JPWO2019177866A5 - - Google Patents
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Description
プラズマ負荷116の一例は、変圧器結合プラズマ(TCP)プラズマチャンバである。プラズマ負荷116は、変圧器TCPコイルなどの電極122と、点火時のプラズマとを含む。無整合プラズマ源103は、接続113、リアクタンス回路130、および接続126を介して電極122に結合される。接続113または接続126などの接続の一例は、導体、またはRFストラップ、またはシリンダ、またはブリッジ導体、またはそれらの組み合わせである。接続113は、出力O11をリアクタンス回路130に結合する。プラズマ負荷116は、抵抗(ここでは抵抗器によって表される)を有する。接続126は、リアクタンス回路130をプラズマ負荷116の電極122に結合する。
An example of a plasma load 116 is a transformer coupled plasma (TCP) plasma chamber. The plasma load 116 includes an
信号発生器114は、ゲートドライバ118Aの入力に結合され、ゲートドライバ118Bの入力にも結合される。さらに、ゲートドライバ118Aの出力は、トランジスタ112Aの入力ゲート端子に結合され、ゲートドライバ118Bの出力は、トランジスタ112Bの入力ゲート端子に結合される。トランジスタ112Aのドレイン端子Dは、直流(DC)電圧源Vdcに結合され、トランジスタ112Bのソース端子Sは、接地電位に結合される。出力O11は、トランジスタ112Aのソース端子に結合され、電流プローブ110の入力にも結合される。出力O11および電流プローブ110の入力は、リアクタンス回路130に結合される。電流プローブ110の出力は、信号発生器114の入力に結合される。
The
図2は、システム200の一実施形態の図であり、電流プローブ110を無整合プラズマ源215と共に使用することを例示するための図である。無整合プラズマ源215は、図1の無整合プラズマ源103の一例である。無整合プラズマ源215は、入力部201と出力部204とを含む。入力部201は、コントローラボード202と、ゲートドライバ211の一部とを含む。ゲートドライバ211は、図1のゲートドライバ回路104の一例である。ゲートドライバ211は、コントローラボード202に結合される。出力部204は、ゲートドライバ211の残りの部分と、ハーフブリッジFET回路218とを含む。ハーフブリッジFET回路218は、図1のハーフブリッジ回路108の一例である。ハーフブリッジFET回路218は、ゲートドライバ211に結合される。本明細書で説明されるハーフブリッジFET回路は、本明細書では増幅回路と呼ばれることもある。
FIG. 2 is a diagram of an embodiment of the
増幅RF電力の電流の流れの方向性に基づいて、二次巻線216Bまたは二次巻線216Cのいずれかが、閾値電圧を有するゲート駆動信号を生成する。例えば、増幅RF電力の電流が一次巻線216Aの正に帯電した端子(黒丸で示す)から一次巻線216Aの負に帯電した端子(黒丸なし)に流れるとき、二次巻線216Bはトランジスタ112Aをオンにする閾値電圧を有するゲート駆動信号106Aを生成し、二次巻線216Cは閾値電圧を生成せず、トランジスタ112Bはオフである。一方、増幅RF電力の電流が一次巻線216Aの負に帯電した端子から一次巻線216Aの正に帯電した端子に流れるとき、二次巻線216Cはトランジスタ112Bをオンにする閾値電圧を有するゲート駆動信号106Bを生成し、二次巻線216Bは閾値電圧を生成せず、トランジスタ112Aはオフである。
Based on the direction of the current flow of the amplified RF power, either the
さらに、任意波形発生器209は、電圧値を有する整形制御信号221を生成し、電圧源Vdcを任意波形発生器209に結合する導体を介して整形制御信号221を電圧源Vdcに供給する。電圧値は、例えば、0~80ボルトの範囲であり、したがって俊敏なDCレール213がその範囲で動作する。電圧値は、電圧源のVdcによって生成された電圧信号の大きさであり、電圧信号の整形された包絡線を定義し、さらに、出力O31における正弦波電流波形の整形された包絡線を定義する。例えば、出力O31において連続波形を生成するために、電圧値は、連続波形のピークツーピークの大きさを提供する。ピークツーピークの大きさは、連続波形の整形された包絡線を定義する。別の例として、パルス形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形を出力O31において生成するために、電圧値は、実質的に瞬時に(例えば、一度に、または事前設定された期間中に)変更され、それにより正弦波電流波形のピークツーピークの大きさは、第1のパラメータレベル(高レベルなど)から第2のパラメータレベル(低レベルなど)に変化するか、または第2のパラメータレベルから第1のパラメータレベルに変化する。電圧値は、パルス形状の整形された包絡線を達成するために定期的に変更される。さらに別の例として、任意形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形を出力O31において生成するために、電圧値は、任意波形発生器209によって任意の方式で変更され、それにより正弦波電流波形のピークツーピークの大きさは、事前設定された方式で変化する。さらに別の例として、複数状態のパルス形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形を出力O31において生成するために、電圧値は、実質的に瞬時に(例えば、一度に)変更され、それにより正弦波電流波形のピークツーピークの大きさは、高パラメータレベルから1つまたは複数の中間レベルに変化し、その後、その1つまたは複数の中間レベルから別のレベル(低パラメータレベルまたは高パラメータレベルなど)に変化する。複数状態のパルス形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形は、任意の数(例えば、2~1000の範囲)の状態を有することに留意されたい。
Further, the
