(57)【要約】【解決手段】第１のＲＦ周波数を有する少なくとも第１のＲＦ信号を含むＲＦ信号のセットも加えられるコンポーネントに分離電力を提供するためのシステム及び方法が提供される。ＤＣ電圧信号を提供することと、分離変圧器を使用してＤＣ電圧信号を分離電力信号に変調することとが含まれる。分離電力信号は、６０Ｈｚよりも高く且つ第１のＲＦ周波数よりも低い中間周波数を有する。ＤＣ電圧信号を一次巻線に供給することと、二次巻線から分離電力信号を得ることと、分離電力信号を使用して分離電力をコンポーネントに送ることとが含まれる。【選択図】図２
2013509151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＲＦ周波数を有する第１のＲＦ信号を少なくとも含むＲＦ信号のセットも加えられるコンポーネントに分離電力を提供するための方法であって、
ＤＣ電圧信号を提供することと、
二次巻線に電気的に接続されていない一次巻線を有する分離変圧器を使用して、前記ＤＣ電圧信号を、６０Ｈｚよりも高く且つ前記第１のＲＦ周波数よりも低い中間周波数を有する分離電力信号に変調することであって、
前記ＤＣ電圧信号を前記一次巻線に供給することと、
前記二次巻線から前記分離電力信号を得ることと、
を含む、ことと、
前記分離電力信号を使用して前記分離電力を前記コンポーネントに送ることと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
５０Ｈｚから６０Ｈｚまでの範囲の周波数を有するＡＣ線路信号を得ることと、
前記ＤＣ電圧信号を得るために、前記ＡＣ線路信号を整流することと、
を備える方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記二次巻線は、前記分離変圧器のコアに、前記一次巻線が前記コアに巻き付けられるよりも大きい直径で巻き付けられる、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、更に、
前記二次巻線と前記コアとの間に静電シールドを提供することを備える方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記二次巻線と前記一次巻線との間に静電シールドを提供することを備える方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記二次巻線は、前記一次巻線を覆って巻き付けられる、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記二次巻線と前記一次巻線との間に静電シールドを提供することを備える方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記中間周波数は、約５００Ｈｚと約２ＭＨｚとの間である、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記中間周波数は、約５ＫＨｚと約２００ＫＨｚとの間である、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記中間周波数は、約１０ＫＨｚと約５０ＫＨｚとの間である、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
前記ＲＦ信号のセットは、異なるＲＦ周波数を有する複数のＲＦ信号を含み、前記第１のＲＦ周波数は、前記異なるＲＦ周波数のなかで最も低いＲＦ周波数を表している、方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の方法であって、
前記コアは、約１０と約５０００との間のμ値を有するコア材料で形成される、方法。
【請求項１３】
請求項３に記載の方法であって、
前記コアは、約１００と約２０００との間のμ値を有するコア材料で形成される、方法。
【請求項１４】
請求項３に記載の方法であって、
前記コアは、約２００と約１０００との間のμ値を有するコア材料で形成される、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記ＤＣ電圧信号の振幅および前記分離変圧器の巻き数比の少なくとも一方を制御するためのローサイド制御回路を提供することを備える方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記分離電力信号を変調するための変調回路を提供することを備える方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、更に、
