JP2023535955A - 高周波電力生成器および制御方法 - Google Patents

高周波電力生成器および制御方法 Download PDF

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Abstract

電力生成器は、複数の増幅器ブロックと、コンバイナとを含む。増幅器ブロックの各々は１つまたは複数の増幅器を含み、コンバイナは、増幅器ブロックから出力される変調電力信号を組み合わせて負荷のＲＦ電力信号を生成する。増幅器ブロックは、位相角に基づいて変調電力信号をアウトフェーズさせるように制御される。増幅器ブロックのうちのあるものは、離散変調を実行して変調電力信号のそれぞれの信号を生成することができる。離散変調は、増幅器ブロックのうちの１つまたは複数の中の増幅器の異なる組合せを選択してＲＦ電力信号を離散的なステップで変化させることを含む。実施形態において、増幅器は、高周波電力増幅器とすることができる。

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０２０年７月３１日に出願された米国特許仮出願第６３／０５９，５３２号および２０２０年９月３０日に出願された米国特許仮出願第６３／０８５，４３２号の利益を主張し、それらの出願の内容は全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0002]本明細書に記載の１つまたは複数の実施形態は、電力生成に関する。
[0003]多くの産業用途では、電力増幅器は、可変負荷インピーダンス、高周波数範囲、ならびに高電力レベルおよびピーク対平均電力比で動作する。そのような用途の一例は、半導体処理で使用されるプラズマ生成である。既存の電力生成器は、プラズマ生成器の動作または電力生成器自体の動作を制限しないように、またはそうでなければ悪影響を与えないように機能することができない。例えば、既存の電力生成器は、他のメトリックを満たすために効率を犠牲にする。これは、サイズおよび電力定格を増加させ、数ある制限の中で特に低いピークおよび平均電力効率をもたらす。
[0004]本明細書に記載の１つまたは複数の実施形態は、独特のシステム構成および電力制御方法を有する高周波（ＲＦ）電力生成器を提供する。
[0005]１つまたは複数の実施形態によれば、電力生成器は、複数の増幅器ブロックを含み、各ブロックは、１つまたは複数の増幅器と、複数の増幅器ブロックから出力された変調電力信号を組み合わせて負荷のＲＦ電力信号を生成するためのコンバイナ（合成器）とを含む、複数の増幅器ブロックは、位相角に基づいて変調電力信号をアウトフェーズさせるように構成される。複数の増幅器ブロックの各々は、離散変調を実行して変調電力信号のそれぞれのものを生成するように構成される。離散変調は、ＲＦ電力信号を離散的なステップで変化させて負荷の電力の変化に対応させるために複数の電力増幅器の異なる組合せを選択することを含む。実施形態において、増幅器は、ＲＦ電力増幅器とすることができる。
[0006]１つまたは複数の実施形態によれば、電力を管理するための方法は、第１の増幅器ブロックから第１の変調電力信号を生成するステップと、少なくとも第２の増幅器ブロックから第２の変調電力信号を生成するステップと、位相角に基づいて第１および第２の変調電力信号をアウトフェーズさせるステップと、アウトフェーズされた第１および第２の変調電力信号に基づいて負荷のためのＲＦ電力信号を生成するステップとを含む。第１の変調電力信号を生成するステップは、第１の増幅器ブロック内の複数の電力増幅器の異なる組合せをスイッチングするステップを含み、第２の変調電力信号を生成するステップは、第２の増幅器ブロック内の複数の電力増幅器の異なる組合せをスイッチングするステップを含む。実施形態において、増幅器は、ＲＦ増幅器とすることができる。
[0007]前述および他の目的、特徴、および利点は、同様の参照文字が異なる図を通して同じ部分を指す添付の図面に示されるような実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、実施形態の原理を示すことに重点が置かれている。
[0008]高周波（ＲＦ）電力生成器のブロック図である。 [0009]ＲＦ電力生成器のブロック図である。 [0010]１つのコンバイナ（合成器）を介して結合された出力部を有する増幅器の実施形態の概略図である。 １つのコンバイナ（合成器）を介して結合された出力部を有する増幅器の実施形態の概略図である。 複数のコンバイナ（合成器）を介して結合された出力部を有する増幅器の実施形態の概略図である。 [0011]スイッチドモード電力増幅器（ＰＡ）の概略図である。 [0012]図２または図６に示されるマルチインバータ離散バックオフ（Ｍｕｌｔｉ－Ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｂａｃｋｏｆｆ）（ＭＩＤＢ）ブロックなどのＭＩＤＢブロックの例示のＲＦ出力電圧波形の電圧対時間のプロットを示す図である。 [0013]２つのＭＩＤＢ電力増幅器（ＰＡ）をもつＲＦ電力生成器のブロック図である。 [0014]インピーダンス変換器（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の例示の実施形態の概略図である。 [0015]ＰＡ用の離散ドレイン変調回路の例示の実施形態の概略図である。 [0016]ＲＦ電力信号を生成するための方法を示すフローチャートである。 ＲＦ電力信号を生成するための方法を示すフローチャートである。 ＲＦ電力信号を生成するための方法を示すフローチャートである。 [0017]ＭＩＤＢブロック出力電圧対負荷電圧のプロット（電圧ベクトルグラフ）の図である。 [0018]性能および電力管理を評価するためのアドミタンスの一例として、ＭＩＤＢブロック（図６におけるＹＡおよびＹＢ）で観測される非補償負荷アドミタンス曲線のプロットを示す図である。 [0019]ＭＩＤＢシステムの実施形態に関する効率対出力電力のプロットを示す図である。 [0020]アウトフェージング角でのステップに対する動的応答を示す電圧対時間のプロットを示す図である。 [0021]ＭＩＤＢ構成でのステップに対する動的応答を示す電圧対時間のプロットを示す図である。 [0022]１つまたは複数の実施形態の例示の性能メトリックを示す電圧対時間のプロットを示す図である。
[0023]本明細書に記載の１つまたは複数の実施形態は、様々な用途の電力要件を満たす高周波（ＲＦ）電力生成器を提供する。様々な実施態様の全体にわたって、以下の特徴のうちの１つまたは複数が組み合わされ得る。（１）高速応答（および必要に応じて連続的な）電力生成のために多数の増幅器ブロックからの電源信号をアウトフェージングさせること、（２）複数の増幅器を含むように各多重増幅器ブロックを構成すること、（３）複数のスイッチモード電力増幅器を含むように各多重増幅器を構成すること、（４）ＲＦ電力信号の電圧の離散的なステップを生成するために、各ブロック内の増幅器の異なる組合せをスイッチングすること（または選択すること）によって電力信号を変調すること、および／または、（５）高効率動作電力レンジを生成するために、増幅器ブロック用の供給電圧の離散ドレイン変調を実行すること。
[0024]ある実施形態では、ＲＦ電力生成器は、半導体チップ製作プロセス中に使用されるタイプのプラズマ生成器を含む負荷に電力を供給するために使用され得る。他の実施形態では、ＲＦ電力生成器は、様々な電力レンジで動作するもの、例えば、プラズマ生成器の同じ電力レンジおよび性能要件を有していないものを含む他のタイプの負荷に電力を供給することができる。その上、ＲＦ電力信号の離散的なステップ変化は、経時的に変化する負荷の電力要件を満たすために、動的に実行され得る。いくつかの実施形態では、インピーダンス変換器は、負荷インピーダンスの変化、および／または離散変調中に増幅器ブロック内の電力増幅器の異なる組合せをスイッチングすることによって引き起こされるインピーダンスの変化によって引き起こされるマッチング問題を解決するために含まれ得る。
[0025]図１は、意図された用途のために電力を生成するための様々なステージを含むＲＦ電力生成器１の一実施形態を示す。１つの用途は、上述のように、半導体製造プロセスにおけるプラズマ生成器のための電力生成などの産業用途であり得る。他の用途は、様々なタイプの通信およびアンテナシステム、レーダーシステム、およびマイクロ波空洞共振器、ならびに他のものであり得る。
[0026]図１を参照すると、ＲＦ電力生成器１は、増幅器ステージ１０、電力コンバイナ（電力合成器）３０、およびインピーダンス変換器４０を含む。増幅器ステージは、負荷のための出力ＲＦ電力信号を生成するために組み合わされるべき変調電力信号を出力するＮ個の増幅器ブロック（ここで、Ｎ≧２）を含む。Ｎ個の増幅器ブロックの各々は、所定の電力ブロック電圧を生成するために選択的にスイッチングされる（例えば、選択または作動される）複数の電力増幅器を含む。第１の増幅器ブロックの一例は、Ｎ個の増幅器ブロックのうちの残りのものが同じまたは同様に構成され得るという理解の下に論じられることになる。他の実施形態では、増幅器ブロックは、異なる構造構成および／または機能構成を有する場合がある。
[0027]第１の増幅器ブロック２０１は、並列に配置された複数の電力増幅器ＰＡを含む。便宜上、１つの電力増幅器２１のみが、ブロック内の残りの１つまたは複数の電力増幅器が同様に構成され得るという理解の下にブロック２０１に詳細に示される。１つの実施形態では、各ブロック内の電力増幅器は、リニアモードの代わりにスイッチモードで動作するインバータ構成を有することができる。
[0028]電力増幅器２１は、単独で、または１つまたは複数の他のトランジスタおよび／または回路要素とともに設けられた電力トランジスタを含むことができる。電力トランジスタは、例えば、固定または調節可能利得、所定の帯域幅、電力効率、およびインピーダンスを有するＭＯＳＦＥＴとすることができる。いくつかの実施態様では、ＲＦ増幅器は、Ｄ級増幅器、Ｅ級増幅器、Φ級増幅器、または別のタイプの増幅器とすることができる。ある実施形態では、電力増幅器２１は、スイッチモードで動作することができる。別の実施形態では、電力増幅器２１は、線形領域で、例えば、比較的低い電力レベルで動作することができる。
[0029]加えて、電力増幅器２１は、第１の制御入力部２２、電源入力部２３、ＲＦ電力出力部２４、および第２の制御入力部２５を含むことができる。第１の制御入力部２２は、制御ドライバシステム（またはコントローラ）７１からの第１の制御信号を受信することができる。第１の制御信号は、電力増幅器２１の電力トランジスタへのゲート信号を含むことができる。１つの実施形態では、第１の制御信号は、出力されるべき電力信号（電圧）の振幅Ａ１を示す情報、および／または電力トランジスタのスイッチングモード（およびアウトフェージング）を制御するためのタイミング情報（例えば、位相φ１）を含むことができる。スイッチモード動作では、制御情報は、振幅を省くことができる。線形モード動作では、振幅情報と位相情報の両方が、第１の制御信号に含まれ得る。振幅情報および位相情報は、ブロック内の他の電力増幅器によっても受信され得る。
[0030]電力増幅器２３は、電源７２から出力される複数の供給電圧ＶＤ１、…、ＶＤＮのうちの１つを受信し、ここで、Ｎ≧２である。ある実施形態では、電源７２からの電圧信号は、固定電圧に対応することができる。別の実施形態では、電源７２からの電圧信号は、可変電圧に対応することができる。ブロック２０内の他の電力増幅器は、電力増幅器２３と同じ供給電圧、または異なる供給電圧を受信することができる。例証の目的で、ブロック２０１内のすべての電力増幅器が同じ供給電圧を受信すると仮定されることになる。
[0031]電源７２は、様々な方法で構成され得る。１つの実施形態では、電源７２は、１つまたは複数の入力エネルギー源から調整済み電源電圧ＶＤ１、…、ＶＤＮを生成することができる。１つの実施形態では、電源７２は、独立に制御される可変電圧を電源電圧ＶＤ１、…、ＶＤＮとして生成することができ、それは、電源（またはドレイン）変調を使用して増幅器ブロックからのＲＦ出力電圧ＶＲＦ，ｊの変調を可能にする。この後者の場合には、電源７２は、利用可能な離散電圧レベル間の迅速なスイッチングを可能にすることができ、それにより、電源電圧を迅速にスルーする必要なしに出力電力電圧ＶＤ１、…、ＶＤＮの迅速な変調を可能にする。これらの機能は、以下でより詳細に述べられることになる。
[0032]図１の実施形態において、電源７２から出力される供給電圧は、Ｎ個の増幅器ブロックと１対１対応する。それにより、供給電圧の数は、この場合、増幅器ブロックの数に等しくなり得る。同じことが、コントローラ７１から出力される制御信号数に当てはまる場合もあり、そうでない場合もあり、例えば、コントローラから出力される制御信号は、増幅器ブロックと１対１対応することができ、または異なる制御（例えば、位相情報）が、アウトフェージング中に各ブロックから意図させた出力電力電圧を生成するためにそのブロックの電力増幅器の異なるものに入力され得る。他の実施形態では、これらの１対１の対応は存在しないこともある。
