KR20220032650A - 펄스된, 양방향 무선 주파수 소스/부하 - Google Patents
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Abstract
무선 주파수 전력 시스템은 마스터 RF 발생기 및 보조 RF 발생기를 포함하고, 각 발생기는 RF 신호를 각각 출력한다. 또한, 마스터 RF 발생기는 RF 제어 신호를 보조 RF 발생기로 출력하고, 보조 RF 발생기에 의해 출력되는 RF 신호는 RF 제어 신호에 따라 가변된다. 보조 RF 발생기는 마스터 RF 발생기 및 보조 RF 발생기에 의해 출력된 RF 신호들 각각의 전기적 특성을 나타내는 감지 신호들을 수신한다. 보조 RF 발생기는 RF 신호들 간의 위상 차를 결정한다. 감지된 전기적 특성들 및 위상은 보조 RF 발생기에 의해 출력되는 RF 신호의 위상 및 진폭을 제어하기 위해 독립적으로 또는 협력적으로 사용된다. 보조 발전기는 반사된 에너지를 커플링 네트워크에서 가변 저항 부하로 반환시키는 유도 클램프 회로를 포함한다.
Description
본 발명은 RF 발생기들을 제어하고 가변 임피던스 부하로부터 반사된 에너지를 소산시키는 것에 관한 것이다.
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2018 년 5 월 9 일에 출원된 미국 15/974,947에 우선권으로 주장하고, 2017 년 5 월 10 일에 출원된 미국 가출원 제 62/504,197 호의 이익을 주장한다. 상기 출원들의 전체 개시 내용들은 본원에 참고로서 포함된다.
본 명세서에 제공된 배경기술 설명은 본 개시의 맥락을 전반적으로 제시하기 위한 것이다. 본 배경기술 부분에 기술된 정도의 본 발명자들의 연구 및 본 발명의 출원일 전의 종래 기술로서 인정될 수 없는 이러한 기술의 측면들은 본 발명을 판단하는 데 사용되는 선행 기술로서 명시적으로 또는 내포적으로 인정되지 않는다.
플라즈마 에칭은 반도체 제조에 자주 사용된다. 플라즈마 에칭에서, 이온들은 전기장에 의해 가속되어 기판 상의 노출된 표면들을 에칭한다. 전기장은 RF 전력 시스템의 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 발생기에 의해 발생된 RF 전력 신호들에 기초하여 발생된다. RF 발생기에 의해 발생된 RF 전력 신호들은 플라즈마 에칭을 효과적으로 실행하기 위해 정밀하게 제어되어야 한다.
RF 전력 시스템은 RF 발생기 또는 공급기, 매칭 또는 매치 네트워크, 및 부하(예를 들어, 플라즈마 챔버)를 포함할 수 있다. RF 발생기는 매칭 네트워크에서 수신되는 RF 전력 신호들을 발생시킨다. 매칭 네트워크는 매칭 네트워크의 입력 임피던스를 RF 발생기와 매칭 네트워크 사이의 전송 라인의 특성 임피던스에 매칭시킨다. 이러한 임피던스 매칭은 매칭 네트워크로 전달되는 전력 량("정방향 전력")을 최대화하고 매칭 네트워크로부터 RF 발생기로 다시 반사되는 전력 량("역 전력")을 최소화하는 것을 돕는다. 매칭 네트워크의 입력 임피던스가 전송 라인의 특성 임피던스와 매치할 때 순방향 전력이 최대화될 수 있고 역방향 전력이 최소화될 수 있다.
RF 전력 발생기 또는 공급 분야에서, RF 신호를 부하에 인가하는 두 가지 방법들이 있다. 첫 번째, 보다 전통적인 방법은 연속 파 신호를 부하에 인가하는 것이다. 연속 파 모드에서, 연속 파 신호는 전형적으로 전원에 의해 부하로 연속적으로 출력되는 정현파이다. 연속 파 방법에서, RF 신호는 정현파 출력 일 수 있고, 정현파의 진폭 및/또는 주파수는 부하에 인가되는 출력 전력을 가변시키기 위해 가변될 수 있다.
RF 신호를 부하에 인가하기 위한 제 2 방법은 연속 파 신호를 부하에 인가하기보다는 RF 신호를 펄싱하는 것을 포함한다. 작동의 펄스 모드에서, RF 정현파 신호는 변조된 정현파 신호에 대한 포락선을 규정하기 위해 변조 신호에 의해 변조된다. 종래의 펄스 변조 방식에서, RF 정현파 신호는 전형적으로 사전결정된 주파수 및 진폭으로 출력된다. 주파수는 민첩(agile) 주파수 튜닝을 제공하여, 임피던스 매치 조건들을 개선하도록 가변될 수 있다. RF 신호의 전력을 변화시키기 위해 진폭이 가변될 수 있다. 또한, 부하로 전달되는 전력은 정형파형 RF 신호에 추가하거나 가변시켜 변조 신호를 가변시킴으로써 제어될 수 있다.
전형적인 RF 전력 발생기 구성에서, 부하에 인가된 출력 전력은 순방향 및 반사된 전력, 또는 부하에 인가된 RF 신호의 전압 및 전류를 측정하는 센서들을 사용하여 결정된다. 이러한 신호들의 세트 중 어느 하나가 부하에 인가된 전력의 파라미터들 또는 전기적 특성들을 결정하도록 분석된다. 파라미터들은 예를 들어 전압, 전류, 주파수, 및 위상을 포함할 수 있다. 분석은 부하에 인가된 전력을 변화시키기 위해 RF 전력 공급부의 출력을 조정하는 데 사용되는 전력 값을 결정할 수 있다. 부하가 플라즈마 챔버인 RF 전력 전달 시스템에서, 인가된 전력은 부분적으로 부하의 임피던스의 함수이기 때문에, 부하의 가변 임피던스는 부하에 인가되는 대응하는 가변 전력을 야기한다. 따라서, 가변 임피던스는 RF 전력 공급부로부터 부하로의 최적의 전력 인가를 유지하기 위해 부하에 인가된 전력의 파라미터들을 가변시킬 필요가 있을 수 있다.
플라즈마 시스템들에서, 전력은 전형적으로 2가지 구성들 중 하나로 전달된다. 제 1 구성에서, 전력은 플라즈마 챔버에 용량적으로 결합된다. 이러한 시스템들은 용량 결합된 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP) 시스템들로 지칭된다. 제 2 구성에서, 전력은 플라즈마 챔버에 유도적으로 결합된다. 이러한 시스템들은 전형적으로 유도 결합된 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 시스템들로 지칭된다. 플라즈마 전달 시스템들은 전형적으로 하나 또는 복수의 전극들에 바이어스 전력 및 소스 전력 각각을 인가하는 바이어스 및 소스를 포함한다. 소스 전력은 전형적으로 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 생성하고, 바이어스 전력은 플라즈마를 바이어스 RF 전력 공급부에 대한 에너지로 튜닝한다. 바이어스 및 소스는 다양한 설계 고려사항들에 따라 동일한 전극을 공유하거나 별도의 전극들을 사용할 수 있다.
RF 전력 전달 시스템이 플라즈마 챔버 형태의 부하를 구동할 때, 플라즈마 챔버로 전달된 전력에 의해 발생된 전기장은 챔버 내의 이온 에너지를 초래한다. 이온 에너지의 하나의 특징적인 측정은 이온 에너지 분포 함수(ion energy distribution function, IEDF)이다. 이온 에너지 분포 함수(IEDF)는 RF 파형으로 제어될 수 있다. 다수의 RF 전력 신호들이 부하에 인가되는 시스템에 대해 IEDF를 제어하는 한 가지 방법은 주파수 및 위상에 의해 관련된 다수의 RF 신호들을 가변시킴으로써 발생한다. 다수의 RF 전력 신호들 간의 주파수들이 로킹되고, 다수의 RF 신호들 간의 상대 위상이 또한 로킹된다. 이러한 시스템들의 예들은 본 발명의 양수인에게 양도되고 본 출원에 참고로서 포함된 미국 특허 제 7,602,127호; 미국 특허 제 8,110,991 호; 미국 특허 제 8,395,322 호; 및 미국 특허 제 9,336,995 호를 참조하여 찾을 수 있다.
RF 플라즈마 처리 시스템들은 플라즈마 발생 및 제어를 위한 성분들을 포함한다. 그러한 성분 중 하나는 플라즈마 챔버 또는 반응기로 지칭된다. 예를 들어, 박막 제조를 위해 RF 플라즈마 처리 시스템들에서 이용되는 전형적인 플라즈마 챔버 또는 반응기는 이중 주파수 시스템을 이용한다. 이중 주파수 시스템의 하나의 주파수(소스)는 플라즈마의 발생을 제어하고, 이중 주파수 시스템의 다른 주파수(바이어스)는 이온 에너지를 제어한다. 이중 주파수 시스템들의 예들은 상기 언급된 미국 특허 제 7,602,127호; 미국 특허 제 8,110,991 호; 미국 특허 제 8,395,322 호; 및 미국 특허 제 9,336,995 호에 기재된 시스템들을 포함한다. 상기-언급된 특허들에 기재된 이중 주파수 시스템들은 이온 밀도 및 그것의 대응하는 IEDF를 제어하기 위한 RF 전력 공급부 작동을 적응시키기 위해 폐-루프 제어 시스템을 포함한다.
플라즈마 처리 정확도에 대한 요구가 계속 증가하고 있다. 성분 크기의 감소, 밀도의 증가를 포함하는 플라즈마-기반 제조 시스템들에 대한 더 엄격한 공차들이 요구되고 있으며, 이 둘 모두는 플라즈마-기반 제조 공정들로부터 더 큰 정확도를 요구한다. 3차원 집적 회로 및 메모리 제조 공정과 관련하여 추가의 과제들이 존재한다. 메모리 구성요소들의 밀도를 상당히 증가시키기 위한 한가지 방법은 3차원 구조로 메모리 구성요소들을 제조하는 것이다. 3차원 에칭은 제조 공정을 수행하기 위해 이온들을 배향시키기 위해 엄격한 공차들을 필요로 한다. 일부 3차원 에칭 공정들은 40:1 이상의 종횡 비를 필요로 한다. 즉, 에칭된 채널 홀들은 폭보다 적어도 40배 더 클 수 있다. 이러한 공차들로 적절히 에칭하기 위해서는, 충분한 수율들을 제공하기 위해, 실질적으로 직교 방향으로 제조 중인 웨이퍼에, 또는 제조 중인 웨이퍼에 직접 이온들을 향하게 할 필요가 있다. 웨이퍼에 대해 실질적으로 직교 방향으로 이온들의 유사하게 정확한 지향성을 요구하는 다른 응용들은 태양 또는 편평한 패널 디스플레이 제조 및 다중 전극 플라즈마 제조 시스템들을 포함한다.
플라즈마-기반 제조 공정의 제어를 더욱 복잡하게 하는 것은 웨이퍼의 표면을 가로지르는 전력의 분포가 균일하지 않을 수 있다는 것이다. 제작품 또는 웨이퍼의 에지들 근처의 전기장 또는 전력은 웨이퍼의 에지들로부터 멀리 떨어진 전력 또는 전기장들에 대해 가변될 수 있다. 이러한 가변은 이온들이 웨이퍼에 대해 덜 직교하는 방향으로 또는 웨이퍼를 더욱 가로지르는 방향으로 이동하게 하여, 3차원 구조들과 같은 효율적인 제조에 필요한 공차들을 충족시키는 것을 어렵게 할 수 있다. 웨이퍼의 에지 근처의 이온들의 지향성을 개선시키는 한가지 방법은 웨이퍼의 에지 근처에 보충 전기장을 제공하도록 웨이퍼의 에지 근처에 종종 보조 전극으로 지칭되는 2차 전극을 배치한다. 2차 전극은 별도의 RF 발생기에 의해 독립적으로 전력을 공급받을 수 있고, 웨이퍼의 에지 근처에서 전력 및 전기장의 튜닝을 가능하게 하여, 웨이퍼 상의 이온들의 입사 각의 제어를 증가시킬 수 있다.
보조 전극에 RF 전력을 제공하는 현재의 방법들은 가변 커패시터와 같은 보조 전극의 수동 반응성 종단을 포함한다. 다른 방법들은 마스터 또는 1차 RF 발생기에 대해 위상 잠금 루프에서 작동하는 슬레이브 또는 2차 RF 발생기를 사용하는 것을 포함한다. 그러나, 펄스된 구현에서, 이러한 방법들은 플라즈마 기반 제조 시스템에서 원하는 이온들의 지향성을 제공하지 않을 수 있다.
RF 시스템은 부하의 제 1 전극에 연결되고, 상기 제 1 전극에 제 1 RF 신호를 발생시키는 제 1 RF 발생기와 상기 부하의 제 2 전극에 연결되고, 상기 제 2 전극에 제 2 RF 신호를 발생시키는 제 2 RF 발생기를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 RF 발생기들은 상기 제 1 및 제 2 전극들에 RF 전압을 각각 제공한다. 제어기는 상기 제 2 RF 발생기를 제어한다. 제어기는 상기 제 1 RF 발생기 또는 상기 제 2 RF 발생기 중 적어도 하나에 제어 신호를 발생시킨다. 상기 제 1 RF 발생기 및 상기 제 2 RF 발생기는 상기 제 1 RF 발생기로부터 상기 제 2 RF 발생기로 전달되는 RF 제어 신호에 따라 실질적으로 동일한 주파수에서 작동한다.
부하의 전극에 제 1 RF 전력을 공급하기 위한 RF 전력 시스템은 프로세서 및 메모리를 포함한다. 상기 메모리는 상기 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장하며, 상기 제 1 RF 전력의 전압이 사전결정된 전력 설정값과 동일한지 여부를 결정하도록 구성된다. 또한, 상기 명령어들은 상기 제 1 RF 전력과 제 2 RF 전력 간의 위상 차가 사전결정된 위상 델타와 동일한지 여부를 결정하며, 상기 제 1 RF 전력과 상기 제 2 RF 전력 간의 상기 위상 차에 따른 상기 제 1 RF 전력의 위상을 가변시킨다. 또한, 상기 명령어들은 상기 제 1 RF 전력의 전기적 특성에 따라 상기 제 1 RF 전력의 RF 전압을 제어하기 위해 DC 레일 전압을 가변시키거나, 상기 제 1 RF 전력과 상기 제 2 RF 전력 간의 상기 위상 차 및 상기 제 1 RF 전력의 상기 전기적 특성 모두에 따라 상기 제 1 RF 전력을 제어하기 위해 상기 제 1 RF 전력의 위상 및 상기 DC 레일 전압을 가변시킨다.
