(57)【要約】無線周波数（ＲＦ）電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生装置はＤＣ電源（Ｂ+）を含む。無線周波数スイッチは中心周波数ｆ0の上記ＲＦ電力を発生させる。低域通過散逸終端回路網はＤＣ電源（Ｂ+）とスイッチとの間に接続され、第一遮断周波数にて作動する。スイッチはシステムの忠実度を向上させる出力回路網へ信号を出力する。出力回路網は所定周波数を超えるＲＦ電力を通過させる高域通過サブ高調波負荷絶縁フィルターへ送られる出力信号を発生させる。低域高調波負荷絶縁フィルターが出力回路網と高域通過サブ高調波負荷絶縁フィルターとの間に挿入されてもよく、高調波終端回路網が出力回路網の出力に接続されてもよい。高域通過終端回路網は所定周波数を超える周波数のＲＦ電力を散逸させる。オフラインショートまたは分路回路網はスイッチの出力と出力回路網の入力とに接続され、所定周波数にてスイッチの出力を短絡させてもよい。
2010521041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ電力を負荷に印加するための無線周波数発生器であって、
ＤＣ電源と、
中心周波数のＲＦ電力を発生させる少なくとも一つのスイッチと、
上記ＤＣ電源と上記スイッチとの間に接続され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有し、上記中心周波数未満の周波数にて、オフラインでのインピーダンス制御をもたらす低域通過終端回路網と、
上記スイッチの出力と上記負荷との間に設けられ、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有し、上記中心周波数未満の周波数にて、上記負荷から上記スイッチに対して、インラインでの絶縁を提供する高域通過フィルターと、を備える無線周波数発生器。
【請求項２】
上記低域通過終端回路網および上記高域通過フィルターは、上記無線周波数発生器が、上記中心周波数または上記中心周波数未満の周波数帯域で作動できるように構成されている請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項３】
上記高域通過フィルターに対して直列に配置されている出力回路網をさらに備えている請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項４】
上記出力回路網は、上記スイッチと上記高域通過フィルターとの間に設けられている請求項３に記載の無線周波数発生器。
【請求項５】
上記出力回路網と、上記高域通過フィルターとは、共通の構成部品を含む請求項３に記載の無線周波数発生器。
【請求項６】
上記低域通過終端回路網は、散逸素子を備える請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項７】
上記低域通過終端回路網は、上記スイッチとしてのトランジスタに対して誘導性負荷を与えるものである請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項８】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項９】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項１０】
上記ＲＦ電力からオフラインにて接続され、上記中心周波数よりも大きい第三遮断周波数を有し、上記中心周波数よりも大きい周波数にて、上記スイッチに対してオフラインでのインピーダンス制御を提供する高域通過終端回路網をさらに備えている請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項１１】
上記高域通過終端回路網は、散逸素子を備えている請求項１０に記載の無線周波数発生器。
【請求項１２】
上記高域通過終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項１０に記載の無線周波数発生器。
【請求項１３】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項１０に記載の無線周波数発生器。
【請求項１４】
上記負荷と上記スイッチとの間に設けられ、上記中心周波数よりも大きい第四遮断周波数を有し、上記中心周波数よりも大きい周波数にて、上記負荷から上記スイッチをインラインで絶縁させる低域通過フィルターをさらに備えている請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項１５】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項１４に記載の無線周波数発生器。
【請求項１６】
ＲＦ電力からオフラインにて、帯域通過周波数を備える分絡回路網をさらに備えている請求項１に記載の無線周波数発生器。
【請求項１７】
上記帯域通過周波数は、上記中心周波数のおよそ０．５倍である請求項１６に記載の無線周波数発生器。
【請求項１８】
ＲＦ電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
ＤＣ電源と、
中心周波数のＲＦ電力を発生させる無線周波数トランジスタと、
安定化回路網とを備え、
上記安定化回路網は、
上記ＤＣ電源および上記トランジスタに対してインラインにて接続され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有する低域通過終端回路網と、
上記ＲＦ電力に対してインラインにて接続され、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有し、上記低域通過終端回路網と協動し、上記中心周波数を下回る、所定の作動周波数にわたって、上記トランジスタでのインピーダンスを制御する高域通過フィルターとを含む無線周波数発生器。
