CN104685365B - 分析来自等离子体系统的rf信号 - Google Patents

Abstract

收集表示在频率范围内的来自等离子体系统的信号和噪声的样本。从样本识别对应于频率值F的第一复频域信号分量，在频率值F处发现局部最大信号。这个第一分量被相位调整可变角度θ至预定相位角并被存储。识别对应于表示F的第N级谐波的频率F(N)的更远复分量。这个更远分量被相位调整角度N×θ并被存储。重复上述过程以建立经过相位调整的第一和更远分量的组，在每个迭代中为所述第一分量选择θ以得到恒定的相位角并且在任何迭代中，用于所述第一分量的θ的值用于所述更远分量的调整。聚合的经过相位调整的分量展示增长的信噪比。

Description

分析来自等离子体系统的RF信号

技术领域

本发明一般涉及来自等离子体系统的RF信号的分析，包括分析在RF频率处调制的等离子体负载的光信号。

背景技术

等离子体工艺用于各种工业，例如半导体、扁平面板和太阳能领域。这些等离子体工艺被要求执行复杂的工艺，例如表面的实时沉积、刻蚀或蚀变。

通过使得RF电流穿过低压气体形成等离子体。等离子体的密度取决于RF波形的频率在碰撞频率和RF频率之间的关系。相对高的频率用于最大化等离子体密度。经常地使用第二频率RF波对正处理的衬底施加偏压，以便离子以正确的能量撞击表面从而最大化刻蚀速率。近年来，待刻蚀的结构的尺寸减小，并且使用更复杂的等离子体激励机制。经常地从多个频率生成等离子体，以便单独地控制等离子体密度和到达晶片表面的离子的能量。脉冲等离子体也用于更好地控制电子能量和刻蚀的质量。

等离子体工艺的产量和总效率经常由衬底架及其周围的物理几何形状以及等离子体能源和匹配确定。等离子体的RF阻抗和传递的能量的品质是重要的因素且现在需要被监控以保证工艺正确地运行。等离子体阻抗和能量是包含实部分量和虚部分量的复值，测量的阻抗包括室阻抗和等离子体阻抗，并且因为室阻抗经常控制等离子体阻抗，因此需要非常精确的测量。

因为将传感器引入等离子体反应器而引起的与等离子体干扰和污染相关联的问题，直接监控等离子体参数是困难的。因此，RF传递路径上的外部探测器或安装在窗上的光学探测器在确保正确地操作等离子体和支持等离子体工艺的闭环控制的方面变得更重要。

现有技术中的难点在于使用多个频率。典型的频率是400kHz、800kHz、2MHz、13.56MHz、27MHz和40MHz。因为等离子体是非线性负载，因此等离子体产生谐波，该谐波存在于信号中并混淆传感器。此外，当存在两个频率时，非线性的等离子体负载产生两个频率之间的互调。这些互调分量还增加RF波形的复杂性。在一些系统中，两个频率不是固定的而是可以移动，以便帮助能量和负载的匹配。诊断系统的挑战是隔离以及测量等离子体工艺的基本参数，例如传递的能量、等离子体阻抗、或这种复信号中的光强。

US6522121 B2描述了将每个RF信号下变频至基带以及使用高品质音频数字化器分析信号的方法。这种方式生成多个信号和数字化器。这种系统可以变得非常复杂且在任一次仅可以监控有限数量的信号。如果脉冲频率约等于或高于用于下变频信号的本地振荡器的频率，则系统限于脉冲应用。频率调谐意味着基本频率将移动，因此本地振荡器必须跟踪这个移动，这不是容易实施的解决方案且是缺点。

为了克服这些问题，WO2006/135515已经基于采样的变频器提出改进，基于采样的变频器使RF电压和电流信号达到固定的中频频率。但是，这种降频变频器限于存在多个频率的应用或者存在高脉冲重复率的应用。RF的直接采样要求采样器在测量的最高频率的两倍(称作奈奎斯特频率)处操作。现有的高分辨率模数转换器已经限制带宽并且这生成对于不需要非常高的采样率但是避免到IF频率的下变频的采样系统的需求。

