐角)处呈现较薄的沉积。此外，响应于具有不同设备密度的区域的某些半导体管芯，跨衬底表面的质量传输效应可能导致管芯内和晶片内厚度变化。因此，在随后的蚀刻工艺中，厚度变化会导致某些区域的过度蚀刻而其他区域的蚀刻不足，这可能会降低设备效能和管芯良率。与cvd工艺有关的另一个困难是这样的工艺经常不能在高深宽比的特征中沉积保形膜。随着设备尺寸的不断缩小，这个问题可能会变得越来越棘手。
204.在另一个示例中，一些沉积工艺涉及多个膜沉积循环，每个循环产生离散的膜厚度。例如，在ald中，沉积层的厚度可能受到可吸附在衬底表面上的一种或多种膜前体反应物的量限制，以在成膜化学反应本身之前形成吸附限制层。因此，ald的特征包含膜的薄层(诸如具有单原子或分子的宽度的层)的形成，其是以重复和顺序方式进行使用。随着设备和特征大小的尺寸持续减小，且随着三维设备和结构在集成电路(ic)设计中变得越来越普遍，沉积薄保形膜(例如，相对于下层结构的形状具有均匀厚度的材料膜)的能力持续变得越来越重要。因此，鉴于ald是其中每个沉积循环操作以沉积材料的单原子或分子层的成膜技术，所以ald可以很好地适合于保形膜的沉积。涉及ald的典型设备制造工艺可以包括多
个ald循环，其可以成百上千个，然后可以用来形成实际上任何期望厚度的膜。此外，鉴于每一层都是薄的且保形的，所以由这种工艺产生的膜可以符合任何下层设备结构的形状。在某些实施方案中，ald循环可以包括以下步骤：
205.衬底表面对第一前体的暴露。
206.内部定位有衬底的反应室的清扫。
207.衬底表面的反应的活化，通常利用等离子体和/或第二前体。
208.内部定位有衬底的反应室的清扫。
209.每个ald循环的持续时间通常可以小于约25秒，或小于约10秒，或小于约5秒。ald循环的一个或多个等离子体暴露步骤可以具有短的持续时间，例如约1秒或更短的持续时间。
210.在特定实施方案中，ald操作可由(图1b的)系统控制器190加以控制和/或管理，该系统控制器190可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
211.在前面的详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对所呈现的实施方案或实现方案的透彻理解。可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践所公开的实施方案或实现方案。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地使所公开的实施方案或实现方案难以理解。尽管结合特定实施方案或实现方案而描述所公开的实施方案或实现方案，但是应当理解，这样的描述并不旨在限制所公开的实施方案或实现方案。
212.出于描述所公开的方面的目的，详细描述针对某些实施方案或实现方案。然而，可以以多种不同方式来应用和实施本文的教导。在前面的详细描述中，参照附图。尽管充分详细地描述了所公开的实施方案或实现方案以使本领域技术人员能够实践这些实施方案或实现方式，但是应当理解，这些示例不是限制性的；在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其他实施方案或实现方案，并且可以对所公开的实施方案或实现方案进行改变。另外，应该理解的是，除非另有说明，否则在适当的情况下，连接词“或”在本文中旨在呈包含意义；例如，术语“a、b、或c”旨在包括以下可能性：“a”、“b”、“c”、“a和b”、“b和c”、“a和c”以及“a、b和c”。
213.在本技术案中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”、以及“部分制造
的集成电路”可互换使用。本领域技术人员应理解，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上的集成电路制造的许多阶段的任何阶段期间的硅晶片。半导体设备工业中使用的晶片或衬底通常包括200mm、或300mm、或450mm的直径。前文的详细描述假定实施方案或实现方案是在晶片上、或结合与形成或制造晶片相关联的处理来实施。然而，所公开的实现方案不限于此。工件可以具有各种形状、尺寸以及材料。除了半导体晶片之外，可以利用所公开的实现方案的其他工件可以包括各种物品，例如印刷电路板，或印刷电路板的制造等等。
214.除非本公开内容的上下文清楚地另外要求，否则在整个权利要求中，词语“包括”、“包含”等应以包含性含义来解释，而不是排他性或穷举性的；也就是说，“包括，但不限于”的含意。使用单数或复数的词语通常也分别包括复数或单数。当词语“或”用于指2个或更多个项目的清单时，该词涵盖该词的以下所有解释：列表中项目中的任一者、列表中的所有项目、以及列表中的项目的任一组合。术语“实现方案”是指此处描述的技术和方法的实现方案，以及体现这种结构和/或结合此处描述的技术和/或方法的物理对象。