(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、負荷の第2の電極に接続され、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器であって、前記第1および第2のRF発生器が、前記第1および第2の電極にそれぞれのRF電圧を提供する、第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと
を備え、
前記第1のデジタル通信ポートおよび前記第2のデジタル通信ポートが接続され、前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、前記第1のデジタル通信ポートと前記第2のデジタル通信ポートを介して通信するように構成され、
前記第2のRF発生器が、前記第2のRF信号の調整を要求するために、前記第2のデジタル通信ポートを介して前記第1のRF発生器に要求を通信するように構成され、前記第1のRF発生器が、前記第2のRF信号を調整するために、前記第2のRF発生器に印加されるRF制御信号を変化させるように構成された、RFシステム。
【請求項２】
前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するように構成されたDC電源をさらに備え、前記コントローラが、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するために前記DCレール電圧を変化させるように構成された、請求項1に記載のRFシステム。
【請求項３】
前記コントローラが、前記第2のRF信号の位相を変化させるように構成された、請求項2に記載のRFシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、前記第1のRF信号の位相と前記第2のRF信号の前記位相とを決定し、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差を制御するように構成され、前記コントローラが、前記位相差に従って前記第2のRF信号の前記位相を変化させるように構成された、請求項3に記載のRFシステム。
【請求項５】
前記コントローラが、前記第2のRF信号の位相を変化させるように構成された、請求項1に記載のRFシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、前記第1のRF信号の位相と前記第2のRF信号の前記位相とを決定し、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差を決定するように構成され、前記コントローラが、前記位相差に従って前記第2のRF信号の前記位相を変化させるように構成された、請求項5に記載のRFシステム。
【請求項７】
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、前記第1および第2の電極にソースまたはバイアス電圧のうちの一方を提供するように構成された、請求項6に記載のRFシステム。
【請求項８】
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、前記第1および第2の電極にソースまたはバイアス電圧のうちの一方を提供するように構成された、請求項1に記載のRFシステム。
【請求項９】
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、連続波動作モードまたはパルス動作モードのうちの1つにおいて動作するように構成された、請求項1に記載のRFシステム。
【請求項１０】
パルス動作モードにおいて、前記第1のRF発生器は、前記第2のRF発生器のパルシングを制御するために前記第2のRF発生器にパルス同期信号を出力する、請求項9に記載のRFシステム。
【請求項１１】
前記調整が、前記第2のRF信号の振幅または位相のうちの1つである、請求項1に記載のRFシステム。
【請求項１２】
前記第2のRF発生器が、前記第2のRF信号のパルシングの調整を要求するために、前記第2のデジタル通信ポートを介して前記第1のRF発生器に要求を通信ように構成され、前記第1のRF発生器が、前記第2のRF信号のパルシングを調整するために、前記第2のRF発生器に印加されるパルス制御信号を変化させるように構成された、請求項1に記載のRFシステム。
【請求項１３】
前記調整が、パルス繰り返し率、電力レベル、またはデューティサイクルのうちの1つである、請求項12に記載のRFシステム。
【請求項１４】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、負荷の第2の電極に接続され、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器であって、前記第1および第2のRF発生器が、前記第1および第2の電極にそれぞれのRF電圧を提供する、第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと
を備え、
前記第1のRF信号の少なくとも1つの第1の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第1の電気的特性に従って第1のセンサ出力信号を生成するように構成された第1のセンサと、
前記第2のRF信号の少なくとも1つの第2の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第2の電気的特性に従って第2のセンサ出力信号を生成するように構成された第2のセンサと
をさらに備え、
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、前記第1のRF発生器から前記第2のRF発生器に通信されるRF制御信号に従って実質的に同じ周波数において動作し、
前記コントローラが、前記少なくとも1つの第1の電気的特性と前記少なくとも1つの第2の電気的特性とを受信し、前記コントローラが、前記第2のRF信号または前記第2のRF信号のパルシングのうちの少なくとも1つが調整を要求するかどうかを判定し、要求された調整を前記第1のRF発生器に通信する、RFシステム。
【請求項１５】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、負荷の第2の電極に接続され、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器であって、前記第1および第2のRF発生器が、前記第1および第2の電極にそれぞれのRF電圧を提供する、第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと
を備え、
前記第1のRF信号の少なくとも1つの第1の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第1の電気的特性に従って第1のセンサ出力信号を生成するように構成された第1のセンサと、
電力増幅器と、
前記電力増幅器にDC電圧を出力するように構成されたDC発生器と
をさらに備え、
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、前記第1のRF発生器から前記第2のRF発生器に通信されるRF制御信号に従って実質的に同じ周波数において動作し、
前記コントローラが、前記少なくとも1つの第1の電気的特性を受信ように構成され、前記コントローラが、前記DC発生器に関する設定点を決定するように構成され、前記コントローラが、前記設定点に従って変化するDC制御信号を生成し、前記DC電圧を変化させるために前記DC発生器に前記DC制御信号を通信するように構成された、RFシステム。
【請求項１６】
前記第2のRF発生器が、前記DC発生器、または前記第1のRF発生器と前記第2のRF発生器とを接続するDCバスのうちの1つにエネルギーを戻すように前記電力増幅器内に配置された誘導クランプ回路をさらに備える、請求項15に記載のRFシステム。
【請求項１７】
前記第2のRF発生器が、
前記電力増幅器内に配置された誘導クランプ回路と、
電力増幅器と通信するように構成された可変抵抗であって、前記可変抵抗が、前記誘導クランプ回路によって通信されるエネルギーを放散するように構成された、可変抵抗と
をさらに備える、請求項15に記載のRFシステム。
【請求項１８】
前記コントローラが、可変抵抗によって放散されるべき所望のエネルギーに従って変化する抵抗制御信号を生成するように構成された、請求項17に記載のRFシステム。
【請求項１９】
前記抵抗制御信号が、パルス幅変調信号またはパルス密度変調信号である、請求項18に記載のRFシステム。
【請求項２０】
前記コントローラが、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って前記第2のRF信号の位相を変化させること、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させることであって、DC電源が前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、こと、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために前記第2のRF信号の位相と前記DCレール電圧とを変化させることであって、DC電源が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記第2のRF発生器の前記電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、こと
のうちの少なくとも1つを行うように構成された、請求項1に記載のRFシステム。
【請求項２１】
負荷内の電極に第1のRF電力を供給するためのRF電力システムであって、
プロセッサと、
メモリと
を備え、前記メモリが、前記プロセッサによって実行可能で、
前記第1のRF電力の電圧が所定の電力設定点に等しいかどうかを判定し、
前記第1のRF電力と第2のRF電力との間の位相差が所定の位相デルタに等しいかどうかを判定し、
前記第1のRF電力と前記第2のRF電力との間の前記位相差に従って前記第1のRF電力の位相、
前記第1のRF電力の電気的特性に従って前記第1のRF電力のRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させること、または、
前記第1のRF電力と前記第2のRF電力との間の前記位相差と、前記第1のRF電力の前記電気的特性の両方に従って、前記第1のRF電力を制御するために、前記第1のRF電力の位相とDCレール電圧とを変化させること
のうちの少なくとも1つを制御するように構成された命令を記憶し、
前記命令が、前記第1のRF電力の前記位相を調整する要求を生成するようにさらに構成され、前記第2のRF電力が、前記第1のRF電力に関する制御信号に従って変化する、RF電力システム。
【請求項２２】
DC電源が、前記第1のRF電力を生成する電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、請求項21に記載のRF電力システム。
【請求項２３】
前記命令が、前記DCレール電圧を提供する可変DC電源への制御信号を生成するようにさらに構成された、請求項21に記載のRF電力システム。
【請求項２４】
前記DCレール電圧が前記制御に従って変化する、請求項23に記載のRF電力システム。
【請求項２５】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、前記負荷の第2の電極に接続し、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと、
前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するように構成されたDC電源であって、前記コントローラが、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するために前記DCレール電圧を変化させるように構成された、DC電源と
を備え、
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、実質的に同じRF周波数において動作するように構成され、
前記コントローラが、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って第2のRF信号の位相を変化させること、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させることであって、DC電源が前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、こと、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために前記第2のRF信号の位相とDCレール電圧とを変化させることであって、DC電源が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記第2のRF発生器の前記電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供すること
のうちの少なくとも1つを行うように構成され、
前記第2のRF発生器が、第2のRF信号の調整を要求するために、前記第2のデジタル通信ポートを介して前記第1のRF発生器に要求を通信するように構成され、前記第1のRF発生器が、前記第2のRF信号を調整するために、前記第2のRF発生器に印加されるRF制御信号を変化させるように構成された、RFシステム。
【請求項２６】
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、ソースまたはバイアス電圧のうちの一方を前記第1および第2の電極に提供する、請求項25に記載のRFシステム。
【請求項２７】
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、連続波動作モードまたはパルス動作モードのうちの1つにおいて動作する、請求項25に記載のRFシステム。
【請求項２８】
前記調整が、前記第2のRF信号の振幅または位相のうちの1つである、請求項25に記載のRFシステム。
【請求項２９】
前記第2のRF発生器が、第2のRF信号のパルシングの調整を要求するために、前記第2のデジタル通信ポートを介して前記第1のRF発生器に要求を通信するように構成され、前記第1のRF発生器が、前記第2のRF信号のパルシングを調整するために、前記第2のRF発生器に印加されるパルス制御信号を変化させるように構成された、請求項25に記載のRFシステム。
【請求項３０】
前記調整が、パルス繰り返し率、電力レベル、またはデューティサイクルのうちの1つである、請求項29に記載のRFシステム。
【請求項３１】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、前記負荷の第2の電極に接続し、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと、
前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するように構成されたDC電源であって、前記コントローラが、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するために前記DCレール電圧を変化させるように構成された、DC電源と
を備え、
前記第2のRF発生器が、
前記第1のRF信号の少なくとも1つの第1の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第1の電気的特性に従って第1のセンサ出力信号を生成するように構成された第1のセンサと、
前記第2のRF信号の少なくとも1つの第2の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第2の電気的特性に従って第2のセンサ出力信号を生成するように構成された第2のセンサと
をさらに備え、
前記コントローラが、前記少なくとも1つの第1の電気的特性と前記少なくとも1つの第2の電気的特性とを受信するように構成された、前記コントローラが、前記第2のRF信号または前記第2のRF信号のパルシングのうちの少なくとも1つが調整を要求するかどうかを判定し、要求された調整を前記第1のRF発生器に通信するように構成され、