RF 시스템은, 부하의 제 1 전극에 연결되고, 상기 제 1 전극에 제 1 RF 신호를 발생시키는 제 1 RF 발생기를 포함한다. 제 2 RF 발생기는 상기 부하의 제 2 전극에 연결되고, 상기 제 2 전극에 제 2 RF 신호를 발생시킨다. 제어기는 상기 제 2 RF 발생기를 제어하며, 상기 제 1 RF 발생기 또는 상기 제 2 RF 발생기 중 적어도 하나에 제어 신호를 발생시킨다. DC 전력 공급부는 상기 제 2 RF 발생기의 전력 증폭기를 구동하기 위한 DC 레일 전압을 제공하며, 상기 제어기는 상기 제 2 전극에서 RF 전압을 제어하기 위해 상기 DC 레일 전압을 가변시킨다.
상기 제 1 RF 발생기와 상기 제 2 RF 발생기는 실질적으로 동일한 RF 주파수에서 작동하며, 상기 제어기는, (1) 상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호 간의 위상 차에 따라 상기 제 2 RF 신호의 위상을 가변시키는 동작, (2) 상기 제 2 RF 신호의 전기적 특성에 따라 상기 제 2 전극에서 상기 RF 전압을 제어하도록 상기 DC 레일 전압을 가변시키는 동작으로서, 상기 DC 전원 공급부는 상기 제 2 RF 발생기의 상기 전력 증폭기를 구동하기 위해 상기 DC 레일 전압을 제공하는, 상기 동작, (3) 상기 제 2 전극에서 상기 RF 전압을 제어하도록 상기 제 2 RF 신호의 위상 및 상기 DC 레일 전압을 가변시키는 동작으로서, 상기 DC 전력 공급부는 상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF신호 간의 상기 위상 차 및 상기 제 2 RF 신호의 전기적 특성에 따라 상기 제 2 RF 발생기의 상기 전력 증폭기를 구동시키기 위한 상기 DC 레일 전압을 제공하는, 상기 동작 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된다.
RF 전력 시스템을 작동시키는 방법으로서, 상긱 방법은 부하의 제 1 전극에 인가된 제 1 RF 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 제 2 RF 신호는 상기 부하의 제 2 전극에 인가된다. DC 레일 전압은 상기 제 2 RF 신호를 발생시키는 전력 증폭기를 구동하며, 상기 제 2 전극에서 RF 전압을 제어하기 위해 상기 DC 레일 전압을 가변시킨다. 상기 방법은 (1)
상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호 간의 위상 차에 따라 상기 제 2 RF 신호의 위상을 가변시키는 단계, (2) 상기 제 2 RF 신호의 전기적 특성에 따라 상기 제 2 전극에서 RF 전압을 제어하도록 상기 DC 레일 전압을 가변시키는 단계로서, 상기 DC 레일 전압은 상기 제 2 RF 신호를 발생시키는 전력 증폭기를 구동하는, 상기 단계, 또는 (3) 상기 제 2 전극에서 상기 RF 전압을 제어하기 위해 상기 제 2 RF 신호의 위상 및 상기 DC 레일 전압을 가변시키는 단계로서, 상기 DC 레일 전압은 상기 제 1 RF 신호와 상기 제 2 RF 신호 간의 상기 위상 차 및 상기 제 2 RF 신호의 상기 전기적 특성에 따라 상기 전력 증폭기에 전력을 공급하는, 상기 단계 중 적어도 하나를 더 포함한다.
마스터 RF 발생기 및 보조 RF 발생기를 포함하는 무선 주파수 전력 시스템이 제공되며, 각 발생기는 RF 신호를 각각 출력한다. 또한, 마스터 RF 발생기는 RF 제어 신호를 상기 보조 RF 발생기로 출력하고, 상기 보조 RF 발생기에 의해 출력된 상기 RF 신호는 상기 RF 제어 신호에 따라 가변된다. 또한, 상기 마스터 RF 발생기는 상기 보조 RF 발생기에 의해 출력되는 상기 RF 신호의 펄싱을 가변시키기 위해 상기 보조 RF 발생기에 입력되는 펄스 동기화 신호를 발생시킨다.
다른 특징들에서, 상기 보조 RF 발생기는 상기 마스터 RF 발생기 및 상기 보조 RF 발생기에 의해 출력된 상기 RF 신호들 각각의 전기적 특성들을 나타내는 감지 신호들을 수신한다.
다른 특징들에서, 상기 보조 RF 발생기는 상기 감지 신호들에 따라 상기 RF 발생기들 각각에 의해 출력된 상기 RF 신호들 간의 위상 차를 결정하고, 상기 마스터 RF 발생기에게 요청을 생성해 상기 RF 제어 신호를 상기 위상 차에 따라 가변시킨다.
다른 특징들에서, 상기 보조 RF 발생기는 커플링 네트워크로부터 반사된 에너지를 가변 저항 부하로 반환시키는 전압 클램핑 회로들을 포함하는 전력 증폭기들을 포함한다. 상기 가변 저항 부하는 상기 가변 저항 부하의 저항을 가변시키는 명령 신호에 따라 상기 반사된 에너지를 소산시킨다.
본 개시의 추가의 적용 분야들은 상세한 설명, 청구 범위, 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며 본 개시의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 무선 주파수(RF) 전력 시스템의 개략적이고 기능적인 블록도;
도 2는 다양한 실시예들에 따른 보조 RF 발생기의 개략적이고 기능적인 블록도;
도 3은 다양한 실시예들에 따른 보조 모드에서 작동하도록 구성된 보조 RF 발생기의 개략적이고 기능적인 블록도;
도 4는 다양한 실시예들에 따른 독립형 모드에서 작동하도록 구성된 보조 RF 발생기의 블록도;
도 5는 본 발명의 RF 전력 시스템의 작동과 관련한 파형들을 도시한 도면;
도 6은 RF 제어 시스템을 위한 위상 제어 루프를 도시한 흐름도;
도 7은 RF 제어 시스템을 위한 전력 제어 루프를 도시한 흐름도;
도 8a 내지 8e는 선택된 조건들 하에서 진동을 나타내는 예시적인 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 파형들;
도 9a 내지 9e는 매치 네트워크의 설정들의 전환 동안의 예시적인 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 파형들;
도 10a 내지 10b는 초기 상태에 대한 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 등고선도;
도 11a 내지 11b는 도 10a 내지 10b의 초기 상태에서 최종 상태로의 RF 전력 시스템의 전환 후의 선택된 전기적 특성들의 등고선도;
도 12a 내지 12b는 다양한 실시예들에 따른, 다중 입력들이 선택된 출력들의 제어에 영향을 주는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 등고선도;
도 13은 선택된 조건들 하에서 출력 전압의 레일 전압 등고선들을 나타내는 등고선도;
도 14는 다양한 실시예들에 따른 RF 전력 시스템을 위한 제어 시스템의 기능 블록도;
도 15a 내지 15b는 공칭 조건들 하에서 작동하는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 16a 내지 16b는 반응 표면들이 응력 조건들 하에서 회전된 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 17a 내지 17d는 공칭 조건들 하에서 작동하는 선택된 출력에 대한 단일 입력을 제어하는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 18a 내지 18d는 응력 조건들 하에서 작동하는 선택된 출력에 대한 단일 입력을 제어하는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성의 도면;
도 19a 내지 19d는 도 14의 제어 시스템을 사용하여 제어되는 공칭 조건들 하에서의 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 20a 내지 20d는 도 14의 제어 시스템을 사용하여 제어되는 공칭 조건들 하에서의 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성의 도면;
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 제어 모듈의 기능 블록도; 및,
도 22는 다중-입력, 다중-출력 RF 전력 시스템의 제어를 도시한 흐름도이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사하고/하거나 동일한 요소들을 식별하기 위해 재사용될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 무선 주파수(RF) 전력 시스템의 개략적이고 기능적인 블록도;
도 2는 다양한 실시예들에 따른 보조 RF 발생기의 개략적이고 기능적인 블록도;
도 3은 다양한 실시예들에 따른 보조 모드에서 작동하도록 구성된 보조 RF 발생기의 개략적이고 기능적인 블록도;
도 4는 다양한 실시예들에 따른 독립형 모드에서 작동하도록 구성된 보조 RF 발생기의 블록도;
도 5는 본 발명의 RF 전력 시스템의 작동과 관련한 파형들을 도시한 도면;
도 6은 RF 제어 시스템을 위한 위상 제어 루프를 도시한 흐름도;
도 7은 RF 제어 시스템을 위한 전력 제어 루프를 도시한 흐름도;
도 8a 내지 8e는 선택된 조건들 하에서 진동을 나타내는 예시적인 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 파형들;
도 9a 내지 9e는 매치 네트워크의 설정들의 전환 동안의 예시적인 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 파형들;
도 10a 내지 10b는 초기 상태에 대한 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 등고선도;
도 11a 내지 11b는 도 10a 내지 10b의 초기 상태에서 최종 상태로의 RF 전력 시스템의 전환 후의 선택된 전기적 특성들의 등고선도;
도 12a 내지 12b는 다양한 실시예들에 따른, 다중 입력들이 선택된 출력들의 제어에 영향을 주는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 등고선도;
도 13은 선택된 조건들 하에서 출력 전압의 레일 전압 등고선들을 나타내는 등고선도;
도 14는 다양한 실시예들에 따른 RF 전력 시스템을 위한 제어 시스템의 기능 블록도;
도 15a 내지 15b는 공칭 조건들 하에서 작동하는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 16a 내지 16b는 반응 표면들이 응력 조건들 하에서 회전된 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 17a 내지 17d는 공칭 조건들 하에서 작동하는 선택된 출력에 대한 단일 입력을 제어하는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 18a 내지 18d는 응력 조건들 하에서 작동하는 선택된 출력에 대한 단일 입력을 제어하는 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성의 도면;
도 19a 내지 19d는 도 14의 제어 시스템을 사용하여 제어되는 공칭 조건들 하에서의 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성들의 도면;
도 20a 내지 20d는 도 14의 제어 시스템을 사용하여 제어되는 공칭 조건들 하에서의 RF 전력 시스템의 선택된 전기적 특성의 도면;
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 제어 모듈의 기능 블록도; 및,
도 22는 다중-입력, 다중-출력 RF 전력 시스템의 제어를 도시한 흐름도이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사하고/하거나 동일한 요소들을 식별하기 위해 재사용될 수 있다.
도 1은 RF 전력 시스템(10)의 개략적이고 기능적인 블록도를 도시한다. RF 전력 시스템(10)은 마스터 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14)를 포함한다. 마스터 RF 발생기(12)는 마스터 매칭 또는 매치 네트워크(20)에 입력되는 마스터 RF 신호(18)를 발생시킨다. 마스터 매치 네트워크(20)는, 마스터 RF 발생기(12)와 커플링 네트워크(24) 간의 임피던스 매치를 달성하기 위해, 마스터 RF 발생기(12)와 커플링 네트워크(24) 사이의 임피던스를 가변시키며, 이로써 마스터 RF 발생기(12)로부터 커플링 네트워크(24)로 최대 전력이 전달된다. 유사하게, 보조 RF 발생기(14)는 보조 매칭 또는 매치 네트워크(28)로 보조 RF 신호 또는 출력(26)을 발생시킨다. 보조 매치 네트워크(28)는 보조 RF 발생기(14)와 커플링 네트워크(24) 간의 임피던스를 가변시켜 보조 RF 발생기(14)와 커플링 네트워크(24) 간의 임피던스 매치를 제공하여, 보조 RF 발생기(14)로부터 커플링 네트워크(24)로의 전력 전송을 최대화한다. 다양한 실시예들에서, 직류(DC) 버스(16)는 마스터 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14) 중 하나 또는 둘 모두에 DC 전압을 제공한다.
마스터 매치 네트워크(20)는 마스터 매치된 RF 신호(22)를 커플링 네트워크(24)에 출력한다. 보조 매치 네트워크(28)는 보조 매치된 RF 신호(30)를 커플링 네트워크(24)에 출력한다. 다양한 실시예들에서, 보조 매치 네트워크(28)는 외부 입력부(도시되지 않음)를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 외부 입력부는 보조 매치 네트워크(28)의 하나 또는 복수의 용량성 성분들의 위치를 제어하는 외부 신호를 수신하여 보조 매치 네트워크(28)의 임피던스를 가변시킨다. 다양한 실시예들에서, 마스터 매치된 RF 신호(22) 및 보조 매치된 RF 신호(30)는 커플링 네트워크(24)의 동일하거나 개별적인 전극들과 통신할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 마스터 매치된 RF 신호(22)는 커플링 네트워크(24)의 마스터 전극(32)에 인가되고, 보조 매치된 RF 신호(30)는 커플링 네트워크(24)의 보조 전극(40)에 인가된다. 다양한 실시예들에서, 메인 전극(32) 및 보조 전극(40)은 커플링의 용량성 측면을 나타내도록 가상적으로(in phantom) 도시된 커패시터(44)에 의해 표시된 바와 같이 용량성 커플링된다. 다양한 실시예들에서, 커플링 네트워크(24)는 플라즈마 챔버, 플라즈마 반응기, 또는 다른 부하일 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐, RF 전력 시스템(10)은 RF 전력 시스템(10)의 마스터 부분과 관련된 성분들 및 RF 전력 시스템(10)의 보조 부분과 관련된 성분들을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 마스터 부분과 관련된 성분들은 마스터, 메인, 제 1 또는 1차 성분들로서 지칭될 수 있다. RF 전력 시스템(10)의 보조 부분과 관련된 성분들은 보조, 슬레이브, 2차, 또는 제 2 성분들로 지칭될 수 있다.
