JP6909346B2 - アナログおよびデジタル検出器による無線周波数(rf)電力発生器、プラズマ処理システムおよび発生器操作方法 - Google Patents

アナログおよびデジタル検出器による無線周波数(rf)電力発生器、プラズマ処理システムおよび発生器操作方法 Download PDF

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Description

本発明は一般に、発生器、および発生器を含むプラズマ処理システムに関する。また、発生器コントローラを動作させるための方法も開示される。
例えば、半導体プラズマ処理用途に使用される高出力RF発生器が知られている。例えば、米国特許第7,750,645号は、アーク現象を監視することによってプラズマチャンバ消耗品の劣化を監視する方法に関するものであり、デジタルコントローラを用いてプラズマ反応チャンバの様々な部分のアーク現象を検出することを提案している。
米国特許第8,264,237号は、プラズマ製造工程中にプラズマ放電現象を監視する方法に関する。RF発生器は、インピーダンス整合ネットワークおよびRFセンサを使用して、プラズマチャンバにインピーダンス整合される。RFセンサからの信号をアナログデジタル変換器で変換し、解析モジュールの入力として使用する。RFセンサからのデジタル化信号の相関のようなデジタル信号処理技術は、アーク現象の検知を可能にする。
国際公開第2014/036169号は、プラズマ負荷内のアークを検知すると、プラズマ負荷に印加される通常の極性に対して逆極性の電圧をプラズマ負荷に印加する、エネルギー蓄積装置を有するアークマネジメントシステムを提供する。
しかしながら、上記文献に記載されているシステムは、さらに改善することができる。
したがって、例えば、プラズマ負荷内のアーク現象又は他のエネルギー不連続部に、より効果的に対処できる発生器制御法を提供することが望ましい。さらに、本発明の他の望ましい機能および特徴は添付の図面および本発明の背景と共に、本発明の以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
第1実施形態によれば、RF電力信号を出力するように構成された出力と、RF入力信号を生成する信号発生器と、RF入力信号を受信し、その出力で増幅されたRF電力信号を生成するRF電力段(RF power stage)と、RF電力段の出力でRF信号をサンプリングするように構成された少なくとも1つのサンプラーと、デジタル制御部およびアナログ制御部を含むコントローラと、少なくとも1つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現がコントローラに供給されることを可能にする少なくとも1つのサンプラーとコントローラとの間のアナログフィードバック経路と、少なくとも1つのサンプラーからの信号のデジタル信号表現がコントローラに供給されることを可能にする少なくとも1つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路と、を備える発生器が提供される。
コントローラは、アナログ信号表現および/またはデジタル信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整するように構成される。
その結果、デジタル制御部は、高精度に、そして任意にソフトウエアに柔軟性を提供する。アナログ制御部は、高ダイナミックレンジと高速応答を提供する。これはアーク現象のように突発的で予測不可能な現象を抑制する場合に重要である。両方の技術を組み合わせることで、高精度と柔軟性が得られる一方で、予期しない故障状態を適切に制御することが可能になる。
実施形態において、少なくとも1つのサンプラーは、RF電力段の出力にカスケード接続された第1及び第2サンプラーを備える。第1サンプラーは、デジタルフィードバック経路のためにプレデジタル化された信号を供給し、第2サンプラーは、少なくとも1つのサンプラーからアナログフィードバック経路へのアナログ信号表現を供給する。
その結果、精度が向上する。スプリッタの分離が制限されているため、高精度なデジタル処理で最終的に使用される信号の精度を低下させる。したがって、アナログ処理とデジタル処理のために異なったサンプラーを使用すると、精度の向上がみられる。
実施形態において、少なくとも1つのサンプラーは、RF電力段の出力に接続された第1サンプラーを備え、発生器は、第1サンプラーの出力に接続されたスプリッタを備え、スプリッタは、サンプラーからの信号を分割し、デジタルフィードバック経路のためのプレデジタル化された信号およびアナログフィードバック経路のためのアナログ信号表現を供給するように構成される。任意に、第1スプリッタは、サンプラーの種類に応じて、アナログ経路およびデジタル経路のための順方向RF信号またはベクトル電圧信号を供給する。第2スプリッタは、アナログ経路及びデジタル経路に、反射RF信号又はベクトル電流信号を供給する。
その結果、アナログおよびデジタルフィードバック経路を提供するために1つのサンプラーだけで済むため、コストを削減することができる。
実施形態において、少なくとも1つのサンプラーは、アナログフィードバック経路及び/又はデジタルフィードバック経路に順方向RF信号及び反射RF信号を供給するように構成される。実施形態において、少なくとも1つのサンプラーは、アナログフィードバック経路および/またはデジタルフィードバック経路に電圧信号および電流信号を供給するように構成される。
その結果、順方向RF信号と反射RF信号または電圧および電流信号が利用可能な場合に、アナログ制御部およびデジタル制御部がインピーダンス整合をより正確に監視できる。
実施形態では、少なくとも1つのサンプラーは、順方向信号および反射信号を決定するための少なくとも1つの方向性結合器、または電圧信号および電流信号を決定するための少なくとも1つのVIプローブであるか、またはそれを含む。
実施形態では、デジタルフィードバック経路は、少なくとも1つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成するように構成され少なくとも1つのアナログデジタル変換器を含み、好ましくはプレアナログデジタル変換器フィルタを含む。任意に、プレアナログデジタル変換器フィルタは、アンチエイリアシングフィルタである。
その結果、振幅、位相、及び周波数などの出力時のRF信号に関する情報を、デジタル制御部に高精度に提供することができる。
実施形態において、デジタル信号表現は、コントローラのデジタル制御部に供給される。
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、デジタル信号表現を取得し、デジタル信号表現に基づいて、RF増幅器(単数または複数)への入力RF信号の電力および/または電源電圧または電流レベルを調整するように構成される。
その結果、発生器のRF出力を、デジタル制御部を使用して正確かつ柔軟に制御できる。例えば、RF入力信号の振幅を変更したり、RF入力の位相を変更したりすることができる。RF入力信号に代えて、またはRF入力信号と組み合わせて、DC電源電圧レベルを、電力段のゲインに影響を与えるように変更することで、RF出力電力を制御することができる。
実施形態において、少なくとも1つのアナログデジタル変換器は、オーバーサンプリングされた信号を供給するために、信号発生器によって生成されたRF入力信号の周波数サイクルごとに少なくとも2つのサンプルによって、少なくとも1つのサンプラーからの信号をオーバーサンプリングするように構成される。
その結果、ナイキスト−シャノンサンプリング定理を用いて、RF出力のより高い分解能のデジタル信号表現を、デジタル制御部に供給することができる。
任意に、コントローラのアナログ制御部は、アナログ信号表現を取得し、電力増幅器の出力における信号が正常な動作状態を表すか、または故障状態を表すかを検出するように構成される。
任意に、コントローラのアナログ制御部は、アナログ信号表現を、複数の故障状態を規定する閾値と比較するように構成されており、コントローラのアナログ制御部は、アナログ比較の結果に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整するように構成される。
実施形態において、デジタル制御部は、オーバーサンプリングされた信号を使用して、順方向および/または反射電力測定値または電圧および/または電流測定値、および好ましくは負荷インピーダンス情報を取得するように構成される。
実施形態では、コントローラは、コントローラのデジタル制御部によって制御されるデジタルアナログ変換器をさらに備え、デジタルアナログ変換器は、信号発生器、および/または電力増幅器および/または発生器のDC電源に制御信号を供給するように構成される。
その結果、デジタル制御部が少なくともデジタル信号表現に基づいて、RF発生器を柔軟かつ正確に構成することができる。
