特表 2023-547995 周期的障害に起因するＲＦ負荷インピーダンス変動を軽減するための装置および同調方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-15

(54)【発明の名称】周期的障害に起因するＲＦ負荷インピーダンス変動を軽減するための装置および同調方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231108BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H05H1/46 L

H05H1/46 M

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518842

(86)(22)【出願日】2021-10-01

(85)【翻訳文提出日】2023-03-23

(86)【国際出願番号】 US2021053139

(87)【国際公開番号】W WO2022115157

(87)【国際公開日】2022-06-02

(31)【優先権主張番号】17/102,598

(32)【優先日】2020-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＳＷＩＦＴ

２．ＳＩＭＵＬＩＮＫ

３．ＭＡＴＬＡＢ

４．ＳＭＡＬＬＴＡＬＫ

(71)【出願人】

【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】アーロン・エム・バリー

(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】マリウス・オルドジェイ

(72)【発明者】

【氏名】ピーター・ポール

(72)【発明者】

【氏名】ロス・ラインハート

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084BB02

2G084BB14

2G084BB37

2G084CC02

2G084CC05

2G084CC08

2G084CC12

2G084CC13

2G084DD02

2G084DD03

2G084DD13

2G084DD15

2G084DD25

2G084DD35

2G084DD38

2G084DD53

2G084DD55

2G084EE06

2G084HH05

2G084HH06

2G084HH08

2G084HH15

2G084HH19

2G084HH20

2G084HH21

2G084HH22

2G084HH23

2G084HH24

2G084HH25

2G084HH26

2G084HH27

2G084HH28

2G084HH29

2G084HH43

2G084HH52

2G084HH53

(57)【要約】

無線周波数(RF)電力発生システムは、負荷に供給されるRF出力信号を生成するRF電源を含む。RF電力コントローラは、RF出力信号を変動させるために制御信号を生成するように構成される。コントローラは、RF出力信号に関連するパラメータを調整し、パラメータは、トリガ信号に従って制御される。パラメータは、コスト関数に従って調整され、コスト関数は、コスト関数に影響を及ぼすアクチュエータに摂動を付加することによって決定される。アクチュエータは、外部RF出力信号を制御し得、トリガ信号は、外部RF出力信号に従って変動し得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

RF電源と、
前記RF電源に結合されたRF電力コントローラとを含み、前記RF電力コントローラは、前記RF電源からのRF出力信号を変動させるために制御信号を生成するように構成され、前記RF電力コントローラは、トリガ信号に従って前記RF出力信号に関連するパラメータを調整するように構成され、
前記パラメータは、前記パラメータの摂動の導入に応答してコストを最小化することまたは最大化することのうちの1つに従って調整される、無線周波数(RF)発生器。

【請求項2】

前記コストは、反射電力、供給される電力、または反射係数の大きさのうちの1つに従って決定される、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項3】

勾配が前記コストに従って決定され、前記パラメータが前記勾配に従って調整される、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項4】

前記パラメータは、パターンに配置された複数の調整に従って調整される、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項5】

前記パターンは、外部RF出力信号の周期に従って変動する、請求項4に記載のRF発生器。

【請求項6】

前記外部RF出力信号は、複数のビンを含み、前記パラメータは、前記複数のビンの各ビンに従って摂動を与えられる、請求項5に記載のRF発生器。

【請求項7】

各ビンは幅を有し、選択されたビンの前記幅は、別のビンの幅と同じであっても異なってもよい、請求項5に記載のRF発生器。

【請求項8】

前記RF出力信号は、プラズマチャンバに適用されるソースRF信号であり、前記トリガ信号は、外部RF出力信号に従って変動し、前記外部RF出力信号は、前記プラズマチャンバに適用されるバイアスRF信号である、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項9】

前記RF電力コントローラは、前記トリガ信号に従って前記パラメータを調整し、前記トリガ信号は、外部RF出力信号の相対位置を示す、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項10】

前記RF電力コントローラは、メモリに記憶された値または動的に決定された値に基づいて前記パラメータを調整するように構成される、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項11】

前記パラメータは、周波数または周波数オフセットのうちの1つであり、複数の周波数を含み、前記複数の周波数を、前記RF電力コントローラが、前記トリガ信号に従って所定の順序およびタイミングで前記RF出力信号に導入する、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項12】

前記パラメータは、リアクタンスまたはリアクタンスオフセットのうちの1つであり、前記トリガ信号に従って所定の順序およびタイミングで前記RF電力コントローラによって制御される複数のリアクタンスを含み、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つである、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項13】

キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの前記少なくとも1つは、それぞれ、電気的可変キャパシタンスまたは電気的可変インダクタンスを用いて変動される、請求項12に記載のRF発生器。

【請求項14】

前記コストは、外部RF出力信号によって引き起こされた相互変調ひずみに従って変動する、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項15】

前記RF電力コントローラは、再生モジュールをさらに含み、前記再生モジュールは、前記トリガ信号を検出して前記パラメータの調整を開始するように構成される、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項16】

前記RF電力コントローラは、前記トリガ信号の検出に続いて前記再生モジュールによって前記パラメータの複数の調整を記憶するように構成された参照テーブルをさらに含む、請求項15に記載のRF発生器。

【請求項17】

前記トリガ信号は、周期的または非周期的のうちの一方である、請求項1に記載のRF発生器。

【請求項18】

負荷に適用される第1のRF信号を供給するように構成された第1の電源を含む第1のRF発生器と、
第2のRF発生器とを含み、前記第2のRF発生器は、
前記負荷に適用される第2のRF信号を生成するように構成された第2の電源と、
前記第2の電源に結合された電力コントローラとを含み、前記電力コントローラは、前記第2のRF信号を変動させるために制御信号を生成するように構成され、前記制御信号は、前記第1のRF信号に従って前記第2のRF信号の周波数を調整し、
前記周波数調整は、前記第2のRF信号の前記周波数の摂動に応答してコストに従って変動する、無線周波数(RF)システム。

【請求項19】

前記コストは、反射電力、供給される電力、または反射係数の大きさのうちの1つに従って変動し、
勾配が、前記コストに従って決定され、
前記周波数は、前記勾配に従って調整される、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項20】

前記周波数は、パターンに配置された複数の周波数調整に従って調整される、請求項19に記載のRFシステム。

【請求項21】

前記パターンは、前記第1のRF信号に従って変動する、請求項20に記載のRFシステム。

【請求項22】

前記第1のRF信号は複数のビンを含み、各ビンに対して、前記第2のRF信号の前記周波数は、各ビンに従って摂動を与えられる、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項23】

前記第2のRF信号は、前記負荷に適用されたソースRF信号であり、前記第2のRF信号は、前記負荷に適用されたバイアスRF信号である、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項24】

前記電力コントローラは、前記第1のRF信号に従って変動するタイミングに従って前記周波数を調整する、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項25】

前記電力コントローラは、メモリに記憶されたまたは動的に決定された周波数に従って前記周波数を調整するように構成される、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項26】

前記周波数は、目標周波数または周波数オフセットのうちの1つに従って調整され、前記第1のRF信号に従って所定の順序およびタイミングを配置された複数のそれぞれの目標周波数または周波数オフセットを含む、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項27】

前記周波数は、前記第1のRF信号によって引き起こされた相互変調ひずみに従って変動される、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項28】

前記電力コントローラは再生モジュールをさらに含み、前記再生モジュールは、前記第1のRF信号の動作を検出するように構成され、前記再生モジュールは、前記第1のRF信号の検出に基づいて前記第2のRF信号の前記周波数を変動させることを開始するようにさらに構成される、請求項18に記載のRFシステム。

【請求項29】

前記電力コントローラは参照テーブルをさらに含み、前記参照テーブルは、前記再生モジュールによって開始された前記第2のRF信号の前記周波数調整を記憶するように構成される、請求項28に記載のRFシステム。

【請求項30】

前記電力コントローラは更新モジュールをさらに含み、前記更新モジュールは、前記コストに従って周波数調整を更新するように構成される、請求項29に記載のRFシステム。

【請求項31】

前記コストは、前記第2のRF発生器に接続された前記負荷のインピーダンスに従って変動する、請求項30に記載のRFシステム。

【請求項32】

無線周波数(RF)信号を生成するための方法であって、
電力コントローラをRF電源に結合するステップと、
第1のRF出力信号を出力するための第1のRF発生器を制御するステップと、
前記RF出力信号を負荷に適用することに関連する電気パラメータを調整するステップとを含み、
前記電気パラメータは、コストに従って調整され、前記コストは、前記電気パラメータの摂動に対する応答に従って最小化されるかまたは最大化されるかの一方であり、前記電気パラメータは、トリガ信号に対して調整される、方法。

【請求項33】

前記コストは、反射電力または反射係数の大きさのうちの1つに従って決定される、請求項32に記載の方法。

【請求項34】

勾配が前記コストに従って決定され、前記電気パラメータが前記勾配に従って調整される、請求項32に記載の方法。

【請求項35】

前記電気パラメータは、パターンに配置された複数の調整に従って調整される、請求項32に記載の方法。

【請求項36】

前記パターンは、外部RF出力信号の周期に従って変動する、請求項35に記載の方法。

【請求項37】

外部RF出力信号が複数のビンを含み、前記パラメータは各ビンの中で摂動を与えられる、請求項32に記載の方法。

【請求項38】

前記RF出力信号は、プラズマチャンバに適用されるソースRF信号であり、前記トリガ信号は、外部RF出力信号に従って変動し、前記外部RF出力信号は、前記プラズマチャンバに適用されるバイアスRF信号である、請求項32に記載の方法。

【請求項39】

前記RF電力コントローラは、前記トリガ信号に従って前記電気パラメータを調整し、前記トリガ信号は、外部RF出力信号の相対位置を示す、請求項32に記載の方法。

【請求項40】

前記電気パラメータは、周波数または周波数オフセットのうちの1つであり、前記トリガ信号に従って所定の順序で電気パラメータを調整するために前記RF電力コントローラによって使用される複数のそれぞれの周波数または周波数オフセットを含む、請求項32に記載の方法。

【請求項41】

前記電気パラメータは、外部RF出力信号によって引き起こされた相互変調ひずみに従って調整される、請求項32に記載の方法。

【請求項42】

命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、
第1のRF出力信号を負荷に出力するために第1のRF発生器を制御することと、
前記RF出力信号または前記RF出力信号の前記負荷への供給のうちの1つに関連する電気パラメータの値を変動させることとを含み、
前記電気パラメータの前記値はコストに従って決定され、前記コストは、前記電気パラメータの摂動の導入に対する応答に従って最小化されるかまたは最大化されるかの一方であり、前記値はトリガ信号に対して変動される、非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項43】

