(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力送達システムであって、
電力信号を生成するように構成されている発電機であって、前記電力信号は、前記電力信号の周期を含む時間帯にわたって生成される周期的繰り返しパターンを含む、発電機と、
前記電力信号の現在の周期よりも前の前記電力信号の周期において行われる前記周期的繰り返しパターンの測定と、多次元制御入力値の複数の要素と多次元出力値の複数の要素との間の複数の相関とに基づいて、前記周期的繰り返しパターンの現在の周期を制御するように構成されているコントローラと
を備える、電力送達システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記現在の周期において行われる前記周期的繰り返しパターンの測定と組み合わせられる前記現在の周期よりも前の周期において行われる前記周期的繰り返しパターンの測定に基づいて、前記周期的繰り返しパターンを制御するように構成されている、請求項１に記載の電力送達システム。
【請求項３】
前記発電機は、規定パターンを使用して前記周期的繰り返しパターンを生成するように構成されており、前記規定パターンは、繰り返し周期を伴って繰り返し、前記現在の周期よりも前の前記周期において行われる前記周期的繰り返しパターンの測定は、過去の１つ以上の繰り返し周期に起こる、請求項１に記載の電力送達システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記周期的繰り返しパターンにおける特定の時間周期にわたる前記多次元制御入力値の前記複数の要素と、前記同一の特定の時間周期にわたる前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関を決定し、使用するように構成されている、請求項３に記載の電力送達システム。
【請求項５】
前記コントローラは、制御入力を摂動させることにより、前記多次元制御入力値の前記複数の要素と前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関を取得するように構成されている、請求項４に記載の電力送達システム。
【請求項６】
前記周期的繰り返しパターンにおける前記特定の時間周期および前記特定の時間周期に隣接する時間周期にわたる前記多次元制御入力値の前記複数の要素と、前記特定の時間周期にわたる前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関は、前記コントローラによって決定され、使用される、請求項４に記載の電力送達システム。
【請求項７】
前記多次元制御入力値の前記複数の要素と前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関は、制御入力を摂動させることと、前記摂動に対する応答を観察することとによって決定される、請求項６に記載の電力送達システム。
【請求項８】
前記発電機は、単一の無線周波数発電機または直流発電機のうちの１つであり、前記周期的繰り返しパターンは、電圧、電流、電力のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の電力送達システム。
【請求項９】
前記発電機は、複数の無線周波数発電機、または、複数の直流発電機、または、無線周波数発電機および直流発電機の組み合わせを備え、前記周期的繰り返しパターンは、プラズマシステムに送達される電圧、電流、電力のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の電力送達システム。
【請求項１０】
前記多次元出力値の１つの要素は、電圧、電流、電力、または、それらの組み合わせのうちの１つであり、前記多次元出力値の別の要素は、前記発電機に提示されるインピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの１つである、請求項４に記載の電力送達システム。
【請求項１１】
前記多次元出力値の１つの要素は、電圧、電流、電力、または、それらの組み合わせのうちの１つであり、前記多次元出力値の別の要素は、前記発電機に提示されるインピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの１つである、請求項６に記載の電力送達システム。
【請求項１２】
電力送達システムであって、前記電力送達システムは、
制御システムと、
前記制御システムと通信するメモリと
を備え、
前記制御システムは、
繰り返し周期を伴って繰り返す出力信号を生成することと、
前記出力信号の測定を記憶することと、
多次元制御入力値の複数の要素と多次元出力値の複数の要素との間の複数の相関を生成し、記憶することと、
１つ以上の前の繰り返し周期から得られる出力信号の記憶された測定と、前記多次元制御入力値の前記複数の要素と前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関に基づいて前記繰り返しを制御することと
を行うように構成されている、電力送達システム。
【請求項１３】
前記制御システムは、１つ以上の前の繰り返し周期から得られる測定と、現在の繰り返し周期から得られる測定とを組み合わせるように構成されている、請求項１２に記載の電力送達システム。
【請求項１４】
前記制御システムは、前記繰り返し周期の開始に対する１つの瞬間における前記多次元制御入力値の前記複数の要素と、前記繰り返し周期の開始に対する同一の瞬間における前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関を生成し、使用するように構成されている、請求項１２に記載の電力送達システム。
【請求項１５】
前記制御システムは、制御入力を摂動させ、前記摂動に対する応答を測定することにより、前記多次元制御入力値の前記複数の要素と前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関を生成するように構成されている、請求項１４に記載の電力送達システム。
【請求項１６】
前記制御システムは、前記繰り返し周期の開始に対する１つの瞬間および前記１つの瞬間に隣接する瞬間における前記多次元制御入力値の前記複数の要素と、前記繰り返し周期の開始に対する前記１つの瞬間における前記多次元制御出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関を決定し、使用するように構成されている、請求項１３に記載の電力送達システム。
【請求項１７】
前記制御システムは、制御入力を摂動させることと、前記摂動に対する応答を測定することとによって、前記多次元制御入力値の前記複数の要素と前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関を生成するように構成されている、請求項１６に記載の電力送達システム。
【請求項１８】
前記電力送達システムは、単一の無線周波数（ＲＦ）または直流（ＤＣ）発電機を備え、前記出力信号の要素は、プラズマシステムに送達される電圧、電流、電力レベルのうちの少なくとも１つを備える、請求項１２に記載の電力送達システム。
【請求項１９】
前記電力送達システムは、複数の発電機を備え、前記複数の発電機は、それぞれ、ＲＦ発電機、ＤＣ発電機、または、ＲＦ発電機およびＤＣ発電機の組み合わせを備え、前記複数の発電機の出力のそれぞれの要素は、電圧、電流、電力レベルのうちの少なくとも１つを備える、請求項１８に記載の電力送達システム。
【請求項２０】
前記多次元出力値の前記複数の要素のうちの１つは、電圧、電流、電力のうちの少なくとも１つを備え、前記多次元出力値の別の要素は、発電機に提示される負荷インピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの少なくとも１つを備える、請求項１４に記載の電力送達システム。
【請求項２１】
前記多次元出力値の前記複数の要素のうちの１つは、電圧、電流、電力レベルのうちの少なくとも１つを備え、前記多次元出力値の前記複数の要素のうちの別の要素は、発電機に提示される負荷インピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの少なくとも１つを備える、請求項１６に記載の電力送達システム。
【請求項２２】
プラズマ電力送達のための方法であって、
電力信号を生成することであって、前記電力信号は、前記電力信号の周期を含む時間帯にわたって生成される周期的繰り返しパターンを含む、ことと、
前記電力信号の現在の周期よりも前に前記電力信号の周期において行われる前記周期的繰り返しパターンの測定と、多次元制御入力値の複数の要素と多次元出力値の複数の要素との間の複数の相関に基づいて、前記周期的繰り返しパターンの現在の周期を制御することと
