TW201944708A - 用於控制高效率產生器的源阻抗的系統和方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電力供應系統，其利用具有關於一標稱負載阻抗之不對稱功率分佈的兩個放大器即時控制產生器之源阻抗，該等不對稱功率分佈關於該標稱負載阻抗與第一功率分佈對徑上相對。功率分佈之變化可藉由尤其使用該等放大器中之每一者的不同拓樸或實施一相位延遲網路來達成。來自該第一放大器及該第二放大器之輸出功率可使用一組合器電路或裝置組合且來自該組合器之輸出功率經傳輸至一電漿負載。每一放大器之輸出功率可經獨立控制以改變藉由該等個別放大器提供的輸出功率信號之一或多個特性。藉由改變該第一放大器之輸出功率對該第二放大器之輸出功率之比率，該等產生器之該源阻抗可即時改變。

Description

用於控制高效率產生器的源阻抗的系統和方法

本發明之態樣係關於控制電源，且詳言之係關於電漿處理系統中電源與電漿負載之間的交互之控制。

相關申請案

根據35 U.S.C. § 119(e)，本申請案係關於並主張2018年4月20日申請之名為「SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF HIGH EFFICIENCY GENERATOR SOURCE IMPEDANCE」的美國專利申請案第62/660,893號之優先權，該案之全部內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。

在半導體製造之領域以及其他領域中，電漿系統具有各種可能用途。舉例而言，電漿增強型化學氣相沈積為用以使用電漿系統將薄膜沈積於一基板上的製程。在高層級術語中，典型電漿處理系統涉及處理腔室及點燃及維持腔室內部之電漿的功率遞送系統。電漿可經特徵化為由功率產生器驅動之具有阻抗的負載。電漿之負載阻抗典型地為約50歐姆，但其將取決於處理條件及其他變數而改變。舉例而言，電漿負載阻抗可取決於產生器頻率、功率、腔室壓力、氣體組成物及電漿點燃而改變。電漿阻抗之此等變化可不利地影響來自產生器之功率遞送；且亦可歸因於電漿之物理特性在不同功率位準下的變化而導致製程變數(諸如蝕刻或沈積速率)之非所要變動或擾動。裝備有匹配功率遞送系統之源阻抗與電漿負載阻抗的阻抗匹配機構或電路系統之電漿處理系統可減少對於電漿製程之此等不利影響。

考慮到尤其此等觀察結果，構想出本發明之態樣。

根據一個態樣，用於提供功率至電漿負載之電力供應系統包括第一功率放大器和第二功率放大器，該第一功率放大器包括第一放大器輸入及第一放大器輸出，該第一功率放大器具有第一可控制輸出功率、具有關於一負載之一阻抗的一第一峰值功率偏移的一第一不對稱功率分佈；該第二功率放大器包括一第二放大器輸入及一第二放大器輸出，該第二功率放大器具有一第二可控制輸出功率、具有關於該負載之該阻抗的一第二峰值功率偏移的一第二不對稱功率分佈。該電力供應系統亦可包括與該第一功率放大器及該第二功率放大器中之至少一者通信的一控制器，該第一可控制輸出功率與該第二可控制輸出功率組合以界定一組合輸出功率，該控制器用以調整該第一可控制輸出功率或該第二可控制輸出功率中之至少一者以控制該組合輸出功率之一源阻抗。

根據另一態樣，提供用於操作電漿處理系統之方法。該方法可包括，在包括提供具有一第一功率分佈之一第一功率信號的一第一放大器及提供具有一第二功率分佈之一第二功率信號的一第二放大器的一電力供應器中，及回應於一負載之一阻抗量測，基於該負載之該阻抗量測控制該第一功率信號及該第二功率信號中之至少一者以界定一組合輸出功率信號。

根據另一態樣，電力供應控制器包括一處理器及包含指令之一非暫時性記憶體，該等指令在由處理器執行時經操作以調整電力供應器的輸出信號之源阻抗。該等指令經操作以指示第一功率放大器基於耦接至電力供應器的負載之經判定負載阻抗改變來自功率產生器之輸入功率信號並提供具有第一功率分佈之第一可變輸出功率信號，且指示第二功率放大器基於該負載之經判定負載阻抗改變來自功率產生器之輸入功率信號並提供具有不同於第一功率分佈之第二功率分佈之第二可變輸出功率信號。該第一可變輸出功率信號及該第二可變輸出功率信號經組合以基於該負載之該負載阻抗產生經傳輸至該負載之一組合輸出功率信號，該組合輸出功率信號包含一組合功率分佈及一源阻抗。

典型電漿處理系統係由功率產生器驅動。藉由改變產生器之兩個基本參數(輸出功率及操作頻率)即時提供控制電漿製程。但對於現代電漿製程，此等二維功率遞送系統不能提供在許多電漿處理條件中需要的廣泛範圍中之最佳及穩定條件。結果，用以即時控制功率產生器之額外基本參數(其源阻抗)的需要係至關重要的。

本發明之具體實例提供允許即時控制產生器之源阻抗從而擴展電漿製程的操作條件之範圍的電力供應系統。在功率產生器系統之一個具體實例中，可利用具有關於標稱負載阻抗之不對稱功率分佈的兩個射頻(RF)放大器。第二功率放大器大體上具有與關於標稱負載阻抗之第一功率分佈對徑上相對的功率分佈。可以各種方式達成功率分佈之此等變化。舉例而言，功率分佈之變化可藉由尤其使用該等放大器中之每一者的不同拓樸或實施相位延遲網路來達成。來自第一及第二放大器之輸出功率可使用組合器電路或其他裝置組合且組合輸出功率經傳輸至電漿負載。在某些實施方案中，每一放大器之輸出功率可經獨立控制以改變藉由個別放大器提供的輸出功率信號之一或多個特性。藉由改變第一放大器之輸出功率對第二放大器之輸出功率的比率，產生器之源阻抗可即時及回應於負載阻抗而改變以便匹配功率信號之源阻抗與具有負載阻抗之負載。