動作404において、大きさ|i|nを|i|n+1と比較するか、または大きさ|i|mを|i|m+1と比較する。電流の大きさが周波数探索方向に増加している場合(例えば、|i|nと|i|n+1を比較する場合)、動作周波数は、動作406において周波数探索方向にfn+1まで増加する。しかし、電流の大きさが周波数探索方向に減少している場合(例えば、|i|mと|i|m+1の場合)、動作412において周波数探索方向が逆になり、動作414において周波数fmがfm-1に減少する。すなわち、図3のグラフ300によって表される|i|-f曲線が信号発生器114の現在の動作周波数で正の勾配を有する場合、動作周波数を増加させる。|i|-f曲線が信号発生器114の現在の動作周波数で負の勾配を有する場合、動作周波数を減少させる。
In operation 404, the magnitude | i | n is compared with | i | n + 1 , or the magnitude | i | m is compared with | i | m + 1 . When the magnitude of the current increases in the frequency search direction (for example, when comparing | i | n and | i | n + 1 ), the operating frequency is up to f n + 1 in the frequency search direction in operation 406. To increase. However, when the magnitude of the current decreases in the frequency search direction (for example, in the case of | i | m and | i | m + 1 ), the frequency search direction is reversed in the operation 412, and the frequency f in the operation 414. m decreases to f m-1 . That is, if the | i | -f curve represented by graph 300 in FIG. 3 has a positive gradient at the current operating frequency of the
次に、動作408、416、410、および418を実施する。信号発生器114の動作周波数がfcに達すると、ここでは、fc+1におけるグラフ300の勾配が負であり、fc-1におけるグラフ300の勾配が正である。この時点で、信号発生器114の動作周波数探索プロセスが完了し、動作周波数は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の略最大の大きさを達成する値に同調される。動作周波数がハーフブリッジ回路の出力における複素電流の略最大の大きさを達成する値に同調されると、動作420において動作周波数が最適化される。動作422に続いて、信号発生器114の動作周波数の同調の次のサイクルが行われる。例えば、方法400が繰り返される。
Next, operations 408, 416, 410, and 418 are carried out. When the operating frequency of the
次に、方法400のフローチャートを詳細に説明する。動作401において、プロセッサ205は、信号発生器114を動作周波数fnまたはfmで動作させる。例えば、プロセッサ205は、信号発生器114を値fnまたはfmで動作させるため、制御信号を周波数入力208(図2)に送信する。周波数入力208は、制御信号を受信すると、値fnまたはfmを信号発生器114に提供する。信号発生器114は、値fnまたはfmを受信すると、周波数fnまたはfmを有するパルス信号102を生成する。
Next, the flowchart of the method 400 will be described in detail. In operation 401,
ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが信号発生器114の動作周波数の減少に伴って減少していると決定すると、プロセッサ205は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流が略最大である値fcで信号発生器114を動作させるため、動作418において、周波数値fc-1をfcにインクリメントする制御信号を周波数入力208に送信する。すなわち、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさの勾配が正になったと決定すると、プロセッサ205は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流が略最大である値fcで信号発生器114を動作させるため、動作418において、周波数値fc-1をfcにインクリメントする制御信号を周波数入力208に送信する。動作420によって表されるように、動作周波数の値がfcであるとき、動作周波数が最適化される。
When the
いくつかの実施形態では、略最大の大きさが達成される動作周波数fRFは、プラズマチャンバ217(図2)の状態の変化に関係なく同じである。例えば、プラズマチャンバ217内の圧力が第1のレベルから別のレベルに変化すると、略最大の大きさが達成される動作周波数RFはfcである。別の例として、プラズマチャンバ217(図2)内の温度が第1のレベルから別のレベルに変化すると、略最大の大きさが達成される動作周波数RFはfcである。したがって、プラズマチャンバ217の状態に変化があるとき、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさを測定する必要はない。さらに、プラズマチャンバ217の状態に変化があるとき、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが略最大であるかどうかを決定する必要はない。 