(57)【要約】励振器と、パワー増幅器と、フィルタと、センサと、周波数同調サブシステムとを含む、無線周波数（ＲＦ）発生器が、提供される。周波数同調サブシステムは、プラズマ負荷のインピーダンス軌道を受信することと、複素反射係数平面内の基準点を受信することであって、基準点は、基準点および原点を通過する基準ベクトル上に置かれる、ことと、センサから、プラズマ負荷の測定されるインピーダンスを受信することと、基準ベクトルと、基準点と測定されるインピーダンスに対応する複素反射係数平面内の点とを通過する線との間の測定角を決定することと、事前決定される定数によって測定角をスケーリングし周波数ステップを産出することと、初期周波数に周波数ステップを追加し調節される周波数を産出することと、励振器に、調節される周波数で発振する信号を生成させることとを含む方法を実施するための命令を含有する、非一過性、有形、機械可読の媒体を含む。
2019515429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ＲＦ）発生器であって、
初期周波数で発振する信号を生成する励振器と、
前記信号を増幅させ、増幅された発振信号を産出するパワー増幅器と、
前記増幅された発振信号をフィルタリングし、プラズマ処理チャンバ内のプラズマ負荷にパワーを供給する出力信号を産出するフィルタと、
前記プラズマ負荷の少なくとも１つの特性を感知するセンサと、
周波数同調サブシステムであって、前記周波数同調サブシステムは、
励振器周波数の関数として、前記プラズマ負荷のインピーダンス軌道を産出することと、
複素反射係数平面内の基準点を受信することであって、前記基準点は、前記複素反射係数平面の基準点および原点を通過する基準ベクトル上に置かれる、ことと、
前記センサから、前記プラズマ負荷のインピーダンスの測定値を受信することであって、前記測定されるインピーダンスは、前記インピーダンス軌道に沿って置かれる、ことと、
複素反射係数の観点から表現されるように、前記基準ベクトルと、前記基準点と前記測定されるインピーダンスに対応する前記複素反射係数平面内の点とを通過する線との間の測定角を決定することと、
事前決定される定数によって前記測定角をスケーリングし、周波数ステップを産出することと、
前記初期周波数に前記周波数ステップを追加し、調節される周波数を産出することと、
前記励振器に、前記調節される周波数で発振する信号を生成させることと
を行うように構成される、周波数同調サブシステムと
を備える、発生器。
【請求項２】
前記ＲＦ発生器は、１つ以上の整合ネットワークを通して前記プラズマ負荷にパワーを供給するように構成される、請求項１に記載のＲＦ発生器。
【請求項３】
前記周波数同調サブシステムは、反復的に、
前記センサから、前記プラズマ負荷の測定されるインピーダンスを受信することと、
前記基準ベクトルと、前記基準点と前記測定されるインピーダンスに対応する前記複素反射係数平面内の前記点とを通過する前記線との間の前記測定角を決定することと、
前記事前決定される定数によって前記測定角をスケーリングし、前記周波数ステップを産出することと、
前記初期周波数に前記周波数ステップを追加し、前記調節される周波数を産出することと、
前記励振器に、前記調節される周波数で発振する前記信号を生成させることと
を行うように構成される、請求項１に記載のＲＦ発生器。  
【請求項４】
前記周波数同調サブシステムは、前記測定されるインピーダンスに対応する複素反射係数の大きさが、事前決定される閾値より小さくなるまで、反復的に、
前記センサから、前記プラズマ負荷の測定されるインピーダンスを受信することと、
前記基準ベクトルと、前記基準点と前記測定されるインピーダンスに対応する前記複素反射係数平面内の前記点とを通過する前記線との間の前記測定角を決定することと、
前記事前決定される定数によって前記測定角をスケーリングし、前記周波数ステップを産出することと、
前記初期周波数に前記周波数ステップを追加し、前記調節される周波数を産出することと、
前記励振器に、前記調節される周波数で発振する前記信号を生成させることと
を行うように構成される、請求項３に記載のＲＦ発生器。
【請求項５】
前記周波数同調サブシステムは、前記測定角から前記事前決定される離調角を減じ、かつ前記事前決定される定数によって差異をスケーリングすることによって、前記周波数ステップを産出するように構成される、請求項１に記載のＲＦ発生器。
【請求項６】
前記周波数同調サブシステムは、各反復において、前記測定角から前記事前決定される離調角を減じ、かつ前記事前決定される定数によって前記差異をスケーリングすることによって、前記周波数ステップを産出するように構成される、請求項３に記載のＲＦ発生器。
【請求項７】
前記周波数同調サブシステムは、前記複素反射係数平面内の複素反射係数の観点から表現されるように、前記測定されるインピーダンスに対応する複素反射係数と、前記インピーダンス軌道上の前記事前決定される離調点との間の差異の大きさが、事前決定される閾値より小さいとき、反復周波数調整を終了させるように構成される、請求項６に記載のＲＦ発生器。
【請求項８】
前記周波数同調サブシステムは、前記測定角を１を上回るパワーに上昇させ、かつ前記事前決定される定数によって結果をスケーリングすることによって、前記周波数ステップを産出するように構成される、請求項１に記載のＲＦ発生器。
【請求項９】
