JP7052026B2 - 整合ソースインピーダンス駆動システムおよびそれを動作させる方法 - Google Patents
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Description
本特許協力条約(PCT)出願は、その内容全体が、あらゆる目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる、「Matched Source Impedance Driving System and Method of Operating The Same」と題された、2017年10月11日に出願された、米国特許出願第15/730,131号に関し、その優先権を主張する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
基準点においてソースインピーダンスZ g を伴う無線周波数発生器であって、
基準入力部と、
コントローラであって、前記コントローラは、前記基準入力部において受信される基準信号の位相に対して、K(v+Z g i)に従って計算される出力信号の大きさおよび位相を制御し、vは、前記基準点における電圧であり、iは、前記基準点における前記発生器から出力される電流であり、Kは、スカラーである、コントローラと
を備える、無線周波数発生器。
(項目2)
|Z g |<10であり、前記コントローラはさらに、前記出力信号の電圧を制御する、項目1に記載の無線周波数発生器。
(項目3)
|Z g |>250であり、前記コントローラはさらに、前記出力信号の電流を制御する、項目1に記載の無線周波数発生器。
(項目4)
プラズマチャンバ内に構成される対応する複数のアンテナ入力部に結合される複数の無線周波数発生器のうちの1つをさらに備える、項目1に記載の無線周波数発生器。
(項目5)
ハーフブリッジ回路をさらに備え、前記ハーフブリッジ回路は、直流源の第1のノードを前記無線周波数発生器のノードn1に選択的に結合する第1のスイッチと、前記無線周波数発生器のノードn1を前記直流源の第2のノードに選択的に結合する第2のスイッチとを備える、項目1に記載の無線周波数発生器。
(項目6)
前記無線周波数発生器のノードn1に結合される誘導プリロード回路をさらに備え、前記誘導プリロード回路は、前記ハーフブリッジが、ゼロ電圧スイッチングを使用すると、誘導電流を提供する、項目5に記載の無線周波数発生器。
(項目7)
前記無線周波数発生器のノードn1に接続される直列共振回路をさらに備え、前記直列共振回路は、前記ハーフブリッジ回路のスイッチングによって発生される高調波をフィルタリングし、前記直列共振回路は、前記ハーフブリッジ回路がスイッチングされる周波数に本質的に類似する共振周波数を有する、項目6に記載の無線周波数発生器。
(項目8)
90度の正または負の偶数倍に等しい遅延を伴うフィルタをさらに備え、前記フィルタは、前記無線周波数発生器のノードn1と前記基準点との間に結合され、前記コントローラは、前記出力信号の電圧を制御する、項目6に記載の無線周波数発生器。
(項目9)
前記無線周波数発生器のノードn1と前記基準点との間に結合される、90度の正または負の奇数倍に等しい遅延を伴うフィルタをさらに備え、前記コントローラは、前記出力信号の電流を制御する、項目6に記載の無線周波数発生器。
(項目10)
前記コントローラはさらに、プラズマチャンバに電力を送達するとき、およびプラズマチャンバから電力を吸収するときに、前記基準入力部において受信される基準信号の位相に対して、K(v+Z g i)に従って計算される出力信号の大きさおよび位相を制御する、項目1に記載の無線周波数発生器。
(項目11)
方法であって、
少なくとも1つのメモリ内に記憶され、かつ、少なくとも1つのプロセッサによって実行される命令を実行する少なくとも1つのプロセッサによって、基準入力部において受信される基準信号の位相に対して、基準点においてZ g のソースインピーダンスを伴う無線周波数発生器に対してK(v+Z g i)に従って計算される出力信号の大きさおよび位相に対する標的値を受信することであって、vは、電圧であり、iは、前記基準点における前記無線周波数発生器から出力される電流であり、Kは、スカラーである、ことと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって実行される前記命令を使用して、前記基準入力部において受信される前記基準信号の位相に対するK(v+Z g i)に従って計算される前記出力信号の大きさおよび位相の測定値を受信することと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって実行される前記命令を使用して、前記測定されるK(v+Z g i)が、K(v+Z g i)の前記標的値に接近するように、前記無線周波数発生器を制御することと
を含む、方法。
(項目12)