[0033]電力増幅器２１の出力電圧２４は、ブロック２０１内の１つまたは複数の他の電力増幅器の出力電圧と選択的に組み合わされてもよく、または例えば実装されている増幅器ブロックの離散変調方式（例えば、位相角および／または電力管理方法）に応じて単独で出力されてもよい。ブロック２０１内の電力増幅器（ＰＡ）から出力される電圧は、例えば、ブロックにさらに含まれるコンバイナ（合成器）２９で組み合わされ得る。その結果として、コンバイナは、増幅器２１が１より大きい正の利得を有する場合、電源入力２３に供給される電圧と等しいかまたは異なる（例えば、より大きい）振幅を有する電力信号（例えば、電圧ＶＲＦ１）を出力する。
[0034]電力信号２４は、中間電圧（例えば、電力コンバイナへの入力の前にさらなる処理を受ける）であってもよく、または電力コンバイナにそのままで出力されてもよい。ブロック２０１内の電力増幅器の各々の利得は、ブロック２０１内の１つまたは複数の他の電力増幅器からの電力信号と選択的に組み合わされる場合でさえ、例えば、負荷（例えば、ＺＬｏａｄ）の電力要件を満たすためにコンバイナ２９から出力される電圧が所定の範囲にあるように設定され得る。増幅器ブロック２０１から出力される電力信号は、電圧ＶＲＦ１を有するものとして示される。
[0035]第２の制御入力部２５は、スイッチング制御信号ＳＣＳの形態の第２の制御信号を受信するように結合される。スイッチング制御信号は、電力増幅器内のまたは電力増幅器に結合されるスイッチング制御回路２８から出力され得る。１つの実施形態では、スイッチング制御信号ＳＣＳは、スイッチング増強機能を実行する。供給電圧が電源７２から受信されると、スイッチモードで動作する電力増幅器は、供給電圧を所望のＲＦ電力信号に変換する。
[0036]これらの特徴に加えて、ＲＦ電力増幅器２１は、基準電位またはバイアス電圧源２７に結合され得る。基準電位は、例えば、接地電位とすることができるが、別の実施形態では異なる電位とすることができる。さらに、電力コンバイナ３０への入力の前に、増幅器ブロック２０１からの電力信号ＶＲＦ１は、１つまたは複数のアクティブ要素を通されてもよい。アクティブ要素は、ブロックの出力インピーダンスを設定するのに役立ち得るリアクタンス要素（例えば、キャパシタ、インダクタ、伝送ラインなど）を含むことができる。アクティブ要素がキャパシタを含む場合、キャパシタは、例えば、ノイズフィルタおよび／または平滑キャパシタとして機能することもできる。第１の増幅器ブロック２０１の出力部は、第１のインピーダンスＺＡＬ，１を有することができ、それは、例えば、ブロック２０１内の電力増幅器の状態に基づいて固定される場合があり、または変化する場合がある。
[0037]Ｎ個の増幅器ブロックのうちの残りのもの（ブロック２０Ｎまで）は、第１の増幅器ブロックの機能と同様の機能を有することができる。これらのブロックの出力インピーダンスは、ＺＡＬｊとラベル付けされ、ここで、Ｎ番目のブロックは、ＺＡＬＮの出力インピーダンスを有する。したがって、１つの実施形態によれば、増幅器ステージ１０は、複数の増幅器ブロック２０１～２０Ｎを有し、ｊ番目の電力ブロックは、電源入力ＶＤｊおよび電力信号ＲＦ出力ＶＲＦｊを有し、ここで、１＜ｊ≦Ｎであると考えられ得る。
[0038]１つの実施形態では、増幅器ブロックは、常にオンであるように制御され得る。この場合、各ブロック内の電力増幅器の異なる組合せは、ブロックのそれぞれの電力信号出力を制御するために選択的にスイッチングされ得る。これは、例えば、所定のおよび／またはフィードバック制御されたアウトフェージングパターンに基づいて遂行され得る。増幅器ブロック内の電力増幅器の選択的なスイッチングは、それらのブロックから出力される電力信号の離散変調を実行するために使用され得る。その結果として、これは、負荷に出力されるＲＦ電力信号を離散的なステップで変化させることができる。
[0039]線形モード動作のとき、コントローラ７１から出力される振幅情報と位相情報の両方は、各ブロックから出力される電力信号を制御することができる。振幅Ａ１、…、ＡＮの一部またはすべては、この場合、同じであっても互いに異なっていてもよい。スイッチモード動作では、位相φｊのみが、所定のアウトフェージング方式に従って使用され得る。アウトフェージング方式は、負荷に電力を供給するために電力コンバイナによって組み合わされるべき電力信号を生成するために、所定の時間に所定の増幅器ブロックを選択的にアクティブにすることができる。Ｎ個の増幅器ブロックの各々の中の電力増幅器を制御することによって（例えば、電力増幅器のオン／オフ状態を制御することによって）、増幅器ステージ１０は、多くの用途の要件を満たすのに十分な拡張可能な電力生成器設計を達成することができる。
[0040]１つの実施形態では、増幅器ブロックは、各増幅器ブロック内の電力増幅器に対して行われるスイッチングとともに、コントローラ７１からの制御情報に基づいて、それ自体選択され得る（または作動され得る）。この意味で、増幅器ブロックのスイッチング（または選択）は、負荷へのＲＦ電力信号の粗調節を実行することと考えられ得、増幅器ブロックの各々の中の電力増幅器のスイッチングは、負荷へのＲＦ電力信号に微調節を実行することと考えられ得る。増幅器ブロックのスイッチングを制御する制御情報は、例えば、ブロックの動作の状態（例えば、作動／非作動、または選択／非選択）を変化させ、それにより、ブロックの異なるスイッチング組合せを実施するために使用され得る。
[0041]１つの実施形態では、効率を改善し、広い負荷範囲を達成するために、Ｎ個の増幅器ブロックの各々の中の電力トランジスタは、ブロックの動作範囲のすべてまたは所定の部分にわたってゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ、またはソフトスイッチング）を維持するように動作され得る。変動する条件下でのＺＶＳ動作を容易にするために、補助回路が含まれてもよい。
[0042]電力コンバイナ３０は、負荷に電力を供給するための基礎として使用される組合せ電力信号（ＶＲＦＴ）３５を生成する。組合せ電力信号は、増幅器ステージ１０から出力される電力信号の組合せ、例えば、Ｎ個の増幅器ブロックのすべてまたは一部から出力される電力信号の組合せに基づく。１つの実施形態では、組合せは、無損失（したがって、非絶縁）組合せ方法を使用して実行され得る。別の実施形態では、組合せは、エネルギー回収と結合された隔離組合せ方法を使用して実行され得る。これらまたは他の実施形態において、電力信号は、ＲＦ電力信号のそれぞれのものに割り当てられた重みまたは重み係数に基づいて組み合わされ得る。電力コンバイナ３０の出力インピーダンスはＺＴである。
[0043]１つの実施形態では、電力コンバイナ３０は、その組合せ動作に加えて、１つまたは複数の動作を実行することができる。例えば、電力コンバイナは、インピーダンス変換器４０によって実行されるインピーダンス変換に加えて、またはそれと組み合わせて、ブロックインピーダンス（例えば、ＺＡＬ１～ＺＡＬＮ）の変換を含む電力増幅器ブロックの負荷変調を実行することができる。電力コンバイナはまた、電力制御をさらに実行することができ、および／または電力増幅器ブロックの動作範囲を狭めることができる。
[0044]インピーダンス変換器４０は、電力コンバイナ３０の出力インピーダンスを変換して、負荷ＺＬｏａｄのインピーダンスに少なくとも所定の許容差以内にまでマッチングさせる。このインピーダンスマッチング動作は、負荷にＲＦ電力を移送する性能および効率を改善することができる。負荷の特性は、実行されるべきインピーダンス変換を制御することができる。例えば、所与の用途に関連する負荷インピーダンス範囲は、負荷に対応する電圧および／または電流レベルを決定することができる。これらの電圧および／または電流レベルは、例えば、負荷インピーダンスをより適切な範囲に拡大縮小し直すために、効率的な合成にさらに適するものに拡大縮小し直され得る。１つの実施形態では、インピーダンス変換器４０は、この目的のために、固定または可変インピーダンス変換を実行することができる。これを遂行するために、インピーダンス変換器４０は、マッチング可変ネットワーク（ＴＭＮ）または抵抗圧縮ネットワークを含むことができる。変換器４０の出力インピーダンスは、負荷ＺＬｏａｄのインピーダンスにマッチングする（実質的にマッチングする）ことができる。加えて、１つの実施形態では、インピーダンス変換器４０から出力される信号は、負荷に供給されるＲＦ電力信号９０に対応することができる。
[0045]ＲＦ電力生成器１０は、いくつかの追加の特徴を含むことができる。例えば、ＲＦ電力生成器は、制御システム８０を含むことができ、またはそれに結合され得る。制御システムは、例えば、前に論じられたコントローラ７１および電源７２を含むことができる。加えて、制御システム８０は、限定はしないが、以下のもの、すなわち、ＶＲＦｏｕｔに対応する出力電圧、電流、および電力、電力増幅器トランジスタのＺＶＳ検出およびそのモニタリング、および／またはシステム温度を含む、パラメータを測定するための１つまたは複数のセンサ８１を含むことができる。可変負荷条件下での電圧および電流の正確な高帯域測定（またはＲＦ電力の直接測定）は、いくつかの実施形態では、さらにより速い応答時間でさらにより正確に出力電力を制御するのに有利であり得る。例えば、制御システム８０は、変化する負荷、負荷に関するインピーダンス、および／または電力要件を満たすために、またはＲＦ電力生成器の様々な条件を補償するために、例えば、１つまたは複数の所定の範囲で動作するＲＦ電力生成器の様々な構成要素を維持するために、増幅器ステージ１０からの電力信号生成を動的に変化させるためのセンサからコントローラ７１へのフィードバックループを含むことができる。
[0046]センサ８１は、測定値をコントローラ７１に入力する。システムに応じて、コントローラ７１は、電源７２に出力するための様々なタイプの制御信号ＣＳを生成することができる。１つの実施形態では、制御信号は、ステージ１０の増幅器ブロックに供給されるべき電圧ＶＤ１、…、ＶＤＮのすべてまたは一部を選択または変化させることができる。いくつかの実施形態では、これは、全体的にまたは部分的に、基準電圧ＶＤ１，Ｒｅｆ～ＶＤＮ，Ｒｅｆを指定することによって遂行され得る。コントローラ７１はまた、増幅器ブロックからの電力信号のアウトフェージングを制御するための信号（例えば、ゲート信号２２）を生成することができる。スイッチモード動作では、制御信号は、増幅器ブロック間のスイッチングタイミングおよび相対位相を示すことができる。線形モード動作では、制御信号は、電力コンバイナ３０に出力される出力電力信号の電圧ＶＲＦ，１、…、ＶＲＦ，Ｎを生成するための振幅をさらに含むことができる。ＲＦ電力生成器２０のこれらのおよび他の特徴が次に論じられる。
[0047]増幅器ステージ１０は、マルチインバータ離散バックオフ（ＭＩＤＢ）手法に基づいて電力生成を制御することができる。提案されている他の電力生成器と異なり、ＭＩＤＢ手法は、ＲＦ電力生成器を、並列、電流組合せ、および／または電圧組合せグループに配置されたスイッチモード電力増幅器ブロックの出力を損失なしに組み合わせると同時に、ＲＦ電力信号を生成する目的のために増幅器ブロックのグループ間のアウトフェージングを実行することを可能にする。そのような手法は、高帯域出力電力変調が、位相シフトの迅速な変化を介して実行され（例えば、位相シフトは、電力増幅器ブロック間のゲート－ドライバ信号遅延を設定することによって実施され得、その遅延は、対応する制御信号コマンドに基づいて非常に速いレートで変化され得る）、それによって、信頼性、性能、および電力効率を向上させることを可能にする。
[0048]これらの利点と組み合わせて、ＲＦ電力生成器１の１つまたは複数の実施形態は、電圧関連損失と電流関連損失の両方を補償することができ、これは、他のＲＦ電力生成器では達成できない性能上の利点である。その結果、より高い効率が、特に比較的低い電力レベルで達成され得る。例えば、他の提案されている電力増幅器は、全電圧で動作する。その結果、供給電圧に関連する損失成分（例えば、デバイス出力キャパシタ損失、共振損失など）は低減されず、したがって、補償されない。この補償の欠如は、特に電力レベルが下がったときの効率に悪影響を及ぼす。対照的に、１つまたは複数の実施形態によれば、ＲＦ電力生成器１は、比較的低い電力レベルを含む広い範囲にわたる電圧関連損失、ならびに電流関連損失を補償することができる。さらに、ＲＦ電力生成器１は、より広い範囲の出力電力バックオフ（例えば、３０ｄＢ以上の大きい比を包含する）を達成することができる。これらのおよび他の理由で、ＲＦ電力生成器１は、限定はしないが、高いピーク対平均電力比を有するものを含む多種多様な用途に適し得る。ＭＩＤＢ手法の実施形態が、次に、論じられる。