前記変調回路を制御するためのハイサイド制御回路を提供することを備える方法。
【請求項１８】
第１のＲＦ周波数を有する少なくとも第１のＲＦ信号を含むＲＦ信号のセットも加えられるコンポーネントに分離電力を提供するためのシステムであって、
ＤＣ電圧信号を提供するための第１及び第２の端子と、
二次巻線に電気的に接続されていない一次巻線を有する分離変圧器を使用して、前記ＤＣ電圧信号を、６０Ｈｚよりも高く且つ前記第１のＲＦ周波数よりも低い中間周波数を有する分離電力信号に変調するための変調回路と、
を備え、
前記ＤＣ電圧信号は、前記一次巻線に供給され、前記分離電力信号は、前記二次巻線から得られ、
前記分離電力は、前記分離電力信号を使用して前記コンポーネントに送られる、システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムであって、
前記二次巻線は、前記分離変圧器のコアに、前記一次巻線が前記コアに巻き付けられるよりも大きい直径で巻き付けられる、システム。
【請求項２０】
請求項１８に記載のシステムであって、更に、
前記二次巻線と前記一次巻線との間に静電シールドを備えるシステム。
【請求項２１】
請求項１９に記載のシステムであって、更に、
前記二次巻線と前記コアとの間に静電シールドを提供することを備えるシステム。
【請求項２２】
請求項１８に記載のシステムであって、
前記二次巻線は、前記一次巻線を覆って巻き付けられる、システム。
【請求項２３】
請求項１８に記載のシステムであって、更に、
前記二次巻線と前記一次巻線との間に静電シールドを提供することを備えるシステム。
【請求項２４】
請求項１８に記載のシステムであって、
前記ＲＦ信号のセットは、異なるＲＦ周波数を有する複数のＲＦ信号を含み、前記第１のＲＦ周波数は、前記異なるＲＦ周波数のなかで最も低いＲＦ周波数を表している、システム。
【請求項２５】
第１のＲＦ周波数を有する少なくとも第１のＲＦ信号を含むＲＦ信号のセットも加えられるコンポーネントに分離電力を提供するための方法であって、
５０Ｈｚから６０Ｈｚまでの範囲の周波数を有するＡＣ線路信号を提供することと、
前記ＡＣ線路信号を整流してＤＣ電圧信号を得ることと、
二次巻線に電気的に接続されていない一次巻線を有する分離変圧器を使用して、前記ＤＣ電圧信号を、６０Ｈｚよりも高く且つ前記第１のＲＦ周波数よりも低い中間周波数を有する分離電力信号に変調することであって、もし前記ＲＦ信号のセットが２つ以上のＲＦ信号を含む場合は、前記第１のＲＦ周波数は、前記ＲＦ信号のセットの全てのＲＦ周波数のなかで最も低いＲＦ周波数を表している、ことであって、
前記ＤＣ電圧信号を前記一次巻線に供給することと、
前記二次巻線から前記分離電力信号を得ることと、
を含む、ことと、
前記分離電力信号を使用して前記分離電力を前記コンポーネントに送ることと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
基板（例えばウエハ）を処理して集積回路などの半導体製品に仕上げるために、長年、プラズマが用いられてきた。現代のプラズマ処理システムでは、プラズマ処理チャンバ内におけるプラズマ処理のために、ＲＦチャックの上に基板を配することができる。ＲＦチャックには、数十ボルトから数千ボルトまでの範囲のＲＦ電圧、及び数十ＫＨｚから数百ＭＨｚまでの範囲のＲＦ周波数を使用して、ＲＦ信号によってバイアスをかけることができる。ＲＦチャックは、被処理物のホルダとしても機能するので、再現可能な処理結果を保証するために考慮すべき重要な事項は、ＲＦチャック温度の適切な制御である。
【０００２】
一般的に、ＲＦチャックの温度は、ＲＦチャックに統合又は結合することが可能な１つ又は２つ以上の電気ヒータによって維持される。電気ヒータへの電力は、通常、ＲＦチャックを所望の温度範囲に維持するための適切な制御回路を介して線路ＡＣ電圧から得られる。例えば、電気ヒータは、ＤＣ電力、線路周波数（例えば５０／６０ＨｚのＡＣ）電力、又はＫＨｚ域のＡＣ電力によって作動させることができる。
【０００３】