を含む、プラズマ電力送達のための方法。
【請求項２３】
前記周期的繰り返しパターンは、前記現在の周期中に行われる前記周期的繰り返しパターンの測定と組み合わせられる前記現在の周期よりも前に行われる前記周期的繰り返しパターンの測定に基づいて制御される、請求項２２に記載のプラズマ電力送達のための方法。
【請求項２４】
前記周期的繰り返しパターンにおける特定の時間周期にわたる前記多次元制御入力値の前記複数の要素と、前記同一の特定の時間周期にわたる前記多次元出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関は、決定され、使用される、請求項２２に記載のプラズマ電力送達のための方法。
【請求項２５】
制御入力を摂動させることにより、前記多次元制御入力値の前記複数の要素と前記多次元制御出力値の前記複数の要素との間の前記複数の相関を取得することをさらに含む、請求項２２に記載のプラズマ電力送達のための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許協力条約（ＰＣＴ）出願は、２０１７年７月７日に出願され“ＩＮＴＥＲ−ＰＥＲＩＯＤ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＬＡＳＭＡ  ＰＯＷＥＲ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ”と題された米国特許出願第６２／５２９，９６３号に関連しており、それに対する優先権を主張するものであり、その全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本開示の側面は、電力送達システムを制御するため、特に、プラズマ電力送達システムを制御するための改良された方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズマ処理システムが、化学蒸着（ＣＶＤ）および物理蒸着（ＰＶＤ）等のプロセスを使用して、基板上に薄膜を堆積させるため、およびエッチングプロセスを使用して、基板から膜を除去するために使用される。プラズマは、多くの場合、無線周波数（ＲＦ）または直流（ＤＣ）発電機を、低い圧力においてプラズマチャンバに注入されるガスで充填されるプラズマチャンバに結合することによって、作成される。典型的には、発電機は、ＲＦ電力をプラズマチャンバ内のアンテナに送達し、アンテナにおいて送達される電力は、プラズマを着火し、持続させる。いくつかの事例では、ＲＦ発電機は、発電機出力において、プラズマインピーダンスを、所望のインピーダンス、典型的には、５０Ωに合致させ得る、インピーダンス合致ネットワークに結合される。ＤＣ電力は、典型的には、１つ以上の電極を介してチャンバに結合される。インピーダンス合致ネットワーク、同一のプラズマに結合される他の発電機、ケーブル等の発電機単独、または他の機器と組み合わせた発電機は、プラズマ電力送達システムを構成する。
【０００４】
プラズマシステムに送達される電力の変調が、多くの場合、要求される。殆どの変調方式は、反復である、すなわち、同一の変調波形が、波形繰り返し率において繰り返される。関連付けられる波形繰り返し周期は、波形繰り返し率で除算された１に等しい。従来的な制御方式を使用して、規定変調波形に従う能力は、コントローラから、最終的に、測定システムから高帯域幅を要求する。多くのプラズマシステムは、異なる周波数においてプラズマに印加される電力を有する。プラズマ負荷の非線形性質は、発電機の測定システムに干渉し得る、相互変調積を作成する。したがって、時として、狭帯域測定システムを使用し、そのような干渉を限定することが有利である。多くの用途では、プラズマ負荷に送達される電力は、制御されている唯一のパラメータではない。例えば、ＲＦ電力送達システムでは、プラズマ負荷によって発電機に提示されるインピーダンスは、発電機出力の周波数を制御することを通して、または発電機とプラズマ負荷との間の可変インピーダンス合致ネットワークを制御することを通してのいずれかで制御されることができる。ある場合には、発電機ソースインピーダンスもまた、制御されてもよい。これらの問題を踏まえて電力を追跡および制御することは、ますます大きくなる制御課題を提示する。
【０００５】
とりわけ、これらの観察を念頭に置いて、本開示の側面が構想された。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によると、発電機は、出力対時間の規定パターンに従う、送達された電力、電圧、電流、順方向電力等の出力を生成し、パターンは、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、パターンの区分を制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返す。一実施例では、電力送達システムは、繰り返し出力パターンを生成する、発電機と、現在の周期に先立った周期に行われる繰り返しパターンの値の測定に基づいて、繰り返しパターンを制御する、制御要素とを伴う。制御要素はさらに、現在の周期中の繰り返しパターンの値の測定と組み合わせられる、現在の周期に先立った周期に行われる繰り返しパターンの測定に基づいて、繰り返し出力パターンを制御してもよい。繰り返し出力パターンは、出力対時間の規定パターンに従ってもよく、規定パターンは、繰り返し周期を伴って繰り返し、現在の周期に先立った周期に行われる繰り返しパターンの値の測定は、過去の１つ以上の繰り返し周期に起こる。
【０００７】
さらに別の実施形態によると、可変インピーダンス合致ネットワークが、ＲＦ発電機に提示されるインピーダンスを制御する一方で、発電機は、出力対時間の規定パターンに従う、送達された電力、電圧、電流、順方向電力等の出力を生成し、パターンは、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、パターンの区分中に合致の中の可変インピーダンス要素を制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返す。発電機は、種々の可能性として考えられる実施形態では、プラズマを着火し、持続させるために、送達された電力、電圧、電流、順方向電力等をプラズマシステムに提供してもよい。
【０００８】
さらに別の実施形態によると、発電機は、出力対時間の規定パターンに従う出力を生成し、パターンは、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、パターンの区分を制御することと、本コントローラを、過去の繰り返し周期未満に行われた測定に基づいて制御出力を計算する、周期内コントローラと組み合わせることとによって、繰り返し周期を伴って繰り返す。
【０００９】
さらに別の実施形態によると、可変インピーダンス合致ネットワークが、ＲＦ発電機に提示されるインピーダンスを制御する一方で、発電機は、出力対時間の規定パターンに従う、送達された電力、電圧、電流、順方向電力等の出力を生成し、パターンは、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、パターンの区分中に合致の中の可変インピーダンス要素を制御することと、本コントローラを、過去の繰り返し周期未満に行われた測定に基づいて合致内の可変インピーダンス要素の制御を計算する、周期内コントローラと組み合わせることとによって、繰り返し周期を伴って繰り返す。
【００１０】
別の実施形態によると、発電機は、出力対時間の規定パターンに従う出力を生成し、パターンは、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、パターンの区分を制御する一方で、同時に、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、発電機内または発電機とプラズマとの間に結合される可変インピーダンス合致ネットワーク内に含有される、発電機出力周波数または可変インピーダンス要素等の別のパラメータを調節することによって、繰り返し周期を伴って繰り返し、電力制御および発電機周波数等の制御入力と発電機に提示される送達された電力およびインピーダンス等の制御出力との間の相関は、制御要素によって決定および使用される。
【００１１】
さらに別の実施形態によると、発電機は、出力対時間の規定パターンに従う出力を生成し、パターンは、制御入力を摂動させ、摂動への応答を決定し、摂動への応答を使用し、波形内の隣接または密接に位置する時間周期の間の結合を補償することによって、過去の１つ以上の繰り返し周期に同一の区分に関して行われる測定、およびパターンの中の他の区分に関するそのような測定に基づいて、パターンの区分を制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返す。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