|Z g |<10であるとき、前記出力信号の出力電圧を制御することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目13)
|Z g |>250であるとき、出力電流を制御することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目14)
前記無線周波数発生器は、プラズマチャンバ内に構成される対応する複数のアンテナ入力部に結合される複数の無線周波数発生器のうちの1つを含む、項目11に記載の方法。
(項目15)
前記無線周波数発生器が、誘導プリロード回路を使用してゼロ電圧スイッチングを使用するときに、誘導電流を提供することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目16)
前記無線周波数発生器がスイッチングされる周波数に本質的に類似する共振周波数を有する直列共振回路を使用して、前記無線周波数発生器のスイッチングによって発生される高調波をフィルタリングすることをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目17)
プラズマチャンバに電力を送達するとき、およびプラズマチャンバから電力を吸収するときに、前記基準入力部において受信される前記基準信号の位相に対して、K(v+Z g i)に従って計算される前記出力信号の大きさおよび位相を制御することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目18)
プラズマ処理システムであって、
複数のアンテナを伴って構成されるエンクロージャと、
前記アンテナに結合される複数の無線周波数発生器であって、k番目の無線周波数発生器の基準点においてソースインピーダンスZ gk を伴う前記k番目の無線周波数発生器は、
基準入力部と、
コントローラであって、前記コントローラは、前記基準入力部において受信される基準信号の位相に対して、K k (v k +Z gk i k )に従って計算される出力信号の大きさおよび位相を制御し、v k は、前記k番目の無線周波数発生器の基準点における電圧であり、i k は、前記k番目の無線周波数発生器の基準点における前記k番目の発生器から出力される電流であり、K k は、スカラーである、コントローラと
を備える、複数の無線周波数発生器と
を備える、プラズマ処理システム。
(項目19)
前記コントローラはさらに、|Z gk |<10であるとき、前記k番目の発生器の出力電圧を制御する、項目18に記載のプラズマ処理システム。
(項目20)
前記コントローラはさらに、|Z gk |>250であるとき、前記k番目の発生器の出力電流を制御する、項目18に記載のプラズマ処理システム。
(項目21)
前記コントローラはさらに、プラズマチャンバに電力を送達するとき、およびプラズマチャンバから電力を吸収するときに、前記基準入力部において受信される前記基準信号の位相に対して、K k (v k +Z gk i k )に従って計算される前記k番目の無線周波数発生器の出力信号の大きさおよび位相を制御する、項目18に記載のプラズマ処理システム。
(項目22)
プラズマ処理システムを動作させるためのシステムであって、
複数のN個のアンテナ入力部を伴って構成されるエンクロージャと、
前記アンテナ入力部に結合される複数のN個の無線周波数発生器であって、k番目の発生器の基準点においてソースインピーダンスZ gk を伴う前記k番目の無線周波数発生器は、
基準入力部と、
コントローラであって、前記コントローラは、
前記基準入力部において受信される基準信号の位相に対して、f k =K k (v k +Z gk i k )に従って計算される出力信号の大きさおよび位相を制御することであて、v k は、前記k番目の発生器の基準点における電圧であり、i k は、前記k番目の発生器の基準点における前記k番目の発生器から出力される電流であり、K k は、スカラーである、ことと、
前記基準信号に対して、各発生器の前記出力信号の大きさおよび位相を調節することによって、集合(c 1 、c 2 、・・・、c N )を決定することであって、c k は、プラズマチャンバ内に規定された電磁場分配をもたらす前記基準信号に対する大きさおよび位相を伴うv k およびi k の線形結合である、ことと、
(c 1 、c 2 、・・・、c N )を適用しながら、各無線周波数発生器から出力電圧および出力電流の2つの線形独立結合を取得し、前記出力電圧および前記出力電流の線形結合の集合(c 1 、c 2 、・・・、c N )を、前記無線周波数発生器に対する対応する設定点の集合(f 1 、f 2 、・・・、f N )に変換することと、
前記設定点(f 1 、f 2 、・・・、f N )を、前記k番目の発生器がK k (v k +Z gk i k )の測定される値を前記設定点f k (k=1、2、・・・、N)に調節する前記無線周波数発生器に与えることと
を行う、コントローラと
