(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波（ＲＦ）出力電力を供給するＲＦ電力発生器と、
ＲＦ電力発生器と通信し、ＲＦ出力電力を受信する整合ネットワークであって、負荷と通信し、可変インピーダンスを有する整合ネットワークと、
ＲＦ出力電力に従って変化する少なくとも１つの信号を受信し、デュアル対数増幅位相・振幅検波器を含む位相・振幅検波モジュールであって、デュアル対数増幅位相・振幅検波器が、ＲＦ出力電力の電流に従って変化する電流信号と、ＲＦ出力電力の電圧に従って変化する電圧信号とを受信し、電圧信号と電流信号との間の位相に従って変化する位相信号と、電圧信号と電流信号との間のデシベル比に従って変化する振幅信号とを発生させる位相・振幅検波モジュールと、
位相信号および振幅信号を受信し、少なくとも１つの制御信号を整合ネットワークに伝達してインピーダンスを変化させる制御装置と、を備えることを特徴とする電力発生システム。
【請求項２】
前記制御装置が、整合制御装置であり、前記電力発生システムが、前記ＲＦ電力発生器に伝達される少なくとも１つの制御信号を発生させる電力制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電力発生システム。
【請求項３】
前記負荷が、プラズマ室であることを特徴とする請求項２記載の電力発生システム。
【請求項４】
前記ＲＦ電力発生器と前記整合ネットワークとの間に介在された結合器をさらに含み、該結合器が、少なくとも１つの信号を位相・振幅検波モジュールに伝達し、前記ＲＦ電力発生器からの前記ＲＦ出力電力を、前記整合ネットワークに伝達することを特徴とする請求項１記載の電力発生システム。
【請求項５】
前記デュアル対数増幅位相・振幅検波器が、基準信号を発生させることを特徴とする請求項１記載の電力発生システム。
【請求項６】
前記位相・振幅検波モジュールが、デュアルピーク検波器をさらに備え、前記デュアルピーク検波器が、前記電流信号と前記電圧信号とを受信し、検知信号を発生させ、前記検知信号が、前記電流信号および前記電圧信号のうちの少なくとも１つがノイズ信号を除く残余の信号を含むことを示すことを特徴とする請求項１記載の電力発生システム。
【請求項７】
前記デュアルピーク検波器が、デュアル補償ダイオード検波器であることを特徴とする請求項６記載の電力発生システム。
【請求項８】
前記デュアルピーク検波器が、温度補償ダイオード検波器として実施されることを特徴とする請求項６記載の電力発生システム。
【請求項９】
前記位相・振幅検波モジュールが、前記電圧信号と前記電流信号とを受信する抵抗パッドをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の電力発生システム。
【請求項１０】
無線周波（ＲＦ）出力電力を供給するＲＦ電力発生器と、
ＲＦ電力発生器と通信し、ＲＦ出力電力を受信する整合ネットワークであって、負荷と通信し、可変インピーダンスを有する整合ネットワークと、
ＲＦ出力電力に従って変化する少なくとも１つの信号を受信し、該少なくとも１つの信号が、ＲＦ出力電力の電流に従って変化する電流信号と、ＲＦ出力電力の電圧に従って変化する電圧信号とを含む位相・振幅検波モジュールとを備え、該位相・振幅検波モジュールが、
電流信号を受信し、電流信号に位相の進みを付与して位相進み信号を発生させるリードネットワークモジュールと、
電圧信号を受信し、電圧信号に位相の遅れを付与して位相遅れ信号を発生させるラグネットワークモジュールと、
位相遅れ信号と位相進み信号とを受信し、電圧信号と電流信号との間の位相に従って変化する位相信号と、電圧信号と電流信号との間のデシベル比に従って変化する振幅信号とを発生させるデュアル対数増幅位相・振幅検波器と、
位相信号および振幅信号を受信し、少なくとも１つの制御信号を整合ネットワークに伝達してインピーダンスを変化させる制御装置とを有することを特徴とする電力発生システム。
【請求項１１】
前記制御装置が、整合制御装置であり、前記電力発生システムが、前記ＲＦ電力発生器に伝達される制御信号を発生させる電力制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の電力発生システム。
【請求項１２】
