(57)【要約】      （修正有）【課題】閉ループフィードバックシステムを備えた、周期的なＲＦ電力を負荷に供給するパルスＲＦ電源システムを提供する。【解決手段】電力増幅器が、ＲＦ信号を負荷に出力する。センサが、負荷に提供されるＲＦ信号を測定し、ＲＦ信号にしたがって変化する信号を出力する。第１のフィードバックループが、センサからの出力にしたがって決定された電力に基づいて、ＲＦ信号の制御を可能にする。第２のフィードバックループが、センサから出力された信号にしたがって測定されたエネルギーに基づいて、ＲＦ信号の制御を可能にする。エネルギーの振幅および継続時間は、ＲＦ信号を変化させる制御値を提供する。制御システムおよび技術は、パルスＲＦ電源と、さまざまな例において、連続波電源との両方に適用可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波（ＲＦ）制御システムにおいて、
ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器と、
前記ＲＦ信号を監視し、前記ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させるセンサと、
前記センサ信号にしたがって、前記ＲＦ信号のエネルギーを決定するエネルギー検出回路と、
前記エネルギー検出回路により決定されたエネルギーにしたがって、前記ＲＦ信号を変化させるための制御信号を発生させる電力増幅器エネルギー調整回路とを具備するＲＦ制御システム。
【請求項２】
前記センサ信号にしたがって、前記ＲＦ信号の電力を決定する電力検出回路をさらに具備する請求項１記載のＲＦ制御システム。
【請求項３】
前記電力検出回路により決定された電力にしたがって、電力補償信号を発生させる電力増幅器電力調整回路をさらに具備する請求項２記載のＲＦ制御システム。
【請求項４】
前記電力検出回路からの出力信号と、電力セットポイント信号とを受け取って合計する電力加算器回路をさらに具備し、
前記電力加算器回路の出力は、前記電力調整回路に入力され、
前記電力補償信号は、前記電力加算器回路の出力にしたがって変化する請求項３記載のＲＦ制御システム。
【請求項５】
前記エネルギー検出回路からの出力信号と、エネルギーセットポイント信号とを受け取って合計するエネルギー加算器回路をさらに具備し、
前記エネルギー加算器回路の出力は、前記電力増幅器エネルギー調整回路に入力され、
前記電力増幅器エネルギー調整回路からの前記制御信号は、前記エネルギー加算器回路の出力にしたがって変化する請求項２記載のＲＦ制御システム。
【請求項６】
前記エネルギー加算器回路は、外部のエネルギー測定信号を受け取り、前記外部のエネルギー測定信号は、前記電力供給制御システムの外部のセンサにより出力される信号にしたがって変化する請求項５記載のＲＦ制御システム。
【請求項７】
前記電力供給制御システムの外部のセンサは、マッチングネットワークと前記負荷との間に位置付けられている請求項６記載のＲＦ制御システム。
【請求項８】
前記センサは、前記負荷に接続されているマッチングネットワークの前にある請求項１記載のＲＦ制御システム。
【請求項９】
前記ＲＦ信号は、連続波信号である請求項１記載のＲＦ制御システム。
【請求項１０】
前記ＲＦ信号は、パルス信号である請求項１記載のＲＦ制御システム。
【請求項１１】
前記ＲＦ信号は、シヌソイド信号と、前記シヌソイド信号を変調する変調信号とを含み、
前記エネルギー検出回路は、前記変調信号のエネルギーを決定して、前記ＲＦ信号のエネルギーを決定する請求項１０記載のＲＦ制御システム。
【請求項１２】
前記エネルギー検出回路は、ブロックにおける前記変調信号のエネルギーを決定し、
各ブロックは、予め定められている時間長であり、前記ＲＦ信号に対するエネルギーは、各ブロックに対して決定された前記エネルギーを加算することによって決定される請求項１１記載のＲＦ信号。
【請求項１３】
前記変調信号は、方形波、のこぎり波、シヌソイド信号、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つの形状を有する請求項１１記載のＲＦ信号。
【請求項１４】
高周波（ＲＦ）制御システムにおいて、
ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器と、
前記ＲＦ信号を監視し、前記ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させるセンサと、
前記センサ信号にしたがって、前記ＲＦ信号のエネルギーを決定するエネルギー検出回路と、
前記センサ信号にしたがって、前記ＲＦ信号の電力を決定する電力検出回路と、
前記エネルギー検出回路により決定されたエネルギーと、前記電力検出回路により決定された電力とにしたがって、前記ＲＦ信号を変化させるための制御信号を発生させる電力増幅器エネルギー調整回路とを具備し、
前記ＲＦ信号は、第１の信号と、前記第１の信号を変調する第１の変調信号とを含み、
前記エネルギー検出回路は、前記第１の変調信号のエネルギーを決定して、前記ＲＦ信号のエネルギーを決定するＲＦ制御システム。
【請求項１５】
前記第１の変調信号は、第１の特徴的な部分と、第２の特徴的な部分とを含む請求項１４記載のＲＦ制御システム。
【請求項１６】
前記エネルギー検出回路は、ブロックにおける前記第１の変調信号のエネルギーを決定し、
各ブロックは、予め定められている時間長であり、前記ＲＦ信号に対するエネルギーは、各ブロックに対して決定された前記エネルギーを加算することによって決定される請求項１５記載のＲＦ信号。
【請求項１７】
前記第１の特徴的な部分は、第１の数のブロックを含み、
前記第１の数のブロックに対して決定されるエネルギーは、前記第１の特徴的な部分に対するエネルギーを決定するために加算される請求項１６記載のＲＦ信号。
【請求項１８】
前記第２の特徴的な部分は、第２の数のブロックを含み、
前記第２の数のブロックに対して決定されるエネルギーは、前記第２の特徴的な部分に対するエネルギーを決定するために加算される請求項１７記載のＲＦ信号。
【請求項１９】
前記ＲＦ信号は、合成変調信号を規定するために前記第１の変調信号を変調する第２の変調信号をさらに含み、
前記合成変調信号は、前記第１の信号を変調する請求項１４記載のＲＦ信号。
【請求項２０】
前記合成変調信号は、第１の特徴的な部分と、第２の特徴的な部分とを含む請求項１９記載のＲＦ制御システム。
【請求項２１】
前記エネルギー検出回路は、ブロックにおける前記合成変調信号のエネルギーを決定し、
各ブロックは、予め定められている時間長であり、前記ＲＦ信号に対するエネルギーは、各ブロックに対して決定された前記エネルギーを加算することによって決定される請求項２０記載のＲＦ信号。
【請求項２２】
前記第１の特徴的な部分は、第１の数のブロックを含み、
前記第１の数のブロックに対して決定されるエネルギーは、前記第１の特徴的な部分に対するエネルギーを決定するために加算される請求項２１記載のＲＦ信号。
【請求項２３】
前記第２の特徴的な部分は、第２の数のブロックを含み、
前記第２の数のブロックに対して決定されるエネルギーは、前記第２の特徴的な部分に対するエネルギーを決定するために加算される請求項１７記載のＲＦ信号。
【請求項２４】
高周波（ＲＦ）制御システムにおいて、
それぞれのＲＦ信号を負荷に出力する、複数の電力増幅器と、
ＲＦ供給調整モジュールとを具備し、
各電力増幅器は、
ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器と、
前記ＲＦ信号を監視し、前記ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させるセンサと、
前記センサ信号にしたがって、前記ＲＦ信号のエネルギーを決定するエネルギー検出回路と、
前記エネルギー検出回路により決定されたエネルギーにしたがって、前記ＲＦ信号を変化させるための制御信号を発生させる電力増幅器エネルギー調整回路とを備え、
前記ＲＦ供給調整モジュールは、前記それぞれのＲＦ電源間の位相を制御するＲＦ制御システム。
【請求項２５】
前記複数の電力増幅器のうちの少なくとも１つは、前記それぞれのセンサ信号にしたがって、前記それぞれのＲＦ信号の電力を決定する電力検出回路をさらに備える請求項２４記載のＲＦ制御システム。
【請求項２６】
少なくとも１つの電力増幅器は、前記それぞれの電力検出回路により決定された電力にしたがって、電力補償信号を発生させる電力増幅器電力調整回路をさらに備える請求項２５記載のＲＦ制御システム。
【請求項２７】
少なくとも１つの電力増幅器は、前記それぞれの電力検出回路からの出力信号と、電力セットポイント信号とを受け取って合計する電力加算器回路をさらに備え、
前記電力加算器回路の出力は、前記それぞれの電力調整回路に入力され、
前記それぞれの電力補償信号は、前記それぞれの電力加算器回路の出力にしたがって変化する請求項２６記載のＲＦ制御システム。
【請求項２８】
少なくとも１つの電力増幅器は、前記それぞれのエネルギー検出回路からの出力信号と、エネルギーセットポイント信号とを受け取って合計するエネルギー加算器回路をさらに備え、
前記それぞれのエネルギー加算器回路の出力は、前記それぞれの電力増幅器エネルギー調整回路に入力され、
前記それぞれの電力増幅器エネルギー調整回路からの前記制御信号は、前記それぞれのエネルギー加算器回路の出力にしたがって変化する請求項２５記載のＲＦ制御システム。
【請求項２９】
前記ＲＦ供給調整モジュールは、それぞれの対のＲＦ電源間の位相を制御する請求項２５記載のＲＦ制御システム。
【請求項３０】
前記ＲＦ供給調整モジュールは、タイミング信号にしたがって、それぞれの対のＲＦ電源間の位相を制御し、前記位相は、前記タイミング信号を基準として決定される請求項２５記載のＲＦ制御システム。
【請求項３１】
高周波（ＲＦ）制御システムにおいて、
それぞれのパルスＲＦ信号を負荷に出力する、複数の電力増幅器と、
ＲＦ供給調整モジュールとを具備し、
各電力増幅器は、
ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器と、
前記ＲＦ信号を監視し、前記ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させるセンサと、
前記センサ信号にしたがって、前記ＲＦ信号のエネルギーを決定するエネルギー検出回路と、
前記エネルギー検出回路により決定されたエネルギーにしたがって、前記ＲＦ信号を変化させるための制御信号を発生させる電力増幅器エネルギー調整回路とを備え、
前記ＲＦ供給調整モジュールは、前記それぞれのＲＦ電源を同期させるＲＦ制御システム。
【請求項３２】
それぞれのＲＦ信号は、それぞれの第１の信号と、前記それぞれの第１の信号を変調する、それぞれの変調信号とを含み、