【請求項１９】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項１８に記載の無線周波数発生器。
【請求項２０】
上記高域通過終端回路網は、散逸素子を備えている請求項１８に記載の無線周波数発生器。
【請求項２１】
忠実度回路網をさらに備え、
上記忠実度回路網は、
上記ＲＦ電力からオフラインにて接続し、上記中心周波数よりも大きい第三遮断周波数を有する高域通過終端回路網と、
上記ＲＦ電力とインラインにて接続され、上記中心周波数よりも大きい第四遮断周波数を有し、上記中心周波数を上回る所定の作動周波数にわたって、上記高域通過終端回路網と協動して、上記トランジスタのインピーダンスを制御する低域通過フィルターとを含む請求項１８に記載の無線周波数発生器。
【請求項２２】
上記高域通過終端回路網は、散逸型で、所定の作動周波数範囲にてリアクタンスを示すものである請求項２１に記載の無線周波数発生器。
【請求項２３】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項２１に記載の無線周波数発生器。
【請求項２４】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項２１に記載の無線周波数発生器。
【請求項２５】
上記ＲＦ電力に接続された帯域通過フィルターをさらに備え、
上記帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を有する請求項２１に記載の無線周波数発生器。
【請求項２６】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ０．５倍である請求項２５に記載の無線周波数発生器。
【請求項２７】
ＲＦ電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
中心周波数のＲＦ電力を発生させる無線周波数の各トランジスタと、
上記各トランジスタと上記複数の各トランジスタに関連する各ＤＣ電源のそれぞれとの間に接続された各低域通過散逸終端回路網と、
上記無線周波数の各トランジスタからの上記ＲＦ電力に基づいて、ＲＦ電力信号を発生するコンバイナとを備え、
上記ＲＦ電力信号は、負荷としての上記プラズマ室に印加され、
上記各低域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有する無線周波数発生器。
【請求項２８】
上記各低域通過散逸終端回路網は、それぞれに散逸素子を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項２９】
上記各低域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項３０】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項３１】
上記各トランジスタからのＲＦ電力のそれぞれに対して直列の各高域通過フィルターをさらに備え、
上記各高域通過フィルターは、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有する請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項３２】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項３１に記載の無線周波数発生器。
【請求項３３】
上記各トランジスタからのＲＦ電力のそれぞれに接続された複数の各高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記各高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項３４】
上記各高域通過散逸終端回路網は、それぞれに散逸素子を含む請求項３３に記載の無線周波数発生器。
【請求項３５】
上記各高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項３３に記載の無線周波数発生器。
【請求項３６】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項３３に記載の無線周波数発生器。
【請求項３７】
上記各トランジスタからのＲＦ電力のそれぞれに対して直列の低域通過フィルターをさらに備え、
上記低域通過フィルターは、上記中心周波数より大きい第四遮断周波数を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項３８】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項３７に記載の無線周波数発生器。
【請求項３９】
上記各トランジスタからのＲＦ電力のそれぞれに接続された各帯域通過フィルターをさらに備え、
上記各帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項４０】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ０．５倍である請求項３９に記載の無線周波数発生器。
【請求項４１】
上記ＲＦ電力信号に対して直列の高域通過フィルターをさらに備え、
上記高域通過フィルターは、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項４２】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項４１に記載の無線周波数発生器。
【請求項４３】
上記ＲＦ電力信号に接続された高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項４４】
上記高域通過散逸終端回路網は、散逸素子を含む請求項４３に記載の無線周波数発生器。
【請求項４５】
上記高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項４３に記載の無線周波数発生器。