電力送達システムであって、
繰り返し出力パターンを生成する発電機と、
制御要素であって、前記制御要素は、現在の周期に先立った周期に行われる前記繰り返しパターンの値の測定に基づいて、前記繰り返しパターンを制御する、制御要素と
を備える、電力送達システム。
（項目２）
前記制御要素はさらに、現在の周期中の前記繰り返しパターンの値の測定と組み合わせられる前記現在の周期に先立った周期に行われる前記繰り返しパターンの測定に基づいて、前記繰り返し出力パターンを制御する、項目１に記載の電力送達システム。
（項目３）
前記繰り返し出力パターンは、出力対時間の規定パターンに従い、前記規定パターンは、繰り返し周期を伴って繰り返し、前記現在の周期に先立った周期に行われる前記繰り返しパターンの値の測定は、過去の１つ以上の繰り返し周期に起こる、項目１に記載の電力送達システム。
（項目４）
多次元入力を受信し、多次元出力を生成するプラントをさらに備え、前記パターンにおける特定の時間周期にわたる前記プラントへの制御入力の要素と同一の特定の時間周期にわたる前記プラントからの出力の要素との間の相関は、前記制御要素によって決定および使用される、項目３に記載の電力送達システム。
（項目５）
前記制御入力の要素と前記出力の要素との間の前記相関は、前記制御入力を摂動させ、前記摂動への応答を観察することによって決定される、項目４に記載の電力送達システム。
（項目６）
前記プラントへの前記制御入力および前記プラントからの前記出力は、多次元であり、前記周期的パターンにおける特定の時間周期および前記特定の時間周期に隣接する時間周期にわたる前記制御入力の要素と、前記特定の時間周期にわたる前記プラントからの前記出力の要素との間の前記相関は、前記制御要素によって決定および使用される、項目４に記載の電力送達システム。
（項目７）
前記制御入力の要素と前記出力の要素との間の前記相関は、前記制御入力を摂動させ、前記摂動への応答を観察することによって決定される、項目６に記載の電力送達システム。
（項目８）
前記発電機は、単一の無線周波数発電機または直流発電機のうちの１つであり、前記出力は、電圧、電流、および電力のうちの少なくとも１つである、項目１に記載の電力送達システム。
（項目９）
前記発電機は、複数の無線周波数発電機、または複数の直流発電機、または無線周波数発電機および直流発電機の組み合わせを備え、前記出力は、プラズマシステムに送達される電圧、電流、および電力のうちの少なくとも１つである、項目１に記載の電力送達システム。
（項目１０）
前記出力の１つの要素は、電圧、電流および電力、またはそれらの組み合わせのうちの１つであり、前記出力の別の要素は、前記発電機に提示されるインピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの１つである、項目４に記載の電力送達システム。
（項目１１）
前記出力の１つの要素は、電圧、電流および電力、またはそれらの組み合わせのうちの１つであり、前記出力の別の要素は、前記発電機に提示されるインピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの１つである、項目６に記載の電力送達システム。
（項目１２）
電力送達システムであって、
メモリと通信する制御システムであって、前記制御システムは、出力対時間の規定パターンに従う出力を生成し、前記規定パターンは、前記メモリの中に記憶された前記出力の測定に基づいて、前記規定パターンの繰り返しを制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返し、メモリの中に記憶された前記出力は、出力対時間の前記規定パターンの１つ以上の前の繰り返しから得られる、制御システム
を備える、電力送達システム。
（項目１３）
前記制御システムは、１つ以上の前の繰り返しから得られる測定を現在の繰り返しから得られる測定と組み合わせる、項目１２に記載の電力送達システム。
（項目１４）
前記プラズマ電力送達システムのプラントへの制御入力および前記プラズマ電力送達システムの出力は、多次元であり、前記規定パターンの繰り返しの開始に対する１つの瞬間における前記制御入力の複数の制御入力要素と、前記繰り返し周期の開始に対する同一の瞬間における前記出力の複数の出力要素との間の相関は、前記制御システムによって決定および使用される、項目１２に記載の電力送達システム。
（項目１５）
前記制御入力の制御入力要素と前記出力の出力要素との間の前記相関は、前記制御入力を摂動させ、前記摂動への応答を測定することによって決定される、項目１４に記載の電力送達システム。
（項目１６）
前記プラントへの前記制御入力および前記出力は、多次元であり、前記繰り返し周期の開始に対する１つの瞬間および前記１つの瞬間に隣接する瞬間における前記制御入力の複数の制御入力要素と、前記繰り返し周期の開始に対する前記１つの瞬間における前記出力の出力要素との間の相関は、前記制御システムによって決定および使用される、項目１３に記載の電力送達システム。
（項目１７）
前記制御入力の制御入力要素と前記出力の出力要素との間の前記相関は、前記制御入力を摂動させ、前記摂動への応答を測定することによって決定される、項目１６に記載の電力送達システム。
（項目１８）
前記電力送達システムは、単一の無線周波数（ＲＦ）または直流（ＤＣ）発電機を備え、前記出力の要素は、プラズマシステムに送達される電圧、電流、および電力レベルのうちの少なくとも１つを備える、項目１２に記載の電力送達システム。
（項目１９）
ＲＦ発電機、ＤＣ発電機、またはＲＦ発電機およびＤＣ発電機の組み合わせを備える複数の発電機をさらに備え、前記発電機の出力のそれぞれの要素は、電圧、電流、および電力レベルのうちの少なくとも１つを備える、項目１８に記載の電力送達システム。
（項目２０）
前記出力の出力要素のうちの１つは、電圧、電流、および電力のうちの少なくとも１つを備え、前記出力の別の出力要素は、発電機に提示される負荷インピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの少なくとも１つを備える、項目１４に記載の電力送達システム。
（項目２１）
前記出力の１つの出力要素は、電圧、電流、および電力レベルのうちの少なくとも１つを備え、前記出力の別の出力要素は、発電機に提示される負荷インピーダンスおよび前記発電機のソースインピーダンスのうちの少なくとも１つを備える、項目１６に記載の電力送達システム。
（項目２２）
電力送達システムであって、
出力を生成するためのコントローラであって、前記コントローラは、周期的擾乱を受け、前記周期的擾乱は、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた前記出力の値の測定に基づいて、前記出力を制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返す、コントローラ
を備える、電力送達システム。
（項目２３）
前記プラズマ電力送達システムは、前記周期的擾乱と同期化される信号を受信する、項目２２に記載の電力送達システム。
（項目２４）
プラズマ電力送達システムであって、
インピーダンス合致ネットワークであって、前記インピーダンス合致ネットワークは、負荷インピーダンスを、前記負荷インピーダンスが繰り返し周期を伴って繰り返す周期的変調パターンを受ける所望のインピーダンスに合致させる、インピーダンス合致ネットワークと、
前記インピーダンス合致ネットワークと動作可能に関連付けられる制御要素であって、前記制御要素は、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた前記負荷インピーダンスの値の測定に基づいて、前記インピーダンス合致ネットワーク内の可変インピーダンス要素を制御する、制御要素と
を備える、プラズマ電力送達システム。
（項目２５）
前記制御要素は、過去の繰り返し周期未満に行われた前記負荷インピーダンスの値の測定と組み合わせられる過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた前記負荷インピーダンスの値の測定に基づいて、前記インピーダンス合致ネットワーク内の前記可変インピーダンス要素を制御する、項目２５に記載のプラズマ電力送達システム。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本開示の技術の種々の特徴および利点は、付随する図面に図示されるように、これらの技術の特定の実施形態の以下の説明から明白であろう。図面は、必ずしも一定の縮尺ではないが、しかしながら、代わりに、技術的概念の原理を例証することが強調されていることに留意されたい。図面では、類似参照番号が、異なる図の全体を通して同一の部品を指し得る。図面は、本開示の典型的実施形態のみを描写し、したがって、範囲が限定的と見なされるものではない。