前記ＲＦ電力発生器と前記整合ネットワークとの間に介在された結合器をさらに含み、前記結合器が少なくとも１つのコンポジット信号を位相・振幅検波モジュールに伝達し、前記ＲＦ電力発生器からの前記ＲＦ出力電力を前記整合ネットワークに伝達することを特徴とする請求項１１記載の電力発生システム。
【請求項１３】
前記負荷が、プラズマ室であることを特徴とする請求項１０記載の電力発生システム。
【請求項１４】
前記デュアル対数増幅位相・振幅検波器が、基準信号を発生させることを特徴とする請求項１０記載の電力発生システム。
【請求項１５】
前記位相・振幅検波モジュールが、デュアルピーク検波器をさらに含み、該デュアルピーク検波器が、前記電流信号と前記電圧信号とを受信し、検知信号を発生させ、前記検知信号が、前記電流信号および前記電圧信号の少なくとも１つがノイズ信号を除く残余の信号を含むことを示すことを特徴とする請求項１０記載の電力発生システム。
【請求項１６】
前記デュアルピーク検波器が、デュアル補償ダイオード検波器であることを特徴とする請求項１５記載の電力発生システム。
【請求項１７】
前記デュアルピーク検波器が、温度補償ダイオード検波器として実施されることを特徴とする請求項１５記載の電力発生システム。
【請求項１８】
前記位相・振幅検波モジュールが、前記電圧信号と前記電流信号とを受信する抵抗パッドをさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の電力発生システム。
【請求項１９】
無線周波（ＲＦ）出力電力を供給するＲＦ電力発生器と、
ＲＦ電力発生器と通信し、ＲＦ出力電力を受信する整合ネットワークであって、負荷と通信し、可変インピーダンスを有する整合ネットワークと、
ＲＦ出力電力に従って変化する少なくとも１つの信号を受信し、該少なくとも１つの信号が、ＲＦ出力電力の電流に従って変化する電流信号と、ＲＦ出力電力の電圧に従って変化する電圧信号とを含む位相・振幅検波モジュールとを備え、該位相・振幅検波モジュールが、
電流信号を受信し、フィルタ処理された電流信号を発生させる第１のフィルタと、
電圧信号を受信し、フィルタ処理された電圧信号を発生させる第２のフィルタと、
フィルタ処理された電流信号を受信し、位相の進みをフィルタ処理された電流信号に付与して位相進み信号を発生させるリードネットワークモジュールと、
フィルタ処理された電圧信号を受信し、位相の遅れをフィルタ処理された電圧信号に付与して位相遅れ信号を発生させるラグネットワークモジュールと、
位相進み信号と位相遅れ信号とを受信し、電圧信号と電流信号との間の位相に従って変化する位相信号と、電圧信号と電流信号との間のデシベル比に従って変化する振幅信号とを発生させるデュアル対数増幅位相・振幅検波器と、
位相信号および振幅信号を受信し、制御信号を前記整合ネットワークに伝達する制御装置とを有することを特徴とする電力発生システム。
【請求項２０】
前記第１および前記第２のフィルタが、帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項１９記載の電力発生システム。
【請求項２１】
前記第１のフィルタが、帯域通過フィルタ、ローパスフィルタ、またはハイパスフィルタのうちの１つであり、前記第２のフィルタが、帯域通過フィルタ、ローパスフィルタ、またはハイパスフィルタのうちの１つであることを特徴とする請求項１９記載の電力発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相・振幅検波器に関し、特に対数増幅器を使用して実施される位相・振幅検波器に関する。
【０００２】
本出願は、２００５年９月２日に出願された米国仮特許出願第６０／７１３６５６号明細書の利益を主張し、当該出願の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