【請求項４６】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項４３に記載の無線周波数発生器。
【請求項４７】
上記ＲＦ電力信号に対して直列の低域通過フィルターをさらに備え、
上記低域通過フィルターは、上記中心周波数より大きい第四遮断周波数を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項４８】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項４７に記載の無線周波数発生器。
【請求項４９】
上記ＲＦ電力信号に接続された帯域通過フィルターをさらに備え、
上記帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む請求項２７に記載の無線周波数発生器。
【請求項５０】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ０．５倍である請求項４９に記載の無線周波数発生器。
【請求項５１】
ＲＦ電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
中心周波数のＲＦ電力を発生させる無線周波数の各トランジスタと、
上記各トランジスタからのＲＦ電力のそれぞれに対して直列に配され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を備える各高域通過フィルターと、
上記無線周波数の各トランジスタからの上記ＲＦ電力に基づいて、ＲＦ電力信号を発生するコンバイナとを備え、
上記ＲＦ電力信号は、上記プラズマ発生装置に印加される無線周波数発生器。
【請求項５２】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項５１に記載の無線周波数発生器。
【請求項５３】
各トランジスタのそれぞれからの上記ＲＦ電力に接続された各高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記各高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第二遮断周波数を含む請求項５１に記載の無線周波数発生器。
【請求項５４】
上記高域通過散逸終端回路網は、それぞれに散逸素子を含む請求項５３に記載の無線周波数発生器。
【請求項５５】
上記高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項５３に記載の無線周波数発生器。
【請求項５６】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項５３に記載の無線周波数発生器。
【請求項５７】
上記各トランジスタのそれぞれからのＲＦ電力に対して直列の各低域通過フィルターをさらに備え、
上記各低域通過フィルターは、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項５１に記載の無線周波数発生器。
【請求項５８】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項５７に記載の無線周波数発生器。
【請求項５９】
上記各トランジスタのそれぞれからのＲＦ電力に接続された各帯域通過フィルターをさらに備え、
上記各帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む請求項５１に記載の無線周波数発生器。
【請求項６０】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ０．５倍である請求項５９に記載の無線周波数発生器。
【請求項６１】
ＲＦ電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
中心周波数のＲＦ電力を発生する無線周波数の各トランジスタと、
上記無線周波数の各トランジスタからの上記ＲＦ電力に基づいて、ＲＦ電力信号を発生するコンバイナと、
上記ＲＦ電力に対してインラインにて、上記無線周波数のトランジスタの出力に近接して配置され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有する高域通過フィルターを含む安定化回路網とを備える無線周波数発生器。
【請求項６２】
ＤＣ電源と上記各トランジスタとに対してインラインにて接続された低域通過終端回路網をさらに備え、
上記低域通過終端回路網は、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有し、高域通過フィルターと協動し、上記中心周波数を下回る周波数にて、所定の作動周波数にわたって、上記トランジスタでのインピーダンスを制御するものである請求項６１に記載の無線周波数発生器。
【請求項６３】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ０．６倍に等しい請求項６１に記載の無線周波数発生器。
【請求項６４】
上記ＲＦ電力信号からオフラインにて接続された、高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項６１に記載の無線周波数発生器。
【請求項６５】
上記高域通過散逸終端回路網は、散逸素子を含む請求項６４に記載の無線周波数発生器。
【請求項６６】
上記高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項６４に記載の無線周波数発生器。
【請求項６７】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項６４に記載の無線周波数発生器。
【請求項６８】
上記ＲＦ電力信号に対してインラインに配され、上記中心周波数より大きい第四遮断周波数を含む低域通過フィルターをさらに備える請求項６２に記載の無線周波数発生器。