前記周波数同調サブシステムは、前記インピーダンス軌道を産出し、前記基準点を受信し、前記測定されるインピーダンスを受信し、前記測定角を決定し、前記測定角をスケーリングし、前記周波数ステップを追加し、前記励振器に前記信号を生成させるための命令でエンコードされる、非一過性、有形、機械可読の媒体を含む、請求項１に記載のＲＦ発生器。
【請求項１０】
無線周波数（ＲＦ）発生器であって、
信号を生成するための手段であって、前記信号は、初期周波数で発振する、手段と、
前記信号を増幅させ、増幅される発振信号を産出するための手段と、
前記増幅される発振信号をフィルタリングし、プラズマ処理チャンバ内のプラズマ負荷にパワーを供給する出力信号を産出するための手段と、
前記プラズマ負荷の少なくとも１つの特性を感知するための手段と、
周波数同調のための手段であって、前記周波数同調のための手段は、
周波数の関数として、前記プラズマ負荷のインピーダンス軌道を産出するための手段と、
複素反射係数平面内の基準点を受信するための手段であって、前記基準点は、前記複素反射係数平面の基準点および原点を通過する基準ベクトル上に置かれる、手段と、
前記感知するための手段から、前記プラズマ負荷のインピーダンスの測定値を受信するための手段であって、前記測定されるインピーダンスは、前記受信されるインピーダンス軌道に沿って置かれる、手段と、
複素反射係数の観点から表現されるように、前記基準ベクトルと、前記基準点と前記測定されるインピーダンスに対応する前記複素反射係数平面内の点とを通過する線との間の測定角を決定するための手段と、
事前決定される定数によって前記測定角をスケーリングし、周波数ステップを産出するための手段と、
前記初期周波数に前記周波数ステップを追加し、調節される周波数を産出するための手段と、
信号を生成するための手段に、前記調節される周波数で発振する信号を生成させるための手段と
を含む、手段と
を備える、発生器。
【請求項１１】
前記ＲＦ発生器は、１つ以上の整合ネットワークを通して前記プラズマ負荷にパワーを供給するように構成される、請求項１０に記載のＲＦ発生器。
【請求項１２】
前記周波数同調のための手段は、反復的に、
前記センサから、前記プラズマ負荷の測定されるインピーダンスを受信することと、
前記基準ベクトルと、前記基準点と前記測定されるインピーダンスに対応する前記複素反射係数平面内の前記点とを通過する前記線との間の前記測定角を決定することと、
前記事前決定される定数によって前記測定角をスケーリングし、前記周波数ステップを産出することと、
前記初期周波数に前記周波数ステップを追加し、前記調節される周波数を産出することと、
前記励振器に、前記調節される周波数で発振する前記信号を生成させることと
を行うための手段を含む、請求項１０に記載のＲＦ発生器。
【請求項１３】
前記周波数同調のための手段は、前記測定されるインピーダンスに対応する複素反射係数の大きさが、事前決定される閾値より小さくなるまで、反復的に、
前記センサから、前記プラズマ負荷の測定されるインピーダンスを受信することと、
前記基準ベクトルと、前記基準点と前記測定されるインピーダンスに対応する前記複素反射係数平面内の前記点とを通過する前記線との間の前記測定角を決定することと、
前記事前決定される定数によって前記測定角をスケーリングし、前記周波数ステップを産出することと、
前記初期周波数に前記周波数ステップを追加し、前記調節される周波数を産出することと、
前記励振器に、前記調節される周波数で発振する前記信号を生成させることと
を行うための手段を含む、請求項１２に記載のＲＦ発生器。
【請求項１４】
前記周波数同調のための手段は、前記測定角から事前決定される離調角を減じ、かつ前記事前決定される定数によって前記差異をスケーリングすることによって、前記周波数ステップを産出するための手段を含む、請求項１０に記載のＲＦ発生器。
【請求項１５】
前記周波数同調のための手段は、各反復において、前記測定角から事前決定される離調角を減じ、かつ前記事前決定される定数によって前記差異をスケーリングすることによって、前記周波数ステップを産出するための手段を含む、請求項１２に記載のＲＦ発生器。
【請求項１６】
前記周波数同調のための手段は、前記複素反射係数平面内の複素反射係数の観点から表現されるように、前記測定されるインピーダンスに対応する複素反射係数と、前記インピーダンス軌道上の事前決定される離調点との間の差異の大きさが、事前決定される閾値より小さいとき、反復周波数調整を終了させるための手段を含む、請求項１５に記載のＲＦ発生器。
【請求項１７】
前記周波数同調のための手段は、前記測定角を１を上回るパワーに上昇させ、かつ前記事前決定される定数によって前記結果をスケーリングすることによって、前記周波数ステップを産出するための手段を含む、請求項１０に記載のＲＦ発生器。
【請求項１８】
ＲＦ発生器を周波数同調させるための命令でエンコードされた、非一過性、有形、機械可読の媒体であって、前記命令は、
励振器周波数の関数として、前記プラズマ負荷のインピーダンス軌道を受信することと、
複素反射係数平面内の基準点を受信することであって、前記基準点は、前記複素反射係数平面の基準点および原点を通過する基準ベクトル上に置かれる、ことと、
センサから、前記プラズマ負荷のインピーダンスの測定値を受信することであって、前記測定されるインピーダンスは、前記受信されるインピーダンス軌道に沿って置かれる、ことと、
複素反射係数の観点から表現されるように、前記基準ベクトルと、前記基準点と前記測定されるインピーダンスに対応する前記複素反射係数平面内の点とを通過する線との間の測定角を決定することと、