用於電漿產生應用的典型高效率RF產生器遞送用於廣泛範圍之負載阻抗的RF功率。舉例而言，圖1A說明第一實例電漿處理系統100，包括經組態以提供功率至電漿腔室106的發電系統102(諸如高效率RF功率產生器)。所提供功率點燃並維持電漿腔室106內之電漿以用於任何數目及類型之電漿處理製程，諸如氣相沈積及蝕刻應用。發電系統102可接收具有電壓值之控制信號以控制來自發電系統之輸出功率。

此等習知功率產生器102可產生參考標稱負載114之不對稱輸出功率分佈。圖1B為電漿處理系統100之RF功率產生器102之不對稱輸出功率分佈110的一個實例之三維史密斯圖(或反射係數圖)。曲線110之水平面表示在作用中及不在作用中負載阻抗組件且垂直軸線表示輸出RF功率。在50歐姆處之標稱參考阻抗在曲線中以線114表示。標稱負載114可為電漿腔室106之負載阻抗，其典型地為約50歐姆。然而，如在下文更詳細地解釋，電漿腔室106之負載阻抗可取決於將功率信號施加至負載期間的處理條件或其他變數而變化。如圖1B中可見，發電系統102之輸出功率分佈110關於標稱參考負載114不對稱，此係因為分佈110包括朝向圖之邊緣的峰值功率112而不具有在圖之相對側的對應峰值功率。

在許多電漿處理系統中，負載阻抗之較小變化可引起藉由電漿產生器102遞送的功率之不可接受變化且可導致電漿製程100之不穩定性。舉例而言，系統之負載阻抗的波動可引起源阻抗與負載阻抗失配，從而導致經提供至電漿的功率歸因於所提供功率之不對稱功率分佈110而上升或下降。儘管負載阻抗之變化的影響可至少部分藉由使用功率產生器102與負載106之間的特定長度延遲線(圖1A中說明為匹配電纜104，來自發電系統之功率經由匹配電纜104而提供至電漿腔室)而吸收，但回應於負載阻抗之可變性質的此類型調整具有窄動態範圍且大體上回應於電漿製程之變化而不能被即時控制。匹配源阻抗與負載阻抗之另一方法欲調整源功率分佈以匹配峰值功率遞送(亦即，功率分佈112之峰值)與改變之阻抗。因此，對於功率信號之源阻抗的即時控制可使電漿處理系統穩定。

為提供對於經提供至負載的功率信號之源阻抗的即時控制以考慮電漿腔室之負載阻抗的變化，本文中描述替代高效率RF功率產生系統。如上文所提及，匹配發電系統之輸出阻抗(亦稱作「源阻抗」)與負載之阻抗(亦稱作「負載阻抗」)可改良電漿處理系統之操作及效率。舉例而言，負載阻抗之大變化可使電漿處理系統去穩定，從而導致在一些情況下系統關閉。因此，本文中提供用於回應於負載阻抗在廣泛範圍之值內快速調整電力產生系統之源阻抗的系統及方法。此等系統可利用具有不對稱輸出功率分佈的複數個RF放大器或功率產生器，該等不對稱輸出功率分佈可經組合以形成經傳輸至負載的總輸出功率分佈。功率放大器之態樣或特性及/或來自每一功率放大器之輸出功率信號可藉由功率控制系統控制，以回應於負載(諸如電漿)之負載阻抗的所量測或所判定變化而調整或產生輸出功率信號之目標源阻抗。控制多個功率放大器之功率分佈的變化可藉由尤其使用該等放大器中之每一者的不同拓樸或實施相位延遲網路來達成。來自多個放大器之輸出功率可使用組合器組件而組合，且來自組合器之輸出功率可經遞送至電漿負載。在某些實施方案中，每一放大器之輸出功率信號可藉由功率控制系統獨立控制。藉由改變第一放大器之輸出功率信號對第二放大器之輸出功率信號之比率，經提供至負載之功率信號的源阻抗可即時改變以匹配負載阻抗之變化。

圖2展示具有用於提供具有目標源阻抗之功率信號至負載206之可控制雙放大器高效率功率產生器系統202的實例電漿處理系統200。圖2之電漿處理系統200之許多組件類似於上文參看圖1A所描述之彼等組件。舉例而言，系統200包括經由匹配電纜204自發電系統202接收高效率RF功率信號的電漿負載206。電漿負載206及匹配電纜204可類似地如上文所描述而操作，使得電漿負載可具有約50歐姆之負載阻抗，該負載阻抗可歸因於系統200之特性或條件而改變。電漿處理系統200之發電系統202可包括一或多個可控制功率放大器210、212，以即時調整發電系統202之輸出功率分佈以匹配輸出功率信號216之源阻抗與負載阻抗。

電路200之發電系統202可包括RF電力供應器208、第一放大器210及第二放大器212以及為簡化論述未說明的其他組件。每一放大器210、212可自電力供應器208接收輸出功率信號並改變所接收功率信號。改變功率信號可包括調整功率信號之任何特性，諸如調整功率信號之頻率、振幅或相位。來自每一放大器210、212之輸出可經提供至經組態以將兩個輸出組合成單一輸出信號216的組合器電路或裝置214。組合輸出信號216可經提供至負載206，負載206可為用以實施電漿處理的電漿腔室或電漿負載。在一些實施方案中，發電系統202之每一放大器210、212可藉由功率控制系統201共同地或獨立地控制。舉例而言，功率控制系統201可傳輸一或多個控制信號218至放大器A 210及/或放大器B 212。控制信號218可包括至放大器210、212之用以組態各別放大器、以改變來自電力供應器208之功率信號以產生來自放大器之經控制輸出功率信號的一或多個指令。舉例而言，控制信號218可組態放大器A 210，以改變來自電力供應器208的輸入功率信號之振幅並提供改變之功率信號至組合器214。在另一實例中，控制信號218可組態或指示放大器B 212，以改變來自電力供應器208的輸入功率信號之相位並提供改變之功率信號至組合器214。如在下文更詳細地解釋，改變第一放大器210之輸出功率信號對第二放大器212之輸出功率信號之比率，可改變如提供至負載206之發電系統202之組合輸出功率信號216的源阻抗。

