(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ電力信号を出力するように構成されたＲＦ出力と、
ＲＦ入力信号を生成する信号発生器と、
ＲＦ入力信号を受信し、その出力で増幅されたＲＦ電力信号を生成するＲＦ電力段と、
前記ＲＦ電力段の出力でＲＦ信号をサンプリングするように構成された少なくとも１つのサンプラーと、
デジタル制御部およびアナログ制御部を備えるコントローラと、
少なくとも１つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現が前記コントローラに供給されることを可能にする少なくとも１つのサンプラーと前記コントローラとの間のアナログフィードバック経路と、
少なくとも１つのサンプラーからの信号のデジタル信号表現が前記コントローラに供給されることを可能にする少なくとも１つのサンプラーと前記コントローラとの間のデジタルフィードバック経路と、を備え、
前記コントローラは、前記アナログ信号表現および／または前記デジタル信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態に前記ＲＦ出力における前記ＲＦ電力信号を調整するように構成され、
前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドするように構成されている、無線周波数電力発生器。
【請求項２】
前記少なくとも１つのサンプラーは、前記ＲＦ電力段の前記出力にカスケード接続された第１サンプラーおよび第２サンプラーを備え、前記第１サンプラーは、前記デジタルフィードバック経路のためにプレデジタル化された信号を供給し、前記第２サンプラーは、前記少なくとも１つのサンプラーから前記アナログフィードバック経路への前記アナログ信号表現を供給する、請求項１に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項３】
前記少なくとも１つのサンプラーは、前記ＲＦ電力段の前記出力に接続された第１サンプラーを備え、前記第１サンプラーの出力はスプリッタに接続され、前記スプリッタは、前記サンプラーからの前記信号を分割し、前記デジタルフィードバック経路のためのプレデジタル信号および前記アナログフィードバック経路のための前記アナログ信号表現を供
給するように構成される、請求項１に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項４】
前記少なくとも１つのサンプラーは、前記アナログフィードバック経路および／または前記デジタルフィードバック経路に順方向ＲＦ信号および反射ＲＦ信号を供給するように構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項５】
前記少なくとも１つのサンプラーは、少なくとも１つの方向性結合器または少なくとも１つのＶＩプローブを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項６】
前記デジタルフィードバック経路は、前記少なくとも１つのサンプラーから前記信号の前記デジタル信号表現を生成するように構成された少なくとも１つのアナログデジタル変換器を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項７】
前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記デジタル信号表現を取得し、前記デジタル信号表現に基づいて、前記ＲＦ電力段の前記ＲＦ入力信号及び／又はＤＣ電源電圧レベルを調整するように構成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項８】
前記少なくとも１つのアナログデジタル変換器は、前記信号発生器によって生成された前記ＲＦ入力信号の周波数サイクルごとに、少なくとも２つのサンプラーによって、前記少なくとも１つのサンプラーからの前記信号をオーバーサンプリングするように構成される、請求項６又は７に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項９】
前記ＲＦ入力信号を制御するように構成されたデジタルアナログ変換器をさらに備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１０】
前記ＲＦ電力段および／または前記ＤＣ電源電圧レベルを制御するように構成されたデジタルアナログ変換器をさらに備える、請求項７に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１１】
前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記デジタル信号表現を取得し、前記ＲＦ電力段の前記出力における前記ＲＦ電力信号が正常な動作状態または故障状態を表すかどうかを検出するように構成される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１２】
前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記アナログ信号表現を取得し、前記ＲＦ電力段の前記出力における前記ＲＦ電力信号が正常な動作状態または故障状態を表すかどうかを検出するように構成される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１３】
前記第１の状態および／または前記第２の状態は、予期される状態を定義し、前記故障状態は、前記ＲＦ出力に接続されたプラズマチャンバ内のアーク放電状態を定義する、請求項１１又は１２に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１４】
前記コントローラの前記デジタル制御部は、複数の故障状態を定義する格納されたデジタル信号と前記デジタル信号表現とを比較することによって、前記デジタル信号表現のデジタル比較を行うように構成され、前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記デジタル比較の結果に基づいて、第１の状態から第２の状態に前記ＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成されている、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１５】
前記コントローラの前記アナログ制御部は、複数の故障状態を定義する閾値と前記アナログ信号表現とを比較することによって、前記アナログ信号表現のアナログ比較を行うように構成され、前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記アナログ比較の結果に基づいて、第１の状態から第２の状態に前記ＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１６】
前記アナログ制御部は、前記デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドする場合に、前記デジタル制御部に割り込み信号を供給するように構成される、請求項１５に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１７】
前記コントローラの前記デジタル制御部は、前記割り込み信号を受信すると、所定の期間または一時停止信号条件が満たされるまで、デジタル制御の範囲を一時停止または低減するように構成される、請求項１６に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１８】
前記デジタル制御部は、前記割り込み信号の停止時または復元信号条件が満たされるまで、前記コントローラのデジタル制御を復元するように構成される、
請求項１６又は１７に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項１９】
前記デジタル制御部は、前記デジタルフィードバック経路から前記デジタル信号表現を受信するように構成された、マイクロプロセッサ、組み込みプロセッサまたは組み込みコンピュータ、プログラマブルロジック、および／または前記デジタルフィードバック経路から前記デジタル信号表現を受信するように構成されたデジタル信号プロセッサのうちの１つまたは複数を備える、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項２０】
前記デジタル制御部は、第１デジタル制御要素及び第２デジタル制御要素を備え、
少なくとも第２デジタル制御要素は、第１デジタル制御要素によって第２デジタル制御要素に通信される第２デジタル制御要素の構成設定に基づいて、第１デジタル制御要素よりも高速に前記デジタルフィードバック経路からの前記デジタル信号表現を受信及び処理するように構成され、
第２デジタル制御要素は、構成設定を超えた状態で第１デジタル制御要素をオーバーライドにするように構成され、前記第２デジタル制御要素は、前記第１の状態から前記第２の状態に前記ＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成される、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項２１】
