JP2023126588A - 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法 - Google Patents

位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2023126588A
JP2023126588A JP2023117819A JP2023117819A JP2023126588A JP 2023126588 A JP2023126588 A JP 2023126588A JP 2023117819 A JP2023117819 A JP 2023117819A JP 2023117819 A JP2023117819 A JP 2023117819A JP 2023126588 A JP2023126588 A JP 2023126588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
channel
phase
generation system
channels
solid state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023117819A
Other languages
English (en)
Inventor
ケネス・トレンホム
Trenholm Kenneth
モハマッド・カマレヒ
Kamarehi Mohammad
モハメド・シャヒーン
Shaheen Mohamed
ブライアン・ガリヴァン
Gallivan Bryan
フランチェスコ・ブラギロリ
Braghiroli Francesco
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MKS Instruments Inc
Original Assignee
MKS Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MKS Instruments Inc filed Critical MKS Instruments Inc
Publication of JP2023126588A publication Critical patent/JP2023126588A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
    • H03L7/183—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number
    • H03L7/193—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number the frequency divider/counter comprising a commutable pre-divider, e.g. a two modulus divider
    • 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
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32146—Amplitude modulation, includes pulsing
    • 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
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32311—Circuits specially adapted for controlling the microwave discharge
    • 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
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • 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
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32201—Generating means
    • 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
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32293—Microwave generated discharge using particular waveforms, e.g. polarised waves
    • 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
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • 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
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24564—Measurements of electric or magnetic variables, e.g. voltage, current, frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24592—Inspection and quality control of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
    • H03L7/197—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between numbers which are variable in time or the frequency divider dividing by a factor variable in time, e.g. for obtaining fractional frequency division
    • H03L7/1974—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between numbers which are variable in time or the frequency divider dividing by a factor variable in time, e.g. for obtaining fractional frequency division for fractional frequency division
    • H03L7/1976—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between numbers which are variable in time or the frequency divider dividing by a factor variable in time, e.g. for obtaining fractional frequency division for fractional frequency division using a phase accumulator for controlling the counter or frequency divider

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

【課題】複数のチャンネルからの固体発電機モジュールの出力が結合されることに関して課題がある。【解決手段】発電システムを用いた発電方法は、複数の固体発電機モジュールで複数の出力を生成すること；及び結合器において、複数のチャンネルからの前記固体発電機モジュールの出力を結合し、位相最適化技術を用いて同相の結合された出力電力を生成することを含む。【選択図】図１

Description

本願は、２０２０年５月２２日に出願されたタイトル「位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法」の米国特許出願Ｎｏ．１６／８８１，４５８、２０２０年５月２２日に出願されたタイトル「位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法」の米国特許出願Ｎｏ．１６／８８１，３９０に基づく優先権を主張し、また、２０１９年５月３１日に出願されたタイトル「プラズマ生成のための多数の固体発電機モジュール及びスマートパレットの位相リンク付け」の米国仮出願Ｎｏ．６２／８５５，１３６に基づく優先権を主張し、これらの内容が本明細書において完全に記載されているかの如く参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、半導体プロセス、特には、ＲＦ又はマイクロ波電力を生成するためのシステム及び方法に関する。
既存の固体マイクロ波発電機は、通常、多数の中間の電源を結合して要求された電力出力の合計を達成している。結合された電力は、単一の電源のベクトル和であるため、チャンネル間での振幅及び位相の不均衡が電力損失に帰結する。振幅差がよく修正されるが、最先端の固体発電機において位相シフトは修正されていない。より高い電力及び効率のユニット（例えば、ＣＶＤ合成ダイヤモンド成長）の市場要求は、位相関連の損失を効率的に最小化する深刻な脅威を提示している。