如所介紹，高效RF功率產生器典型地具有關於標稱或參考負載之不對稱功率分佈。放大器A 210之輸出功率分佈及放大器B 212之輸出功率分佈可類似地關於標稱負載不對稱。在發電系統202之一個實施方案中，控制系統201可遞送放大器A 210及放大器B 212之輸出功率信號以提供具有相等振幅之輸出功率信號，但其中一個放大器(諸如放大器B)之輸出功率分佈與另一放大器(諸如放大器A)之輸出功率分佈對徑上相對。圖3為由具有相等但對徑上相對的輸出功率信號之兩個功率放大器的輸出信號之組合產生的輸出功率分佈314之三維說明。為產生圖3之輸出功率分佈314，功率控制系統201可提供一或多個指令至放大器A 210及放大器B 212以產生該等放大器的各別輸出功率分佈，該等放大器當藉由組合器214組合時形成組合輸出功率分佈314。在一個實施中，放大器B 212之功率分佈304可在史密斯圖上相對於放大器A 210之功率分佈302對徑上相對。舉例而言，圖3中所說明之放大器A 210的功率分佈302可參考標稱負載306 (諸如50歐姆)。類似地，放大器B 212之功率分佈304可參考標稱負載310，其亦可為50歐姆。為在對徑上相對，功率分佈A 302可包括展示在標稱負載參考306左側之峰值功率308，且功率分佈B 304可包括在功率分佈之標稱負載參考310右側的峰值功率312。峰值308、312可在高度或量值上相等，但在史密斯圖中關於標稱負載306、310在對徑上相對。產生相等但相對功率分佈302、304可藉由使用多個技術(諸如用於放大器210、212之不同拓樸、相位延遲網路、藉由控制系統201操縱功率分佈，等)而進行。

圖3說明功率放大器210、212之功率分佈302、304至功率分佈314的組合。組合輸出功率314可藉由組合器電路214提供至電漿負載206。如所說明，放大器A 302及放大器B 304之組合輸出功率分佈314關於在標稱負載參考處之相對平坦峰值316對稱。控制系統201可控制放大器210、212以提供在標稱負載阻抗(通常50歐姆)處的組合之峰值功率316。然而，負載阻抗之變化可歸因於負載與源之間的阻抗失配而產生遞送至負載206中的小於RF功率之峰值功率位準316。

如功率分佈314中所說明，負載阻抗變得離標稱負載參考316更遠，則可自放大器參考210、212之組合輸出314(自標稱最大功率遞送，當負載阻抗在任何方向上遠離峰值移動時，其沿分佈向下與功率分佈相交)提供至負載的功率愈小。在當負載阻抗遠離標稱負載阻抗沿分佈向下改變時的情形中，電漿處理系統200可在提供至電漿206之功率減小時變得不穩定，此可導致系統關閉以防止損害系統或回應於電漿崩塌。為在改變負載條件存在之情況下維持最佳功率遞送，控制系統201可調整放大器210、212之功率分佈的特性中之一或多者以改變至負載的功率之組合分佈。在一個實施方案中，控制系統201可調整放大器210、212之功率分佈的特性中之一或多者，使得至負載的功率之組合分佈具有在經判定負載阻抗處或靠近經判定負載阻抗之峰值功率。舉例而言，負載阻抗可在電漿系統遠離圖3之標稱負載阻抗316之操作期間進行改變。作為回應，放大器A之功率分佈302及/或放大器B之功率分佈304可藉由控制器調整，以定位組合功率信號的功率分佈之峰值功率至將被定位之經判定負載阻抗。以此方式，組合輸出功率分佈314的峰值功率(及源阻抗)可對負載阻抗作出回應。

圖4為由組合不等輸出功率分佈402、404產生之組合輸出功率分佈414的實例之三維說明。詳言之，控制器可指示第一放大器A產生具有輸出功率分佈402之功率。分佈402為關於標稱負載阻抗406之不對稱功率分佈。控制器可指示第二放大器B產生具有輸出功率分佈404之功率。分佈404亦關於標稱負載阻抗410不對稱。值得注意的是，與放大器B之功率分佈B 404相比，放大器A的功率分佈A 402之峰值出現在史密斯圖上之不同負載阻抗處。另外，功率分佈402、404具有不同峰值功率幅值。放大器A及放大器B的功率分佈之輸出功率分佈404包括與輸出功率分佈402之峰值408位置對徑上相對之峰值412。峰值408之量值大於峰值412之量值。因此，不同於提供關於標稱負載阻抗316相對對稱分佈之組合分佈314，組合輸出功率分佈414關於可操作負載阻抗416不對稱。如所示，組合分佈之峰值功率418在放大器A的一側具有較大量值峰值功率。換言之，組合輸出功率分佈414之不對稱形狀藉由相對於放大器B 212之功率分佈404的振幅或量值增加放大器A 210之功率分佈402的振幅或量值來達成。此在圖4中藉由放大器A 210之功率分佈402的峰值408大於或高於放大器B 212之功率分佈404的峰值412來說明。當組合時，輸出功率分佈414關於標稱負載阻抗416不對稱，使得峰值或最大功率418藉由放大器210、212在遠離標稱或參考負載阻抗之負載阻抗處而被提供。舉例而言，組合功率信號的輸出功率分佈414之峰值功率418可並不出現在標稱負載416處。在變化之標稱負載阻抗存在情況下，控制器可藉由改變組合系統中之放大器中之一者或兩者的分佈之量值或其他屬性而調整組合信號的峰值功率之位置。因此，舉例而言，若負載阻抗已自416移動至418，則控制器可調整功率分佈402及404以調整峰值功率位置418以匹配阻抗之變化。