【００１３】
【図１】図１Ａは、プラズマ電力送達システムを制御するために使用され得る、単純なアナログ周期内制御システムを図示し、図１Ｂは、単純なデジタル周期内制御システムを図示する。
【００１４】
【図２】図２Ａは、周期的入力への比較的に遅い周期内制御システムの応答を図示し、図２Ｂは、周期的入力への比較的に速い周期内制御システムの応答を図示する。
【００１５】
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、例示的周期間コントローラのブロック図を図示する。
【００１６】
【図４】図４Ａ−図４Ｄは、周期的入力への例示的周期間コントローラの応答を図示する。
【００１７】
【図５】図５は、本開示の一実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、例示的複合周期間および周期内コントローラのブロック図を図示する。
【００１８】
【図６Ａ】図６Ａは、例示的純粋周期間コントローラの周波数の関数として、ループ利得を図示する。
【００１９】
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａのループ利得を発生させる、周期間コントローラのためのループ利得のナイキストプロットを図示する。
【００２０】
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａのループ利得を発生させる、周期間コントローラのための周波数の関数として、閉ループ応答を図示する。
【００２１】
【図６Ｄ】図６Ｄは、純粋周期間コントローラのための入力波形の高調波における、かつそれに近い周波数の関数として、閉ループ応答を図示する。
【００２２】
【図７Ａ】図７Ａは、周期間部分に関する０．１加重および周期内部分に関する０．９加重を伴う、例示的複合周期間および周期内コントローラの周波数の関数として、ループ利得を図示する。
【００２３】
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに関連するループ利得のナイキストプロットを図示する。
【００２４】
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａに関連する例示的複合コントローラの周波数の関数として、閉ループ応答を図示する。
【００２５】
【図７Ｄ】図７Ｄは、図７Ａに関連する例示的複合周期間および周期内コントローラのための入力波形の高調波における、かつそれに近い周波数の関数として、閉ループ応答を図示する。
【００２６】
【図８Ａ】図８Ａは、周期間部分に関する０．０１加重および周期内部分に関する０．９９加重を伴う、例示的複合周期間および周期内コントローラの周波数の関数として、ループ利得を図示する。
【００２７】
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに関連する複合コントローラのためのループ利得のナイキストプロットを図示する。
【００２８】
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａに関連する複合コントローラのための周波数の関数として、閉ループ応答を図示する。
【００２９】
【図８Ｄ】図８Ｄは、図８Ａに関連する同一の複合周期間および周期内コントローラのための入力波形の高調波における、かつそれに近い周波数の関数として、閉ループ応答を図示する。
【００３０】
【図９】図９は、本開示の一実施形態による、複合周期間および周期内コントローラの多入力多出力バージョンのブロック図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本開示の実施形態は、出力対時間の規定パターンに従う、送達された電力、電圧、電流、および順方向電力等の出力を生成する、プラズマ電力送達システムを提供し、パターンは、現在の周期内と対照的に、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、パターンの区分を制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返す。従来のコントローラと比較して、そのような周期間コントローラは、より低い帯域幅測定および制御システムを利用して、より正確に出力を再現することができる。周期間コントローラによって提供される利益は、プラズマ発生混合および相互変調積の存在下を含む、種々の状況で有利であり得る。付加的実施形態では、周期間コントローラは、従来の周期内コントローラと組み合わせられることができる。付加的実施形態では、発電機出力周波数等のパラメータは、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた測定に基づいて、主要出力とともに調節されてもよく、電力制御および発電機周波数等の制御入力と発電機に提示される送達された電力およびインピーダンス等の制御出力との間の相関は、制御システムによって決定および使用される。付加的実施形態では、発電機は、出力対時間の規定パターンに従う出力を生成し、パターンは、制御入力を摂動させ、摂動への応答を決定し、摂動への応答を使用し、波形内の隣接または密接に位置する時間周期の間の結合を補償することによって、過去の１つ以上の繰り返し周期に同一の区分に関して行われる測定、およびパターンの中の他の区分に関するそのような測定に基づいて、パターンの区分を制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返す。
【００３２】
発電機用のコントローラを参照して主に説明されるが、本開示の側面は、スイッチモード電力供給部と、全体的電力送達システムの一部、および同部分用のコントローラ（他の基板バイアス方式として、バイアスを基板に提供するため等に、ｅＶ源用途で使用され得る）とに適用可能である。本明細書で議論されるコントローラおよび制御方式はまた、インピーダンス合致ネットワークの可変インピーダンス要素（真空可変コンデンサまたは切替可変リアクタンス要素等）を制御するために使用されてもよい。そのような事例では、本開示の側面は、全体的電力送達システムの一部として、インピーダンス合致ネットワークへのＲＦ供給の制御で使用される場合とそうではない場合がある。コントローラは、電力送達システムの任意の部分内（例えば、発電機内または合致ネットワーク内）に常駐してもよく、電力送達システムの他の部分から情報を受信し、それを制御する場合とそうではない場合がある。例えば、発電機の中に常駐するコントローラは、発電機のみから、合致のみから、または発電機および合致の両方から取得される情報を用いて、電力送達システムの一部である発電機および合致の両方を制御してもよい。本明細書で議論されるコントローラおよび制御方式はまた、プラズマ電力送達環境内で電力を送達することを伴ってまたは伴わずに他のシステムで使用されてもよい。
【００３３】
図１Ａ（従来技術）は、プラズマ電力送達システムを制御するために使用され得る、単純なアナログ周期内制御システムを図示し、図１Ｂ（従来技術）は、単純なデジタル周期内制御システムを図示する。図１Ａでは、入力１０１と出力１０６との間の差異は、コントローラ１０３がプラント１０５への制御入力１０４を生成するために使用する、エラー信号１０２を生成する。本説明図では、コントローラは、ｋの利得を伴う単純な積分器である。実際の実装では、制御入力１０４ｃは、電力増幅器への駆動レベルであってもよく、プラント１０５Ｐは、電力増幅器であってもよい。本コントローラと開示される周期間コントローラとの間の性能差を例証するために、プラント１０５Ｐは、ユニティ利得ブロック、すなわち、ｙ＝ｃである。これらの仮定により、ループ利得は、ｋ  ｒａｄ／ｓまたはｋ／（２π）Ｈｚにおけるユニティ利得を有し、システムステップ応答の時定数は、１／ｋ  ｓであり、システムのインパルス応答の積分は、１／ｋ  ｓで６３．２％（１−１／ｅ）に到達する。図１Ｂでは、入力１５１は、サンプラ１５７によって、１／Ｔｓのサンプリングレートにおいてサンプリングされ、デジタル化される。（いくつかの用途では、入力は、すでにデジタルデータストリームであり、サンプラ１５７は、システムの中に存在しない）。出力１５６は、サンプラ１５９によってサンプリングおよびデジタル化され、入力と出力との間の差異は、プラント１５５にフィードされる、デジタル／アナログ変換器１５８によってアナログ制御信号に変換される、制御入力１５４を生成するためにコントローラ１５３が使用する、エラー信号１５２を生成する。図１Ａに関して、本コントローラと開示される周期間コントローラとの間の性能差を例証するために、プラント１０５Ｐは、ユニティ利得ブロックである。ｋとユニティ利得周波数および応答時間との間の関係に関する同一の記述は、ｋが２π／Ｔｓをはるかに下回ることを前提として、図１Ａのアナログコントローラに関して当てはまる。
