TW202241217A - 用於電漿電源輸送系統之跨週期控制系統以及操作其之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種發生器，其產生遵循輸出與時間之一規定模式的諸如輸送功率、電壓、電流、前向功率等之輸出，其中該模式藉由基於在過去一或多個重複週期採取之量測來控制該模式之部分而以一重複週期重複。一可變阻抗匹配網路可控制呈現給一射頻發生器之阻抗，同時該發生器產生遵循輸出與時間之該規定模式的該輸出，其中該模式藉由基於在過去一或多個重複週期採取之量測來控制在該模式之部分期間處於該匹配中之可變阻抗元件，而以一重複週期重複。

Description

用於電漿電源輸送系統之跨週期控制系統以及操作其之方法
本發明之態樣係關於用於控制電源輸送系統，且特定言之用於控制電漿電源輸送系統的改良方法及系統。
根據35 U.S.C. §120的優先權主張
本專利申請案為2020年12月6日申請之申請中之標題為「用於電漿電源輸送系統之跨週期控制系統以及操作其之方法（INTER-PERIOD CONTROL SYSTEM FOR PLASMA POWER DELIVERY SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME）」的專利申請案第17/113,088號之部分接續申請案，該專利申請案為2018年7月5日申請之標題為「用於電漿電源輸送系統之跨週期控制系統以及操作其之方法（INTER-PERIOD CONTROL SYSTEM FOR PLASMA POWER DELIVERY SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME）」、且在2020年12月8日發佈為美國專利第10,861,677號的專利申請案第16/028,131號之接續，該專利申請案根據35U.S.C.§119(e)主張2017年7月7日申請之標題為「用於電漿電源輸送系統之跨週期控制系統以及操作其之方法（INTER-PERIOD CONTROL SYSTEM FOR PLASMA POWER DELIVERY SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME）」的美國專利申請案第62/529,963號之優先權，其全部內容出於所有目的以引用之方式併入本文中。這些申請案及專利經讓渡給此處受讓人且特此以引用方式明確地併入本文中。
不斷縮小之晶片特徵的推進對半導體行業造成顯著挑戰。諸如降低的電漿損傷、較薄層、較短處理時間等，要求在工具及製程開發中的較高複雜度。作為一實例，已藉由多發生器同時脈衝實現蝕刻製程之顯著進展。
晶片通常經由電漿處理系統製造，該電漿處理系統使用諸如化學氣相沈積（chemical vapor deposition；CVD）及物理氣相沈積（physical vapor deposition；PVD）之製程將薄膜沈積於基板上，以及使用蝕刻製程自基板移除膜。電漿通常藉由將射頻（radio frequency；RF）或直流（direct current；DC）發生器耦接至電漿腔室而產生，該電漿腔室填充有在低壓下注入至電漿腔室中之氣體。通常，發生器將RF電源輸送至電漿腔室中之天線，且在天線處輸送之電源點火且維持電漿。在一些情況下，RF發生器耦接至阻抗匹配網路，其可在發生器輸出處將電漿阻抗與所要阻抗（通常為50 Ω）進行匹配。DC電源通常經由一或多個電極耦接至腔室。發生器單獨或發生器與設備（諸如阻抗匹配網路）之其他片件，耦接至同一電漿之其他發生器、電纜等組合構成電漿電源輸送系統。
通常需要調變輸送至電漿系統之電源。大多數調變方案是重複的，亦即，以波形重複率重複相同的調變波形。相關聯之波形重複週期等於一除以波形重複率。使用傳統控制方案遵循規定調變波形之能力需要來自控制器且最終來自量測系統之高頻寬。許多電漿系統具有以不同頻率施加至電漿之電源。電漿負載之非線性性質產生可干擾發生器之量測系統之互調產物。因此，有時有利的係使用窄頻帶量測系統來限制此類干擾。在許多應用中，輸送至電漿負載之電源並非受控制之唯一參數。舉例而言，在RF電源輸送系統中，可經由控制發生器輸出之頻率、或經由控制介於發生器與電漿負載之間的可變阻抗匹配網路，來控制由電漿負載呈現給發生器之阻抗。在一些情況下，亦可控制發生器源阻抗。依據這些各種問題，追蹤及控制電源呈現出較大控制挑戰。
另外，操作人員通常監視來自發生器及匹配網路之多個感測器輸出，且調整不完美且相對緩慢的嘗試中之眾多參數，以維持至電漿負載之一致電源輸送。操作員可與外部控制器互動，該外部控制器自系統之各種組件收集資訊，向操作員顯示此資訊，且將來自操作員之命令傳輸至系統之各種組件。儘管此組態在過去已起作用，但愈來愈顯而易見的係，其對於當前系統可能並不足夠。
作為一實例，已藉由引入具有先進能力（包括在脈動及多發生器同時脈衝時之發生器頻率調諧）之RF電源供應器世代，而實現蝕刻製程之較大進展。然而，這些不同組件之獨立控制仍可阻礙當前系統。特定言之，儘管發生器提供具有可調諧頻率之脈衝電源，但匹配網路仍難以偵測、量測脈衝信號及對脈衝信號作出回應，且因此難以利用發生器之能力。操作員傾向於選擇匹配網路內部之最佳可變電容器位置，且接著運行該製程（用於最小化即時電源反射之次佳解決方案）。
考慮到尤其這些觀測結果，構想出本發明之態樣。
根據一個具體實例，一種發生器產生遵循輸出與時間之規定模式的諸如輸送功率、電壓、電流、前向功率等之輸出，其中該模式藉由基於在過去一或多個重複週期採取之量測來控制該模式之部分而以一重複週期重複。在一個實例中，一種電源輸送系統涉及一發生器及一控制元件，該發生器產生一重複輸出模式，該控制元件基於在當前週期之前的週期採取的重複模式之值之量測來控制重複模式。控制元件可進一步基於在當前週期之前的週期採取的重複模式之量測與在當前重複週期期間的重複模式之值的量測結合，來控制重複輸出模式。重複輸出模式可遵循輸出與時間之規定模式，其中規定模式以一重複週期來重複，且其中在當前週期之前的週期採取之重複模式之值之量測在過去一或多個重複週期進行。
根據又一具體實例，一種可變阻抗匹配網路控制呈現給RF發生器之阻抗，同時該發生器產生遵循輸出與時間之規定模式的諸如輸送功率、電壓、電流、前向功率等之輸出，其中該模式藉由基於在過去一或多個重複週期採取之量測而控制在該模式之部分期間處於匹配中的可變阻抗元件，來以一重複週期重複。在各種可能具體實例中，發生器可將輸送功率、電壓、電流、前向功率等提供至電漿系統，以便點火且維持電漿。
根據又一具體實例，一種發生器產生遵循輸出與時間之規定模式的輸出，其中該模式藉由以下來以一重複週期來重複：基於在過去一或多個重複週期處所採取之量測來控制該模式之部分；及組合此控制器與一週期內控制器，該週期內控制器基於在過去小於重複週期處所採取之量測來計算控制輸出。
根據又一具體實例，一種可變阻抗匹配網路控制呈現給RF發生器之阻抗，同時該發生器產生遵循輸出與時間之規定模式的諸如輸送功率、電壓、電流、前向功率等之輸出，其中該模式藉由以下來以一重複週期來重複：基於在過去一或多個重複週期處所採取之量測，而控制在該模式之部分期間於匹配中的可變阻抗元件；及組合此控制器與週期內控制器，該週期內控制器基於在過去小於重複週期處採取之量測來計算於匹配中的可變阻抗元件之控制。
根據另一具體實例，一種發生器產生遵循輸出與時間之規定模式的輸出，其中該模式藉由以下來以一重複週期來重複：基於在過去一或多個重複週期處所採取之量測而控制該模式之部分，同時基於在過去一或多個重複週期處所採取之量測而調整另一參數，諸如調整在該發生器中、或耦接於該發生器與電漿之間的可變阻抗匹配網路中所含有之發生器輸出頻率或可變阻抗元件，其中介於呈現給該發生器的諸如輸送電源及發生器頻率之控制輸入、與諸如輸送電源及阻抗之控制輸出之間的相關性，經判定且由控制系統使用。
根據又一具體實例，一種發生器產生遵循輸出與時間之規定模式的輸出，其中該模式藉由以下來以一重複週期來重複：基於在過去一或多個重複週期處對相同部分所採取之量測來控制該模式之一部分；以及藉由擾動控制輸入、判定對擾動的回應、及使用對擾動之回應，來補償波形中相鄰或緊密定位時間週期之間的耦接，來控制對該模式中之其他部分的此類量測。
