(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波（ＲＦ）電力発生器であって、
ＲＦ電力を発生させるドライバモジュール（１４）と、
前記ＲＦ電力を増幅する電力増幅器モジュール（１２）と、
前記電力増幅器モジュール（１２）に電力をそれぞれ供給するための複数の電源モジュール（１８）と、前記各電源モジュール（１８）からの電流を加算して第１の電流を発生させる加算モジュール（２６）とを備え、前記第１の電流が前記電力増幅器モジュール（１２）に伝達される、電源（１８，２６）と、
前記電力増幅器モジュール（１２）の出力において増幅されたＲＦ電力の電圧値および電流値に基づき第１のデータを発生させる電圧・電流プローブ（４６）と、
デイジーチェーン接続およびデータ送信のための第１の通信用ポートと、デイジーチェーン接続およびデータ受信のための第２の通信用ポートと、該第１および第２の通信用ポートとは異なる第３の通信用ポートとを含む補償器モジュール（２８）であって、
前記電圧・電流プローブ（４６）から前記第３の通信用ポートを介して、電圧値および電流値を含む第１のデータを受信し、
前記補償器モジュール（２８）が、第１のデータを対応する所定の限界値と比較するとき、第１のデータが該限界値から外れることを示す不良指示を示す第２のデータを発生する補償器モジュール（２８）と、
前記電力増幅器モジュール（１２）の動作を制御するシステム制御モジュール（３４）と、
前記電源（１８，２６）の電力を制限する電源制御モジュール（３６）と、
前記補償器モジュール（２８）、前記システム制御モジュール（３４）および電源制御モジュール（３６）をデイジーチェーン方式で接続する通信リンク（３２）とを備え、
前記補償器モジュール（２８）は、前記第１の通信用ポートを介して前記通信リンク（３２）の第１の部分によって、前記システム制御モジュール（３４）に接続され、
前記システム制御モジュール（３４）は、前記通信リンク（３２）の第２の部分によって、前記電源制御モジュール（３６）に接続され、
前記電源制御モジュール（３６）は、前記通信リンク（３２）の第３の部分によって、前記第２の通信用ポートを介して前記補償器モジュール（２８）に接続され、
前記補償器モジュール（２８）で発生した前記第２のデータは、前記第１の通信用ポートから、前記通信リンク（３２）の第１の部分を介して、前記システム制御モジュール（３４）に伝送され、
前記システム制御モジュール（３４）で受信した前記第２のデータは、前記通信リンク（３２）の第２の部分を介して、前記電源制御モジュール（３６）に伝送され、
前記電源制御モジュール（３６）で受信した前記第２のデータは、前記通信リンク（３２）の第３の部分を介して、前記第２の通信用ポートを経て前記補償器モジュール（２８）に伝送され、
前記電源制御モジュール（３６）は、前記補償器モジュール（２８）から、前前記通信リンク（３２）の第１および第２の部分を介して前記第２のデータを受信することに基づき、１または複数の電源モジュール（１８）の電力を制限することを特徴とするＲＦ電力発生器。
【請求項２】
前記第１のデータが位相角および温度の値のうちの少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のＲＦ電力発生器。
【請求項３】
前記電力増幅器モジュール（１２）の出力に接続され、ドライバモジュール（１４）を過渡的な負荷から保護する誘導クランプ回路（１６）をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＲＦ電力発生器。
【請求項４】
前記誘導クランプ回路（１６）が、電源制御モジュール（３６）が前記電源（１８，２６）によって供給される前記電力を制限する前に前記電力増幅器モジュール（１２）に印加される負荷を制限することを特徴とする請求項３記載のＲＦ電力発生器。
【請求項５】
前記電力増幅器モジュール（１２）がエアキャビティ型トランジスタパッケージを含むことを特徴とする請求項１記載のＲＦ電力発生器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２００５年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／７０４，０４１号明細書の利益を主張し、当該出願の開示内容は全体として引用することによって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