前記コストは、反射電力または反射係数の大きさのうちの1つに従って変動する、請求項42に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項44】

勾配が前記コストに従って決定され、前記電気パラメータは、前記勾配に従って変動される、請求項42に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項45】

前記電気パラメータの前記値を変動させることが、パターンに配置された複数の電気パラメータを適用することを含み、前記パターンは、外部RF出力信号の周期に従って変動する、請求項42に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項46】

前記RF出力信号は、プラズマチャンバに適用されるソースRF信号であり、前記トリガ信号は、外部RF出力信号に従って変動し、前記外部RF出力信号は、前記プラズマチャンバに適用されるバイアスRF信号である、請求項45に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項47】

外部RF出力信号が複数のビンを含み、各ビンに対して、前記電気パラメータは各ビンの中で摂動を与えられる、請求項42に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項48】

変動される前記パラメータは周波数オフセットであり、前記トリガ信号に従って所定の順序で出力される前記RF出力信号の複数の周波数を含む、請求項42に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項49】

前記パラメータは、外部RF出力信号によって引き起こされた相互変調ひずみに従って変動される、請求項42に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【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11月24日に出願された米国実用特許出願第17/102,598号の優先権を主張する。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発生器システムおよびRF発生器の制御に関する。

【背景技術】

【0003】

本明細書で提供する背景説明は、本開示の文脈を一般的に提示するためのものである。この背景のセクションにおいて説明される範囲内での現在挙げられている発明者の研究、ならびに、場合によっては出願時において先行技術と見なされない説明の態様は、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るものではない。

【0004】

プラズマ製造は、半導体製造においてしばしば使用される。プラズマ製造において、イオンが電界によって加速されて、基板の表面から材料をエッチングするかまたは基板の表面に材料を堆積させる。基本的一実装形態では、電界は、電力供給システムのそれぞれの無線周波数(RF)または直流(DC)発生器によって生成されたRF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率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】

【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】米国特許出願第13/834,786号

【特許文献5】米国特許第9,947,514号

【特許文献6】米国仮特許出願第62/923,959号

【特許文献7】米国特許出願第16/452,716号

【特許文献8】米国特許第10,546,724号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

無線周波数(RF)発生器は、RF電源を含む。RF発生器は、RF電源に結合されたRF電力コントローラも含む。RF電力コントローラは、RF電源からのRF出力信号を変動させるために制御信号を生成するように構成される。RF電力コントローラは、トリガ信号に従ってRF出力信号に関連するパラメータを調整するようにさらに構成される。パラメータは、パラメータの摂動に応答してコストを最小化することまたは最大化することのうちの1つに従って調整される。

【0007】

無線周波数(RF)発生器システムは、負荷に適用される第1のRF信号を出力するように構成された第1の電源を含む。RF発生器システムは、第2のRF発生器も含む。第2のRF発生器は、負荷に適用される第2のRF信号を生成するように構成された第2の電源を含む。第2のRF発生器は、第2の電源に結合された電力コントローラも含む。電力コントローラは、第2のRF信号を変動させるために制御信号を生成するように構成され、制御信号は、第1のRF信号に従って変動する第2のRF信号の周波数を調整する。周波数調整は、RF信号の周波数の摂動に応答してコストに従って変動する。

【0008】

無線周波数(RF)信号を生成するための方法は、電力コントローラをRF電源に結合するステップを含む。方法は、第1のRF出力信号を出力するための第1のRF発生器を制御するステップも含む。方法は、RF出力信号を負荷に適用することに関連する電気パラメータを調整するステップも含む。電気パラメータはコストに従って調整され、コストは、電気パラメータの摂動に対する応答に従って最小化されるかまたは最大化されるかの一方であり、電気パラメータはトリガ信号に対して調整される。

【0009】

実装形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含み得る。コストが、反射電力または反射係数の大きさのうちの1つに従って決定される方法。勾配がコストに従って決定され、電気パラメータが勾配に従って調整される方法。電気パラメータが、パターンに配置された複数の調整に従って調整される方法。パターンが、外部RF出力信号の周期に従って変動する方法。外部RF出力信号は複数のビンを含み、パラメータは各ビンの中で摂動を与えられる。RF出力信号は、プラズマチャンバに適用されるソースRF信号であり、トリガ信号は、外部RF出力信号に従って変動し、外部RF出力信号は、プラズマチャンバに適用されるバイアスRF信号である方法。RF電力コントローラは、トリガ信号に従って電気パラメータを調整し、トリガ信号は、外部RF出力信号の相対位置を示す方法。電気パラメータは、周波数または周波数オフセットのうちの1つであり、トリガ信号に従って所定の順序で電気パラメータを調整するためにRF電力コントローラによって使用される複数のそれぞれの周波数または周波数オフセットを含む方法。電気パラメータは、外部RF出力信号によって引き起こされた相互変調ひずみに従って調整される方法。

【0010】

非一時的コンピュータ可読媒体は、第1のRF出力信号を負荷に出力するための第1のRF発生器を制御する命令を記憶し、命令は、同じく、RF出力信号またはRF出力信号の負荷への供給のうちの1つに関連する電気パラメータの値を変動させる。電気パラメータの値はコストに従って決定され、コストは、電気パラメータの摂動に対する応答に従って最小化されるかまたは最大化されるかの一方であり、値はトリガ信号に対して変動される。

【0011】

実装形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含み得る。コストが、反射電力または反射係数の大きさのうちの1つに従って変動する非一時的コンピュータ可読媒体。勾配がコストに従って決定され、電気パラメータが勾配に従って変動される非一時的コンピュータ可読媒体。電気パラメータの値を変動させることが、パターンに配置された複数の電気パラメータを適用することを含み、パターンは、外部RF出力信号の周期に従って変動する非一時的コンピュータ可読媒体。RF出力信号は、プラズマチャンバに適用されるソースRF信号であり、トリガ信号は、外部RF出力信号に従って変動し、外部RF出力信号は、プラズマチャンバに適用されるバイアスRF信号である非一時的コンピュータ可読媒体。外部RF出力信号は複数のビンを含み、各ビンに対して、電気パラメータは各ビンの中で摂動を与えられる非一時的コンピュータ可読媒体。変動されるパラメータは周波数オフセットであり、トリガ信号に従って所定の順序で出力されるRF出力信号の複数の周波数を含む非一時的コンピュータ可読媒体。パラメータは、外部RF出力信号によって引き起こされた相互変調ひずみに従って変動される非一時的コンピュータ可読媒体。

【0012】

本開示の適用可能性のさらなる領域は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるであろう。発明を実施するための形態および特定の例は、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するものではない。

【0013】

本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面から、より完全に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】誘導結合プラズマシステムの表現を示す図である。

【図2】容量結合プラズマシステムの表現を示す図である。

【図3】本開示の様々な実施形態に従って配置されたプラズマシステムの一般化された表現を示す図である。

【図4】異なる周波数の2つの信号を非線形リアクタに適用することに起因する相互変調ひずみ(IMD)の例示的なプロットの図である。

【図5】負荷に適用される2つのRF信号を有するシステムに対する電圧および電力の波形と、相互変調ひずみが負荷に対する電力供給に及ぼす影響とを示す図である。

【図6】負荷に適用される2つのRF信号を有するシステムの電圧および電力の波形と、2つの信号の間に相互変調ひずみが存在しないときの電力供給とを示す図である。

【図7】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供給システムの概略図である。

【図8】RF信号の波形と、RF信号を変調するパルスとを示す図である。

【図9】周期的障害補償が適用されない、負荷に適用される2つのRF信号を有するシステムに対する電圧および電力の波形を示す図である。

【図10】周期的障害補償が適用される、負荷に適用される2つのRF信号を有するシステムの電圧および電力の波形を示す図である。

【図11】本明細書で説明する周期的障害補償システムを説明するためにビンに細分された波形を示す図である。

【図12】周期的障害補償システムのフローチャートである。

【図13】周期的障害補償システムの機能ブロック図である。

【図14】周期的障害補償が本開示に従って適用される、負荷に適用される2つのRF信号を有するシステムの電圧および電力の波形を示す図である。

【図15】周期的障害補償が各補償値の間の推移を滑らかにすることをさらに含む、図15のシステムの電圧および電力の波形を示す図である。

【図16】周期的システム障害を補償するように構成されたRF発生器を示す図である。

【図17】様々な実施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18】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】

【0015】

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使用され得る。

【0016】

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(プロセスチャンバ、プラズマチャンバ、または固定もしくは可変インピーダンスを有するリアクタなど)とを含み得る。電力発生器は、DCまたはRF電力信号を生成し、この信号は、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伝送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(「順方向電力」)の量を最大化することと、整合ネットワークから電力発生器に反射される電力(「逆方向電力」または「反射電力」)の量を最小化することとを支援する。整合ネットワークの入力インピーダンスが、伝送線および発生器の特性インピーダンスに整合するときに、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。

【0017】

電源または電力供給の分野において、通常、電力信号を負荷に適用するための2つの手法がある。第1の、より伝統的な手法は、連続電力信号を負荷に適用することである。連続モードまたは連続波モードでは、連続電力信号は、通常、電源によって負荷に連続的に出力される一定DCのまたは正弦波RFの電力信号である。連続モード手法では、電力信号は一定DCのまたは正弦波の出力と仮定し、電力信号の振幅および/または(RF電力信号の)周波数は、負荷に適用される出力電力を変動させるために変動され得る。

【0018】

電力信号を負荷に適用するための第2の手法は、連続的RF信号を負荷に適用するのではなく、RF信号をパルシングすることを伴う。パルスモードの動作では、RF信号は、変調された電力信号に対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。たとえば、RF信号は、正弦波RF信号または他の時間変動信号であり得る。負荷に供給された電力は、通常、変調信号を変動させることによって変動される。

【0019】

通常の電源構成では、負荷に適用される出力電力は、負荷に適用されるRF信号の順方向のおよび反射の電力または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。これらの信号のいずれかのセットが、制御ループ内で分析される。分析は、通常、負荷に適用される電力を変動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間変動負荷である電力供給システムでは、適用される電力は、ある程度は負荷のインピーダンスの関数であるので、変動する負荷のインピーダンスは、負荷に適用される電力の対応する変動を引き起こす。

【0020】

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では、電力は、通常、2つの構成のうちの1つにおいて供給される。第1の構成では、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の構成では、電力は、負荷に誘導結合される。そのようなシステムは、通常、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、同じく、マイクロ波周波数における波形結合を介して達成され得る。そのような手法は、通常、電子サイクロトロン共鳴(ECR)またはマイクロ波源を使用する。ヘリコン源は、別の形の波形結合源であり、通常、従来のICPおよびCCPシステムのRF周波数と同様のRF周波数において動作する。電力供給システムは、負荷の電極のうちの1つまたは複数に適用される少なくとも1つのバイアス電力および/またはソース電力を含み得る。ソース電力は、通常、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、様々な設計検討に従って、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。