本發明之具體實例提供一種電漿電源輸送系統，其產生遵循輸出與時間之一規定模式的諸如輸送功率、電壓、電流及前向功率之輸出，其中該模式藉由基於在過去一或多個重複週期而非當前週期內採取之量測來控制該模式之部分，而以一重複週期來重複。相比於習知控制器，此跨週期控制器可利用較低頻寬量測及控制系統更準確地再產生輸出。在各種情境下，包括在存在電漿產生之混合及互調產物之情況下，由跨週期控制器提供之益處可為有利的。在額外具體實例中，跨週期控制器可與習知的週期內控制器組合。在額外具體實例中，諸如發生器輸出頻率、脈衝寬度及匹配阻抗之參數，可基於在過去一或多個重複週期採取之量測與主輸出一起經調整，其中介於呈現給發生器之控制輸入（諸如電源控制、發生器頻率及匹配可變元件設定）與控制輸出（諸如輸送電源及阻抗）之間的相關性，經判定且由控制系統使用。在額外具體實例中，發生器產生遵循輸出與時間之規定模式的輸出，其中該模式藉由以下來以一重複週期來重複：基於在過去一或多個重複週期處對相同部分採取之量測來控制該模式之一部分；以及藉由擾動控制輸入、判定對擾動的回應、及使用對擾動之回應，來補償波形中相鄰或緊密定位時間週期之間的耦接，來控制對該模式中之其他部分的此類量測。
雖然主要參考用於發生器之控制器進行描述，但本發明之態樣適用於切換模式電源供應器及其控制器，其可用於eV源應用中，以便將偏壓提供至基板作為整個電源輸送系統之部分，以及其他基板偏壓方案。本文中所論述之控制器及控制方案亦可用以控制阻抗匹配網路之可變阻抗元件（諸如真空可變電容器或切換式可變電抗元件）。在此類情況下，本發明之態樣亦可或可不作為整個電源輸送系統之部分用於RF供應器對阻抗匹配網路之控制中。控制器可駐存於電源輸送系統（例如，發生器中或匹配網路中）之任何部分中，且可或可不自電源輸送系統之其他部分接收資訊且控制該些其他部分。舉例而言，駐存於發生器中之控制器可控制作為電源輸送系統之部分的發生器電源信號及匹配兩者，該電源輸送系統具有僅自發生器、僅自匹配或自發生器及匹配兩者獲得之資訊。本文中所論述之控制器及控制方案亦可用於其他系統中，其具有或不具有在電漿電源輸送環境中輸送電源。在一些新穎具體實例中，控制器做決策所基於之感測器以及控制器皆可配置於發生器中。
圖1A（先前技術）說明可用於控制電漿電源輸送系統之簡單類比週期內控制系統，且圖1B（先前技術）說明可用於控制電漿電源輸送系統之簡單數位週期內控制系統。在圖1A中，介於輸入101與輸出106之間的差異產生誤差信號102，控制器103用該誤差信號102以向設備105產生控制輸入104。在此說明中，控制器為具有k增益之簡單的積分器。在實際實施方案中，控制輸入104（c）可為電源放大器之驅動電平，且設備105（P）為電源放大器。為說明此控制器與所揭示之跨週期控制器之間的效能差異，設備105（P）為單位增益塊，亦即 y= c。根據這些假設，迴路增益在k rad/s或k/(2π) Hz下具有單位增益，系統步階回應之時間常數為1/k s且系統之脈衝回應的積分在1/k s中達至63.2%（1-1/e）。在圖1B中，由取樣器157以1/T s之取樣速率對輸入151進行取樣且數位化。（在一些應用中，輸入已為數位資料串流，且取樣器157不存在於系統中。）藉由取樣器159對輸出156進行取樣且數位化，輸入與輸出之間的差異產生誤差信號152，控制器153用該誤差信號152以產生控制輸入154，該控制輸入154藉由數位至類比轉換器158轉換成饋送至設備155之類比控制信號。對於圖1A，為說明此控制器與所揭示之跨週期控制器之間的效能差異，設備105（P）為單位增益塊。關於k與單位增益頻率與回應時間之間的關係之相同陳述保持如圖1A之類比控制器，其提供k遠小於2π/Ts。
圖2A（先前技術）展示諸如圖1A或圖1B中所展示之簡單的週期內控制器對具有週期T p（205）之週期性輸入之回應200。在此實例中，大量不同設定點（例如，設定點電源為1、隨後2、隨後5，其中斜坡為3）定義輸入之一個週期。輸出202跟隨輸入201，具有可見的不準確度（其中輸出與輸入設定點不匹配）。對於此說明之封閉迴路回應之時間常數為10 ps。可藉由將系統之時間移動的、時間反轉的脈衝回應與輸入相乘，且進行積分，來獲得給定點A 203處之輸出。正規化的、時間移動的、時間反轉的單元之脈衝回應204顯示，點A 203處的輸出很大程度上受最近的過去（在點A之前的一個時間常數或10 ps內）影響，且幾乎完全不受比點A之前的10個時間常數更早出現之事件影響。為了適應脈衝內之變化的設定點，習知控制器必須極快速。如圖2B（先前技術）中所展示，使控制器加速改良輸出準確跟隨輸入之能力。對於此說明之封閉迴路回應之時間常數為 5ps。回應250展示輸出252更緊密地跟隨輸入251。正規化時間移位時間反轉之脈衝回應254展示點A 253現在受最近過去中之輸入影響甚至更大。
在這些習知週期內控制器中，誤差控制係基於電流輸出（在週期內）相對於設定點之量測值。因此，參考圖2A，舉例而言，將時間1.5 ms處之輸出的量測值與同一時間的設定點值進行比較，以產生誤差信號。換言之，將設定點值與當前週期期間所量測的值進行比較，以產生用於習知週期內控制器之誤差信號。相比之下，跨週期控制器將過去一或多個循環量測的輸出值與指定點進行比較，且使用過去在設定點處所量測的值以產生當前誤差信號及控制器輸出。舉例而言，再次參考圖2A，在時間1.5 ms時具有3之設定點，控制器將使用在時間0.94 ms（其為先前0.56 ms之一個波形重複週期或與時間1.5 ms相關的之前脈衝之部分）時具有3之同一設定點的量測值，以產生誤差及輸出，而非在時間1.5 ms之脈衝內的量測值。值得注意的係，跨週期控制器不必幾乎一樣快，此係由於其依賴於過去一個循環之量測值而非脈衝內之緊鄰值。
在一些實例中，將脈衝（例如，遍及週期Tp內之脈衝）劃分成多個時間週期，且先前脈衝之相同時間週期中的對應（相同）輸出值用於誤差信號。緊接著再次參考上述實例，在該上述實例參考使用在第一脈衝之時間0.94 ms處量測值、而用於在後續第二脈衝之時間1.5 ms處的誤差校正，該時間週期將涵蓋一些範圍內之0.56 ms的特定值。在一個實例中，除傾斜的設定點轉換之外，劃分脈衝之時間週期使得任何給定的時間週期不涵蓋不同設定點。
在各種實施方案中，跨週期脈衝資訊儲存於某種形式之記憶體中，以使得控制器可存取且使用該跨週期脈衝資訊以用於後續脈衝之誤差回饋。諸如具有傾斜設定點轉換之複雜脈衝及其他不同設定點，可受益於脈衝之相對較小時間週期細分，且因此可能需要相對較大及較快記憶體。在特定實例中，具有介於100 ms與10μs週期T p之間的脈衝可再細分為1024個時間片，且儲存每片之輸出值以用於與後續脈衝之相同時間片中之量測值進行比較。
在一些應用中，未產生誤差信號。在使用跨週期控制方案之阻抗匹配應用中，關於在過去一或多個週期T p205呈現至發生器之阻抗的資訊，可用於調整目前匹配網路內之可變阻抗元件。資訊可用於計算對可變阻抗匹配元件之調整而不首先產生誤差信號。在阻抗匹配應用中，設定點（例如101、151、303、351、501）通常為常數，但存在必須與所要輸入阻抗匹配之負載阻抗之週期性干擾。舉例而言，此週期性干擾可起因於向電漿負載輸送遵循輸出與時間之規定模式的電源，其中該模式以一重複週期重複。在此情況下，來自例如提供電源之規定模式之電源的一同時信號可被提供至匹配網路，以輔助匹配網路與干擾之重複波形同時。在其他阻抗匹配應用中，匹配網路內之發生器電源信號及可變阻抗元件的同時控制，可經由視情況配置於發生器處之跨週期控制方案及單一控制器來調整。此方案可基於來自配置於發生器處、匹配網路處或其間之感測器的量測值，且控制器可視情況配置於發生器中。