【請求項６９】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ１．６６倍に等しい請求項６８に記載の無線周波数発生器。
【請求項７０】
上記ＲＦ電力信号に接続され、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む帯域通過フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項６２に記載の無線周波数発生器。
【請求項７１】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ０．５倍である請求項７０に記載の無線周波数発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プラズマ処理システムにおける無線周波数（ＲＦ）電力増幅器を安定させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本背景技術の欄では、本開示に関する背景情報を単に述べるだけであり、従来技術を構成するものではない。
【０００３】
プラズマ処理システム類は、半導体の製造に用いられる。上記システムでは、原料（例えばシリコン）の電気特性を変化させて、半導体構成部品を製造するためのプラズマ室を用いる。上記プラズマ室の各構成部品として、例えば、トランジスタ、中規模および大規模なインダクタ類、マイクロプロセッサ類、およびランダムアクセスメモリが挙げられる。上記プラズマ室では、製造工程において、スパッタリング、プラズマエッチング、プラズマ蒸着、および／または反応性イオンエッチングを行うことができる。
【０００４】
処理中、上記プラズマ室は、被加工半導体を保持する。次に、上記プラズマ室にガスが低圧で導入される。ＲＦ発生器が上記プラズマ室にＲＦ電力を加える。上記ＲＦ電力は、上記ガスをガス状からプラズマへと変化させる。上記プラズマは、上記被加工半導体の露出部と反応する電荷を帯びたイオンを備える。これらの各処理を組み合わせたものを、被加工体に対して行い、特定の半導体部品を製造する。
【０００５】
図１は、典型的なプラズマ加工システム１０の一部を示している。ＲＦ発生器は、一つ以上の出力用のトランジスタ１２を備えている。直流（ＤＣ）電源が、トランジスタ１２に電力Ｂ＋を与える。従来の各実施形態では、上記ＤＣ電源は、スイッチング電源または電力増幅器（ＰＡ）を備えている。出力用のトランジスタ１２は、ＲＦ駆動信号１４に応じて上記ＲＦ電力を発生させる。
【０００６】
上記ＲＦ電力はインピーダンス整合回路網１６に接続されている。インピーダンス整合回路網１６の出力は、プラズマ室２０における、通常、５０Ωの入力インピーダンスを有する入力に接続されている。従来の各実装では、一つ以上の散逸型（損失型）の帯域通過フィルター２２を備えている。上記帯域通過フィルター２２は、トランジスタ１２とプラズマ室２０として図示されている負荷との間の給電ライン内に接続されている。
【０００７】
トランジスタ１２は通常、単一中心周波数ｆ0のＲＦ電力を発生させる。処理中、プラズマ室２０の入力インピーダンスは、プラズマの本来の特性によって、連続的および自発的に変化する。
【０００８】
これら入力インピーダンスの変化は、トランジスタ１２とプラズマ室２０との間の電力結合効率の低下を招来する。これら入力インピーダンスの変化によって、ＲＦエネルギーがプラズマ室２０から反射し、トランジスタ１２へ戻ることもある。この反射ＲＦエネルギーは、電力供給システムにおける不安定につながり、トランジスタ１２にダメージを与えることがある。
【０００９】
中心周波数ｆ0に中心がある通過帯域外の周波数において起きた反射エネルギーを散逸させるために、フィルター２２を用いることができる。フィルター２２の例は、本発明の譲受人に譲渡されている、Chawla et al 米国特許第5,187,457号、『高調波フィルターおよびサブ高調波フィルター』に開示されている。
【００１０】
スイッチング電源によってＢ＋が供給される用途において、上記反射ＲＦエネルギーは、上記スイッチング電源を不安定にさせることもある。そのような状況に対応するためのフィルター２２の例は、Porter et al. 米国特許第5,747,935号、『スイッチモード電力での無線周波数プラズマ処理の安定化方法およびスイッチモード電力での無線周波数プラズマ処理の安定化装置』に開示されている。
【００１１】
図２は、上記プラズマのインピーダンスの変化が、上記システムの安定性に及ぼす影響の試験測定結果の非限定的例示である。水平軸は周波数ｆ0を中心とする範囲の周波数を表す。垂直軸はプラズマ室２０内に結合された電力を表す。
【００１２】
ピーク４４は、中心周波数ｆ0における望ましい電力結合を表す。プラズマ室における入力インピーダンスの変化は、中心周波数ｆ0を超える場合にピーク４６をもたらし、中心周波数ｆ0を下回る場合にピーク４８をもたらす。各ピーク４６、４８は、基礎となる周波数４４以外の周波数における電力消費を示し、そのような電力消費は、一般的には好ましくない。
【００１３】
図３は、トランジスタ１２とプラズマ室２０との間のインピーダンス整合の変化特性を示すスミスチャート５０である。インピーダンス整合のプロット５１はスミスチャート５０の実（水平）軸と各点５３、５５で交わる。これらの各交差点は、プラズマ室２０での共鳴を表す。
【００１４】
図４は、周波数範囲にわたるＲＦ電力の忠実性（フィディリティ）の損失を引き起こす高調波ひずみの例を示す試験測定結果の非限定的例示である。忠実性とは、通常、トランジスタ１２からプラズマ室２０の入力へのひずみのないＲＦ電力伝播のことを言う。水平軸は周波数を表し、垂直軸は電力増幅器から出力された電力を表す。
【００１５】
第１ピーク５４が中心周波数ｆ0で起こる。第２ピーク５６、第３ピーク５８、および第４ピーク６０は、中心周波数ｆ0に対して整数の倍数にて増加させた周波数で起きる。第２ピーク５６、第３ピーク５８、および第４ピーク６０の振幅は、第１ピーク５４の振幅から段々と小さくなっている。