更詳細地，由於放大器210、212之輸出信號402、404之間的振幅失配，所以當組合時所得輸出功率分佈414關於標稱阻抗416不對稱，使得用於源阻抗之峰值功率遞送點相對於其中每一放大器具有相等輸出功率量值的先前情況(圖3中所示)移動。因此，藉由改變兩個放大器210、212之輸出功率的量值之比率，峰值功率遞送之所得位置及源阻抗可經有效地調整以適應不同負載阻抗，並匹配變化之負載阻抗。換言之，產生器輸出或源阻抗之值(或所提供圖形表示中之功率分佈斜率的量值)藉由來自兩個放大器210、212之訊號值的差來控制。可即時進行對於來自放大器之輸出功率信號的此等變化或控制以考慮負載阻抗變化之動態變化，從而匹配源阻抗，控制功率遞送，及改良電漿製程之可控性及穩定性。放大器210、212之輸出的控制(諸如經由功率控制系統201，提供控制信號218至放大器以改變來自電源208之功率信號)因此可控制經提供至負載206之組合之輸出信號216的特性。

儘管上文關於調整來自第一放大器210及/或第二放大器212的功率分佈之量值而論述，但放大器可藉由功率控制系統201控制以改變來自電源208之功率信號的其他特性以另外產生組合輸出功率信號216。舉例而言，功率控制系統201可傳輸控制信號至放大器210、212，以改變任一輸出之相位以調整並控制組合輸出功率分佈216。關於圖3及圖4之功率分佈曲線，調整放大器A 210或放大器B 212的輸出功率分佈之相位導致功率分佈曲線圍繞標稱參考負載阻抗旋轉。功率分佈之此旋轉提供對於組合輸出功率分佈414之形狀的額外控制，以另外基於所偵測可變負載阻抗調整經提供至負載206的組合輸出功率信號216。大體而言，輸出功率信號216的功率分佈之任何態樣可藉由功率控制系統201控制。舉例而言，組合功率信號之功率分佈414的目標量值及/或斜率可經由自功率控制系統201提供至放大器210、212的指令判定及產生。

發電系統202可基於負載阻抗變化中之動態變化控制組合輸出功率信號216以試圖匹配輸出源阻抗與改變之負載阻抗。在一些情況下，反饋資訊及/或來自輸出功率信號218及或負載阻抗之量測可作為輸入而提供至功率控制系統201以控制放大器210、212。舉例而言，圖5為具有相位及阻抗反饋系統516之可控制雙放大器高效率功率產生器502的實例電漿處理系統500。電漿處理系統500之組件類似於上文所描述之彼等組件，其中發電系統502經由可選匹配電纜504提供功率信號至電漿負載506中。發電系統502可包括提供輸入功率信號至第一放大器510及第二功率放大器512之電源508，兩個功率放大器皆可經由一或多個功率控制信號518藉由功率控制系統501控制。除了上文所描述的組件之外，發電系統502亦可包括反饋系統516。反饋系統516可自組合器電路514接收組合輸出功率信號520，並提供關於組合輸出功率信號520的資訊(或組合輸出功率信號自身)至功率控制系統501。舉例而言，反饋系統516可自組合器514接收組合輸出功率信號520並判定組合輸出功率信號的相位，其可提供相位至功率控制系統501作為至系統之輸入。功率控制系統501可使用輸入資訊(諸如組合輸出功率信號520之相位)以控制放大器510、512回應於藉由反饋系統提供之反饋資訊而組態輸出功率信號。

另外，負載506之特性亦可藉由反饋系統516獲得或提供至反饋系統516。舉例而言，在負載處呈現的負載阻抗可諸如藉由IV探針而偵測並提供至反饋系統516。反饋系統516可提供負載阻抗至功率控制系統501，其可回應於所接收負載阻抗而調整放大器A 510及/或放大器B 512之輸出，以試圖匹配輸出功率信號520之源阻抗與負載阻抗。在一些情況下，負載阻抗(或負載之其他特性)可自至負載506之輸出功率信號520推導出。舉例而言，負載阻抗可基於至負載的功率信號520之分佈而改變。反饋系統516可接著接收輸出功率信號520，分析信號以判定負載阻抗，並提供輸出功率信號之特性的資訊至功率控制系統501。功率控制系統501可利用此資訊以判定如何調整放大器A 510及放大器B 512之輸出功率信號以匹配所估計負載阻抗。在一些情況下，功率控制系統501可自組合輸出功率信號520估計負載阻抗。類似地，判定功率信號520之相位及將功率信號施加至負載506的影響，可輔助功率控制系統501作為回應調整輸出功率信號。可藉由功率控制系統501控制以成形組合輸出功率信號520之功率分佈的任何特性可藉由反饋系統516及/或功率控制系統501接收。

在又一實例中，多於兩個放大器可包括於發電系統202中以提供對於組合輸出功率信號的功率分佈之形狀的甚至更多控制。舉例而言，圖6說明具有可控制四放大器高效率功率產生器602之實例電漿處理系統600。類似於上述系統，圖6之系統600可包括提供輸出功率信號至電漿負載606之發電系統602。發電系統602可包括提供輸入功率信號至任何數目個放大器的電源608，該些放大器被功率控制系統601經由一或多個功率控制信號622所控制。在所示之實例中，發電系統602包括四個放大器，放大器A-D 610至616。儘管在系統600中說明四個放大器610至616，但任何數目個放大器可包括於發電系統602中以提供對於藉由發電系統602提供的功率分佈信號之形狀的額外控制。