前記第１デジタル制御要素は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または組み込みコンピュータであり、前記第２デジタル制御要素は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、再構成可能フィールドプログラマブルゲートアレイ、アプリケーション固有集積回路、またはハードワイヤードロジックである、請求項２０に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項２２】
前記コントローラの前記アナログ制御部は、
前記アナログ信号表現を受信し、ピーク検出信号またはそれぞれエンベロープ検出信号を生成するように構成されたピーク検出器またはエンベロープ検出器と、
閾値電圧を生成するように構成されたコントローラのデジタル制御部によって制御される閾値電圧生成器と、
ピーク検出信号またはそれぞれエンベロープ検出信号および閾値電圧を比較し、ピーク検出信号またはそれぞれエンベロープ検出信号が閾値電圧を超える場合、またはその逆の
場合、高比較器出力信号を生成するように構成された第１比較器と、をさらに含み、前記高比較器出力信号は、割り込み信号として使用される、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項２３】
前記アナログフィードバック経路は、前記デジタルフィードバック経路よりも応答性が高いクリティカルパスを含み、前記少なくとも１つのサンプラーからの前記信号の前記アナログ信号表現は、さらなるアナログデジタル変換器を使用してデジタル化され、混合信号アーク検出を提供するために前記デジタル制御部によって使用される、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の無線周波数電力発生器と、
前記無線周波数電力発生器からＲＦ信号を受信するように構成された半導体処理モジュールと、を含むプラズマ処理システム。
【請求項２５】
ＲＦ電力段を使用して、信号発生器によって生成されたＲＦ入力信号に基づいてＲＦ出力信号を生成し、
少なくとも１つのサンプラーを使用して、前記ＲＦ電力段の出力における無線周波数、ＲＦ、信号をサンプリングし、
前記少なくとも１つのサンプラーから前記信号のデジタル信号表現を生成し、前記少なくとも１つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路を介して前記コントローラに前記デジタル信号表現を供給し、
前記少なくとも１つのサンプラーから信号のアナログ信号表現を生成し、前記少なくとも１つのサンプラーと前記コントローラとの間のアナログフィードバック経路を介して、信号をコントローラに供給し、デジタル制御部およびアナログ制御部の一方または両方は、少なくともＲＦ電力段および／または信号発生器を制御するように構成され、
前記コントローラを用いて、前記アナログ信号表現および／または前記デジタル信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整し、
前記コントローラの前記アナログ制御部は、前記デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドするように構成されている、発生器を操作するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、発生器、および発生器を含むプラズマ処理システムに関する。また、発生器コントローラを動作させるための方法も開示される。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体プラズマ処理用途に使用される高出力ＲＦ発生器が知られている。例えば、米国特許第７，７５０，６４５号は、アーク現象を監視することによってプラズマチャンバ消耗品の劣化を監視する方法に関するものであり、デジタルコントローラを用いてプラズマ反応チャンバの様々な部分のアーク現象を検出することを提案している。
【０００３】
米国特許第８，２６４，２３７号は、プラズマ製造工程中にプラズマ放電現象を監視する方法に関する。ＲＦ発生器は、インピーダンス整合ネットワークおよびＲＦセンサを使用して、プラズマチャンバにインピーダンス整合される。ＲＦセンサからの信号をアナログデジタル変換器で変換し、解析モジュールの入力として使用する。ＲＦセンサからのデジタル化信号の相関のようなデジタル信号処理技術は、アーク現象の検知を可能にする。
【０００４】
国際公開第２０１４／０３６１６９号は、プラズマ負荷内のアークを検知すると、プラズマ負荷に印加される通常の極性に対して逆極性の電圧をプラズマ負荷に印加する、エネルギー蓄積装置を有するアークマネジメントシステムを提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献に記載されているシステムは、さらに改善することができる。
【０００６】
したがって、例えば、プラズマ負荷内のアーク現象又は他のエネルギー不連続部に、より効果的に対処できる発生器制御法を提供することが望ましい。さらに、本発明の他の望ましい機能および特徴は添付の図面および本発明の背景と共に、本発明の以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１実施形態によれば、ＲＦ電力信号を出力するように構成された出力と、ＲＦ入力信号を生成する信号発生器と、ＲＦ入力信号を受信し、その出力で増幅されたＲＦ電力信号を生成するＲＦ電力段（ＲＦ  ｐｏｗｅｒ  ｓｔａｇｅ）と、ＲＦ電力段の出力でＲＦ信号をサンプリングするように構成された少なくとも１つのサンプラーと、デジタル制御部およびアナログ制御部を含むコントローラと、少なくとも１つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現がコントローラに供給されることを可能にする少なくとも１つのサンプラーとコントローラとの間のアナログフィードバック経路と、少なくとも１つのサンプラーからの信号のデジタル信号表現がコントローラに供給されることを可能にする少なくとも１つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路と、を備える発生器が提供される。
【０００８】
コントローラは、アナログ信号表現および／またはデジタル信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成される。
【０００９】
その結果、デジタル制御部は、高精度に、そして任意にソフトウエアに柔軟性を提供する。アナログ制御部は、高ダイナミックレンジと高速応答を提供する。これはアーク現象のように突発的で予測不可能な現象を抑制する場合に重要である。両方の技術を組み合わせることで、高精度と柔軟性が得られる一方で、予期しない故障状態を適切に制御することが可能になる。
【００１０】
実施形態において、少なくとも１つのサンプラーは、ＲＦ電力段の出力にカスケード接続された第１及び第２サンプラーを備える。第１サンプラーは、デジタルフィードバック経路のためにプレデジタル化された信号を供給し、第２サンプラーは、少なくとも１つのサンプラーからアナログフィードバック経路へのアナログ信号表現を供給する。
【００１１】
その結果、精度が向上する。スプリッタの分離が制限されているため、高精度なデジタル処理で最終的に使用される信号の精度を低下させる。したがって、アナログ処理とデジタル処理のために異なったサンプラーを使用すると、精度の向上がみられる。
【００１２】
実施形態において、少なくとも１つのサンプラーは、ＲＦ電力段の出力に接続された第１サンプラーを備え、発生器は、第１サンプラーの出力に接続されたスプリッタを備え、スプリッタは、サンプラーからの信号を分割し、デジタルフィードバック経路のためのプレデジタル化された信号およびアナログフィードバック経路のためのアナログ信号表現を供給するように構成される。任意に、第１スプリッタは、サンプラーの種類に応じて、アナログ経路およびデジタル経路のための順方向ＲＦ信号またはベクトル電圧信号を供給する。第２スプリッタは、アナログ経路及びデジタル経路に、反射ＲＦ信号又はベクトル電流信号を供給する。
【００１３】
その結果、アナログおよびデジタルフィードバック経路を提供するために１つのサンプラーだけで済むため、コストを削減することができる。
【００１４】
実施形態において、少なくとも１つのサンプラーは、アナログフィードバック経路及び／又はデジタルフィードバック経路に順方向ＲＦ信号及び反射ＲＦ信号を供給するように構成される。実施形態において、少なくとも１つのサンプラーは、アナログフィードバック経路および／またはデジタルフィードバック経路に電圧信号および電流信号を供給するように構成される。
【００１５】
その結果、順方向ＲＦ信号と反射ＲＦ信号または電圧および電流信号が利用可能な場合に、アナログ制御部およびデジタル制御部がインピーダンス整合をより正確に監視できる。
【００１６】