【００３４】
図２Ａ（従来技術）は、周期Ｔｐ２０５を伴う周期的入力への図１Ａまたは図１Ｂに示されるような単純な周期内コントローラの応答２００を示す。本実施例では、異なる設定点のホスト（例えば、１の設定点電力、その後に２が続き、その後に５が続き、３までの漸増を伴う）が、１つの入力の周期を定義する。出力２０２は、可視的な不正確度（出力が入力設定点に合致しない）を伴って、入力２０１の後に続く。本説明図に関する閉ループ応答の時定数は、１０マイクロ秒である。所与の点Ａにおける出力２０３は、システムの時間偏移時間逆転インパルス応答を入力で乗算し、積分することによって、取得されることができる。ユニットの正規化された偏移時間逆転インパルス応答２０４は、点Ａにおける出力２０３が、（点Ａに先立った１つの時定数または１０マイクロ秒以内の）直近の過去によって大きく影響を受け、点Ａに先立った１０個の時定数よりも早く起こる事象によって殆ど全く影響を受けないことを示す。パルス内の変化する設定点に適応するために、従来のコントローラは、非常に高速でなければならない。図２Ｂ（従来技術）に示されるように、コントローラを加速することは、正確に入力の後に続く出力の能力を向上させる。本説明図に関する閉ループ応答の時定数は、５マイクロ秒である。応答２５０は、出力２５２が、より密接に入力２５１の後に続くことを示す。正規化された時間偏移時間逆転インパルス応答２５４は、点Ａ２５３が、ここでは、直近の過去の入力によってさらに大きく影響を受けることを示す。
【００３５】
これらの従来の周期内コントローラでは、エラー制御は、設定点に対する（周期内の）電流出力の測定値に基づく。したがって、図２Ａを参照すると、例えば、時間１．５ミリ秒における出力の測定値は、エラー信号を発生させるように、その同一の時間における設定点値に対して比較されるであろう。別の言い方をすれば、設定点値は、従来の周期内コントローラに関するエラー信号を発生させるように、現在の周期中に測定値に対して比較される。対照的に、周期間コントローラは、所与の設定点に関して過去の出力された１つ以上のサイクルの測定値を比較し、設定点における過去の測定値を使用し、現在のエラー信号およびコントローラ出力を発生させる。図２Ａを再び参照すると、例えば、３という設定点を伴う時間１．５ミリ秒において、３という同一の設定点を伴う時間０．９４ミリ秒における測定値（０．５６ミリ秒早い１つの波形繰り返し周期または時間１．５ミリ秒と相関する先行パルスのその部分）が、時間１．５ミリ秒におけるパルス内の測定値と対照的に、エラーおよび出力を発生させるためにコントローラによって使用されるであろう。着目すべきこととして、周期間コントローラは、パルス内の直接近接する値と対照的に、過去の１サイクルの測定値に依拠するため、ほぼ同程度に高速である必要はない。
【００３６】
いくつかの実施例では、パルス（例えば、周期Ｔｐにわたるパルス）は、複数の時間周期に分割され、前のパルスの同一の時間周期内の対応する（同一の）出力値は、エラー信号に使用される。以降の第２のパルスの時間１．５ミリ秒におけるエラー補正に関して、第１のパルスの時間０．９４ミリ秒における測定値を使用することを直接上記で参照する、実施例を再び参照すると、時間周期は、ある範囲内に０．５６ミリ秒の特定の値を包含する。一実施例では、パルスが分割される時間周期は、任意の時間周期が、傾斜設定点遷移を除いて、異なる設定点を包含しないようなものである。
【００３７】
種々の実装では、周期間パルス情報は、後続のパルスのエラーフィードバックに関してコントローラによってアクセスおよび使用され得るように、ある形態のメモリの中に記憶される。傾斜設定点遷移および別様に異なる設定点を伴うような複雑なパルスは、パルスの比較的に小さい時間周期細分から利益を享受し得、したがって、比較的に大きくて速いメモリを要求し得る。特定の実施例では、１００ミリ秒〜１０マイクロ秒周期Ｔｐを伴うパルスは、１，０２４の時間スライスに細分されてもよく、スライス毎の出力値は、後続のパルスの同一の時間スライスの中の測定値との比較のために記憶されてもよい。
【００３８】
いくつかの用途では、いかなるエラー信号も発生されない。周期間制御方式を使用するインピーダンス合致用途では、過去の１つまたは複数の周期Ｔｐ２０５に発電機に提示されるインピーダンスについての情報は、現時点における合致ネットワーク内の可変インピーダンス要素を調節するために使用されることができる。情報は、最初にエラー信号を発生させることなく、可変インピーダンス合致要素への調節を計算するために使用されることができる。インピーダンス合致用途では、設定点（例えば、１０１、１５１、３０３、３５１、５０１）は、概して、一定であるが、所望の入力インピーダンスに合致されなければならない、負荷インピーダンスの周期的擾乱が存在する。そのような周期的擾乱は、例えば、出力対時間の規定パターンに従う、プラズマ負荷に電力を送達することから生じ得、パターンは、繰り返し周期を伴って繰り返す。そのような場合において、例えば、電力の規定パターンを提供する電源からの同期化信号は、擾乱の反復波形と同期化する際に合致ネットワークを支援するように、合致ネットワークに提供されることができる。
【００３９】
図３Ａは、本開示の一実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、周期間コントローラ３００の一実施例のブロック図を図示する。図３Ｂは、本開示の別の実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、周期間コントローラ３５０の代替例示的実装のブロック図を図示する。本明細書に説明される周期間コントローラのいくつかの実装は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）コントローラと見なされてもよい。コントローラ、またはより一般的には、制御要素は、ハードウェアおよびソフトウェアで、同部分の種々の可能性として考えられる組み合わせを伴って、実装されてもよい。制御要素は、発電機または他のデバイスと統合されてもよい、または別個のコンポーネントであってもよい。いくつかの用途では、周期間コントローラは、制御されているものと異なる機器の中に常駐してもよい。実施例として、インピーダンス合致ネットワークに接続されるコントローラは、発電機の中に常駐するが、インピーダンス合致ネットワーク内の可変インピーダンス要素を制御してもよい。そのような用途では、結合器からの順方向および反射信号は、発電機の中に常駐する結合器から取得され、アナログでフィルタ処理され、アナログ／デジタル変換器においてデジタル化され、ソフトウェアプログラムを起動するマイクロプロセッサによって、または、例えば、ＦＰＧＡで実装されるデジタル論理回路によって、合致によって発電機に提示されるインピーダンスを抽出するように処理されてもよい。測定は、マイクロプロセッサまたはＦＰＧＡの中に常駐する再構成可能なデジタル回路によって、メモリの中に記憶されることができる。異なる時間におけるインピーダンス測定のサンプルを含有するメモリは、マイクロプロセッサ内で起動するソフトウェアを使用して、またはＦＰＧＡによって処理されることができる。ソフトウェアまたはＦＰＧＡは、過去の１つまたは複数の波形繰り返し周期のサンプルを使用し、周期間制御方式を実装することができる。そのような方式を実装するために、合致の中の可変インピーダンス要素の過去の値についての情報もまた、使用されることができる。コントローラは、次いで、制御信号を合致に送信し、合致の中の可変インピーダンス要素を変更することができる。図３Ａは、入力の繰り返し周期Ｔｐにおいてそれぞれ起動する、コントローラの数Ｎとして、周期間コントローラ（インターリーブ方式を提供する）を実装する。ブロック３０１は、第１のそのようなコントローラを示し、ブロック３０２は、Ｎ番目のそのようなコントローラを示す。入力３０３は、１／Ｔｓのサンプリングレートにおいて、アナログ／デジタル変換器３０４によってサンプリングおよびデジタル化される。（入力は、すでにデータストリームとして存在していてもよく、その場合、変換器３０４は、使用されない。）サンプリングされた入力は、各コントローラが１／Ｔｐのレートにおいて更新された入力を受信するように、スイッチ３０５によって順にコントローラに切り替えられる、またはルーティングされる。コントローラの出力は、スイッチ３０６によって、共通制御入力ｃにルーティングされる。制御入力は、デジタル／アナログ変換器３０７によってアナログに変換され、プラントＰ３０８の制御入力に印加される。出力ｙ３０９は、サンプラ（コントローラ３０１に関しては３１３）による１／Ｔｐのレートにおいて、各コントローラによってサンプリングされる。
【００４０】