[0049]ＭＩＤＢ手法は、アウトフェージングパターンでの離散変調を実行するために実装され得る。この手法では、各増幅器ブロック内の電力増幅器は、固定の（または実質的に固定の）大きさのそれぞれの数のｒｆ電圧ベクトルを生成する。Ｎ個の増幅器ブロックのうちの１つまたは複数内でアクティブである電力増幅器の数を変化させる（またはスイッチングする）ことによって、次いで、ブロックからの電力信号を組み合わせることによって、出力ＲＦ電力信号９０の電圧の離散的なステップが実行され得る。その結果、アウトフェージング角は、常に、所定の範囲内に維持され得、それにより、より高いレベルの効率（理想的には、実質的により高いレベルの効率）が達成され、同時に、より広いバックオフ範囲が達成されることが可能になる。
[0050]高い効率を達成しながら出力電力レンジをさらに拡大するために、１つまたは複数の実施形態では、ＲＦ電力生成器１は、電源７１において変調を実行することができる。例えば、離散ドレイン変調が実行されてもよく、増幅器ブロックのうちの１つまたは複数に入力される供給電圧が、いくつかの離散レベルの間でスイッチングされる。次いで、アウトフェージングがＭＩＤＢ手法（ブロックのすべてまたは一部に実装される）で使用されて、負荷に対応する所定の出力電力レンジにわたって連続的な制御を行うことができる。これは、例えば、様々な離散供給電圧レベルで得られる電力レベルの間を補間することによって遂行され得る。
[0051]出力電力制御に関して、離散ドレイン変調とＭＩＤＢ手法の組合せは、各ブロックからアウトフェーズされるようにＲＦ電圧量の離散的なステップを実行するための追加の基礎を提供することができる。これは、ＭＩＤＢ構成が高度にモジュール化されることを可能にすることができ、比較的低出力のレベルにおいてさえ、供給生成および変調オーバーヘッドを軽減することができる。その上、１つまたは複数の実施形態では、離散供給電圧の生成は、連続的に適応されてもよく、例えば、供給変調動作は、例えば、高速電力制御で使用されるものよりもはるかに遅くてもよい時間スケールで行われるように制御され得る。
[0052]図２は、ＲＦ電力生成器１００の例示の実施形態を示す。すなわち、図２の実施形態は、図１のＲＦ電力生成器の１つの実施態様であり得る。この例示の実施形態では、ＲＦ電力生成器１００は、増幅器ブロックのアウトフェージングと組み合わされたＭＩＤＢ手法を実施する。
[0053]図２を参照すると、ＲＦ電力生成器１００は、電源１１０、増幅器ステージ１２０、電力コンバイナ１３０、およびインピーダンス変換器１４０を含む。電源１１０は、複数の電源１１１と、１つまたは複数のスイッチを含むことができるオプションの変調器１１２とを含むことができる。電源は、Ｎ個の離散電圧レベルで電圧を出力し、変調器１１２は、Ｎ個の離散電圧を変調して増幅器ステージ１２０に出力する。１つの実施形態では、変調器１１２は、電源１１１から出力されたＮ個の離散電圧に離散ドレイン変調を実行する。離散ドレイン変調の一実施形態が、以下でより詳細に論じられる。
[0054]増幅器ステージ１２０は、複数（Ｍ）のＭＩＤＢ増幅器ブロック１２１１～１２１Ｍを含み、ここで、Ｍ＞１である。増幅器ブロックの各々は、複数の並列に組み合わされたＲＦ電力増幅器を含むことができ、その結果、ブロックの各々の電圧ＶＲＦ，１、…、ＶＲＦ，Ｍを有する出力ＲＦ電力信号は、離散的に変調され得る。
[0055]図３Ａ～図３Ｃは、ＭＩＤＢブロック１２１１～１２１Ｍの各々がどのように構成され得るかの様々な実施形態に示す。図３Ａは、２つのモジュール式電力増幅器、すなわち、電力増幅器（ＰＡ１）２１１および電力増幅器（ＰＡ２）２１２と、コンバイナ２１８とを含む１つのそのような構成のブロックを示す。電力増幅器２１１および２１２は、例えば図１に示されるような構造を有することができ、それぞれの電圧Ｖ１およびＶ２、ならびにこの例では同じ電流Ｉを出力することができる。電力増幅器２１１および２１２は、ブロックの出力電圧の離散変調を実行するように制御され得る。これは、例えば、所望の変調を達成するように電力増幅器のオン／オフ状態を制御することによって遂行され得る。電力増幅器２１１および２１２のオン／オフ状態は、例えば、コントローラから出力される制御情報、例えば、コントローラ７１から出力されるゲート信号、位相値φ、および／または他の情報に基づいて、制御され得る。
[0056]１つの実施形態では、電力増幅器は、トランジスタのうちの１つまたは複数を固定ゲーティング状態に保持する（例えば、バイアス（または制御）信号をトランジスタに印加することにより、特に、バイアス（または制御）信号をトランジスタの１つまたは複数の電極に印加することにより特定のスイッチを「オン」に保持する）ことによってオフ状態に保持され得る。動作（オン）時に、電力増幅器は、所望のコンバイナタイプに基づいて固定相対位相（例えば、（φ１－φ２））（例えば、図示のコンバイナでの同相、直角位相、１８０度位相ずれ、または何か他の相対位相関係）を有することができ、平均位相は、ＭＩＤＢブロック間にアウトフェージングを設けるように制御される。代替として、相対位相はまた、動作中に調節されてもよい。このようにして、電力増幅器２１１および２１２のそれぞれの出力電圧Ｖ１およびＶ２は、異なる位相（φ１およびφ２、それらは、例えば、図３Ａに示される実施形態では同じであり得る）に基づいて選択されて（例えば、作動されて、またはスイッチングされて）、組み合わされた後、ブロックの所望の変調電力信号出力を生成することができる。
[0057]別の言い方をすれば、ＭＩＤＢブロック内のＰＡは、制御に基づいてアクティブ（オン）、または非アクティブ（オフもしくはａｃ接地）のいずれかであり得る。同じＭＩＤＢブロック内のアクティブなＰＡは、例えば、図３Ａ～図３Ｃに示されるように同期して（または代替のコンバイナタイプが使用される場合、正確に１８０°ずれて）スイッチングされ得る。位相が異なるアウトフェージングに関して、これは、Ｖｒｆ１～ＶｒｆＭの間、すなわち、ＭＩＤＢブロックの後に生じ得る。
[0058]上記のように、実施形態では、相対位相関係は、固定されてもよいし、あるいは、所望のコンバイナ構造（限定はしないが、同相、１８０度位相ずれ、直角位相、および／または４５度または１３５度位相ずれの相対位相を含む）と組み合わせて選択されてもよいが、異なるブロックについてアウトフェージングを付与するようにそれらの位相を一緒に調節させてもよい。図３Ａに示されたコンバイナでは、一般に、電力増幅器制御を同相にすることが望ましい。実施形態において、ブロック内の調節可能な相対位相を可能にするオプションを追加することができるが、これは、通常よりも少ない条件である。個々の増幅器は、ゲート信号が一定段階で提供されるかまたは保持されるかに応じてオンまたはオフにされることを認識されたい。いくつかの場合には、特定の電力増幅器スイッチが短絡として現れるように特定の電力増幅器スイッチをオンに保持することは、「オフ」であるＰＡにとって望ましい状態である。
[0059]それにより、１つの実施形態では、各増幅器ブロック内の電力増幅器は、制御に基づいて、アクティブ（オン）または非アクティブ（オフまたはＡＣ接地）であり得る。同じ増幅器ブロック内のアクティブの電力増幅器は、同期して例えば、図３Ａ～図３Ｃに示されるように）、（または代替のコンバイナタイプが使用される場合、正確に１８０度ずれて）スイッチングされ得る。別の実施形態では、スイッチングは、非同期に実行され得る。１つの実施形態では、位相は、アウトフェージング部分において異なり得る。これは、例えばＭＩＤＢブロックの後に生じ得る。１つの実施形態では、相対位相関係は、所望のコンバイナ構造によって固定されてもよい（例えば、同相、１８０度位相ずれ、直角位相）が、異なるブロックについてアウトフェージングを付与するためにそれらの位相を一緒に調節させてもよい。図示の例示のコンバイナでは、電力増幅器は、同相で制御され得る。１つの実施形態では、調節可能な相対位相は、増幅器ブロックのうちの１つまたは複数内で実行され得る。ゲート信号が受信されるか否かは、対応する電力増幅器がオンもしくはオフであるか、または一定段階に保持されるか否かを制御することができる。（いくつかの場合には、特定のＰＡスイッチが短絡として現れるように特定のＰＡスイッチをオンに保持することは、「オフ」であるＰＡにとって望ましい状態であり得る。）
[0060]コンバイナ２１８は、電力増幅器２１１および２１２の出力電圧をコモンモードで組み合わせることができる。コンバイナ２１８は、ＭＩＤＢブロック内の電圧組み合わせ特性をよりよく示すために結合インダクタとして示されているが、しかしながら、実際には、コンバイナは、必ずしも従来のａｃ変圧器のインダクタに基づかなくてもよいことに留意されたい。コンバイナ２１８は、相間変圧器などの変圧器ベース構造、または伝送ライン変圧器におけるような伝送ラインセクションを含むｒｆ電力コンバイナもしくはＲＦカプラ（例えば、伝送ラインセクションを含むｒｆコンバイナもしくは伝送ラインセクションを含むｒｆカプラ）を使用して、電力増幅器２１１および２１２の出力電圧をコモンモードで組み合わせることができる。例えば、図３Ａに示されるように、コンバイナ２１８は、所定の巻線比を有する変圧器を効果的に形成するように結合される２つの巻線２１５および２１６を含む。この例では、コンバイナは、ブロックの出力電力信号電圧を生成するノードＮ１を含む。１つの実施形態では、ブロックの出力電力信号電圧（例えば、ＶＲＦ１、…、ＶＲＦＭのうちの１つ）は、ブロック内の電力増幅器の出力電圧Ｖ１およびＶ２の加重和（例えば、平均）に対応することができる。増幅器ブロックからの出力電流は、電力増幅器２１１および２１２の出力電流の合計に対応することができ、この例では２Ｉである。
[0061]図３Ｂは、増幅器ブロックの各々の構成を表すステージ２２０を示す。この例示の実施形態では、ステージ２２０は、３つのモジュール式電力増幅器２２１、２２２、および２２３と、コンバイナ２２８とを含む。電力増幅器２３１～２２３は、例えば図１に示されるような構造を有することができ、それぞれの電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３、ならびにこの例では同じ電流Ｉを出力することができる。電力増幅器は、ブロックの出力電圧の離散変調を実行するように制御され得る。これは、例えば、所定の変調を達成するように個々の電力増幅器のオン／オフ状態を制御することによって遂行され得る。電力増幅器２２１、２２２、および２２３のオン／オフ状態は、例えば、コントローラから出力される制御情報、例えば、コントローラ７１から出力されるゲート信号に基づいて制御され得る。このようにして、電力増幅器のそれぞれの出力電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３は、適切な位相（φ１、φ２、およびφ３）およびゲート制御で選択されて（または作動されて）、組み合わされた後、ブロックの所望の変調出力電力の信号電圧を生成することができる。
[0062]図３Ａ～図３Ｃに示される例の間の１つの差異は、ブロックを構成するＰＡ、およびさらにコモンモードの電圧組合せを達成するのに必要とされるコンバイナの数が異なる（例えば、図３Ａおよび図３Ｃは、２ウエイ（２－ｗａｙ）コモンモード型コンバイナ／相間変圧器の使用を示しているが、図３Ｂは、３ウエイコモンモード型コンバイナ／相間変圧器の使用を示している）ことに留意されたい。
[0063]コンバイナ２２８は、相間変圧器ベース構造（例えば、結合導体ベース構造）を使用して、電圧２２１、２２２、および２２３をコモンモードで組み合わせることができる。例えば、図３Ｂに示されるように、コンバイナ２２８は、３つの巻線（導体）２２４、２２５、および２２６を含み、各巻線（導体）は、３脚型変圧器コアの脚部に配置され、第１の端部で、複数の電力増幅器のうちのそれぞれの電力増幅器の出力部に結合され、第２の端部で、ノードＮ２に共通に結合される。これにより、個々の電力増幅器には比例電流が生じることになり、出力電圧は３つの電力増幅器電圧の加重和になる。電力増幅器の出力は、ノードＮ２において組み合わされ、ノードＮ２は、ブロックの出力電力信号電圧を生成する。１つの実施形態では、ブロックの出力電圧（例えば、ＶＲＦ，１、…、ＶＲＦ，Ｍのうちの対応するもの）は、ブロック内の電力増幅器の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３の加重和（例えば、平均）に対応することができる。電力増幅器ブロックからの出力電流は、電力増幅器３２１、３２２、および３２３の出力電流の合計に対応することができ、この例では３Ｉである。
[0064]図３Ｃは、増幅器ステージのブロックの各々の構成を表し得るブロック２３０を示す。この例示の実施形態では、ブロック２３０は、電力増幅器の２つのサブブロック２４０および２５０を含む。サブブロックの各々は、例えば、図３Ａのブロックに対応することができるが、各ステージの出力はコンバイナ２６０に結合される。第１のサブブロック２４０は、コンバイナ２４３に結合される出力電圧を有する電力増幅器２４１および２４１を含む。第２のサブブロック２５０は、コンバイナ２５３に結合される出力電圧を有する電力増幅器２５１および２５２を含む。