前記エネルギー検出回路は、前記それぞれの変調信号のエネルギーを決定して、前記それぞれのＲＦ信号のエネルギーを決定する請求項３１記載のＲＦ制御システム。
【請求項３３】
前記それぞれのエネルギー検出回路は、ブロックにおける前記それぞれの変調信号のエネルギーを決定し、
各ブロックは、予め定められている時間長であり、前記それぞれのＲＦ信号に対するエネルギーは、各ブロックに対して決定された前記エネルギーを加算することによって決定される請求項３２記載のＲＦ制御システム。
【請求項３４】
前記ＲＦ供給調整モジュールは、前記複数の電力増幅器のそれぞれに対して、前記変調信号を同期させる請求項３１記載のＲＦ制御システム。
【請求項３５】
前記変調信号は、方形波、のこぎり波、シヌソイド信号、指数、ガウス、または、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つの形状を有する請求項３１記載のＲＦ制御システム。
【請求項３６】
前記ＲＦ供給調整モジュールは、それぞれの対のＲＦ電源間の位相を制御する請求項３１記載のＲＦ制御システム。
【請求項３７】
前記ＲＦ供給調整モジュールは、タイミング信号にしたがって、それぞれの対のＲＦ電源間の位相を制御し、前記位相は、前記タイミング信号を基準として決定される請求項３１記載のＲＦ制御システム。
【請求項３８】
前記ＲＦ供給調整モジュールは、前記ＲＦ信号と、前記制御信号との間の位相をさらに制御する請求項３１記載のＲＦ制御システム。
【請求項３９】
前記制御信号は、前記ＲＦ信号の適用をやめて、前記ＲＦ信号の再始動は、予め定められているレベルか、または、前記制御信号が前記ＲＦ信号の適用をやめたときのレベルに戻っているレベルのうちの１つにおいて開始する請求項３８記載のＲＦ制御システム。
【請求項４０】
前記ＲＦ信号が再始動されるレベルは、前記ＲＦ信号の適用をやめたときに先立つ、予め定められている時間に対する前記ＲＦ信号のエネルギーにしたがって変化する請求項３９記載のＲＦ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本開示は、高周波（ＲＦ）発生器と、ＲＦ電力供給システムにおける複数電源のフィードバック制御およびコヒーレンス性に関する。
【背景】
【０００２】
ここで提供する背景の説明は、開示の文脈を一般に与える目的である。目下命名されている発明の働きは、働きがこの背景セクションにおいて記述されている範囲だけでなく、さもなければ、出願時の従来技術として適格でない記述の観点において、本開示に背く従来技術として、明白に、または暗に認められるものではない。
【０００３】
プラズマエッチングは、半導体製造において頻繁に使用されている。プラズマエッチングでは、イオンが電界によって加速されて、基板上に露出した表面がエッチングされる。電界は、ＲＦ電力システムの高周波（ＲＦ）発生器により発生されるＲＦ電力信号に基づいて発生される。ＲＦ発生器により発生されるＲＦ電力信号は、プラズマエッチングを有効に実行するために、正確に制御されなければならない。
【０００４】
ＲＦ電力システムは、ＲＦ発生器、マッチングネットワーク、および、プラズマチャンバーのような負荷を含んでもよい。ＲＦ発生器は、マッチングネットワークで受け取られるＲＦ電力信号を発生させる。マッチングネットワークは、マッチングネットワークの入力インピーダンスを、ＲＦ発生器およびマッチングネットワーク間の伝送線路の特性インピーダンスに整合させる。このインピーダンス整合は、プラズマチャンバーへの進行方向においてマッチングネットワークに印加され（“進行電力”）、マッチングネットワークからＲＦ発生器に戻るように反射される（“逆電力”）電力量を最小化する支援をする。インピーダンス整合はまた、マッチングネットワークからプラズマチャンバーへの進行電力出力を最大化する支援をする。
【０００５】
ＲＦ電源フィールドにおいて、通常、ＲＦ信号を負荷に印加する２つのアプローチがある。第１の、より従来のアプローチは、連続波信号を負荷に印加することである。連続波信号は通常、電源によって連続して負荷に出力されるシヌソイド波である。連続波のアプローチでは、ＲＦ信号は、シヌソイドの出力を仮定し、シヌソイド波の振幅および／または周波数は、負荷に印加される出力電力を変化させるために、変化させることができる。
【０００６】
ＲＦ信号を負荷に印加する第２のアプローチは、連続波信号を負荷に印加する代わりに、ＲＦ信号をパルスにすることを伴う。パルス動作モードでは、ＲＦシヌソイド信号は、変調されたシヌソイド信号に対する包絡線を規定するために、変調信号によって変調される。従来のパルス変調スキームでは、ＲＦシヌソイド信号は通常、一定の周波数および振幅での出力である。負荷に供給される電力は、シヌソイドのＲＦ信号を変化させる代わりに、変調信号を変化させることによって、変化される。
【０００７】
典型的なＲＦ電源構成では、負荷に印加される出力電力は、負荷に印加されるＲＦ信号の、進行電力および反射電力、あるいは、電圧および電流を測定するセンサを使用することによって決定される。これらの信号のいずれのセットも、典型的なフィードバックループにおいて分析される。分析は通常、負荷に印加される電力を変化させるために、ＲＦ電源の出力を調整するために使用される電力値を決定する。負荷がプラズマチャンバーであるＲＦ電力供給システムでは、負荷の可変のインピーダンスは、負荷に印加される対応する可変の電力をもたらす。印加される電力は、部分的に、負荷のインピーダンスの関数であるからである。
【０００８】
電力を測定する既存の方法および装置は、せいぜい、ピークおよび平均の電力情報を提供するにすぎず、そのため、プラズマチャンバーにおいて発生しているＲＦ電力変動の不完全なビューを可能にするだけである。より詳細には、パルス動作モードでは、パルスの平均およびピーク電力は、プラズマに供給されるパルス電力シーケンスの間に発生するＲＦ過渡事象の狭いビューだけを提供する。このような電力測定およびフィードバックシステムはまた、変調間隔よりもはるかに遅いレートでサンプリングし、それゆえに、負荷における不可避のインピーダンス変動の間に、プラズマ負荷に供給される電力の包括的な測定を提供しない。
【０００９】
プラズマシステムが進化していることから、連続波およびパルスＲＦの両方に対する多くの新しい課題が、重大な製造仕様を満たすために要求される仕様を満たすために存在する。１つの前進は、さまざまなプラズマパラメータの制御の増加に対する、複数のＲＦ源の使用である。これらのパラメータは、電子密度、電子温度、イオン流束およびイオンエネルギーを含む。デュアルＲＦプラズマシステムが、イオンエネルギーおよびイオン流速の独立の制御を可能にするために開発されている。薄膜処理は、イオンエネルギーおよびイオン流束の制御に加えて、材料の表面上でのイオン入射の実際のエネルギー分布の制御に対して３つのＲＦプラズマシステムを使用するように進化している。さらに、補助的なＲＦバイアシングを有する位相同期高密度システムが、さまざまなエッチング適用に対して重要になっている。処理される材料の表面への、イオン流束およびイオンエネルギーのようなプラズマパラメータを独立に制御する複数電力源の成功は、ＲＦ電力結合の供給およびパルスＲＦプラズマシステムにおける制御に対して、より大きな課題を与えている。
【００１０】
連続波ＲＦ電力伝送システムからパルスＲＦ電力伝送システムへの移行は、いくつかの特定の課題をもたらす。典型的なプラズマシステムにおいて、プラズマにおいて放散される電力は、プラズマのインピーダンスに依存する。パルスイベント間でプラズマを絶やさないようにするために、インピーダンスがＲＦパルスのタイムスケールで変化する（通常、１ｋＨｚないし１０ｋＨｚの範囲）場合、マッチングネットワークおよび発生器におけるセンサおよびアクチュエータは、最適の電力結合をプラズマ負荷に提供するために、同様のタイムスケールで応答しなければならない。さらに、インピーダンスの時間応答は、プラズマに依存し、化学的性質、圧力および電力結合のようなファクタにしたがって変化する。さらに、ＲＦ結合アンテナまたは整合システムにおける抵抗損失のような、プラズマの外部のさまざまな寄生要素が、それらが、時間的に変化するインピーダンス負荷と直列に存在する一定の消散インピーダンスであることから、パルスサイクルの間に、時間的に変化する電力結合効率を与える。さらに、送信電力および反射電力のセンサならびにＲＦ発生器は通常、整合終端に対して較正されることから、インピーダンス不整合に起因する電力補償は、電力供給における変動の増加の一因となり得る。
【００１１】
現在のパルスＲＦシステムは、閉ループ電力供給ソリューションを現在提供していない。現在のパルスＲＦシステムは、パルスシステムに対して受け入れられる整合条件を見つけて、開ループモードでシステムを稼働することを試みることによって、この問題に対処する。この構成では、発生器も整合も、パルス動作の間に、電力供給の非能率を補償しない。これは、予め規定されているパルス期間内の電力供給の精度および再現性を著しく劣化させ得る。より高速なチューニングアルゴリズムが、いくつかの問題点に対処するのに役立っているが、それらは、ダイナミックなインピーダンス変動およびパルスモード動作に起因して、源から負荷への電力伝達を複雑にする。さらに、パルスＲＦシステムに対する閉ループフィードバックシステムの欠如は、さらに、薄膜製造が異なるプラズマチャンバーおよびツールを含む場合、大量生産においてその使用を限定する。
【００１２】
これらの問題点は、改善されたプラズマ状態およびそれに続く表面反応の潜在的な利益にかかわらず、パルスＲＦシステムおよび大量生産の使用を限定し続ける。
【概要】
【００１３】
このセクションは、本開示の一般的な概要を提供し、その全範囲の、または、その特徴のすべての包括的な開示ではない。
【００１４】
高周波（ＲＦ）制御システムは、ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器を備える。センサは、ＲＦ信号を監視し、ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させる。エネルギー検出回路は、センサ信号にしたがって、ＲＦ信号のエネルギーを決定する。電力増幅器エネルギー調整回路は、エネルギー検出回路により決定されたエネルギーにしたがって、ＲＦ信号を変化させる制御信号を発生させる。
【００１５】