圖3A說明跨週期控制器300之一個實例的方塊圖，其可實施於根據本發明之一個具體實例的電漿電源輸送系統中。圖3B說明根據本發明之另一具體實例的可實施於電漿電源輸送系統中之跨週期控制器350之交替實例實施方案之方塊圖。本文中所描述之跨週期控制器之一些實施方案可視為多輸入多輸出（multi-input-multi-output；MIMO）控制器。控制器或更一般而言控制元件可以硬體及軟體實施，具有其各種可能組合。控制元件可與發生器或另一裝置整合，或可為單獨組件。在一些應用中，跨週期控制器可駐存於與受控裝備不同之裝備片件中。作為一實例，連接至阻抗匹配網路之控制器可駐存於發生器中，但控制阻抗匹配網路中之發生器電源信號及可變阻抗元件。在此應用中，來自諸如耦合器之感測器的前向及反射信號，可自駐存於發生器中之耦合器獲得、在類比中過濾、在類比至數位轉換器中數位化，且藉由運行軟體程式之微處理器或藉由實施於例如FPGA中的數位邏輯電路進行處理，以來提取藉由匹配而呈現給發生器之阻抗。量測值可藉由微處理器或駐存於FPGA中之可重新組態的數位電路而儲存於記憶體中。可使用在微處理器中運行之軟體或藉由FPGA來處理含有在不同時間的阻抗量測之樣本的記憶體。軟體或FPGA可在過去一或多個波形重複週期使用樣本以實施跨週期控制方案。為了實施此方案，亦可使用關於匹配中之可變阻抗元件之過去值的資訊。控制器可接著將控制信號發送至匹配，以改變匹配中之可變阻抗元件，且視情況同時控制發生器。例如藉由在脈衝之開始或發生器中之快速電源擺動至感測器之開始的此事件發生之前，提供關於脈衝之開始或發生器中之快速電源擺動至感測器之開始的資訊，跨週期控制器亦可與感測器起作用。以此方式，感測器可預測性地知曉何時開始取樣，且因此比先前技術感測器更快速地操作，該先前技術感測器可僅在識別出脈衝或首先識別出電源之快速擺動之後開始取樣。對於阻抗量測，控制器可控制發生器頻率，且將此頻率搶先提供至感測器，從而允許相較於傳統感測器更快速地評估發生器所見之阻抗，此係由於那些感測器常常在量測阻抗之前首先量測頻率。
圖3A實施跨週期控制器（提供交錯方案）作為數目N個控制器，每一控制器以輸入之重複週期T p運行。方塊301展示第一此類控制器且方塊302展示第N此類控制器。輸入303由類比至數位轉換器304以1/T s之取樣速率取樣且數位化。（輸入可能已作為資料串流存在，在此情況下不使用轉換器304。）經取樣輸入依次由切換器305切換或路由至控制器，以使得每個控制器以1/T p之速率接收更新的輸入。控制器之輸出由切換器306路由至公用控制輸入c。控制輸入由數位至類比轉換器307轉換成類比，且施加至設備P 308之控制輸入。輸出y 309藉由取樣器（控制器301之313）由每一控制器以1/T p之速率取樣。
每一控制器藉由自經取樣輸出中減去輸入來產生誤差函數（控制器301之310）。（由於經取樣輸出受波形週期T p延遲，因此此舉實施跨週期控制器。）誤差函數被整合（藉由控制器301之311），從而產生輸出（控制器301之312）。調整控制器之數目N及取樣週期T s，以使得NT s= T p。為了滿足輸入之重複週期T p可在一些取樣週期變化之情況下，可利用額外控制器。舉例而言，可存在N+3個控制器，以處理可變化三個取樣週期之T p。當由於短於最大T p而未更新額外控制部分時，可將最後更新的控制器之狀態拷貝至額外的控制部分。
圖3B展示根據本發明之具體實例的跨週期控制器350之交替實施方案。輸入351由類比至數位轉換器352以1/T s之取樣速率取樣且數位化。（輸入可能已作為資料串流存在，在此情況下不使用轉換器352。）輸出358由類比至數位轉換器359取樣且數位化。（輸出可為衍生於輸出之量測的數位資料串流，在此情況下類比至數位轉換器可能未如所展示實施。）誤差函數353係藉由自輸出減去輸入而獲得。控制器354根據在輸入之一個週期T p之前至設備之控制輸入值c 355及誤差函數e 353，產生至設備c 355之控制輸入。此與如將在下文展示之習知的週期內控制器顯著不同。至設備之控制輸入由數位至類比轉換器356轉換成類比信號且施加至設備357。對於控制器300，可規定對其中輸入之重複週期T p可改變一些取樣週期之情況進行處理。在此情況下，允許N基於擬合輸入先前週期T p之取樣週期T s數目而變化。
本文中所揭示之跨週期控制器例如將同時信號自電源發送至匹配網路，或同時調諧發生器及匹配網路之跨週期控制器，具有優於先前技術之數個優勢。首先，藉由統一電源輸送系統之各種組件的控制及操作，實現新穎電源輸送方法，諸如同時調諧匹配網路及發生器（例如，經由控制信號306、355、506，或至905之輸入），或在脈動或改變發生器輸出之波形（例如，經由控制信號306、355、506，或至905之輸入）時調諧匹配網路的能力。舉例而言，本文中所揭示之設備可為發生器、匹配網路或發生器及匹配網路兩者（其中控制信號實際上為用於發生器及匹配網路中之每一者的兩個相異信號）。第二，此系統及途徑實現可快速調整、準確且一致的至電漿負載之電源輸送。使用本文中所揭示之跨週期控制器之電源輸送系統的速度特別適用於動態電源應用（例如，脈衝發生器輸出）。
更快速地調整電源輸送及阻抗匹配之能力，亦可歸因於避免傳統系統在感測器必須在量測阻抗之前首先量測頻率時所見的延遲。跨週期控制器可為感測器提供發生器（例如，本文中所揭示之設備中之任一者）之操作參數，諸如頻率，以使得感測器無需在開始對阻抗進行取樣之前量測頻率。更早取樣意謂與所屬技術領域中相比，阻抗可更快經判定。跨週期控制器亦可向感測器提供脈動之開始或電源波形之改變之指示，因此防止感測器必須在取樣開始之前偵測到此變化。此亦使得感測器能夠比所屬技術領域中之感測器更早開始量測阻抗。
跨週期控制器亦以四種方式改良電源輸送之準確度。首先，當多個感測器用以量測電源及阻抗時，每一感測器具有由對每一感測器進行之校準引起的與彼感測器相關聯之誤差函數。藉由使用單一感測器來量測電源及阻抗，僅進行單一校準，且因此引入較少誤差。
第二，更早取樣產生較大數目個取樣點，此可改良阻抗量測。在所屬技術領域中，取樣通常在已偵測到脈衝或發生器波形之改變之後開始，而此處，在脈衝或波形改變出現之前或之時，跨週期控制器向感測器指示脈衝之開始或發生器波形之改變。因而，感測器可相比所屬技術領域中之可能情形更早開始取樣，因此實現更準確阻抗量測。
第三，阻抗之量測取決於被量測之信號之頻率，且因此量測頻率中之誤差轉譯成經量測之阻抗中之誤差。先前技術阻抗量測通常在匹配網路中之感測器量測頻率之後進行，因此引入不必要誤差。替代地，當使用寬頻帶感測器時，藉由寬頻帶感測器中之類比變化引入誤差為頻率的一函數。藉由跨週期控制器使感測器瞭解產生發生器之頻率，而非需要感測器量測匹配網路處之頻率，第一感測器相較於先前技術中之感測器見到阻抗量測之較少誤差。此外，由於感測器不必量測頻率，故其可獲取更多樣本，且較大樣本量改良準確度。
第四，跨週期控制器可藉由識別至跨週期控制器之組件而考慮組件變化。舉例而言，發生器、匹配網路及感測器可經由品牌、型號、序列號或其他識別資訊將其本身識別至跨週期控制器。此外，其可提供諸如狀態、設定點及組態（僅舉幾例）的操作特性。鑑認可經由鑑認演算法進行。因而，在一個具體實例中，發生器及匹配網路之僅特定類型或品牌可在經由傳輸媒體連接時操作。跨週期控制器亦可查詢發生器、匹配網路及感測器，以判定其單元類型、序列號、部件號或任何其他識別資訊。在此知識下，跨週期控制器可針對發生器及匹配網路調適指令以考慮組件之變化，因此允許跨週期控制器比在所屬技術領域中可能而實現更準確且一致的電源輸送。
跨週期控制器亦由於量測電源及阻抗兩者之能力，而改良電源輸送之一致性（或品質）。部分地，一致性經由上文所描述之較大準確度（例如，誤差堆疊減少及較早且更廣泛之取樣）而改良。一致性亦得以改良，此係由於在先前技術難以在電源輸送系統之多個控制迴路中維持穩定性之情況下，單一跨週期控制器可控制多個控制迴路且確保控制迴路之間的穩定性及同時。
在一些具體實例中，跨週期控制器受益於與單一感測器一起使用，以監視發生器之電源輸出及由發生器所見之阻抗兩者。感測器可量測發生器之輸出處的電壓、電流、相位、阻抗及功率。感測器可配置於發生器之輸出處。由於遠端地量測阻抗之能力，除來自發生器之電源以外，感測器亦可量測由發生器所見之阻抗。遠端阻抗量測值在實體上遠離感測器之位置處查看阻抗。此情形藉由以下而變得有可能：（1）感測器相較於所屬技術領域中之感測器具有相對於參考校準阻抗之增大電壓常駐波比之更線性回應，及（2）感測器可較緊密地量測發生器輸出電源之相位。