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、実質的に同じRF周波数において動作するように構成され、
前記コントローラが、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って第2のRF信号の位相を変化させること、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させることであって、DC電源が前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、こと、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために前記第2のRF信号の位相とDCレール電圧とを変化させることであって、DC電源が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記第2のRF発生器の前記電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供すること
のうちの少なくとも1つを行うように構成された、RFシステム。
【請求項３２】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、前記負荷の第2の電極に接続し、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと、
前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するように構成されたDC電源であって、前記コントローラが、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するために前記DCレール電圧を変化させるように構成された、DC電源と
を備え、
前記第2のRF発生器が、
前記第1のRF信号の少なくとも1つの第1の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第1の電気的特性に従って第1のセンサ出力信号を生成する第1のセンサと、
電力増幅器と、
前記電力増幅器にDC電圧を出力するように構成されたDC発生器と
をさらに備え、
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、実質的に同じRF周波数において動作するように構成され、
前記コントローラが、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って第2のRF信号の位相を変化させること、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させることであって、DC電源が前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、こと、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために前記第2のRF信号の位相とDCレール電圧とを変化させることであって、DC電源が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記第2のRF発生器の前記電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供すること
のうちの少なくとも1つを行うように構成され、
前記コントローラが、前記少なくとも1つの第1の電気的特性を受信し、前記コントローラが、前記DC発生器に関する設定点を決定し、前記コントローラが、前記設定点に従って変化するDC制御信号を生成し、前記DC電圧を変化させるために前記DC発生器に前記DC制御信号を通信する、RFシステム。
【請求項３３】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、前記負荷の第2の電極に接続し、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと、
前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するように構成されたDC電源であって、前記コントローラが、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するために前記DCレール電圧を変化させるように構成された、DC電源と
を備え、
前記第2のRF発生器が、
前記電力増幅器内に配置された誘導クランプ回路と、
電力増幅器と通信するように構成された可変抵抗であって、前記可変抵抗が、前記誘導クランプ回路によって通信されるエネルギーを放散するように構成された、可変抵抗と
をさらに備え、
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、実質的に同じRF周波数において動作するように構成され、
前記コントローラが、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って第2のRF信号の位相を変化させること、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させることであって、DC電源が前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、こと、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために前記第2のRF信号の位相とDCレール電圧とを変化させることであって、DC電源が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記第2のRF発生器の前記電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供すること
のうちの少なくとも1つを行うように構成された、RFシステム。
【請求項３４】
前記コントローラが、可変抵抗によって放散されるべき所望のエネルギーに従って変化する抵抗制御信号を生成するように構成された、請求項33に記載のRFシステム。
【請求項３５】
前記抵抗制御信号が、パルス幅変調信号またはパルス密度変調信号である、請求項34に記載のRFシステム。
【請求項３６】
前記第2のRF発生器が、DC発生器、または前記第1のRF発生器と前記第2のRF発生器とを接続するDCバスのうちの1つにエネルギーを戻すように前記電力増幅器内に配置された誘導クランプ回路をさらに備える、請求項33に記載のRFシステム。
【請求項３７】
RF電力システムを動作させる方法であって、前記方法が、
負荷の第1の電極に印加される第1のRF信号を生成するステップと、
前記負荷の第2の電極に印加される第2のRF信号を生成するステップと、
前記第2のRF信号を生成し、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させる電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するステップと、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って前記第2のRF信号の位相を変化させるステップ、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させるステップであって、前記DCレール電圧が前記第2のRF信号を生成する電力増幅器を駆動する、ステップ、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために、前記第2のRF信号の位相と前記DCレール電圧とを変化させるステップであって、前記DCレール電圧が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記電力増幅器に電力供給する、ステップの
うちの少なくとも1つと
を含み、
前記第2のRF信号のパルシングを調整するために、パルス制御信号に従って前記第2のRF信号をパルシングするステップをさらに含む、方法。
【請求項３８】
連続波動作モードまたはパルス動作モードのうちの1つにおいて前記第2のRF信号を生成するステップをさらに含む、請求項37に記載の方法。
【請求項３９】
RF電力システムを動作させる方法であって、前記方法が、
負荷の第1の電極に印加される第1のRF信号を生成するステップと、
前記負荷の第2の電極に印加される第2のRF信号を生成するステップと、
前記第2のRF信号を生成し、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させる電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するステップと、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って前記第2のRF信号の位相を変化させるステップ、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させるステップであって、前記DCレール電圧が前記第2のRF信号を生成する電力増幅器を駆動する、ステップ、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために、前記第2のRF信号の位相と前記DCレール電圧とを変化させるステップであって、前記DCレール電圧が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記電力増幅器に電力供給する、ステップ
のうちの少なくとも1つと
を含み、
前記第1のRF信号の少なくとも1つの第1の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第1の電気的特性に従って第1のセンサ出力信号を生成するステップと、
前記第2のRF信号の少なくとも1つの第2の電気的特性を検出し、前記少なくとも1つの第2の電気的特性に従って第2のセンサ出力信号を生成するステップと、
前記第2のRF信号または前記第2のRF信号のパルシングのうちの少なくとも1つが調整を要求するかどうかを判定し、要求された調整を第1のRF発生器に通信するステップと
をさらに含む、方法。
【請求項４０】
設定点に従って変化するDC制御信号を生成するステップと、前記DCレール電圧を変化させるために前記DC制御信号を通信するステップとをさらに含む、請求項39に記載の方法。
【請求項４１】
RF電力システムを動作させる方法であって、前記方法が、
負荷の第1の電極に印加される第1のRF信号を生成するステップと、
前記負荷の第2の電極に印加される第2のRF信号を生成するステップと、
前記第2のRF信号を生成し、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させる電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するステップと、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って前記第2のRF信号の位相を変化させるステップ、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させるステップであって、前記DCレール電圧が前記第2のRF信号を生成する電力増幅器を駆動する、ステップ、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために、前記第2のRF信号の位相と前記DCレール電圧とを変化させるステップであって、前記DCレール電圧が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記電力増幅器に電力供給する、ステップ
のうちの少なくとも1つと
を含み、
前記第2のRF信号を生成する前記電力増幅器内に配置された誘導クランプ回路を提供するステップと、
前記電力増幅器と通信する可変抵抗を提供するステップであって、前記可変抵抗が前記誘導クランプ回路によって通信されたエネルギーを放散する、ステップと
をさらに含む、方法。
【請求項４２】
RF電力システムを動作させる方法であって、前記方法が、
負荷の第1の電極に印加される第1のRF信号を生成するステップと、
前記負荷の第2の電極に印加される第2のRF信号を生成するステップと、
前記第2のRF信号を生成し、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させる電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するステップと、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って前記第2のRF信号の位相を変化させるステップ、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させるステップであって、前記DCレール電圧が前記第2のRF信号を生成する電力増幅器を駆動する、ステップ、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために、前記第2のRF信号の位相と前記DCレール電圧とを変化させるステップであって、前記DCレール電圧が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記電力増幅器に電力供給する、ステップ
のうちの少なくとも1つと
を含み、
前記DCレール電圧のソースのうちの1つにエネルギーを戻すために、前記第2のRF信号を生成する前記電力増幅器内に配置された誘導クランプ回路を提供するステップをさらに含む、方法。
【請求項４３】
RFシステムであって、
第1のデジタル通信ポートを備え、負荷の第1の電極に接続され、前記第1の電極への第1のRF信号を生成するように構成された第1のRF発生器と、
第2のデジタル通信ポートを備え、前記負荷の第2の電極に接続し、前記第2の電極への第2のRF信号を生成するように構成された第2のRF発生器と、
前記第2のRF発生器を制御するように構成されたコントローラであって、前記コントローラが、前記第1のRF発生器または前記第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成するように構成された、コントローラと、
前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供するように構成されたDC電源であって、前記コントローラが、前記第2の電極におけるRF電圧を制御するために前記DCレール電圧を変化させるように構成された、DC電源と
を備え、
前記第1のRF発生器および前記第2のRF発生器が、実質的に同じRF周波数において動作するように構成され、
前記コントローラが、
前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の位相差に従って第2のRF信号の位相を変化させること、
前記第2のRF信号の電気的特性に従って前記第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させることであって、DC電源が前記第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供する、こと、または、
前記第2の電極における前記RF電圧を制御するために前記第2のRF信号の位相とDCレール電圧とを変化させることであって、DC電源が、前記第1のRF信号と前記第2のRF信号との間の前記位相差と、前記第2のRF信号の前記電気的特性の両方に従って、前記第2のRF発生器の前記電力増幅器を駆動するための前記DCレール電圧を提供すること
のうちの少なくとも1つを行うように構成され、
パルス動作モードにおいて、前記第1のRF発生器は、前記第2のRF発生器のパルシングを制御するために第2のRF発生器にパルス同期信号を出力するように構成された、RFシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2018年5月9日に出願した米国特許第15/974,947号の優先権を主張し、2017年5月10日に出願した米国仮出願第62/504,197の利益を主張するものである。上記の出願の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、RF発生器を制御することと、可変インピーダンス負荷からの反射エネルギーを放散することとに関する。