発電は、半導体プロセスの最中の乾燥からプラズマ生成までの広範囲の用途で利用可能である。ストリップ（strip）、エッチング、堆積といった半導体ウェハープロセス、又は産業用ツールとハードウェアのコーティングのためのプラズマＰＶＤ（Plasma Assisted Physical Vapor Deposition）若しくはＰＡＰＣＶＤといったハイエンドな産業用プラズマ処理のいずれかに関して処理チャンバー内でプラズマを生成する従来のアプローチでは、ＲＦ又はマイクロ波入力の単一エントリーが用いられている。この単一エントリーは、強度と密度の両方に関して不均一なプラズマを生成させる。幾つかのシステムでは、ある程度、この短所を緩和するため、プラズマの分布のためにシャワーヘッドが使用可能である。しかしながら、シャワーヘッドは、処理チャンバー又はキャビティー内で理想的なプラズマ形成を提供することができない。半導体産業内での幾つかの既知のシステムは、幾つかの異なるＲＦ発電機を採用し、非常に嵩張る磁気閉じ込めを用いてプラズマを操作している。そのようにすることの欠点は、各ＲＦ発電機が、発振器を持ち、それ独自の位相にセットされ、非効率、局所的な発熱、及び少ない共振を生じさせることである。
更には、インピーダンスのチューニングは、典型的には、所定の範囲で反射電力量を測定し、取り込まれた（absorbed）順方向の電力量を最大化するように信号周波数を変えることにより行われる。この欠点は、最小値から最大値まで走査して最低の反射電力を選択する信号探索に時間を要することである。従って、この方法は、動的な状況下においてリアルタイムに効果的に実施することはできない。
更には、処理チャンバー又は同種のもの（例えば、プラズマチューブ又は処理キャビティー）の劣化がプラズマ生成システム及びプロセスにおける懸念事項である。プラズマチューブ、処理チャンバー又は処理キャビティーは、繰り返し及び／又は連続的に過酷なプラズマ環境に晒され、プラズマチューブ、処理チャンバー及び／又は処理キャビティーの表面状態がプラズマと面の相互作用に起因して劣化する。通常、エッチングプロセスの形態において相互作用又は劣化が生じる。最も一般的には、このプロセスは、例えば、金属、又は、石英、サファイア、セラミックス、他の絶縁物といった絶縁物の面材料が、ＮＦ3又はＣＦ4といったフッ素化プラズマ化学種又は塩素系化学種に晒される時に生じる。
上述のニーズに照らして、少なくとも一つの側面において、本技術は、改善されたスループット及びより良好な歩留まりを持つ均一なプラズマの生成のシステム及び方法に関する。幾つかの場合、本技術は、処理チャンバー内で電力を結合する前、多数のＲＦ／マイクロ波モジュールを一緒に位相リンクする。処理チャンバー内でインピーダンスが測定され、処理チャンバーのパフォーマンス特性を導出する。個々のＲＦ発電機のインピーダンスが決定され、個々の発電機のインピーダンス（従って、位相、振幅、及び周波数）を知ることにより、処理チャンバー内のプラズマは、反射電力を最小化するために、及び／又は、半導体基板上の改善された処理パフォーマンスのためにチャンバー内で均一にプラズマを誘起するために操作及び調整される。測定されたインピーダンスは、未知の反応ガスを特定するために、及び、処理チャンバーの寿命を監視するためにも利用可能である。記述のシステム及び方法は、また、電力出力及び効率を最大化するために結合された電源の間の最適な位相シフトも決定可能である。
少なくとも一つの側面において、本技術は、参照クロック部、複数の固体発電機モジュール、及び処理チャンバーを有するプラズマ生成システムに関する。参照クロック部は、参照信号を生成するように構成される。各固体発電機モジュールが電子スイッチにリンクされ、各電子スイッチが参照クロック部にリンクされる。各固体発電機モジュールが参照クロック部からの参照信号に基づく出力を生成するように構成される。処理チャンバーは、少なくとも２つの固体発電機モジュールの出力を受け取り、その中で固体発電機モジュールの出力を結合するように構成される。
幾つかの実施形態においては、プラズマ生成システムは、処理チャンバーへの入力で信号をＩ／Ｑ信号に復調するように構成されたＩ／Ｑ変調器を含む。そして、プラズマ生成システムは、Ｉ／Ｑ信号の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）及び反射係数を決定し；ＶＳＷＲ及び反射係数に基づいて固体発電機モジュールの一つの第１インピーダンスを計算し；及び第１インピーダンスに基づいて処理チャンバー内での固体発電機モジュールの結合された出力電力の第２インピーダンスを計算するように構成される。幾つかの実施形態においては、プラズマ生成システムは、更に、第２インピーダンスに基づいて少なくとも一つの固体発電機モジュールの位相、振幅、及び周波数を調整するように構成される。
プラズマ生成システムは、時間に亘る処理チャンバーのインピーダンスの変化を監視するように構成可能である。
幾つかの実施形態においては、プラズマ生成システムは、更に、時間に亘る処理チャンバーのインピーダンスの変化に基づいて処理チャンバーの残存寿命を決定するように構成される。プラズマ生成システムは、処理チャンバーの残存寿命に基づいて警告を発行するように構成可能である。プラズマ生成システムは、複数のガスのインピーダンス値を記憶するデータバンクを含むことができ、システムは、時間に亘る処理チャンバーのインピーダンスの変化に基づいて、データバンクを用いて、処理チャンバー内の処理ガスを特定するように構成可能である。
幾つかの実施形態においては、固体発電機モジュールは、固体発電機モジュールの出力がシェアされた位相を有するように位相同期回路（ＰＬＬ）において接続される。幾つかの場合、各固体発電機モジュールは、電子スイッチに接続されたＰＬＬ参照入力；及び電子スイッチ及びシンセサイザーに接続されたＰＬＬ参照出力にして、シンセサイザーが、第２電子スイッチに接続されて固体発電機モジュールの出力をパルス変調する、ＰＬＬ参照出力を含む。
少なくとも一つの側面において、本技術は、発電システムを用いた発電方法に関する。複数の固体発電機モジュールで複数の出力が生成される。結合器において、複数のチャンネルからの固体発電機モジュールの出力が結合され、位相最適化技術を用いて同相の結合された出力電力が生成される。
幾つかの実施形態においては、位相最適化技術は、少なくとも一つのチャンネルの位相シフトを決定すること；及び少なくとも一つのチャンネルを位相シフトさせることを含む。幾つかの場合、複数のチャンネルが３つのチャンネルを含む。そして、位相最適化技術は、チャンネルらをオンにすることを含むことができる。第１チャンネル、第２チャンネル、及び第３チャンネルが決定される。第１チャンネルと第３チャンネルの合計に基づいて第２チャンネルが位相シフトされ、最適化された第２チャンネルが生成される。第１チャンネル及び最適化された第２チャンネルの合計に基づいて第３チャンネルが位相シフトされる。幾つかの実施形態においては、方法は、少なくとも一つの追加のチャンネルを含み、位相最適化技術は、各追加のチャンネルについて、最適化されたチャンネルを含む他の全てのチャンネルの合計に基づいて、追加のチャンネルを位相シフトさせて最適化された追加のチャンネルを生成する。幾つかの場合、第２チャンネルの位相シフト工程、第３チャンネルの位相シフト工程、及び追加のチャンネルの位相シフト工程が複数回繰り返される。
幾つかの実施形態においては、位相最適化技術は、アルゴリズムを用いてチャンネルの少なくとも一つについて位相シフトを決定することを含み、アルゴリズムは、二分法；Ｇｏｅｒｔｚｅｌ－Ｒｅｉｎｓｃｈアルゴリズム；又は離散フーリエ変換の少なくとも一つを含む。幾つかの実施形態においては、複数のチャンネルが３つのチャンネルを含み、位相最適化技術は、第１チャンネル、第２チャンネル、及び第３チャンネルを決定すること；第１チャンネル及び第２チャンネルをオンにすること；第１チャンネルの出力に整合するように第２チャンネルを位相シフトさせること；第２チャンネルをオフにし、第３チャンネルをオンにすること；及び第１チャンネルの出力に整合するように第３チャンネルを位相シフトさせることを含む。
幾つかの実施形態においては、方法は、少なくとも一つの追加のチャンネルが含まれ、位相最適化技術は、各追加のチャンネルについて、第１チャンネルと追加のチャンネルをオンし、他の全てのチャンネルをオフにし、第１チャンネルの出力に整合するように追加のチャンネルを位相シフトさせることを含む。
幾つかの実施形態においては、方法は、同相の結合された出力電力を導波路出力に提供することを含む。幾つかの実施形態においては、固体発電機モジュールは、固体発電機モジュールの出力がシェアされた位相を有するように位相同期回路（ＰＬＬ）において接続される。
少なくとも一つの側面において、本技術は、複数の出力を生成するように構成された複数の固体発電機モジュールと結合器を有する発電システムに関する。結合器は、複数のチャンネルからの固体発電機モジュールの出力を結合し、位相最適化技術を用いて同相の結合された出力電力を生成するように構成される。
次の図面を参照し、本開示のシステムが関連する技術分野の通常の知識を有するものは、どのように製造及び使用するかを即時に理解する。
図１は、本技術に係るプラズマ生成システムの概略的なブロック図である。
図２は、本技術に係るプラズマ生成システムの一部として含まれ得る模範の位相同期（ＰＬＬ）回路の機能ブロック図である。