In some embodiments, the operating frequency fRF at which a substantially maximum magnitude is achieved is the same regardless of changes in the state of the plasma chamber 217 (FIG. 2 ). For example, when the pressure in the plasma chamber 217 changes from the first level to another level, the operating frequency RF at which a substantially maximum magnitude is achieved is f c . As another example, when the temperature in the plasma chamber 217 (FIG. 2) changes from the first level to another, the operating frequency RF at which the approximately maximum magnitude is achieved is f c . Therefore, it is not necessary to measure the magnitude of the complex current at the output of the half-bridge circuit when there is a change in the state of the plasma chamber 217. Furthermore, when there is a change in the state of the plasma chamber 217, it is not necessary to determine if the magnitude of the complex current at the output of the half-bridge circuit is approximately maximal.
Claims (29)
前記信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように、前記信号発生器を制御することと、
前記正弦波電流波形の電流の大きさを測定することと、
前記電流の大きさを測定し続けている間に前記信号発生器の前記動作周波数を調整することと、
前記調整中に、前記電流を最大化する目標周波数を識別することと
を含む、方法。 A method for optimizing the power output of unmatched plasma sources, including signal generators.
Controlling the signal generator to operate at an operating frequency and generate a pulsed signal used to generate a sinusoidal current waveform.
Measuring the magnitude of the current in the sinusoidal current waveform and
Adjusting the operating frequency of the signal generator while continuing to measure the magnitude of the current
A method comprising identifying a target frequency that maximizes the current during the adjustment.
前記目標周波数は、前記信号発生器の動作のためのものである、方法。 The method according to claim 1.
The method, wherein the target frequency is for the operation of the signal generator.
前記動作周波数を調整することは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の増分量だけインクリメントすることを含む、方法。 The method according to claim 1.
Adjusting the operating frequency comprises incrementing the operating frequency by a predetermined increment until the magnitude of the current begins to decrease.
前記動作周波数を調整することは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の減分量だけデクリメントすることを含む、方法。 The method according to claim 1.
Adjusting the operating frequency comprises decrementing the operating frequency by a predetermined decrement until the magnitude of the current begins to decrease.
前記電流の大きさが増幅回路の出力において測定され、前記増幅回路がゲートドライバ回路に結合され、前記ゲートドライバ回路が前記信号発生器に結合される、方法。 The method according to claim 1.
A method in which the magnitude of the current is measured at the output of the amplifier circuit, the amplifier circuit is coupled to the gate driver circuit, and the gate driver circuit is coupled to the signal generator.
前記電流の大きさを前記測定することは、電圧/電流センサまたは電圧センサによって実施されない、方法。 The method according to claim 1.
The measurement of the magnitude of the current is not performed by a voltage / current sensor or a voltage sensor, a method.
前記電流は、前記電流の略最大の大きさが達成されると最大化され、前記略最大の大きさは、前記動作周波数が調整される電流のすべての値の中の最大値である、方法。 The method according to claim 1.
The current is maximized when a substantially maximum magnitude of the current is achieved , wherein the approximately maximum magnitude is the maximum of all values of the current for which the operating frequency is adjusted. ..