分野
本開示は、無線周波（ＲＦ）電力発生器に関する。
【０００３】
背景
本項目は、単に本開示に関する背景情報のみを記載するものであり、先行技術となるものではない。
【０００４】
ＲＦ電力発生器は、集積回路の製造などの工業分野に利用することができる。これらの用途において、ＲＦ発生器は製造プロセスの重要な要素となっている。また、ＲＦ発生器は、センサ、整合ネットワーク、プラズマ室などの多くの他の要素に結合されているので、故障したＲＦ発生器を取外し、交換するには、費用と時間とがかかり、および／または技術的に困難なこともある。
【０００５】
故障したＲＦ発生器に関連するリスクが明らかに存在するにもかかわらず、近年のＲＦ発生器には内部部品の不良または故障に対する許容度が不足していた。たとえば、ＲＦ発生器のサブモジュールの部品が１つでも故障すると、ＲＦ発生器が停止してしまう可能性がある。低い電力、たとえば５ｋＷ以下で使用する用途でＲＦ発生器の停止は許されても、大口径シリコンウェハの製造のための電力レベル増幅用としてはそれほど容認することができない。また不良および／または故障に対する許容度に限界があるために、高出力ＲＦ発生器の平均故障間隔（ＭＴＢＦ）が好ましくないレベルまで低下する可能性もある。
【０００６】
従来のＲＦ発生器は、典型的には、ひどい故障が発生する直前に発生する高速の事象の持続的な記憶は制限されていたり、または行われない。そのため困難なシステムレベルの問題を解決するまでの時間が長くなる可能性がある。ウェハ処理ツールが高度に複雑であるために、動作中の部品がシステム異常を引起こしたと誤って判断されてしまう可能性がある。これによって適切に動作しているＲＦ発生器が、問題がないときに修理に出され、ＭＴＢＦ統計値をさらに低下させる可能性がある。
【０００７】
要約
いくつかの実施形態に従えば、無線周波（ＲＦ）電力発生器は、ＲＦ電力を発生させるドライバモジュールと、ＲＦ電力を増幅する電力増幅器モジュールと、データ取得モジュールとを備える。データ取得モジュールは、電力増幅器モジュールに関係する診断データを受信する第１の通信用ポートを含む。データ取得モジュールは、第１の通信用ポートを介して不良指示を受信する前に所定時間の間、受信したデータを保存する。
【０００８】
様々な実施形態において、ＲＦ電力発生器はさらに第２の通信用ポートを含む制御モジュールであって、電力増幅器の動作パラメータを決定する制御モジュールを備える。電源制御モジュールが、第３の通信用ポートを含み、電力増幅器に電力を供給する電源の動作パラメータを決定する。ＲＦ電力発生器はさらに、第１、第２および第３の通信用ポートを接続するデイジーチェーン通信リンクを備える。
【０００９】
様々な実施形態では、無線周波（ＲＦ）電力発生器は、ＲＦ信号を発生させるＲＦ電力増幅器と、電力増幅器に電力を供給する電源と、第１の通信用ポートを含み、電力増幅器の動作パラメータを決定する制御モジュールとを備える。電源制御モジュールが、第２の通信用ポートを含み、電源の動作パラメータを決定する。デイジーチェーン通信リンクは第１および第２の通信用ポートを接続する。
【００１０】
いくつかの実施形態に従えば、無線周波（ＲＦ）電力発生器は、ＲＦ電力を発生させるドライバモジュールと、ＲＦ電力を増幅する電力増幅器モジュールと、電力増幅器モジュールに電力を供給する電源モジュールとを備える。電源制御モジュールが、第１の通信用ポートを含み、第１の通信用ポートを介して不良指示を受信することに基づいて電源モジュールの出力パラメータを制限する。
【００１１】
利用可能性はさらに広い範囲に及ぶことはここに記載する説明から明らかとなろう。本説明および具体的な実施例はもっぱら説明の目的を意図するものであって、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことは言うまでもない。
【００１２】
ここに記載する図面はもっぱら説明目的のためであって、本開示の範囲を限定することを意図するものでは全くない。
【００１３】
詳細説明
以下の説明は本質的に単なる実施例であり、本開示、本出願または使用を制限することを意図するものではない。なお図面全体において同一の符号は同一または相当する部分および特徴を示すことは言うまでもない。