図３Ａは、本技術に係る模範のＲＦ発電機の回路構成のブロック図である。
図３Ｂは、図３Ａの回路の部分のブロック図である。 図３Ｃは、図３Ａの回路の部分のブロック図である。
図４は、本技術に係る別のプラズマ生成システムの概略的なブロック図である。
図５は、本技術に応じて構成されたシステムの部分のＩ／Ｑ変調器の回路の概略的な機能ブロック図である。
図６は、模範のＩ／Ｑ信号の極座標プロットを示す。
図７は、本技術に係る発電機の個別及び結合された電力を比較するグラフである。
図８Ａは、模範のスミスチャートである。
図８Ｂは、本技術に係るシステム及びプロセス内での使用のために追加された輪郭線を有する模範のスミスチャートを示す。
図９は、本技術に係る模範の発電システムの概略的なブロック図である。
図１０Ａは、本技術に係る位相最適化法の一部を示すグラフである。
図１０Ｂは、本技術に係る位相最適化法の別の部分を示すグラフである。
本技術は、発電機システム及び方法に関連する従来問題の多くを解決する。簡潔な要約としては、本技術は、多数の位相ロックＲＦ又はマイクロ波パワーモジュールからの電力を結合するシステム及び方法を提供する。本明細書に開示のシステム及び方法の利点及び他の特徴は、本発明の代表的な実施形態を提示する図面と一緒に特定の好適な実施形態の後述の詳細な説明から当業者に明らかになる。本明細書では、同種のパーツを示すために同種の参照番号が用いられる。更には、「上」、「下」「遠」及び「近」といった方向付けを意味する用語は、単に、お互いの構成要素同士の位置の記述に役立つために用いられる。例えば、あるパーツの「上」面は、単に、そのパーツの「下」面とは別の面であることを説明するように意図される。方向付けを意味する用語は、絶対的な方向付け（即ち、「上側」パーツが常に上になければならないこと）を説明するために用いられない。
ここで図１を参照すると、幾つかの模範の実施形態に係る、位相がロックされた固体ＲＦ発電機（又はマイクロ波発電機）を有するプラズマ生成システムの概略的なブロック図が、概して１００で示される。システム１００は、処理チャンバー１２２のために出力１２０ａ，１２０ｂエネルギーを生成する主電力及び制御モジュール１０２を含む。主電力及び制御モジュール１０２は、主電力及び制御モジュール１０２のサブモジュールである多数の固体発電機１０４ａ，１０４ｂを含む。模範の電力及び制御モジュール１０２が二つの固体発電機１０４ａ，１０４ｂを含むが、説明の簡素化のためだけであるものと理解されるべきである。他の場合、多数の追加の固体発電機１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅ…１０４ｎ（一般化して１０４）を制御モジュール１０２に含めることができ、本明細書の教示に応じて機能することができる。例えば、幾つかの場合、電力及び制御モジュール１０２は、１０個の固体発電機１０４を含むことができる。本明細書でより詳細に論述されるように、発電機１０４が位相リンクされ、位相ロックループ（ＰＬＬ（Phase-locked loop））動作を誘導するようにシェアされたクロック信号で作動（run off）する。各固体発電機１０４は、ＲＦ源モジュール１０６ａ，１０６ｂ及びＲＦ負荷モジュール１０８ａ，１０８ｂを含む。ＲＦ源モジュール１０６ａ，１０６ｂが、個々の固体発電機１０４ａ，１０４ｂの周波数、位相及び電力を制御する。ＲＦ負荷モジュール１０８ａ，１０８ｂは、個別の各発電機１０４ａ、１０４ｂの負荷インピーダンスを測定し、またその負荷インピーダンスの位相及び振幅を有効には測定する。
各固体発電機１０４ａ，１０４ｂからの出力１２０ａ，１２０ｂは、入力１１２ａ，１１２ｂに個別に発電機電力を提供し、これらは、導波路１１４ａ，１１４ｂ（又は同軸ケーブル伝送具又は同種のもの）を介して処理チャンバー１２２にＲＦ又はマイクロ波エネルギー１２８ａ，１２８ｂを結合する。ＲＦ又はマイクロ波エネルギー１２８ａ，１２８ｂの周波数、位相、及び電力は、導波路１１４ａ，１１４ｂを介した処理チャンバー内への入力１１２ａ，１１２ｂのカップリングの結果である。キャビティー、プラズマチューブ又は同種のものであり得る処理チャンバー１２２が反応チャンバーを形成する。反応チャンバー１２２内の処理基板１２４（又は半導体ウェハー又は同種のもの）は、加熱されたチャック１２６上で処理温度まで事前に加熱される。特定のプラズマ処理の配合表（レシピ（recipe））に必要なように、ガス入口１３０は、処理チャンバー１２２内に処理ガスを送る。
入力１１２ａ，１１２ｂは、ＲＦ又はマイクロ波エネルギー１２８ａ，１２８ｂの周波数、位相、及び電力（ｆ1、φ1、Ｐ1及びｆ2、φ2、Ｐ2）を含む。従って、ＲＦ負荷モジュール１０８ａは、出力１２０ａ及び入力１１２ａの間の負荷インピーダンス（及び有効には位相及び振幅）を測定する。同様、ＲＦ負荷モジュール１０８ｂは、出力１２０ｂ及び入力１１２ｂの間の負荷インピーダンスを測定する。個々のＲＦ負荷モジュール１０８ａ，１０８ｂからの測定値に基づいて、ＲＦ源モジュール１０４ａ，１０４ｂは、次に、ＲＦ又はマイクロ波エネルギー１２８ａ，１２８ｂを操作することができ、周波数、位相、及び電力を変更して処理チャンバー１２２内での空間パフォーマンス管理を提供する。システム１００は、本明細書に記述のシステム１００の機能を実行する上で必要なように、プロセッサ、データ、及び他の処理要素も含むものと理解されるべきである。
上述のように、システム１００の発電機１０４がＰＬＬに配置される。ここで図２を参照すると、模範のＰＬＬの機能ブロック図が、概して２００で示される。特には、ＰＬＬの様々な構成が本開示のシステムにおいて実施され得、ＰＬＬ２００は、そのようなシステムの一例である。模範のＰＬＬ２００は、入力信号Ｖi２０２を受け取り、関連した位相で出力信号Ｖo２１０を生成する。ＰＬＬ２００は、周期的な信号を生成する電圧制御発振器２０８を有する。位相比較器２０４は、入力信号Ｖi２０２の位相と発振器２０８からの周期的な信号の位相を比較し、位相の整合を維持するように発振器２０８を調整する。ＰＬＬ２００は、ローパスフィルター又は同種のものであり得るループフィルター２０６も含む。ループフィルター２０６は、概して、ループ・ダイナミクス（loop dynamics）を決定し、発振器２０８の入力に適用される参照周波数エネルギーを制限するように作動する。特には、入力及び出力位相の同調(matching)は、入力及び出力周波数を同一に維持することも要求する。従って、ＰＬＬ２００は、加えて、入力周波数を追跡し、それに応じて出力周波数を同調させることもできる。
ここで図３Ａ－３Ｃを参照すると、模範のＲＦ発電機の回路構成が概して３００で示される。特には、図３Ａは、ＲＦ発電機の回路３００を図示する。図３Ｂ－３Ｃそれぞれは、ＲＦ発電機の回路３００の部分を図示する。ＲＦ発電機は、２５０ワットのＲＦ源を提供することができ、例えば、これが図示及び本明細書に記述のマイクロ波発電システムの一部として機能する。本明細書の教示に応じてシステム内に配置されたＲＦ発電機のいずれも（例えば、ＲＦ発電機１０４ａ，１０４ｂ）が、模範の回路３００に即して機能することができる。回路３００は、システム内のＲＦ発電機の電気的構成の候補を教示するためだけに図示及び記述されると理解されたい。より高電力又は低電力のＲＦ源が、他の実施形態において設けることができる。同様、本明細書に記述の回路３００の全ての構成要素は、有効な回路の一例として提示され、他の場合、本明細書に図示及び記述のシステムの一部として依然として有効に機能しつつ回路が異なるように構成され得ると理解される。
図３Ｂに最も良く見られるように、回路３００は、ＰＬＬ参照入力３０４（“Ref In”）、ＰＬＬ参照出力３０２（“Reference Out”）、電子スイッチ３０６、参照クロック部(reference clock)３０８、及びシンセサイザー３１０を含む。参照入力３０４は、電子スイッチ３０６に接続され、これが、続いて、参照クロック部に接続される。参照クロック部３０８は、１ＭＨｚクロック信号といった周期的な信号を出力する。参照出力３０２は、スイッチ３０６と、２．４－２．５ＧＨｚシンセサイザーであり得るシンセサイザー３１０にも接続される。シンセサイザー３１０は、別の電子スイッチ３２０に接続され、これは、所望のパルス立ち上がり及び立ち下がり、及び時間幅（width times）のために信号をパルス変調するために用いられる。
ここで図４を参照すると、本技術に係るプラズマ生成システムの一部としての模範のマイクロ波発電システムが概して４００で示される。本明細書にそうでないと図示及び記述されることを除いて、システム４００は、システム１００と同様に機能することができ、逆も然りである。マイクロ波発電システム４００は、（例えば、固体発電機１０４ａ，１０４ｂと同様に構成された）１０個の接続されたＲＦ発電機４０２ａ－ｊを含むが、異なる数の発電機４０２ａ－ｊ（一般化して４０２）も使用可能であると理解されるべきである。ＲＦ発電機４０２は、幾つかの場合、電力において２５０ワットであり得るが、他の電力レベルも同様に使用可能である。システムコントローラ４１２は、発電機４００の動作を制御するためにプロセッサ及びメモリーを含む。システムコントローラ４１２は、アルゴリズム又は同種のものといったプログラムされた指令を実行可能であり、本明細書の教示に沿うようにシステム４００を動作させる。更には、システムコントローラ４１２は、本明細書に記述のようなデータバンクを含むメモリーを測定又は入力データの記憶のために含むことができる。発電機４０２からの結合された電力が処理チャンバー４０８に提供される。