【背景技術】
【０００３】
ここで提供する背景技術の説明は、本開示の文脈を一般的に提示する目的のためである。この背景技術のセクションに記載されている範囲内での現在の記名発明者の仕事、ならびに、出願時に先行技術としての資格が与えられない可能性がある説明の態様は、本開示に対する先行技術として明示的にも暗示的にも認められない。
【０００４】
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る。プラズマエッチングでは、基板上の露出面をエッチングするために、イオンが電場によって加速される。電場は、無線周波数(RF)電力システムのRF発生器によって生成されたRF電力信号に基づいて生成される。RF発生器によって生成されたRF電力信号は、プラズマエッチングを効果的に実行するために正確に制御されなければならない。
【０００５】
RF電力システムは、RF発生器または供給源と、マッチングまたは整合ネットワークと、負荷(例えば、プラズマチャンバ)とを含み得る。RF発生器は、マッチングネットワークにおいて受信されるRF電力信号を生成する。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発生器とマッチングネットワークとの間の伝送ラインの特性インピーダンスに一致させる。このインピーダンスマッチングは、マッチングネットワークに転送される電力量(「順方向電力」)を最大化すること、およびマッチングネットワークからRF発生器に反射される電力量(「逆方向電力」)を最小化することを助ける。マッチングネットワークの入力インピーダンスが伝送ラインの特性インピーダンスと一致すると、順方向電力が最大化され得、逆方向電力が最小化され得る。
【０００６】
RF電力発生器または供給源の分野では、典型的には、RF信号を負荷に印加する2つの手法が存在する。第1のより伝統的な手法は、連続波信号を負荷に印加することである。連続波モードでは、連続波信号は、電源によって負荷に連続的に出力される正弦波である。連続波手法では、RF信号は、正弦波出力であり得、正弦波の振幅および/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ように変更され得る。
【０００７】
RF信号を付加に印加する第2の手法は、連続波信号を負荷に印加するのではなく、RF信号をパルス化することを伴う。パルス動作モードでは、RF正弦波信号は、変調された正弦波信号のエンベロープを定義するために変調信号によって変調される。従来のパルス変調方式では、RF正弦波信号は、典型的には、所定の周波数および振幅において出力される。周波数は、インピーダンス整合条件を改善するように変更され、機敏な(agile)周波数チューニングを提供し得る。RF信号の電力を変更するために振幅が変更され得る。負荷に送達される電力は、正弦波のRF信号に加えて、またはその代わりに変調信号を変更することによっても制御され得る。
【０００８】
典型的なRF電力発生器構成では、負荷に印加される出力電力は、順方向および反射電力、または負荷に印加されるRF信号の電圧および電流を測定するセンサを使用して決定される。負荷に印加される電力のパラメータまたは電気特性を決定するために、これらの信号のいずれかのセットが分析される。パラメータは、例えば、電圧、電流、周波数、および位相を含み得る。分析は、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し得る。負荷がプラズマチャンバであるRF電力送達システムでは、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ので、負荷の変化するインピーダンスは、負荷に印加される対応して変化する電力を引き起こす。したがって、変化するインピーダンスは、RF電源から負荷への電力の最適な印加を維持するために、負荷に印加される電力のパラメータを変化させることを必要とする場合がある。
【０００９】
プラズマシステムでは、電力は、典型的には、2つの構成のうちの1つで送達される。第1の構成では、電力は、プラズマチャンバに容量結合される。そのようなシステムは、容量結合プラズマ(CCP)システムと呼ばれる。第2の構成では、電力は、プラズマチャンバに誘導結合される。そのようなシステムは、典型的には、誘導結合プラズマ(ICP)システムと呼ばれる。プラズマ送達システムは、典型的には、それぞれのバイアス電力とソース電力とを1つまたは複数の電極に印加するバイアスとソースとを含む。ソース電力は、典型的には、プラズマチャンバ内にプラズマを生成し、バイアス電力は、プラズマをバイアスRF電源に対するエネルギーにチューニングする。バイアスおよびソースは、様々な設計上の考慮事項に従って、同じ電極を共有し得、または別々の電極を使用し得る。
【００１０】
RF電力送達システムがプラズマチャンバの形態の負荷を駆動するとき、プラズマチャンバに送達される電力によって生成される電場は、チャンバ内にイオンエネルギーをもたらす。イオンエネルギーの1つの特徴的な尺度は、イオンエネルギー分布関数(IEDF)である。イオンエネルギー分布関数(IEDF)は、RF波形を用いて制御され得る。複数のRF電力信号が負荷に印加されるシステムに関するIEDFを制御する1つの方法は、周波数および位相によって関連付けられる複数のRF信号を変化させることによって生じる。複数のRF電力信号間の周波数は、ロックされ、複数のRF信号間の相対位相もロックされる。そのようなシステムの例は、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本出願に組み込まれている米国特許第7,602,127号、米国特許第8,110,991号、米国特許第8,395,322号、および米国特許第9,336,995号を参照して見つけられ得る。
【００１１】
RFプラズマ処理システムは、プラズマ生成および処理のための構成要素を含む。1つのそのような構成要素は、プラズマチャンバまたはリアクタと呼ばれる。例として、薄膜製造用などのRFプラズマ処理システムで使用される典型的なプラズマチャンバまたはリアクタは、二重周波数システムを利用する。二重周波数システムの一方の周波数(ソース)は、プラズマの生成を制御し、二重周波数システムの他方の周波数(バイアス)は、イオンエネルギーを制御する。二重周波数システムの例は、上記で参照した米国特許第7,602,127号、米国特許第8,110,991号、米国特許第8,395,322号、および米国特許第9,336,995号に記載されているシステムを含む。上記で参照した特許に記載されている二重周波数システムは、イオン密度とそれに対応するIEDFとを制御する目的でRF電力動作を適合させる閉ループ制御システムを含む。
【００１２】
プラズマ処理の精度に対する要求は、増加し続けている。構成要素のサイズを減少させることと、密度を増加させることとを含む、プラズマベースの製造システムのより厳格な公差が必要とされており、その両方は、プラズマベースの製造プロセスからより高い精度を必要とする。三次元集積回路およびメモリ製造プロセスに関連して、さらなる課題が存在する。メモリ構成要素の密度を大幅に増加させる1つの手法は、メモリ構成要素を三次元構造で製造することである。三次元エッチングは、製造プロセスを実行するためにイオンを導くために厳密な公差を必要とする。いくつかの三次元エッチングプロセスは、40:1以上のアスペクト比を必要とする。すなわち、エッチングされたチャネル孔は、幅よりも少なくとも40倍高くなり得る。これらの公差まで適切にエッチングするために、十分な歩留まりを提供するために、製造中のウェーハにイオンを実質的に直交方向に導くか、または製造中のワークピースウェーハに直接導くことが必要である。ウェーハに対して実質的に直交方向におけるイオンの同様に正確な指向性を必要とする他の用途は、ソーラまたはフラットパネルディスプレイ製造および多電極プラズマ製造システムを含む。
【００１３】
プラズマベースの製造プロセスの制御をさらに複雑にしているのは、ウェーハの表面にわたる電力の分布が均一ではない場合があることである。ワークピースまたはウェーハの縁部近くの電場または電力は、ウェーハの縁部から離れた電力または電場に対して変動し得る。この変動は、ウェーハに直交しない、またはウェーハによりまたがる方向にイオンを移動させる可能性があり、それによって、三次元構造などのための効率的な製造に必要な公差を満たすことが困難になる。ウェーハの縁部近くのイオンの指向性を改善する1つの手法は、ウェーハの縁部近くに補助電場を提供するために、補助電極と呼ばれることもある二次電極をウェーハの縁部近くに配置する。二次電極は、別個のRF発生器によって独立して電力供給され得、ウェーハの縁部近くの電力および電場のチューニングを可能にし、それによって、イオンのウェーハへの入射角の強化した制御を可能にする。
【００１４】
RF電力を補助電極に提供する現在の方法は、可変キャパシタなどによる、補助電極の受動的な反応終了を含む。他の方法は、マスタまたは一次RF発生器に対して位相ロックループにおいて動作するスレーブまたは二次RF発生器を使用することを含む。しかしながら、パルス式の実装形態では、プラズマベースの製造システムにおけるイオンの所望の指向性を提供しない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第7,602,127号
【特許文献２】米国特許第8,110,991号
【特許文献３】米国特許第8,395,322号
【特許文献４】米国特許第9,336,995号
【特許文献５】米国特許第6,469,919号
【特許文献６】米国特許第6,618,276号
【特許文献７】米国特許第6,885,567号
【特許文献８】米国特許第7,180,758号
【特許文献９】米国特許第7,397,676号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
RFシステムは、負荷の第1の電極に接続され、第1の電極への第1のRF信号を生成する第1のRF発生器と、負荷の第2の電極に接続され、第2の電極への第2のRF信号を生成する第2のRF発生器とを含む。第1および第2のRF発生器は、第1および第2の電極にそれぞれのRF電圧を提供する。コントローラが第2のRF発生器を制御する。コントローラは、第1のRF発生器または第2のRF発生器の少なくとも一方への制御信号を生成する。第1のRF発生器および第2のRF発生器は、第1のRF発生器から第2のRF発生器に通信されるRF制御信号に従って実質的に同じ周波数において動作する。
【００１７】
負荷内の電極に第1のRF電力を供給するためのRF電力システムは、プロセッサとメモリとを含む。メモリは、プロセッサによって実行可能で、第1のRF電力の電圧が所定の電力設定点に等しいかどうかを判定するように構成された命令を記憶する。命令は、第1のRF電力と第2のRF電力との間の位相差が所定の位相デルタに等しいかどうかも判定し、第1のRF電力と第2のRF電力との間の位相差に従って第1のRF電力の位相の少なくとも1つを制御する。命令はまた、第1のRF電力の電気的特性に従って第1のRF電力のRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させるか、または、第1のRF電力と第2のRF電力との間の位相差と、第1のRF電力の電気的特性の両方に従って、第1のRF電力を制御するために、第1のRF電力の位相とDCレール電圧とを変化させる。
【００１８】
RFシステムは、負荷の第1の電極に接続され、第1の電極への第1のRF信号を生成する第1のRF発生器を含む。第2のRF発生器は、負荷の第2の電極に接続し、第2の電極への第2のRF信号を生成する。コントローラは、第2のRF発生器を制御し、コントローラは、第1のRF発生器または第2のRF発生器のうちの少なくとも1つへの制御信号を生成する。DC電源は、第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供し、コントローラは、第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させる。第1のRF発生器および第2のRF発生器は、実質的に同じRF周波数において動作し、コントローラは、(1)第1のRF信号と第2のRF信号との間の位相差に従って第2のRF信号の位相を変化させること、(2)第2のRF信号の電気的特性に従って第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させることであって、DC電源が第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供すること、または、(3)第2の電極におけるRF電圧を制御するために第2のRF信号の位相とDCレール電圧とを変化させることであって、DC電源が、第1のRF信号と第2のRF信号との間の位相差と、第2のRF信号の電気的特性の両方に従って、第2のRF発生器の電力増幅器を駆動するためのDCレール電圧を提供することのうちの少なくとも1つを行うように構成される。
【００１９】
RF電力システムを動作させる方法であって、方法は、負荷の第1の電極に印加される第1のRF信号を生成するステップを含む。第2のRF信号は、負荷の第2の電極に印加される。DCレール電圧は、第2のRF信号を生成し、第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させる電力増幅器を駆動する。方法は、(1)第1のRF信号と第2のRF信号との間の位相差に従って第2のRF信号の位相を変化させるステップ、(2)第2のRF信号の電気的特性に従って第2の電極におけるRF電圧を制御するためにDCレール電圧を変化させるステップであって、DCレール電圧が第2のRF信号を生成する電力増幅器を駆動する、ステップ、または、(3)第2の電極におけるRF電圧を制御するために、第2のRF信号の位相とDCレール電圧とを変化させるステップであって、DCレール電圧が、第1のRF信号と第2のRF信号との間の位相差と、第2のRF信号の電気的特性の両方に従って、電力増幅器に電力供給する、ステップのうちの少なくとも1つをさらに含む。
【００２０】
マスタRF発生器と補助RF発生器とを含む無線周波数電力システムが提供され、各発生器は、それぞれのRF信号を出力する。マスタRF発生器は、補助RF発生器へのRF制御信号も出力し、補助RF発生器によって出力されるRF信号は、RF制御信号に従って変化する。マスタRF発生器は、補助RF発生器によって出力されるRF信号のパルシングを変化させるために、補助RF発生器へのパルス同期信号入力も生成する。
【００２１】
他の特徴では、補助RF発生器は、マスタRF発生器および補助RF発生器によって出力されるそれぞれのRF信号の電気的特性を示す感知信号を受信する。
【００２２】
他の特徴では、補助RF発生器は、感知信号に従って、それぞれのRF発生器によって出力されるRF信号間の位相差を決定し、位相差に従ってRF制御信号を変化させるためにマスタRF発生器への要求を生成する。
【００２３】
他の特徴では、補助RF発生器は、結合ネットワークから反射されたエネルギーを可変抵抗負荷に戻す電圧クランプ回路を含む電力増幅器を含む。可変抵抗負荷は、可変抵抗負荷の抵抗を変化させるコマンド信号に従って反射エネルギーを放散する。
【００２４】
本開示の適用性のさらなる領域は、詳細な説明、特許請求の範囲、および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および具体例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【００２５】
本開示は、詳細な説明および添付図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】様々な実施形態による無線周波数(RF)電力システムの概略的かつ機能的なブロック図である。
【図２】様々な実施形態による補助RF発生器の概略的かつ機能的なブロック図である。
【図３】様々な実施形態による補助モードでの動作のために構成された補助RF発生器の概略的かつ機能的なブロック図である。
【図４】様々な実施形態によるスタンドアロンモードでの動作のために構成された補助RF発生器のブロック図である。
【図５】本開示のRF電力システムの動作に関連する波形を示すプロットである。