実施形態では、少なくとも１つのサンプラーは、順方向信号および反射信号を決定するための少なくとも１つの方向性結合器、または電圧信号および電流信号を決定するための少なくとも１つのＶＩプローブであるか、またはそれを含む。
【００１７】
実施形態では、デジタルフィードバック経路は、少なくとも１つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成するように構成され少なくとも１つのアナログデジタル変換器を含み、好ましくはプレアナログデジタル変換器フィルタを含む。任意に、プレアナログデジタル変換器フィルタは、アンチエイリアシングフィルタである。
【００１８】
その結果、振幅、位相、及び周波数などの出力時のＲＦ信号に関する情報を、デジタル制御部に高精度に提供することができる。
【００１９】
実施形態において、デジタル信号表現は、コントローラのデジタル制御部に供給される。
【００２０】
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、デジタル信号表現を取得し、デジタル信号表現に基づいて、ＲＦ増幅器（単数または複数）への入力ＲＦ信号の電力および／または電源電圧または電流レベルを調整するように構成される。
【００２１】
その結果、発生器のＲＦ出力を、デジタル制御部を使用して正確かつ柔軟に制御できる。例えば、ＲＦ入力信号の振幅を変更したり、ＲＦ入力の位相を変更したりすることができる。ＲＦ入力信号に代えて、またはＲＦ入力信号と組み合わせて、ＤＣ電源電圧レベルを、電力段のゲインに影響を与えるように変更することで、ＲＦ出力電力を制御することができる。
【００２２】
実施形態において、少なくとも１つのアナログデジタル変換器は、オーバーサンプリングされた信号を供給するために、信号発生器によって生成されたＲＦ入力信号の周波数サイクルごとに少なくとも２つのサンプルによって、少なくとも１つのサンプラーからの信号をオーバーサンプリングするように構成される。
【００２３】
その結果、ナイキスト−シャノンサンプリング定理を用いて、ＲＦ出力のより高い分解能のデジタル信号表現を、デジタル制御部に供給することができる。
【００２４】
任意に、コントローラのアナログ制御部は、アナログ信号表現を取得し、電力増幅器の出力における信号が正常な動作状態を表すか、または故障状態を表すかを検出するように構成される。
【００２５】
任意に、コントローラのアナログ制御部は、アナログ信号表現を、複数の故障状態を規定する閾値と比較するように構成されており、コントローラのアナログ制御部は、アナログ比較の結果に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成される。
【００２６】
実施形態において、デジタル制御部は、オーバーサンプリングされた信号を使用して、順方向および／または反射電力測定値または電圧および／または電流測定値、および好ましくは負荷インピーダンス情報を取得するように構成される。
【００２７】
実施形態では、コントローラは、コントローラのデジタル制御部によって制御されるデジタルアナログ変換器をさらに備え、デジタルアナログ変換器は、信号発生器、および／または電力増幅器および／または発生器のＤＣ電源に制御信号を供給するように構成される。
【００２８】
その結果、デジタル制御部が少なくともデジタル信号表現に基づいて、ＲＦ発生器を柔軟かつ正確に構成することができる。
【００２９】
実施形態において、コントローラは、アナログ制御部と電力増幅器との間に直接的なアナログ制御経路をさらに備える。
【００３０】
その結果、アナログ制御部は、高ダイナミックレンジで、発生器のＲＦ出力で検出された故障状態に迅速に対処できる。
【００３１】
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、デジタル信号表現を取得し、電力増幅器の出力における信号が正常な動作状態又は故障状態を表すかどうかを検出するように構成される。
【００３２】
その結果、デジタル制御部は、特殊なプラズマ処理システムの使用またはレシピに基づいて、様々な故障状態を識別するように柔軟に再プログラミングすることができる。
【００３３】
実施形態において、第１の状態および／または第２の状態は、発生器の予想される状態を定義し、故障状態は、発生器のＲＦ出力に接続されたプラズマチャンバ内のアーク放電状態を定義する。
【００３４】
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、複数の故障状態を定義する格納されたデジタル信号とデジタル信号表現とを比較することによって、デジタル信号表現のデジタル比較を行うように構成され、コントローラのデジタル制御部は、デジタル比較の結果に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成される。
【００３５】
その結果、プラズマ処理システムにおけるアーク状態、発生器電源ケーブルにおける短絡、故障コネクタなど、それらの特徴に基づいて広範囲の故障状態を識別することができる。
【００３６】
実施形態において、コントローラのアナログ制御部は、デジタル制御部をバイパス（ｂｙｐａｓｓ）するか、またはオーバーライド（ｏｖｅｒｒｉｄｅ）するように構成される。
【００３７】
その結果、サンプラーにおける状態の変化に応じてより遅いデジタル制御部をバイパスすることができ、例えば、故障状態に応じて、電力増幅器の出力における安全な停止またはゲイン低減を可能にする。
【００３８】
実施形態において、デジタル制御部をバイパスするか又はオーバーライドすることは、デジタル制御部が異常な動作状態を識別しておらず、アナログ制御部が異常な動作状態を識別した場合に、コントローラに、アナログ信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整させることを含む。
【００３９】
実施形態において、アナログ制御部は、デジタル制御部をバイパスまたはオーバーライドする場合に、デジタル制御部に割り込み信号を供給するように構成される。
【００４０】
その結果、デジタル制御部の制御がバイパスまたはオーバーライドされた場合、デジタル制御部内のロジック回路および任意のコンピュータ実装制御回路に迅速に通知することができ、通常の動作状態へのより安全な再エントリが可能になる。
【００４１】
実施形態において、コントローラのデジタル制御部は、割り込み信号を受信すると、所定の期間、または発生器内のデジタル制御を一時停止信号条件が満たされるまで、発生器のデジタル制御の範囲を一時停止または低減するように構成される。
【００４２】
その結果、デジタル制御部は、アナログ制御部の動作と矛盾する可能性のあるアクションを実行しない。
【００４３】
実施形態において、デジタル制御部は割り込み信号の停止時に、または発生器内の復元信号条件が満たされるまで、コントローラのデジタル制御を復元するように構成される。
【００４４】
その結果、安全でない故障状態がアナログ制御部によって安全に対処された場合、デジタル制御部が発生器の制御を柔軟に回復できる。
【００４５】
実施形態において、デジタル制御部は、マイクロプロセッサ、組み込みプロセッサまたは組み込みコンピュータ、プログラマブルロジック、および／またはデジタルフィードバック経路からデジタル信号表現を受信するように構成されたデジタル信号プロセッサのうちの１つまたは複数を備える。
【００４６】
その結果、デジタル制御部は、広範囲のプラズマシステムおよび製造レシピに対処するようにプログラムすることができる。
【００４７】
実施形態において、デジタル制御部は、第１デジタル制御要素および第２デジタル制御要素を備える。少なくとも第２デジタル制御要素は、第１デジタル制御要素によって第２デジタル制御要素に通信される第２デジタル制御要素の構成設定に基づいて、第１デジタル制御要素よりも高速にデジタルフィードバック経路からデジタル信号表現を受信及び処理するように構成され、第２デジタル制御要素は、構成設定を超えた状態で第１デジタル制御要素をオーバーライドにするように構成され、第２デジタル制御要素は、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成される。
【００４８】
その結果、第２デジタル制御要素は、アナログ制御部よりは遅いが、第１デジタル制御要素よりは速い応答時間を有するように設けることができる。
【００４９】
実施形態において、第１デジタル制御要素は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または組み込みコンピュータであり、第２デジタル制御要素は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、再構成可能フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、またはハードワイヤードロジックである。
【００５０】
