JP2023517495A - バイアスｒｆ発生器信号を使用してアーク検出するためのシステムおよび方法 - Google Patents

バイアスｒｆ発生器信号を使用してアーク検出するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

RF電力供給システムに対するアーク検出器、ここでRF電源は、第1のRF電源と第2のRF電源とを含む。非線形負荷に加えられる信号は、第1のRF電源または第2のRF電源のうちの1つからの出力に従って変動する。信号は周波数を有する。非線形負荷におけるアークまたはアーク条件中、信号の周波数は変化し、周波数が選択された範囲の外にある場合、アークまたはアーク条件が示される。周波数は、信号を一連のパルスにデジタル化し、パルス間の時間または周期を測定することによって決定され得る。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2020年5月29日に出願された米国特許出願第16/887,346号の優先権を主張する。上記の出願の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、交流(AC)電力供給システムに関し、バイアス発生器の出力信号をモニタすることによって非線形負荷におけるアークを検出することに関する。
本明細書で提供する背景説明は、本開示の文脈を一般的に提示するためのものである。この背景のセクションにおいて説明される範囲内での現在挙げられている発明者の研究、ならびに、場合によっては出願時において先行技術と見なされない説明の態様は、本開示に対する先行技術として明示的にも暗示的にも認められるものではない。
プラズマエッチングは、半導体製造においてしばしば使用される。プラズマエッチングにおいて、イオンが電界によって加速されて、基板の露出された表面をエッチングする。基本的一実装形態では、電界は、電力供給システムのそれぞれの無線周波数(RF)または直流(DC)発生器によって生成されたRFまたはDC電力信号に基づいて生成される。発生器によって生成された電力信号は、プラズマエッチングを効率的に実行するために正確に制御されなければならない。
米国特許第7,602,127号 米国特許第8,110,991号 米国特許第8,395,322号 米国特許出願第13/834,786号 米国特許出願第15/974,947号 米国特許第7,728,602号 米国特許第8,264,237号 米国特許第8,289,029号 米国特許第8,334,700号に
アーク検出システムは、レベル検出器モジュールを含む。レベル検出器モジュールは、非線形負荷に加えられたAC信号に従ってレベル信号を生成する。レベル信号は、AC信号の大きさに従って第1の状態または第2の状態のうちの少なくとも一方を含む。アーク検出システムは、タイマーモジュールも含む。タイマーモジュールは、レベル信号を受信して、レベル信号の第1の状態または第2の状態のうちの一方の持続時間に従ってタイミング信号を生成し、非線形負荷におけるアーク条件は、タイミング信号が選択された基準を満たすときに示される。
RF電力発生器システムは、非線形負荷への第1のRF信号を生成する第1のRF電源と、負荷への第2のRF信号を生成する第2のRF電源と、第1のRF信号に従って変動する感知信号を受信するアーク検出器とを含む。アーク検出器は、感知信号の周波数が、第1の選択されたしきい値より小さい、または第2の選択されたしきい値より大きい、のうちの一方であるかどうかを決定する。アーク検出器は、感知信号の周波数が、第1の選択されたしきい値より小さい、または第2の選択されたしきい値より大きい、のうちの一方であるときに、アーク条件を示す。
非線形負荷におけるアークを検出するための方法は、負荷に加えられたAC信号を検出するステップを含む。方法は、負荷に加えられたAC信号の周波数を決定するステップをさらに含む。方法は、周波数が選択された基準を満たす場合、アーク条件またはアークを示す。
本開示の適用可能性のさらなる領域は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるであろう。発明を実施するための形態および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面から、より完全に理解されよう。
誘導結合プラズマシステムの表現を示す図である。 容量結合プラズマシステムの表現を示す図である。 本開示の様々な実施形態に従って配置された複数の電源を有する電力供給システムの概略図である。 RF信号とRF信号を変調するパルスとの波形を示す図である。 本開示に従って配置されたデュアルRF発生器電力供給システムに対する波形を示す図である。 本開示に従って配置されたデュアルRF発生器電力供給システムに対する波形を示す図である。 本開示に従って配置されたデュアルRF発生器電力供給システムに対する波形を示す図である。 様々な実施形態による、2値信号に変換された入力信号に基づいて周波数を決定するための機能ブロック図である。 アナログデジタル変換器を使用して入力信号に基づいて周波数を決定するための機能ブロック図である。 様々な実施形態に従って配置された例示的な制御モジュールの機能ブロック図である。 本開示の原理に従って配置された制御システムの動作のフローチャートである。
図面において、参照番号は、同様のおよび/または同一の要素を識別するために再使用され得る。
電力システムは、RF電力発生器と、整合ネットワークと、負荷(非線形負荷、プロセスチャンバ、プラズマチャンバ、または固定もしくは可変インピーダンスを有するリアクタなど)とを含み得る。電力発生器は、RF電力信号を生成し、この信号は、整合ネットワークまたはインピーダンス最適化コントローラもしくは回路によって受信される。整合ネットワークまたはインピーダンス最適化コントローラもしくは回路は、整合ネットワークの入力インピーダンスを、電力発生器と整合ネットワークとの間の伝送線の特性インピーダンスに整合させる。インピーダンス整合は、整合ネットワークに転送される電力(「順方向電力」)の量を最大化することと、整合ネットワークから電力発生器に反射される電力(「逆方向電力」)の量を最小化することとを支援する。整合ネットワークの入力インピーダンスが、伝送線の特性インピーダンスに整合するときに、順方向電力は最大化され得、逆方向電力は最小化され得る。
RF電源または電力供給の分野において、通常、電力信号を負荷に適用するための2つの手法がある。第1の、より伝統的な手法は、連続電力信号を負荷に適用することである。連続モードまたは連続波モードでは、連続電力信号は、通常、電源によって負荷に連続的に出力される一定の正弦波RFの電力信号である。連続モード手法では、電力信号は一定の正弦波の出力と仮定し、電力信号の振幅および/または(RF電力信号の)周波数は、負荷に適用される出力電力を変動させるために変動され得る。
電力信号を負荷に適用するための第2の手法は、連続的RF信号を負荷に適用するのではなく、RF信号をパルシングすることを伴う。パルスモードの動作では、RF信号は、変調された電力信号に対するエンベロープを定義するために、変調信号によって変調される。たとえば、RF信号は、正弦波RF信号または他の時間変動信号であり得る。負荷に供給された電力は、通常、変調信号を変動させることによって変動される。変調信号は、方形波、異なる振幅の複数の状態を有する方形波、または1つまたは複数の状態または部分を有する他の波形を含む、任意の数の形状を有し得る。
通常の電源構成では、負荷に適用される出力電力は、負荷に適用されるRF信号の順方向のおよび反射の電力または電圧および電流を測定するセンサを使用して決定される。これらの信号のいずれかのセットが、制御ループ内で分析される。分析は、通常、負荷に適用される電力を変動させるために電源の出力を調整するために使用される電力値を決定する。負荷がプロセスチャンバまたは他の非線形負荷もしくは時間変動負荷である電力供給システムでは、適用される電力は、ある程度は負荷のインピーダンスの関数であるので、変動する負荷のインピーダンスは、負荷に適用される電力の対応する変動を引き起こす。
様々なデバイスの製造が、製造プロセスを制御するために負荷への電力の導入に依存するシステムでは、電力は、通常、2つの構成のうちの1つにおいて供給される。第1の構成では、電力は、負荷に容量結合される。そのようなシステムは、容量結合プラズマ(CCP)システムと呼ばれる。第2の構成では、電力は、負荷に誘導結合される。そのようなシステムは、通常、誘導結合プラズマ(ICP)システムと呼ばれる。プラズマへの電力結合は、同じく、マイクロ波周波数における波形結合を介して達成され得る。そのような手法は、通常、電子サイクロトロン共鳴(ECR)またはマイクロ波源を使用する。ヘリコン源は、別の形の波形結合源であり、通常、従来のICPおよびCCPシステムのRF周波数と同様のRF周波数において動作する。電力供給システムは、負荷の電極のうちの1つまたは複数に適用されるバイアス電力および/またはソース電力を含み得る。ソース電力は、通常、プラズマを生成してプラズマ密度を制御し、バイアス電力は、プラズマを含むシースの形成においてイオンを変調する。バイアスおよびソースは、様々な設計検討に従って、同じ電極を共有してもよく、または別々の電極を使用してもよい。