高周波（ＲＦ）制御システムは、ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器を備える。センサは、ＲＦ信号を監視し、ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させる。エネルギー検出回路は、センサ信号にしたがって、ＲＦ信号のエネルギーを決定する。電力検出回路は、センサ信号にしたがって、ＲＦ信号の電力を決定する。電力増幅器エネルギー調整回路は、エネルギー検出回路により決定されたエネルギーと、電力検出回路により決定された電力とにしたがって、ＲＦ信号を変化させる制御信号を発生させる。ＲＦ信号は、第１の信号と、第１の信号を変調する第１の変調信号とを含み、エネルギー検出回路は、ＲＦ信号のエネルギーを決定するために、第１の変調信号のエネルギーを決定する。
【００１６】
高周波（ＲＦ）制御システムは、それぞれのＲＦ信号を負荷に出力する複数の電力増幅器を備える。各電力増幅器は、ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器；ＲＦ信号を監視し、ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させるセンサ；センサ信号にしたがって、ＲＦ信号のエネルギーを決定するエネルギー検出回路；およびエネルギー検出回路により決定されたエネルギーにしたがって、ＲＦ信号を変化させる制御信号を発生させる電力増幅器エネルギー調整回路を備える。ＲＦ供給協調モジュールは、それぞれのＲＦ電力供給間の位相コヒーレンスを制御する。
【００１７】
高周波（ＲＦ）制御システムは、それぞれのパルスＲＦ信号を負荷に出力する複数の電力増幅器を備える。各電力増幅器は、ＲＦ信号を負荷に出力する電力増幅器；ＲＦ信号を監視し、ＲＦ信号に基づいて、センサ信号を発生させるセンサ；センサ信号にしたがって、ＲＦ信号のエネルギーを決定するエネルギー検出回路；およびエネルギー検出回路により決定されたエネルギーにしたがって、ＲＦ信号を変化させる制御信号を発生させる電力増幅器エネルギー調整回路を備える。ＲＦ伝送協調モジュールは、それぞれのＲＦ電源を同期させる。
【００１８】
適用可能性のさらなる範囲は、ここで提供される記述から明らかになるだろう。この概要における記述および特定の例は、例示目的のためだけに向けられており、本開示の範囲を限定するように向けられていない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
ここで記述する図面は、選択した実施形態の説明のためにすぎず、すべての可能性ある構成ではなく、本開示の範囲を限定するように向けられていない。本開示は、詳細な説明および添付図面からより十分に理解されるであろう。
【００２０】
対応する参照番号は、図面のいくつかのビューの全体にわたって対応する部分を示す。
【図１】図１は、本開示の原理にしたがって構成されているＲＦ電力システムの機能ブロック図である。
【図２】図２は、本開示の原理にしたがって構成されているＲＦ電力供給システムの機能ブロック図である。
【図３】図３は、ＲＦプラズマシステムのモデルの概略図である。
【図４】図４は、例示的な２レベルパルシング信号のグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、位相と測定された電力との間の関係を図示するグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実電力と測定電力との間の関係を図示するグラフである。
【図６】図６は、各ブロック内に含まれているエネルギーを測定するために、２つのブロック中でさらに分割される例示的な２レベルパルシング信号を図示するグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、単一のＲＦ発生器を有するＲＦ供給システムの機能ブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、複数のＲＦ発生器を有するＲＦ供給システムの機能ブロック図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、複数のＲＦ発生器を有するＲＦ供給システムの機能ブロック図である。
【図８】図８は、シヌソイド信号の期間にわたって計算されたエネルギーに対して、位相を変化させる正規化されたエネルギーを図示するグラフである。
【図９】図９は、本開示にしたがったエネルギー制御方法を説明する。
【図１０】図１０は、１対の変調信号間の位相差を図示する１対の波形を描写する。
【図１１】図１１は、固定された時間パルスにしたがった、１対の変調信号間の位相差を図示する１対の波形を描写する。
【図１２】図１２は、変調信号と、その関係する電力信号とを描写し、２つの信号間の位相差を図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａは、変調信号と、その関係する電力信号とを描写し、変調信号の次のパルスシーケンスの開始においてＲＦ信号を始動するさまざまな実施形態を図示する。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、変調信号と、その関係する電力信号とを描写し、変調信号の次のパルスシーケンスの開始においてＲＦ信号を始動するさまざまな実施形態を図示する。
【詳細な説明】
【００２１】
これから添付図面を参照して、実施形態の例をより十分に説明する。
【００２２】
以下の説明は、本質的に実例に過ぎず、本開示を、その適用または使用に限定するように向けられていない。本開示の広い教示は、さまざまな形態で実現され得る。それゆえに、本開示は特定の例を含むが、他の修正が、図面、明細書および特許請求の範囲の検討で明らかになることから、本開示の真の範囲をそのように限定すべきではない。明瞭にするために、同じ参照番号が、同様の要素を識別するために図面において使用される。ここで使用するとき、Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも１つという句は、排他的論理和を使用して、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味するものと解釈すべきである。方法内の１つ以上のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解すべきである。
【００２３】
ここで使用するとき、モジュールという用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）；電子回路；組み合せ論理回路；フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）；コードを実行するプロセッサ（共有、専用またはグループ）；記述した機能性を提供する他の適切なハードウェアコンポーネント；あるいはシステムオンチップにおけるような、上述のいくつかまたはすべての組み合せの一部を参照してもよい。モジュールという用語は、プロセッサによって実行されるコードを記憶するメモリ（共有、専用またはグループ）を含んでもよい。
【００２４】
先に使用したコードという用語は、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはマイクロコードを含んでもよく、プログラム、ルーチン、関数、クラスおよび／またはオブジェクトを参照してもよい。先に使用した共有という用語は、複数のモジュールからのいくつかまたはすべてのコードが、単一（共有）のプロセッサを使用して実行されてもよいことを意味する。さらに、複数のモジュールからのいくつかまたはすべてのコードが、単一（共有）のメモリによって記憶されてもよい。先に使用したグループという用語は、単一のモジュールからのいくつかまたはすべてのコードが、グループのプロセッサを使用して実行されてもよいことを意味する。さらに、単一のモジュールからのいくつかまたはすべてのコードが、グループのメモリを使用して記憶されてもよい。
【００２５】
ここで記述した装置および方法は、１つ以上のプロセッサによって実行される１つ以上のプログラムによって実現されてもよい。コンピュータプログラムは、非一時的な有形のコンピュータ読み取り可能媒体上に記憶される、プロセッサにより実行可能な命令を含む。コンピュータプログラムはまた、記憶されているデータを含んでもよい。非一時的な有形のコンピュータ読み取り可能媒体の限定的でない例は、不揮発性メモリ、磁気記憶装置および光記憶装置である。
【００２６】
第１、第２、第３などという用語は、さまざまなエレメント、コンポーネント、ループ、回路および／またはモジュールを記述するために、ここでは使用されているが、これらのエレメント、コンポーネント、ループ、回路および／またはモジュールは、これらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、１つのエレメント、コンポーネント、ループ、回路またはモジュールを、別のエレメント、コンポーネント、ループ、回路またはモジュールから区別するためだけに使用され得る。ここで使用されるとき、“第１”、“第２”のような用語、および、他の数に関する用語は、文脈によって明瞭に示されていない限り、順番または順序を意味しない。したがって、以下で論じる、第１のエレメント、コンポーネント、ループ、回路またはモジュールは、ここで開示した構成の例から逸脱することなく、第２のエレメント、コンポーネント、ループ、回路またはモジュールと呼ばれ得る。
【００２７】
図１において、ＲＦ電力システム１０が示されている。ＲＦ電力システム１０は、ＲＦ電力供給制御システム１２および負荷１４を備えている。ＲＦ電力供給制御システム１２はさらに、（ＲＦ発生器とも呼ばれる）ＲＦ電力発生器および制御システム１６ならびにマッチングネットワーク１８を備えている。ＲＦ発生器１６は、マッチングネットワーク１８に提供されるＲＦ電力信号２０を発生させる。マッチングネットワーク１８は、マッチングネットワーク１８の入力インピーダンスを、ＲＦ発生器１６およびマッチングネットワーク１８間の伝送線路２２の特性インピーダンスに整合させる。言い換えれば、マッチングネットワーク１８は、負荷１４のインピーダンスを、ＲＦ発生器１６の出力によって見られるインピーダンスに整合させる。マッチングネットワーク１８および負荷１４は、ＲＦ発生器１６に対する負荷と考えてもよい。負荷１４は、例えば、プラズマチャンバーまたは他のＲＦ負荷であってもよい。負荷１４のインピーダンスは、静的（すなわち、時間とともに変化しない）または動的（すなわち、時間とともに変化する）であってもよい。
【００２８】
ＲＦ発生器１６は、ＲＦ電力源２８（または電力増幅器）およびフィードバックループ３０を備えている。電力増幅器２８は、マッチングネットワーク１８に出力されるＲＦ電力信号２０を発生させる。電力増幅器２８は、電力増幅器２８の外部の電力源３１から受け取った電力信号に基づいて、ＲＦ電力信号２０を発生させる。電力源３１は、ＲＦ発生器１６の一部として示されているが、電力源３２は、ＲＦ発生器１６の外部にあってもよい。電力源３２は、例えば、直流（ＤＣ）電力源であってもよい。