【図６】RF制御システムのための位相制御ループを示すフローチャートである。
【図７】RF制御システムのための電力制御ループを示すフローチャートである。
【図８Ａ】選択された条件下での発振を示す例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図８Ｂ】選択された条件下での発振を示す例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図８Ｃ】選択された条件下での発振を示す例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図８Ｄ】選択された条件下での発振を示す例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図８Ｅ】選択された条件下での発振を示す例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図９Ａ】整合ネットワークの設定の遷移中の例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図９Ｂ】整合ネットワークの設定の遷移中の例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図９Ｃ】整合ネットワークの設定の遷移中の例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図９Ｄ】整合ネットワークの設定の遷移中の例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図９Ｅ】整合ネットワークの設定の遷移中の例示的なRF電力システムの選択された電気的特性の波形の図である。
【図１０Ａ】初期状態のRF電力システムの選択された電気的特性の等高線プロットである。
【図１０Ｂ】初期状態のRF電力システムの選択された電気的特性の等高線プロットである。
【図１１Ａ】図10A〜図10Bにおける初期状態から最終状態へのRF電力システムの遷移後の選択された電気的特性の等高線プロットである。
【図１１Ｂ】図10A〜図10Bにおける初期状態から最終状態へのRF電力システムの遷移後の選択された電気的特性の等高線プロットである。
【図１２Ａ】様々な実施形態による、複数の入力が選択された出力の制御に影響を及ぼすRF電力システムの選択された電気的特性の等高線プロットである。
【図１２Ｂ】様々な実施形態による、複数の入力が選択された出力の制御に影響を及ぼすRF電力システムの選択された電気的特性の等高線プロットである。
【図１３】選択された条件下での出力電圧のレール電圧等高線を示す等高線プロットである。
【図１４】様々な実施形態によるRF電力システムのための制御システムの機能的ブロック図である。
【図１５Ａ】公称条件下で動作するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１５Ｂ】公称条件下で動作するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１６Ａ】ストレス条件下で応答表面が回転されたRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１６Ｂ】ストレス条件下で応答表面が回転されたRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１７Ａ】公称条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１７Ｂ】公称条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１７Ｃ】公称条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１７Ｄ】公称条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１８Ａ】ストレス条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１８Ｂ】ストレス条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１８Ｃ】ストレス条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１８Ｄ】ストレス条件下で動作する選択された出力に対する単一の入力を制御するRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１９Ａ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１９Ｂ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１９Ｃ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図１９Ｄ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図２０Ａ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図２０Ｂ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図２０Ｃ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図２０Ｄ】図14の制御システムを使用して制御される公称条件下でのRF電力システムの選択された電気的特性のプロットである。
【図２１】本開示の実施形態による例示的な制御モジュールの機能的ブロック図である。
【図２２】多入力多出力RF電力システムの制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図面において、参照番号は、類似および/または同一の要素を識別するために再利用する場合がある。
【００２８】
図1は、RF電力システム10の概略的かつ機能的なブロック図を示す。RF電力システム10は、マスタRF発生器12と補助RF発生器14とを含む。マスタRF発生器12は、マスタマッチングまたは整合ネットワーク20に入力されるマスタRF信号18を生成する。マスタ整合ネットワーク20は、最大電力がマスタRF発生器12から結合ネットワーク24に伝達されるように、マスタRF発生器12と結合ネットワーク24との間のインピーダンス整合を達成するために、マスタRF発生器12と結合ネットワーク24との間のインピーダンスを変化させる。同様に、補助RF発生器14は、補助マッチングまたは整合ネットワーク28への補助RF信号または出力26を生成する。補助整合ネットワーク28は、補助RF発生器14から結合ネットワーク24への電力伝達を最大化するために、補助RF発生器14と結合ネットワーク24との間のインピーダンス整合を提供するために、補助RF発生器14と結合ネットワーク24との間のインピーダンスを変化させる。様々な実施形態において、直流(DC)バス16は、マスタRF発生器12と補助RF発生器14の一方または両方にDC電圧を提供する。
【００２９】
マスタ整合ネットワーク20は、マスタ整合RF信号22を結合ネットワーク24に出力する。補助整合ネットワーク28は、補助整合RF信号30を結合ネットワーク24に出力する。様々な実施形態において、補助整合ネットワーク28は、外部入力(図示せず)を有し得る。様々な実施形態において、外部入力は、補助整合ネットワーク28のインピーダンスを変化させるために補助整合ネットワーク28の1つまたは複数の容量性構成要素の位置を制御する外部信号を受信する。マスタ整合RF信号22および補助整合RF信号30は、様々な実施形態において、結合ネットワーク24の同じまたは別個の電極と通信し得る。様々な実施形態において、マスタ整合RF信号22は、結合ネットワーク24のマスタ電極32に印加され、補助整合RF信号30は、結合ネットワーク24の補助電極40に印加される。様々な実施形態において、主電極32および補助電極40は、結合の容量性の側面を示すために想像線において示されたキャパシタ44によって示されるように、容量結合される。様々な実施形態において、結合ネットワーク24は、プラズマチャンバ、プラズマリアクタ、または他の負荷であり得る。
【００３０】
本明細書全体を通して、RF電力システム10は、RF電力システム10のマスタ部分に関連する構成要素と、RF電力システム10の補助部分に関連する構成要素とを有するものとして考えられ得る。マスタ部分に関連する構成要素は、マスタ構成要素、主構成要素、第1の構成要素、または一次構成要素と呼ばれる場合がある。RF電力システム10の補助部分に関連する構成要素は、補助構成要素、スレーブ構成要素、二次構成要素、または第2の構成要素と呼ばれる場合がある。
【００３１】
マスタ整合RF信号22および補助整合RF信号30は、結合ネットワーク24内に反応を生成するために協働する。様々な実施形態において、マスタRF発生器12は、100kHz〜2MHzのRF出力信号を生成し、一般にバイアスRF発生器と呼ばれる場合がある。バイアスRF発生器は、典型的には、イオンエネルギーとエッチング異方性とを制御するために、プラズマから基板表面への正イオンを加速する。様々な実施形態において、補助RF発生器14は、マスタRF発生器12と同じ周波数において動作する。発生器(図示せず)は、13MHz〜100MHzの信号を介して結合ネットワーク24にRF電力を供給し得、ソースRF発生器と呼ばれる場合がある。ソースRF発生器は、結合ネットワーク24内のプラズマを点火するエネルギーを提供する。
【００３２】
様々な実施形態によれば、マスタRF発生器12および補助RF発生器14は、外部と通信する複数のポートを含む。マスタRF発生器12は、パルス同期出力ポート34と、デジタル通信ポート36と、RF出力ポート38とを含む。補助RF発生器14は、RF入力ポート42と、デジタル通信ポート46とパルス同期入力ポート48とを含む。パルス同期出力ポート34は、補助RF発生器14のパルス同期入力ポート48にパルス同期信号50を出力する。マスタRF発生器12のデジタル通信ポート36および補助RF発生器14のデジタル通信ポート46は、デジタル通信リンク52を介して通信する。RF出力ポート38は、RF入力ポート42に入力されるRF制御信号54を生成する。様々な実施形態において、RF制御信号54は、マスタRF発生器12を制御するRF制御信号と実質的に同じである。様々な他の実施形態において、RF制御信号54は、マスタRF発生器12を制御するRF制御信号と同じであるが、補助RF発生器14によって発生される要求された位相シフトに従ってマスタRF発生器12内で位相シフトされる。したがって、様々な実施形態において、マスタRF発生器12および補助RF発生器14は、実質的に同一のRF制御信号によって、または所定量だけ位相シフトされた実質的に同一のRF制御信号によって駆動される。
【００３３】
補助RF発生器14はまた、一対のセンサポート、すなわち、主センサポート60と補助センサポート62とを含み、主センサポート60および補助センサポート62は、マスタ整合ネットワーク20のマスタ電圧センサ64および補助整合ネットワーク28の補助電圧センサ66から電圧信号をそれぞれ受信する。様々な実施形態において、マスタ電圧センサ64は、結合ネットワーク24に印加されるマスタ整合RF信号22の電圧を決定するために、マスタ整合RF信号22の電圧を感知する。同様に、補助電圧センサ66は、結合ネットワーク24に印加される補助整合RF信号30の電圧を感知する。
【００３４】
様々な実施形態によれば、マスタ電圧センサ64および補助電圧センサ66は、それぞれの整合RF信号22、30の動作パラメータを検出する。本明細書では電圧センサとして説明しているが、当業者は、マスタ電圧センサ64および補助電圧センサ66が、選択された電気的特性を検出する電圧センサ、電流センサ、および/または方向性結合器センサを備え得ることを認識するであろう。様々な実施形態において、マスタ電圧センサ64および補助電圧センサ66は、(i)電圧vおよび電流iならびに/または(ii)それぞれの整合RF信号22、30から出力される順方向(もしくはソース)電力PFWDおよび/もしくはマスタ整合RF信号22および補助整合RF信号30の逆方向(もしくは反射)電力PREVを検出し得る。電圧v、電流i、順方向電力PFWD、および逆方向電力PREVは、それぞれの整合RF信号22、30に関連する実際の電圧、電流、順方向電力、逆方向電力のスケーリングおよび/またはフィルタリングされたバージョンであり得る。様々な実施形態において、マスタ電圧センサ64および補助電圧センサ66は、アナログおよび/またはデジタルセンサであり得る。デジタル実装形態では、マスタ電圧センサ64および補助電圧センサ66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構成要素とを含み得る。
【００３５】
様々な実施形態において、電圧センサ64、66は、それぞれのマスタRF信号18、26の電気的特性を決定するように構成される。様々な他の実施形態において、電圧センサ64、66は、それぞれの整合RF信号22、30の電気的特性を検出するように構成される。電圧センサ64、66がそれぞれの整合RF信号22、30の電圧を検出するように構成されているとき、それぞれの整合RF信号22、30は、それぞれの整合ネットワーク20、28によって典型的に導入される位相シフトを反映する。電圧センサ64、66がそれぞれのRF信号18、26の電気的特性を検出するように構成されている場合、それぞれのセンサポート60、62に入力されるセンサ信号は、それぞれの整合ネットワーク20、28によってそれぞれの整合RF信号22、30に導入される位相シフトを反映しない。したがって、様々な実施形態において、それぞれの整合ネットワーク20、28によって導入される位相シフトを見積もるために、それぞれのセンサポート60、62に入力される信号が後処理される必要がある場合がある。
【００３６】
当業者は、マスタ整合ネットワーク20および補助整合ネットワーク28が別個の構成要素として実装されるか、または単一の構成要素に結合され得ることを認識するであろう。さらに、当業者は、マスタ電圧センサ64および補助電圧センサ66がそれぞれの整合ネットワーク20、28と一体的に実装されるか、またはそれぞれの整合ネットワーク20、28とは別々に実装され、それぞれの整合ネットワーク20、28の上流もしくは下流に配置され得ることを認識するであろう。
【００３７】
動作中、マスタRF発生器12は、マスタRF信号18を生成し、マスタ整合ネットワーク20は、マスタ整合RF信号22を生成するためにマッチングインピーダンスをマスタRF信号18に導入する。同様に、補助RF発生器14は、補助RF信号26を生成し、補助整合ネットワーク28は、補助整合RF信号30を生成するためにマッチングインピーダンスを補助RF信号26に導入する。補助RF発生器14の動作は、マスタRF発生器12に関して調整され、それによってマスタ/スレーブ関係を定義する。マスタRF発生器12は、RF出力ポート38からRF制御信号54を出力する。RF制御信号54は、補助RF発生器14のRF入力ポート42に入力される。RF制御信号54は、デジタルまたはアナログ信号であり得、補助RF発生器14のためのRF動作周波数を定義する。マスタRF発生器12および補助RF発生器14がパルス動作モードで動作しているとき、マスタRF発生器12は、パルス同期出力ポート34からパルス同期信号50を生成する。パルス同期信号50は、補助RF発生器14のパルス同期入力ポート48に入力される。したがって、補助RF発生器14のRF周波数およびパルシングは、マスタRF発生器12からの入力によって制御される。
【００３８】
様々な実施形態において、補助RF発生器14は、それぞれのデジタル通信ポート36、46を介してデジタル通信リンク52を介してマスタRF発生器12と通信する。デジタル通信リンク52は、補助RF発生器14がそれぞれの電圧センサ64、66によって測定される整合RF信号22、30を調整することを可能にするためにRF制御信号54への調整を要求するために補助RF発生器14がマスタRF発生器12と通信することを可能にする。
【００３９】