마스터 매치된 RF 신호(22) 및 보조 매치된 RF 신호(30)는 협력하여 커플링 네트워크(24) 내에서 반응을 발생시킨다. 다양한 실시예들에서, 마스터 RF 발생기(12)는 100 kHz 내지 2 MHz RF 출력 신호를 발생하고, 일반적으로 바이어스 RF 발생기라고 지칭될 수 있다. 바이어스 RF 발생기는 일반적으로 플라즈마로부터 기판 표면으로 양 이온들을 가속시켜 이온 에너지를 제어하고 이방성 에칭한다. 다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)는 마스터 RF 발생기(12)와 동일한 주파수에서 작동한다. 발생기(미도시)는 13 MHz 내지 100 MHz 신호를 통해 커플링 네트워크(24)에 RF 전력을 공급할 수 있고, 소스 RF 발생기(source RF generator)라고 지칭될 수 있다. 소스 RF 발생기는 커플링 네트워크(24) 내에서 플라즈마를 점화시키기 위해 에너지를 제공한다.
다양한 실시예들에 따르면, 마스터 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14)는 외부와 통신하기 위한 다수의 포트들을 포함한다. 마스터 RF 발생기(12)는 펄스 동기화 출력 포트(34), 디지털 통신 포트(36), 및 RF 출력 포트(38)를 포함한다. 보조 RF 발생기(14)는 RF 입력 포트(42), 디지털 통신 포트(46), 및 펄스 동기화 입력 포트(48)를 포함한다. 펄스 동기화 출력 포트(34)는 보조 RF 발생기(14)의 펄스 동기화 입력 포트(48)에 펄스 동기화 신호(50)를 출력한다. 마스터 RF 발생기(12)의 디지털 통신 포트(36) 및 보조 RF 발생기(14)의 디지털 통신 포트(46)는 디지털 통신 링크(52)를 통해 통신한다. RF 출력 포트(38)는 RF 입력 포트(42)에 입력된 RF 제어 신호(54)를 발생시킨다. 다양한 실시예들에서, RF 제어 신호(54)는 RF 제어 신호 제어 마스터 RF 발생기(12)와 실질적으로 동일하다. 다양한 다른 실시예들에서, RF 제어 신호(54)는 RF 제어 신호 제어 마스터 RF 발생기(12)와 동일하지만, 보조 RF 발생기(14)에 의해 발생된 요청된 위상 변위에 따라 마스터 RF 발생기(12) 내에서 위상 변위된다. 따라서, 다양한 실시예들에서, 마스터 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14)는 실질적으로 동일한 RF 제어 신호들 또는 소정 량만큼 위상 변위된 실질적으로 동일한 RF 제어 신호에 의해 구동된다.\
또한, 보조 RF 발생기(14)는 한 쌍의 센서 포트들, 메인 감지 포트(60), 및 보조 감지 포트(62)를 포함하고, 이들은 마스터 매치 네트워크(20)의 마스터 전압 센서(64) 및 보조 매치 네트워크(28)의 보조 전압 센서(66) 각각으로부터 전압 신호를 수신한다. 다양한 실시예들에서, 마스터 전압 센서(64)는 마스터 매치된 RF 신호(22)의 전압을 감지하여, 커플링 네트워크(24)에 인가되는 마스터 매치된 RF 신호(22)의 전압을 결정한다. 유사하게, 보조 전압 센서(66)는 커플링 네트워크(24)에 인가된 보조 매치된 RF 신호(30)의 전압을 감지한다.
다양한 실시예들에 따르면, 마스터 전압 센서(64) 및 보조 전압 센서(66)는 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각의 작동 파라미터들을 검출한다.
본 명세서에서 전압 센서들로서 기재되었지만, 당업자는 마스터 전압 센서(64) 및 보조 전압 센서(66)가 선택된 전기적 특성을 검출하기 위해 전압, 전류, 및/또는 방향성 커플러 센서들을 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 다양한 실시예들에서, 마스터 전압 센서(64) 및 보조 전압 센서(66)는 (i) 전압 v 및 전류 i 및/또는 (ii) 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각으로부터 출력된 순방향(또는 소스) 전력 PFWD, 및/또는 마스터 매치된 RF 신호(22) 및 보조 매치된 RF 신호(30)의 역방향 (또는 반사된) 전력 PREV를 검출할 수 있다. 전압 v, 전류 i, 순방향 전력 PFWD, 및 역방향 전력 PREV는 매치된 RF 신호들(22 및 30)과 관련된 실제 전압, 전류, 순방향 전력, 및 역방향 전력의 스케일링 및/또는 필터링된 버전들일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 마스터 전압 센서(64) 및 보조 전압 센서(66)는 아날로그 및/또는 디지털 센서들일 수 있다. 디지털 구현에서, 마스터 전압 센서(64) 및 보조 전압 센서(66)는 아날로그-대-디지털(A/D) 변환기들 및 대응하는 샘플링 레이트들을 갖는 신호 샘플링 성분들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 전압 센서들(64 및 66)은 각각의 RF 신호들(18 및 26) 각각의 전기적 특성을 결정하도록 구성된다. 다양한 다른 실시예들에서, 전압 센서들(64 및 66)은 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각의 전기적 특성을 검출하도록 구성된다. 전압 센서들(64 및 66)이 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각의 전압을 검출하도록 구성될 때, 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각은 매치 네트워크들(20 및 28) 각각에 의해 일반적으로 도입된 위상 변위를 반영할 것이다. 전압 센서들(64 및 66)이 RF 신호들(18, 26) 각각의 전기적 특성을 검출하도록 구성된 경우, 감지 포트들(60 및 62) 각각에 입력된 센서 신호들은 매치 네트워크들(20 및 28) 각각에 의해 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각에 도입된 위상 변위를 반영하지 않을 것이다. 따라서, 다양한 실시예들에서, 감지 포트들(60 및 62) 각각에 입력된 신호들은 매치된 네트워크들(22 및 28) 각각에 의해 도입된 위상 변위를 근사(approximate)하도록 후 처리될 필요가 있을 수 있다.
당업자는 마스터 매치 네트워크(20) 및 보조 매치 네트워크(28)가 개별 성분들로 구현되거나 단일 성분으로 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 당업자는 마스터 전압 센서(64) 및 보조 전압 센서(66)가 매치 네트워크들(20 및 28) 각각과 일체로 구현될 수 있거나 또는 매치 네트워크들(20 및 28) 각각과 별도로 구현될 수 있고, 매치 네트워크들(20 및 28) 각각의 상류 또는 하류에 배치될 수 있음을 인식할 것이다.
작동에서, 마스터 RF 발생기(12)는 마스터 RF 신호(18)를 발생하고, 매칭 임피던스를 마스터 RF 신호(18)에 도입하여 마스터 매치 네트워크(20)는 마스터 매치된 RF 신호(22)를 발생시킨다. 유사하게, 보조 RF 발생기(14)는 보조 RF 신호(26)를 발생하고, 보조 매치 네트워크(28)는 매칭 임피던스를 보조 RF 신호(26)에 도입하여 보조 매치된 RF 신호(30)를 발생시킨다. 보조 RF 발생기(14)의 작동은 마스터 RF 발생기(12)에 대해 조정되어, 마스터/슬레이브 관계를 규정한다. 마스터 RF 발생기(12)는 RF 출력 포트(38)로부터 RF 제어 신호(54)를 출력한다. RF 제어 신호(54)는 보조 RF 발생기(14)의 RF 입력 포트(42)에 입력된다. RF 제어 신호(54)는 디지털 또는 아날로그 신호일 수 있으며, 보조 RF 발생기(14)에 대한 RF 작동 주파수를 규정한다. 마스터 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14)가 작동의 펄스 모드에서 작동 할 때, 상술한 바와 같이, 마스터 RF 발생기(12)는 펄스 동기화 출력 포트(34)로부터 펄스 동기화 신호(50)를 발생시킨다. 펄스 동기화 신호(50)는 보조 RF 발생기(14)의 펄스 동기화 입력 포트(48)에 입력된다. 따라서, 보조 RF 발생기(14)의 RF 주파수 및 펄싱은 마스터 RF 발생기(12)로부터의 입력들에 의해 제어된다.
다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)는 디지털 통신 포트들(36 및 46) 각각을 통해 디지털 통신 링크(52)를 통해 마스터 RF 발생기(12)와 통신한다. 디지털 통신 링크(52)는 보조 RF 발생기(14)가 마스터 RF 발생기(12)와 통신하여 RF 제어 신호(54)에 대한 조정들을 요청하여 보조 RF 발생기(14)가 전압 센서들(64 및 66)에 의해 측정된 매치된 RF 신호들(22 및 30)을 정렬할 수 있게 한다.
다양한 실시예에서, 메인 감지 포트(60) 및 보조 감지 포트(62)는 전압 센서들(64 및 66) 각각과 통신하여 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각에 대한 정보를 수신한다. 전압 센서들(64 및 66) 각각은 보조 RF 발생기(14)가 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각의 진폭 및 매치된 RF 신호들(22 및 30) 각각의 위상을 결정할 수 있게 한다. 다양한 실시예들에서, RF 신호의 진폭 및 위상은 RF 발생기들(12 및 14) 각각의 각 펄스 상태에 대해 제어될 수 있다. 마스터 매치된 RF 신호(22)와 보조 매치된 RF 신호(30) 간의 적절한 동기화를 결정하기 위해 진폭 및 위상 데이터가 보조 RF 발생기(14)에 의해 처리된다. 보조 RF 발생기(14)가 적절한 동기화를 달성하기 위해 보정 조정들(corrective adjustments)을 결정하면, 보조 RF 발생기(14)는 원하는 위상 조정을 전달하기 위해 디지털 통신 링크(52)를 통해 마스터 RF 발생기와 통신한다.
마스터 RF 발생기(12)는 보조 RF 발생기(14)로부터 조정 요청들을 수신하고, 조정 요청에 따라 RF 제어 신호(54)의 위상을 조정한다. 따라서, 보조 매치된 RF 신호(30)의 위상은 마스터 매치된 RF 신호(22)의 위상에 위상 고정된다. 다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)는 다른 데이터를 마스터 RF 발생기에 전달한다. 다른 데이터는 펄싱 정보를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 마스터 RF 발생기(12)는 보조 RF 발생기(14)의 RF 작동 주파수를 결정한다. 마스터 RF 발생기(12)는 민첩 주파수 튜닝(Agile Frequency Tuning, AFT) 방법을 구현하여 반사된 전력을 최소화할 수 있다. 또한, 마스터 RF 발생기(12)는 원하는 펄스 반복 레이트, 전력 레벨들, 및 듀티 사이클들에 따라 펄스 조건들을 설정할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)는 마스터 RF 발생기(12)에 의해 결정된 주파수에서 RF 전력을 발생하고, 마스터 RF 발생기(12)의 작동에 위상 고정된다.
도 2는 보조 RF 발생기(14)의 확대도의 개략적이고 기능적인 블록도를 도시한다. 보조 RF 발생기(14)는 제어기 부분(100), 신호 발생 부분(102), 전력 증폭기 부분(104), 에너지 소산 부분(106), 및 DC 발생 부분(108)을 포함한다. 제어기 부분(100)은 보조 RF 검출기들 모듈(112), 메인 RF 검출기들 모듈(114), RF 액추에이터 모듈(116), 및 고객 인터페이스(118)를 더 포함하는 제어 모듈 또는 제어기(110)를 포함한다. 보조 RF 발생기(14)는 메모리(122)를 더 포함할 수 있다. 메모리(122)는 설정된, 사전결정된, 및/또는 검출된 전압들, 위상들, 및 다른 작동 파라미터들을 저장하는 데 사용될 수 있다.
보조 RF 검출기들 모듈(112)은 메인 감지 포트(60) 및 보조 감지 포트(62)와 통신한다. 보조 RF 검출기들 모듈(112)은 메인 감지 포트(60) 및 보조 감지 포트(62) 각각을 통해 마스터 전압 센서(64) 및 보조 전압 센서(66) 각각으로부터 메인 및 보조 전압 센서 신호들 각각을 수신한다. 제어기(110)의 보조 RF 검출기들 모듈(112)은 마스터 RF 출력 및 보조 RF 출력(매치 네트워크 이전 또는 이후) 각각의 진폭 및 위상(상대 위상 또는 위상 차)을 결정하고, 위상 또는 진폭 보정이 필요한지 결정한다. 위상 보정은 디지털 통신 링크(52)를 통해 마스터 RF 발생기(12)에 전달된다. 보조 RF 검출기들 모듈(112)은 상태/제어 라인 및 통신 모듈(126)을 통해 원하는 위상 보정을 전달한다.
또한, 제어기(110)는 전력 증폭기 부분(104)으로부터 출력된 RF의 선택된 전기적 특성들을 결정하는 메일 RF 검출기들 모듈(114)을 포함한다. 메인 RF 검출기들 모듈(114)은 RF 신호 또는 출력(26)의 상태에 관해 제어기(110)와 통신한다. 또한, 제어기(110)는 RF 액추에이터 모듈(116)을 포함한다. RF 액추에이터 모듈(116)은 펄스 동기화 입력 포트(48)를 통해 펄스 동기화 신호(50)를 수신한다. 또한, RF 액추에이터 모듈(116)은 본 명세서에서 더 상세히 설명될 바와 같이 RF 동기화 모듈(142)로부터 RF 검출 신호를 수신한다. RF 액추에이터 모듈(116)은 다양한 모드들에서 RF 출력(26)의 연속파 RF 신호 성분 및 RF 출력(26)의 펄싱 성분의 주파수 및 전력 모두를 제어하기 위한 제어 신호들을 발생시킨다.
신호 발생 부분(102)은 RF 입력 포트(42)를 통해 마스터 RF 발생기(12)로부터 RF 제어 신호(54)를 수신하는 RF 스위치 모듈(140)을 포함한다. RF 제어 신호(54)는 RF 스위치 모듈(140)에 전달된다. 또한, RF 스위치 모듈(140)은 RF 액추에이터 모듈(116)로부터 펄스 입력을 수신한다. 펄스 입력은 펄스 동기화 입력 포트(48)에서 수신된 펄스 동기화 신호(50)에 따라 RF 액추에이터 모듈에 의해 발생된다. RF 스위치 모듈(140)은 본 명세서에서 설명될 바와 같이 펄스된 정현파 신호의 발생을 제어한다.
