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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-20
(45)【発行日】2024-10-01
(54)【発明の名称】スイッチドキャパシタ変調器
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240924BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
【請求項の数】
56
(21)【出願番号】P 2023533748
(86)(22)【出願日】2021-10-01
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-24
(86)【国際出願番号】 US2021053148
(87)【国際公開番号】W WO2022119629
(87)【国際公開日】2022-06-09
【審査請求日】2023-11-06
(31)【優先権主張番号】17/111,700
(32)【優先日】2020-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】508240030
【氏名又は名称】エムケーエス インストゥルメンツ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】デュイ・グエン
(72)【発明者】
【氏名】アルバート・クラムシン
(72)【発明者】
【氏名】アーロン・ティー・ラドムスキー
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンダー・エス・ジュルコヴ
(72)【発明者】
【氏名】ハンゴン・キム
(72)【発明者】
【氏名】ケルヴィン・リー
【審査官】右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１０７９６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５２１０３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２０００７９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
DC電圧と駆動信号とを受信し、前記DC電圧に従って入力信号を変調し、可変振幅を有する出力信号を出力端子に生成するように構成された電源と、前記出力端子と並列のキャパシタンスであって、前記キャパシタンスは、前記出力端子における等価キャパシタンスを変化させるようにキャパシタ制御信号に従って変化するように構成される、キャパシタンスと
を備えるスイッチドキャパシタ変調器(SCM)用制御回路。
【請求項2】
前記駆動信号は、前記出力信号の周波数と電力とを決定する、請求項1に記載のSCM用制御回路。
【請求項3】
前記電源は、複数の電源を含み、前記駆動信号は、複数の駆動信号を含む、請求項2に記載のSCM用制御回路。
【請求項4】
前記複数の電源は、前記出力信号の大きさを変化させるために、ある位相において動作するように構成される、請求項3に記載のSCM用制御回路。
【請求項5】
前記出力信号は、前記位相と前記等価キャパシタンスとに従って変化する電力を有する、請求項4に記載のSCM用制御回路。
【請求項6】
選択されたパラメータの設定値と前記選択されたパラメータの測定値とに従って指令デューティサイクルと指令位相とを生成するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項5に記載のSCM用制御回路。
【請求項7】
前記コントローラは、電力設定値と測定された電力との間の差に従って前記指令デューティサイクルを生成するように構成されたSVCコントローラをさらに備える、請求項6に記載のSCM用制御回路。
【請求項8】
前記キャパシタンスは、第1の電圧を印加するために前記キャパシタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、第2の電圧を印加するために前記キャパシタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチとを含む一対のスイッチから電圧を受け取るように構成され、前記第1の電圧および前記第2の電圧は、前記等価キャパシタンスを制御するために変化する、請求項6に記載のSCM用制御回路。
【請求項9】
前記指令デューティサイクルに従って前記一対のスイッチを作動させるために制御信号を生成するように構成されたSVCドライバをさらに備える、請求項8に記載のSCM用制御回路。
【請求項10】
電力設定値と測定された電力との間の差に従って前記指令位相を生成するように構成された駆動PIDをさらに備える、請求項9に記載のSCM用制御回路。
【請求項11】
前記指令位相に従って前記複数の駆動信号を生成するように構成されたダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)をさらに備える、請求項10に記載のSCM用制御回路。
【請求項12】
電力設定値と測定された電力との間の差に従って前記指令位相を生成するように構成された駆動コントローラをさらに備え、前記電源は、RF電源であり、前記出力信号は、RF出力信号である、請求項8に記載のSCM用制御回路。
【請求項13】
前記指令位相に従って前記複数の駆動信号を生成するように構成されたダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)をさらに備える、請求項12に記載のSCM用制御回路。
【請求項14】
前記指令デューティサイクルに従って前記一対のスイッチを作動させるために制御信号を生成するように構成されたSVCドライバをさらに備える、請求項12に記載のSCM用制御回路。
【請求項15】
前記複数の駆動信号は、前記複数の電源が選択された位相において動作するように選択される、請求項14に記載のSCM用制御回路。
【請求項16】
前記キャパシタンスは、第1の電圧を印加するために前記キャパシタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、第2の電圧を印加するために前記キャパシタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチとを含む一対のスイッチから電圧を受け取るように構成され、前記第1の電圧および前記第2の電圧は、前記等価キャパシタンスを制御するために変化する、請求項1に記載のSCM用制御回路。
【請求項17】
前記第1の端子に印加される前記第1の電圧および前記第2の端子に印加される前記第2の電圧は、前記等価キャパシタンスを変化させ、前記電源は、RF電源であり、前記出力信号は、RF出力信号である、請求項16に記載のSCM用制御回路。
【請求項18】
前記一対のスイッチは、選択されたデューティサイクルで動作され、前記選択されたデューティサイクルは、前記等価キャパシタンスを決定する、請求項16に記載のSCM用制御回路。
【請求項19】
前記選択されたデューティサイクルは、0.4以下である、請求項18に記載のSCM用制御回路。
【請求項20】
前記第1の端子における前記第1の電圧または前記第2の端子における前記第2の電圧のうちの一方の第1のゼロ電圧交差を検出するための第1のゼロクロス検出器をさらに備え、前記一対のスイッチは、前記第1のゼロ交差に従って動作される、請求項16に記載のSCM用制御回路。
【請求項21】
前記第1の端子における前記第1の電圧または前記第2の端子における前記第2の電圧のうちの他方の第2のゼロ電圧クロスを検出するための第2のゼロ交差検出器をさらに備え、前記一対のスイッチのうちの一方は、前記第1のゼロ電圧交差に従って動作され、前記一対のスイッチのうちの他方は、前記第2のゼロ電圧交差に従って動作され、前記電源は、RF電源であり、前記駆動信号は、RF駆動信号であり、前記出力信号は、RF出力信号である、請求項20に記載のSCM用制御回路。
【請求項22】
前記一対のスイッチのうちの少なくとも1つは、前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つのゼロ電圧スイッチングをもたらすために、前記第1のゼロ電圧交差に対して作動される、請求項21に記載のSCM用制御回路。
【請求項23】
前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つの他方は、前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つの前記他方のゼロ電圧スイッチングをもたらすために、前記第1のゼロ電圧交差に対して作動される、請求項21に記載のSCM用制御回路。
【請求項24】
前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つの他方は、前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つの前記他方のゼロ電圧スイッチングをもたらすために、第2のゼロ電圧交差に対して作動される、請求項23に記載のSCM用制御回路。
【請求項25】
前記電源に出力する前に前記DC電圧をそれぞれ増加または減少させる昇圧コンバータまたは降圧コンバータのうちの1つをさらに備える、請求項23に記載のSCM用制御回路。
【請求項26】
DC電圧と駆動信号とを受信し、可変振幅出力信号を出力端子に生成するために、前記DC電圧を変調するように構成された電力増幅器と、前記出力端子と並列のリアクタンスであって、前記リアクタンスは、前記出力端子と並列の等価リアクタンスを変化させるために制御信号に応答して変化するように構成される、リアクタンスと、
前記制御信号と指令位相とを生成するように構成されたコントローラであって、前記指令位相は、前記駆動信号を制御する、コントローラと
を備えるスイッチドキャパシタ変調器(SCM)。
【請求項27】
前記リアクタンスは、キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの少なくとも1つであり、前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスのうちの前記少なくとも1つは、前記制御信号に従って変化する、請求項26に記載のSCM。
【請求項28】
前記リアクタンスは、前記出力端子と並列のキャパシタンスを含み、前記キャパシタンスは、第1の電圧を印加するために前記キャパシタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、第2の電圧を印加するために前記キャパシタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチとを含む一対のスイッチから電圧を受け取るように構成され、前記制御信号は、前記等価リアクタンスを制御するための前記第1の電圧と前記第2の電圧とを含む、請求項27に記載のSCM。
【請求項29】
前記制御信号は、指令デューティサイクルを含み、前記指令デューティサイクルは、前記第1の電圧と前記第2の電圧とを制御する、請求項28に記載のSCM。
【請求項30】
前記電力増幅器は、複数の電力増幅器を含み、前記駆動信号は、複数の駆動信号を含み、前記指令位相は、前記複数の電力増幅器の各々に印加される前記駆動信号を制御し、前記出力信号の大きさを変化させる、請求項29に記載のSCM。
【請求項31】
前記コントローラは、電力設定値と測定された電力との間の差に従って前記指令デューティサイクルを生成するように構成されたSVCコントローラをさらに備える、請求項30に記載のSCM。
【請求項32】
前記指令デューティサイクルに従って前記一対のスイッチを作動させるための制御信号を生成するように構成されたSVCドライバをさらに備える、請求項31に記載のSCM。
【請求項33】
前記指令位相に従って前記複数の駆動信号を生成するように構成されたダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)をさらに備える、請求項32に記載のSCM。
【請求項34】
前記複数の駆動信号は、前記複数の電力増幅器が選択された位相において動作するように選択される、請求項33に記載のSCM。
【請求項35】
前記第1の端子に印加される前記第1の電圧および前記第2の端子に印加される前記第2の電圧は、前記等価リアクタンスを変化させ、前記一対のスイッチは、選択されたデューティサイクルにおいて動作され、前記選択されたデューティサイクルは、前記等価リアクタンスを決定し、前記電力増幅器は、RF電力増幅器であり、前記出力信号は、RF出力信号である、請求項28に記載のSCM。
【請求項36】
前記第1の端子における前記第1の電圧または前記第2の端子における前記第2の電圧のうちの一方の第1のゼロ電圧交差を検出するための第1のゼロクロス検出器をさらに備え、前記一対のスイッチは、前記第1のゼロ交差に従って動作され、前記電力増幅器は、RF電力増幅器であり、前記駆動信号は、RF駆動信号であり、前記出力信号は、RF出力信号である、請求項28に記載のSCM。
【請求項37】
前記一対のスイッチのうちの少なくとも1つは、前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つのゼロ電圧スイッチングをもたらすために、前記第1のゼロ電圧交差に対して作動される、請求項36に記載のSCM。
【請求項38】
前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つの他方は、前記一対のスイッチのうちの前記少なくとも1つの前記他方のゼロ電圧スイッチングをもたらすために、前記第1のゼロ電圧交差に対して作動される、請求項37に記載のSCM。
【請求項39】
命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、出力端子と並列の等価リアクタンスを変化させるために、少なくとも1つのスイッチからの出力に従って前記出力端子と電気的に通信するリアクタンスを制御するために、電圧を印加することであって、出力信号は、前記出力端子において生成される、印加することと、
指令リアクタンス制御信号と指令位相とを生成する命令であって、前記指令リアクタンス制御信号は、前記等価リアクタンスを制御する、生成することと
を含む、
非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項40】
前記命令は、少なくとも1つの電力増幅器からの前記RF出力を生成することをさらに含み、駆動信号は、それぞれの少なくとも1つの駆動信号を含み、前記指令位相は、前記少なくとも1つの電力増幅器の各々に印加される前記駆動信号を制御し、前記指令位相を変化させることは、前記出力信号の大きさを変化させ、前記出力信号は、前記指令位相と前記等価リアクタンスとに従って変化する電力を有する、請求項39に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項41】
前記命令は、
指令デューティサイクルに従って前記少なくとも1つのスイッチへの信号を制御することと、
前記指令位相に従って前記少なくとも1つの駆動信号を生成することと
をさらに含み、
前記少なくとも1つの電力増幅器は、RF電源であり、前記出力信号は、RF出力信号である、
請求項40に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項42】
前記命令は、前記等価リアクタンスを決定するために、前記少なくとも1つのスイッチを選択されたデューティサイクルに制御することをさらに含む、請求項39に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項43】
前記命令は、前記電圧の第1のゼロ電圧交差を検出するために、前記リアクタンスにおける第1のゼロクロスを検出することをさらに含み、前記少なくとも1つのスイッチは、前記第1のゼロクロスに従って動作される、請求項42に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項44】
電源の出力端子と並列のリアクタンスであって、前記リアクタンスは、前記出力端子と並列の等価リアクタンスを変化させるために、制御信号に応答して変化するように構成される、リアクタンスと、
前記リアクタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、
前記リアクタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチと
を備え、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは、前記等価リアクタンスを変化させるために、それぞれの第1の制御信号または第2の制御信号のうちの少なくとも1つによって制御される、
スイッチドキャパシタ変調器(SCM)。
【請求項45】
前記リアクタンスは、キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの少なくとも1つであり、前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスのうちの前記少なくとも1つは、前記それぞれの第1の制御信号および前記第2の制御信号のうちの前記少なくとも1つに従って変化する、請求項44に記載のSCM。
【請求項46】
前記リアクタンスは、前記出力端子と並列のキャパシタンスを含み、前記キャパシタンスは、前記それぞれの第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのうちの前記少なくとも1つからのそれぞれの第1の電圧または第2の電圧のうちの少なくとも1つを受け取るように構成され、前記それぞれの第1の電圧または前記第2の電圧のうちの前記少なくとも1つは、前記等価リアクタンスを制御する、請求項45に記載のSCM。
【請求項47】
前記それぞれの第1の制御信号または前記第2の制御信号のうちの前記少なくとも1つは、少なくとも1つのそれぞれの第1指令のデューティサイクルと第2の指令デューティサイクルとを含み、前記少なくとも1つのそれぞれの前記第1の指令デューティサイクルおよび前記第2の指令デューティサイクルは、前記少なくとも1つのそれぞれの前記第1の電圧および前記第2の電圧を制御する、請求項46に記載のSCM。
【請求項48】
指令位相に従って変化する駆動信号を受信するように構成され、前記出力端子において出力信号を生成するために入力信号を変調するように構成された電源をさらに備え、前記電源は、複数の電力増幅器を含み、前記駆動信号は、複数の駆動信号を含み、前記指令位相は、前記複数の電力増幅器の各々に印加される前記駆動信号を制御する、請求項47に記載のSCM。
【請求項49】
前記コントローラは、電力設定値と測定された電力との間の差に従って、前記少なくとも1つのそれぞれの前記第1の指令デューティサイクルおよび前記第2の指令デューティサイクルを生成するように構成されたSVCコントローラをさらに備え、前記電源は、RF電源であり、前記駆動信号は、RF駆動信号であり、前記出力信号は、RF出力信号である、請求項48に記載のSCM。
【請求項50】
前記少なくとも1つのそれぞれの前記第1の指令デューティサイクルおよび前記第2の指令デューティサイクルに従って、前記それぞれの第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのうちの前記少なくとも1つを作動させるために制御信号を生成するように構成されたSVCドライバをさらに備える、請求項49に記載のSCM。