【0021】

電力供給システムが、プロセスチャンバまたはプラズマチャンバなどの時間変動負荷または非線形負荷を駆動するとき、バルクプラズマおよび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の密度をもたらす。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、バイアス電力を用いて制御され得る。複数のRF電力信号が負荷に適用されるシステムに対してIEDFを制御する1つの方法は、振幅、周波数および位相において関連する複数のRF信号を変動させることによって発生する。複数のRF電力信号の相対的振幅、周波数および位相は、同じく、フーリエ級数および関連する係数において関連し得る。複数のRF電力信号間の周波数はロックされ得、複数のRF信号間の相対位相もロックされ得る。そのようなシステムの例は、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号を参照することによって発見され得、それらのすべては、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。

【0022】

時間変動負荷または非線形負荷は、様々なアプリケーションにおいて存在し得る。一アプリケーションでは、プラズマ処理システムは、プラズマ生成および制御のための構成要素も含み得る。そのような一構成要素は、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、薄膜製造のため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、デュアル電力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。デュアル電力システムの例には、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、および米国特許第8,395,322号の中で説明されるシステムが含まれる。上記で参照した特許の中で説明されるデュアル電力システムは、イオン密度およびそれの対応するイオンエネルギー分布関数(IEDF)を制御するために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。

【0023】

プラズマを生成するために使用され得るような複数の手法が、プロセスチャンバを制御するために存在する。たとえば、RF電力供給システムでは、同じか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が、プラズマ生成を制御するために使用され得る。RF駆動プラズマ源の場合、プラズマシース動力学および対応するイオンエネルギーに影響を及ぼす周期波形は、一般に知られており、周期波形の周波数および関連する相間相互作用によって制御される。RF電力供給システムにおける別の手法は、デュアル周波数制御を伴う。すなわち、異なる周波数において動作する2つのRF周波数源が、プラズマチャンバに給電して、実質的に独立したイオンと電子密度との制御を提供するために使用される。

【0024】

別の手法は、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、いくつかの課題を提示する。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のための実際のシース電圧に対する生成された波形の伝達関数が、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いて敏感に反応する一手法では、ソース電極に適用される電力を制御することで、プラズマ密度が制御される一方で、バイアス電極に適用される電力を制御することで、イオンが変調され、IEDFが制御されて、エッチ速度制御が提供される。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、エッチ速度が、イオン密度およびイオンエネルギーを介して制御される。

【0025】

集積回路および集積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する。たとえば、メモリデバイス製造に対して、バイアス電力に対する要件が増加し続けている。電力が増加すると、より高速の表面相互作用のためにより高エネルギーのイオンが生成され、それにより、イオンのエッチ速度および方向性が増加する。RFシステムでは、バイアス電力の増加は、プラズマチャンバ内に生成されたプラズマシースに結合されたバイアス電源の数の増加とともに、より低いバイアス周波数要件を伴うことがある。より低いバイアス周波数における電力の増加およびバイアス電源の数の増加により、シース変調からの相互変調ひずみ(IMD)放射がもたらされる。IMD放射は、プラズマ生成が発生するソースによって供給される電力を大幅に削減することがある。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、2013年3月15日に出願した、Pulse Synchronization by Monitoring Power in Another Frequency Bandと題する、米国特許出願第13/834,786号は、別の周波数帯域における電力をモニタすることによるパルス同期の方法を説明する。参照する米国特許出願では、第2のRF発生器のパルシングは、第1のRF発生器のパルシングを第2のRF発生器において検出することに従って制御され、それにより、2つのRF発生器の間のパルシングを同期する。

【0026】

図1は、誘導結合プラズマ(ICP)システム110の表現を示す。ICPシステム110は、プラズマ114を生成するために、本明細書で交換可能に呼ばれるリアクタ、プラズマリアクタ、またはプラズマチャンバ112などの非線形負荷を含む。電圧または電流の形の電力は、様々な実施形態において内部コイル116および外部コイル118を含むコイルアセンブリを含む一対のコイルを介して、プラズマチャンバ112に印加される。電力は、RF電力発生器または電源120を介して内側コイル116に印加され、電力は、RF電力発生器または電源122を介して外側コイル118に印加される。コイル116および118は、電力をプラズマチャンバ112に結合するのを支援する誘電体窓124に取り付けられる。基板126は、プラズマチャンバ112内に設置され、一般的に、プラズマ動作の対象であるワークピースを形成する。RF電力発生器、電源、または電源128(これらの用語は、本明細書では互換的に使用され得る)は、基板126を介してプラズマチャンバ112に電力を印加する。様々な構成では、電源120、122は、プラズマ114を点火もしくは生成するため、またはプラズマ密度を制御するためのソース電圧もしくは電流を提供する。同じく、様々な構成では、電源128は、イオンを変調してプラズマ114のイオンエネルギーまたはイオン密度を制御するバイアス電圧または電流を提供する。様々な実施形態では、電源120、122は、固定のまたは変化する相対位相によって同じ周波数、電圧、および電流において動作するようにロックされる。様々な他の実施形態では、電源120、122は、異なる周波数、電圧、および電流、ならびに相対位相において動作し得る。

【0027】

図2は、容量結合プラズマ(CCP)システム210の表現を示す。CCPシステム210は、プラズマ214を生成するためのプラズマチャンバ212を含む。プラズマチャンバ212の中に設置された一対の電極216、218は、それぞれ、DC(ω=0)もしくはRF電力発生器または電源220、222に接続する。様々な実施形態では、電源220は、プラズマ214を点火もしくは生成するため、またはプラズマ密度を制御するためのソース電圧もしくは電流を提供する。様々な実施形態では、電源222は、プラズマの中のイオンを変調してプラズマ214のイオンエネルギーおよび/またはイオン密度を制御するバイアス電圧または電流を提供する。様々なRF実施形態では、電源220、222は、ソースが調和的に関連しているときに相対位相において動作する。様々な他の実施形態では、電源220、222は、固定のまたは変化する相対位相によって、異なる周波数、電圧、および電流において動作する。同じく、様々な実施形態では、電源220、222は、同じ電極に接続され得る一方で、対電極は、接地に、またはさらには、第3のDC(ω=0)もしくはRF電力発生器(図示せず)に接続される。

【0028】

図3は、デュアル電力入力プラズマシステム310の一般化された表現の断面図を示す。プラズマシステム310は、接地314に接続された第1の電極312と、第1の電極312から離間された第2の電極316とを含む。第1のDC(ω=0)またはRF電源318は、第1の周波数f=ω₁において第2の電極316に印加される第1のRF電力を生成する。第2の電源320は、第2の電極316に印加される第2のDC(ω=0)またはRF電力を生成する。様々な実施形態では、第2の電源320は、第2の周波数f=ω₂において動作し、ここで、ω₂=nωは、第1の電源318の周波数のn次高調波周波数である。様々な他の実施形態では、第2の電源320は、第1の電源318の周波数の倍数でないある周波数において動作する。

【0029】

それぞれの電源318、320の協調動作は、プラズマ322の生成および制御をもたらす。概略図である図3に示すように、プラズマ322は、プラズマチャンバ324の非対称シース330の中に形成される。シース330は、接地または接地シース332と、給電シース334を含む。シースは、一般に、プラズマ322を取り巻く表面領域として説明される。図3の概略図に見られるように、接地シース332は、相対的に大きい表面積326を有する。給電シース334は、小さい表面積328を有する。各シース332、334は、導電性プラズマ322とそれぞれの電極312、316との間の誘電体として機能するので、各シース332、334は、プラズマ322とそれぞれの電極326、328との間にキャパシタンスを形成する。

【0030】

本明細書でより詳細に説明するように、第2の電源320などの高周波数電圧源、および第1の電源318などの低周波数電圧源のシステムにおいて、相互変調ひずみ(IMD)生成物が導入される。IMD生成物は、プラズマシース厚さにおける変化に起因し、それにより、接地シース332を介してプラズマ322と電極312との間のキャパシタンスを変動させ、給電シース334を介してプラズマ322と電極316との間のキャパシタンスを変動させる。給電シース334のキャパシタンスにおける変動が、IMDを生成する。給電シース334における変動は、プラズマ322と電極316との間のキャパシタンスに、それゆえ、プラズマチャンバ324から放射される逆IMDに、より大きい影響を及ぼす。いくつかのプラズマシステムでは、接地シース332は短絡として働き、逆IMDに及ぼすその影響は考慮されていない。

【0031】

図4は、第1の電源318などの低周波数源と第2の電源320などの高周波数源とを有する例示的な電力供給システムに対する、振幅対周波数のプロットを示す。図4は、周波数に対する反射電力の振幅を示す。図4は、図3の第2の電源320などの高周波数電源の動作の中心周波数を示す中央ピーク410を含む。中央ピーク410の両側において、図4は、同じく、図3の第1の電源318などの低周波数電源からの電力の印加によって導入されるIMDを表すIMD成分412、414を示す。非限定的な例として、第2の電源320が60MHzの周波数において動作し、低周波数電源318が400kHzにおいて動作する場合、IMD成分は、60MHz±n*400kHzにおいて発見され得、ここでnは任意の整数である。したがって、ピーク412、414は、それぞれの電源の高周波数±低周波数を表す。図3に示すように、複数の高調波において電極を駆動することで、DC自己バイアスを電気的に制御するため、およびイオン密度のエネルギーレベルを調整するための機会が提供される。

【0032】

図5は、より高い周波数発生器またはソースRF発生器に対する順方向電力512および逆方向もしくは反射電力514の波形を示す。非限定的な例として、ソースRF発生器は、60MHzにおいて動作し得る。図5は、非限定的な例として、400KHzにおいて動作する低周波数発生器またはバイアスRF発生器の出力電圧を示す電圧波形516も示す。図5に見られるように、ソースRF発生器の反射電力514は、バイアスRF発生器の電圧波形516の電圧変動に従って変動する。同じく図5に見られるように、反射電力514が増加するとき、負荷またはリアクタに供給された電力(順方向電力512と反射電力514との間の差)も減少する。

【0033】

図6では、バイアスRF発生器によって出力された電圧616は、ゼロの振幅を有する。電圧616が全体的に一定の値を有するとき、逆方向電力または反射電力614は、実質的に変動しない。それゆえ、負荷に供給された順方向電力612は、反射電力614の変動が不在のもとで、より高い振幅において比較的一定である。様々な構成では、電圧616は、バイアスRF発生器がオフであるとき、変動なしに一定に維持され得る。

