JP5726183B2 - 無線周波数電力を制御する方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、概して、プラズマ処理装置のための制御システムに関する。特に、本発明は、無線周波数（ＲＦ）電力送達システムを制御するための方法およびシステムに関する。

ＲＦ電力送達システムは、典型的には、約４００ｋＨｚおよび約２００ＭＨｚの間の周波数で、動的な負荷へ電力を提供する。科学的、産業的および医療的用途に用いられる周波数は、およそ２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、および２７ＭＨｚである。用途に基づき、ＲＦ電力は、パルスおよび／または連続波モードで負荷へ送達される。半導体フィーチャーの寸法が小さくなり続けていることから、送達されたＲＦ電力の制御が、半導体製造において急速に重要になってきている。ＲＦ電力パラメータをより精密に制御することができれば、半導体製造業者はより小さい半導体フィーチャーを実現できる。しかしながら、これは、ＲＦ電力が動的な負荷に送達される場合において特に困難である。

動的な負荷に送達されるパルスＲＦ電力の制御のために種々のアプローチが存在する。あるアプローチは、パルス毎の送達されたＲＦ電力の振幅および波形を制御するために、公知の動作パラメータの参照テーブルを使用することである。別のアプローチは、公称の動作点の前後の最適な定数パラメータの推定値を使用することである。第３のアプローチは、パルス毎の送達されたＲＦ電力の振幅および波形を調整するために、高帯域幅および／または高速成分（例えば、電力感知回路、デジタル信号プロセッサ、および／またはプレレギュレータ）を使用することである。

しかしながら、これらの公知の各アプローチには、問題がある。第１および第２のアプローチでは、処理条件が変化するおよび／または参照テーブルまたは公称の動作点における値から離れる場合に、パフォーマンスが低下する可能性がある。第３のアプローチでは、高速成分によって、制御システムに多額のコストがかかる。さらに、制御システムは、高い利得および高帯域幅システムに関連付けられた電気的雑音のために、パフォーマンスの低下が生じやすい。

パルスモードから連続波モードへＲＦ電力送達システムを切り替えるための種々のアプローチが存在する。ある公知のアプローチでは、ＲＦ電力増幅器への入力電圧が固定されており、ＲＦ電力増幅器をオンおよびオフに切り替えることによりパルスが生成される場合に、オープンループシステムを使用する。しかしながら、オープンループシステムは、負荷における動作条件の変化に基づいて送達された電力を修正することができない。さらに、オープンループシステムは、プラズマ処理の用途で低周波数パルスを使用する場合に生じる多数のプラズマ振動を補償することができない。パルスおよび連続波電力の間を切り替えるための別の公知のアプローチは、電力送達モードの間の処理を一時的に停止することである。しかしながら、処理の一時的停止は、システム起動後の不規則な処理を生じさせる。さらに、処理の一時的停止は、電力が一定でないため、不安定なプラズマを生じさせる。最後に、処理の一時的停止によって、処理およびサイクル時間が長くなる。

本発明は、概して、動的な負荷に提供されるパルスＲＦ電力を制御するためのシステムおよび方法を特徴とする。ある利点は、本発明により、閉ループシステムが、動的な負荷に送達されたパルスＲＦ電力（例えば、高周波数および／または低周波数パルス電力）をより精密および正確に制御することを可能にする。別の利点は、本発明により、送達されたＲＦ電力のパルス毎の制御を可能にすることである。低周波数システムにおいて、本発明は、パルス波形（例えば、パルスの「平坦性」および／または振幅）のパルス毎の制御を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、パルス毎の制御は、公知のシステムおよび方法で用いられるものよりもより低コストの成分を用いて実現される。例えば、より低帯域幅および／またはより低速の成分を使用できる。さらに別の利点は、本発明は、プロセス条件が変化するおよび／または参照テーブルまたは公称の動作点内の値から離れる場合に、例えば、電力パラメータの精度を低下させずに、動的な負荷に送達された電力のパルス毎の制御を可能にするということである。別の利点は、本発明は、繰り返し可能な高精度電力制御を可能にするということである。

本発明は、一側面では、パルス電力を制御するための方法を特徴とする。方法は、データを取得するように、電力増幅器からの電力の第１のパルスを測定するステップを含む。方法は、送達された電力の第２のパルスを調整するように、第１の信号を生成するステップをさらに含み、第１の信号は、電力設定点と第２のパルスの実質的に安定した部分との間の電力差を最小限にするようにデータに相関する。方法は、送達された電力の第２のパルスを調整するように、第２の信号を生成するステップをさらに含み、第２の信号は、第２のパルスのピークと第２のパルスの実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように、データに相関する。

いくつかの実施形態では、方法は、電圧源への入力として第２の信号を提供するステップを含み、電圧源は、電圧・電力変換器へ電圧を提供する。いくつかの実施形態では、方法は、設定点を受信する電圧源と、電力を出力する電圧・電力変換器との間で測定される時間遅延に、第２の信号を相関させるステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、第１のパルスのピークと第１のパルスの実質的に安定した部分との間のパルス波形誤差を計算するステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、第２の信号をパルス波形誤差に相関させるステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、方法は、電力設定点と第１のパルスの実質的に安定した部分との間の電力オフセットを計算するステップを含む。方法は、第１の信号を電力オフセットに相関させるステップをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、方法は、電圧源への入力として第１の信号を提供するステップを含み、電圧源は、電圧・電力変換器へ電圧を提供する。方法は、第１の信号を電圧源の負荷サイクル入力に相関させるステップをさらに含むことができる。

本発明は、別の側面では、電力送達の方法を特徴とする。方法は、連続波モードで、電力増幅器から負荷へ電力を送達するステップを含む。方法は、さらに、送達された電力を制御するように、フィードバックループ内の信号を生成するステップを含み、信号は、電力制御アルゴリズムに相関する。方法は、連続波モードからパルスモードへ送達された電力を移行するように、制御アルゴリズムにおいて単一変数を調整するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、方法は、単一変数に対応する入力に基づき、フィードバックループ内のスイッチを起動するステップを含み、スイッチは、電力増幅器と電気的に連通している。いくつかの実施形態では、方法は、実質的に安定した電力測定を提供するように、データをフィルタにかけるステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、電圧源への入力として信号を提供するステップを含み、電圧源は、電圧・電力変換器へ電圧を提供する。方法は、電圧源の負荷サイクル入力へ、信号を相関させるステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、方法は、電力設定点と送達された電力との間の電力オフセットを計算するステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、データを取得するように、送達された電力を測定するステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、送達されたパルス電力の波形を調整するように、第２の信号を生成するステップを含み、第２の信号は、パルスのピークとパルスの実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように、データに相関する。いくつかの実施形態では、方法は、設定点を受信する電圧源と、電力を出力する電圧・電力変換器との間で測定される時間遅延に、第２の信号を相関させるステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、電力設定点とパルスの実質的に安定した部分との間の電力差を最小限にするように、信号をデータに相関させるステップを含む。

本発明は、別の側面では、電力送達の方法を特徴とする。方法は、連続波モードで電力増幅器から負荷へ電力を送達するステップを含む。方法は、負荷へ送達された電力を測定するステップをさらに含む。方法は、送達された電力の振幅を制御するように、フィードバックループを使用して送達された電力を示す信号を生成するステップをさらに含み、信号は、電力制御アルゴリズムに対応する。方法は、同じフィードバックループを介して、負荷へパルス電力を送達するように、電力制御アルゴリズムにおいて単一変数を調整するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、方法は、単一変数に相関される入力に基づいてフィードバックループ内のスイッチを起動するステップを含み、スイッチは、電力増幅器と電気的に連通している。いくつかの実施形態では、方法は、単一変数に対応する入力に基づいてフィードバックループ内のスイッチを起動するステップを含み、スイッチは、電力増幅器と電気的に連通している。いくつかの実施形態では、方法は、実質的に安定した電力測定を提供するように、データをフィルタにかけるステップを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、電圧源への入力として信号を提供するステップを含み、電圧源は、電圧を電圧・電力変換器に提供する。いくつかの実施形態では、方法は、信号を電圧源の負荷サイクル入力に相関させるステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、電力設定点と送達された電力との間の電力オフセットを計算するステップを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、データを取得するように、送達された電力を測定するステップを含む。方法は、送達されたパルス電力の波形を調整するように、第２の信号を生成するステップを含むことができ、第２の信号は、パルスのピークとパルスの実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように、データに相関する。方法は、設定点を受信する電圧源と、電力を出力する電圧・電力変換器との間で測定される時間遅延に、第２の信号を相関させるステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、方法は、電力設定点とパルスの実質的に安定した部分との間の電力差を最小限にするように、データに信号を相関させるステップを含む。

本発明は、別の側面では、パルスまたは連続波ＲＦ電力を負荷へ送達するためのシステムを特徴とする。システムは、電圧源の出力に結合される電圧・電力変換器を含み、電圧・電力変換器は、パルスＲＦ電力または連続波ＲＦ電力を生成するように適合される。システムは、電圧・電力変換器の出力に結合されるＲＦ電力増幅器をさらに含み、ＲＦ電力増幅器は負荷へＲＦ電力を送達するように適合される。システムは、ＲＦ電力増幅器の出力および電圧源の第１の入力に結合される、パルス波形制御ループをさらに含み、パルス波形制御ループは、パルス電力のピークとパルス電力の実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように適合され、パルス波形制御ループは、パルスＲＦ電力が第１のモードである時に動作するように適合される。システムは、ＲＦ電力増幅器の出力および電圧源の第２の入力に結合される、電力設定点制御ループをさらに含み、電力設定点制御ループは、ＲＦ電力設定点と負荷に送達されたＲＦ電力との間の電力差を最小限にするように適合される。

いくつかの実施形態では、電力設定点制御ループは、電圧源の出力に結合される。いくつかの実施形態では、電力設定点制御ループは、電圧オフセット回路を備え、電圧オフセット回路は、電圧源からの電圧出力と電力設定点制御ループからの電圧設定点との間の電圧オフセットを測定するように構成される。

いくつかの実施形態では、電力設定点制御ループは、ＲＦ電力増幅器の出力と電気的に連通しているスイッチを備える。スイッチは、パルスＲＦ電力のパルス周波数に相関するスイッチング周波数を有することができる。いくつかの実施形態では、システムは、電圧・電力変換器の出力および負荷の入力に結合される整合回路を備える。いくつかの実施形態では、電力設定点制御ループは、電圧源の第２の入力およびパルス設定点制御ループに結合される出力調整モジュールを含み、出力調整モジュールは、電圧源に負荷サイクル入力を提供する。電圧源は、バックレギュレータにすることができる。いくつかの実施形態では、電力設定点制御ループは、デジタル・アナログ変換器を備える。