现有技术的进一步局限性是噪声的处理和获取良好的信噪(S/N)比，尤其对于较高的谐波和以及在多个频率信号存在下。现有技术水平包括任一个同步平均，其中S/N随着被平均的测量值的数量的平方根的增加而增加。同步是可能的，但是需要信号的硬件隔离以及锁定需求信号的电路。这种系统的建立是复杂的，并且这种系统由于锁定同步信号所需的时间而不适于脉冲操作，因此也不适于可变多频系统。

在非同步RF信号的情况下，现有技术提供固定长度的样本中及时捕获的信号。使用快速傅里叶变换(FFT)从有限长度数字序列计算周期图。由于谱偏差以及给定频率处的变化不随着用于计算的样本的数量的增加而减小的事实，原始周期图不是良好的谱估计。谱偏差问题由序列的突然截断引起，并且可以通过将有限序列首先乘以窗函数而减小，窗函数逐渐地而不是突然地截断序列。平均周期图不改进S/N并且适当地留下来自互调和重叠谐波的干扰。因为复杂的谱数据要求数据尽可能地保持最大谱频率分辨率，因此不可以使用减小S/N的技术如巴特利特方法。

如果样本频率低于测量所需的最高频率，那么高频率分量将被混叠并且出现在较低频率处的时间序列中，从而进一步使得频谱复杂化且增加经常不被期望的谱特征。现有技术水平通常通过在模数转换器(ADC)的输入上增加基于硬件的抗混叠滤波器解决这个问题。这减小系统的带宽。

由此可以看出，现有技术水平或者将原始信号下变频至中频频率并使用高分辨率ADC捕获数据，或者使用直接转换并测量周期图。两种方法都受感兴趣的信号的谱复杂性的限制，并且都不允许变化的减小及随后的S/N的增加，而这是产生用于多频率、可变频率和脉冲频率应用中的工艺控制的可靠信号所需要的。

发明内容

提供一种分析来自等离子体系统的RF信号的方法，包括以下步骤：

(a)从所述等离子体系统接收一个或多个信号通道，其中所述信号通道或每个信号通道包括表示在频率范围内的来自等离子体系统的信号和噪声的数据源；

(b)在来自所述信号通道之一的第一RF信号样本中识别第一频率值F，在所述第一频率值F处发现频域中的局部最大值；

(c)在所述第一信号样本中确定所述第一频率值F处的第一复频域信号分量；

(d)在来自所述信号通道之一的所述第一RF信号样本中或更远RF信号样本中识别更远频率值F(N)，其中N是表示所述第一频率F的第N级谐波的整数，以及其中N＝1表示第一频率F处的第一级谐波；

(e)在所述RF信号样本中确定所述更远频率值处的更远复频域分量，在所述RF信号样本中识别所述更远频率值；

(f)通过将所述第一复频域分量的相位调整角度θ至预定相位角而变换所述第一复频域分量，从而提供经过相位调整的第一复信号分量；

(g)通过将所述更远复频域分量的相位调整等于N×θ的角度而变换所述更远复频域分量，从而提供经过相位调整的更远复信号分量；

(h)关于来自所述相同等离子体系统的多个信号样本，迭代地重复步骤(b)至(g)，其中在每个迭代中选择θ的值以得到不同迭代中的经过相位调整的第一复信号分量的恒定相位角以及其中在任何迭代中，在步骤(f)中选择的θ的值用于步骤(g)的调整；

(i)聚合或平均在每个迭代中获取的所述经过相位调整的第一复信号分量；

(j)聚合或平均在每个迭代中获取的所述经过相位调整的更远复信号分量。

相移操作基本上允许在不减小期望的基波及其谐波的情况下对多个周期图进行平均。不与基本电压同相的其他信号将以趋于彼此抵消的方式矢量地相加。这还包括噪声，使得信号的变化将随着被平均的周期图的数量的平方根的减小而减小。这导致平均信号的S/N的急剧增大。