通常，感測器可經校準以最佳地接近中心操作阻抗（例如，50 Ω）操作，但歸因於其對阻抗變化之非線性回應，隨著阻抗移動遠離校準阻抗，感測器準確度快速降低。當在較大實體距離內進行量測時，用於實體本端量測之此不準確度被放大。相比之下，本文中所揭示之感測器對於電壓常駐波比圓具有更線性回應，此實現阻抗處遠離阻抗校準點且因此在實體上遠端之位置處的準確阻抗量測。
另外，感測器可比感測器之前世代更緊密地量測發生器輸出之相位。特定言之，在高相角下，存在對相角量測準確度之極端敏感度，且因此引起阻抗及電源量測。由於感測器可較準確地量測相角，故其較佳能夠遠端地量測阻抗。
在一具體實例中，感測器為定向耦合器。定向耦合器可量測前向及反向電源之經縮放電源以及其之間的相位差。定向耦合器可接著將經縮放電源及相位差傳遞回至跨週期控制器。經縮放電源為定向耦合器提供至量測系統之電壓，其與操作至其標稱負載條件（例如，50 Ω）中之發生器的輸出電壓成比例。
由於跨週期控制器管理發生器及匹配網路兩者之操作，故那些組件之同時調諧係可能的。跨週期控制器可指示發生器調整發生器電源輸出之振幅、載波頻率、電源頻率、脈衝寬度、脈衝工作循環或波形。跨週期控制器亦可指示匹配網路來調整匹配網路之阻抗，例如藉由使電動機驅動板調整匹配網路之可變電容器。
可用調諧選項可規定跨週期控制器如何管理電源輸送系統。在發生器頻率固定之情況下，跨週期控制器可傳遞指令至匹配網路以調整阻抗。在發生器頻率可變之情況下，跨週期控制器可（1）將指令傳遞至匹配網路以更改發生器所見之阻抗，（2）將指令傳遞至發生器以更改電源輸出頻率，或（3）將指令傳遞至匹配網路以更改發生器所見之阻抗，且將指令傳遞至發生器以更改其電源輸出頻率。由於發生器頻率比匹配網路之阻抗更快速地調整，因此除了或代替匹配網路調整阻抗，指示發生器頻率調諧可為較佳的，其中需要快速調諧。換言之，阻抗匹配可經由跨週期控制器對發生器及匹配網路之同時調諧而進行。
跨週期控制器亦可在管理發生器及匹配網路之操作時考慮電漿負載之非電特性。舉例而言，跨週期控制器可考慮腔室壓力、腔室中之氣體化學、電漿之離子能量、電漿之光強度、由電漿發射之光之光譜內容，及電漿電弧作用（僅舉幾個非限制性實例）。在一具體實例中，視情況選用之第二感測器可監視電漿負載或電漿處理腔室（未說明）之非電特性，諸如腔室壓力、腔室中之氣體化學、電漿之離子能量、電漿之光強度、由電漿發射之光之光譜內容，及電漿電弧作用（僅舉幾個非限制性實例）。
圖4A至4D展示根據本發明之一個具體實例之可實施於電漿電源輸送系統中之跨週期控制器對週期性控制輸入之回應。在圖4A及4B中，展示輸出402對週期性輸入401之回應400。如回應400中所展示，輸出緩慢收斂至輸入（圖4A），但在輸入之約30個循環之後（圖4B），輸出404以幾乎不可感知的誤差跟隨輸入403。圖4C展示回應450上之點A 451及影響點A的點。應注意，對於跨週期控制器，點A 451仍顯著受過去5 ms的輸入影響。因此，即使輸出之每一部分以5 ms等級之時間常數接近輸入，但在輸入之一些週期之後，輸出可以幾乎不可感知的誤差跟隨輸入。對於習知週期內控制器，即使以5 µs時間常數，輸出亦不以此精度跟隨輸入。
圖5說明實例組合之跨週期及週期內控制器500的方塊圖，其可實施於根據本發明之一個具體實例的電漿電源輸送系統中。輸入501由類比至數位轉換器502以1/T s之取樣速率取樣且數位化。（輸入可能已作為資料串流存在，在此情況下不使用轉換器502。）輸出509由類比至數位轉換器510取樣且數位化。（輸出可為衍生於輸出之量測的數位資料串流，在此情況下類比至數位轉換器可能未如所展示實施。）誤差函數503係藉由自輸出減去輸入而獲得。控制器504根據在輸入之一個週期T p之前及一個取樣週期T s之前至設備之輸入控制值c 506及誤差函數e 503，生成至設備c 506之控制輸入。選擇N及T s以滿足T p=NT s。控制輸入c 506係基於一個取樣週期T s之前的值、及輸入之一個週期T p之前的值之加權平均值。在等式505中所展示之序列（經取樣時間）域中可更清楚地說明此加權。在504及505中，W e係介於0與1之間的實數且W a= 1 - W e。若W e= 1，則控制器為純跨週期控制器，且若W e=0，則控制器為習知週期內控制器。至設備c 506之控制輸入由數位至類比轉換器507轉換成類比信號且施加至設備508。可對輸入之重複週期T p可變化一些取樣週期之情況進行處理。在此情況下，允許N基於擬合輸入之先前週期T p之取樣週期T s之數目而變化。在此情況下，若最近未更新趨於重複結束之部分，而非自先前樣本中拷貝狀態，則可改變加權以運行純週期內控制器（W e= 0），直至輸入之下一週期開始。此實例組合之跨週期及週期內控制器500具有額外優勢，亦即其可容易地自具有週期性輸入之操作轉換至具有非重複輸入501的操作。
圖6A、圖6B、圖6C及圖6D說明根據本發明之一個具體實例的可實施於電漿電源輸送系統中之諸如300、350或500（其中W e=1）之實例跨週期控制器之屬性。為了易於說明，在圖6中，設備P 308、357或506為簡單之單位增益區塊，取樣週期T s= 1 μs，重複週期T p= 1 ms，且因此N = T p/T s= 1000，且k（在500中為k e）= 62.83。跨週期控制器之迴路增益之波德（Bode）圖展示於圖6A中。迴路增益與傳統週期內控制器極為不同。正如增益所預期，在10 Hz處存在第一增益交叉頻率，k（在500中為k e）= 62.83 = 2π10，但增益之幅值在輸入之諧波處返回至無窮大（1/T p之倍數）；跨週期控制器的獨特屬性，其允許其以前所未有之精度跟隨週期性輸入。圖6B展示迴路增益之倪奎式圖表。為了便於解釋倪奎式圖表，迴路增益之幅值按log 2(1 + log 2(1 + •))縮放。此映射將0映射至0、1映射至1且單調遞增，因此吾等仍可驗證複雜平面中之點-1 + j0是未經環繞。儘管波德圖中存在多個增益交叉點，但倪奎式圖表展示系統為穩定的。圖6C展示系統之封閉迴路回應之幅值及相位。圖6D展示系統之僅在輸入之諧波處的封閉迴路回應、及來自輸入之諧波的+/-1 Hz之幅值及相位。圖6D展示諧波處之增益為單位增益，從而確證將精確跟隨具有週期T p之週期性輸入。在圖6D中，具有恰好0 dB增益及0相位（單位增益）之點恰好在輸入之諧波處，具有-0.04 dB的增益及+/-5度之相位的點在輸入之諧波之上及之下1 Hz。
圖7A、圖7B、圖7C及圖7D說明根據本發明之一個具體實例的可實施於電漿電源輸送系統中之具有W e=0.1之實例組合之跨週期控制器及週期內控制器500的屬性。為了易於說明，在圖7中，設備P 506為簡單之單位增益區塊，取樣週期T s= 1 μs，重複週期T p= 1 ms，且因此N = T p/T s= 1000，k e= 62.83且k a= 62830。在圖7A中展示組合之跨週期及週期內控制器之迴路增益之波德圖。迴路增益與傳統週期內控制器極為不同。在100 Hz處存在第一增益交越頻率，其介於10 Hz之W e=1的交越頻率與10 kHz之W e=0的交越之間。增益之幅值在輸入的諧波（1/T p之倍數）處返回至較高但有限值；組合之跨週期及週期內控制器之獨特屬性。圖7B展示迴路增益之倪奎式圖表。為了便於解釋倪奎式圖表，迴路增益之幅值按log 2(1 + log 2(1 + •))縮放。此映射將0映射至0、1映射至1，且單調遞增，因此吾等仍可驗證複雜平面中之點-1 + j0是未經環繞。儘管波德圖中存在多個增益交叉點，但倪奎式圖表展示系統為穩定的。圖7C展示系統之封閉迴路回應之幅值及相位。圖7D展示系統之僅在輸入之諧波處的封閉迴路回應、及來自輸入之諧波的+/-1 Hz之幅值及相位。圖7D展示輸入之前幾個諧波處之增益接近於單位增益，從而展示將以良好精度跟隨輸入的前幾個諧波分量。