を備える、複数のN個の無線周波数発生器と
を備える、システム。
(項目23)
前記コントローラはさらに、
前記無線周波数発生器の設定点を順番に摂動させることと、
各無線周波数発生器から前記出力電圧および前記出力電流の2つの線形独立結合の測定値を取得し、前記無線周波数発生器の動作点の周囲の前記システムの線形応答を決定することと、
(c 1 、c 2 、・・・、c N )の前記出力電圧および前記出力電流の線形結合の集合が、前記プラズマチャンバ内に前記規定された電磁場分配をもたらす前記出力電圧および前記出力電流の値の線形結合の集合に向かって進行するように、前記測定値および前記決定された線形応答を使用して、前記設定点(f 1 、f 2 、・・・、f N )を調節することと
を行う、項目22に記載のシステム。
(項目24)
前記コントローラはさらに、前記基準入力部において受信される前記基準信号の位相に対して、プラズマチャンバに電力を送達するとき、およびプラズマチャンバから電力を吸収するときに、K k (v k +Z gk i k )に従って計算される前記k番目の無線周波数発生器の出力信号の大きさおよび位相を制御する、項目22に記載のプラズマ処理システム。
(項目25)
前記コントローラはさらに、各発生器から送達電力を取得し、スカラー値によって前記発生器の設定点を調節し、前記プラズマチャンバに送達される規定された全体的電力を維持する、項目22に記載のシステム。
1)(10+j0)Aおよび(3+j5)Aの仕様を伴う2つの入力部を駆動するために、2つの電流源を使用する。
2)(58.5+j0)Vおよび(-0.85-j3.5)Vの仕様を伴う2つの電圧源を使用する。
3)0°の順方向成分角を伴う1542W順方向電力、および61°の順方向成分角を伴う415W順方向電力の仕様を伴う、2つの50オームソースインピーダンス発生器を使用する。
4)39.4°の順方向成分角を伴う3-j2オームに対して計算される、(58.52+j0)Vおよび27.1Wの順方向電力の仕様を伴う、電圧源および3-j2オームソースインピーダンス発生器を使用する。
本実施例に関して、全ての場合において、第1の発生器は、550Wを5.5-j2オーム負荷へと送達し、第2の発生器は、-0.62+j0.03オーム負荷から21Wを吸収すること、および本タイプのより多数の実施例が、存在することに留意されたい。
Claims (25)
- 出力信号を出力するための無線周波数発生器であって、前記無線周波数発生器は、基準点においてソースインピーダンスZgを有し、
前記無線周波数発生器は、
基準信号を受信するための基準入力部と、
コントローラと
を備え、
前記コントローラは、
K(v+Z g i)を計算することであって、vは、前記基準点における電圧であり、iは、前記基準点における前記無線周波数発生器の電流出力であり、Kは、スカラーである、ことと、
前記計算されたK(v+Z g i)に基づいて、前記出力信号の大きさを制御することと、
前記計算されたK(v+Z g i)に基づいて、前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相を制御することと、
前記計算された大きさと前記計算された位相とを有する前記出力信号を出力することと
を行うように構成されている、無線周波数発生器。 - |Zg|<10であり、前記コントローラは、前記出力信号の電圧を制御することをさらに行う、請求項1に記載の無線周波数発生器。
- |Zg|>250であり、前記コントローラは、前記出力信号の電流を制御することをさらに行う、請求項1に記載の無線周波数発生器。
- 前記無線周波数発生器は、プラズマチャンバ内に構成されている対応する複数のアンテナ入力部に結合されている複数の無線周波数発生器のうちの1つをさらに備える、請求項1に記載の無線周波数発生器。
- 前記無線周波数発生器は、ハーフブリッジ回路をさらに備え、前記ハーフブリッジ回路は、直流源の第1のノードを前記無線周波数発生器のノードn1に選択的に結合する第1のスイッチと、前記無線周波数発生器の前記ノードn1を前記直流源の第2のノードに選択的に結合する第2のスイッチとを備える、請求項1に記載の無線周波数発生器。
- 前記無線周波数発生器は、前記無線周波数発生器の前記ノードn1に結合されている誘導プリロード回路をさらに備え、前記誘導プリロード回路は、前記ハーフブリッジ回路が、ゼロ電圧スイッチングを使用すると、誘導電流を提供する、請求項5に記載の無線周波数発生器。
- 前記無線周波数発生器は、前記無線周波数発生器の前記ノードn1に接続されている直列共振回路をさらに備え、前記直列共振回路は、前記ハーフブリッジ回路のスイッチングによって発生される高調波をフィルタリングし、前記直列共振回路は、前記ハーフブリッジ回路がスイッチングされる周波数に本質的に類似する共振周波数を有する、請求項6に記載の無線周波数発生器。