第一频率F优选地是但不必是等离子体系统的基本频率，例如，F可以是在等离子体系统中经常被发现的13.56MHz。但是，第一频率自身可以是谐波，例如27.12MHz处的第二谐波，在这种情况下，值N＝1(本文公开的相移方法中)表示27.12MHz信号，N＝2表示54.24MHz处的谐波(实际上是13.56基波的第四谐波)。

重要的是，第一频率被相位调整角度θ至预定的相位角然后更远频率或每个更远频率被调整角度N×θ，其中N表示第一频率和更远频率之间的频率倍数。

在一些实施方案中，第一频率值被识别出的信号通道与更远频率被识别出的信号通道不同。

由此，可识别(例如)电压信号通道中的信号最大值并使用(例如)电流或光信号通道中的相应或谐波频率上的相移操作，相移操作允许通过噪声的减小和具有与电压通道中的第一频率的正确相位关系的信号分量的加强来清理电流或光周期图。

因此，优选地，第一频率值被选择的信号通道是电压信号通道、电流信号通道和光信号通道中的一个，以及更远频率值被识别出的信号通道是不同的电压信号通道、电流信号通道和光信号通道中的一个。

优选地，在每个迭代中，步骤(d)、(e)和(g)被执行多于一次，使得在步骤(d)中识别多个更远频率值，每个更远频率值表示在来自等离子体系统的信号通道中发现的第一频率F的谐波，对于每个这种谐波，并且在步骤(e)中确定在步骤(g)中被变换的各个更远复频域分量以提供各个经过相位调整的更远复信号分量，以及其中对于每个这种经过相位调整的更远复信号分量单独地重复步骤(i)。

以这种方式，识别和隔离单个信号通道中的信号最大值允许本方法在不同信号通道中的多个谐波信号上重复。

更优选地，对于所述第一RF信号样本中识别的更远频率值，步骤(d)、(e)和(g)被执行至少一次，并且对于来自不同信号通道的更远RF信号样本中识别的更远频率值，步骤(d)、(e)和(g)被执行至少一次。

优选地，第一频率值被识别为电压信号通道中的基本频率，以及至少一个更远频率值为所述电压信号通道中的所述基本频率的N>1级谐波，且此外其中所述更远频率值的另一个被识别为来自电流信号通道或光信号通道的信号样本中的相同基本频率的谐波(N>＝1)。

可选地，第一频率值可被识别为电流信号通道中的基本频率，至少一个更远频率值为所述电流信号通道中的所述基本频率的N>1级谐波，且此外其中所述更远频率值的另一个为来自电压信号通道或光信号通道的信号样本中的相同基本频率的谐波(N>＝1)。

优选地，第一频率值和多个更远频率值包括来自电流信号通道的至少第一和第二级谐波以及来自电压信号通道的第一和第二级谐波。

在优选实施方案中：

识别第一频率值的步骤(b)包括识别其中信号幅度的局部最大值被定位或预期的离散傅里叶变换的仓号b1，以及

识别更远频率值的步骤(d)包括确定服从模运算的仓号b2＝N×b1的标识以及选择位于与仓b2邻近的N个仓中的仓，其中所述模数是仓的总数量。

典型地，将选择为简单的倍数的、服从模运算的仓号b2。例如，如果存在512个仓，第一频率(N＝1)被识别在仓b1＝204中，那么第二谐波(N＝2)可简单地被识别为b2＝408中的复信号分量。或者第三谐波(N＝3)可简单地被识别为b2＝100(即，在模512运算下612变成100)中的复信号分量。