【００１４】
図１を参照して、ＲＦ電力発生器１０のいくつかの実施形態の１つについて説明する。ＲＦ電力発生器１０は複数の電力増幅器モジュール、すなわち電力増幅器１２−１，１２−２，１２−３，１２−４（電力増幅器１２と総称する）を含む。電力増幅器１２の各電力増幅器は、それぞれパワートランジスタ、すなわちドライバモジュール１４−１，１４−２，１４−３，１４−４（パワートランジスタ１４と総称する）を含む。電力増幅器１２の出力は各誘導クランプ回路１６−１，１６−２，１６−３，１６−４（誘導クランプ回路１６と総称する）と通信可能である。類似の構成要素を参照するこの態様は本明細書全体で使用される。クランプ回路１６は、パワートランジスタ１４を過渡的な負荷電流から保護するとともに、パワートランジスタ１４が非常に低いインピーダンス負荷に供給できる電力を制御する。いくつかの実施形態では、クランプ回路１６は各電力増幅器１２に含めることができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、各電力増幅器１２にはプッシュプル並列電力増幅器トポロジが使用されている。他の実施形態では、電力増幅器１２にはハーフブリッジ増幅器トポロジが使用されている。当業者には認知されていることだが、様々な電力増幅器トポロジを使用して電力増幅器１２を実施することができる。たとえば、電力増幅器１２にはエアキャビティ型パッケージを用いたパワートランジスタ１４を使用することもできる。エアキャビティ型パッケージを使用すれば、パワートランジスタ１４の中の１つのトランジスタが短絡しても電力増幅器１２の残りの増幅器は動作し続けることができる。パワートランジスタ１４の個々のトランジスタがエアキャビティ型パッケージ内で短絡した場合、ワイヤボンドがパッケージ内で溶解して開放状態となる。ワイヤボンドが開放状態になることによって、パワートランジスタ１４の短絡した個々のパワートランジスタはパワートランジスタ１４の残りのパワートランジスタから効率的に切り離され、残りのパワートランジスタの動作を継続させることができる。このような動作は電気的および熱的なストレスが増加した場合に発生する。
【００１６】
複数の電源モジュールは、電源モジュール１８を規定し、電力増幅器１２に対してＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。ＡＣ電力は回路ブレーカ２０を介して供給される３相電力とすることができる。ＡＣ電力はまた、ＲＦ発生器１０の様々なモジュールに対してドライバ電源ユニット（ＰＳＵ）とともに電力を供給する、ハウスキーピング電源モジュール２２に印加することもできる。たとえば電磁干渉またはその他の典型的な干渉にフィルタをかけるラインフィルタモジュール２４は、ＡＣ電力にフィルタをかけるために使用することもできる。
【００１７】
電源モジュール１８は、加算モジュール２６にＤＣ電流を供給する。加算モジュール２６は入力ＤＣ電流および／または電圧を加算し、加算した電流および／または電圧を電力増幅器１２に伝達する。いくつかの実施形態では、加算電源１８および／またはモジュール２６は、電力増幅器１２に供給される加算電流にフィルタをかけるフィルタネットワークを含むこともできる。電源モジュール１８の中の１つの電源が故障した場合、加算モジュール２６は故障した電源モジュールを切り離すことができ、これによってＲＦ発生器１０の動作を継続させることができる。
【００１８】
補償器モジュール２８は、プロセス変数および／または各設定ポイント、電力増幅器１２に供給される電流および／または電圧、電力増幅器１２によって供給される電流および／または電圧、および／または様々な要素および／または周囲空気の温度などのデータを取得し、バッファしかつ／または決定する。取得されたデータは一時的にまたはある程度長期的にトレースバッファに記憶されるようにしてもよい。様々な実施形態において、補償器モジュール２８は、複合負荷インピーダンスおよび供給される負荷電力を決定し、ドライバモジュール１４に制御信号を出力して電力増幅器モジュール２１の動作を変更することによって、コンバイナ／ＶＩプローブ４６からのＲＦ出力電力を調整する。いくつかの実施形態では、補償器モジュール２８は前記データを対応する所定の限界値と比較して、限界値から外れた場合には不良状態を知らせる。