JP2002324698A - パルス化インテリジェントｒｆ変調コントローラ - Google Patents
パルス化インテリジェントｒｆ変調コントローラInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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- H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発生器の出力を制御する制御方法を提供す
る。 【解決手段】 発生器の出力（２２）は、あるインピー
ダンスをもつ負荷に対し、あるセトリング時間をもつ出
力信号（１２）を供給する。この出力信号について、そ
のセトリング時間を決定する。出力信号は、変調波形で
振幅変調する（２０）。この変調した出力信号につい
て、これを表すセンス信号を発生する（２６）。そのセ
ンス信号を、出力信号のセトリング時間に基づくサンプ
リング時点にてサンプリングし（２８）、このサンプリ
ングしたセンス信号のデジタル表現を発生する。サンプ
リングしたセンス信号のこのデジタル表現に基づき、上
記出力の振幅変調を制御する（１４）。
る。 【解決手段】 発生器の出力（２２）は、あるインピー
ダンスをもつ負荷に対し、あるセトリング時間をもつ出
力信号（１２）を供給する。この出力信号について、そ
のセトリング時間を決定する。出力信号は、変調波形で
振幅変調する（２０）。この変調した出力信号につい
て、これを表すセンス信号を発生する（２６）。そのセ
ンス信号を、出力信号のセトリング時間に基づくサンプ
リング時点にてサンプリングし（２８）、このサンプリ
ングしたセンス信号のデジタル表現を発生する。サンプ
リングしたセンス信号のこのデジタル表現に基づき、上
記出力の振幅変調を制御する（１４）。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には電力出
力を提供する発生器（generator）に関し、そして詳細
には変調した出力波形を供給する電力発生器に関するも
のである。
力を提供する発生器（generator）に関し、そして詳細
には変調した出力波形を供給する電力発生器に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】変調された出力を提供する発生器は、そ
の出力を制御するのに使用する波形センス／制御技術に
よって種々の面で制約を受ける。代表的には、在来の発
生器は、その出力波形を表すセンス信号の正に向かう傾
斜を追跡する制御法を用いている。このセンス信号の立
ち上がりエッジは、電荷ダンプ−ホールド回路（ＣＤＨ
（charge-dump-hold）回路）によって追跡する。このＣ
ＤＨ回路は、波形の追跡を続け、そしてこれは、プラン
トのセトリング時間を考慮した所定量の時間後にセンス
信号の値を測定するまで、行う。ホールド回路は、出力
変調のディスエーブルと同時に活性化して、これによ
り、変調パラメータに拘わらずに有効な連続ＤＣ出力を
提供する。伝達電力のような出力特性は、上記測定した
パラメータにパルス化出力デューティー比を乗算するこ
とによって計算する。例えば、５０％のデューティー比
で１０００ワットのピーク電力測定値の場合、計算した
伝達出力電力は５００ワットとなる。
の出力を制御するのに使用する波形センス／制御技術に
よって種々の面で制約を受ける。代表的には、在来の発
生器は、その出力波形を表すセンス信号の正に向かう傾
斜を追跡する制御法を用いている。このセンス信号の立
ち上がりエッジは、電荷ダンプ−ホールド回路（ＣＤＨ
（charge-dump-hold）回路）によって追跡する。このＣ
ＤＨ回路は、波形の追跡を続け、そしてこれは、プラン
トのセトリング時間を考慮した所定量の時間後にセンス
信号の値を測定するまで、行う。ホールド回路は、出力
変調のディスエーブルと同時に活性化して、これによ
り、変調パラメータに拘わらずに有効な連続ＤＣ出力を
提供する。伝達電力のような出力特性は、上記測定した
パラメータにパルス化出力デューティー比を乗算するこ
とによって計算する。例えば、５０％のデューティー比
で１０００ワットのピーク電力測定値の場合、計算した
伝達出力電力は５００ワットとなる。
【０００３】上述のセンス／制御技法の制約には、プラ
ントのセトリング時間を予め測定しておく必要があるこ
とが含まれ、ＣＤＨ回路応答は、システムの帯域幅を制
限し、したがってこの技術は、出力波形の正のエッジと
負のエッジの両方を追跡することができず、このため任
意の振幅出力波形を制御することができない。セトリン
グ時間は、一般には、研究室での実験に基づき得られる
ものであり、そしてこれは、システム稼働の間において
使用するために記憶させる。プラントのセトリング時間
は、駆動中の負荷インピーダンスに基づき、多くのシス
テムで変動することになる。単一の負荷インピーダンス
に基づくセトリング時間を使用すれば、計算した出力パ
ラメータの確度は、負荷インピーダンスに依存して変化
する場合があり、これは、整合したシステムに対して、
または出力特性の計算における高いレベルの不正確さに
耐えることができるシステムに対してこの制御技術の使
用を制限する。
ントのセトリング時間を予め測定しておく必要があるこ
とが含まれ、ＣＤＨ回路応答は、システムの帯域幅を制
限し、したがってこの技術は、出力波形の正のエッジと
負のエッジの両方を追跡することができず、このため任
意の振幅出力波形を制御することができない。セトリン