事前決定される定数によって前記測定角をスケーリングし、周波数ステップを産出することと、
前記初期周波数に前記周波数ステップを追加し、調節される周波数を産出することと、
励振器に、前記調節される周波数で発振する信号を生成させることと
を行わせるための命令を含む、媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、無線周波数（ＲＦ）発生器に関し、より具体的には、プラズマ処理チャンバにパワーを供給し、プラズマ負荷のインピーダンスを所望される様式で変更する、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための装置と技術とに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理では、無線周波数（ＲＦ）発生器は、プラズマ負荷にパワーを供給するために使用される。今日の進化したプラズマ処理は、負荷（プラズマ）インピーダンスが、動的に変化する、これまで以上に複雑な製法と、製法を変える手順とを含む。これは、効率的なパワー移送のための、プラズマの負荷インピーダンスを用いたＲＦ発生器の源インピーダンスの整合を困難にさせ得る。そのようなインピーダンス整合は、整合ネットワークを使用して実施されることができるが、このアプローチは、近代の短持続期間プラズマ処理の状況の中において、比較的に遅い。代替アプローチは、プラズマ負荷のインピーダンスを改変するＲＦ発生器の周波数を調節することである。本文脈内の「プラズマ負荷」とは、プラズマ自体と、任意の整合ネットワークとを含む。そのようなアプローチは、整合ネットワークを調節するステップよりも大幅により迅速である可能性を有する。２つの技術（１つ以上の整合ネットワークおよび周波数同調）を組み合わせることもまた、可能である。
【０００３】
従来の周波数同調アルゴリズムは、周波数の安定性および迅速な周波数同調が両方とも、同時に要求されるため、これらの進化したプラズマ処理に関するパラメータの最適化に悩まされる。したがって、ＲＦ発生器内の周波数同調に対する改善された装置に関する技術の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
図面に示される、本発明の例示的実施形態が、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の節で、より完全に説明される。しかしながら、本発明を、発明の概要または発明を実施するための形態で説明される形式に限定する意図はないことを理解されたい。当業者は、請求項で表現されるように、本発明の精神および範囲に該当する、多数の修正、均等物、ならびに代替構成があることを認識することができる。
【０００５】
ある側面は、初期周波数で発振する信号を生成する、励振器と、信号を増幅させ、増幅された発振信号を産出する、パワー増幅器と、増幅された発振信号をフィルタリングし、プラズマ処理チャンバ内のプラズマ負荷にパワーを供給する出力信号を産出する、フィルタと、プラズマ負荷の少なくとも１つの特性を感知する、センサと、周波数同調サブシステムとを含む、無線周波数（ＲＦ）発生器として特徴付けられ得る。
【０００６】
周波数同調サブシステムは、励振器周波数の関数として、プラズマ負荷のインピーダンス軌道を受信するステップと、複素反射係数平面内の基準点を受信するステップであって、基準点は、複素反射係数平面の基準点および原点を通過する基準ベクトル上に置かれる、ステップと、センサから、プラズマ負荷の測定されるインピーダンスを受信するステップであって、測定されるインピーダンスは、インピーダンス軌道に沿って置かれる、ステップと、複素反射係数の観点から表現されるように、基準ベクトルと、基準点と測定されるインピーダンスに対応する複素反射係数平面内の点とを通過する線との間の測定角を決定するステップと、事前決定される定数によって測定角をスケーリングし、周波数ステップを産出するステップと、初期周波数に周波数ステップを追加し、調節される周波数を産出するステップと、励振器に、調節される周波数で発振する信号を生成させるステップとを含む、方法を実施するための命令でエンコードされる、非一過性、有形、かつ機械可読の媒体を含む。
【０００７】
別の側面は、センサから、測定されるインピーダンスを受信するステップと、決定するステップと、スケーリングするステップと、追加するステップと、生成させるステップとを反復的に繰り返すステップを含む方法として特徴付けられ、第１の反復に続く各反復内の初期周波数は、直前の反復の間に産出される調整される周波数であり得る。
【０００８】
さらに別の側面は、測定角から事前決定される離調角を減じ、かつ事前決定される定数によって差異をスケーリングすることによって、周波数ステップを産出するステップを含む方法として特徴付けられ得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の実施形態による、プラズマ処理システムのブロック図である。
【図２】図２は、本開示の実施形態による、ＲＦ発生器のブロック図である。
【図３】図３は、本開示の実施形態による、複素反射係数平面の図である。
【図４】図４は、本開示の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法のフローチャートである。