各ＲＦ発電機４０２は、個別の参照入力４０４及び参照出力４０６を含み、これらが、参照入力３０４及び参照出力３０２と同様に構成可能である。特には、参照入力４０４及び出力４０６が、ＰＬＬ動作のためにＲＦ発電機４０２の間で接続される。参照入力４０４及び出力４０６が各ＲＦ発電機４０２を同一の電子スイッチ３０６（図３Ａ－３Ｃの回路３００）に接続し、各ＲＦ発電機４０２を同一の参照クロック部３０８に同時に接続し、それらが同一の周期的な信号から動作する（operate off）。同一のクロック部３０８をシェアすることは、上述のようにＲＦ発電機４０２間での位相同期（ＰＬＬ）動作を含む。これにより全てのＲＦ発電機４０２の位相がリンクされ、結合されたＲＦ発電機４０２の合計電力が最も効率的、かつ電力損失がないものになる。
例えば、ここで図７を参照すると、結合された発電機電力の模範のグラフが示される。各々の個別の発電機４０２からの出力電力が上側のプロット７０２に示される。全ての発電機４０２の結合した電力が下側のプロット７０４に示される。位相のリンク付けによって、発電機４０２の出力は、部分整合することなくお互いの上に重畳する。そのため、各発電機４０２は、振幅Ｐ1で、個別に、電力を出力する。発電機４０２の数をｎとすると、発電機が位相リンクされ、従って、それらの結合された電力が振幅Ｐ1のｎ倍になる。これは、プロット７０４に示されるように、全ての個別の発電機の最大の和（振幅ｎ×Ｐ1）を形成する。これは、ＰＬＬ構成でもある図１の発電機１０４の電力の結合と同様である。対照的に、位相のリンク付けがなければ個別のＲＦ発電機の電力の合算時の非効率に帰結する。
再び、図３Ａ～３Ｃを参照すると、図３Ｃに最も良く見られるように、回路３００は、順方向電力検出器３１２と順方向／反射電力検出器３１４を含み、ＩＱ変調器３１６を介して多数の信号を監視し、またデータを分析することによりリアルタイムでインピーダンスを測定するために使用可能である。ＲＦ信号がＲＦトランスコンダクタンスアンプ３１８の入力に適用され、次にＩＱ変調器３１６によってＩ／Ｑベースバンド信号（信号の「同相」成分に「Ｉ」が参照され、他方、「Ｑ」が直交（無効）成分を表す）に直交ＬＯ信号を用いて復調される。直交ＬＯ信号は、ＬＯ源（例えば、シンセサイザー３１０）から９０°位相シフト部により内部で生成される。
ここで図５を参照すると、Ｉ／Ｑ変調器５００の回路の模範の概略的な機能ブロック図が示される。Ｉ／Ｑ変調器３１６といった本明細書に記述の他のＩ／Ｑ変調器もＩ／Ｑ変調器５００に応じて構成可能である。幾つかの特定の模範の実施形態においては、設計にテキサス・インスツルメント社の集積ＩＱ変調器ＰＬＬ／ＶＣＯ又は同種の回路が包含される。ＴＲＦ３７２０１７は、高パフォーマンス、高直線性、低ノイズのＩＱ変調器及び整数－分数（integer-fractional）ＰＬＬ／ＶＣＯである。「ＬＯ」は、個別の分周器の出力として利用可能であるが、模範の実施形態ではシンセサイザー３１０からの参照信号である、外部ＬＯ又はＶＣＯからの入力も受け取ることができる。
ＢＢｉ５０２は、同相成分の正及び負に関連する差動信号のセットである。ＢＢｑ５０４は、直交成分の正及び負に関連する差動信号のセットである。これは、９０°だけ位相が異なる周期的な信号のペアを意味する。同相及び直交成分は、同一の周波数を持つ、９０°だけ位相がずれた２つのシヌソイドを意味する。約束として、「Ｉ」信号が余弦波であり、「Ｑ」信号が正弦波である。正弦波が余弦波に対して９０°だけシフトされているため、これを別の方法で表現すれば、正弦波と余弦波が「直交」している。
ここで図６を参照すると、（例えば、回路３００の一部として）Ｉ／Ｑ信号の模範の極座標プロットが概して６００で示される。搬送波の周波数を僅かに変化させる波形で搬送波を変調する時、変調信号をフェザーとして取り扱うことができる。フェザーとして実部及び虚部の両方を持つ。実部は、同相又は「Ｉ」（水平軸６０２）に関し、虚部が直交又は「Ｑ」（垂直軸６０４）に関する。変調信号の「Ｉ」及び「Ｑ」成分の両方と搬送波信号にロックされた受信器を用いて、極座標プロット６００に情報を図示可能である。ＲＦ信号は、プロットされると、振幅及び位相により極座標に、又は、ｘ及びｙベクトルの振幅としてＸ－Ｙ座標に表示可能である。直交信号は、９０°の混成（90-deg. hybrid）により生成される。Ｉ／Ｑ信号の振幅及び極性が、Ｉ／Ｑベクトル（変調されたＲＦ搬送波）の平行移動された（translated）振幅及び位相を決定する。振幅及び位相を知ることにより、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）及び複素反射係数が計算することができる。
図４を再び参照すると、処理チャンバー４０８といった単一のキャビティー又はプラズマ源内に多数の位相リンクされた発電機４０２を作動させることにより、リアルタイムのインピーダンス測定が、処理チャンバー４０８内への入力部（例えば、アンテナ）のエントリーで実行可能であり、従って、ＶＳＷＲが決定可能である。ＶＳＷＲ及び複素反射係数を知ることで、処理チャンバー４０８内のマイクロ波又はＲＦエネルギーの位相及び振幅を計算することができる。次のものは、そのようにするための模範の、但し、排他的ではない式である。
上記の方程式において、ＺL及びＺ0が、各々、負荷及び特性負荷インピーダンスである。
は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）である。Ｖmaxは、ＶＳＷＲ最大電圧において規定された電圧最大値であり、Ｖminは、典型的な放射源のＶＳＷＲ最小電圧において規定された電圧最小値である。
として、通常、規定される反射係数の絶対値であり、
は、複素反射係数に関連付けられた規定の位相である。Ｖrefは、反射電圧であり、Ｖfwdは、順方向又は入射電圧である。
上述を踏まえ、システム４００は、各発電機４０２に関連した空間インピーダンスを計算する。各発電機４０２の空間インピーダンスを知ることにより、システム４００は、全発電機４０２に関する空間インピーダンスを計算することができ、処理チャンバー４０８内への全ての関連した入力のインピーダンスを与える。システムコントローラ４１２は、次に、本明細書でより詳細に論述するように、処理チャンバー４０８内への入力を調整して入力を操作して同調させることができる。チャンバー４０８内への多数のエントリーを用いることにより、また、各個別の発電機４０２の位相、振幅、及び周波数を調整することにより、システム４００は、ある空間構成及び態様において異なる場所でプラズマを操作することができ、振幅及び密度の両方に関して理想的な均一なプラズマを生成し、本明細書に記述の従来のアプローチの欠点を軽減する。
同様、別の例として、処理チャンバー１２２内に基板１２４（又は半導体ウェハー）が位置付けられた図１を再び参照すると、システム１００は、各ＲＦ発電機出力１２０ａ，１２０ｂ又は処理チャンバー入力１１２ａ，１１２ｂのインピーダンスを計算することができる。システム１００は、次に、コンピュータ及びソフトウェア基準のアルゴリズムを用いて全ての入力１１２ａ，１１２ｂの位相、振幅、及び周波数を操作して同調させることができ、結果の出力をプロットする。更には、均一なプラズマ・パフォーマンスの調整のために位相、振幅及び周波数が変更可能であり、より良好なプロセス・パフォーマンス、より高速なスループット、並びにより良好及び改善された生産性及び基板又はウェハーのラン間（run to run）のより少ない変動に帰結する。多数のエントリーを用いること、及び、個々のＲＦ又はマイクロ波入力エネルギーの位相、振幅、及び周波数を調整することにより、ある空間構成及び態様において異なる場所でプラズマを操作することができ、振幅及び密度の両方に関して理想的な均一なプラズマを生成し、また、本明細書に記述の従来のアプローチの欠点を軽減する。
均一なプラズマの誘導により、半導体処理基板のパフォーマンスを効果的に改善することができる。均一なプラズマは、より高速なパフォーマンスを提供することができる。なぜなら、不均一なプラズマが存在すると、半導体処理を受ける基板（例えば、基板１２４）は、過剰なエッチング、過剰なアッシング、又は過剰な堆積といった過剰な処理に晒され、より低い大きさ又は強度のプラズマに晒されるウェハーの領域に及ぶ(to cover the areas of the wafer that are exposed to lower plasma magnitude or intensity)。本明細書に記述のこの過剰な処理を除去することにより、半導体プロセスのスループットが改善する。また、模範の実施形態に即して生成された均一なプラズマは、より高い歩留まりも提供することができ、なぜなら、通常、上述の過剰な処理（過剰なエッチング、過剰なアッシング、及び過剰な堆積）は、過剰な処理によって先行のプロセス工程により形成される下層が損傷されるため、理想的な歩留まり未満に帰結するためである。更には、均一なプラズマを用いることにより、ラン間の変動（variations from run to run）も低減可能である。均一なプラズマは、仕上がった基板１２４の完成のために必要な多数の工程の過程で実施される全ての単一の必要な工程に関して基板１２４に亘って同一の半導体パフォーマンスを提供する。
更には、処理チャンバー又は同種のもの（例えば、プラズマチューブ又は処理キャビティー）の劣化が、プラズマ生成システム及びプロセスの懸念点のままである。幾つかの場合、システム１００は、継続的又はある時間間隔で、インピーダンスを測定し、データバンク又は同種のものに時間に亘るインピーダンス変化を記憶することができる。処理チャンバー内の面が腐食すると、腐食した面のインピーダンスは、システムのデータバンク内に記憶されたインピーダンスデータと比較され、面が腐食したと決定することができる。このようにして処理キャビティーの寿命期間を正確に監視して適切な措置をとることができる。