実施形態では、コントローラのアナログ制御部がさらに以下を含む：アナログ信号表現を受信し、ピーク検出信号（またはそれぞれエンベロープ検出信号）を生成するように構成されたピーク検出器またはエンベロープ検出器と、好ましくは閾値電圧を生成するように構成されたコントローラのデジタル制御部によって制御される閾値電圧生成器と、ピーク検出信号（またはそれぞれエンベロープ検出信号）と閾値電圧とを比較し、ピーク検出信号（またはそれぞれエンベロープ検出信号）が閾値電圧を超える場合、またはその逆の場合、比較器出力信号を生成するように構成された第１比較器と、を含み、比較器出力信号は、割り込み信号として使用される。
【００５１】
その結果、デジタル制御システムが反応することができる前に、排他的アナログフィードバック経路は、故障状態におけるＲＦ発生器の制御を迅速に行うことができる。
【００５２】
実施形態では、コントローラのアナログ制御部がさらに以下を含む：
発生器のＲＦ出力信号の電力を設定するように構成された第１アナログ出力回路であって、第１アナログ出力回路は、デジタル制御部によって供給される電力出力閾値を基準として、少なくとも１つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現によって制御される。
【００５３】
実施形態では、コントローラのアナログ制御部がさらに以下を含む：
発生器のＲＦ出力信号の増幅器バイアスを設定するように構成された第２アナログ出力回路であって、第２アナログ出力回路は、デジタル制御部によって供給される増幅器バイアス閾値を基準として、少なくとも１つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現によって制御される。
【００５４】
実施形態において、アナログフィードバック経路は、デジタルフィードバック経路より応答性が高いクリティカルパスを含み、少なくとも１つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現は、さらにアナログデジタル変換器を使用してデジタル化され、混合信号アーク検出を提供するためにデジタル制御部によって使用される。
【００５５】
任意に、制御装置のアナログ制御部分がさらに構成された発生器が提供される：アナログ出力信号を供給するベクトルアナログ信号処理回路と、アナログ信号処理回路からのアナログ信号を受信するように構成されたピーク検出器またはエンベロープ検出器と、閾値電圧を生成するように構成されたコントローラのデジタル制御部によって好ましくは制御される閾値電圧発生器と、ピーク検出信号（またはそれぞれエンベロープ検出信号）と閾値電圧とを比較し、ピーク検出信号（またはそれぞれエンベロープ検出信号）が閾値電圧を超えた場合に、第１比較器出力信号を生成するか、第２比較器出力信号を生成するように構成された第１比較器と、をさらに備え、第１比較器出力信号は、割り込み信号として使用される。
【００５６】
第２実施形態によれば、第１実施形態又はその実施形態に係る発生器と、発生器からＲＦ信号を受信するように構成された半導体処理モジュールとを含むプラズマ処理システムが提供される。
【００５７】
第３実施形態によれば、発生器を動作させる方法が提供される：
ＲＦ電力段を使用して、信号発生器によって生成されたＲＦ入力信号に基づいてＲＦ出力信号を生成し、
少なくとも１つのサンプラーを使用して、ＲＦ電力段の出力または少なくとも２つのＲＦ電力段の電力を結合する電力結合回路の出力によって、無線周波数、ＲＦ、電力信号をサンプリングし、
少なくとも１つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成し、少なくとも１つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路を介してコントローラにデジタル信号表現を供給し、
少なくとも１つのサンプラーから信号のアナログ信号表現を生成し、少なくとも１つのサンプラーと前記コントローラとの間のアナログフィードバック経路を介して、前記信号を前記コントローラに供給し、前記デジタル制御部および前記アナログ制御部の一方または両方は、少なくとも電力増幅器、スイッチングモード電力ＲＦ源、信号発生器および／またはＤＣ電源を制御するように構成され、
コントローラを使用して、アナログ信号表現および／またはデジタル信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整する。
【００５８】
本出願では、「ＲＦ電力段」という用語は、クラスＡ、Ｂ、ＡＢの従来の意味でのＲＦ電力増幅器、または拡張されたＦ、Ｆ−逆、Ｊ、Ｊ−逆増幅器、またはクラスＤ、Ｅ、Ｓ「増幅器」トポロジーのようなスイッチモードＲＦ回路のような非増幅電力段のいずれかを意味する。電力段は、ＲＦ電力発生器の出力に供給されるべき高電力信号を生成する。半導体製造業のためのプラズマ蒸着およびプラズマエッチングなどのプラズマ用途のためのＲＦ電力発生器は、それらの出力で典型的には５００Ｗを超える電力、好ましくは１ｋＷを超える電力、および最も好ましくは２．５ｋＷを超える電力を供給しなければならない。ＲＦ電力信号は、典型的には異常を検出するために、および／またはＲＦ発生器のコントローラにフィードバックを提供するためにサンプリングされる。次に、コントローラは、ＲＦ電力信号を調整するために、電力段又はＲＦ発生器の他のサブパーツのいずれかに補正手段を送ることができる。電力発生器の他のサブパーツは、ＤＣ電圧供給部（それ自体が例えば、整流器と、それに続く整流信号を平滑化して、ＡＣ主電源と、ＤＣ／ＤＣ変換器からのＤＣ電圧を達成することを含み得る）、信号発生器（これは、電力段に先立つ低電力信号生成である）、前置増幅段（これも、電力段に先立つ）、および種々の他のサブパートを含み得る。
【００５９】
本出願では、「サンプラー」という用語は、例えば、発生器のＲＦ電力段のＲＦ出力に接続する電子部品を意味する。サンプラーは、発生器のＲＦ出力における状態を表す信号をアナログまたはデジタル制御部に供給することができる。特に、サンプラーは、例えば、機械部品として、または結合線結合器もしくは集中要素結合器としてＰＣＢ上に、またはその両方の組合せとして実装された方向性結合器（方向性が異なるスプリッタ；進行波と反射波の既知の部分を分離および結合する）であってもよく、またはサンプラーは、電圧−電流プローブ、いわゆるＶＩプローブであってもよい。方向性結合器またはＶＩプローブは、典型的には、中心周波数および動作範囲、結合、分離／指向性、挿入損失等を特徴とする相反デバイスである。複数のサンプラーは、カスケード接続されていてもよい。サンプラーにより、コントローラは、例えば、プラズマ処理システムのような接続された装置への、順方向の入射波又はそこからの反射波、又は電圧及び電流の測定値を取得できる。
【００６０】
本出願では、「コントローラ」という用語は、発生器、特に発生器のＲＦ電力出力を監視し、監視されたＲＦ電力出力に応じて発生器に対する制御変更を実施することができるＲＦ発生器の電子回路を定義する。コントローラは、少なくとも１つのデジタルフィードバック経路および少なくとも１つのアナログフィードバック経路を備える混合信号回路、または完全デジタル回路である。コントローラは、同じ回路基板上に配置されていてもよいし、異なる回路基板上に配置することもできる。
【００６１】
本出願では、「アナログフィードバック経路」という用語は、順方向及び／又は反射電圧波又は電圧及び電流のようなＲＦ電力出力の状態の定常状態又は時間変化表現を、サンプラーから、例えば、ローレベル信号発生器、電力増幅器のゲイン又は電源制御に送信することができるアナログ回路を定義する。アナログフィードバック経路は、どのデジタルコンポーネントも通過しない。しかしながら、比較器は２つの出力レベルを出力していても、比較器に続いて比較器信号のデジタル処理が実行されない場合には、アナログフィードバック経路の一部であると考えてもよい。アナログフィードバック経路の大きな特徴は、応答速度である。例えば、商業的で費用効率の高い統合型比較器は、数ｎｓまでの時間応答を有する。もちろん、対数増幅、乗算、エンベロープ検出、ピーク検出などのより複雑なアナログ処理をアナログフィードバック経路に組み込むこともできる。
【００６２】
本出願では、「デジタルフィードバック経路」という用語は、順方向及び／又は反射電圧波又は電圧及び電流のようなＲＦ電力出力の状態のデジタル的にサンプリングされた表現を、サンプラーから、例えば、ローレベル信号発生器、電力増幅器のゲイン又は電源制御に送信することができるデジタル回路を定義する。典型的には、デジタルフィードバック経路は、サンプラーに（好ましくはエイリアシングフィルタを介して）接続されたアナログデジタル変換器を備える。このように、ＲＦ電力出力の状態は、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、または適切なプログラムを実行するデジタル信号プロセッサ、再構成可能または再構成不可能ロジックなどによって、デジタル信号処理技術を使用して処理することができる。これにより、検出されたＲＦ状態に基づいて、高度なＲＦ発生器制御アルゴリズムを適用することが可能になる。
【００６３】