様々な実施形態において、主感知ポート60および補助感知ポート62は、それぞれの整合RF信号22、30に関する情報を受信するためにそれぞれの電圧センサ64、66と通信する。それぞれの電圧センサ64、66は、補助RF発生器14が、それぞれの整合RF信号22、30の振幅と、それぞれの整合RF信号22、30の位相とを決定することを可能にする。様々な実施形態において、RF信号の振幅および位相は、それぞれのRF発生器12、14の各パルス状態に対して制御され得る。マスタ整合RF信号22と補助整合RF信号30との間の適切な同期を決定するために、補助RF発生器14によって振幅および位相データが処理される。補助RF発生器14が適切な同期を達成するために補正調整を決定すると、補助RF発生器14は、所望の位相調整を通信するために、デジタル通信リンク52を介してマスタRF発生器と通信する。
【００４０】
マスタRF発生器12は、補助RF発生器14から調整要求を受信し、調整要求に従ってRF制御信号54の位相を調整する。したがって、補助整合RF信号30の位相は、マスタ整合RF信号22の位相に位相ロックされる。様々な実施形態において、補助RF発生器14は、マスタRF発生器に他のデータを通信する。他のデータは、パルシング情報を含み得る。
【００４１】
様々な実施形態において、マスタRF発生器12は、補助RF発生器14のRF動作周波数を決定する。マスタRF発生器12は、反射電力を最小化するために機敏な周波数チューニング(AFT)手法を実施し得る。マスタRF発生器12はまた、所望のパルス繰り返し率、電力レベル、およびデューティサイクルに従ってパルス条件を設定し得る。様々な実施形態において、補助RF発生器14は、マスタRF発生器12によって決定された周波数においてRF電力を生成し、マスタRF発生器12の動作に位相ロックされる。
【００４２】
図2は、補助RF発生器14の拡大図の概略的かつ機能的なブロック図を示す。補助RF発生器14は、コントローラセクション100と、信号生成セクション102と、電力増幅器セクション104と、エネルギー放散セクション106と、DC生成セクション108とを含む。コントローラセクション100は、補助RF検出器モジュール112と、主RF検出器モジュール114と、RFアクチュエータモジュール116と、カスタマーインターフェース118とをさらに含む制御モジュールまたはコントローラ110を含む。補助RF発生器14は、メモリ122をさらに含み得る。メモリ122は、設定された、所定の、および/または検出された電圧、位相、および他の動作パラメータを記憶するために使用され得る。
【００４３】
補助RF検出器モジュール112は、主感知ポート60および補助感知ポート62と通信する。補助RF検出器モジュール112は、それぞれの主感知ポート60および補助感知ポート62を介してそれぞれのマスタ電圧センサ64および補助電圧センサ66から主電圧センサ信号および補助電圧センサ信号を受信する。コントローラ110の補助RF検出器モジュール112は、それぞれのマスタRF出力および補助RF出力(整合前または整合後のネットワーク)の振幅および位相(相対位相または位相差)を決定し、位相または振幅補正が必要かどうかを判定する。位相補正は、デジタル通信リンク52を介してマスタRF発生器12に通信される。補助RF検出器モジュール112は、状態/制御線および通信モジュール126を介して所望の位相補正を通信する。
【００４４】
コントローラ110は、電力増幅器セクション104からのRF出力の選択された電気的特性を決定する主RF検出器モジュール114も含む。主RF検出器モジュール114は、RF信号または出力26の状態に関してコントローラ110と通信する。コントローラ110は、RFアクチュエータモジュール116も含む。RFアクチュエータモジュール116は、パルス同期入力ポート48を介してパルス同期信号50を受信する。RFアクチュエータモジュール116は、本明細書でより詳細に説明するように、RF同期モジュール142からRF検出信号も受信する。RFアクチュエータモジュール116は、様々なモードにおいて、RF出力26の連続波RF信号成分およびRF出力26のパルシング成分の周波数と電力の両方を制御する制御信号を生成する。
【００４５】
信号生成セクション102は、RF入力ポート42を介してマスタRF発生器12からRF制御信号54を受信するRFスイッチモジュール140を含む。RF制御信号54は、RFスイッチモジュール140に通信される。RFスイッチモジュール140は、RFアクチュエータモジュール116からパルス入力も受信する。パルス入力は、パルス同期入力ポート48において受信されたパルス同期信号50に従ってRFアクチュエータモジュールによって生成される。RFスイッチモジュール140は、本明細書で説明するように、パルス化正弦波信号の生成を制御する。
【００４６】
本明細書でより詳細に説明するように、RF同期モジュール142は、スレーブRF発生器として、または、RF出力信号のRF正弦波成分がマスタRF発生器12とは独立して生成されるスタンドアロン発生器としての補助RF発生器14の動作を可能にする。マスタRF発生器12が補助RF発生器14の動作を制御する補助RF発生器14のスレーブ構成では、RF同期モジュール142は、RFスイッチモジュール140から受信されたパルス化RF信号を効果的に通過させ、位相シフタモジュール144に入力される一対のRF信号を生成する。位相シフタモジュール144は、RFアクチュエータモジュール116からパルス振幅制御信号を受信する。パルス振幅制御信号は、位相シフタモジュール144に入力される一対のパルス化RF信号間の相対的位相シフトを決定する。位相シフタモジュール144は、信号生成セクション102から出力される一対の位相シフトされた信号Phi1146およびPhi2148を生成する。
【００４７】
位相シフトされた信号Phi1およびPhi2は、電力増幅器セクション104に出力される。位相シフトされた信号の対は、ドライバ152に入力される。ドライバ152は、電力増幅器154、156へのそれぞれの駆動信号を生成する。電力増幅器154、156からの出力は、組み合わされ、フィルタ158に入力される。様々な実施形態において、フィルタ158は、高調波を除去し、VIセンサ160に入力されるフィルタリングされた信号を生成する高調波フィルタであり得る。VIセンサ160は、上記で説明したように、電圧/電流センサまたは方向性結合器のうちの1つであり得る。したがって、補助RF発生器14は、パルス化されたRF出力26を提供する。
【００４８】
Phi1は、電力増幅器154のための駆動信号を提供し、Phi2は、電力増幅器156のための駆動信号を提供する。様々な実施形態において、電力増幅器154は、電力増幅器154、156のアウトフェージングを可能にするために駆動信号によって駆動される。アウトフェージングは、Phi1とPhi2とを変化させることによって電力増幅器154、156間の位相を変化させることによって、電力増幅器セクション104の出力信号の振幅を制御する。当業者は、様々な用途がアウトフェーズ信号生成を実施する必要がなく、様々な実施形態が単一の駆動信号と電力増幅器とを使用し得ることを認識するであろう。
【００４９】
VIセンサ160は、方向性結合器およびVIセンサに関連して上記で説明したように実装され得る。VIセンサ160は、信号生成セクション102のアナログフロントエンド164に一対のセンサ信号を出力する。アナログフロントエンド164は、VIセンサ160からアナログ信号を受信し、主RF検出器モジュール114に入力されるデジタル信号を生成する。VIセンサ160、アナログフロントエンド164、および主RF検出器114は、補助RF発生器14からのRF出力の様々な電気的特性を測定することを可能にする。
【００５０】
様々な実施形態において、電力増幅器154、156は、誘導電圧クランプ回路などの電圧クランプ回路を含むように構成される。そのようなシステムの例は、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本出願に組み込まれる米国特許第6,469,919号、米国特許第6,618,276号、米国特許第6,885,567号、米国特許第7,180,758号、および米国特許第7,397,676号を参照して見つけられ得る。
【００５１】
電力増幅器154、156は、DC生成セクション108から生成されたDC電力を受け取る。DC生成セクション108は、三相AC入力信号を受信し、DC出力信号を生成するAC/DCコンバータを含む。AC/DCコンバータ170は、それぞれの電力増幅器154、156を供給する電力レール上に機敏なDC供給電圧を生成する。AC/DCコンバータ170は、それによってそれぞれの電力増幅器154、156によって出力されるRF信号の振幅を変化させるために、可変DC出力電圧を生成する。制御セクション100のコントローラ110は、コントローラ110が、電力増幅器154、156への所望のレール電圧を生成するために、AC/DCコンバータ170の監視および変更動作の両方を行うことができるように、電源ユニット(PSU)インターフェースを介してAC/DCコンバータ170と通信する。DCバス16は、AC/DCコンバータ170に接続されて示されている。図2〜図4において、DCバス16は、様々な構成でそれぞれのマスタRF発生器12および補助RF発生器14に接続することができることを示すために、点線で示されている。
【００５２】
DC生成セクション108は、エネルギー放散セクション106と通信する。エネルギー放散セクション106は、AC/DCコンバータ170と電力増幅器154、156とを接続する電圧レールに接続された可変抵抗負荷172を含む。可変抵抗負荷172は、RF出力26に接続された負荷から反射された電力のための電流ドレインまたはシンクを提供する。様々な実施形態において、結合ネットワーク24は、電力を電力増幅器154、156に向けて反射または送信する。電力増幅器154、156の電圧クランプ回路は、反射/送信された電力を可変抵抗負荷172に戻し、そこでエネルギー/電力は、放散される。様々な実施形態において、反射されたエネルギー/電力は、可変抵抗負荷172の支援なしにAC/DCコンバータ170において放散される。しかしながら、様々な他の実施形態において、AC/DCコンバータ170は、結合ネットワーク24から反射された電力がAC/DCコンバータ170の電力放散能力よりも大きくなるようなサイズにされる。可変抵抗負荷172は、電力増幅器154、156の誘導クランプ回路を介して放散されるエネルギーまたは反射電力を変化させるために、コントローラ110からの負荷制御信号を介して制御され得る。コントローラ110によって生成された負荷制御信号は、可変抵抗負荷172のインピーダンスを変化させ、それによって、結合ネットワーク24から電力増幅器154、156に向けて供給される電力を可変に制御するために、パルス幅変調またはパルス密度変調信号を使用し得る。
【００５３】
上記で論じたように、結合ネットワーク24を参照すると、様々な実施形態において、エッチングプロセスをより良好に制御するために、イオンがワークピースまたはウェーハに直交に導かれるようにイオン角度を制御することが望ましい。また上記で説明したように、ウェーハの縁部近くの電力および電場は、ウェーハに向けてイオン指向性を正確に制御する追加の課題をしばしば提示する。可変抵抗負荷172の抵抗を変化させることによって、ウェーハの縁部近くのイオンは、より正確なエッチングプロセスをもたらすようにより良好に導かれ得る。
【００５４】
RF同期モジュール142は、補助RF発生器14が補助モードで動作されるかまたはマスタ/スタンドアロンモードで動作されるかに応じて可変的に動作する。スタンドアロンモードは、補助RF発生器14がマスタRF発生器12から独立して動作するときに生じる。RF同期モジュール142は、補助RF発生器14が補助モードまたはマスタ/スタンドアロンモードのどちらで動作しているかを示すコントローラ110のRFアクチュエータモジュール116からのモード信号を受信する。
【００５５】
補助またはスレーブモードでは、RFアクチュエータモジュール116によって同期モジュール142に出力される信号Phi1、Phi2は、効果がない。RFスイッチモジュール140から受信されたRF信号は、RF同期モジュール142を通過する。位相シフタモジュール144は、RFアクチュエータモジュール116から受信されたパルス振幅制御信号に従って駆動制御信号Phi1およびPhi2を生成する。
【００５６】
マスタ/スタンドアロンモードでは、補助RF発生器14は、所望のRF信号周波数を制御するためにRFアクチュエータモジュール116に依存する。様々な実施形態において、マスタ/スタンドアロンモードでは、補助RF発生器14は、パルス同期入力ポート48からパルス同期信号50を受信する。他の様々な実施形態において、マスタ/スタンドアロンモードでは、RFアクチュエータモジュール116は、同期パルスを決定する。また、マスタ/スタンドアロンモードでは、RFアクチュエータモジュール116がドライバ152に渡される駆動信号Phi1およびPhi2を生成するので、RF同期モジュール142および位相シフタモジュール144は、パススルーモードにおいて動作する。スタンドアロンモードでは、電力増幅器154、156は、補助RF発生器14の出力電力を制御するために、電力増幅器154、156間の位相を変化させるために、アウトフェーズ式に動作される。補助モードでは、可変抵抗負荷172は、結合ネットワーク24から反射された電力を可変的に放散させるために放散負荷を提供する。
【００５７】
図3は、補助またはスレーブモードで動作するように構成されたRF電力システム10の補助RF発生器14'の概略的かつ機能的なブロック図を示す。スタンドアロンでの動作を可能にするための図2の補助RF発生器14からの構成要素は、補助スレーブモードでのRF生成器の簡略化された構成を提供するために除去されている。図3の構成では、補助RF発生器14'は、図1および図2に関して上記で説明したように動作する。図3の補助RF発生器14'は、マスタまたはスタンドアロンモードでは動作しない。
【００５８】
図4は、マスタまたはスタンドアロンモードで動作するように構成されたRF電力システム10の補助RF発生器14"の機能的かつ構造的なブロック図を示す。補助モードでの動作を可能にするための図2の補助RF発生器14の構成要素は、除去されている。このモードでは、補助RF発生器14"は、生成するRF信号の周波数を決定するために外部RF信号入力を必要としない。図4において、パルス同期入力ポート48は、コントローラ110のRFアクチュエータモジュール116に入力されるパルス同期信号50を受信する。パルス同期信号50は、補助RF発生器14"のRF出力のパルシングを制御する。RFアクチュエータモジュール116は、位相シフタモジュール144へのパルス振幅制御信号を生成しない。むしろ、RFアクチュエータモジュール116は、ドライバ152に入力されるPhi1およびPhi2を生成する。図4の補助RF発生器14"は、図2および図3に示されるような可変抵抗負荷172を含まない。様々な実施形態において、電力増幅器154、156は、誘導クランプを含み、結合ネットワーク24から補助RF発生器14に反射される電力は、AC/DCコンバータ170に戻され得る。図4に示すような様々な他の実施形態において、AC/DCコンバータ170は、典型的には、より高い電力を出力し、したがって、可変抵抗負荷172は、結合ネットワーク24から戻される可能性のある電力レベルを放散させるためのオプションであり得る。様々な他の実施形態では、電力増幅器154、156の誘導クランプは、DCバス16などのDCバス接続を介してエネルギーをマスタRF発生器12に戻すことができ、そのようなエネルギー流は、AC/DCコンバータを通って、またはAC/DCコンバータ170をバイパスして伝達され得る。エネルギー流がAC/DCコンバータ170をバイパスする場合、DCバス16は、図4に示すように構成され得る。
【００５９】
本明細書で説明する様々な実施形態において、駆動信号は、システム内の共通点において発生するので、マスタおよびスレーブは、同じ周波数において動作し得る。急激な周波数または振幅の変化中に、位相ロックループ(PLL)実装形態において過渡電圧スパイクが発生する場合がある。本開示の補助電力増幅器154、156への位相シフトされたマスタRF制御信号54の直接経路は、過渡電圧スパイクを防止することになる。さらに、統合された誘導クランプおよび可変抵抗負荷は、補助RF発生器14が電力を提供する電極および結合ネットワークにおける電圧制御の範囲を拡大する。
【００６０】