【0034】

図5および図6に見られるように、バイアスRF発生器の電圧波形516の変動の結果として、負荷において経験されるIMDが引き起こされる。結果として生じるIMDは、逆方向電力514における変動を引き起こし、それは、順方向電力512の供給に悪影響を及ぼす。IMDを最小化することによって、より高い振幅においてより着実な順方向電力が、負荷またはプロセスチャンバに供給され得る。

【0035】

図5に示すように、IMD関連の負荷変動に対応するための様々な手法は、より高い出力電力を負荷に提供するようにソースRF発生器を構成することを含む。電力の増加は、システムの効率を改善することはなく、より高い電力レベルにおいて動作するように選択された構成要素を必要とする。そのようなより高い電力レベルにおいて動作するとき、他のRF発生器構成要素は、より大きい順方向電力を適用するためだけでなく、より高い反射電力レベルに耐えるために選択されなければならない。したがって、電力を増加することは、より高い発生器コストをもたらす。

【0036】

IMD関連の負荷変動に対処するための他の手法は、バイアスRF発生器の動作と同期してソースRF発生器の周波数アクチュエータを調整する障害相殺システムを実装することを含む。バイアスRF発生器の動作は、通常、周期的であるので、ソースRF発生器の周波数アクチュエータの調整は、低周波数発生器の周波数と同期され得る。そのような手法の一例が、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、2018年4月17日に発行された「Plasma RF Bias Cancellation System」と題する米国特許第9,947,514号に関連して発見され得る。

【0037】

別の障害相殺システムが、整合ネットワークリアクタンスに影響を及ぼすアクチュエータを制御することによって実装され、その一例が、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、2019年10月21日に出願された「Intermodulation Distortion Mitigation Using Electronic Variable Capacitor」と題する米国仮特許出願第62/923,959号に関連して発見され得る。さらなる手法が、電力増幅器駆動制御などのアクチュエータを制御することに関連して発見され得、その一例が、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、2019年6月26日に出願された「High Speed Synchronization of Plasma Source/Bias Power Delivery」と題する米国特許出願第16/452,716号に関連して発見され得る。

【0038】

上記で説明したソースRF発生器の周波数アクチュエータを調整することによって実装された障害相殺システムに戻ると、障害相殺は、周波数アクチュエータプロファイルを同調することを必要とする。そのようなプロファイルは、一般に、ホッピングパターン、調整パターンまたは補正パターンとして説明され得る。なぜならば、ソースRF発生器の周波数は、バイアスRF発生器の周波数と同期して変化するからである。その手法は、一般に、周波数ホッピングとして説明され得る。

【0039】

伝統的に、周波数ホッピングパターンまたは調整パターンは、グラフィカルユーザインターフェースを使用する反復手法を介して周波数プロファイルの手動同調を使用して導出された。そのような手法は、効率を欠き、通常システム動作の過程で発生する障害に対応することはできない。なぜならば、パターンは、プロセスチャンバまたはプラズマチャンバの中で発生する製造プロセスの前に同調されるからである。

【0040】

図7は、RF発生器または電源システム710を示す。電源システム710は、無線周波数(RF)発生器または電源712a、712bと、整合ネットワーク718a、718b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732とを含む。様々な実施形態では、RF発生器712a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718aは、ソース整合ネットワークと呼ばれる。同じく様々な実施形態では、RF発生器712b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718bは、バイアス整合ネットワークと呼ばれる。成分は、文字の添え字またはプライム記号なしに参照番号を使用して個別にまたは集合的に参照され得ることが理解されよう。

【0041】

様々な実施形態では、ソースRF発生器712aは、整合ネットワーク718bから制御信号730を受信するか、またはバイアスRF発生器712bから制御信号730'を受信する。より詳細に説明するように、制御信号730または730'は、バイアスRF発生器712b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712aへの入力信号を表す。様々な実施形態では、バイアス検出器734は、整合ネットワーク718bから負荷732に出力されるRF信号を感知して、同期またはトリガ信号730をソースRF発生器712aに出力する。様々な実施形態では、トリガ信号730とは違って、同期またはトリガ信号730'は、バイアスRF発生器712bからソースRF発生器712aに出力され得る。トリガまたは同期信号730と730'との間の差は、整合ネットワーク718bの影響に起因する場合があり、それは、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。信号730、730'は、様々な実施形態において、バイアスRF発生器712bによって引き起こされたプラズマチャンバ732のインピーダンスにおける周期的変動に、予測的反応が対処することを可能にする、バイアスRF発生器712bの動作についての情報を含む。制御信号730または730'がないとき、RF発生器712a、712bは自律的に動作する。

【0042】

RF発生器712a、712bは、それぞれ、RF電源または増幅器714a、714bと、RFセンサ716a、716bと、プロセッサ、コントローラまたは制御モジュール720a、720bとを含む。RF電源714a、714bは、それぞれのセンサ716a、716bに出力される、それぞれのRF電力信号722a、722bを生成する。センサ716a、716bは、RF電源714a、714bの出力を受信して、それぞれのRF電力信号f₁およびf₂を生成する。センサ716a、716bは、同じく、負荷732から感知された様々なパラメータに従って変動する信号を出力する。センサ716a、716bは、それぞれのRF発生器712a、712bの中に示されるが、RFセンサ716a、716bは、RF電力発生器712a、712bの外に配置されてもよい。そのような外部感知は、RF発生器の出力において、またはRF発生器と負荷との間もしくはインピーダンス整合デバイス(インピーダンス整合デバイスの内部を含む)の出力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、発生してもよい。

【0043】

センサ716a、716bは、様々な動作パラメータを検出して、信号XおよびYを出力する。センサ716a、716bは、電圧、電流、および/または方向性結合器センサを含み得る。センサ716a、716bは、(i)電圧Vおよび電流I、および/または(ii)それぞれの電力増幅器714a、714bおよび/またはRF発生器712a、712bから出力された順方向電力P_FWDおよびそれぞれのセンサ716a、716bに接続されたそれぞれの整合ネットワーク718a、718bまたは負荷732から受信された逆方向もしくは反射電力P_REVを検出し得る。電圧V、電流I、順方向電力P_FWDおよび逆方向電力P_REVは、それぞれの電源714a、714bに関連する実際の電圧、電流、順方向電力および逆方向電力の拡縮されたおよび/またはフィルタ処理されたバージョンであり得る。センサ716a、716bは、アナログおよび/またはデジタルのセンサであり得る。デジタルの実装形態では、センサ716a、716bは、アナログデジタル(A/D)変換器と、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。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P_FWD、逆方向(または反射)電力P_REVのうちのいずれかを表すことができる。

【0044】

センサ716a、716bは、センサ信号X、Yを生成し、それらの信号は、それぞれのコントローラまたは電力制御モジュール720a、720bによって受信される。電力制御モジュール720a、720bは、それぞれのX、Y信号724a、726aおよび724b、726bを処理し、それぞれの電源714a、714bに対する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728a、728bのうちの1つのまたは複数を生成する。電源714a、714b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722a、722bを調整する。様々な実施形態では、電力制御モジュール720a、720bは、それぞれの制御信号を介して整合ネットワーク718a、718bをそれぞれ制御し得る。電力制御モジュール720a、720bは、少なくとも、比例積分微分(PID)コントローラ、またはそれらのサブセット、および/またはダイレクトデジタルシンセシス(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する様々な構成要素のうちのいずれかを含み得る。

【0045】

様々な実施形態では、電力制御モジュール720a、720bは、PIDコントローラまたはそれら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み得る。制御信号728a、728bは、駆動信号であり得、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み得る。様々な実施形態では、制御信号728a、728b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得る。様々な実施形態では、複数の制御ループは、RF駆動のためおよびレール電圧のための比例積分微分(PID)制御ループを含むことができる。様々な実施形態では、制御信号728a、728bは、多入力多出力(MIMO)制御方式において使用され得る。MIMO制御方式の一例が、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1月28日に発行された、「Pulsed Bidirectional Radio Frequency Source/Load」と題する米国特許第10,546,724号を参照すると発見され得る。

【0046】

様々な実施形態では、電源システム710は、コントローラ720'を含むことができる。コントローラ720'は、RF発生器712a、712bのうちの一方または両方の外に配置され得、外部または共通コントローラ720'と呼ばれることがある。様々な実施形態では、コントローラ720'は、コントローラ720a、720bの一方もしくは両方に関して本明細書で説明する機能、プロセス、またはアルゴリズムのうちの1つまたは複数を実装し得る。したがって、コントローラ720'は、コントローラ720'とRF発生器712a、712bとの間で適宜データおよび制御信号を交換することを可能にする一対のそれぞれのリンク736、738を介してそれぞれのRF発生器712a、712bと通信する。様々な実施形態については、コントローラ720a、720b、720'は、RF発生器712a、712bと連動して分析および制御を分配的および協調的に提供することができる。様々な他の実施形態では、コントローラ720'は、RF発生器712a、712b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720a、720bに対する必要性が除外される。

【0047】

様々な実施形態では、RF電源714a、センサ716a、コントローラ720a、および整合ネットワーク718aは、ソースRF電源714a、ソースセンサ716a、ソースコントローラ720a、およびソース整合ネットワーク718aと呼ばれ得る。同様に、様々な実施形態では、RF電源714b、センサ716b、コントローラ720b、および整合ネットワーク718bは、バイアスRF電源714b、バイアスセンサ716b、バイアスコントローラ720b、およびバイアス整合ネットワーク718bと呼ばれ得る。様々な実施形態では、上記で説明したように、ソースという用語は、プラズマを生成するRF発生器を指し、バイアスという用語は、プラズマイオンエネルギー分布関数(IEDF)を同調するRF発生器を指す。様々な実施形態では、ソースおよびバイアスRF電源は、異なる周波数において動作する。様々な実施形態では、ソースRF電源は、バイアスRF電源より高い周波数において動作する。様々な他の実施形態では、ソースおよびバイアス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。

【0048】

様々な実施形態によれば、ソースRF発生器712aおよびバイアスRF発生器712bは、外部と通信するために複数のポートを含む。ソースRF発生器712aは、デジタル通信ポート742を含む。バイアスRF発生器712bは、デジタル通信ポート750を含む。ソースRF発生器712aのデジタル通信ポート742およびバイアスRF発生器712bのデジタル通信ポート750は、デジタル通信ポート756を介して通信する。

【0049】

図8は、図7の負荷732などの負荷に電力を供給するためのパルスモードの動作を説明するために、電圧対時間のプロットを示す。図8では、RF信号810が、パルス812によって変調される。パルス812の周期または領域814に示すように、パルス812がオンであるとき、RF発生器732は、RF信号810を出力する。反対に、パルス812の周期または領域816の間、パルス812はオフであり、RF発生器732は、RF信号810を出力しない。パルス信号812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812は、図2に示す方形波として具現化される必要はない。またさらに、パルス812は、変動する振幅および持続時間の複数のオンおよびオフの領域を有することができる。複数の領域は、固定のまたは可変の周期の中で繰り返し得る。