但是，在一些场景中，将需要考虑仓b1跨越有限的频率范围，真实信号峰值可位于等于仓位置204.8(位于被仓204覆盖的频率范围内，但是接近仓205)的频率处。在这种情况下，第三谐波位于等于仓位置614.4的频率处，或者通过模运算位于被仓102覆盖的频率范围内。因此，对于这种情况下的第三谐波的复频率分量的选择可包含如上所述地确定仓号b2＝100的标识，但是然后选择位于仓b2附近的3个仓中的仓(例如仓102)。

位于仓b2附近的N个仓中的仓的选择可包括在所述范围中识别信号幅度的最大值被发现的仓。

可选地，并且在可能的情况下优选地，位于仓b2附近的N个仓中的仓的选择可包括选择其中倍频F(N)被发现的仓，其中频率F已知具有比仓大小高的精度。

基本或第一频率F的值可在连续迭代中漂移，并且优选地，在每个迭代中，第一频率值F被识别为预期的频率范围内的局部最大信号。

优选地，本发明包括从信号通道接收至少一个RF信号样本以及将所述至少一个RF信号样本变换至频域的初始步骤。

优选地，所述变换是是离散傅里叶变换，且优选地是快速傅里叶变换。

在优选实施方案中，基于不同的第一频率F’重复步骤(b)至(j)，在所述不同的第一频率F’处发现频域中的局部最大值，其中F’和F不是彼此的谐波。

例如，可在每个迭代中对F＝27.12MHz处的基本电压频率分量、它的第二和第三谐波(即，相同的信号通道中的F(2)和F(3))、以及27.12MHz、54.24MHz和81.36MHz处的电流信号的第一、第二和第三谐波(即，不同信号通道中的F(1)、F(2)和F(3))执行信号分析。然后，根据基于(例如)电压和/或电流中的800kHz基波及其谐波中的一个或多个重复步骤(b)至(j)，可重复整个过程。

还提供一种计算机程序产品，其包括当在提供有表示等离子体系统的一个或多个RF信号的数据的处理器中执行时有效地执行本文中的任一方法的机器可读指令。

计算机程序产品可被提供在数据载体上，或者作为计算机存储器中的指令，或者可被实施为硬接线电路，或者可被实施为可编程电路如现场可编程门阵列中的逻辑规则。

当实施为可编程指令时，处理器可以是通用计算机系统的处理器、或者专用处理器如数字信号处理器芯片。

还提供一种用于分析来自等离子体系统的RF信号的系统，其包括被编程为执行本文中的任一方法的一个或多个处理电路。

优选地，一个或多个处理电路被实施为现场可编程门阵列，所述电路的所述编程包括用实施所述方法的逻辑函数配置所述现场可编程门阵列。

附图简述

图1是分析来自等离子体系统的RF信号的系统的示意图；

图2示出因800kHz RF电源和27.12MHz电源产生的RF线上的模拟电压和电流信号；

图3示出图2的电流信号的快速傅里叶变换的结果；

图4示出800kHz峰值及相关谐波的特写；

图5示出来自本发明的方法的应用之前和之后的电压和电流信号的800kHz信号的第一至第五谐波峰值周围的频率仓范围的数据；

图6示出与图5中布置的但是添加有噪声的数据组；

图7示出与图5中布置的与图5等效的数据组，但是对于27.12MHz信号的第一至第五峰值具有噪声。

具体实施方式

如图1所示，标记为10的RF传感器包括用于捕获与等离子体电极相连的RF线14上的电压的宽带电容式电压拾波器(pick-up)12。宽带电容式电压拾波器12被设计为具有感兴趣的频率范围上的平滑频率响应。传感器10还具有用于捕获与等离子体相连的RF线中的RF电流的电流环18。RF环被设计为以变换器模式操作，以便它基本上具有感兴趣的频率范围上的平滑频率响应。电压拾波器12和电流拾波器18嵌入围绕RF线14的输电线16中。