従来の位相・振幅検波器は、一般に、入力電圧信号および入力電流信号を受信し、振幅出力信号および位相出力信号を発生させる。振幅出力信号は、一般に、入力信号の振幅関係を反映する。位相出力信号は、一般に、入力電圧信号と入力電流信号との間の位相差を表す。プラズマ発生システムにおいて、位相・振幅検波器を様々な構成で実施可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一構成では、非同調（広帯域）検波器が使用される。非同調検波器の例には、本主題の特許出願の出願人によって製造され、商標名Matchwork（登録商標）で販売される、整合ネットワークで使用される線路区間サンプラが含まれる。非同調検波器は、シングルプロセスのプラズマ処理法にうまく機能し、高調波成分の相対振幅および相対位相が実質的に一定のままの高調波が含まれていても満足に機能するように構成可能である。処理方法を変更すると、高調波がしばしば変化し、非同調検波器が好ましくない動作をする。
【０００５】
位相・振幅検波器の別の構成では、同調位相・振幅検波器が使用される。この検波器は、検波器ブリッジ回路に印加する前に、サンプリングされた電圧信号および電流信号の帯域通過フィルタリングを用いることによって、変動する高調波成分の問題に対応している。この検波器ブリッジ回路は、直角位相で作動し、ダイオード検波器に入力信号の位相を識別させる。近年のデュアル周波数システムは、所望の信号周波数からパーセント周波数で非常に近い（５％未満）相互変調ひずみ成分を発生させるため、位相・振幅検波器の性能として最適とは言えない。
【０００６】
位相・振幅検波器の別の構成では、直交位相振・幅検波器が使用される。このシステムは、２つの直交復調器を使用し、サンプリングされた２つのＲＦ電圧波形およびＲＦ電流波形の、ゼロまたは低中間周波数（ＩＦ）へのアナログミックスを行う。混合器は、共通の局部発振器（ＬＯ）によって駆動され、サンプリングされたＲＦ信号を増幅した基準とするか、サンプリングされたＲＦ信号の１つまたは両方に位相固定されるかのいずれかを行う。次に、２つの直交復調器からの４つのアナログ出力電圧と、同相成分および直角位相成分とがデジタル処理でサンプリングされる。次に、そのデジタル信号が処理されて、最初の各ＲＦサンプル信号の振幅と、ＬＯを基準とした、それぞれの、したがって相互の位相関係とを与える。これによって、最初にサンプリングされたＲＦ信号の必要な振幅および位相情報が与えられる。
【０００７】
位相・振幅検波器の追加の一構成では、排他的論理和（ＯＲ）位相検波器が使用される。このような検波器には、インピーダンスの大きさを検出する高速コンパレータピーク検波器が含まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電力発生システムは、ＲＦ出力電力を供給するＲＦ電力発生器を備える。整合ネットワークは、ＲＦ電力発生器と通信し、ＲＦ出力電力を受信する。整合ネットワークは、負荷と通信し、可変インピーダンスを有している。位相・振幅検波モジュールは、ＲＦ出力電力に従って変化する少なくとも１つの信号を受信する。位相・振幅検波モジュールは、デュアル対数増幅位相・振幅検波器を含む。デュアル対数増幅位相・振幅検波器は、ＲＦ出力電力の電流に従って変化する電流信号と、ＲＦ出力電力の電圧に従って変化する電圧信号とを受信する。デュアル対数増幅位相・振幅検波器は、電圧信号と電流信号との間の位相に従って変化する位相信号と、電圧信号と電流信号との間のデシベル比に従って変化する振幅信号とを発生させる。制御装置は、位相信号および振幅信号を受信し、制御信号を整合ネットワークに伝達する。
【０００９】
電力発生システムは、ＲＦ出力電力を供給するＲＦ電力発生器を備える。整合ネットワークは、ＲＦ電力発生器と通信し、ＲＦ出力電力を受信する。整合ネットワークは、負荷と通信し、可変インピーダンスを有する。位相・振幅検波モジュールは、ＲＦ出力電力に従って変化する少なくとも１つのコンポジット信号を受信する。コンポジット信号は、ＲＦ出力電力の電流に従って変化する電流信号と、ＲＦ出力電力の電圧に従って変化する電圧信号を含む。位相・振幅検波モジュールは、電流信号を受信し、その電流信号に位相の進みを付与して位相進み信号を発生させるリードネットワークを含む。ラグネットワークは、電圧信号を受信し、その電圧信号に位相の遅れを付与して位相遅れ信号を発生させる。デュアル対数増幅位相・振幅検波器は、位相進み信号と位相遅れ信号を受信し、電圧信号と電流信号の間の位相に従って変化する位相信号と、電圧信号と電流信号との間のデシベル比に従って変化する振幅信号とを発生させる。制御装置は、位相信号および振幅信号を受信し、制御信号を整合ネットワークに伝達する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書に記載する図面は、もっぱら説明目的のためであって、本教示の範囲を制限することを意図するものでは全くない。