【００２９】
フィードバックループ３０は、１対のフィードバックループを備えており、それぞれは、ＲＦ発生器１６のフィードバック制御を可能にする各パラメータをフィードバックに提供する。フィードバックループ３０は、１つ以上のセンサ３２を備えている。センサ３２は、電圧、電流および／または方向性結合器のセンサを備えていてもよい。センサ３２は、（ｉ）電力増幅器２８の電圧Ｖおよび電流Ｉ出力、および／または、（ｉｉ）電力増幅器２８および／またはＲＦ発生器１６の進行（または源）電力ＰＦＷＤ、ならびに、マッチングネットワーク１８から受け取った逆（すなわち、反射）電力ＰＲＥＶを検出してもよい。電圧Ｖ、電流Ｉ、進行電力ＰＦＷＤおよび逆電力ＰＲＥＶは、電力増幅器２０の出力の、実電圧、実電流、実進行電力および実逆電力のスケーリングされたバージョンであってもよい。センサ３２は、アナログおよび／またはデジタルセンサであってもよい。デジタルの構成において、センサ３２は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと、対応するサンプリングレートを有する信号サンプリングコンポーネントを備えていてもよい。センサ３２からの出力は、一般に、第１の信号Ｘおよび第２の信号Ｙとして参照することができ、それらは、さまざまなアナログまたはデジタルの構成を表してもよい。
【００３０】
フィードバックループ３０は、ＲＦ発生器１６のフィードバック制御を可能にする各パラメータを決定するために、それぞれがセンサ３２によって出力されたセンサ信号３４を受け取る一対のフィードバックループを備えている。各フィードバックループのうちの、第１すなわち外側のフィードバックループは、電力調節に対する電力フィードバックループ３６を含む。各フィードバックループのうちの、第２すなわち内側のフィードバックループは、エネルギー調節に対するエネルギーフィードバックループ３８を含む。各フィードバックループ３６、３８は、センサ３２によって出力される信号３４のさまざまなフィルタリングおよびスケーリング動作を実行できる。フィルタリングおよびサンプリングの機能の何らかの組合せを使用して、必須の分析およびフィードバック制御に対して信号を適合させてもよい。
【００３１】
電力フィードバックループ３６に関して、電力フィードバックループは、フィルタモジュール４０を備えている。フィルタモジュール４０は、伝達関数ＧP（Ｘ，Ｙ）によって定義されるフィルタリング動作を実行し、伝達関数ＧP（Ｘ，Ｙ）は、電力フィードバックループ３６用のフィルタリングされたセンサ信号を出力するために、センサ信号３４をフィルタリングすることに関係付けられている伝達関数であり、ここで、添え字Ｐは、電力に関連する値を示す。フィルタモジュール４０は、それぞれ、変換された信号Xp'およびYP'を発生させる。変換された信号XP'およびYP'は、スケーリングモジュール４２に入力され、スケーリングモジュール４２は、加算ジャンクション４８を介する電力制御モジュール４６へのフィードバックのために、スカラー値ＫPによって、変換された信号を調整して、電力フィードバック誤差信号ｅfbPを発生させる。電力フィードバック誤差信号ｅfbPは、電力制御モジュール４６に入力される。電力制御モジュール４６は、伝達関数Ｄfb(2)Pを誤差に適用して、電力制御信号ｕfbPを発生させる。電力制御信号ｕfbPは、エネルギー制御モジュール５８に入力される。エネルギー制御モジュール５８は、ここでより詳細に記述される。ここで記述する信号は、単一の信号として、または、１組の信号として実現されてもよいことに注目すべきである。いくつかのＲＦ発生器は、レール電圧または位相を制御するような、単一のアクチュエータを有する一方で、他のＲＦ発生器は、駆動およびレール電圧のためのような、複数のアクチュエータを有することから、限定ではない例として、電力制御信号ｕfbPは、単一のコマンドまたは１組のコマンドとして実現されてもよい。
【００３２】
フィードバックループ３０はまた、内側の、すなわち、エネルギーフィードバックループ３８を備えている。エネルギーフィードバックループ３８は、フィルタモジュール５２を備えている。フィルタモジュール５２は、伝達関数ＧE（Ｘ，Ｙ）によって定義されるフィルタリング動作を実行し、伝達関数ＧE（Ｘ，Ｙ）は、エネルギーフィードバックループ３８用のフィルタリングされたセンサ信号を出力するために、センサ信号３４をフィルタリングすることに関係付けられている伝達関数であり、ここで、添え字Ｅは、エネルギーに関連する値を示す。さまざまな実施形態において、フィルタモジュール５２によって実行される伝達関数は、フィルタモジュール４０によって実行される伝達関数と一般に共有され得ることを、当業者は理解するだろう。フィルタモジュール５２は、それぞれ、変換された信号XE'およびYE'を発生させる。変換された信号XE'およびYE'は、ドット積〈Xe'，Ye'〉にしたがって電力信号を決定する電力決定モジュール５４に入力される。ここでより詳細に記述するように、電力決定モジュール５４は、隣接し、オーバーラップしていないブロックに対して電力測定値を発生させる。電力決定モジュール５４は、電力信号をスケーリングモジュール５６に出力する。スケーリングモジュール５６は、加算ジャンクション６０を介するエネルギー制御モジュール５８へのフィードバックのために、スカラー値ＫEによって、変換された信号を調整する。スケーリングモジュール５６は、電力決定モジュール５４の出力にスケーリングファクタおよび時間微分を適用して、加算ジャンクション６０に適用されるエネルギー信号Ｅ（ｂ）を発生させる。
【００３３】
加算ジャンクション６０は、エネルギー信号Ｅ（ｂ）を受け取り、さらに、エネルギー測定モジュール６４からエネルギー値を受け取る。さまざまな実施形態において、加算ジャンクション６０はまた、外部のエネルギー測定モジュール６７から外部エネルギー値を受け取る。さまざまな実施形態における、外部エネルギー測定値は、限定でない例として、進行／逆電力情報または電圧／電流情報のいずれかを提供する外部センサによって発生され得る。外部エネルギー測定値は、図２中で示されているように、マッチングネットワークおよびプラズマチャンバー間に位置付けられているＲＦセンサによって提供され得る。プラズマチャンバーへの入力において測定されるエネルギーは、さまざまな実施形態において、プラズマチャンバーに供給される、より代表的なエネルギーである。外部エネルギー源は、ここで記述するようなエネルギーベースの測定値を生成させることができ、ここでは、整合後のＲＦセンサが、ＲＦ電源、および、ローカルに計算されるエネルギーに結合され得る。整合後のエネルギー測定値を導入して、電源ローカルセンサからのエネルギー測定値と交替するか、または、電源ローカルセンサからのエネルギー測定値を補うことができる。
【００３４】
加算ジャンクション６０は、エネルギーフィードバック誤差信号ｅfbEを出力する。エネルギーフィードバック誤差信号ｅfbEは、エネルギー制御モジュール５８に入力される。エネルギー制御モジュール５８は、エネルギーフィードバック誤差信号ｅfbEを受け取って、さらに、電力更新制御信号ｅfbPを受け取る。エネルギー制御モジュール５８は、伝達関数Ｄfb(2)Pを適用して、制御信号ｕfbPEを電力増幅器２８に対して発生させて、電力増幅器２８の出力から負荷１４への出力を制御する。したがって、エネルギー制御モジュール５８は、それぞれの電力誤差信号およびエネルギー誤差信号にしたがった、電力およびエネルギーの両方の調整を含む制御信号ｕfbPEを発生させる。エネルギー制御モジュール５８は、電力増幅器に結合されているアクチュエータを更新することによって、電力増幅器２８の出力を調整する。エネルギーフィードバックループ３８は、エネルギー継続時間を変更することによって制御を提供するために、エネルギー制御モジュール５８に対して第１の制御メカニズムを提供する。
【００３５】
エネルギー制御モジュール５８はまた、加算ジャンクション６８に対して、フィードバックまたは電力信号セットポイントＣｐ補正を出力する。加算ジャンクション６８はまた、電力セットポイントモジュール７０によって出力される外部電力セットポイント信号を受け取る。電力セットポイントモジュール７０は、（示していない）外部制御装置のコンポーネントであってもよい。加算ジャンクション６８へのフィードバックは、エネルギー振幅の調整を可能にしてエネルギー伝送を補償し、エネルギー継続時間の第１の制御メカニズムに加えて第２の制御メカニズムを提供する。限定ではない例として、エネルギー制御モジュール５８は、電力セットポイントの振幅調整を可能にして、所望のエネルギーを達成する。このような制御メカニズムは、電力調節との相互作用を必要とする。このフィードバックはまた、セットポイントモジュール７０の出力によって規定される電力振幅への何らかの更新が、電力制御装置によってネゲートされるのを防ぐ。
【００３６】
図２は、ＲＦ電力システム１０’の機能ブロック図を描写する。図２のＲＦ電力システム１０’は、図１と同様に構成されている。図２において、図１のセンサ３２は、ＲＦ電力発生器および制御システム１６の外側である、図２のセンサ３２’の場所に移動されている。センサ３２’は、図１に関して記述したような、類似信号ＸおよびＹを出力する。
【００３７】
上述の図１および図２の１つの特徴は、電力増幅器２８の出力を調整するためのエネルギーフィードバックの使用である。この概念を詳細に記述するために、図３は、この概念を詳細に記述するために、プラズマシステムの一般化したモデルを与える。図３のプラズマシステムは、ＲＦ電源３０２、マッチングネットワーク３０４およびプラズマチャンバー３０６を含んでいる一般化したプラズマシステム３００を描写する。
【００３８】
ＲＦ電源３０２は、抵抗ＲT３３０を有する伝送線路３０８と、マッチングネットワーク３０４とを介して、シヌソイド出力信号をプラズマチャンバー３０６に発生させる。マッチングネットワーク３０４は、接地されている調整可能な負荷キャパシタンスＣLOAD ３１２、伝送線路３０８に直列な、調整可能な直列キャパシタンスＣTUNE ３１４および出力インダクタンスＬO ３１６としてモデル化されている。マッチングネットワーク３０４に流れている電流は、ｉl（ｔ）として示されており、マッチングネットワーク３０４を循環する電圧は、ｖl（ｔ）として示されており、マッチングネットワーク３０４のインピーダンスは、Ｚlとして示されている。プラズマチャンバー３０６は、リアクタンス素子に直列な実抵抗負荷ＲP３２０、寄生キャパシタンスＣP ３２２としてモデル化されている。抵抗負荷ＲP３２０および寄生キャパシタンスＣP ３２２の直列の組み合せは、リアクタンス浮遊キャパシタンスＣSTRAY ３２６と並列に置かれている。プラズマチャンバー３０６に流れている電流は、ｉp（ｔ）として示されており、プラズマチャンバー３０６を循環する電圧は、ｖp（ｔ）として示されており、プラズマチャンバー３０６のインピーダンスは、Ｚpとして示されている。