この構成では、ＤＣ／低周波電力は、ＲＦチャックアセンブリに結合される必要があり、該アセンブリは、浮遊結合又は直接接続のいずれかによって、かなりのレベルのＲＦ電力も同時に加えられる。望ましくない明らかなＲＦ短絡接地、ＲＦ電力の損失、高レベルの信号干渉、並びにひいては電気ヒータ電源及び／又は制御回路を介した損傷を回避するためには、ＲＦ分離が必要である。
【０００４】
議論を促すために、図１は、ＲＦホットすなわち「ハイサイド」にあるヒータ又はその他の負荷回路を作動させるためにＡＣ線路（例えば５０／６０Ｈｚ）電圧又はＤＣ電圧を用いるシステムの一例の要部を示している。図１を参照すると、ＡＣ線路電圧又はＤＣ電圧は、導線１０２、１０４を介してＲＦフィルタ回路１０６に供給される。ＲＦフィルタ回路１０６は、単一チャネル（１つのヒータゾーンを作動させるための１つの完全回路に対して２本の配線を含む）の二重周波数フィルタとして示されており、着目されるＲＦ周波数（例えば２ＭＨｚ及び１３．５ＭＨｚ）に対して高インピーダンスを示して、導線１０２、１０４と例えばヒータ制御／作動回路などの任意の付属回路とを介した相対的なＲＦ短絡接地が効果的に阻止されるようにするために、既知の設計のＬ−Ｃ回路を含むことができる。例示のために、これらのＲＦ周波数は、図に示されるように、導線１１６を介してヒータ１１４に結合される。図１の例では、１１４は、ヒータと、ハイサイド制御回路とを含む負荷である。他方、１１６は、例えば、プラズマからのＲＦ又はチャックに印加されるＲＦがヒータ負荷を介して戻ることを可能にする浮遊容量などの漏れ経路を表している。ＲＦフィルタ１０６は、広範囲の離散ＲＦ周波数を扱うために、様々な設計及び複数の段階を含むことができる。各種の実装形態におけるＲＦフィルタ１０６の動作は、概ね知られた技術であり、ここでは詳述されない。
【０００５】
フィルタ出力１１０、１１２は、例えばヒータ１１４などの負荷に電力を提供する。入力ＡＣ線路電圧又はＤＣ電圧をオン／オフにして、例えばＲＦチャックの温度を制御するために、導線１０２、１０４には、制御回路（不図示）を結合することができる。制御は、比例方式又は２進法のオン／オフ方式で実施することができる。ＲＦチャックの温度感知は、例えば制御回路へのフィードバック信号として用いることができる。
【０００６】
高電力で且つ高ＲＦ周波数の応用においてＲＦ分離を提供するために、ＲＦフィルタが用いられるときは、幾つかの欠点に見舞われる。（例えばＭＨｚ域の）高ＲＦ周波数は、設計によっては大きな空心インダクタの使用を必要とすることがあり、これは、フィルタリング回路を嵩張らせる。更に、目標は、着目される全ての周波数にわたって（ＲＦホット方向から見て）十分に高い入力インピーダンスを維持することである。ＲＦ分離設計は、しかしながら、プラズマ処理システムによっては処理中にＲＦ周波数同調を用いることがあるという事実によって複雑にされる。ＲＦ周波数同調は、動作中に一定幅の周波数を用いるものであり、これは、可変のＲＦ周波数（及びそれゆえに広範囲のＲＦインピーダンス）を扱う必要性、並びにＲＦのインピーダンス及び減衰のシステム間一貫性を維持したいという希望ゆえに、ＲＦ分離フィルタ設計を遥かに困難で且つ複雑にする。たとえもしＲＦ分離フィルタ設計が、広範囲の動作周波数（基本周波数及びそれらの調和周波数）を扱うことができ、尚且つ注意深く整合されることによってＲＦ分離に対して許容可能なシステム間一様性を提供することができるとしても、高電圧放電又はアーク放電／絶縁破壊を回避するためには、依然として注意が払われなければならず、過剰な発熱又は電力散逸が、依然として問題になるだろう。設計の作業は、最大で数千ボルト及び数千ワットの域に至るかもしれないＲＦ信号の大きさゆえに、著しく複雑にされる。
【発明の概要】
【０００７】
添付の図面において、本発明は、限定的なものではなく例示的なものとして示されており、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ヒータ又はその他の負荷回路を作動させるためにＡＣ線路（例えば５０／６０Ｈｚ）電圧又はＤＣ電圧を用いる先行技術システムの一例の要部を示した図である。
【０００９】
【図２】本発明の一実施形態にしたがって、１つ又は２つ以上の高周波ＲＦ信号にも結合される負荷に高ＤＣ電力又は中間周波ＡＣ電力を提供するための分離変圧器の一実装形態の要部を示した図である。
【００１０】