본 명세서에서 더 상세히 설명될 바와 같이, RF 동기화 모듈(142)은 보조 RF 발생기(14)를 슬레이브 RF 발생기로서, 또는 RF 출력 신호의 RF 정현파 성분이 마스터 RF 발생기(12)와 독립적으로 발생되는 독립형 발생기로서 작동할 수 있게 한다. 마스터 RF 발생기(12)가 보조 RF 발생기(14)의 작동을 제어하는 보조 RF 발생기(14)의 슬레이브 구성에서, RF 동기화 모듈(142)은 RF 스위치 모듈(140)로부터 수신된 펄스된 RF 신호를 효과적으로 통과하고 위상 변위기 모듈(144)에 입력된 한 쌍의 RF 신호들을 발생시킨다. 위상 변위기 모듈(144)은 RF 액추에이터 모듈(116)로부터 펄스 진폭 제어 신호를 수신한다. 펄스 진폭 제어 신호는 위상 변위기 모듈(144)에 입력된 한 쌍의 펄스된 RF 신호들 간의 상대적인 위상 변위를 결정한다. 위상 변위기 모듈(144)은 신호 발생 부분(102)으로부터 출력되는 한 쌍의 위상 변위된 신호들(phi1(146) 및 phi2(148))를 발생시킨다.
위상 변위된 신호들(phi1 및 phi2)는 전력 증폭기 부분(104)으로 출력된다. 한 쌍의 위상 변위된 신호들은 드라이버(152)에 입력된다. 드라이버(152)는 전력 증폭기들(154 및 156)에 구동 신호들 각각을 발생시킨다. 전력 증폭기들(154 및 156)로부터의 출력들은 결합되어 필터(158)에 입력된다. 다양한 실시예들에서, 필터(158)는 고조파(harmonics)를 제거하고 VI 센서(160)에 입력된 필터링된 신호를 발생하기 위한 고조파 필터일 수 있다. VI 센서(160)는 전술한 바와 같이 전압/전류 센서 또는 방향성 커플러 중 하나 일 수 있다. 따라서 보조 RF 발생기(14)는 펄스된 RF 출력(26)을 제공한다.
Phi1은 전력 증폭기(154)를 위한 구동 신호를 제공하고, phi2는 전력 증폭기(156)를 위한 구동 신호를 제공한다. 다양한 실시예들에서, 전력 증폭기들(154 및 156)은 구동 신호들에 의해 구동되어 전력 증폭기들(154 및 156)의 아웃페이징(outphasing)를 가능하게 한다. 아웃페이징은 phi1 및 phi2를 가변시킴으로써 전력 증폭기들(154 및 156) 간의 위상을 가변시킴으로써 전력 증폭기 부분(104)의 출력 신호의 진폭을 제어한다. 당업자는 다양한 용도들은 아웃페이즈 신호 발생을 구현할 필요가 없고 다양한 실시예들은 단일 구동 신호 및 전력 증폭기를 사용할 수 있음을 인식할 것이다.
VI 센서(160)는 방향성 커플러들 및 VI 센서들과 관련하여 전술한 바와 같이 구현될 수 있다. VI 센서(160)는 한 쌍의 센서 신호들을 신호 발생 부분(102)의 아날로그 프론트-엔드(164)에 출력한다. 아날로그 프론트-엔드(164)는 VI 센서(160)로부터 아날로그 신호들을 수신하고 메인 RF 검출기들 모듈(114)에 입력된 디지털 신호들을 발생시킨다. VI 센서(160), 아날로그 프론트-엔드(164), 및 메인 RF 검출기들(114)은 보조 RF 발생기(14)로부터 출력된 RF의 다양한 전기적 특성들을 측정할 수 있게 한다.
다양한 실시예들에서, 전력 증폭기들(154 및 156)은 유도 전압 클램핑 회로들(inductive voltage clamping circuits)과 같은 전압 클램핑 회로들을 포함하도록 구성된다. 이러한 시스템의 예들은 본 출원의 양수인에게 양도되고 본 출원에 참조로서 포함된 미국 특허 제 6,469,919 호; 미국 특허 제 6,618,276 호; 미국 특허 제 6,885,567 호; 미국 특허 제 7,180,758 호; 및 미국 특허 제 7,397,676 호를 참조하여 찾을 수 있다.
전력 증폭기들(154 및 156)은 DC 발생 부분(108)으로부터 발생된 DC 전력을 수신한다. DC 발생 부분(108)은 3상 AC 입력 신호를 수신하고 DC 출력 신호를 발생하는 AC/DC 변환기를 포함한다. AC/DC 변환기(170)는 전력 증폭기들(154 및 156) 각각을 공급하는 전압 레일들 상에서 민첩한(agile) DC 공급 전압을 발생시킨다. AC/DC 변환기(170)는 가변 DC 출력 전압을 발생하여 전력 증폭기들(154 및 156) 각각에 의해 출력되는 RF 신호들의 진폭을 가변시킨다. 제어 부분(100)의 제어기(110)는 전력 공급 유닛(Power Supply Unit, PSU) 인터페이스를 통해 AC/DC 변환기(170)와 통신하여, 제어기(110)가 전력 증폭기들(154 및 156)에 대한 원하는 레일 전압들을 발생시키기 위해 AC/DC 변환기(170)의 작동을 모니터링하고 가변시킬 수 있다. DC 버스(16)는 AC/DC 변환기(170)에 접속된 것으로 도시된다. 도 2 내지 4에서, DC 버스(16)는 다양한 구성들로 메인 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14) 각각에 접속할 수 있음을 나타내기 위해 점선들로 도시되어 있다.
DC 발생 부분(108)은 에너지 소산 부분(106)과 통신한다. 에너지 소산 부분(106)은 AC/DC 변환기(170)와 전력 증폭기들(154 및 156)을 접속하는 전압 레일들에 접속된 가변 저항 부하(172)를 포함한다. 가변 저항 부하(172)는 RF 출력(26)에 접속된 부하로부터 반사된 전력을 위한 전류 드레인 또는 싱크를 제공한다. 다양한 실시예들에서, 커플링 네트워크(24)는 전력을 전력 증폭기들(154 및 156)을 향해 반사 또는 다시 전송한다. 전력 증폭기들(154 및 156)의 전압 클램프 회로들은 에너지/전력이 소산되는 가변 저항 부하(172)로 반사/전송된 전력을 복귀시킨다. 다양한 실시예들에서, 반사된 에너지/전력은 가변 저항 부하(172)의 도움없이 AC/DC 변환기(170)에서 소산된다. 그러나, 다양한 다른 실시예들에서, AC/DC 변환기(170)는 커플링 네트워크(24)로부터 반사된 전력이 AC/DC 변환기(170)의 전력 소산 능력들보다 더 크도록 크기가 정해진다. 가변 저항 부하(172)는 전력 증폭기들(154 및 156)의 유도성 클램핑 회로들을 통해 소산되는 에너지 또는 반사된 전력을 가변시키기 위해 제어기(110)로부터의 부하 제어 신호를 통해 제어될 수 있다. 제어기(110)에 의해 발생된 부하 제어 신호는 펄스 폭 변조 또는 펄스 밀도 변조 신호를 사용하여 가변 저항 부하(172)의 임피던스를 변화시킬 수 있으며, 이로써 커플링 네트워크(24)로부터 전력 증폭기들(154 및 156)을 향해 공급되는 전력을 가변적으로 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 커플링 네트워크(24)를 참조하면, 다양한 실시예들에서, 에칭 프로세스를 보다 잘 제어하기 위해 이온들이 제작품 또는 웨이퍼에 직교하도록 이온 각도를 제어하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 웨이퍼들의 에지들 근처의 전력 및 전기장들은 종종 웨이퍼를 향한 이온 지향성을 정확하게 제어하는 추가적인 과제들을 제시한다. 가변 저항 부하(172)의 저항을 가변시킴으로써, 웨이퍼의 에지 근처의 이온들이 보다 정확한 에칭 프로세스에 영향을 미치도록 보다 잘 배향될 수 있다.
RF 동기화 모듈(142)은 보조 RF 발생기(14)가 보조 또는 마스터/독립형 모드에서 작동되는지에 따라 가변적으로 작동한다. 독립형 모드는 보조 RF 발생기(14)가 마스터 RF 발생기(12)와 독립적으로 작동할 때 발생한다. RF 동기화 모듈(142)은 제어기(110)의 RF 액추에이터 모듈(116)로부터 보조 RF 발생기(14)가 보조 모드에서 작동하는지 또는 마스터/독립 모드에서 작동하는지를 표시하는 모드 신호를 수신한다.
보조 또는 슬레이브 모드에서, RF 액추에이터 모듈(116)에 의해 RF 동기화 모듈(142)로 출력된 신호들(phi1 및 phi2)은 영향을 미치지 않는다. RF 스위치 모듈(140)로부터 수신된 RF 신호는 RF 동기화 모듈(142)을 통과한다. 위상 변위기 모듈(144)은 RF 액추에이터 모듈(116)로부터 수신된 펄스 진폭 제어 신호에 따라 구동 제어 신호들(phi1 및 phi2)을 발생시킨다.
마스터/독립형 모드에서, 보조 RF 발생기(14)는 원하는 RF 신호 주파수로 제어하기 위해 RF 액추에이터 모듈(116)에 의존한다. 마스터/독립형 모드 내의 다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)는 펄스 동기화 입력 포트(48)로부터 펄스 동기화 신호(50)를 수신한다. 마스터/독립형 모드의 다른 다양한 실시예들에서, RF 액추에이터 모듈(116)은 동기화 펄스를 결정한다. 또한, 마스터/독립형 모드에서, RF 액추에이터 모듈(116)이 드라이버(152)를 통과한 구동 신호들(phi1 및 phi2)을 발생함에 따라 RF 동기화 모듈(142) 및 위상 변위기 모듈(144)은 통과 모드(pass-through mode)에서 작동한다. 독립형 모드에서, 전력 증폭기들(154 및 156)은 보조 RF 발생기(14)의 출력 전력을 제어하기 위해 전력 증폭기들(154 및 156) 간의 위상을 가변시키기 위해 아웃페이즈 방식으로 작동된다. 보조 모드에서, 가변 저항 부하(172)는 커플링 네트워크(24)로부터 반사된 전력을 가변적으로 소산시키기 위한 소산 부하를 제공한다.
도 3은 보조 또는 슬레이브 모드에서 작동하도록 구성된 RF 전력 시스템(10)의 보조 RF 발생기(14')의 구조적 및 기능적 블록도를 도시한다. 독립형 모드에서의 작동을 가능하게 하기 위한 도 2의 보조 RF 발생기(14)로부터의 성분들은 보조 슬레이브 모드에서 RF 발생기의 단순화된 구성을 제공하기 위해 제거되었다. 도 3의 구성에서, 보조 RF 발생기(14')는 도 1 및 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이 작동한다. 도 3의 보조 RF 발생기(14')는 마스터 또는 독립형 모드에서 작동하지 않을 것이다.
도 4는 마스터 또는 독립형 모드에서 작동하도록 구성된 RF 전력 시스템(10)의 보조 RF 발생기(14'')의 기능적 및 구조적 블록도를 도시한다. 보조 모드에서의 작동을 가능하게 하기 위한 도 2의 보조 RF 발생기(14)의 성분들이 제거되었다. 이러한 모드에서, 보조 RF 발생기(14'')는 그것이 발생시키는 RF 신호의 주파수를 결정하기 위한 외부 RF 신호 입력을 요구하지 않는다. 도 4에서, 펄스 동기화 입력 포트(48)는, 제어기(110)의 RF 액추에이터 모듈(116)에 입력되는 펄스 동기화 신호(50)를 수신한다. 펄스 동기화 신호(50)는 보조 RF 발생기(14'')의 RF 출력의 펄싱을 제어한다. RF 액추에이터 모듈(116)은 위상 변위기 모듈(144)에 펄스 진폭 제어 신호를 발생시키지 않는다. 오히려, RF 액추에이터 모듈(116)은 드라이버(152)에 입력된 phi1 및 phi2 신호들을 발생시킨다. 도 4의 보조 RF 발생기(14'')는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 가변 저항 부하(172)를 포함하지 않는다. 다양한 실시예들에서, 전력 증폭기들(154 및 156)는 유도성 클램프들을 포함하고, 커플링 네트워크(24)로부터 보조 RF 발생기(14)로 반사된 전력은 AC/DC 변환기(170)로 복귀될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 다양한 다른 실시예들에서, AC/DC 변환기(170)는 일반적으로 더 높은 전력을 출력할 것이므로, 가변 저항 부하(172)는 커플링 네트워크(24)로부터 복귀된 가능한 전력 레벨들을 소산시키기 위해 선택사양적일 수 있다. 다양한 다른 실시예들에서, 전력 증폭기들(154 및 156)의 유도 클램프들은 DC 버스(16)와 같은 DC 버스 접속을 통해 에너지를 마스터 RF 발생기(12)로 복귀시킬 수 있으며, 이러한 에너지 유동은 AC/DC 변환기 또는 바이패스 AC/DC 변환기(170)를 통해 전달될 수 있다. 에너지 유동이 AC/DC 변환기(170)를 우회하는 경우, DC 버스(16)는 도 4에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시예들에서, 구동 신호들이 시스템 내 공통 지점에서 발생하기 때문에 마스터 및 슬레이브는 동일한 주파수에서 작동할 수 있다. 과도 전압 스파이크들(transient voltage spikes)은 빠른 주파수 또는 진폭 변화들 동안 PLL(phase lock loop) 구현에서 발생할 수 있다. 본 발명의 보조 전력 증폭기들(154 및 156)로의 위상 변위된 마스터 RF 제어 신호(54)의 직접 경로는 과도 전압 스파이크들을 방지할 것이다. 또한, 통합된 유도 클램프 및 가변 저항 부하들은 보조 RF 발생기(14)가 전력을 제공하는 전극 및 커플링 네트워크에서의 전압 제어 범위를 증가시킨다.