様々な実施形態において、補助RF発生器14は、マスタRF発生器として機能し得、マスタRF発生器12は、補助RF発生器として機能し得る。すなわち、補助RF発生器12およびコントローラ110は、様々な実施形態において、電力増幅器154、156へのレール電圧と、RF出力信号26の位相とを制御する。様々な他の実施形態において、補助RF発生器14のコントローラ110は、マスタRF出力信号18の電圧を変化させるためにマスタRF発生器におけるDCレール電圧を制御することと、それぞれの補助RF発生器14およびマスタRF発生器によって出力されるRF信号間の位相差を制御するためにマスタRF発生器18の位相を制御することとを含んで、マスタRF信号18の電圧および位相を制御するために、マスタRF発生器12に入力される制御信号も生成する。様々な実施形態において、補助RF発生器14は、RF入力ポート42を介してRF信号をマスタRF発生器12に出力し、この場合、RF入力ポート42は、出力ポートまたは入力/出力ポートとして動作する。シフタモジュール144が(反転)入力ポート42を介してマスタRF発生器12に送信されたRF信号に対してRF出力信号26の位相シフトをもたらすとき、RF出力信号18、26(または22、30)間の位相シフトが発生し得る。代替的には、マスタRF発生器12は、位相シフタモジュール144と同様の位相シフタモジュールを含み得、補助RF発生器14は、主RF発生器12にローカルの位相シフタによる適用のために、デジタル通信ポート46を介して、指令された位相シフトをマスタRF発生器12に出力し得る。さらに、様々な実施形態において、主感知ポート60および補助感知ポート62は、マスタRF発生器12のときに構成され得る。そのような構成では、マスタRF発生器12および補助RF発生器14は、デジタル通信ポート36、46を使用して、感知された電気的特徴情報を通信し得る。
【００６１】
図5は、様々な実施形態によるRF電力システム10のRF信号の例示的なプロットを示す。波形200は、マスタ整合RF信号22などの、マスタRF発生器12によって出力されるRF信号を示す。波形202は、補助RF信号26などの、補助RF発生器14によって出力されるRF信号を示す。波形200および202は、本実施形態が取り組む課題を示す。波形200および202を比較するとわかるように、波形200と波形202との間に位相差が存在する。整合ネットワーク20、28は、異なる位相シフトを導入するので、波形200および202は、位相が揃っていない。波形204および206は、本開示の実施形態によって提供される1つの改善を示す。
【００６２】
波形204は、マスタ整合ネットワーク20から出力される整合RF信号20を表す。波形204は、ソースRF発生器などからの、RF電力システム10内の他の発生器からの波形204に導入される周波数成分を示す厚さを有する。波形206は、補助整合ネットワーク28から出力される補助整合RF信号30の例示的な波形を示す。波形206も、ソースRF発生器などからの高周波数コンテンツを示す厚さを有して描かれているが、波形206は、波形204よりも少ない周波数コンテンツを含む。見てわかるように、波形204および206は、マスタRF発生器12および補助RF発生器14によって出力されるような、位相が揃ったRF信号を示す。
【００６３】
図6は、主RF発生器に対して補助RF発生器の位相を調整するためのフローチャート300を示す。制御は、ブロック302で始まり、ブロック304に進む。ブロック304は、主RF発生器と補助RF発生器との間の位相差を測定する。位相差が測定されると、制御は、ブロック306に進み、そこで、位相差がゼロであるかどうかが判定される。位相差がゼロである場合、調整は、不要であり、制御は、主RF発生器と補助RF発生器との間の位相差を再び測定するためにブロック304に戻る。位相差がゼロではない場合、制御は、ブロック308に進み、そこで、補助RF発生器は、マスタRF発生器がRF発生器の位相を変化させることを要求するためにマスタRF発生器にコマンドを送信する。制御は、主RF発生器と補助RF発生器との間の位相差を再び測定するためにブロック304に進む。
【００６４】
図7は、補助RF発生器の電圧または電力出力を決定するためのフローチャート320を示す。制御は、ブロック322で始まり、ブロック324に進む。ブロック324は、補助RF発生器のRF出力の電圧を測定する。電圧が測定されると、制御は、ブロック326に進み、そこで、測定された電圧が所定の設定点に等しいかどうかが判定される。測定された電圧が所定の設定点に等しい場合、制御は、補助発生器RF出力の電圧を再び測定するためにブロック324に進む。測定された電圧が所定の設定点に等しくない場合、制御は、ブロック328に進む。ブロック328において、機敏なDC電源の出力は、補助RF発生器の電力増幅器に印加されるレール電圧を変化させるために調整される。制御は、補助RF発生器のRF出力の電圧を再び測定するためにブロック324に進む。
【００６５】
様々な構成において、図1のRF制御システムは、所定の動作空間内で調整可能である。例えば、図1の補助整合ネットワーク28は、典型的には、補助整合ネットワーク28内の可変静電容量の位置を選択することによって制御される。様々な構成において、可変静電容量の位置の全範囲が、特に動作空間全体にわたって常に利用可能であるとは限らない。システム動作を可能にするために可変静電容量が配置され得る動作空間は、典型的には調整可能な動作空間と呼ばれる。好ましくは、調整可能な動作空間は、最大化され得る。例えば、補助整合ネットワーク28は、複数の位置に調整可能な可変静電容量を含み得る。しかしながら、様々な実施形態において、選択された位置のみが所定の周波数範囲内で利用可能である。非限定的な例として、補助RF発生器14が400kHzまでで動作する場合、380kHzなどの所定の周波数よりも高い位置間で変化することは、補助電極40に印加されたRF信号に関する延長されたセトリング時間および電圧制御ループと位相制御ループとの間の発振をもたらす。調整可能な動作空間の外側であるとき、制御の課題は、アクチュエータ範囲の端付近の不安定性と、より高い周波数における補助電圧および位相の安定状態値に関する発振またはハンチングとを含む。
【００６６】
図8A〜図8Eは、図1のRF電力制御システム10に関する様々な電気的パラメータ間の関係を示す。図8Aは、それぞれ、それぞれの主整合ネットワーク20および補助整合ネットワーク28の出力における主電圧400および補助電圧402に関する電圧波形を示す。主電圧400および補助電圧402は、それぞれの主電極32と補助電極40とを含む、様々な実施形態による図1の回路内の他の場所において測定され得る。図8Bは、補助RF発生器14によって送達される正味電力をワットで示す波形404を示す。図8Cは、それぞれの主電極32および補助電極40に印加されるRF信号間の位相差を度で示す波形406を示す。図8Dは、電圧アクチュエータによって設定される図2の機敏なDC電源電圧のレール電圧VRAILを示す波形408を示す。図8Eは、補助RF発生器14の位相アクチュエータによって指令された相対的位相設定点を示す波形410を示す。したがって、説明した位相、位相設定点、または位相アクチュエータは、図2のコントローラ110によって決定される所望の位相である。パルスRFエンベロープの場合、図8における波形は、所与のパルス状態に関する測定値を示す。例えば、4状態を有するパルス波形の場合、パルス状態ごとに1つ、4つの測定値が存在する。各パルス状態は、各パルス状態に関するそれぞれの値を示す図8A〜図8Eにおけるように波形のセットをもたらす。連続波(CW)動作の場合、図8A〜図8Eと同様に、波形の1つのセットのみが存在する。コントローラ110は、各パルス状態を別々に扱い、それらが1からnまで進み、次いで繰り返されるとき、状態間を滑らかに遷移する。
【００６７】
図8A〜図8Eにおいてわかるように、制御ループ間の交差項効果の考慮なしの補助RF発生器14の位相およびレール電圧アクチュエータへの調整は、波形400、402、404、406、408、および410の発振をもたらす。すなわち、位相およびレール電圧は、独立して調整される。位相は、1つの制御ループに従って調整され、レール電圧は、第2の制御ループに従って調整される。独立した制御は、図8A〜図8Eにおける波形の発振をもたらし、発振は、波形400〜410のセトリングを妨げる対応する不安定性をもたらす。
【００６８】
図9A〜図9Eは、図8A〜図8Eと同様の電気的特性を示し、したがって、図9A〜図9Eの波形は、図8A〜図8Eからの同様の参照番号を使用して参照される。図9Eは、補助整合ネットワーク28の可変静電容量の遷移から生じる応答を示す。レール電圧VRAILおよび補助RF発生器の位相のうちの一方または両方の調整をもたらすプロセスにおける変化を表す時間T1において、レール電圧412および位相410は、それぞれの点412、414において示すように、時間T2以降の確立した状態または定常状態から離れて最初に発散する。言い換えれば、遷移時に、図9Dの指令されたレール電圧波形408は、T2において安定状態に達する前に、時間T1の前にレール電圧から増加すべきである。しかしながら、点412において示すように、レール電圧VRAILは、時間T2における値に最終的に収束する前に、増加するのではなく減少する。同様に、点414における指令された位相は、時間T3における確立した値に収束する前に、減少するのではなく増加する。言い換えれば、遷移に応答して、レール電圧と位相波形408、410の両方は、それぞれ、それらの最終的な確立した値から離れるように最初に調整される。
【００６９】
図10Aおよび図10Bは、主電極と補助電極とを有するRFシステムの例示的な等高線プロットを示す。図10Aの等高線プロットについて詳細に説明する。図10Aの等高線プロットの説明は、一般に、本明細書全体を通して説明する等高線プロットに適用される。図10Aにおいて、x軸は、位相アクチュエータによって定義される位相または位相設定点を表す。y軸は、レール電圧VRAILを表す。x軸の位相およびy軸のレール電圧VRAILは、三次元空間においてz軸に沿って定義されたデルタ位相を変化させるための2つの入力を定義する。二次元空間においてz軸を表すために、等高線420a、420b...、420gは、一定のデルタ位相の線を定義する。デルタ位相は、一般に、主電極32に印加されるRF信号と補助電極40に印加されるRF信号との間の位相差として定義される。様々な実施形態において、等高線420aは、主電極32に印加されるRF信号に対する補助電極40に印加されるRF信号の負のデルタ位相または位相遅れを示す-D2に対応する。等高線420bは、デルタ位相-D1に対応し、等高線420cは、0デルタ位相に対応し、等高線420dは、デルタ位相D1に対応し、等高線420eは、デルタ位相D2に対応し、等高線420nは、デルタ位相D3に対応し、等高線420gは、デルタ位相D4に対応する。等高線間の領域は、デルタ位相における遷移を表し、これは、それぞれの等高線間で緩やかな場合もあり、または激しい場合もある。
【００７０】
図10Aは、補助電極40に印加されるRF信号の位相と補助RF発生器14に関するレール電圧VRAILとの特定の組合せに対応するデルタ位相を示す。上記で説明したように、レール電圧VRAILは、機敏なDC電源の出力を表し、それぞれの電力増幅器154、156に印加される。非限定的な例として、図10Aの点422は、所与の位相(x軸)およびレール電圧VRAIL(y軸)について、デルタ位相=0であることを示す。すなわち、位相x=aおよびレール電圧VRAIL y=bについて、デルタ位相Level=0(z=0)である。
【００７１】
図10Bは、補助RF発生器14の位相(x軸)と、図2の機敏なDC電源によって出力されるレール電圧VRAIL(y軸)とに対する補助電力を示す等高線プロットである。補助電力は、一般に、補助電力40における電圧として説明され、ピークツーピーク技法または二乗平均平方根(RMS)技法を使用して測定され得る。図10Bの等高線は、補助電極40における補助電圧を示す。特に興味深いのは、非限定的な例として、図10Bの点424である。所与の位相x=nおよびレール電圧VRAIL y=nについて、点424に示すように、補助電圧Level=VR5である。
【００７２】
図11Aおよび図11Bは、図10Aおよび図10Bによって表される初期状態から図11Aおよび図11Bによって表される第2の状態への遷移を示す等高線プロットである。例えば、様々な実施形態において、図10Aおよび図10Bは、補助整合ネットワーク28の調整可能要素が第1の位置にあるように補助整合ネットワーク28が構成されるRF電力送達システムについてのデルタ位相対位相およびレール電圧VRAIL(図10Aに関する)と、補助電圧対位相およびレール電圧VRAIL(図10B)とを表し得る。図11Aおよび図11Bは、補助整合ネットワーク28の調整可能要素が第2の位置に変位したときの、対応するデルタ位相対位相およびレール電圧VRAIL(図11A)と、補助電圧対位相およびレール電圧VRAIL(図11B)とを表す。様々な実施形態において、調整可能要素は、第1の位置から第2の位置に調整され得る。
【００７３】
図10Aおよび図11Bに関連して、選択された点422は、位相a=レール電圧VRAIL=bと、結果として生じるデルタ位相Level=0とを表す。図10Aに示すように、点422は、等高線デルタ位相=0上に位置する。遷移に続いて、等高線の位置は、変化し、等高線値-D2、-D1、...、D4は、図10Aおよび図11Aにおいて同じ値を表す。様々な実施形態において、点422は、この非限定的な例では、デルタ位相=0など、同じ等高線上にとどまることが好ましい。同じ等高線上にとどまるために、点422は、図10Aにおける点422から図11Aにおける点422'に遷移しなければならない。この遷移は、矢印426に沿って生じる。点422から点422'に移動するために、等高線デルタ位相=0上の点422の位置を維持するために、位相をx=aからx=a'に調整し、レール電圧VRAILをy=bからy=b'に調整する必要がある。
【００７４】
同様に、図10Bにおいて、位相x=m、レール電圧VRAIL=n、および補助電圧Level=VR5について、点424が示されている。図10Bおよび図11BにおけるVR1、...、VR7に関する等高線は、同様の値を表す。図10Bにおける点424は、等高線VR5に沿って示されている。等高線VR5上の点424を維持するために、図10Bの点424は、図11Bの矢印428に沿って点424'に遷移する。図11Bが示すように、点424'において示すように等高線VR5に沿って点424を維持するために、位相をx=m'に変化させ、レール電圧VRAILをy=n'に変化させることが必要である。したがって、図10Aおよび図11Aに示す点422の点422'への遷移、ならびに図10Bおよび図11Bに示す点424'への点424の遷移の各例では、位相設定点を下げ、レール電圧VRAILを上げることが必要である。したがって、図10Aおよび図10Bならびに図11Aおよび図11Bは、様々な実施形態において、所定の等高線に沿って位置を維持するために、位相とレール電圧VRAILの両方を制御することが必要であることを実証している。
【００７５】
図12Aおよび図12Bは、図12Aにおけるデルタ位相対位相およびレール電圧VRAILの等高線プロットと、図12Bにおける補助電圧対位相およびレール電圧VRAILの等高線プロットとを示す。図12Aおよび図12Bにおける各等高線プロットは、位相d、レール電圧VRAIL=e、ならびに、図12Aにおけるデルタ位相=f、および図12Bにおける補助電圧=gに対応する点428を示す。図12Aおよび図12Bのプロット430および432ならびにそれぞれの等高線プロットは、図12Aおよび図12Bの各々におけるレール電圧VRAILおよび位相解に近づくことへの課題を示す。
【００７６】
図12Aに示すように、点428は、等高線がレール電圧VRAILとほぼ平行な位置にあるので、点428の周囲の領域において、レール電圧VRAILを変化させることは、デルタ位相に大きく影響を及ぼす。デルタ位相における変化は、それに応じて、図12Bにおける点428への収束に影響を及ぼす。さらに、図12Bに示すように、補助電圧等高線V1、...、V12は、小さい位相アクチュエータの変化が電圧に大きく影響を及ぼすように、位相値に平行である。同様に、図12Bにおいて、補助電圧等高線V1、...、V12は、レール電圧VRAIL値にほぼ垂直である。したがって、補助電圧における小さい変更を行うために、大きいレール電圧VRAIL変化が必要とされる。したがって、波形430および432は、選択された等高線上の所望の設定点に到達するために、独立した制御ループを使用して位相およびレール電圧VRAILを変化させることによる所望の終了点428の周囲の旋回を示す。