各コントローラは、サンプリングされた出力から入力を減算することによって、誤差関数（コントローラ３０１に関しては３１０）を作成する。（サンプリングされた出力が波形周期Ｔｐだけ遅延されるため、これは、周期間コントローラを実装する。）誤差関数は、（コントローラ３０１に関しては３１１によって）積分され、出力（コントローラ３０１に関しては３１２）を生成する。コントローラの数Ｎおよびサンプリング周期Ｔｓは、ＮＴｓ＝Ｔｐであるように調節される。入力の繰り返し周期Ｔｐが、少しのサンプリング周期を変動させ得る、状況に応じるために、余剰コントローラが、利用されてもよい。例えば、３つのサンプリング周期を変動させ得る、Ｔｐを取り扱うためのＮ＋３個のコントローラが存在し得る。余剰制御区分が、最大よりも短いＴｐに起因して更新されないとき、最後の更新されたコントローラの状態は、余剰制御区分にコピーされることができる。
【００４１】
図３Ｂは、本開示のある実施形態による、周期間コントローラ３５０の代替的実装を示す。入力３５１は、１／Ｔｓのサンプリングレートにおいて、アナログ／デジタル変換器３５２によってサンプリングおよびデジタル化される。（入力は、すでにデータストリームとして存在していてもよく、その場合、変換器３５２は、使用されない。）出力３５８は、アナログ／デジタル変換器３５９によってサンプリングおよびデジタル化される。（出力は、出力の測定から導出されるデジタルデータストリームであってもよく、その場合、アナログ／デジタル変換器は、示されるように実装されなくてもよい。）誤差関数３５３が、出力から入力を減算することによって取得される。コントローラ３５４は、プラントへの制御入力ｃ３５５および１つの入力の周期Ｔｐ前の誤差関数ｅ３５３の値から、プラントへの制御入力ｃ３５５を発生させる。これは、以下に示されるであろうように、従来の周期内コントローラと有意に異なる。プラントへの制御入力は、デジタル／アナログ変換器３５６によってアナログ信号に変換され、プラント３５７に印加される。コントローラ３００に関して、プロビジョンは、入力の繰り返し周期Ｔｐが少ないサンプリング周期を変動させ得る状況に対処するように行われることができる。この場合、Ｎは、前の入力の周期Ｔｐに適合する、サンプリング周期Ｔｓの数に基づいて、変動することを可能にされる。
【００４２】
図４Ａ−図４Ｄは、周期的制御入力への本開示の一実施形態によるプラズマ電力送達システムで実装され得る周期間コントローラの応答を図示する。図４Ａおよび４Ｂでは、周期的入力４０１への出力４０２の応答４００が、示される。応答４００に示されるように、出力は、入力にゆっくりと収束する（図４Ａ）が、入力の約３０サイクル後（図４Ｂ）、出力４０４は、殆ど感知できない誤差を伴って入力４０３の後に続く。図４Ｃは、応答４５０上の点Ａ４５１および点Ａに影響を及ぼす点を示す。周期間コントローラに関して、点Ａ４５１は、依然として、過去の入力された５ミリ秒によって有意に影響を受けることに留意されたい。したがって、出力の各区分が約５ミリ秒の時定数を伴う入力に接近しても、入力の少ない周期後に、出力は、殆ど感知できない誤差を伴って入力の後に続くことができる。従来の周期内コントローラに関して、たとえ５マイクロ秒の時定数があっても、出力は、本精度で入力の後に続かない。
【００４３】
図５は、本開示の一実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、例示的複合周期間および周期内コントローラ５００のブロック図を図示する。入力５０１は、１／Ｔｓのサンプリングレートにおいて、アナログ／デジタル変換器５０２によってサンプリングおよびデジタル化される。（入力は、すでにデータストリームとして存在していてもよく、その場合、変換器５０２は、使用されない。）出力５０９は、アナログ／デジタル変換器５１０によってサンプリングおよびデジタル化される。（出力は、出力の測定から導出されるデジタルデータストリームであってもよく、その場合、アナログ／デジタル変換器は、示されるように実装されなくてもよい。）誤差関数５０３が、出力から入力を減算することによって取得される。コントローラ５０４は、プラントへの制御入力ｃ５０６および１つの入力の周期Ｔｐ前および１つのサンプリング周期Ｔｓ前の誤差関数ｅ５０３の値から、プラントへの制御入力ｃ５０６を発生させる。ＮおよびＴｓは、Ｔｐ＝ＮＴｓを満たすように選定される。制御入力ｃ５０６は、１つのサンプリング周期Ｔｓ前および１つの入力の周期Ｔｐ前の値に基づく、値の加重平均である。本加重は、おそらく、方程式５０５に示されるシーケンス（サンプリングされた時間）ドメインにより明確に図示される。５０４および５０５では、Ｗｅは、０〜１の実数であり、Ｗａ＝１−Ｗｅである。Ｗｅ＝１である場合、コントローラは、純粋周期間コントローラであり、Ｗｅ＝０である場合、コントローラは、従来の周期内コントローラである。プラントへの制御入力ｃ５０６は、デジタル／アナログ変換器５０７によってアナログ信号に変換され、プラント５０８に印加される。プロビジョンは、入力の繰り返し周期Ｔｐが少ないサンプリング周期を変動させ得る状況に対処するように行われることができる。この場合、Ｎは、前の入力の周期Ｔｐに適合する、サンプリング周期Ｔｓの数に基づいて、変動することを可能にされる。この場合、繰り返しの終了に向かった区分が最近更新されなかった場合、以前のサンプルから状態をコピーするのではなく、加重は、次の入力の周期の開始まで純粋周期内コントローラを起動するように変更されることができる（Ｗｅ＝０）。本例示的複合周期間および周期内コントローラ５００は、周期的入力とともに動作することから非反復入力５０１とともに動作することへ容易に遷移し得るという点で、付加的利点を有する。
【００４４】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄは、本開示の一実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、（Ｗｅ＝１を伴う）３００、３５０、または５００等の例示的周期間コントローラの性質を図示する。例証を容易にするために、図６では、プラントＰ３０８、３５７、または５０６は、単純なユニティ利得ブロックであり、サンプル周期Ｔｓ＝１マイクロ秒、繰り返し周期Ｔｐ＝１ミリ秒、故に、Ｎ＝Ｔｐ／Ｔｓ＝１，０００、ｋ（５００ではｋｅ）＝６２．８３である。周期間コントローラのループ利得のボードプロットが、図６Ａに示される。ループ利得は、従来的な周期内コントローラと非常に異なる。利得ｋ（５００ではｋｅ）＝６２．８３＝２π１０に関して予期され得るように、１０Ｈｚにおける第１の利得交差周波数が存在するが、利得の規模は、入力の高調波において無限に戻る（１／Ｔｐの倍数）、すなわち、それが異例な精度で周期的入力の後に続くことを可能にする、周期間コントローラのユニークな性質である。図６Ｂは、ループ利得のナイキストプロットを示す。ナイキストプロットの解釈を促進するために、ループ利得の規模は、ｌｏｇ２（１＋ｌｏｇ２（１＋・））によってスケーリングされる。本マッピングは、０を０に、１を１にマップし、単調に増加しているため、依然として、複素平面内の点−１＋ｊ０が丸く囲まれていないことを検証することができる。ボードプロット内の複数の利得交差にもかかわらず、ナイキストプロットは、本システムが安定していることを示す。図６Ｃは、システムの閉ループ応答の規模および位相を示す。図６Ｄは、入力の高調波のみおよび入力の高調波から＋／−１Ｈｚにおけるシステムの閉ループ応答の規模および位相を示す。図６Ｄは、高調波における利得がユニティ利得であることを示し、周期Ｔｐを伴う周期的入力が精密に後に続くであろうことを確認する。図６Ｄでは、正確に０ｄＢの利得および０位相（ユニティ利得）を有する点は、正確に入力の高調波にあり、−０．０４ｄＢの利得および＋／−５度の位相を有する点は、入力高調波を１Ｈｚ上回る、かつ下回る。
【００４５】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄは、本開示の一実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、Ｗｅ＝０．１を伴う例示的複合周期間コントローラおよび周期内コントローラ５００の性質を図示する。例証を容易にするために、図７では、プラントＰ５０６は、単純なユニティ利得ブロックであり、サンプル周期Ｔｓ＝１マイクロ秒、繰り返し周期Ｔｐ＝１ミリ秒、故に、Ｎ＝Ｔｐ／Ｔｓ＝１，０００、ｋｅ＝６２．８３、およびｋａ＝６２，８３０である。複合周期間および周期内コントローラのループ利得のボードプロットが、図７Ａに示される。ループ利得は、従来的な周期内コントローラと非常に異なる。１０ＨｚのＷｅ＝１に関する交差周波数と１０ｋＨｚのＷｅ＝０に関する交差との間である、１００Ｈｚにおける第１の利得交差周波数が存在する。利得の規模は、入力の高調波において高いが有限の値に戻る（１／Ｔｐの倍数）、すなわち、複合周期間および周期内コントローラのユニークな性質である。図７Ｂは、ループ利得のナイキストプロットを示す。ナイキストプロットの解釈を促進するために、ループ利得の規模は、ｌｏｇ２（１＋ｌｏｇ２（１＋・））によってスケーリングされる。本マッピングは、０を０に、１を１にマップし、単調に増加しているため、依然として、複素平面内の点−１＋ｊ０が丸く囲まれていないことを検証することができる。ボードプロット内の複数の利得交差にもかかわらず、ナイキストプロットは、本システムが安定していることを示す。図７Ｃは、システムの閉ループ応答の規模および位相を示す。図７Ｄは、入力の高調波のみおよび入力の高調波から＋／−１Ｈｚにおけるシステムの閉ループ応答の規模および位相を示す。図７Ｄは、入力の最初のいくつかの高調波における利得がユニティ利得に近いことを示し、入力の最初のいくつかの高調波成分が良好な精度で後に続くであろうことを示す。