[0065]ブロック２３０内の電力増幅器は、ブロックの出力電力信号電圧の離散変調を実行するように制御され得る。これは、例えば、所定の変調を達成するように電力増幅器２４１、２４２、２５１、および２５２のオン／オフ状態を制御することによって遂行され得る。オン／オフ状態は、例えば、コントローラから出力される制御情報、例えば、コントローラ７１から出力されるスイッチゲート信号に基づいて制御され得る。このようにして、電力増幅器のそれぞれの出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４が選択されて（または作動されて）、組み合わされた後、ブロックの所望の変調出力電圧を生成する。（これに関して、実施形態において、ブロック内のＰＡの相対位相関係が固定され得、ｒｆ出力が、１つまたは複数の増幅器をオンまたはオフすることによって離散的なステップで変調されることに留意されたい。「オン」の増幅器の位相は、異なるブロックに対してアウトフェーズするように一緒に変調され得る。）コンバイナ２６０は、第１のサブブロック２４０の出力電圧Ｖ１２と第２のサブブロック２５０の出力電圧Ｖ３４とを組み合わせる。１つの実施形態では、コンバイナ２６０は、図３Ａのコンバイナ２１３と同様にすることができる。ノードＮ３からのコンバイナ２６０の出力は、例えば、サブブロック２４０および２５０の出力電圧の加重和（例えば、平均）（ＶＲＦ）であり得、およびそれらのステージの電流の合計であり得、この例では４Ｉである。
[0066]１つの実施形態では、図３Ａ～図３Ｃのコンバイナは、相間変圧器または伝送ライン変圧器を使用して実装され得る。例えば、ＭＩＤＢ増幅器ブロックのコンバイナの各々は、ｎウエイ型相間変圧器、または４分の１波長ライン電力コンバイナをもつ２ウエイ型相間変圧器の「ウィッフルツリー」を使用して実装され得る。そのような場合、各ブロックの出力電力信号電圧は、そのブロックの電力増幅器の出力電圧の直接平均に対応することができる。図示の例では、各ブロック内の電力増幅器は同じ出力電流を有する。別の実施形態では、この構成の二重のものが実装され得、各ブロック内の電力増幅器のすべてが、等しい電圧と出力電流とを有し、それらは、合計される、例えば、加重平均される。
[0067]ブロックごとに、ピーク出力電圧および電力は、ブロック内の電力増幅器のすべてをオンにすることによって達成され得る。（同様に、増幅器ステージからのピーク出力電圧および電力はブロックのすべての中の電力増幅器をオンにすることによって達成され得る。）１つの実施形態によれば、任意の１つのブロックのピーク出力電圧および電力は、そのブロック内の電力増幅器の１つまたは複数を選択的にオフにする（例えば、位相φまたは他の制御情報に基づいて非選択にする）ことによって、離散的なステップで低減され得る。これは、例えば、電力増幅器のオン／オフ状態の所定のパターンに基づいて遂行され得、その結果は、負荷要件を満たす所望の変調された（または変化する）ブロック出力電圧を経時的に達成することになる。所定のパターンは、ある実施形態では対称的にスイッチングされるパターンとすることができ、または別の実施形態では非対称的にスイッチングされるパターンとすることができる。電力増幅器は、様々な方法でオフにされ得る。例えば、各電力増幅器は、ＡＣ接地手法を使用してオフにされ得る。
[0068]ある実施形態では、各ブロック内の電力増幅器（ＰＡ）は同じ電流（Ｉ）を出力する。別の実施形態では、各ブロック内の電力増幅器のうちの１つまたは複数は、他の電力増幅器のうちの１つまたは複数とは異なる電流を出力することができる。さらに、増幅器ブロックのコンバイナは、コモンモード型コンバイナとして説明された。１つの実施形態では、各ブロック内のコンバイナのすべてまたは一部は、別のタイプのコンバイナ、例えば差動型コンバイナとすることができ、各ＭＩＤＢブロックの出力電圧は、ブロックの電圧の個々のものの差に基づき、出力電流は、電力増幅器の個々のものの電流、例えば電流Ｉと同じである。１つの実施形態では、差動型コンバイナを使用する出力電圧変調は、各ＭＩＤＢブロック内の電力増幅器のオン／オフ制御を実施することによって達成され得る。
[0069]ＭＩＤＢ増幅器ブロック１２１１～１２１Ｍは、すべて、同じ構成、例えば、図３Ａ～図３Ｃの構成のうちの１つを有することができることが前に示された。別の実施形態では、ＭＩＤＢ増幅器ブロックのうちの１つまたは複数は、他のものとは異なる構成を有することができ、例えば、１つの実施形態では、ＭＩＤＢ増幅器ブロックは、図３Ａ～図３Ｃに示された構成のうちの異なるものを有することができる。
[0070]図４は、増幅器ブロック内の電力増幅器（ＰＡ）を実装するために使用され得る電力増幅器４００の一実施形態を示す。１つの実施形態では、図１の電力増幅器２１および／または図３Ａ～図３ＣのＭＩＤＢブロックの各々の中の電力増幅器（ＰＡでラベル付けされた）は、電力増幅器４００を含むことができる。図４の構成はいくつかの用途で使用され得るが、他の実施形態または用途では、電力増幅器４００は、異なる構成を有することができる。プラズマ生成用途では、電力増幅器４００は、例えば、以下の特徴のすべてまたは一部を有することができる。（１）所定のスイッチング周波数範囲（例えば、数十ＭＨｚ）における高い（または所望の）効率、（２）ＭＩＤＢ制御のための効率的なＡＣ接地（および／またはＭＩＤＢブロック内の電力増幅器と、コンバイナとをオフにするための他の接続）、（３）負荷インピーダンスの変動（例えば、インピーダンス変換におけるアウトフェージングおよび要件緩和のための）に対して効率を維持する、および／または（４）出力電力の離散的なステップ変化、例えば、アウトフェージング角、オン／オフ状態、および供給電圧レベルのステップ変化への高速動的応答。
[0071]図４を参照すると、電力増幅器４００は、フィルタ４１０、シャント脚４２０、スイッチ４３０、およびスイッチ４４０を含むＺＶＳ Ｄ級インバータ回路の例で構成される。フィルタ４１０は、図３Ａ～図３Ｃの場合には関連するブロックコンバイナに結合される出力端子４０１に直列に結合されるインダクタＬｒおよびキャパシタＣｒを含む、ＬｒおよびＣｒの値に基づいて、フィルタは、スイッチングノード電圧の基本成分をフィルタ除去するために、関連するスイッチング周波数で共振するように調整される。
[0072]シャント脚４２０は、スイッチングノードの追加の誘導性負荷を備え、それゆえに、電力増幅器の負荷が、例えば、所定の範囲内で変化する場合でさえ、スイッチがゼロ電圧スイッチングを達成するのを支援する。シャント脚は、前に述べたように、直列に接続され、ゼロ電圧スイッチング動作を達成するのに十分な値を有するインダクタＬＺＶＳおよびキャパシタＣＺＶＳを含む。
[0073]スイッチ４３０および４４０は、スイッチモードで動作し、各々が所定の導電性を有するトランジスタによって実装され得る。スイッチ４３０（Ｑ１）は、ノードＮＺＶＳと電源Ｖｄｄとの間に結合され、例えば、ゼロ電圧スイッチングのための固有ボディダイオードまたは均等物４３５を有するＮチャネルトランジスタとすることができる。スイッチ４４０（Ｑ２）は、ノードＮＺＶＳと基準電位４５０（例えば、接地）との間に結合され、やはり、ゼロ電圧スイッチングのための固有ボディダイオードまたは均等物４４５を有するＮチャネルトランジスタとすることができる。動作中、電力増幅器４００がオンである（例えば、選択されるか、または作動される）とき、両方のトランジスタ４３０および４４０は、例えば、スイッチング周期の約半分の間、好ましくは、各トランジスタのゼロ電圧スイッチングの達成と一致して、各々が導通することによりスイッチングする。電力増幅器４００がオフである（例えば、選択されていないか、または作動されていない）とき、スイッチ４３０はオフにされ、スイッチ４４０は絶えず導通する。これは、事実上、出力をＡＣ接地し、ＭＩＤＢブロックの出力電圧を変化させる。電力増幅器のオフ状態で、必要に応じて、どのスイッチがオンに保持され、どのスイッチがオフに保持されるかを反転させることができることに留意されたい。
[0074]他の実施形態では、電力増幅器４００は、異なる構成を有することができる。例えば、電力増幅器は、Ｅ級インバータ構造を有することができ、またはφ２級タイプ構造とすることができる。これらの構造において、オフ状態のときに電力増幅器を入力電源から切り離すために、追加のスイッチが使用されてもよい。さらに、電力増幅器（ＰＡ）のトランジスタのうちの１つまたは複数は、所望のＡＣ接地を行うためにオンに保持され得る。他のＭＩＤＢの場合、異なるスイッチ状態設定が、オフ状態の電力増幅器に対して使用され得る。例えば、増幅器出力に等しい電圧を強制し、ブロック内の電力増幅器間で、またはブロックにわたって電流を平均化するＭＩＤＢ構成では、オフ状態は、例えば、スイッチを使用して電力増幅器出力を開回路にすることによって、または増幅器トランジスタをオフ状態に保持することによって達成され得る。
[0075]図５は、例えば図３Ｃに示されたような４つのＰＡをもつＭＩＤＢブロックのｒｆ出力電圧（Ｖｒｆ）を生成するために、電力増幅器ブロック１２１１～１２１Ｍのうちの１つの中の４つの電力増幅器を（この例では）選択的にオンおよびオフにするのに使用され得るスイッチング波形５００の一例を示す。同じまたは異なる波形が、Ｍ個の増幅器ブロックのうちの他のものの中の電力増幅器に使用され得る。この例では、スイッチング波形は、電力増幅器のオン／オフ状態の対称的なパターンを示す。セクション５１０において、スイッチング波形は、ＭＩＤＢブロック内の電力増幅器のすべてをオンにし、それにより、ブロックは、ピーク電圧を出力する。セクション５２０において、スイッチング波形は、電力増幅器のうちの３つをオンにし、残りの電力増幅器をオフにする。セクション５３０において、スイッチング波形は、電力増幅器のうちの２つをオンにし、残りの２つの電力増幅器をオフにする。セクション５４０において、スイッチング波形は、電力増幅器のうちの１つをオンにし、残りの３つの電力増幅器をオフにする。次いで、波形は、繰り返すことができ、所望の出力電力と負荷とに応じて、ここで示された振幅順序であってもよく、そうでなくてもよい。
[0076]したがって、この例示の波形では、ＭＩＤＢブロックの各々は、サイクル内で常にオンであり、電圧を出力する。その上、波形５００によって例示されたブロックの変調出力電圧は、離散レベルで逓減される（すなわち、波形５００は、離散的に逓減された変調出力電圧Ｖｒｆの一例である）。
[0077]次いで、各ブロックからの変調電圧は、ブロックのうちの残りのものの変調出力電圧とともにコンバイナにアウトフェーズされ得る。ＭＩＤＢブロックからの変調電圧のアウトフェージングは、どの増幅器ブロックがオンにされるべきか、または選択されるべきかを選択的に制御する位相情報φ（または位相角α）に基づいて制御され得る。ある実施形態では、すべてのＭＩＤＢ増幅器ブロックは、常に、オンにされ得る。別の実施形態では、ＭＩＤＢ増幅器ブロックの異なる組合せ（すべて、またはすべて未満）が、負荷のためのＲＦ電力信号を生成する目的で経時的にオンにされ得、これは、１つまたは複数のセンサ８１からフィードバックされる情報の結果として、負荷電力要件が予想通りまたは予想外に変化する場合に特に有利であり得る。
[0078]どのＭＩＤＢブロックがオンまたはオフであるかは、前に説明されたように、コントローラ７１から出力される位相制御情報によって決定され得る。１つの実施形態では、ブロックオフ状態は、コントローラ７１がそのブロック内の電力増幅器をすべてオフにする位相情報を出力することを含むことができる。ＭＩＤＢブロックのうちの選択されたものから出力される電力信号電圧は離散的なステップで変化されるので、増幅器ステージ１２０からの電力信号電圧の全出力は、負荷の電力要件を満たすために離散的なステップで変化され得る。
[0079]ステップ変化が生じた後、電力増幅器（または所与のブロック）の出力電圧は、非常に速く、例えば、数ＲＦサイクル内に整定することができる。この構造は、高度にモジュール化されており、各ブロックは、各ブロックから出力されるべき所定の離散数の電圧レベルを得るために、２つ以上の電力増幅器を含む。このモジュール化構成はまた、他の提案された設計と比較して、より高いピーク電力およびより広い出力電力レンジを実現することができる。
[0080]図６は、Ｍウエイ型コンバイナの形態の電力コンバイナ１３０の一実施形態を示す。コンバイナ１３０は、増幅器ステージ１２０のＭＩＤＢブロックからアウトフェーズされた電圧、例えば、図２のＶＲＦ１、…、ＶＲＦＭのうちの対応するものを組み合わせる無損失コンバイナとすることができる。例証の目的で、コンバイナ１３０は、２つのＭＩＤＢ増幅器ブロック６１０および６２０を含む電力増幅器ステージ１２０から出力される電圧ＶＸおよびＶＹを組み合わせるように示されている。この場合、電源７１は、それぞれ１００Ｖおよび４００Ｖに対応する２つの電源６０１および６０２を含み、それらは、電力増幅器１２０に入力するための変調供給電圧を生成するためにスイッチングされる（スイッチング論理６０３を使用して）。１つの例示の実施態様では、高電圧（例えば、４００Ｖ）は主ＤＣ電源に由来することができ、低電圧（例えば、１００Ｖ）は補助電源に由来することができる。この実施形態において、電源の数は、この非限定的な実施形態ではＭＩＤＢブロックの数に等しい。１つの実施形態では、電源およびＭＩＤＢブロックの数は異なることがある。