다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)는 마스터 RF 발생기로서 기능할 수 있고, 마스터 RF 발생기(12)는 보조 RF 발생기로서 기능할 수 있다. 즉, 다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(12) 및 제어기(110)는 전력 증폭기들(154 및 156)에 대한 레일 전압 및 RF 출력 신호(26)의 위상을 제어한다. 다양한 다른 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)의 제어기(110)는 또한 마스터 RF 발생기(12)에 입력된 제어 신호들을 생성하여, 마스터 RF 출력 신호(18)의 전압을 가변시키기 위해 마스터 RF 발생기에서 DC 레일 전압을 제어하는 것 및 보조 RF 발생기(14) 및 마스터 RF 발생기(12)에 의해 출력된 RF 신호들 간의 위상 차를 제어하기 위해 마스터 RF 신호(18)의 위상을 제어하는 것을 포함하여, 마스터 RF 신호(18)의 전압 및 위상을 제어한다. 다양한 실시예들에서, 보조 RF 발생기(14)는 RF 입력 포트(42)를 통해 RF 신호를 마스터 RF 발생기(12)에 출력하며, 이 경우 RF 입력 포트(42)는 출력 포트 또는 입력/출력 포트로서 작동한다. RF 출력 신호들(18 및 26)(또는 22, 30) 간의 위상 변위는, 변위기 모듈(144)이 (역전된) 입력 포트(42)를 통해 마스터 RF 발생기(12)에 전송된 RF 신호에 대한 RF 출력 신호(26)의 위상 변위에 영향을 줄 때 발생할 수 있다. 대안적으로, 마스터 RF 발생기(12)는 위상 변위기 모듈(144)과 유사한 위상 변위기 모듈을 포함할 수 있고, 보조 RF 발생기(14)는 메인 RF 발생기(12)에 국부적인 위상 변위기에 의한 적용을 위해 디지털 통신 포트(46)를 통해 마스터 RF 생성기(12)에 명령된 위상 변위를 출력할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들에서, 메인 감지 포트(60) 및 보조 감지 포트(62)는 마스터 RF 발생기(12)일 때 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 마스터 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14)는 디지털 통신 포트들(36 및 46)을 사용하여 감지된 전기적 특성 정보를 통신할 수 있다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 RF 전력 시스템(10)의 RF 신호들의 예시적인 플롯들을 도시한다. 파형(200)은 마스터 매치된 RF 신호(22)와 같은 마스터 RF 발생기(12)에 의해 출력된 RF 신호를 도시한다. 파형(202)은 보조 RF 신호(26)와 같은 보조 RF 발생기(14)에 의해 출력된 RF 신호를 도시한다. 파형들(200 및 202)은 본 실시예가 해결해야 할 과제를 나타낸다. 파형들(200 및 202)을 비교할 때 알 수 있는 바와 같이, 파형들(200 및 202) 간에 위상 차가 존재한다. 매치 네트워크들(20 및 28)이 상이한 위상 변위들을 도입하기 때문에, 파형들(200 및 202)은 위상-정렬되지 않는다. 파형들(204 및 206)은 본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 하나의 개선을 도시한다.
파형(204)은 마스터 매치 네트워크(20)로부터 출력된 매치된 RF 신호(20)를 나타낸다. 파형(204)은 소스 RF 발생기로부터와 같은, RF 전력 시스템(10)의 다른 발생기들로부터 파형(204)으로 도입된 주파수 컨텐트를 나타내는 두께를 갖는다. 파형(206)은 보조 매치 네트워크(28)로부터 출력된 보조 매치된 RF 신호(30)의 예시적인 파형을 도시한다. 또한, 파형(206)은, 파형(206)이 파형(204)보다 더 적은 주파수 컨텐트를 포함하지만, 소스 RF 발생기로부터와 같은, 고주파 컨텐트를 나타내는 두께를 갖는 것으로 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 파형들(204 및 206)은 마스터 RF 발생기(12) 및 보조 RF 발생기(14)에 의해 출력되는 바와 같이 위상 정렬된 RF 신호들을 도시한다.
도 6은 메인 RF 발생기에 대한 보조 RF 발생기의 위상을 조정하기위한 흐름도(300)를 도시한다. 제어는 블록(302)에서 시작하여 블록(304)으로 진행한다. 블록(304)는 메인 RF 발생기와 보조 RF 발생기 간의 위상 차를 측정한다. 위상 차가 측정되면, 제어는 블록(306)으로 진행하고, 여기서 위상 차가 0인지 결정된다. 위상 차가 0이면, 조정이 필요하지 않으며, 제어는 메인 RF 발생기와 보조 RF 발생기 간의 위상 차를 다시 측정하기 위해 블록(304)으로 복귀한다. 위상차가 0이 아닌 경우, 제어는 블록(308)으로 진행하여 보조 RF 발생기가 마스터 RF 발생기에 RF 발생기의 위상을 변경하도록 요청하기 위해 명령들을 마스터 RF 발생기로 보낸다. 제어는 메인 RF 발생기와 보조 RF 발생기 간의 위상 차를 다시 측정하기 위해 블록(304)로 진행한다.
도 7은 보조 RF 발생기의 전압 또는 전력 출력을 결정하기 위한 흐름도(320)를 도시한다. 제어는 블록(322)에서 시작하여 블록(324)으로 진행한다. 블록(324)은 보조 RF 발생기의 RF 출력의 전압을 측정한다. 일단 전압이 측정되면, 제어는 블록(326)으로 진행하며, 여기서 측정된 전압이 사전결정된 설정값과 동일한지 여부가 결정된다. 측정된 전압이 사전결정된 설정값과 동일하면, 제어는 블록(324)으로 진행하여 보조 발생기 RF 출력의 전압을 다시 측정한다. 측정된 전압이 사전결정된 설정값과 동일하지 않으면, 제어는 블록(328)으로 진행한다. 블록(328)에서, 보조 RF 발생기의 전력 증폭기들에 인가되는 레일 전압을 가변시키기 위해 민첩한 DC 전력 공급부의 출력이 조정된다. 제어는 보조 RF 발생기의 RF 출력의 전압을 다시 측정하기 위해 블록(324)으로 진행한다.
다양한 구성들에서, 도 1의 RF 제어 시스템은 사전결정된 작동 공간 내에서 튜닝가능하다. 예를 들어, 도 1의 보조 매치 네트워크(28)는 일반적으로 보조 매치 네트워크(28)에서 가변 캐패시턴스의 위치를 선택함으로써 제어된다. 다양한 구성들에서, 가변 커패시턴스의 위치들의 전체 범위는, 특히 전체 작동 공간에 걸쳐, 항상 가능한 것은 아니다. 시스템 작동을 가능하게 하기 위해 가변 커패시턴스가 위치될 수 있는 작동 공간은 일반적으로 튜닝가능 작동 공간으로 지칭된다. 바람직하게는, 튜닝가능 작동 공간이 최대화될 수 있다. 예를 들어, 보조 매치 네트워크(28)는 다수의 위치들로 조정할 수 있는 가변 커패시턴스를 포함할 수 있다. 그러나, 다양한 실시예들에서, 선택된 위치들만이 사전결정된 주파수 범위들 내에서 가능하다. 비제한적인 예로서, 보조 RF 발생기(14)가 최대 400 kHz에서 작동하는 경우, 380 kHz와 같은 사전결정된 주파수보다 큰 위치들 사이에서 변화하면, RF 신호가 인가된 보조 전극(40)에 대한 전압 및 위상 제어 루프들 간의 연장된 안정화 시간들 및 진동을 초래한다. 튜닝가능 작동 공간의 외부에 있을 때, 제어 과제들은 액추에이터 범위의 에지 근처의 불안정성 및 고주파들에서 보조 전압 및 위상의 정상 상태 값들에 대한 진동 또는 헌팅을 포함한다.
도 8a 내지 8e는 도 1의 RF 전력 제어 시스템(10)에 대한 다양한 전기적 파라미터들 간의 관계를 나타낸다. 도 8a는 메인 매치 네트워크(20) 및 보조 매치 네트워크(28) 각각의 출력에서 메인 전압(400) 및 보조 전압(402)에 대한 전압 파형들을 도시한다. 메인 전압(400) 및 보조 전압(402)은, 메인 전극(32) 및 보조 전극(40) 각각을 포함하는 다양한 실시예들에 따라 도 1의 회로의 다른 곳들에서 측정될 수 있다. 도 8b는 보조 RF 발생기(14)에 의해 전달된 네트 파워(net power)(와트)을 나타내는 파형(404)을 도시한다. 도 8c는 메인 전극(32)과 보조 전극(40) 각각에 인가된 RF 신호들 간의 위상 차 정도들을 나타내는 파형(406)을 도시한다. 도 8d는 전압 액추에이터에 의해 설정된 바와 같은 도 2의 민첩 DC 전력 공급부 전압의 레일 전압(VRAIL)을 나타내는 파형(408)을 도시한다. 도 8e는 보조 RF 발생기(14)의 위상 액추에이터에 의해 명령된 상대 위상 설정값을 나타내는 파형(410)을 도시한다. 따라서, 기재된 위상, 위상 설정값, 또는 위상 액추에이터는 도 2의 제어기(110)에 의해 결정된 원하는 위상이다. 펄스 RF 포락선의 경우, 도 8의 파형들은 주어진 펄스 상태에 대한 측정된 값들을 나타낸다. 예를 들어, 4개의 상태들을 갖는 펄스 파형의 경우, 각각의 펄스 상태마다 하나씩 4 개의 측정 값들이 있을 것이다. 각각의 펄스 상태는 각각의 펄스 상태에 대한 값들 각각을 나타내는 도 8a 내지 8e에서와 같은 파형들의 세트를 초래한다. 연속파(Continuous Wave, CW) 작동의 경우, 도 8a 내지 8e와 유사하게, 하나의 파형들의 세트만이 존재할 것이다. 제어기(110)는 각각의 펄스 상태를 개별적으로 처리하고, 1..n으로부터 진행한 후 반복하여 상태들 간을 부드럽게 전환한다. 도 8a 내지 8e에서 알 수 있는 바와 같이, 시간(T1)에서 시작하여, 보조 RF 발생기(14)의 위상 및 레일 전압 액추에이터들에 대한 조정은, 제어 루프들 간의 혼신-성분(cross-term) 효과들을 고려하지 않고, 파형들(400, 402, 404, 406, 408, 및 410)의 진동을 초래한다. 즉, 위상 및 레일 전압은 독립적으로 조정된다. 위상은 하나의 제어 루프에 따라 조정되고, 레일 전압은 제 2 제어 루프에 따라 조정된다. 독립적인 제어는 도 8a 내지 도 8e의 파형들의 진동으로 이어지고, 이러한 진동은 대응하는 불안정성을 초래하여, 파형들(400 내지 410)의 안정을 억제한다.
도 9a 내지 9e는 도 8a 내지8e와 유사한 전기적 특성들을 나타내므로, 9a 내지9e의 파형들은 도 8a 내지8e와 유사한 참조 번호들을 사용하여 참조될 것이다. 도 9e는 보조 매치 네트워크(28)의 가변 커패시턴스의 전환으로 인한 반응을 나타낸다. 보조 RF 발생기의 레일 전압(VRAIL) 및 위상 중 하나 또는 둘 모두의 조정을 초래하는 프로세스의 변화를 나타내는 시간(T1)에서, 레일 전압(412) 및 위상(410)은, 지점들(412 및 414) 각각에 도시된 바와 같이, 시간(T2) 근처 및 그 이후에 안정된 또는 정상 상태 값들로부터 멀어지게 분기된다. 다시 말해, 전환시, 도 9d의 명령된 레일 전압 파형(408)은 T2에서 안정한 조건에 도달하기 위해 시간(T1) 이전에 레일 전압으로부터 증가해야 한다. 그러나, 지점(412)에 도시된 바와 같이, 레일 전압(VRAIL)은 결국 T2에서 값으로 수렴되기 전에, 증가하기보다는 감소한다. 마찬가지로, 지점(414)에서 명령된 위상은, 시간(T3)에서 설정된 값으로 수렴하기 전에, 감소하기보다는 증가한다. 다시 말해서, 전환에 응답하여, 레일 전압 및 위상 파형들(408 및 410) 각각은 초기에 그들의 최종 설정 값으로부터 멀어지게 조정된다.
도 10a 및 10b는 메인 전극 및 보조 전극을 갖는 RF 시스템의 예시적인 등고선도들을 도시한다. 도 10a의 등고선도가 상세히 설명될 것이다. 도 10a의 등고선도의 설명은 전반적으로 명세서 전체에 기술된 등고선도들에 적용된다. 도 10a에서, x축은 위상 액추에이터에 의해 규정된 위상 또는 위상 설정값을 나타낸다. y축은 레일 전압(VRAIL)을 나타낸다. x축의 위상 및 y축의 레일 전압(VRAIL)은 3차원 공간에서 z축을 따라 규정된 델타 위상을 가변시키기 위한 2개의 입력들을 규정한다. 2차원 공간에서 z축을 나타내기 위해, 등고선들(420a, 420b,…, 420g)는 일정한 델타 위상의 선들을 규정한다. 델타 위상은 일반적으로 메인 전극(32)에 인가된 RF 신호와 보조 전극(40)에 인가된 RF 신호 간의 위상 차로 정의된다. 다양한 실시예들에서, 등고선(420a)은 메인 전극(32)에 인가된 RF 신호에 대한 보조 전극(40)에 인가된 RF 신호의 음의 델타 위상 또는 위상 지연을 나타내는 -D2에 대응한다. 등고선(420b)은 델타 위상(-D1)에 대응하고, 등고선(420c)은 0 델타 위상에 대응하고, 등고선(420d)은 델타 위상(D1)에 대응하고, 등고선(420e)은 델타 위상(D2)에 대응하고, 등고선(420n)은 델타 위상(D3)에 대응하고, 등고선(420g)은 델타 위상(D4)에 대응한다. 등고선들 사이의 영역들은 등고선들 각각 간의 점진적이거나 극심할 수 있는 델타 위상의 전환을 나타낸다.