グ時間は、一般には、研究室での実験に基づき得られる
ものであり、そしてこれは、システム稼働の間において
使用するために記憶させる。プラントのセトリング時間
は、駆動中の負荷インピーダンスに基づき、多くのシス
テムで変動することになる。単一の負荷インピーダンス
に基づくセトリング時間を使用すれば、計算した出力パ
ラメータの確度は、負荷インピーダンスに依存して変化
する場合があり、これは、整合したシステムに対して、
または出力特性の計算における高いレベルの不正確さに
耐えることができるシステムに対してこの制御技術の使
用を制限する。
【０００４】ＣＤＨ回路の応答時間により課されるシス
テム帯域幅に対する制約は、出力波形の最小パルス幅を
決定する際における制限ファクタとなることがある。測
定システム（すなわち、ＣＤＨ回路）に発生器システム
の速度を制限させることは、通常のエンジニアリング手
法と逆のこととなる。正エッジおよび負エッジの両方を
追跡できないことは、パルスが変調用波形のローのサイ
クルの間においてゼロにリターンするような出力波形を
制御することに対し、この制御技術を制限する。両方の
エッジを追跡する能力なしで任意に振幅の変調波形を制
御することは、一般的に達成することが不可能である。
したがって、在来の発生器制御技術は、通常は、発生器
システムが出力特性の不正確な生成および測定を許容す
ることができない限り、パルス化出力波形を制御するこ
とに制限される。
テム帯域幅に対する制約は、出力波形の最小パルス幅を
決定する際における制限ファクタとなることがある。測
定システム（すなわち、ＣＤＨ回路）に発生器システム
の速度を制限させることは、通常のエンジニアリング手
法と逆のこととなる。正エッジおよび負エッジの両方を
追跡できないことは、パルスが変調用波形のローのサイ
クルの間においてゼロにリターンするような出力波形を
制御することに対し、この制御技術を制限する。両方の
エッジを追跡する能力なしで任意に振幅の変調波形を制
御することは、一般的に達成することが不可能である。
したがって、在来の発生器制御技術は、通常は、発生器
システムが出力特性の不正確な生成および測定を許容す
ることができない限り、パルス化出力波形を制御するこ
とに制限される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】在来の発生器制御技術
は、制限された稼働条件の下で変調した出力波形を提供
するのに使用できるが、これら技術は、センサ／測定回
路によって制限されない発生器を提供する能力をもつこ
とは判明していない。
は、制限された稼働条件の下で変調した出力波形を提供
するのに使用できるが、これら技術は、センサ／測定回
路によって制限されない発生器を提供する能力をもつこ
とは判明していない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発生器の出力を制御する
方法およびシステムを提供する。前記出力は、あるイン
ピーダンスをもつ負荷に対し、あるセトリング時間をも
つ出力信号を供給する。この出力信号の前記セトリング
時間を決定する。前記出力信号は、変調波形によって振
幅変調する。この変調した出力信号を表すセンス信号を
発生する。前記出力信号の前記セトリング時間に基づく
サンプリング時点にて、前記センス信号をサンプリング
する。このサンプリングしたセンス信号のデジタル表現
を発生する。サンプリングした前記センス信号の前記デ
ジタル表現に基づき、前記出力の振幅変調を制御する。
方法およびシステムを提供する。前記出力は、あるイン
ピーダンスをもつ負荷に対し、あるセトリング時間をも
つ出力信号を供給する。この出力信号の前記セトリング
時間を決定する。前記出力信号は、変調波形によって振
幅変調する。この変調した出力信号を表すセンス信号を
発生する。前記出力信号の前記セトリング時間に基づく
サンプリング時点にて、前記センス信号をサンプリング
する。このサンプリングしたセンス信号のデジタル表現
を発生する。サンプリングした前記センス信号の前記デ
ジタル表現に基づき、前記出力の振幅変調を制御する。
【０００７】本発明の更に別の応用領域は、以下の詳細
な説明から明かとなる。理解されるべきであるが、この
詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形
態を示すものであるが、例示のためのみであって、本発
明の範囲を限定する意図のものではない。
な説明から明かとなる。理解されるべきであるが、この
詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形
態を示すものであるが、例示のためのみであって、本発
明の範囲を限定する意図のものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】好ましい実施形態の以下の説明
は、性質上単なる例示であり、本発明、その応用または
使用をいかなる方法でも限定することを意図したもので
はない。図１を参照すると、これには、プラズマ処理シ
ステム（不図示）に対し電力出力１２を供給するプラズ
マ発生器１０を示している。本発明の範囲は、電力出力
１２を供給することを含み、これにおいては、その制御
する特性は、出力電圧、出力電流、出力正方向電力、出
力反射電力、出力エネルギとすることができる。プラズ
マ発生器１０は、システム・コントローラ１４を備え、
これは、制御信号を発生し、処理監視信号および障害信
号を発生するためのものである。外部インターフェース