本発明は、別の側面では、パルスまたは連続波ＲＦ電力を負荷へ送達するためのシステムを特徴とする。システムは、電圧源の出力に結合される電圧・電力変換器を含み、電圧・電力変換器はパルスＲＦ電力または連続波ＲＦ電力を生成するように適合される。システムは、電圧・電力変換器の出力に結合されるＲＦ電力増幅器を含み、ＲＦ電力増幅器は負荷へＲＦ電力を送達するように適合される。システムは、ＲＦ電力増幅器の出力および電流設定点出力に結合される第１の制御回路をさらに含む。システムは、電圧源の入力および電圧源の出力に結合される第２の制御回路をさらに含み、第２の制御回路は電流設定点出力と電気的に連通している。第１および第２の制御回路は、組み合わせられて、ＲＦ電力設定点と負荷に送達されたＲＦ電力との間の電力差を最小限にするように適合される。

いくつかの実施形態では、システムは、電圧源の出力および第２の制御回路の電圧設定点出力に結合される、第３の制御回路を備える。いくつかの実施形態では、システムは、第１の制御回路は、ＲＦ電力増幅器の出力と電気的に連通しているスイッチを含む。いくつかの実施形態では、システムは、スイッチおよびＲＦ電力増幅器の出力と電気的に連通している、少なくとも１つのフィルタを備える。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのフィルタは、実質的に安定した電力測定を提供するように適合される。

いくつかの実施形態では、システムは、第２の制御回路に結合される、少なくとも１つのフィードフォワード入力を備える。少なくとも１つのフィードフォワード入力は、電圧設定点入力を含むことができる。少なくとも１つのフィードフォワード入力は、電圧設定点入力を備えることができる。いくつかの実施形態では、第２の回路は、調整モジュールを備え、調整モジュールは、負荷サイクル入力を電圧源へ提供する。いくつかの実施形態では、システムは、ＲＦ電力増幅器の出力および電圧源の第２の入力に結合されるパルス波形制御ループをさらに備え、パルス波形制御ループは、パルス電力のピークとパルス電力の実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように適合され、パルス波形制御ループは、パルスＲＦ電力が第１のモードである時に動作するように適合される。

本発明は、別の側面では、電力送達システムを同期する方法を特徴とする。方法は、マスター電力送達システムからマスターパルス電力を生成するステップを含む。方法は、同期パルス信号を生成するステップをさらに含み、同期パルス信号は、マスターパルス電力のパルス周波数に相関する第１の周波数を有する。方法は、スレーブ電力送達システムからスレーブパルス電力を生成するステップをさらに含む。方法は、スレーブパルス電力を同期パルス信号と同期するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、同期ステップは、同期パルス信号の第１の周波数に基づいて、スレーブパルス電力の第２の周波数を計算するステップを含む。いくつかの実施形態では、計算ステップは、同期信号の立ち下がりエッジおよび立ち上がりエッジの間の期間を測定するステップを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、同期パルス信号の立ち下がりエッジに基づいてスレーブパルス電力の第２の周波数を計算するステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、同期パルス信号の立ち上がりエッジに基づいてスレーブパルス電力の第２の周波数を計算するステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、マスターパルス電力に対してスレーブパルス電力の位相を遅らせるステップを含む。

いくつかの実施形態では、方法は、マスター電力送達システムから同期パルス信号を受信するステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、外部信号生成器から同期パルス信号を受信するステップを含む。

本発明は、別の側面では、同期電力送達システムのシステムを特徴とする。システムは、マスターパルス電力を生成するように適合されるマスター電力送達システムを含む。システムは、マスター電力送達システムと電気的に連通する外部信号生成器をさらに含む。システムは、外部信号生成器と電気的に連通するスレーブ電力送達システムをさらに含み、スレーブ電力送達システムは、外部信号生成器によって生成される同期信号に相関する周波数を有するスレーブパルス電力を生成する。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点、さらに本発明は、添付の図面（必ずしも正確に縮小されているわけではない）とともに読まれる際に、以下の例示的な記載によってより完全に理解される。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＦ電力送達システムの概略図である。 図２は、本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＦ電力送達システムの概略図である。 図３は、本発明の例示的な実施形態に従う、パルス毎に変化するＲＦ電力信号の図である。 図４は、本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＦ電力送達システムの概略図である。 図５Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、マスター／スレーブＲＦ電力送達システムの概略図である。 図５Ｂは、本発明の例示的な実施形態に従う、図５ＡのマスターＲＦ電力送達システムへの図５ＡのスレーブＲＦ電力送達システムの同期の図である。 図６Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う外部トリガを有するマスター／スレーブＲＦ電力送達システムの概略図である。 図６Ｂは、本発明の例示的な実施形態に従う、図６ＡのマスターＲＦ電力送達システムへの図６ＡのスレーブＲＦ電力送達システムの同期の図である。 図６Ｃは、本発明の別の例示的な実施形態に従う、図６ＡのマスターＲＦ電力送達システムへの図６ＡのスレーブＲＦ電力送達システムの同期の図である。 図７は、本発明の例示的な実施形態に従う、マスター／スレーブＲＦ電力送達システム内の同期パルスの図である。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＦ電力送達システム１００の概略図である。システム１００は、電圧・電力変換器１０８に電気的に結合される電圧源１０４を含む。電圧源１０４は、電圧・電力変換器１０８へＤＣ電圧信号１０６を提供する。いくつかの実施形態では、電圧源１０４は、バックレギュレータである。バックレギュレータは、未調整の入力電圧を受信し、より低い、調整された出力電圧を生じさせる。

電圧・電力変換器１０８は、電圧源１０４からのＤＣ電圧信号１０６に基づいて、ＤＣ電力信号１１０（例えば、パルス信号または連続波信号）を生成する。電圧・電力変換器１０８は、電圧・電力変換器１０８へ提供される同期信号１８８のプロパティに基づいて、パルスまたは連続波信号を出力する。同期信号１８８がパルス信号である場合（示されるように）、電圧・電力変換器１０８によって出力されるＤＣ電力信号１１０は、同期信号１８８のパルスと同じ周波数および期間を有するＤＣ電力のパルスである。しかしながら、同期信号１８８が連続波信号（図示せず）である場合、電圧・電力変換器１０８によって出力されるＤＣ電力信号１１０は、連続波ＤＣ電力信号である。

電圧・電力変換器１０８は、電力増幅器１１２（例えば、ＲＦ電力増幅器）に電気的に結合される。電圧・電力変換器１０８は、電力増幅器１１２へＤＣ電力信号１１０を提供する。電力増幅器１１２は、電圧・電力変換器１０８から受信したＤＣ電力信号１１０に基づいてＲＦ電力信号１１４を出力する。電力増幅器１１２は、ＤＣ電力信号のプロパティと同じプロパティ（例えば、パルスまたは連続波）、または異なるプロパティを有するＲＦ電力信号を出力できる。いくつかの実施形態では、電力増幅器１１２は、負荷１２４で望ましい演算子によって選択される（またはプロセスコントローラによって指定される）プロパティを有するＲＦ電力信号１１４を出力する。

電力増幅器１１２の動作無線周波数は、手動で（開ループ）または自動で（閉ループ）特定の周波数に調整できる。いずれの場合でも、演算子は、制御システム１９２または電力増幅器１１２へ、最小および最大の可能な周波数限界値（例えば、中心周波数１３．５６ＭＨｚの±５％）を提供する。いくつかの実施形態では、最小および最大の周波数限界値は、例えば、電力増幅器１１２から負荷１２４への電力伝達を最大限にするために、負荷の特性に基づく。別の実施形態では、システムがパルス動作モードで動作する場合、演算子は、制御システム１９２へのパルス周波数および負荷サイクルを指定する。パルス周波数および負荷サイクルの所望の値は、さらに、負荷の特性に基づく。いくつかの実施形態では、電力増幅器１１２は、約４００ｋＨｚおよび約２００ＭＨｚの間の周波数で、ＲＦ電力信号１１４を出力する。科学、産業および医療的用途に使用される典型的なＲＦ周波数は、およそ２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、および２７ＭＨｚである。

電力増幅器１１２によって出力されたＲＦ電力増幅器信号１１４は、連続波信号からパルス信号へ同期信号１８８を移行することにより、連続波モードからパルスモードへ移行できる。電力制御アルゴリズム（以下に記載される式５）内の単一変数（つまり、同期信号１８８）を調整することによって、例えば、連続波信号からパルス信号へ移行することにより、電力制御アルゴリズムは、送達された電力を、連続波モードからパルスモードへ移行させる。同様に、パルスモード（図示される）から連続波信号へ同期信号１８８を移行させることにより、電力増幅器１１２によって出力されたＲＦ電力信号１１４を、パルスモードから連続波モードへ移行できる。

電力増幅器１１２は、オプションの整合回路１２０へＲＦ電力信号１１４を出力する。一実施形態では、以下の公称の動作レベル、３００ボルト（ＲＭＳ）、１２アンプ（ＲＭＳ）および３．５ｋＷを有する電力増幅器が使用される。整合回路１２０は、電力増幅器１１２および負荷１２４の間のインピーダンスと一致するように、本発明のいくつかの実施形態で使用される。負荷１２４から電力増幅器内へ再反射されるＲＦ電力を最小限にするために、電力増幅器１１２および負荷１２４の間のインピーダンスを一致させることが望ましい。整合回路１２０は、電力増幅器１１２から受信されたＲＦ電力信号に応答して、修正されたＲＦ電力信号１１４を出力する。いくつかの実施形態では、整合回路１２０において消失した電力の推定値（または測定値）が、システムの較正、さらに、負荷１２４が所望の電力を受信することを保証するための電力増幅器１１２の出力の修正のために使用される。

修正されたＲＦ電力信号１１４’は、負荷１２４（例えば、半導体ウエハの処理に使用されるプラズマ処理チャンバ）に提供される。いくつかの実施形態では、動作時に、負荷１２４のプロパティ（例えば、インピーダンス）が変動する。負荷１２４のプロパティは、例えば、プラズマチャンバ（例えば、気体流速、気体組成、およびチャンバ圧）内のプロセス条件および負荷（例えば、ピークＲＦ電力、ＲＦパルス周波数、ＲＦパルス幅／負荷サイクル）に送達されたＲＦ電力に関連付けられたプロパティの変化に基づいて変動してもよい。