ここで図８Ａ，８Ｂを参照すると、本明細書に記述のシステムは、上述の技術を採用し、プラズマのインピーダンスが容量性又は誘導性のいずれであるか知ることによりどの処理ガスが処理されている最中であるかを決定するように構成される。図８Ａは、スミスチャート８００を示し、これは、伝送システムにおけるマイクロ波又はＲＦ電力の特性を決定するために用いられる円形のマイクロ波又はＲＦインピーダンスチャートである。図８Ｂは、本明細書に記述のシステム内でどのようにスミスチャートが用いられるかを示すためにマーク付けされた模範のスミスチャート８０２を示す。スミスチャート８０２は、エネルギーの
の輪郭を含み、半分が容量性に指定され、他方の半分が誘導性に指定される。システムは、次に、結果とルックアップテーブルの比較により処理ガスの性質を決定することができる。幾つかの模範の実施形態において、このルックアップテーブルは、半導体基板の処理において用いられる全ての典型的なガスの特性インピーダンスを含むことができる。
例えば、システム（例えば、システム１００，４００）は、全ての半導体処理ガスの包括的なデータバンクを含むことができる。特には、データバンクは、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、Ａｒ、フッ素系ガス、塩素系ガス、及びこれらの組み合わせといったプラズマ生成工程で極一般的に用いられるガスを含むことができる。これらのガスへの参照は、本開示に即して測定されたこれらの関連のインピーダンスと共にデータバンクに記憶可能である。次に、未知のガスの測定したインピーダンスをデータバンクと比較し、その未知のガスの正体を決定することができる。この処理ガスの特定のプロセスは、有益であり得る。例えば、使用中のプラズマガスのインピーダンスが記録されて工場に報告されて戻されるならば、エンド・ユーザーが半導体プロセスのレシピにおいてどのガスを用いているか決定することができる。
処理チャンバー（例えば、処理チャンバー１２２、４０８）のインピーダンスを監視するこの技術は、処理チャンバー１２２、４０８のインピーダンスの変化を監視することにより処理チャンバー１２２、４０８の寿命又は交換時期を決定するためにも利用可能である。幾つかの場合、システム１００、４００は、連続的又は所定の時間間隔で、インピーダンスを測定し、時間に亘るインピーダンスの変化をプロセッサ、データバンク、又は同種のものに記憶する。処理チャンバー１２２、４０８の通常のエッチング及び劣化は、チャンバーのインピーダンスの変化に帰結し、従って、処理チャンバー１２２、４０８のエッチングの示唆になる。腐食面のインピーダンスは、システムのデータバンク内に記憶されたインピーダンスデータと比較され、その面が腐食したと決定することができる。このようにして処理チャンバー１２２、４０８の寿命期間を正確に監視して適切な措置をとることができる。これは、システム１００、４００により処理チャンバー１２２、４０８の寿命末期が半導体ファブのユーザーに警告されるために有益である。腐食した面とプラズマの相互作用により生じた腐食したプラズマチューブ面の劣化に起因してプラズマ処理チャンバー１２２、４０８のインピーダンスが変化するため、システム１００、４００は、１つ又は複数の一連のメッセージを生成することができ、それらをユーザーにディスプレイ表示して現状を通告することができる。システム１００、４００のステータス及び／又は、見込みの推奨又は要求されるメンテナンス措置をユーザーに忠告するべく、模範的なメッセージは、「チューブ腐食がメンテナンス時期に近づいている」、「警告：交換のためのチューブ劣化」、及び／又は他の警告又は交換メッセージ又は同種のものを含むことができる。これは、半導体プロセスにおいて特に有益である。なぜなら、半導体プロセスの「使用可能時間」が極度に重要であるためである。従って、潜在的なメンテナンス活動の前にエンド・ユーザーに知らせることは、見込みの中断時期を予期及び計画する見地から非常に有用である。
ここで図９を参照すると、模範の発電システム９００のブロック図が図示される。システム９００は、本明細書においてそうでないように図示及び記述されることを除いて、先述のシステム１００、４００と同様に電力を生成するように構成可能である。
システム９００は、電源９１０により電源供給され、かつＰＬＬにおいて接続された多数の個別の発電機モジュール９０２ａ－ｄ（一般化して９０２）を含む。システム９００は、高周波数デイジー・チェーニングを採用して多数のＲＦアンプ・チェーン及び、例えば、１．４度毎の３６０度の移相器のコヒーレントな活性化を許容する。４つの別々の１ｋｗ発電機モジュールが例として図示されているが、異なる数の発電機モジュール９０２が他の実施形態において使用可能であるものと理解されるべきであり、異なる電力の発電機モジュールも同様である。本明細書に記述の他のシステム１００，４００とは異なり、発電機モジュール９０２は、シェアされた参照クロック部に接続される必要はなく、位相最適化を達成するために他の工程が取られている。発電機モジュール９０２からの電力が、電力結合器９０４において結合され、多数のチャンネルのために最適化される。電力は、次に、導波路出力９０６を介してソース（本明細書では不図示）に提供可能である。ソースは、上述のように、半導体基板を処理するための又は食品を乾燥するための又は他の用途のための処理チャンバーであり得る。
システム９００は、アルゴリズム又は同種のものといったプログラムされた指令を実行してシステム９００を本明細書の教示に即して動作させることができる処理モジュール９０８も含む。処理モジュール９０８は、測定された又は入力データを記憶するためにデータバンク又は同種のものといったメモリーも含むことができる。プロセッサ９０８は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置９１２に接続される。Ｉ／Ｏ装置９１２は、ボタン、キーボード、マウス、又は既知の他の入力装置といった入力装置を含むことができ、これにより、ユーザーは、データ、制御、設定を入力することができ、又は、システム９００に他の変更を加えることができる。Ｉ／Ｏ装置９１２は、出力部も含み、これは、ユーザーのためにシステム９００に関する情報をディスプレイ表示することができる。例えば、Ｉ／Ｏ装置９１２は、警告光又はスクリーンといった出力性能を含み、グラフ、警告又は他の視覚指標を示すことができる。
従来のシステムにおいては、装置からの振幅及び位相変化、不均一性、又は製造交差が、異なる発電モジュールの間の電力の不完全な合計に繋がり、結合効率の低減を引き起こしていた。対照的に、システム９００は、結合器９０４内で電力を結合して様々なチャンネルの位相及び振幅を平衡させることができる。特には、システム９００は、システム９００のチャンネル間で位相を最適化する方法を採用する。システム９００は、各発電機モジュール９０２の振幅及び位相をプログラムし、結合器９０４の電力出力を測定し、各発電機モジュール９０２の最適な位相を決定して損失を最小化しつつ電力出力を最大化する。
システム９００は、電力出力を最大化するべく様々な最適化技術を採用するアルゴリズムを実行することができる。そのような最適化技術の一つは、２つのチャンネルの位相整合のために二分法を実行することを含む。システム９００の電力出力をプロットすることで、システム９００の結合された電力出力は、位相角Ｐ（θ）の関数として、単峰性である（即ち、一つの最小値／最大値のみ有する）と見ることができる。従って、幾つかの場合、二分法は、最適値を探索するために適用可能である。例えば、本明細書においてＰ（θ）のために表記法（notation）ｆ（ｘ）が用いられる。ｆ（ｘ）に間隔が与えられると、ｆ（ｂ）がｆ（ａ）及びｆ（ｃ）の両方未満であるようなａ＜ｂ＜ｃの３連点がある時に最小値がカッコで囲まれる。そのような場合、関数（正則（nonsingular））が間隔［ａ，ｃ］において最小値を持つ。二分法アルゴリズムは、次に、ａ及びｂの間又はｂ及びｃの間のいずれかで新しい点ｘを選択する。本例に関しては、ｂ及びｃの間で点ｘが選択されると仮定する。次に、関数ｆ（ｘ）が評価される。
ｆ（ｂ）＜ｆ（ｘ）ならば、新しい３連点のカッコ付けは、図１０Ａのグラフ１０００ａに示されるように（ａ；ｂ；ｘ）になる。ｆ（ｂ）＞ｆ（ｘ）ならば、新しい３連点のカッコ付けは、図１０Ｂのグラフ１０００ｂに示されるように（ｂ；ｘ；ｃ）になる。いずれの場合においても、新しい三連点は、横座標にあり、その縦座標が、いままでに達成された最適な最小値である。このプロセスは、間隔が十分に小さくなるまで繰り返され、これは、システム９００のチップ解像度（chip resolution）の限界に基づき得る。従って、間隔がシステム９００のチップ解像度に一致するまで多数回の繰り返しが実行される。
最適な切り分け間隔（bracketing interval）（ａ；ｂ；ｃ）は、次の方程式により与えられるように、ａからの部分距離（fractional distance）０．３８１９７とｂからの部分距離０．６１８０３のその中間点ｂを持つ。