１６は、システム・コントローラ１４に対し、外部機器
またはユーザとの通信インターフェースのためのインタ
ーフェース・バスを介して接続する。システム・コント
ローラ１４に接続したドライバ１８は、上記制御信号に
対応するバッファされた駆動信号を発生する。これら駆
動信号は、変調器２０を駆動し、そしてこの変調器は、
整流されたライン電力を未フィルタ処理の出力に変換す
る。未フィルタ処理のこの出力は、出力アセンブリ２２
に結合し、そしてこのアセンブリは、出力フィルタ２４
と検出器２６とを備えている。未フィルタ処理出力は、
出力フィルタ２４でフィルタ処理することによって、電
力出力１２を発生する。検出器２６は、センス信号を発
生し、この信号は、出力電圧１２の少なくとも１つの信
号特性に対応する。好ましくは、Ｖ／Ｉプローブは、検
出器２６として用いるが、本発明の範囲には、ミクサま
たは方向性結合器のような他の検出器も含まれる。パル
ス・コントローラ２８は、センス信号をデジタル化した
センス信号に変換し、そして出力電圧信号特性を処理す
る。パルス・コントローラ２８は、変調信号３０と振幅
制御信号３２とを発生する。変調信号３０は、単一ライ
ン信号であって、これは、ドライバ出力の振幅および周
波数を制御するためにドライバ１８に結合している。デ
ジタル化したフィードバック信号３２は、システム・コ
ントローラ１４に対しデジタル・バス３４を介して結合
するデジタル化信号である。デジタル化フィードバック
信号３２が供給する情報は、システム・コントローラ１
４が使用することによって、電力出力１２の振幅を制御
する。パルス・コントローラ２８は、特にプラズマ発生
器に組み込むのに適しているが、理解されるように、こ
のパルス・コントローラは、変調出力を提供する種々の
発生器において使用することもできる。
は、性質上単なる例示であり、本発明、その応用または
使用をいかなる方法でも限定することを意図したもので
はない。図１を参照すると、これには、プラズマ処理シ
ステム（不図示）に対し電力出力１２を供給するプラズ
マ発生器１０を示している。本発明の範囲は、電力出力
１２を供給することを含み、これにおいては、その制御
する特性は、出力電圧、出力電流、出力正方向電力、出
力反射電力、出力エネルギとすることができる。プラズ
マ発生器１０は、システム・コントローラ１４を備え、
これは、制御信号を発生し、処理監視信号および障害信
号を発生するためのものである。外部インターフェース
１６は、システム・コントローラ１４に対し、外部機器
またはユーザとの通信インターフェースのためのインタ
ーフェース・バスを介して接続する。システム・コント
ローラ１４に接続したドライバ１８は、上記制御信号に
対応するバッファされた駆動信号を発生する。これら駆
動信号は、変調器２０を駆動し、そしてこの変調器は、
整流されたライン電力を未フィルタ処理の出力に変換す
る。未フィルタ処理のこの出力は、出力アセンブリ２２
に結合し、そしてこのアセンブリは、出力フィルタ２４
と検出器２６とを備えている。未フィルタ処理出力は、
出力フィルタ２４でフィルタ処理することによって、電
力出力１２を発生する。検出器２６は、センス信号を発
生し、この信号は、出力電圧１２の少なくとも１つの信
号特性に対応する。好ましくは、Ｖ／Ｉプローブは、検
出器２６として用いるが、本発明の範囲には、ミクサま
たは方向性結合器のような他の検出器も含まれる。パル
ス・コントローラ２８は、センス信号をデジタル化した
センス信号に変換し、そして出力電圧信号特性を処理す
る。パルス・コントローラ２８は、変調信号３０と振幅
制御信号３２とを発生する。変調信号３０は、単一ライ
ン信号であって、これは、ドライバ出力の振幅および周
波数を制御するためにドライバ１８に結合している。デ
ジタル化したフィードバック信号３２は、システム・コ
ントローラ１４に対しデジタル・バス３４を介して結合
するデジタル化信号である。デジタル化フィードバック
信号３２が供給する情報は、システム・コントローラ１
４が使用することによって、電力出力１２の振幅を制御
する。パルス・コントローラ２８は、特にプラズマ発生
器に組み込むのに適しているが、理解されるように、こ
のパルス・コントローラは、変調出力を提供する種々の
発生器において使用することもできる。
【０００９】図２を参照すると、これには、パルス・コ
ントローラ２８の現在好ましい実施形態の詳細なブロッ
ク図を示している。パルス・コントローラ２８は、サン
プラ３０を備え、これは、出力検出器２６に結合してい
る。サンプラ３０は、出力検出器２６からのセンス信号
をサンプリングし、そしてデジタル化センス信号に変換
する。好ましくは、サンプラは、低速のアナログ−デジ
タル変換器である。プロセッサ３２は、サンプラ３０を
制御し、そしてデジタル化センス信号を処理する。プロ
セッサ３２は、好ましくは、マイクロコントローラであ
るが、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、
フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、およびプ
ログラマブル・ロジック・デバイスのような他のプロセ
ッサも本発明の範囲内である。好ましい実施形態におい
ては、別々のプロセッサを、パルス・コントローラ２８
およびシステム・コントローラ１４に対し使用し、これ
によって、パルス・コントローラ２８が検出器２６の近
くに配置できるようにする。メモリ３４は、プロセッサ
３２のためのデータ記憶機能を提供する。
ントローラ２８の現在好ましい実施形態の詳細なブロッ