【0050】

本開示は、RF電力供給システムの電気パラメータの変動によって引き起こされた周期的障害を補償することを対象とする。RF発生器アプリケーションでは、負荷に適用された信号のRF周波数が、負荷のインピーダンスに影響を及ぼす。様々な構成では、周波数が、負荷から反射してRF発生器に戻る電力を最小化するための制御アクチュエータとして使用される。RF周波数は、反射電力を最小化して負荷に供給される順方向電力を最大化するために変動される。

【0051】

上記で説明したように、低周波数RF信号を負荷に適用する、バイアスRF発生器など、第2のRF信号のアプリケーションは、通常、より高いRF周波数を負荷に適用する第1の発生器またはソースRF発生器によって供給される電力に影響を及ぼすことができる。様々な障害相殺システムでは、低周波数発生器の周期は、選択された数のビンに分割される。ソースRF発生器では、ソースRF発生器によって出力される信号のRF周波数は、低周波数発生器によって出力された周期的信号から予期される障害に従って調整される。さらに、ソースRF発生器のRF周波数は、低周波数発生器またはバイアスRF発生器によって出力されたRF信号のビンの各々に従って調整される。より高い周波数発生器またはソースRF発生器によって出力されたRF周波数信号に適用された周波数オフセットは、低周波数発生器またはソースRF発生器によって出力されたRF信号からのIMDによって引き起こされた負荷変動の影響を低減または最小化することを意図されたホッピングパターンを画定する。したがって、この手法は、RFソース周波数アクチュエータへのフィードフォワード接続を提供し、ビンごとの周波数ホッピングパターンは、補正値またはオフセットを提供する。

【0052】

図9は、プラズマチャンバまたはリアクタなどの一般的な負荷に適用されるRF信号を生成するRF発生器の電圧および電力に対応する波形を開示する。波形912は、バイアスRF発生器によって出力されたRF信号に関連する信号を表す。非限定的な例として、バイアスRF発生器は、400KHzにおいて動作する。波形914は、一般に、バイアスRF発生器によって出力されたRF信号に従って変動する方形波同期パルスである。波形916は、図7の負荷732などの負荷に出力された、ソースRF発生器による順方向電力出力を表す。波形918は、非限定的な例として、負荷から反射して戻る電力を示し、ソースRF発生器は60MHzにおいて動作する。

【0053】

図10を参照すると、図10は、図9と同様の波形を示し、図7のソースRF発生器712aによって出力されたRF信号は、たとえば、周波数ホッピングまたは補正パターンを使用して調整される。上記で説明したように、波形1012は、たとえば、図7のバイアスRF発生器712bによって出力された順方向電圧を示す。図9と同様に、波形1014は、RF発生器712bなどのバイアスRF発生器からのRF信号の出力に関連する同期パルスを表す。図10に見られるように、RF発生器712aからの出力への周波数オフセットの適用は、逆方向電力1018を大幅に低減させ、負荷またはリアクタに供給される電力(順方向電力1016と逆方向電力1018との間の差)を増加させる。したがって、本明細書で説明する障害相殺を使用して、反射電力1018が低減され、供給される電力が増加される。

【0054】

様々な実施形態では、障害相殺に対する課題は、周波数ホッピング、調整、または補正パターンを実装するために、必要な周波数オフセット、調整、または補正作動をいかにして決定するかである。本開示は、周期的負荷インピーダンス変動からのIMDの影響を軽減するために、周波数作動プロファイル、またはホッピングパターンを決定するための極値探索反復学習制御(ILC)手法を説明する。

【0055】

図11は、図7のRF発生器712aなどのより高い周波数発生器またはソースRF発生器によって出力されたRF信号に対する電圧対時間の波形1112を示す。波形1112は、第1のセクション1124と第2のセクション1126とを含む。様々な態様では、セクション1124、1126は、ビンbxにさらに分割され得、ここでxは、一般に、複数の任意のビンを示す。図11に示すように、セクション1124は、ビンba1、ba2,...,banなどのビンに細分される。同様に、セクション1126は、ビンbb1、bb2,...,bbnに細分され得る。様々な実施形態では、各セクション1124、1126の中および各セクション1124と1126との間のビンの幅と数の両方は、変動することができる。セクション1124の中の各ビンの幅は、同じ幅であっても変動する幅であってもよい。同様に、セクション1126の各ビンの幅は、同じ幅であっても変動する幅であってもよい。さらに、セクション1124を構成するビンの数およびセクション1126を構成するビンの数は、変動することができる。パルス化される実装形態に対して、ビンの幅は、パルスエッジに近接するビンに対して狭く、パルスの比較的定常状態の部分にわたってより広くなり得る。

【0056】

様々な実施形態では、ビンbxのうちの任意のまたは1つは、非限定的な例として、RF発生器システムのIMDを軽減もしくは低減するかまたは場合によってはRF発生器システムの動作を改善するソースRF発生器の周波数もしくは他の電気パラメータ作動を制御するためのパラメータホッピング、調整、もしくは補正パターンを画定する電気パラメータのホップ、調整、もしくは補正のパターンのセグメントを画定することができる。そのようなパラメータは、図7のRF発生器712aなどのRF発生器によって出力されるRF信号の周波数、振幅、および位相と、整合ネットワーク制御パラメータと、他の制御パラメータとを含むことができる。他のパラメータは、整合ネットワークにおけるインダクタンスおよびキャパシタンスを含むリアクタンスなど、RF電力供給システムの中の様々なアクチュエータを含むことができる。そのようなリアクタンスの制御は、電気的に可変のキャパシタンスまたはインダクタンスを使用して実装され得る。様々な実施形態では、ビンbxの幅は、ビン間隔が、IMDによって引き起こされる反射電力プロファイルにおける変化の最高速度と比較して小さくなるように選択され得る。ビンが広すぎる場合、IMDプロファイルの中の低周波数コンテンツだけが、適切に補正され得る。いくつかの実施形態では、ビン幅は、発生器から周波数オフセットとして処理されて書き込まれ得るビン値の数を制限する場合があるハードウェアまたはソフトウェア要件に基づいて選択され得る。

【0057】

様々な実施形態では、セクション1124または1126の幅は、波形1112によって駆動される負荷の中の反射電力における変動を引き起こす信号の周期的性質に従って決定される。非限定的な例として、60MHzにおいて動作するソースRF発生器と400KHzにおいて動作するバイアスRF発生器とを含むRF発生器システムでは、セクション1124、1126の幅は、400KHzのバイアスRF発生器出力信号の周期に従って設定され得る。バイアスRF発生器出力信号は、IMDの形で負荷の中に周期的障害を引き起こすので、セクション1124、1126の中のビンbxによって形成された調整パターンは、そのパターンがバイアスRF発生器の動作に関連するソースRF信号に適用されるとき、IMDを補正する。ソースRF発生器が60MHzにおいて動作し、バイアスRF発生器が400KHzにおいて動作する、本明細書で説明する例では、ソースRF波形は、1つのバイアスRF波形にわたって約150サイクルを完了する。したがって、セクション1124、1126は、波形1112に対して縮尺どおりに示されていない。

【0058】

本明細書で説明するように、各ビンは、図11のバイアスRF波形1112と同期してソースRF発生器712aによって出力されたRF信号に適用される、ホッピング、調整または補正パラメータとも呼ばれる、オフセット周波数または周波数調整を割り当てられる。各ビンに関連するオフセットまたは補正は、周波数ホッピングパターンを画定する。各ビンに関連する周波数オフセットまたは調整は、較正ステップとして決定され、メモリの中に記憶されるかまたは連続的に更新され得る。したがって、様々な構成では、ソースRF周波数の周波数ホッピングまたは調整は、フィードフォワード制御であり、ビンの中のフィードフォワード値は、対応するビンに対して1つまたは複数の前のパルスにわたって取られた測定値に基づいて更新される。

【0059】

各ビンbxは、RF発生器712aによって出力されたRF信号のホッピング周波数、周波数オフセット、調整、または補正パラメータを画定することができる。周波数は、負荷に供給される電力を制御するために、RF発生器712aと負荷732との間のインピーダンス整合を変動させるために選択され得る。さらに、様々な実施形態では、図11のビンbxは、整合ネットワーク718などの整合ネットワークのソースRF発生器の様々な電気パラメータの調整を画定することができる。

【0060】

図12はフローチャート1210を示し、図13は、RF発生器システムの動作を改善するために、関連する電気パラメータの調整を決定して電気パラメータの調整値を決定するために、図11の各ビンに対する電気パラメータを決定することを記述する機能ブロック図1310を示す。図12および図13の動作を全体的に説明すると、周波数ホッピングプロファイルなどの電気パラメータ調整または補正プロファイルは、繰り返すたびに個別にアクチュエータ値に摂動を与えることによって繰り返し決定される。様々な実施形態では、電気パラメータは周波数であり得る。個別の摂動は、繰り返すたびに電気パラメータに関連するアクチュエータを増加させることまたは減少させることのいずれかを伴う。繰り返すたびに、図11で説明するビンbxなど、電気パラメータに関連する1つまたは複数のビンが摂動を与えられ、関心のある1つまたは複数の出力メトリック(output metric)に及ぼす摂動の影響が決定される。様々な構成では、関心のある1つまたは複数の出力メトリックは、図7のRF発生器712bなどのバイアス発生器の動作周期にわたる、平均反射電力、供給された電力、または反射係数の平均の大きさのうちの1つまたは複数であり得る。関心のあるメトリックは、コスト関数と呼ばれることもあり、それは、十分な調整パターンが決定されたときを示すために最適化される。様々な実施形態では、摂動を与えられるアクチュエータは、負荷に適用される信号の周波数、振幅もしくは位相、または負荷への電力供給に影響を及ぼす、インピーダンスもしくはキャパシタンスなどのリアクタンスのうちの1つまたは複数を含む。

【0061】

図12を参照すると、制御はブロック1212において開始し、ブロック1214に進む。ブロック1214において、プロファイルの各ビンbxは、各ビンの摂動がコスト関数に及ぼす影響を決定するために摂動を与えられる。図11を参照すると、各ビンbxに対応する1つまたは複数のアクチュエータは、関心のある出力メトリックの中に対応する変動を引き起こすために、設定された量だけ摂動、増加または減少させられる。ブロック1214において、図11のビンbxの各々は、同様の方式で少量だけ変動され、関心のある出力メトリックが、摂動が関心のあるメトリックに関連するコスト関数に及ぼす影響を決定するために分析される。