ＲＦ電力送達システム１００は、さらに、制御システム１９２を含む。電力増幅器１１２は、制御システム１９２の成分と電気的に連通する。制御システム１９２は、ＲＦ電力送達システムの種々の成分（例えば、電圧源１０４、電圧・電力変換器１０８および電力増幅器１１２）の動作を制御するために使用されるフィードバックループ１９８を提供する。制御システム１９２は、電圧源１０４および出力調整モジュール１３２に電気的に結合されるアナログ補償ネットワーク１２８を含む。出力調整モジュール１３２は、電圧源１０４の出力を制御する電圧源１０４へ制御信号１３４（例えば、パルス幅変調された制御信号または負荷サイクル入力）を提供する。

制御システム１９２は、第１のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３６ａをさらに含む。Ａ／Ｄ変換器１３６ａは、電圧源１０４の出力に電気的に結合される。制御システム１９２は、第２のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３６ｂをさらに含む。Ａ／Ｄ変換器１３６ｂは、プローブ１１６の出力に電気的に結合される。プローブ１１６は、電力増幅器１１２によって出力されるＲＦ電力信号１１４のプロパティ（例えば、ＲＦ電力信号のデータ）を測定するために、電力増幅器１１２に電気的に結合される。本実施形態では、プローブ１１６は、ＲＦ電力信号１１４の測定値である、電圧信号（Ｖ_ｒｆ）および電流信号（Ｉ_ｒｆ）を出力する。Ｖ_ｒｆおよびＩ_ｒｆは以下の形態を有する。

ここで、Ｖ_ｒはＶ_ｒｆ信号の真の成分であり、Ｖ_ＩはＶ_ｒｆ信号の架空の成分であり、Ｉ_ｒはＩ_ｒｆ信号の真の成分であり、Ｉ_ＩはＩ_ｒｆ信号の架空の成分である。

一実施形態では、プローブ１１６によって出力される電圧信号（Ｖ_ｒｆ）および電流信号（Ｉ_ｒｆ）は、ＲＦ電力信号１１４が正弦波信号である場合、ともに、正弦波信号である。本発明の異なる実施形態で使用される例示的なプローブ１１６は、Ｍｏｄｅｌ ＶＩ−Ｐｒｏｂｅ−４１００およびＶＩ−Ｐｒｏｂｅ−３５０（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．，Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）である。
Ａ／Ｄ変換器１３６ｂは、２つの信号（Ｖ_ｒｆおよびＩ_ｒｆ）をサンプリングし、デジタル信号［デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）］を出力する。

デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）は、電力増幅器１１２の出力電力であるデジタル信号（Ｐ_{ｄｅｔ＿ＯＮ}）を生成するように、デジタル信号処理モジュール１９６に提供される。処理モジュール１９６は、デジタルミキサ１５２、ＣＩＣフィルタモジュール１５６、スイッチ１６０、ＩＩＲフィルタモジュール１６４および電力計算モジュール１６８を含む。デジタルミキサ１５２は、信号を変動させる時間を、指定された周波数で信号の真のおよび架空の成分に変換する。基本周波数の参照余弦および参照負の正弦波で、測定された信号を乗算することで実現される分解（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、ＤＣ成分および二重周波数正弦波を生じさせる。余弦を乗算することによって得られるＤＣ成分は、真の成分を表し、負の正弦波の乗算によって得られるＤＣ成分は、架空の成分を表す。二重周波数成分は、ＣＩＣフィルタによってフィルタにかけられる。

Ａ／Ｄ変換器１３６ｂ（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}およびＩ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）の出力は、ミキサ１５２に提供される。ミキサ１５２は、以下の形式のデジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）の真のおよび架空の部分を生成するように、デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）による数式計算を実行する。

ここで、Ｖ_{Ｒ−ｄｉｇ}はＶ_ｒｆのデジタルバージョンの真の成分であり、Ｖ_{Ｉ−ｄｉｇ}はＶ_ｒｆのデジタルバージョンの架空の成分であり、Ｉ_{Ｒ−ｄｉｇ}はＩ_ｒｆのデジタルバージョンの真の成分であり、Ｉ_{Ｉ−ｄｉｇ}はＩ_ｒｆのデジタルバージョンの架空の成分であり、デジタル信号の各成分は２＊ωと等しい成分を有し、ここで、ωはＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数である。これらの信号は、次いで、信号の２＊ω成分を除くために、ＣＩＣフィルタモジュール１５６に提供される。

一実施形態では、ＣＩＣフィルタモジュール１５６はローパスフィルタである。一実施形態では、ローパスフィルタの遮断周波数はおよそ２５ｋＨｚである。ＣＩＣフィルタモジュール１５６は、例えば、システムの処理要件に関連付けられる信号周波数（例えば、およそ２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚおよび２７ＭＨｚの科学、産業および医学的用途において用いられる典型的な周波数）をフィルタにかける。

ＣＩＣフィルタモジュール１５６の出力は、スイッチ１６０に提供される。スイッチ１６０は、同期信号１８８によって開および閉位置の間で駆動される。スイッチ１６０は、パルス規模が１である場合には閉であり、スイッチは、パルス規模が０である場合には閉である。スイッチ１６０の出力は、ＩＩＲフィルタモジュール１６４に提供される。

スイッチ１６０が閉位置にある場合、ＤＣ信号の電流値は、ＩＩＲフィルタモジュール１６４に提供される。スイッチ１６０が開位置にある場合、ＤＣ信号の以前の値は、ＩＩＲフィルタモジュール１６４に提供される。ＩＩＲフィルタモジュール１６４は、典型的には、電力計算モジュール１６８に提供される信号を平滑化するために使用されるローパスフィルタである。ＩＩＲフィルタモジュール１６４は、典型的には、開および閉位置の間で循環されるスイッチ１６０のために存在する、雑音／高周波数成分を平滑化する。ＣＩＣフィルタモジュール１５６およびＩＩＲフィルタモジュール１６４は、安定した（実質的にテーブルを含む用語）電力測定（デジタル信号１７８）を提供するように、フィードバックループ１９８のデジタル信号処理モジュール１９６内の信号をフィルタにかける。ＩＩＲフィルタモジュール１６４の出力は、電力計算モジュール１６８に提供される。電力計算モジュール１６８は、以下の電力制御アルゴリズムに基づいて電力を計算する。

電力計算モジュール１６８は、デジタル信号１７８（Ｐ_{ｄｅｔ＿ＯＮ}）を出力する。信号１７８は、送達された電力（負荷１２４に送達された電力）である。演算子またはプロセッサ（図示せず）は、負荷１２４に提供されることが望ましいＲＦ電力信号であるＲＦ電力送達システム１００へ、電力設定点信号１８４（Ｐ_ｓｐ）を提供する。いくつかの実施形態では、システムの所望の動作の数学モデルは、電力設定点信号１８４を作成するように、プロセッサ上で実装される。加算モジュール１８０ｃは、以下に基づいて、電力オフセット、電力設定点信号１８４および電力計算モジュール１６８（誤差ｅ）の出力の間の差を計算する。

電力設定点信号１８４および電力計算モジュール１６８の出力の間の差がゼロである場合、電力増幅器１１２は、負荷１２４へ所望のＲＦ電力信号を提供している。差がゼロではない場合、システムは、差を低減するように機能する（誤差ｅ）。

ＲＦ電力送達システム１００は、加算モジュール１８０ｃの出力（つまり、電力設定点信号１８４および電力計算モジュール１６８の出力１７０の間の差）を受信する第１のコントローラモジュール１４４を含む。コントローラモジュール１４４は、計算し、それに従ってプロセスを調整できる修正アクションを出力することで、測定されたプロセス変数（つまり、電力計算モジュール１６８の出力）および所望の設定点（つまり、電力設定点１８４）の間の誤差を低減するようにする。

一実施形態では、コントローラモジュール１４４は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラモジュールである。比例値は、電流誤差へのコントローラ１４４の反応を決定し、整数値は、最近の誤差の和に基づいてコントローラ１４４の反応を決定し、微分値は、変化している誤差の速度に基づいてコントローラ１４４の反応を決定する。これらの３つのアクションの加重和は、以下に基づいて、制御要素により、プロセスを調整するように使用される。

ここで、ｋ_ｐは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの比例成分のスカラー定数の値であり、ｋ_ｉは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの積分成分のスカラー定数の値であり、ｋ_ｄは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの微分成分のスカラー定数の値であり、ｅは、式６で計算された誤差である。

本発明の本実施形態において、コントローラ１４４は、最終的に出力調整モジュール１３２に提供される信号を出力する。出力調整モジュール１３２は、最終的には、電力増幅器１１２によって出力された電力を制御する電圧源１０４の動作を制御する。ＰＩＤコントローラアルゴリズム内の３つの定数を調整することで、コントローラは、特定のプロセス要件のために設計された制御アクションを提供することができる。コントローラの応答は、誤差へのコントローラの応答性、コントローラが設定点の限度を超す度合いおよびシステム振動の度合いについて記述することができる。本発明の代替の実施形態では、代替のコントローラタイプ（例えば、状態空間コントローラ、適応コントローラ、ファジー理論コントローラ）を使用できる。

コントローラ１４４の出力（Ｖ_{ｃｏｎｔｒｏｌ}）は、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）を生じさせるために、加算モジュール１８０ｂによって第１のフィードフォワード信号１７２と組み合わせられる（例えば、加算）。第１のフィードフォワード信号１７２は、典型的には、システム１００の所望の動作の数学モデルを使用して生成される。いくつかの実施形態では、第１のフィードフォワード信号１７２は、時間（ｔ）の関数として変動する。いくつかの実施形態では、第１のフィードフォワード信号１７２は、演算子によって生成される。フィードフォワード信号は、典型的には、システム情報およびパラメータに基づいて、所与の設定点へのより高速の収束を確実にするように用いられる。さらに、非線形フィードフォワード信号は、非線形システム内で高速制御を実現するために、線形フィードバック関数（例えば、ＰＩＤ制御）とともに用いられてもよい。

加算モジュール１８０ｄは、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＡ／Ｄ変換器１３６ａの出力の間の差を計算する。Ａ／Ｄ変換器１３６ａは、電圧源１０４の出力をサンプリングし、電圧源１０４出力（Ｖ_ｂｕｃｋ）のデジタルバージョンを生成する。加算モジュール１８０ｄは、以下に基づいて、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＶ_ｂｕｃｋの間の差（誤差ｅ_ν）を計算する。

電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＶ_ｂｕｃｋの間の差がゼロである場合、電力増幅器１１２は、負荷１２４へ所望のＲＦ電力信号を提供している。差がゼロではない場合、システムは、差（誤差ｅ_ｖ）を低減させるように動作する。