【図５】図５は、本開示の別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法のフローチャートである。
【図６】図６は、本開示のさらに別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法のフローチャートである。
【図７】図７は、本開示の実施形態による、複素反射係数平面の図である。
【図８】図８は、本開示の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法のフローチャートである。
【図９】図９は、本開示の別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法のフローチャートである。
【図１０】図１０は、本開示のさらに別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法のフローチャートである。
【図１１】図１１は、本開示の実施形態による、周波数同調サブシステムを実装するために使用され得る、物理的構成要素を描写するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
無線周波数（ＲＦ）発生器内の周波数同調のための装置は、（１）ＲＦ発生器の周波数が、各周波数調節反復において、正しい方向（上方または下方）に調節され、かつ（２）現在の周波数が標的周波数から遠いとき、大きいステップが印加され（迅速な同調を促進する）、かつ現在の周波数が、標的周波数に近接しているとき、小さいステップが印加される（安定性を助長する）ように、周波数ステップ（周波数内の調節）が、適応性のあるように成される場合、安定性および迅速な同調を両方とも提供することができる。さらに下記に説明されるように、いくつかの実施形態では、標的周波数は、最小Γ（複素反射係数）に対応し、他の実施形態（離調実施形態）では、標的周波数は、最小Γ以外の意図的に選択されるΓに対応する。
【００１１】
これらの目的を達成するための１つのキーは、プラズマ負荷のインピーダンスを発生器周波数の関数として事前に特徴付けることである。そのような特徴付けは、回路モデルの分析、予備的試験（測定）、またはこれらの技術の組み合わせを通して遂行されることができる。例えば、プラズマ負荷のインピーダンスは、特定の範囲（例えば、１３ＭＨｚ〜１４ＭＨｚ）にわたるいくつかの異なる周波数のそれぞれにおいて測定されることができる。そのような予備的な特徴付けは、発生器周波数の関数として負荷に対する「インピーダンス軌道」を産出することができる。さらに以下に議論されるように、インピーダンス軌道は、複素反射係数Γの観点から表現され得る。いったんこのインピーダンス軌道が既知になると、さらに以下に説明されるように、各周波数調節反復において、正しい周波数方向（正または負）および適切な周波数ステップサイズを計算することが、可能である。
【００１２】
ここで図面を参照すると、いくつかの図全体を通して、同様または類似の構成要素が同じ参照番号を伴って示されており、特に、図１を参照すると、これは、本開示の実施形態によるプラズマ処理システムのブロック図である。図１では、プラズマ処理システム１００は、プラズマ処理チャンバ１１５内のプラズマ（図示せず）に直接的に、または１つもしくはそれを上回る整合ネットワーク１１０を介して間接的にパワーを出力する、ＲＦ発生器１０５を含む。本明細書では、用語「プラズマ負荷」は、特定の実施形態（いくつかの実施形態は、整合ネットワーク１１０を含まない）に応じて、存在し得る任意の整合ネットワーク１１０との組み合わせのプラズマ処理チャンバ１１５内のプラズマを意味するために使用される。言い換えると、「プラズマ負荷」は、ＲＦ発生器１０５が駆動する出力である負荷全体を指す。
【００１３】
図２は、本開示の実施形態による、ＲＦ発生器１０５のブロック図である。ＲＦ発生器１０５は、励振器２０５と、パワー増幅器２１０と、フィルタ２１５と、センサ２２０と、周波数同調サブシステム２２５とを含む。励振器２０５は、ＲＦ周波数において、典型的には、三角波の形態で発振信号を生成する。パワー増幅器２１０は、励振器２０５によって産出される信号を増幅させ、増幅された発振信号を産出する。例えば、１つの実施形態では、パワー増幅器２１０は、１ｍＷ〜３ｋＷの励振器出力信号を増幅させる。フィルタ２１５は、増幅された発振信号をフィルタリングし、単一ＲＦ周波数（正弦波）から構成される信号を産出する。
【００１４】
センサ２２０は、プラズマ処理チャンバ１１５内のプラズマ負荷の１つ以上の特性を測定する。１つの実施形態では、センサ２２０は、プラズマ負荷のインピーダンスＺを測定する。特定の実施形態に応じて、センサ２２０は、例えば、限定ではないが、ＶＩセンサまたは指向性結合器であり得る。そのようなインピーダンスは、代替として、多くの場合、当業者によって「Γ」（ガンマ）と示される複素反射係数として表現され得る。周波数同調サブシステム２２５は、センサ２２０からインピーダンス測定値を受信し、それらの測定値を処理し、周波数制御ライン２３０を介して励振器２０５にフィードされる周波数調節を産出し、励振器２０５によって生成される周波数を調整する。周波数同調サブシステム２２５によって実施される例証的周波数同調アルゴリズムが、図３−１０に関連して下記に詳細に議論される。
【００１５】