実施形態において、コントローラは、アナログ制御部と電力増幅器との間に直接的なアナログ制御経路をさらに備える。
その結果、アナログ制御部は、高ダイナミックレンジで、発生器のRF出力で検出された故障状態に迅速に対処できる。
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、デジタル信号表現を取得し、電力増幅器の出力における信号が正常な動作状態又は故障状態を表すかどうかを検出するように構成される。
その結果、デジタル制御部は、特殊なプラズマ処理システムの使用またはレシピに基づいて、様々な故障状態を識別するように柔軟に再プログラミングすることができる。
実施形態において、第1の状態および/または第2の状態は、発生器の予想される状態を定義し、故障状態は、発生器のRF出力に接続されたプラズマチャンバ内のアーク放電状態を定義する。
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、複数の故障状態を定義する格納されたデジタル信号とデジタル信号表現とを比較することによって、デジタル信号表現のデジタル比較を行うように構成され、コントローラのデジタル制御部は、デジタル比較の結果に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整するように構成される。
その結果、プラズマ処理システムにおけるアーク状態、発生器電源ケーブルにおける短絡、故障コネクタなど、それらの特徴に基づいて広範囲の故障状態を識別することができる。
実施形態において、コントローラのアナログ制御部は、デジタル制御部をバイパス(bypass)するか、またはオーバーライド(override)するように構成される。
その結果、サンプラーにおける状態の変化に応じてより遅いデジタル制御部をバイパスすることができ、例えば、故障状態に応じて、電力増幅器の出力における安全な停止またはゲイン低減を可能にする。
実施形態において、デジタル制御部をバイパスするか又はオーバーライドすることは、デジタル制御部が異常な動作状態を識別しておらず、アナログ制御部が異常な動作状態を識別した場合に、コントローラに、アナログ信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整させることを含む。
実施形態において、アナログ制御部は、デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドする場合に、デジタル制御部に割り込み信号を供給するように構成される。
その結果、デジタル制御部の制御がバイパスまたはオーバーライドされた場合、デジタル制御部内のロジック回路および任意のコンピュータ実装制御回路に迅速に通知することができ、通常の動作状態へのより安全な再エントリが可能になる。
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、割り込み信号を受信すると、所定の期間、または発生器内のデジタル制御を一時停止信号条件が満たされるまで、発生器のデジタル制御の範囲を一時停止または低減するように構成される。
その結果、デジタル制御部は、アナログ制御部の動作と矛盾する可能性のあるアクションを実行しない。
実施形態において、デジタル制御部は割り込み信号の停止時に、または発生器内の復元信号条件が満たされるまで、コントローラのデジタル制御を復元するように構成される。
その結果、安全でない故障状態がアナログ制御部によって安全に対処された場合、デジタル制御部が発生器の制御を柔軟に回復できる。
実施形態において、デジタル制御部は、マイクロプロセッサ、組み込みプロセッサまたは組み込みコンピュータ、プログラマブルロジック、および/またはデジタルフィードバック経路からデジタル信号表現を受信するように構成されたデジタル信号プロセッサのうちの1つまたは複数を備える。
その結果、デジタル制御部は、広範囲のプラズマシステムおよび製造レシピに対処するようにプログラムすることができる。
実施形態において、デジタル制御部は、第1デジタル制御要素および第2デジタル制御要素を備える。少なくとも第2デジタル制御要素は、第1デジタル制御要素によって第2デジタル制御要素に通信される第2デジタル制御要素の構成設定に基づいて、第1デジタル制御要素よりも高速にデジタルフィードバック経路からデジタル信号表現を受信及び処理するように構成され、第2デジタル制御要素は、構成設定を超えた状態で第1デジタル制御要素をオーバーライドにするように構成され、第2デジタル制御要素は、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整するように構成される。
その結果、第2デジタル制御要素は、アナログ制御部よりは遅いが、第1デジタル制御要素よりは速い応答時間を有するように設けることができる。
実施形態において、第1デジタル制御要素は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または組み込みコンピュータであり、第2デジタル制御要素は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、再構成可能フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、またはハードワイヤードロジックである。
実施形態では、コントローラのアナログ制御部がさらに以下を含む:アナログ信号表現を受信し、ピーク検出信号(またはそれぞれエンベロープ検出信号)を生成するように構成されたピーク検出器またはエンベロープ検出器と、好ましくは閾値電圧を生成するように構成されたコントローラのデジタル制御部によって制御される閾値電圧生成器と、ピーク検出信号(またはそれぞれエンベロープ検出信号)と閾値電圧とを比較し、ピーク検出信号(またはそれぞれエンベロープ検出信号)が閾値電圧を超える場合、またはその逆の場合、比較器出力信号を生成するように構成された第1比較器と、を含み、比較器出力信号は、割り込み信号として使用される。
その結果、デジタル制御システムが反応することができる前に、排他的アナログフィードバック経路は、故障状態におけるRF発生器の制御を迅速に行うことができる。
実施形態では、コントローラのアナログ制御部がさらに以下を含む:
発生器のRF出力信号の電力を設定するように構成された第1アナログ出力回路であって、第1アナログ出力回路は、デジタル制御部によって供給される電力出力閾値を基準として、少なくとも1つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現によって制御される。
実施形態では、コントローラのアナログ制御部がさらに以下を含む:
発生器のRF出力信号の増幅器バイアスを設定するように構成された第2アナログ出力回路であって、第2アナログ出力回路は、デジタル制御部によって供給される増幅器バイアス閾値を基準として、少なくとも1つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現によって制御される。
実施形態において、アナログフィードバック経路は、デジタルフィードバック経路より応答性が高いクリティカルパスを含み、少なくとも1つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現は、さらにアナログデジタル変換器を使用してデジタル化され、混合信号アーク検出を提供するためにデジタル制御部によって使用される。
任意に、制御装置のアナログ制御部分がさらに構成された発生器が提供される:アナログ出力信号を供給するベクトルアナログ信号処理回路と、アナログ信号処理回路からのアナログ信号を受信するように構成されたピーク検出器またはエンベロープ検出器と、閾値電圧を生成するように構成されたコントローラのデジタル制御部によって好ましくは制御される閾値電圧発生器と、ピーク検出信号(またはそれぞれエンベロープ検出信号)と閾値電圧とを比較し、ピーク検出信号(またはそれぞれエンベロープ検出信号)が閾値電圧を超えた場合に、第1比較器出力信号を生成するか、第2比較器出力信号を生成するように構成された第1比較器と、をさらに備え、第1比較器出力信号は、割り込み信号として使用される。
第2実施形態によれば、第1実施形態又はその実施形態に係る発生器と、発生器からRF信号を受信するように構成された半導体処理モジュールとを含むプラズマ処理システムが提供される。
第3実施形態によれば、発生器を動作させる方法が提供される:
RF電力段を使用して、信号発生器によって生成されたRF入力信号に基づいてRF出力信号を生成し、
少なくとも1つのサンプラーを使用して、RF電力段の出力または少なくとも2つのRF電力段の電力を結合する電力結合回路の出力によって、無線周波数、RF、電力信号をサンプリングし、