【図３Ａ】発明の実施形態にしたがって、制御方式の例を示した図である。
【図３Ｂ】発明の実施形態にしたがって、制御方式の例を示した図である。
【図３Ｃ】発明の実施形態にしたがって、制御方式の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面に示されるような幾つかの実施形態を参照にして、本発明が詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、多くの詳細が明記されている。しかしながら、当業者ならば、本発明が、これらの一部又は全部の詳細を伴わなくても実施可能であることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス工程及び／又は構造の詳細な説明は省かれている。
【００１２】
発明の実施形態は、高電力で且つ高周波数の環境において、ＲＦ分離のための革新的なアプローチを用いている。発明の１つ又は２つ以上の実施形態では、ＡＣソース電力信号が、ＤＣ電力信号に整流され、次いで、中間周波電力信号に変調される。該中間周波電力信号は、分離変圧器の一次巻線に供給される。本明細書で用いられるＤＣ電力信号という用語は、真のＤＣ電力信号（すなわちバッテリによって供給されるものと同様に周波数成分若しくはリップル成分を有さない）、又は整流されたＤＣ電力信号（ＡＣ信号から整流されたＤＣ信号に特有の幾らかのリップル成分を有することがある）であってよい。分離変圧器として、分離変圧器の一次巻線と二次巻線との間に直接的な電気接続はなく、その代わり、分離変圧器の二次巻線において、中間周波数を有する分離電力信号が相互インダクタンスを介して生成される。
【００１３】
ＡＣ線路周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも高いがブロックされるべきＲＦ周波数よりも通常は低いように、尚且つもし複数の高周波ＲＦ信号が関与しているならば好ましくはブロックされるべきＲＦ周波数のなかで最も低い周波数よりも低いように、意図的に選ばれる中間周波数の使用は、一次側と二次側との容量結合を低減させるとともに二次側とコアとの容量結合も低減させるために革新的技術を用いつつ、分離変圧器のサイズを縮小することを可能にする。
【００１４】
発明の１つ又は２つ以上の実施形態では、分離変圧器の一次巻線に供給される電力信号の中間周波数は、約５００Ｈｚから約２ＭＨｚまでの範囲であり、より好ましくは約５ＫＨｚから約２００ＫＨｚまでの範囲であり、好ましい一実施形態では約１０ＫＨｚから約５０ＫＨｚまでの範囲である。より低い動作周波数は、分離変圧器を不必要に大きくする傾向があり、より高い動作周波数は、磁気成分（例えば分離変圧器）のサイズの縮小を可能にする傾向がある一方で駆動回路及び磁心材料の効率を低下させる傾向があるので、適切な中間周波数の選択が重要である。
【００１５】
発明の１つ又は２つ以上の実施形態では、分離変圧器は、縮小された寸法を有するように、尚且つ着目される全てのＲＦ周波数において高周波信号に対して高インピーダンスを示しつつ上記の中間周波数範囲において効率的に動作するように、特別に設計されている。言及されたように、１つ又は２つ以上の実施形態では、二次巻線は、容量結合を低減させるために、一次巻線から物理的に離されている。好ましい一実施形態では、二次巻線は、この容量結合を最小限に抑えるために、一次巻線から可能な限り遠く離されている。１つ又は２つ以上の実施形態では、二次巻線は、大きい直径で巻かれ、二次巻線と磁心との間に空隙を生じさせ、それによって、二次巻線と磁心との間の容量結合を低減させている。１つ又は２つ以上の実施形態では、二次巻線は、一次巻線を覆って、ただしより大きい直径で巻き付けられ、それによって、一次巻線と二次巻線との間の容量結合を低減させるとともに二次巻線と磁心との間の容量結合を低減させる。もし必要であれば、容量結合を制御するために、二次巻線と一次巻線との間、二次巻線と磁心との間、及び／又は一次巻線と磁心との間に１つ又は２つ以上のシールドが配されてよく、このようなシールドは、シールドへの渦電流の導入を最小限に抑えるために、ファラデーシールドとして知られる形で差し込まれる。
【００１６】