図２に示される実施形態では、周波数同調サブシステムは、負荷特徴付けモジュール２２６と、特徴付けデータストア２２７と、周波数ステップ発生器２２８とを含む。負荷特徴付けモジュール２２６は、特定のプラズマ負荷と関連付けられる予備的負荷インピーダンス特徴付けデータを受信するかまたはその取得を補助し、インピーダンス軌道を産出する（図３の要素３０５参照）。負荷特徴付けの間に得られるデータは、特徴付けデータストア２２７内に記憶されることができる。周波数ステップ発生器２２８は、計算を実施し、周波数制御ライン２３０を介して励振器２０５にフィードされる周波数調節（周波数ステップ）を生成する。周波数同調サブシステム２２５によって実施される具体的な例証的周波数同調アルゴリズムが、図３−１０に関連して下記に議論される。
【００１６】
さらに下記に議論されるように、いくつかの実施形態では、目的は、励振器２０５の周波数を調節し、それによって、Γを最小限にさせる（すなわち、可能な限りゼロに近接するΓを達成する）様式で、プラズマ負荷のインピーダンスを変更することである。上記に述べられるように、この最小のΓを達成する周波数は、標的周波数と称され得る。当業者が理解するように、理想的なゼロの複素反射係数は、源とプラズマ負荷インピーダンスとが、完全に整合される、整合状態に対応する。他の実施形態では、目的は、最小Γではない。代わりに、周波数同調サブシステム２２５は、意図的に励振器２０５を同調させ、最小Γを産出するもの以外の周波数を生成する。そのような実施形態は、「離調」実装と称され得る。
【００１７】
図３は、本開示の実施形態による、複素反射係数（Γ）平面３００の図である。図３は、周波数同調サブシステム２２５によって実行されるアルゴリズムに関連する概念を図示する。図３では、複素反射係数Γが、単位円内にプロットされる。当業者は、Γがまた、標準的なＳｍｉｔｈチャート上にもプロットされ得ることを認識するであろう。図３では、水平軸は、Γの実数部に対応し、垂直軸は、Γの虚数部に対応する。図３は、Γの観点から表現された、プラズマ負荷の事前特徴付けされたインピーダンス軌道３０５を示す。上記で議論されるように、インピーダンス軌道３０５は、分析、適切なユーザインターフェースを介した負荷特徴付けモジュール２２６の補助を用いて実施される試験、またはその組み合わせを通して事前に決定されることができる。当業者は、インピーダンス軌道３０５が、常時図３に示されるように原点３４０に交差するわけではないであろうことを認識するであろう。いくつかの実施形態では、インピーダンス軌道は、それが原点３４０を通過しないように偏移され、その場合、最小達成可能Γは、ゼロを上回る。
【００１８】
周波数同調サブシステム２２５の周波数ステップ発生器２２８はまた、好適なユーザインターフェースを介して、Γ平面３００内の基準点３１５を受信する。いくつかの実施形態では、基準点３１５は、基準角３２０と大きさ（原点３４０からの基準点の距離）との観点から規定される。当業者は、原点３４０が、Γ平面３００内の単位円の中心における座標（０、０）を有する点に対応することを認識するであろう。当業者はまた、基準角３２０および大きさＭを前提として、基準点３１５に対する直交座標を計算することが、容易であることを理解するであろう。具体的には、座標は、Ｒｅａｌ（Γ）＝Ｍｃｏｓ（θＲｅｆ＋π）およびＩｍａｇ（Γ）＝Ｍｓｉｎ（θＲｅｆ＋π）として計算され、基準角θＲｅｆ（３２０）は、ラジアンで表現され、Ｍは、１未満またはそれに等しい、正の実数であり得る。他の実施形態では、基準点３１５は、直角座標（実数部および虚数部）の観点から受信される。
【００１９】
いったん基準点が、受信されると、周波数同調サブシステム２２５の周波数ステップ発生器２２８は、基準ベクトル３１０を決定することができる。基準ベクトル３１０は、図３に示されるように、Γ平面３００の基準点３１５および原点３４０を通過する線である。基準ベクトル３１０の１つの重要な機能は、Γ平面３００を、２つの領域、すなわち、測定点３２５と関連付けられる周波数が、最適周波数より高い領域（図３内の基準ベクトル３１０の右側の領域）と、測定点３２５と関連付けられる周波数が、最適周波数より低い領域（図３内の基準ベクトル３１０の左側の領域）とに分割することである。点３２５が２つの領域のどちらの中に置かれているかを決定することによって、正しい方向（正または負）の周波数調節が、あらゆる周波数調節反復において成され得る（以下の図５−６および９−１０参照）。
【００２０】
当業者は、基準ベクトル３１０が、Γの観点から表現されるように、インピーダンス軌道３０５に対して対称軸である必要がないことを認識するであろう。次いで、基準ベクトル３１０を決定する、基準点３１５を設置する場所の選択は、幾分、任意であるが、選択は、有効な周波数同調を支援する、有用な測定角３３０の計算を可能にするように成されるべきである。それは、励振器２０５周波数が、標的周波数に接近するにつれて、すなわち、標的周波数に対応するゼロの測定角３３０に接近するにつれて、測定角３３０が減少するように基準点３１５を選定することを意味する。
【００２１】