少なくとも1つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成し、少なくとも1つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路を介してコントローラにデジタル信号表現を供給し、
少なくとも1つのサンプラーから信号のアナログ信号表現を生成し、少なくとも1つのサンプラーと前記コントローラとの間のアナログフィードバック経路を介して、前記信号を前記コントローラに供給し、前記デジタル制御部および前記アナログ制御部の一方または両方は、少なくとも電力増幅器、スイッチングモード電力RF源、信号発生器および/またはDC電源を制御するように構成され、
コントローラを使用して、アナログ信号表現および/またはデジタル信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整する。
本出願では、「RF電力段」という用語は、クラスA、B、ABの従来の意味でのRF電力増幅器、または拡張されたF、F−逆、J、J−逆増幅器、またはクラスD、E、S「増幅器」トポロジーのようなスイッチモードRF回路のような非増幅電力段のいずれかを意味する。電力段は、RF電力発生器の出力に供給されるべき高電力信号を生成する。半導体製造業のためのプラズマ蒸着およびプラズマエッチングなどのプラズマ用途のためのRF電力発生器は、それらの出力で典型的には500Wを超える電力、好ましくは1kWを超える電力、および最も好ましくは2.5kWを超える電力を供給しなければならない。RF電力信号は、典型的には異常を検出するために、および/またはRF発生器のコントローラにフィードバックを提供するためにサンプリングされる。次に、コントローラは、RF電力信号を調整するために、電力段又はRF発生器の他のサブパーツのいずれかに補正手段を送ることができる。電力発生器の他のサブパーツは、DC電圧供給部(それ自体が例えば、整流器と、それに続く整流信号を平滑化して、AC主電源と、DC/DC変換器からのDC電圧を達成することを含み得る)、信号発生器(これは、電力段に先立つ低電力信号生成である)、前置増幅段(これも、電力段に先立つ)、および種々の他のサブパートを含み得る。
本出願では、「サンプラー」という用語は、例えば、発生器のRF電力段のRF出力に接続する電子部品を意味する。サンプラーは、発生器のRF出力における状態を表す信号をアナログまたはデジタル制御部に供給することができる。特に、サンプラーは、例えば、機械部品として、または結合線結合器もしくは集中要素結合器としてPCB上に、またはその両方の組合せとして実装された方向性結合器(方向性が異なるスプリッタ;進行波と反射波の既知の部分を分離および結合する)であってもよく、またはサンプラーは、電圧−電流プローブ、いわゆるVIプローブであってもよい。方向性結合器またはVIプローブは、典型的には、中心周波数および動作範囲、結合、分離/指向性、挿入損失等を特徴とする相反デバイスである。複数のサンプラーは、カスケード接続されていてもよい。サンプラーにより、コントローラは、例えば、プラズマ処理システムのような接続された装置への、順方向の入射波又はそこからの反射波、又は電圧及び電流の測定値を取得できる。
本出願では、「コントローラ」という用語は、発生器、特に発生器のRF電力出力を監視し、監視されたRF電力出力に応じて発生器に対する制御変更を実施することができるRF発生器の電子回路を定義する。コントローラは、少なくとも1つのデジタルフィードバック経路および少なくとも1つのアナログフィードバック経路を備える混合信号回路、または完全デジタル回路である。コントローラは、同じ回路基板上に配置されていてもよいし、異なる回路基板上に配置することもできる。
本出願では、「アナログフィードバック経路」という用語は、順方向及び/又は反射電圧波又は電圧及び電流のようなRF電力出力の状態の定常状態又は時間変化表現を、サンプラーから、例えば、ローレベル信号発生器、電力増幅器のゲイン又は電源制御に送信することができるアナログ回路を定義する。アナログフィードバック経路は、どのデジタルコンポーネントも通過しない。しかしながら、比較器は2つの出力レベルを出力していても、比較器に続いて比較器信号のデジタル処理が実行されない場合には、アナログフィードバック経路の一部であると考えてもよい。アナログフィードバック経路の大きな特徴は、応答速度である。例えば、商業的で費用効率の高い統合型比較器は、数nsまでの時間応答を有する。もちろん、対数増幅、乗算、エンベロープ検出、ピーク検出などのより複雑なアナログ処理をアナログフィードバック経路に組み込むこともできる。
本出願では、「デジタルフィードバック経路」という用語は、順方向及び/又は反射電圧波又は電圧及び電流のようなRF電力出力の状態のデジタル的にサンプリングされた表現を、サンプラーから、例えば、ローレベル信号発生器、電力増幅器のゲイン又は電源制御に送信することができるデジタル回路を定義する。典型的には、デジタルフィードバック経路は、サンプラーに(好ましくはエイリアシングフィルタを介して)接続されたアナログデジタル変換器を備える。このように、RF電力出力の状態は、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、または適切なプログラムを実行するデジタル信号プロセッサ、再構成可能または再構成不可能ロジックなどによって、デジタル信号処理技術を使用して処理することができる。これにより、検出されたRF状態に基づいて、高度なRF発生器制御アルゴリズムを適用することが可能になる。
本出願において、コントローラによって出力されるRF電力の調整に適用される「第1の状態」及び「第2の状態」という用語は、コントローラによって実行され得る広範囲の潜在的な変化を包含する。RF電力段を損傷から保護する必要性と、アプリケーションの処理基板を損傷から保護する必要性の観点から(例えば、プラズマ処理チャンバ内の半導体ウェハ)、そのような変更は、有利にはコントローラのデジタル制御部をオーバーライドするアナログ制御部によってのみ実行されてもよい。「第1の状態」から「第2の状態」に変更する別の例は、例えば、時間ベースの平均レベルよりも10%又は20%大きい又は小さい、印加されたRF電力の中程度の変動を指す。更に、このような緩やかな変化は、プラズマ製造「レシピ」に対する応答の一部として、数秒間又は更に1分間にわたって発生するようにプログラムされ得る。このように、コントローラのデジタル制御部は、このような状況変化を正確かつ柔軟に実行することができる。任意に、デジタルコントローラは、発生器を熱ダメージから保護するように構成され、アナログコントローラは、発生器および接続された機器をアーク放電から保護するように、および/またはアプリケーションのプロセス基板をアーク放電から保護するように構成される。
本発明は、以下の図面に関連して以下に説明され、図面において、同様の数字は同様の要素を示す。電気的概略図では「ドット」によって結合された信号線は電気的に接続されたノードであるが、「ドット」なしで単に交差する信号線は電気的に接続されたノードではないという規則が適用される。電気的概略図でのさらなる規則として、増幅器の三角形シンボルは、増幅器又は増幅器の組み合わせ、あるいは実際にはあらゆる「増幅」トポロジーを表すために使用され、以下、RF電力信号を達成するために当業者に知られているRF電力段と呼ばれるものを表すために使用される。「RF電力段」の場合、三角形シンボルの頂点に高出力を出力し、三角形シンボルの面にはAC入力信号、DC電圧供給信号、制御信号などの他の信号線が接続されているという通常の規則が有効なままであることに変わりはない。最も簡単な変形では、電力段が増幅器であることが理解される。
第1実施形態に係る発生器を示す概略構成図である。 a)、b)、およびc)は、任意のサンプラーアーキテクチャを示す概略構成図である。 a)信号変換回路を示す概略ブロック図である。 b)ピーク検出器回路を示す概略構成図である。 c)エンベロープ検出器回路を示す概略構成図である。 d)アナログ−デジタル信号処理を示す概略構成図である。 本明細書に記載の実施形態に係る混合信号発生器コントローラを示す概略構成図である。 第1及び第2デジタル制御部、およびアナログ制御部を有するコントローラの変形例を示す概略構成図である。 第2実施形態に係るシステムを概略的に示す。 第3実施形態に係る方法を概略的に示す。
以下の詳細な説明は、本質的に例示的なものにすぎず、本発明または本発明の用途および使用を限定することを意図するものではない。さらに、前述の背景技術または以下の詳細な説明において提示される理論によって拘束されることを意図するものではない。
プラズマ処理システムにおいてRFプラズマを生成するために使用されるRF発生器は、それらのRF出力において故障状態に反応するように任意に構成可能である。例えば、接続されたプラズマ反応チャンバ内の故障状態は、発生器に戻ってくる反射電力のサージを引き起こし、発生器に損傷を与える可能性がある。