発明の実施形態の特徴及び利点は、図面及び続く議論を参照にして、より良く理解されるだろう。図２は、本発明の一実施形態にしたがって、１つ又は２つ以上の高周波ＲＦ信号にも結合される負荷に高ＤＣ電力又はＡＣ線路電力を提供するための分離変圧器の一実装形態の要部を示している。図２の例では、負荷は、プラズマ処理チャンバ内のＲＦ結合チャックのためのヒータであるが、その他の負荷もまた、発明の実施形態から恩恵を受けることが可能である。
【００１７】
図２に関して、ＡＣ線路電圧及びＡＣ線路周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の形をとるソース電力信号が、導線２０２、２０４を介して整流器／フィルタ回路２０６に供給される。ブリッジ整流器によって実装することが可能な及び／又はトライアック制御、ＳＳＲ制御、若しくはサイリスタ制御を利用することが可能な整流器回路２０６は、ＡＣ線路入力電力信号を準ＤＣ電力信号に変換し、該電力信号は、もし必要であれば、引き続きフィルタリングによって平滑なＤＣにすることができる。図２の例では、導線２０２／２０４におけるＡＣソース電力信号は、必要に応じて単相信号又は３相信号であってよく、整流器回路２０６は、これに対応して単相整流器又は３相整流器である。もし入力電力としてＤＣ電力信号が利用可能である場合は、整流は不要だろう。ＡＣ線路から入力フィルタに引き込まれる高電流は、力率補正回路を必要とするだろうことがわかる。
【００１８】
整流器回路２０６によって出力されるＤＣ電力信号は、次いで、導線２１０、２１２で受信されたＤＣ電力信号を中間周波数の中間信号に変換する駆動回路２０８に供給される。中間周波数は、約１０ＫＨｚから約１ＭＨｚまでの範囲であり、より好ましくは１０ＫＨｚから数百ＫＨｚまでの範囲であり、一実施形態では約１０ＫＨｚから約２００ＫＨｚまでの範囲である。このように、中間周波数は、５０〜６０ＨｚのＡＣ線路周波数よりも意図的に高く、ただし、（複数ＭＨｚ域にある傾向がある）ブロックされるべきＲＦ周波数よりも低いことが好ましい。ＡＣ線路周波数よりも高いことによって、中間周波数は、より小さい分離変圧器２２０の使用を可能にする。１つ又は２つ以上の実施形態では、駆動回路２０８は、受信されたＤＣ電力信号を所望の中間周波数に変調するスイッチモード電源である。１つ又は２つ以上の実施形態では、パルス幅変調後におけるデューティサイクルは、僅かに０を上回るレベルから約５０％までの間で変動してよい。もし必要であれば、適切な駆動回路２０８は、受信されたＤＣ電力信号を、中間周波数を有するＡＣ正弦信号に変調してよい。この方式による調和波成分の低減は、干渉及びノイズの問題を阻止することができ、あらゆるフィルタリング要件を簡単にする。ゼロ交差及びオン／オフ制御を含む代替の電力変調方式もまた、単独で又は組み合わせて実装することが可能である。
【００１９】
駆動回路２０８によって出力される中間信号出力は、次いで、分離変圧器２２０の一次巻線２２２に供給される。一次巻線２２２は、コア２２４の一部分に巻き付けられた状態で示されている。コア２２４は、マンガン亜鉛、又はニッケル亜鉛、又はその他の適切な（例えばμ（透磁率）が２０００の域の）高透磁率材料で形成されてよい。或いは、（μが１０から４０までの）粉末状の鉄、ＭＰＰとして一般に知られる心材料、（μが５０から３００までの）センダスト、（μが１００から５０００までの）ＮｉＺｎフェライト及びＭｎＺｎフェライトなどが用いられてよい。総じて、より低周波の動作には、より高いμの材料が用いられてよく、逆もまた同様である。２０ＫＨｚから２ＭＨｚまでの間の電力応用の場合は、一実施形態では、約２００から約３０００までの間のμ値を有する材料が適しているだろう。一実施形態では、約１０から約５０００までの間のμ範囲値を有する材料が用いられてよい。一実施形態では、約１００から約２０００までの間のμ範囲値を有する材料が用いられてよい。一実施形態では、約２００から約１０００までの間のμ範囲値を有する材料が用いられてよい。
【００２０】
１つ又は２つ以上の実施形態では、飽和を阻止するために、及び磁気特性を線形化するとともに分離変圧器２２０の温度依存性を低減可能にするために、コア２２４のなかに空隙２３０（図２に示されている場所は一例にすぎない）を提供することができる。もし空隙２３０が存在している場合は、一次巻線２２２は、巻線における損失を低減させるために、空隙２３０を覆うのではなく空隙２３０の両側に巻き付けられることが好ましい。
【００２１】