电流和电压信号分别从电容式拾波器和电流环传递到模数转换器20，如下面参考图2描述的，在现场可编程门阵列22中处理数字化的信号。

对于这个实施例，我们将参考RF传感器，但是我们还设想用于监控RF频率处的光学数据的光学传感器或者记录RF谱区中的有用信息的其他传感器。

图2中，我们示出因800kHz RF电源和27.12MHz电源产生的RF线上的模拟电压和电流信号。来自传感器的电压和电流信号馈送到电压和电流ADC(图1)，其中以比最高基本频率(27.12MHz)高的固定样本率(例如约50MSPS(每秒百万个样本))将V和I信号被转换成高分辨率数字字(16bit)，这可以通过使用低成本数字化器实现。优选地，不使用抗混叠过滤器，并且数字化器的信号带宽应至少是奈奎斯特(Nyquist)频率的5倍(>150MHz)。

然后，我们获取电压和电流信号的标准N＝512FFT。这通过使用现场可编程门阵列芯片实现。512个样本需要17.4us来获取以及需要约50us来完成FFT。特别地，由于非线性的等离子体负载，存在电流的显著谐波失真。非线性负载还导致两个频率的互调以及显著的互调分量(在电流信号中还更明显)。

图3示出模拟电流信号的FFT。此处，我们看到幅度为1的基本800kHz信号以及幅度为1的27.12MHz信号。在模拟数据中，27.12MHz信号的谐波被设置为基本信号的幅度的10％并将出现在54.24MHz、81.36MHz、108.48MHz和135.6MHz处。由于运行在49.5MSPS的数字化器的混叠，27.12的谐波出现在0-25MHz的范围内。非线性负载将产生与27.12MHz相距+/-800kHz处的互调及其镜像。这些在图3中清晰可见。

800kHz基波也将被非线性负载失真，并且谐波将出现在1.6MHz、2.4MHz、3.2MHz和4MHz处。在模拟中，800kHz谐波的振幅分别被设置在基本幅度的30％、20％、10％和5％。图4示出800kHz峰值和相关谐波的特写。27.12MHz信号的第二谐波被混叠并出现在4.8MHz处，并且它的互调峰值出现在4MHz和5.6MHz处。清楚的是，13.56MHz谐波和互调产物污染第五谐波并使得利用现有的标准技术对其测量变得不可能。噪声也是峰值测量中的不确定性的原因并且将限制这种方法精确地估计任何信号的相位的能力。

为了克服这些局限性，本发明允许用户选择其中第一信号被预期的频率范围(例如，F1＝27.56+/-0.5MHz)以及其中第二频率可被发现的第二范围(例如，F2＝800kHz+/-100kHz)。如出于多频率应用的需要，可以选择其他频率范围。当前实施例中的FFT仓(bin)大小是97kHz。如果范围大于仓大小，那么信号可在数个仓的一个中被发现。应用中需要频率的范围，其中频率是可变的以帮助能量与等离子体负载的匹配。

算法计算其中信号的F1分量的基本分量可被发现的仓的范围。它确定其中存在最大电压信号的仓并假设这个基本分量F1，然后算法将这个仓中的电压矢量旋转相位角θ直至那个仓的虚部分量达到预定相位角为了方便，优选地设置为零，因为这消除经过相位调整的第一频率分量的虚部分量。算法还将电流FFT的相同频率仓的电流矢量旋转相同的角度θ。电压矢量的实部分量被存储为V_m11并且存储相同频率仓的新电流矢量I_m11(实部，虚部)。算法计算其中存在第二m12-n12，第三m13-n13和更远谐波的仓的范围。它在频谱的适当部分寻找混叠的信号，对于第二谐波将每个电压矢量和电流矢量旋转角度的两倍(即，2θ)，对于第三谐波旋转角度的三倍(即，3θ)，等等，并且存储复矢量。对于F2及其谐波重复上述过程。实际上，选择的仓可以不是唯一的，来自两个频率的谐波可以重叠，并且选择的仓可包含噪声、其他谐波和互调分量。一旦所有的相关矢量值都被存储，丢弃剩下的未使用的仓。