図1は、第1実施形態に係る発生器10を図示するものである。この発生器は、電力増幅器12と、電力増幅器12の出力で無線周波数、RF、信号RFOUTをサンプリングするように構成された少なくとも1つのサンプラー14と、発生器10からRF信号を出力するように構成されたRF出力と、RF入力信号RFINを生成し、電力増幅器12にRF入力信号を供給するように構成された信号発生器16とを備える。更に、デジタル制御部20及びアナログ制御部22を含むコントローラ18が設けられ、ここで、デジタル制御部20及びアナログ制御部22の一方又は両方は、少なくとも電力増幅器12及び/又は信号発生器16を制御するように構成される。実際には、この制御は、電力増幅器の電源および/または入力信号レベルを変化させることによって達成される。なお、図1では、単一の電力増幅器12が示されているが、カスケード状(直列配置)の電力増幅器を有することもできる。したがって、電力増幅器12は、出力信号の高出力特性を生成するために、より複雑な構成、いわゆる電力段とすることができ、これは、出力信号の高電力特性を生成するために、当業者に公知の任意の既知の増幅器トポロジーとすることができる。
当然のことながら、発生器は、ACからDC電源への外部または内部電源24を含んでもよい。任意に、インターフェース回路26は、発生器10を、RS−232、プロフィバス(登録商標)またはCANBUS(登録商標)、イーサネット、または当技術分野で知られている他の通信プロトコルなどのデジタル制御プロトコルを介して、発生器システムまたは制御システムに接続されることを可能にする。
したがって、少なくとも1つのアナログ信号と、好ましくは少なくとも1つのサンプラー14と、コントローラ18との間の順方向電力および反射電力、または電圧および電流を表す2つの信号とを備えるアナログフィードバック経路Fは、少なくとも1つのサンプラー14からの信号のアナログ信号表現がコントローラ18に供給されることを可能にする。さらに、少なくとも1つのデジタル信号と、好ましくは少なくとも1つのサンプラー14とコントローラ18との間の順方向電力および反射電力、または電圧および電流を表す2つの信号とを備えるデジタルフィードバック経路Fは、少なくとも1つのサンプラー14からの信号のデジタル信号表現がコントローラに供給されることを可能にする。
コントローラ18は、アナログ信号表現および/またはデジタル信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力RFOUTにおけるRF信号を調整するように構成される。
コントローラのデジタル制御部20は、例えばアナログ−デジタル変換器(図1には示されていない)によって生成されたサンプラー14からの信号のデジタル信号表現を受信する。サンプラー14からの信号は、アナログ−デジタル変換前にアンチエイリアシングフィルタ(図示せず)を用いて任意にフィルタリングされる。デジタル制御部20は、組み込みコンピュータまたはプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、プログラマブルまたは非プログラマブルロジックなどで構成されていてもよい。デジタル制御部20は、デジタルフィードバック経路のサンプラー14側からデジタル信号表現Fを受信し、デジタル比較又は計測を実行するように構成される。例えば、デジタル制御部20は、デジタル演算を用いて、デジタル信号表現の大きさを値のルックアップテーブルと比較するように構成される。デジタル信号表現の大きさがルックアップテーブルの基準値と比較して高すぎる場合、デジタル制御部20は、信号発生器16及び/又は電力増幅器12のRF経路又は電源電圧のゲインのような発生器の他のコンポーネントを制御するために、ディジタルフィードフォワード信号に減衰係数を適用する。
ルックアップテーブルは、計算的に単純であり、したがって、デジタル比較を実行する迅速な方法である。もちろん、より高度なデジタル信号処理又はフィルタリング技術を、デジタル制御部20によってデジタルフィードバック経路内の信号に適用して、高精度及びソフトウエアの再プログラム性を与えることができる。
任意に、デジタル制御部20は、発生器を保護するために、またはアプリケーションの処理基板を保護するために、電力増幅器12の電源を調整し、ユーザ要求およびデジタル制御部20に格納されたサンプラー14からのデジタルフィードバックにしたがって電源の出力レベルを下げる(derate)するように構成される。
任意に、デジタル制御部20は、アーク放電状態またはプレアーク放電状態を識別するように構成される。プラズマ半導体製造システムの一部のアークは、例えば、順方向及び/又は反射電力の変化など、発生器のRF出力で検出可能な明確な高度な兆候を提供し、これらを示す例示的な故障状態信号を、デジタル制御部20に保存してもよい。任意に、デジタル制御部は、デジタルフィードバック信号の故障状態をデジタル的に相関または識別し、故障の発生に先立って発生器の設定を第1の状態から第2の状態に変更することによって、故障が発生しないように、または故障がより深刻にならないように、発生器の設定を調整するように構成される。デジタル制御部のさらなるアーキテクチャについては後述する。
実施形態において、アナログ制御部22は、アナログ信号表現としてサンプラー14から定常状態または時変信号を直接的に得るように構成される。任意に、アナログ信号表現は、より高い高調波を除去するために、および/またはサンプラー14の周波数応答を補償するために、フィルタリングされる。アナログ制御部22は、アナログフィードフォワード経路Fを使用して発生器10の設定を直接的に制御するように構成される。アナログ制御部22は、後述する具体的な状態においてデジタル制御部20をオーバーライドするように構成される。例えば、サンプラー14において、デジタル制御部20が接続されたプロセスモジュールを保護するには遅すぎるという有害な故障状態が存在することが検出された場合、アナログ制御部は、例えば、発生器及び/又はアプリケーションの処理基板を保護するために、発生器10の設定を、電力増幅器12及び/又は信号発生器16のゲイン及び/又は電源を調整する(換言すれば、アナログ制御部は、デジタル制御部20の状態とは無関係に、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整することもできる)。
言い換えれば、アナログフィードバック経路Fは、デジタルフィードバック経路Fと並列で独立した通信経路である。
任意に、デジタル制御部20とアナログ制御部22とは、通信リンク19によって双方向又は一方向に接続される。例えば、デジタル制御部20は、一方向リンク19を介してアナログ制御部22によって生成されたアナログ割り込みフラグを監視してもよい。あるいは、デジタル制御部20は、コントローラの異なるアナログ制御反応を可能にするために、一方向リンク19を介して、複数の異なるアナログ制御部22のうちの1つを動作に切り替えてもよい。任意に、リンク19は両方の機能が実行されることを可能にする双方向性である。
信号発生器16は、例えば13MHz、例えばプラズマ処理システムにおいて適用可能な他の周波数でRF周波数信号を生成するように構成される。信号発生器16は、コントローラによる制御に基づいて、生成された信号の振幅、位相、周波数、または高調波成分のうちの1つ以上を変化させてもよい。信号発生器16は、正弦波のような自明な波形を生成するように構成されてもよく、又は高度なプラズマ半導体製造レシピに適用するために、高調波的に複雑な信号又は信号バーストを生成するようにプログラムされてもよい。
デジタル制御部20は、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなどとして提供される場合には、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなどによって実行されると、デジタル制御部20の機能を実行するように、デジタル制御部20の機能を実行させる命令を含むコンピュータプログラム要素である。もちろん、本デジタル制御部は、もっぱらハードワイヤードデジタルロジックとして提供されてもよく、この例では命令を含むコンピュータプログラム要素は必要とされない。
動作中、発生器10は、プラズマ処理システムのような外部負荷に接続される。発生器は、DC電源とすることができる電源24に接続され、オンボード制御インターフェース(図1には図示せず)および/または外部通信インターフェース26を介して提供される初期制御命令にも接続される。発生器10は、第1の状態(安全状態)で外部負荷にRF電力を印加する。サンプラー14は、サンプラーで測定された信号のデジタル信号表現をコントローラ18のデジタル制御部20に供給する。サンプラー14は、サンプラーで測定された信号のアナログ信号表現をコントローラ18のアナログ制御部22に供給する。デジタル制御部20は、RF出力が故障状態に入っているか、または故障状態に近づいていることを示していると識別した場合には、故障状態が発生するのを防止するか、またはそれを改善するために、デジタルフィードバック経路Fを介して発生器10の構成要素を制御する。特に、デジタル制御部20は、デジタル信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整する。しかし、動作的には、デジタル制御部20が遅すぎてサンプラー14で故障状態を識別できない場合が発生することがある。この場合、コントローラのアナログ制御部22は、デジタル制御部20の手前で故障状態を検知し、そのアナログ信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整する。