ク図を示している。パルス・コントローラ２８は、サン
プラ３０を備え、これは、出力検出器２６に結合してい
る。サンプラ３０は、出力検出器２６からのセンス信号
をサンプリングし、そしてデジタル化センス信号に変換
する。好ましくは、サンプラは、低速のアナログ−デジ
タル変換器である。プロセッサ３２は、サンプラ３０を
制御し、そしてデジタル化センス信号を処理する。プロ
セッサ３２は、好ましくは、マイクロコントローラであ
るが、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、
フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、およびプ
ログラマブル・ロジック・デバイスのような他のプロセ
ッサも本発明の範囲内である。好ましい実施形態におい
ては、別々のプロセッサを、パルス・コントローラ２８
およびシステム・コントローラ１４に対し使用し、これ
によって、パルス・コントローラ２８が検出器２６の近
くに配置できるようにする。メモリ３４は、プロセッサ
３２のためのデータ記憶機能を提供する。
【００１０】図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、これに
は、プラズマ発生器１０の出力を制御するためのプロセ
スと、発生器出力の出力波形４２とをそれぞれ示してい
る。ステップ４０においては、遅延時間を決定し、これ
は、発生器出力の変化をポイント４４で指令した時から
始まり、そして出力波形４２が、出力セトリング時間後
の安定化したレベルのような所定のレベルに達するまで
である。この遅延時間を決定する方法には、ルックアッ
プ・テーブルの使用、外部入力の受け取り、並びに本明
細書の後の部分で詳細に説明する繰り返しプロシージャ
（procedure）を走らせることによる遅延時間の動的な
決定、が含まれる。ルックアップ・テーブルは、遅延時
間を含み、これは、セトリング時間、初期出力電圧レベ
ル、最終出力電圧レベルおよび温度のような種々の動作
パラメータの関数となる。それら動作パラメータに対応
する遅延時間は、好ましくは、発生器１０の実際の動作
状態に対応するセトリング時間を測定することによって
決定する。しかし、遅延時間を計算すること、コンピュ
ータ・シミュレーションを走らせること、ベースライン
の発生器に関連した遅延時間を測定すること、によって
ルックアップ・テーブルの遅延時間を決定することは、
本発明の範囲内である。ステップ４８においては、出力
電圧変調をポイント４４でイネーブルする。ステップ５
０では、パルス・コントローラ２８は、発生器出力を測
定するまでに所定の遅延時間の間待機する。ステップ５
２では、パルス・コントローラ２８は、発生器出力をサ
ンプリングする（ポイント４６）。ステップ５４でサン
プリングされた発生器出力がデジタル化信号に変換され
る。遅延時間を評価することにより、発生器出力のレベ
ルを判定するのに、状態変化後の出力の単一のサンプル
しかデジタル化することを要しない。したがって、サン
プリングした出力をデジタル化信号に変換するために
は、比較的遅いアナログ−デジタル変換器を、好ましく
は使用する。加えて、サンプリングした信号のデジタル
化信号へのこの変換は、好ましくは、検出器２６の物理
的に近いところで行うことにより、このサンプリングし
た信号へのノイズ結合を最小限にする。これとは逆に、
在来の発生器は、非常に高速のサンプラとデジタル変換
器との組み合わせを使用し、そしてこれは、その発生器
出力を、その出力の変調がイネーブルされた時からその
出力が安定化するまでの期間に渡って継続してサンプリ
ングし変換する。非常に高速のサンプラとデジタル変換
器の組み合わせは、大変高価であり、そして出力の測定
値に対し、高速動作の結果であるサンプラ内におけるス
イッチング・ノイズおよび誤差に起因して、誤差を導入
する。ステップ５６においては、デジタル化信号に応答
して、変調レベルを調節することにより、発生器出力と
基準電圧との間の誤差を低減する。
は、プラズマ発生器１０の出力を制御するためのプロセ
スと、発生器出力の出力波形４２とをそれぞれ示してい
る。ステップ４０においては、遅延時間を決定し、これ
は、発生器出力の変化をポイント４４で指令した時から
始まり、そして出力波形４２が、出力セトリング時間後
の安定化したレベルのような所定のレベルに達するまで
である。この遅延時間を決定する方法には、ルックアッ
プ・テーブルの使用、外部入力の受け取り、並びに本明
細書の後の部分で詳細に説明する繰り返しプロシージャ
（procedure）を走らせることによる遅延時間の動的な
決定、が含まれる。ルックアップ・テーブルは、遅延時
間を含み、これは、セトリング時間、初期出力電圧レベ
ル、最終出力電圧レベルおよび温度のような種々の動作
パラメータの関数となる。それら動作パラメータに対応
する遅延時間は、好ましくは、発生器１０の実際の動作
状態に対応するセトリング時間を測定することによって
決定する。しかし、遅延時間を計算すること、コンピュ
ータ・シミュレーションを走らせること、ベースライン
の発生器に関連した遅延時間を測定すること、によって
ルックアップ・テーブルの遅延時間を決定することは、
本発明の範囲内である。ステップ４８においては、出力
電圧変調をポイント４４でイネーブルする。ステップ５
０では、パルス・コントローラ２８は、発生器出力を測
定するまでに所定の遅延時間の間待機する。ステップ５
２では、パルス・コントローラ２８は、発生器出力をサ