一次巻線２２２に直接的に結合されていない二次巻線２３６もまた、コア２２４に巻き付けられている。１つ又は２つ以上の実施形態では、一次巻線２２２と二次巻線２３６との間の容量結合を低減させるために、二次巻線２３６は、一次巻線２２２から離して位置決めされており、それによって、一次と二次との容量結合を低減させるとともに、特に高周波ＲＦ信号の場合に高度な分離を達成している。例えば、二次巻線２３６は、図に示されるように、一次巻線２２２の反対側の、コア２２４の周囲に位置決めされる。巻線のこの隔離は、かなりの漏れインダクタンスをもたらすだろうが、適切な設計であれば、この問題に容易に適応することが可能である。
【００２２】
一般的に、コア材料が誘電体であるとすると、ＲＦ結合は、その大半が浮遊容量によるものであることが好ましい。フェライト材料は、高抵抗の金属酸化物であり、一次側と二次側との間に数ピコファラッドの静電容量を実現するためには、その他のセラミックスに特有な１０〜１００程度の誘電率を用いることができる。しかしながら、一般的なＭｎＺｎ材料などの特定のフェライトは、更に桁の大きい誘電率を有すると考えられ、浮遊容量を制御するためには、テフロンライナ上の空隙などの二次的分離が必要とされるだろう。例えば、１つ又は２つ以上の実施形態では、容量結合は、（１ｐＦから約２０ｐＦまでのような）一桁ピコファラッドの域に限定されることが好ましい。
【００２３】
１つ又は２つ以上の実施形態では、コア材料の選択及びコアの設計は、トレードオフを伴っている。なぜならば、フェライトの場合は、周波数の増加とともにε（誘電率）の虚数及び実数の両方が幾分減少し、そうして浮遊容量を低下させるのが通常である一方で、損失正接は依然として幾らかの特定の周波数において最大になり、過剰な磁心損失を回避するためには電力伝達がこの周波数より下で良く動作することが望ましいからである。浮遊容量は、周波数から幾分独立している傾向があるが、周波数の増加とともに低下して、より高い周波数において分離を向上させるので、使用されているＲＦの詳細は、コモンモードにおいて高周波ＲＦ信号が印加されている（コアのなかに磁束がない）限り、問題にならない可能性が高い。したがって、このアプローチは、全ての周波数範囲にわたる普遍的な解を提供するとともに、現在使用されているフィルタよりも遥かに広帯域でない負荷を生成することができるだろう。ＲＦブロックが普遍的で且つ広帯域であることは、総じて真ではあるが、共振アンテナ回路が予期せず導入されて、インピーダンスが特定の周波数において許容不可能に低下するかもしれない事態を阻止するためには、コイル及び変圧器の設計に注意が払われるべきである。更に、これらの周波数は、もしあるとすれば、適用されるＲＦ周波数と一致しないように設計されることが望ましい。
【００２４】
１つ又は２つ以上の実施形態では、二次巻線２３６は、一次巻線２２２がコア２２４に巻き付けられるよりも大きい直径２３８でコア２２４に巻き付けられる。より大きい直径２３８は、二次側とコアとの容量結合を低減させるのに有用である。（図２に示されていない）１つ又は２つ以上の実施形態では、二次巻線２３６は、一次巻線２２２を覆って、ただし二次側と一次側との容量結合を低減させるとともに二次側とコアとの容量結合を低減させるためにより大きい直径で巻き付けられる。これらの容量結合の低減は、周波数依存性を低減させるものであり、本発明の一部の実施形態における重要な態様である。
【００２５】
これに対して、一次巻線２２２は、漏れインダクタンスの低減を助けるために、コア２２４により近づけて巻かれる傾向がある。巻き線と巻き線との容量又は巻き線とコアとの容量（これは場合によっては自己共振に寄与することがある）を低減させるために、一次巻線２２２とコア２２４との間には、小さな隙間及び／又は絶縁層を挟むことができる。
【００２６】
二次巻線２３６は、一次巻線２２２に対して１：１の比を有してよい、又は電圧を上げる又は下げるために、一次巻線２２２との間にｎ：１の巻き関係を有してよい。伝達目的のためには、電圧が高いほど低電流の電力信号がより効率的である傾向があり、場合によっては望ましいとされるだろう。好ましい一実施形態では、動作上の使用のために、２０８ボルトのＡＣが３００ボルトを超えるＤＣに整流されるだろう。相互インダクタンスを介して、二次巻線２３６において中間周波数の分離電力信号が生成される。分離変圧器２２０によって出力される中間周波数の分離電力信号は、次いで、負荷を駆動するために用いられてよい、又は負荷を駆動するために分離ＤＣ電力信号に変換されてよい。もし必要であれば、分離電力信号による負荷の駆動に先立って、出力フィルタリングを実施することができる。