【００７７】
図12Aおよび図12Bは、単一の入力を調整することが補助電圧の正確な制御に対する課題を提示する図1のRF電源システム10の様々な構成に対する特定の課題を説明する。等高線に沿って点428などの点の位置を変化させるために、位相またはレール電圧VRAILのうちの1つにおける大きい変化が必要であり、他の変数における小さい変化が、等高線に沿った点428の位置における大きい変化をもたらすことがわかる。したがって、単一の入力システムは、特定の出力を調整するために単一の入力が変更されるという特定の課題を生じる可能性がある。
【００７８】
比較として、図13は、レール電圧VRAILが点440などの点の位置を調整するために変更され得る等高線プロットを示す。図13において、点440は、x=hの位相、レール電圧VRAIL y=i、および結果として生じる補助電圧jに対応する。図13は、x軸に沿った位相であろうとy軸に沿ったレール電圧VRAILであろうと、入力のうちの1つを変化させることが合理的な分解能で等高線VT5などの等高線に沿った点440の調整を可能にする条件を示す。対照的に、図12Aおよび図12Bは、x軸に沿った位相またはy軸に沿ったVRAILのうちの1つを調整することによってそのような分解能を可能にしない。
【００７９】
図14は、様々な実施形態において、図1〜図4の補助RF発生器14の機敏なDC電源アクチュエータ(レール電圧VRAIL)および位相アクチュエータ(位相)を制御するための線形二次積分(LQI:linear-quadratic-integral)制御システムを示す。図14のLQI構成は、コントローラゲインがコスト関数の最小化に基づいて決定される最適な制御を提供する。そのような構成は、補助RF発生器14の選択されたパラメータを制御するために内部測定と出力フィードバックの両方を利用する。図14の制御システムは、本質的に他入力他出力(MIMO)である。様々な実施形態において、性能は、フィードバック誤差、状態、およびアクチュエータ振幅に関する個々の調整を可能にすることを含み、高度に調整可能である。
【００８０】
図14において、制御システム480は、補助電圧設定点、および主RF信号と補助RF信号との間のデルタ位相または位相差に関する設定点である、ベクトルまたは行列を表す入力値rを受信し、
【００８１】
【数１】
0006911152.tif 000002
【００８２】
ここで、
rAuxは、補助電極に印加されるRF波形の電圧に関する設定点を表し、
rDelta Phaseは、主RF波形と補助RF波形との間の位相差またはデルタ位相に関する設定点を表す。
設定点rは、システム出力、
【００８３】
【数２】
0006911152.tif 000003
【００８４】
と比較され、ここで、
y1=VAuxは、補助電極に印加されるRF波形の測定された電圧を表し、
y2=ΔPhaseは、主RF波形と補助RF波形との間の測定された位相差を表す。
【００８５】
入力rは、行列またはベクトルeとして表される差または誤差を決定する加算器482に適用される。行列またはベクトルeは、補助電圧設定点rAuxと測定された補助電圧出力yAuxとの間の差と、デルタ位相設定点rDelta Phaseと測定されたデルタ位相出力ΔPhaseとの間の差とを表す。すなわち、
【００８６】
【数３】
0006911152.tif 000004
【００８７】
ここで、
eAuxは、負荷に印加される指令されたRF電圧と負荷に印加される実際のRF電圧との間の誤差または差を表し、
eDelta Phaseは、主信号と補助RF信号との間の指令された位相差と実際の位相差との間の誤差または差を表す。
誤差eは、積分器486に入力され、行列またはベクトルxjによって表される積分された誤差値は、ブロック488に適用される。行列またはベクトルxjは、以下、
【００８８】
【数４】
0006911152.tif 000005
【００８９】
のように表され得、ここで、
x3は、積分器486によって出力される補助電極誤差の積分を表し、
x4は、積分器486によって出力される位相差誤差の積分を表す。
【００９０】
ブロック488は、積分された誤差値eを受信し、システムブロック490によって出力される内部状態を含む値xの行列またはベクトルも受信する。行列またはベクトルxは、以下、
【００９１】
【数５】
0006911152.tif 000006
【００９２】
として表され、ここで、
x1=xRailは、以下でさらに説明するように、システム490によって出力される測定された補助レール電圧状態を表し、
x2=xphaseは、システム490によって出力される測定された補助位相状態を表す。ブロック488は、システムブロック490への制御行列またはベクトルuを生成するためにフィードバックゲイン行列Kを適用するゲインブロックである。行列またはベクトルuは、以下、
【００９３】
【数６】
0006911152.tif 000007
【００９４】
として表され、ここで、
u1は、補助RF発生器に関する指令されたレール電圧VRAILを表し、
u2は、補助RF発生器によって出力されるRF波形の指令された位相を表す。
システムブロック490は、補助電圧出力yauxと位相出力yphaseとを調整するために入力uに応答する。
【００９５】
図14に示すLQIまたは状態表現は、n次微分方程式を単一の1次行列微分方程式に置き換える。図14の制御システム480において、式(6)内の上記で説明したuは、以下に示すようにさらに記述され得、
【００９６】
【数７】
0006911152.tif 000008
【００９７】
ここで、
K11、K12、K21、およびK22は、状態フィードバックを表し、
K13およびK14は、補助電圧に関する補正定数を表し、
K23およびK24は、位相アクチュエータに関する補正定数を表し、
x1、x2、x3、およびx4については、上記で説明した。
【００９８】
様々な実施形態において、K11、K12、K21、およびK22は、補助電圧および相電圧が迅速に反応するので、最小限の二次効果のみが存在するという認識で構成される。したがって、K11、K12、K21、およびK22は、補助電圧および位相の旋回ダイナミクスを近似するために使用される。様々な実施形態において、K定数は、製造時に補助RF発生器を特徴付けるために使用される所定の等高線に従って設定される。等高線間の勾配は、K値を決定するために使用される。様々な実施形態において、所与の動作条件に対する補助RF発生器に関する等高線の現場測定に基づいて設定される。
【００９９】
図15Aは、x軸上の位相およびy軸上のレール電圧VRAILに対する補助電圧のプロットを示す。様々な表現において、補助電圧は、陰影もしくは色によって表現され得、または、図15Aおよび図15Bは、象嵌(quadrant)500、502...、510を含む複数の象嵌を含む。同様に、図15Bは、位相オフセット対x軸上の位相およびy軸上のレール電圧VRAILのプロットを示す。様々な象嵌512、514、...、522は、マスタRF発生器12と補助RF発生器14との間の位相オフセットを示す。
【０１００】
図16Aおよび図16Bは、それぞれ図15Aおよび図15Bに対応し、図16Aおよび図16Bは、図12Aおよび図12Bにおけるように解に収束するときにRF電力システムが発振し得るように等高線が配置されているときに応答するそれぞれの補助電圧および位相オフセットを示す。図16A内の象嵌500'、502'、...、510'は、そのような収束が困難な条件下での図15Aの象嵌500、...、510の位置を示す。図16Aでわかるように、図15Aからの補助電圧の形状は、約45度の角度線について反射されている。同様に、図15Bのプロットは、等高線の一部が約45度の角度線について同様に反射されているように変位されている。それぞれの点512'、514'、...、518'は、図15Bの対応する象嵌の反射を示す。
【０１０１】
図17A〜図17Dは、等高線が所定の補助電圧およびデルタ位相解への収束を促進する構成において配置された条件下での様々な実施形態による比例積分制御を使用した時間に対する様々なそれぞれの電気的パラメータのプロットを示す。したがって、図17Aは、レール電圧設定点の波形540を示す。図17Bは、補助電圧の波形542を示す。図17Cは、位相設定点の波形544を示す。図17Dは、マスタRF発生器12と補助RF発生器14との間のデルタ位相の波形546を示す。時間T1においてわかるように、RF発生器がパワーアップ後に閉ループ動作に移行すると、補助電圧は、それに応じて上昇し、デルタ位相は、低減する。補助電圧542とデルタ位相546の両方は、ほぼ瞬時に安定に達する。
【０１０２】
図18A〜図18Dは、図17A〜図17Dのそれぞれの電気的特性に対応する波形を示す。図18A〜図18Dにおいて、補助電圧等高線および/またはデルタ位相等高線は、所定の解への収束が所望の解の終了点についての探索またはハンチングをもたらすように配置される。波形540'は、レール電圧VRAILに対応し、波形542'は、補助電圧に対応し、波形544'は、位相設定点に対応し、波形546'は、デルタ位相に対応する。時間T1において、RF発生器出力は、閉ループモードにおいて、レール電圧と位相アクチュエータの両方に関する事前定義された開始点までパワーアップされる。時間T2において、RF発生器は、閉ループ動作に入る。レール電圧540'および補助電圧542'は、T2において不安定性を示し、より小さい程度まで、位相設定点544'およびデルタ位相546'も不安定性を示す。T3において、RF発生器出力は、シャットダウンする前に無効化される。図18A〜図18Dにおいてわかるように、選択された条件下で、レール電圧および位相アクチュエータシステムは、発振する傾向がある。
【０１０３】
図19および図20は、それぞれの図17A〜図17Dおよび/または図18A〜図18Dに関する波形と同様の電気的特性を示す図19A〜図19Dおよび図20A〜図20Dに関する波形を示す。しかしながら、図19A〜図19Dおよび図20A〜図20Dは、図14に関連して説明した制御を使用するシステム応答を示す。波形560は、補助RF発生器14に関するレール電圧VRAILを示し、波形562は、結合ネットワーク24の補助電極40に印加される補助電圧を示し、波形564は、補助RF発生器14に関する位相設定点を示し、波形566は、それぞれのマスタ電極32および補助電極40に印加されるRF信号間のデルタ位相を示す。波形560'、562'、564'、および566'は、同様の電気的特性に関する波形を示す。
【０１０４】
図19A〜図19Dは、RFシステムに関する等高線プロットが所定の点への収束を促進するように配置された波形を示す。図19A〜図19Dの波形は、図14の制御モデルを使用して制御が提供される実施形態を表す。一方、図20A〜図20Dは、レール電圧VRAILおよび/または位相設定点が解を探し得るようにデルタ位相および補助電圧等高線が配置された構成に関する図14の制御支援システムによって実施される制御を示す。図19A〜図19Dおよび図20A〜図20Dに示すように、図14において提供した制御を利用することは、波形560'、562'、564'、566'が公称条件の波形560、562、564、566に対して比較的迅速に安定性に収束することを示す。図19A〜図19Dおよび図20A〜図20Dにおいてわかるように、T1において、コントローラは、学習段階に入る。アクチュエータは、事前定義されたシーケンスを介して進められ、補助電圧およびデルタ位相出力が記録される。情報を使用して、現在の動作条件の等高線勾配が計算される。これらは次いで、コントローラゲインのK行列を更新するために使用される。T2において、RF発生器は、これらの更新されたゲインパラメータを用いて閉ループ動作モードに入る。図19A〜図19Bおよび図20A〜図20Dのシステムは、最小限の発振で比較的迅速に安定性に収束する。したがって、図14のシステムが、デルタ位相および/または補助電圧に関する等高線の構成にかかわらず収束を提供することがわかる。
【０１０５】
図21は、制御モジュール569を示す。図2〜図4の制御モジュールまたはコントローラ110は、制御モジュール569として実装され得る。制御モジュール569は、補助RF電圧モジュール568と、位相差モジュール570と、電圧比較モジュール572と、位相比較モジュール574と、DC電圧モジュール576と、位相出力モジュール578とを含み得る。様々な実施形態において、制御モジュール569は、モジュール568、570、572、574、576、および578に関連するコードを実行するプロセッサを含む。モジュール568、570、572、574、576、および578の動作について、図22の方法に関連して以下に説明する。
【０１０６】
図2〜図4の制御モジュールのさらに定義された構造について、以下に提供する図22の方法と、以下に提供する「モジュール」という用語についての定義とを参照されたい。本明細書で開示するシステムは、多数の方法を使用して動作され得、その例示的なRF制御システム方法が図22に示されている。以下の動作について、主に図2〜図4の実装形態に関連して説明するが、動作は、本開示の他の実装形態に適合するように容易に修正され得る。動作は、繰り返し実行され得る。以下の動作は、順次に実行されるものとして示され、主に説明されているが、以下の動作のうちの1つまたは複数は、他の動作のうちの1つまたは複数が実行されている間に実行され得る。
【０１０７】
図22は、非限定的な例として、図1のRF電力システム100の補助RF発生器14を制御するための多入力多出力制御システムのフローチャート580を示す。方法は、開始ブロック582において始まり、ブロック584および586に進む。ブロック584において、制御モジュール569の補助RF電圧モジュール568は、補助電圧センサ66などを介して、補助RF発生器14の電圧出力を測定する。ブロック586において、制御モジュール569の位相差モジュール570は、マスタRF発生器12および補助RF発生器14のそれぞれのRF出力信号間の位相差を測定する。様々な実施形態において、ブロック584および586は、図22に示すように並行して実行され得、または、様々な他の実施形態において、順次実行され得ることに留意すべきである。
【０１０８】
補助RF発生器14の出力電圧、および補助RF発生器14とマスタRF発生器12との間の位相差が決定されると、制御は、決定ブロック588に進む。決定ブロック588において、2つの別個の決定入力が考慮される。ブロック590において、制御モジュール569の電圧比較モジュール572は、測定された出力電圧が所定の設定点の範囲内であるかまたはその設定点に等しいかどうかを判定する。ブロック592において、制御モジュール569の位相比較モジュール574は、位相差が所定の値(Delta)の範囲内であるかまたはその値に等しいかどうかを判定する。ブロック588に示すように、電圧が所定の設定点に等しく、位相差が所定の差Deltaに等しい場合、制御は、ブロック584および586に戻る。言い換えれば、出力電圧または位相差の調整は、不要である。さらに、ブロック588において、電圧が所定の設定点に等しくないか、または位相差が所定の差Deltaに等しくない場合、処理は、ブロック594に進む。
【０１０９】
ブロック594は、補助電圧の電圧設定点と、マスタRF発生器12と補助RF発生器14との間の位相差の両方の多入力多出力制御を実施する。したがって、補助電圧が所定の設定点にないこと、または位相差が所定の値Deltaにないことのうちの1つまたは両方に応答して、2つの入力が調整または制御され得る。ブロック596において、制御モジュール569のDC電圧モジュール576は、補助RF発生器14の出力電圧を変化させるために、図2のアイテム170に示すように、機敏なDC電源の出力を調整するために制御信号を生成する。ブロック598において、制御モジュール569の位相出力モジュール578は、位相差を所定の値Deltaに調整するために、補助RF発生器の位相設定点を決定する。ブロック598において、位相出力モジュール578は、位相補助RF発生器14に対応する調整をもたらすために、補助RF発生器14にマスタRF発生器12への要求を生成させる。
【０１１０】