【００３９】
ＲＦ電源３０２は、帯域幅Δω内の周波数ωで動作する。最適な電力伝達に対して、プラズマチャンバー３０６のインピーダンスＺpは、伝送線路３０８のインピーダンスＲT３３０に整合するように変換される。したがって、マッチングネットワーク３０４は、プラズマチャンバーのインピーダンスを、伝送線路３０８のインピーダンスＺlに変換する。これが、無損失のケースにおいて起こるとき、ＲＦ電源３０２からのすべての電力が、マッチングネットワーク３０４に供給される。マッチングネットワーク３０４からの電力は次に、プラズマチャンバー３０６に結合される。
【００４０】
ＲＦ電源３０２の連続波動作のケースにおいて、プラズマチャンバー３０６に供給される電圧および電流は、次の式にしたがって表すことができる：
【数１】
2013176040.tif 000003
【００４１】
ここで、θは、インピーダンスＺpの位相角である。同様に、マッチングネットワーク３０４の入力の電圧および電流の信号は、次の式によって表すことができる：
【数２】
2013176040.tif 000004
【００４２】
ここで、φは、伝送線路のインピーダンスＺlの位相角である。
【００４３】
連続波信号に対して、ＲＦ信号の電力およびエネルギーは、マッチングネットワーク３０４およびプラズマチャンバー３０６から導出できる。マッチングネットワーク３０４およびプラズマチャンバー３０６によって吸収される時間平均電力は、それぞれ、以下の積分によって定義される：
【数３】
2013176040.tif 000005
【００４４】
式（５）および（６）から、エネルギーを、対応する瞬時電力の時間積分から決定できる。
【数４】
2013176040.tif 000006
【００４５】
マッチングネットワークのインピーダンス変換の効率に基づいて、整合の電力損失は最小化され、Ｐl＝Ｐpである。
【００４６】
典型的なマッチングネットワークでは、マッチングネットワークの物理的制限が、ＲＦ電力供給システムにおける無損失の伝達を達成することを妨げる。電力損失は、その入力電力のスカラー（α≦１）として表され、Ｐl＝αＰpである。整合における損失は、瞬時電力、および、その後、Ｅl≠Ｅpのように、エネルギー計算に影響を及ぼす。しかしながら、これらの量は、整合前の電力および整合後の電力に類似的に関連する。
【００４７】
プラズマシステム３００のパルスモード動作に対する解析的な表現は、プラズマに対する電力供給システムの機能を記述する連続波の一般化した文脈において記述されるだろう。マッチングネットワークの入力において電力をサンプリングする有効性は、このようなサンプリングによって提供されるロジスティックな利便を示して実証されるだろう。このようなシステムは、図１中で示されている。しかしながら、図２は、さらに別の、電力をサンプリングするための望ましい位置、すなわち、マッチングネットワークの出力を示す。図２中で示されているように、マッチングネットワークの出力電力をサンプリングすることは、マッチングネットワークの変動において、プラズマ源に供給されるエネルギーの直接の測定を提供し、その損失は、相対的な精度を損なわない。
【００４８】
図４は、２レベルパルシング信号ｓ（ｔ）の、任意の一般化した例を描写する波形を図示する。信号ｓ（ｔ）は一般に、ＲＦ信号を２レベルパルスにすることから結果として生じる電力信号を表す。図３に関して、パルシング信号ｓ（ｔ）は、電圧信号および電流信号を変調する変調信号の合成物として示されている。したがって、図３は、電圧信号ｖ（ｔ）４０２、電流信号ｉ（ｔ）４０４、変調信号ａ（ｔ）４０６を描写する。電圧信号、電流信号および変調信号は、アナログまたはデジタルの領域のいずれかにおいて実現され得る。信号がアナログ領域で実現されるか、またはデジタル領域で実現されるかに対する特定の言及なく、信号は、上述のように一般的に表されるだろう。さらに、電圧信号ｖ（ｔ）および電流信号ｉ（ｔ）は、図３に関して上述した、整合前ネットワークまたは整合後ネットワークの、電圧および電流の表現を表す。図３の限定でない例において、変調信号ａ（ｔ）は、２レベルパルシング信号を表す。電力信号ｓ（ｔ）は、任意の形態の変調関数ａ（ｔ）から結果として生じることができることを、当業者は認識するだろう。限定でない例として、このような変調関数は、線形変調関数、時間とともに変化する変調関数、指数変調関数、または、これらの組み合わせを含むことができる。さまざまな実施形態において、変調信号ａ（ｔ）は、電圧信号ｖ（ｔ）および電流信号ｉ（ｔ）によって示される急速な変化と比較して、比較的ゆっくりと変化する。さまざまな実施形態において、電圧信号ｖ（ｔ）および電流信号ｉ（ｔ）はまた、周波数ωおよび帯域幅Δωに対して狭帯域の信号である。
【００４９】
パルスモード動作のケースでは、エネルギーに対する式は、式（７）および（８）に関して上述したエネルギーの式とは異なる。エネルギーの式は、以下で示すように記述できる。
【数５】
2013176040.tif 000007
【００５０】
上記式（９）は、ここでの議論のために、それぞれ、マッチングネットワーク１８の前および後のセンサ３２を示す図１および２の両方に適用するものと考えられるはずである一般化したバージョンである。
【００５１】
図４を詳細に参照すると、図４は、式（９）における第２項の実例を表す。式（９）の、この積分は、変調関数ａ（ｔ）によって変調される電圧ｖ（ｔ）および電流ｉ（ｔ）の余弦関数の積の下での正味面積の部分を包含する。変調関数ａ（ｔ）は、余弦関数ｖ（ｔ）およびｉ（ｔ）に比べて比較的ゆっくりと変化することから、式（９）の第２項によって寄与される正味面積は、式（９）の第１項と比較して小さい。この結果は、供給されるＲＦエネルギーを決定するために、変調関数ａ（ｔ）の周期的な包絡線内の電圧ｖ（ｔ）および電流ｉ（ｔ）信号のサンプリングを可能にする。したがって、変調関数の周期の電力を適切に測定または推定することによって、ＲＦ信号のエネルギーは、変調信号ａ（ｔ）の包絡線を通して計算できる。変調関数は、規定されたパルス関数に対して、一貫した、繰り返し可能な周期ごとのエネルギー供給を供給するために、エネルギー測定値のフィードバックにより制御され得る。したがって、パルス周期内で測定または推定されるエネルギーを使用して、供給される、対応する周期ごとのエネルギーが繰り返し可能であるように、変調関数ａ（ｔ）を、振幅または時間において変化させることができる。さらに、このことは、ＲＦ供給システムにおいて供給されるエネルギーの制御を究極的に可能にし、エネルギー供給制御装置は、負荷に供給されるエネルギーを、有効に時間的に変化させ、包括的で自律的な制御システムに対して供給されるエネルギーを監視することができる。
【００５２】
よく知られているように、電力供給システムの一般的な目標は、進行電力ＰFWDが最大化されるか、または、逆電力ＰFWDが最小化されるときに、通常発生する電力伝達を最大化することである。以下の式（１０）は、これらのケースの両方を記述する。
【数６】
2013176040.tif 000008
【００５３】
式（１０）から理解できるように、φがゼロに近づくときに、リアクタンス負荷に対する最大の負荷電力すなわち供給電力Ｐdが発生する。マッチングネットワーク１８のようなマッチングネットワークにおける同調素子を調整することにより、設計者は、φをゼロに近づけることが可能になる。加えて、φがリアクタンス性インピーダンスに依存し、周波数の関数にもなることから、動作の最適点にさらに同調させるために、ＲＦ電源の周波数を変化させることを使用できる。
【００５４】
ベクトル計算法の使用によって、２つの独立変数の余弦は、次の一般化した形態で決定できる：
【数７】
2013176040.tif 000009
【００５５】
この式を供給電力に対する上述の式（１０）に代入すると、以下の式が生じ、以下の式は、サンプリングされた電圧信号とサンプリングされた電流信号とのドット積の関数として供給電力を定義する：
【数８】
2013176040.tif 000010
【００５６】
供給電力検出器の応答は、ｖp（ｔ）の一定の位相に対してｉp（ｔ）における位相θを変化させ、信号をサンプリングして以下のドット積を取得することによって実証され得る：
【数９】
2013176040.tif 000011
【００５７】
ここでＮは、ωのいくつかの周期に対応するサンプルの数に基づいて選択される。
【００５８】
式（１３）は、図５の波形を招来する。図５Ａは、±πの位相に対する位相応答を描写する。図５Ｂは、実電力と、測定された電力との間の線形の関係を描写する。特に、図５Ａは、波形５０２を描写する。図５Ａにおけるｘ軸は、周期±にわたった位相を描写し、ｙ軸は、測定電力を描写する。図５Ｂは、波形５０４を図示する。図５Ｂにおけるｘ軸は、実電力を表し、ｙ軸は、測定電力を表す。
【００５９】
図５Ａおよび５Ｂから、位相応答は、正確な位相測定に対する必要性が軽減されることを実証する。電圧ｖ（ｔ）および電流ｉ（ｔ）のベクトルのドット積を計算することは、これらの量の対応する位相差を導出することなく、電力測定値をもたらす。このことは、パルス動作モードにおいて電力測定値を決定することを著しく簡単にする。さらに、式（１３）のドット積は、エネルギー計算に対して望まれるような、負荷に供給される電力をもたらす。これは、方向性結合器からの進行および逆の部分により達成できただろうが、このようなアプローチは、進行電力および逆電力間の差異を計算する中間のステップを必要とする。このような中間のステップは、決定に対するループ時間を増加させるであろう。
【００６０】
図６に関して、エネルギーを計算するために、電力が、オーバーラップしていないブロック中で測定される。図４と同様に、図６は、２レベルパルシング信号ｓ（ｔ）の、任意の一般化した例を描写している波形を図示する。信号ｓ（ｔ）は一般に、ＲＦ信号を２レベルパルスにすることから結果として生じる電力信号を表す。パルシング信号ｓ（ｔ）は、電圧信号ｖ（ｔ）および電流信号ｉ（ｔ）を変調する変調信号ａ（ｔ）の合成物として一般的に示されている。したがって、図６は、電圧信号ｖ（ｔ）６０２、電流信号ｉ（ｔ）６０４、変調信号ａ（ｔ）６０６を描写する。
【００６１】