【００１１】
様々な実施形態に関する以下の説明は、本質的に単なる実施例であり、本教示、本出願、または使用を制限することを意図するものでは全くない。
【００１２】
図１は、デュアル対数増幅位相・振幅検波器がプラズマ室を制御するために実施されているプラズマ制御システム１０を示す。制御システム１０は、集積回路製造用として使用可能なプラズマ室１８を含む。プラズマ室１８は、１または複数のガス入口（図示せず）と、１または複数のガス出口（図示せず）とを含む。ガス入口およびガス出口によってプラズマ室１８の内部からガスを導入したり、排出したり可能である。制御モジュール２０は、プラズマ室からの入力を含む様々な入力を受信する。その入力は、該室内の真空度を示す真空信号、電圧信号、および入口ガスと出口ガスとの間の流量比を示す信号を含んでもよい。当業者には認知されていることだが、その他の入力／出力も、制御装置２０によって送信／受信されてもよい。制御装置２０は、電力源、すなわちＲＦ電力発生器であってもよい電力発生器１２によって、プラズマ室に印加される所望の入力電力を決定する。電力発生器１２は、制御装置２０から印加される信号を受信するマイクロプロセッサ、または他の類似の制御装置を含む。電力発生器１２は、デュアル方向性結合器などの方向性結合器１４を介して整合ネットワーク１６に入力されるＲＦ信号などの信号を出力する。当業者には認知されていることだが、電圧／電流（Ｖ／Ｉ）結合器は、方向性結合器１４と置き換えてもよい。整合ネットワーク１６は、プラズマ室１８とＲＦ電力発生器１２との間のインピーダンス整合を調整するのに役立つ。
【００１３】
デュアル方向性結合器１４は、電圧および電流信号を、デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール２２に出力する。デュアル対数増幅位相・振幅検波器２２は、振幅信号、位相信号、および基準信号を決定し、整合制御モジュール２４にこれらの信号を出力する。整合制御モジュール２４は、デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール２２から出力された信号を解析し、整合ネットワーク１６に対し制御信号を発生させる。制御信号は、整合ネットワーク１６によって発生したインピーダンスを変化させるために、整合ネットワーク１６を制御し、ＲＦ電力発生器１２とプラズマ室１８との間のインピーダンスを適切に整合させる。整合制御モジュール２４は、制御モジュール２０とも通信可能である。
【００１４】
図２は、図１のデュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール２２のブロック図を示す。デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール２２は、図１の方向性結合器１４から出力された電流（Ｉ）信号および電圧（Ｖ）信号を受信する。電流Ｉ信号および電圧Ｖ信号は、予め定める帯域通過フィルタ範囲に従った周波数範囲の信号を出力する各帯域通過フィルタ３０，３２に印加される。帯域通過フィルタ３０からの出力は、帯域通過フィルタ３０から出力された信号に位相の進みを導入するリードネットワーク３４に印加される。帯域通過フィルタ３２から出力された信号は、ラグネットワーク３６に印加される。ラグネットワーク３６は、帯域通過フィルタ３２によって出力された信号に位相の遅れを導入する。リードネットワークおよびラグネットワークによって出力された信号は、デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール３８に印加される。
【００１５】
デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール３８は、３種類の信号を出力する。デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール３８から出力される第１の信号は、位相信号である。位相信号は、電圧と電流との間の位相差に比例する。デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール３８は、整合制御モジュール２４で使用される基準電圧である基準信号も出力する。デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール３８は、方向性結合器１４から受信された電流信号および電圧信号のデシベル比に比例可能な振幅信号も出力する。基準信号、振幅信号、および位相信号は、それぞれバッファ４０，４２，４４に印加され、整合制御モジュール２４に伝達される。
【００１６】
デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール２２は、デュアルピーク検波器４６も含む。デュアルピーク検波器４６は、各電流Ｉ信号および電圧Ｖ信号を検知し、入力検知信号を整合制御モジュール２４に対して発生させる。デュアルピーク検波器４６は、本質的にデュアル方向性結合器１４の電流Ｉ出力および電圧Ｖ出力のいずれもに、ノイズを除いた信号が存在することを検証する。ある実施形態では、デュアル対数増幅位相・振幅検波器３８は、Analog Device社製部品番号ＡＤ８３０２のＲＦ／ＩＦ利得・位相検波器を使用して実施される。このようなデュアル対数増幅位相・振幅検波器は、２００４年９月２３日付けで発行された米国特許第６８２２４３３号明細書を参照して見つけることができるが、この明細書の開示内容は全体として本明細書に組み込まれる。
【００１７】
様々な実施形態では、デュアル方向性結合器１４は、ハウジングのメインライン上に存在するＲＦ電圧波形および電流波形のサンプルを提供する。サンプルの振幅は、数デシベル（ｄＢ）（６ｄＢ未満など）の振幅間隔とし、メインラインの信号が最大の場合は、＋２０ｄＢ未満とすることが可能である。様々な実施形態では、位相特性は周知であってもよい。ある実施形態では、ほぼ直角位相が望ましく、電圧サンプルは、メインラインを基準にして＋９０度近くである。電流サンプルは、結合変成器の光結合および抵抗終端のため、ほぼ零度にすることが可能である。
【００１８】
ある実施形態では、デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール２２は入力サンプルチャネル振幅と一層密接な整合をとるため、各チャネルに抵抗パッド減衰器を含む。当業者には認知されていることだが、帯域通過フィルタ３０，３２は、各チャネルについてローパスフィルタと置き換えてもよい。いずれのフィルタの必要性も、そのフィルタが強い干渉信号が存在する状態で作動するために必要であることを示すテスト結果によって変化する。ある実施形態では、２つのサンプルチャネル（ＩおよびＶ）がデュアル対数増幅位相・振幅検波器３８の入力に印加される前に、最終的な振幅および位相の調整が許される。デュアル対数増幅位相・振幅検波器３８からの振幅出力は、ｄＢ差が線形であり、位相出力は、直角からの位相差が線形であり、基準電圧は，以降の処理に対してゼロ基準を確立している。
【００１９】
ある実施形態では、デュアル対数増幅位相・振幅検波器２２のデュアルピーク検波器４６は，デュアル補償ダイオード検波器である。デュアル補償ダイオード検波器は、デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール２２からの存在するすべてのエラー信号に、整合制御モジュール２４がいつ応答するかを判定可能な信号存在判別器として使用されている。ある実施形態では、信号存在判別器は、ディスクリート温度補償ダイオード検波回路で実施される。これは、この回路の測定された直線性および温度安定性が、代替の検波器よりも優れていると思われるためである。様々な代替の検波器は、受信信号強度表示器（ＲＳＳＩ）または伝送電力レベル表示器用途として設計された、幾つかの統合ショットキダイオード検波器の何れかを含む。代替品は、トランジスタベース補償ダイオード検波器も含む。
【００２０】