電力供給システムが、プロセスチャンバ、プラズマチャンバ、またはリアクタなどの時間変動負荷または非線形負荷を駆動するとき、プラズマシースによって吸収される電力は、ある範囲のイオンエネルギーを有するイオンの密度をもたらす。イオンエネルギーの1つの特徴的な尺度は、イオンエネルギー分布関数(IEDF)である。IEDFは、バイアス電力を用いて制御され得る。複数のRF電力信号が負荷に適用されるシステムに対してIEDFを制御する1つの方法は、周波数および位相において関連する複数のRF信号を変動させることによって生じる。複数のRF電力信号間の周波数はロックされ得、複数のRF信号間の相対位相もロックされ得る。そのようなシステムの例は、米国特許第7,602,127号、米国特許第8,110,991号、および米国特許第8,395,322号を参照することによって発見され得、それらのすべては、本出願の譲受人に譲渡され、それらの全体が参照により本出願に組み込まれる。
時間変動負荷または非線形負荷は、様々なアプリケーションにおいて存在し得る。一アプリケーションでは、プラズマ処理システムは、プラズマ生成および制御のための構成要素も含み得る。そのような一構成要素は、プラズマチャンバまたはリアクタなどのプロセスチャンバとして実装された非線形負荷である。例として、薄膜製造のためなどのプラズマ処理システムにおいて利用される典型的なプラズマチャンバまたはリアクタは、デュアル電力システムを利用することができる。1つの電力発生器(ソース)は、プラズマの生成を制御し、電力発生器(バイアス)は、イオンエネルギーを制御する。デュアル電力システムの例には、上記で参照した米国特許第7,602,127号、米国特許第8,110,991号、および米国特許第8,395,322号の中で説明されるシステムが含まれる。上記で参照した特許の中で説明されるデュアル電力システムは、イオン密度およびそれの対応するIEDFを制御するために電源動作を適応させるために、閉ループ制御システムを必要とする。
プラズマを生成するために使用され得るような複数の手法が、プロセスチャンバを制御するために存在する。たとえば、RF電力供給システムでは、同じかまたはほぼ同じ周波数において動作する複数の駆動RF信号の位相および周波数が、プラズマ生成を制御するために使用され得る。RF駆動プラズマ源の場合、プラズマシース動力学および対応するイオンエネルギーに影響を及ぼす周期波形は、一般に知られており、周期波形の周波数および関連する相間相互作用によって制御される。RF電力供給システムにおける別の手法は、デュアル周波数制御を伴う。すなわち、異なる周波数において動作する2つのRF周波数源が、プラズマチャンバに給電して、実質的に独立したイオンと電子密度との制御を提供するために使用される。
別の手法は、プラズマチャンバを駆動するために広帯域RF電源を利用する。広帯域手法は、いくつかの課題を提示する。1つの課題は、電力を電極に結合することである。第2の課題は、所望のIEDFのための実際のシース電圧に対する生成された波形の伝達関数が、材料表面の相互作用をサポートするために広いプロセス空間に対して定式化されなければならないことである。誘導結合プラズマシステムにおいて敏感に反応する一手法では、ソース電極に適用される電力を制御することで、プラズマ密度が制御される一方で、バイアス電極に適用される電力を制御することで、イオンが変調され、IEDFが制御されて、エッチ速度制御が提供される。ソース電極およびバイアス電極の制御を使用することによって、エッチ速度が、イオン密度およびイオンエネルギーを介して制御される。
集積回路および集積デバイスの製造が進化し続けるにつれて、製造のためのプロセスを制御するための電力要件も進化する。たとえば、メモリデバイス製造に対して、バイアス電力に対する要件が増加し続けている。電力が増加すると、より高速の表面相互作用のためにより高エネルギーのイオンが生成され、それにより、イオンのエッチ速度および方向性が増加する。RFシステムでは、バイアス電力の増加は、プラズマチャンバ内に生成されたプラズマシースに結合されたバイアス電源の数の増加とともに、より低いバイアス周波数要件を伴うことがある。より低いバイアス周波数における電力の増加およびバイアス電源の数の増加により、シース変調からの相互変調ひずみ(IMD)放射がもたらされる。IMD放射は、プラズマ生成が発生するソースによって供給される電力を大幅に削減することがある。
本出願の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本出願に組み込まれる、2013年3月15日に出願した、Pulse Synchronization by Monitoring Power in Another Frequency Bandと題する、米国特許出願第13/834,786号は、別の周波数帯域における電力をモニタすることによるパルス同期の方法を説明する。参照する米国特許出願では、第2のRF発生器のパルシングは、第1のRF発生器のパルシングを第2のRF発生器において検出することに従って制御され、それにより、2つのRF発生器の間のパルシングを同期する。
RF発生器がプラズマチャンバまたは負荷に1つまたは複数のRF信号を供給するプラズマエッチングアプリケーションでは、プラズマのアーク放電がときどき発生する。プラズマチャンバ内のアーク放電の原因には、ワークサービス(work service)上の汚染物もしくは破片、または許容限界を超える電圧が含まれる。そのようなアークは、プラズマチャンバ内のチャックまたはウェハに有害であり、同じく、プラズマチャンバに電力を供給しているRF発生器の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。アークは、通常の電圧および電流感知デバイスおよび処理に対して相対的に速やかに発生するので、アーク条件をタイムリーに示すために、アーク検出方法はかなりの速度に依存する。
アーク検出の現在の方法は、ソースRF発生器において電圧/電流プローブまたは方向性結合器を使用して反射電力をモニタするステップを含む。電圧または電流プローブは、反射の電圧、電流または電力などの反射信号の変化率を感知する。通常のRF電力供給システムでは、低周波数バイアスRF発生器は、ソースRF発生器と比較して比較的低い周波数において動作し、アークが存在しないときの条件の下で、ソースが、比較的高い反射電力を経験することをもたらす。したがって、ソースRF発生器においてアークを検出するとき、アーク条件を示すための検出しきい値は、誤ったアーク表示を避けるためにより高く設定されなければならない。さらに、そのような方法は、比較的遅く、かつ複雑な処理を必要とする可能性があり、システムの全体的コストの増加をもたらす。アーク検出が困難であるため、いくつかのシステムは、アーク検出を省略するように構成される。
図1は、誘導結合プラズマ(ICP)システム110の例示的な表現を示す。ICPシステム110は、プラズマ114を生成するために、本明細書で交換可能に呼ばれるリアクタ、プラズマリアクタ、またはプラズマチャンバ112などの非線形負荷を含む。電圧または電流の形の電力は、様々な実施形態において内部コイル116および外部コイル118を含むコイルアセンブリを含む一対のコイルを介して、プラズマチャンバ112に印加される。電力は、RF電力発生器または電源120を介して内側コイル116に印加され、電力は、RF電力発生器または電源122を介して外側コイル118に印加される。コイル116および118は、電力をプラズマチャンバ112に結合するのを支援する誘電体窓124に取り付けられる。基板126は、プラズマチャンバ112内に設置され、一般的に、プラズマ動作の対象であるワークピースを形成する。RF電力発生器、電源、または電源128(これらの用語は、本明細書では互換的に使用され得る)は、基板126を介してプラズマチャンバ112に電力を印加する。様々な構成では、電源120、122は、プラズマ114を点火もしくは生成するため、またはプラズマ密度を制御するためのソース電圧もしくは電流を提供する。同じく、様々な構成では、電源128は、イオンを変調してプラズマ114のイオンエネルギーまたはイオン密度を制御するバイアス電圧または電流を提供する。様々な実施形態では、電源120、122は、固定のまたは変化する相対位相によって同じ周波数、電圧、および電流において動作するようにロックされる。様々な他の実施形態では、電源120、122は、異なる周波数、電圧、および電流、ならびに相対位相において動作し得る。