【請求項51】
前記指令位相に従って前記複数の駆動信号を生成するように構成されたダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)をさらに備える、請求項50に記載のSCM。
【請求項52】
前記複数の駆動信号は、前記複数の電力増幅器が選択された位相において動作するように選択される、請求項51に記載のSCM。
【請求項53】
前記第1の端子に印加される前記それぞれの第1の電圧および前記第2の端子に印加される前記第2の電圧のうちの前記少なくとも1つは、前記等価リアクタンスを変化させ、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは、選択されたデューティサイクルにおいて動作され、前記選択されたデューティサイクルは、前記等価リアクタンスを決定する、請求項46に記載のSCM。
【請求項54】
前記第1の端子における前記第1の電圧または前記第2の端子における前記第2の電圧のうちの一方の第1のゼロ電圧交差を検出するための第1のゼロクロス検出器をさらに備え、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチは、前記第1のゼロ電圧交差に従って動作される、請求項46に記載のSCM。
【請求項55】
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのうちの少なくとも1つは、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのうちの前記少なくとも1つのゼロ電圧スイッチングをもたらすために、前記第1のゼロ電圧交差に対して作動される、請求項54に記載のSCM。
【請求項56】
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのうちの他方は、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのうちの前記少なくとも1つの前記他方のゼロ電圧スイッチングをもたらすために、前記第1のゼロ電圧交差に対して作動される、請求項55に記載のSCM。
【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、2020年12月4日に出願した米国実用特許出願第17/111,700号の優先権を主張するものである。上記の出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2020年12月4日に出願した米国実用特許出願第17/111,700号の優先権を主張するものである。上記の出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、RF発生器システムと、RF発生器用のDC電源とに関する。
【背景技術】
【0003】
ここで提供される背景説明は、本開示の内容を一般的に提示する目的のためのものである。この背景セクションにおいて説明されている範囲までの現在名前が挙げられている発明者の業績、ならびに出願時に従来技術として適格ではない可能性がある本明細書の態様は、本開示に対する従来技術として明示的にも暗黙的にも認められない。
【0004】
プラズマ製造は、半導体製造において頻繁に使用される。プラズマ製造において、イオンは、基板の表面から材料をエッチングするため、または基板の表面に材料を堆積するために、電場によって加速される。1つの基本的な実装形態において、電場は、電力送達システムのそれぞれの無線周波数(RF)発生器または直流(DC)発生器によって生成されたRF電力信号またはDC電力信号に基づいて生成される。発生器によって生成された電力信号は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許第7,602,127号
【文献】米国特許第8,110,991号
【文献】米国特許第8,395,322号
【文献】米国特許第10,821,542号
【文献】米国特許第10,546,724号
【文献】米国特許第10,049,857号
【文献】米国特許第9,748,864号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
RF発生器は、設備電源からAC信号を受信し、整流電圧を生成するように構成された整流器を含む。RF発生器は、整流電圧とRF駆動信号とを受信し、RF出力信号を出力端子に生成するために整流電圧に従って入力信号を変調するように構成されたRF電力増幅器も含む。RF発生器は、出力端子と並列のキャパシタンスも含み、このキャパシタンスは、出力端子における等価キャパシタンスを変化させるようにキャパシタ制御信号に従って変化するように構成される。
【0007】
実装形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含んでもよい。RF駆動信号がRF出力信号の周波数と電力とを決定するRF発生器。RF電源は、複数のRF電力増幅器を含み、RF駆動信号は、複数のRF駆動信号を含む。複数のRF電力増幅器は、RF出力信号の大きさを変化させるために、ある位相において動作するように構成される。RF出力信号は、位相と等価キャパシタンスとに従って変化する電力を有する。選択されたパラメータの設定値と選択されたパラメータの測定値とに従って指令デューティサイクルと指令位相とを生成するように構成されたコントローラをさらに含むRF発生器。コントローラは、電力設定値と測定された電力との間の差に従って指令デューティサイクルを生成するように構成されたSVCコントローラをさらに含む。キャパシタンスは、第1の電圧を印加するためにキャパシタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、第2の電圧を印加するためにキャパシタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチとを含む一対のスイッチから電圧を受け取るように構成され、第1の電圧および第2の電圧は、等価キャパシタンスを制御するために変化する。指令デューティサイクルに従って一対のスイッチを作動させるために制御信号を生成するように構成されたSVCドライバをさらに含むRF発生器。電力設定値と測定された電力との間の差に従って指令位相を生成するように構成された駆動PIDをさらに含むRF発生器。指令位相に従って複数のRF駆動信号を生成するように構成されたダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)をさらに含むRF発生器。電力設定値と測定された電力との間の差に従って指令位相を生成するように構成された駆動PIDをさらに含むRF発生器。指令位相に従って複数のRF駆動信号を生成するように構成されたダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)をさらに含むRF発生器。指令デューティサイクルに従って一対のスイッチを作動させるために制御信号を生成するように構成されたSVCドライバをさらに含むRF発生器。複数のRF駆動信号は、複数のRF電力増幅器が選択された位相において動作するように選択される。キャパシタンスは、第1の電圧を印加するためにキャパシタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、第2の電圧を印加するためにキャパシタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチとを含む一対のスイッチから電圧を受け取るように構成され、第1の電圧および第2の電圧は、等価キャパシタンスを制御するために変化する。第1の端子に印加される第1の電圧および第2の端子に印加される第2の電圧は、等価キャパシタンスを変化させる。一対のスイッチは、選択されたデューティサイクルにおいて動作され、選択されたデューティサイクルは、等価キャパシタンスを決定する。選択されたデューティサイクルは、0.4以下である。一対のスイッチは、第1のゼロクロスに従って動作される。一対のスイッチのうちの一方は、第1のゼロ交差に従って動作され、一対のスイッチのうちの他方は、第2のゼロ交差に従って動作される。一対のスイッチのうちの少なくとも1つは、一対のスイッチのうちの少なくとも1つのゼロ電圧スイッチングをもたらすために、第1のゼロ交差に対して作動される。一対のスイッチのうちの少なくとも1つの他方は、一対のスイッチのうちの少なくとも1つの他方のゼロ電圧スイッチングをもたらすために、第1のゼロ交差に対して作動される。一対のスイッチのうちの少なくとも1つの他方は、一対のスイッチのうちの少なくとも1つの他方のゼロ電圧スイッチングをもたらすために、第2のゼロ電圧交差に対して作動される。整流器は、RF電力増幅器に出力する前に整流電圧をそれぞれ増加または減少させる昇圧コンバータまたは降圧コンバータのうちの1つを含む。説明した技法の実装形態は、ハードウェア、方法もしくはプロセス、またはコンピュータがアクセス可能な媒体上のコンピュータソフトウェアを含んでもよい。
【0008】
1つの一般的な態様は、スイッチドキャパシタ変調器(SCM)を含む。スイッチドキャパシタ変調器は、整流電圧とRF駆動信号とを受信し、RF出力信号を出力端子に生成するために、整流電圧に従って入力信号を変調するように構成されたRF電力増幅器も含む。スイッチドキャパシタ変調器は、出力端子と並列のリアクタンスも含み、リアクタンスは、出力端子と並列の等価リアクタンスを変化させるために制御信号に応答して変化するように構成される。スイッチドキャパシタ変調器は、制御信号と指令位相とを生成するように構成されたコントローラも含み、指令位相は、RF駆動信号を制御する。
【0009】
実装形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含んでもよい。リアクタンスは、キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの少なくとも1つであり、キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの少なくとも1つは、制御信号に従って変化するSCM。リアクタンスは、出力端子と並列のキャパシタンスを含み、キャパシタンスは、第1の電圧を印加するためにキャパシタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、第2の電圧を印加するためにキャパシタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチとを含む一対のスイッチから電圧を受け取るように構成され、制御信号は、等価リアクタンスを制御するための第1の電圧と第2の電圧とを含む。制御信号は、指令デューティサイクルを含み、指令デューティサイクルは、第1の電圧と第2の電圧とを制御する。RF電源は、複数のRF電力増幅器を含み、RF駆動信号は、複数のRF駆動信号を含み、指令位相は、複数のRF電力増幅器の各々に印加されるRF駆動信号を制御し、RF出力信号の大きさを変化させる。コントローラは、電力設定値と測定された電力との間の差に従って指令デューティサイクルを生成するように構成されたSVCコントローラをさらに含む。指令デューティサイクルに従って一対のスイッチを作動させるための制御信号を生成するように構成されたSVCドライバをさらに含むSCM。指令位相に従って複数のRF駆動信号を生成するように構成されたダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)をさらに含むSCM。複数のRF駆動信号は、複数のRF電力増幅器が選択された位相において動作するように選択される。第1の端子に印加される第1の電圧および第2の端子に印加される第2の電圧は、等価リアクタンスを変化させ、一対のスイッチは、選択されたデューティサイクルにおいて動作され、選択されたデューティサイクルは、等価リアクタンスを決定する。一対のスイッチは、第1のゼロクロスに従って動作される。一対のスイッチのうちの少なくとも1つは、一対のスイッチのうちの少なくとも1つのゼロ電圧スイッチングをもたらすために、第1のゼロ交差に対して作動される。一対のスイッチのうちの少なくとも1つの他方は、一対のスイッチのうちの少なくとも1つの他方のゼロ電圧スイッチングをもたらすために、第1のゼロ交差に対して作動される。説明した技法の実装形態は、ハードウェア、方法もしくはプロセス、またはコンピュータがアクセス可能な媒体上のコンピュータソフトウェアを含んでもよい。
【0010】
1つの一般的な態様は、命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体を含む。命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体は、整流電圧を生成するために、設備電源からのAC電力を整流することも含む。命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体は、整流電圧とRF駆動信号とに従って、RF出力信号を出力端子に生成することも含む。命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体は、出力端子と並列の等価リアクタンスを変化させるために、スイッチからの出力に従って出力端子と電気的に通信するリアクタンスを制御するために、電圧を印加することも含む。命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体は、指令リアクタンス制御信号と指令位相とを生成することも含み、指令リアクタンス制御信号は、等価リアクタンスを制御する。この態様の他の実施形態は、各々が方法の動作を実行するように構成された、対応するコンピュータシステム、装置、および1つまたは複数のコンピュータ記憶デバイス上に記録されたコンピュータプログラムを含む。
【0011】
実装形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含んでもよい。複数のRF電力増幅器からのRF出力を生成することをさらに含む非一時的なコンピュータ可読媒体であって、RF駆動信号は、複数のRF駆動信号を含み、指令位相は、複数のRF電力増幅器の各々に印加されるRF駆動信号を制御し、指令位相を変化させることは、RF出力信号の大きさを変化させ、RF出力信号は、指令位相と等価リアクタンスとに従って変化する電力を有する。指令デューティサイクルに従ってスイッチへの信号を制御することと、指令位相に従って複数のRF駆動信号を生成することとをさらに含む非一時的なコンピュータ可読媒体。等価リアクタンスを決定するために、スイッチを選択されたデューティサイクルに制御することをさらに含む非一時的なコンピュータ可読媒体。スイッチは、第1のゼロクロスに従って動作される。説明した技法の実装形態は、ハードウェア、方法もしくはプロセス、またはコンピュータがアクセス可能な媒体上のコンピュータソフトウェアを含んでもよい。
【0012】
1つの一般的な態様は、無線周波数(RF)信号を生成するための方法を含む。方法は、整流電圧を生成するために、設備電源からのAC電力を整流するステップも含む。方法は、整流電圧とRF駆動信号とに従って、RF出力信号を出力端子に生成するステップも含む。方法は、第1の電圧を印加するためにキャパシタンスの第1の端子に接続された第1のスイッチと、第2の電圧を印加するためにキャパシタンスの第2の端子に接続された第2のスイッチとを含む一対のスイッチから、出力端子と並列のキャパシタのそれぞれの端子に電圧を印加するステップも含み、第1の電圧および第2の電圧は、出力端子と並列の等価キャパシタンスを変化させる。方法は、指令デューティサイクルと指令位相とを生成するステップも含み、指令デューティサイクルは、第1の電圧と第2の電圧とを制御し、指令位相は、RF駆動信号を制御する。この態様の他の実施形態は、各々が方法の動作を実行するように構成された、対応するコンピュータシステム、装置、および1つまたは複数のコンピュータ記憶デバイス上に記録されたコンピュータプログラムを含む。
【0013】
実装形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含んでもよい。複数のRF電力増幅器からのRF出力を生成するステップをさらに含む方法であって、RF駆動信号は、複数のRF駆動信号を含み、指令位相は、複数のRF電力増幅器の各々に印加されるRF駆動信号を制御し、指令位相を変化させることは、RF出力信号の大きさを変化させ、RF出力信号は、指令位相と等価リアクタンスとに従って変化する電力を有する。指令デューティサイクルに従って一対のスイッチを作動させるための信号を制御するステップと、指令位相に従って複数のRF駆動信号を生成するステップとをさらに含む方法。等価キャパシタンスを決定するために、一対のスイッチを選択されたデューティサイクルに制御するステップをさらに含む方法。一対のスイッチは、第1のゼロクロスに従って動作される。一対のスイッチのうちの一方は、第1のゼロ交差に従って動作され、一対のスイッチのうちの他方は、第2のゼロ交差に従って動作される。整流することは、RF出力信号を生成する前に、それぞれの昇圧コンバータまたは降圧コンバータを介して整流電圧を増加または減少させることのうちの1つをさらに含む。説明した技法の実装形態は、ハードウェア、方法もしくはプロセス、またはコンピュータがアクセス可能な媒体上のコンピュータソフトウェアを含んでもよい。
【0014】
本開示のさらなる適用可能な領域は、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。詳細な説明および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図していない。
【0015】
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】
【0016】
【図1】本開示の様々な実施形態に従って配置された複数の電源を有する電力送達システムの概略図である。
【図2】RF信号の波形とRF信号を変調するパルスの波形とを示す図である。
【図3】従来の方法において配置されたDC-DCコンバータを含むAC-DCコンバータを示す図である。
【図4】従来の方法において配置された単一の電力増幅器と負荷電圧クランプ回路とを有する電力増幅器を示す図である。
【図5】従来の方法において配置された一対の電力増幅器と負荷電圧クランプ回路とを有する電力増幅器を示す図である。
【図6】単一の電力増幅器とソフトスイッチング用の並列インダクタとを有する電力増幅器システムを示す図である。
【図7】各々がソフトスイッチング用の並列入力インダクタを含む一対の電力増幅器を有する電力増幅器システムを示す図である。
【図8】電力増幅器の位相および電圧の制御に関するブロック図である。
【図9】整流電圧を生成するための三相整流器を示す図である。
【図10】昇圧コンバータを含むAC-DCコンバータを示す図である。
【図11】降圧コンバータを含むAC-DCコンバータを示す図である。
【図12】単一の電力増幅器とスイッチド可変キャパシタンスとを有する電力増幅器を示す図である。
【図13】一対の電力増幅器とスイッチド可変キャパシタンスとを有する電力増幅器を示す図である。
【図14】スイッチド可変キャパシタンスのスイッチの動作のスイッチングデューティサイクルに対するスイッチド可変キャパシタンスの等価キャパシタンスのプロットを示す図である。