도 10a는 보조 전극(40)에 인가된 RF 신호의 위상 및 보조 RF 발생기(14)를 위한 레일 전압(VRAIL)의 특정 조합에 대응하는 델타 위상을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 레일 전압(VRAIL)은 민첩 DC 전력 공급부의 출력을 나타내며 전력 증폭기들(154 및 156) 각각에 인가된다. 비제한적인 예로서, 도 10a의 지점(422)은 주어진 위상(x축) 및 레일 전압(VRAIL)(y축)에 대해 델타 위상이 0임을 나타낸다. 즉, 위상 x=a 및 레일 전압(VRAIL) y=b의 경우, 델타 위상 레벨은 0(z=0)이다.
도 10b는 보조 RF 발생기(14)의 위상(x축)에 대한 보조 전압 및 도 2의 민첩 DC 전력 공급부에 의해 출력된 레일 전압(VRAIL)(y축)을 나타내는 등고선도이다. 보조 전압은 일반적으로 보조 전극(40)에서의 전압으로 기술되며, 피크-대-피크(peak-to-peak) 또는 RMS(Root Mean Square) 기술들을 사용하여 측정될 수 있다. 도 10b의 등고선들은 보조 전극(40)에서의 보조 전압을 나타낸다. 비제한적인 예로서, 특히 관심의 대상은 도 10b의 지점(424)이다. 주어진 위상 x=n 및 레일 전압(VRAIL) y=n에 대해, 지점(424)에 도시된 바와 같이 보조 전압 레벨은 VR5이다.
도 11a 및 11b는 도 10a 및 10b에 의해 나타난 초기 조건으로부터 도 11a 및 11b에 의해 표시된 제 2 조건으로의 전환을 나타내는 등고선도들이다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 도 10a 및 10b는, 보조 매치 네트워크(28)가 구성된 RF 전력 전달 시스템에 대한 델타 위상 대 위상 및 레일 전압(VRAIL)(도 10a의 경우) 및 보조 전압 대 위상 및 레일 전압(VRAIL)(도 10b)을 나타낼 수 있으며, 이로써 보조 매치 네트워크(28)의 튜닝가능한 요소가 제 1 위치에 있게 된다. 도 11a 및 11b는 보조 매치 네트워크(28)의 튜닝가능 요소가 제 2 위치로 변위될 때 대응하는 델타 위상 대 위상 및 레일 전압(VRAIL)(도 11a) 및 보조 전압 대 위상 및 레일 전압(VRAIL)(도 11b)을 나타낸다. 다양한 실시예에서, 튜닝가능 요소는 제 1 위치로부터 제 2 위치로 조정될 수 있다.
도 10a 및 도 11a를 참조하면, 선택된 지점(422)은 위상 a=레일 전압(VRAIL)=b, 및 결과적인 델타 위상 레벨=0을 나타낸다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 지점(422)은 등고선 델타 위상=0 상에 위치된다. 전환 후에, 등고선들의 위치는 변화하며, 여기서 등고선 값들(-D2, -D1,…, D4)는 도 10a 및 11a에서 동일한 값들을 나타낸다. 다양한 실시예들에서, 이러한 비제한적인 예에서, 지점(422)은 델타 위상=0과 같은 동일한 카운터 라인 상에 유지되는 것이 바람직하다. 동일한 등고선 상에 유지되기 위해, 지점(422)은 도 10a의 지점(422)으로부터 도 11a의 지점(422')으로 전환해야 한다. 이러한 전환은 화살표(426)을 따라 발생한다. 지점(422)에서 지점(422')으로 이동하기 위해서는, 등고선 델타 위상=0에서 지점(422)의 위치를 유지하기 위해, 위상을 x=a로부터 x=a'로, 레일 전압(VRAIL)을 y=b로부터 y=b'로 모두 조절할 필요가 있다.
마찬가지로, 도 10b에서, 지점(424)은 위상 x=m, 레일 전압(VRAIL)=n, 및 보조 전압 레벨=VR5에 대해 도시되어 있다. 도 10b 및 11b의 VR1, …, VR7에 대한 등고선들은 유사한 값들을 나타낸다. 도 10b의 지점(424)은 등고선(VR5)를 따라 도시되어 있다. 등고선(VR5) 상에서 지점(424)를 유지하기 위해, 도 10b의 지점(424)는 도 11b의 화살표(428)을 따라 지점(424')로 전환된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 지점(424')에 도시된 바와 같이, 등고선(VR5)를 따라 지점(424)을 유지하기 위해서는 위상을 x=m'로 그리고 레일 전압(VRAIL)을 y=n'으로 변화시킬 필요가 있다. 따라서, 도 10a 및 도 11a에 도시된 바와 같이 지점(422)을 지점(422')로 전환하고, 도 10b 및 도 11b에 도시된 바와 같이 지점(424)을 지점(424')으로 전환하는 각각의 경우에, 위상 설정값을 감소시키고 레일 전압(VRAIL)을 증가시킬 필요가 있다. 따라서, 도 10a 및 도 10b 및 도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에서, 사전결정된 등고선을 따라 위치를 유지하기 위해 위상 및 레일 전압(VRAIL)을 모두 제어할 필요가 있음을 입증한다.
도 12a 및 12b는 델타 위상 대 위상 및 레일 전압(VRAIL)의 등고선도를 도 12에, 보조 전압 대 위상 및 레일 전압(VRAIL)의 등고선도를 도 12b에 도시한다. 도 12a 및 12b의 각각의 등고선도는 도 12a에는 위상=d, 레일 전압(VRAIL)=e 및 델타 위상=f, 및 도 12b에는 보조 전압=g에 대응하는 지점(428)을 도시한다. 플롯들(430 및 432) 및 도 12a 및 12b의 등고선도들 각각은 도 12a 및 12b 각각에서 레일 전압(VRAIL) 및 위상 솔루션에 접근하는 것에 대한 도전을 나타낸다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 지점(428) 주위의 영역에서, 레일 전압(VRAIL)을 변경하는 것은, 지점(428)이 등고선들이 전반적으로 레일 전압들(VRAIL)에 평행한 위치에 있기 때문에, 델타 위상에 크게 영향을 미친다. 델타 위상의 변화는 대응하여 도 12b의 지점(428)에 대한 수렴에 영향을 미친다. 또한, 도 12b에 도시된 바와 같이, 보조 전압 등고선들(V1,…, V12)은 위상 값들과 평행하며, 이로써 작은 위상 액추에이터 변화들이 전압에 크게 영향을 미친다. 유사하게, 도 12b에서, 보조 전압 등고선들(V1,…, V12)은 전반적으로 레일 전압(VRAIL) 값들에 수직이다. 따라서, 보조 전압을 약간 변화시키려면 큰 레일 전압(VRAIL) 변화들이 필요하다. 따라서, 파형들(430 및 432)은, 선택된 등고선 상에서 원하는 설정지점에 도달하기 위해 독립적인 제어 루프들을 사용하여 위상 및 레일 전압(VRAIL)을 변경함으로써 원하는 종점(428) 주위를 순환하는 것을 나타낸다.
도 12a 및 12b는, 단일 입력을 조정이 보조 전압의 정확한 제어에 대해 도전들을 나타내는 도 1의 RF 전력 공급 시스템(10)의 다양한 구성들에 대한 특정 도전을 나타낸다. 등고선을 따라, 지점(428)과 같은 지점의 위치를 변경하기 위해, 위상 또는 레일 전압(VRAIL) 중 하나의 상당한 증가들이 필요하며, 다른 변수에서의 작은 변화들은 등고선을 따라 지점(428)의 위치에 상당한 변화들을 초래한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 단일 입력 시스템은, 특정 출력을 조정하기 위해, 단일 입력이 가변되는 특정 문제들을 야기할 수 있다.
비교하여, 도 13은 지점(440)과 같은 지점의 위치를 조정하기 위해 레일 전압(VRAIL)이 가변될 수 있는 등고선도를 나타낸다. 도 13에서, 지점(440)은 x=h의 위상, 레일 전압(VRAIL) y=I, 및 결과적인 보조 전압=j에 대응한다. 도 13은 x축을 따른 위상 또는 y축을 따른 레일 전압(VRAIL)이 합리적 분해능(resolution)의 등고선(VT5)를 따라 등고선과 같은, 등고선을 따라 지점(440)의 조정을 가능하게 하는지 여부에 관계없이 입력들 중 하나를 가변시키는 상태를 나타낸다. 대조적으로, 도 12a 및 12b는 x축을 따른 위상 또는 y축을 따른 VRAIL 중 하나를 조정함으로써 그러한 분해능을 가능하게 하지 않는다.
도 14는 다양한 실시예들에서 도 1 내지 도 4의 보조 RF 발생기(14)의 민첩 DC 전력 공급부 액추에이터(레일 전압(VRAIL)) 및 위상 액추에이터(위상)를 제어하기 위한 선형-이차-적분(Linear-Quadratic-Integral, LQI) 제어 시스템을 도시한다. 도 14의 LQI 구성은 비용 함수의 최소화에 기초하여 제어기 이득들이 결정되는 최적의 제어를 제공한다. 이러한 구성은 보조 RF 발생기(14)의 선택된 파라미터들을 제어하기 위해 내부 측정들 및 출력 피드백을 모두 이용한다. 도 14의 제어 시스템은 본질적으로 다중-입력, 다중-출력(multi-input, multi-output, MIMO)이다. 다양한 실시예들에서, 피드백 에러들, 상태들, 및 액추에이터 진폭들에 대한 개별 조정을 가능하게 하는 것을 포함하여, 성능은 매우 튜닝가능하다.
도 14에서, 제어 시스템(480)은, 보조 전압 설정값 및 메인 RF 신호와 보조 RF 신호 간의 델타 위상 또는 위상 차에 대한 보조 전압 설정값인, 벡터 또는 매트릭스를 나타내는 입력 값(r)을 수신한다:
여기서:
rAux는 보조 전극에 인가된 RF 파형의 전압에 대한 설정값을 나타내며;
rDelta Phase은 마스터 및 보조 RF 파형들 간의 위상 차 또는 델타 위상에 대한 설정값을 나타낸다.
설정값(r)은 시스템 출력과 비교된다:
여기서:
y1=VAux는 보조 전극에 인가된 RF 파형의 측정된 전압을 나타내며;
y2=ΔPhase는 메인 RF 파형 및 보조 RF 파형 간의 측정된 위상 차를 나타낸다.
입력(r)은 매트릭스 또는 벡터(e)로 나타나는 차 또는 에러를 결정하는 합산기(summer)(482)로 인가된다. 매트릭스 또는 벡터(e)는 보조 전극 설정값(rAux)과 측정된 보조 전압출력(yAux)의 차 및 델타 위상 설정값(rDelta Phase)과 측정된 델타 위상 출력(ΔPhase)의 차를 나타낸다. 즉:
여기서:
eAux는 부하에 인가된 명령된 RF 전압과 부하에 인가된 실제 RF 전압 간의 에러 또는 차를 나타내며;
eDelta Phase는 메인 신호와 보조 RF 신호 간의 명령된 및 실제 위상 차 간의 에러 또는 차를 나타낸다.
에러(e)는 적분기(484)에 입력되고, 매트릭스 또는 벡터(xj)로 나타난 적분된 에러 값들은 블록(488)에 적용된다. 매트릭스 또는 벡터(xj)는 다음과 같이 나타낼 수 있다:
여기서:
x3는 적분기(486)에 의해 출력된 보조 전극 에러의 적분을 나타내며;
x4는 적분기(486)에 의해 출력된 위상 차 에러의 적분을 나타낸다.
블록(488)은 적분된 에러 값들(e)을 수신하고, 또한 시스템 블록(490)에 의해 출력된 내부 상태들을 포함하는 값들(x)의 매트릭스 또는 벡터를 수신한다. 매트릭스 또는 벡터(x)는 다음과 같이 나타난다:
여기서:
x1=xRail는 이하에서 더욱 설명될 바와 같이, 시스템(490)에 의해 출력된, 측정된 보조 레일 전압 상태를 나타내며;
x2=xPhase는 시스템(490)에 의해 출력된, 측정된 보조 위상 상태를 나타낸다.
블록(488)는 제어 매트릭스 또는 벡터(u)를 생성하기 위해 피드백 이득 매트릭스(K)를 시스템 블록(490)에 적용하는 이득 블록이다. 매트릭스 또는 벡터(u)는 다음과 같이 나타난다:
여기서:
u1는 보조 RF 발생기에 대한 명령된 레일 전압(VRail)을 나타내며;
u2는 보조 RF 발생기에 의해 출력된 RF 파형의 명령된 위상을 나타낸다.
시스템 블록(490)은 입력(u)에 응답하여 보조 전압 출력(yaux) 및 위상 출력(yphase)을 조정한다.
도 14에 도시된 LQI 또는 상태 표현은 n차 미분 방정식을 단일의 1차 매트릭스 미분 방정식으로 대체한다. 도 14의 제어 시스템(480)에서, 식(6)에서 전술된 u는 아래에 도시된 바와 같이 추가로 설명될 수 있다:
여기서:
K11, K12 ,K21, 및 K22는 상태 피드백을 나타내며;
K13 및 K14는 보조 전압에 대한 보정 상수들을 나타내며;
K23 및 K24는 위상 액추에이터에 대한 보정 상수들을 나타내며;
x1, x2, x3, 및 x4는 전술된 바와 같다.
다양한 실시예들에서, K11, K12 ,K21, 및 K22는 보조 전압 및 위상 전압이 빠르게 반응하기 때문에 최소한의 2차 효과들만이 존재한다는 것을 인식하여 구성된다. 따라서, K11, K12 ,K21, 및 K22는 보조 전압 및 위상의 선회동 역학(slewing dynamics)을 근사화하는 데 사용된다. 다양한 실시예들에서, K 상수들은 제조시 보조 RF 발생기를 특징짓는 데 사용되는 사전결정된 등고선들에 따라 설정된다. 등고선들 간의 기울기는 K 값들을 결정하는 데 사용된다. 다양한 실시예들에서, K 상수들은 주어진 작동 조건에 대한 보조 RF 발생기의 등고선들의 현장(in-situ) 측정들에 기초하여 설정된다.