図2は、容量結合プラズマ(CCP)システム210の例示的な表現を示す。CCPシステム210は、プラズマ214を生成するためのプラズマチャンバ212を含む。プラズマチャンバ212の中に設置された一対の電極216、218は、それぞれ、RF電力発生器または電源220、222に接続する。様々な実施形態では、電源220は、プラズマ214を点火もしくは生成するため、またはプラズマ密度を制御するためのソース電圧もしくは電流を提供する。様々な実施形態では、電源222は、プラズマの中のイオンを変調してプラズマ214のイオンエネルギーおよび/またはイオン密度を制御するバイアス電圧または電流を提供する。様々なRF実施形態では、電源220、222は、ソースが調和的に関連しているときに相対位相において動作する。様々な他の実施形態では、電源220、222は、固定のまたは変化する相対位相によって、異なる周波数、電圧、および電流において動作する。同じく、様々な実施形態では、電源220、222は、同じ電極に接続され得る一方で、対電極は、接地に、またはさらには、第3のDC(ω=0)もしくはRF電力発生器(図示せず)に接続される。
図3は、RF発生器または電力供給システム310を示す。電力供給システム310は、一対の無線周波数(RF)発生器または電源312a、312bと、整合ネットワーク318a、318bと、非線形負荷、プラズマチャンバ、プロセスチャンバなどの負荷332とを含む。様々な実施形態では、RF発生器312aは、ソースRF発生器または電源と呼ばれ、整合ネットワーク318aは、ソース整合ネットワークと呼ばれる。同じく、様々な実施形態では、RF発生器312bは、バイアスRF発生器または電源と呼ばれ、整合ネットワーク318bは、バイアス整合ネットワークと呼ばれる。成分は、文字の添え字またはプライム記号なしに参照番号を使用して個別にまたは集合的に参照され得ることが理解されよう。
様々な実施形態では、ソースRF発生器312aは、整合ネットワーク318bからバイアス感知リンク330を、またはバイアスRF発生器312bからバイアス感知リンク330'を入力ポート360において受信する。より詳細に説明するように、バイアス感知リンク330または330'は、バイアスRF発生器312bの1つまたは複数の動作特性またはパラメータを示す、ソースRF発生器312aへの入力信号である。様々な実施形態では、バイアスセンサまたは検出器334は、整合ネットワーク318bから負荷332へのRF信号出力を感知し、バイアス感知リンク330を介してRF発生器312aに感知された信号またはバイアスセンサ信号を出力する。様々な実施形態では、バイアス感知リンク330'は、バイアス感知リンク330とは違って、RF発生器312bからRF発生器312aに出力され得る。バイアス感知リンク330、330'を介して通信される信号の間の差は、整合ネットワーク318bの影響に起因し、整合ネットワーク318bは、整合ネットワーク318bへの入力信号と整合ネットワーク318bからの出力信号との間の位相を変えることができる。様々な実施形態では、バイアス感知リンク330、330'は、負荷332に加えられるRF信号の周波数を含めて、負荷332におけるアークを検出することを可能にするバイアスRF発生器312bの動作についての情報を伝達する。
RF発生器312a、312bは、それぞれ、RF増幅器またはRF電源314a、314bと、センサ316a、316bと、プロセッサ、コントローラまたは制御モジュール320a、320bとを含む。RF電源314a、314bは、それぞれのセンサ316a、316bに出力される、それぞれのRF電力信号322a、322bを生成する。センサ316a、316bは、RF電源314a、314bの出力を受信して、それぞれのRF電力信号またはRF電力信号f1およびf2を生成する。センサ316a、316bは、同じく、負荷332から感知された様々なパラメータに従って変動する信号を出力する。センサ316a、316bは、それぞれのRF電源312a、312bの中に示されるが、センサ316a、316bは、RF電源312a、312bの外に配置されてもよい。そのような外部感知は、RF発生器の出力において、またはRF発生器と負荷との間もしくはインピーダンス整合デバイス(インピーダンス整合デバイスの内部を含む)の出力と負荷との間に配置されたインピーダンス整合デバイスの入力において、発生してもよい。
センサ316a、316bは、負荷332の動作パラメータを検出して、信号XおよびYを出力する。センサ316a、316bは、電圧、電流、および/または方向性結合器センサを含み得る。センサ316a、316bは、(i)電圧Vおよび電流I、ならびに/あるいは(ii)それぞれの電力増幅器314a、314bおよび/またはRF電源312a、312bから出力された順方向電力PFWDおよびそれぞれのセンサ316a、316bに接続されたそれぞれの整合ネットワーク318a、318bまたは負荷332から受信された逆方向もしくは反射の電力PREVを検出し得る。電圧V、電流I、順方向電力PFWDおよび逆方向電力PREVは、それぞれのRF電源314a、314bに関連する実際の電圧、電流、順方向電力および逆方向電力の拡縮されたおよび/またはフィルタ処理されたバージョンであり得る。センサ316a、316bは、アナログおよび/またはデジタルのセンサであり得る。デジタルの実装形態では、センサ316a、316bは、アナログデジタル(A/D)変換器と、対応するサンプリングレートを有する信号サンプリング構成要素とを含み得る。信号XおよびYは、電圧Vおよび電流Iまたは順方向(またはソース)電力PFWD、逆方向(または反射)電力PREVのうちのいずれかを表すことができる。
センサ316a、316bは、センサ信号X、Yを生成し、それらの信号は、それぞれのコントローラまたは電力制御モジュール320a、320bによって受信される。電力制御モジュール320a、320bは、それぞれのX、Y信号324a、326aおよび324b、326bを処理し、それぞれのRF電源314a、314bに対するフィードバック制御信号328a、328bのうちの1つのまたは複数を生成する。電源314a、314bは、受信されたフィードバック制御信号に基づいてRF電力信号322a、322bを調整する。様々な実施形態では、電力制御モジュール320a、320bは、それぞれの制御信号を介して整合ネットワーク318a、318bをそれぞれ制御し得る。電力制御モジュール320a、320bは、少なくとも、比例積分微分(PID)コントローラ、またはそれらのサブセット、および/またはダイレクトデジタルシンセシス(DDS)構成要素、および/またはモジュールに関連して以下で説明する様々な構成要素のうちのいずれかを含み得る。
様々な実施形態では、電力制御モジュール320a、320bは、PIDコントローラまたはそれらのサブセットであり、機能、プロセス、プロセッサ、またはサブモジュールを含み得る。フィードバック制御信号328a、328bは、駆動信号であり得、DCオフセットまたはレール電圧、電圧または電流の大きさ、周波数、および位相成分を含み得る。様々な実施形態では、フィードバック制御信号328a、328bは、1つまたは複数の制御ループへの入力として使用され得る。様々な実施形態では、複数の制御ループは、RF駆動のためおよびレール電圧のための比例積分微分(PID)制御ループを含むことができる。様々な実施形態では、フィードバック制御信号328a、328bは、多入力多出力(MIMO)制御方式において使用され得る。MIMO制御方式の例は、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる、2018年5月9日に出願した、Pulsed Bidirectional Radio Frequency Source/Loadと題する米国特許出願第15/974,947号を参照すると発見され得る。
様々な実施形態では、電源システム310は、コントローラ320'を含むことができる。電力制御モジュール320'は、RF発生器312a、312bの一方または両方の外に配置され得、外部または共通のコントローラ320'と呼ばれることがある。様々な実施形態では、コントローラ320'は、電力制御モジュール320a、320bの一方もしくは両方に関して本明細書で説明する機能、プロセス、またはアルゴリズムのうちの1つまたは複数を実装し得る。したがって、コントローラ320'は、コントローラ320'とRF発生器312a、312bとの間で適宜データおよび制御信号を交換することを可能にする一対のそれぞれのリンク336、338を介してそれぞれのRF発生器312a、312bと通信する。様々な実施形態について、コントローラ320a、320b、320'は、RF発生器312a、312bの分析および制御を分配的および協調的に提供することができる。様々な他の実施形態では、コントローラ320'は、RF発生器312a、312bの制御を提供することができ、それぞれのローカル電力制御モジュール320a、320bに対する必要性が除外される。