【００４６】
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、および図８Ｄは、本開示の一実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、Ｗｅ＝０．０１を伴う例示的複合周期間コントローラおよび周期内コントローラ５００の性質を図示する。図８では、プラントＰ５０６は、単純なユニティ利得ブロックであり、サンプル周期Ｔｓ＝１マイクロ秒、繰り返し周期Ｔｐ＝１ミリ秒、故に、Ｎ＝Ｔｐ／Ｔｓ＝１，０００、ｋｅ＝６２．８３、およびｋａ＝６２，８３０である。複合周期間および周期内コントローラのループ利得のボードプロットが、図８Ａに示される。ループ利得は、従来的な周期内コントローラのものに接近する。１０ＨｚのＷｅ＝１に関する交差周波数と１０ｋＨｚのＷｅ＝０に関する交差との間である、９．１ｋＨｚにおける第１の利得交差周波数が存在する。利得の規模は、周波数が増加するにつれてユニティの２倍高い値に戻る。図８Ｂは、ループ利得のナイキストプロットを示す。ナイキストプロットの解釈を促進するために、ループ利得の規模は、ｌｏｇ２（１＋ｌｏｇ２（１＋・））によってスケーリングされる。本マッピングは、０を０に、１を１にマップし、単調に増加しているため、依然として、複素平面内の点−１＋ｊ０が丸く囲まれていないことを検証することができる。ボードプロット内の複数の利得交差にもかかわらず、ナイキストプロットは、本システムが安定していることを示す。図８Ｃは、システムの閉ループ応答の規模および位相を示す。図７Ｄは、入力の高調波のみおよび入力の高調波から＋／−１Ｈｚにおけるシステムの閉ループ応答の規模および位相を示す。図７Ｄは、入力の最初のいくつかの高調波における利得がユニティ利得に近いことを示し、入力の最初のいくつかの高調波成分が良好な精度で後に続くであろうことを示す。本コントローラは、１０ｋＨｚの利得交差周波数を伴う周期内コントローラの性能に接近する。
【００４７】
図９は、本開示の一実施形態による、プラズマ電力送達システムで実装され得る、例示的複合周期間および周期内コントローラ９００の多入力多出力バージョンのブロック図を図示する。入力９０１は、１／Ｔｓのサンプリングレートにおいて、アナログ／デジタル変換器９０２によってサンプリングおよびデジタル化される。（入力は、すでにデータストリームとして存在していてもよく、その場合、変換器９０２は、使用されない。）入力は、多次元であり、例えば、出力電力および発電機ソースインピーダンスのための入力を含有してもよい。出力９０７は、アナログ／デジタル変換器９０９によってサンプリングおよびデジタル化される。（出力は、出力の測定から導出されるデジタルデータストリームであってもよく、その場合、アナログ／デジタル変換器は、示されるように実装されなくてもよい。）出力は、多次元であり、例えば、発電機に提示される出力電力およびインピーダンスの測定を含んでもよい。入力９０１および出力９０７の次元性は、一致する必要はない。これは、出力の要素が最小限または最大限にされているものの測定値を含有し得、したがって、入力を要求しない（例えば、所望の負荷インピーダンスへの発電機に提示される負荷インピーダンスの不一致）ためである。また、入力の要素は、値が単純に設定されることができ、対応する測定を要求しない（例えば、発電機ソースインピーダンスを設定する）場合、対応する測定を要求しない場合がある。入力９０１、制御入力９０４、摂動９０８、および出力９０７の測定は、メモリ９１０の中に記憶される。コントローラ９０３は、１つの入力の周期Ｔｐ前および１つのサンプリング周期Ｔｓ前のメモリの中に記憶された値から、プラントへの制御入力ｃ９０４を発生させる。ＮおよびＴｓは、Ｔｐ＝ＮＴｓを満たすように選定される。
【００４８】
プラントへの制御入力９０４の値を計算することに加えて、コントローラはまた、計算された制御に追加される摂動９０８を発生させることもできる。摂動９０８に追加されるプラントへの制御入力９０４は、デジタル／アナログ変換器９０５によってアナログ信号に変換され、プラント９０６に印加される。摂動９０８は、制御入力９０４と出力９０７との間の相関を抽出するために使用されることができる。例えば、出力電力（例えば、電力増幅器への駆動レベル）を主に制御する、９０４における制御要素を摂動させ、プラズマ負荷によって発電機に提示される出力電力およびインピーダンスの両方の変化を観察し、次いで、発電機（例えば、発電機周波数）に提示されるインピーダンスを主に制御する制御要素を摂動させ、プラズマ負荷によって発電機に提示される出力電力およびインピーダンスの両方を観察することは、コントローラが制御入力９０４と出力９０７との間の相関を抽出することを可能にする。入力が周期的に変調される場合、制御入力９０４と出力９０７との間の相関もまた、（殆どのプラズマ負荷の場合のように負荷が非線形であると仮定して）変調される。周期間コントローラは、反復入力サイクル内の特定の時間周期毎に制御入力９０４および出力９０７を相関させることができる。例えば、Ｔｐ＝１ミリ秒およびＴｓ＝１マイクロ秒に関して、コントローラは、入力の中の１，０００時間周期のそれぞれに関して９０４を９０７と相関させる、１，０００のマトリクスを維持することができる。特定の時間周期毎に制御入力９０４の要素と出力９０７の要素との間の相関を抽出することに加えて、相関は、異なる時間周期の間で抽出されることができる。例えば、コントローラは、１つの時間周期内の制御入力の要素の変化が連続時間周期内の出力に影響を及ぼす程度を決定することができる。
【００４９】
単純な実施例は、これらの相関を把握することの利点を図示する。周期的入力の中の第７の時間周期に関して２次元制御ベクトル（例えば、駆動および周波数）および２次元出力（例えば、出力電力および負荷抵抗）を更新する方法についての決定を考慮されたい。第７の時間周期の出力の所望の変化を、
【化１】
0006971376.tif 000002
とする。
摂動を通して、第７の時間周期内の出力と第６および第７の時間周期内の制御入力との間の相関が推定されると仮定する：
【化２】
0006971376.tif 000003
（近似的に）以下の結果になる。
【化３】
0006971376.tif 000004
第７の時間周期のための入力が調節される必要があるとき、第６の時間周期の入力への変更がすでに行われており、したがって、以下が把握され、
【化４】
0006971376.tif 000005
以下の結果になる。
【化５】
0006971376.tif 000006
単純な実施例は、プラントへの２つの（駆動および周波数）および２つの出力（出力電力および負荷抵抗）を使用する。出力抵抗は、負荷インピーダンスの１つだけの成分である。実用的用途では、負荷インピーダンスの抵抗部だけではなく、負荷インピーダンスが重要である。そのような場合において、第３の入力（例えば、合致ネットワーク内の可変リアクタンス要素）が、利用される必要があろう、または最適化技法が、実施例における単純な算出ではなく、３つの出力を制御する２つだけの入力を使用して、最良の解を見出すために採用されることができる。
【００５０】
周期間制御と併せた多入力多出力制御は、１つの制御ループ内の複数のパラメータの制御を可能にする。これは、通常、同一のプラズマ電力送達システム内の異なる制御ループのために広く異なる速度を使用することを余儀なくさせる、制御ループに干渉するという問題を回避する。
【００５１】
周期間制御は、単一のコントローラが、電力を同一のプラズマシステムに送達する複数の発電機をより容易に制御することを可能にする。周期間および周期内コントローラのためのデータレートは、プラントへの制御入力がサンプリングレート１／Ｔｓにおいて更新されるため、同一である。しかしながら、周期内コントローラが、プラントへの現在の制御入力を更新するために、より早い１つのサンプリング周期Ｔｓからの情報を必要とする一方で、周期間コントローラは、プラントへの制御入力を更新するために、より早い１つの入力周期Ｔｐからの情報を必要とする。殆どの場合、ＴｐがＴｓよりも複数倍長いため、情報が周期間コントローラのために必要とされる前に、コントローラを往復するその情報を入手することは、はるかに容易である。周期間コントローラは、したがって、異なる発電機の間の相互作用をはるかに容易に考慮し、電力を同一のプラズマシステムに送達する全ての発電機の全体的制御を向上させることができる。