本出願において、コントローラによって出力されるＲＦ電力の調整に適用される「第１の状態」及び「第２の状態」という用語は、コントローラによって実行され得る広範囲の潜在的な変化を包含する。ＲＦ電力段を損傷から保護する必要性と、アプリケーションの処理基板を損傷から保護する必要性の観点から（例えば、プラズマ処理チャンバ内の半導体ウェハ）、そのような変更は、有利にはコントローラのデジタル制御部をオーバーライドするアナログ制御部によってのみ実行されてもよい。「第１の状態」から「第２の状態」に変更する別の例は、例えば、時間ベースの平均レベルよりも１０％又は２０％大きい又は小さい、印加されたＲＦ電力の中程度の変動を指す。更に、このような緩やかな変化は、プラズマ製造「レシピ」に対する応答の一部として、数秒間又は更に１分間にわたって発生するようにプログラムされ得る。このように、コントローラのデジタル制御部は、このような状況変化を正確かつ柔軟に実行することができる。任意に、デジタルコントローラは、発生器を熱ダメージから保護するように構成され、アナログコントローラは、発生器および接続された機器をアーク放電から保護するように、および／またはアプリケーションのプロセス基板をアーク放電から保護するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
本発明は、以下の図面に関連して以下に説明され、図面において、同様の数字は同様の要素を示す。電気的概略図では「ドット」によって結合された信号線は電気的に接続されたノードであるが、「ドット」なしで単に交差する信号線は電気的に接続されたノードではないという規則が適用される。電気的概略図でのさらなる規則として、増幅器の三角形シンボルは、増幅器又は増幅器の組み合わせ、あるいは実際にはあらゆる「増幅」トポロジーを表すために使用され、以下、ＲＦ電力信号を達成するために当業者に知られているＲＦ電力段と呼ばれるものを表すために使用される。「ＲＦ電力段」の場合、三角形シンボルの頂点に高出力を出力し、三角形シンボルの面にはＡＣ入力信号、ＤＣ電圧供給信号、制御信号などの他の信号線が接続されているという通常の規則が有効なままであることに変わりはない。最も簡単な変形では、電力段が増幅器であることが理解される。
【００６５】
【図１】第１実施形態に係る発生器を示す概略構成図である。
【図２】ａ）、ｂ）、およびｃ）は、任意のサンプラーアーキテクチャを示す概略構成図である。
【図３】ａ）信号変換回路を示す概略ブロック図である。  ｂ）ピーク検出器回路を示す概略構成図である。  ｃ）エンベロープ検出器回路を示す概略構成図である。  ｄ）アナログ−デジタル信号処理を示す概略構成図である。
【図４】本明細書に記載の実施形態に係る混合信号発生器コントローラを示す概略構成図である。
【図５】第１及び第２デジタル制御部、およびアナログ制御部を有するコントローラの変形例を示す概略構成図である。
【図６】第２実施形態に係るシステムを概略的に示す。
【図７】第３実施形態に係る方法を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
以下の詳細な説明は、本質的に例示的なものにすぎず、本発明または本発明の用途および使用を限定することを意図するものではない。さらに、前述の背景技術または以下の詳細な説明において提示される理論によって拘束されることを意図するものではない。
【００６７】
プラズマ処理システムにおいてＲＦプラズマを生成するために使用されるＲＦ発生器は、それらのＲＦ出力において故障状態に反応するように任意に構成可能である。例えば、接続されたプラズマ反応チャンバ内の故障状態は、発生器に戻ってくる反射電力のサージを引き起こし、発生器に損傷を与える可能性がある。
【００６８】
図１は、第１実施形態に係る発生器１０を図示するものである。この発生器は、電力増幅器１２と、電力増幅器１２の出力で無線周波数、ＲＦ、信号ＲＦＯＵＴをサンプリングするように構成された少なくとも１つのサンプラー１４と、発生器１０からＲＦ信号を出力するように構成されたＲＦ出力と、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを生成し、電力増幅器１２にＲＦ入力信号を供給するように構成された信号発生器１６とを備える。更に、デジタル制御部２０及びアナログ制御部２２を含むコントローラ１８が設けられ、ここで、デジタル制御部２０及びアナログ制御部２２の一方又は両方は、少なくとも電力増幅器１２及び／又は信号発生器１６を制御するように構成される。実際には、この制御は、電力増幅器の電源および／または入力信号レベルを変化させることによって達成される。なお、図１では、単一の電力増幅器１２が示されているが、カスケード状（直列配置）の電力増幅器を有することもできる。したがって、電力増幅器１２は、出力信号の高出力特性を生成するために、より複雑な構成、いわゆる電力段とすることができ、これは、出力信号の高電力特性を生成するために、当業者に公知の任意の既知の増幅器トポロジーとすることができる。
【００６９】
当然のことながら、発生器は、ＡＣからＤＣ電源への外部または内部電源２４を含んでもよい。任意に、インターフェース回路２６は、発生器１０を、ＲＳ−２３２、プロフィバス（登録商標）またはＣＡＮＢＵＳ（登録商標）、イーサネット、または当技術分野で知られている他の通信プロトコルなどのデジタル制御プロトコルを介して、発生器システムまたは制御システムに接続されることを可能にする。
【００７０】
したがって、少なくとも１つのアナログ信号と、好ましくは少なくとも１つのサンプラー１４と、コントローラ１８との間の順方向電力および反射電力、または電圧および電流を表す２つの信号とを備えるアナログフィードバック経路ＦＡは、少なくとも１つのサンプラー１４からの信号のアナログ信号表現がコントローラ１８に供給されることを可能にする。さらに、少なくとも１つのデジタル信号と、好ましくは少なくとも１つのサンプラー１４とコントローラ１８との間の順方向電力および反射電力、または電圧および電流を表す２つの信号とを備えるデジタルフィードバック経路ＦＤは、少なくとも１つのサンプラー１４からの信号のデジタル信号表現がコントローラに供給されることを可能にする。
【００７１】
コントローラ１８は、アナログ信号表現および／またはデジタル信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力ＲＦＯＵＴにおけるＲＦ信号を調整するように構成される。
【００７２】
コントローラのデジタル制御部２０は、例えばアナログ−デジタル変換器（図１には示されていない）によって生成されたサンプラー１４からの信号のデジタル信号表現を受信する。サンプラー１４からの信号は、アナログ−デジタル変換前にアンチエイリアシングフィルタ（図示せず）を用いて任意にフィルタリングされる。デジタル制御部２０は、組み込みコンピュータまたはプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、プログラマブルまたは非プログラマブルロジックなどで構成されていてもよい。デジタル制御部２０は、デジタルフィードバック経路のサンプラー１４側からデジタル信号表現ＦＤを受信し、デジタル比較又は計測を実行するように構成される。例えば、デジタル制御部２０は、デジタル演算を用いて、デジタル信号表現の大きさを値のルックアップテーブルと比較するように構成される。デジタル信号表現の大きさがルックアップテーブルの基準値と比較して高すぎる場合、デジタル制御部２０は、信号発生器１６及び／又は電力増幅器１２のＲＦ経路又は電源電圧のゲインのような発生器の他のコンポーネントを制御するために、ディジタルフィードフォワード信号に減衰係数を適用する。
【００７３】
ルックアップテーブルは、計算的に単純であり、したがって、デジタル比較を実行する迅速な方法である。もちろん、より高度なデジタル信号処理又はフィルタリング技術を、デジタル制御部２０によってデジタルフィードバック経路内の信号に適用して、高精度及びソフトウエアの再プログラム性を与えることができる。
【００７４】
任意に、デジタル制御部２０は、発生器を保護するために、またはアプリケーションの処理基板を保護するために、電力増幅器１２の電源を調整し、ユーザ要求およびデジタル制御部２０に格納されたサンプラー１４からのデジタルフィードバックにしたがって電源の出力レベルを下げる（ｄｅｒａｔｅ）するように構成される。
【００７５】
任意に、デジタル制御部２０は、アーク放電状態またはプレアーク放電状態を識別するように構成される。プラズマ半導体製造システムの一部のアークは、例えば、順方向及び／又は反射電力の変化など、発生器のＲＦ出力で検出可能な明確な高度な兆候を提供し、これらを示す例示的な故障状態信号を、デジタル制御部２０に保存してもよい。任意に、デジタル制御部は、デジタルフィードバック信号の故障状態をデジタル的に相関または識別し、故障の発生に先立って発生器の設定を第１の状態から第２の状態に変更することによって、故障が発生しないように、または故障がより深刻にならないように、発生器の設定を調整するように構成される。デジタル制御部のさらなるアーキテクチャについては後述する。
【００７６】