様々な実施形態では、RF電源314a、センサ316a、電力制御モジュール320a、および整合ネットワーク318aは、ソースRF電源314a、ソースセンサ316a、ソースコントローラ320a、およびソース整合ネットワーク318aと呼ばれ得る。同様に、様々な実施形態では、RF電源314b、センサ316b、コントローラ320b、および整合ネットワーク318bは、バイアスRF電源318b、バイアスセンサ316b、バイアスコントローラ320b、およびバイアス整合ネットワーク318bと呼ばれ得る。様々な実施形態では、上記で説明したように、ソースという用語は、プラズマを生成するRF発生器を指し、バイアスという用語は、バイアスRF電源に対してプラズマイオンエネルギー分布関数(IEDF)を同調するRF発生器を指す。様々な実施形態では、ソースおよびバイアスRF発生器は、異なる周波数において動作する。様々な実施形態では、ソースRF電源は、バイアスRF電源より高い周波数において動作する。様々な他の実施形態では、ソースおよびバイアスRF発生器は、同じ周波数または実質的に同じ周波数において動作する。
様々な実施形態によれば、ソースRF発生器312aおよびバイアスRF発生器312bは、外部と通信するための複数のポートを含む。ソースRF発生器312aは、パルス同期出力ポート340と、デジタル通信ポート342と、RF出力ポート344とを含む。バイアスRF発生器312bは、RF入力ポート348と、デジタル通信ポート350と、パルス同期入力ポート352とを含む。パルス同期出力ポート340は、パルス同期信号354をバイアスRF発生器312bのパルス同期入力ポート352に出力する。ソースRF発生器312aのデジタル通信ポート342およびバイアスRF発生器312bのデジタル通信ポート350は、デジタル通信リンク356を介して通信する。RF出力ポート344は、RF入力ポート348に入力されるRF制御信号358を生成する。様々な実施形態では、RF制御信号358は、ソースRF発生器312aを制御するRF制御信号と実質的に同じである。様々な他の実施形態では、RF制御信号358は、ソースRF発生器312aを制御するRF制御信号と同じであるが、バイアスRF発生器312bによって生成される、要求される位相シフトに従ってソースRF発生器312a内で位相シフトされる。したがって、様々な実施形態では、ソースRF発生器312aおよびバイアスRF発生器312bは、実質的に同一のRF制御信号によって、または所定の量だけ位相シフトされた実質的に同一のRF制御信号によって駆動される。
ソースRF発生器312aの入力ポート360は、バイアス感知リンク330と通信し、アークが負荷332において存在するかどうかを決定するためにバイアス感知信号を処理する。バイアス検出器334は、バイアス感知信号を生成して、バイアス感知リンク330上で信号を通信する。様々な実施形態では、バイアス感知信号は、整合ネットワーク318bによって出力されて負荷332に加えられるRF信号に従って変動する。したがって、バイアス感知信号は、バイアスRF発生器312bによって出力されるRF信号に従って変動する周波数、位相および振幅を有する正弦波信号であり得る。入力ポート360は、上記で説明したようにバイアス感知リンク330またはバイアス感知リンク330'を介して通信された信号を受信し、アークまたはアーク条件が負荷332において存在するかどうかを決定するためにバイアス感知信号を処理する。様々な実施形態では、処理は、整合ネットワーク318bもしくはコントローラ320'、または電力供給システム310内の任意の他のコントローラもしくはプロセッサ内で発生することができ、アーク条件が負荷332内に存在するかどうかの決定は、電力供給システム310内のソースRF発生器312aまたは任意のコントローラもしくはモジュールに供給され得る。
図4は、RF発生器から図3の負荷432などの負荷に電力を供給するための動作のパルスモードを説明するための電圧対時間のプロット410を示す。図4では、RF発生器によって出力されたRF信号412が、パルス信号、またはRF発生器出力をオンおよびオフに脈動させることを示すパルス414によって変調される。パルス414の部分416において示すように、パルス414がオンであるとき、RF発生器はRF信号412を出力する。反対に、パルス414の部分418の間、パルス414はオフであり、RF発生器はRF信号412を出力しない。パルス414は、一定のデューティサイクルまたは可変のデューティサイクルで繰り返すことができる。さらに、パルス414は、図4に示すような方形波として具現化される必要はない。またさらに、パルス414は、変動する振幅および持続時間の複数の部分を有することができる。複数の部分は、固定のまたは可変の周期の中で繰り返し得る。本明細書の開示は、RF発生器システムの連続波とパルス実装の両方に適用することを理解されたい。
図5A～図5Cは、アークが、RF電力供給システムによって駆動されるプラズマチャンバまたは負荷の中に発生するときのデュアル周波数RF電力供給システムの動作を説明する波形を示す。図5Aは、図3のバイアス検出器334によって測定され、ポスト整合ネットワークバイアス電圧と呼ばれることがある、バイアス整合ネットワーク318bから出力されて負荷332に加えられる電圧など、整合ネットワークから出力されて負荷に加えられる電圧512を示す波形510を示す。電圧512は、一般に、正弦波形として示される。しかしながら、電圧512の領域514では、波形は、負荷332におけるアークの結果として崩壊し始める。電圧512の崩壊は、領域514に示すように、電圧512の振動をもたらし得る。周波数の増加は電圧512の崩壊を伴い、それにより、バイアスRF信号の周波数が、公称または中心のバイアスRF周波数を大幅に超えて増加する。周波数の増加は、少なくとも2倍である。
図5Aの電圧512の振動は、ソースRF電源における逆方向または反射電力の増加を伴う。図5Bは、ソースRF発生器312aなどのソースRF電源における反射ソース電力522を示す波形520を示す。図5Bの反射ソース電力522は、領域524において増加する。したがって、ソースにおける増加した反射電力は、図5Aの領域514に示すように、バイアス電圧512の崩壊と同時に起こる。
図5Cは、バイアス電圧に従って変動する2値信号532を示す波形530を示す。2値信号532は、電圧512の2値表現である。2値信号532の領域534では、図5Aの電圧512の崩壊は、2値信号532における周波数増加によって示される。電圧512における周波数増加および結果として起こる2値信号532における周波数増加は、図3の負荷332などの負荷におけるアーク条件を示すために使用され得る。
図3を参照すると、バイアス検出器334は、電圧512を入力ポート360に伝達する。電圧512は、ソースRF発生器312aにおいて処理されて2値信号532を生成する。本明細書でより詳細に説明するように、2値信号532は、電圧512を検出し、電圧512を、ゼロ交差検出器を用いることなどで電圧512の2値表現に変換することによって生成される。2値表現は、第1の状態と第2の状態とを含み、第1の状態および第2の状態は、論理的高または低として定義され、電圧512の部分は、電圧512の大きさに従って第1の状態および第2の状態に割り当てられる。他の構成では、2値信号532は、アナログデジタル変換器を使用して生成され、アナログデジタル変換器は、バイアスアナログ信号を受信し、アナログデジタル変換器によって出力されたデジタル値を高状態または低状態のいずれかに割り当てて2値信号532を生成する。次いで、2値信号532の周波数が、アーク条件を示すために決定される。様々な実施形態では、高状態および低状態は、論理状態であり得、高信号レベルまたは低信号レベルに対応する必要はない。
図3を参照すると、2値信号532は、バイアス検出器334において生成され、バイアス感知リンク330を介してソースRF発生器312aに伝達され得る。様々な他の実施形態では、電圧512の周波数は、整合ネットワーク318b、バイアス検出器334またはコントローラ320のうちのいずれかにおいて決定され、ソース電源312aに伝達され得る。様々な他の実施形態では、処理電圧512は、電力供給システム310のコントローラまたはプロセッサのうちの1つまたは任意の数にわたって分配され得る。