センサ２２０は、プラズマ処理チャンバ１１５内のプラズマ負荷のインピーダンスの頻繁な測定を伴う周波数同調サブシステム２２５を提供する。図３の測定点３２５は、Γ平面３００内にΓ（複素反射係数）の観点から表現されるように、インピーダンス軌道３０５上の１つの例証的インピーダンス測定値を表す。周波数同調サブシステム２２５の周波数ステップ発生器２２８は、測定点３２５に関して、基準ベクトル３１０に対する測定角３３０を決定する。この測定角３３０は、事前決定される比例定数Ｋ（ループ利得）によってスケーリングされ、周波数ステップを産出する（すなわち、それによって励振器２０５によって生成される周波数が調節されるべき量）。Ｋは、周波数同調アルゴリズムの周波数分解能（例えば、１ｋＨｚ対１Ｈｚ）と、測定角計算の分解能と、プラズマ負荷の特定のインピーダンス特性とに基づいて選択される。ループ利得Ｋは、製法毎に異なり得、それは、負荷インピーダンス内の変化に従って所与の製法内で変化し得、その場合、製法内で採用される複数のＫの値が、ルックアップテーブル内に記憶され得る。計算される周波数ステップが、初期または現在の励振器周波数に追加され、所望されるプラズマ負荷インピーダンスに対応する、所望されるまたは標的の周波数により近接する、調節される周波数を産出する。周波数同調サブシステム２２５は、次いで、励振器２０５に、周波数制御ライン２３０を介して、調節される周波数においてＲＦ信号を生成させる。
【００２２】
Γ閾値３３５が、図３に示され、その関数が、図６に関連して下記に説明されるであろう。
【００２３】
図４は、本開示の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法４００のフローチャートである。図４に示される方法は、周波数同調サブシステム２２５によって実施される。ブロック４０５において、周波数同調サブシステム２２５が、負荷特徴付けモジュール２２６を介して、プラズマ処理チャンバ１１５内のプラズマ負荷に対するインピーダンス軌道３０５を受信する。上記に説明されるように、インピーダンス軌道３０５は、図３に示されるように、複素反射係数（Γ）の観点から表現されることができる。ブロック４１０において、周波数同調サブシステム２２５の周波数ステップ発生器２２８が、基準点３１５を受信する。ブロック４１５において、周波数ステップ発生器２２８が、センサ２２０からプラズマ負荷に対するインピーダンス測定値を受信する。ブロック４２０において、周波数ステップ発生器２２８が、受信されたインピーダンス測定値に対応する測定点３２５に関する測定角３３０を決定する。ブロック４２５において、周波数ステップ発生器２２８が、次いで、事前決定される定数Ｋによって測定角３３０をスケーリングし、周波数ステップを計算する。方法４００が開始するにつれて、励振器２０５が、初期周波数において発振ＲＦ信号を生成することに留意されたい。ブロック４３０において、周波数ステップ発生器２２８が、励振器２０５によって生成される初期周波数に周波数ステップを追加し、調節される周波数を産出する。ブロック４３５において、周波数同調サブシステム２２５が、周波数制御ライン２３０を介して、励振器２０５に、調節される周波数において発振ＲＦ信号を生成するように信号伝達し、プラズマ負荷のインピーダンスを、所望される負荷インピーダンスにより近接した値に変更させる。
【００２４】
図５は、本開示の別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法５００のフローチャートである。図５に示される方法は、周波数同調サブシステム２２５によって実施される。方法５００は、方法５００では、ブロック４１５、４２０、４２５、４３０、および４３５において実施される動作（周波数同調）が、ループ状に反復的に繰り返されることを除いて、方法４００と同様である。当業者は、本実施形態では、第１の反復に続く各反復における初期励振器２０５周波数が、直前の反復の間に産出される調節される周波数であることを認識するであろう。これは、調節される周波数（すなわち、次の周波数）＝現在の周波数＋周波数ステップとして、数学的に表現され得る。本実施形態では、アルゴリズムが、最適周波数に収束するにつれて、ゼロまたはそれに非常に近傍の最小のΓが、達成され得る。
【００２５】
図６は、本開示のさらに別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法６００のフローチャートである。図６に示される方法は、周波数同調サブシステム２２５によって実施される。方法６００は、いったん励振器２０５によって生成される周波数が、所望される値に実質的に近接すると見なされるプラズマ負荷インピーダンスを産出する値に到達すると、方法６００が、周波数調節を終了させるためにΓ閾値３３５（０と１との間の値）を追加することを除いて、方法４００および５００と同様である。方法６００は、ブロック４３５を通して方法５００におけるように進行する。決定ブロック６０５において、周波数ステップ発生器２２８は、現在の測定点３２５におけるΓが、閾値３３５（原点３４０を囲繞する等しい大きさの円形場所として図３に示される）よりも大きさがより小さいかどうかを決定する。該当する場合、周波数ステップ発生器２２８は、ブロック６１０において励振器２０５周波数調節を終了させる。この状況において、励振器２０５周波数は、その現在の値で維持され、周波数に対するさらなる調節は、成されない。別様に、現在の測定点３２５におけるΓの大きさが、閾値３３５を上回る、またはそれと等しい場合、制御は、ブロック４１５に戻り、励振器２０５周波数調節の別の反復が、実施される。
【００２６】
図７−１０は、目的が最小Γではない、別の一群の実施形態を紹介する。上記に述べられたように、これらの実施形態は、「離調」実装と称され得る。いくつかの実装では、離調構成は、その特定のインピーダンス特性（インピーダンス軌道）に起因する特定のプラズマ負荷を伴う、より大きい周波数安定性を達成するように選定される。
【００２７】