ンプリングする（ポイント４６）。ステップ５４でサン
プリングされた発生器出力がデジタル化信号に変換され
る。遅延時間を評価することにより、発生器出力のレベ
ルを判定するのに、状態変化後の出力の単一のサンプル
しかデジタル化することを要しない。したがって、サン
プリングした出力をデジタル化信号に変換するために
は、比較的遅いアナログ−デジタル変換器を、好ましく
は使用する。加えて、サンプリングした信号のデジタル
化信号へのこの変換は、好ましくは、検出器２６の物理
的に近いところで行うことにより、このサンプリングし
た信号へのノイズ結合を最小限にする。これとは逆に、
在来の発生器は、非常に高速のサンプラとデジタル変換
器との組み合わせを使用し、そしてこれは、その発生器
出力を、その出力の変調がイネーブルされた時からその
出力が安定化するまでの期間に渡って継続してサンプリ
ングし変換する。非常に高速のサンプラとデジタル変換
器の組み合わせは、大変高価であり、そして出力の測定
値に対し、高速動作の結果であるサンプラ内におけるス
イッチング・ノイズおよび誤差に起因して、誤差を導入
する。ステップ５６においては、デジタル化信号に応答
して、変調レベルを調節することにより、発生器出力と
基準電圧との間の誤差を低減する。
【００１１】図４を参照すると、これには、変調の開始
から発生器出力が安定となる時までの時間の長さを決定
するプロセスを示している。ステップ６０において、発
生器出力の波形特性を選択する。この選択可能な波形特
性には、初期電圧レベル、最終電圧レベル、周波数、立
ち上がり時間、立ち下がり時間、パルス時間周期が含ま
れる。ステップ６２では、出力変調を開始する。この変
調波形は、好ましくは、単一パルスにセットするが、幅
広く離間したパルスのバースト、および幅広く離間した
パルスの連続したストリングのような他の波形も、本発
明の範囲内である。ステップ６４において、評価遅延時
間を、二進探索またはシーケンシャル探索のような探索
規準に基づき選択する。この評価遅延時間は、変調の開
始から発生器出力が安定となるまでに経過すると予測さ
れる評価時間を表す。ステップ６６では、その評価遅延
時間が経過したときに、１つのサンプルを出力から取得
する。好ましくは、出力の遷移当たりたった１つのサン
プルのみを取得し、これによって、低速で低コストのＤ
／Ａを用いることができるようにする。ステップ６８で
は、そのサンプリングした出力をデジタル化信号に変換
する。ステップ７０では、デジタル化信号を評価するこ
とによって、出力が遷移を通過しそして安定化したかど
うか判定する。出力が安定化していない場合、制御はス
テップ６２に戻り、そして別の変調パルスを送る。もし
出力が安定化している場合、ステップ７２において、そ
の遅延時間および波形パラメータを、後での参照のため
にルックアップ・テーブルに格納する。
から発生器出力が安定となる時までの時間の長さを決定
するプロセスを示している。ステップ６０において、発
生器出力の波形特性を選択する。この選択可能な波形特
性には、初期電圧レベル、最終電圧レベル、周波数、立
ち上がり時間、立ち下がり時間、パルス時間周期が含ま
れる。ステップ６２では、出力変調を開始する。この変
調波形は、好ましくは、単一パルスにセットするが、幅
広く離間したパルスのバースト、および幅広く離間した
パルスの連続したストリングのような他の波形も、本発
明の範囲内である。ステップ６４において、評価遅延時
間を、二進探索またはシーケンシャル探索のような探索
規準に基づき選択する。この評価遅延時間は、変調の開
始から発生器出力が安定となるまでに経過すると予測さ
れる評価時間を表す。ステップ６６では、その評価遅延
時間が経過したときに、１つのサンプルを出力から取得
する。好ましくは、出力の遷移当たりたった１つのサン
プルのみを取得し、これによって、低速で低コストのＤ
／Ａを用いることができるようにする。ステップ６８で
は、そのサンプリングした出力をデジタル化信号に変換
する。ステップ７０では、デジタル化信号を評価するこ
とによって、出力が遷移を通過しそして安定化したかど
うか判定する。出力が安定化していない場合、制御はス
テップ６２に戻り、そして別の変調パルスを送る。もし
出力が安定化している場合、ステップ７２において、そ
の遅延時間および波形パラメータを、後での参照のため
にルックアップ・テーブルに格納する。
【００１２】図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、これに
は、プラズマ発生器出力を振幅変調する２つの方法を示
している。振幅変調した出力を使用することにより、プ
ラズマ発生器を使用している最中のプロセスをもっと緊
密に制御するようにする。ＤＣを含む任意の周波数で動
作しているプラズマ処理システム発生器の出力は、任意
の波形形状または周波数の第２の波形で振幅変調するこ
とにより、どのような任意の出力包絡線も発生する。こ
の発生器出力の周波数スペクトルを制御することによ
り、元の入力に存在していない追加の周波数を発生する
こともできる。加えて、入力の振幅、入力周波数、導関
数は、変調用の信号の振幅およびＤＣオフセットの関数
として変化する。
は、プラズマ発生器出力を振幅変調する２つの方法を示
している。振幅変調した出力を使用することにより、プ
ラズマ発生器を使用している最中のプロセスをもっと緊
密に制御するようにする。ＤＣを含む任意の周波数で動
作しているプラズマ処理システム発生器の出力は、任意
の波形形状または周波数の第２の波形で振幅変調するこ
とにより、どのような任意の出力包絡線も発生する。こ