図6は、図3の負荷332などの負荷に加えられるRFバイアス信号の周波数を決定するための機能ブロック図610を示す。バイアス入力信号はフィルタ612に加えられる。バイアス入力信号は、たとえば、図5Aの電圧512であり得る。フィルタ612は、ソースRF発生器電源312aによって出力されたRF信号の成分などの望ましくない成分をフィルタで取り除く。フィルタ612によってフィルタ処理された信号出力は、望ましくない電流または電圧成分が下流に伝搬するのを阻止するブロッキングネットワーク614に入力される。バイアスネットワーク616は、ブロッキングネットワーク614からの出力を受信し、DCバイアスを信号に加える。DCバイアスは、ゼロ交差機能を信号上で実施するために望ましい。レベル検出器またはモジュール618は、バイアス信号を受信し、図5Cの2値信号532などの2値信号またはレベル信号を生成する。2値信号は、周波数カウンタ620に入力され、周波数カウンタ620は、2値信号の周波数を示す周波数信号を出力する。様々な実施形態では、周波数カウンタ620が実装され、ゼロ交差モジュールまたは機能およびタイマーモジュールまたは機能を含む。ゼロ交差機能では、2値信号が所定の値を交差するときに、パルスが出力される。パルス間の時間は、タイマー機能またはモジュールによって決定され、2値信号532の周波数および対応する電圧512を規定する。図6のブロック図は、いくつかの機能またはモジュールを含むことが理解されよう。本開示の原理は、RFバイアス信号の周波数を取得するための機能またはモジュールの様々なサブセットを用いて実装され得る。
図7は、アナログデジタル変換器を使用して、図3の負荷332などの負荷に加えられるRFバイアス信号の周波数を決定するための機能ブロック図710を示す。バイアス入力信号が、アナログデジタル変換器(A/D変換器)712をフィルタ処理するために加えられる。バイアス入力信号は、たとえば、図5Aの電圧512であり得る。A/D変換器712は、バイアス入力信号のアナログ信号をデジタル値に変換する。デジタル値は、バイアス信号の対応するアナログ値を表す。デジタル値は、レベル検出器714に入力され、レベル検出器714は、2値信号532の表現を効果的に生成するために、高状態または低状態を各デジタル値に割り当てることによってレベル信号を生成する。非限定的な例として、A/D変換器712が、0～255の範囲内のデジタル値のセットからデジタル値を出力する場合、値0～127は、デジタル値の第1のセットを定義して低状態に割り当てられてよく、値128～255は、デジタル値の第2のセットを定義して高状態に割り当てられてよく、またはその反対の割り当てが選択され得る。したがって、デジタル値127またはデジタル値128は、高状態および低状態を割り当てるためのレベルしきい値と見なされる。2値信号は、周波数カウンタ716に入力され、周波数カウンタ716は、2値信号の周波数を出力する。様々な実施形態では、周波数カウンタ716は、上記で説明したゼロ交差機能として実装される。図7のブロック図は、いくつかの機能またはモジュールを含むことが理解されよう。本開示の原理は、RFバイアス信号の周波数を取得するために、図6および図7の機能またはモジュールの様々なサブセットを用いて実装され得る。非限定的な一例では、A/D変換器712の出力に配置されたフィルタは、ソース整合ネットワーク318aによって図3の負荷332に出力された信号成分などの望ましくない信号成分を阻止するように構成され得る。
様々な他の実施形態では、図7のA/D変換器712の出力は、高速フーリエ変換(FFT)機能またはモジュールに入力され得、FFTは、バイアス入力の周波数を決定する。ひとたび周波数が決定されると、周波数は、負荷におけるアークまたはアーク条件の発生を決定するために使用され得る。様々な他の実施形態では、決定された周波数が、負荷におけるアークまたはアーク条件の発生を決定するためにしきい値または境界範囲と比較され得るなど、バイアス入力の周波数を決定するために、いくつかの他の手法のうちのいずれかが使用され得る。様々な他の実施形態では、負荷におけるアークまたはアーク条件は、電圧512の周波数を決定することによって決定され得、そのような決定は、図6および図7において説明したように、電圧512を2値信号に変換することなくなされ得る。
図8は、制御モジュール810を示す。制御モジュール810は、図1～図7の様々な構成要素を組み込む。制御モジュール810は、電力生成制御モジュールセクション812と、インピーダンス整合モジュールセクション814と、アーク検出モジュールセクション816とを含み得る。電力生成制御モジュールセクション812は、RF電力モジュール820と、センサモジュール822と、制御モジュール824とを含む。電力生成制御モジュールセクション812は、上記で説明したRF発生器312の一般化表現である。アーク検出モジュールセクション816は、センサモジュール830と、デジタル化モジュール832と、パラメータ決定モジュール834と、アーク決定モジュール836とを含む。様々な実施形態では、制御モジュール810は、モジュールセクションまたはモジュール810、812、814、816、820、822、824、830、832、834および836に関連するコードを実行する1つまたは複数のプロセッサを含む。モジュールセクションまたはモジュール810、812、814、816、820、822、824、830、832、834および836の動作は、図9の方法に関して以下で説明する。
図3の電力制御モジュール320a、320bおよび320'のさらに定義される構造について、以下に提供される図9のフローチャートと以下に提供される「モジュール」という用語に対する定義とを参照のこと。本明細書で開示するシステムは、図9に示す多数の方法、例、および様々な制御システム方法を使用して動作され得る。以下の動作は、図4の実装形態に関して主に説明されるが、動作は、本開示の他の実装形態に適用するために容易に修正され得る。動作は、反復的実行され得る。以下の動作は、連続的に実行されるように示され、主に説明されるが、以下の動作のうちの1つまたは複数は、他の動作のうちの1つまたは複数が実行されている間に実行されてもよい。
図9は、たとえば、図4の電力供給システムに対するアーク検出を実行するための制御システム910のフローチャートを示す。制御はブロック912において開始し、図5Aの電圧512などのバイアス電圧を感知するブロック914に進む。制御は、バイアス電圧がデジタル信号に変換されるブロック916に進む。様々な実施形態では、図6および図7に関して上記で説明したように、デジタル信号は2値信号であり得る。様々な他の実施形態では、デジタル信号は、A/D変換器によって出力されたデジタル値が2値表現に変換されないときなど、2値信号以外であり得る。ブロック918は、デジタル信号のパラメータを決定する。様々な実施形態では、図6および図7に関して上記で説明したように、パラメータは周波数であり得る。様々な他の実施形態では、パラメータは、周波数以外であり得る。非限定的な一例では、パラメータは、1つまたはいくつかのパルスまたはパルス幅が、選択された範囲の中にあるかまたは選択された範囲の外にあるなど、公称のパルス形状から逸脱している場合がある。
ブロック924は、パラメータがアークまたはアーク条件を示すかどうかを決定する。決定は、パラメータが決定されたまたは選択された基準を満たすことに従って発生する。様々な実施形態では、選択された基準が満たされない場合、アークまたはアーク条件は存在せず、制御はブロック916に戻る。選択された基準が満たされる場合、アークまたはアーク条件は存在し、制御はブロック926に進む。様々な実施形態では、選択された基準は、限定はしないが、パラメータが選択されたしきい値より大きいかどうか、またはパラメータが選択されたしきい値より小さいかどうかを含む。様々な他の実施形態では、選択された基準は、限定はしないが、パラメータがある範囲の中にあるかどうか、またはパラメータがある範囲の外にあるかどうかを含む。
ブロック926において、アークが報告される。アーク条件またはアークは、コントローラ320のいずれかまたはすべてに報告され得、アーク軽減が、アークの報告に応答して発生することができる。様々な実施形態では、アークまたはアーク条件が、コントローラに示され得、RF発生器312によって生成されたRF出力信号の電力が、アークを消滅または急減させるために低下されるかまたはオフにされるなど、調整され得る。軽減は、同じく、エラー事象のさらなる調査および記録のためにコントローラ320への警報を生成することを含むことができる。