方程式５及び６の分数は、「黄金分割」である。従って、次に用いられる点は、分数０．３８１９７であり、これは、（三連点の中央値から測定して）２つの間隔のうちより大きいものに置かれる。この方法は、最小値又は最大値の電力出力のいずれかを探索するために適用可能であることに留意されたい。最小値の探索することは、幾つかの場合、最小値の近傍において勾配がより大きいため、より強健及び高速なアプローチであり得る。更には、最小値の使用により、後で振幅最適化を行うことができる。最小値の使用において、システム９００が最悪の構成の領域に強いられることがマイナス面である。
位相角Ｐ（θ）の関数としてシステム９００の結合された電力出力の振幅も周期的な関数である。従って、三角法の補間（Trigonometric interpolation）を用いることができ、即ち、三角関数の有限和は、次の方程式のいずれかに応じて周期的な関数を補間するために使用可能である。
ａk及びｂkを評価するため、Ｇｏｅｒｔｚｅｌ－Ｒｅｉｎｓｃｈアルゴリズム又は直接離散フーリエ変換アルゴリズムを使用可能である。本例では、第１の係数ａ1及びｂ1だけが関心の対象であり、より複雑なフーリエ級数解析は、追加の利益を生むことなくただ複雑さを加えるだけである。幾つかの場合、この方法は、先述の二分法よりも強靱かつ高速であり得る。しかしながら、この方法は、最悪の場合の構成の領域の位相値を含む全ての位相範囲において値を要求する。
上述の模範の方法は、２つのアンプ（例えば、２つの発電機モジュール９０２）が結合器９０４を駆動する時の最適化を記述するために用いられる。２つの発電機モジュール９０２が結合器９０４を駆動し、４つのチャンネルが、結合器９０４の出力において結合される時、最適化は、まずチャンネル１及び２を同調（tuning）させることにより実施可能である。上述のアルゴリズムに応じて、チャンネル２の最適化が実施されてチャンネル１に整合する。チャンネル２は、次にオフされて、チャンネル３がオンにされる。上述のアルゴリズムに応じて、チャンネル３の最適化が実施されてチャンネル１に整合する。チャンネル３は、次にオフされて、チャンネル４がオンにされる。上述のアルゴリズムに応じて、チャンネル４の最適化が実施されてチャンネル１に整合する。全てのチャンネルがチャンネル１に整合するように最適化され、従って、全体の位相の整合が達成される。
追加の発電機モジュール９０２が用いられる時、一度に一つのチャンネルでチャンネル最適化を為すことができ、続いて必要に応じて繰り替えられる。４チャンネルを想定すると、チャンネル１が一定に維持され得る（周期性０）。チャンネル２は、チャンネル１の周期性で回転可能である。チャンネル３は、続いてチャンネル２の周期性で回転可能である。チャンネル４は、続いてチャンネル３の周期性で回転可能である。これにより結合器９０４から出る異なる周波数の同時出力が可能になる。
例えば、４つの発電機モジュール９０２が結合器９０４を駆動している時の４つのチャンネルの最適化は、次のように行うことができる。まず、全てのチャンネルがオンにされる。次に、上述のアルゴリズムの一つで他のチャンネルの合計に整合するようにチャンネル２の最適化が実行される。これは、チャンネル２をチャンネル１，３及び４の元の合計に整合させる。チャンネル３の最適化は、上述のアルゴリズムの一つで他のチャンネルの合計に整合するように実行可能であり、チャンネル３は、チャンネル１及び４と、これに加えてチャンネル２の改良の合計に整合される。チャンネル４の最適化は、上述のアルゴリズムの一つで、チャンネル２及び３の改良を含む他のチャンネルの合計に整合するように実行可能である。これらのチャンネル２～４の最適化工程は、続いて、システム９００全体の所望の正確さのために整合が十分であるまで繰り返し可能である。
本明細書に開示の構成要素の全ての方向付け及び配置は、単なる例として用いられている。更には、関連分野の当業者により、幾つかの要素の機能が、代替の実施形態において、より少ない要素又は単一の要素によって実行され得るものと理解される。同様、幾つかの実施形態においては、任意の機能要素は、提示の実施形態に関して記述されたものよりも、より少ない、又は異なる動作を実行し得る。また、説明のために別個に示された機能要素は、特定の実施において他の機能要素内に組み込まれ得る。
好適な実施形態に関して本技術を記述したが、当業者は、本技術の精神又は範囲から逸脱することなく本技術に様々な変更及び／又は修正をすることができるものと即時に理解するだろう。例えば、各請求項は、当初請求されていないとしても多数従属項の態様における任意の又は全ての請求項を防御し得る。

Claims (29)

  1. 参照信号を生成するように構成された参照クロック部；
    複数の固体発電機モジュールにして、各固体発電機モジュールが電子スイッチにリンクされ、各電子スイッチが前記参照クロック部にリンクされ、各固体発電機モジュールが前記参照クロック部からの前記参照信号に基づく出力を生成するように構成される、複数の固体発電機モジュール；及び
    少なくとも２つの前記固体発電機モジュールの出力を受け取り、その中で前記固体発電機モジュールの出力を結合するように構成された処理チャンバーを備える、プラズマ生成システム。
  2. 前記処理チャンバーへの入力で信号をＩ／Ｑ信号に復調するように構成されたＩ／Ｑ変調器を更に備え、
    前記プラズマ生成システムは、更に、
    前記Ｉ／Ｑ信号の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）及び反射係数を決定し；
    前記ＶＳＷＲ及び前記反射係数に基づいて前記固体発電機モジュールの一つの第１インピーダンスを計算し；及び
    前記第１インピーダンスに基づいて前記処理チャンバー内での前記固体発電機モジュールの結合された出力電力の第２インピーダンスを計算するように構成される、請求項１に記載のプラズマ生成システム。
  3. 前記プラズマ生成システムは、更に、前記第２インピーダンスに基づいて少なくとも一つの前記固体発電機モジュールの位相、振幅、及び周波数を調整するように構成される、請求項２に記載のプラズマ生成システム。
  4. 前記プラズマ生成システムは、更に、時間に亘る前記処理チャンバーのインピーダンスの変化を監視するように構成される、請求項２に記載のプラズマ生成システム。
  5. 前記プラズマ生成システムは、更に、時間に亘る前記処理チャンバーの前記インピーダンスの変化に基づいて前記処理チャンバーの残存寿命を決定するように構成される、請求項４に記載のプラズマ生成システム。
  6. 前記プラズマ生成システムは、前記処理チャンバーの前記残存寿命に基づいて警告を発行するように構成される、請求項５に記載のプラズマ生成システム。
  7. 複数のガスのインピーダンス値を記憶するデータバンクを更に備え、前記プラズマ生成システムは、更に、時間に亘る前記処理チャンバーの前記インピーダンスの変化に基づいて、前記データバンクを用いて、前記処理チャンバー内の処理ガスを特定するように構成される、請求項４に記載のプラズマ生成システム。
  8. 前記固体発電機モジュールは、前記固体発電機モジュールの出力がシェアされた位相を有するように位相同期回路（ＰＬＬ）において接続される、請求項１に記載のプラズマ生成システム。
  9. 各固体発電機モジュールは、
    前記電子スイッチに接続されたＰＬＬ参照入力；及び
    前記電子スイッチ及びシンセサイザーに接続されたＰＬＬ参照出力にして、前記シンセサイザーが、第２電子スイッチに接続されて前記固体発電機モジュールの出力をパルス変調する、ＰＬＬ参照出力を含む、請求項８に記載のプラズマ生成システム。
  10. 発電システムを用いた発電方法であって、
    複数の固体発電機モジュールで複数の出力を生成すること；及び
    結合器において、複数のチャンネルからの前記固体発電機モジュールの出力を結合し、位相最適化技術を用いて同相の結合された出力電力を生成することを含む、方法。
  11. 前記位相最適化技術は、
    少なくとも一つのチャンネルの位相シフトを決定すること；及び
    前記少なくとも一つのチャンネルを位相シフトさせることを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記複数のチャンネルが３つのチャンネルを含み、
    前記位相最適化技術は、
    前記チャンネルらをオンにすること；
    第１チャンネル、第２チャンネル、及び第３チャンネルを決定すること；
    前記第１チャンネルと前記第３チャンネルの合計に基づいて前記第２チャンネルを位相シフトさせて最適化された第２チャンネルを生成すること；及び
    前記第１チャンネル及び前記最適化された第２チャンネルの合計に基づいて前記第３チャンネルを位相シフトさせることを含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 少なくとも一つの追加のチャンネルが含まれ、前記位相最適化技術は、各追加のチャンネルについて、最適化されたチャンネルを含む他の全てのチャンネルの合計に基づいて、前記追加のチャンネルを位相シフトさせて最適化された追加のチャンネルを生成する、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第２チャンネルの位相シフト工程、前記第３チャンネルの位相シフト工程、及び前記追加のチャンネルの位相シフト工程が複数回繰り返される、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記位相最適化技術は、アルゴリズムを用いて前記チャンネルの少なくとも一つについて位相シフトを決定することを含み、前記アルゴリズムは、二分法；Ｇｏｅｒｔｚｅｌ－Ｒｅｉｎｓｃｈアルゴリズム；又は離散フーリエ変換の少なくとも一つを含む、請求項１０に記載の方法。