在一些實施方案中，發電系統602之四個或大於四個放大器610至616可經配對，使得對於來自功率控制系統601之一對的一個放大器的控制可影響對於該對之第二放大器的控制。舉例而言，放大器A 610及放大器B 612可藉由功率控制系統601控制，使得來自放大器之輸出信號與功率分佈對徑上相對，如上文關於圖2所論述。第二對放大器(放大器C 614及放大器D 616)亦可經控制，使得其輸出功率分佈在對徑上相對(在圖6中說明為相對於放大器A之輸出信號旋轉90度及270度)。因此，第二對放大器614、616之功率分佈可在史密斯圖阻抗平面上關於第一對功率放大器610、612旋轉90度。來自所有四個放大器610至616之輸出信號可與組合器618組合並經提供至如上文所論述之電漿負載606。組合四個功率放大器610至616之輸出功率信號的此組態可提供輸出功率信號之源阻抗的四個象限控制，或換言之允許輸出功率分佈之斜率的值及方向獨立控制。舉例而言，圖7為來自圖6之電路的四個放大器610至616的輸出功率信號之功率分佈的史密斯圖700之簡單視圖。每一輸出分佈702至708可包括在史密斯圖之不同象限中的峰值輸出功率。舉例而言，放大器A 610可具有其中功率分佈之峰值出現在圖700中所說明之圓702內的輸出功率分佈。放大器A 610之功率分佈的峰值功率因此可出現在史密斯圖700之第一象限內。類似地，放大器B 612可具有其中功率分佈之峰值出現在圖之不同象限中的圖700之圓704內的輸出功率分佈。類似於上文參看圖3及圖4所論述之組合輸出功率分佈，放大器A 610及放大器B 612之輸出功率分佈702、704可關於史密斯圖中之標稱阻抗710對徑上相對。放大器C 614之輸出功率分佈706可包括史密斯圖700之又一第三象限中的峰值，伴隨放大器D 616之對徑上相對功率分佈708。該對放大器C 614及放大器D 616之輸出功率分佈可在史密斯圖上相對於該對放大器A 610及放大器B 612之輸出功率分佈旋轉90度，以在成形組合輸出功率信號之輸出功率分佈時提供功率控制系統601四象限控制。包括於發電系統602中之額外放大器可提供對於組合輸出功率信號的甚至更多控制。出於說明的目的，功率分佈各自展示為俯視圖中之均勻圓；然而，其他形狀係可能的。此外，每一功率放大器之分佈展示為同一形狀；然而，有可能分佈界定相對不同形狀。

一些電漿處理系統將脈衝功率信號施加至電漿腔室中以點燃及控制電漿而非恆定功率信號。舉例而言，圖8說明自高效率射頻(RF)功率產生器202施加至電漿處理系統200之負載206的脈衝功率信號800之實例波形。脈衝功率信號800可包括在第一持續時間中提供高功率信號802，接著在第二持續時間中提供低功率信號804。在一些情況下，高功率信號802可包括正電壓信號且低功率信號804可包括負電壓信號，但功率信號之任何特性可在高功率信號大於脈衝信號800中之低功率信號的條件下由系統200使用。另外，高功率信號802及低功率信號804之持續時間可基於系統200之條件及對電漿負載206的所意欲影響而為任何時間長度。在另外其他實例中，在脈衝功率信號800中之亦可在一或多個持續時間中在作用中的額外功率位準806、808可自發電系統202提供至負載206。

上文所描述的電路之發電系統可回應於在脈衝功率信號800之各種功率位準下的負載之阻抗，而控制經提供至電漿處理系統中之負載的功率信號之源阻抗。舉例而言，圖2之發電系統202可提供類似於圖8中所說明之脈衝功率信號的脈衝功率信號800。如上文所提及，負載阻抗可與藉由發電系統202提供的功率信號相關，使得如圖8之波形800所說明，改變至負載之輸入功率可改變負載之阻抗。當負載阻抗相對於脈衝功率波形改變時，發電系統202可試圖匹配經提供功率信號之源阻抗與負載阻抗。在一個實施方案中，功率控制系統201可包括查找表、資料庫，或提供目標源阻抗的其他參考資料，以匹配在脈衝功率信號之特定功率位準下之負載阻抗。舉例而言，功率控制系統201之查找表可包括與脈衝功率信號之初始功率位準802相關聯的條目。當發電系統202提供初始功率位準802時，功率控制系統201可控制放大器210、212，以基於查找表中之針對初始功率位準的資訊提供組合輸出功率信號的源阻抗。類似地，當發電系統202提供脈衝功率信號之第二功率位準804時，功率控制系統201可回應並控制放大器210、212，以基於查找表中之針對第二功率位準的資訊提供組合輸出功率信號的源阻抗。當彼等信號自發電系統202提供至負載206時，功率控制系統201可繼續參考查找表以獲得針對脈衝功率信號之功率位準806及功率位準808的目標源阻抗。以此方式，查找表可提供對於所提供功率信號之任何功率位準的組合功率輸出信號的目標源阻抗。功率控制系統201可接著傳輸對應控制信號至發電系統202之放大器210、212以相應地產生具有目標源阻抗之組合輸出功率信號。

在另一實施方案中，功率控制系統501可基於作為至系統之輸入而接收的反饋資訊回應並控制發電系統502之放大器510、512。因此，來自發電系統502之脈衝功率信號800可經提供至反饋系統516，且針對功率信號之當前功率位準的目標源阻抗可經判定並提供至功率控制系統501。功率控制系統501可基於自反饋系統516接收到之資訊，控制如上文所描述之放大器510、512以產生具有目標源阻抗之組合輸出功率信號。

圖9為用於控制發電系統之複數個放大器以控制輸出功率信號之源阻抗的方法之流程圖。圖9之方法900的操作可藉由上文所描述的發電系統執行。舉例而言，功率控制系統201、放大器A 201、放大器B 212及/或組合器214可執行所描述操作中之一或多者。操作亦可藉由未論述的發電系統之其他組件執行。該等操作可使用軟體相關程式、經組態以執行操作之態樣的硬體或軟體及硬體組件兩者之組合來執行。

在操作902中開始，發電系統202可判定提供至負載的功率信號之目標源阻抗，該目標源阻抗匹配負載阻抗。匹配負載阻抗之目標源阻抗可以本文中所描述的任何方式產生，包括自查找表獲得目標源阻抗，接收經提供至負載的功率信號上之反饋資訊，接收來自負載系統之信號資訊，及類似者。另外，目標源阻抗可在系統200之操作期間(諸如當負載阻抗歸因於可操作條件改變或變化出現在經提供至負載之功率信號中時)改變。