様々な実施形態では、追加のアークの検出が、上記で説明した周波数ベースのアーク検出を確認するためにもたらされ得、追加のアークは、補完パラメータと補完基準とを比較することによって生じる。図5A～図5Cを参照すると、様々な実施形態では、ソースRF電源における反射ソース電力522が、周波数ベースのアーク検出を確認または補完するために使用され得る。たとえば、上記で説明した周波数ベースのアーク検出がアークを示す場合、図3のコントローラ320は、反射ソース電力、補完パラメータが領域524におけるような選択されたしきい値または境界、補完基準を超えて増加したかどうかを決定するために、反射ソース電力522をクエリーすることができる。選択された境界を超える反射ソース電力522の増加が検出された場合、アークが確認される。反射ソース電力522の増加が選択された境界を超えない場合、アークは確認されない。反射ソース電力522に加えて、他のシステムパラメータが、アーク確認に対する補完パラメータと見なされ得る。これらのパラメータには、バイアスRF電源における反射電力、またはソースRF電源もしくはバイアスRF電源における反射係数が含まれる。アーク決定の他の補完方法は、米国特許第7,728,602号、米国特許第8,264,237号、米国特許第8,289,029号、および米国特許第8,334,700号において記載されるシステムおよび方法を含むことができ、それらのすべては、本出願の譲受人に譲渡され、それらの全体が参照により本出願に組み込まれる。
ブロック924に戻ると、様々な実施形態では、周波数が、選択された境界またはしきい値の外にある場合、制御はブロック932に進む。ブロック932において、補完アーク決定が、上記で説明したパラメータを使用して遂行される。ブロック934において、補完的決定が周波数ベースの決定を確認しない場合、制御はブロック916に進む。補完的決定が周波数ベースの決定を確認する場合、制御はブロック926に進み、アークまたはアーク条件が、上記で説明したように示される。次いで、制御はブロック930に進み、プロセスは終了する。
本明細書で説明するシステムおよび方法は、一次検出パラメータとして反射電力の大きさに依存する必要はないので、アーク検出を容易にする。その結果として、外部の電圧/電流プローブまたは方向性結合器、およびそのようなプローブまたは結合器を使用してアークの存在を示すための複雑な処理に依存する必要はない。本開示は、同じく、かなりの速度増加をもたらし、既存の発生器構成を活用することができる。
前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その適用例、または使用を制限することを決して意図するものではない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施され得る。それゆえ、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると、他の修正形態が明らかになるため、本開示の真の範囲は、そのように限定されるべきではない。方法内の1つまたは複数のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で(または同時に)実行され得ることを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、いくつかの特徴を有するとして上記で説明されているが、本開示の任意の実施形態に関して説明されたそれらの特徴のうちの任意の1つまたは複数は、たとえその組合せが明示的に説明されていなくても、他の実施形態のうちのいずれかの特徴の中で実施され得、および/またはその特徴と組み合わされ得る。言い換えれば、説明する実施形態は、互いに排他的ではなく、1つまたは複数の実施形態を互いに再配列しても、本開示の範囲内に留まる。
要素間(たとえば、モジュール、回路要素、半導体層などの間)の空間的および機能的関係は、「接続されて」、「係合されて」、「結合されて」、「隣接して」、「隣に」、「上に」、「上方に」、「下方に」、および「配置されて」を含む様々な用語を使用して説明される。「直接的」であると明示的に説明されない限り、第1の要素と第2の要素との間の関係が、上記の開示の中で説明されるとき、その関係は、第1の要素と第2の要素との間に他の介在要素が存在しない場合に直接的関係であり得るが、第1の要素と第2の要素との間に1つまたは複数の介在要素が(空間的または機能的のいずれかで)存在する場合、間接的関係でもあり得る。
A、BおよびCのうちの少なくとも1つというフレーズは、非排他的論理和ORを使用して論理(A OR B OR C)を意味するものと解釈されるべきであり、「少なくとも1つのA、少なくとも1つのB、および少なくとも1つのC」を意味するものと解釈されるべきではない。サブセットという用語は、必ずしも、適切なサブセットを要求するとは限らない。言い換えれば、第1のセットのうちの第1のサブセットは、第1のセットと同延であり得る(等しくあり得る)。
図において、矢頭(arrowhead)によって示される矢印の方向は、一般に、例示に対して関心のある情報(データまたは命令など)の流れを示す。たとえば、要素Aと要素Bとが種々の情報を交換するが、要素Aから要素Bに伝達された情報が例示に関連するとき、矢印は要素Aから要素Bに向けて指してよい。この単方向矢印は、要素Bから要素Aに伝達される他の情報はないことを暗示するものではない。さらに、要素Aから要素Bに送られる情報に対して、要素Bは、情報に対する要求を、または情報の受信確認を、要素Aに送ってもよい。
本出願では、以下の定義を含めて、「モジュール」という用語または「コントローラ」という用語は、「回路」という用語で置き換えられてもよい。「モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタルの、アナログの、もしくはアナログ/デジタル混合のディスクリート回路、デジタルの、アナログの、もしくはアナログ/デジタル混合の集積回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、コードを実行する(共有の、専用の、もしくはグループの)プロセッサ回路、プロセッサ回路によって実行されるコードを記憶する(共有の、専用の、もしくはグループの)メモリ回路、説明した機能性を提供する他の好適なハードウェア構成要素、またはシステムオンチップの中などの上記の一部もしくは全部の組合せ、の一部であることまたはそれらを含むことを指す場合がある。
モジュールは、1つまたは複数のインターフェース回路を含み得る。いくつかの例では、インターフェース回路は、ローカルエリアネットワーク(LAN)またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)に接続するワイヤードまたはワイヤレスインターフェースを実装し得る。LANの例には、電気電子技術者協会(IEEE)標準802.11-2016(WIFIワイヤレスネットワーク規格としても知られている)と、IEEE標準802.3-2015(イーサネットワイヤードネットワーク規格としても知られている)とがある。WPANの例には、IEEE標準802.15.4(ZigBee（登録商標）アライアンスからのZIGBEE（登録商標）規格を含む)と、Bluetooth（登録商標）特別興味グループ(SIG:Special Interest Group)からの、BLUETOOTH（登録商標）ワイヤレスネットワーク規格(Bluetooth（登録商標） SIGからのコア仕様バージョン3.0、4.0、4.1、4.2、5.0および5.1を含む)とがある。
モジュールは、インターフェース回路を使用して他のモジュールと通信し得る。モジュールは、本開示では、他のモジュールと直接論理的に通信するように示され得るが、様々な実施形態では、モジュールは、通信システムを介して実際に通信し得る。通信システムは、ハブ、スイッチ、ルータ、およびゲートウェイなど、物理および/または仮想ネットワーク機器を含む。いくつかの実装形態では、通信システムは、インターネットなどのワイドエリアネットワーク(WAN)に接続するか、またはWANを横断する(traverse)。たとえば、通信システムは、インターネット上で、またはマルチプロトコルラベルスイッチング(MPLS:Multiprotocol Label Switching)および仮想プライベートネットワーク(VPN:virtual private networks)を含む技術を使用してポイントツーポイント専用線上で、互いに接続された複数のLANを含み得る。
様々な実装形態では、モジュールの機能性は、通信システムを介して接続された複数のモジュールの間で分配され得る。たとえば、複数のモジュールは、負荷分散システムによって分配された同じ機能性を実装し得る。さらなる例では、モジュールの機能性は、サーバ(リモートまたはクラウドとしても知られている)モジュールとクライアント(または、ユーザ)モジュールとの間で分割され得る。たとえば、クライアントモジュールは、クライアントデバイス上でサーバモジュールとのネットワーク通信において実行するネイティブまたはウェブアプリケーションを含み得る。