도 15a는 x축 상의 위상 및 y축 상의 레일 전압(VRAIL)에 대한 보조 전압의 플롯을 도시한다. 다양한 표현들에서, 보조 전압은 음영 또는 컬러로 표현될 수 있거나, 도 15a 및 15b는 사분면들(500, 502 ..., 510)을 포함하는 다수의 사분면들을 포함한다. 유사하게, 도 15b는 위상 오프셋 대 x축 상의 위상 및 y축 상의 레일 전압(VRAIL)의 플롯을 도시한다. 다양한 사분면들(512, 514, ..., 522)은 마스터 RF 발생기(12)와 보조 RF 발생기(14) 간의 위상 오프셋을 나타낸다.
도 16a 및 16b는 도 15a 및 15b 각각에 대응하며, 도 16a 및 16b는, 등고선들이 도 12a 및 12b에서와 같이 솔루션으로 수렴할 때 RF 전력 시스템이 진동하도록 배열될 때에 응답하여, 보조 전압 및 위상 오프셋을 각각 나타낸다. 따라서, 도 16a의 사분면들(500', 502', ..., 510')은 이러한 수렴이 어려운 조건들 하에서 도 15a의 사분면들(500, ..., 510)의 위치를 나타낸다. 도 16a에서 알 수 있는 바와 같이, 도 15a로부터의 보조 전압의 형상은 대략 45도 각도 선에 대해 반영되었다. 유사하게, 도 15b의 플롯은 등고선들의 위치가 대략 45도 각도 선 주위에 유사하게 반사되도록 변위되었다. 각각의 지점들(512', 514', ..., 518')의 위치들은 도 15b의 대응하는 사분면들의 반사를 나타낸다.
도 17a 내지 17d는 사전결정된 보조 전압 및 델타 위상 솔루션으로의 수렴을 용이하게 하도록 등고선들이 배열된 조건들 하에서 다양한 실시예들에 따른 비례-적분 제어를 사용하여 시간에 대한 다양한 전기 파라미터들 각각의 플롯들을 도시한다. 따라서, 도 17a는 레일 전압 설정값의 파형(540)을 나타낸다. 도 17b는 보조 전압의 파형(542)을 나타낸다. 도 17c는 위상 설정값의 파형(544)을 나타낸다. 도 17d는 마스터 RF 발생기(12)와 보조 RF 발생기(14) 간의 델타 위상의 파형(546)을 나타낸다. 시간(T1)에서 알 수 있는 바와 같이, RF 발생기가 파워-업 후 폐쇄-루프 작동으로 이동할 때, 보조 전압은 상응하게 증가하고 델타 위상은 감소한다. 보조 전압(542) 및 델타 위상(546) 모두는 거의 순간적으로 안정성에 도달한다.
도 18a 내지 18d는 도 17a 내지 17d 각각의 전기적 특성들에 대응하는 파형들을 도시한다. 도 18a 내지 도 18d에서, 보조 전압 등고선들 및/또는 델타 위상 등고선들은 사전결정된 솔루션으로 수렴하여 원하는 솔루션 종점을 찾거나 헌팅하도록 구성된다. 파형(540')은 레일 전압(VRAIL)에 대응하고, 파형(542')은 보조 전압에 대응하고, 파형(544')은 위상 설정값에 대응하고, 파형(546')은 델타 위상에 대응한다. 시간(T1)에서, RF 발생기 출력은 개방-루프 모드에서 레일 전압 및 위상 액추에이터들 모두에 대해 사전-규정된 시작 값으로 전력이 공급된다. 시간(T2)에서, RF 발생기는 폐-루프 작동으로 진입한다. 레일 전압(540') 및 보조 전압(542')은 T2에서 불안정성을 나타내는 것으로 보이며, 더 낮은 정도로 위상 설정값(544') 및 델타 위상(546')도 불안정성을 나타내는 것으로 보인다. T3에서, RF 발생기 출력은 셧다운 전에 비활성화된다. 도 18a 내지 18d에서 볼 수 있는 바와 같이, 선택된 조건들 하에서 레일 전압 및 위상 액추에이터들 시스템은 진동하는 경향이 있다.
도 19 및 도 20은 도 17a 내지 17d 및/또는 도 18a 내지 18d 각각에 대한 파형들과 유사한 전기적 특성들을 나타내는 도 19a 내지 19d 및 도 20a 내지 20d에 대한 파형들을 도시한다. 그러나, 도 19a 내지 19d 및 도 20a 내지 20d는 도 14와 관련하여 설명된 제어를 사용하여 시스템 응답을 나타낸다. 파형(560)은 보조 RF 발생기(14)에 대한 레일 전압(VRAIL)을 나타내고, 파형(562)은 커플링 네트워크(24)의 보조 전극(40)에 인가된 보조 전압을 나타내고, 파형(564)은 보조 RF 발생기(14)에 대한 위상 설정값을 나타내고, 파형(566)은 마스터 전극(32)과 보조 전극(40) 각각에 인가된 RF 신호들 간의 델타 위상을 나타낸다. 파형들(560', 562', 564', 및 566')은 유사한 전기적 특성들에 대한 파형들을 도시한다.
도 19a 내지 도 19d는 RF 시스템에 대한 등고선도들이 사전결정된 지점으로의 수렴을 용이하게 하도록 배열된 파형들을 도시한다. 도 19a 내지 19d의 파형들은 도 14의 제어 모델을 사용하여 제어가 제공되는 실시예를 나타낸다. 한편, 도 20a 내지 도 20d는, 델타 위상 및 보조 전압 등고선들이 배열되어 레일 전압(VRAIL) 및/또는 위상 설정점이 솔루션에 대한 헌팅을 할 수 있는 구성에 대해 도 14의 제어 지원 시스템에 의해 구현된 제어를 도시한다. 도 19a 내지 19d 및 도 20a 내지20d에 도시된 바와 같이, 도 14에 제공된 제어를 이용하는 것은, 파형들(560', 562', 564', 및 566')이 공칭 조건들의 파형들(560, 562, 564, 및 566)에 대해 비교적 신속하게 안정성에 수렴함을 나타낸다. 도 19a 내지 19d 및 20a 내지20d에서 볼 수 있는 바와 같이, T1에서, 제어기는 학습 단계에 들어간다. 액추에이터들은 사전-규정된 시퀀스를 통해 조향되고, 보조 전압 및 델타 위상 출력들이 기록된다. 상기 정보를 사용하여, 현재 작동 조건에 대한 등고선 경사들이 계산된다. 이들은 제어기 이득들의 K 매트릭스를 업데이트하는 데 사용된다. 시간(T2)에서, RF 발생기는 이러한 업데이트된 이득 파라미터들을 사용하여 폐-루프 작동 모드로 진입한다. 도 19a 내지 19d 및 20a 내지 20d의 시스템들은 최소 진동으로 비교적 빠르게 안정성으로 수렴한다. 따라서, 도 14의 시스템은 델타 위상 및/또는 보조 전압에 대한 등고선들의 구성에 관계없이 수렴을 제공한다는 것을 알 수 있다.
도 21은 제어 모듈(569)을 도시한다. 도 2 내지 4의 제어 모듈 또는 제어기(110)는 제어 모듈(569)로서 구현될 수 있다. 제어 모듈(569)은 보조 RF 전압 모듈(568), 위상 차 모듈(570), 전압 비교 모듈(572), 위상 비교 모듈(574), DC 전압 모듈(576), 및 위상 출력 모듈(578)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제어 모듈(569)은 모듈들(568, 570, 572, 574, 576, 및 578)과 관련된 코드를 실행하는 프로세서를 포함한다. 모듈들(568, 570, 572, 574, 576, 및 578)의 작동은 도 22의 방법과 관련하여 아래에서 설명된다.
도 2 내지 4의 제어 모듈의 추가 규정된 구조에 대해서는, 아래에 제공된 도 22의 방법 및 용어 "모듈"에 대한 정의를 참조한다. 본 명세서에 개시된 시스템들은 수많은 방법들을 사용하여 작동될 수 있으며, 그의 예시적인 RF 제어 시스템 방법은 도 22에 도시되어 있다. 이하의 작동들이 도 2 내지 4의 구현들과 관련하여 주로 설명되지만, 작동들은 본 발명의 다른 구현들에 적용되도록 쉽게 변경될 수 있다. 작동들은 반복적으로 수행될 수 있다. 이하의 작동들이 순차적으로 수행되는 것으로 도시되고 주로 설명되지만, 하나 이상의 다른 작동들이 수행되는 동안 다음 작동들 중 하나 이상이 수행될 수 있다.
도 22는 도 1의 RF 전력 시스템(10)의 보조 RF 발생기(14)를 비제한적인 예로서 제어하기 위한 다중-입력, 다중-출력 제어 시스템의 흐름도(580)를 도시한다. 방법은 시작 블록(582)에서 시작하여 블록들(584 및 586)로 진행한다. 블록(584)에서, 제어 모듈(569)의 보조 RF 전압 모듈(568)은, 예를 들어, 보조 전압 센서(66)를 통해, 보조 RF 발생기(14)의 전압 출력을 측정한다. 블록(586)에서, 제어 모듈(569)의 위상 차 모듈(570)은 마스터 RF 발생기(12)와 보조 RF 발생기(14)의 RF 출력 신호들 각각 간의 위상 차를 측정한다. 다양한 실시예들에서, 블록들(584 및 586)은, 도 22에 도시된 바와 같이, 병렬로 실행될 수 있거나, 다양한 다른 실시예들에서, 순차적으로 실행될 수 있음에 유의해야 한다.
보조 RF 발생기(14)의 출력 전압 및 보조 RF 발생기(14)와 마스터 RF 발생기(12) 간의 위상 차가 결정되면, 제어는 결정 블록(588)으로 진행한다. 결정 블록(588)에서, 2개의 개별 결정 입력들이 고려된다. 블록(590)에서, 제어 모듈(569)의 전압 비교 모듈(572)은, 측정된 출력 전압이 사전결정된 설정값의 범위 내에 있는지를 결정한다. 블록(592)에서, 제어 모듈(569)의 위상 비교 모듈(574)은 위상 차가 사전결정된 값(델타)의 범위 내에 있는지 여부를 결정한다. 블록(588)에 도시된 바와 같이, 전압이 사전결정된 설정값과 동일하고 위상 차가 사전결정된 차(델타)와 동일하면, 제어는 블록들(584 및 586)로 되돌아간다. 즉, 출력 전압 또는 위상 차의 조정이 필요하지 않다. 또한, 블록(588)에서, 전압이 사전결정된 설정값과 같지 않거나 위상 차가 사전결정된 차(델타)와 같지 않으면, 제어는 블록(594)로 진행한다.
블록(594)는 보조 전압의 전압 설정값 및 마스터 RF 발생기(12)와 보조 RF 발생기(14) 간의 위상 차 모두에 대한 다중-입력, 다중-출력 제어를 구현한다. 따라서, 보조 전압이 사전결정된 설정값에 있지 않거나 위상 차가 사전결정된 값 델타에 있지 않은 것 중 하나 또는 모두에 응답하여 2개의 입력들이 조정 또는 제어될 수 있다. 블록(596)에서, 제어 모듈(569)의 DC 전압 모듈(576)은, 보조 RF 발생기(14)의 출력 전압을 가변시키기 위해, 도 2의 항목(170)에 도시된 바와 같이 민첩 DC 전력 공급부의 출력을 조정하기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 블록(598)에서, 제어 모듈(569)의 위상 출력 모듈(578)은 위상 차를 사전결정된 값(델타)으로 조정하기 위해 보조 RF 발생기의 위상 설정값을 결정한다. 블록(598)에서, 위상 출력 모듈(578)은 위상 보조 RF 발생기(14)에 대응하는 조정을 수행하기 위해 보조 RF 발생기(14)가 마스터 RF 발생기(12)에 대한 요청을 생성하게 한다.
블록(594)는 레일 전압(VRAIL)을 가변하기 위해 민첩 DC 전력 공급부의 출력을 조정하는 것과 보조 RF 발생기(14)의 위상을 조정하는 것 간의 상호작용을 설명하도록 구성된다. 링크(600)는 블록들(596 및 598) 간의 통신을 나타낸다. 즉, DC 전압 모듈(576)과 위상 출력 모듈(578)이 통신한다. 따라서, 블록(594)는 도 14의 제어 시스템과 관련하여 설명된 것과 같은 제어의 구현을 나타낸다. 따라서, 흐름도(580)는 도 2의 DC 전력 공급부(170) 및 RF 제어 신호(54)를 통해 제공되는 것과 같은 위상 제어를 조정함으로써 레일 전압(VRAIL)의 다중-입력, 다중-출력 제어를 설명한다.
전술한 설명은 사실상 예시적인 것이며, 본 발명, 그의 용도, 또는 사용들을 제한하려는 의도는 아니다. 본 발명의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정 예들을 포함하지만, 본 발명의 진정한 범위는 도면들, 명세서, 및 하기 청구 범위들의 연구에 따라 다른 변형들이 명백해질 것이기 때문에 제한되지 않아야 한다. 방법 내의 하나 이상의 단계들은 본 발명의 원리들을 변경하지 않으면서 상이한 순서로(또는 동시에) 실행될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 각각의 실시예들은 특정 특징들을 갖는 것으로 설명되었지만, 본 발명의 임의의 실시예와 관련하여 설명된 이러한 특징들 중 임의의 하나 이상은 조합이 명시적으로 설명되지 않더라도 다른 실시예들 중 임의의 것의 특징들으로서 구현 및/또는 이와 결합될 수 있다. 다시 말해서, 설명된 실시예들은 상호배타적이지 않으며, 하나 이상의 실시예들의 서로의 순열들은 본 발명의 범위 내에 있다.