[0081]図６の例示の実施形態では、ｒｆ電力コンバイナ１３０は、非対称補償を有するシレイ（Ｃｈｉｒｅｉｘ）型コンバイナを含む。図６において、ｒｆコンバイナは、ｍ：ｎ電圧およびインピーダンス変換を実行する変圧器６５０として示される（ここで、一般に、ｍはｎ以上とすることができ、またはｍはｎ未満とすることができる）。例えば、組み合わせ出力電圧ＶＬを生成するために、結合導体の構造に基づいて、負荷からＰＡブロックの出力への上昇インピーダンス変換が必要とされる場合、ｍ＞ｎである。コンバイナ１３０は、シャントリアクタンス補償構成要素ｊＸＡおよび－ｊＸＢをさらに含み、それらは、ＭＩＤＢのインピーダンス出力を所定の範囲内に調節するために設けられ得る。コンバイナ１３０の出力電流ＩＬは、ＭＩＤＢ電力増幅器ブロック６１０および６２０からそれぞれ出力される電流ＩＸおよびＩＹに基づく。コンバイナの出力電圧ＶＬ（または図１のＶＲＦＴ）は、インピーダンス変換器１４０を介して負荷ＺＬとインタフェース接続し、その１つの実施形態は、ボックス６８０に対応する。
[0082]負荷ＺＬは、固定または可変とすることができる。プラズマ生成用途では、ＺＬは、可変負荷とすることができる。この場合、ＲＦ電力生成器は、負荷の変動する電力要件を満たすために出力電圧のレベルを変化させることができる。これは、少なくとも部分的に、ＭＩＤＢ電力増幅器ブロックを選択的に作動させることによって遂行され得る。
[0083]インピーダンス変換器１４０（図１参照）は、ＲＦ電力生成器のインピーダンスを調節して負荷にマッチングさせる。１つの実施形態では、インピーダンス変換器は、ＲＦ電力生成器の出力インピーダンスを、少なくとも所定の許容差以内にまで、可変ＲＦ負荷ＺＬのインピーダンスに整合する所定のインピーダンス（またはインピーダンスの範囲）に変換する。このようにしてインピーダンスマッチングを実行すると、効率を向上させ、負荷範囲に適応するために電力増幅器ハードウェアの過剰定格を低減させることができる。
[0084]より具体的には、スイッチモードＭＩＤＢブロックは、個々の電力増幅器のどの組合せが選択されるかに基づいて、変動するインピーダンスを有することができる。インピーダンス変換器１４０は、増幅器ステージ１２０の出力インピーダンスをマッピングして負荷のインピーダンスにマッチングさせることができる。１つの実施形態では、インピーダンス変換器１４０は、ＲＦ電力生成器が可変負荷（例えば、プラズマチャンバ）と直接インタフェース接続することを可能し、それによって、負荷を特定の中間インピーダンス値、例えば５０Ωにインピーダンスマッチングさせる外部システムの必要性を緩和することができる。さらに、インピーダンス変換器をＲＦ電力生成器に含めることによって、インピーダンス変換器は、それほど極端でないインピーダンス圧縮を実行することができ、それは、電力増幅器に許容可能に提示され得る狭くなった負荷インピーダンスの範囲をもたらす。
[0085]インピーダンス変換器５８０は、様々な方法で実装され得る。１つの実施形態では、インピーダンスマッチング部は、（ａ）位相スイッチトインピーダンス変調、（ｂ）スイッチトキャパシタ、（ｃ）動的周波数調整、および／または、（ｄ）抵抗圧縮ネットワークのうちの１つまたは複数を使用するマッチング可変ネットワーク（ｔｕｎａｂｌｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）を含むことができる。マッチング可変ネットワーク（ＴＭＮ）５８０（図６を参照）の一実施形態は、以下の特徴のすべてまたは一部を有することができる。
・固定インピーダンス変換比、ここで、負荷インピーダンス範囲は、特定の変圧比ｋによって拡大縮小される。
・固定マッチングネットワーク、ここで、固定値の受動構成要素が、いくつかの負荷変換を行うために使用され、場合によっては、さらに、周波数が所定の（例えば、比較的小さい）範囲内で変化される場合、ある程度の圧縮を行うために使用される。
・離散スイッチング受動構成要素をもつマッチングネットワーク、ここで、いくつかの２値化構成要素が、オプションとして、スイッチを介してシステムに接続されて、ある範囲の離散的なマッチングリアクタンスを提供する。
・動的周波数調整（ＤＦＴ）、ここで、周波数は、所定の（例えば、比較的小さい）範囲内で動的に変更され、受動構成要素（例えば、高Ｑ共振タンク）と組み合わされて、ある範囲の連続的にマッチング可変なリアクタンスを提供する。
・位相スイッチトインピーダンス変調（ＰＳＩＭ）、これは、例えば、固定キャパシタが、ＲＦサイクルごとにシステムに接続される持続時間を制御することによって実行され得る。この技法は、所定の基本周波数で、ある範囲の連続的にマッチング可変なリアクタンスを得ることができる。
・１つまたは複数の抵抗圧縮ネットワーク（ＲＣＮ）、これは、特に、類似した変動パターンをもつ１対の（または多数の）負荷が存在する状況に適し得る。次いで、この技法は、２つの（または多数の）負荷の実インピーダンス変化の範囲を、各々個々にまたは組合せとして一緒に、受動回路網を介して圧縮することができる。
[0086]上述したように、可変負荷の１つの例は、半導体処理用途で使用されるプラズマ生成器である。プラズマ生成器は、広い負荷インピーダンス範囲を有する。ＴＭＮ５８０またはインピーダンス変換器１４０の他の実施態様は、スイッチモード電力増幅器の許容可能な動作を保証するために、変動する負荷インピーダンスにマッチングさせるように調節または再マッピングを実行することができる。
[0087]図７は、図６のインピーダンス変換器６８０または図１のインピーダンス変換器３０を実装するために使用され得るマッチング可変ネットワーク９００の一実施形態を示す。マッチング可変ネットワークは、電力コンバイナの出力と負荷との間で動的に調節可能なインピーダンスマッチングを行うように動作することができる。これは、動的可変電圧変換およびリアクタンス性インピーダンス調節を行うことを含むことができ、離散スイッチング受動ネットワーク７２０の入力部に結合された動的周波数チューナ（ＤＦＴ）７１０を含むことができる。１つの実施形態では、マッチング可変ネットワークは、追加のインピーダンス変換比、例えば、伝送ラインベースの電力コンバイナの巻数比に基づく固定比を提供する電力コンバイナと連携して動作することができる。
[0088]ＭＩＤＢブロックが観測する出力インピーダンスは、例えば、コンバイナの巻数比の２乗（ｍ／ｎ）２によって変倍されたマッチング負荷インピーダンスに対応することができる。電力増幅器構成に応じて、この比は、電力増幅器が所定の範囲で、例えば、効率が最適化されるような最適な負荷インピーダンス範囲の近くで動作するように設定され得る。
[0089]ＤＦＴ７１０は、電力コンバイナ１３０の出力を受信し、連続的に変化する直列リアクタンスを生成することができる。ＤＦＴユニットは、例えば、動作周波数の中心で共振するように調整された高Ｑ直列インダクタ（Ｌ）およびキャパシタ（Ｃ）を用いて実装され得る。したがって、中心動作周波数において（理想的には、正確に中心動作周波数において）、ＤＦＴタンクは、ほぼゼロインピーダンス（理想的にはゼロインピーダンス）を提示する。しかしながら、中心周波数の上および／または下への連続的に制御された周波数変動（および少なくともいくつかの実施形態では、中心周波数の上および／または下への小さく連続的に制御された周波数変動）の場合、ＤＦＴタンクは、対応して、負荷インピーダンスＺＬを所望のインピーダンスＺｉｎにマッチングさせる際にインピーダンス変換ネットワークの一部として機能する、誘導性および／または容量性であり得る直列リアクタンスを提示することができる。離散スイッチング受動ネットワーク７２０は、スイッチ７２４を介してＤＦＴ７１０と負荷ＺＬとの間に並列に結合される複数のキャパシタ７２２を含む。１つの例示の実施態様では、キャパシタ７２２は、シャントリアクタンスを提供するために選択的にスイッチングされる２値化キャパシタとすることができる。キャパシタの異なる組合せをスイッチングすることにより、キャパシタンス値に基づいてシャントリアクタンスを離散的なステップで変化させることが可能になる。この実施形態では、３つのキャパシタが、次第に大きくなる所定のキャパシタンスＣ０、２Ｃ０、および４Ｃ０により示される。別の実施形態では、異なる数のキャパシタおよび／またはキャパシタンスの異なる累進をもつキャパシタが使用され得る。
[0090]スイッチ７２４は、上述のように、適用されるシャントリアクタンスを離散的なステップで変化させるために選択的に開にされ得る。スイッチは、例えば、コントローラ７１からのスイッチング信号に基づいて、異なる組合せで選択的に開および閉にされ得る。動作中、ＤＦＴ７１０からの直列リアクタンスの最上部に加えて適用される選択された離散的なステップに対応する小さい周波数変動は、負荷の変化する条件を満たすために連続的に制御された直列リアクタンスの生成を可能にすることができる。したがって、ＤＦＴ７１０から出力された直列リアクタンスと組み合わされると、マッチング可変ネットワーク６８０は、少なくとも所定の許容差または範囲以内にまで可変負荷のインピーダンスにマッチングさせるインピーダンス変換を実現する。その上、この設計によって、マッチング可変ネットワーク６８０は、電力増幅器の効率が悪影響を受けないとと同時に、全体的なシステム複雑さを低く維持するために、負荷変動をインピーダンス範囲に圧縮することができる。バラクタ、位相スイッチトインピーダンス変調、および他の技法に基づくことを含む他のマッチング可変ネットワーク設計が、同様に使用されてもよいことが認識されよう。
[0091]図８は、スイッチング論理６０３（図６参照）の１つの例に対応することができ、電源７２において離散ドレイン変調を実行するために使用され得る変調器８００の一実施形態を示す。離散ドレイン変調は、ＲＦ電力生成器の達成可能な出力電力レンジを拡大することができる。それは、より低い電力レベルで支配的になり得る電力増幅器の電圧関連損失（例えば、トランジスタ交差関連損失（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｃｒｏｓｓ－ｒｅｌａｔｅｄ ｌｏｓｓ）、ＺＶＳ共振損失など）を低減することもできる。
[0092]図８を参照すると、変調器８００は、第１の入力部８１０を通して第１の供給電圧ＶＨｉｇｈを受信し、第２の入力部８２０を通して第２の供給電圧ＶＬｏｗを受信する２レベル電源変調器として設計される。供給電圧は、異なるタイプの電源または同じタイプの光源に由来することができる。１つの実施形態では、供給電圧は、異なる電力定格の電源から得ることができ、例えば、高電圧ＶＨｉｇｈは、ピークから中間の電力レンジで定格化された主電源から得ることができ、低電圧ＶＬｏｗは、低電力レベルのみで定格化された補助電源から得ることができる。プラズマ生成用途では、第２の供給電圧ＶＬｏｗは、半導体デバイスのキャパシタンス非線形性が、電力増幅器の性能、例えばゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）の損失に悪影響を及ぼす前の最低電圧レベルの値、または最低電圧レベルの直上の値を有することができる。
[0093]両方の供給電圧は、トランジスタ８３０の複数の異なる入力部に結合され、トランジスタ８３０は、例えば、Ｎチャネルトランジスタとすることができる。第１の供給電圧ＶＨｉｇｈは、トランジスタのドレインに入力され得、第２の供給電圧ＶＬｏｗは、ブロッキングダイオード８４０を通してトランジスタのソースに結合される。トランジスタのゲートは、トランジスタのスイッチングを制御するための制御信号を受信するように結合され得、例えば、制御信号は、図１に示されるようなコントローラ７１によって生成されたＣＳであり得る。
[0094]１つの実施形態では、ＶＨｉｇｈおよびＶＬｏｗは連続的に受信されること、およびＶＬｏｗはブロッキングダイオード８４０の順バイアス電圧よりも大きいことが仮定され得る。トランジスタ８３０をオンにするためにゲート信号が入力されると、第１の供給電圧ＶＨｉｇｈは、トランジスタおよびノードＮｏｕｔを通過する（すなわち、この例示の実施形態では、電圧ＶＬｏｗは、ブロッキングダイオード８４０によって阻止され、その結果、ノードＮｏｕｔから出力される電圧はＶＨｉｇｈである）。次いで、組み合わされた電圧は、増幅器ステージ１２０（例えば、図２の）の１つまたは複数の選択されたＭＩＤＢ電力増幅器ブロックに送られる。ゲート信号がトランジスタ８３０によって受信されないとき、ダイオードは導通し、第２の供給電圧ＶＬｏｗが、出力ノードＮｏｕｔにおいて電力増幅器に出力される。ブロッキングダイオード８４０は、トランジスタがオンにされると、入力端子８２０への第１の供給電圧の入力を阻止するように働く。このようにして、変調器８００は、電力増幅器のＭＩＤＢブロックに入力するための２つの離散レベルの電圧（例えば、２つの離散ＤＣ電圧レベルＶＬｏｗまたはＶＨｉｇｈ）を生成する（またはそれらの間で変調する）。
[0095]変調器８００はいくつかの用途にとって有益であり得るが、他の用途では、３つ以上のレベルの供給電圧が有益であり得る。したがって、１つの実施形態では、電源７２の変調器は、３つ以上のレベルの電圧を出力することができる。効率のために、電源７２から出力される離散電圧の数は、所望の電力レンジ、応答速度、および／または効率を達成するために、実施形態の間で異なることがある。