信号発生器と、
前記信号発生器に結合されたゲートドライバ回路と、
前記ゲートドライバ回路に結合された増幅回路と、
前記信号発生器に結合されたコントローラであって、前記信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように前記信号発生器を制御するよう構成されるコントローラと、
前記増幅回路の出力に結合された電流プローブであって、前記電流プローブは、前記正弦波電流波形の電流の大きさを測定するように構成される電流プローブと
を備え、
前記コントローラは、前記電流の大きさの測定中に前記動作周波数を調整するように構成され、
前記コントローラは、前記動作周波数の前記調整中に、前記電流を最大化する目標周波数を識別するように構成される、
システム。 A system for optimizing the power output of an unmatched plasma source.
With a signal generator,
The gate driver circuit coupled to the signal generator and
The amplifier circuit coupled to the gate driver circuit and
A controller coupled to the signal generator that controls the signal generator to operate at an operating frequency and generate a pulsed signal used to generate a sinusoidal current waveform. With a controller configured to
A current probe coupled to the output of the amplifier circuit, wherein the current probe comprises a current probe configured to measure the magnitude of the current in the sinusoidal current waveform.
The controller is configured to adjust the operating frequency during the measurement of the magnitude of the current.
The controller is configured to identify a target frequency that maximizes the current during the adjustment of the operating frequency.
system.
前記目標周波数は、前記信号発生器の動作のためのものである、システム。 The system according to claim 8.
The target frequency is for the operation of the signal generator, the system.
前記コントローラは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の増分量だけインクリメントすることによって前記動作周波数を調整するように構成される、システム。 The system according to claim 8.
The controller is configured to adjust the operating frequency by incrementing the operating frequency by a predetermined increment until the magnitude of the current begins to decrease.
前記コントローラは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の減分量だけデクリメントすることによって前記動作周波数を調整するように構成される、システム。 The system according to claim 8.
The controller is configured to adjust the operating frequency by decrementing the operating frequency by a predetermined decrement until the magnitude of the current begins to decrease.
前記電流の大きさが前記増幅回路の前記出力において測定される、システム。 The system according to claim 8.
A system in which the magnitude of the current is measured at the output of the amplifier circuit.
前記電流の大きさは電圧/電流センサまたは電圧センサによって測定されない、システム。 The system according to claim 8.
The magnitude of the current is not measured by a voltage / current sensor or a voltage sensor, the system.
前記電流は、前記電流の略最大の大きさが達成されると最大化され、前記略最大の大きさは、前記動作周波数が調整される電流のすべての値の中の最大値である、システム。 The system according to claim 8.
The current is maximized when a substantially maximum magnitude of the current is achieved, the approximate maximum magnitude being the maximum of all values of the current for which the operating frequency is adjusted. ..
前記コントローラは、プロセッサと、前記プロセッサに結合されたメモリデバイスとを備えており、
前記プロセッサは、前記信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように前記信号発生器を制御するよう構成され、
前記プロセッサは、前記正弦波電流波形の電流の大きさを受信するように構成され、
前記プロセッサは、前記電流の大きさの測定中に前記動作周波数を調整するように構成され、
前記プロセッサは、前記動作周波数の前記調整中に、前記電流を最大化する目標周波数を識別するように構成されており、
前記メモリデバイスは、前記目標周波数を格納するように構成されている、コントローラ。 A controller for optimizing the power output of unmatched plasma sources, including signal generators.
The controller comprises a processor and a memory device coupled to the processor.
The processor is configured to control the signal generator to operate at an operating frequency and generate a pulsed signal used to generate a sinusoidal current waveform.
The processor is configured to receive the magnitude of the current in the sinusoidal current waveform.
The processor is configured to adjust the operating frequency during the measurement of the magnitude of the current.
The processor is configured to identify a target frequency that maximizes the current during the adjustment of the operating frequency.
The memory device is a controller configured to store the target frequency.
前記目標周波数は、前記信号発生器の動作のためのものである、コントローラ。 The controller according to claim 15.
The target frequency is for the operation of the signal generator, the controller.
前記動作周波数を調整するために、前記プロセッサは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の増分量だけインクリメントするように構成される、コントローラ。 The controller according to claim 15.
To adjust the operating frequency, the processor is configured to increment the operating frequency by a predetermined increment until the magnitude of the current begins to decrease.