收集新的数据组，获取FFT，并将上述过程重复许多次(例如，1000次)。对于每个这种数据组，旋转角度θ是变化的，以便F1的基本电压分量旋转至与第一数据组相同的相位角然后，对于那个数据组中的每个其他频率分量(例如，第二、第三等电压谐波和第一、第二、第三电流谐波)，采用这个新的旋转角度θ及其倍数Nθ旋转上述的矢量。在当前实施例中，这需要约67ms。相加电压和电流矢量以生成时间平均的周期图。应理解的是，在这个实施例中，如果在第一迭代中采用的值＝0，那么1000个N＝1电压分量的所有矢量将已被旋转至相位角零，对于每个数据组需要不同的旋转角度θ。分别将1000个N＝1电流分量的每个旋转与其对应电压矢量相同的角度θ。1000个第三谐波电压矢量的每个将已被旋转用于基本电压矢量的旋转角度的三倍，同样地1000个第三谐波电流矢量的每个也被旋转用于基本电压矢量的旋转角度的三倍，再次维持电压和电流之间的恒定相位差。

图5示出应用至图2的模拟数据的算法的实施例。每幅图中的黑线是F1至F5(从左到右移动)的每个谐波周围的频率仓范围的电压矢量(上面五幅图)或电流矢量(下面五幅图)的幅度。每幅图中的灰线是应用相移算法以及对1000个周期图求平均的结果。

在电流的第五谐波的情况下，我们看到表示54.24MHz处的电流信号的互调分量被混叠以出现在电流的800kHz的第五谐波的附近的蓝色信号。红线是应用电压相移算法在1000个周期图上平均的800kHz的第五谐波。矢量幅度现在是0.05，这是移除互调分量后的正确值。

应用至基波和谐波的电压相移操作基本上允许在不减小期望的基波及其谐波的情况下对多个周期图进行平均。操作还保持电压和电流之间的相位差。还可获取RF波形的真实表示。其他不与基本电压同相的信号将以倾向于相互抵消的方式矢量地相加。这还包括噪声，以便信号的变化随着被平均的周期图的数量的平方根的减小而减小。这导致平均信号的S/N的急剧增大。

在图6中，我们看到以与图5的方式相同的方式布置的用于800kHz的数据组，但是具有添加的噪声。在图6中，每个谐波(N＝2、3、4等)被设置为基波(N＝1)的幅度的10％。被平均的周期图的数量被设置为100，因为在添加有噪声的情况下，模拟更慢。可见的是，示出应用相位调整算法和平均之后的数据的红线远比蓝线(处理之前)清楚。

图7示出与图5相同的数据组，但是(a)是对于27.12MHz基波及其谐波，(b)具有添加的噪声。再次可见的是，算法的效果是减小且移除与感兴趣的谐波分量重叠的杂散信号，从而显著地减小噪声。

现有技术不要求锁定期，相干长度由捕获512个数据点花费的时间确定，并且有点被窗函数减小。但是，如果要求同步以进一步改进性能，可以通过记录每个基本电压所需的相移实现。对于固定频率采样频率和固定频率基波，这个相位从一个样本到下一个样本是恒定的。因此，在x秒的周期上平均相移和使用平均相位等同于使用通过用于平均相位的时间长度确定的带宽锁定经测量的电压和电流测量结果的相位。这个方法改进数据的质量，但是当频率快速偏移时或者在脉冲应用中，难以使用这个方法。

本发明关于第一频率(其设置相位调整角度θ的值)和更远频率(Nθ的调整被应用于其)如何操作的一些实施例包括下面的内容。在下文中，应理解的是，“信号通道A”表示包含RF信号的一个通道(例如电压、电流或光信号通道)，“信号通道B”表示不同的通道但是也包含RF信号，并且信号通道A和B都包括分享共同基本频率的频率分量。(可选地，且不常见地，信号通道A和B可以都是电压信号但是覆盖定位不同的谐波峰值的频谱的不同部分)。