[0096]図９Ａは、例えば、プラズマ生成器または別のタイプの負荷であり得る負荷のためにＲＦ電力を生成するための方法の一実施形態を示す。この方法は、本明細書に記載のＲＦ電力生成器の１つまたは複数の実施形態に基づいて実行され得る。
[0097]図９Ａを参照すると、９０１において、この方法は、最初に、増幅器ステージ１０に出力するための１つまたは複数の変調電源電圧を生成する（または受信する）ことを含む。同じ変調電源電圧が、同じ時間もしくは異なる時間に増幅器ステージ内の増幅器ブロックのすべてに出力されてもよく、または異なる変調電源電圧が、同じ時間もしくは異なる時間に増幅器ブロックに出力されてもよい。変調は、１つまたは複数の電源によって供給される電圧の離散ドレイン変調とすることができる。どの電源が選択されるかと、実行されるべき変調とは、例えばコントローラ７１から出力される１つまたは複数の制御信号に基づくことができる。制御信号は、所定のパターンまたは方式に対応することができ、および／または例えば、１つまたは複数のセンサ８１（例えば、図１参照）からのフィードバックに基づいて適応的に生成し得る。
[0098]９０３においては、アウトフェージングパターンが、例えばコントローラによって決定される。アウトフェージングパターンは、非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ）７５に格納された事前格納済み制御情報７５に対応することができる。事前格納済み制御情報は、例えば、命令の形態、またはファームウェアもしくはソフトウェアの他の形態のものとすることができる。事前格納済み制御情報は、負荷へのＲＦ電力信号を生成するためにＭＩＤＢブロックの動作を制御することができる。アウトフェージングパターン、および／またはコントローラ７１のための制御情報（例えば、命令）内に具現化された他の制御情報は、ＭＩＤＢ増幅器ブロックの各々の中の電力増幅器のために実行されるべき離散変調を決定することができる。
[0099]９０５において、ＭＩＤＢブロックの各々は、コントローラからのアウトフェージングおよび／または他の制御情報に基づいてそれぞれの電力信号を生成するように制御される。ＭＩＤＢブロックのすべてが常にオンである場合、ＭＩＤＢ増幅器ブロックのすべてからアウトフェーズされた電力信号の離散変調は、負荷のためのＲＦ電力信号を生成するために使用される。この場合、増幅器ブロックはスイッチングされず（または選択されず）、各ブロック内の電力増幅器が、例えば、対称または非対称シーケンスに従ってスイッチングされる。ＭＩＤＢ増幅器ブロックが、各ブロック内の電力増幅器とともにスイッチングされることになる場合、ブロックからアウトフェーズされた電力信号の離散変調が、負荷のためのＲＦ電力信号を生成するために使用される。離散変調のためのスイッチングを実行するために、ブロックの１つまたは複数の中の電力増幅器の一部は、アウトフェージングパターンに従って非作動にされなければならない。これは、例えば、ＡＣ接地によって遂行され得る。
[00100]９０７において、電力増幅器ブロックから出力された電力信号が組み合わされて負荷のためのＲＦ電力信号を形成する。電力信号を組み合わせることは、様々な方法で、例えば、重みの有無に関わらず、シレイコンバイナなどを使用して実行され得る。前に説明されたように、増幅器ブロックで実行される離散変調は、負荷の変動する電力要件を満たすために、ＲＦ電力信号に離散的なステップを生成することができる。
[00101]９０９において、ＲＦ電力生成器の出力インピーダンスは、少なくとも所定の許容差以内にまで負荷のインピーダンスにマッチングするように調節される。調節は、マッチング可変ネットワーク、または本明細書に記載の他のタイプのインピーダンス変換器のうちのいずれかによって実行され得る。
[00102]９１１において、時間とともに、負荷の電力要件および／またはインピーダンスが変化することがあり、および／または、ＲＦ電力生成器の変更が必要とされることがある。負荷の変化する電力要件を満たし、負荷インピーダンスの変化にマッチングさせるために、ＲＦ出力電力および／またはインピーダンスに対する均整のとれた変化がなされる。これは、出力ＲＦ電力信号７０の電圧の変化（例えば、離散的なステップ）を達成するために、ＭＩＤＢブロックの異なる組合せ、および／または選択されたＭＩＤＢブロック内の異なる電力増幅器を選択することによって遂行され得る。この選択は、例えば、コントローラ７１からの制御信号に基づいて、電力増幅器（ＰＡ）のうちの対応するもののオン／オフ状態を変えることによって実行され得る。
[00103]図９Ｂは、例えば、本明細書で開示されるＲＦ電力生成器の実施形態のうちの１つまたは複数によって実行され得る、負荷のためのＲＦ電力を生成するための方法の一実施形態を示す。図９Ｂを参照すると、この方法は、第１の増幅器ブロック内の第１の数の電力増幅器を選択すること（９２１）と、少なくとも第２の増幅器ブロック内の第２の数の電力増幅器を選択すること（９２２）と、第１の数の電力増幅器からの電圧を組み合わせて第１の増幅器ブロックの出力電圧を生成すること（９２３）と、第２の数の電力増幅器からの電圧を組み合わせて第２の増幅器ブロックの出力電圧を生成すること（９２４）と、第１および第２の増幅器ブロックの出力電圧をアウトフェージングすること（９２５）と、アウトフェーズされた電圧を組み合わせて負荷のためのＲＦ電力信号を生成すること（９２６）とを含む。他の実施形態と同様に、この方法は、増幅器ブロックのうちの異なるものを選択する動作で補足されてもよい。そうでなければ、増幅器ブロックは、継続的にオンであるように固定されてもよい。
[00104]図９Ｃは、例えば、本明細書で開示されるＲＦ電力生成器の実施形態のうちの１つまたは複数によって実行され得る、負荷のためのＲＦ電力を生成するための方法の一実施形態を示す。図９Ｃを参照すると、この方法は、第１の増幅器ブロックから第１の変調電力信号を生成すること（９３１）と、少なくとも第２の増幅器ブロックから第２の変調電力信号を生成すること（９３２）と、位相角に基づいて第１および第２の変調電力信号をアウトフェーズすること（９３３）と、アウトフェーズされた第１および第２の変調電力信号に基づいて負荷のためのＲＦ電力信号を生成すること（９３４）とを含む。第１の変調電力信号を生成することは、第１の増幅器ブロック内の複数の電力増幅器のうちの１つまたは複数をスイッチングすることを含むことができ、第２の変調電力信号を生成することは、第２の増幅器ブロック内の複数の電力増幅器のうちの１つまたは複数をスイッチングすることを含むことができる。
＜電力制御管理の例＞
[00105]本明細書に記載のＲＦ電力生成器の実施形態の多くの用途のうちの１つは、半導体製造プロセスにおいてプラズマ生成器に電力を供給することである。プラズマ生成器は、他の用途と比較して、非常に広い出力電力変調範囲を必要とすることがある。ＲＦ電力生成器の実施形態は、ＲＦ出力電圧の微細連続調整（ＭＩＤＢブロック間のアウトフェージングを伴う）に加えて、ＭＩＤＢ電力増幅器ブロックの離散ドレイン変調およびオン／オフ制御を使用して、ＲＦ出力電圧に広範な離散的なステップを実装することによってこの範囲を達成することができる。そのような電力制御管理手法の非限定的な実施形態が以下で説明される。
[00106]図１０は、ＲＦ電力生成器の電力管理制御方法の電圧ベクトルグラフの一例を示す。この例は、２つのＭＩＤＢ位相増幅器ブロックを有する図６のＲＦ電力生成器の実施形態に対応する。
[00107]図１０を参照すると、第１のＭＩＤＢブロック５１０から出力されたＲＦ電圧は電圧ＶＸに対応し、第２のＭＩＤＢブロック５２０から出力されたＲＦ電圧は電圧ＶＹに対応する。これらの電圧は、以下の式により与えられ得る。
[00108]これらの式から示されるように、コンバイナ２３０の出力における負荷電圧（ＶＬ）、したがって、ＲＦ電力生成器から出力される電力は、アウトフェージング角とＭＩＤＢブロックの出力電圧量との両方を介して制御される。アウトフェージング角（α）は、ＭＩＤＢブロックから出力される２つのＲＦ電圧間の位相シフトに基づく。
[00109]ＭＩＤＢブロックのうちの選択されたものの出力電圧量（この例では、電圧｜Ｖ｜である）は、ブロックのうちのそれぞれのものの中の電力増幅器のドレイン変調および／またはオン／オフ制御によって得られる。図６の２レベル電源変調およびＭＩＤＢブロック構成では、４つの非ゼロの電圧量の２つのグループが、同じアウトフェージング角（α）で利用可能である。第１のグループは、ベクトル１０１０、１０２０、１０３０、および１０４０に対応し、ベクトルの第２のグループは、ベクトル１０６０、１０９０、１０８０、および１０９０に対応する。
[00110]より具体的には、負荷電圧（ＶＬ）量は、出力電力に直接相関し（例えば、｜ＶＬ｜２に正比例し）、アウトフェージングと離散ドレイン／ＭＩＤＢ変調との複合効果によって変調され得る。位相シフトは１つの実施形態では実装ハードウェアの分解能にのみに依存して連続的に変更され得るので、アウトフェージングは連続制御を提供する。離散電圧変調（例えば、異なる電源レールへのスイッチングまたはＭＩＤＢオン／オフ構成によって達成される）は、非常に広い出力電力レンジ（例えば１０００：１または３０ｄＢ）をカバーすることができ、例えば、ＲＦ電力生成器が異なる電圧ドメインでより高い効率を達成できる場合に、または大きい電力変動を受ける場合に実施され得る。
[00111]ＭＩＤＢブロックの出力における離散電圧ステップは、電源変調とＭＩＤＢ制御の組合せに基づいて達成され得る。例えば、図８の２レベル供給電圧がＶＨｉｇｈ＝ＶおよびＶ＝Ｖ／３に設定され、２ＭＩＤＢ電力増幅器ブロック構成である場合、利用可能な電圧レベルは、以下に示された電力増幅器１２０から出力され得る。ここで、ＰＡは、ＭＩＤＢブロック内の個々の電力増幅器を指す。この電力管理方法を使用して、単一のアウトフェージング電力レンジが得られて（例えば、２乗電圧比に従って拡大縮小することによって）、非常に広い電力レンジをカバーすると同時に高効率を維持することができる。
[00112]図１１は、１つまたは複数の実施形態に従って、性能を決定し、電力管理および制御機能を実行するために使用され得るアドミタンス値のグラフを示す。このグラフは、アウトフェージング中のＭＩＤＢブロック内の電力増幅器への負荷変調効果を評価し、対応する補償成分設計およびアウトフェージング角選択に有益であり得る。例示の目的のため、図１１のグラフは、図６の２ＭＩＤＢのブロック位相増幅器に対応することができるが、３つ以上のＭＩＤＢブロックをもつ実施形態に外挿されてもよい。
[00113]図１１を参照すると、図６のＭＩＤＢブロック６１０の非補償負荷アドミタンスが、上部の半円曲線１１１０によって示され、ＭＩＤＢブロック５２０の非補償負荷アドミタンスが、アウトフェージング中の下部の半円曲線１１２０によって示される（例えば、図６のＹＡおよびＹＢも参照）。ＭＩＤＢブロック６１０の非補償負荷アドミタンス（ＹＡ）およびＭＩＤＢブロック６２０（ＹＢ）の非補償負荷アドミタンスは、以下のように表され得る。
[00114]軸は、マッチング可変ネットワーク６８０およびコンバイナ１３０が負荷を純粋な抵抗性実効インピーダンスＲＬにマッチングさせるという仮定に基づいて、１／ＲＬに正規化される。各ＭＩＤＢブロックは、対応する曲線上に、アウトフェージング角および補償成分選択機構によって決定される負荷アドミタンス点を有する。固定されたＭＩＤＢ出力電圧量の場合、出力電力は、負荷アドミタンスの実部に比例し、例えば、Ｒｅ｛ＹＡまたはＹＢ｝が大きいほど、出力電力が大きくなる。
[00115]電力増幅器（ＰＡ）では、負荷が実軸（図１１の破線）に近いほど、ＰＡはより効率的に動作する。しかしながら、出力電力がアウトフェージング角を変化させることによって変更されると、ＭＩＤＢブロック（したがって、ＰＡ）で観測されるコンダクタンスとサセプタンス負荷の両方が変化し、それが、プロセス中のシステム効率に影響を及ぼすことがグラフから分かる。したがって、場合によっては、アウトフェージングだけでは、効率的な動作では電力変調の範囲が制限されることがある。場合によっては、補償リアクタンスは、アドミタンスができるだけ広い電力変調範囲で実軸の近くにとどまるように、例えば、図１１のボックスＲＢによって囲まれるアドミタンス曲線の部分が実軸に近いような値であるように、曲線をシフトさせるように選択され得る。
[00116]負荷アドミタンス特性は、電圧ステップにわたって電力制御の連続性を保証するために、電圧と無関係であり得る。いくつかの用途では、特定の最小スパンが、アウトフェージング角範囲に存在し得る。１つの実施形態では、すべてのＭＩＤＢブロックの変調電圧レベル

に対して、最大の電圧ステップが予め決定され得る（例えば、２：１）。それゆえに、１つの非限定的な例では、アドミタンス範囲は、少なくとも［０．４／ＲＬから１．６／ＲＬ］（例えば、位相角（α）範囲［２６．５７°，６３．４３°］）となり得、変調範囲のサブセットとすることができる。