圖8A、圖8B、圖8C及圖8D說明根據本發明之一個具體實例的可實施於電漿電源輸送系統中之具有W e=0.01之實例組合之跨週期控制器及週期內控制器500之實例的屬性。在圖8中，設備P 506為簡單之單位增益區塊，取樣週期T s= 1 μs，重複週期T p= 1 ms，且因此N = Tp/Ts = 1000，k e= 62.83且k a= 62830。在圖8A中展示組合之跨週期及週期內控制器之迴路增益之波德圖。迴路增益接近傳統週期內控制器之迴路增益。在9.1 kHz處存在第一增益交越頻率，其介於10 Hz之We=1的交越頻率與10 kHz之We=0的交越之間。隨著頻率增加，增益之幅值返回至高於單位兩倍多之值。圖8B展示迴路增益之倪奎式圖表。為了便於解釋倪奎式圖表，迴路增益之幅值按log 2(1 + log 2(1 + •))縮放。此映射將0映射至0、1映射至1且單調遞增，因此吾等仍可驗證複雜平面中之點-1 + j0是未經環繞。儘管波德圖中存在多個增益交叉點，但倪奎式圖表展示系統為穩定的。圖8C展示系統之封閉迴路回應之幅值及相位。圖7D展示系統之僅在輸入之諧波處的封閉迴路回應及來自輸入之諧波的+/-1 Hz之幅值及相位。圖7D展示輸入之前幾個諧波處之增益接近於單位增益，從而展示將以良好精度跟隨輸入的前幾個諧波分量。此控制器接近具有10 kHz增益交越頻率之週期內控制器的效能。
圖9說明實例組合之跨週期及週期內控制器900之多輸入多輸出版本之方塊圖，其可實施於根據本發明之一個具體實例的電漿電源輸送系統中。輸入901由類比至數位轉換器902以1/T s之取樣速率取樣且數位化。（輸入可能已作為資料串流存在，在此情況下不使用轉換器902。）輸入為多維的且可例如含有用於輸出電源及發生器源阻抗之輸入。輸出907由類比至數位轉換器909取樣且數位化。（輸出可為衍生於輸出之量測的數位資料串流，在此情況下類比至數位轉換器可能未如所展示實施。）輸出為多維的且可例如包括呈現給發生器之輸出電源及阻抗之量測。輸入901及輸出907之維度不必一致。此係由於輸出之元素可含有某物的量測，其經最小化或最大化，且因此不需要輸入（例如，呈現給發生器之負載阻抗與所要負載阻抗之不匹配）。此外，若可僅設定值且不需要對應量測（例如，設定發生器源阻抗），則輸入之元素可不需要對應量測。輸入901、控制輸入904、擾動908及輸出907之量測值儲存於記憶體910中。控制器903根據在輸入之一個週期Tp之前和在一個取樣週期T s之前儲存於記憶體中的值，產生至設備之控制輸入c 904。選擇N及T s以滿足T p=NT s。在一些具體實例中，設備906可包括發生器及匹配網路（亦即，求和可產生均穿過數位至類比轉換器905之兩個不同控制信號）。
除計算對設備904之控制輸入的值以外，控制器亦可產生添加至所計算控制中之擾動908。添加至擾動908中之設備的控制輸入904由數位至類比轉換器905轉換成類比信號且施加至設備906。擾動908可用於提取介於控制輸入904與輸出907之間的相關性。舉例而言，擾動主要控制輸出電源（例如，至發生器之驅動電平）的904中控制元件，且觀測由電漿負載（或匹配網路）呈現給發生器之輸出電源及阻抗兩者的改變，以及接著擾動主要控制呈現給發生器之阻抗（例如，發生器頻率）的控制元件，且觀測由電漿負載（或匹配網路）呈現給發生器之輸出電源及阻抗兩者，這些動作允許控制器提取介於控制輸入904與輸出907之間的相關性。若輸入被週期性地調變，則亦調變控制輸入904與輸出907之間的相關性（假定負載為非線性的，如大多數電漿負載之情況）。跨週期控制器可在重複輸入循環內關聯每一特定時間週期之控制輸入904及輸出907。舉例而言，對於T p=1 ms及T s=1 µs，控制器可針對輸入中之1000個時間週期中之每一者而保持使904與907相關的1000個矩陣。除針對每一特定時間週期提取控介於制輸入904之元素與輸出907之元素之間的相關性以外，亦可在不同時間週期之間提取相關性。舉例而言，控制器可判定一個時間週期中之控制輸入之元素的變化如何影響連續時間週期中之輸出。
簡單實例說明瞭解這些相關性之優勢。考慮關於如何在週期性輸入中更新第7時間週期之二維控制向量（例如，驅動及頻率）及二維輸出（例如，輸出電源及負載阻抗）的決策。使第7時間週期之輸出中之所要變化為：
Figure 02_image001
假設經由擾動評估第7時間週期中之輸出與第6及第7時間週期中之控制輸入之間的相關性：
Figure 02_image003
由此得出（大約）：
Figure 02_image005
當需要調整第7時間週期之輸入時，已對第6時間週期之輸入做出變化，因此：
Figure 02_image007
係已知的且由此得出：
Figure 02_image009
簡單實例使用至設備之兩個輸入（驅動及頻率）及兩個輸出（輸出電源及負載阻抗）。輸出電阻僅為負載阻抗之一個分量。在實際應用中，負載阻抗係重要的，而非僅負載阻抗之電阻部分係重要的。在此情況下，將利用第三輸入（例如，匹配網路中之可變電抗元件），或可採用最佳化技術來僅使用控制三個輸出的兩個輸入而非實例中之簡單計算來尋找最佳解決方案。
多輸入多輸出控制與跨週期控制結合，允許控制一個控制迴路中之多個參數。此避免了干擾控制迴路之問題，其通常需要針對同一電漿電源輸送系統中之不同控制迴路使用廣泛不同之速度。
跨週期控制允許單一控制器更容易地控制多個發生器將電源輸送至同一電漿系統。跨週期及週期內控制器之資料速率係相同的，此係由於至設備之控制輸入以取樣速率1/T s更新。然而，週期內控制器需要來自較早的一個取樣週期T s之資訊以更新至設備之當前控制輸入，而跨週期控制器需要來自較早的一個輸入週期T p之資訊以更新至設備之控制輸入。由於在大多數情況下T p比T s長多倍，故在跨週期控制器需要資訊之前，更易於獲得至控制器及來自控制器之資訊。因此，跨週期控制器可更加容易地考慮不同發生器之間的互動，以改良向同一電漿系統輸送電源之所有發生器之整體控制。
沿著這些線，圖10說明多發生器電源輸送系統1000之具體實例。電源輸送系統1000包括三個發生器1002a、1002b、1002c，諸如圖9中之設備906，各自具有匹配網路1004a、1004b、1004c，該匹配網路用於發生器1002a、1002b、1002c將電源提供至電漿負載1006時使反射電源最小化。包括感測器1014a、1014b、1014c，以用於監視發生器1002a、1002b、1002c電壓、電流、相位、阻抗及功率。感測器1014a、1014b、1014c可為每一發生器1002a、1002b、1002c之部分，或耦接至每一發生器1002a、1002b、1002c，或在每一發生器1002a、1002b、1002c外部。感測器1014a、1014b、1014c將電壓、電流、相位、功率及阻抗量測值中繼至跨週期控制器1012。
感測器1014a、1014b、1014c亦可將包括諸如品牌、製造型號、組態及操作參數之資訊的自身之標識中繼至跨週期控制器1012。發生器1002a、1002b、1002c及匹配網路1004a、1004b、1004c，亦可例如分別經由RF引擎1013a、1013b、1013c及阻抗控制系統1015a、1015b、1015c將自身識別至跨週期控制器1012。
跨週期控制器1012可管理介於發生器1002a、1002b、1002c、匹配網路1004a、1004b、1004c與感測器1014a、1014b、1014c之間的通信。跨週期控制器1012亦經組態以將關於如何及何時調整內部參數之指令，傳遞至發生器1002a、1002b、1002c及匹配網路1004a、1004b、1004c。以此方式，跨週期控制器1012使得發生器1002a、1002b、1002c及匹配網路1004a、1004b、1004c，能夠一致地且以考慮組件之間的變化以及其他組件之操作的方式操作。在一些情況下，電源輸送系統1000之此統一操作亦可考慮諸如電漿腔室氣體化學或處理端點之非電性因素。在一具體實例中，發生器1002a、1002b、1002c之頻率可經調諧，同時亦調諧匹配網路1004a、1004b、1004c。