図７は、本開示の実施形態による、複素反射係数（Γ）平面７００の図である。明確化のため、図３に示されるいくつかの要素は、図７内では反復されないが、図３および７は、下記に議論される離調実施形態に関連してともに使用されることが意図される。上記に議論されるΓ平面３００と同様に、ガンマ平面７００は、Γの観点から表現されるように、インピーダンス軌道３０５と、基準ベクトル３１０と、基準点３１５と、基準角３２０とを含む。基準点３１５が、図３内の実施形態に関連して上記に説明された同一の様式で受信される。図７に示されるもの等の離調実施形態は、加えて、インピーダンス軌道３０５上の事前決定される点である、離調点７１０を含む。基準点３１５および離調点７１０を通過する基準ベクトル３１０と「離調ベクトル」７１５との間の角は、「離調」角７０５と称され得る。離調実施形態では、周波数同調アルゴリズムの標的周波数は、離調点７１０（すなわち、Γ平面７００内の離調点７１０に対応する負荷インピーダンスをもたらす周波数）に対応するものである。離調点７１０は、所望される周波数安定性を達成するように選定され得る。さらに下記に説明されるように、この離調角７０５は、測定角３３０（図３参照）から減じられ、結果として生じる差異が、事前決定される定数Ｋによってスケーリングされる。これは、周波数ステップ発生器２２８によって実行される周波数同調アルゴリズムを、原点３４０（図３参照）である最小Γ点以外のインピーダンス軌道３０５上の点（すなわち、離調点７１０）に収束させる。さらに下記に説明されるであろうように、離調実施形態はまた、Γ閾値７２０を使用し得る。
【００２８】
図８は、本開示の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法８００のフローチャートである。図８に示される方法は、周波数同調サブシステム２２５によって実施される。方法８００は、方法８００では、周波数ステップ発生器２２８が、ブロック８０５において測定角３３０から離調角７０５を減ずる点を除いては、方法４００と同様である。ブロック８１０において、周波数ステップ発生器２２８が、事前決定される定数Ｋによって結果として生じる差異をスケーリングする。残りの動作（ブロック４３０および４３５）は、図４に関連して上記に議論された方法４００内のものと同一である。
【００２９】
図９は、本開示の別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法９００のフローチャートである。図９に示される方法は、周波数同調サブシステム２２５によって実施される。方法９００は、方法９００では、ブロック４１５、８０５、８１０、４３０、および４３５において実施される動作（周波数同調）が、ループ状に反復的に繰り返されることを除いて、方法８００と同様である。本実施形態では、励振器２０５周波数は、Γの観点から表現されるように、インピーダンス軌道３０５上の離調点７１０に対応するプラズマ負荷インピーダンスを産出する周波数にまたはそれに近接するように収束する。
【００３０】
図１０は、本開示のさらに別の実施形態による、ＲＦ発生器の周波数を同調させるための方法１０００のフローチャートである。図１０に示される方法は、周波数同調サブシステム２２５によって実施される。方法１０００は、いったん励振器２０５周波数が、離調点７１０に対応するものに実質的に近接すると見なされるプラズマ負荷インピーダンスを産出する値に到達すると、方法１０００が、周波数調節を終了させるためにΓ閾値７２０を追加することを除いて、方法８００および９００と同様である。方法１０００は、ブロック４３５を通して方法９００におけるように進行する。決定ブロック１００５において、周波数ステップ発生器２２８は、現在の測定点３２５（図３に示されるように、Γの観点から表現される）と離調点７１０との間の差異の大きさが、閾値７２０未満であるかどうかを決定する。該当する場合、周波数ステップ発生器２２５は、ブロック１０１０において励振器２０５周波数調節を終了させる。そうでなければ、制御は、ブロック４１５に戻り、励振器２０５周波数調節の別の反復が、実施される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、周波数ステップ発生器２２８は、事前決定される定数（ループ利得）Ｋによって結果をスケーリングする前に、測定角３３０を１を上回るパワーに上昇させる。この技術は、測定角３３０が小さいときには比較的に小さく、測定角３３０が大きいときには比較的により大きい周波数ステップを提供するための１つの方法である。言い換えると、測定角３３０に対して非線形に変動する周波数ステップは、図４−６および８−１０に関連して説明されるもの等の周波数同調アルゴリズムの性能をさらに改良する。
【００３２】