上述したように、電圧信号、電流信号および変調信号は、アナログまたはデジタルの領域のいずれかにおいて実現され得る。信号がアナログ領域で実現されるか、またはデジタル領域で実現されるかに対する特定の言及なく、信号は、上述のように一般的に表されるだろう。さらに、電圧信号ｖ（ｔ）および電流信号ｉ（ｔ）は、図３に関して上述した、整合前ネットワークまたは整合後ネットワークの、電圧および電流の表現を表す。図６の限定でない例において、変調信号ａ（ｔ）は、２レベルパルシング信号を表す。電力信号ｓ（ｔ）は、任意の形態の変調関数ａ（ｔ）から結果として生じることができることを、当業者は認識するだろう。限定でない例として、このような変調関数は、線形変調関数、時間とともに変化する変調関数、指数変調関数、または、これらのさまざまな組み合わせを含むことができる。さまざまな実施形態において、変調関数ａ（ｔ）は、電圧信号ｖ（ｔ）および電流信号ｉ（ｔ）によって示される急速な変化と比較して、比較的ゆっくりと変化する。さまざまな実施形態において、電圧信号ｖ（ｔ）および電流信号ｉ（ｔ）はまた、周波数ωおよび帯域幅Δωに対して狭帯域の信号である。
【００６２】
図６をさらに参照すると、波形ｓ（ｔ）は、変調信号ａ（ｔ）をさらに分割することによって、ブロックに分割される。変調信号ａ（ｔ）は、高部６１０と、低部６１２とを有する。高部６１０および低部６１２は、変調信号ａ（ｔ）の周期的な変化にしたがって、周期的に繰り返す。各高部６１０は、３つの等時間期間ＥH（１）、ＥH（２）、ＥH（３）に分割される。同様に、各低部６１２は、３つの等時間期間ＥL（１）、ＥL（２）、ＥL（３）に分割される。それぞれの高部６１０は、ＥTH（１）、ＥTH（２）、ＥTH（３）、．．．、ＥTH（Ｎ）と呼ばれる。同様に、それぞれの低部６１２は、ＥTL（１）、ＥTL（２）、ＥTL（３）、．．．、ＥTL（Ｎ）と呼ばれる。それぞれの高部６１０および低部６１２は、さまざまな設計検討にしたがって分割され得ることを当業者は認識するだろう。それぞれの高部６１０および低部６１２を、等時間の３つのブロックに分割することに関する選択は、限定でない例に過ぎない。さらに、高部６１０が、低部６１２が分割されるブロックの数とは異なるブロックの数に分割され得ることを、当業者は認識するだろう。
【００６３】
エネルギーを計算するために、電力が、ωsのレートでサンプリングされた周波数ωRF内の電圧信号および電流信号のサンプルから導出される。各ブロックは、ブロック当たりのサンプルの数を規定する、おおよそｋ個のωRFの期間を含む：
【数１０】
2013176040.tif 000012
【００６４】
そして、Δｔ＝ｋωの時間継続を有する。エネルギーの計算に対して、期間の数ｋは、電力計算に対するブロックが隣接し、オーバーラップしていない限り、ωRFにより均等に可分である必要がないことに注目すべきである。各ブロックに対するエネルギーは、以下の式（１５）中で示されるように計算される：
【数１１】
2013176040.tif 000013
【００６５】
ここで、Ｐd（ｂ）は、特定のブロックに対する供給電力として定義される。対象となる期間に対する総エネルギーを次のように書くことができる：
【数１２】
2013176040.tif 000014
【００６６】
これは、エネルギーブロック全体にわたった蓄積を表す。
【００６７】
エネルギーブロック全体にわたった蓄積は、いくつかの異なる方法で発生し得る。図６中で示した波形のケースに対して、パルスシーケンスは、高部６１０および低部６１２を含み、エネルギー計算は、それぞれの部分に対して実行できる。さまざまな実施形態において、変調関数ａ（ｔ）は、臨界領域におけるエネルギーを決定するために区分化されることができ、図６中で示すように等しい部分に区分化される必要はない。一例として、図６を参照すると、特定のブロックに対するエネルギーは、電力ブロックＰd（ｂ）と、ブロックの持続時間Δｔの積として決定され、そのため、特定のブロックに対するエネルギーは、式（１５）にしたがって決定される。高部６１０に対するエネルギーは、以下のように一般的ケースにおいて計算される：
【数１３】
2013176040.tif 000015
【００６８】
図６中で示す高部６１０に対するエネルギーは、以下のように特定のケースに対して計算される。
【数１４】
2013176040.tif 000016
【００６９】
同様に、低部６１２に対するエネルギーは、以下のように一般的ケースにおいて計算される：
【数１５】
2013176040.tif 000017
【００７０】
低部６１２に対するエネルギーは、以下のように特定のケースに対して計算される：
【数１６】
2013176040.tif 000018
【００７１】
式（１７）ないし（２０）に関して上述したエネルギー計算プロセスは、すべての後続のパルスシーケンスに対して、パルスシーケンスのさまざまな各潜在レベルに対して繰り返される。
【００７２】
図３ないし６に関して記述した先の例は、エネルギー計算に対して多くの重要な使用を提供する。例えば、各高部６１０は、繰返し可能な高パルスごとの動作に対して制御され得る。これにより、連続するパルスＥTH（ｊ）およびＥTH（ｊ−1）におけるエネルギー間の差異を最小化することが可能になる。同様に、各低部６１２は、繰返し可能な低パルスごとの動作に対して制御され得る。これにより、連続するパルスＥTL（ｊ）およびＥTL（ｊ−1）におけるエネルギー間の差異を最小化することが可能になる。高部６１０および低部６１２の両方に対して、連続するパルス間の異なるエネルギーを最小化するための制御目的および効用は、計算の効率に対して共有できる。さらに、高部６１０および低部６１２間のエネルギーの差異は、変調関数内で維持され得る。限定でない例として、制御関数は、以下の式を使用して、レベル間のエネルギー差を調節するだろう：
【数１７】
2013176040.tif 000019
【００７３】
いくつかの例において、プラズマプロセスは、例えば、各レベルの中間セクションにおいて発生するピークエネルギーブロックを必要とするかもしれない。この例において、長方形の変調関数ａ（ｔ）は、図４および６中で示したボックスカー形状から、三角形の形状のような、さまざまな形状のうちの１つに調整され得る。さまざまな実施形態において、三角形関数は、ピークが各レベルの予め定められている部分において発生するように、各レベルに対して構成され得る。例えば、３つのブロックレベルの中間においてピークが発生することが望まれる場合、このような構成は、以下の式を生じさせ得る：
【数１８】
2013176040.tif 000020
【００７４】
このピークブロックへの隣接エネルギーブロックは、予め定められているセクションの予め定められているブロックに対して所望のピーク効果を達成するために比例して低くなるだろう。
【００７５】
上述したように、エネルギーフィードバックループ３８は、エネルギー継続時間を変更することによって制御を提供するために、エネルギー制御モジュール５８に対して第１の制御メカニズムを提供する。一例として図６を参照すると、２レベル変調信号ａ（ｔ）は、高部６１０および低部６１２を含み、各部は、変調信号ａ（ｔ）に対して５０％のデューティサイクルを可能にする。高部６１０または低部６１２のいずれかの継続時間は、負荷１４に供給される所望のエネルギー値を生じさせるために、必要に応じて変化することができる。限定でない例として、高部６１０は、この例においては低部６１２である、一連の部分への移行の前に、予め定められているエネルギー値を供給するように調整され得る。したがって、変調関数ａ（ｔ）のデューティサイクルを変化させることは、それぞれの高部６１０および低部６１２を変化させるデューティサイクルアジャスターととらえることができるが、変調関数ａ（ｔ）の全体的な時間は比較的一定のままである。
【００７６】
図１および２を参照すると、さまざまな手続きを使用して、較正係数ＫEを決定できる。さまざまな実施形態において、ドット積により計算される電力の較正に対して、最小２乗推定アプローチを使用してもよい。連続波動作に対して、電力ブロックの測定値は、ＷＳＳにおいて周期的に定常である。このプロセスに対して、測定される電力ブロックＰdl（ｂ）は、ＲＦ電源の全電力範囲にわたって配分される均一な間隔による電力のｌ個のレベルに対して獲得できる。これらの測定されるブロックは、ＮＩＳＴトレーサブルな測定値Ｐ（ｌ）に相当し、較正係数は、以下のように決定されるだろう：
【数１９】
2013176040.tif 000021
【００７７】
最小２乗推定量の次数は、何らかのシステミックオフセットを補償するために必要な場合、増加できる。測度の単位としてブロック当たりのエネルギー（ジュール）を変換するために、較正係数がブロック継続時間によってスケーリングされ、すなわち、
【数２０】
2013176040.tif 000022
【００７８】
である。これは、上述した較正定数を生じさせる。
【００７９】
図３ないし６を参照して上述した概念はまた、さまざまな実施形態において、時間とともに変化する変調関数を可能にする。限定でない例として、プライマリ変調関数ａ（ｔ）は、高レベルおよび低レベルのシーケンスを繰り返す。エネルギーブロックシーケンスは、個々の高レベルおよび低レベルのシーケンスよりも大きいまたは小さいものとすることができる。これは、第１の繰り返されるシーケンスに適用されるセカンダリ変調関数ｂ（ｔ）の効果的な適用を可能にする。セカンダリ変調関数ｂ（ｔ）は、プライマリ変調関数ａ（ｔ）を効果的に調整し、それにより、後続のエネルギーブロックシーケンスは、プライマリ変調関数ａ（ｔ）のみによる変調から結果として生じる高部６１０または低部６１２よりも大きいまたは小さいものとすることができる。電力関数は、以下のように発生するだろう：
【数２１】
2013176040.tif 000023
【００８０】
このような時間変化は、プライマリ変調関数ａ（ｔ）、セカンダリ変調関数ｂ（ｔ）、および、同じものの積の構成にしたがって、さまざまな構成を生じさせることができる。セカンダリ関数ｂ（ｔ）は、限定ではないが、方形の、シヌソイドの、指数の、のこぎり形の、ガウスの、または、これらの任意の組み合わせを含む、多数の変調関数のいずれかの一部分または形態を有することができる。
【００８１】
上述したエネルギー制御スキームは、プラズマプロセスのより正確な描写を提供し、はるかに向上した、時宜を得た型で、そのように実施することから、スキームは、はるかに向上したＲＦ電力供給システムに向いている。これらのシステムは、単一のおよび複数の発生器システムを含み、独立のイオンエネルギーおよびイオン流束の制御を容易にする。図７を参照すると、図７Ａは、上述したＲＦ電力供給システムのエネルギーベースの制御を使用する、従来の構成コンポーネント動作を有するプラズマ供給システム７１０ａを描写する。電力供給システム７１０ａは、マッチングネットワーク７１４ａに対してＲＦ信号を発生させるＲＦ発生器モジュール７１２ａを備える。マッチングネットワーク７１４ａは、上述したように従来通りに動作し、ＲＦセンサ７１６ａを介して、整合されたＲＦ駆動信号をプラズマチャンバー７１８ａに発生させる。上述したように、ＲＦセンサ７１６ａは、信号を分析モジュール７２０ａに出力する。ＲＦ発生器７１２ａは、上述したようなエネルギーベースの制御アプローチを実行する。分析モジュール７２０ａは、外部制御信号７２２ａをＲＦ発生器７１２ａに発生させる。プラズマチャンバー７１８ａへの出力は、上述したエネルギーベースの制御アプローチを使用して発生される。したがって、７Ａは、グラフ７２４ａによって示されているような時間にしたがって変化するエネルギー値を有するＲＦ信号を含む。