在操作904中，功率控制系統201可控制第一放大器210以產生第一輸出功率信號。功率控制系統201可提供一或多個指令以組態或指示第一放大器210根據該等指令改變輸入功率信號。類似地，在操作906中，功率控制系統201可控制第二放大器212以產生第二輸出功率信號。功率控制系統201可提供一或多個指令至第二放大器212以組態或指示第二放大器根據該等指令改變輸入功率信號。第一輸出功率信號及第二輸出功率信號可基於目標源阻抗而產生。舉例而言及上文所論述，第二放大器212之輸出功率信號可經產生以與第一放大器210之輸出功率信號對徑上相對，使得兩個功率輸出信號之組合可建立關於標稱負載阻抗值之對稱或不對稱輸出功率信號。另外，組合輸出功率信號之功率分佈的形狀可藉由放大器A 210及/或放大器B 212之輸出功率信號的量值(或其他特性)控制。對於來自放大器A 210及/或放大器B 212之輸出功率信號的控制可產生具有對應於上文判定之目標源阻抗的源阻抗之經判定振幅及斜率的組合功率分佈信號。

因此，在操作908中，來自放大器A 210之輸出功率信號可與來自放大器B 212之輸出功率信號組合。組合輸出功率信號可具有類似於如藉由發電系統202所判定之目標源的源阻抗。組合功率信號的源阻抗可匹配負載系統206之負載阻抗以穩定系統200之操作。大體而言，可藉由功率控制系統201基於目標源阻抗控制組合輸出功率信號之任何特性，包括輸出信號之量值、頻率，及相位。另外，可使用組合器電路或裝置組合來自放大器A 210及放大器B 212之輸出功率信號。在操作910中，具有目標源阻抗的組合輸出功率信號可經提供或傳輸至對應於上文判定之負載阻抗的負載。圖9之方法900的操作可在系統200之操作期間重複以調整功率信號之源阻抗以即時匹配或試圖匹配負載阻抗，從而產生更穩定且高效功率信號以用於操作系統。

以上描述包括體現本發明之技術的實例系統、方法、技術、指令序列及/或電腦程式產品。然而，應理解，所描述之揭示內容可在無此等特定細節之情況下加以實踐。

在本發明中，揭示之方法可實施為可由一裝置讀取的指令或軟體之集合。另外，應理解，所揭示方法中之步驟的特定次序或階層為實例方法之例項。基於設計偏好，應理解，方法中的步驟之次序或階層可重新配置，同時保持在揭示之主題內。隨附方法請求項以樣本次序呈現各種步驟之要素，且未必意謂限於所呈現特定次序或階層。

所描述揭示內容可提供為可包括具有儲存於其上之指令的機器可讀取媒體的電腦程式產品或軟體，該等指令可用以程式化電腦系統（或其他電子裝置）以執行根據本發明之程序。機器可讀取媒體包括用於儲存可由機器(例如，電腦)讀取之形式(例如軟體、處理應用)之資訊的任何機構。機器可讀取媒體可包括(但不限於)磁性儲存媒體(例如硬碟驅動機)、光學儲存媒體(例如CD-ROM)；磁光學儲存媒體、唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；可抹除可程式化記憶體(例如EPROM及EEPROM)；快閃記憶體；或適於儲存電子指令的其他類型之媒體。

舉例而言，圖10係說明可用於實施本發明之具體實例之主機或電腦系統1000之實例(諸如如圖3B中所展示之控制器116)的方塊圖。電腦系統(系統)包括一或多個處理器1002至1006。處理器1002至1006可包括一或多個內部快取層級(圖中未示)及一匯流排控制器或匯流排介面單元，以引導與處理器匯流排1012之互動。處理器匯流排1012(亦稱為主機匯流排或前側匯流排)可用以將處理器1002至1006與系統介面1014耦接。系統介面1014可連接至處理器匯流排1012以將系統1000之其他組件與處理器匯流排1012介接。舉例而言，系統介面1014可包括一記憶體控制器1013以用於將主記憶體1016與處理器匯流排1012介接。主記憶體616典型地包括一或多個記憶卡及一控制電路(圖中未示)。系統介面1014亦可包括一輸入/輸出(I/O)介面1020以將一或多個I/O橋接器或I/O裝置與處理器匯流排1012介接。一或多個I/O控制器及/或I/O裝置可與I/O匯流排626連接，諸如I/O控制器1028及I/O裝置1030，如所說明。

I/O裝置1030亦可包括輸入裝置(圖中未示)，諸如字母數字輸入裝置，包括用於將資訊及/或命令選擇傳達至處理器1002至1006之字母數字及其他按鍵。另一類型之使用者輸入裝置包括用於將方向資訊及命令選擇傳達至處理器1002至1006且用於控制顯示裝置上之游標移動的光標控制器，諸如滑鼠、軌跡球或游標方向按鍵。

系統1000可包括一動態儲存裝置(被稱作主記憶體1016)，或一隨機存取記憶體(RAM)或用於儲存資訊及待由處理器1002至1006執行之指令的耦接至處理器匯流排1012之其他電腦可讀裝置。主記憶體1016亦可用於在由處理器1002至1006執行指令期間儲存臨時變數或其他中間資訊。系統1000可包括一唯讀記憶體(ROM)及/或用於儲存用於處理器1002至1006之靜態資訊及指令的耦接至處理器匯流排1012之其他靜態儲存裝置。圖10中闡述之系統僅為可根據本發明之態樣使用或組態的一電腦系統之一個可能實例。

根據一個具體實例，以上技術可由電腦系統1000回應於處理器1004執行主記憶體1016中含有的一或多個指令之一或多個序列而執行。此等指令可自諸如儲存裝置之另一機器可讀取媒體讀取至主記憶體1016中。執行主記憶體1016中含有之指令序列可致使處理器1002至1006執行本文中所描述之處理步驟。在替代具體實例中，可代替或結合軟體指令而使用電路。本發明之具體實例可包括硬體及軟體組件兩者。

電腦可讀取媒體包括用於儲存或傳輸呈藉由機器(例如電腦)可讀之形式(例如軟體、處理應用)的資訊的任何機構。此等媒體可呈(但不限於)非揮發性媒體及揮發性媒體之形式。非揮發性媒體包括光碟或磁碟。揮發性媒體包括動態記憶體，諸如主記憶體1016。機器可讀取媒體之常見形式可包括(但不限於)磁性儲存媒體(例如硬碟驅動機)；光學儲存媒體(例如CD-ROM)；磁光學儲存媒體；唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；可抹除可程式化記憶體(例如EPROM及EEPROM)；快閃記憶體；或適於儲存電子指令的其他類型之媒體。