本明細書に開示される実施形態と関連して説明される本方法は、直接的に、ハードウェア、非一過性機械可読の媒体にエンコードされたプロセッサ実行可能な命令、またはその２つの組み合わせの中で具現化され得る。例えば、図１１を参照すると、本開示の例証的実施形態による、周波数同調サブシステム２２５と、その構成要素モジュールとを実現するために利用され得る物理的構成要素を描写するブロック図が、示されている。示されるように、本実施形態では、表示部１１１２および不揮発性メモリ１１２０は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）１１２４と、処理部（Ｎ個の処理構成要素を含む）１１２６と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１１２７と、Ｎ個の送受信機を含む送受信機構成要素１１２８とにも結合される、バス１１２２に結合される。図１１に描写される構成要素は、物理的構成要素を表しているが、図１１は、詳細ハードウェア図であるようには意図されてはおらず、したがって、図１１に描写される構成要素の多くのものは、一般的な構造体によって実現されるか、または付加的な物理的構成要素の中に分散されてもよい。そのうえ、他の既存および未開発の物理的構成要素ならびにアーキテクチャが、図１１を参照して説明される機能的構成要素を実装するために利用され得ると考えられる。
【００３３】
表示部１１１２は、概して、ユーザのためのユーザインターフェースを提供するために動作し、いくつかの実装では、表示は、タッチスクリーンディスプレイによって実現される。例えば、表示部１１１２は、プラズマ負荷の特徴付けに関連する負荷特徴付けモジュール２２６を制御しかつそれと相互作用し、関連付けられるインピーダンス軌道３０５を産出するために使用されることができる。そのようなユーザインターフェースはまた、基準点３１５を入力するために使用されてもよい。概して、不揮発性メモリ１１２０は、データと、機械可読な（例えば、プロセッサ実行可能な）コード（本明細書に説明される方法の達成と関連付けられる、実行可能なコードを含む）とを記憶する（例えば、永続的に記憶する）ために機能する、非一過性メモリである。いくつかの実施形態では、例えば、不揮発性メモリ１１２０は、上記に説明された図４−６および８−１０を参照して説明された方法の実行を促進するための、ブートローダコードと、オペレーティングシステムコードと、ファイルシステムコードと、非一過性プロセッサ実行可能コードとを含む。
【００３４】
多くの実装では、不揮発性メモリ１１２０は、フラッシュメモリ（例えば、ＮＡＮＤまたはＯＮＥＮＡＮＤメモリ）によって実現されるが、他のメモリタイプもまた、利用され得ると考えられる。不揮発性メモリ１１２０からのコードを実行することが、可能であり得るが、不揮発性メモリ内の実行可能コードは、典型的には、ＲＡＭ１１２４内にロードされ、処理部１１２６内のＮ個の処理構成要素の１つ以上のものによって実行される。
【００３５】
動作時、ＲＡＭ１１２４に関連するＮ個の処理構成要素は、概して、周波数同調サブシステム２２５の機能性を実現するために、不揮発性メモリ１１２０内に記憶された命令を実行するために動作する。例えば、図４−６および８−１０を参照して説明される方法を達成させるための非一過性のプロセッサ実行可能な命令は、不揮発性メモリ１１２０内に永続的に記憶され、ＲＡＭ１１２４に関連するＮ個の処理構成要素によって実行されてもよい。当業者が理解するであろうように、処理部１１２６は、ビデオプロセッサと、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）と、他の処理構成要素とを含んでもよい。
【００３６】
加えて、または代替として、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１１２７は、本明細書に説明される方法論（例えば、図４−６および８−１０を参照して説明される方法）の１つ以上の側面を達成させるように構成されてもよい。例えば、非一過性のＦＰＧＡ構成命令は、不揮発性メモリ１１２０内に永続的に記憶され、ＦＰＧＡ１１２７によってアクセスされ（例えば、ブートアップの間）、周波数同調サブシステム２２５の機能を達成させるようにＦＰＧＡ１１２７を構成してもよい。
【００３７】
入力構成要素は、出力発生器パワーの１つ以上の特性およびプラズマ処理チャンバ１１５内のプラズマ負荷を指示する信号を受信する（例えば、センサ２２０から）ために動作してもよい。入力構成要素において受信される信号は、例えば、電圧と、電流と、順方向パワーと、反射パワーと、プラズマ負荷インピーダンスとを含み得る。出力構成要素は、概して、発生器の動作側面を達成させるために、１つ以上のアナログもしくはデジタル信号を提供するために動作する。例えば、出力部は、周波数同調の間、周波数制御ライン２３０を介して励振器２０５に調節される周波数を伝送してもよい。
【００３８】
描写された送受信機構成要素１１２８は、無線または有線ネットワークを介して外部デバイスと通信するために使用されてもよい、Ｎ個の送受信機チェーンを含む。Ｎ個の送受信機チェーンはそれぞれ、特定の通信スキーム（例えば、ＷｉＦｉ、イーサネット（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等）と関連付けられる送受信機を表し得る。
【００３９】
開示された実施形態の上記説明は、任意の当業者が本発明を構成または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態への種々の修正は、当業者に容易に明白となり、本明細書に定義される一般的原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されないことが意図され、本明細書に開示される原理と新しい特徴とに一貫した、最も幅広い範囲と調和されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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