- 前記無線周波数発生器は、90度の正または負の偶数倍に等しい遅延を伴うフィルタをさらに備え、前記フィルタは、前記無線周波数発生器の前記ノードn1と前記基準点との間に結合されており、前記コントローラは、前記出力信号の電圧を制御する、請求項6に記載の無線周波数発生器。
- 前記無線周波数発生器は、90度の正または負の奇数倍に等しい遅延を伴うフィルタをさらに備え、前記フィルタは、前記無線周波数発生器の前記ノードn1と前記基準点との間に結合されており、前記コントローラは、前記出力信号の電流を制御する、請求項6に記載の無線周波数発生器。
- 前記コントローラは、プラズマチャンバに電力を送達するとき、および、プラズマチャンバから電力を吸収するときに、前記計算されたK(v+Z g i)に基づいて、前記出力信号の大きさを制御することと、前記計算されたK(v+Z g i)に基づいて、前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相を制御することとをさらに行う、請求項1に記載の無線周波数発生器。
- 方法であって、
少なくとも1つのメモリ内に記憶されている命令を実行する少なくとも1つのプロセッサが、基準点においてソースインピーダンスZgを有する無線周波数発生器に対して、K(v+Z g i)に基づいて出力信号を計算することであって、vは、前記基準点における電圧であり、iは、前記基準点における前記無線周波数発生器の電流出力であり、Kは、スカラーである、ことと、
前記少なくとも1つのプロセッサが、前記出力信号の大きさと基準入力部において受信される基準信号の位相に対する前記出力信号の位相とに対する標的値を受信することと、
前記少なくとも1つのプロセッサが、前記出力信号の大きさと前記基準入力部において受信される前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相とに対する測定値を受信することと、
前記少なくとも1つのプロセッサが、前記測定値が前記標的値に接近するように、前記無線周波数発生器を制御することと
を含む、方法。 - |Zg|<10であるとき、前記方法は、前記出力信号の出力電圧を制御することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- |Zg|>250であるとき、前記方法は、出力電流を制御することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記無線周波数発生器は、プラズマチャンバ内に構成されている対応する複数のアンテナ入力部に結合されている複数の無線周波数発生器のうちの1つを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記方法は、前記無線周波数発生器が誘導プリロード回路を使用してゼロ電圧スイッチングを使用するときに、誘導電流を提供することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記方法は、前記無線周波数発生器がスイッチングされる周波数に本質的に類似する共振周波数を有する直列共振回路を使用して、前記無線周波数発生器のスイッチングによって発生される高調波をフィルタリングすることをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記方法は、
前記無線周波数発生器に対して、K(v+Z g i)を計算することであって、vは、前記基準点における電圧であり、iは、前記基準点における前記無線周波数発生器の電流出力であり、Kは、スカラーである、ことと、
プラズマチャンバに電力を送達するとき、および、プラズマチャンバから電力を吸収するときに、前記計算されたK(v+Z g i)に基づいて前記出力信号の大きさを制御することと、前記計算されたK(v+Z g i)に基づいて、前記基準入力部において受信される前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相を制御することと
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - プラズマ処理システムであって、前記プラズマ処理システムは、
複数のアンテナを伴って構成されているエンクロージャと、
前記アンテナに結合されている複数の無線周波数発生器と
を備え、
前記複数の無線周波数発生器は、出力信号を出力し、
k番目の無線周波数発生器の基準点においてソースインピーダンスZgkを有する前記k番目の無線周波数発生器は、
基準信号を受信するための基準入力部と、
コントローラでと
を備え、
前記コントローラは、
K k (v k +Z gk i k )を計算することであって、v k は、前記k番目の無線周波数発生器の基準点における電圧であり、i k は、前記k番目の無線周波数発生器の基準点における前記k番目発生器の電流出力であり、K k は、スカラーである、ことと、
前記計算されたK k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記出力信号の大きさを制御することと、