【図15】スイッチド可変インピーダンスのスイッチの動作のスイッチングデューティサイクルに対する正規化電力出力のプロットを示す図である。
【図16】スイッチド可変キャパシタンスを有する電力増幅器に関する波形を示す図である。
【図18】複数の電力増幅器が並列に配置された電力増幅器および制御システム変調器の部分的な概略ブロック図である。
【図19】複数の電力増幅器が直列に配置された電力増幅器および制御システムの部分的な概略ブロック図である。
【図20】スイッチドキャパシタ変調器の動作を説明する波形を示す図である。
【図21】スイッチドキャパシタ変調器を使用し、連続波動作モードにおいて動作される電力増幅器のブロック図である。
【図22】単入力多出力(SIMO)コントローラを含むスイッチドキャパシタ変調器用の電力コントローラのブロック図である。
【図23】多入力多出力(MIMO)コントローラを含むスイッチドキャパシタ変調器用の電力コントローラに関するブロック図である。
【図25】スイッチド可変キャパシタ用のコントローラのブロック図である。
【図27】連続波動作モードにおいて動作するスイッチドキャパシタ変調器を有する電力増幅器の動作を説明する波形を示す図である。
【図28】パルス動作モードにおいて動作するスイッチドキャパシタ変調器を有する電力増幅器に関する波形を示す図である。
【図29】様々な実装形態に従って配置された例示的な制御モジュールの機能ブロック図である。
【図30】本開示の原理に従って配置された制御システムの動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
図面において、参照番号は、同様のおよび/または同一の要素を識別するために再利用され得る。
【0018】
電力システムは、DCもしくはRF電力発生器またはDCもしくはRF発生器と、整合ネットワークと、負荷(固定または可変インピーダンスを有するプロセスチャンバ、プラズマチャンバ、またはリアクタなどの)とを含んでもよい。電力発生器は、DCまたはRF電力信号を生成し、それは、整合ネットワークまたはインピーダンス最適化コントローラもしくは回路によって受信される。整合ネットワークまたはインピーダンス最適化コントローラもしくは回路は、整合ネットワークの入力インピーダンスを、電力発生器と整合ネットワークとの間の送電線の特性インピーダンスに整合させる。インピーダンス整合は、整合ネットワークに転送される電力量を(「順方向電力」)を最大化し、整合ネットワークから電力発生器に反射される電力量(「逆方向電力」または「反射電力」)を最小化するのに役立つ。整合ネットワークの入力インピーダンスが送電線および発生器の特性インピーダンスと一致する場合、順方向電力は、最大化され得、逆方向電力は、最小化され得る。
【0019】
電源または電力供給の分野において、典型的には、電力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、連続電力信号を負荷に印加することである。連続モードまたは連続波モードにおいて、連続電力信号は、典型的には、電源によって負荷に連続的に出力される一定のDC電力信号または正弦波RF電力信号である。連続モード手法において、電力信号は、一定のDC出力または正弦波出力を想定しており、電力信号の振幅および/または(RF電力信号の)周波数は、負荷に印加される出力電力を変化させるために変更されることが可能である。
【0020】
電力信号を負荷に印加する第2の手法は、連続RF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。パルス動作モードにおいて、RF信号は、変調された電力信号に関する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。RF信号は、例えば、正弦波RF信号または他の時変信号であり得る。負荷に送達される電力は、典型的には、変調信号を変化させることによって変更される。
【0021】
典型的な電源構成において、負荷に印加される出力電力は、順方向電力および反射電力、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することによって決定される。これらの信号のいずれかのセットは、制御ループにおいて分析される。分析は、典型的には、負荷に印加される電力を変化させるために電源の出力を調整するために使用される電力値を決定する。負荷がプロセスチャンバまたは他の非線形負荷もしくは時変負荷である電力送達システムにおいて、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、負荷のインピーダンスを変化させることは、負荷に印加される電力の対応する変化を引き起こす。
【0022】
様々なデバイスの製造が、製造プロセスを制御するために負荷への電力の導入に依存するシステムにおいて、電力は、典型的には、2つの構成のうちの1つにおいて送達される。第1の構成において、電力は、負荷に容量結合される。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の構成において、電力は、負荷に誘導結合される。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。プラズマへの電力結合は、マイクロ波周波数における波動結合によっても達成されることが可能である。そのような手法は、典型的には、電子サイクロトロン共鳴(ECR: Electron Cyclotron Resonance)またはマイクロ波源を使用する。ヘリコン源は、波結合源の他の形態であり、典型的には、従来のICPおよびCCPシステムのものと同様のRF周波数において動作する。電力送達システムは、負荷の1つまたは複数の電極に印加される少なくとも1つのバイアス電力および/またはソース電力を含んでもよい。ソース電力は、典型的には、プラズマを生成して、プラズマ密度を制御し、バイアス電力は、シースの形成においてイオンを変調する。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、同じ電極を共有してもよく、または別々の電極を使用してもよい。
【0023】
電力送達システムが、プロセスチャンバまたはプラズマチャンバなどの時変負荷または非線形負荷を駆動する場合、バルクプラズマまたはプラズマシースによって吸収される電力は、ある範囲のイオンエネルギーを有するイオン密度を結果として生じる。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、バイアス電力を用いて制御されることが可能である。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、振幅、周波数、および位相によって関連付けられた複数のRF信号を変化させることによって生じる。複数のRF電力信号の相対的な振幅、周波数、および位相はまた、フーリエ級数と関連する係数とによって関連付けられてもよい。複数のRF電力信号の間の周波数は、ロックされてもよく、複数のRF信号間の相対位相も、ロックされてもよい。そのようなシステムの例は、すべての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7,602,127号、米国特許第8,110,991号、および米国特許第8,395,322号を参照して見出されることが可能である。
【0024】
時変負荷または非線形負荷は、様々な用途において存在し得る。1つの用途において、プラズマ処理システムは、プラズマの生成および制御のための構成要素も含んでもよい。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などのプロセスチャンバとして実装された非線形負荷である。例として、薄膜製造用などのプラズマ処理システムにおいて利用される典型的なプラズマチャンバまたはリアクタは、二重電源システムを利用することができる。1つの電力発生器(ソース)は、プラズマの生成を制御し、電力発生器(バイアス)は、イオンエネルギーを制御する。二重電源システムの例は、上記で参照された米国特許第7,602,127号、米国特許第8,110,991号、および米国特許第8,395,322号において記載されているシステムを含む。上記で参照された特許において記載されている二重電源システムは、イオン密度と、その対応するイオンエネルギー分布関数(IEDF)とを制御する目的のための電源動作を適応させるために閉ループ制御システムを必要とする。
【0025】
プラズマを生成するために使用され得るような、プロセスチャンバを制御するための複数の手法が存在する。例えば、RF電力送達システムにおいて、同じまたはほぼ同じ周波数において動作する複数の駆動RF信号の位相および周波数は、プラズマ生成を制御するために使用され得る。RF駆動プラズマ源について、プラズマシースダイナミクスに影響を与える周期波形、および対応するエネルギーは、一般的に知られており、周期波形の周波数と関連する位相相互作用とによって制御される。RF電力送達システムにおける他の手法は、二重周波数制御を伴う。すなわち、異なる周波数において動作する2つのRF周波数源は、イオン密度および電子密度の実質的に独立した制御を提供するために、プラズマチャンバに電力を供給するために使用される。
【0026】
他の手法は、プラズマチャンバを駆動するために、広帯域RF電源を利用する。広帯域手法は、特定の課題を提示する。1つの課題は、電力を電極に結合することである。第2の課題は、所望のIEDFに関する実際のシース電圧に対する生成波形の伝達関数が、材料表面の相互作用をサポートするために広いプロセス空間に対して定式化されなければならないことである。誘導結合プラズマシステムにおける1つの応答的手法において、ソース電極に印加される電力を制御することは、プラズマ密度を制御する一方、バイアス電極に印加される電力を制御することは、エッチング速度制御を提供するためにIEDFを制御するためにイオンを変調する。ソース電極およびバイアス電極の制御を使用することによって、エッチング速度は、イオンの密度およびエネルギーを介して制御される。
【0027】
集積回路およびデバイスの製造が進化し続けるにつれて、製造のためのプロセスを制御するための電力要件も進化し続けている。例えば、メモリデバイスの製造では、バイアス電力に関する要件は、増加し続けている。増加された電力は、より速い表面相互作用のためのより高いエネルギーのイオンを生成し、それによって、イオンのエッチング速度と方向性とを増加させる。RFシステムにおいて、増加されたバイアス電流には、ときには、プラズマチャンバ内に作成されるプラズマシースに結合されるバイアス電力源の数の増加とともに、より低いバイアス周波数の要件が伴う。より低いバイアス周波数における電力増加、および増加したバイアス電力源の数は、シース変調からの相互変調歪み(IMD)放射を結果として生じる。IMD放射は、プラズマ生成が発生するソースによって送達される電力を大幅に減少させる可能性がある。本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる、2020年11月3日に発行され、Pulse Synchronization by Monitoring Power in Another Frequency Bandと題された米国特許第10,821,542号は、他の周波数帯域における電力を監視することによるパルス同期の方法を記載している。参照された米国特許において、第2のRF発生器のパルス化は、第2のRF発生器において第1のRF発生器のパルス化を検出することに従って制御され、それによって、2つのRF発生器間のパルス化を同期させる。
【0028】
図1は、RF発生器または電源システム110を示す。電源システム110は、一対の無線周波数(RF)発生器または電源112a、112bと、整合ネットワーク118a、118bと、プラズマチャンバ、プロセスチャンバなどであり得る非線形負荷などの負荷132とを含む。様々な実施形態において、RF発生器112aは、ソースRF発生器または電源と呼ばれ、整合ネットワーク118aは、ソース整合ネットワークと呼ばれる。また、様々な実施形態において、RF発生器112bは、バイアスRF発生器または電源と呼ばれ、整合ネットワーク118bは、バイアス整合ネットワークと呼ばれる。構成要素は、下付き文字またはプライム記号なしの参照番号を使用して、個別にまたは集合的に参照されることが可能であることが理解されよう。
【0029】
様々な実施形態において、ソースRF発生器112aは、整合ネットワーク118bから制御信号130を受信するか、またはバイアスRF発生器112bから制御信号130'を受信する。より詳細に説明されるように、制御信号130または130'は、バイアスRF発生器112bの1つまたは複数の動作特性またはパラメータを示す、ソースRF発生器112aへの入力信号を表す。様々な実施形態において、同期バイアス検出器134は、整合ネットワーク118bから負荷132に出力されるRF信号を感知し、同期またはトリガ信号130をソースRF発生器112aに出力する。様々な実施形態において、トリガ信号130ではなく、同期またはトリガ信号130'は、バイアスRF発生器112bからソースRF発生器112aに出力され得る。トリガまたは同期信号130、130'間の差は、整合ネットワークへの入力信号と整合ネットワークからの出力信号との間の位相を調整することができる整合ネットワーク118bの効果から結果として生じ得る。信号130、130'は、様々な実施形態において、バイアスRF発生器112bによって引き起こされるプラズマチャンバ132のインピーダンスにおける周期的変動に対処するための予測応答性を可能にするバイアスRF発生器112bの動作に関する情報を含む。制御信号130または130'が存在しない場合、RF発生器112a、112bは、自律的に動作する。
【0030】
RF発生器112a、112bは、それぞれのRF電源または増幅器114a、114bと、RFセンサ116a、116bと、プロセッサ、コントローラ、または制御モジュール120a、120bとを含む。RF電源114a、114bは、それぞれのセンサ116a、116bに出力されるそれぞれのRF電力信号122a、122bを生成する。センサ116a、116bは、RF電源114a、114bの出力を受信し、それぞれのRF電力信号f1、f2を生成する。センサ116a、116bは、負荷132から感知された様々なパラメータに従って変化する信号も出力する。センサ116a、116bは、それぞれのRF発生器112a、112b内に示されているが、RFセンサ116a、116bは、RF電力発生器112a、112bの外部に配置されることが可能である。そのような外部感知は、RF発生機の出力において、RF発生器と負荷との間に配置されたインピーダンス整合デバイスの入力において、またはインピーダンス整合デバイスの出力(インピーダンス整合デバイス内を含む)と負荷との間に発生することができる。
【0031】
センサ116a、116bは、様々な動作パラメータを検出し、信号XおよびYを出力する。センサ116a、116bは、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含んでもよい。センサ116a、116bは、(i)電圧Vおよび電流I、ならびに/または(ii)それぞれの電力増幅器114a、114bおよび/もしくはRF発生器112a、112bから出力される順方向電力PFWD、およびそれぞれの整合ネットワーク118a、118b、もしくはそれぞれのセンサ116a、116bに接続された負荷132から受信される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、それぞれの電源114a、114bに関連付けられた実際の電圧、電流、順方向電力、および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ってもよい。センサ116a、116bは、アナログセンサおよび/またはデジタルセンサであってもよい。デジタル実装形態において、センサ116a、116b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んでもよい。信号XおよびYは、電圧Vおよび電流I、または順方向(またはソース)電力PFWDおよび逆方向(または反射)電力PREVのいずれかを表すことができる。
【0032】
センサ116a、116bは、それぞれのコントローラまたは電力制御モジュール120a、120bによって受信されるセンサ信号X、Yを生成する。電力制御モジュール120a、120bは、それぞれのX、Y信号124a、126a、および124b、126bを処理し、それぞれの電源114a、114bへ1つまたは複数のフィードフォワードおよび/またはフィードバック制御信号128a、128bを生成する。電源114a、114bは、受信されたフィードバックおよび/またはフィードフォワード制御信号に基づいてRF電力信号122a、122bを調整する。様々な実施形態において、電力制御モジュール120a、120bは、それぞれ、それぞれの制御信号121a、121bを介して整合ネットワーク118a、118bを制御してもよい。電力制御モジュール120a、120bは、少なくとも、比例積分微分(PID)コントローラもしくはそのサブセット、および/または直接デジタル合成(DDS)構成要素、および/またはモジュールに関連して以下で説明される様々な構成要素のいずれかを含んでもよい。
【0033】
様々な実施形態において、電力制御モジュール120a、120bは、PIDコントローラまたはそのサブセットであり、機能、プロセス、プロセッサ、またはサブモジュールを含んでもよい。制御信号128a、128bは、コマンド駆動信号であってもよく、DCオフセットまたはレール電圧、電圧または電流の大きさ、周波数、および位相成分を含んでもよい。様々な実施形態において、フィードバック制御信号128a、128bは、1つまたは複数の制御ループへの入力として使用されることが可能である。様々な実施形態において、複数の制御ループは、RF駆動用およびレール電圧用の比例積分微分(PID)制御ループを含むことができる。様々な実施形態において、フィードバック制御信号128a、128bは、多入力多出力(MIMO)制御方式において使用されることが可能である。MIMO制御方式の一例は、2020年1月28日に発行され、Pulsed Bidirectional Radio Frequency Source/Loadと題され、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第10,546,724号を参照して見出されることが可能である。他の実施形態において、信号128a、128bは、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第10,049,857号において記載されているようなフィードフォワード制御を提供することができる。
【0034】
様々な実施形態において、電源システム110は、コントローラ120'を含むことができる。コントローラ120'は、RF発生器112a、112bのいずれかまたは両方の外部に配置されてもよく、外部または共通コントローラ120'と呼ばれてもよい。様々な実施形態において、コントローラ120'は、コントローラ120a、120bの一方または両方に関して本明細書で説明される1つまたは複数の機能、プロセス、またはアルゴリズムを実装してもよい。したがって、コントローラ120'は、コントローラ120'とRF発生器112a、112bとの間で必要に応じてデータおよび制御信号の交換を可能にする一対のそれぞれのリンク136、138を介して、それぞれのRF発生器112a、112bと通信する。様々な実施形態について、コントローラ120a、120b、120'は、RF発生器112a、112bとともに、分散的かつ協調的に分析および制御を提供することができる。様々な他の実施形態において、コントローラ120'は、RF発生器112a、112bの制御を提供することができ、それぞれのローカルコントローラ120a、120bの必要性を排除する。