最常见地，信号通道A和B将广泛地覆盖相同范围的频率，且将包含给定信号的感兴趣谐波峰值的每个(例如，当研究800kHz等离子体RF调制时，信号通道A可以是具有从0至5MHz的带宽的电压信号，信号通道B是具有相同带宽的电流信号，从而捕获电流和电压的基波和第二至第六谐波。不常见地但是也在本发明的范围和能力中地，信号通道A可以是覆盖(例如)800kHz基本信号峰值周围的窄带宽的电压信号，而信号通道B可以是包含从1.5至1.7MHz的频率(由此仅包含对应的电流信号的第二谐波频率分量)的电压信号通道)。

场景1：

第一频率是来自信号通道A的真实基本分量

(i)更远频率是来自信号通道A的较高谐波(N＝2、3等，表示第二级、第三级谐波等)

(ii)更远频率是来自信号通道B的相等基波(N＝1)

(iii)更远频率是来自信号通道B的较高谐波(N＝2、3等，表示第二级、第三级谐波等)

场景2：

例如，第一频率是来自信号通道A的基本等离子体频率的第二谐波

(i)更远频率是来自信号通道A的谐波倍数(N＝2、3等，表示第四级、第六级谐波等)

(ii)更远频率是来自信号通道B的对应信号(N＝1表示第二谐波)

(iii)更远频率是来自信号通道B的较高谐波(N＝2、3等，表示第四级、第六级谐波等)

可以看出的是，“第一频率”总是被分配数字N＝1，每个更远频率根据它是否是与第一频率(即，具有N＝1的其第一级谐波)、频率的两倍(第二级，N＝2)、频率的三倍(第三级，N＝3)等相同的频率而被分配相应的数字N＝1、2、3等。N＝1处的第一频率经常但不必须是信号通道中发现的真实基本频率，例如场景1。但是，场景2表明，在一些情况下，分配N＝1的第一频率可以是例如54.24MHz峰值，其实际上是等离子体系统的27.12MHz激励频率的第二级谐波。在这种情况下，54.24MHz信号将被旋转角度θ，其他信号通道中的任何对应的54.24MHz频率分量也旋转角度θ。N＝2将表示108.48MHz处的任何频率分量(是基本27.12MHz激励的第四级谐波)，并且这些分量将被旋转2θ，等等。

Claims (19)

1.一种分析来自等离子体系统的RF信号的方法，其包括以下步骤：

(a)从所述等离子体系统接收一个或多个信号通道，其中所述信号通道或每个信号通道包括表示在频率范围内的来自等离子体系统的信号和噪声的数据源；

(b)在来自所述信号通道之一的第一RF信号样本中识别第一频率值F，在所述第一频率值F处发现频域中的局部最大值；

(c)在所述第一RF信号样本中确定所述第一频率值F处的第一复频域分量；

(d)在来自所述信号通道之一的所述第一RF信号样本或更远RF信号样本中识别更远频率值F(N)，其中N是表示所述第一频率值F的第N级谐波的整数，以及其中N＝1表示所述第一频率值F处的第一级谐波；

(e)在所述第一RF信号样本或更远RF信号样本中确定所述更远频率值处的更远复频域分量，在所述第一RF信号样本或更远RF信号样本中识别所述更远频率值；

(f)通过将所述第一复频域分量的相位调整角度θ至预定相位角而变换所述第一复频域分量，从而提供经过相位调整的第一复信号分量；

(g)通过将所述更远复频域分量的相位调整等于N×θ的角度而变换所述更远复频域分量，从而提供经过相位调整的更远复信号分量；

(h)关于来自所述等离子体系统的多个信号样本，迭代地重复步骤(b)至(g)，其中在每个迭代中选择θ的值以得到不同迭代中的所述经过相位调整的第一复信号分量的恒定相位角，以及其中在任何迭代中，在步骤(f)中选择的θ的值用于步骤(g)的调整；