様々な実施形態において、補償器モジュール２８は、分析のために取得されたデータを記憶する。いくつかの実施形態において、補償器モジュール２８は、バッファされたデータを記憶および／または検索するための通信用ポート３０を含む。通信用ポート３０は、イーサネット、ＲＳ−２３２，無線またはその他のタイプのインタフェースおよび／またはプロトコルなどの通信リンク３２を使用することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、通信リンク３２はデータ取得モジュール２６と、システム制御モジュール３４および電源制御モジュール３６などの他のモジュールとの間の通信経路を提供する。通信リンク３２は、デイジーチェーン方式で接続された高速エラー訂正デジタルリンクを使用することができる。デイジーチェーン接続は、スター方式および／またはバス方式などの他の接続トポロジと比較したとき、配線量を減らせるので、ＲＦ発生器１０の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
システム制御モジュール３４は、インタロック４０ポートと、第２の通信用ポート４２と、カスタマインタフェース４４とを含む。インタロック４０は特定条件の下でＲＦ発生器１０がＲＦ電力を発生させることを禁止する入力である。たとえば、インタロック４０は停止状態を示す信号を受信すると、この信号に従ってＲＦ発生器１０の高出力構成要素を無効とするように作動することができる。システム制御モジュール３４は、ＲＦ発生器１０の様々なパラメータを制御および／または通信するために使用することができるカスタマインタフェース４８を含むこともできる。
【００２１】
電源制御モジュール３６は、システム制御モジュール３４および／またはデータ取得モジュール２８からのコマンドに従って電源モジュール１８を制御する。電源制御モジュール３６は通信リンク３２と通信を行う通信用ポートを含む。電源モジュール３６が通信リンク３２を介してなどして不良指示を受信すると、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の電源モジュール１８の出力電力を制限し電力増幅器１２を損傷から保護する。電源制御モジュール３６の不良応答アスペクトはクランプ回路１６と連動して電力増幅器１２をさらに保護することができる。いくつかの実施形態では、不良状態に対する応答時間はクランプ回路１６の方が電源制御モジュール３６よりも速い。
【００２２】
クランプ回路１６は、ＲＦ信号を出力する。ＲＦ信号は、コンバイナ／ＶＩプローブ４６を通る。コンバイナ／ＶＩプローブ４６は、クランプ回路１６からの各ＲＦ出力を結合して結合ＲＦ出力を発生させる。コンバイナ／ＶＩプローブ４６のＶＩプローブ部は、いくつかの実施形態では、統合ブロードバンドＶＩプローブとして実施される。ＶＩプローブは、データ補償器モジュール２８に検知された電圧および電流信号を供給する。ＶＩプローブは、相互変調ひずみ成分などの不所望な信号を排除しながら、比較的高速で電力および負荷インピーダンスを実用上瞬間的に判定することができる。速度が向上すると制御システムの負荷変動に対する反応が速くなり、信頼性をさらに向上させることができる。ＶＩプローブの実施例が、米国特許第５５０８４４６号明細書および米国特許第６５２２１２１号明細書を参照して見つけることができ、両特許は全体として本明細書に組み込まれる。
【００２３】
図２は、ＲＦ発生器１０の様々な実施形態を示す。図２のＲＦ発生器１０を使用して、図１に示されるＲＦ発生器１０よりも低出力の形態を実施してもよい。ＲＦ発生器１０は、１対の電力増幅器を有する電力増幅器１２と、関連するドライバモジュール１４およびクランプ回路１６とを含む。図１および図２に示されるＲＦ発生器１０の実施形態は、ＲＦ発生器１０の構造のスケーラブルな性質を示す。特に仮想線で示された電源モジュール１８−３，１８−４は、１対の電源モジュールおよびそれに付随する図２では省略された電力増幅器回路を示しており、図１に示すシステムから規模が縮小されたことを示している。同様に、補償器モジュール２８から出る１対の制御ライン出力が仮想線になっており、本設計のスケーラブルな性質をさらに示している。
【００２４】