実施形態において、アナログ制御部２２は、アナログ信号表現としてサンプラー１４から定常状態または時変信号を直接的に得るように構成される。任意に、アナログ信号表現は、より高い高調波を除去するために、および／またはサンプラー１４の周波数応答を補償するために、フィルタリングされる。アナログ制御部２２は、アナログフィードフォワード経路ＦＡを使用して発生器１０の設定を直接的に制御するように構成される。アナログ制御部２２は、後述する具体的な状態においてデジタル制御部２０をオーバーライドするように構成される。例えば、サンプラー１４において、デジタル制御部２０が接続されたプロセスモジュールを保護するには遅すぎるという有害な故障状態が存在することが検出された場合、アナログ制御部は、例えば、発生器及び／又はアプリケーションの処理基板を保護するために、発生器１０の設定を、電力増幅器１２及び／又は信号発生器１６のゲイン及び／又は電源を調整する（換言すれば、アナログ制御部は、デジタル制御部２０の状態とは無関係に、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整することもできる）。
【００７７】
言い換えれば、アナログフィードバック経路ＦＡは、デジタルフィードバック経路ＦＤと並列で独立した通信経路である。
【００７８】
任意に、デジタル制御部２０とアナログ制御部２２とは、通信リンク１９によって双方向又は一方向に接続される。例えば、デジタル制御部２０は、一方向リンク１９を介してアナログ制御部２２によって生成されたアナログ割り込みフラグを監視してもよい。あるいは、デジタル制御部２０は、コントローラの異なるアナログ制御反応を可能にするために、一方向リンク１９を介して、複数の異なるアナログ制御部２２のうちの１つを動作に切り替えてもよい。任意に、リンク１９は両方の機能が実行されることを可能にする双方向性である。
【００７９】
信号発生器１６は、例えば１３ＭＨｚ、例えばプラズマ処理システムにおいて適用可能な他の周波数でＲＦ周波数信号を生成するように構成される。信号発生器１６は、コントローラによる制御に基づいて、生成された信号の振幅、位相、周波数、または高調波成分のうちの１つ以上を変化させてもよい。信号発生器１６は、正弦波のような自明な波形を生成するように構成されてもよく、又は高度なプラズマ半導体製造レシピに適用するために、高調波的に複雑な信号又は信号バーストを生成するようにプログラムされてもよい。
【００８０】
デジタル制御部２０は、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなどとして提供される場合には、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなどによって実行されると、デジタル制御部２０の機能を実行するように、デジタル制御部２０の機能を実行させる命令を含むコンピュータプログラム要素である。もちろん、本デジタル制御部は、もっぱらハードワイヤードデジタルロジックとして提供されてもよく、この例では命令を含むコンピュータプログラム要素は必要とされない。
【００８１】
動作中、発生器１０は、プラズマ処理システムのような外部負荷に接続される。発生器は、ＤＣ電源とすることができる電源２４に接続され、オンボード制御インターフェース（図１には図示せず）および／または外部通信インターフェース２６を介して提供される初期制御命令にも接続される。発生器１０は、第１の状態（安全状態）で外部負荷にＲＦ電力を印加する。サンプラー１４は、サンプラーで測定された信号のデジタル信号表現をコントローラ１８のデジタル制御部２０に供給する。サンプラー１４は、サンプラーで測定された信号のアナログ信号表現をコントローラ１８のアナログ制御部２２に供給する。デジタル制御部２０は、ＲＦ出力が故障状態に入っているか、または故障状態に近づいていることを示していると識別した場合には、故障状態が発生するのを防止するか、またはそれを改善するために、デジタルフィードバック経路ＦＤを介して発生器１０の構成要素を制御する。特に、デジタル制御部２０は、デジタル信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整する。しかし、動作的には、デジタル制御部２０が遅すぎてサンプラー１４で故障状態を識別できない場合が発生することがある。この場合、コントローラのアナログ制御部２２は、デジタル制御部２０の手前で故障状態を検知し、そのアナログ信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整する。
【００８２】
第１実施形態は、第１の状態から第２の状態へのＲＦ出力の切り替えを論じており、その最も単純な形態では、この用語が例えば、ＲＦ増幅器からの出力を単にスイッチオフすることをカバーし得ることが理解されよう。しかしながら、この用語は、広範囲の可能性を包含する。例えば、ゲイン又は電源レベルが徐々に変化して、ＲＦ出力レベルがより緩やかに変化すると、第１の状態から第２の状態への変化として認定される。さらに、信号の位相又は高調波含有率の変化は、第１の状態から第２の状態への変化として認められる。
【００８３】
図２は、サンプラー１４のための３つの任意の構成を示す。
【００８４】
図２ａ）は、第１サンプラー１４ａ１および第２サンプラー１４ａ２を含むサンプラー１４に接続された出力を有する電力増幅器１２ａを示す。第１サンプラー１４ａ１は、１つ以上の出力信号ＯＡ１、ＯＡ２をアナログフィードバック経路ＦＡに供給する。２つのアナログ出力信号経路ＯＡ１、ＯＡ２は、図２ａ）に示されており、これらは、例えば、順方向電力または反射電力を表す単一の差動アナログ信号、または例えば順方向電力および反射電力を表す２つのアナログ信号、デュアルシングルエンド信号線を提供してもよい。したがって、アナログ信号表現は、サンプラー１４ａ１によって供給される。
【００８５】
第２サンプラー１４ａ２は、デジタル経路信号ＯＤ１、ＯＤ２を供給する。初期状態では、第２サンプラー１４からのデジタル経路信号ＯＤ１、ＯＤ２は、アナログ信号であり、アナログ／デジタル変換器（図示せず）を使用してデジタル化される。デジタル経路信号ＯＤ１、ＯＤ２は、ＲＦ出力信号ＲＦｏｕｔ１における順方向電力または反射電力のいずれかの単一の差動信号を表してもよく、または代替的にＲＦ出力ＲＦｏｕｔ１における順方向電力および反射電力のシングルエンド信号を表してもよい。図示しない実施形態では、デジタル経路信号ＯＤ１、ＯＤ２が順方向電力および反射電力を表す二重差動信号であってもよい。多数のさらなる信号線を提供することができ、図示されたものは例示の目的のためのものである。例えば、サンプラー１４からの順方向電力及び／又は反射電力の計測を提供する二重差動信号線である。したがって、プレデジタル信号表現は、サンプラー１４ａ２によって供給される。プレデジタル信号表現は、アナログデジタル変換器（図示せず）を用いてデジタル信号表現に変換される。
【００８６】
第１サンプラー１４ａ１および第２サンプラー１４ａ２は、電力増幅器１２ａの出力における第１サンプラーによって測定された信号と、ＲＦ出力ＲＦｏｕｔ１において測定された信号とが、無視できる程度の大きさだけ異なることを可能にするのに十分に小さい、発生器の関連する動作周波数レンジにわたる結合を有するように設計される。続いて、アナログおよびデジタルフィードバック経路のダイナミックレンジ、応答速度、線形性、位相シフト、および他の要因は、それぞれの経路を実装するために使用されるアナログまたはデジタル電子機器によって規定される。
【００８７】
図２ｂ）は、第１の１４ｂ１および第２の１４ｂ２サンプラーを備えるサンプラー１４に接続された出力を有する電力増幅器１２ｂを示す。第１サンプラー１４ｂ１は、デジタルフィードバック経路ＦＤに、１つ以上の出力信号ＯＤ１、ＯＤ２を供給する。第２サンプラー１４ｂ２は、アナログフィードバック経路ＦＡに、１つ以上のアナログ出力信号ＯＡ１、ＯＡ２を供給する。多数のさらなる信号線を設けることができ、図示されたものは例示の目的のためのものである。例えば、サンプラー１４からの順方向電力及び／又は反射電力の計測を提供する二重差動信号線が設けられる。したがって、特定の順序におけるＲＦ出力ＲＦＯＵＴにおけるサンプラーの順序配置は必須ではない。もちろん、追加のフィードバック信号を供給するために、図２ａ）および図２ｂ）の構成に、任意の数の追加のサンプラーを設けてもよい。
【００８８】
図２ｃ）は、電力増幅器１２Ｃの出力に接続された１つのサンプラー１４ｃ１を使用する代替的なサンプラーアーキテクチャを示す。第１ＲＦスプリッタ１４ｃ２は、サンプリングされたＲＦ信号を分割し、それをアナログ出力信号ＯＡ１として、また（アナログデジタル変換器ＡＤＣを介して）デジタル出力信号ＯＤ１として供給する。第２ＲＦスプリッタ１４ｃ３は、サンプリングされたＲＦ信号を分割し、それをアナログ信号ＯＡ２として、また（別のＡＤＣを介して）デジタル信号ＯＤ２として供給する。スプリッタを使用することにより、第１および第２のＲＦスプリッタによるチャネル出力間の分離が潜在的に低減されるが、このアーキテクチャはそれにもかかわらず、費用削減を可能にすることができる。
【００８９】