(i)聚合或平均在每个迭代中获取的所述经过相位调整的第一复信号分量；

(j)聚合或平均在每个迭代中获取的所述经过相位调整的更远复信号分量。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一频率值被识别出的所述信号通道与所述更远频率值被识别出的所述信号通道不同。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一频率值被选择的所述信号通道是电压信号通道、电流信号通道和光信号通道中的一个，以及所述更远频率值被识别出的所述信号通道是不同的电压信号通道、电流信号通道和光信号通道中的一个。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中在每个迭代中，步骤(d)、(e)和(g)被执行多于一次，使得在步骤(d)中识别多个更远频率值，每个更远频率值表示在来自所述等离子体系统的信号通道中发现的所述第一频率值F的谐波，并且对于每个这种谐波，在步骤(e)中确定在步骤(g)中被变换的各个更远复频域分量以提供各个经过相位调整的更远复信号分量，以及其中对于每个这种经过相位调整的更远复信号分量单独地重复步骤(i)。

5.如权利要求4所述的方法，其中在每个迭代中，对于所述第一RF信号样本中识别的更远频率值，步骤(d)、(e)和(g)被执行至少一次，并且对于来自不同信号通道的更远RF信号样本中识别的更远频率值，步骤(d)、(e)和(g)被执行至少一次。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一频率值被识别为电压信号通道中的基本频率，以及其中至少一个更远频率值为所述电压信号通道中的所述基本频率的N>1级谐波，且此外其中所述更远频率值的另一个被识别为来自电流信号通道或光信号通道的信号样本中的相同基本频率的谐波。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述第一频率值被识别为电流信号通道中的基本频率，以及其中至少一个更远频率值为所述电流信号通道中的所述基本频率的N>1级谐波，且此外其中所述更远频率值的另一个为来自电压信号通道或光信号通道的信号样本中的相同基本频率的谐波。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述第一频率值和多个更远频率值包括来自电流信号通道的至少第一和第二级谐波以及来自电压信号通道的第一和第二级谐波。

9.如权利要求1或2所述的方法，其中：

识别第一频率值的步骤(b)包括识别其中信号幅度的局部最大值被定位或预期的离散傅里叶变换的仓号b1，以及

识别更远频率值的步骤(d)包括确定服从模运算的仓号b2＝N×b1模W的标识以及选择位于与仓b2邻近的M个仓中的仓，其中模数W是仓的总数量。

10.如权利要求9所述的方法，其中位于与仓b2邻近的M个仓中的仓的选择包括在所述范围中识别信号幅度的局部最大值被发现的仓。

11.如权利要求9所述的方法，其中位于与仓b2邻近的M个仓中的仓的选择包括选择其中倍频F(N)被发现的仓，其中频率F已知具有比仓大小高的精度。

12.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一频率值F在连续迭代之间漂移，以及其中在每个迭代中，所述第一频率值F被识别为预期的频率范围内的局部最大信号。

13.如权利要求1或2所述的方法，其还包括从信号通道接收至少一个RF信号样本以及将所述至少一个RF信号样本变换至所述频域的初始步骤。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述变换是离散傅里叶变换。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述变换是快速傅里叶变换。

16.如权利要求1或2所述的方法，其中基于不同的第一频率值F’重复步骤(b)至(j)，在所述不同的第一频率F’处发现频域中的局部最大值，其中F’和F不是彼此的谐波。

17.一种分析来自等离子体系统的RF信号的系统，包括提供有表示所述等离子体系统的一个或多个RF信号的数据的处理器，所述处理器用于执行权利要求1-16中任一项所述的方法。

18.一种用于分析来自等离子体系统的RF信号的系统，其包括被编程为执行权利要求1-16中任一项所述的方法的一个或多个处理电路。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述一个或多个处理电路被实施为现场可编程门阵列，以及其中所述处理电路的所述编程包括用实施所述方法的逻辑函数配置所述现场可编程门阵列。