前記動作周波数を調整するために、前記プロセッサは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の減分量だけデクリメントするように構成される、コントローラ。 The controller according to claim 15.
To adjust the operating frequency, the processor is configured to decrement the operating frequency by a predetermined decrement until the magnitude of the current begins to decrease.
前記電流の大きさは増幅回路の出力において測定される、コントローラ。 The controller according to claim 15.
The magnitude of the current is measured at the output of the amplifier circuit, the controller.
前記電流は、電流プローブによって測定され、電圧/電流センサまたは電圧センサによって測定されない、コントローラ。 The controller according to claim 15.
The controller, said current is measured by a current probe and not by a voltage / current sensor or voltage sensor.
前記電流は、前記電流の略最大の大きさが達成されると最大化され、前記略最大の大きさは、前記動作周波数が調整される電流のすべての値の中の最大値である、コントローラ。 The controller according to claim 15.
The current is maximized when a substantially maximum magnitude of the current is achieved, the approximate maximum magnitude being the maximum of all values of the current for which the operating frequency is adjusted. ..
プラズマチャンバの状態の変化に依存しないで前記目標周波数で動作するように前記信号発生器を制御し続けることを含む、方法。 A method comprising continuing to control the signal generator to operate at the target frequency independently of changes in the state of the plasma chamber.
前記動作周波数を調整することは、 Adjusting the operating frequency is
前記動作周波数を増加させることと、 Increasing the operating frequency and
前記動作周波数の前記増加に伴って前記電流の増加があるかどうかを決定することと、 Determining whether or not there is an increase in the current with the increase in the operating frequency.
前記動作周波数の前記増加に伴って前記電流が増加したと決定すると、前記電流が減少し始めるまで前記動作周波数をさらに増加させ続けることと、 When it is determined that the current increases with the increase in the operating frequency, the operating frequency is further increased until the current starts to decrease.
前記電流が減少し始めると、前記動作周波数を所定の量だけ減少させることであって、前記動作周波数を前記所定の量だけ減少させることは、前記目標周波数を決定するために実施されることと、 When the current starts to decrease, the operating frequency is reduced by a predetermined amount, and the reduction of the operating frequency by a predetermined amount is performed to determine the target frequency. ,
を含む、方法。Including, how.
前記動作周波数を調整することは、 Adjusting the operating frequency is
前記動作周波数を減少させることと、 To reduce the operating frequency and
前記動作周波数の前記減少に伴って前記電流の増加があるかどうかを決定することと、 Determining if there is an increase in the current with the decrease in the operating frequency.
前記動作周波数の前記減少に伴って前記電流が増加したと決定すると、前記電流が減少し始めるまで前記動作周波数をさらに減少させ続けることと、 When it is determined that the current increases with the decrease in the operating frequency, the operating frequency is further decreased until the current starts to decrease.
前記電流が減少し始めると、前記動作周波数を所定の量だけ増加させることであって、前記動作周波数を前記所定の量だけ増加させることは、前記目標周波数を決定するために実施されることと、 When the current starts to decrease, the operating frequency is increased by a predetermined amount, and increasing the operating frequency by a predetermined amount is performed to determine the target frequency. ,
を含む、方法。Including, how.
前記正弦波電流波形の包絡線を整形することを含む、方法。 A method comprising shaping the envelope of the sinusoidal current waveform.
前記正弦波電流波形の高調波周波数を除去して、前記正弦波電流波形の基本周波数を得ることを含む、方法。 A method comprising removing the harmonic frequency of the sinusoidal current waveform to obtain the fundamental frequency of the sinusoidal current waveform.
前記信号発生器は、デジタルクロック信号発生器である、方法。 The method, wherein the signal generator is a digital clock signal generator.
無整合プラズマ源は、リアクタンス回路を介してプラズマチャンバに結合され、前記無整合プラズマ源と前記プラズマチャンバとの間にインピーダンス整合回路は存在しない、方法。 A method in which an unmatched plasma source is coupled to a plasma chamber via a reactance circuit and there is no impedance matching circuit between the unmatched plasma source and the plasma chamber.
前記電流は、前記電流の略最大の大きさが達成されると最大化される、方法。 The method, wherein the current is maximized when a substantially maximum magnitude of the current is achieved.
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