在此多發生器具體實例中，所屬技術領域中之特定挑戰是產生一致電源，此係由於每一發生器1002a、1002b、1002c經由傳輸媒體1010a、1010b、1010c或電漿負載1006見到其他發生器1002a、1002b、1002c（取決於組態）。換言之，傳統多發生器系統受困擾於發生器1002a、1002b、1002c之間的串擾相互作用。藉由使得發生器1002a、1002b、1002c及匹配網路1004a、1004b、1004c能夠經由跨週期控制器1012彼此連通，且藉由跨週期控制器1012考慮到所有這些組件之操作同時控制，可將一致且準確的電源提供至電漿負載1006。
在一具體實例中，使用者可與外部控制器1020互動，外部控制器1020與跨週期控制器1012通信。外部控制器1020可將指令及資料兩者發送至跨週期控制器1112，且自跨週期控制器1112接收指令及資料兩者。發生器1002a、1002b、1002c及匹配網路1004a、1004b、1004c之使用者控制藉助於外部控制器1020經由跨週期控制器1012進行。
雖然跨週期控制器1012說明為發生器1002a之部分，但其亦可為發生器1002b或發生器1002c之一部分。替代地，亦可使用電源輸送系統1000內之所有其他位置。
此外，跨週期控制器1012可與每一發生器1002a、1002b、1002c之RF引擎1013a、1013b、1013c及每一匹配網路1004a、1004b、1004c之阻抗控制系統1015a、1015b、1015c通信。特定言之，跨週期控制器1012可與這些子組件通信且將指令傳遞至這些子組件。以此方式，跨週期控制器1012可發指令給發生器1002a、1002b、1002c及匹配網路1004a、1004b、1004c以更改操作參數，諸如脈衝頻率、電源及可變電容器位置，僅舉三個非限制性實例。
在一些具體實例中，跨週期控制器1012可根據關於圖3A、3B、5及9所描述之具體實例中之任一者實施。舉例而言，跨週期控制器1012可針對給定設定點比較過去之一或多個循環的發生器1002a、1002b、1002c之輸出之量測值，且在設定點處使用過去之量測值以產生當前誤差信號，且因此產生用於RF引擎1013a、1013b、1013c及/或阻抗控制系統1015a、1015b、1015c之控制信號。在跨週期控制器1012之一些實施方案中，控制器可視為多輸入多輸出（MIMO）控制器。特定言之，至跨週期控制器1012之輸入（例如，電源輸送設定點及脈衝頻率設定點）可為多維陣列，且可例如含有用於輸出電源及發生器源阻抗之輸入。輸出可由類比及數位轉換器取樣且數位化（輸出可為衍生於輸出之量測的數位資料串流，在此情況下類比至數位轉換器可不實施）。輸出可為多維的且可例如包括來自發生器1002a、1002b、1002c之輸出電源及呈現給發生器1002a、1002b、1002c之阻抗之量測值。輸入及輸出之維度不必一致。除針對每一特定時間週期提取介於控制輸入之元素與發生器輸出之元素之間的相關性以外，亦可在不同時間週期之間提取相關性。舉例而言，跨週期控制器1012可判定一個時間週期中之控制輸入之元素的變化如何影響連續時間週期中之輸出。
跨週期控制器1012亦可用於使用關於在過去一或多個週期呈現給發生器1002a、1002b、1002c之阻抗及/或匹配網路1004a、1004b、1004c中之可變阻抗元件之值的資訊，來阻抗匹配（或調諧發生器1002a、1002b、1002c且同時阻抗匹配）。這些先前阻抗量測可用以在目前調整匹配網路1004a、1004b、1004c內之可變阻抗元件。資訊可用於計算對可變阻抗匹配元件之調整而不首先產生誤差信號。
跨週期控制器1012可藉由自發生器輸出減去至發生器1002a、1002b、1002c之輸入而獲得誤差函數，如由感測器1014a、1014b、1014c所量測。且此誤差函數可用以產生對RF引擎1013a、1013b、1013c之控制。
圖11說明多發生器電源輸送系統1100之另一具體實例。圖11不同於圖10，不同之處在於感測器1114a、1114b、1114c配置於匹配網路1104a、1104b、1104c之輸出處，而非發生器1102a、1102b、1102c之輸出處。感測器1114a、1114b、1114c經組態以藉由量測在匹配網路1104a、1104b、1104c之輸出處或至電漿負載1106之途中的電壓、電流、相位、阻抗及/或功率，來表徵每一發生器1102a、1102b、1102c及匹配網路1104a、1104b、1104c之電源。
感測器1114a、1114b、1114c及發生器1102a、1102b、1102c可分別經由RF引擎及阻抗控制系統1115a、1115b、1115c，將自身識別至跨週期控制器1112。
電源輸送系統1100可經由外部控制器1120與使用者互動。外部控制器1120可與跨週期控制器1112通信，且將指令及資料兩者發送至跨週期控制器1112，且自跨週期控制器1112接收指令及資料兩者。
如在先前具體實例中，跨週期控制器1112可如所說明作為發生器1102a之部分或作為電源輸送系統1100內或鄰近這些組件中之任一者、但仍在電源輸送系統1100內的其他組件中之任一者的部分而配置。
雖然針對每一匹配網路1104a、1104b、1104c說明阻抗控制系統1115a、1115b、1115c，但所屬技術領域具有通常知識者將認識到，這些組件可表示單獨硬體（或軟體或韌體）組件，或包含用於每一匹配網路1104a、1104b、1104c之單獨邏輯區塊的單一硬體組件。在一替代具體實例中，單一阻抗控制系統（未說明）可控制所有三個匹配網路1104a、1104b、1104c之操作參數。
在另一具體實例中，感測器1114a、1114b、1114c可由位於介於匹配網路1104a、1104b、1104c與電漿負載1106之間的單一感測器替換。單一感測器可量測電壓、電流、相位、阻抗及功率，正如所說明之三個感測器1114a、1114b、1114c經組態以進行的。
儘管發生器1102a、1102b、1102c及匹配網路1104a、1104b、1104c經說明為經由相同信號路徑（在匯流排組態中）與跨週期控制器1112通信，但在其他具體實例中，每一組件可具有至跨週期控制器1112之單獨信號路徑。替代地，發生器1102a、1102b、1102c可具有至跨週期控制器1112之一個信號路徑，而匹配網路1104a、1104b、1104c具有至跨週期控制器1112之另一信號路徑。感測器1114a、1114b、1114c亦可具有其至跨週期控制器1112之自有信號路徑。
在一些具體實例中，跨週期控制器1112可根據關於圖3A、3B、5及9所描述之具體實例中之任一者實施。舉例而言，跨週期控制器1112可針對給定設定點比較過去之一或多個循環的匹配網路1104a、1104b、1104c之輸出之量測值，且在設定點處使用過去之量測值以產生當前誤差信號，且因此產生用於RF引擎1113a、1113b、1113c及/或阻抗控制系統1115a、1115b、1115c之控制信號。在跨週期控制器1112之一些實施方案中，控制器可視為多輸入多輸出（MIMO）控制器。特定言之，至跨週期控制器1112之輸入（例如，電源輸送設定點及脈衝頻率設定點）可為多維陣列，且可例如含有用於輸出電源及發生器源阻抗之輸入。輸出可由類比及數位轉換器取樣且數位化（輸出可為衍生於輸出之量測的數位資料串流，在此情況下類比至數位轉換器可不實施）。輸出可為多維的且可例如包括來自匹配1104a、1104b、1104c之輸出電源及匹配阻抗之量測值。輸入及輸出之維度不必一致。除針對每一特定時間週期提取介於控制輸入之元素與匹配輸出之元素之間的相關性以外，亦可在不同時間週期之間提取相關性。舉例而言，跨週期控制器1112可判定一個時間週期中之控制輸入之元素的變化如何影響連續時間週期中之輸出。
跨週期控制器1112亦可用於使用關於在過去一或多個週期呈現給發生器1102a、1102b、1102c之阻抗及/或匹配網路1104a、1104b、1104c中之可變阻抗元件之值的資訊，來阻抗匹配（或調諧發生器1102a、1102b、1102c且同時阻抗匹配）。這些先前阻抗量測可用以在目前調整匹配網路1104a、1104b、1104c內之可變阻抗元件。資訊可用於計算對可變阻抗匹配元件之調整而不首先產生誤差信號。