の発生器出力の周波数スペクトルを制御することによ
り、元の入力に存在していない追加の周波数を発生する
こともできる。加えて、入力の振幅、入力周波数、導関
数は、変調用の信号の振幅およびＤＣオフセットの関数
として変化する。
【００１３】図５Ａにおいて、過駆動増幅器８２の電源
電圧８０を変調することによって、印加される電圧包絡
線の二乗であるである電力包絡線を発生する。固定ドラ
イブ８４は、増幅器８２を過駆動するための信号を提供
する。電源電圧８０は、リニア電力源およびスイッチ・
モード電力源のような変調器８６が生成する。変調器８
６は、周期的なまたは非周期的な波形形状をもつ入力信
号８８で駆動する。１００ｋＨｚよりも大きい帯域幅
は、増幅器８２では実現可能である。この波形形状の複
製は、電源電圧８０を変化させる変調器により、発生器
出力の包絡線において生成される。
電圧８０を変調することによって、印加される電圧包絡
線の二乗であるである電力包絡線を発生する。固定ドラ
イブ８４は、増幅器８２を過駆動するための信号を提供
する。電源電圧８０は、リニア電力源およびスイッチ・
モード電力源のような変調器８６が生成する。変調器８
６は、周期的なまたは非周期的な波形形状をもつ入力信
号８８で駆動する。１００ｋＨｚよりも大きい帯域幅
は、増幅器８２では実現可能である。この波形形状の複
製は、電源電圧８０を変化させる変調器により、発生器
出力の包絡線において生成される。
【００１４】図５Ｂを参照すると、これには、本発明の
原理による別の振幅変調の実施形態を示している。固定
ドライブ９０は、入力信号９２と乗算することによっ
て、リニアＲＦ増幅器９６に対し変調した入力信号９４
を発生する。リニアＲＦ増幅器９６は、その変調入力信
号９４を増幅器することによって、プラズマ発生器出力
を変調するための信号を発生する。図５Ｂのリニア増幅
器実施形態は、有利にも、図５Ａの電源電圧変調と同じ
振幅変調出力を、より広い変調帯域幅で発生する。図示
にはプラズマ発生器出力を振幅変調するたった２つの技
術しか示していないが、本発明の範囲には、プラズマ発
生器出力を振幅変調するための他の方法を使用すること
も含まれる。
原理による別の振幅変調の実施形態を示している。固定
ドライブ９０は、入力信号９２と乗算することによっ
て、リニアＲＦ増幅器９６に対し変調した入力信号９４
を発生する。リニアＲＦ増幅器９６は、その変調入力信
号９４を増幅器することによって、プラズマ発生器出力
を変調するための信号を発生する。図５Ｂのリニア増幅
器実施形態は、有利にも、図５Ａの電源電圧変調と同じ
振幅変調出力を、より広い変調帯域幅で発生する。図示
にはプラズマ発生器出力を振幅変調するたった２つの技
術しか示していないが、本発明の範囲には、プラズマ発
生器出力を振幅変調するための他の方法を使用すること
も含まれる。
【００１５】図６を参照すると、これには、本発明の原
理による振幅変調出力をもつプラズマ発生器からの波形
形状のいくつかの例を示している。第１の波形１００は
発生器出力を示しており、この出力においては、予め選
択した周波数の正弦波で矩形パルスを変調することによ
り、矩形パルスのエッジの角を制御した方法で丸めてい
る。より低い周波数の正弦波を選択することにより、パ
ルス・エッジのより大きな丸めが実現される。
理による振幅変調出力をもつプラズマ発生器からの波形
形状のいくつかの例を示している。第１の波形１００は
発生器出力を示しており、この出力においては、予め選
択した周波数の正弦波で矩形パルスを変調することによ
り、矩形パルスのエッジの角を制御した方法で丸めてい
る。より低い周波数の正弦波を選択することにより、パ
ルス・エッジのより大きな丸めが実現される。
【００１６】波形１０２は、より高度に複雑な形状を複
製した、振幅変調発生器出力の１つの実施形態の出力信
号の例を示している。
製した、振幅変調発生器出力の１つの実施形態の出力信
号の例を示している。
【００１７】波形１０４および１０６は、振幅およびオ
フセットが発生器のダイナミックレンジ内のいたるとこ
ろで変化した、振幅変調発生器出力の１つの実施形態の
出力信号を示している。
フセットが発生器のダイナミックレンジ内のいたるとこ
ろで変化した、振幅変調発生器出力の１つの実施形態の
出力信号を示している。
【００１８】波形１０８は、多数の周波数を生成した、
振幅変調発生器の１つの実施形態の出力信号を示してい
る。有利にも、この出力信号を発生するためには、出力
信号の異なった周波数成分を各々発生する多数の発生器
ではなく、たった１つの振幅変調形発生器が必要なだけ
である。
振幅変調発生器の１つの実施形態の出力信号を示してい
る。有利にも、この出力信号を発生するためには、出力
信号の異なった周波数成分を各々発生する多数の発生器
ではなく、たった１つの振幅変調形発生器が必要なだけ
である。
【００１９】本発明の以上の説明は、単なる例示であ
り、したがって本発明の要旨から逸脱しない変更例は、
本発明の範囲内に入るものであることを意図している。
このような変更例は、本発明の要旨および範囲から逸脱
するものとみなされるべきではない。
り、したがって本発明の要旨から逸脱しない変更例は、
本発明の範囲内に入るものであることを意図している。
このような変更例は、本発明の要旨および範囲から逸脱
するものとみなされるべきではない。
【図１】図１は、本発明の現在好ましい実施形態を示す
ブロック図。
ブロック図。
【図２】図２は、本発明の教示内容に従う、パルス・コ
ントローラに結合した出力検出器を示すブロック図。