前記計算されたK k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相を制御することと、
前記計算された大きさおよび前記計算された位相を有する前記出力信号を出力することと
を行う、プラズマ処理システム。 - 前記コントローラは、|Zgk|<10であるとき、前記k番目の発生器の出力電圧を制御することをさらに行う、請求項18に記載のプラズマ処理システム。
- 前記コントローラは、|Zgk|>250であるとき、前記k番目の発生器の出力電流を制御することをさらに行う、請求項18に記載のプラズマ処理システム。
- 前記コントローラは、プラズマチャンバに電力を送達するとき、および、プラズマチャンバから電力を吸収するときに、前記計算されたK k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記出力信号の大きさを制御することと、前記計算されたK k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相を制御することとをさらに行う、請求項18に記載のプラズマ処理システム。
- プラズマ処理システムを動作させるためのシステムであって、
前記システムは、
複数のN個のアンテナ入力部を伴って構成されるエンクロージャと、
前記アンテナ入力部に結合される複数のN個の無線周波数発生器であって、複数のN個の無線周波数発生器は、出力信号を出力する、複数のN個の無線周波数発生器と
を備え、
k番目の発生器の基準点においてソースインピーダンスZgkを有する前記k番目の無線周波数発生器は、
基準信号を受信するための基準入力部と、
コントローラと
を備え、
前記コントローラは、
f k =K k (v k +Z gk i k )を計算することであって、v k は 、 前記k番目の発生器の基準点における電圧であり、i k は、前記k番目の発生器の基準点における前記k番目の発生器の電流出力であり、K k は、スカラーである、ことと、
前記計算されたf k =K k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記出力信号の大きさを制御することと、
前記計算されたf k =K k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相を制御することと、
前記基準信号に対して、各発生器の前記出力信号の大きさおよび前記出力信号の位相を調節することによって、集合(c1、c2、・・・、cN)を決定することであって、ckは、プラズマチャンバ内に規定された電磁場分配をもたらす前記基準信号に対する大きさおよび位相を伴うvkおよびikの線形結合である、ことと、
(c1、c2、・・・、cN)を適用しながら、各無線周波数発生器から出力電圧および出力電流の2つの線形独立結合を取得し、前記出力電圧および前記出力電流の線形結合の集合(c1、c2、・・・、cN)を、前記無線周波数発生器に対する対応する設定点の集合(f1、f2、・・・、fN)に変換することと、
前記設定点(f1、f2、・・・、fN)を、前記k番目の発生器がKk(vk+Zgkik)の測定される値を前記設定点fk(k=1、2、・・・、N)に調節する前記無線周波数発生器に与えることと
を行う、システム。 - 前記コントローラは、
前記無線周波数発生器の設定点を順番に摂動させることと、
各無線周波数発生器から前記出力電圧および前記出力電流の2つの線形独立結合の測定値を取得し、前記無線周波数発生器の動作点の周囲の前記システムの線形応答を決定することと、
(c1、c2、・・・、cN)の前記出力電圧および前記出力電流の線形結合の集合が、前記プラズマチャンバ内に前記規定された電磁場分配をもたらす前記出力電圧および前記出力電流の値の線形結合の集合に向かって進行するように、前記測定値および前記決定された線形応答を使用して、前記設定点(f1、f2、・・・、fN)を調節することと
をさらに行う、請求項22に記載のシステム。 - 前記コントローラは、プラズマチャンバに電力を送達するとき、および、プラズマチャンバから電力を吸収するときに、前記計算されたK k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記出力信号の大きさを制御することと、前記計算されたK k (v k +Z gk i k )に基づいて、前記基準信号の位相に対する前記出力信号の位相を制御することとをさらに行う、請求項22に記載のプラズマ処理システム。
- 前記コントローラは、各発生器から送達電力を取得することと、スカラー値によって前記発生器の設定点を調節することにより、前記プラズマチャンバに送達される規定された全体的電力を維持することとをさらに行う、請求項22に記載のシステム。
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