跨週期控制器1112可藉由自匹配輸出減去至發生器1102a、1102b、1102c之輸入而獲得誤差函數，如由感測器1114a、1114b、1114c在匹配輸出處所量測。且此誤差函數可用以產生對RF引擎1113a、1113b、1113c之控制。
圖12說明多發生器電源輸送系統1200之又一具體實例。圖12不同於圖10及11，不同之處在於那些圖式之感測器在此處藉由配置於電漿負載1206之輸入處的單一感測器1214替換。感測器1214經組態以表徵每一發生器1202a、1202b、1202c及匹配網路1204a、1204b、1204c之電源。
電源輸送系統1200可經由外部控制器1220與使用者互動。外部控制器1220可與跨週期控制器1212通信，且將指令及資料兩者發送至跨週期控制器1212，且自跨週期控制器1212接收指令及資料兩者。
儘管發生器1202a、1202b、1202c及匹配網路1204a、1204b、1204c經說明為經由相同信號路徑（在匯流排組態中）與跨週期控制器1212通信，但在其他具體實例中，每一組件可具有至跨週期控制器1212之單獨信號路徑。替代地，發生器1202a、1202b、1202c可具有至跨週期控制器1212之一個信號路徑，而匹配網路1204a、1204b、1204c具有至跨週期控制器1212之另一信號路徑。感測器1214a、1214b、1214c亦可具有其至跨週期控制器1212之自有信號路徑。
在一些具體實例中，跨週期控制器1212可根據關於圖3A、3B、5及9所描述之具體實例中之任一者實施。舉例而言，跨週期控制器1212可針對給定設定點比較過去之一或多個循環的匹配網路1204a、1204b、1204c之輸出之量測值，且在設定點處使用過去之量測值以產生當前誤差信號，且因此產生用於RF引擎1213a、1213b、1213c及/或阻抗控制系統1215a、1215b、1215c之控制信號。在跨週期控制器1212之一些實施方案中，控制器可視為多輸入多輸出（MIMO）控制器。特定言之，至跨週期控制器1212之輸入（例如，電源輸送設定點及脈衝頻率設定點）可為多維陣列，且可例如含有用於輸出電源及發生器源阻抗之輸入。輸出可由類比及數位轉換器取樣且數位化（輸出可為衍生於輸出之量測的數位資料串流，在此情況下類比至數位轉換器可不實施）。輸出可為多維的且可例如包括來自匹配網路1204a、1204b、1204c之總計輸出電源及電漿負載1206阻抗之量測值。輸入及輸出之維度不必一致。除針對每一特定時間週期提取介於控制輸入之元素與匹配輸出之元素之間的相關性以外，亦可在不同時間週期之間提取相關性。舉例而言，跨週期控制器1212可判定一個時間週期中之控制輸入之元素的變化如何影響連續時間週期中之輸出。
跨週期控制器1212亦可用於使用關於在過去一或多個週期呈現給發生器1202a、1202b、1202c之阻抗及/或匹配網路1204a、1204b、1204c中之可變阻抗元件之值的資訊，來阻抗匹配（或調諧發生器1202a、1202b、1202c且同時阻抗匹配）。這些先前阻抗量測可用以在目前調整匹配網路1204a、1204b、1204c內之可變阻抗元件。資訊可用於計算對可變阻抗匹配元件之調整而不首先產生誤差信號。
跨週期控制器1212可藉由自匹配輸出減去至發生器1202a、1202b、1202c之輸入而獲得誤差函數，如由感測器1214在電漿負載1206處（例如，在處理腔室處）所量測。且此誤差函數可用以產生對RF引擎1213a、1213b、1213c之控制。
雖然圖10至12之每一外部控制器說明為具有其至本端控制器之自有信號路徑，但在替代具體實例中，每一外部控制器可共用由感測器發生器使用之相同信號路徑，且匹配網路用相同信號路徑以與本端控制器通信。
儘管圖10至12中所說明之多發生器具體實例展示三組發生器、匹配網路及感測器，但在其他具體實例中，這些組態可藉由兩組或更多組發生器、匹配網路及感測器來實施。在一個具體實例中，可存在單一感測器而非用於每一組發生器及匹配網路之感測器。單一感測器可針對一個發生器本端地量測且針對兩個發生器遠端地量測電源輸出。單一感測器亦可遠端地表徵用於所有三個匹配網路之阻抗。
在跨週期及混合跨週期及週期內控制器之給定實例中，控制器使用在過去一個取樣週期T s或一個重複週期T p信號之樣本。當然，控制器亦可使用在過去多個取樣週期或重複週期信號之樣本。
此方法之一些優勢包括針對脈衝電源及連續波（continuous wave；CW）電源兩者，提供在寬動態範圍內之準確電源調節、在瞬變期間之更快電源穩定及減小之反射電源的能力。
101:輸入 102:誤差信號 103:控制器 104:控制輸入 105:設備 106:輸出 151:輸入 152:誤差信號 153:控制器 154:控制輸入 155:設備 156:輸出 157:取樣器 158:數位至類比轉換器 159:取樣器 200:回應 201:輸入 202:輸出 203:給定點 204:脈衝回應 205:週期 250:回應 251:輸入 252:輸出 253:點 254:脈衝回應 300:跨週期控制器 301:方塊 302:方塊 303:輸入 304:類比至數位轉換器 305:切換器 306:切換器 307:數位至類比轉換器 308:設備 309:輸出 310:誤差函數 311:誤差函數 312:輸出 313:取樣器 350:跨週期控制器 351:輸入 352:類比至數位轉換器 353:誤差函數 354:控制器 355:設備 356:數位至類比轉換器 357:設備 358:輸出 359:類比至數位轉換器 400:回應 401:週期性輸入 402:輸出 403:輸入 404:輸出 450:回應 451:點 500:組合之跨週期及週期內控制器 501:輸入 502:類比至數位轉換器 503:誤差函數 504:控制器 505:等式 506:設備 507:數位至類比轉換器 508:設備 509:輸出 510:類比至數位轉換器 900:組合之跨週期及週期內控制器 901:輸入 902:類比至數位轉換器 903:控制器 904:控制輸入 905:數位至類比轉換器 906:設備 907:輸出 908:擾動 909:類比至數位轉換器 910:記憶體 1000:電源輸送系統 1002a:發生器 1002b:發生器 1002c:發生器 1004a:匹配網路 1004b:匹配網路 1004c:匹配網路 1006:電漿負載 1010a:傳輸媒體 1010b:傳輸媒體 1010c:傳輸媒體 1012:跨週期控制器 1013a:RF引擎 1013b:RF引擎 1013c:RF引擎 1014a:感測器 1014b:感測器 1014c:感測器 1015a:阻抗控制系統 1015b:阻抗控制系統 1015c:阻抗控制系統 1020:外部控制器 1100:電源輸送系統 1102a:發生器 1102b:發生器 1102c:發生器 1104a:匹配網路 1104b:匹配網路 1104c:匹配網路 1106:電漿負載 1112:跨週期控制器 1113a:RF引擎 1113b:RF引擎 1113c:RF引擎 1114a:感測器 1114b:感測器 1114c:感測器 1115a:阻抗控制系統 1115b:阻抗控制系統 1115c:阻抗控制系統 1120:外部控制器 1200:電源輸送系統 1202a:發生器 1202b:發生器 1202c:發生器 1204a:匹配網路 1204b:匹配網路 1204c:匹配網路 1206:電漿負載 1212:跨週期控制器 1213a:RF引擎 1213b:RF引擎 1213c:RF引擎 1214:感測器 1215a:阻抗控制系統 1215b:阻抗控制系統 1215c:阻抗控制系統 1220:外部控制器
本發明之技術的各種特徵及優勢將自那些技術之特定具體實例之以下描述，如隨附圖式中所說明而顯而易見。應注意，各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。此外，在圖式中，相同參考標號在不同視圖中可指代相同部件。各圖式僅描繪本發明之典型具體實例，且因此不應視為限制於範圍中。