様々な実施形態では、Matchworkを調整する際の、改良された干渉音の排除方法を提供する。図４および図５は、本明細書で説明する、デュアル対数増幅位相・振幅検波器を使用したシステムの、順方向電力および反射電力の波形を示す。比較のため、図６および図７には、従来の位相・振幅検波器を使用したシステムの、順方向電力および反射電力の波形を示す。順方向電力の波形を反射電力の波形に重ね合わせると、電力発生システムとプラズマ室との間の整合品質が測定可能である。図４は、デュアル対数増幅位相・振幅検波器を使用した入力反射減衰量が、−３４．９ｄＢであることを示す。同様に、図５は、その波形が、−３４．７ｄＢの入力反射減衰量であることを示す。図５に関し、特に注意すべき点は、プラス／マイナス１ＭＨｚで−１０ｄＢの相互変調ひずみ（ＩＭＤ）成分が存在する状態で、基本周波数が４０．６８ＭＨｚである信号の入力反射減衰量の低下がないことである。一方、図６は、従来の位相・振幅検波器を使用した整合ネットワークが、ＩＭＤが存在する状態で、僅か約−１９．９ｄＢの入力反射減衰量であることを示している。図７は、高周波ノイズをカットしたクリーンなＲＦ入力を有する信号では、−２５ｄＢの入力反射減衰量であることを示す。
【００２１】
様々な実施形態では、デュアル対数増幅位相・振幅検波器が、同一の対数増幅ストリップを使用して、排他的ＯＲ位相検波器に印加される飽和Ｖ信号およびＩサンプル信号を供給する。対数増幅段階検波器は、振幅エラー信号増幅器の加算接合部に印加される平均電力レベル出力信号を供給する。デュアル対数増幅システムの本来の検知は、入力信号のフィルタリングに必ずしも依存していない。したがって、フィルタに対する要件は大幅に緩和されるか、または存在しない。様々な別の実施形態では、デュアル対数増幅回路は、エミッタ結合型論理ライン受信機を使用して実施され、サンプリングされた信号の排他的ＯＲゲートに対する位相差を増幅し、その後、検知する。排他的ＯＲ位相検波器は、ＡＢ８３０２集積回路と類似の原理で作動する。
【００２２】
様々な別の実施形態では、デュアル対数増幅回路は、独立した対数増幅器と分離した位相検波器を使用して、統合性をより抑えた方法で実施可能であろう。統合性をより抑えた方法で実施することによって、対数増幅出力を、ＲＳＳＩ電力かＲＦ電力として、またはレベル検波出力として、またはその両方として使用可能である。これによって、デュアルダイオードピーク検波器を効果的に、余分で不要なものにするであろう。
【００２３】
本発明の記載は本質的に単なる例示に過ぎず、従って、本教示の要旨から逸脱していない変形は、本明細書の範囲内であることを意図するものである。そのような変形は、本教示の精神および範囲から逸脱していると見なされない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】様々な実施形態に従って構成されたデュアル対数増幅位相・振幅検波器を含むプラズマ発生システムを示すブロック図である。
【図２】様々な実施形態に従って構成されたデュアル対数増幅位相・振幅検波器を示すブロック図である。
【図３】デュアル対数増幅位相・振幅検波器を示す回路図である。
【図４】様々な実施形態に従って構成されたデュアル対数増幅位相・振幅検波器を使用するシステムの順方向電力および反射電力を示す波形である。
【図５】様々な実施形態に従って構成されたデュアル対数増幅位相・振幅検波器を使用するシステムの順方向電力および反射電力を示す波形である。
【図６】従来のデュアル対数増幅位相・振幅検波器を使用するシステムの順方向電力および反射電力を示す波形である。
【図７】従来のデュアル対数増幅位相・振幅検波器を使用するシステムの順方向電力および反射電力を示す波形である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  プラズマ制御システム
１２  電力発生器
１４  方向性結合器
１６  整合ネットワーク
１８  プラズマ室
２０  制御モジュール
２２，３８  デュアル対数増幅位相・振幅検波モジュール
２４  整合制御モジュール
３０，３２  帯域通過フィルタ
３４  リードネットワーク
３６  ラグネットワーク
４０，４２，４４  バッファ
４６  デュアルピーク検波器
【図１】
0004547361.tif 000002
【図２】
0004547361.tif 000003
【図３】
0004547361.tif 000004
【図４】
0004547361.tif 000005
【図５】
0004547361.tif 000006
【図６】
0004547361.tif 000007
【図７】
0004547361.tif 000008