一种射频电源的功率采集电路、射频电源和半导体工艺设备的制作方法

本发明涉及半导体生产，特别是涉及一种射频电源的功率采集电路、一种射频电源和一种半导体工艺设备。

背景技术：

1、射频电源是产生一定频率的功率输出设备，工作频率从2mhz(兆赫兹)到60mhz不等，通常用于刻蚀机等半导体装备，led(light emitting diode，发光二极管)与光伏产业等。为了降低输出信号的干扰，实现稳定的输出控制，射频电源通常采用闭环负反馈控制方式，来增强系统的鲁棒性、稳定性，提高输出信号的精度及线性度。内部的定向耦合器作为传感器将射频电源输出的前向功率和进入到射频电源的反射功率转换成电压信号，此电压信号经过整流滤波后作为反馈信号参与闭环控制。但传统的整流滤波方案作用有限，并不能将互调失真信号进行滤除。

2、互调失真(intermodulation distortion，imd)，是指由放大器所引入的一种输入信号的和以及差的失真。产生互调失真的过程本质上也是一种调制过程，由于电子线路和放大器不可能做到完全理想的线性度，当不同频率的信号同时进入放大器被放大时，在非线性作用下，每个不同的频率的信号就会自动相加和相减，产生出两个在原信号中没有的额外信号。这些额外的频率信号对射频电源的危害主要以载波频率附近的三次、五次等奇数次为主，且互调失真信号因与载波频率非常接近，故难以利用滤波器将其消除，而且又极易干扰相邻的频率。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种射频电源的功率采集电路、一种射频电源和一种半导体工艺设备。

2、为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种射频电源的功率采集电路，所述功率采集电路与所述射频电源的定向耦合器连接，所述功率采集电路用于测量所述定向耦合器的输出功率幅值；所述功率采集电路包括：

3、与所述定向耦合器连接的滤波模块，用于对所述定向耦合器的耦合输出功率信号进行滤波，生成滤波功率信号；

4、与所述滤波模块连接的单端转差分模块，用于将所述滤波功率信号转换为第一差分信号和第二差分信号；

5、与所述单端转差分模块连接的处理模块，用于对所述第一差分信号和所述第二差分信号进行傅里叶变换，生成主频信号幅值；并确定所述主频信号幅值为所述输出功率幅值。

6、可选地，所述单端转差分模块直流输入端与预设外置直流电源连接，所述单端转差分模块电压输入端与所述滤波模块连接，用于接收所述滤波功率信号，输出所述第一差分信号；所述单端转差分模块电压输出端与所述处理模块连接，用于向所述处理模块输出所述第二差分信号。

7、可选地，所述单端转差分模块包括：

8、相移器；或

9、巴伦变压器；或

10、差分运算放大器。

11、可选地，所述滤波模块包括：

12、与所述定向耦合器连接的带通滤波器；或

13、与所述定向耦合器连接的高通滤波器。

14、可选地，所述带通滤波器包括：

15、与所述定向耦合器连接的第一电容；与所述第一电容另一端连接的第一电感；与所述第一电感另一端连接的第二电感和第二电容；所述第二电容另一端接地；与所述第二电感另一端连接的第三电感和第三电容；所述第三电容另一端接地；与所述第三电感另一端连接的第四电容，所述第四电容另一端连接所述单端转差分模块；与所述第四电容另一端连接第一电阻，所述第一电阻另一端接地。

16、可选地，还包括：位于所述滤波模块和所述单端转差分模块之间的比例运算模块，用于调整所述滤波功率信号的电压范围，并将调整后的滤波功率信号发送至所述单端转差分模块。

17、可选地，所述比例运算模块包括：

18、输入端与所述滤波模块输出端连接的跟随电路；

19、与所述跟随电路输出端和所述单端转差分模块输入端连接的比例放大电路。

20、可选地，所述跟随电路包括第一运算放大器，

21、所述第一运算放大器方向反相输入端和输出端与所述比例放大电路连接，所述第一运算放大器方向同相输入端与所述滤波模块输出端连接。

22、可选地，所述比例放大电路包括：

23、与所述跟随电路输出端连接的第二电阻；所述第二电阻另一端与第二运算放大器反相输入端连接，所述第二运算放大器正相输入端与第三电阻连接；所述第三电阻另一端接地；第四电阻一端与所述第二运算放大器反相输入端连接，另一端与所述第二运算放大器输出端连接；所述第二运算放大器输出端与第五电容连接，所述第五电容另一端与单端转差分模块输入端连接。

24、可选地，所述处理模块包括：

25、与所述单端转差分模块连接的模数采集电路，用于采集所述第一差分信号和所述第二差分信号，生成采集信号；

26、与所述模数采集电路连接的处理器，用于对所述采集信号进行傅里叶变换，生成主频信号幅值；并确定所述主频信号幅值为所述输出功率幅值。

27、可选地，处理器包括：

28、与所述模数采集电路连接的数据缓存子模块，用于缓存所述采集信号；

29、与所述数据缓冲子模块连接的傅里叶变换子模块，用于对所述采集信号进行傅里叶变换，生成多个频率信号，并从所述多个频率信号中确定主频信号；

30、与所述傅里叶变换模块连接的数据驱动子模块，用于向所述傅里叶变换模块发送驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述傅里叶变换子模块进行傅里叶变换；

31、与所述数据缓存子模块、所述傅里叶变换子模块和所述数据驱动子模块连接的锁相环，用于向所述数据缓存子模块、所述傅里叶变换子模块和所述数据驱动子模块发送同步时钟信号，所述同步时钟信号用于同步时序；

32、与所述傅里叶变换子模块连接的取模运算子模块，用于对所述主频信号的实部和虚部进行取模运算，生成所述主频信号幅值；并确定所述主频信号幅值为所述输出功率幅值。

33、本发明实施例还公开了一种射频电源，所述射频电源包括功率采集电路、定向耦合器和功率源，所述功率源与所述定向耦合器输入端连接，所述定向耦合器输出端与所述功率采集电路连接；其中，所述功率采集电路为如上所述的射频电源的功率采集电路。

34、本发明实施例还公开了一种半导体工艺设备，所述半导体工艺设备包括射频电源、射频匹配器和工艺腔室，所述射频匹配器的输入端与所述射频电源连接，所述射频匹配器的输出端与所述工艺腔室连接；所述射频电源为上述的射频电源；所述射频电源用于产生射频功率，所述射频匹配器用于加载所述射频功率至所述工艺腔室，以激发所述工艺腔室中的工艺气体形成等离子体；所述工艺腔室用于基于所述等离子体加工待加工晶圆。

35、本发明实施例包括以下优点：

36、本发明实施例通过与所述定向耦合器连接的滤波模块对所述定向耦合器的耦合输出功率信号进行滤波，生成滤波功率信号；与所述滤波模块连接的单端转差分模块将所述滤波功率信号转换为第一差分信号和第二差分信号；与所述单端转差分模块连接的处理模块对所述第一差分信号和所述第二差分信号进行傅里叶变换，生成主频信号幅值；并确定所述主频信号幅值为所述输出功率幅值。通过将定向耦合器输出的信号转换为第一差分信号和第二差分信号；并对第一差分信号和第二差分信号对进行傅里叶变换，得到不同频率下的频谱，从中提取主频信号，从而达到去除互调失真信号的目的，提高信号准确度。