[圖1A]說明可用於控制電漿電源輸送系統之簡單類比週期內控制系統，且[圖1B]說明可用於控制電漿電源輸送系統之簡單數位週期內控制系統。
[圖2A]說明相對緩慢週期內控制系統對週期性輸入之回應，且[圖2B]說明相對快速週期內控制系統對週期性輸入之回應。
[圖3A]及[圖3B]說明根據本發明之具體實例的可實施於電漿電源輸送系統中之實例跨週期（inter-period）控制器的方塊圖。
[圖4A]至[圖4D]說明實例跨週期控制器對週期性輸入之回應。
[圖5]說明根據本發明之一個具體實例的可實施於電漿電源輸送系統中之實例組合跨週期及週期內（intra-period）控制器的方塊圖。
[圖6A]說明隨實例純跨週期控制器之迴路增益為頻率的一函數。
[圖6B]說明用於產生圖6A之迴路增益之跨週期控制器的迴路增益之倪奎式（Nyquist）圖表。
[圖6C]說明產生圖6A之迴路增益的跨週期控制器之封閉迴路回應為頻率的一函數。
[圖6D]說明在純跨週期控制器之封閉迴路回應為在輸入波形之諧波處及附近之頻率的一函數。
[圖7A]說明隨實例組合跨週期及週期內控制器之迴路增益為頻率的一函數，其中對於跨週期部分具有0.1加權且對於週期內部分具有0.9加權。
[圖7B]說明與圖7A相關之迴路增益之倪奎式圖表。
[圖7C]說明隨與圖7A相關之實例組合控制器之封閉迴路回應為頻率的一函數。
[圖7D]說明隨在與圖7A相關之組合跨週期及週期內控制器之封閉迴路回應為在輸入波形之諧波處及附近的頻率的一函數。
[圖8A]說明隨實例組合跨週期及週期內控制器之迴路增益為頻率的一函數，其中對於跨週期部分具有0.01加權且對於週期內部分具有0.99加權。
[圖8B]說明與圖8A相關之組合控制器之迴路增益的倪奎式圖表。
[圖8C]說明隨與圖8A相關之組合控制器之封閉迴路回應為頻率的一函數。
[圖8D]說明隨在與圖8A相關之相同組合跨週期及週期內控制器之封閉迴路回應為在輸入波形之諧波處及附近的頻率的一函數。
[圖9]說明根據本發明之一個具體實例的組合跨週期及週期內控制器之多輸入多輸出版本之方塊圖。
[圖10]說明多發生器電源輸送系統之具體實例。
[圖11]說明多發生器電源輸送系統之另一具體實例。
[圖12]說明多發生器電源輸送系統之又一具體實例。
1000:電源輸送系統
1002a:發生器
1002b:發生器
1002c:發生器
1004a:匹配網路
1004b:匹配網路
1004c:匹配網路
1006:電漿負載
1010a:傳輸媒體
1010b:傳輸媒體
1010c:傳輸媒體
1012:跨週期控制器
1013a:RF引擎
1013b:RF引擎
1013c:RF引擎
1014a:感測器
1014b:感測器
1014c:感測器
1015a:阻抗控制系統
1015b:阻抗控制系統
1015c:阻抗控制系統
1020:外部控制器

Claims (20)

  1. 一種電源輸送系統，其包含： 一發生器，其可經組態以產生一電源信號，該電源信號包含一週期性重複模式，該週期性重複模式在包含該電源信號之一週期的一時間週期內產生； 一感測器，其經組態以用於該發生器之一輸入與一阻抗匹配網路之間的配置；及 一控制器，其經組態以基於由該感測器進行的該週期性重複模式之一量測、及介於多維控制輸入值之元素與多維輸出值之元素之間的複數個相關性，來同時調諧該發生器及該阻抗匹配網路。
  2. 如請求項1之電源輸送系統，其中：該控制器經組態以基於在一當前週期之前的一週期中採取之該週期性重複模式之該量測、與在該當前週期期間的該週期性重複模式之一量測結合，來控制該週期性重複模式。
  3. 如請求項1之電源輸送系統，其中該發生器經組態以藉由一規定模式產生該週期性重複模式，其中該規定模式以一重複週期重複，且其中在一當前週期之前的一週期中採取之該週期性重複模式之該量測，在過去一或多個重複週期進行。
  4. 如請求項3之電源輸送系統，其中該控制器經組態以判定及使用介於用於該週期性重複模式中之一特定時間週期的該些多維控制輸入值之該些元素、與用於該特定時間週期的該些多維輸出值之該些元素之間的該複數個相關性。
  5. 如請求項4之電源輸送系統，其中該週期性重複模式之一個元素為電壓、電流及功率或其組合中之一者，且該週期性重複模式之另一元素為呈現給該發生器之阻抗及該發生器之一源阻抗中之一者。
  6. 如請求項1之電源輸送系統，其中由該感測器進行的該週期性重複模式之該量測，是在該週期性重複模式之一當前週期之前的該電源信號之一週期中採取。
  7. 如請求項1之電源輸送系統，其中該控制器經組態以在該發生器之一脈衝之一開始之前，將該脈衝之一開始之一指示提供至該感測器。
  8. 如請求項1之電源輸送系統，其中該控制器經組態以識別該發生器、該阻抗匹配網路及該感測器中之兩者或更多者之品牌、型號、序列號、部件號、單元類型、狀態、設定點及組態中之一或多者。
  9. 一種電源輸送系統，其包含： 一控制系統；及 一記憶體，其與該控制系統通信； 其中該控制系統經組態以： 產生以一重複週期重複之一輸出信號； 儲存由配置於至介於一發生器之一輸入與一阻抗匹配網路之間的一單一感測器所量測的該輸出信號之量測； 產生及儲存多維控制輸入值之元素與多維輸出值之元素之間的複數個相關性；及 基於介於該些多維控制輸入值之元素與該些多維輸出值之元素之間的該複數個相關性，控制該輸出信號之一電壓、電流及相位及由該發生器所見之一阻抗。
  10. 如請求項9之電源輸送系統，其中該控制系統經組態以組合自一或多個先前重複週期採取的該輸出信號之量測、與自一當前重複週期採取的該輸出信號之量測。
  11. 如請求項9之電源輸送系統，其中該控制系統經組態以產生及使用介於相對於該重複週期之一開始的一個時間處的該些多維控制輸入值之該些元素、與在與該重複週期之該開始相同之一時間處的該些多維輸出值之該些元素之間的該複數個相關性。
  12. 如請求項9之電源輸送系統，其中該些多維輸出值之該些元素中之一者包含該輸出信號之該電壓、該電流及一功率中之至少一者，其中該些多維輸出值之該些元素中之另一者包含呈現給該發生器之一負載阻抗及該發生器之一源阻抗中之至少一者。
  13. 如請求項9之電源輸送系統，其中該控制系統經組態以基於所儲存之自一或多個先前重複週期採取的該輸出信號之量測來控制該輸出信號。
  14. 如請求項9之電源輸送系統，其中該控制系統經組態以在該發生器之一脈衝之一開始之前，將該脈衝之該開始之一指示提供至該單一感測器。
  15. 如請求項9之電源輸送系統，其中該控制系統經組態以識別該發生器、該阻抗匹配網路及該單一感測器中之兩者或更多者。
  16. 一種電源控制系統，其包含： 一電漿處理腔室，其用以含有一電漿； 一發生器，其產生一電源信號，該電源信號藉由以一重複週期重複之一週期性調變模式而調變該電漿之電漿屬性； 一阻抗匹配網路，其耦接至該電漿處理腔室及該發生器； 一感測器，其經組態以監視該電源信號之該週期性調變模式；及 控制構件，其以可操作方式耦接至該感測器、該阻抗匹配網路及該發生器，該控制構件經組態以基於如由該感測器所量測、且在過去該週期性調變模式之一或多個重複週期處所採取的該週期性調變模式，來同時調諧該阻抗匹配網路及該發生器。
  17. 如請求項16之電源控制系統，其中該控制構件包含構件，其用於基於如由該感測器所量測、且在過去該週期性調變模式之一或多個重複週期處所採取的該週期性調變模式、與如由該感測器所量測之在過去小於該週期性調變模式之一重複週期處所採取的該週期性調變模式之一量測結合，來控制該阻抗匹配網路中之一可變阻抗元件。
  18. 如請求項16之電源控制系統，其中該控制構件經組態以基於介於多維控制輸入值之元素與多維輸出值之元素之間的複數個相關性，來同時調諧該阻抗匹配網路及該發生器。
  19. 如請求項16之電源控制系統，其中該控制構件經組態以基於指示在過去該週期性調變模式之一或多個重複週期採取的一負載阻抗之一量測，來同時調諧該阻抗匹配網路及該發生器。
  20. 如請求項16之電源控制系統，其中該控制構件經組態以識別該發生器、該阻抗匹配網路及該感測器中之兩者或更多者。
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