【0062】

図13を参照すると、機能ブロック図1310は、信号調整モジュール1312を含む。信号調整モジュール1312は、1つまたは複数(n)の入力信号を受信する。様々な実施形態では、1つまたは複数(n)の入力信号は、ソースRF発生器からのRF出力など、調整パターンによって調整される1つまたは複数の信号を含む。信号調整モジュール1312は、摂動発生器1314からの1つまたは複数(n)の摂動信号も含む。信号調整モジュールは、1つまたは複数(n)の入力および1つまたは複数(n)の摂動信号に従って、1つまたは複数(n)の摂動を与えられた信号を出力する。信号調整モジュール1312は、1つまたは複数(n)の摂動信号を生成するために、1つまたは複数(n)の入力信号および1つまたは複数(n)の摂動信号を混合するか、組み合わせるか、または場合によっては処理することができる。1つまたは複数(n)の摂動を与えられた信号が、センサモジュール1316の1つまたは複数(n)のセンサに入力され、同じく、プラントまたはシステム1318に出力される。プラントまたはシステム1318に適用された、摂動を与えられた信号は、センサモジュール1316の1つまたは複数のセンサによって決定された関心のある1つまたは複数の出力メトリックにおける変動を引き起こし得る。センサモジュール1316は、1つまたは複数(n)の感知された値をコストモジュール1320に出力する。コストモジュール1320は、本明細書で説明するように、1つまたは複数(n)のコストを決定する。図12および図13は、周期的負荷変動を軽減するために必要な周波数作動プロファイルまたはホッピングパターンを学習するための極値探索反復学習制御(ILC)手法を説明する。

【0063】

図12に戻ると、制御は、コスト関数における変動に対する合成勾配(composite gradient)を決定するブロック1216に進む。図12を参照すると、合成勾配モジュール1322は、ブロック1218において、1つまたは複数(n)のコストを受信して合成勾配を決定する。アクチュエータ更新u_i(k+1)は、1つまたは複数(n)のコスト関数勾配の勾配に基づいて決定される。アクチュエータ更新u_i(k+1)は、式(1):
u_i(k+1)=u_i(k)-μG_i (1)
に関連して以下で説明する勾配降下法を使用して決定され得、上式で、
u_iは、ビンiにおける周波数作動であり、
G_iは、ビンiに摂動を与えることから得られる測定されたコスト勾配であり、
μは、同調可能な学習速度であり、
kは、反復インデックスである。
測定されたコスト勾配は、摂動信号の注入に起因するベースラインからの変化である。すなわち、測定されたコスト勾配は、摂動信号が信号調整モジュール1312に適用されないことに基づくセンサモジュール1316からの出力と、摂動を与えられた入力信号が信号調整モジュール1312に適用されたことに基づくセンサモジュール1316からの出力との間の差である。勾配は増加の方向を指すので、式(1)における負の符号は、反復がコストを最小化する方向に進むことを保証する。

【0064】

図12を参照すると、ブロック1216において、式(1)のG_iは、様々な手法を使用して決定され得る。一手法では、信号調整モジュール1312によって出力された、1つまたは複数(n)の摂動を与えられた信号などのビンアクチュエータ値が、1つの方向において調整され得、ベースライン(摂動を与えられない)値と摂動を与えられた値との間のコストメトリックにおける差が、式(2)、

【0065】

【数1】

【0066】

において以下で説明するようにアクチュエータ応答傾斜を決定するために局所勾配

【0067】

【数2】

【0068】

を推定するために使用され得、上式で、
C_pertは、摂動を注入されたコストであり、
C_baseは、摂動を注入されないコストであり、
U_pertは、摂動の振幅である。
測定されたコスト勾配は、摂動を与えられない出力メトリックと、摂動の量で除された摂動を与えられた出力メトリックとの間の差である。

【0069】

他の手法では、アクチュエータは、局所勾配

【0070】

【数3】

【0071】

を、式(3)

【0072】

【数4】

【0073】

において以下で説明するように推定するために、上方におよび下方にまたは第1の方向におよびその反対の方向に調整され得、上式で、
C_upは、固定された量だけ増加される(摂動を与えられる)ビンアクチュエータのコストであり、
C_downは、ビンアクチュエータが同じ固定された量だけ減少される(摂動を与えられる)コストであり、
U_pertは、アクチュエータの変化の大きさである。
式(3)の手法は、二次コスト関数形状などの局所非線形性に関して、式(2)に関して上記で説明した単一方向摂動方法よりロバストである。

【0074】

局所勾配を推定するための他の方法が使用されてもよい。非限定的な一例では、二次多項式が、ベースライン、C_upおよびC_down、それらの関連するビン作動の中で使用されるコスト値を使用して出力値またはコストに適合され得る。次いで、二次多項式は、中央のアクチュエータ値において推定される傾斜を計算するために使用され得る。

【0075】

図12に戻ると、制御は、ブロック1216において取得された勾配情報

【0076】

【数5】

【0077】

に基づいてより低いコストの方向にホッピングパターンを決定するブロック1218に進む。したがって、調整またはホッピングパターンが、上記で説明した式(1)に従って調整される。次いで、制御は、コストが所定のしきい値より小さいかどうかを決定するブロック1220に進む。コストが所定のしきい値より小さくない場合、制御は、ブロック1214における摂動、ブロック1216におけるコスト勾配決定、およびブロック1218におけるパラメータ調整もしくは補正パターンの調整の別の反復を実行するためにブロック1214に進む。コストが所定のしきい値より小さいことがブロック1220において決定された場合、制御は、ブロック1222における終了に進む。

【0078】

図13に戻ると、ブロック1322において、合成勾配の決定に続いて、合成勾配は、合成勾配モジュール1322において決定された合成勾配に従って式(1)に示すようにアクチュエータ更新を決定する更新モジュール1334に出力される。合成勾配

【0079】

【数6】

【0080】

は、ビンアクチュエータiに関連するベクトルとして表されてよく、上式で、

【0081】

【数7】

【0082】

。更新モジュール1334は、パラメータ調整パターンもしくはホッピングパターンを、メモリ1336a、参照テーブル(LUT)1336b、もしくは1336cに示す調整パターン1336cのうちの1つまたは複数に出力される。パラメータ調整パターンは、パラメータ調整に対するMIMO手法に従って1つまたは複数のコストを制御するために1つまたは複数(n)のアクチュエータを調整することができる。パラメータ補正パターンにおけるパラメータ調整値は、パラメータオフセット値またはパラメータ値を示し得る。

【0083】

図12のブロック1214および図13のブロック1320に戻ると、コスト関数は、様々な手法を使用して決定され得る。一手法では、コストは、低周波数発生器の周期にわたる反射電力など、測定された値の平均である。様々な他の手法では、コスト関数メトリックは、図7の低周波数発生器またはバイアス発生器712bなどの低周波数発生器の周期にわたる反射係数の平均の大きさであり得る。様々な他の手法では、コストは、反射係数の供給された電力または大きさに従って変動し得る。平均化に加えて、反射電力または平均の大きさに対する他のメトリックが、そのような値の最大、最小、または他の統計分析を含めて使用され得る。

【0084】

コスト関数の1つの一般化表現は、式(4)
C_total=Σ_jW_jC_j (4)
において以下で説明するように、異なるコスト成分に対して個別に重み付けられた用語を含み得る。
上式で、C_jおよびW_jの値は、コスト成分と、コスト成分に割り当てられた個別の重みとをそれぞれ表す。すなわち、C_totalは、様々な重み付けられたコスト成分の合計として説明され得、たとえば、低周波数信号またはバイアスRF信号の負および正のゼロ交差において測定された反射電力または反射係数の大きさが、コスト関数に合計され得る。すなわち、負のゼロ交差において測定された反射電力または反射係数の大きさが、第1の重みを割り当てられ得、負のゼロ交差において測定された反射電力または反射係数の大きさの値が、第1の値を割り当てられ得、測定された反射電力または反射係数の大きさが、第2の重みにおける第2のコスト値を割り当てられ得る。

【0085】

コスト関数は、式(5)
C_total=W_avgC_avg+W_negC_neg+W_posC_pos+W_smoothC_smooth (5)
に関連して以下で説明するように全補正またはホッピングパターンにわたってアクチュエータプロファイルの滑らかさを改善するための追加の用語も含むことができ、
上式で、
C_avgは、コストの平均値であり、
W_avgは、コストの平均値に割り当てられた重みであり、
C_negは、周期的障害またはバイアスRF信号の負のゼロ交差におけるコストであり、
W_negは、バイアスRF信号の負のゼロ交差におけるコストに割り当てられる重みであり、
C_posは、周期的障害またはバイアスRF信号の正のゼロ交差におけるコストであり、
W_posは、バイアスRF信号の正のゼロ交差におけるコストに割り当てられる重みであり、
C_smoothは、滑らかさメトリックのコストであり、
W_smoothは、滑らかさメトリックのコストに割り当てられる重みである。
滑らかさメトリックC_smoothは、いくつかの形成を取ることができる。一形成では、滑らかさメトリックは、連続するビン作動の間の出力メトリックまたはコストの差の偏差を含む。別の形成では、滑らかさメトリックC_smoothは、連続するビン作動のコストまたは出力メトリックにおける二次差分の二乗和値である。

【0086】

図14および図15は、図14に示す平滑化がないコスト関数と図15に示す平滑化があるコスト関数との間の、システムの反応における差を示す。波形1412は、図7のRF発生器712bなどの低周波数ソースまたはバイアスRFソースに関連する周期的同期信号を表す。波形1414は、図7のRF発生器712aなどの高周波数発生器またはソースRF発生器の周波数を表す。波形1414は、経時的なソースRF発生器の周波数を表し、RF発生器712aの調整パターン、補正パターン、またはホッピングパターンを表す。図15は、図14に関して同様に説明した波形を示し、波形1512は、図7のバイアスRF発生器712bに関連する同期信号を示し、波形1514は、図7のソースRF発生器712aの実際のRF周波数を示す。波形1514は、IMDの影響を最小化するために障害相殺システム手法によって使用される補正パターンまたはホッピングパターンを示す。図14と図15とを比較するときに見られるように、波形1514は、波形1414より滑らかな外観を有する。図14と図15の両方に関して、反射電力1418、1518は、全体的に同様である。しかしながら、平滑化態様をコスト関数に適用することに起因する、波形1514における追加の滑らかさが、より滑らかな作動プロファイルを提供する。ホッピングプロファイルにおけるそのような滑らかさは、顧客プロセスにおける均一性を増加させることができる。