図３ａ）は、サンプラー１４からデジタル信号表現を得るためのデジタル信号加工チェーンを示す。デジタル信号処理チェーンの機能は、サンプラー１４からの連続的に変化するアナログ信号を、連続的に変化するアナログ信号の離散的な数値表現に変換することである。サンプラー１４からの入力信号２９は、アンチエイリアシングフィルタ３０によって任意にフィルタリングされる。任意にフィルタリングされた信号３１は、アナログデジタル変換器３２（ＡＤＣ）に入力される。多くのタイプのＡＤＣを使用することができるのは、ＲＦ発生器の性能上の制約と、デジタル制御部の指定要件に依存する。例えば、直接変換ＡＤＣ、デルタ符号化ＡＤＣ、シグマ−デルタＡＤＣ、および当業者に知られている他のトポロジーなどである。ＡＤＣは、デジタルフィードバック経路ＦＤに沿った伝送（任意に直列または並列に伝送）のためのデジタルワード３３として、サンプラーからの信号のデジタル化された表現を供給する。デジタル制御部３４ａは、デジタル化された表現を受信する。デジタル制御部３４ａは、増幅器バイアス制御、増幅器電源制御、信号発生器出力レベル制御等のうちの１つ以上のような、制御信号３５ａを出力するための一連のプロセスを提供するように構成される。さらに、デジタル制御部３４ａは、発生器の動作パラメータを外部インターフェース回路２６に通信することができる。
【００９０】
前述のように、コントローラ１８のデジタル制御部３４ａは、組み込みコンピュータ、組み込みマイクロプロセッサ、固定またはプログラム可能な論理（ＦＰＧＡなど）、デジタル信号プロセッサ、またはデジタル制御部３４ａによって実行される計算または信号処理の性質に依存するそのようなデバイスの組み合わせとして実装される。デジタル制御部３４ａが、粗い反応を利用して第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するだけでよい場合（故障状態が検出されたときにＲＦ増幅器電力を突然落とすなど）、比較的プリミティブなロジックを使用することができる。あるいは、デジタル制御部３４ａが、複雑なデジタル信号処理に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整することのみを必要とする場合、デジタル信号プロセッサまたは組み込みマイクロプロセッサが必要とされる。
【００９１】
図３ｂ）〜ｄ）は、アナログ制御部において、またはアナログ制御部として使用され得る任意の回路である。
【００９２】
図３ｂ）は、アナログ制御回路３５ｂへの入力としてのピーク検出器３６を示す。ピーク検出器３６の機能は、サンプラー１４から連続的に変化するアナログ信号を得て、その信号の最高値を（任意に、所与のタイムウィンドウにわたって）保持することである。したがって、ピーク検出器３６は、適当な時定数を有するダイオード／ＲＣネットワークとして実装することができる。ピーク検出器３６の出力は、比較器４０への第１の入力として供給される。固定閾値３８は、比較器４０への第２の入力として供給される。一例として、固定閾値３８を下回るピークが検出された場合、比較器の出力は満たされない条件を示す「低」または「負」である。固定閾値３８を上回るピークが検出された場合、比較器の出力は、条件が満たされる条件を示す「高」または「正」である。この準アナログ信号は、直接出力信号３５ｂとして、例えば、ローレベル信号発生器１６制御、増幅器バイアス制御、又は増幅器電源制御へ供給される。任意に、直接出力信号はデジタル制御部２０への入力として（例えば、割り込みフラグとして）供給され得る。これにより、デジタル制御部は、ピーク検出器の出力に基づいて、その処理を適応ことができる。
【００９３】
図３ｃ）はエンベロープ検出器４２を示す。任意に、エンベロープ検出器４２は、対数検出器である。エンベロープ検出器の機能は、比較的高周波の信号（ＲＦ出力信号など）に追従し、より短い時間間隔にわたってその振幅を追跡することである。エンベロープ検出器は、例えば、ＲＣネットワークで実現されてもよい。エンベロープ検出器４２の出力は、アナログ処理回路３４ｃに入力され、例えば、ローレベル信号発生器１６制御、増幅器バイアス制御、または増幅器電源制御への直接出力信号３５ｃとして供給され得る。
【００９４】
図３ｄ）は、混合信号処理の例を示す。エンベロープ検出器４６は、サンプラー１４に接続され、サンプリングされた信号のエンベロープ信号４７を供給する。ＡＤＣ４８は、エンベロープのアナログ値を表すデジタル信号４９をデジタル制御部３４ｄに供給する。出力信号３５ｄは、例えば、ローレベル信号発生器１６制御、増幅器バイアス制御、又は増幅器電源制御に供給され得る。
【００９５】
当業者は、多くのアナログインターフェース回路を使用してアナログフィードバック経路を提供することができることを理解するであろう。第１実施形態に係る発生器では、アナログフィードバック経路の少なくとも一部がＲＦ増幅器および／または信号発生器、または任意に遮断器（ＲＦスイッチ）に直接的に接続されており、アナログ信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成される。つまり、アナログフィードバック経路は、デジタル制御部をバイパスする。
【００９６】
図４は、第１実施形態の実施形態による発生器の具体例を提供する。
【００９７】
図４に示すように、電力段１２への入力として信号発生器１６を備える発生器信号チェーンが設けられる。電源２４は、発生器（および電力増幅器）に電源を供給する。電力増幅器１２の出力は、サンプラー１４（第１サンプラー１４ａ及び第２サンプラー１４ｂからなる）を通過する。
【００９８】
第１サンプラー１４ａは、アナログフィードバック経路ＦＡの第１のノードである。任意に、第１サンプラー１４ａは、例えば、フィルタ５０ａ、ログエンベロープ検出器５２、ＡＤＣ５８を含む混合信号フィードバック経路ＦＭを提供し、デジタル制御部２０に入力を供給する。すなわち、ログエンベロープ検出器５２は、ＡＤＣ５８によるデジタル化に先立って、信号ダイナミックレンジ圧縮のようなアナログ信号処理を行う。
【００９９】
第２サンプラー１４ｂは、デジタルフィードバック経路ＦＤ、ＦＤ１、ＦＤ２の第１のノードである。この例では、デジタルフィードバック経路は、順方向電力を定義するデジタルフィードバック経路Ｆｄ１と、ＦＯＵＴ時の反射電力を定義するＦＤ２とを含む。ＡＤＣ５４および５６は、アンチエイリアシングフィルタ５０ｃおよび５０ｄを介して、第２サンプラー１４ｂからの順方向電力および反射電力信号をデジタル化し、それらを第１および第２デジタル信号表現としてデジタル制御部２０に供給する。
【０１００】
スプリッタ６０は、アナログフィードバック経路ＦＡからアナログ信号表現を受信する。この例では、アナログフィードバック経路の第１の分岐は、アナログ信号をさらにログエンベロープ検出器６２、ＡＤＣ６４、およびデジタル制御部２０に供給する。アナログフィードバック経路ＦＡの第２の分岐は、ピーク検出器６６に入力される。ピーク検出器６６は、第１の入力を第１比較器６８および第２比較器７２に供給する。第１閾値ユニット７０および第２閾値ユニット７４は、デジタル制御部２０から第１および第２比較器６８、７２のそれぞれの入力へのプリセットとして、第１および第２の閾値レベルを提供する。
【０１０１】
第１高速アナログ制御回路７６は、その入力を第１比較器６８から、また任意にデジタル制御部２０からデジタルアナログ変換器８０（ＤＡＣ）を介して取得する。第１高速アナログ制御回路７６の機能は、電力増幅器１２のＲＦ出力レベルを制御することである。
【０１０２】
第２高速アナログ制御回路７８は、その入力を第２比較器７２から取得する。第２高速アナログ制御回路７８の機能は、例えば、電力増幅器１２のバイアスレベルを制御することである。
【０１０３】
したがって、第１サンプラー１４ａと電力増幅器１２制御との間には直接的なアナログフィードバック経路が存在することが分かる。この経路は、フィルタ５０ｂ、スプリッタ６０、ピーク検出器６６、第１比較器６８、およびアナログ制御回路７６を含む。スプリッタ６０、ログエンベロープ検出器６２、およびＡＤＣ６４を介して提供される経路は例えば、アナログ信号表現に基づくデジタル制御回路割り込みフラグとして機能する。
【０１０４】
図４の回路は、デジタル信号経路のための方向性結合器としての別個の方向性結合器と、アナログ信号経路のためのピックアップとしての別個の方向性結合器とを備えており、非常に柔軟である。アナログ信号経路ＦＡ上のＲＦスプリッタ６０は、複数のアナログ処理技術の任意の並列提供を可能にする。高精度デジタル信号処理は、オプションとして、少なくとも、電力増幅器１２に入力されるローレベルＲＦ信号の生成および増幅器電圧を制御する。オプションの高ダイナミックレンジ混合信号処理は、電力増幅器１２に入力されるローレベルＲＦ信号を制御する。任意に、２つの比較器６８、７２が設けられ、１つは高速アーク管理用であり、１つは高速増幅器保護および／またはアプリケーションの処理基板の高速保護用である。
【０１０５】
任意に、アナログおよびデジタルフィードバック経路は、回路保護または絶縁を使用して、高出力ＲＦ出力から保護されてもよい。例えば、ガルバニ絶縁は、光アイソレータ（図示せず）を使用して提供することができる。
【０１０６】