モジュールの一部または全部のハードウェア特徴は、IEEE標準1364-2005(一般に「ヴェリログ」と呼ばれる)およびIEEE標準1076-2008(一般に「VHDL」と呼ばれる)など、ハードウェア記述のための言語を使用して定義され得る。ハードウェア記述言語は、ハードウェア回路を製造および/またはプログラムするために使用され得る。いくつかの実装形態では、モジュールの一部または全部の特徴は、以下で説明するコードとハードウェア記述との両方を包含するIEEE 1666-2005(一般に「SystemC」と呼ばれる)などの言語によって定義され得る。
上記で使用したコードという用語は、ソフトウェア、ファームウェアおよび/またはマイクロコードを含んでよく、プログラム、ルーチン、関数、クラス、データ構造、および/またはオブジェクトを指す場合がある。共有プロセッサ回路(shared processor circuit)という用語は、複数のモジュールからの一部または全部のコードを実行する単一のプロセッサ回路を包含する。グループプロセッサ回路という用語は、追加のプロセッサ回路と組み合わせて、1つまたは複数のモジュールからの一部または全部のコードを実行する1つのプロセッサ回路を包含する。複数のプロセッサ回路に対する参照は、複数のディスクリートダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のプロセッサ回路の複数のコア、単一のプロセッサ回路の複数のスレッド、または上記の組合せを包含する。共有メモリ回路(shared memory circuit)という用語は、複数のモジュールからの一部または全部のコードを記憶する単一のメモリ回路を包含する。グループメモリ回路という用語は、追加のメモリと組み合わせて、1つまたは複数のモジュールからの一部または全部のコードを記憶する1つのメモリ回路を包含する。
メモリ回路という用語は、コンピュータ可読媒体という用語のサブセットである。本明細書で使用されるコンピュータ可読媒体という用語は、(搬送波上などで)媒体を通って伝搬する一時的な電気または電磁信号を包括するものではなく、コンピュータ可読媒体という用語は、それゆえ、触知できる非一時的なものと見なされ得る。非一時的コンピュータ可読媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ回路(フラッシュメモリ回路、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ回路、またはマスクリードオンリーメモリ回路など)、揮発性メモリ回路(静的ランダムアクセスメモリ回路または動的ランダムアクセスメモリ回路など)、磁気記憶媒体(アナログもしくはデジタル磁気テープまたはハードディスクドライブなど)、および光記憶媒体(CD、DVD、またはブルーレイディスクなど)である。
本出願で説明する装置および方法は、コンピュータプログラム内に具現化された1つまたは複数の特定の機能を実行するように汎用コンピュータを構成することによって生成される専用コンピュータによって部分的または全体的に実装され得る。上記で説明した機能ブロックおよびフローチャート要素は、ソフトウェア仕様としての役目を果たし、ソフトウェア仕様は、熟練の技術者またはプログラマーのルーチンワークによってコンピュータプログラムに翻訳され得る。
コンピュータプログラムは、少なくとも1つの非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるプロセッサ実行可能命令を含む。コンピュータプログラムは、同じく、記憶されたデータを含み得るか、または記憶されたデータに依存し得る。コンピュータプログラムは、専用コンピュータのハードウェアと相互作用するベーシックインプット/アウトプットシステム(BIOS)、専用コンピュータの特定のデバイスと相互作用するデバイスドライバ、1つまたは複数のオペレーティングシステム、ユーザアプリケーション、バックグラウンドサービス、バックグラウンドアプリケーションなどを包含し得る。
コンピュータプログラムは、(i)HTML(ハイパーテキストマークアップ言語)、XML(拡張マークアップ言語)、JSON(JavaScriptオブジェクト表記)パースされるべき記述文、(ii)アセンブリコード、(iii)コンパイラによってソースコードから生成されるオブジェクトコード、(iv)インタプリタによって実行されるソースコード、(v)ジャストインタイムコンパイラによるコンパイルおよび実行のためのソースコードなどを含み得る。単に例として、ソースコードは、C、C++、C#、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java(登録商標)、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、JavaScript(登録商標)、HTML5(ハイパーテキストマークアップ言語第5改訂版)、Ada、ASP(アクティブサーバページ)、PHP(PHP:ハイパーテキストプリプロセッサ)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash(登録商標)、Visual Basic(登録商標)、Lua、MATLAB（登録商標）、SIMULINK（登録商標）、およびPython(登録商標)を含む言語からのシンタックスを使用して記述され得る。
110 誘導結合プラズマ(ICP)システム
112 プラズマチャンバ
114 プラズマ
116 内部コイル
118 外部コイル
120 電源
122 電源
124 誘電体窓
126 基板
128 電源
210 容量結合プラズマ(CCP)システム
212 プラズマチャンバ
214 プラズマ
216 電極
218 電極
220 電源
222 電源
310 RF発生器、電力供給システム
312a 無線周波数(RF)発生器、RF電源
312b RF発生器、RF電源
314a RF電源、増幅器
314b RF電源、増幅器
316a センサ
316b センサ
318a 整合ネットワーク
318b 整合ネットワーク
320a コントローラ、電力制御モジュール
320b コントローラ、電力制御モジュール
320' コントローラ、電力制御モジュール
322a RF電力信号
322b RF電力信号
324a X信号
324b Y信号
326a X信号
326b Y信号
328a フィードバック制御信号
328b フィードバック制御信号
330 バイアス感知リンク
330' バイアス感知リンク
332 負荷
334 バイアス検出器
336 リンク
338 リンク
410 電圧対時間のプロット
412 RF信号
414 パルス
416 部分
418 部分
432 負荷
510 波形
512 電圧
514 領域
520 波形
522 反射ソース電力
524 領域
530 波形
532 2値信号
534 領域
610 機能ブロック図
612 フィルタ
614 ブロッキングネットワーク
616 バイアスネットワーク
618 レベル検出器またはモジュール
620 周波数カウンタ
710 機能ブロック図
712 アナログデジタル(A/D)変換器
714 レベル検出器
716 周波数カウンタ
810 制御モジュール
812 電力生成制御モジュールセクション
814 インピーダンス整合モジュールセクション
816 アーク検出モジュールセクション
820 RF電力モジュール
822 センサモジュール
824 制御モジュール
830 センサモジュール
832 デジタル化モジュール
834 パラメータ決定モジュール
836 アーク決定モジュール

Claims (24)

  1. 非線形負荷に加えられるAC信号に従ってレベル信号を生成するように構成されたレベル検出器モジュールであって、前記レベル信号は、前記AC信号の大きさに従って第1の状態または第2の状態のうちの少なくとも一方を含む、レベル検出器モジュールと、
    前記レベル信号を受信し、前記レベル信号の前記第1の状態または前記第2の状態のうちの一方の持続時間に従ってタイミング信号を生成するように構成されたタイマーモジュールとを含み、
    前記非線形負荷におけるアーク条件が、前記タイミング信号が選択された基準を満たすときに示される、アーク検出システム。
  2. 前記選択された基準は、前記タイミング信号が、第1のしきい値より小さい、または第2のしきい値より大きい、のうちの少なくとも一方であるときに満たされる、請求項1に記載のアーク検出システム。
  3. 前記AC信号は、第1のRF電源によって生成される、請求項1に記載のアーク検出システム。
  4. 前記レベル検出器モジュールは、アナログ信号から2値信号に前記AC信号を変換するように構成され、前記2値信号は、前記第1の状態および前記第2の状態を含み、前記第1の状態は、前記AC信号の前記大きさがレベルしきい値より大きい、または小さい、のうちの一方であるときに発生し、前記第2の状態は、前記AC信号の前記大きさが、前記レベルしきい値より大きい、または小さい、のうちの他方であるときに発生する、請求項1に記載のアーク検出システム。