本發明之具體實例包括各種操作或步驟，其描述於本說明書中。該等步驟可由硬體組件執行或可以機器可執行指令體現，該等機器可執行指令可用以致使使用該等指令程式化之通用或專用處理器執行該等步驟。替代地，該等步驟可由硬體、軟體及/或韌體之組合執行。

咸信，本發明及其許多伴隨優勢將藉由前述描述予以理解，且顯然，可在不背離所揭示主題或不犧牲其所有材料優勢的情況下對組件之形式、構造及配置進行各種改變。所描述之形式僅為解釋性的，且以下申請專利範圍之意圖為涵蓋且包括此等改變。

雖然已參考各種具體實例描述本發明，但應理解，此等具體實例為說明性的且本發明之範疇不受其限制。許多變化、修改、添加及改良係可能的。更大體而言，根據本發明之具體實例已在特定實施之情況下描述。功能性可在本發明之各種具體實例中不同地按區塊分開或組合，或用不同術語描述。此等及其他變化、修改、添加及改良可屬於如以下之申請專利範圍中所定義的本發明之範疇。

100‧‧‧電漿處理系統

102‧‧‧發電系統

104‧‧‧匹配電纜

106‧‧‧電漿腔室

110‧‧‧不對稱輸出功率分佈/曲線

112‧‧‧峰值功率/功率分佈

114‧‧‧參考標稱負載/線

200‧‧‧電漿處理系統

201‧‧‧功率控制系統

202‧‧‧可控制雙放大器高效率功率產生器系統/發電系統

204‧‧‧匹配電纜

206‧‧‧電漿負載

208‧‧‧RF電力供應器

210‧‧‧第一放大器

212‧‧‧第二放大器

214‧‧‧組合器電路或裝置/組合器

216‧‧‧輸出功率信號

218‧‧‧控制信號

302‧‧‧功率分佈

304‧‧‧功率分佈

306‧‧‧標稱負載/標稱負載參考

308‧‧‧峰值功率

310‧‧‧標稱負載/標稱負載參考

312‧‧‧峰值功率

314‧‧‧組合輸出功率分佈

316‧‧‧峰值功率位準/相對平坦峰值

402‧‧‧輸出功率分佈

404‧‧‧輸出功率分佈

406‧‧‧標稱負載阻抗

408‧‧‧峰值

410‧‧‧標稱負載阻抗

412‧‧‧峰值

414‧‧‧組合輸出功率分佈

416‧‧‧標稱負載阻抗/標稱負載

418‧‧‧峰值功率

500‧‧‧實例電漿處理系統

501‧‧‧功率控制系統

502‧‧‧可控制雙放大器高效率功率產生器/發電系統

504‧‧‧可選匹配電纜

506‧‧‧電漿負載

508‧‧‧電源

510‧‧‧第一放大器

512‧‧‧第二功率放大器

514‧‧‧組合器電路

516‧‧‧相位及阻抗反饋系統

518‧‧‧功率控制信號

520‧‧‧組合輸出功率信號

600‧‧‧實例電漿處理系統

601‧‧‧功率控制系統

602‧‧‧可控制四放大器高效率功率產生器/發電系統

606‧‧‧電漿負載

608‧‧‧電源

610‧‧‧放大器

612‧‧‧放大器

614‧‧‧放大器

616‧‧‧放大器

618‧‧‧組合器

622‧‧‧功率控制信號

700‧‧‧史密斯圖

702‧‧‧輸出分佈

704‧‧‧輸出分佈

706‧‧‧輸出分佈

708‧‧‧輸出分佈

710‧‧‧標稱阻抗

800‧‧‧脈衝功率信號

802‧‧‧高功率信號

804‧‧‧低功率信號

806‧‧‧額外功率位準

808‧‧‧額外功率位準

900‧‧‧方法

902‧‧‧操作

904‧‧‧操作

906‧‧‧操作

908‧‧‧操作

910‧‧‧操作

1000‧‧‧電腦系統

1002‧‧‧處理器

1004‧‧‧處理器

1006‧‧‧處理器

1012‧‧‧處理器匯流排

1014‧‧‧系統介面

1016‧‧‧主記憶體

1018‧‧‧記憶體控制器

1020‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面

1026‧‧‧I/O匯流排

1028‧‧‧I/O控制器

1030‧‧‧I/O裝置

本發明之技術的各種特徵及優點將自彼等技術之特定具體實例之以下描述，如隨附圖式中所說明顯而易見。應注意，圖式未必按比例繪製；然而，重點實際上放在說明技術概念之原理上。各圖式僅描繪本發明之典型具體實例，且因此不應被視為限制於範疇中。

圖1A說明第一實例電漿處理系統。

圖1B為參考電漿處理系統之高效率射頻(RF)功率產生器之標稱負載阻抗的輸出功率分佈之三維說明。

圖2說明具有可控制雙放大器高效率功率產生器之第二實例電漿處理系統。

圖3為由組合具有相等輸出功率設定之兩個功率放大器產生的輸出功率分佈之三維說明。

圖4為由組合具有不等輸出功率設定之兩個功率放大器產生的輸出功率分佈之三維說明。

圖5說明具有相位及阻抗反饋控制的可控制雙放大器高效率功率產生器之第三實例電漿處理系統。

圖6說明具有可控制四放大器高效率功率產生器之第四實例電漿處理系統。

圖7為來自四放大器高效率功率產生器的輸出功率信號之功率分佈之簡化史密斯圖的視圖。

圖8為自高效率射頻(RF)功率產生器施加至電漿處理系統之負載的脈衝功率之實例波形。

圖9為用於控制發電系統之複數個放大器以控制輸出功率信號之源阻抗的方法之流程圖。

圖10說明根據本發明之一個具體實例的實例電腦系統。

Claims (20)