【0087】

図16は、コントローラ1620aが振幅パラメータ制御セクション1636を含む、図7のRF発生器712aなどのRF発生器の拡張ブロック図を示す。パラメータ制御セクション1636は、再生モジュール1640、パラメータ調整モジュール1642、および更新モジュール1644を含む。各モジュール1640、1642、1644は、プロセス、プロセッサ、モジュール、またはサブモジュールとして集合的にまたは個別に実装され得る。さらに、各モジュール1640、1642、1644は、モジュールという用語に関して以下で説明する様々な構成要素のうちのいずれかとして実装され得る。再生モジュール1640は、パラメータ補正、調整、またはRF信号

【0088】

【数8】

【0089】

に対するオフセットの適用をトリガ事象または信号と同期させるために、トリガ事象または信号をモニタする。パラメータ調整は、上記で説明したように、周波数ホッピングパターンにおける周波数補正、調整、またはオフセットを含み得る。補正、調整、またはオフセットは、n個のビンに対応する。再生モジュール1640がトリガ事象またはトリガ信号を検出すると、再生モジュール1640は、パラメータ調整またはオフセットをRF信号

【0090】

【数9】

【0091】

に適用することを開始する。再生モジュール1640は、それぞれのパラメータ調整モジュール1642と協働する。パラメータ調整モジュール1642は、パラメータ調整をそれぞれの更新モジュール1644に提供し、更新モジュール1644は、RF信号

【0092】

【数10】

【0093】

に対するそれぞれのパラメータ調整またはオフセットの適用を連係させる。代替的に、パラメータ調整は、周波数、電力、振幅、位相、インピーダンス整合ネットワーク設定などの電気パラメータのうちの1つまたは複数であり得る。

【0094】

様々な実施形態では、パラメータ調整モジュール1642は、参照テーブル(LUT)として実装され得る。パラメータ調整は、たとえば、トリガ事象または信号に対するタイミングまたは同期に従って決定される。図7からのバイアスRF信号

【0095】

【数11】

【0096】

の周期的性質と、RF信号

【0097】

【数12】

【0098】

を負荷732に適用することに応答して発生する予期される周期的インピーダンス変動とが与えられると、RF信号

【0099】

【数13】

【0100】

に対する調整またはオフセットのLUTが、図13に関して上記で説明したように決定される。RF信号

【0101】

【数14】

【0102】

に追加されるパラメータ調整、オフセット、またはホップは、RF発生器712bによって導入された、負荷732に及ぼす動的影響と協調して生成され、ソースRF発生器1612aによって選択的で協調的な周波数調整を介して効率を改善し、周期的バイアス信号が誘発したIMDを少なくとも部分的に相殺する。様々な実施形態では、LUTは、あらかじめ定められて動作の間に静的であり得るか、または上記で説明したILC手法を実践する更新モジュール1644を用いるなど、更新プロセスを用いて動的に調整され得る。様々な他の実施形態では、パラメータ調整は、動的に決定され得る。

【0103】

図17は、制御モジュール1710を示す。制御モジュール1710は、図2～図16の様々な構成要素を組み込む。制御モジュール1710は、電力発生モジュール1712、インピーダンス整合モジュール1714、パラメータ制御セクション1716、および反復学習制御セクション1718を含み得る。パラメータ制御セクション1712は、再生モジュール1720、パラメータ調整モジュール1722、およびパラメータ更新モジュール1724を含む。反復学習制御セクション1718は、摂動モジュール1730、コストモジュール1732、勾配モジュール1734、およびアクチュエータパターン更新モジュール1736を含む。様々な実施形態では、制御モジュール1710は、モジュールセクションまたはモジュール1712、1714、1716、1718、1720、1722、1724、1730、1732、1734および1736に関連するコードを実行するプロセッサのうちの1つまたは複数を含む。モジュールセクションまたはモジュール1712、1714、1716、1718、1720、1722、1724、1730、1732、1734および1736の動作は、図18の方法に関して以下で説明する。

【0104】

図7および図16のコントローラ20a、20b、20'および1612aのさらに定義される構造について、以下に提供される図18のフローチャートと以下に提供される「モジュール」という用語に対する定義とを参照のこと。本明細書で開示するシステムは、多数の方法、例、および図18に示す様々な制御システム方法を使用して動作され得る。以下の動作は、図12、図13および図16の実装形態に関して主に説明されるが、動作は、本開示の他の実装形態に適用するために容易に修正され得る。動作は、反復的に実行され得る。以下の動作は、連続的に実行されるように示され、主に説明されるが、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。

【0105】

図18は、上記で説明したIMD軽減システムのフロー図1810を示す。制御は、様々なパラメータが初期化されるブロック1812において開始する。制御は、トリガ事象をモニタするブロック1814に進む。トリガ事象は、パラメータ調整、補正、またはホッピングパターンが、RF発生器1612aによって出力されたRF信号

【0106】

【数15】

【0107】

と適切に連係することを可能にする任意の事象であり得る。ブロック1814は、トリガ事象が発生したかどうかをモニタすることを継続し、そのような事象が発生するまで待ち状態においてループバックする。トリガ事象を検出すると、制御はブロック1816に進み、ブロック1816は、トリガ事象の発生に同期してパラメータ補償パターンの再生を開始する。

【0108】

再生が開始されると、制御は、ブロック1818に進む。ブロック1818において、パラメータ調整が、トリガ事象に対して決定される。様々な実施形態では、補正パターンを形成するパラメータ調整は、図7のバイアスRF発生器712bから出力されたRF信号の順序付けなど、事象を参照して予期されるインピーダンス変動に従って決定される。パラメータ調整または補正が決定されると、通常、トリガ事象に関連して、制御はブロック1820に進み、そこにおいて、パラメータ調整が、パターンの中のパラメータ調整またはオフセットを、RF発生器1612aから出力されたRF信号に適用することなどによって適用される。1つまたは複数の調整または補正は、周波数を含むことができる。制御はブロック1826に進み、ブロック1826は、次のトリガをモニタするための制御に戻る。

【0109】

同じく、図18では、図12の反復学習制御フローチャートをコールするブロック1824が示される。ブロック1824は、パラメータ補償パターンが、ブロック1812への接続によって示すようにトリガ事象の発生前に実行され得ることを示すために鎖線で示される。パラメータ調整パターンは、更新されるまでは固定されたままである。代替手法では、パラメータ調整パターンは、ブロック1818への接続によって示されるように、動的に更新され得る。

【0110】

様々な実施形態では、ブロック1814に関して説明したようなトリガ事象は、バイアスRF発生器712bをソースRF発生器712aもしくは1612aと同期させること、またはそれにより、パラメータ調整は、バイアスRF信号に対して適切に適用され得ることを意図されており、それにより、インピーダンス変動が最小化される。RF発生器712aもしくは1612aと712bとの間の同期は、同期パルスを提供し得るかまたはRF発生器712bから出力されたRF信号を複製し得る制御信号730もしくは730'を使用して発生させることができる。様々な他の実施形態は、RF発生器712bとの同期は、制御信号730もしくは730'などの直接接続、またはRF発生器712aもしくは1612aと712bとの間の他の直接接続なしに発生させることができる。

【0111】

直接接続なしの同期は、インピーダンス変動を分析すること、およびインピーダンス変動を示す信号に位相ロックすることによって達成され得る。たとえば、センサ716aまたは1616aから出力された信号X、Yを分析することによって、インピーダンス変動を示す信号が生成され得る。この信号は、適切なトリガ事象を提供することができる。インピーダンス変動を示す信号は、インピーダンス変動に対して高速フーリエ変換(FFT)を実行することによって展開され得る。この構成では、ソースRF発生器712aまたは1612aは、バイアスRF発生器712bに接続することなく独立型ユニットとして効率的に働くことができる。

【0112】

上記の様々な実施形態において説明されたトリガ事象は、通常、トリガ事象の周期性に関連する。たとえば、制御信号730または730'を出力される、バイアスRF発生器712bから受信される制御信号は、RF発生器712bから出力されるRF信号に従って周期的に繰り返し得る。同様に、インピーダンス変動を示す上記で説明した信号も、それに対する周期性を有し得る。

【0113】

様々な実施形態では、摂動パターンを変動させることが、必要な勾配情報を推定するために採用され得る。非限定的な例として、ビンは、図11のセクション1124、1126に示すように、グループ化され得、ビンのグループは、局所勾配を識別するために同時に摂動を与えられ得る。様々な他の実施形態では、摂動信号の振幅は、コストメトリックの大きさの関数として調整され得る。すなわち、コストメトリックがゼロに近づくにつれて、対応して、摂動の振幅も低減され得る。

【0114】

様々な他の実施形態では、代替基底関数が、最適化されなければならないパラメータの数を低減するために使用され得る。すなわち、図14および図15に関して、波形1414および1514はそれぞれ、補正パターンとして選択され得る。局所勾配を決定して、補正パターンまたはホッピングパターンの各ビンに対する個別のアクチュエータ値を学習するために、各ビンに個別に摂動を与えるのではなく、所定の調整またはホッピングパターンが適用され得、DCオフセットおよび倍率がホッピングパターンを調整するために使用され得る。様々な他の実施形態では、調整パターンまたはホッピングパターンの形状は、変動する動作条件のもとでかなり一貫性があり得る。所定のホッピングパターンを使用し、DCオフセットを変動させて、ホッピングプロファイルまたは補正プロファイルを拡縮するとき、図12および図13で説明した手法が、DCオフセットにおける変動およびホッピングプロファイルの拡縮を決定するために使用され得る。様々な他の実施形態では、DCオフセットおよび直交する初期のホッピングパターンもしくは調整パターン、ならびにDCシフトおよび初期ホッピングパターンの各々に直交しかつ互いに直交する追加の基底ベクトルは、ホッピングパターンのより粒度の細かい特性をキャプチャすることを可能にする。直交基底系が、リアクタにおける製造プロセスステップを開始する前に決定され得るか、またはデータに依存する基底系として動的に学習され得る。

【0115】

上記で説明したシステムおよび方法は、低周波数バイアスRF発生器の存在下で着実な電力供給を維持するソースRF発生器など、周期的負荷障害の存在下でRFソースからの着実な電力供給を可能にする。上記で説明した方法およびシステムは、同じく、同じ負荷に接続された、バイアスRF発生器などの第2の低周波数発生器によって誘導されたIMDを低減することによって、ソースRF発生器における反射電力を顕著に低減することを可能にする。IMDの低減は、ソースRF発生器から供給される同じ電力出力に対して、より低コストのハードウェアを可能にする。

【0116】

本明細書で説明する装置方法は、同じく、自動化手法が、周波数ホッピングパターンまたは補正パターンなど、必要な発生器のアクチュエータプロファイルを決定することを可能にする。それは、低周波数バイアスRF発生器の周期と同期して作動される。本明細書で説明するシステムおよび方法は、同じく、非線形リアクタにおける半導体製造の間に、低減された反射電力プロファイルを介して着実に供給される電力を維持することを可能にする。この自動化同調手法は、より遅く、かつ動的に実装され得ない手動実装手法を改善する。