ントローラに結合した出力検出器を示すブロック図。
【図３】図３Ａは、本発明の教示内容に従う、発生器電
力出力を制御するためのプロセスを示すフロー図。図３
Ｂは、その電力出力のタイミング関係を示す波形図。
力出力を制御するためのプロセスを示すフロー図。図３
Ｂは、その電力出力のタイミング関係を示す波形図。
【図４】図４は、本発明の教示内容に従う、遅延時間を
決定するためのプロセスを示すフロー図。
決定するためのプロセスを示すフロー図。
【図５】図５Ａは、本発明の教示内容に従う、過駆動形
増幅器回路の実施形態を示す。図５Ｂは、本発明の教示
内容に従う、リニアＲＦ増幅器回路の実施形態を示す。
増幅器回路の実施形態を示す。図５Ｂは、本発明の教示
内容に従う、リニアＲＦ増幅器回路の実施形態を示す。
【図６】図６は、プラズマ発生器出力の包絡線を示す種
々の波形図を示す。
々の波形図を示す。
１０ プラズマ発生器 １２ 電力出力 １４ システム・コントローラ １６ 外部インターフェース １８ ドライバ ２０ 変調器 ２２ 出力アセンブリ ２４ 出力フィルタ ２６ 検出器 ２８ パルス・コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーロン ティー、ラドムスキー アメリカ合衆国 ニューヨーク、ワイオミ ング、 メイン ストリート 32 (72)発明者 ウィリアム アール、プルハムス、ジュニ ア アメリカ合衆国 ニューヨーク、ブルーム フィールド、メイン ストリート 41 Ｆターム(参考） 5J002 BB10 BB12 BB29 DD01
Claims (21)
- 【請求項１】 発生器の出力を制御する制御方法であっ
て、前記出力が、あるインピーダンスをもつ負荷に対し
出力信号を供給し、前記出力信号がセトリング時間を有
し、前記制御方法が、 前記出力信号の前記セトリング時間を決定するステップ
と、 前記出力信号を変調波形で振幅変調するステップと、 前記の変調した出力信号を表すセンス信号を発生するス
テップと、 前記出力信号の前記セトリング時間に基づくサンプリン
グ時点にて、前記センス信号をサンプリングするステッ
プと、 前記のサンプリングしたセンス信号のデジタル表現を発
生するステップと、 前記サンプリングしたセンス信号の前記デジタル表現に
基づき、前記出力の前記振幅変調を制御するステップ
と、から成る制御方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記出力
信号は、出力電圧、出力電流、出力正方向電力、出力反
射電力、出力エネルギのグループから選択したこと、を
特徴とする制御方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の方法において、前記セト
リング時間は、前記負荷インピーダンスに依存し、 前記の決定するステップは、前記負荷インピーダンスに
対応する前記セトリング時間を決定すること、を含むこ
と、を特徴とする制御方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の方法において、前記のセ
トリング時間を決定するステップは、 前記出力を駆動するための振幅を有するテスト変調信号
を発生するステップと、 前記センス信号をサンプリングする前にある時間の間遅
延させるステップと、 前記出力が、前記テスト変調信号に対応するレベルに安
定化したかどうか決定するステップと、を含むこと、を
特徴とする制御方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の方法において、前記テス
ト変調信号は、パルス化信号であること、を特徴とする
制御方法。 - 【請求項６】 請求項４記載の方法において、前記セン
ス信号をサンプリングする前に遅延させるべき前記時間
を決定するため、探索アルゴリズムを使用すること、を
特徴とする制御方法。 - 【請求項７】 請求項６記載の方法において、前記探索
アルゴリズムは、二進探索アルゴリズムであること、を
特徴とする制御方法。 - 【請求項８】 請求項１記載の方法において、前記のセ
トリング時間を決定するステップは、ルックアップ・テ
ーブルから前記セトリング時間を選択するステップを含
むこと、を特徴とする制御方法。 - 【請求項９】 請求項８記載の方法であって、さらに、
発生器動作パラメータに対応する前記出力信号のセトリ
ング時間をもつルックアップ・テーブルを発生するステ
ップを含むこと、を特徴とする制御方法。 - 【請求項１０】 負荷に印加すべき振幅変調した出力を
発生するプラズマ発生器であって、 変調信号を発生する振幅変調増幅器と、 駆動信号を供給するため前記振幅変調増幅器に結合した
固定ドライブと、 前記振幅変調増幅器は、前記駆動信号を、ある波形形状
をもつ入力信号と組み合わせることによって、前記入力
信号に対応する波形形状をもつ前記変調信号を発生する
前記の振幅変調増幅器と、 前記負荷に対し前記振幅変調した出力を供給するため、
前記振幅変調増幅器と前記負荷との間に結合した出力フ
ィルタと、から成るプラズマ発生器。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の発生器であって、さ
らに、 前記振幅変調出力を表すセンス信号を発生するセンサ
と、 前記センス信号をデジタル化信号に変換するため前記セ
ンサに結合したアナログ−デジタル変換器と、 前記アナログ−デジタル変換器に結合したパルス・コン
トローラであって、前記変調信号の前記振幅を前記デジ
タル化信号に基づき制御することによって、前記振幅変