ＲＦ電力送達システム１００は、加算モジュール１８０ｄ（つまり、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＶ_ｂｕｃｋの間の差）の出力を受信する第２のコントローラモジュール１４８をさらに含む。コントローラモジュール１４８は、計算し、それに従ってプロセスを調整できる修正アクションを出力することにより、測定されたプロセス変数（つまり、電圧源１０４の出力）および所望の設定点（つまり、電圧設定点Ｖ_ｓｐ）の間の誤差を修正しようとする。

一実施形態では、コントローラモジュール１４８は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラモジュールである。比例値は、電流誤差へのコントローラ１４８の反応を決定し、整数値は、最近の誤差の和に基づいてコントローラ１４８の反応を決定し、微分値は、誤差が変化している速度に基づいてコントローラ１４８の反応を決定する。これらの３つのアクションの加重和は、以下に基づいて、制御要素によるプロセスを調整するために使用される。

ここで、ｋ_ｐｖは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの比例成分の定数値であり、ｋ_ｉｖは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの積分成分の定数値であり、ｋ_ｄｖは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの微分成分の定数値であり、ｅ_ｖは、式８で計算された誤差である。

本発明の本実施形態では、コントローラ１４８は、最終的に出力調整モジュール１３２に提供される信号を出力する。出力調整モジュール１３２は、最終的には、電力増幅器１１２によって出力された電力を制御する電圧源１０４の動作を制御する。ＰＩＤコントローラアルゴリズム内の３つの定数を調整することにより、コントローラは、特定のプロセス要件に設計される制御アクションを提供することができる。コントローラの応答は、誤差へのコントローラの応答性、コントローラが設定点の限度を超える度合いおよびシステム振動の度合いについて記述できる。本発明の代替の実施形態では、代替のコントローラタイプ（例えば、状態空間コントローラ、適応コントローラ、ファジー理論コントローラ）を使用できる。

コントローラ１４８の出力は、電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）を生成するために、加算モジュール１８０ａによって第２のフィードフォワード信号１７６とともに組み合わせられる（例えば、加算）。第２のフィードフォワード信号１７６は、典型的には、システム１００の所望の動作の数学モデルを用いて生成される。いくつかの実施形態では、第２のフィードフォワード信号１７６は、時間（ｔ）の関数として変動する。いくつかの実施形態では、第２のフィードフォワード信号１７６は、演算子によって生成される。

電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）は、電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）のアナログ信号バージョンを生成するデジタル・アナログ変換器１４０に提供される。電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）のアナログ信号バージョンは、アナログ回路補償ネットワーク１２８に提供される。アナログ回路補償ネットワーク１２８は、さらに、電圧源１０４からの測定された電流である信号（Ｉ_ｍｅａｓ）を受信する。本実施形態では、アナログ回路補償ネットワーク１２８は、システム内の位相マージンを増加させ、出力調整モジュール１３２へ信号を提供するリードラグ補償ネットワークである。本明細書において上述したように、出力調整モジュール１３２は、電圧源１０４の出力を制御する電圧源１０４へ制御信号（例えば、パルス幅変調された制御信号）を提供する。

図２は、本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＦ電力送達システム２００の概略図である。システム２００は、電圧・電力変換器２０８に電気的に結合される電圧源２０４を含む。電圧源２０４は、電圧・電力変換器２０８へＤＣ電圧信号２０７を提供する。いくつかの実施形態では、電圧源２０４は、バックレギュレータである。バックレギュレータは、未調整の入力電圧を受信し、より低い調整された出力電圧を生成する。電圧・電力変換器２０８は、電圧源２０４からのＤＣ電圧信号２０７に基づいて、ＤＣ電力信号２１１（例えば、パルス信号または連続波信号）を生成する。電圧・電力変換器２０８は、電圧・電力変換器２０８に提供される同期信号２８８のプロパティに基づいてパルスまたは連続波信号を出力する。同期信号２８８が、パルス信号である（示されるように）場合、電圧・電力変換器２０８によって出力されるＤＣ電力信号２１１は、同期信号２８８のパルスと同じ周波数および期間を有するＤＣ電力のパルスである。しかしながら、同期信号２８８が連続波信号（図示せず）である場合、電圧・電力変換器２０８によって出力されるＤＣ電力信号２１１は、連続波ＤＣ電力信号である。

電圧・電力変換器２０８は、電力増幅器２１２（例えば、ＲＦ電力増幅器）に電気的に結合される。電圧・電力変換器２０８は、電力増幅器２１２へＤＣ電力信号２１１を提供する。電力増幅器２１２は、電圧・電力変換器２０８から受信されたＤＣ電力信号２１１に基づいてＲＦ電力信号２１３を出力する。電力増幅器２１２は、ＤＣ電力信号のプロパティと同じプロパティ（例えば、パルスまたは連続波）または異なるプロパティを有するＲＦ電力信号２１３を出力できる。いくつかの実施形態では、電力増幅器２１２は、負荷２２４に望ましい演算子によって選択された（またはプロセスコントローラによって指定された）ＲＦ電力信号２１３を出力する。いくつかの実施形態では、電力増幅器２１２は、約４００ｋＨｚおよび約２００ＭＨｚの間の周波数ＲＦ電力信号を出力する。科学的、産業的および医学的用途において用いられる典型的なＲＦ周波数は、およそ２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、および２７ＭＨｚである。

電力増幅器２１２によって出力されるＲＦ電力増幅器信号２１３は、連続波信号からパルス信号への同期信号２８８の移行によって、連続波モードからパルスモードへ移行することができる。例えば、電力制御アルゴリズム（以下に記載される式１３）の単一変数（つまり、同期信号２８８）の調整による、連続波信号からパルス信号への移行により、電力制御アルゴリズムは、連続波モードからパルスモードへ、送達された電力を遷移させる。同様に、電力増幅器２１２によって出力されるＲＦ電力信号２１３は、パルスモード（示される）から連続波信号へ同期信号２８８を遷移させることにより、パルスモードから連続波モードへ遷移することができる。

電力増幅器２１２は、オプションの整合回路２２０へＲＦ電力信号２１３を出力する。整合回路２２０は、本発明のいくつかの実施形態において、電力増幅器２１２および負荷２２４の間のインピーダンスと一致するように使用される。負荷２２４から電力増幅器へ再反射されるＲＦ電力を最小限にするように、電力増幅器２１２および負荷２２４の間のインピーダンスを一致させることが望ましい。整合回路２２０は、電力増幅器２１２から受信されたＲＦ電力信号２１３に応答して、修正されたＲＦ電力信号２１３’を出力する。

修正されたＲＦ電力信号１１３’は、負荷２２４（例えば、半導体ウエハの加工に使用されるプラズマ処理チャンバ）に提供される。いくつかの実施形態では、負荷２２４のプロパティ（例えば、インピーダンス）は、動作中に変動する。負荷２２４のプロパティは、例えば、プラズマチャンバのプロセス条件（例えば、気体流速、気体組成、およびチャンバ圧）および負荷に送達されたＲＦ電力に関連付けられたプロパティ（例えば、ピークＲＦ電力、ＲＦパルス周波数、ＲＦパルス幅／負荷サイクル）における変化に基づいて変動してもよい。

ＲＦ電力送達システム２００は、さらに、制御システム２９２を含む。電力増幅器２１２は、制御システム２９２と電気的に連通している。制御システム２９２は、ＲＦ電力送達システム２００の種々の成分（例えば、電圧源２０４、電圧・電力変換器２０８および電力増幅器２１２）の動作を制御するように使用されるフィードバックループ２９８を提供する。制御システム２９２は、電圧源２０４および出力調整モジュール２３２に電気的に結合されるアナログ補償ネットワーク２２８を含む。出力調整モジュール２３２は、電圧源２０４の出力を制御する電圧源２０４へ制御信号（例えば、パルス幅変調された制御信号または負荷サイクル入力）を提供する。

制御システム２９２は、第１のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２３６ａをさらに含む。Ａ／Ｄ変換器２３６ａは、電圧源２０４の出力に電気的に結合される。制御システム２９２は、第２のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２３６ｂをさらに含む。Ａ／Ｄ変換器２３６ｂは、プローブ２１６の出力に電気的に結合される。プローブ２１６は、電力増幅器２１２によって出力されるＲＦ電力信号のプロパティ（例えば、ＲＦ電力信号のデータ）を測定するために、電力増幅器２１２に電気的に結合される。本実施形態では、プローブ２１６は、ＲＦ電力信号２１３の測定値である、ＲＦ電力信号の電圧信号（Ｖ_ｒｆ）および電流信号（Ｉ_ｒｆ）を出力する。おＶ_ｒｆおよびＩ_ｒｆは以下の形態を有する。

ここで、Ｖ_ｒは、Ｖ_ｒｆ信号の真の成分であり、Ｖ_Ｉは、Ｖ_ｒｆ信号の架空の成分であり、Ｉ_ｒは、Ｉ_ｒｆ信号の真の成分であり、Ｉ_Ｉは、Ｉ_ｒｆ信号の架空の成分である。

一実施形態では、プローブ２１６によって出力される電圧信号（Ｖ_ｒｆ）および電流信号（Ｉ_ｒｆ）は、ともに、正弦波信号である。本発明の異なる実施形態で使用される例示的なプローブ２１６は、Ｍｏｄｅｌ ＶＩ−Ｐｒｏｂｅ−４１００およびＶＩ−Ｐｒｏｂｅ−３５０（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｉｎｃ．，Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）である。Ａ／Ｄ変換器２３６ｂは、２つの信号（Ｖ_ｒｆおよびＩ_ｒｆ）をサンプリングし、デジタル信号［デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）］を出力する。

デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）は、電力増幅器２１２の出力電力であるデジタル信号（Ｐ_ｄｅｌ）を生成するために、デジタル信号処理モジュール２９６に提供される。処理モジュール２９６は、デジタルミキサ２５２、ＣＩＣフィルタモジュール２５６、および電力計算モジュール２６８を含む。Ａ／Ｄ変換器２３６ｂ（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}およびＩ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）の出力は、ミキサ２５２に提供される。ミキサ２５２は、以下の形態のデジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）の真のおよび架空の部分を生成するために、デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）によって数式計算を実行する。