図５は、第１の態様の実施形態として、開発された発生器制御トポロジーを示す図である。コントローラ１８は、アナログ制御部２２と、第１デジタル制御部２０ａと、第２デジタル制御部２０ｂとを備える。アナログ制御部は、その入力をサンプラー１４ｅから受信する。第１及び第２デジタル制御部は、サンプラー１４ｄからそれらのデジタル入力を受信する。事実上、第１デジタルフィードバック経路ＦＤ１および第２デジタルフィードバック経路ＦＤ２は、デジタル信号表現のコピーをそれぞれ第１デジタル制御部２０ａおよび第２デジタル制御部２０ｂに提供する。しかし、第１デジタル制御部２０ａは、例えば、組み込みコンピュータ、マイクロプロセッサ、またはデジタル信号プロセッサを使用して実装される。第２デジタル制御部は、例えば、ハードワイヤードロジック、フィールドプログラマブルゲートアレイ、ＥＥＰＲＯＭ、または再構成可能な部分を有するフィールドプログラマブルゲートアレイを用いて実装される。この効果は、第２デジタル部が第１デジタル制御部２０ａの組み込みプロセッサ上で実行されるプログラムよりもはるかに応答時間が短い（マイクロ秒またはミリ秒のオーダ）ことである。第１デジタル制御部２０ａは、構成インターフェース２１を使用して第２デジタル制御部を構成するために使用される。
【０１０７】
第２デジタル制御部２０ｂは、デジタル信号表現ＦＤ２に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整するように構成されてもよい。任意に、第２デジタル制御部２０ｂは、インターフェース２３を介してアナログ制御部２２を監視するように構成される。
【０１０８】
この結果、フィールドプログラマブルゲートアレイのような部分的に再プログラミング可能または構成可能な高速ロジック回路を使用して、低速ディジタルプロセッサと比較的柔軟性のないアナログ回路との間のトレードオフからゲインを得る故障状態中に発生器を制御するために使用されてもよい。
【０１０９】
図６は、上述の第１実施形態またはその実施形態に係る発生器８４と、発生器からＲＦ信号を受信するように構成された半導体処理モジュール８６から構成された第２実施形態に係るプラズマ処理システム８２と、を含む。
【０１１０】
半導体処理モジュールは、例えば、シリコンウェハのプラズマ処理（プラズマエッチング、またはプラズマ蒸着）のためのプラズマチャンバ８８を備える。したがって、プラズマチャンバは、シリコンウェハの近傍に処理ガスを収容することができる気密モジュールである。プラズマチャンバは、典型的には、基板／ウェハ搬送システム（図示せず）と嵌合することができるシール可能な開口部を備えている。第１および第２の電極は、チャンバ内の適切な位置に設けられる。第１および第２の電極は、任意に中間インピーダンス整合ネットワーク（図示せず）によって発生器８４に接続される。接続部は、例えば、高出力同軸コネクタ及び／又はバスバーを含む。ＲＦ発生器がＲＦ電力信号を発生させ、それが半導体処理モジュールの電極に供給されると、高出力ＲＦ信号は、第１の電極と第２の電極との間に急激に変化する電場を誘起し、これは、適切なプロセスガスの存在下で、処理プラズマを形成することを可能にする。
【０１１１】
図７は、第３実施形態に係る発生器コントローラを動作させるための第３実施形態にしたがった方法を示す図である。
ＲＦ電力段を用いて、信号発生器によって生成されたＲＦ入力信号に基づいてＲＦ出力信号を生成し（９０）、
少なくとも１つのサンプラーを使用して、ＲＦ電力段の出力における無線周波数、ＲＦ、信号をサンプリングし（９２）、
少なくとも１つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成し、少なくとも１つのサンプラーとコントローラとの間のデジタルフィードバック経路を介して、デジタル信号表現をコントローラに供給し（９４）、
少なくとも１つのサンプラーからの信号のアナログ信号表現を生成し、少なくとも１つのサンプラーとコントローラとの間のアナログフィードバック経路を介して信号をコントローラに供給し、デジタル制御部およびアナログ制御部の一方または両方は少なくともＲＦ電力段および／または信号発生器を制御するように構成され（９６）、
コントローラを用いて、アナログ信号表現および／またはデジタル信号表現に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整する（９８）方法である。
【０１１２】
本方法の一実施形態では、少なくとも１つのサンプラーがＲＦ電力段の出力にカスケード（直列）に接続された第１及び第２サンプラーを含む。第１サンプラーはデジタルフィードバック経路のためにプレデジタル化された信号を供給し、第２サンプラーは、少なくとも１つのサンプラーからアナログフィードバック経路へのアナログ信号表現を供給する。
【０１１３】
本方法の一実施形態では、なくとも１つのサンプラーは、ＲＦ電力段の出力に接続された第１サンプラーを備え、発生器は第１サンプラーの出力に接続された第１および第２スプリッタを備える。第１スプリッタはデジタルフィードバック経路のためのプレデジタル化された信号を供給し、第２スプリッタは、少なくとも１つのサンプラーからアナログフィードバック経路へのアナログ信号表現を供給する。
【０１１４】
本方法の一実施形態では、少なくとも１つのサンプラーが順方向ＲＦ信号及び反射ＲＦ信号をアナログフィードバック経路及び／又はデジタルフィードバック経路に供給する。
【０１１５】
本方法の一実施形態では、少なくとも１つのサンプラーは、少なくとも１つの方向性結合器であるか、またはそれを含む。
【０１１６】
本方法の一実施形態では、デジタルフィードバック経路が少なくとも１つのサンプラーから信号のデジタル信号表現を生成するように構成された少なくとも１つのアナログデジタル変換器を含み、好ましくはプレアナログデジタル変換器フィルタを含む。
【０１１７】
本方法の一実施形態では、デジタル信号表現は、コントローラのデジタル制御部に供給される。
【０１１８】
本方法の一実施形態では、コントローラのデジタル制御部は、デジタル信号表現を取得し、デジタル信号表現に基づいて、電力増幅器及び／又はＲＦ入力信号のゲイン及び／又は電源レベルを調整する。
【０１１９】
本方法の一実施形態では、少なくとも１つのアナログデジタル変換器は、オーバーサンプリングされた信号を供給するために、信号発生器によって生成されたＲＦ入力信号の周波数サイクルあたり少なくとも２つのサンプルだけ、少なくとも１つのサンプラーからの信号をオーバーサンプリングする。
【０１２０】
本方法の一実施形態では、デジタル制御部は、オーバーサンプリングされた信号を使用して、順方向電力測定値及び／又は反射電力測定値、好ましくは負荷インピーダンスを取得する。
【０１２１】
本方法の一実施形態では、コントローラは、コントローラのデジタル制御部によって制御されるデジタルアナログ変換器をさらに備え、デジタルアナログ変換器は、ＲＦ電力段への制御信号及び／又は発生器及び／又はＲＦ入力信号の電源を供給する。
【０１２２】
本方法の一実施形態では、コントローラがアナログ制御部とＲＦ電力段との間に直接アナログ制御経路をさらに備える。
【０１２３】
本方法の一実施形態では、コントローラのデジタル制御部がデジタル信号表現を取得し、ＲＦ電力段の出力における信号が正常動作状態を表すか、または故障状態を表すかを検出する。
【０１２４】
本方法の一実施形態では、第１の状態および／または第２の状態が発生器の期待される状態を定義し、故障状態は発生器のＲＦ出力に接続されたプラズマチャンバ内のアーク放電状態を定義する。
【０１２５】
本方法の一実施形態では、コントローラのデジタル制御部がデジタル信号表現と複数の故障状態を規定する記憶デジタル信号とを比較することによってデジタル信号表現のデジタル比較を実行し、コントローラのデジタル制御部はデジタル比較の結果に基づいて、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整する。
【０１２６】
本方法の一実施形態では、コントローラのアナログ制御部がデジタル制御部をバイパスするか、または変更するように構成される。
【０１２７】
本方法の一実施形態では、デジタル制御部をバイパスするか又はオーバーライドことは、デジタル制御部が、異常な動作状態を特定しておらず、アナログ制御部が異常な動作状態を特定している場合に、アナログ信号表現のみに基づいて、コントローラに、第１の状態から第２の状態にＲＦ出力におけるＲＦ信号を調整させる。
【０１２８】
本方法の一実施形態では、アナログ制御部は、デジタル制御部をバイパスまたは変更するときに、デジタル制御部に割り込み信号を供給する。
【０１２９】
本発明の前述の詳細な説明では少なくとも１つの例示的な実施形態を提示したが、膨大な数の変形形態が存在することを理解されたい。また、例示的な実施形態または例示的な実施形態は、例に過ぎず、本発明の範囲、適用可能性、または構成を何らかの形で限定することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、前述の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実施するための便利なロードマップを当業者に提供するのであろう。添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態で説明された要素の機能および配置に様々な変更を加えることができることを理解されたい。
【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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