第1実施形態は、第1の状態から第2の状態へのRF出力の切り替えを論じており、その最も単純な形態では、この用語が例えば、RF増幅器からの出力を単にスイッチオフすることをカバーし得ることが理解されよう。しかしながら、この用語は、広範囲の可能性を包含する。例えば、ゲイン又は電源レベルが徐々に変化して、RF出力レベルがより緩やかに変化すると、第1の状態から第2の状態への変化として認定される。さらに、信号の位相又は高調波含有率の変化は、第1の状態から第2の状態への変化として認められる。
図2は、サンプラー14のための3つの任意の構成を示す。
図2a)は、第1サンプラー14a1および第2サンプラー14a2を含むサンプラー14に接続された出力を有する電力増幅器12aを示す。第1サンプラー14a1は、1つ以上の出力信号OA1、OA2をアナログフィードバック経路Fに供給する。2つのアナログ出力信号経路OA1、OA2は、図2a)に示されており、これらは、例えば、順方向電力または反射電力を表す単一の差動アナログ信号、または例えば順方向電力および反射電力を表す2つのアナログ信号、デュアルシングルエンド信号線を提供してもよい。したがって、アナログ信号表現は、サンプラー14a1によって供給される。
第2サンプラー14a2は、デジタル経路信号OD1、OD2を供給する。初期状態では、第2サンプラー14からのデジタル経路信号OD1、OD2は、アナログ信号であり、アナログ/デジタル変換器(図示せず)を使用してデジタル化される。デジタル経路信号OD1、OD2は、RF出力信号RFout1における順方向電力または反射電力のいずれかの単一の差動信号を表してもよく、または代替的にRF出力RFout1における順方向電力および反射電力のシングルエンド信号を表してもよい。図示しない実施形態では、デジタル経路信号OD1、OD2が順方向電力および反射電力を表す二重差動信号であってもよい。多数のさらなる信号線を提供することができ、図示されたものは例示の目的のためのものである。例えば、サンプラー14からの順方向電力及び/又は反射電力の計測を提供する二重差動信号線である。したがって、プレデジタル信号表現は、サンプラー14a2によって供給される。プレデジタル信号表現は、アナログデジタル変換器(図示せず)を用いてデジタル信号表現に変換される。
第1サンプラー14a1および第2サンプラー14a2は、電力増幅器12aの出力における第1サンプラーによって測定された信号と、RF出力RFout1において測定された信号とが、無視できる程度の大きさだけ異なることを可能にするのに十分に小さい、発生器の関連する動作周波数レンジにわたる結合を有するように設計される。続いて、アナログおよびデジタルフィードバック経路のダイナミックレンジ、応答速度、線形性、位相シフト、および他の要因は、それぞれの経路を実装するために使用されるアナログまたはデジタル電子機器によって規定される。
図2b)は、第1の14b1および第2の14b2サンプラーを備えるサンプラー14に接続された出力を有する電力増幅器12bを示す。第1サンプラー14b1は、デジタルフィードバック経路Fに、1つ以上の出力信号OD1、OD2を供給する。第2サンプラー14b2は、アナログフィードバック経路Fに、1つ以上のアナログ出力信号OA1、OA2を供給する。多数のさらなる信号線を設けることができ、図示されたものは例示の目的のためのものである。例えば、サンプラー14からの順方向電力及び/又は反射電力の計測を提供する二重差動信号線が設けられる。したがって、特定の順序におけるRF出力RFOUTにおけるサンプラーの順序配置は必須ではない。もちろん、追加のフィードバック信号を供給するために、図2a)および図2b)の構成に、任意の数の追加のサンプラーを設けてもよい。
図2c)は、電力増幅器12Cの出力に接続された1つのサンプラー14c1を使用する代替的なサンプラーアーキテクチャを示す。第1RFスプリッタ14c2は、サンプリングされたRF信号を分割し、それをアナログ出力信号OA1として、また(アナログデジタル変換器ADCを介して)デジタル出力信号OD1として供給する。第2RFスプリッタ14c3は、サンプリングされたRF信号を分割し、それをアナログ信号OA2として、また(別のADCを介して)デジタル信号OD2として供給する。スプリッタを使用することにより、第1および第2のRFスプリッタによるチャネル出力間の分離が潜在的に低減されるが、このアーキテクチャはそれにもかかわらず、費用削減を可能にすることができる。
図3a)は、サンプラー14からデジタル信号表現を得るためのデジタル信号加工チェーンを示す。デジタル信号処理チェーンの機能は、サンプラー14からの連続的に変化するアナログ信号を、連続的に変化するアナログ信号の離散的な数値表現に変換することである。サンプラー14からの入力信号29は、アンチエイリアシングフィルタ30によって任意にフィルタリングされる。任意にフィルタリングされた信号31は、アナログデジタル変換器32(ADC)に入力される。多くのタイプのADCを使用することができるのは、RF発生器の性能上の制約と、デジタル制御部の指定要件に依存する。例えば、直接変換ADC、デルタ符号化ADC、シグマ−デルタADC、および当業者に知られている他のトポロジーなどである。ADCは、デジタルフィードバック経路Fに沿った伝送(任意に直列または並列に伝送)のためのデジタルワード33として、サンプラーからの信号のデジタル化された表現を供給する。デジタル制御部34aは、デジタル化された表現を受信する。デジタル制御部34aは、増幅器バイアス制御、増幅器電源制御、信号発生器出力レベル制御等のうちの1つ以上のような、制御信号35aを出力するための一連のプロセスを提供するように構成される。さらに、デジタル制御部34aは、発生器の動作パラメータを外部インターフェース回路26に通信することができる。
前述のように、コントローラ18のデジタル制御部34aは、組み込みコンピュータ、組み込みマイクロプロセッサ、固定またはプログラム可能な論理(FPGAなど)、デジタル信号プロセッサ、またはデジタル制御部34aによって実行される計算または信号処理の性質に依存するそのようなデバイスの組み合わせとして実装される。デジタル制御部34aが、粗い反応を利用して第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整するだけでよい場合(故障状態が検出されたときにRF増幅器電力を突然落とすなど)、比較的プリミティブなロジックを使用することができる。あるいは、デジタル制御部34aが、複雑なデジタル信号処理に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整することのみを必要とする場合、デジタル信号プロセッサまたは組み込みマイクロプロセッサが必要とされる。
図3b)〜d)は、アナログ制御部において、またはアナログ制御部として使用され得る任意の回路である。
図3b)は、アナログ制御回路35bへの入力としてのピーク検出器36を示す。ピーク検出器36の機能は、サンプラー14から連続的に変化するアナログ信号を得て、その信号の最高値を(任意に、所与のタイムウィンドウにわたって)保持することである。したがって、ピーク検出器36は、適当な時定数を有するダイオード/RCネットワークとして実装することができる。ピーク検出器36の出力は、比較器40への第1の入力として供給される。固定閾値38は、比較器40への第2の入力として供給される。一例として、固定閾値38を下回るピークが検出された場合、比較器の出力は満たされない条件を示す「低」または「負」である。固定閾値38を上回るピークが検出された場合、比較器の出力は、条件が満たされる条件を示す「高」または「正」である。この準アナログ信号は、直接出力信号35bとして、例えば、ローレベル信号発生器16制御、増幅器バイアス制御、又は増幅器電源制御へ供給される。任意に、直接出力信号はデジタル制御部20への入力として(例えば、割り込みフラグとして)供給され得る。これにより、デジタル制御部は、ピーク検出器の出力に基づいて、その処理を適応ことができる。
図3c)はエンベロープ検出器42を示す。任意に、エンベロープ検出器42は、対数検出器である。エンベロープ検出器の機能は、比較的高周波の信号(RF出力信号など)に追従し、より短い時間間隔にわたってその振幅を追跡することである。エンベロープ検出器は、例えば、RCネットワークで実現されてもよい。エンベロープ検出器42の出力は、アナログ処理回路34cに入力され、例えば、ローレベル信号発生器16制御、増幅器バイアス制御、または増幅器電源制御への直接出力信号35cとして供給され得る。