  16. 前記複数のチャンネルが３つのチャンネルを含み、
    前記位相最適化技術は、
    第１チャンネル、第２チャンネル、及び第３チャンネルを決定すること；
    前記第１チャンネル及び前記第２チャンネルをオンにすること；
    前記第１チャンネルの出力に整合するように前記第２チャンネルを位相シフトさせること；
    前記第２チャンネルをオフにし、前記第３チャンネルをオンにすること；及び
    前記第１チャンネルの出力に整合するように前記第３チャンネルを位相シフトさせることを含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 少なくとも一つの追加のチャンネルが含まれ、前記位相最適化技術は、各追加のチャンネルについて、前記第１チャンネルと前記追加のチャンネルをオンし、他の全てのチャンネルをオフにし、前記第１チャンネルの出力に整合するように前記追加のチャンネルを位相シフトさせることを含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記同相の結合された出力電力を導波路出力に提供することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
  19. 前記固体発電機モジュールは、前記固体発電機モジュールの出力がシェアされた位相を有するように位相同期回路（ＰＬＬ）において接続される、請求項１０に記載の方法。
  20. 複数の出力を生成するように構成された複数の固体発電機モジュール；及び
    複数のチャンネルからの前記固体発電機モジュールの出力を結合し、位相最適化技術を用いて同相の結合された出力電力を生成するように構成された結合器を備える、発電システム。
  21. 前記位相最適化技術は、
    前記チャンネルらの少なくとも一つについて位相シフトを決定すること；及び
    前記少なくとも一つのチャンネルを位相シフトすることを含む、請求項２０に記載の発電システム。
  22. 前記複数のチャンネルが３つのチャンネルを含み、
    前記位相最適化技術は、
    前記チャンネルらをオンにすること；
    第１チャンネル、第２チャンネル、及び第３チャンネルを決定すること；
    前記第１チャンネルと前記第３チャンネルの合計に基づいて前記第２チャンネルを位相シフトさせて最適化された第２チャンネルを生成すること；及び
    前記第１チャンネル及び前記最適化された第２チャンネルの合計に基づいて前記第３チャンネルを位相シフトさせることを含む、請求項２０に記載の発電システム。
  23. 少なくとも一つの追加のチャンネルを更に備え、前記位相最適化技術は、各追加のチャンネルについて、最適化されたチャンネルを含む他の全てのチャンネルの合計に基づいて、前記追加のチャンネルを位相シフトさせて最適化された追加のチャンネルを生成する、請求項２２に記載の発電システム。
  24. 前記発電システムは、前記第２チャンネルの位相シフト工程、前記第３チャンネルの位相シフト工程、及び前記追加のチャンネルの位相シフト工程を複数回繰り返すように構成される、請求項２２に記載の発電システム。
  25. 前記位相最適化技術は、アルゴリズムを用いて前記チャンネルの少なくとも一つについて位相シフトを決定することを含み、前記アルゴリズムは、二分法；Ｇｏｅｒｔｚｅｌ－Ｒｅｉｎｓｃｈアルゴリズム；又は離散フーリエ変換の少なくとも一つを含む、請求項２０に記載の発電システム。
  26. 前記複数のチャンネルが３つのチャンネルを含み、
    前記位相最適化技術は、
    第１チャンネル、第２チャンネル、及び第３チャンネルを決定すること；
    前記第１チャンネル及び前記第２チャンネルをオンにすること；
    前記第１チャンネルの出力に整合するように前記第２チャンネルを位相シフトさせること；
    前記第２チャンネルをオフにし、前記第３チャンネルをオンにすること；及び
    前記第１チャンネルの出力に整合するように前記第３チャンネルを位相シフトさせることを含む、請求項２５に記載の発電システム。
  27. 少なくとも一つの追加のチャンネルを更に備え、前記位相最適化技術は、各追加のチャンネルについて、前記第１チャンネルと前記追加のチャンネルをオンし、他の全てのチャンネルをオフにし、前記第１チャンネルの出力に整合するように前記追加のチャンネルを位相シフトさせることを含む、請求項２６に記載の発電システム。
  28. 導波路出力を更に備え、前記発電システムは、前記同相の結合された出力電力を前記導波路出力に提供するように構成される、請求項２０に記載の発電システム。
  29. 前記固体発電機モジュールは、前記固体発電機モジュールの出力がシェアされた位相を有するように位相同期回路（ＰＬＬ）において接続される、請求項２０に記載の発電システム。
JP2023117819A 2019-05-31 2023-07-19 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法 Pending JP2023126588A (ja)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962855136P 2019-05-31 2019-05-31
US62/855,136 2019-05-31
US16/881,458 US11721526B2 (en) 2019-05-31 2020-05-22 System and method of power generation with phase linked solid-state generator modules
US16/881,390 2020-05-22
US16/881,458 2020-05-22
US16/881,390 US11476092B2 (en) 2019-05-31 2020-05-22 System and method of power generation with phase linked solid-state generator modules
PCT/US2020/035220 WO2020243494A1 (en) 2019-05-31 2020-05-29 System and method of power generation with phase linked solid-state generator modules
JP2021562926A JP7319388B2 (ja) 2019-05-31 2020-05-29 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021562926A Division JP7319388B2 (ja) 2019-05-31 2020-05-29 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023126588A true JP2023126588A (ja) 2023-09-07

Family

ID=73551399

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021562926A Active JP7319388B2 (ja) 2019-05-31 2020-05-29 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法
JP2023117819A Pending JP2023126588A (ja) 2019-05-31 2023-07-19 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021562926A Active JP7319388B2 (ja) 2019-05-31 2020-05-29 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法

Country Status (9)

Country Link
US (2) US11476092B2 (ja)
EP (1) EP3977503A1 (ja)
JP (2) JP7319388B2 (ja)
KR (1) KR20220003527A (ja)
CN (1) CN113906680A (ja)
IL (1) IL287986A (ja)
SG (1) SG11202111039YA (ja)
TW (2) TWI816039B (ja)
WO (1) WO2020243494A1 (ja)

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214162B1 (en) * 1996-09-27 2001-04-10 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP5161086B2 (ja) 2006-07-28 2013-03-13 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
US20100276391A1 (en) 2009-03-05 2010-11-04 Applied Materials, Inc. Inductively coupled plasma reactor having rf phase control and methods of use thereof
KR101371350B1 (ko) 2011-12-20 2014-03-28 (주)피피티 Ｒｆ 플라즈마 시스템에서 각 소스로부터 출력되는 플라즈마 주파수의 서로 다른 위상을 제어하는 시스템 및 방법