요소들(예를 들어, 모듈들, 회로 요소들, 반도체 층들 등) 간의 공간적 및 기능적 관계들은 "연결된", "체결된", "결합된", "인접한", "옆에", "상단에", "위에", "아래에", "배치된"을 포함하는 다양한 용어들을 사용하여 설명된다. "직접적인" 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 및 제 2 요소들 간의 관계가 상기 개시에서 설명될 때, 그 관계는 다른 중간 요소들이 제 1 및 제 2 요소들 사이에 존재하지 않는 직접적인 관계 일 수 있으나, 또한 하나 이상의 개재 요소들이 제 1 요소와 제 2 요소 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 존재하는 간접적인 관계일 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 문구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR을 사용하여 논리(A OR B OR C)를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, "A 중 하나 이상, B 중 하나 이상 및 C 중 하나 이상”를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도면들에서, 화살촉으로 표시되는 화살표의 방향은 일반적으로 예시 대상인 (데이터 또는 명령과 같은) 정보의 흐름을 나타낸다. 예를 들어, 요소 A 및 요소 B가 다양한 정보를 교환하지만 요소 A에서 요소 B로 전송된 정보가 예시와 관련될 때, 화살표는 요소 A에서 요소 B를 가리킬 수 있다. 이러한 단방향 화살표는 다른 정보가 요소 B에서 요소 A로 전송되지 않음을 의미하지는 않는다. 또한, 요소 A로부터 요소 B로 전송된 정보에 대해, 요소 B는 요소 A에 정보의 요청 또는 수신 확인들을 전송할 수 있다.
이하의 정의들을 포함하는 본 출원에서 "모듈" 또는 "제어기"라는 용어는 "회로"라는 용어로 대체될 수 있다. "모듈"이라는 용어는 다음을 지칭하거나, 그 일부이거나, 이를 포함할 수 있다: 주문형 집적 회로(ASIC); 디지털, 아날로그, 또는 혼합 아날로그/디지털 이산 회로; 디지털, 아날로그, 또는 혼합 아날로그/디지털 집적 회로; 조합 논리 회로; FPGA(Field Programmable Gate Array); 코드를 실행하는 (공유, 전용, 또는 그룹) 프로세서 회로; 프로세서 회로에 의해 실행되는 코드를 저장하는 (공유, 전용, 또는 그룹) 메모리 회로; 설명된 기능을 제공하는 다른 적합한 하드웨어 구성요소들; 또는 시스템-온-칩(system-on-chip)에서와 같은, 상기 일부 또는 전부의 조합.
모듈은 하나 이상의 인터페이스 회로들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 인터페이스 회로들은 LAN(Local Area Network), 인터넷, WAN(Wide Area Network), 또는 이들의 조합들에 연결된 유선 또는 무선 인터페이스들을 포함할 수 있다. 본 발명의 임의의 주어진 모듈의 기능은 인터페이스 회로들을 통해 연결된 다수의 모듈들에 분산될 수 있다. 예를 들어, 다수의 모듈들은 부하 밸런싱을 허용할 수 있다. 다른 예에서, 서버(리모트 또는 클라우드라고도 함) 모듈은 클라이언트 모듈 대신 일부 기능을 달성할 수 있다.
상기에서 사용된 용어, 코드는 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 마이크로코드를 포함할 수 있으며, 프로그램들, 루틴들, 기능들, 클래스들, 데이터 구조들, 및/또는 객체들을 지칭할 수 있다. 공유 프로세서 회로라는 용어는 다수의 모듈들로부터 일부 또는 모든 코드를 실행하는 단일 프로세서 회로를 포함한다. 그룹 프로세서 회로라는 용어는 추가적인 프로세서 회로들과 결합하여 하나 이상의 모듈들로부터 일부 또는 모든 코드를 실행하는 프로세서 회로를 포함한다. 다중 프로세서 회로들에 대한 언급들은 개별 다이들 상의 다중 프로세서 회로들, 단일 다이 상의 다중 프로세서 회로들, 단일 프로세서 회로의 다중 코어들, 단일 프로세서 회로의 다중 스레드들, 또는 이들의 조합을 포함한다. 공유 메모리 회로라는 용어는 다수의 모듈들로부터 일부 또는 모든 코드를 저장하는 단일 메모리 회로를 포함한다. 그룹 메모리 회로라는 용어는 추가 메모리들과 결합하여 하나 이상의 모듈들로부터의 일부 또는 모든 코드를 저장하는 메모리 회로를 포함한다.
메모리 회로라는 용어는 컴퓨터-판독가능 매체라는 요엉의 서브세트이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 컴퓨터-판독가능 매체라는 용어는 매체를 통해 (예를 들어, 반송 파 상에서) 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호들을 포함하지 않으며; 따라서 컴퓨터-판독가능 매체라는 용어는 유형 및 비일시적인 것으로 간주될 수 있다. 비일시적, 유형의 컴퓨터-판독가능 매체들의 비제한적인 예들은 (플래시 메모리 회로, 소거가능한 프로그램가능 판독-전용 메모리 회로, 또는 마스크 판독-전용 메모리 회로와 같은) 비휘발성 메모리 회로들, (정적 랜덤 액세스 메모리 회로 또는 동적 랜덤 액세스 메모리 회로와 같은) 휘발성 메모리 회로들, (아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브와 같은) 자기 저장 매체, 및 (CD, DVD, 또는 Blu-ray 디스크와 같은) 광학 저장 매체이다.
본 출원에 설명된 장치들 및 방법들은 컴퓨터 프로그램들로 구현된 하나 이상의 특정 기능들을 실행하도록 범용 컴퓨터를 구성함으로써 생성된 특수 목적 컴퓨터에 의해 부분적으로 또는 완전히 구현될 수 있다. 전술된 기능 블록들, 흐름도 구성요소들, 및 다른 요소들은 숙련된 기술자 또는 프로그래머의 일상적인 작업에 의해 컴퓨터 프로그램들로 변환될 수 있는 소프트웨어 사양들로서 기능한다.
컴퓨터 프로그램들은 적어도 하나의 비일시적, 유형의 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 프로세서-실행가능 명령어들을 포함한다. 또한, 컴퓨터 프로그램은 저장된 데이터를 포함하거나 의존할 수 있다.
컴퓨터 프로그램들은 특수 목적 컴퓨터의 하드웨어와 상호작용하는 Basic Input/Output System(BIOS), 특수 목적 컴퓨터의 특정 장치들과 상호작용하는 장치 드라이버들, 하나 이상의 운영 체제들, 사용자 애플리케이션들, 배경 서비스들, 배경 애플리케이션들 등을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램들은 다음을 포함할 수 있다: (i) HTML(hypertext markup language), XML(extensible markup language), 또는 JSON(JavaScript Object Notation)와 같은 파싱될 설명 텍스트, (ii) 조립 코드, (iii) 컴파일러에 의해 소스 코드로부터 생성된 객체 코드, (iv) 해석 프로그램에 의한 실행을 위한 소스 코드, (v) just-in-time 컴파일러 등에 의한 컴파일 및 실행을 위한 소스 코드 등. 단지 예들로서, 소스 코드는 C, C++, C#, ObjectiveC, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5(Hypertext Markup Language 5th revision), Ada, ASP(Active Server Pages), PHP(Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK, Python®을 포함하는 언어들로부터 문법을 사용해 작성될 수 있다.
청구 범위에 인용된 요소들 중 어느 것도, 요소가 "~에 대한 수단"이라는 문구를 사용하여 명시적으로 언급되거나, "~를 위한 동작" 또는 "~에 대한 단계"의 문구들을 사용하는 방법 청구항의 경우가 아닌 한, 35 U.S.C. §112(f)의 의미 내에서 수단-플러스-기능 요소가 되도록 의도되지 않는다.
Claims (15)
- RF 시스템으로서,
부하의 제 1 전극에 연결되고, 상기 제 1 전극에 제 1 RF 신호를 발생시키도록 구성되는 제 1 RF 발생기;
부하의 제 2 전극에 연결되고, 상기 제 2 전극에 제 2 RF 신호를 발생시키도록 구성되는 제 2 RF 발생기;
상기 제 2 RF 발생기를 제어하도록 구성되는 제어기로서, 상기 제 1 RF 발생기 및 제 2 RF 발생기 중 적어도 하나에 제어 신호를 발생시키도록 구성되는 제어기; 및
상기 제 2 RF 발생기의 전력 증폭기를 구동하기 위한 DC 레일 전압을 제공하도록 구성되는 DC 전력 공급부;를 포함하며,
상기 제어기는 상기 제 2 전극에서 RF 전압을 제어하기 위해 상기 DC 레일 전압을 가변시키며,
상기 제 1 RF 발생기와 제 2 RF 발생기는 실질적으로 동일한 RF 주파수에서 작동하도록 구성되며,
상기 제어기는,
상기 제 1 RF 신호와 제 2 RF 신호 간의 위상 차에 따라 상기 제 2 RF 신호의 위상을 가변시키는 동작;
상기 제 2 RF 신호의 전기적 특성에 따라 상기 제 2 전극에서 RF 전압을 제어하도록 DC 레일 전압을 가변시키는 동작으로서, 상기 DC 전원 공급부는 상기 제 2 RF 발생기의 전력 증폭기를 구동하기 위해 상기 DC 레일 전압을 제공하도록 구성되는, 상기 DC 레일 전압을 가변시키는 동작; 또는
상기 제 2 전극에서 RF 전압을 제어하도록 제 2 RF 신호의 위상 및 DC 레일 전압을 가변시키는 동작으로서, DC 전력 공급부가, 상기 제 1 RF 신호와 제 2 RF 신호 간의 위상 차 및 상기 제 2 RF 신호의 전기적 특성에 따라, 상기 제 2 RF 발생기의 전력 증폭기를 구동시키기 위해 상기 DC 레일 전압을 제공하도록 구성되는, 상기 제 2 RF 신호의 위상 및 DC 레일 전압을 가변시키는 동작;
중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 RF 발생기 및 제 2 RF 발생기는, 소스 또는 바이어스 전압 중 하나를 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 제공하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 RF 발생기 및 제 2 RF 발생기는 연속 파 작동 모드 또는 펄스 작동 모드 중 하나에서 작동하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 펄스 작동 모드에서, 상기 제 1 RF 발생기는 펄스 동기화 신호를 상기 제 2 RF 발생기로 출력하여 상기 제 2 RF 발생기의 펄싱을 제어하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 RF 발생기는 제 1 디지털 통신 포트를 포함하고;
상기 제 2 RF 발생기는 제 2 디지털 통신 포트를 포함하며;
상기 제 1 디지털 통신 포트와 제 2 디지털 통신 포트는 서로 연결되고, 상기 제 1 RF 발생기 및 제 2 RF 발생기는 상기 제 1 디지털 통신 포트 및 제 2 디지털 통신 포트를 통해 통신하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 RF 발생기는, 상기 제 2 RF 신호의 조정을 요청하기 위해, 상기 제 2 디지털 통신 포트를 통해 상기 제 1 RF 발생기로 요청을 전송하도록 구성되며,
상기 제 1 RF 발생기는 상기 제 2 RF 발생기에 인가되는 RF 제어 신호를 가변시켜 상기 제 2 RF 신호를 조정하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 조정은 상기 제 2 RF 신호의 진폭 또는 위상 중 하나인, RF 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 RF 발생기는, 상기 제 2 RF 신호의 펄싱의 조정을 요청하기 위해, 상기 제 2 디지털 통신 포트를 통해 상기 제 1 RF 발생기로 요청을 전송하도록 구성되며,
상기 제 1 RF 발생기는 상기 제 2 RF 발생기에 인가되는 펄스 제어 신호를 가변시켜 상기 제 2 RF 신호의 펄싱을 조정하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 조정은 펄스 반복 레이트, 전력 레벨, 또는 듀티 사이클 중 하나인, RF 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 RF 발생기는,
상기 제 1 RF 신호의 적어도 하나의 제 1 전기적 특성을 검출하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 제 1 전기적 특성에 따라 제 1 센서 출력 신호를 생성하도록 구성되는 제 1 센서; 및
상기 제 2 RF 신호의 적어도 하나의 제 2 전기적 특성을 검출하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 제 2 전기적 특성에 따라 제 2 센서 출력 신호를 생성하도록 구성되는 제 2 센서;를 더 포함하며,
상기 제어기는 상기 적어도 하나의 제 1 전기적 특성 및 적어도 하나의 제 2 전기적 특성을 수신하도록 구성되며,
상기 제어기는 상기 제 2 RF 신호 또는 제 2 RF 신호의 펄싱 중 적어도 하나가 조정을 필요로 하는지 여부를 결정하도록 구성되고, 요청된 조정을 상기 제 1 RF 발생기에 전달하는, RF 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 RF 발생기는,
상기 제 1 RF 신호의 적어도 하나의 제 1 전기적 특성을 검출하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 제 1 전기적 특성에 따라 제 1 센서 출력 신호를 생성하는 제 1 센서;
전력 증폭기; 및
상기 전력 증폭기에 DC 전압을 출력하도록 구성된 DC 발생기;를 더 포함하며,
상기 제어기는 상기 적어도 하나의 제 1 전기적 특성을 수신하도록 구성되고,
상기 제어기는 상기 DC 발생기에 대한 설정값을 결정하도록 구성되며,
상기 제어기는 상기 설정값에 따라 가변되는 DC 제어 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 DC 제어 신호를 DC 발생기로 전달하여 DC 전압을 가변시키는, RF 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 RF 발생기는,
상기 전력 증폭기 내에 배치된 유도성 클램프 회로; 및
상기 전력 증폭기와 통신하는 가변 저항;을 더 포함하며,
상기 가변 저항은 상기 유도성 클램프 회로에 의해 전달되는 에너지를 소산시키도록 구성되는, RF 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 가변 저항에 의해 소산될 원하는 에너지에 따라 가변되는 저항 제어 신호를 생성하도록 구성되는, RF 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 저항 제어 신호는 펄스 폭 변조 신호 또는 펄스 밀도 변조 신호인, RF 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 RF 발생기는, 상기 전력 증폭기에 배치되어 에너지를 상기 DC 전력 공급부 또는 상기 제 1 RF 발생기와 제 2 RF 발생기를 연결하는 DC 버스 중 하나로 반환시키는 유도성 클램프 회로(inductive clamp circuit)을 더 포함하는, RF 시스템.
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