【００２７】
１つ又は２つ以上の実施形態では、容量結合を更に低減させるために、シールドが提供される。例えば、一次側と二次側との容量結合を低減させるために、一次巻線２２２と二次巻線２３６との間にシールドを提供することができる。別の例では、二次側とコアとの容量結合を低減させるために、代わりに又は加えて、二次巻線２３６とコア２２４との間にシールドを提供することができる。更に別の例では、一次側とコアとの容量結合を低減させるために、代わりに又は加えて、一次巻線２２２とコア２２４との間にシールドを提供することができる。シールドは、１つ又は２つ以上の実施形態では、そこで発生する対地電流を伝達するために、接地されていてよい。ただし、二次側と接地との間の容量の著しい増加を回避するためには、選択される詳細な設計及び形状に注意が払われるべきである。１つ又は２つ以上の実施形態では、渦電流を減らすために及びシールドが短絡巻線のように機能する事態を阻止するために、シールドに１つ又は２つ以上のスリットが（例えばトロイダル巻線方向に）提供される。シールドの存在は、一次巻線及び二次巻線における自己共振（例えばアンテナ効果）を低減させ、それによってインピーダンス特性を滑らかにするとともに設計の周波数依存特性に寄与することがわかっている。
【００２８】
１つ又は２つ以上の実施形態では、高周波ＲＦ信号（すなわちブロックされるべきＲＦ信号）がコモンモード信号として分離変圧器２２０に示されることを可能にするために、フィルタを用いることができる。図２の例では、高周波ＲＦ信号をコモンモード信号として分離変圧器２２０に示すという目標を達成するために、導線２４４、２４６にそれぞれコンデンサ２４５が結合される。当業者に周知のその他の設計のフィルタが用いられてもよい。（２４０、２４２によって表される）浮遊容量があるが、これらの浮遊容量は、出力信号ＲＦ結合がコモンモード信号であることを保証するために、コンデンサ２４５によって支配することが可能である。コンデンサ２４５は、臨界周波数における共振を回避するために、適切にサイズ決定される（大きすぎない）ことが望ましい。
【００２９】
ＲＦ分離（変圧器）を経て伝達された電力は、スイッチング周波数のＡＣとして、又は深く変調されたＤＣに整流された状態若しくはフィルタリングを経て平滑なＤＣに戻された状態で、ヒータなどの受動回路を直接的に作動させるために使用することができる。電力は、もし必要であれば、ハイサイドにおいて整流又は制御されてもよい。
【００３０】
１つ又は２つ以上の実施形態では、例えばヒータに対して現在なされているようにＳＳＲを使用して、又はＰＷＭ（ハルス幅変調）によって、又はスイッチング回路のオン／オフバースト変調によって、ローサイド（例えば一次巻線２２２と、図２のＡＣライン側の方の回路）に適用される。制御方式は、オープンループ制御、フィードフォワード制御、又はフィードバック制御を実行することができる。
【００３１】
フィードバックは、ローサイド電力／電流引き込みを監視することによって、又はより正確には電力、電圧、及び／若しくは電流、若しくはその他の何らかの感知変数のハイサイド電気センサを使用することによって、実行することができる。ヒータの場合は、例えば抵抗温度検出器、蛍光プローブ、又は熱電対などの、温度センサが用いられてよい。ハイサイドセンサが電気センサである場合は、例えば光カプラ、又は光ファイバ、又は低電流ＲＦフィルタなどの、別の分離チャネルが提供されてよい。更に、ハイサイド制御を可能にするために、ハイサイドにおいて、ＡＣ又はＤＣ分離電力信号に対して変調が実施されてよい。
【００３２】
ローサイド制御方式では、各ハイサイドデバイス（例えばヒータ素子）が、自身の電力チャネルを用いることができる。代案として、更に大きい電力分離器（変圧器）であってよい共通電力チャネルを使用して、又は幾つかの低電力チャネルを平行に走らせることによって、電力をハイサイドに分離することが可能である。この場合は、制御は、ハイサイドにおける能動回路を使用して実行することができる。セットポイント（例えば温度又は電力）に対応する制御信号もまた、ローサイドからであってよく、（例えば光結合を使用して）分離することができる。
【００３３】