図３は、ＲＦシステム１００の様々な実施形態を示す。ＲＦシステム１００は、複数のＲＦ発生器１０−１，１０−２，…，１０−ｎ（ＲＦ発生器１０と総称する）を含む。ＲＦシステム１００は、複数のＲＦ発生器１０からのエネルギを結合してＲＦ信号を生成する。いくつかの実施形態では、各ＲＦ発生器１０は約１３ｋＷのＲＦ電力を発生させる。次にＲＦ発生器１０の出力が結合されて、ＲＦシステム１００の出力で２０〜４０ｋＷを発生させる。一例として、図３は統合ラックシステムとして実施することができる。
【００２５】
図３は、本明細書で説明するシステムのスケーラブルな性質をさらに示している。図３において、図１または図２のいずれかに示すＲＦ発生器ユニット１０は、２つ以上のＲＦ発生器１０の出力を結合して増加した出力電力を生成するシステムの基本要素として実施される。図３において、ＲＦ発生器モジュール１０は実質的に同一である。図１および図２の単一のシステム制御モジュール３４は図１のＲＦ発生器１０を制御する。
【００２６】
いくつかの実施形態では、各ＲＦ発生器は、それぞれ電源モジュール１８、ドライバモジュール１４、電力増幅器１２および関連する支援回路を含む。図１または図２の補償器２８は、各ＲＦ発生器１０−１，１０−２内にスレーブ補償器モジュール２８−１，２８−２として現れる。図３のスレーブ補償器モジュール２８は、図１および図２に関する説明と同じように作動する。各スレーブ補償器モジュール２８は、コンバイナ／ＶＩプローブ４６（図３に示さず）の各出力をモニタし、ドライバモジュール１４に対して調整信号を発生させて各ＰＡモジュール１２（図３に示さず）を制御する。スレーブ補償器モジュール２８はまたマスタ補償器モジュール１２８からの入力を受信する。マスタ補償器モジュール１２８は、ここでさらに説明するように、その入力を受信し、スレーブ補償器モジュール２８−１，２８−２に対して出力信号を発生させる。システム制御モジュール３４は、図１および図２に関する上記説明と同様に作動する。
【００２７】
各ＲＦ発生器１０は、コンバイナモジュール１０２にＲＦ信号を出力し、コンバイナモジュール１０２は上記説明のように作動して、ＲＦ出力を結合して単一のＲＦ出力を発生させる。単一のＲＦ出力はＶＩプローブ１０６に伝達される。ＶＩプローブ１０６はＲＦ出力信号１０４の電圧および電流に相当する出力信号１０８−１，１０８−２を発生させる。マスタ補償器モジュール１２８は、その電圧信号および電流信号を受信し、各スレーブ補償器モジュール２８−１，２８−２に対して出力信号１１２を発生させる。
【００２８】
電源インタロックモジュール１１４は、インタロックライン４０を介して各ＲＦ発生器１０と通信する。電源インタロックモジュール１１４は、ＲＦ発生器１０を無効とすることを要求する状況をモニタする。限定されない一例として、露出したＲＦ接続が検出された場合、インタロック信号が電源インタロックモジュール１１４に入力されてもよい。この例では、電源インタロックモジュール１１４は信号を発生させてＲＦ発生器１０を無効とする。電源インタロックモジュール１１４はまたシステム制御モジュール３４を通った外部インタロック信号を受信する。電源インタロックモジュール１１４は、システム制御モジュール３４とライン１５０を介して通信し、システム制御モジュール３４からの信号も受信し、電源インタロックモジュール１１４を用いて水電磁弁を制御する。限定されない一例として、システム制御モジュール３４によって結露状態が検出された場合、システム制御モジュールは電源インタロックモジュール１１４に信号を送信して水電磁弁を無効にし、ＲＦ発生器１００のハウジング内部の可能性のある結露を抑制する。いくつかの実施形態では、システム制御モジュール３４および電源インタロックモジュール１１４はまた前面パネル１１６と通信を行い、システムオペレータに情報を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】改良されたＲＦ発生器を示す機能ブロック図である。
【図２】改良されたＲＦ発生器の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図３】複数のＲＦ電力発生器によって発生した電力を結合するためのコンバイナを含むＲＦ電力発生器を示す機能ブロック図である。
【図１】
0004751783.tif 000002
【図２】
0004751783.tif 000003
【図３】
0004751783.tif 000004