【００８２】
図７Ｂは、図７Ａと同様に構成されているが、１対のＲＦ発生器７１２ｂ’、７１２ｂ’’を備え、それぞれが、マッチングネットワーク７１４ｂへの、それぞれのＲＦ出力信号の入力を発生させる。図７Ｂ中で示したさまざまな実施形態において、ＲＦ発生器７１２ｂ’、７１２ｂ’’は、それぞれの出力信号を発生させるための、エネルギーベースの制御システムを使用する。図７Ｂの複数のＲＦ電源構成は、プラズマシステムがイオンエネルギーおよびイオン流束を独立に制御する能力をプロセスに提供するように適用可能であってもよい。図７Ｂのグラフ７２４ｂは、ＲＦ発生器７１２ｂ’、７１２ｂ’’により出力されるＲＦ信号が協同して、プラズマチャンバー７１８ｂへの信号入力を形成することを示す。プラズマチャンバー７１８ｂへの信号入力は、ＲＦ発生器７１２ｂ’、７１２ｂ’’の出力の合成信号であるが、グラフ７２４ｂは、信号のそれぞれに対する、時間に対するエネルギーの変化を示す。図７Ｂにおいて記述したさまざまな実施形態において、将来においてＲＦプラズマ供給システムの機能の拡張を可能にするために、イオンエネルギーおよびイオン流束に関連するエネルギーは、プロセス維持能力に対して、独立に測定および制御され得る。
【００８３】
図７Ｃは、図７Ａおよび７Ｂと同様に構成されているが、トリオのＲＦ発生器７１２ｃ’、７１２ｃ’’、７１２ｃ’’’を備え、それぞれが、マッチングネットワーク７１４ｃへの、それぞれのＲＦ出力信号の入力を発生させる。図７Ｃ中で示したさまざまな実施形態において、ＲＦ発生器７１２ｃ’、７１２ｃ’’、７１２ｃ’’’は、それらのそれぞれのＲＦ信号を発生させるための、エネルギーベースの制御システムを使用する。図７Ｃの複数のＲＦ電源構成は、プラズマシステムが材料の表面上でのイオン入射の実際のエネルギー分布を高めるように適用可能であってもよい。図７Ｃのグラフ７２４ｃは、ＲＦ発生器７１２ｃ’、７１２ｃ’’、７１２ｃ’’’により出力されるＲＦ信号が協同して、プラズマチャンバー７１８ｃへの信号入力を形成することを示す。プラズマチャンバー７１８ｃへの信号入力は、ＲＦ発生器７１２ｃ’、７１２ｃ’’、７１２ｃ’’’の出力の合成信号であるが、グラフ７２４ｃは、信号のそれぞれに対する、時間に対するエネルギーの変化を示す。
【００８４】
図７Ａないし７Ｃにおいて、ＲＦ発生器７１２に戻る分析モジュール７２０間の破線を使用して、外部電力測定が示されている。外部エネルギー測定を使用して、ＲＦ発生器７１２によってとられる内部ＲＦエネルギー測定を補うことができ、または、外部エネルギー測定を使用して、それぞれのＲＦ発生器７１２によってとられる内部エネルギー測定に取って替わることができる。
【００８５】
上述したＲＦ電力供給システムは、半導体製造のための薄膜製造の能力に寄与する多数のプロセス制御変数の直接の制御を可能にする。上述した制御メカニズムに関連して説明しているように、振幅および継続時間により制御されるパルスシーケンスに対するエネルギー測定は、１つの制御メカニズムを可能にする。さらに、制御の観点から、複数のＲＦ電力源を同期させることはまた、エネルギーのコヒーレントな供給を最適化する重要な制御を可能にする。それは、異なる源のエネルギー制御、ならびに、イオンエネルギー、イオン流束およびイオンエネルギー分布のような、その対応するパラメータに関連するからである。ＲＦ電源が、それらのそれぞれのパルスシーケンス内で同時に制御されない場合、ここで記述したエネルギー制御メカニズムの利益は、大幅に低減される。したがって、本開示はまた、ＲＦ電力をパルスにするためのさまざまな制御アプローチに向けられている。
【００８６】
変調関数の時間同期の第１の観点は、複数のＲＦ電源の位相のコヒーレンス性に関連して発生する。複数のＲＦ電源の位相のコヒーレンス性は、変調関数の時間同期の確立を可能にする。複数のＲＦ電源の位相のコヒーレンス性について述べるために、我々は、位相が異なるが、共通の周波数を共有している２つのシヌソイド信号の合計が、以下の式によって実証されるように同じ周波数のシヌソイド信号を生成させることに注目する：
【数２２】
2013176040.tif 000024
【００８７】
ここで、関数の振幅は、以下の通りである：
【数２３】
2013176040.tif 000025
【００８８】
また、関数の位相は、以下の通りである：
【数２４】
2013176040.tif 000026
【００８９】
エネルギーベースの制御システムに対して、主な関心は、エネルギー関数における変化にある。エネルギー関数における変化は、同じ周波数を有する２つのシヌソイドの合計に対して、位相における差に関連するからである。エネルギーの積分が信号の周期にわたって計算され、すなわち、
【数２５】
2013176040.tif 000027
【００９０】
であることから、エネルギーは、何らかの位相φに対して一定である。周波数において異なる２つのシヌソイド信号の合計に対して、エネルギー間隔はまた、信号間の何らかの位相変化に対して一定のままである。図８は、ｘ軸に沿う位相に対する、ｙ軸に沿う標準化されたエネルギーのグラフを図示し、この概念の視覚表現を提供する。特に、波形８０２は、１対のシヌソイド信号間の位相差を描写する。波形８０４は、シヌソイド信号間の位相差に基づくエネルギー積分を描写する。図８において見ることができるように、波形８０８におけるエネルギーは、２つのシヌソイド信号間の位相差にかかわらず一定のままである。
【００９１】
変調関数に関連するエネルギーに関して、変調される信号のエネルギーは、変調関数によって生成される包絡線の関数である。２つのシヌソイド信号の合計に対して、相対的な周波数にかかわらず、式（９）中の最初のエネルギー被積分関数は、シヌソイド信号を含まず、変調関数だけを含む。したがって、エネルギー間隔は、シヌソイド信号の合計の位相変化に対して不変である。これは、変調関数が、シヌソイド関数の高調波ではないからである。むしろ、変調関数は、シヌソイドの急速な周期の変化に比べてゆっくりと変動する。したがって、変調関数は、シヌソイドの位相を区別することなく、シヌソイドに作用する。エネルギーの積分は、変調される信号のさまざまな位相における変調関数から取得される。エネルギーが変調関数に関して計算されるとき、図８の波形８０４は、異なる周波数の２つのシヌソイドの合計の、標準化されたエネルギーが位相に対して変化することを示す。
【００９２】
エネルギーが、パルスシーケンシングに関して計算されるとき、シヌソイドにおけるエネルギーは、一定のままではない。この問題点に対処する２つのアプローチがある。１つのアプローチは、複数のＲＦ電源の周波数が同じであるときに、変調の区分的間隔内で複数のＲＦ電源を位相ロックすることである。このような位相ロッキングの例は、参照によりここに組み込まれているＵ．Ｓ．７，６０２，１２７に関して見出すことができる。これは、さらに、１対の電源が、変調関数に関連する、ある位相オフセットにロックし、パルスシーケンスのいくつかの間隔の間に位相ロックされたままであることを保証する。電源の周波数が異なるとき、異なる動作周波数を有するＲＦ電源間で位相ロックすることは実際的ではなくなる。これに対する１つのアプローチは、ＲＦ電源を変調関数と時間同期させることである。電源間で変調関数を同期させることは、制御プラズマパラメータに対する最適のプロセス条件を保証して、ここで記述したエネルギーフィードバックスキームがエネルギーのパルスごとの調節を制御することを可能にする。
【００９３】
図９を参照すると、図９は、ＲＦ電力の供給に対する、フィードバック制御およびコヒーレンス性のシステム９１０を実現するための方法を記述するフローチャートを説明する。制御は、９１２において開始し、９１４に進み、ここでは、ＲＦ電力信号が、負荷への出力として発生される。９１４において発生されるＲＦ電力信号は、図１および２における電力増幅器２８からの出力に対応することを、当業者は認識するだろう。制御は９１６に進み、ここでは、負荷に供給される、電圧および電流、あるいは、進行電力および逆電力のうちの１つを決定するために、ＲＦ電力信号が測定される。対応するセンサ信号が、測定された量にしたがって発生される。
【００９４】
測定された量は、電力フィードバックループ９１８およびエネルギーフィードバックループ９２０のそれぞれに入力される。電力フィードバックループ９１８は、電力フィードバック補正値を決定するために、９１６から、測定された量を受け取る。電力フィードバックループ９１８の９２２において、ＲＦ信号の測定電力が、上述のように決定される。測定電力から、電力誤差が、９２４において決定される。電力誤差により、９２６において、電力補正値の決定が可能になる。９２６において決定される電力補正値は、９３６において合成ＲＦ制御信号を発生させるために使用される。
【００９５】
エネルギーフィードバックループ９２０は、エネルギーフィードバック補正値を決定するために、９１６から、測定された量を受け取る。エネルギーフィードバックループ９２０の９２８において、ＲＦ信号の測定エネルギーが、上述のように決定される。測定エネルギーから、エネルギー誤差が、９３０において決定される。エネルギー誤差により、９３２において、エネルギー補正値の決定が可能になる。９３２において決定されたエネルギー補正値は、９３６において合成ＲＦ制御信号を発生させるために、９２６において決定された電力補正値と共同で使用される。したがって、９２６において決定される電力補正値および９３２において決定されるエネルギー補正値は、９３６において合成ＲＦ制御信号を発生させるために、組み合わせて使用される。用語“合成”は、制御信号を発生させるために、電力フィードバックおよびエネルギーフィードバックの両方を考慮する制御信号を指すように使用される。
【００９６】
それぞれ、２つおよび３つの電源システムを示している、図７Ｂおよび７Ｃ中で示したような、複数のＲＦ電源を有するシステムでは、複数のＲＦ発生器からのＲＦ信号出力の供給は、９３８において調整される。１つのＲＦ電源だけを有するシステムでは、９３８を制御システムから省くことができる。１つよりも多いＲＦ電源を有するシステムでは、それぞれの電源からのＲＦ信号出力を、上述したように調整できる。すなわち、複数のＲＦ電源の位相のコヒーレンス性を使用して、ＲＦエネルギーを調整できる。限定でない代替において、変調関数の時間同期を使用して、複数のＲＦ電源の調整を実現できる。
【００９７】