ここで、Ｖ_{Ｒ−ｄｉｇ}は、Ｖ_ｒｆのデジタルバージョンの真の成分であり、Ｖ_{Ｉ−ｄｉｇ}は、Ｖ_ｒｆのデジタルバージョンの架空の成分であり、Ｉ_{Ｒ−ｄｉｇ}は、Ｉ_ｒｆのデジタルバージョンの真の成分であり、Ｉ_{Ｉ−ｄｉｇ}は、Ｉ_ｒｆのデジタルバージョンの架空の成分であり、デジタル信号の各成分は、２＊ωと等しい成分を有し、ここで、ωは、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数である。これらの信号は、次いで、信号の２＊ω成分を除くために、ＣＩＣフィルタモジュール２５６に提供される。ＣＩＣフィルタモジュール２５６によって出力されたＤＣ信号は、電力計算モジュール２６８に提供される。電力計算モジュールは、以下の電力制御アルゴリズムに基づいて電力を計算する。

計算モジュール２６８は、デジタル信号２７８（Ｐ_ｄｅｌ）を出力する。信号２７８は、送達された電力（つまり、負荷２２４に送達された電力）である。演算子またはプロセッサ（図示せず）は、負荷２２４に提供されることが望ましいＲＦ電力信号であるＲＦ電力送達システム２００へ、電力設定点信号２８４（Ｐ_ｓｐ）を提供する。いくつかの実施形態では、システムの所望の動作の数学モデルは、電力設定点信号２８４を生成するために、プロセッサ上に実装される。

図３は、図２のデジタル信号２７８（Ｐ_ｄｅｌ）であるデジタル信号３０２のプロット３００の図である。図３を参照すると、デジタル信号２７８は、図２に記載される本発明の例示的な実施形態に従い、電力送達を制御するための方法を適用する結果として、パルス毎に変動する。プロット３００のＹ軸は、電力増幅器２１２によって出力されるＲＦ電力信号２１３のデジタル図である。プロットのＸ軸は時間である。本実施形態では、プロット３００は、電力増幅器２１２によって出力される電力［３０４ａ、３０４ｂおよび３０４ｃ（概して３０４）］の３つのパルスを図示する。各パルス３０４は、定数値Ｐ_ｓｐ（電力設定点）を有することが望ましい。しかしながら、実際に、パルス３０４は、理想的なパルスではないため、所望のパルスおよび電力増幅器２１２によって出力される電力の実際のパルスの間には誤差がある。

システム２００は、所望のパルスおよび電力増幅器２１２によって出力される電力の実際のパルスの間の誤差を修正する。各パルス３０４の誤差は、第１の誤差成分ｅ_１および第２の誤差成分ｅ_２によって特徴付けられる。誤差成分ｅ_１は、電力設定点（Ｐ_ｓｐ）および送達された電力Ｐ_ｄｅｌの実質的に安定した（定常状態）部分の間の誤差である。誤差成分ｅ_１の計算に用いられるＰ_ｄｅｌの値は、パルスの最後における電力である。誤差ｅ_１（ｎ）は、ｎ番目のパルスの第１の誤差成分であり、図２の電力オフセット誤差（ｅ_１）と称される。誤差成分ｅ_２は、パルス（Ｐ_{ｄｅｌ＿ピーク}）について送達されたピーク電力および送達された電力Ｐ_ｄｅｌの実質的に安定した（定常状態）部分の間の誤差である。誤差ｅ_２（ｎ）は、ｎ番目のパルスの第２の誤差成分であり、図２のパルスではパルス波形誤差（ｅ_２）と称される。動作時において、電力送達システム２００は、第１のパルス（例えば、パルス３０４ａ）から以降の第２のパルス（例えば、パルス３０４ｂ）へ、誤差ｅ_１およびｅ_２を低減する。同様に、電力送達システム２００は、パルスの各連続セットの間の誤差ｅ_１およびｅ_２を低減する（例えば、第１のパルス３０４ｂから第２のパルス３０４ｃへ）。

同期信号２８８の第１のパルスは、電圧・電力変換器２０８に提供される。電圧・電力変換器２０８は、電力増幅器２１２へＤＣ電力パルス（ＤＣ電力信号２１１）を提供する。電力増幅器２１２は、整合回路２２０へ電力（ＲＦ電力信号２１３）の第１のパルスを出力する。プローブ２１６は、電力（ＲＦ電力信号２１３）のパルスを測定し、本明細書に以前に記載されるように、Ａ／Ｄ変換器２３６ｂへ、ＲＦ電力信号の電圧信号（Ｖ_ｒｆ）および電流信号（Ｉ_ｒｆ）を出力する。電力計算モジュール２６８は、本明細書に上述されるように、Ａ／Ｄ変換器２３６ｂの出力を受信し、デジタル信号（Ｐ_ｄｅｌ）を出力する。

電力オフセット誤差（ｅ_１）は、電力オフセット適応制御ループモジュール２１４に提供される。電力設定点Ｐ_ｓｐは、さらに、モジュール２１４に提供される。モジュール２１４は、以下の適応アルゴリズムに基づいて電力オフセット信号（Ｐ_{ｏｆｆｓｅｔ}）を計算する。

ここで、ｋ_{ｏｆｆｓｅｔ}は、所望のパルス電力を実現するために演算子によって選択されたスカラー定数である。加算モジュール２８０ｃは、Ｐ_{ｏｆｆｓｅｔ}を負荷サイクルモジュール２１０の出力と加算し、この和からＰ_ｄｅｌを減算する。加算モジュール２８０ｃの出力（誤差ｅ）は、以下に基づいて決定される。

ここで、Ｄは、負荷サイクルモジュール２１０によって設定される負荷サイクルである。加算モジュール２８０ｃの出力は、コントローラ２４４に提供される。

コントローラ２４４は、測定されたプロセス変数（つまり、電力計算モジュール２６８の出力Ｐ_ｄｅｌ）および電力設定点（Ｐ_ｓｐ）の和の間の誤差を低減しようとし、電力オフセット適合制御モジュール２１４を出力する。

一実施形態では、コントローラモジュール２４４は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラモジュールである。比例値は、電流誤差に対するコントローラ２４４の反応を決定し、整数値は、最近の誤差の和に基づいてコントローラ２４４の反応を決定し、微分値は、誤差が変化している速度に基づいてコントローラ２４４の反応を決定する。これらの３つのアクションの加重和は、以下に基づき、制御要素によってプロセスを調整するように用いられる。

ここで、ｋ_ｐは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの比例成分のスカラー定数の値であり、ｋ_ｉは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの積分成分のスカラー定数の値であり、ｋ_ｄは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの微分成分のスカラー定数の値であり、ｅは、式１５で計算された誤差である。

本発明の本実施形態では、コントローラ２４４は、最終的に出力調整モジュール２３２に提供される信号を出力する。出力調整モジュール２３２は、最終的には、電力増幅器２１２によって出力される電力を制御する電圧源２０４の動作を制御する。ＰＩＤコントローラアルゴリズム内の３つの定数を調整することで、コントローラは、特定のプロセス要件のために設計された制御アクションを提供することができる。コントローラの応答は、誤差へのコントローラの応答性、コントローラが設定点の限界を超える度合いおよびシステム振動の度合いに関して記述することができる。本発明の代替の実施形態では、代替のコントローラタイプ（例えば、状態空間コントローラ、適応コントローラ、ファジー理論コントローラ）を使用できる。

コントローラ２４４の出力（Ｖ_{ｃｏｎｔｒｏｌ}）は、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）を生成するために、加算モジュール２８０ｂによって、第１のフィードフォワード信号２７２と組み合わせられる（例えば、加算）。第１のフィードフォワード信号２７２は、典型的には、システム２００の所望の動作の数学モデルを使用して、生成される。いくつかの実施形態では、第１のフィードフォワード信号２７２は、時間（ｔ）の関数として変動する。いくつかの実施形態では、第１のフィードフォワード信号２７２は、演算子によって生成される。

加算モジュール２８０ｄは、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＡ／Ｄ変換器２３６ａの出力の間の差を計算する。Ａ／Ｄ変換器２３６ａは、電圧源２０４の出力をサンプリングし、電圧源２０４の出力（Ｖ_ｂｕｃｋ）のデジタルバージョンを生成する。加算モジュール２８０ｄは、以下に基づいて、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＶ_ｂｕｃｋの間の差を計算する。

電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＶ_ｂｕｃｋの間の差（誤差ｅ_Ｖ）がゼロである場合、電力増幅器２１２は、負荷２２４へ所望のＲＦ電力信号を提供している。

ＲＦ電力送達システム２００は、さらに、加算モジュール１８０ｄ（つまり、電圧設定点信号（Ｖ_ｓｐ）およびＶ_ｂｕｃｋ）の間の差）の出力を受信する第２のコントローラモジュール２４８を含む。コントローラモジュール２４８は、計算し、プロセスをそれに従って調整可能な修正アクションを出力することにより、測定されたプロセス変数（つまり、電圧源２０４の出力）および所望の設定点（つまり、電圧設定点Ｖ_ｓｐ）の間の誤差を修正しようとする。

一実施形態では、コントローラモジュール２４８は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラモジュールである。比例値は、電流誤差へのコントローラ２４８の反応を決定し、整数値は、最近の誤差の和に基づいてコントローラ２４８の反応を決定し、微分値は、誤差が変化している速度に基づいてコントローラ２４８の反応を決定する。これらの３つのアクションの加重和は、以下に基づいて、制御要素によってプロセスを調整するように用いられる。

ここで、ｋ_ｐｖは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの比例成分の定数値であり、ｋ_ｉｖは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの積分成分の定数値であり、ｋ_ｄｖは、ＰＩＤ制御アルゴリズムの微分成分の定数値であり、ｅ_ｖは、式１７で決定された誤差である。

本発明の本実施形態では、コントローラ２４８は、最終的に出力調整モジュール２３２に提供される信号を出力する。出力調整モジュール２３２は、最終的には電力増幅器２１２によって出力された電力を制御する電圧源２０４の動作を制御する。ＰＩＤコントローラアルゴリズム内の３つの定数を調整することにより、コントローラは、特定のプロセス要件のために設計された制御アクションを提供することができる。コントローラの応答は、誤差へのコントローラの応答性、コントローラが設定点の限界を超える度合いおよびシステム振動の度合いにおいて記述できる。本発明の代替の実施形態では、代替のコントローラタイプ（例えば、状態空間コントローラ、適応コントローラ、ファジー理論コントローラ）を使用できる。

コントローラ２４８の出力は、電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）を生成するために、加算モジュール２８０ａによって第２のフィードフォワード信号２７６と組み合わせられる（例えば、加算）。第２のフィードフォワード信号２７６は、典型的には、システム２００の所望の動作の数学モデルを使用して生成される。いくつかの実施形態では、第２のフィードフォワード信号２７６は、時間（ｔ）の関数として変動する。いくつかの実施形態では、第２のフィードフォワード信号２７６が演算子によって生成される。