【００１６】
第２ピーク５６、第３ピーク５８、および第４ピーク６０のエネルギーは、追加のフィルタリングが無いプラズマ室２０では、ＲＦ電力がひずむであろうことを示している。従って、忠実度は理想には満たない。
【発明の概要】
【００１７】
無線周波数（ＲＦ）電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器は、ＤＣ電源を備えている。無線周波数のトランジスタは中心周波数のＲＦ電力を発生させる。散逸型の低域通過終端回路網が、上記ＤＣ電源と上記トランジスタとの間に接続されており、上記中心周波数より低い第一遮断周波数を備えている。
【００１８】
ＲＦ周波電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器は、ＤＣ電源、中心周波数のＲＦ電力を発生させる無線周波数のトランジスタ、およびＲＦ電力と直列の高域通過フィルターも備えることができる。上記高域通過フィルターは、上記中心周波数よりも低い遮断周波数を備えている。
【００１９】
適用性にかかる更なる分野については、以下の記述により明らかになるだろう。これらの記述および具体例は、説明の目的のみを意図しており、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下の図面は、説明のみを目的としており、いかなる方法においても、本発明の範囲を限定するものではない。
【図１】従来技術のプラズマ処理システムに係る機能ブロック図である。
【図２】出力トランジスタと負荷の間の帯域外相互作用による電力摂動の試験測定結果である。
【図３】プラズマ処理システムに係る出力反射例のスミスチャートである。
【図４】高調波ひずみによる電力結合の試験測定結果である。
【図５】安定化回路網を備えるプラズマ処理システムに係る機能ブロック図である。
【図６】図５に示すプラズマ処理システムに係る機能ブロック図であって、上記安定化回路網は、高域通過終端回路網および低域通過高調波負荷絶縁フィルターを備えている。
【図７】安定化回路網の概略図である。
【図８】安定化回路網を備えるプラズマ処理システムにおける出力反射を示すスミスチャートである。
【図９】安定化回路網を備えるプラズマ処理システムにおけるスプリアス入力インピーダンス変化による電力摂動の試験測定結果である。
【図１０】インラインモードでの絶縁およびオフラインでの高調波終端を有するマス負荷の高調波ひずみの試験測定結果である。
【図１１】プッシュプル式のプラズマ処理システムの機能ブロック図である。
【図１２】第二のプッシュプル式のプラズマ処理システムの機能ブロック図である。
【図１３】複数の各電力増幅器を備えたプラズマ処理システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に説明する様々な実施形態は、説明のみを目的とし、いかなる方法においても、本教示、適用、または用途を限定するものではない。本明細書において、類似の参照番号は、類似の要素を表す。
【００２２】
図５は、プラズマ処理システム１００のいくつかの実施例の内の一つを示す。ハーフブリッジおよび／またはフルブリッジのスイッチング電源が、直流（ＤＣ）電圧Ｂ＋を発生させる。ＤＣ給電と直列の低域通過終端ＤＣ給電回路網（ＬＰＴ回路網）１０１は、ＲＦトランジスタ１０２のドレインまたはコレクタにＢ＋を結合させる。ＬＰＴ回路網１０１は、帯域内にて作動し、第一遮断周波数ｆc1より低いＲＦ電力を散逸（損失）させる。様々な各実施形態において、上記第一遮断周波数ｆc1は、通常、中心周波数ｆ0を下回っている。ＬＰＴ回路網１０１の詳細については後述する。
【００２３】
トランジスタ１０２は、単一の金属−酸化物−シリコンの電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）として示されているが、その他の構成やタイプのトランジスタが採用されてもよい。例えば、トランジスタ１０２は、ひとつの端子が残りのふたつの端子を通るコンダクタンス、および／またはそのふたつの端子に渡る電圧、を制御する三端子半導体装置であってもよい。トランジスタ１０２は、また、単一のチップおよび／または単一のダイのＭＯＳＦＥＴトランジスタでもよい。
【００２４】
いくつかの各実施形態においては、トランジスタ１０２は、複数のダイのキロワット電力トランジスタ（ＫＰＴ）であってもよい。トランジスタ１０２は、ひとつ以上の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であってもよい。トランジスタ１０２の特定の構成やタイプは、目的とするＲＦ電力規模、Ｂ＋の電圧、ＲＦ電力の周波数範囲、および反射エネルギー散逸能力等に基づいて選択することができる。
【００２５】
トランジスタ１０２のゲートまたはベースが、中心周波数ｆ0のＦＲ駆動信号１０３を受信する。システム１００がＦＭを採用する場合、駆動信号１０３の周波数は中心周波数ｆ0の上下に変調される。いくつかの各実施形態においては、変調の範囲は中心周波数ｆ0のおよそ±５％〜±１０％であるが、種々な各実施形態によっては、より大きい範囲になり得る。
【００２６】
トランジスタ１０２のエミッタ１０４またはソースはアースに結合されている。上記トランジスタ１０２のドレインは出力回路網１０６の入力に結合されている。いくつかの各実施形態においては、出力回路網１０６は、トランジスタ１０２のドレインから発生したＲＦ電力の忠実度を維持する。出力回路網１０６の詳細について以下に述べる。
【００２７】
出力回路網１０６は高域通過サブ高調波負荷絶縁フィルター（ＨＰＳＨフィルター）１０８の入力に接続されている。ＨＰＳＨフィルター１０８は、所定の第二遮断周波数ｆc2より大きい周波数成分を通過させる。様々な実施形態においては、上記第二遮断周波数ｆc2は、通常、中心周波数ｆ0よりも小さく、また、ｆc1とほぼ同じであってもよい。ＨＰＳＨフィルター１０８の詳細については後述する。
【００２８】