９３８におけるＲＦエネルギー供給の調整に続いて、適切な場合には、ＲＦ電力が、マッチングネットワークから負荷に発生される。ＲＦ電力は、それぞれのフィードバックループ９１８、９２０によって発生された電力フィードバック情報およびエネルギーフィードバック情報の両方にしたがって決定される。９３８に関して記述したように、負荷に適用されるＲＦ電力はまた、複数の電源間で調整されている。
【００９８】
図１０ないし１３は、上述したさまざまな実施形態において位相コヒーレンスを実現するための、さまざまな実施形態を図示する。図１０ないし１３における位相コヒーレンスを記述する際に、図中で描写されている変調信号は、方形波として表現されるだろう。しかしながら、位相コヒーレンスは、上述したさまざまな変調信号およびＲＦ信号の波形のいずれかを使用して、同様に実現できることを理解すべきである。したがって、位相コヒーレンスのさまざまな構成は、ここで記述する、方形波の変調信号またはシヌソイドのＲＦ信号に限定されない。さらに、限定でない例として、ここで記述する方形波は、同じ周波数で動作する必要がないことを、ならびに、異なる周波数を有する１対の変調信号間で、および、パルス幅と周波数がパルス間で変化する変調信号に対して、位相コヒーレンスを達成できることを理解すべきである。
【００９９】
図１０を参照すると、図１０は、１対のＲＦ変調信号間１００２、１００４を描写し、相対位相を提供するために、変調信号間で位相コヒーレンスを実現することを図示する。限定でない例として、変調信号１００２、１００４を、図７Ｂ中で示されているような、それぞれのＲＦ発生器７１２ｂに関係付けることができる。さまざまな実施形態において、図１０に関連してここで記述する位相コヒーレンスは、図７Ｃ中で示されているような、１対のＲＦ発生器よりも多いＲＦ発生器に対して実現され得る。ＲＦ変調信号１ １００２は、立ち上がり端１００６ａ、１００６ｂ、．．．、１００６ｎを有する一連のパルスを有する方形波信号として図示されている。同様に、ＲＦ変調信号２ １００４は、立ち上がり端１００８ａ、１００８ｂ、．．．、１００８ｎを有する一連のパルスを有する方形波信号として図示されている。それぞれのＲＦ変調信号１００２、１００４間の位相差は、ＲＦ変調信号１ １００２のそれぞれの立ち上がり端１００６ａ、１００６ｂ、．．．、１００６ｎと、ＲＦ変調信号２のそれぞれの立ち上がり端１００８ａ、１００８ｂ、．．．、１００８ｎとの間の差である。
【０１００】
図１１を参照すると、図１１は、固定された時間ベースに対して、変調信号間の位相コヒーレンスを実現する１対のＲＦ変調信号１１０２、１１０４を描写する。限定でない例として、変調信号１１０２、１１０４を、図７Ｂ中で示されているような、それぞれのＲＦ発生器７１２ｂに関係付けることができる。さまざまな実施形態において、図１１に関連してここで記述する位相コヒーレンスは、図７Ｃ中で示されているような、１対のＲＦ発生器よりも多いＲＦ発生器に対して実現され得る。ＲＦ変調信号１ １１０２は、立ち上がり端１１０６ａ、１１０６ｂ、．．．、１１０６ｎを有する一連のパルスを含む方形波信号として図示されている。同様に、ＲＦ変調信号２ １１０４は、立ち上がり端１１０８ａ、１１０８ｂ、．．．、１１０８ｎを有する一連のパルスを含む方形波信号として図示されている。図１１はまた、タイムライン１１１０を図示している。
【０１０１】
それぞれのＲＦ変調信号１１０２、１１０４間の位相差は、タイムライン１１１０上に並べられているタイムマーカー１１１２ａ、１１１２ｂ、．．．、１１１２ｎを基準にして決定される。したがって、位相は、タイムライン１１１０上のタイムマーカー１１１２に対して規定される。位相差は、それぞれのＲＦ変調信号１１０２、１１０４の、それぞれの立ち上がり端と、タイムマーカー１１１２とを並べることによって、決定される。図１１中で示されているように、ＲＦ変調信号１ １１０２の立ち上がり端１１０６ａは、タイムマーカー１１１２ａと整列されている。ＲＦ変調信号２ １１０４の立ち上がり端１１０８ａは、マーカー１１１２ａ’として示されており、１１１２ａからの時間差に対して決定される。ＲＦ変調信号１ １１０２の立ち上がり端１１０６ｂおよび１１０６ｎは、同様に、タイムマーカー１１１２ｂおよび１１１２ｎに対して並べられている。ＲＦ変調信号２ １１０４の立ち上がり端１１０８ｂおよび１１０８ｎは、同様に、タイムマーカー１１１２ｂ’および１１１２ｎ’に対して並べられており、これらは、それぞれのタイムマーカー１１１２ａ、１１１２ｂからの決定された時間差である。立ち上がり端１１０６および１１０８は、それぞれのタイムマーカー１１１２、１１１２’と整列する必要はないことを認識すべきである。各波形の位相は、それぞれのタイムマーカー１１１２、１１１２’に対して並べられていてもよい。
【０１０２】
図１２は、主題の開示のさまざまな実施形態において、位相コヒーレンスを達成するための、別のさまざまな実施形態を描写している。図１２は、ＲＦ変調信号１２０２と、ＲＦ変調信号１２０２によって変調されるＲＦ電力信号１２０４とを含む。限定でない例として、ＲＦ変調信号１２０２を、図７Ａないし７Ｃのいずれかにおいて示されているような、それぞれのＲＦ発生器７１２に関係付けることができる。ＲＦ変調信号１２０２は、立ち上がり端１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．、１２０６ｎを有する一連のパルスを含む方形波信号として図示されている。ＲＦ電力信号１２０４は、シヌソイド信号として図示されている。ＲＦ電力信号１２０４は、限定でない例として、先の図４および６中で示した、信号の合成信号として、ここで一般的に描写される。ＲＦ電力信号１２０４は、ここで記述したさまざまなＲＦ電力信号のいずれかとして、および、技術的に一般に知られているものとして具現できることを認識すべきである。ＲＦ電力信号１２０４は、シヌソイドの方法で動作し、ベースライン１２１０に対して、複数のベースラインの交差１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．、１２０８ｎを含む。
【０１０３】
それぞれのＲＦ変調信号１２０２およびＲＦ電力信号１２０４間の位相差は、ＲＦ変調信号１２０２のそれぞれの立ち上がり端１２０６ａ、１２０６ｂ、．．．、１２０６ｎと、ＲＦ電力信号１２０４のそれぞれのベースライン交差１２０８ａ、１２０８ｂ、．．．、１２０８ｎとの間の差である。図１２に関してここで記述した位相コヒーレンスは、図７Ａないし７Ｃ中で示した単一のまたは複数のＲＦ発生器構成のいずれかのような、１つ以上のＲＦ発生器に対して実現できる。さらに、図１２に関して述べた位相コヒーレンスはまた、図１０および１１にしたがって説明した位相コヒーレンスに加えて実現できる。
【０１０４】
図１３Ａないし１３Ｂは、位相コヒーレンスのさらに別の観点、すなわち、パルスの開始において発生するような、変調信号の立ち上がり端における、変調信号に対するＲＦパルスの始動を図示する。図１３Ａは、方形波信号としてＲＦ変調信号１３０２を描写し、シヌソイド信号としてＲＦ電力信号１３０４を描写する。ＲＦ変調信号１３０２は、立ち上がり端１３０６ａおよび１３０６ｂを含む。図１３は、立ち上がり端１３０６ｂにおける、ＲＦパルス１３０４の中止および始動のさまざまな実施形態を描写する。図１３Ａ中で見ることができるように、ＲＦパルス１３０４は、ポイント１３１０での立ち下がり端１３０８において動作をやめる。ＲＦパルス１３０４は、ポイント１３１２での立ち上がり端１３０６ｂに沿って再始動する。したがって、ＲＦ信号１３０４は、突然動作をやめ、限定でない例として、ベースラインの交差のような、予め定められている位置において再始動する。
【０１０５】
図１３Ｂを参照すると、ＲＦ変調信号１３０２’が、方形波信号として描写され、シヌソイド信号としてＲＦ電力信号１３０４’が描写されている。ＲＦ変調信号１３０２’は、立ち上がり端１３０６ａ’および１３０６ｂ’を有する一連のパルスを含む。図１３Ｂに関して、格別興味深いものは、図１３Ｂは、立ち下がり端１３０８’および立ち上がり端１３０６ｂ’において、ＲＦパルス１３０４’の連続的な動作であることである。図１３Ｂにおいて見出すことができるように、ＲＦパルス１３０４’は、ポイント１３１０’での立ち下がり端１３０８’において動作をやめる。ＲＦパルス１３０４’は、ポイント１３１２’での立ち上がり端１３０６ｂ’に沿って再始動し、パルスの遷移を通して連続的な動作を維持する。
【０１０６】
さらに、図１０ないし１３を参照すると、ＲＦ信号の位相は、変調関数のパルシングが開始するときに、特定の周波数で開始してもよい。さらに、位相は、前のパルスシーケンスの終わりにおける位相の終端に基づいて、または、前のパルスに対するエネルギーに基づいて、各パルスシーケンスに対して変化してもよい。さらに、単一のＲＦ電源におけるような、位相の開始において、各ＲＦ信号間の位相関係は、所望の位相関係において開始する。位相関係は、前のパルスにしたがうように、１つのパルスシーケンスから次のパルスシーケンスにかけて調整されてもよい。
【０１０７】
上述の実施形態は、実例および説明のために提供されている。それは、網羅的であるように、または開示を限定するように向けられていない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されないが、該当する場合、交換可能であり、たとえ、特に示されていなくても、または、特に説明されていなくても、選択される実施形態において使用され得る。同じものはまた、多くの方法で変化してもよい。このような変化は、本開示からの逸脱と考えるべきではなく、すべてのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれるように向けられている。
【図１】
2013176040.tif 000028
【図２】
2013176040.tif 000029
【図３】
2013176040.tif 000030
【図４】
2013176040.tif 000031
【図５Ａ】
2013176040.tif 000032
【図５Ｂ】
2013176040.tif 000033
【図６】
2013176040.tif 000034
【図７Ａ】
2013176040.tif 000035
【図７Ｂ】
2013176040.tif 000036
【図７Ｃ】
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【図８】
2013176040.tif 000038
【図９】
2013176040.tif 000039
【図１０】
2013176040.tif 000040
【図１１】
2013176040.tif 000041
【図１２】
2013176040.tif 000042
【図１３Ａ】
2013176040.tif 000043
【図１３Ｂ】
2013176040.tif 000044
【外国語明細書】
2013176040000001.pdf