[00117]いくつかの実施形態では、所与の出力電力プロファイルについて、ＲＦ電力生成器の効率最適化は、ＭＩＤＢブロック当たりの電力増幅器の最適な数、供給電圧レベル、デバイス面積、補償リアクタンス、および／またはテンプレートマッチング型コンバイナ（例えば、図６の６８０）の目標負荷インピーダンスに関して、可能であり得る。
[00118]動的応答に関して、制御方法は、３つの方法で、すなわち、（１）アウトフェージング角の変更、（２）ＭＩＤＢオン／オフ構成の変更、および、（３）離散電源変調の変更で出力電力の命令されたステップ変化を満たすことができる。アウトフェージング角を変えると、各ＭＩＤＢブロック内の電力増幅器で観測される実効負荷インピーダンスのステップ変化を実行することができる。ＭＩＤＢオン／オフ構成の変更および離散電源変調の変更は、ブロック電力増幅器のうちの１つまたは複数のｄｃブロッキング構成要素の両端のコモンモード電圧のステップ変化を実行することができる。共振タンクをブロック電力増幅器の各々に分散させることによって、ＲＦ電力生成器は、すべての３つのシナリオにおいて、ｄｃブロッキングキャパシタ値を低減または最小化することによって非常に高速の整定時間を達成することができる。これは、さらに、少なくともＲＦ電力生成器の電力増幅器１２０を完全にモジュール化するという追加の利点を有することができ、ＭＩＤＢブロックは、意図した用途の新しい仕様を満たすように容易に再構成され得る。
＜例示のシミュレーション結果＞
[00119]ＲＦ電力生成器のシミュレートされたバージョンの性能を評価するために、例示の回路モデルが、各ＭＩＤＢブロック内のＺＶＳ Ｄ級増幅器および電力増幅器２２０内の無損失アウトフェージングコンバイナを用いて実装された図６の２レベルＭＩＤＢ－２構成の電力生成器についてＬＴＳｐｉｃｅで実施された。電力生成器は、以下のパラメータ、すなわち、１ｍｓの間０．２ｋＷ、１ｍｓの間１ｋＷ、次いで２０μｓの間５ｋＷを有する現実のプラズマ負荷用途に対応する出力電力プロファイルのために構成された。さらに、ＧａＮ ＦＥＴ ＰＧＡ２６Ｅ１９ＢＡスイッチが、ＩＳＭ帯周波数１３．５６ＭＨｚにおいて指定された。マッチング可変ネットワーク５８０は、可変プラズマ負荷を固定の実インピーダンスＲＬにマッチングすると仮定された。下記のシミュレーション結果が得られた。
[00120]効率および電力レンジのシミュレーション結果。効率プロットには、交差損失計算のためのピークｄＶ／ｄｔ損失フィッティングが採用され、アクティブなブロックＰＡのデバイスの公称Ｒｄｓ，ｏｎに５．５×スカラ、およびＰＡがオンにされたときの導電性スイッチに２×スカラが適用された。追加として、５００の品質係数（Ｑ）が、インダクタおよび理想的なコモンモード型コンバイナに対して設定され、供給電圧レベルは、スイッチ損失特性および電力レンジの考慮に基づいて３００Ｖおよび１００Ｖであった。変調器損失（例えば、図７のダイオード７４０にわたる損失）を考慮するために、９９％スカラが、低い供給電圧の場合に適用された。いくつかの重要なシステム設計パラメータが以下の表にリストされる。
[00121]図１２は、ＭＩＤＢ電力増幅器ブロック、アウトフェージング、およびシレイコンバイナを使用した、シミュレートされたＲＦ電力生成器の効率対出力電力バックオフ曲線を示す。主ｄｃ供給電圧レベルは、３００Ｖであり、５ｋＷピーク電力に定格化され、補助供給電圧レベルは、１００Ｖであり、５００Ｗピーク電力未満に定格化された。出力電力は、連続セグメント１２１０、１２２０、１２３０、および１２４０ごとにアウトフェージングで変調され、離散ＲＦ電圧変調（ＭＩＤＢオン／オフ制御および／または電源変調による）が、広い電力レンジで高い効率を維持するために、交差部で使用された。
[00122]その上、図１２において、垂直線は、負荷プロファイルにおける電力レベルに示す。見て分かるように、９０％を超える高い効率が、電力レンジ（２００Ｗ～５ｋＷ）の全体にわたって達成され、出力電力レンジ（５Ｗ～５ｋＷ）において少なくとも３０ｄＢが達成された。数ｋＷピーク電力に定格化されるが、電力生成器は、５Ｗの非常に低い電力において、最も低い設計電力レベルで＞２０％の効率で、電力を確実に送り出すことができる。
[00123]図１３は、アウトフェージングに対する電力増幅器の出力電圧の動的応答を示す。図１３の波形は、非常に高速の動的挙動が達成され、数ＲＦサイクルなしに新しい指令電圧レベルに設定されたことを示す。特に、波形１３１０は、ＶＬｏａｄ電圧に対応し、１：１巻数比シレイコンバイナの出力電圧（例えば、図５のＶＬ）を示す。波形１３２０および１３３０は、ＶＰＡＯ１およびＶＰＡＯ３に対応し、各々が異なるＭＩＤＢブロック内にある２つの電力増幅器のフィルタ処理されていないスイッチングモード電圧を示す。このシミュレーションでは、位相角αは、時間＝３．６９μｓで３０°から６０°に進み、例えば１０ＲＦサイクルの後でのみ、時間＝４．４２μｓで３０°に戻された。
[00124]図１４は、ＭＩＤＢ電力増幅器の出力電圧の動的応答が非常に高速であった一例を示す。図１４において、波形１４１０は、１：１巻数比シレイコンバイナの出力電圧（図６のＶＬ）に対応する。ＶＰＡＯ２の波形１４２０およびＶＰＡＯ１の波形１３３０は、同じＭＩＤＢブロック内の２つのＰＡのうちのそれぞれのもののスイッチングモード電圧を表す。１つのＰＡは、時間＝３．６９μｓにオフにされ（例えば、ＡＣ接地され）、時間＝４．４２μｓにオンに戻される（例えば、スイッチングされる）。
[00125]図１５は、離散電源変調に対する出力電圧の動的ステップ応答の一例を示し、マイクロ秒レベルでの高速整定が達成され得る。例えば、供給電圧のステップ（例えば、電源７２の変調器によって実行される）に対する動的応答が、以下の波形で表される。波形１５１０は、１：１巻数比シレイコンバイナの出力電圧（図１５のＶｖｌｏａｄおよび図６のＶＬに対応する）に対応する。波形１５２０（Ｖ（ｉｎ１）とマークされた）は、選択されたＭＩＤＢブロック内の電力増幅器の供給電圧に対応し、波形１５３０は、その電力増幅器のスイッチングノード電圧に対応する。供給電圧は、時間＝３．６９μｓに３００Ｖから１００Ｖに低下し、時間＝４：４２μｓに３００Ｖに戻った。
[00126]１つまたは複数の実施形態によれば、ＲＦ電力生成器は、独特のシステム構成および電力制御方法を備える。いくつかの実施態様では、ＲＦ電力生成器は、以下の特徴の様々な組合せを有することができる。（１）高速応答（および必要に応じて連続的な）電力生成のための電力信号のアウトフェージング、（２）ＭＩＤＢブロック内のスイッチモード（例えば、オン／オフ制御）電力増幅器を使用する離散電圧変調、および／または（３）様々な用途における負荷の高効率動作電力レンジを拡大するための供給電圧の離散ドレイン変調。ある実施形態では、負荷は、半導体チップ製作プロセス中に使用されるプラズマ生成器であり得る。他の実施形態では、負荷は異なることがあり、異なる（より高いまたはより低い）電力レンジ、例えば、プラズマ生成器の高電力レンジおよび性能要求を有していない電力レンジで動作することができる。
[00127]離散ドレイン変調は、様々な方法で実行され得る。２つのＭＩＤＢブロックを有する電力生成器では、例えば、２つの電源供給源、例えば、主ＤＣ電源（例えば、ピークから中間の電力レベルのための）、および補助ＤＣ電源（例えば、より低い電力レベルのための）が使用され得る。したがって、ＲＦ電力生成器は、低オーバーヘッドの２レベル離散ドレイン変調を使用することができる。そうすることで、電力生成器は、高い効率を維持し、非常に広いバックオフ範囲にわたって高速ＲＦ電力制御を実行することができる。他の実施形態では、電力生成器は、３つ以上のＭＩＤＢ電力増幅器ブロックを有することができる。
[00128]１つの実施形態では、ＲＦ電源は、変動する負荷インピーダンスにマッチングさせるために、および、スイッチモード電力増幅器に許容可能な動作を提供するために、調節（または再マッピング）を実行するインピーダンス変換器を含むことができる。追加として、スイッチモード電力増幅器自体は、インピーダンス変換器が負荷、例えばプラズマ生成器または別の負荷のインピーダンスにマッピングすることができる変動インピーダンスを有することができる。
[00129]プラズマ生成用途に加えて、ＲＦ電力生成器の様々な実施形態は、他の産業用途の要件、例えば、高い周波数（例えば、数十ＭＨｚ）および電力レベル（例えば、ｋＷ単位のピーク電力）、ならびに広い全体的な電力レンジ（例えば、３０ｄＢ）および高いピーク対平均電力比において可変負荷インピーダンスで動作するという要件を満たすことができる。
[00130]本明細書に記載の方法、プロセス、および／または動作は、コンピュータ、プロセッサ、コントローラ、または他の信号処理デバイスによって実行され得るコードまたは命令によって実行され得る。コンピュータ、プロセッサ、コントローラ、または他の信号処理デバイスは、本明細書に記載のもの、または本明細書に記載の要素に加えてのものとすることができる。方法（またはコンピュータ、プロセッサ、コントローラ、もしくは他の信号処理デバイスの動作）の基礎を形成するアルゴリズムが詳細に説明されているので、方法の実施形態の動作を実施するためのコードまたは命令は、コンピュータ、プロセッサ、コントローラ、または他の信号処理デバイスを本明細書の方法を実行するための専用プロセッサに変換することができる。
[00131]さらに、別の実施形態は、上述のコードまたは命令を格納するためのコンピュータ可読媒体、例えば、非一時的コンピュータ可読媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、揮発性または不揮発性のメモリまたは他のストレージデバイスとすることができ、それらは、本明細書の方法の実施形態または装置の実施形態の動作を実行するためのコードまたは命令を実行することができるコンピュータ、プロセッサ、コントローラ、または他の信号処理デバイスに取り外し可能にまたは固定して結合され得る。
[00132]本明細書で開示される実施形態のコントローラ、プロセッサ、生成器（ジェネレータ）、論理、変調器、コンバイナ、変圧器、マッチングネットワーク、ドライバ、ならびに他の信号生成および信号処理機能は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、または両方を含むことができる非一時的論理に実装され得る。少なくとも部分的にハードウェアで実装される場合、コントローラ、プロセッサ、生成器、論理、変調器、コンバイナ、変圧器、マッチングネットワーク、ドライバ、ならびに他の信号生成および信号処理機能は、例えば、限定はしないが、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、論理ゲートの組み合わせ、システムオンチップ、マイクロプロセッサ、または別のタイプの処理もしくは制御回路を含む、様々な集積回路のうちの任意のものとすることができる。
[00133]少なくとも部分的にソフトウェアで実装される場合、コントローラ、プロセッサ、生成器、論理、変調器、コンバイナ、変圧器、マッチングネットワーク、ドライバ、ならびに他の信号生成および信号処理機能は、例えば、例えばコンピュータ、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、または他の信号処理デバイスによって実行され得るコードまたは命令を格納するためのメモリまたは他のストレージデバイスを含むことができる。コンピュータ、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、または他の信号処理デバイスは、本明細書に記載のものまたは本明細書に記載の要素に加えてのものとすることができる。方法（またはコンピュータ、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、もしくは他の信号処理デバイスの動作）の基礎を形成するアルゴリズムが詳細に説明されているので、方法の実施形態の動作を実施するためのコードまたは命令は、コンピュータ、プロセッサ、コントローラ、または他の信号処理デバイスを本明細書の方法を実行するための専用プロセッサに変換することができる。
[00134]保護されるように求められる概念、システム、デバイス、構造、および技法の様々な実施形態が、関連図面を参照して本明細書に記載される。代替実施形態は、本明細書に記載の概念、システム、デバイス、構造、および技法の範囲から逸脱することなく考案され得る。以下の説明および図面において要素間の様々な接続および位置関係（例えば、上に、下に、隣接するなど）が記載されることに留意されたい。これらの接続および／または位置関係は、特に指定がない限り、直接的または間接的であり得、記載の概念、システム、デバイス、構造、および技法は、この点に関して限定されるように意図されない。その結果、エンティティの結合は、直接的または間接的な結合のいずれかを指すことができ、エンティティ間の位置関係は、直接的または間接的な位置関係とすることができる。