ブロック596は、レール電圧VRAILを変化させるために機敏なDC電源の出力を調整することと、補助RF発生器14の位相を調整することとの間の相互作用を実証するように構成される。リンク600は、それぞれのブロック595と598との間の通信を示す。すなわち、DC電圧モジュール576および位相出力モジュール578は、通信する。したがって、ブロック594は、図14の制御システムに関連して説明したような制御の実施を示す。したがって、フローチャート580は、図2のDC電源170を調整することによるレール電圧VRAILの多入力他出力制御と、RF制御信号54を介して提供されるような位相制御とを示す。
【０１１１】
前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その用途、または使用を限定することを決して意図していない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施され得る。したがって、本開示は、特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲の検討時に他の修正が明らかになるので、本開示の真の範囲は、それほど限定されるべきではない。方法内の1つまたは複数のステップは、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)実行され得ることが理解されるべきである。さらに、実施形態の各々について、特定の特徴を有するものとして上記で説明したが、本開示の任意の実施形態に関連して説明したそれらの特徴のうちの任意の1つまたは複数は、その組合せが明示的に説明されていない場合であっても、他の実施形態のいずれかの特徴に組み込まれ得、および/またはそれと組み合わされ得る。言い換えれば、説明した実施形態は、相互に排他的ではなく、1つまたは複数の実施形態の相互の置換は、本開示の範囲内に留まる。
【０１１２】
要素間(例えば、モジュール間、回路要素間、半導体層間、など)の空間的および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接する」、「〜の次の」、「〜の上部」、「上」、「下」、および「配置された」を含む様々な用語を使用して説明される。「直接」であると明示的に説明されていない限り、第1の要素と第2の要素との間の関係が上記の開示において説明されているとき、その関係は、第1の要素と第2の要素との間に他の介在要素が存在しない直接的な関係であり得るが、第1の要素と第2の要素との間に1つまたは複数の介在要素が(空間的または機能的に)存在する間接的な関係でもあり得る。本明細書で使用される場合、A、BおよびCの少なくとも1つというフレーズは、非排他的論理ORを使用する論理(A OR B OR C)を意味すると解釈されるべきであり、「少なくとも1つのA、少なくとも1つのB、および少なくとも1つのC」を意味すると解釈されるべきではない。
【０１１３】
図において、矢尻によって示される矢印の方向は、一般に、例示に関心がある情報(データまたは命令など)の流れを示す。例えば、要素Aおよび要素Bが様々な情報を交換するが、要素Aから要素Bに送信される情報が例示に関連しているとき、矢印は、要素Aから要素Bを指す場合がある。この一方向矢印は、他の情報が要素Bから要素Aに送信されないことを意味しない。さらに、要素Aから要素Bに送信される情報について、要素Bは、その情報に対する要求または受信確認を要素Aに送信し得る。
【０１１４】
以下の定義を含む本出願では、「モジュール」という用語、または「コントローラ」という用語は、「回路」という用語に置き換えられ得る。「モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル、アナログ、もしくはアナログ/デジタル混合ディスクリート回路、デジタル、アナログ、もしくはアナログ/デジタル混合集積回路、組合せ論理回路、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回路(共有、専用、もしくはグループ)、プロセッサ回路によって実行されるコードを記憶するメモリ回路(共有、専用、もしくはグループ)、説明した機能を提供する他の適切なハードウェア構成要素、または、システムオンチップなどの、上記のうちのいくつかもしくはすべての組合せを指すか、その一部であるか、またはそれを含み得る。
【０１１５】
モジュールは、1つまたは複数のインターフェース回路を含み得る。いくつかの例では、インターフェース回路は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット、ワイドエリアネットワーク(WAN)、またはそれらの組合せに接続された有線ネットワークまたはワイヤレスネットワークを含み得る。本開示の任意の所与のモジュールの機能は、インターフェース回路を介して接続される複数のモジュールに分散され得る。例えば、複数のモジュールが負荷分散を許可する場合がある。さらなる例では、サーバ(リモート、またはクラウドとしても知られる)モジュールが、クライアントモジュールの代わりにいくつかの機能を成し遂げ得る。
【０１１６】
上記で使用される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み得、プログラム、ルーチン、関数、クラス、データ構造、および/またはオブジェクトを指し得る。共有プロセッサ回路という用語は、複数のモジュールからのいくつかのまたはすべてのコードを実行する単一のプロセッサ回路を包含する。グループプロセッサ回路という用語は、追加のプロセッサ回路と組み合わせて、1つまたは複数のモジュールからのいくつかのまたはすべてのコードを実行するプロセッサ回路を包含する。複数のプロセッサ回路への言及は、個別のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のプロセッサ回路の複数のコア、単一のプロセッサ回路の複数のスレッド、または上記の組合せを包含する。共有メモリ回路という用語は、複数のモジュールのうちのいくつかまたはすべてのコードを記憶する単一のメモリ回路を包含する。グループメモリ回路という用語は、追加のメモリと組み合わせて、1つまたは複数のモジュールからのいくつかのまたはすべてのコードを記憶するメモリ回路を包含する。
【０１１７】
メモリ回路という用語は、コンピュータ可読媒体という用語のサブセットである。本明細書で使用されるコンピュータ可読媒体という用語は、(搬送波上など)媒体を介して伝播する一時的な電気信号または電磁信号を包含せず、したがって、コンピュータ可読媒体という用語は、有形で非一時的と見なされ得る。非一時的な有形のコンピュータ可読媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ回路(フラッシュメモリ回路、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ回路、またはマスク読み取り専用メモリ回路など)、揮発性メモリ回路(スタティックランダムアクセスメモリ回路またはダイナミックランダムアクセスメモリ回路など)、磁気記憶媒体(アナログまたはデジタル磁気テープまたはハードディスクドライブなど)、および光学記憶媒体(CD、DVD、またはBlu-ray(登録商標)ディスクなど)である。
【０１１８】
本明細書で説明する装置および方法は、コンピュータプログラムにおいて具体化された1つまたは複数の機能を実行するために汎用コンピュータを構成することによって作成される専用コンピュータによって部分的または完全に実施され得る。上記で説明した機能的ブロック、フローチャート構成要素、および他の要素は、熟練した技術者またはプログラマの日常業務によってコンピュータプログラムに変換され得るソフトウェア仕様として機能する。
【０１１９】
コンピュータプログラムは、少なくとも1つの非一時的な有形のコンピュータ可読媒体上に記憶されたプロセッサ実行可能命令を含む。コンピュータプログラムは、記憶されたデータも含むか、またはそれに依存し得る。コンピュータプログラムは、専用コンピュータのハードウェアと対話する基本入力/出力システム(BIOS)、専用コンピュータの特定のドライバと対話するデバイスドライバ、1つまたは複数のオペレーティングシステム、ユーザアプリケーション、バックグラウンドサービス、バックグラウンドアプリケーションなどを包含し得る。
【０１２０】
コンピュータプログラムは、(i)HTML(ハイパーテキストマークアップ言語)、XML(拡張マークアップ言語)、またはJSON(JavaScript(登録商標) Object Notation)などの解析される記述テキスト、(ii)アセンブリコード、(iii)コンピュータによってソースコードから生成されたオブジェクトコード、(iv)インタープリタによって実行されるソースコード、(v)ジャストインタイムコンパイラによってコンパイルおよび実行されるソースコードなどを含み得る。例としてのみ、ソースコードは、C、C++、C#、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java(登録商標)、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript(登録商標)、HTML5 (Hypertext Markup Language 5th revision)、Ada、ASP(Active Server Pages)、PHP(PHP:Hypertext Preprocessor)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash(登録商標)、Visual Basic(登録商標)、Lua、MATLAB、SIMULINK、およびPython(登録商標)を含む言語からの構文を使用して書かれ得る。
【０１２１】
特許請求の範囲内に列挙されている要素はいずれも、要素が「〜ための手段」というフレーズ、または、方法クレームの場合、「〜ための動作」もしくは「〜ためのステップ」というフレーズを使用して明示的に列挙されていない限り、米国特許法第112条(f)の意味内のミーンズプラスファンクション要素であることを意図していない。
【符号の説明】
【０１２２】
10  RF電力システム
12  マスタRF発生器、主RF発生器
14  補助RF発生器
14'  補助RF発生器
14"  補助RF発生器
16  直流(DC)バス、DCバス
18  マスタRF信号
20  マスタマッチングまたは整合ネットワーク、マスタ整合ネットワーク、主整合ネットワーク
22  マスタ整合RF信号
24  結合ネットワーク
26  補助RF信号または出力、マスタRF信号、補助RF信号、RF出力信号、RF出力
28  補助マッチングまたは整合ネットワーク、補助整合ネットワーク
30  補助整合RF信号
32  マスタ電極、主電極
34  パルス同期出力ポート
36  デジタル通信ポート
38  RF出力ポート
40  補助電極
42  RF入力ポート
44  キャパシタ
46  デジタル通信ポート
48  パルス同期入力ポート
50  パルス同期信号
52  デジタル通信リンク
54  RF制御信号
60  主センサポート、主感知ポート
62  補助センサポート、補助感知ポート
64  マスタ電圧センサ
66  補助電圧センサ
100  コントローラセクション、制御セクション
102  信号生成セクション
104  電力増幅器セクション
106  エネルギー放散セクション
108  DC生成セクション
110  コントローラ
112  補助RF検出器モジュール
114  主RF検出器モジュール、主RF検出器
116  RFアクチュエータモジュール
118  カスタマーインターフェース
122  メモリ
126  通信モジュール
140  RFスイッチモジュール
142  RF同期モジュール
144  位相シフタモジュール
146  phi 1
148  phi 2
152  ドライバ
154  電力増幅器
156  電力増幅器
158  フィルタ
160  VIセンサ
164  アナログフロントエンド
170  AC/DCコンバータ、DC電源
172  可変抵抗負荷
200  波形
202  波形
204  波形
206  波形
400  主電圧、波形
402  補助電圧、波形
404  波形
406  波形
408  波形、レール電圧波形
410  波形、位相、位相波形
412  点
414  点
420a  等高線
420b  等高線
420c  等高線
420d  等高線
420e  等高線
420f  等高線
420g  等高線
420n  等高線
422  点
422'  点
424  点
424'  点
426  矢印
428  矢印、点、終了点
430  プロット、波形
432  プロット、波形
440  点
480  制御システム
482  加算器
486  積分器
488  ブロック
490  システムブロック、システム
500、502...、510  象嵌
500'、502'、...、510'  象嵌
512、514、...、522  象嵌
512'、514'、...、518'  点
540  レール電圧設定点の波形
542  補助電圧の波形、補助電圧
544  位相設定点の波形
546  デルタ位相の波形
540'  波形、レール電圧
542'  波形、補助電圧
544'  波形、位相設定点
546'  波形、デルタ位相
560  波形
562  波形
564  波形
566  波形
560'  波形
562'  波形
564'  波形
566'  波形
568  補助RF電圧モジュール
569  制御モジュール
570  位相差モジュール
572  電圧比較モジュール
574  位相比較モジュール
576  DC電圧モジュール
578  位相出力モジュール
【図１】
0006911152.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006911152.tif 000013
【図６】
0006911152.tif 000014
【図７】
0006911152.tif 000015
【図８Ａ】
0006911152.tif 000016
【図８Ｂ】
0006911152.tif 000017
【図８Ｃ】
0006911152.tif 000018
【図８Ｄ】
0006911152.tif 000019
【図８Ｅ】
0006911152.tif 000020
【図９Ａ】
0006911152.tif 000021
【図９Ｂ】
0006911152.tif 000022
【図９Ｃ】
0006911152.tif 000023
【図９Ｄ】
0006911152.tif 000024
【図９Ｅ】
0006911152.tif 000025
【図１０Ａ】
0006911152.tif 000026
【図１０Ｂ】
0006911152.tif 000027
【図１１Ａ】
0006911152.tif 000028
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
0006911152.tif 000030
【図１２Ｂ】
0006911152.tif 000031
【図１３】
0006911152.tif 000032
【図１４】
0006911152.tif 000033
【図１５Ａ】
0006911152.tif 000034
【図１５Ｂ】
0006911152.tif 000035
【図１６Ａ】
0006911152.tif 000036
【図１６Ｂ】
0006911152.tif 000037
【図１７Ａ】
0006911152.tif 000038
【図１７Ｂ】
0006911152.tif 000039
【図１７Ｃ】
0006911152.tif 000040
【図１７Ｄ】
0006911152.tif 000041
【図１８Ａ】
0006911152.tif 000042
【図１８Ｂ】
0006911152.tif 000043
【図１８Ｃ】
0006911152.tif 000044
【図１８Ｄ】
0006911152.tif 000045
【図１９Ａ】
0006911152.tif 000046
【図１９Ｂ】
0006911152.tif 000047
【図１９Ｃ】
0006911152.tif 000048
【図１９Ｄ】
0006911152.tif 000049
【図２０Ａ】
0006911152.tif 000050
【図２０Ｂ】
0006911152.tif 000051
【図２０Ｃ】
0006911152.tif 000052
【図２０Ｄ】
0006911152.tif 000053
【図２１】
0006911152.tif 000054
【図２２】
0006911152.tif 000055