【0035】
様々な実施形態において、RF電源114a、センサ116a、コントローラ120a、および整合ネットワーク118aは、ソースRF電源114a、ソースセンサ116a、ソースコントローラ120a、およびソース整合ネットワーク118aと呼ばれる場合がある。同様に、様々な実施形態において、RF電源114b、センサ116b、コントローラ120b、および整合ネットワーク118bは、バイアスRF電源114a、バイアスセンサ116a、バイアスコントローラ120a、およびバイアス整合ネットワーク118bと呼ばれる場合がある。様々な実施形態において、上記で説明されているように、ソース用語は、プラズマを生成するRF発生器を指し、バイアス用語は、プラズマイオンエネルギー分布関数(IEDF)を調整するRF発生器を指す。様々な実施形態において、ソースRF電源およびバイアスRF電源は、異なる周波数において動作する。様々な実施形態において、ソースRF電源は、バイアスRF電源よりも高い周波数において動作する。様々な他の実施形態において、ソースRF電源およびバイアスRF電源は、同じ周波数または実質的に同じ周波数において動作する。
【0036】
様々な実施形態によれば、ソースRF発生器112aおよびバイアスRF発生器112bは、外部と通信するための複数のポートを含む。ソースRF発生器112aは、パルス同期出力ポート140と、デジタル通信ポート142と、RF出力ポート144とを含む。バイアスRF発生器112bは、RF入力ポート148と、デジタル通信ポート150と、パルス同期入力ポート152とを含む。パルス同期出力ポート140は、バイアスRF発生器112bのパルス同期入力ポート152にパルス同期信号156を出力する。ソースRF発生器112aのデジタル通信ポート142およびバイアスRF発生器112bのデジタル通信ポート150は、デジタル通信リンク157を介して通信する。RF出力ポート144は、RF入力ポート148に入力されるRF制御信号158を生成する。様々な実施形態において、RF制御信号158は、ソースRF発生器112a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158は、ソースRF発生器112aを制御するRF制御信号と同じであるが、バイアスRF発生器112bによって生成される要求された位相シフトに従って、ソースRF発生器112b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、ソースRF発生器112aおよびバイアスRF発生器112bは、実質的に同一のRF制御信号によって、または所定の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。
【0037】
図2は、図1の負荷132などの負荷に電力を送達するためのパルス動作モードを説明するための電圧対時間のプロットを示す。図2において、RF信号210は、パルス212によって変調される。パルス212の期間または領域214において示されているように、パルス212がオンであるとき、RF発生器112は、RF信号210を出力する。パルス212の期間または領域216の間、パルス212は、オフであり、RF発生器112は、RF信号210を出力しない。パルス信号212は、一定のデューティサイクルまたは可変のデューティサイクルにおいて繰り返すことができる。さらに、パルス信号212は、図2に示されているように方形波として具体化される必要はない。さらに、パルス212は、振幅および持続時間が変化する複数のオン領域およびオフ領域を有することができる。複数の領域は、一定のまたは可変の期間内で繰り返してもよい。
【0038】
図1のRF電源114a、114bは、RF電力増幅器を含む。典型的なRF電力増幅器は、二相または三相の交流(AC)電力などの設備の電力によって送達される標準的な電力の電源をオフにされる。しかしながら、多相AC電力は、信頼性の高い電力または周波数においてRF電力を提供するのには適していない。したがって、設備電源からの設備電力は、典型的には、直流(DC)電力に変換され、この直流(DC)電力は、次いで、電力増幅器を駆動するためのレール電圧として使用され、電力増幅器は、次に、信頼性の高い電力および周波数を有する信頼性の高いRF信号を生成する。
【0039】
図3は、AC電力をDC電力に変換するインバータ312と、インバータ312からDC入力を受け取り、その出力において調整されたDC信号(VDD)を生成するDC-DCコンバータ314とを含むAC-DCコンバータ310を示す。図3において示されているように、インバータ312は、整流電圧Vrを生成するために、三相ACを表す3つのAC入力を受け取る。整流器312の各レッグは、320a、320b、322a、322b、および324a、324bなどの対において配置されたダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)を含む。整流器312からの出力は、インダクタL1 326とキャパシタC1 328とを含むフィルタに印加される。したがって、整流電圧Vrは、キャパシタ328にわたって生成される。整流電圧Vrは、典型的には、RF発生器において許容可能なRF出力信号を生成するのには適していないDC電圧である。整流されたDC出力Vrは、調整を必要とし、DC-DCコンバータ314に印加される。DC-DCコンバータ314は、第1のレッグにおいてスイッチ対330a、332bを含み、第2のレッグにおいてスイッチ対332a、332bを含むフルブリッジインバータ316を含む。個々のスイッチ、330a、330b、332a、332bは、それぞれの記号Q1、Q2、Q3、Q4を使用して表されることが可能である。インバータ316からの出力は、DC阻止キャパシタC2を介して、変圧器T1 336の一次巻線N1 338に入力される。変圧器336は、インバータ316を整流器318から絶縁する。変圧器336は、当該技術分野においてよく知られているように、昇圧または降圧機能もオプションで提供する。変圧器336は、二次巻線340も含む。二次巻線340の端子は、整流器318の一対のレッグの各々に接続する。整流器312と同様に、整流器318は、第1のレッグにおけるスイッチ対342a、342b、および第2のレッグにおけるスイッチ対344a、344bなどの、各レッグにおけるスイッチ対を含む。整流器318の出力におけるフィルタは、インダクタL2 350とキャパシタC3 352とを含む。AC-DCコンバータ310からの出力は、出力電圧VDDを生成する。
【0040】
様々な電力増幅器において、出力電圧VDDは、高電力増幅器を駆動するためのレール電圧を提供する。本明細書で説明されるように、電力増幅器は、直列または並列に配置された1つまたは複数の電力増幅器を含むことができる。様々な電力増幅器は、単一の電力増幅器を含み、その出力は、典型的には、RF出力電力を生成するためにVDDを受け取るスイッチのデューティサイクルを変化させることによって制御される。様々な他の構成において、電力増幅器は、単一の電力増幅器のスイッチを制御することに加えて、2つのRF信号を生成するために相対位相(アウトフェージング)において動作される複数の電力増幅器を含んでもよく、これらの2つのRF信号は、様々な大きさに制御されたRF出力を生成するために、典型的には、変圧器の複数の一次巻線を介して結合される。
【0041】
図4は、出力端子440においてRF出力信号を生成するために協働する単一の電力増幅器412と、変圧器430と、クランプ回路450とを含む電力増幅器410を示す。電力増幅器412は、スイッチ対Q5、Q6(414a、414b)とQ7、Q8(416a、416b)とを含む一対のレッグを有するフルブリッジインバータとして実装される。当該技術分野においてよく知られているように、スイッチ対Q5、Q8、およびQ6、Q7は、各対が、変圧器430の一次巻線432に接続されたときに、DC入力電圧をAC出力電圧に変換するようにプッシュプル構成において動作するように、RF駆動信号を使用して制御される。電力増幅器412は、電力増幅器412の動作を改善するためにキャパシタC4 418も含む。電力増幅器412の出力は、キャパシタC5 422とインダクタL3 424とを含む出力フィルタを介して、変圧器430の一次巻線432に印加される。RF信号は、出力端子440においてRF信号を生成するために、変圧器430のコアを横切って二次巻線434に結合される。キャパシタC8 436は、負荷線調整を提供するために、出力端子440と接地との間に接続される。出力端子440は、負荷444に出力する前にRF信号をフィルタリングする出力フィルタ442に接続される。
【0042】
図4は、三次巻線N5 452を介して変圧器T2に接続された電圧クランプ450を実装する回路も含む。電圧クランプ450は、三次巻線452におけるAC入力電圧をDC信号に整流する。電圧クランプ450は、各々が三次巻線452の端子に接続された一対のレッグを含む。各レッグは、シリコン制御整流器(SCR)454a、454b、および456a、456bなどの整流器対を含む。整流電圧は、VDDのそれぞれの正および負のレールの上下のダイオード電圧領域にクランプされる。電圧クランプ450の動作は、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9,748,864号において詳細に説明されている。
【0043】
典型的な構成において、指定されたデューティサイクルにおいて、スイッチ対Q5、Q8は、タンデムに動作され、スイッチ対Q6、Q7は、タンデムに動作される。典型的には、スイッチ対Q5、Q8は、所望のRF出力を提供するために、スイッチ対Q6、Q7から事前に構成された位相のずれた角度において動作される。様々な構成において、スイッチ対Q5、Q8およびQ6、Q7のターンオンおよびターンオフは、スイッチQ5、Q6、Q7、およびQ8のソフトスイッチングと保護とを提供するために変更されることが可能である。様々な構成において、スイッチ対は、電力増幅器をゼロ電圧スイッチングで動作させるために、すべてのスイッチがオフであるときのデッドタイムを含む50%のデューティサイクルにおいて動作される。
【0044】
図5は、一対の電力増幅器512a、512bを含む電力増幅器510を示す。電力増幅器512a、512bは、図4の電力増幅器412に関して上記で説明されているように動作する。図4の同様の構成要素については、そのような構成要素が同様に動作する図5の詳細において説明されない。電力増幅器512a、512bは、アウトフェージング動作モードを使用して動作される。すなわち、増幅器512a、512bが、出力端子540におけるRF出力信号の大きさを制御するために相対位相を動作させるように、スイッチ対Q5、Q8およびQ6、Q7は、RF駆動信号を使用して制御され、スイッチ対Q9、Q12およびQ10、Q11は、RF駆動信号の異なるセットを使用して制御される。電力増幅器512a、512b間の適切な位相選択により、出力端子信号516におけるRF信号は、ゼロから、ほぼ、電力増幅器512bの最大出力と組み合わされた電力増幅器512aの最大出力までの範囲とすることができる。
【0045】
図6は、図4と同様に配置された電力増幅器610を示す。図6における図4との違いは、電圧クランプ450の省略である。図6は、電力増幅器612と、変圧器614と、出力端子616と、出力フィルタ618と、負荷620とを含み、これらのすべては、上記で説明されているのと同様に動作する。図6は、キャパシタC5 626の端子とインダクタL3 628の端子との間に接続された第1の端子と、変圧器一次巻線614に接続された第2の端子とを有する並列入力インダクタLp1 624も含む。Lp1は、容量性負荷および誘導性負荷などの無効負荷を補償することによってクランプ機能を提供する。誘導性負荷を補償することによって、インダクタLp1 624は、広範囲の負荷の下でのソフトスイッチング条件を増加させるクランプ機能を提供する。
【0046】
図7は、入力信号VDDを受信し、変圧器714の一次巻線N3にRF信号を出力する一対の電力増幅器712a、712bを含む電力増幅器710を示す。図7は、図6と同様に配置され、一対の電力増幅器712a、712bをさらに含む。図7は、一対の並列インダクタLp1 724aおよびLp2 724bも含む。図7は、図5に関して説明されているのと同様に動作し、ここでは、電力増幅器712aおよび712bは、RF信号の大きさを制御するためにアウトフェーズされている。
【0047】
図8は、従来の電力増幅器制御システム810に関するブロック図を示す。電力増幅器制御システムは、負荷814へのRF信号を生成する電力増幅器812を含む。電力増幅器812は、上記で説明されているものなどの様々な構成において配置された1つまたは複数の電力増幅器を含んでもよい。電力増幅器812からの出力は、上記で説明されているセンサのうちのいずれかであってもよいセンサ818によって測定される。センサ818は、信号X、Yを電力決定モジュールまたはプロセッサ820に出力する。電力決定モジュールまたはプロセッサ820は、測定された電力Pmeasure入力を加算器816に出力する。加算器816はまた、電力設定値Psetpointを受信し、エラー信号errを出力するために、電力設定値Psetpointから測定された電力Pmeasureを減算する。エラー信号errは、PIDコントローラ826およびPIDコントローラ828に入力される。PIDコントローラ826は、エラー信号を受信し、電力増幅器812への指令VDD入力を生成する比例積分微分コントローラである。PIDコントローラ828は、エラー信号を受信し、電力増幅器812に入力するための位相差を生成する。当該技術分野において認識されるように、PIDコントローラ826、828は、比例積分微分コントローラとして示されているが、上記で説明されているような他のコントローラは、実装されることが可能である。電力増幅器812は、指令レール電圧VDDと指令位相信号Δphaseとを受信し、負荷814へのRF出力信号を生成する。
【0048】
上記で説明されているように、電力増幅器812は、PIDコントローラ826からの出力信号VDDが1つまたは複数の電力増幅器に印加されることが可能であるように、1つまたは複数の増幅器を含んでもよい。Δphaseを生成するためのPIDコントローラ828からの出力は、電力増幅器812を構成する電力増幅器の数に従って、1つまたは複数のΔphase信号を含んでもよい。電力増幅器812が単一の電力増幅器である場合、PIDコントローラ826からの出力は、1つの電力増幅器を制御するための単一の指令VDD信号であることが可能である。また、単一の電力増幅器の場合、位相制御は、2つのセンターレッグ、センターレッグ1(Q5 414aおよびQ6 414b)とセンターレッグ2(Q7 416aおよびQ8 416b)との間のアウトフェージングを指す。様々な構成において、各スイッチは、同じレッグ内の2つのスイッチのシュートスルーを回避し、ゼロ電圧スイッチング領域を作成するために、デッドタイムを含む半サイクル(50%)においてターンオンされる。そのような制御は、フルブリッジ増幅器の2つのハーフブリッジをアウトフェーズすることとみなされることが可能である。様々な他の構成において、複数の電力増幅器のフルブリッジ増幅器のハーフブリッジは、複数の電力増幅器を互いに対してアウトフェーズすることに加えて、アウトフェーズされることが可能である。
【0049】
図3～図8に関して上記で説明されている電力増幅器システムは、従来のように構成される。従来のように構成された電力増幅器において、出力電力は、1つまたは複数の電力増幅器に供給されるDC電圧VDDを変化させることと、複数の電力増幅器を有するRF電力増幅器について、電力増幅器間の入力制御信号の位相を変化させることとの一方または両方を制御することによって制御される。現在の従来のRF発生器または電力増幅器において、RF電力増幅器は、単一のまたは複数のDC-DC電力コンバータを含む。従来のDC-DC電力コンバータは、電力増幅器への可変DC電圧供給を提供するが、かさばり、RF発生器内のかなりの量のスペースを占める可能性がある。そのようなDC-DCコンバータは、サイズ制限に基づいてRF発生器の電力が制限されることを引き起こす可能性がある。
【0050】
図4および図5に関して上記で説明されているように、電力は、図4の電力増幅器412などの単一の電力増幅器もしくはインバータのレッグ間の位相差を変更することによって、または図5のインバータ512a、512bなどのデュアルD級電力増幅器間の位相差を変更することによって制御される。そのような構成において、VDDが制御される速度は、RF信号の電力を変化させるための電力増幅器の応答時間を決定する。したがって、VDDの応答時間は、マイクロ秒範囲における電力制御を達成することを制限する。さらに、電力能力は、高電力RF発生器を開発することが利用可能なスペースによって制限されるように、電力増幅器内の電力モジュールの数によって制限される。したがって、図4および図5の構成は、比較的大きいRF発生器フットプリントを必要とし、RF出力電力を構造的に制限しながらコストを増加させる。同様の理由のため、図6および図7の並列インダクタLP1およびLP2は、RF電力発生器におけるスペース要件およびコスト要件を増加させる。
【0051】
図9は、三相電力入力を受け取るダイオード整流器912を含むAC-DCコンバータ910を示す。三相電力の各相は、ダイオード整流器912のそれぞれのレッグに入力される。ダイオード整流器912の各レッグは、ダイオード920a、920b、922a、922b、および924a、924bなどの直列に配置されたダイオード対を含む。様々な構成において、整流器912のダイオードは、商用電圧を整流するシリコン制御整流器(SCR)、ダイオード、またはサイリスタであってもよい。AC-DCコンバータ910は、インダクタL1 914とキャパシタC1 916とを含む出力フィルタも含む。AC-DCコンバータは、整流電圧Vrを出力する。Vrは、ダイオード整流器912を介する三相入力信号の整流から結果として生じる、制御されていない整流された出力電圧と呼ばれる場合もある。Vrは、不変であり、一般に一定の電圧とみなされる。様々な構成において、ダイオード整流器912は、不連続導通モードにおいて動作するので、Vrは、接続する負荷に応じて低下し得る。本明細書でさらに説明されるように、Vrは、スイッチド可変キャパシタ(SVC)を有するSCMまたは電力増幅器に入力される。
【0052】