  5. 前記レベル検出器モジュールは、前記AC信号を受信し、前記AC信号に従って前記レベル信号を生成する回路を含み、前記回路はゼロ交差検出器を含む、請求項1に記載のアーク検出システム。
  6. 前記レベル検出器モジュールは、前記AC信号を受信し、前記AC信号の前記大きさに従って複数のデジタル値に前記AC信号を変換するように構成されたアナログデジタル変換器を含み、第1の複数の前記デジタル値が前記第1の状態を定義し、第2の複数の前記デジタル値が前記第2の状態を定義する、請求項1に記載のアーク検出システム。
  7. 前記AC信号を生成する第1の電源と、
    前記非線形負荷に加えられる第2のAC信号を生成する第2の電源とをさらに含み、
    前記アーク条件は、前記非線形負荷から前記第2の電源に反射された電力および前記タイミング信号に従って示される、請求項1に記載のアーク検出システム。
  8. 前記AC信号は第1のRF信号であり、前記第2のAC信号は第2のRF信号であり、
    前記第1のRF信号および前記第2のRF信号は、同じ周波数または異なる周波数のうちの一方である、請求項7に記載のアーク検出システム。
  9. 前記非線形負荷は、プラズマチャンバである、請求項1に記載のアーク検出システム。
  10. 前記AC信号は第1の周波数において動作し、前記AC信号は前記アーク条件中、第2の周波数において動作し、前記第2の周波数は前記第1の周波数の少なくとも2倍である、請求項1に記載のアーク検出システム。
  11. 非線形負荷に対する第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF電源と、
    前記負荷に対する第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF電源と、
    前記第1のRF信号に従って変動する感知信号を受信するように構成されたアーク検出器とを含み、前記アーク検出器は、
    前記感知信号の周波数が、第1の選択されたしきい値より小さい、または第2の選択されたしきい値より大きい、のうちの一方であるかどうかを決定することと、
    前記感知信号の前記周波数が、前記第1の選択されたしきい値より小さい、または前記第2の選択されたしきい値より大きい、のうちの一方であるときに、アーク条件を示すこととを行うようにさらに構成される、RF電力発生器システム。
  12. 前記アーク検出器は、
    前記感知信号を受信し、前記感知信号に従ってレベル信号を生成するように構成されたレベル検出器であって、前記レベル信号は、前記第1のRF信号の大きさに従って第1の状態または第2の状態のうちの少なくとも一方に割り当てられる、レベル検出器と、
    前記レベル信号を受信し、前記第1の状態または前記第2の状態のうちの少なくとも一方の持続時間に従って周波数信号を生成するように構成されたカウンタであって、前記周波数信号は前記感知信号の前記周波数に従って変動し、前記感知信号の前記周波数は前記第1のRF信号の前記周波数に従って変動する、カウンタとをさらに含む、請求項11に記載のRF電力発生器システム。
  13. 前記アーク検出器は、
    前記感知信号を受信し、フィルタ処理された信号を生成するために前記第2のRF信号から成分の少なくとも一部をフィルタで取り除くように構成されたフィルタと、
    前記感知信号を受信し、前記感知信号に従ってレベル信号を生成するように構成されたレベル検出器であって、前記レベル信号は、前記第1のRF信号の大きさに従って第1の状態または第2の状態のうちの少なくとも一方に割り当てられる、レベル検出器と、
    前記レベル信号を受信し、前記第1の状態または前記第2の状態のうちの少なくとも一方の持続時間に従って周波数信号を生成するように構成されたカウンタであって、前記周波数信号は前記感知信号の前記周波数に従って変動し、前記感知信号の前記周波数は前記第1のRF信号の前記周波数に従って変動する、カウンタとをさらに含む、請求項11に記載のRF電力発生器システム。
  14. 前記レベル検出器は、アナログ信号から2値信号に前記第1のRF信号を変換するように構成され、前記2値信号は、前記第1の状態および前記第2の状態を含み、前記第1の状態は、前記第1のRF信号の前記大きさがレベルしきい値より大きい、または小さい、のうちの一方であるときに割り当てられ、前記第2の状態は、前記第1のRF信号の前記大きさが、前記レベルしきい値より大きい、または小さい、のうちの他方であるときに割り当てられる、請求項13に記載のRF電力発生器システム。
  15. 前記アーク検出器は、
    前記感知信号を受信し、前記感知信号の大きさに従って変動するデジタル信号を出力するように構成されたアナログデジタル変換器と、
    前記デジタル信号を受信し、前記デジタル信号に従って前記感知信号の一部の周期を決定するように構成されたカウンタであって、前記感知信号の前記一部の前記周期が前記デジタル信号の前記周波数に従って変動し、前記感知信号の前記周波数は前記第1のRF信号の前記周波数に従って変動する、カウンタとをさらに含む、請求項11に記載のRF電力発生器システム。
  16. 前記感知信号の前記周波数は、高速フーリエ変換(FFT)を使用して決定される、請求項11に記載のRF電力発生器システム。
  17. 非線形負荷におけるアークを検出するための方法であって、
    前記負荷に加えられるAC信号を検出するステップと、
    前記負荷に加えられた前記AC信号の周波数を決定するステップと、
    前記周波数が選択された基準を満たす場合にアーク条件を示すステップとを含む、方法。
  18. 前記選択された基準は、前記周波数が、第1のしきい値より小さい、または第2のしきい値より大きい、のうちの少なくとも一方であるときに満たされる、請求項17に記載の方法。
  19. 前記周波数を決定するステップが、
    前記AC信号に従って変動する感知された信号をデジタル信号に変換するステップであって、前記デジタル信号は一対の状態または複数の状態のうちの一方を含み、前記複数の状態は前記一対の状態の一方または他方に割り当てられる、ステップと、
    前記負荷に加えられる前記AC信号の前記周波数を決定するために、前記一対の状態のうちの少なくとも一方の持続時間を決定するステップとをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  20. 前記周波数を決定するステップが、
    前記AC信号に従って変動する感知された信号を2値信号に変換するステップであって、前記2値信号は一対の状態を含む、変換するステップと、
    前記負荷に加えられる前記AC信号の前記周波数を決定するために、前記一対の状態のうちの少なくとも一方の持続時間を決定するステップとをさらに含み、
    前記変換するステップは、前記感知された信号をゼロ交差検出器に加えることを使用するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  21. 前記周波数が前記選択された基準を満たす場合、パラメータを示す補完アークを選択された補完アークと比較するステップが、前記比較するステップが前記アーク条件をさらに示すかどうかを決定するための基準を示す、請求項17に記載の方法。
  22. 第1の電源が前記AC信号を生成し、第2の電源が第2のAC信号を生成し、
    前記第2の電源に関連するパラメータを第2の選択された基準と比較するステップと、
    前記周波数が、前記選択された基準、および前記第2の電源に関連する前記パラメータを前記第2の選択された基準と前記比較するステップを満たすことに従って前記アーク条件を示すステップとをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  23. 前記周波数を決定するステップが、
    前記AC信号に従って変動する感知された信号をアナログデジタル変換器を使用してデジタル値に変換するステップであって、デジタル値の第1のセットが第1の状態を定義し、デジタル値の第2のセットが第2の状態を定義する、ステップと、
    前記負荷に加えられる前記AC信号の前記周波数を決定するために、前記第1の状態および前記第2の状態のうちの少なくとも一方の持続時間を決定するステップとをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  24. 前記負荷に加えられる前記AC信号の前記周波数を決定するステップが、高速フーリエ変換(FFT)関数を使用するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
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