調出力が基準波形を追跡するよう制御されるようにす
る、前記のパルス・コントローラと、を含むこと、を特
徴とするプラズマ発生器。 - 【請求項１２】 請求項１０記載の発生器において、前
記振幅変調増幅器は、 前記入力信号に応答して、前記入力信号の波形形状に対
応する波形形状をもつ電源電圧を発生するよう動作可能
な変調器と、 前記固定ドライブと前記出力フィルタとの間に結合した
過駆動ＲＦ増幅器であって、前記電源電圧を受けるため
前記変調器に結合した電源入力を有する、前記の過駆動
ＲＦ増幅器と、を含むこと、を特徴とするプラズマ発生
器。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の発生器において、前
記変調器は、スイッチ・モード電力源であること、を特
徴とするプラズマ発生器。 - 【請求項１４】 請求項１２記載の発生器において、前
記変調器は、リニア電力源であること、を特徴とするプ
ラズマ発生器。 - 【請求項１５】 請求項１０記載の発生器において、前
記振幅変調増幅器は、 前記駆動信号と入力信号を組み合わせることによって合
成信号を形成する乗算器と、 前記変調信号を発生するため前記乗算器と前記出力フィ
ルタとの間に結合したリニア増幅器であって、前記変調
信号が前記合成信号に対応する、前記のリニア増幅器
と、を含むこと、を特徴とするプラズマ発生器。 - 【請求項１６】 プラズマ発生器の出力を制御する制御
方法であって、前記出力があるインピーダンスをもつ負
荷に対し出力信号を供給し、前記出力信号がセトリング
時間を有し、前記制御方法が、 ａ）前記出力信号の前記セトリング時間を決定するステ
ップであって、 １）前記出力を駆動するための振幅を有するテスト変調
信号を発生するステップと、 ２）前記センス信号をサンプリングする前にある時間の
間遅延させるステップと、 ３）前記出力が、前記テスト変調信号に対応するレベル
に安定化したかどうか決定するステップと、を含む、前
記の決定するステップと、 ｂ）前記出力信号を変調波形で振幅変調するステップ
と、 ｃ）前記の変調した出力信号を表すセンス信号を発生す
るステップと、 ｄ）前記出力信号の前記セトリング時間に基づくサンプ
リング時点にて、前記センス信号をサンプリングするス
テップと、 ｅ）前記のサンプリングしたセンス信号のデジタル表現
を発生するステップと、 ｆ）前記サンプリングしたセンス信号の前記デジタル表
現に基づき、前記出力の前記振幅変調を制御するステッ
プと、から成る制御方法。 - 【請求項１７】 請求項１６記載の方法であって、さら
に、 前記セトリング時間をルックアップ・テーブルに格納す
るステップと、 前記セトリング時間に対応する前記プラズマ発生器の動
作パラメータを、前記ルックアップ・テーブルに格納す
るステップと、を含むこと、を特徴とする制御方法。 - 【請求項１８】 請求項１７記載の方法において、前記
動作パラメータは、初期出力信号レベル、最終出力信号
レベル、出力信号周波数、出力信号立ち上がり時間、出
力信号立ち下がり時間のグループから選択したこと、を
特徴とする制御方法。 - 【請求項１９】 請求項１６記載の方法において、さら
に、前記変調波形に対し動作パラメータを選択するステ
ップを含むこと、を特徴とする制御方法。 - 【請求項２０】 請求項１６記載の方法において、Ｖ／
Ｉプローブを使用して前記出力を検知すること、を特徴
とする制御方法。 - 【請求項２１】 請求項１６記載の方法において、前記
の遅延させるステップは、さらに、探索アルゴリズムを
使用して前記所定の時間を選択するステップを含むこ
と、を特徴とする制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/827,880 US6459067B1 (en) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | Pulsing intelligent RF modulation controller |
| US827880 | 2001-04-06 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002039884A Expired - Fee Related JP5177928B2 (ja) | 2001-04-06 | 2002-02-18 | パルス化インテリジェントｒｆ変調コントローラ |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010276122A Expired - Lifetime JP5635384B2 (ja) | 2001-04-06 | 2010-12-10 | パルス化インテリジェントｒｆ変調コントローラ |
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| KR (1) | KR20020077646A (ja) |
| CN (2) | CN1223088C (ja) |
| TW (1) | TW512650B (ja) |
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| JP2018504869A (ja) * | 2014-12-04 | 2018-02-15 | エムケーエス インストゥルメンツ，インコーポレイテッド | 適応型の周期的波形制御装置 |
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