【００５２】
周期間および混合周期間および周期内コントローラの所与の実施例では、コントローラは、過去の１つのサンプリング周期Ｔｓまたは１つの繰り返し周期Ｔｐの信号のサンプルを使用した。当然ながら、コントローラはまた、過去の複数のサンプリング周期または繰り返し周期の信号のサンプルを使用することもできる。
（項目１）
電力送達システムであって、
繰り返し出力パターンを生成する発電機と、
制御要素であって、上記制御要素は、現在の周期に先立った周期に行われる上記繰り返しパターンの値の測定に基づいて、上記繰り返しパターンを制御する、制御要素と
を備える、電力送達システム。
（項目２）
上記制御要素はさらに、現在の周期中の上記繰り返しパターンの値の測定と組み合わせられる上記現在の周期に先立った周期に行われる上記繰り返しパターンの測定に基づいて、上記繰り返し出力パターンを制御する、項目１に記載の電力送達システム。
（項目３）
上記繰り返し出力パターンは、出力対時間の規定パターンに従い、上記規定パターンは、繰り返し周期を伴って繰り返し、上記現在の周期に先立った周期に行われる上記繰り返しパターンの値の測定は、過去の１つ以上の繰り返し周期に起こる、項目１に記載の電力送達システム。
（項目４）
多次元入力を受信し、多次元出力を生成するプラントをさらに備え、上記パターンにおける特定の時間周期にわたる上記プラントへの制御入力の要素と同一の特定の時間周期にわたる上記プラントからの出力の要素との間の相関は、上記制御要素によって決定および使用される、項目３に記載の電力送達システム。
（項目５）
上記制御入力の要素と上記出力の要素との間の上記相関は、上記制御入力を摂動させ、上記摂動への応答を観察することによって決定される、項目４に記載の電力送達システム。
（項目６）
上記プラントへの上記制御入力および上記プラントからの上記出力は、多次元であり、上記周期的パターンにおける特定の時間周期および上記特定の時間周期に隣接する時間周期にわたる上記制御入力の要素と、上記特定の時間周期にわたる上記プラントからの上記出力の要素との間の上記相関は、上記制御要素によって決定および使用される、項目４に記載の電力送達システム。
（項目７）
上記制御入力の要素と上記出力の要素との間の上記相関は、上記制御入力を摂動させ、上記摂動への応答を観察することによって決定される、項目６に記載の電力送達システム。
（項目８）
上記発電機は、単一の無線周波数発電機または直流発電機のうちの１つであり、上記出力は、電圧、電流、および電力のうちの少なくとも１つである、項目１に記載の電力送達システム。
（項目９）
上記発電機は、複数の無線周波数発電機、または複数の直流発電機、または無線周波数発電機および直流発電機の組み合わせを備え、上記出力は、プラズマシステムに送達される電圧、電流、および電力のうちの少なくとも１つである、項目１に記載の電力送達システム。
（項目１０）
上記出力の１つの要素は、電圧、電流および電力、またはそれらの組み合わせのうちの１つであり、上記出力の別の要素は、上記発電機に提示されるインピーダンスおよび上記発電機のソースインピーダンスのうちの１つである、項目４に記載の電力送達システム。
（項目１１）
上記出力の１つの要素は、電圧、電流および電力、またはそれらの組み合わせのうちの１つであり、上記出力の別の要素は、上記発電機に提示されるインピーダンスおよび上記発電機のソースインピーダンスのうちの１つである、項目６に記載の電力送達システム。
（項目１２）
電力送達システムであって、
メモリと通信する制御システムであって、上記制御システムは、出力対時間の規定パターンに従う出力を生成し、上記規定パターンは、上記メモリの中に記憶された上記出力の測定に基づいて、上記規定パターンの繰り返しを制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返し、メモリの中に記憶された上記出力は、出力対時間の上記規定パターンの１つ以上の前の繰り返しから得られる、制御システム
を備える、電力送達システム。
（項目１３）
上記制御システムは、１つ以上の前の繰り返しから得られる測定を現在の繰り返しから得られる測定と組み合わせる、項目１２に記載の電力送達システム。
（項目１４）
上記プラズマ電力送達システムのプラントへの制御入力および上記プラズマ電力送達システムの出力は、多次元であり、上記規定パターンの繰り返しの開始に対する１つの瞬間における上記制御入力の複数の制御入力要素と、上記繰り返し周期の開始に対する同一の瞬間における上記出力の複数の出力要素との間の相関は、上記制御システムによって決定および使用される、項目１２に記載の電力送達システム。
（項目１５）
上記制御入力の制御入力要素と上記出力の出力要素との間の上記相関は、上記制御入力を摂動させ、上記摂動への応答を測定することによって決定される、項目１４に記載の電力送達システム。
（項目１６）
上記プラントへの上記制御入力および上記出力は、多次元であり、上記繰り返し周期の開始に対する１つの瞬間および上記１つの瞬間に隣接する瞬間における上記制御入力の複数の制御入力要素と、上記繰り返し周期の開始に対する上記１つの瞬間における上記出力の出力要素との間の相関は、上記制御システムによって決定および使用される、項目１３に記載の電力送達システム。
（項目１７）
上記制御入力の制御入力要素と上記出力の出力要素との間の上記相関は、上記制御入力を摂動させ、上記摂動への応答を測定することによって決定される、項目１６に記載の電力送達システム。
（項目１８）
上記電力送達システムは、単一の無線周波数（ＲＦ）または直流（ＤＣ）発電機を備え、上記出力の要素は、プラズマシステムに送達される電圧、電流、および電力レベルのうちの少なくとも１つを備える、項目１２に記載の電力送達システム。
（項目１９）
ＲＦ発電機、ＤＣ発電機、またはＲＦ発電機およびＤＣ発電機の組み合わせを備える複数の発電機をさらに備え、上記発電機の出力のそれぞれの要素は、電圧、電流、および電力レベルのうちの少なくとも１つを備える、項目１８に記載の電力送達システム。
（項目２０）
上記出力の出力要素のうちの１つは、電圧、電流、および電力のうちの少なくとも１つを備え、上記出力の別の出力要素は、発電機に提示される負荷インピーダンスおよび上記発電機のソースインピーダンスのうちの少なくとも１つを備える、項目１４に記載の電力送達システム。
（項目２１）
上記出力の１つの出力要素は、電圧、電流、および電力レベルのうちの少なくとも１つを備え、上記出力の別の出力要素は、発電機に提示される負荷インピーダンスおよび上記発電機のソースインピーダンスのうちの少なくとも１つを備える、項目１６に記載の電力送達システム。
（項目２２）
電力送達システムであって、
出力を生成するためのコントローラであって、上記コントローラは、周期的擾乱を受け、上記周期的擾乱は、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた上記出力の値の測定に基づいて、上記出力を制御することによって、繰り返し周期を伴って繰り返す、コントローラ
を備える、電力送達システム。
（項目２３）
上記プラズマ電力送達システムは、上記周期的擾乱と同期化される信号を受信する、項目２２に記載の電力送達システム。
（項目２４）
プラズマ電力送達システムであって、
インピーダンス合致ネットワークであって、上記インピーダンス合致ネットワークは、負荷インピーダンスを、上記負荷インピーダンスが繰り返し周期を伴って繰り返す周期的変調パターンを受ける所望のインピーダンスに合致させる、インピーダンス合致ネットワークと、
上記インピーダンス合致ネットワークと動作可能に関連付けられる制御要素であって、上記制御要素は、過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた上記負荷インピーダンスの値の測定に基づいて、上記インピーダンス合致ネットワーク内の可変インピーダンス要素を制御する、制御要素と
を備える、プラズマ電力送達システム。
（項目２５）
上記制御要素は、過去の繰り返し周期未満に行われた上記負荷インピーダンスの値の測定と組み合わせられる過去の１つ以上の繰り返し周期に行われた上記負荷インピーダンスの値の測定に基づいて、上記インピーダンス合致ネットワーク内の上記可変インピーダンス要素を制御する、項目２５に記載のプラズマ電力送達システム。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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