図３Ａ〜３Ｃは、発明の実施形態にしたがって、制御方式の幾つかの例を示している。これらの回路では、３つの負荷選択肢が示されており、電流は、二者択一式に（一度に１つの選択肢で）又は同時進行式に（同時に２つ若しくは３つ以上の選択肢で）負荷（図の右側を参照せよ）に伝達されてよい。更に、図３Ａ〜３Ｃの１つ又は２つ以上では、力率補正回路（不図示）が用いられてよい。一般的には、ローサイド制御方式及びハイサイド（例えば二次巻線２３６と、図２の高周波ＲＦ側の方の回路）制御方式の、一方又は両方が可能である。図３Ａでは、整流器／フィルタ回路（例えば３０６）、ドライバ回路（例えば３０８）、又はハイサイド変調回路（３１４）のいずれにも、能動回路が提供されていない。
【００３４】
しかしながら、図３Ａ〜３Ｃのいずれにおいても、及びその他の実装形態においても、ＡＣソース電力信号の送達を制御することが可能である。例えば、（例えば光分離を使用して）適切に分離された温度感知信号が、ＡＣソース電力信号をオン及びオフにしてチャックの温度を制御するために、ソース電力信号制御回路に提供されてよい。チャックの例では、熱質量がかなり高いので、ＡＣソース電力信号の（比例式ではなく）単純なオン／オフ制御でも、優れたパフォーマンスを生む可能性がある。これは、ＡＣソース電力信号をオン／オフに高速で循環させることができるマイクロプロセッサを使用してＡＣソース電力信号が制御されるときに、特に当てはまる。
【００３５】
図３Ｂでは、ローサイド制御が実行される。図３Ｂでは、整流器／フィルタ回路（例えば整流器／フィルタ回路３０６）を制御してＤＣ出力信号の振幅を調整するために、マイクロプロセッサ制御ユニット３２０が用いられてよい。代わりに又は加えて、マイクロプロセッサ制御ユニット３０２は、スイッチモード電源のスイッチング特性、パルス幅持続時間、及び／若しくは動作周波数、並びに／又はドライバ回路３０８のその他の特性を変更するために用いられてよい。別の例では、プロセッサ／コントローラユニット３２０は、変圧器の一次巻線におけるタップポイントを変更して分離変圧器３１０の巻き数比を効果的に変更するために用いられてよい。
【００３６】
図３Ｃでは、ハイサイド制御が実行される。この場合は、ハイサイド温度制御センサが、（例えば光分離された又は低電力フィルタリングを経た）分離センサ信号をプロセッサ／コントローラユニット３３０に送信してよく、該ユニットは、すると、ハイサイド変調回路３５４を制御するために、（例えば光分離又は低電力フィルタリングを使用してやはり分離されるだろう）コマンドをハイサイド分離コントローラ３５２に送る。図３Ｃの例では、ハイサイド変調コントローラのための状態監視電圧及び電流が、ローサイドからの分離電力信号を使用して供給されてよい。
【００３７】
以上からわかるように、発明の実施形態は、先行技術のフィルタリング手法の周波数依存性はもちろん、そのアプローチに内在する整合受動フィルタコンポーネントに伴う困難を実質的に防ぐ。先行技術のフィルタリング手法に関連する共振の問題もまた、実質的に取り除かれる。分離変圧器に対して中間周波数を使用することによって、分離変圧器の物理的サイズを大幅に縮小することが可能である。着目される全ての高ＲＦ周波数に対して高インピーダンスを示しつつ高度なＲＦ分離を提供するように分離変圧器を適切に設計することによって、ＡＣソース又はＤＣソースからの電力を、高ＲＦ信号にも結合されているコンポーネント又はアセンブリに効率的に提供することが可能である。
【００３８】
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲内に入る代替、置換、及び均等物がある。本明細書では、様々な例が提供されているが、これらの例は、発明に対して例示的であって限定的ではないことを意図している。また、名称は、便宜のために提供されたものであり、特許請求の範囲を解釈するために使用されるべきでない。もし、本明細書において「セット」という用語が用いられる場合は、このような用語は、ゼロの、１つの、又は２つ以上の構成要素を内包した通常理解の数学的意味を有することを意図している。また、本発明の方法及び装置を実現するものとして、多くの代替的手法があることも留意されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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