図10および図11は、それぞれのAC-DCコンバータ1010、1110を示す。AC-DCコンバータ1010は、インダクタ-キャパシタ(LC)昇圧コンバータを含む。AC-DCコンバータ1110は、インダクタ-キャパシタ(LC)降圧コンバータを含む。したがって、AC-DCコンバータ1010は、LC昇圧コンバータ1014を含み、ダイオード整流器1012の出力においてフィルタを含む。様々な高電力構成において、L1 1016およびC1 1018は、システムの力率を高める。他の構成において、L1 1016およびC1 1018は、省略され得る。フィルタは、整流電圧Vrを生成するために上記で説明されているように動作するインダクタL1 1016とキャパシタC1 1018とを含む。整流電圧Vrは、インダクタL2 1022と、ダイオード1024と、スイッチ1026とを含む昇圧コンバータに印加される。インダクタ1022、ダイオード1024、およびスイッチ1026は、典型的には電力を制御するのを支援するために電力増幅器への入力として印加される電圧VRAILを生成するために、追加のフィルタキャパシタCO 1028にわたって昇圧機能出力を提供するように動作する。昇圧コンバータ1010は、整流電圧Vrを上昇させる。様々な構成において、昇圧コンバータ1014は、一定の出力電圧を維持し、電力増幅器ならびに昇圧コンバータ1014における実効電流をより低くするために、電力増幅器への高電圧もサポートする。
【0053】
AC-DCコンバータ1110は、Vrを生成するために上記で説明されているように動作する、インダクタ1116とキャパシタ1118とを有するLC降圧コンバータ1114を含む。LC降圧コンバータ1114はまた、インダクタL2 1122と、ダイオード1124と、スイッチ1126とを含む。インダクタ1122、ダイオード1124、およびスイッチ1126は、VRAILを生成するために、Vrの大きさをキャパシタ1128 COにわたるより小さい大きさの出力に低減する降圧機能を提供するために結合する。それぞれ図10および図11において示されている追加の昇圧コンバータおよび降圧コンバータは、コンバータ出力における電圧変動を低減し、より安定したVrを提供するために、整流電圧Vrを調整する。降圧コンバータ1114は、整流電圧Vrを低下させる。以下の図および明細書において説明されている様々な構成において、Vrは、電力増幅器への印加の前に、図10および図11において記載されているように変換されてもよい。様々な構成において、昇圧コンバータ1014は、力率を高めることもできる。
【0054】
図12を参照すると、整流電圧Vrは、スイッチドキャパシタ変調器(SCM)または電力増幅器1210に入力される。電力増幅器1210は、電力増幅器またはインバータ1212と、変圧器1214と、出力端子1216と、スイッチ可変キャパシタンス(SVC)1230とを含む。電力増幅器1212は、それぞれのスイッチを制御するRF駆動信号を受信するスイッチQ5、Q6、Q7、Q8を含む。特定の問題におけるそれぞれのスイッチの動作は、RF出力信号を生成する。SVC1230は、出力端子1216においてスイッチド可変インピーダンスを提供するように動作する。本明細書で説明されているようにキャパシタンスを変化させることは、出力端子1216におけるインピーダンスを変化させる。電力増幅器1212は、(図9～図11のうちの1つにおいて生成された)DC入力信号Vrを受信し、キャパシタC5 1240とインダクタL3 1242とを含む出力フィルタにAC信号を出力する。AC(またはRF)信号は、変圧器1214の一次巻線N1に印加され、RF信号は、変圧器1214の二次巻線N2および出力端子1216に変換される。負荷キャパシタC8 1246は、接地に接続された第1の端子と、出力端子1216に接続された第2の端子とを含む。出力フィルタ1218は、出力端子1216に接続し、負荷1220へのAC信号を生成する。図12において示されているように、電力増幅器1210は、単一のD級増幅器と、スイッチド可変キャパシタンス(SVC)とを実装する。スイッチド可変キャパシタンスは、双方向スイッチQA、QB(1236a、1236b)と、変圧器1214の三次巻線1232の端子に接続された固定キャパシタCP 1238とを使用して実装される。双方向スイッチQA、QBは、各々、キャパシタCP 1238にわたるAC電圧の半サイクルを制御する。各スイッチQA、QBは、それぞれの第1の出力電圧信号または第1の出力電圧VAと第2の出力電圧信号または第2の出力VBとを生成し、電圧は、キャパシタCP 1238のそれぞれの端子に印加される。
【0055】
スイッチ可変キャパシタンスの等価スイッチキャパシタンスCVは、式(1)において示されているように電力増幅器の基本周波数において定式化される。
【0056】
【数1】
【0057】
ここで、
Cvは、等価キャパシタンスであり、
Cpは、キャパシタCP 1238の値であり、
deffは、スイッチQA、QBの動作のスイッチング実効デューティサイクルである(ここで、dは、0.5または50%未満である)。
式1において、等価キャパシタンスとして示され、説明されているが、キャパシタンスは、一般にリアクタンスとして記述され得、可変キャパシタンスは、インピーダンスにおいて変化する可変リアクタンスであることが理解されよう。他の構成において、可変リアクタンスは、インダクタの特性を変化させることによって提供されることが可能であり、本明細書で説明されるSCMは、出力端子におけるインピーダンスを変化させるためにリアクタンスを変化させる可変インダクタンスとして含まれることが可能である。様々な他の構成において、キャパシタンスおよびインダクタンスのなんらかの組合せは、出力端子における可変リアクタンスと結果として生じる可変インピーダンスとを作成するために変更され得る。
Cvは、等価キャパシタンスであり、
Cpは、キャパシタCP 1238の値であり、
deffは、スイッチQA、QBの動作のスイッチング実効デューティサイクルである(ここで、dは、0.5または50%未満である)。
式1において、等価キャパシタンスとして示され、説明されているが、キャパシタンスは、一般にリアクタンスとして記述され得、可変キャパシタンスは、インピーダンスにおいて変化する可変リアクタンスであることが理解されよう。他の構成において、可変リアクタンスは、インダクタの特性を変化させることによって提供されることが可能であり、本明細書で説明されるSCMは、出力端子におけるインピーダンスを変化させるためにリアクタンスを変化させる可変インダクタンスとして含まれることが可能である。様々な他の構成において、キャパシタンスおよびインダクタンスのなんらかの組合せは、出力端子における可変リアクタンスと結果として生じる可変インピーダンスとを作成するために変更され得る。
【0058】
図13は、一対の電力増幅器1312a、1312bを有するSCMまたは電力増幅器1310を示す。各電力増幅器1312a、1312bは、図9～図11に関して上記で説明されているように生成された整流電圧Vrを受け取る。電力増幅器1312a、1312bは、出力端子1316におけるRF電圧の振幅を変化させるために、図5および図7などに関して上記で説明されているようにアウトフェーズされることが可能である。SCMまたは電力増幅器1310は、図12に関して上記で説明されているように動作するSVC1330も含む。
【0059】
図14および図15は、それぞれ、実効デューティサイクルdに対する、それぞれの正規化等価キャパシタンスCVと正規化電力出力POとを示す波形を示す。図14において見られるように、正規化等価キャパシタンスは、0のデューティサイクルにおけるゼロをわずかに上回る値から、0.4のデューティサイクルにおける約1まで増加する。したがって、正規化等価キャパシタンスCVにおける変化は、それぞれ図12および図13のSVC1230、1330によって提供されるスイッチ可変インピーダンスにおける変化を結果として生じる。上記で説明されているように、SVCは、キャパシタC8(1246、1346)と並列のスイッチド可変インピーダンスを制御し、それによって出力端子1316における電力の変化を可能にする。したがって、図12および図13のSCMまたはD級電力増幅器は、可変負荷を含むように動作し、負荷は、SVC(1230、1330)のデューティサイクル制御dに従って変化するスイッチド可変インピーダンスに従って変化する。
【0060】
図15は、スイッチング実効デューティサイクルdに対する正規化出力電力POにおける変化を示す。図15において見られるように、0のデューティサイクルから約0.2のデューティサイクルまで、正規化電力POは、0.4付近で最小に増加する。0.2の実効デューティサイクルから約0.34の実効デューティサイクルまで、正規化電力POは、約1に増加する。正規化電力POは、実効デューティサイクルdが約0.34から0.4に増加すると、比較的急速に低下する。したがって、図15は、出力電力POがSVC1230、1330を制御することによって良好に調整されることが可能であることを示す。したがって、出力端子1216または1316におけるRF出力負荷電力は、(1)図12において示されているような1つのインバータの従来のスイッチ制御、または図13において示されているような2つの電力増幅器1312a、1312b間の位相制御と、(2)出力負荷インピーダンスを変更するSVC1230、1330のスイッチングデューティサイクルdとによって調整されることが可能である。図14は、動作条件なしの一般化された例を示す。図15は、比較として、特定の供給電圧、負荷条件、および動作周波数における特定の非限定的な例を示す。
【0061】
図16は、本明細書で説明されているSCMまたは電力増幅器の動作を説明する波形の非限定的な例を示す。図16の波形は、図13において示されているような、二重電力増幅器、または二重インバータ電力増幅器1310の動作を示す。非限定的な例として、電力増幅器1310は、5kWの電力設定値と、400kHzの周波数と、50オームにおいて1の電圧定在波比(VSWR)とを有してもよい。波形1612において示されているように、電力は、1614における0から1616における最大まで制御される。
【0062】
波形1620は、図13のインバータまたは電力増幅器1312a、1312bが動作される位相を示す。波形1626は、電力増幅器1312aの位相を示し、波形1628は、電力増幅器1312bの位相を示す。おおよそ1630において示されているように、電力増幅器1312a、1312bの位相は、1630の後に1つの位相のみが示されているように見えるように、同じになる。したがって、出力電力を増加させるために、コントローラは、位相を180度ずれた位相からほぼ同相に移動させる。
【0063】
電力増幅器1312a、1312bに位相制御を適用すると、出力電圧は、1614から1618に増加する。位相制御は、最初に電圧を点1618まで増加させ、SVC制御は、出力電圧をさらに増加させる。位相しきい値を設定することによって、SVC制御は、位相がしきい値以下に移行するとアクティブになる。波形1640は、それぞれのスイッチ1336a、1336bにわたる電圧を示す。より詳細に説明されるように、スイッチ1336a、1336bの制御は、電圧VAおよびVBのゼロ交差に基づいて部分的に決定され、したがって、電圧VAおよびVBは、ゼロ交差を検出するために十分に高くなければならない。波形1644は、電圧VAを示し、波形1646は、電圧VBを示す。波形1640の電圧VAおよびVBは、領域1642において増加する。波形1650は、スイッチ1336a、1336bのためのゲートソース間電圧VGSを示す。波形1650は、スイッチ1336a、1336bを駆動するデューティサイクルを表し、波形1652は、スイッチQA 1336aに印加される駆動信号を表し、波形1654は、スイッチQB 1336bに印加される駆動信号を表す。1650においても示されているように、スイッチQA、QBは、時間1656まで作動されず、その後、電圧(順方向電力)は、時間1616まで増加し続ける。様々な非限定的な例において、図16において示されているように、電力は、順方向電圧(電力)が1616において示されているように約100マイクロ秒以内に到達するように、位相制御とデューティサイクル制御とを使用して良好に調整される。波形1660は、負荷電圧を示す。
【0064】
図17は、108マイクロ秒～130マイクロ秒の間の図16の波形の拡大図を表す波形1710を示す。図17は、波形1712において示されているように、それを超えると電力がすでに最大化されている図16の一部を表す。同様に、負荷電圧1714、ならびに位相1および位相2 1716も、図16のほぼ安定した領域において動作している。さらに図17を参照すると、スイッチQA、QBは、概して位相をずらして駆動され、スイッチQA、QBにわたる電圧がゼロに近づくと、スイッチQA、QBは、所定の遅延の後にターンオンする。したがって、各スイッチは、電圧VA、VBに関連付けられたそれぞれのスイッチQA、QBをターンオンするために、電圧VA、VBのゼロ交差に従って作動される。電圧VGS,QAおよびVGS,QBは、それぞれのスイッチQ1、Q2をターンオンするゲート電圧を表す。
【0065】
様々な構成において、本明細書で説明される制御手法は、様々なデバイスと様々な制御手法とを使用して実装されることが可能である。非限定的な例として、電子可変キャパシタ(EVC)は、キャパシタンスを変化させるためにダイオードと逆バイアスとを使用して実装されることが可能である。さらに、個別のスイッチキャパシタは、複数のスイッチを組み合わせることによって形成されてもよい。さらに、PINダイオードは、インピーダンスをさらに変化させるために使用されることが可能である。他の構成において、スイッチド可変インダクタは、等価インダクタンスを変化させるために使用されることが可能である。様々な制御手法は、位相およびデューティサイクルの代わりに電力を制御する単一の位相制御を含むことができる。
【0066】
図18は、並列に配置された複数の電力増幅器とSVCとを有するSCMまたは電力増幅器を含むRF発生器1810のブロック図を示し、図19は、直列に配置された複数の電力増幅器を有するSCMまたは電力増幅器1910を含むRF発生器1910のブロック図を示す。図18および図19の説明全体を通して、同様の参照番号は、同様の要素を指し、18は、図18で参照される要素に先行し、19は、図19において参照される要素に先行する。図18および図19は、出力端子1816、1916においてRF信号を提供するために、変圧器1814、1914の一次巻線N1に接続された電力増幅器セクション1812、1912を含む。出力端子1816、1916におけるRF信号は、出力フィルタ1818、1918に印加され、RF出力信号は、負荷1820、1920に印加される。センサ1826、1926は、出力電圧および電流、または順方向電力および逆方向電力を検出し、コントローラ1830、1930への感知信号X、Yを生成する。RF発生器1810は、最大m個のSVCを表す複数のSVC1832a、...、1832m、1932a、...、1932mも含む。コントローラ1830、1930は、それぞれのSVC1832a、...、1832m、1932a、...、1932mのそれぞれの電圧VA、VBのゼロ交差を示す信号を出力するゼロクロスまたはゼロ交差検出器1834a、...、1834m、1934a、...、1934mからの入力も受信する。
【0067】
RF発生器1810、1910は、複数の電力増幅器PA(1)、PA(2)、...、PA(電力増幅器セクション1812、1912におけるn)を含む。各電力増幅器は、図12および図13などに関して上記で説明されているように配置されてもよい。各電力増幅器1840a、...、1840n、1940a、...、1940nは、整流電圧VRを受け取り、電力増幅器1840a、...、1840n、1940a、...、1940n間の位相に従って変化するRF信号を出力する。各増幅器は、インバータの足に関する動作位相と、インバータ間の位相のうちの一方または両方を決定するそれぞれの位相信号を受信する。
【0068】
電力増幅器セクション1812、1912およびSVCセクション1830、1930の制御は、RF発生器コントローラ1830、1930によって行われる。RF発生器コントローラ1830、1930は、様々な入力を受信し、様々な出力を生成するコントローラ1836、1936を含む。コントローラ1836、1936への入力は、それぞれのゼロ交差検出器1834a、...、1834m、1934a、...、1934mから出力される信号を含む。各ゼロ交差検出器1834a、...、1834m、1934a、...、1934mは、それぞれのスイッチQA(1)、QB(1)、...,QA(m)、QB(m)にわたる電圧がゼロに近づくときを示す信号を出力する。したがって、各ゼロ交差検出器は、関連するスイッチQA、QBがスイッチにわたってゼロボルトに近づくときを示す。
【0069】
上記で説明されているように、センサ1826、1926は、アナログ-デジタル(A/D)コンバータ1842、1942に入力される、一般に信号X、Yとして記述される、電圧/電流または順方向電力/逆方向電力などの、特定の検出方法に従って変化する信号X、Yを出力する。A/Dコンバータ1842、1942からのデジタル出力は、コントローラ1836、1936に入力される。コントローラ1836、1936は、増幅器セクション1812、1912のそれぞれの電力増幅器1836、1936の位相を制御するための制御信号を生成する。コントローラ1836、1936はまた、それぞれのSVC1832、1932にゲート駆動信号を出力する。特に、駆動信号は、対において生成され、1つの対は、それぞれのSVC1832、1932の各スイッチQA、QBに印加される。
【0070】
図18に見られるように、電力増幅器セクション1812内の複数の電力増幅器は、並列に配置される。同様に、複数のSVC1832は、出力端子1816と並列に配置される。一方、図19は、変圧器セクション1914 T1、T2、...、Tk内の複数の変圧器T1、T2、...、Tkを示す。各変圧器は、二次巻線N2を含み、二次巻線は、接地に接続された変圧器Tkに関連付けられた二次巻線と出力端子1916との間に直列に配置される。
【0071】
上記で説明されているように、スイッチQA(1)およびQB(1)は、ゼロ電圧ススイッチング(ZVS)条件またはそれに近い条件において動作される。ZVSをもたらすために、ゼロ交差検出器1834、1934は、それぞれ、ドレインとソースとの間のゼロ電圧、電圧VA、VBを検出する。ゼロ交差検出器1834、1934は、正弦波入力を、Vzero、QA(1)、Vzero、QB(1);...;Vzero、QA(m)、Vzero、QB(m)としてコントローラ1386、1936に入力される方形波出力に変換する。様々な構成において、それぞれのスイッチQA、QBにわたる電圧の一方または両方は、ZVSをもたらすために検出されてもよい。すなわち、単一のゼロ交差検出は、両方のスイッチQA、QBを制御するために使用されることが可能であり、または一対のゼロ交差検出は、スイッチQA、QBを独立して制御するために使用されることが可能である。様々な他の構成において、xが1、...、mのいずれかとして、単一のゼロ交差Vzero、QA(x)またはVzero、QB(x)は、m個すべてのSCMにおけるゼロ交差を推論するために使用されてもよく、またはyが、...、mのいずれかとして、単一の対のQA(y)、QB(y)は、m個すべてのSCMを制御するために使用されてもよい。様々な構成において、xが1、...、mのいずれかとして、スイッチQA(x)、QB(x)は、それぞれ、検出されたVA(x)およびVB(x)に従って動作されることが可能であり、yが、...、mのいずれかとして、単一の検出されたVy(x)は、1つまたは任意の複数のQA(x)またはQB(x)の動作を決定するために使用されることが可能である。
【0072】