電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）は、電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）のアナログ信号バージョンを生成するデジタル・アナログ変換器２４０に提供される。電流設定点信号（Ｉ_ｓｐ）のアナログ信号バージョンは、アナログ回路補償ネットワーク２２８に提供される。アナログ回路補償ネットワーク２２８は、さらに、電圧源２０４から測定された電流である信号（Ｉ_ｍｅａｓ）を受信する。本実施形態では、アナログ回路補償ネットワーク２２８は、システム内の位相マージンを増加させるリードラグ補償ネットワークであり、出力調整モジュール２３２へ信号を提供する。本明細書において以前に記載されるように、出力調整モジュール２３２は、電圧源２０４の出力を制御する電圧源２０４へ制御信号（例えば、パルス幅変調された制御信号）を提供する。

しかしながら、バック遅延適応制御ループモジュール２１８は、さらに、電圧源２０４によって出力されるＤＣ電圧信号２０７に影響する。バック遅延適応制御ループモジュール２１８は、以下（図２および３を参照）に基づいて加算モジュール２８０ｅを用いて決定される誤差ｅ_２を補償する。

誤差信号（パルス波形誤差ｅ_２）は、バック遅延適応制御ループモジュール２１８に提供される。同期信号２８８は、さらに、バック遅延適応制御ループモジュール２１８に提供される。制御ループモジュール２１８は、時間遅延（τ_{ｂｕｃｋ＿ｄｌｙｅ}）を補償するように、以下を適用する。

ここで、τ_{ｂｕｃｋ＿ｄｌｙｅ}は、電圧源２０４へのＤＣ電力の印加および電力増幅器２１２による所望の規模のＲＦ電力の送達の間の時間であり、ｋ_ｄｌｙは、演算子によって所望の電力を実現するために選択されるスカラー定数である。

図４は、本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＦ電力送達システム４００の概略図である。システム４００は、電圧・電力変換器４０８に電気的に結合される電圧源４０４を含む。電圧源４０４は、電圧・電力変換器４０８へ電圧（例えば、ＤＣ電圧）を提供する。いくつかの実施形態では、電圧源４０４は、バックレギュレータである。電圧・電力変換器４０８は、電圧源４０４からの電圧に基づいてＤＣ電力信号（例えば、パルス信号または連続波信号）を生成する。

電圧・電力変換器４０８は、電力増幅器４１２（例えば、ＲＦ電力増幅器）に電気的に結合される。電圧・電力変換器４０８は、電力増幅器４１２へＤＣ電力信号を提供する。電力増幅器４１２は、電圧・電力変換器４０８から受信されたＤＣ電力信号に基づいてＲＦ電力信号４１４を出力する。電力増幅器４１２は、ＤＣ電力信号のプロパティと同じプロパティ（例えば、パルスまたは連続波）または異なるプロパティを有するＲＦ電力信号４１４を出力できる。いくつかの実施形態では、電力増幅器４１２は、負荷４２４で望ましい演算子（またはプロセスコントローラによって指定された）によって選択されるＲＦ電力信号４１４を出力する。いくつかの実施形態では、電力増幅器４１２は、約４００ｋＨｚおよび約２００ＭＨｚの間の周波数でＲＦ電力信号を出力する。科学的、産業的および医学的用途で使用される典型的なＲＦ周波数は、およそ２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、および２７ＭＨｚである。

電力増幅器４１２は、オプションの整合回路４２０へＲＦ電力信号を出力する。整合回路４２０は、本発明のいくつかの実施形態では、電力増幅器４１２および負荷４２４の間のインピーダンスを一致させるように使用される。負荷４２４から電力増幅器へ再反射されるＲＦ電力を最小限にするために、電力増幅器４１２および負荷４２４の間のインピーダンスを一致させることが望ましい。整合回路４２０は、電力増幅器４１２から受信されたＲＦ電力信号に応答して修正されたＲＦ電力信号を出力する。

修正されたＲＦ電力信号は、負荷４２４（例えば、半導体ウエハの加工に使用されるプラズマ処理チャンバ）に提供される。いくつかの実施形態では、負荷４２４のプロパティ（例えば、インピーダンス）は、動作中に変動する。負荷４２４のプロパティは、例えば、プラズマチャンバのプロセス条件（例えば、気体流速、気体組成、およびチャンバ圧）および負荷に送達されたＲＦ電力に関連付けられたプロパティ（例えば、ピークＲＦ電力、ＲＦパルス周波数、ＲＦパルス幅／負荷サイクル）の変化に基づいて変動してもよい。

ＲＦ電力送達システム４００は、制御システム４９２をさらに含む。制御システム４９２は、電圧源４０４および出力調整モジュール４３２に電気的に結合されるアナログ補償ネットワーク４２８を含む。出力調整モジュール４３２は、電圧源４０４の出力を制御する電圧源４０４へ、制御信号（例えば、パルス幅変調された制御信号）を提供する。

制御システム４９２は、さらに、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４３６を含む。Ａ／Ｄ変換器４３６は、プローブ４１６出力に電気的に結合される。プローブ４１６は、電力増幅器によって出力されたＲＦ電力信号のプロパティ（例えば、ＲＦ電力信号のデータ）を測定するために、電力増幅器４１２に電気的に結合される。本実施形態では、プローブ４１６は、ＲＦ電力信号４１４の測定値である、電圧信号（Ｖ_ｒｆ）および電流信号（Ｉ_ｒｆ）を出力する。

Ｖ_ｒｆおよびＩ_ｒｆは、以下の形態を有する。

ここで、Ｖ_ｒは、Ｖ_ｒｆ信号の真の成分であり、Ｖ_Ｉは、Ｖ_ｒｆ信号の架空の成分であり、Ｉ_ｒは、Ｉ_ｒｆ信号の真の成分であり、Ｉ_Ｉは、Ｉ_ｒｆ信号の架空の成分である。

一実施形態では、プローブ４１６によって出力される電圧信号（Ｖ_ｒｆ）および電流信号（Ｉ_ｒｆ）は、ともに正弦波信号である。本発明の異なる実施形態で使用される例示的なプローブ４１６は、Ｍｏｄｅｌ ＶＩ−Ｐｒｏｂｅ−４１００およびＶＩ−Ｐｒｏｂｅ−３５０（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｉｎｃ．，Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）である。Ａ／Ｄ変換器４３６は、２つの信号（Ｖ_ｒｆおよびＩ_ｒｆ）をサンプリングし、デジタル信号［デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）］を出力する。デジタル電圧信号（Ｖ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）およびデジタル電流信号（Ｉ_{ｒｆ−ｄｉｇ}）は、電力増幅器４１２の出力電力であるデジタル信号（Ｐ_ｄｅｌ）を生成するために、デジタル信号処理モジュール４９６に提供される。

演算子またはプロセッサ（図示せず）は、負荷４２４に提供されることが望ましいＲＦ電力信号であるＲＦ電力送達システム４００へ、電力設定点信号４８４（Ｐ_ｓｐ）を提供する。いくつかの実施形態では、システムの所望の動作の数学モデルは、電力設定点信号４８４を生成するために、プロセッサ上に実装される。

ＲＦ電力送達システム４００は、Ｐ_ｄｅｌ信号（処理モジュール４９６から）およびＰ_ｓｐ信号（４８４）を受信する第１のコントローラモジュール４５０をさらに含む。コントローラモジュール４５０は、計算し、プロセスをそれに従って調整可能な修正アクションを出力することで、測定されたプロセス変数（つまり、処理モジュール４９６の出力）および所望の設定点（Ｐ＿ｓｐ４８４）の間の誤差を修正するようにする。コントローラモジュール４５０は、Ｄ／Ａ変換器４４０へＤＣ電流の参照信号を出力する。Ｄ／Ａ変換器は、アナログ補償ネットワーク４２８へアナログＤＣ電流の参照信号（Ｉ_ｒｅｆ）を出力する。電圧源４０４は、電圧源４０４内のＤＣ電流（Ｉ_ｏｃ）であるアナログ補償ネットワーク４２８へ信号を提供する。アナログ補償ネットワーク４２８は、ＤＣ電流（Ｉ_ｏｃ）およびＤＣ電流参照信号（Ｉ_ｒｅｆ）に基づいて、出力調整モジュール４３２へ負荷サイクル信号Ｖ_ｄｕｔｙを出力する。出力調整モジュール４３２は、電圧源４０４へＰＷＭ信号を出力する。

一実施形態では、コントローラモジュール４５０は、例えば図１および２について本明細書において上述されたのと同様に、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラモジュールである。比例値は、電流誤差へのコントローラ４５０の反応を決定し、積分値は、最近の誤差の和に基づいてコントローラ４５０の反応を決定し、微分値は、誤差が変化している速度に基づいてコントローラ４５０の反応を決定する。これらの３つのアクションの加重和は、制御要素によってプロセスを調整するように使用される。出力調整モジュール４３２は、最終的には、電力増幅器４１２によって出力される電力を制御する、電圧源４０４の動作を制御する。ＰＩＤコントローラアルゴリズム内の３つの定数を調整することにより、コントローラは、特定のプロセス要件について設計される制御アクションを提供することができる。コントローラの応答は、誤差へのコントローラの応答性、コントローラが設定点の限度を超える度合いおよびシステム振動の度合いに関して、記述できる。本発明の代替の実施形態では、代替のコントローラタイプ（例えば、状態空間コントローラ、適応コントローラ、ファジー理論コントローラ）を使用できる。

図５Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、マスタースレーブＲＦ電力送達システム５００の概略図である。システム５００は、負荷５０８に提供されるＲＦ電力を生成するマスター電力送達システム５０４（例えば、それぞれ図１および２のＲＦ電力送達システム１００または２００）を含む。システム５００は、それぞれ、マスター電力送達システム５０４に結合される、複数（ｍ）のスレーブ電力送達システム（それぞれ、例えば図１および２の複数のＲＦ電力送達システム１００または２００）をさらに含む。