[00135]間接的な位置関係の一例として、本説明における層「Ｂ」の上に層「Ａ」を形成することへの言及は、層「Ａ」および層「Ｂ」の関連する特性および機能が中間層によって実質的に変更されない限り、１つまたは複数の中間層（例えば、層「Ｃ」）が層「Ａ」と層「Ｂ」との間に存在する状況を含む。以下の定義および略語が、特許請求の範囲および本明細書の解釈のために使用され得る。本明細書において、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、または「含有している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語、あるいはそれらの他の変形は、非排他的な包含をカバーするように意図される。例えば、要素のリストからなる組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるのではなく、明確にリストされていないか、またはそのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素を含むことができる。
[00136]追加として、「例示的な」という用語は、本明細書では「例、事例、または例証として役立つこと」を意味するように使用される。「例示的な」として本明細書に記載されるいかなる実施形態または設計も、必ずしも他の実施形態または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきでない。「１つまたは複数の」および「１つまたは複数の」という用語は、１以上の任意の整数、すなわち、１、２、３、４などを含むように理解される。「複数の」という用語は、２以上の任意の整数、すなわち、２、３、４、５などを含むと理解される。「接続」という用語は、間接的な「接続」と、直接的な「接続」とを含むことができる。
[00137]本明細書において「１つの実施形態」、「一実施形態」、「例示の実施形態」などへの言及は、記載の実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含むことができるが、すべての実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含むことができることを示す。その上、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指していない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が一実施形態に関連して記載されている場合、明示的に記載されているか否かにかかわず、他の実施形態に関連付けてそのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことが当業者の知識内にあることが提示される。
[00138]以下の説明のために、「上部」、「下部」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「最上部」、「最低部」という用語、およびそれらの派生語は、図面における向きとして、記載された構造および方法に関連するものとする。「上に重なる（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」、「の上に（ａｔｏｐ）」、「上に（ｏｎ ｔｏｐ）」、「上に位置づけられる（ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ ｏｎ）」、または「の上に位置づけられる（ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ ａｔｏｐ）」という用語は、第１の構造などの第１の要素が第２の構造などの第２の要素上に存在し、界面構造などの介在要素が第１の要素と第２の要素との間に存在してもよいことを意味する。「直接接触」という用語は、第１の構造などの第１の要素と第２の構造などの第２の要素とが、中間要素なしに接続されることを意味する。
[00139]クレーム要素を修飾するためにクレームにおいて「第１の」、「第２の」、「第３の」などのような順序の用語を使用することは、それ自体、あるクレーム要素の別のクレーム要素に対する優先、先行、もしくは順序、または方法の動作が実行される時間的順序を意味するのではなくて、クレーム要素を区別するために、ある名前を有するあるクレーム要素を同じ名前を有する別の要素と区別する（順序の用語の使用を除き）ために単にラベルとして使用される。
[00140]「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、いくつかの実施形態では目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±５％以内、その上、いくつかの実施形態では目標値の±２％以内を意味するように使用され得る。「ほぼ」および「約」という用語は、目標値を含むことができる。「実質的に等しい」という用語は、いくつかの実施形態では互いの±２０％以内、いくつかの実施形態では互いの±１０％以内、いくつかの実施形態では互いの±５％以内、その上、いくつかの実施形態では互いの±２％以内の値を指すために使用され得る。
[00141]「実質的に」という用語は、いくつかの実施形態では比較尺度の±２０％以内、いくつかの実施形態では比較尺度の±１０％以内、いくつかの実施形態では比較尺度の±５％以内、その上、いくつかの実施形態では比較尺度の±２％以内の値を指すために使用され得る。例えば、第２の方向に対して「実質的に」垂直である第１の方向は、いくつかの実施形態では第２の方向となしている９０°の角度の±２０％以内、いくつかの実施形態では第２の方向となしている９０°の角度の±１０％以内、いくつかの実施形態では第２の方向となしている９０°の角度の±５％以内、その上、いくつかの実施形態では第２の方向となしている９０°の角度の±２％以内の第１の方向を指すことができる。
[00142]本開示の主題は、その適用において、以下の説明に記載されるかまたは図面に示される構造の詳細および構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。開示される主題は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践および実行され得る。
[00143]さらに、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定とみなされるべきでないことを理解されたい。そのため、当業者は、本開示の基礎となる概念が、本開示の主題のいくつかの目的を実行するために他の構造、方法、およびシステムを設計するための基礎として容易に利用され得ることを認識されよう。それゆえに、特許請求の範囲は、本開示の主題の趣旨および範囲から逸脱しない限り、そのような等価な構造を含むとみなされるべきである。
[00144]本開示の主題が、前述の例示的な実施形態において説明および図示されたが、本開示は単に例として行われていること、および本開示の主題の実施態様の詳細における非常に多くの変更が本開示の主題の趣旨および範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。

Claims (20)

  1. 各々が複数の増幅器を含む複数の増幅器ブロックと、
    前記複数の増幅器ブロックから出力された変調信号を組み合わせて負荷の高周波（ＲＦ）電力信号を生成するためのコンバイナとを備え、
    前記複数の増幅器ブロックが、少なくとも１つの位相角に基づいて前記変調電力信号をアウトフェーズするように構成され、前記複数の増幅器ブロックの各々が、離散変調を実行して前記変調電力信号のそれぞれの信号を生成するように構成され、前記離散変調は、前記複数の増幅器の異なる組合せを選択して離散的なステップで前記ＲＦ電力信号を変化させることを含む、電力生成器。
  2. 前記複数の増幅器の各々が、固定電圧を生成するように構成される、請求項１に記載の電力生成器。
  3. 前記複数の増幅器の各々が、スイッチモードで動作するように構成される、請求項１に記載の電力生成器。
  4. 前記複数の増幅器の前記異なる組合せが、前記ＲＦ電力信号の離散的なステップ変化の所定のシーケンスを実施するように構成される、請求項１に記載の電力生成器。
  5. 前記複数の増幅器の各々が、少なくとも１つの変調電源電圧に基づいて前記変調電力信号のうちの対応するものを生成するように構成される、請求項１に記載の電力生成器。
  6. 前記電源電圧を離散ドレイン変調を介して変調するように構成された離散ドレイン変調器をさらに備える、請求項５に記載の電力生成器。
  7. 前記コンバイナの出力インピーダンスを変化させて前記負荷のインピーダンスにマッチングさせるように構成されたインピーダンス変換器をさらに備える、請求項１に記載の電力生成器。
  8. 前記インピーダンス変換器が、マッチング可変ネットワークを含み、
    前記マッチング可変ネットワークが、前記コンバイナの前記出力インピーダンスを離散的なステップで変化させて前記負荷の前記インピーダンスの変化にマッチングさせるように構成される、請求項７に記載の電力生成器。
  9. マッチング可変ネットワークが、前記コンバイナの前記出力インピーダンスを離散的なステップで変化させて前記負荷の前記インピーダンスの変化にマッチングさせるために１つまたは複数のシャントリアクタンスを変化させるように構成される、請求項８に記載の電力生成器。
  10. 前記コンバイナの前記出力インピーダンスは、前記複数の電力増幅器の異なる組合せが前記複数の増幅器ブロックの各々のものに対して選択されるときに変化し、
    前記インピーダンス変換器が、前記コンバイナの当該変化する出力インピーダンスを、前記負荷の前記インピーダンスにマッチングさせるように変換する、請求項７に記載の電力生成器。
  11. 前記複数の増幅器ブロックの各々が、コモンモードで動作するように構成される、請求項１に記載の電力生成器。
  12. 前記複数の増幅器ブロックのうちの少なくとも１つが、信号を受信するように構成され、前記信号が、前記複数の増幅器ブロックのうちの前記少なくとも１つのオン状態またはオフ状態を制御して前記ＲＦ電力信号を離散的なステップで変化させる、請求項１に記載の電力生成器。
  13. 前記複数の増幅器の異なる組合せを選択することによって引き起こされる前記ＲＦ電力信号の前記離散的なステップ変化が、前記複数の増幅器ブロックのうちの前記少なくとも１つの前記オン状態または前記オフ状態を制御することによって引き起こされる前記ＲＦ電力信号の前記離散的なステップ変化とは異なる、請求項１２に記載の電力生成器。
  14. 前記負荷がプラズマ生成器を含む、請求項１に記載の電力生成器。
  15. 電力を管理するための方法であって、
    第１の増幅器ブロックから第１の変調電力信号を生成するステップと、
    少なくとも第２の増幅器ブロックから第２の変調電力信号を生成するステップと、
    位相角に基づいて前記第１および第２の変調電力信号をアウトフェーズするステップと、
    前記アウトフェーズされた第１および第２の変調電力信号に基づいて負荷のためのＲＦ電力信号を生成するステップとを備え、
    前記第１の変調電力信号を生成するステップが、前記第１の増幅器ブロック内の複数の電力増幅器の異なる組合せをスイッチングするステップを含み、前記第２の変調電力信号を生成するステップが、前記第２の増幅器ブロック内の複数の電力増幅器の異なる組合せをスイッチングするステップを含む、方法。
  16. 前記異なる組合せが、前記第１の増幅器ブロック内の異なる数のスイッチング増幅器と、前記第２の増幅器ブロック内の異なる数のスイッチング増幅器とを含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記複数の増幅器の前記異なる組合せが、前記ＲＦ電力信号の離散的なステップ変化の所定のシーケンスを実施するように構成される、請求項１６に記載の方法。
  18. 少なくとも第１の供給電圧を前記第１の増幅器ブロックに入力するステップと、
    少なくとも第２の供給電圧を前記第２の増幅器ブロックに入力するステップと
    をさらに備え、
    前記第１および第２の供給電圧が、離散ドレイン変調電圧である、請求項１５に記載の方法。
  19. コンバイナの出力インピーダンスを変化させて前記負荷のインピーダンスにマッチングさせるステップをさらに備え、
    前記コンバイナが、前記アウトフェーズされた第１および第２の変調電力信号に基づいて前記ＲＦ電力信号を生成する、請求項１５に記載の方法。
  20. コンバイナの前記出力インピーダンスを変化させてインピーダンス負荷にマッチングさせるステップをさらに備え、
    前記コンバイナが、前記アウトフェーズされた第１および第２の変調電力信号に基づいて前記ＲＦ電力信号を生成し、前記第１の増幅器ブロック内のスイッチング電力増幅器の数の変化に基づいて変化するインピーダンスを有する、請求項１５に記載の方法。
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