【0117】

結論
前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その適用例、または使用を制限することを決して意図するものではない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施され得る。それゆえ、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、他の修正形態が明らかになるため、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。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)実行され得ることを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、いくつかの特徴を有する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たそれらの特徴のうちの任意の1つまたは複数は、たとえその組合せが明示的に説明されていなくても、他の実施形態のうちのいずれかの特徴の中で実施され得、および/またはその特徴と組み合わされ得る。言い換えれば、説明する実施形態は、互いに排他的ではなく、1つまたは複数の実施形態を互いに再配列しても、本開示の範囲内に留まる。

【0118】

要素間(たとえば、モジュール、回路要素、半導体層などの間)の空間的および機能的関係は、「接続されて」、「係合されて」、「結合されて」、「隣接して」、「隣に」、「上に」、「上方に」、「下方に」、および「配置されて」を含む様々な用語を使用して説明される。「直接的」であると明示的に説明されない限り、第1の要素と第2の要素との間の関係が、上記の開示の中で説明されるとき、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場合に直接的関係であり得るが、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のいずれかで)存在する場合、間接的関係でもあり得る。

【0119】

A、BおよびCのうちの少なくとも1つというフレーズは、非排他的論理和ORを使用して論理(A OR B OR C)を意味するもの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」を意味するものと解釈されるべきではない。サブセットという用語は、必ずしも、適切なサブセットを要求するとは限らない。言い換えれば、第1のセットのうちの第1のサブセットは、第1のセットと同延であり得る(等しくあり得る)。

【0120】

図において、矢頭(arrowhead)によって示される矢印の方向は、一般に、例示に対して関心のある情報(データまたは命令など)の流れを示す。たとえば、要素Aと要素Bとが種々の情報を交換するが、要素Aから要素Bに伝達された情報が例示に関連するとき、矢印は要素Aから要素Bに向けて指してよい。この単方向矢印は、要素Bから要素Aに伝達される他の情報はないことを暗示するものではない。さらに、要素Aから要素Bに送られる情報に対して、要素Bは、情報に対する要求を、または情報の受信確認を、要素Aに送ってもよい。

【0121】

本出願では、以下の定義を含めて、「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」という用語で置き換えられてもよい。「モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタルの、アナログの、もしくはアナログ/デジタル混合のディスクリート回路、デジタルの、アナログの、もしくはアナログ/デジタル混合の集積回路、組み合わせ論理回路、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(共有の、専用の、もしくはグループの)プロセッサ回路、プロセッサ回路によって実行されるコードを記憶する(共有の、専用の、もしくはグループの)メモリ回路、説明した機能性を提供する他の好適なハードウェア構成要素、またはシステムオンチップの中などの上記の一部もしくは全部の組合せ、の一部であることまたはそれらを含むことを指す場合がある。

【0122】

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)またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)に接続するワイヤードまたはワイヤレスインターフェースを実装し得る。LANの例には、電気電子技術者協会(IEEE)標準802.11-2016(WIFIワイヤレスネットワーク規格としても知られている)と、IEEE標準802.3-2015(イーサネットワイヤードネットワーク規格としても知られている)とがある。WPANの例には、IEEE標準802.15.4(ZigBeeアライアンスからのZIGBEE規格を含む)と、Bluetooth特別興味グループ(SIG:Special Interest Group)からの、BLUETOOTHワイヤレスネットワーク規格(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)とがある。

【0123】

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、他のモジュールと直接論理的に通信するように示され得るが、様々な実施形態では、モジュールは、通信システムを介して実際に通信し得る。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、物理および/または仮想ネットワーク機器を含む。いくつかの実装形態では、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WANを横断する(traverse)。たとえば、通信システムは、インターネット上で、またはマルチプロトコルラベルスイッチング(MPLS:Multiprotocol Label Switching)および仮想プライベートネットワーク(VPN:virtual private networks)を含む技術を使用してポイントツーポイント専用線上で、互いに接続された複数のLANを含み得る。

【0124】

様々な実装形態では、モジュールの機能性は、通信システムを介して接続された複数のモジュールの間で分配され得る。たとえば、複数のモジュールは、負荷分散システムによって分配された同じ機能性を実装し得る。さらなる例では、モジュールの機能性は、サーバ(リモートまたはクラウドとしても知られている)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得る。たとえば、クライアントモジュールは、クライアントデバイス上でかつサーバモジュールとのネットワーク通信において実行するネイティブまたはウェブアプリケーションを含み得る。

【0125】

モジュールの一部または全部のハードウェア特徴は、IEEE標準1364-2005(一般に「ヴェリログ」と呼ばれる)およびIEEE標準1076-2008(一般に「VHDL」と呼ばれる)など、ハードウェア記述のための言語を使用して定義され得る。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得る。いくつかの実装形態では、モジュールの一部または全部の特徴は、以下で説明するコードとハードウェア記述との両方を包含するIEEE 1666-2005(一般に「SystemC」と呼ばれる)などの言語によって定義され得る。

【0126】

上記で使用したコードという用語は、ソフトウェア、ファームウェアおよび/またはマイクロコードを含んでよく、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す場合がある。共有プロセッサ回路(shared processor circuit)という用語は、複数のモジュールからの一部または全部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一部または全部のコードを実行する1つのプロセッサ回路を包含する。複数のプロセッサ回路に対する参照は、複数のディスクリート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(shared memory circuit)という用語は、複数のモジュールからの一部または全部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一部または全部のコードを記憶する1つのメモリ回路を包含する。

【0127】

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、(搬送波上などで)媒体を通って伝搬する一時的な電気または電磁信号を包括するものではなく、コンピュータ可読媒体という用語は、それゆえ、触知できる非一時的なものと見なされ得る。非一時的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、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ回路、またはマスクリードオンリーメモリ回路など)、揮発性メモリ回路(静的ランダムアクセスメモリ回路または動的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)、および光記憶媒体(CD、DVD、またはブルーレイディスクなど)である。

【0128】

本出願で説明する装置および方法は、コンピュータプログラム内に具現化された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生成される専用コンピュータによって部分的または全体的に実装され得る。上記で説明した機能ブロックおよびフローチャート要素は、ソフトウェア仕様としての役目を果たし、ソフトウェア仕様は、熟練の技術者またはプログラマーのルーチンワークによってコンピュータプログラムに翻訳され得る。

【0129】

コンピュータプログラムは、少なくとも1つの非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶される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、同じく、記憶されたデータを含み得るか、または記憶されたデータに依存し得る。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相互作用するベーシックインプット/アウトプットシステム(BIOS)、専用コンピュータの特定のデバイスと相互作用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。

【0130】

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)、JSON(JavaScriptオブジェクト表記)パースされるべき記述文、(ii)アセンブリコード、(iii)コンパイラによってソースコードから生成されるオブジェクトコード、(iv)インタ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るコンパイルおよび実行のためのソースコードなどを含み得る。単に例として、ソースコードは、C、C++、C#、ObjectiveC、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java(登録商標)、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、JavaScript(登録商標)、HTML5(ハイパーテキストマークアップ言語第5改訂版)、Ada、ASP(アクティブサーバページ)、PHP(PHP:ハイパーテキストプリプロセッサ)、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)を含む言語からのシンタックスを使用して記述され得る。

【符号の説明】

【0131】

20a コントローラ
20b コントローラ
20' コントローラ
110 誘導結合プラズマ(ICP)システム
112 プラズマチャンバ
114 プラズマ
116 内部コイル
118 外部コイル
120 電源
122 電源
124 誘電体窓
126 基板
128 電源
210 容量結合プラズマ(CCP)システム
212 プラズマチャンバ
214 プラズマ
216 電極
218 電極
220 電源
222 電源
310 デュアル電力入力プラズマシステム
312 第1の電極
314 接地
316 第2の電極
318 RF電源
320 第2の電源
322 プラズマ
324 プラズマチャンバ
326 表面積、電極
328 表面積、電極
330 シース
332 接地シース
334 給電シース
410 中央ピーク
412 ピーク
414 ピーク
512 順方向電力
514 逆方向電力、反射電力
516 電圧波形
612 順方向電力
614 反射電力
616 電圧
712a 無線周波数(RF)発生器、電源、ソースRF発生器
712b 無線周波数(RF)発生器、電源、バイアスRF発生器
714a RF電源または増幅器
714b RF電源または増幅器
716a RFセンサ
716b RFセンサ
718 整合ネットワーク
718a 整合ネットワーク
718b 整合ネットワーク
720 コントローラ
720a プロセッサ、コントローラ、制御モジュール
720b プロセッサ、コントローラ、制御モジュール
720' コントローラ
722a RF電力信号
722b RF電力信号
724a X信号
724b Y信号
726a X信号
726b Y信号
728a 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
728b 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
730 制御信号
730' 制御信号
732 負荷
734 バイアス検出器
736 リンク
738 リンク
742 デジタル通信ポート
750 デジタル通信ポート
756 デジタル通信ポート
810 RF信号
812 パルス
814 周期、領域
816 周期、領域
912 波形
914 波形
916 波形
918 波形
1012 波形
1014 波形
1016 順方向電力
1018 逆方向電力
1112 波形
1124 セクション
1126 セクション
1310 機能ブロック図
1312 信号調整モジュール
1314 摂動発生器
1316 センサモジュール
1318 プラント、システム
1320 コストモジュール
1322 合成勾配モジュール
1334 更新モジュール
1336a メモリ
1336b 参照テーブル(LUT)
1336c 調整パターン
1412 波形
1414 波形
1418 反射電力
1512 波形
1514 波形
1518 反射電力
1612a コントローラ、ソースRF発生器
1614a RF電源
1616a センサ
1620a コントローラ
1636 振幅パラメータ制御セクション
1640 モジュール、再生モジュール
1642 モジュール、パラメータ調整モジュール
1644 モジュール、更新モジュール
1710 制御モジュール
1712 モジュールセクション、モジュール、電力発生モジュール
1714 モジュールセクション、モジュール、インピーダンス整合モジュール
1716 モジュールセクション、モジュール、パラメータ制御セクション
1718 モジュールセクション、モジュール、反復学習制御セクション
1720 モジュールセクション、モジュール、再生モジュール
1722 モジュールセクション、モジュール、パラメータ調整モジュール
1724 モジュールセクション、モジュール、パラメータ更新モジュール
1730 モジュールセクション、モジュール、摂動モジュール
1732 モジュールセクション、モジュール、コストモジュール
1734 モジュールセクション、モジュール、勾配モジュール
1736 モジュールセクション、モジュール、アクチュエータパターン更新モジュール

【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17】

【図18】

【国際調査報告】