図20は、SVCのスイッチQA、QBの制御を説明する波形2020を示す。波形2022は、QBの制御を説明し、波形2024は、スイッチQAを説明する。波形2022に関して、点X 2026において示されているように、スイッチQBにわたる電圧である電圧VBがゼロに近づくと、ゼロクロスまたはゼロ交差信号Vzero,QBは、時間t0において示されているようにハイに遷移する。スイッチQBに関するt0などのゼロクロスの指示において、一連の遅延が導入される。コントローラがVzero,QBの立ち上がりエッジを検出すると、時間遅延tdelayは、電圧VBがゼロに達した後にのみスイッチQBがターンオンされるように十分な時間が経過することを可能にするために開始される。遅延tdelayの後、コントローラは、スイッチQBのターンオンを開始するために、ゲート駆動信号VGS,QBをターンオンする。
【0073】
ゲート駆動信号は、tdelay後に開始されるが、2028において示されているように、さらなる遅延dは、VBがゼロから増加する前に経過する。遅延dは、d=dnon_eff+deffのように、無効な遅延と有効な遅延の両方を含む。電圧VBは、ゼロであり、等価キャパシタンスCBを変更しないので、無効遅延dnon_effは、無効期間である。遅延deffは、電圧VBがゼロでないので、上記のCvに関する式(1)において上記で説明されているように、スイッチングデューティサイクルdに等しい有効期間である。
【0074】
波形2024は、スイッチQBに関する同様の動作について説明する。位置Y 2034において、ゼロ交差は、検出され、Vzero,QAのローからハイへの遷移によって示される。tdelayとdの合成遅延の後、スイッチQAにわたるVAの電圧は、遅延tdelay後にゲートを駆動信号VGS,QAに適用することによって、スイッチQAのターンオンに続いて、2036において示されているようにゼロから上昇し始める。様々な構成において、単一のゼロ交差信号Vzero,QB(またはVzero,QA)は、VGS,QBの動作期間を2で割ったタイミング遅延に従って、VGS,QAとVGS,QBの両方に関するタイミングを制御するために使用されることが可能である。波形2040、2042は、本明細書で説明される方法でSVCを動作させることによるそれぞれの電力増加を示すことは、留意されるべきである。
【0075】
図21は、上記で説明されているように、SCMまたは電力増幅器を含むように構成されたRF発生器2110に関するブロック図を示す。電力増幅器2112は、それぞれのダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)2144とSVCドライバ2116とによって決定される入力位相とドライバ信号とによって制御される。電力コントローラ2110は、指令デューティサイクルdRAWおよびpRAWをそれぞれのSVCドライバ2116およびDDS2114に出力する。電力コントローラ2020は、電力増幅器2112によって負荷に出力されるべき所望の電力設定値を表す電力設定値Psetpointを受信する。センサ2124は、感知信号X、Yを電力モジュール2126に出力するために、上記で説明されているように動作する。電力モジュール2126は、感知信号X、Yを受信し、測定された電力値Pmeasureをコントローラ2120に出力する。電力コントローラ2120は、PsetpointとPmeasureとの間の差に従って、所望の指令デューティサイクルdRAWと位相pRAWとを決定する。
【0076】
それぞれのSVCドライバ2116およびDDS2114に入力されるコントローラ2110によって出力される指令値dRAWおよびpRAWは、指令信号を表す。非限定的な例として、SVCドライバ2116は、指令デューティサイクルdRAWを受信し、電力増幅器2112内のSVCのQAおよびQBに印加されるアクチュエータ信号を生成する。SVCドライバ2116は、上記で説明されているように、ゼロクロス検出器2130から少なくとも1つのゼロクロス信号を受信する。ゼロクロス検出器2130は、スイッチQA、QBのうちの一方または両方に関連付けられた1つまたは一対のゼロ交差検出器を含んでもよいことが理解されるであろう。DDS2114は、指令位相pRAWを受信し、電力増幅器2112の位相を制御するためのアクチュエータ信号を生成する。
【0077】
電力増幅器2112は、上記で説明されているように、1つまたは複数の電力増幅器を含んでもよい。例えば、電力増幅器は、図12、図13、図18、または図19のうちのいずれかにおいて説明されているように具体化されてもよい。図21に示されているRF発生器2110において、一対のインバータ間の相対位相は、DDS2114によって出力されるPhase1およびPhase2を介して制御されると仮定される。しかしながら、複数の二重インバータ電力増幅器構成が使用される場合、位相信号の複数のセットは、電力増幅器2112に入力される。同様に、電力増幅器2112がSVCの複数のセットを含む場合、ゲート駆動信号QAおよびQBの複数のセットは、電力増幅器2112に入力される。図12において示されているような信号電力増幅器として構成された電力増幅器2112の場合、DDS2114は、単一のインバータ電力増幅器のスイッチド対を制御するための位相信号を出力する。さらに、様々な構成において、DDS2114およびSVCドライバ2116は、単一のコントローラに結合されてもよく、電力コントローラ2120に統合されてもよく、電力コントローラ2120から分離されてもよい。様々な他の構成において、SVCドライバ2116は、単一のドライバまたは一対のドライバを備えてもよく、各ドライバは、それぞれのスイッチQA、QBへのゲート駆動信号を制御する。
【0078】
図22は、図21の電力コントローラ2120などの電力コントローラ2210に関する一般化されたブロック図を示す。電力コントローラ2210は、上記で説明されているように、入力電力設定値Psetpointと測定された電力設定値Pmeasureとを受信し、指令デューティサイクルdRAWと位相pRAWとを出力する単入力多出力(SIMO)コントローラ2212として実装される。
【0079】
図23は、図21の電力コントローラ2120などの電力コントローラ2310を示す。電力コントローラ2310は、多入力多出力(MIMO)コントローラ2312を含む。電力設定値Psetpointおよび電力測定値Pmeasure入力を受信することに加えて、MIMOコントローラ2312は、第2のパラメータ設定値Para2setpointと測定されたパラメータ値Para2measureとを含む。MIMOコントローラ2312は、最大N個の設定値ParaNsetpointおよび測定値ParaNmeasureを受信してもよい。様々な構成において、設定値および測定値は、対において現れる必要はない。様々な構成において、設定値のみは、対応する測定値なしで適用されてもよく、または測定値のみは、対応する設定値なしで入力されてもよい。入力パラメータは、インピーダンス反射係数と、RF周波数と、RF信号位相と、レール電圧と、送達電力と、VSWRと、パルス状態と、動作パラメータと、外部RF発生器からの同期信号と、電圧と、電流とを含んでもよい。
【0080】
MIMOコントローラ2312は、上記で説明されているように、指令デューティサイクルdRAWと指令位相pRAWとを生成する。様々な構成において、MIMOコントローラ2312は、追加の制御出力Actuator2、...、ActuatorNも出力してもよい。追加の出力は、制御作動信号に変換された指令値であってもよく、または実際の作動信号であってもよい。出力アクチュエータは、整合ネットワーク制御コマンドと、RFソースバイアスコマンドと、RF周波数とを含むことができる。同様に、デューティサイクルおよび位相に関して、図21、図22、および図23などに関して本明細書で説明されているコントローラは、様々な構成において、後にアクチュエータ制御信号に変換される指令制御信号ではなく、アクチュエータ制御信号を出力してもよい。
【0081】
図24は、電力コントローラ2410の拡大ブロック図を示す。電力コントローラ2410は、電力コントローラ2120、2210、2310などの、上記で説明されている電力コントローラのいずれかとして実装されてもよい。図24の電力コントローラ2410は、1つの非限定的な例による電力コントローラの拡大ブロック図を示す。電力コントローラ2410は、マスタコントローラ2412と、独立したPIDコントローラであるSVC PIDコントローラ2416と、駆動PIDコントローラ2418とを含む。電力コントローラ2410は、平衡モジュールまたはコントローラ2420も含む。マスタコントローラ2412は、電力コントローラ2410によって出力され、マスタコントローラ2412に入力される指令デューティサイクルdRAWと位相pRAWとを受信する。マスタコントローラ2412は、受信されたdRAWとpRAWとに従って、SVC PIDコントローラ2416、駆動PIDコントローラ2418、および平衡コントローラ2420のうちの1つまたは複数を構造的に作動させるための制御信号を生成する。
【0082】
電力コントローラ2410は、加算器2426に入力される電力設定値Psetpointと測定電力Pmeasureとを受信する。加算器2426は、SVC PIDコントローラ2416と駆動PIDコントローラ2418とに入力されるエラー値errを出力するために、設定値と測定値との間の差を決定する。エラーerrに基づいて、SVC PIDコントローラ2416は、初期デューティサイクルdPIDを出力する。同様に、駆動PIDコントローラ2418は、エラー信号errを受信し、一対の加算器2428および2430への位相PID信号を生成する。加算器2428は、信号位相PIDと位相設定値Phasesetpointとを受信し、平衡コントローラ2420に入力されるエラー信号を生成する。平衡コントローラ2420は、平衡信号を加算器2430および2432に出力する。平衡コントローラ2420は、反応性の低いコントローラであり、位相をPhasesetpointに向けて動かし、dRAWを最適値に向けて動かす。加算器2430は、位相PID信号と平衡補正信号とを組み合わせ、位相コマンドpRAWを生成する。加算器2432は、デューティサイクルPID信号dPIDとデューティサイクル平衡信号とを受信し、指令デューティサイクルdRAWを出力するためにその2つを加算する。位相が高い場合、平衡コントローラ2420は、位相を減少させ、位相減少を補償するためにSCMデューティサイクルを増加させる。位相が低い場合、平衡コントローラ2420は、位相を増加させ、SCMデューティサイクルを減少させる。平衡コントローラ2420は、デューティサイクルを逆方向に移動させることになるので、Phasesetpointに向かって移動しているときに電力が変化しないように較正されてもよい。したがって、平衡コントローラ2420は、1つの出力に加算し、他の出力から減算する。
【0083】
マスタコントローラ2412は、SVC PIDコントローラ2416、駆動PIDコントローラ2418、および平衡コントローラ2420の動作を調整するように構成される。様々な構成において、マスタコントローラ2412は、SVC PIDコントローラ2416、駆動PIDコントローラ2418、および平衡コントローラ2420のうちの任意の1つまたは複数を選択的に起動する。非限定的な例として、マスタコントローラ2412は、現在の位相が設定可能なしきい値未満である場合、SVC PIDコントローラ2416の動作を無効にし、ゼロパーセントのデューティサイクルを引き起こす。この手法の1つの理由は、より低い位相値において、ゼロ交差検出器がゼロ交差を正確に検出しない場合があることであり得る。様々な構成において、マスタコントローラ2412は、位相出力が設定可能なしきい値を超えて維持される間、SVC PIDコントローラ2416を有効にし、設定可能なしきい値は、信頼できるゼロ交差検出に従って選択されてもよい。様々な他の構成において、マスタコントローラ2412は、駆動PIDコントローラ2418によるきめ細かい制御を可能にするために、一定に維持するようにSVC PIDコントローラ2416を制御する。そのような構成において、SVC PIDコントローラ2416は、PID駆動コントローラ2418よりも粗い調整を提供する。様々な他の構成において、マスタコントローラ2412は、SVC PIDコントローラ2416がデューティサイクルを制御する間、固定出力を維持するように駆動PIDコントローラ2418を制御する。そのような構成は、測定された電力が設定可能なしきい値だけ電力設定値と異なる場合に実装されてもよい。マスタコントローラ2412が位相値を維持するように駆動PIDコントローラ2418に指示するときに維持される最適な位相出力値は、制御される電力増幅器の所定の動作効率に対して選択される。
【0084】
様々な構成において、マスタコントローラ2412は、1つまたは複数のSVC PIDコントローラ2416と、駆動PIDコントローラ2418と、平衡コントローラ2420とを含む。様々な他の構成において、平衡コントローラ2420は、省略され、SVC PIDコントローラ2416は、PsetpointとPmeasureとによって決定される順方向電力ではなく、駆動PIDコントローラ2418によって出力される位相PIDに従って制御される。
【0085】
図25は、図21のSVCドライバ2116などのSVCドライバ2510のブロック図を示す。SVCドライバ2510は、パルスパラメータモジュール2512とパルス出力モジュール2514とを含む。パルスパラメータモジュール2512は、指令デューティサイクルdRAWを受信し、SVCモジュールのスイッチド対の各々を制御するための遅延信号およびデューティサイクルまたは駆動信号を生成する。すなわち、各SVCモジュールに対して、パルスパラメータモジュール2512は、遅延tdelay,QA(1)および駆動信号dQA(1)と、tdelay,QB(1)および駆動信号dQB(1)とを生成する。パルスパラメータモジュール2512は、SCMまたは電力増幅器内のSVCモジュールの各スイッチのための遅延および駆動信号を生成する。遅延および駆動信号は、パルス出力モジュール2514に入力される。パルス出力モジュールは、各SVCモジュールについて、図21のゼロ交差検出器2130などからゼロクロス情報も受信する。上記で説明されているように、ゼロ交差信号は、SVCモジュール内の一対のスイッチの一方または両方に対するものであってもよい。パルス出力モジュール2514は、SVC各々について、QAおよびQBのための駆動信号を生成する。
【0086】
図26は、図21のSVCドライバモジュールまたはSVCドライバ2116などのSVCドライバモジュール2610のブロック図を示す。SVCドライバ2610は、入力/出力速度を改善するために、シリアライザ/デシリアライザを使用して実装される。非限定的な例として、V0,QBは、1秒あたり1ギガサンプル(GSPS)においてサンプリングされ、処理速度を250MHzまで低下させるために4倍にシリアライズされてもよい。様々な構成において、SVCドライバモジュール2610は、250MHzにおけるフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)において実装される。さらに概要として、SVCドライバ2610は、250MHzにおいてゲート駆動信号QAおよびQBを出力し、その出力を1つのGSPSに戻してデシリアライズする。
【0087】
入力Vzero,QBは、1対Nシリアライザ2612に入力され、非限定的な例において、Nは、4であってもよい。1対Nシリアライザ2612からの出力は、受信されたN個の入力信号からノイズを除去する移動平均フィルタ2614に入力される。移動平均フィルタ2614からの出力は、ゼロ交差が発生したかどうかを判定するために、移動平均フィルタ2614から受信されたフィルタリングされたデータをしきい値と比較するゼロ交差検出器2616に入力される。ゼロ交差検出器2616は、ゼロ交差が検出されたことを示すトリガ信号Detectedと、ゼロ交差検出から経過した推定時間量である時間信号Tmeasとを出力する。2つの信号TmeasおよびDetectedは、ジッタフィルタ2620に出力され、Detected信号は、デューティサイクル変調コントローラ2622にも出力される。ジッタフィルタ2620は、Tnewを推定するために、前のジッタフィルタのゼロ交差検出からの経過時間である既存のTと、Tmeasとを使用する。様々な構成において、Tnewは、TおよびTmeasの加重平均である。ジッタフィルタ2620は、新しい経過時間Tnewをタイマ2624に出力する。タイマ2624は、Tをジッタフィルタ2620とパルス出力ドライバ2626とに出力する。
【0088】
デューティサイクル変調コントローラ2622に戻ると、デューティサイクル変調コントローラ2622は、コマンドデューティサイクル設定値dRAWを、現在のパルスDutyQAおよびDutyQBに関する実際のデューティサイクル信号に変換する。実効デューティdRAWの値に応じて、DutyQAおよびDutyQBは、予め設定されたパターンにおいてパルスごとに変化し、したがって変調される。これは、実効デューティdRAWをより高い分解能において出力することを可能にする。様々な構成において、サンプルQAおよびQBあたり1ギガビットの出力の場合、デューティサイクルは、約1ナノ秒の分解能を有することができる。しかしながら、変調を使用することは、125ピコ秒の実効デューティサイクルを提供することができる。
【0089】
パルス出力ドライバ2626に戻ると、パルス出力ドライバは、図20～図25に関して上記で説明されている、経過時間Tと、デューティ信号デューティDutyQAおよびDutyQBと、遅延tdelayとを受信する。パルス出力ドライバは、OAに関するN個のパルスと、QBに関するN個のパルスとをN対1デシリアライザ2630に出力する。N対1デシリアライザ2630は、N個のパルスをQAおよびQBの各々についてパルスの単一のチェーンにデシリアライズする。
【0090】
様々な構成において、実効デューティサイクル、およびしたがって電力は、図20、図25、および図26において上記で参照されているパルス遅延tdelayを介して制御されることも可能である。追加のtdelay制御を実装することで、FPGA IO入力/出力ピンのプログラム可能で正確な遅延機能が活用される。したがって、スイッチド可変インピーダンスのスイッチQAおよびQBは、デューティサイクルと遅延の両方に従って制御されることが可能である。
【0091】
様々な構成において、図26は、ジッタフィルタ2620とデューティサイクル変調コントローラ2622の一方または両方を除去することによって変更されることが可能である。様々な他の構成において、入力/出力およびSVCドライバ周波数は、同じにされることが可能であり、1対Nシリアライザ2612およびN対1デシリアライザ2630は、除去されることが可能である。様々な他の構成において、位相ロックループは、ゼロ交差信号にラッチし、SVC制御信号を生成することができる。様々な他の構成において、Vzero,QBは、分解能を改善するために位相シフトされたクロックを用いて複数のピンにおいてサンプリングされることが可能であり、出力モジュール対QA/QBは、位相シフトされたクロックによって駆動され、駆動信号QA/QBの単純な対に結合されることが可能である。他の様々な構成において、VBAは、アナログ-デジタルコンバータを介してサンプリングされ、FPGAに入力される。
【0092】