図５Ａは、負荷５１６に提供されるＲＦ電力信号を生成する第１のスレーブ電源５１２を示す。図５Ａは、負荷５２４へＲＦ電力を提供する電力送達システム＃ｍ（５２０）をさらに示す。図５Ｂは、マスター電力送達システム５０４への電力送達システム＃ｍ（５２０）の同期の図である。マスター電力送達システム５０４は、（ｍ）電力送達システムのそれぞれに提供される同期パルス信号５２８（図５Ａを参照）を生成する。同期パルス信号５２８（例えば、図１の同期信号１８８および図２の同期信号２８８）は、負荷５０８へマスター電力送達システム５０４によって出力されるパルス電力の周波数（ｆ_{ｐｕｌｓｅ}）に相関する。システム５００は、時間遅延φ_{ｓｐ（ｍ）}を同期パルス信号５２８へ適用し、スレーブ電力送達システム５２０によって生成されるスレーブパルス電力５３２を生成するために、スレーブ電力送達システム５２０をトリガすることにより、スレーブパルス電力５３２を同期パルス信号５２８と同期させる。各スレーブ電力送達システムの位相シフトは、演算子によって個々に設定／プログラムされる。いくつかの実施形態では、位相シフトは、各スレーブ電力送達システムで同じである。指数ｍは、マスターＲＦ生成器５０４に接続されるＲＦ生成器スレーブ電力送達システムの数を示す。パルス負荷サイクル（ｄｃ（ｍ））は、演算子によって設定され、多くの場合、システムの負荷および所望の動作条件に基づいて決定される。

図６Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、マスター／スレーブＲＦ電力送達システム６００の概略図である。システム６００は、負荷６０８に提供されるＲＦ電力を生成するマスター電力送達システム６０４（例えば、それぞれ図１および２のＲＦ電力送達システム１００または２００）を含む。システム６００は、それぞれ、マスター電力送達システム６０４に連結される、複数（ｍ）のスレーブ電力送達システム（例えば、それぞれ図１および２の複数のＲＦ電力送達システム１００または２００）をさらに含む。

図６Ａは、負荷６１６に提供されるＲＦ電力信号を生成する第１のスレーブ電源６１２を示す。図６Ａは、さらに、負荷６２４にＲＦ電力を提供する電力送達システム＃ｍ（６２０）を示す。図６Ｂは、マスター電力送達システム６０４への電力送達システム＃ｍ（６２０）の同期の図である。外部同期トリガ（例えば、パルストレイン）信号６２８は、例えば、マスター電力送達システムと電気的に連通している外部信号生成器により、マスター電力送達システム６０４に提供される。外部同期トリガ信号６２８は、（ｍ）電力送達システムのそれぞれに提供される。マスター電力送達システム６０４は、ＲＦ電力信号を生成し、ＲＦ電力信号を、外部同期トリガ信号６２８に基づいて負荷６０８へ送達する。（ｍ）スレーブ電力送達システムのそれぞれは、ＲＦ電力信号を生成し、外部同期トリガ信号６２８に基づいてそれぞれの負荷にＲＦ電力信号を送達する。システム６００は、時間遅延φ_{ｓｐ（ｍ）}を同期パルス信号６２８に適用し、スレーブ電力送達システム６２０によって生成されるスレーブパルス電力６３２を生成するようにスレーブ電力送達システム６２０をトリガすることで、スレーブパルス電力６３２を同期パルス信号６２８と同期させる。指数ｍは、マスターＲＦ生成器６０４に接続されるＲＦ生成器スレーブ電力送達システムの数を示す。パルス負荷サイクル（ｄｃ（ｍ））は、演算子によって設定され、多くの場合、システムの負荷および所望の動作条件に基づいて決定される。

図６Ｃは、電力送達システム＃ｍ（６２０）のマスター電力送達システム６０４への同期のための代替の方法の図である。代替の方法は、それらのそれぞれの負荷へＲＦ電力を出力させるように、電力送達システムをトリガするように使用される単一トリガ信号を含む。外部同期トリガ信号６２８は、例えば、外部トリガ源によって、マスター電力送達システム６０４に提供される。外部同期トリガ信号６２８は、（ｍ）電力送達システムのそれぞれに提供される。マスター電力送達システム６０４は、ＲＦ電力信号を生成し、外部同期トリガ信号６２８に基づいて負荷６０８にＲＦ電力信号を送達する。各（ｍ）スレーブ電力送達システムはＲＦ電力信号を生成し、外部同期トリガ信号６２８に基づいて各負荷へＲＦ電力信号を送達する。システム６００は、同期パルス信号６２８へ時間遅延φ_{ｓｐ（ｍ）}を適用し、スレーブ電力送達システム６２０によって生成されるスレーブパルス電力６３２を生成させるように、スレーブ電力送達システム６２０をトリガすることで、スレーブパルス電力６３２を同期パルス信号６２８に同期させる。

図７は、本発明の例示的な実施形態に従う、マスター／スレーブＲＦ電力送達システム内の同期パルスの図である。本実施形態では、信号７０４は、マスター電力送達システム（例えば、図５ＡのＲＦ電力送達システム５０４）によって生成されるＲＦ電力信号である。ＲＦ電力システムは、ＲＦ電力信号７０４に基づいて同期信号７０８を生成する。本実施形態では、同期信号７０８は、ＲＦ電力送達信号７０４の逆である。同期信号７０８は、第１および第２のスレーブ電力送達システムに送達される。第１のスレーブ電力送達システムは、時間遅延（ｓｌａｖｅ＿ｄｌｙ）および第１のスレーブ電力送達システムに特定の負荷サイクルを有するＲＦ電力信号７１２を生成する。第２のスレーブ電力送達システムは、時間遅延（ｓｌａｖｅ＿ｄｌｙ）および第２のスレーブ電力送達システムに特定の負荷サイクルを有するＲＦ電力信号７１６を生成する。あるスレーブ電力送達システムのための時間遅延および負荷サイクルは、他のスレーブ電力送達システムの時間遅延および負荷サイクルと同じにすることができるが、これは必須ではない。

いくつかの実施形態では、同期信号に対するスレーブ電力送達システムの同期は、同期信号の周波数に基づいてスレーブ電力送達システムの第２の周波数を計算することを含む。いくつかの実施形態では、第２の周波数の計算は、同期信号の立ち下がりエッジおよび立ち上がりエッジの間の期間を測定することを含む。

本明細書に記載される本発明の実施形態は、変数負荷インピーダンスを有するプラズマ負荷へ電力を提供する上で有用である。本発明の実施形態は、プラズマ不安定の開始またはプラズマの脱落（つまり、プラズマ点火の損失）なしに、例えば、プラズマ気体種の迅速な変化、プラズマ気体圧および／または流速の迅速な変化、およびプラズマ処理中の送達された電力レベルの迅速な変化を含む広範囲のプラズマ条件においてプラズマを安定化させることができる。

本発明の種々の実施形態を用いて実現されるプラズマ処理機能は、より高速のプラズマプロセス遷移を可能にするため、商業的プラズマ処理の用途において有用である。より高速のプラズマプロセス遷移により、プロセスのスループット（したがって、より低いコスト）の増加が生じる。プラズマ処理機能は、さらに、プラズマプロセス制御（例えば、経時的な、特定の加工品におけるまたは加工品の間のプロセスプロパティの再現性）を向上させることにより、プラズマの用途の製造量（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｙｉｅｌｄ）およびプロセス機能に利益となる。

本明細書に記載される技術および提供されるプラズマ処理機能は、上記のように、半導体製造、太陽電池製造、または他のプラズマエッチング産業的用途における膜または基板のプラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、半導体製造、太陽電池製造、または他のＰＥＣＶＤ産業的用途の膜のプラズマ助長化学期相堆積（ＰＥＣＶＤ）、半導体製造、太陽電池製造、または他のｉＰＶＤ産業的用途における膜のイオン化物理的気相堆積（ｉＰＶＤ）、および半導体製造、太陽電池製造、または他のＡＬＤ産業的用途の膜の原子層堆積（ＡＬＤ）を含む、種々の産業的および商業的用途における向上したプロセススループット（例えば、加工品毎のより低いコスト）および向上したプロセス制御（例えば、より高い生産量（ｙｉｅｌｄ））を提供する。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載される技術は、ユーザに、高周波数でＲＦ電力をパルスするための機能を提供し、源およびバイアスＲＦ電力パルス（例えば、相対的パルスタイミングおよび負荷サイクルの柔軟な設定）の柔軟な同期を提供する。本明細書に記載される技術および提供されたプラズマ処理機能は、プラズマ加工チャンバ内部に物理的修正を加えずに、純粋にＣＷ ＲＦ電力で利用可能であるよりもより柔軟なプラズマプロセスの最適化を可能にする、例えば、いくつかの重要なプラズマパラメータ（電子密度および温度、イオン密度および温度、正のおよび負のイオン分留（ｆｒａｃｔｉｏｎ）等を含む）の連続する、独立した変形を可能にする。

本明細書に記載される技術および提供されるプラズマ処理機能は、さらに、拡張された圧力／電力動作体制（純粋なＣＷ ＲＦ動作では利用不可能）、より低い平均ＲＦ電力によるより高速のエッチングおよび堆積速度、低減された熱流束および加工品の装入、および重要なプラズマ化学成分の独立した調整を可能にする。

本明細書に記載される技術および提供されるプラズマ処理機能は、プラズマ処理のスループットを低下させずに、基板（加工品）上のデバイスに対する電子衝撃、電荷、および損傷（「ノッチング」、「マイクロトレンチング」、または「エッチングピット」等）の低減を可能にする、ほぼ変化していない平均プラズマ密度による、より低い電子温度を提供する。

本明細書に記載される技術および提供されるプラズマ処理機能は、さらに、オフパルス期間において構造の垂直側壁および底部へポリマーをブロックする接着を向上させ、オンパルス期間中に基板に衝突するイオンのエネルギーおよび数の独立した制御を可能にすることで、向上したエッチング選択性（ターゲット膜およびエッチングマスク、ターゲット膜の下のサブレイヤ、または加工で暴露される他の材料の間のエッチング速度の差）および異方性（高縦横比率構造における垂直側壁角度の制御）を提供する。これは、オンパルス期間中におけるイオンによる横方向エッチング速度を低減し、加工品上の異なる材料の間のエッチング選択性を向上させて、ゲートエッチング、トレンチエッチング、および金属エッチングプラズマプロセス等の種々の用途における向上したエッチング制御を提供する。

本明細書に記載される技術および提供されるプラズマ処理機能は、さらに、電子エネルギー＆温度、平均イオンエネルギー、イオンエネルギー分散（ＩＥＤ）、全イオン流出、および基板への低減された熱流束の独立した制御によるＰＥＣＶＤおよびイオン化ＰＶＤ（ｉＰＶＤ）プロセスにおけるより高い薄膜堆積速度および向上した膜材料プロパティを提供する。