トランジスタ１０２のドレインは、オフラインショート１１２にも接続されている。オフラインショート１１２は、通常、中心周波数ｆ0よりも小さい周波数で作動し、いくつかの各実施形態では、周波数がｆ0／２で作動する。オフラインショート１１２の詳細については後述する。ＨＰＳＨフィルター１０８の出力はプラズマ室１１０の入力に接続されている。いくつかの各実施形態においては、図１に示すようなインピーダンス整合回路網はプラズマ室１１０の入力と直列に結合されることが可能である。
【００２９】
ＬＰＴ回路網１０１と、ＨＰＳＨフィルター１０８とは、通常、トランジスタ１０２を囲む一対の各回路網をもたらす。一対の各回路網は、負荷であるプラズマ室１１０の変化に影響されない制御された帯域外周波数反応をもたらすのに協動する。
【００３０】
ＬＰＴ回路網１０１は、トランジスタ１０２のために低周波数のインピーダンス制御を可能にするＲＦ経路からオフラインの低域通過構造をもたらす。ＬＰＴ回路網１０１は、ＨＰＳＨフィルター１０８と連携して作動する。ＨＰＳＨフィルター１０８は、制御された状態のサブ高調波周波数にて負荷を絶縁する高域通過回路を、ＲＦとインラインにてもたらす。
【００３１】
ＬＰＴ回路網１０１とＨＰＳＨフィルター１０８とが組み合わさることにより、トランジスタ１０２は、ＬＰＴ回路網１０１によって上記トランジスタ１０２に提供されたインピーダンスにより作動する。これにより、負荷変化に左右されずにサブ高調波インピーダンスを制御することができる。
【００３２】
ＬＰＴ回路網１０１とＨＰＳＨフィルター１０８とは、以上のように相補的に機能し、処理システム１００の安定性を向上させる。いくつかの各実施形態においては、トランジスタ１０２にＬＰＴ回路網１０１を通じて印加された直流成分を給電する必要はない。さらに、インピーダンス整合機能を備えるために、ＨＰＳＨフィルター１０８は、部分的、または全体的に出力回路網１０６に一体化されてもよい。
【００３３】
図５の構成により、周波数に応じてインピーダンスが変化したとき、トランジスタ１０２は、制御され、負荷に独立し、サブ高調波領域の実インピーダンスの状態下で作動することができる。これにより、負荷であるプラズマ室１１０から発生した、高周波のサブ高調波の共鳴がトランジスタ１０２の出力ノードに転送されるのを防止することができる。上記防止により、上記作動周波数を下回る周波数において、トランジスタ１０２から負荷であるプラズマ室１１０を効果的に絶縁できる。
【００３４】
それゆえ、ＬＰＴ１０１とＨＰＳＨフィルター１０８とは、協動して処理システム１００の安定性を向上させることができる。オフラインショート１１２は、さらに、ＬＰＴ１０１およびＨＰＳＨフィルター１０８と協動し、トランジスタ１０２のインピーダンスをサブ高調波周波数にて調整し、それによってさらに処理システム１００の安定性を向上させることができる。
【００３５】
図６は、高域通過終端回路網（ＨＰＴ回路網）１２０と低域通過高調波負荷絶縁フィルター（ＬＰＨＩ）１２２を備えた処理システム１００のいくつかの各実施形態の内のひとつを示す。ＨＰＴ回路網１２０は、出力回路網１０６の出力に接続されている。ＬＰＨＩフィルター１２２は、出力回路網１０６とＨＰＳＨフィルター１０８との間に接続されている。
【００３６】
ＨＰＴ回路網１２０は、所定の第三遮断周波数ｆc3を上回る周波数にて生じるＲＦ電力を散逸させる（低減する）。いくつかの各実施形態では、第三遮断周波数ｆc3は、通常、周波数にてｆ0〜２ｆ0の範囲内である。ＬＰＨＩフィルター１２２は、所定の第四遮断周波数ｆc4を下回る周波数のＲＦ電力を通過させる。様々な各実施形態においては、上記第四遮断周波数ｆc4は、ｆ0より大きく、また通常、ｆc3とほぼ同じである。
【００３７】
ＬＰＴ回路網１０１、出力回路網１０６、ＨＰＳＨフィルター１０８、ＨＰＴ回路網１２０、およびＬＰＨＩフィルター１２２は、集合的に安定化回路網と呼ばれる。図６の構成要素が様々な構成に配置できることは、当業者であれば理解できるはずである。また、図６の構成要素をアレンジすることで、個々の構成要素が違ったトポロジーになることも分かるだろう。
【００３８】
上述のように、ＬＰＴ回路網１０１とＨＰＳＨフィルター１０８は、トランジスタ１０２に対して、サブ高調波での絶縁を与える一方、ＨＰＴ回路網１２０とＬＰＨＩフィルター１２２は、作動周波数を超える周波数において、トランジスタ１０２に対して絶縁を与えるように協動する。この協動は、最小限のフィルター部品の追加で、処理システム１００の忠実度を向上させる。
【００３９】
いくつかの各実施形態においては、ＨＰＴ回路網１２０とＬＰＨＩフィルター１２２は相補的に作動し、高周波数のインピーダンスの調整および終端化をもたらす。図６のシステムは、作動周波数を超える、および作動周波数を下回る周波数において、上記トランジスタから上記負荷を絶縁し、作動帯域幅内でトランジスタ１０２に制御された実インピーダンスを与える。
【００４０】
いくつかの各実施形態では、直列回路、ＬＰＨＩフィルター１２２、およびＨＰＳＨフィルター１０８は、互いに相補的に構成され、増幅器システムが作動周波数を下回る、および上回る周波数にてブロードバンド（広帯域）作動および高度の負荷絶縁を実現することを可能にする。
【００４１】
さらに、直列部品であるＬＰＨＩフィルター１２２とＨＰＳＨフィルター１０８は、いくつかの実施形態において、位相補償などによって互いに相補的に動作して、周波数の関数として、作動周波数帯のためのインピーダンスを一定に保つように設計されてもよい。そのような相補的な各回路網によって、処理システム１００は広範囲の周波数において概して一貫した同一の効率を保つことができる。
【００４２】
図７は、安定化回路網の様々な実施形態を示す概略図である。ＬＰＴ回路網１０１は、直列に接続されたインダクタＬ1，インダクタＬ２，インダクタＬ３，およびインダクタＬ４を備えている。Ｂ＋は、インダクタＬ１の一端と、コンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他の一端は、アースと結合されている。