1. 一種電力供應系統，其包含： 一第一功率放大器，其包括一第一放大器輸入及一第一放大器輸出，該第一功率放大器具有一第一可控制輸出功率及具有關於一負載之一阻抗的一第一峰值功率偏移的一第一不對稱功率分佈； 一第二功率放大器，其包括一第二放大器輸入及一第二放大器輸出，該第二功率放大器具有一第二可控制輸出功率及具有關於該負載之該阻抗的一第二峰值功率偏移的一第二不對稱功率分佈； 一控制器，其與該第一功率放大器及該第二功率放大器中之至少一者通信，該第一可控制輸出功率與該第二可控制輸出功率組合以界定一組合輸出功率，該控制器調整該第一可控制輸出功率或該第二可控制輸出功率中之至少一者以控制該組合輸出功率之一源阻抗。
2. 如請求項1所述之電力供應系統，其中該第二不對稱功率分佈與該第一不對稱功率分佈對徑上相對。
3. 如請求項2所述之電力供應系統，其進一步包含 一第三功率放大器，其包括一第三放大器輸入及一第三放大器輸出，該第三功率放大器具有一第三可控制輸出功率及具有關於該負載之該阻抗的一第三峰值功率偏移的一第三不對稱功率分佈；及 一第四功率放大器，其包括一第四放大器輸入及一第四放大器輸出，該第四功率放大器具有一第四可控制輸出功率及具有關於該負載之該阻抗的一第四峰值功率偏移的一第四不對稱功率分佈， 其中該控制器進一步與該第三功率放大器及該第四功率放大器中之至少一者通信，該控制器調整該第三可控制輸出功率及該第四可控制輸出功率中之至少一者以控制該組合輸出功率之該源阻抗。
4. 如請求項3所述之電力供應系統，其中該第四不對稱功率分佈與該第三不對稱功率分佈對徑上相對。
5. 如請求項4所述之電力供應系統，其中該第一不對稱功率分佈及該第二不對稱功率分佈分別相對於該第三不對稱功率分佈及該第四不對稱功率分佈偏移。
6. 如請求項1所述之電力供應系統，其中調整該組合輸出功率之該源阻抗係基於被施加該組合輸出功率的該負載之該阻抗。
7. 如請求項6所述之電力供應系統，其中該組合輸出功率具有包含一峰值功率的一組合輸出功率分佈，該控制器調整該第一可控制輸出功率或該第二可控制輸出功率中之至少一者，使得該組合輸出功率分佈之該峰值功率與該負載之該阻抗對應。
8. 如請求項6所述之電力供應系統，其中該第一可控制輸出功率之一量值包含不同於該第二可控制輸出功率之一第二量值的一第一量值，使得該組合輸出功率具有關於該負載之該阻抗的一不對稱功率輸出分佈。
9. 如請求項1所述之電力供應系統，其進一步包含： 一反饋電路，其適合於判定該組合輸出功率之一特性並提供該組合輸出功率之該特性至該控制器，其中該控制器進一步基於該組合輸出功率之該特性而調整該第一可控制輸出功率或該第二可控制輸出功率中之至少一者。
10. 如請求項9所述之電力供應系統，其中該組合輸出功率之該特性包含該組合輸出功率之一相位。
11. 一種操作一電力供應器之方法，其包含： 在包括提供具有一第一功率分佈之一第一功率信號的一第一放大器及提供具有一第二功率分佈之一第二功率信號的一第二放大器的一電力供應器中，及回應於一負載之一阻抗量測，基於該負載之該阻抗量測控制該第一功率信號或該第二功率信號中之至少一者以界定一組合輸出功率信號。
12. 如請求項11所述之方法，其中該組合輸出功率信號包含具有一峰值功率之一組合功率分佈，該方法進一步包含： 調整該第一功率信號或該第二功率信號中之該至少一者，使得該組合功率分佈之該峰值功率至少基於該負載之該阻抗量測。
13. 如請求項12所述之方法，其進一步包含： 調整該第一功率信號或該第二功率信號中之該至少一者，使得該組合功率分佈之該峰值功率基於匹配該組合輸出功率信號之一源阻抗與該負載之該阻抗量測。
14. 如請求項11所述之方法，其中控制該第一功率信號或該第二功率信號中之至少一者包含： 藉由一控制器傳輸至少一個指令並將該至少一個指令傳輸至一第一功率放大器或一第二功率放大器，以致使該第一功率放大器或該第二功率放大器改變一輸入功率信號。
15. 如請求項11所述之方法，其中該組合輸出功率信號包含關於一標稱阻抗值對稱的一組合輸出功率分佈。
16. 如請求項11所述之方法，其中該組合輸出功率包含關於一標稱阻抗值不對稱的一組合輸出功率分佈。
17. 如請求項11所述之方法，其中控制該第一功率信號或該第二功率信號中之至少一者至少基於指示該負載之該阻抗量測的反饋資訊。
18. 一種電力供應控制器，其包含： 一處理器；及 一非暫時性記憶體，其包含在由該處理器執行時可操作以藉由以下操作調整一電力供應器的一輸出信號之一源阻抗的指令： 指示一第一功率放大器基於耦接至該電力供應器的一負載之一經判定負載阻抗改變來自一功率產生器之一輸入功率信號並提供具有一第一功率分佈之一第一可變輸出功率信號；及 指示一第二功率放大器基於該負載之該經判定負載阻抗改變來自該功率產生器之該輸入功率信號並提供具有不同於該第一功率分佈之一第二功率分佈的一第二可變輸出功率信號； 其中該第一可變輸出功率信號及該第二可變輸出功率信號經組合以基於該負載之該經判定負載阻抗產生經傳輸至該負載之一組合輸出功率信號，該組合輸出功率信號包含一組合功率分佈及一源阻抗。
19. 如請求項18所述之電力供應控制器，其進一步包含： 一反饋輸入，其耦接至一反饋電路，該反饋輸入自該反饋電路接收該經判定負載阻抗。
20. 如請求項18所述之電力供應控制器，其中該等指令在由該處理器執行時進一步可操作以藉由以下操作調整該電力供應器的該輸出信號之該源阻抗： 指示該第一功率放大器基於來自該反饋電路之該經判定負載阻抗進一步改變來自該功率產生器之該輸入功率信號的一量值。