加工品サイズ（例えば、半導体製造のウエハ直径、太陽電池製造におけるパネル面積）が拡大してきており、エッチング速度の加工品およびプラズマプロセスの堆積速度における望ましい均一性を実現または維持することは、より困難になってきている。さらに、基板に対するエッチング速度、エッチング選択性、異方性、付帯的電子電荷／損傷（「ノッチング」および「マイクロトレンチング」等）、および熱流速を、同時に最適化することはより困難になってきている。特に、加工品における適正な側面割合制御は、特に高縦横比構造において、実現することがますます困難になってきている。ＲＦパルス、ＲＦ源およびＲＦバイアス生成器の特に柔軟な同期化されたパルスは、これらの矛盾するプラズマプロセス要件の独立した同時の最適化を可能にすることが公知である。例えば、同期化された源バイアスパルスは、エッチングプロセス、ノッチング／マイクロトレンチング損傷およびＡＲＤＥ（側面割合依存エッチング）における２つの重要な問題を排除することが公知である。さらに、高周波数パルスでは、連続ＲＦ処理に対して、１２００Ｃ未満に基板加工温度を下げながら、非常に広い面積の基板（ガラスパネル）のエッチング速度を二倍にできることが報告されている。

したがって、ユーザに、高周波数でＲＦ電力のパルスを発生できる機能を提供し、源およびバイアスＲＦ電力パルスの柔軟な同期を提供することが望ましい。本明細書に記載される技術は、こうした向上したプラズマ処理制御を提供し、例えば、半導体製造、太陽電池製造、または他のプラズマエッチングの産業的用途における膜または基板のプラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、半導体製造、太陽電池製造、または他のＰＥＣＶＤ産業的用途における膜のプラズマ助長化学蒸着堆積（ＰＥＣＶＤ）、半導体製造、太陽電池製造、または他のｉＰＶＤ産業的用途における膜のイオン化物理的蒸着堆積（ｉＰＶＤ）、および半導体製造、太陽電池製造、または他のＡＬＤ産業的用途における膜の原子層堆積（ＡＬＤ）を含む、種々の産業的および商業的用途において有用である。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載される技術は、二重周波数ＲＦバイアス電力（つまり、異なる周波数を有する２つの異なるＲＦ生成器からの調整可能な量の電力）を、プラズマ加工中の加工品に印加する機能を提供する。本明細書に記載される技術および提供されるプラズマ処理機能は、プラズマにおけるイオンエネルギー分散（ＩＥＤ）の平均的エネルギーおよびＩＥＤの幅（２つの周波数のそれぞれから印加される出力比の調整により）の柔軟で独立した調整（２つのバイアス周波数の合計の組み合わせられた電力の制御による）を可能にする。この技術は、源ＲＦ電力＆周波数、およびプロセス気体圧＆流れ設定によって制御される、プラズマ密度とは無関係の、これらの２つの重要なパラメータの二次元の制御を可能にする。本明細書に記載される技術および提供されるプラズマ処理機能は、さらに、ポリマー堆積、エッチング速度＆選択性、エッチングプロファイルの向上した制御、および平均イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分散幅の柔軟な調整によるエッチングＣＤ制御を提供する。

平均イオンエネルギーおよびＩＥＤの幅を独立して制御する機能は、例えば、以下の産業的および商業的用途、つまり、半導体製造、太陽電池製造、または他のプラズマエッチング産業的用途における膜または基板のプラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、半導体製造、太陽電池製造、または他のＰＥＣＶＤ産業的用途における膜のプラズマ助長化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、半導体製造、太陽電池製造、または他のｉＰＶＤ産業的用途における膜のイオン化物理的気相堆積（ｉＰＶＤ）、および半導体製造、太陽電池製造、または他のＡＬＤ産業的用途における膜の原子層堆積（ＡＬＤ）において、向上したプラズマ処理制御を提供する。

本明細書に記載される内容の変形、修正、および他の実施が、請求項に記載されるように、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、当業者によって行われるであろう。したがって、本発明は、先行する例示としての記載によって定義される代わりに、以下の請求項の精神および範囲によって定義されるべきである。

Claims (27)

1. 電力増幅器からのパルス電力を制御するための方法であって、
   電力増幅器から送達される電力の第１のパルスを測定してデータを取得することであって、前記データは第１のパルスのピークおよび実質的に安定した部分を含む、ことと、
   電力増幅器から送達される電力の第２のパルスを第１の信号に基づいて調整することであって、前記第１の信号は、所望の送達される電力を示す設定電力と前記第２のパルスの実質的に安定した部分との間の電力差を最小限にするように第１のパルスの前記実質的に安定した部分に基づいて生成される、ことと、
   電力増幅器から送達される電力の第２のパルスを第２の信号に基づいて調整することであって、前記第２の信号は、前記第２のパルスのピークと前記第２のパルスの前記実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように、前記第１のパルスのピークおよび実質的に安定した部分に基づいて生成される、ことと
   を含む、方法。
2. 電圧源への入力として前記第２の信号を提供することをさらに含み、前記電圧源は、電圧・電力変換器へ電圧を提供し、前記電圧・電力変換器は、前記電力増幅器にＲＦ電力信号を提供する、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の信号を前記電圧源において受信することと、前記ＲＦ電力信号を前記電圧・電力変換器から出力することとの間で測定される時間遅延に応じて、前記第２の信号を調整することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記第２の信号を生成することは、前記第１のパルスの前記ピークと前記第１のパルスの前記実質的に安定した部分との間のパルス波形誤差を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記パルス波形誤差に応じて前記第２の信号を調整することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の信号を生成することは、電力オフセットを計算することをさらに含み、前記
   電力オフセットは、前記設定電力と前記第１のパルスの前記実質的に安定した部分との間の差を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記電力オフセットに応じて前記第１の信号を調整することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 電圧源への入力として前記第１の信号を提供することをさらに含み、前記電圧源は、電圧・電力変換器へ電圧を提供し、前記電圧・電力変換器は、前記電力増幅器にＲＦ電力信号を提供する、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１の信号を前記電圧源のパルス幅変調された制御入力として提供することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. パルスまたは連続波ＲＦ電力を負荷へ送達するためのシステムであって、
    電圧源の出力に結合される電圧・電力変換器であって、前記パルスＲＦ電力または前記連続波ＲＦ電力を生成するように適合される、電圧・電力変換器と、
    前記電圧・電力変換器の出力に結合されるＲＦ電力増幅器であって、前記負荷へＲＦ電力を送達するように適合される、ＲＦ電力増幅器と、
    前記ＲＦ電力増幅器の出力および前記電圧源の第１の入力に結合される、パルス波形制御ループであって、前記パルス電力のピークと前記パルス電力の実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように適合される、パルス波形制御ループであって、前記ＲＦ電力がパルスモードである時に動作するように適合される、パルス波形制御ループと、
    前記ＲＦ電力増幅器の前記出力および前記電圧源の第２の入力に結合される、電力設定点制御ループであって、所望の送達されるＲＦ電力量を示すＲＦ設定電力と前記負荷に送達される前記ＲＦ電力との間の電力差を最小限にするように適合される、電力設定点制御ループと、
    を備える、システム。
11. 前記電力設定点制御ループは、前記電圧源の出力に結合される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記電力設定点制御ループは、電圧オフセット回路を備え、前記電圧オフセット回路は、前記電圧源からの電圧出力と前記電力設定点制御ループからの設定電圧との間の電圧オフセットを測定するように構成され、前記設定電圧は、前記ＲＦ設定電力と前記負荷に送達された前記ＲＦ電力との間の電力差に応じて決定される、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記電力設定点制御ループは、前記ＲＦ電力増幅器の前記出力と電気的に連通しているスイッチを備える、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記スイッチは、前記パルスＲＦ電力のパルス周波数に相関するスイッチング周波数を有する、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記電圧・電力変換器の出力および前記負荷の入力に結合される整合回路をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記電力設定点制御ループは、前記電圧源の前記第２の入力および前記電力設定点制御ループに結合される出力調整モジュールを含み、前記出力調整モジュールは、前記電圧源にパルス幅変調制御信号を提供する、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記電圧源は、バックレギュレータである、請求項１０に記載のシステム。
18. 前記電力設定点制御ループは、デジタル・アナログ変換器を備える、請求項１０に記載のシステム。
19. パルスまたは連続波ＲＦ電力を負荷へ送達するためのシステムであって、
    電圧源の出力に結合される電圧・電力変換器であって、前記パルスＲＦ電力または前記連続波ＲＦ電力を生成するように適合される、電圧・電力変換器と、
    前記電圧・電力変換器の出力に結合されるＲＦ電力増幅器であって、前記負荷へＲＦ電力を送達するように適合される、ＲＦ電力増幅器と、
    前記ＲＦ電力増幅器の出力および設定電流出力に結合される第１の制御回路であって、設定電流は、所望の送達されるＲＦ電力を示すＲＦ設定電力と前記負荷に送達される前記ＲＦ電力との間の差に応じて決定される、第１の制御回路と、
    前記電圧源の入力および前記電圧源の出力に結合される第２の制御回路であって、該第２の制御回路は、前記設定電流出力および前記電圧源の出力の差に応じて制御出力を提供する、システム。
20. 前記電圧源の前記出力および前記第１の制御回路の設定電圧出力に結合される、第３の制御回路をさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記第１の制御回路はさらに、前記ＲＦ電力増幅器の前記出力と電気的に連通しているスイッチを備える、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記スイッチおよび前記ＲＦ電力増幅器の前記出力と電気的に連通している、少なくとも１つのフィルタをさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記少なくとも１つのフィルタは、前記ＲＦ電力増幅器から出力されるＲＦ電力から所定の周波数成分を濾波するように適合される、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記第１の制御回路に結合される、少なくとも１つのフィードフォワード入力をさらに備え、前記設定電圧は該少なくとも１つのフィードフォワード入力に応じて決定される、請求項２０に記載のシステム。
25. 前記第１の制御回路に結合される、少なくとも１つのフィードフォワード入力をさらに備え、前記設定電流はさらに該少なくとも１つのフィードフォワード入力に応じて決定される、請求項１９に記載のシステム。
26. 前記第２の制御回路は、出力調整モジュールを備え、前記出力調整モジュールはパルス幅変調制御信号を前記電圧源へ提供する、請求項１９に記載のシステム。
27. 前記ＲＦ電力増幅器の出力および前記電圧源の第２の入力に結合されるパルス波形制御ループをさらに備え、前記パルス波形制御ループは、前記パルス電力のピークと前記パルス電力の実質的に安定した部分との間の振幅差を最小限にするように適合され、前記パルス波形制御ループは、前記ＲＦ電力がパルスモードである時に動作するように適合される、請求項１９に記載のシステム。