【００４３】
互いに直列に接続された抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２は、アースと、インダクタＬ１とＬ２の接合部との間に結合されている。いくつかの各実施形態では、抵抗Ｒ１は、事前に選択した周波数で作動する好適な抵抗素子に置き換えてもよい。そのような抵抗素子は、ＬＰＴ回路網１０１の各応答性素子（各リアクタンス素子）から好適に選択することによって設けることができる。
【００４４】
コンデンサＣ３は、アースと、インダクタＬ２とＬ３の接合部との間に結合されている。コンデンサＣ４はアースとインダクタＬ３とＬ４の接合部との間に結合されている。インダクタＬ４の他の一端はＬＰＴ回路網１０１の出力であり、トランジスタ１０２のドレインと結合している。インダクタＬ１〜Ｌ４と、コンデンサＣ１〜Ｃ４の値は、ｆc1の選択に応じて決定することができる。
【００４５】
出力回路網１０６は、アースとトランジスタ１０２のドレインとの間に結合したコンデンサＣ５を備えている。インダクタＬ６はトランジスタ１０２のドレインと、各コンデンサＣ７、Ｃ８の第一端部との間を結合している。コンデンサＣ７の第二端部はアースと結合している。コンデンサＣ８の第二端部は、インダクタＬ７の一端に結合しており、また、出力回路網１０６の出力になっている。インダクタＬ７の他の一端はアースに結合している。
【００４６】
オフラインショート１１２は、アースとトランジスタ１０２の出力との間に結合されたインダクタＬ５とコンデンサＣ６の直列共振結合を含んでいる。インダクタＬ５とコンデンサＣ６とは、ＲＦ電流を例えば０．５＊ｆ0のサブ高調波帯中の特定周波数でアースに分路する分路回路網を形成する。上記特定の周波数は、様々な設計配慮に応じて選択すればよい。例えば、ある電力増幅システムでは、ある特定の所定周波数において望ましくない結果が見られるが、そういった周波数を除くことが望ましい。
【００４７】
したがって、いくつかの各実施形態においては、インダクタＬ５およびコンデンサＣ６の値は、インダクタＬ５およびコンデンサＣ６が０．５＊ｆ0で共振するように選択することができる。図８は、例として、オフラインショート１１２の影響を示すスミスチャート１１４である。プロット１１６は、オフラインショート１１２が通常、サブ高調波０．５＊ｆ0をアースに短絡させることを示す。
【００４８】
図７に戻り、ＨＰＴ回路網１２０は、互いに直列に接続されたコンデンサＣ１２、コンデンサＣ１３、およびコンデンサＣ１４を備えている。抵抗Ｒ２は、アースとコンデンサＣ１４の他の一端との間に結合している。インダクタＬ１１は、アースと、各コンデンサＣ１３、Ｃ１４の接合部との間に結合している。
【００４９】
いくつかの各実施形態においては、抵抗Ｒ２は、所定の周波数で作動する好適な抵抗素子に置き換えてもよい。そのような抵抗素子は、ＨＰＴ回路網１２０の各応答性素子を好適に選択することによって設けることができる。インダクタＬ１０は、アースと、各コンデンサＣ１２、Ｃ１３の接合部との間に結合している。コンデンサＣ１２の他の一端は、ＨＰＴ回路網１２０の入力である。いくつかの実施形態において、インダクタＬ１０〜Ｌ１２、コンデンサＣ１２〜Ｃ１４の値は、ｆc3およびＲ２に基づいて決定することができる。
【００５０】
ＨＰＳＨフィルター１０８は、コンデンサＣ１０およびコンデンサＣ１１の直列接続によって形成されたＴ字回路網を含んでいる。上記直列接続の中心タップはインダクタＬ９の一端に結合している。インダクタＬ９の他の一端は、アースに結合している。コンデンサＣ１０の他の一端は、ＨＰＳＨフィルター１０８の入力である。コンデンサＣ１１の他の一端はＨＰＳＨフィルター１０８の出力である。
【００５１】
ＬＰＨＩフィルター１２２は、インダクタＬ８、コンデンサＣ９、インダクタＬ７、およびコンデンサＣ１２を含む。したがって、インダクタＬ７は、出力回路網フィルター１２２とＨＰＳＨフィルター１０８との構成部品である。ゆえに、同様に、コンデンサＣ１２は、ＬＰＨＩフィルター１２２とＨＰＴ１２０との構成部品である。インダクタＬ８の第一端部は、インダクタＬ７に接続されており、また、ＬＰＨＩフィルター１２２のインプットである。インダクタＬ８の第二端部は、コンデンサＣ９の一端とＨＰＬＩ１０８の入力に接続している。コンデンサＣ９の他の一端は、アースに結合している。
【００５２】
シミュレーション結果が、本明細書に記載のシステムの、トランジスタ１２に見られるように、安定化回路網の入力インピーダンス（Ｚ）への有効性を示している。上記シミュレーションは、プラズマ室１１０を、それぞれ、０λ、１／８λ、１／４λ、１／２λ、および３／４λの長さの、対応する非終端給電ラインに置き換えることを含むことができる。ラムダ（λ）は中心周波数ｆ0の波長である。
【００５３】
いくつかの各シミュレーションにおいて、第一遮断周波数ｆc1および第二遮断周波数ｆc2は、０．６*ｆ0に設定してもよく、第三遮断周波数ｆc3および第四遮断周波数ｆc4は、１．６６*ｆ0に設定してもよい。プラズマ室１１０を取り除くことで、ＨＰＳＨフィルター１０８の出力において、無限から単一の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）をもたらす。上記無限から単一への１ＶＳＷＲは、上記非終端給電ラインが単純に応答し、全てのＲＦ電力を反射するので、上記安定化回路網に対して最悪の場合の負荷を与える。
【００５４】
様々な各シミュレーションによれば、最低周波数では、ＬＰＴ回路網１０１による散逸負荷により、インピーダンスＺは、比較的一定に保たれる。ＨＰＳＨフィルター１０８は、また、最低周波数でのトランジスタ１０２から非終端負荷を絶縁するのに役立つ。
【００５５】
インピーダンスＺは、オフラインショート１１２の影響により、０．５*ｆ0では急激に減少する。インピーダンスＺは、ＬＰＴ回路網１０１およびＨＰＳＨフィルター１０８により、０．５*ｆ0と０．６*ｆ0との間においては、再度増加する。