US8773019B2 (en) 2012-02-23 2014-07-08 Mks Instruments, Inc. Feedback control and coherency of multiple power supplies in radio frequency power delivery systems for pulsed mode schemes in thin film processing
US20130284369A1 (en) 2012-04-26 2013-10-31 Applied Materials, Inc. Two-phase operation of plasma chamber by phase locked loop
US9312106B2 (en) 2013-03-13 2016-04-12 Applied Materials, Inc. Digital phase controller for two-phase operation of a plasma reactor
US10821542B2 (en) 2013-03-15 2020-11-03 Mks Instruments, Inc. Pulse synchronization by monitoring power in another frequency band
US9299537B2 (en) 2014-03-20 2016-03-29 Applied Materials, Inc. Radial waveguide systems and methods for post-match control of microwaves
US10153133B2 (en) 2015-03-23 2018-12-11 Applied Materials, Inc. Plasma reactor having digital control over rotation frequency of a microwave field with direct up-conversion
JP6541623B2 (ja) 2016-06-20 2019-07-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、及び波形補正方法
JP6643212B2 (ja) 2016-09-16 2020-02-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP6754665B2 (ja) 2016-10-18 2020-09-16 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
JP6793019B2 (ja) 2016-11-28 2020-12-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP6778639B2 (ja) 2017-03-08 2020-11-04 東京エレクトロン株式会社 高周波発生器及びプラズマ処理装置
US10790118B2 (en) 2017-03-16 2020-09-29 Mks Instruments, Inc. Microwave applicator with solid-state generator power source
KR101955509B1 (ko) 2017-04-25 2019-03-08 주식회사 뉴파워 프라즈마 Dds 위상 동기 검출을 이용한 고주파 전력 증폭기의 제어장치
US10546724B2 (en) 2017-05-10 2020-01-28 Mks Instruments, Inc. Pulsed, bidirectional radio frequency source/load
US10128076B1 (en) 2017-05-15 2018-11-13 Oregon Physics, Llc Inductively coupled plasma ion source with tunable radio frequency power
WO2019055476A2 (en) * 2017-09-14 2019-03-21 Cellencor, Inc. HIGH POWER SEMICONDUCTOR MICROWAVE GENERATOR FOR RADIO FREQUENCY ENERGY APPLICATIONS
JP6703508B2 (ja) 2017-09-20 2020-06-03 株式会社日立ハイテク プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7319388B2 (ja) 2023-08-01
TW202349449A (zh) 2023-12-16
TW202107519A (zh) 2021-02-16
EP3977503A1 (en) 2022-04-06
TWI816039B (zh) 2023-09-21
WO2020243494A1 (en) 2020-12-03
CN113906680A (zh) 2022-01-07
US11721526B2 (en) 2023-08-08
JP2022543517A (ja) 2022-10-13
US11476092B2 (en) 2022-10-18
US20200381218A1 (en) 2020-12-03
SG11202111039YA (en) 2021-11-29
KR20220003527A (ko) 2022-01-10
IL287986A (en) 2022-01-01
US20200381219A1 (en) 2020-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6910320B2 (ja) マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
US9378930B2 (en) Inductively coupled plasma reactor having RF phase control and methods of use thereof
US11646177B2 (en) High-power solid-state microwave generator for RF energy applications
US8901470B2 (en) Microwave heating apparatus
US8286581B2 (en) High frequency power source and its control method, and plasma processing apparatus
US20100276391A1 (en) Inductively coupled plasma reactor having rf phase control and methods of use thereof
WO2018125145A1 (en) System and method for detecting changes in food load characteristics using coefficient of variation of efficiency
US11804362B2 (en) Frequency tuning for modulated plasma systems
JP6665183B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2020031067A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US20200303167A1 (en) Phased array modular high-frequency source
JP2019091526A (ja) パルスモニタ装置及びプラズマ処理装置
US11646178B2 (en) Apparatus for plasma processing
JP7319388B2 (ja) 位相リンクされた固体発電機モジュールを用いた発電システム及び方法
JP2012190899A (ja) プラズマ処理装置
JP6814693B2 (ja) マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
JP2012049353A (ja) プラズマ処理装置
US11202348B2 (en) Method and device for electromagnetic cooking using non-centered loads management through spectromodal axis rotation
US11197355B2 (en) Method and device for electromagnetic cooking using non-centered loads
US20190326095A1 (en) Modular high-frequency source
WO2023176534A1 (ja) プラズマ処理装置、解析装置及び解析プログラム
JP2020181651A (ja) 補正関数を決定する方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230719

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230719