図3d)は、混合信号処理の例を示す。エンベロープ検出器46は、サンプラー14に接続され、サンプリングされた信号のエンベロープ信号47を供給する。ADC48は、エンベロープのアナログ値を表すデジタル信号49をデジタル制御部34dに供給する。出力信号35dは、例えば、ローレベル信号発生器16制御、増幅器バイアス制御、又は増幅器電源制御に供給され得る。
当業者は、多くのアナログインターフェース回路を使用してアナログフィードバック経路を提供することができることを理解するであろう。第1実施形態に係る発生器では、アナログフィードバック経路の少なくとも一部がRF増幅器および/または信号発生器、または任意に遮断器(RFスイッチ)に直接的に接続されており、アナログ信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整するように構成される。つまり、アナログフィードバック経路は、デジタル制御部をバイパスする。
図4は、第1実施形態の実施形態による発生器の具体例を提供する。
図4に示すように、電力段12への入力として信号発生器16を備える発生器信号チェーンが設けられる。電源24は、発生器(および電力増幅器)に電源を供給する。電力増幅器12の出力は、サンプラー14(第1サンプラー14a及び第2サンプラー14bからなる)を通過する。
第1サンプラー14aは、アナログフィードバック経路Fの第1のノードである。任意に、第1サンプラー14aは、例えば、フィルタ50a、ログエンベロープ検出器52、ADC58を含む混合信号フィードバック経路FMを提供し、デジタル制御部20に入力を供給する。すなわち、ログエンベロープ検出器52は、ADC58によるデジタル化に先立って、信号ダイナミックレンジ圧縮のようなアナログ信号処理を行う。
第2サンプラー14bは、デジタルフィードバック経路F、FD1、FD2の第1のノードである。この例では、デジタルフィードバック経路は、順方向電力を定義するデジタルフィードバック経路Fd1と、FOUT時の反射電力を定義するFD2とを含む。ADC54および56は、アンチエイリアシングフィルタ50cおよび50dを介して、第2サンプラー14bからの順方向電力および反射電力信号をデジタル化し、それらを第1および第2デジタル信号表現としてデジタル制御部20に供給する。
スプリッタ60は、アナログフィードバック経路Fからアナログ信号表現を受信する。この例では、アナログフィードバック経路の第1の分岐は、アナログ信号をさらにログエンベロープ検出器62、ADC64、およびデジタル制御部20に供給する。アナログフィードバック経路Fの第2の分岐は、ピーク検出器66に入力される。ピーク検出器66は、第1の入力を第1比較器68および第2比較器72に供給する。第1閾値ユニット70および第2閾値ユニット74は、デジタル制御部20から第1および第2比較器68、72のそれぞれの入力へのプリセットとして、第1および第2の閾値レベルを提供する。
第1高速アナログ制御回路76は、その入力を第1比較器68から、また任意にデジタル制御部20からデジタルアナログ変換器80(DAC)を介して取得する。第1高速アナログ制御回路76の機能は、電力増幅器12のRF出力レベルを制御することである。
第2高速アナログ制御回路78は、その入力を第2比較器72から取得する。第2高速アナログ制御回路78の機能は、例えば、電力増幅器12のバイアスレベルを制御することである。
したがって、第1サンプラー14aと電力増幅器12制御との間には直接的なアナログフィードバック経路が存在することが分かる。この経路は、フィルタ50b、スプリッタ60、ピーク検出器66、第1比較器68、およびアナログ制御回路76を含む。スプリッタ60、ログエンベロープ検出器62、およびADC64を介して提供される経路は例えば、アナログ信号表現に基づくデジタル制御回路割り込みフラグとして機能する。
図4の回路は、デジタル信号経路のための方向性結合器としての別個の方向性結合器と、アナログ信号経路のためのピックアップとしての別個の方向性結合器とを備えており、非常に柔軟である。アナログ信号経路F上のRFスプリッタ60は、複数のアナログ処理技術の任意の並列提供を可能にする。高精度デジタル信号処理は、オプションとして、少なくとも、電力増幅器12に入力されるローレベルRF信号の生成および増幅器電圧を制御する。オプションの高ダイナミックレンジ混合信号処理は、電力増幅器12に入力されるローレベルRF信号を制御する。任意に、2つの比較器68、72が設けられ、1つは高速アーク管理用であり、1つは高速増幅器保護および/またはアプリケーションの処理基板の高速保護用である。
任意に、アナログおよびデジタルフィードバック経路は、回路保護または絶縁を使用して、高出力RF出力から保護されてもよい。例えば、ガルバニ絶縁は、光アイソレータ(図示せず)を使用して提供することができる。
図5は、第1の態様の実施形態として、開発された発生器制御トポロジーを示す図である。コントローラ18は、アナログ制御部22と、第1デジタル制御部20aと、第2デジタル制御部20bとを備える。アナログ制御部は、その入力をサンプラー14eから受信する。第1及び第2デジタル制御部は、サンプラー14dからそれらのデジタル入力を受信する。事実上、第1デジタルフィードバック経路FD1および第2デジタルフィードバック経路FD2は、デジタル信号表現のコピーをそれぞれ第1デジタル制御部20aおよび第2デジタル制御部20bに提供する。しかし、第1デジタル制御部20aは、例えば、組み込みコンピュータ、マイクロプロセッサ、またはデジタル信号プロセッサを使用して実装される。第2デジタル制御部は、例えば、ハードワイヤードロジック、フィールドプログラマブルゲートアレイ、EEPROM、または再構成可能な部分を有するフィールドプログラマブルゲートアレイを用いて実装される。この効果は、第2デジタル部が第1デジタル制御部20aの組み込みプロセッサ上で実行されるプログラムよりもはるかに応答時間が短い(マイクロ秒またはミリ秒のオーダ)ことである。第1デジタル制御部20aは、構成インターフェース21を使用して第2デジタル制御部を構成するために使用される。
第2デジタル制御部20bは、デジタル信号表現FD2に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整するように構成されてもよい。任意に、第2デジタル制御部20bは、インターフェース23を介してアナログ制御部22を監視するように構成される。
この結果、フィールドプログラマブルゲートアレイのような部分的に再プログラミング可能または構成可能な高速ロジック回路を使用して、低速ディジタルプロセッサと比較的柔軟性のないアナログ回路との間のトレードオフからゲインを得る故障状態中に発生器を制御するために使用されてもよい。
図6は、上述の第1実施形態またはその実施形態に係る発生器84と、発生器からRF信号を受信するように構成された半導体処理モジュール86から構成された第2実施形態に係るプラズマ処理システム82と、を含む。
半導体処理モジュールは、例えば、シリコンウェハのプラズマ処理(プラズマエッチング、またはプラズマ蒸着)のためのプラズマチャンバ88を備える。したがって、プラズマチャンバは、シリコンウェハの近傍に処理ガスを収容することができる気密モジュールである。プラズマチャンバは、典型的には、基板/ウェハ搬送システム(図示せず)と嵌合することができるシール可能な開口部を備えている。第1および第2の電極は、チャンバ内の適切な位置に設けられる。第1および第2の電極は、任意に中間インピーダンス整合ネットワーク(図示せず)によって発生器84に接続される。接続部は、例えば、高出力同軸コネクタ及び/又はバスバーを含む。RF発生器がRF電力信号を発生させ、それが半導体処理モジュールの電極に供給されると、高出力RF信号は、第1の電極と第2の電極との間に急激に変化する電場を誘起し、これは、適切なプロセスガスの存在下で、処理プラズマを形成することを可能にする。
図7は、第3実施形態に係る発生器コントローラを動作させるための第3実施形態にしたがった方法を示す図である。
RF電力段を用いて、信号発生器によって生成されたRF入力信号に基づいてRF出力信号を生成し(90)、
少なくとも1つのサンプラーを使用して、RF電力段の出力における無線周波数、RF、信号をサンプリングし(92)、
少なくとも1つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成し、少なくとも1つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路を介して、デジタル信号表現をコントローラに供給し(94)、