図27は、第1の電力からより高い電力への設定値変化に対する閉ループ連続波のプロット2710を示す。図27の特定の例において、電力は、50Wから、電力増幅器の最大電力である3kWに増加される。図27は、電力増幅器によって出力される順方向電力のエンベロープを示す波形2712を含む。波形2714は、可変インピーダンスを切り替えたスイッチのうちの1つに印加されるゲートソース電圧のデューティサイクルを示すエンベロープである。t0において、順方向電力は、増加し始める。t1よりも前、デューティサイクルは、ゼロであり、スイッチド可変インピーダンスのスイッチは、オフに維持される。t1に続いて、デューティサイクルは、t2において発生する最大順方向電力をもたらすデューティサイクルまで増加される。見られるように、順方向電力2712は、SVCのスイッチに印加される駆動信号のデューティサイクルにおける増加と同時に、t1からt2まで増加する。図27の波形は、1つの非限定的な例であることが留意されるべきである。順方向電力の形状およびデューティサイクルエンベロープの形状は、特定の調整に応じて変化する可能性がある。
【0093】
さらに図27を参照すると、SVC変調モジュールスイッチがターンオンする前に、電力増幅器の駆動は、飽和に近づき始める。出力は、駆動制御中に傾きを変化させるように線形化されることが可能である。SVCがターンオンするとき、最小デューティサイクルにおいてターンオンする。スイッチドキャパシタモジュールは、バンプ2716を目立たなくするために、より低い電力において関与することができる。さらに、駆動出力は、フィードフォワード制御を介して、SVCがターンオンするときに調整されることが可能である。図14および図15を参照すると、非限定的な例として、デューティサイクル波形の平坦部分2718は、約0.34のデューティサイクルを示すことができる。
【0094】
図28は、パルス動作モードにおける電力増幅器の動作を示す波形2810を示す。図28の非限定的な例において、波形は、5kHzのパルス周波数および1のVSWRにおいて発生器の出力電力を5Wから3kWまで調整することを示す。波形2810は、順方向電力パルス波形2812と、駆動設定値2814と、SCM設定値2816と、パルス化SCM制御から結果として生じる順方向電力2818とを含む。図28において見られるように、パルス2812の開始時に、駆動設定値2814は、ランプアップし、順方向電力2818は、増加する。順方向電力が増加すると、SCM設定値2816は、増加し、SCM制御における上記で説明されている遅延を示す。パルス2812のゼロへの遷移に続いて、SCM設定値2816は、ランプダウンし、これは、順方向電力2818を低下させる。次いで、駆動設定値2814は、ランプダウンし、順方向電力2818をゼロに低下させる。
【0095】
上記で説明されているSCMまたは電力増幅器は、低周波数発生器と高周波数発生器の両方に適用される。典型的な低周波数発生器は、110kHzから2MHzの間で動作し、典型的な高周波数RF発生器は、13.56または27.12MHzにおいて動作する。低周波数RF発生器と高周波数発生器の両方に関する他の周波数範囲も、考慮される。
【0096】
上記で説明されている電力増幅器の利点は、DC-DC電力コンバータを除去することによって全体の製品サイズを縮小することを含む。様々な構成において、RF発生器は、DC-DCコンバータなしで同様のサイズの発生器に対して大幅により高いRF出力電力を提供するために、追加の電力増幅器を追加することによって、省略されたDC-DC電力コンバータによって空けられたスペースを再利用することができる。様々な非限定的な例において、サイズ縮小は、30%から50%の範囲とすることができる。さらに、DC-DC電力コンバータの省略は、同じ出力電力を有するRF発生器に関する大幅な製品コスト削減と、除去されたDC-DC電力コンバータによって空けられたスペースを満たすために追加のRF増幅器を使用して電力を大幅に増加するRF発生器に関する追加のさらなるコスト削減とを結果として生じることができる。
【0097】
さらに、本明細書で説明されるRF発生器は、マイクロ秒範囲における応答時間を含む、電力を制御するための大幅により速い応答時間を可能にする。
【0098】
図29は、図18、図19、および図21～図26の様々な構成要素を組み込む。制御モジュール2910は、位相制御モジュール2912と、デューティサイクル制御モジュール2914と、位相コマンドモジュール2916と、デューティサイクルコマンドモジュール2918と、センサモジュール2920と、電力決定モジュール2922とを含んでもよい。様々な構成において、制御モジュール2910は、モジュールセクションまたはモジュール2910、2912、2914、2916、2918、2920、および2922に関連付けられたコードを実行する1つまたは複数のプロセッサを含む。モジュールセクションまたはモジュール2910、2912、2914、2916、2918、2920、および2922の動作については、図30の方法に関して以下で説明される。
【0099】
図1、図18、図19、および図21～図26のいずれかまたはすべてのコントローラのさらに定義された構造については、以下で提供される図30のフローチャートと、以下で提供される「モジュール」という用語の定義とを参照されたい。本明細書で開示されるシステムは、上記の図のうちのいずれか、すべて、またはなんらかの組合せにおいて示されている多数の方法、例、および様々な制御システム方法を使用して動作されてもよい。以下の動作は、図1、図18、図19、および図21～図26のいずれかまたはすべての実装形態に関して主に説明されているが、動作は、本開示の他の実装形態に適用するために容易に変更され得る。動作は、繰り返し実行されてもよい。以下の動作は、順次に実行されるものとして主に示され、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てもよい。
【0100】
図30は、例えば、図1、図18、図19、および図21～図26の電力送達システムのための、モードベースのインピーダンス制御を実行するための制御システム3010のフローチャートを示す。制御は、ブロック3012において開始し、ブロック3014に進み、ブロック3014において、コントローラは、電力設定値Psetpointを決定する。制御は、上記で説明されているようにセンサを使用してRF出力を測定するブロック3016に進む。次いで、制御は、測定された電力Pmeasureが決定されるブロック3018に進む。少なくとも電力設定値Psetpointと測定された電力Pmeasureとに基づいて、生のデューティサイクルdrawと、もたらされる位相Prawの一方または両方は、それぞれのブロック3020、3022において決定される。ブロック3020、3022は、並列または直列に実行されてもよい。ブロック3020から、制御は、少なくとも1つのSVCのゲート駆動信号QAおよびQBを決定するブロック3024に進む。ブロック3022から、制御は、少なくとも1つの電力増幅器のためのPhase1信号およびPhase2信号を決定するブロック3026に進む。信号QAおよびQBならびにPhase1およびPhase2は、3028に入力され、それによって出力される電力と周波数とを制御するために1つまたは複数の電力増幅器に印加される。制御は、処理を繰り返すブロック3014に戻る。プロセスは、ブロック3028において終了する。
【0101】
結論
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、または使用を制限することを決して意図されていない。本開示の広範な教示は、様々な形態において実装されることが可能である。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を検討すると、他の変更が明らかになるので、本開示の真の範囲は、そのように限定されるべきではない。明細書および特許請求の範囲において、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)実行されてもよい。同様に、非一時的なコンピュータ可読媒体内に記憶された1つまたは複数の命令は、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で(または同時に)実行されてもよい。別段の指示がない限り、命令または方法ステップの番号付けまたは他のラベル付けは、便宜的な参照のために行われており、固定された順序を示すためではない。
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、または使用を制限することを決して意図されていない。本開示の広範な教示は、様々な形態において実装されることが可能である。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を検討すると、他の変更が明らかになるので、本開示の真の範囲は、そのように限定されるべきではない。明細書および特許請求の範囲において、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)実行されてもよい。同様に、非一時的なコンピュータ可読媒体内に記憶された1つまたは複数の命令は、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で(または同時に)実行されてもよい。別段の指示がない限り、命令または方法ステップの番号付けまたは他のラベル付けは、便宜的な参照のために行われており、固定された順序を示すためではない。
【0102】
さらに、実施形態の各々は、特定の特徴を有するものとして上記で説明されているが、本開示の任意の実施形態に関して説明されているこ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、他の実施形態のうちのいずれかの特徴において実装されるかつ/またはそれと組み合わされることが可能である。言い換えれば、説明されている実施形態は、相互に排他的ではなく、1つまたは複数の実施形態の互いの順列は、本開示の範囲内にとどまる。
【0103】
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」、「～に接して」、「～の上部に」、「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ている。「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場合、その関係は、第1の要素と第2の要素との間に他の介在する要素が存在しない直接的な関係であることが可能であるが、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する要素が(空間的または機能的に)存在する間接的な関係でもあることも可能である。
【0104】
「A、B、およびCの少なくとも1つ」という語句は、非排他的論理ORを使用して論理(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。「セット」という用語は、空のセットを必ずしも除外しない。「空ではないセット」という用語は、空のセットの除外を示すために使用され得る。「サブセット」という用語は、必ずしも適切なサブセットを必要とするわけではない。言い換えれば、第1のセットの第1のサブセットは、第1のセットと同一の広がりを有してもよい(等しくてもよい)。
【0105】
図において、矢尻によって示される矢印の方向は、一般に、例示に重要な情報(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を指し得る。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に送信してもよい。
【0106】
以下の定義を含む本出願において、「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、またはグループ)、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、またはグループ)、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におけるなど、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。
【0107】
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。いくつかの例において、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)またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)に接続する有線インターフェースまたはワイヤレスインターフェースを実装し得る。LANの例は、米国電気電子学会(IEEE)規格802.11-2016(WIFIワイヤレスネットワーキング規格としても知られる)、およびIEEE規格802.3-2015(イーサネット有線ネットワーキング規格としても知られる)である。WPANの例は、IEEE規格802.15.4(ZigBee AllianceからのZIGBEE規格を含む)、およびBluetooth分科会(SIG)から、BLUETOOTHワイヤレスネットワーキング規格(Bluetooth SIGからのコア仕様バージョン3.0、4.0、4.1、4.2、5.0、および5.1を含む)である。
【0108】
モジュールは、インターフェース回路を使用して他のモジュールと通信し得る。モジュールは、本開示では他のモジュールと論理的に直接通信するものとして示され得るが、様々な実装形態において、モジュールは、実際には通信システムを介して通信し得る。通信システムは、ハブ、スイッチ、ルータ、およびゲートウェイなどの物理的および/または仮想的ネットワーキング機器を含む。いくつかの実装形態において、通信システムは、インターネットなどのワイドエリアネットワーク(WAN)に接続するか、またはそれを横断する。例えば、通信システムは、マルチプロトコルラベルスイッチング(MPLS:Multiprotocol Label Switching)と仮想プライベートネットワーク(VPN)とを含む技術を使用して、インターネットまたはポイントツーポイント専用回線を介して互いに接続された複数のLANを含んでもよい。
【0109】
様々な実装形態において、モジュールの機能は、通信システムを介して接続された複数のモジュール間で分散されてもよい。例えば、複数のモジュールは、負荷分散システムによって分散された同じ機能を実装してもよい。さらなる例において、モジュールの機能は、サーバ(リモートまたはクラウドとしても知られる)モジュールとクライアント(またはユーザ)モジュールとの間で分割されてもよい。例えば、クライアントモジュールは、クライアントデバイス上で実行され、サーバモジュールとネットワーク通信するネイティブアプリケーションまたはウェブアプリケーションを含んでもよい。
【0110】
モジュールのいくつかまたはすべてのハードウェア機能は、IEEE規格1364-2005(一般に「Verilog」と呼ばれる)およびIEEE規格1076-2008(一般に「VHDL」と呼ばれる)などの、ハードウェア記述用の言語を使用して定義されてもよい。ハードウェア記述言語は、ハードウェア回路を製造および/またはプログラムするために使用されてもよい。いくつかの実装形態において、モジュールのいくつかまたはすべての機能は、以下で説明されているコードと、ハードウェア記述の両方を包含するIEEE1666-2005(一般に「SystemC」と呼ばれる)などの言語によって定義されてもよい。
【0111】
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、複数のモジュールから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。
【0112】
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、媒体(搬送波上など)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(アナログもしく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ディスクなど)である。
【0113】
本出願で説明されてい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つまたは複数の特定の機能を実行するよう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装され得る。上記で説明されている機能的ブロックおよびフローチャート構成要素は、熟練した技術者またはプログラマの日常的な作業によってコンピュータプログラムに変換されることが可能なソフトウェア仕様として機能する。
【0114】
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デバイス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。
【0115】
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 Object Notation)などの解析されるべき記述テキスト、(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するためのソースコード、(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するための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記述され得る。
【符号の説明】
【0116】
110 RF発生器または電源システム
112a 無線周波数(RF)発生器または電源、ソースRF発生器
112b 無線周波数(RF)発生器または電源、、バイアスRF発生器
114a RF電源または増幅器、RF電源、電源、ソースRF電源
114b RF電源または増幅器、RF電源、電源、バイアスRF電源
116a RFセンサ、センサ、ソースセンサ
116b RFセンサ、センサ、バイアスセンサ
118a 整合ネットワーク、ソース整合ネットワーク
118b 整合ネットワーク、バイアス整合ネットワーク
120' コントローラ、外部または共通コントローラ
120a プロセッサ、コントローラ、または制御モジュール、コントローラまたは電力制御モジュール、電力制御モジュール、ローカルコントローラ、ソースコントローラ
120b プロセッサ、コントローラ、または制御モジュール、コントローラまたは電力制御モジュール、電力制御モジュール、ローカルコントローラ、バイアスコントローラ
121a 制御信号
121b 制御信号
122a RF電力信号
122b RF電力信号
124a X信号
124b X信号
126a Y信号
126b Y信号
128a フィードフォワードおよび/またはフィードバック制御信号、制御信号、フィードバック制御信号、信号
128b フィードフォワードおよび/またはフィードバック制御信号、制御信号、フィードバック制御信号、信号
130 制御信号、同期またはトリガ信号、トリガ信号、トリガまたは同期信号、信号
130' 制御信号、同期またはトリガ信号、トリガまたは同期信号、信号
132 負荷、プラズマチャンバ
134 同期バイアス検出器
136 リンク
138 リンク
140 パルス同期出力ポート
142 デジタル通信ポート
144 RF出力ポート
148 RF入力ポート
150 デジタル通信ポート
152 パルス同期入力ポート
156 パルス同期信号
157 デジタル通信リンク
158 RF制御信号
210 RF信号
212 パルス、パルス信号
214 期間または領域
216 期間または領域
310 AC-DCコンバータ
312 インバータ、整流器