【００５６】
０．６*ｆ0と１．６６*ｆ0との間においては、インピーダンスＺは、周波数および非終端給電ラインの長さによって変化する。この周波数範囲内のインピーダンスＺの変化は、ＲＦ電力が負荷に結合していることを示している。
【００５７】
ＨＰＴ回路網１２０によってもたらされる散逸負荷によって、１．６６*ｆ0を超える周波数にてインピーダンスＺは、再度安定する。ＬＰＨＩフィルター１２２は、また、１．６６*ｆ0を超える周波数で、トランジスタ１０２から非終端負荷を絶縁するのに役立つ。
【００５８】
したがって、上記安定化回路網は、ＲＦトランジスタ１０２に対して無条件に安定した負荷を、ｆc1を下回る、ｆc3を上回る周波数範囲に渡って与えることについて様々なシミュレーションが示している。周波数ｆc1〜ｆc3の間では、上記安定化回路網はトランジスタ１０２とプラズマ室１１０とを結合する。
【００５９】
図９では、非限定的例示によって、様々な各実施形態の試験測定結果は、ＲＦ電力の忠実度の低下を起こすスプリアスひずみの欠如を示す。水平軸は、周波数を表す。垂直軸は、プラズマ室２０内に結合された電力を表す。
【００６０】
第一ピーク１５６は中心周波数ｆ0で生じている。ｆ0以外の周波数のエネルギーは、プラズマ室２０でＲＦ電力がゆがめられたことを示す。図９での忠実度は、図４での試験測定結果の忠実度を超えた向上を示す。
【００６１】
図１０では、非限定的例示により、様々な各実施形態の試験測定結果は、負荷の高調波ひずみが、インラインでの負荷絶縁と、オフラインでの高調波の終端化とに一致していることを示す。水平軸は、周波数を表す。垂直軸は、プラズマ室２０内に結合された電力を表す。
【００６２】
図１０に見られるように、第一ピーク１６２は、中心周波数ｆ0にて現れる。第二ピーク１６４は、ｆ0の高調波周波数にて現れ、第三ピーク１６６は、中心周波数ｆ0の別の高調波にて現れる。このように、図１０は、インラインでの負荷絶縁と、オフラインでの高調波の終端化との組み合わせの有効性を示す。このように、図１０は、インラインでの負荷絶縁およびオフラインでの高調波の終端化と、負荷での高調波ひずみとの一致との組み合わせの向上を示す。
【００６３】
図１１では、一対の安定化回路網がプッシュプル構成のＲＦプラズマ処理システムに適応されていることを示す。第一トランジスタ１０２−１は、ＲＦ電力を提供し、第一安定化回路網に接続している。第二トランジスタ１０２−２は、第一トランジスタ１０２−１から１８０度位相がずれたＲＦ電力を提供する。第二トランジスタ１０２−２は、第二安定化回路網に接続している。
【００６４】
バラン１６０は、各安定化回路網の各出力に見られるＲＦ電力を結合し、その結合したＲＦ電力をプラズマ室１１０に印加する。いくつかの各実施形態では、バラン１６０は、変圧器を備えることができる。
【００６５】
図１２では、上記安定化回路網が第二のプッシュプル構成のＲＦプラズマ処理システムに適応されていることを示す。第一トランジスタ１０２−１は、第一出力回路網１０６−１に接続している。第二トランジスタ１０２−２は、第二出力回路網１０６−２に接続している。第一および第二出力回路網１０６のそれぞれの出力は、バラン１６０の各入力に印加されている。
【００６６】
バラン１６０の出力は、ＨＰＴ回路網１２０とＬＰＨＩフィルター１２２との各入力に接続されている。ＬＰＨＩフィルター１２２の出力は、ＨＰＳＨフィルター１０８の入力に接続されている。ＨＰＳＨフィルター１０８の出力は、プラズマ室１１０の入力に接続されている。第一トランジスタ１０２−１と第二トランジスタ１０２−２のドレインはそれぞれのＬＰＴ回路網１０１を通じてＢ+を受け取る。
【００６７】
図１３は、複数の各電力増幅器１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃを利用して、プラズマ室１１０に電力を提供する発電システム１７０を示す。各電力増幅器１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃは、通常、図５および／または図６の符号１００、および／または図１１および／または図１２の構成を参照して記載されるように具現化することができる。
【００６８】
入力電圧／電流モジュール１７４は、入力電圧／電流を各電力増幅器１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃのそれぞれに提供する。各電力増幅器１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃのそれぞれは、入力電圧／電流を受け取り、コンバイナ１７６に印加される増幅出力を発生させるために上記入力を増幅する。コンバイナ１７６は、各電力増幅器１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃの電力出力のそれぞれを組み合わせ、プラズマ室１１０への駆動入力を発生させる。
【００６９】
システムコントローラ１７８は、少なくとも、各電力増幅器１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃを制御するための制御信号を発生させる。いくつかの各実施形態では、制御入力をもたらす、および／または各電力増幅器１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、入力電圧／電流モジュール１７４、およびコンバイナ１７６のそれぞれからのモニタ信号を受信する。
【００７０】
図１３は、通常、プラズマ室１１０への電力を発生させるための更なる選択肢を示すために、図５、図６、図１１、および／または図１２に示す様々な回路の組み合わせの可能性を示すことを意図していることは、当業者には理解されるであろう。
【００７１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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