少なくとも1つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現を生成し、少なくとも1つのサンプラーとコントローラとの間のアナログフィードバック経路を介して信号をコントローラに供給し、デジタル制御部およびアナログ制御部の一方または両方は少なくともRF電力段および/または信号発生器を制御するように構成され(96)、
コントローラを用いて、アナログ信号表現および/またはデジタル信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整する(98)方法である。
本方法の一実施形態では、少なくとも1つのサンプラーがRF電力段の出力にカスケード(直列)に接続された第1及び第2サンプラーを含む。第1サンプラーはデジタルフィードバック経路のためにプレデジタル化された信号を供給し、第2サンプラーは、少なくとも1つのサンプラーからアナログフィードバック経路へのアナログ信号表現を供給する。
本方法の一実施形態では、なくとも1つのサンプラーは、RF電力段の出力に接続された第1サンプラーを備え、発生器は第1サンプラーの出力に接続された第1および第2スプリッタを備える。第1スプリッタはデジタルフィードバック経路のためのプレデジタル化された信号を供給し、第2スプリッタは、少なくとも1つのサンプラーからアナログフィードバック経路へのアナログ信号表現を供給する。
本方法の一実施形態では、少なくとも1つのサンプラーが順方向RF信号及び反射RF信号をアナログフィードバック経路及び/又はデジタルフィードバック経路に供給する。
本方法の一実施形態では、少なくとも1つのサンプラーは、少なくとも1つの方向性結合器であるか、またはそれを含む。
本方法の一実施形態では、デジタルフィードバック経路が少なくとも1つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成するように構成された少なくとも1つのアナログデジタル変換器を含み、好ましくはプレアナログデジタル変換器フィルタを含む。
本方法の一実施形態では、デジタル信号表現は、コントローラのデジタル制御部に供給される。
本方法の一実施形態では、コントローラのデジタル制御部は、デジタル信号表現を取得し、デジタル信号表現に基づいて、電力増幅器及び/又はRF入力信号のゲイン及び/又は電源レベルを調整する。
本方法の一実施形態では、少なくとも1つのアナログデジタル変換器は、オーバーサンプリングされた信号を供給するために、信号発生器によって生成されたRF入力信号の周波数サイクルあたり少なくとも2つのサンプルだけ、少なくとも1つのサンプラーからの信号をオーバーサンプリングする。
本方法の一実施形態では、デジタル制御部は、オーバーサンプリングされた信号を使用して、順方向電力測定値及び/又は反射電力測定値、好ましくは負荷インピーダンスを取得する。
本方法の一実施形態では、コントローラは、コントローラのデジタル制御部によって制御されるデジタルアナログ変換器をさらに備え、デジタルアナログ変換器は、RF電力段への制御信号及び/又は発生器及び/又はRF入力信号の電源を供給する。
本方法の一実施形態では、コントローラがアナログ制御部とRF電力段との間に直接アナログ制御経路をさらに備える。
本方法の一実施形態では、コントローラのデジタル制御部がデジタル信号表現を取得し、RF電力段の出力における信号が正常動作状態を表すか、または故障状態を表すかを検出する。
本方法の一実施形態では、第1の状態および/または第2の状態が発生器の期待される状態を定義し、故障状態は発生器のRF出力に接続されたプラズマチャンバ内のアーク放電状態を定義する。
本方法の一実施形態では、コントローラのデジタル制御部がデジタル信号表現と複数の故障状態を規定する記憶デジタル信号とを比較することによってデジタル信号表現のデジタル比較を実行し、コントローラのデジタル制御部はデジタル比較の結果に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整する。
本方法の一実施形態では、コントローラのアナログ制御部がデジタル制御部をバイパスするか、または変更するように構成される。
本方法の一実施形態では、デジタル制御部をバイパスするか又はオーバーライドことは、デジタル制御部が、異常な動作状態を特定しておらず、アナログ制御部が異常な動作状態を特定している場合に、アナログ信号表現のみに基づいて、コントローラに、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整させる。
本方法の一実施形態では、アナログ制御部は、デジタル制御部をバイパスまたは変更するときに、デジタル制御部に割り込み信号を供給する。
本発明の前述の詳細な説明では少なくとも1つの例示的な実施形態を提示したが、膨大な数の変形形態が存在することを理解されたい。また、例示的な実施形態または例示的な実施形態は、例に過ぎず、本発明の範囲、適用可能性、または構成を何らかの形で限定することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、前述の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実施するための便利なロードマップを当業者に提供するのであろう。添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態で説明された要素の機能および配置に様々な変更を加えることができることを理解されたい。

Claims (25)

  1. RF電力信号を出力するように構成されたRF出力と、
    RF入力信号を生成する信号発生器と、
    RF入力信号を受信し、その出力で増幅されたRF電力信号を生成するRF電力段と、
    前記RF電力段の出力でRF信号をサンプリングするように構成された少なくとも1つのサンプラーと、
    デジタル制御部およびアナログ制御部を備えるコントローラと、
    少なくとも1つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現が前記コントローラに供給されることを可能にする少なくとも1つのサンプラーと前記コントローラとの間のアナログフィードバック経路と、
    少なくとも1つのサンプラーからの信号のデジタル信号表現が前記コントローラに供給されることを可能にする少なくとも1つのサンプラーと前記コントローラとの間のデジタルフィードバック経路と、を備え、
    前記コントローラは、前記アナログ信号表現および/または前記デジタル信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態に前記RF出力における前記RF電力信号を調整するように構成され、
    前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドするように構成されている、無線周波数電力発生器。
  2. 前記少なくとも1つのサンプラーは、前記RF電力段の前記出力にカスケード接続された第1サンプラーおよび第2サンプラーを備え、前記第1サンプラーは、前記デジタルフィードバック経路のためにプレデジタル化された信号を供給し、前記第2サンプラーは、前記少なくとも1つのサンプラーから前記アナログフィードバック経路への前記アナログ信号表現を供給する、請求項1に記載の無線周波数電力発生器。
  3. 前記少なくとも1つのサンプラーは、前記RF電力段の前記出力に接続された第1サンプラーを備え、前記第1サンプラーの出力はスプリッタに接続され、前記スプリッタは、前記サンプラーからの前記信号を分割し、前記デジタルフィードバック経路のためのプレデジタル信号および前記アナログフィードバック経路のための前記アナログ信号表現を供
    給するように構成される、請求項1に記載の無線周波数電力発生器。
  4. 前記少なくとも1つのサンプラーは、前記アナログフィードバック経路および/または前記デジタルフィードバック経路に順方向RF信号および反射RF信号を供給するように構成される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  5. 前記少なくとも1つのサンプラーは、少なくとも1つの方向性結合器または少なくとも1つのVIプローブを含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  6. 前記デジタルフィードバック経路は、前記少なくとも1つのサンプラーから前記信号の前記デジタル信号表現を生成するように構成された少なくとも1つのアナログデジタル変換器を備える、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  7. 前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記デジタル信号表現を取得し、前記デジタル信号表現に基づいて、前記RF電力段の前記RF入力信号及び/又はDC電源電圧レベルを調整するように構成される、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  8. 前記少なくとも1つのアナログデジタル変換器は、前記信号発生器によって生成された前記RF入力信号の周波数サイクルごとに、少なくとも2つのサンプラーによって、前記少なくとも1つのサンプラーからの前記信号をオーバーサンプリングするように構成される、請求項6又は7に記載の無線周波数電力発生器。