314 DC-DCコンバータ
316 フルブリッジインバータ、インバータ
318 整流器、インバータ
320a ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
320b ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
322a ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
322b ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
324a ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
324b ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
326 インダクタL1
328 キャパシタC1、キャパシタ
330a スイッチ
330b スイッチ
332a スイッチ
332b スイッチ
336 変圧器T1、変圧器
338 一次巻線N1
340 二次巻線
342a スイッチ
342b スイッチ
344a スイッチ
344b スイッチ
350 インダクタL2
352 キャパシタC3
410 電力増幅器
412 電力増幅器
414a スイッチ
414b スイッチ
416a スイッチ
416b スイッチ
418 キャパシタC4
422 キャパシタC5
424 インダクタL3
430 変圧器
432 一次巻線
434 二次巻線
436 キャパシタC8
440 出力端子
442 出力フィルタ
444 負荷
450 クランプ回路、電圧クランプ
452 三次巻線N5、三次巻線
454a シリコン制御整流器(SCR)
454b シリコン制御整流器(SCR)
456a シリコン制御整流器(SCR)
456b シリコン制御整流器(SCR)
510 電力増幅器
512a 電力増幅器、インバータ
512b 電力増幅器、インバータ
516 出力端子信号
610 電力増幅器
612 電力増幅器
614 変圧器、変圧器一次巻線
616 出力端子
618 出力フィルタ
620 負荷
624 並列入力インダクタLp1
626 キャパシタC5
628 インダクタL3
710 電力増幅器
712a 電力増幅器
712b 電力増幅器
714 変圧器
724a 並列インダクタLp1
724b 並列インダクタLp2
810 電力増幅器制御システム
812 電力増幅器
814 負荷
816 加算器
818 センサ
820 電力決定モジュールまたはプロセッサ
826 PIDコントローラ
828 PIDコントローラ
910 AC-DCコンバータ
912 ダイオード整流器、整流器
914 インダクタL1
916 キャパシタC1
920a ダイオード
920b ダイオード
922a ダイオード
922b ダイオード
924a ダイオード
924b ダイオード
1010 AC-DCコンバータ、昇圧コンバータ
1012 ダイオード整流器
1014 LC昇圧コンバータ、昇圧コンバータ
1016 L1、インダクタL1
1018 C1、キャパシタC1
1022 インダクタL2、インダクタ
1024 ダイオード
1026 スイッチ
1028 フィルタキャパシタCO
1110 AC-DCコンバータ
1114 LC降圧コンバータ、降圧コンバータ
1116 インダクタ
1118 キャパシタ
1122 インダクタL2、ダイオード
1124 ダイオード
1126 スイッチ
1210 スイッチドキャパシタ変調器(SCM)または電力増幅器、電力増幅器
1212 電力増幅器またはインバータ、電力増幅器
1214 変圧器
1216 出力端子
1218 出力フィルタ
1220 負荷
1230 スイッチ可変キャパシタンス(SVC)、SVC
1232 三次巻線
1236a 双方向スイッチQA
1236b 双方向スイッチQB
1238 固定キャパシタCP、キャパシタCP
1240 キャパシタC5
1242 インダクタL3
1246 負荷キャパシタC8、キャパシタC8
1310 SCMまたは電力増幅器、二重インバータ電力増幅器、電力増幅器
1312a 電力増幅器
1312b 電力増幅器
1330 SVC
1336a スイッチ、スイッチQA
1336b スイッチ、スイッチQB
1346 キャパシタC8
1612 波形
1616 時間
1618 点
1620 波形
1626 波形
1628 波形
1640 波形
1642 領域
1644 波形
1646 波形
1650 波形
1652 波形
1654 波形
1656 時間
1660 波形
1710 波形
1712 波形
1714 負荷電圧
1716 位相1および位相2
1810 RF発生器
1812 電力増幅器セクション、増幅器セクション
1814 変圧器
1816 出力端子
1818 出力フィルタ
1820 負荷
1826 センサ
1830 コントローラ、SVCセクション、RF発生器コントローラ
1832 SVC
1832a、...、1832m SVC
1834 ゼロ交差検出器
1834a、...、1834m ゼロクロスまたはゼロ交差検出器、ゼロ交差検出器
1836 コントローラ、電力増幅器
1840a、...、1840n 電力増幅器
1842 アナログ-デジタル(A/D)コンバータ、A/Dコンバータ
1910 SCMまたは電力増幅器、RF発生器
1912 電力増幅器セクション、増幅器セクション
1914 変圧器、変圧器セクション
1916 出力端子
1918 出力フィルタ
1920 負荷
1926 センサ
1930 コントローラ、SVCセクション、RF発生器コントローラ
1932 SVC
1932a、...、1932m SVC
1934 ゼロ交差検出器
1934a、...、1934m ゼロクロスまたはゼロ交差検出器、ゼロ交差検出器
1936 コントローラ、電力増幅器
1940a、...、1940n 電力増幅器
1942 アナログ-デジタル(A/D)コンバータ、A/Dコンバータ
2020 波形、電力コントローラ
2022 波形
2024 波形
2026 点X
2034 位置Y
2040 波形
2042 波形
2110 RF発生器、電力コントローラ
2112 電力増幅器
2114 ダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)、DDS
2116 SVCドライバ
2120 コントローラ、電力コントローラ
2124 センサ
2126 電力モジュール
2130 ゼロクロス検出器、ゼロ交差検出器
2210 電力コントローラ
2212 単入力多出力(SIMO)コントローラ
2310 電力コントローラ
2312 多入力多出力(MIMO)コントローラ、MIMOコントローラ
2410 電力コントローラ
2412 マスタコントローラ
2416 SVC PIDコントローラ
2418 駆動PIDコントローラ
2420 平衡モジュールまたはコントローラ、平衡コントローラ
2426 加算器
2428 加算器
2430 加算器
2432 加算器
2510 SVCドライバ
2512 パルスパラメータモジュール
2514 パルス出力モジュール
2610 SVCドライバモジュール、SVCドライバ
2612 1対Nシリアライザ
2614 移動平均フィルタ
2616 ゼロ交差検出器
2620 ジッタフィルタ
2622 デューティサイクル変調コントローラ
2624 タイマ
2626 パルス出力ドライバ
2630 N対1デシリアライザ
2710 プロット
2712 波形、順方向電力
2714 波形
2716 バンプ
2718 平坦部分
2810 波形
2812 順方向電力パルス波形、パルス
2814 駆動設定値
2816 SCM設定値
2818 順方向電力
2910 制御モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2912 位相制御モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2914 デューティサイクル制御モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2916 位相コマンドモジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2918 デューティサイクルコマンドモジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2920 センサモジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2922 電力決定モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
3010 制御システム
112a 無線周波数(RF)発生器または電源、ソースRF発生器
112b 無線周波数(RF)発生器または電源、、バイアスRF発生器
114a RF電源または増幅器、RF電源、電源、ソースRF電源
114b RF電源または増幅器、RF電源、電源、バイアスRF電源
116a RFセンサ、センサ、ソースセンサ
116b RFセンサ、センサ、バイアスセンサ
118a 整合ネットワーク、ソース整合ネットワーク
118b 整合ネットワーク、バイアス整合ネットワーク
120' コントローラ、外部または共通コントローラ
120a プロセッサ、コントローラ、または制御モジュール、コントローラまたは電力制御モジュール、電力制御モジュール、ローカルコントローラ、ソースコントローラ
120b プロセッサ、コントローラ、または制御モジュール、コントローラまたは電力制御モジュール、電力制御モジュール、ローカルコントローラ、バイアスコントローラ
121a 制御信号
121b 制御信号
122a RF電力信号
122b RF電力信号
124a X信号
124b X信号
126a Y信号
126b Y信号
128a フィードフォワードおよび/またはフィードバック制御信号、制御信号、フィードバック制御信号、信号
128b フィードフォワードおよび/またはフィードバック制御信号、制御信号、フィードバック制御信号、信号
130 制御信号、同期またはトリガ信号、トリガ信号、トリガまたは同期信号、信号
130' 制御信号、同期またはトリガ信号、トリガまたは同期信号、信号
132 負荷、プラズマチャンバ
134 同期バイアス検出器
136 リンク
138 リンク
140 パルス同期出力ポート
142 デジタル通信ポート
144 RF出力ポート
148 RF入力ポート
150 デジタル通信ポート
152 パルス同期入力ポート
156 パルス同期信号
157 デジタル通信リンク
158 RF制御信号
210 RF信号
212 パルス、パルス信号
214 期間または領域
216 期間または領域
310 AC-DCコンバータ
312 インバータ、整流器
314 DC-DCコンバータ
316 フルブリッジインバータ、インバータ
318 整流器、インバータ
320a ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
320b ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
322a ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
322b ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
324a ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
324b ダイオードまたはシリコン制御整流器(SCR)
326 インダクタL1
328 キャパシタC1、キャパシタ
330a スイッチ
330b スイッチ
332a スイッチ
332b スイッチ
336 変圧器T1、変圧器
338 一次巻線N1
340 二次巻線
342a スイッチ
342b スイッチ
344a スイッチ
344b スイッチ
350 インダクタL2
352 キャパシタC3
410 電力増幅器
412 電力増幅器
414a スイッチ
414b スイッチ
416a スイッチ
416b スイッチ
418 キャパシタC4
422 キャパシタC5
424 インダクタL3
430 変圧器
432 一次巻線
434 二次巻線
436 キャパシタC8
440 出力端子
442 出力フィルタ
444 負荷
450 クランプ回路、電圧クランプ
452 三次巻線N5、三次巻線
454a シリコン制御整流器(SCR)
454b シリコン制御整流器(SCR)
456a シリコン制御整流器(SCR)
456b シリコン制御整流器(SCR)
510 電力増幅器
512a 電力増幅器、インバータ
512b 電力増幅器、インバータ
516 出力端子信号
610 電力増幅器
612 電力増幅器
614 変圧器、変圧器一次巻線
616 出力端子
618 出力フィルタ
620 負荷
624 並列入力インダクタLp1
626 キャパシタC5
628 インダクタL3
710 電力増幅器
712a 電力増幅器
712b 電力増幅器
714 変圧器
724a 並列インダクタLp1
724b 並列インダクタLp2
810 電力増幅器制御システム
812 電力増幅器
814 負荷
816 加算器
818 センサ
820 電力決定モジュールまたはプロセッサ
826 PIDコントローラ
828 PIDコントローラ
910 AC-DCコンバータ
912 ダイオード整流器、整流器
914 インダクタL1
916 キャパシタC1
920a ダイオード
920b ダイオード
922a ダイオード
922b ダイオード
924a ダイオード
924b ダイオード
1010 AC-DCコンバータ、昇圧コンバータ
1012 ダイオード整流器
1014 LC昇圧コンバータ、昇圧コンバータ
1016 L1、インダクタL1
1018 C1、キャパシタC1
1022 インダクタL2、インダクタ
1024 ダイオード
1026 スイッチ
1028 フィルタキャパシタCO
1110 AC-DCコンバータ
1114 LC降圧コンバータ、降圧コンバータ
1116 インダクタ
1118 キャパシタ
1122 インダクタL2、ダイオード
1124 ダイオード
1126 スイッチ
1210 スイッチドキャパシタ変調器(SCM)または電力増幅器、電力増幅器
1212 電力増幅器またはインバータ、電力増幅器
1214 変圧器
1216 出力端子
1218 出力フィルタ
1220 負荷
1230 スイッチ可変キャパシタンス(SVC)、SVC
1232 三次巻線
1236a 双方向スイッチQA
1236b 双方向スイッチQB
1238 固定キャパシタCP、キャパシタCP
1240 キャパシタC5
1242 インダクタL3
1246 負荷キャパシタC8、キャパシタC8
1310 SCMまたは電力増幅器、二重インバータ電力増幅器、電力増幅器
1312a 電力増幅器
1312b 電力増幅器
1330 SVC
1336a スイッチ、スイッチQA
1336b スイッチ、スイッチQB
1346 キャパシタC8
1612 波形
1616 時間
1618 点
1620 波形
1626 波形
1628 波形
1640 波形
1642 領域
1644 波形
1646 波形
1650 波形
1652 波形
1654 波形
1656 時間
1660 波形
1710 波形
1712 波形
1714 負荷電圧
1716 位相1および位相2
1810 RF発生器
1812 電力増幅器セクション、増幅器セクション
1814 変圧器
1816 出力端子
1818 出力フィルタ
1820 負荷
1826 センサ
1830 コントローラ、SVCセクション、RF発生器コントローラ
1832 SVC
1832a、...、1832m SVC
1834 ゼロ交差検出器
1834a、...、1834m ゼロクロスまたはゼロ交差検出器、ゼロ交差検出器
1836 コントローラ、電力増幅器
1840a、...、1840n 電力増幅器
1842 アナログ-デジタル(A/D)コンバータ、A/Dコンバータ
1910 SCMまたは電力増幅器、RF発生器
1912 電力増幅器セクション、増幅器セクション
1914 変圧器、変圧器セクション
1916 出力端子
1918 出力フィルタ
1920 負荷
1926 センサ
1930 コントローラ、SVCセクション、RF発生器コントローラ
1932 SVC
1932a、...、1932m SVC
1934 ゼロ交差検出器
1934a、...、1934m ゼロクロスまたはゼロ交差検出器、ゼロ交差検出器
1936 コントローラ、電力増幅器
1940a、...、1940n 電力増幅器
1942 アナログ-デジタル(A/D)コンバータ、A/Dコンバータ
2020 波形、電力コントローラ
2022 波形
2024 波形
2026 点X
2034 位置Y
2040 波形
2042 波形
2110 RF発生器、電力コントローラ
2112 電力増幅器
2114 ダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)、DDS
2116 SVCドライバ
2120 コントローラ、電力コントローラ
2124 センサ
2126 電力モジュール
2130 ゼロクロス検出器、ゼロ交差検出器
2210 電力コントローラ
2212 単入力多出力(SIMO)コントローラ
2310 電力コントローラ
2312 多入力多出力(MIMO)コントローラ、MIMOコントローラ
2410 電力コントローラ
2412 マスタコントローラ
2416 SVC PIDコントローラ
2418 駆動PIDコントローラ
2420 平衡モジュールまたはコントローラ、平衡コントローラ
2426 加算器
2428 加算器
2430 加算器
2432 加算器
2510 SVCドライバ
2512 パルスパラメータモジュール
2514 パルス出力モジュール
2610 SVCドライバモジュール、SVCドライバ
2612 1対Nシリアライザ
2614 移動平均フィルタ
2616 ゼロ交差検出器
2620 ジッタフィルタ
2622 デューティサイクル変調コントローラ
2624 タイマ
2626 パルス出力ドライバ
2630 N対1デシリアライザ
2710 プロット
2712 波形、順方向電力
2714 波形
2716 バンプ
2718 平坦部分
2810 波形
2812 順方向電力パルス波形、パルス
2814 駆動設定値
2816 SCM設定値
2818 順方向電力
2910 制御モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2912 位相制御モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2914 デューティサイクル制御モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2916 位相コマンドモジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2918 デューティサイクルコマンドモジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2920 センサモジュール、モジュールセクションまたはモジュール
2922 電力決定モジュール、モジュールセクションまたはモジュール
3010 制御システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図16-1】
【図17】
【図17-1】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