  9. 前記RF入力信号を制御するように構成されたデジタルアナログ変換器をさらに備える、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  10. 前記RF電力段および/または前記DC電源電圧レベルを制御するように構成されたデジタルアナログ変換器をさらに備える、請求項に記載の無線周波数電力発生器。
  11. 前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記デジタル信号表現を取得し、前記RF電力段の前記出力における前記RF電力信号が正常な動作状態または故障状態を表すかどうかを検出するように構成される、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  12. 前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記アナログ信号表現を取得し、前記RF電力段の前記出力における前記RF電力信号が正常な動作状態または故障状態を表すかどうかを検出するように構成される、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  13. 前記第1の状態および/または前記第2の状態は、予期される状態を定義し、前記故障状態は、前記RF出力に接続されたプラズマチャンバ内のアーク放電状態を定義する、請求項11又は12に記載の無線周波数電力発生器。
  14. 前記コントローラの前記デジタル制御部は、複数の故障状態を定義する格納されたデジタル信号と前記デジタル信号表現とを比較することによって、前記デジタル信号表現のデジタル比較を行うように構成され、前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記デジタル比較の結果に基づいて、第1の状態から第2の状態に前記RF出力におけるRF信号を調整するように構成されている、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  15. 前記コントローラの前記アナログ制御部は、複数の故障状態を定義する閾値と前記アナログ信号表現とを比較することによって、前記アナログ信号表現のアナログ比較を行うように構成され、前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記アナログ比較の結果に基づいて、第1の状態から第2の状態に前記RF出力におけるRF信号を調整するように構成される、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  16. 前記アナログ制御部は、前記デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドする場合に、前記デジタル制御部に割り込み信号を供給するように構成される、請求項15に記載の無線周波数電力発生器。
  17. 前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記割り込み信号を受信すると、所定の期間または一時停止信号条件が満たされるまで、デジタル制御の範囲を一時停止または低減するように構成される、請求項16に記載の無線周波数電力発生器。
  18. 前記デジタル制御部は、前記割り込み信号の停止時または復元信号条件が満たされるまで、前記コントローラのデジタル制御を復元するように構成される、
    請求項16又は17に記載の無線周波数電力発生器。
  19. 前記デジタル制御部は、前記デジタルフィードバック経路から前記デジタル信号表現を受信するように構成された、マイクロプロセッサ、組み込みプロセッサまたは組み込みコンピュータ、プログラマブルロジック、および/または前記デジタルフィードバック経路から前記デジタル信号表現を受信するように構成されたデジタル信号プロセッサのうちの1つまたは複数を備える、請求項1乃至18のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  20. 前記デジタル制御部は、第1デジタル制御要素及び第2デジタル制御要素を備え、
    少なくとも第2デジタル制御要素は、第1デジタル制御要素によって第2デジタル制御要素に通信される第2デジタル制御要素の構成設定に基づいて、第1デジタル制御要素よりも高速に前記デジタルフィードバック経路からの前記デジタル信号表現を受信及び処理するように構成され、
    第2デジタル制御要素は、構成設定を超えた状態で第1デジタル制御要素をオーバーライドにするように構成され、前記第2デジタル制御要素は、前記第1の状態から前記第2の状態に前記RF出力におけるRF信号を調整するように構成される、請求項1乃至19のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  21. 前記第1デジタル制御要素は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または組み込みコンピュータであり、前記第2デジタル制御要素は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、再構成可能フィールドプログラマブルゲートアレイ、アプリケーション固有集積回路、またはハードワイヤードロジックである、請求項20に記載の無線周波数電力発生器。
  22. 前記コントローラの前記アナログ制御部は、
    前記アナログ信号表現を受信し、ピーク検出信号またはそれぞれエンベロープ検出信号を生成するように構成されたピーク検出器またはエンベロープ検出器と、
    閾値電圧を生成するように構成されたコントローラのデジタル制御部によって制御される閾値電圧生成器と、
    ピーク検出信号またはそれぞれエンベロープ検出信号および閾値電圧を比較し、ピーク検出信号またはそれぞれエンベロープ検出信号が閾値電圧を超える場合、またはその逆の
    場合、高比較器出力信号を生成するように構成された第1比較器と、をさらに含み、前記高比較器出力信号は、割り込み信号として使用される、請求項1乃至21のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  23. 前記アナログフィードバック経路は、前記デジタルフィードバック経路よりも応答性が高いクリティカルパスを含み、前記少なくとも1つのサンプラーからの前記信号の前記アナログ信号表現は、さらなるアナログデジタル変換器を使用してデジタル化され、混合信号アーク検出を提供するために前記デジタル制御部によって使用される、請求項1乃至22のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
  24. 請求項1乃至23のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器と、
    前記無線周波数電力発生器からRF信号を受信するように構成された半導体処理モジュールと、を含むプラズマ処理システム。
  25. RF電力段を使用して、信号発生器によって生成されたRF入力信号に基づいてRF出力信号を生成し、
    少なくとも1つのサンプラーを使用して、前記RF電力段の出力における無線周波数、RF、信号をサンプリングし、
    前記少なくとも1つのサンプラーから前記信号のデジタル信号表現を生成し、前記少なくとも1つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路を介して前記コントローラに前記デジタル信号表現を供給し、
    前記少なくとも1つのサンプラーから信号のアナログ信号表現を生成し、前記少なくとも1つのサンプラーと前記コントローラとの間のアナログフィードバック経路を介して、信号をコントローラに供給し、デジタル制御部およびアナログ制御部の一方または両方は、少なくともRF電力段および/または信号発生器を制御するように構成され、
    前記コントローラを用いて、前記アナログ信号表現および/または前記デジタル信号表現に基づいて、第1の状態から第2の状態にRF出力におけるRF信号を調整し、
    前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドするように構成されている、発生器を操作するための方法。
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