KR20200067869A - 정합된 소스 임피던스 구동 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

레퍼런스 포인트에서 (예컨대, 발생기 출력에서) 유효 소스 임피던스 (Z g ) 를 갖는 무선 주파수 (RF) 발생기는 레퍼런스 입력을 포함하고, 레퍼런스 포인트에서의 K(v + Z g i) 의 레퍼런스 입력에서 수신된 신호의 위상에 관한 크기 및 위상을 제어하며, 여기서, v 및 i 는, 각각, 레퍼런스 포인트에서의 전압 및 레퍼런스 포인트에서의 발생기로부터의 전류이고, K 는 스칼라이다. 발생기는, 전력을 전달할 때와 흡수할 때 K(v + Z g i) 의 제어를 유지한다.

Description

정합된 소스 임피던스 구동 시스템 및 그 동작 방법
관련 출원에 대한 상호참조
본 특허 협력 조약 (PCT) 출원은 "Matched Source Impedance Driving System and Method of Operating the Same" 의 명칭으로 2017년 10월 11일자로 출원된 미국 특허출원 제15/730,131호와 관련되고 그 우선권을 주장하며, 그 전체 내용들은 본 명세서에 모든 목적들로 참조로 통합된다.
기술분야
본 개시의 양태들은 플라즈마 프로세싱 시스템들을 구동하기 위한 개선된 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
플라즈마 프로세싱 시스템들은 에칭 프로세스들을 사용하여 기판으로부터 막들을 제거하기 위해 뿐만 아니라 화학 기상 증착 (CVD) 및 물리 기상 증착 (PVD) 과 같은 프로세스들을 사용하여 기판 상에 박막들을 퇴적 (deposit) 하는데 사용된다. 플라즈마는 종종, 저압에서 플라즈마 챔버로 주입된 가스들로 충진된 플라즈마 챔버에 무선 주파수 (RF) 또는 직류 (DC) 발생기들을 커플링함으로써 생성된다. 통상적으로, RF 전력은 임피던스 정합 네트워크에 커플링된 RF 발생기를 사용하여 플라즈마 챔버에 인가된다. 정합 네트워크는, 차례로, 플라즈마에 커플링하는 안테나에 커플링된다. 이러한 어플리케이션에서 사용된 일반적인 안테나들은 용량성 커플링된 전극들 및 유도성 커플링된 코일들이다.
기판의 표면에 걸쳐 균일한 퇴적 또는 에칭 레이트들을 유지하는 것이 필수적이다. 챔버에서의 전자기 필드 분포에 대한 제어는 균일한 퇴적 및 에칭 레이트들을 달성함에 있어서의 팩터이다. 전자기 필드 분포는, 다중의 입력들을 갖는 안테나들 또는 다중의 안테나들을 사용함으로써 그리고 제어된 진폭 및 상대 위상들로 안테나 입력들을 구동함으로써 개선될 수 있다. 요구된 진폭 및 위상 관계들로 다중의 안테나 입력들을 구동하기 위해 단일 RF 발생기로부터 출력을 분리하는 것은 구현하기 어렵다. 안테나 입력들에 커플링된 별도의 RF 발생기들을 사용하는 것은, 다른 도전들 중에서, 입력들 사이의 강한 커플링으로 발생기들 사이의 바람직하지 않은 상호작용을 야기할 가능성 때문에 새로운 타입의 RF 발생기를 요구한다. 이들 관찰들을 고려하여, 다른 것들 중에서, 본 개시의 양태들이 상정되었다.
일 실시형태에 따르면, 레퍼런스 포인트에서 (예컨대, 발생기 출력에서) 유효 소스 임피던스 (Z g ) 를 갖는 무선 주파수 (RF) 발생기는 레퍼런스 입력을 포함하고, 레퍼런스 포인트에서의 K(v + Z g i) 의 레퍼런스 입력에서 수신된 신호의 위상에 관한 크기 및 위상을 제어하며, 여기서, v 및 i 는, 각각, 레퍼런스 포인트에서의 전압 및 레퍼런스 포인트에서의 발생기로부터의 전류이고, K 는 스칼라이다. 또다른 실시형태에 있어서, 발생기는, 전력을 전달할 때와 흡수할 때 K(v + Z g i) 의 제어를 유지한다.
본 개시의 기술의 다양한 특징들 및 이점들은, 첨부 도면들에 예시된 바와 같이, 이들 기술들의 특정 실시형태들의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면들은 반드시 스케일링할 필요는 없지만; 대신, 기술적 개념들의 원리들을 예시하는 것이 강조되는 것에 유의해야 한다. 또한, 도면들에 있어서, 동일한 참조 문자들은 상이한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭할 수도 있다. 도면들은 본 개시의 오직 전형적인 실시형태들만을 도시하며, 따라서, 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다.
도 1 은 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 챔버 상에 구현될 수도 있는 예시적인 정합된 소스 임피던스 구동 시스템을 예시한다.
도 2 는 부하에 연결된 RF 발생기의 테브넹 등가 회로를 예시한다.
도 3a 는 본 개시의 일 실시형태에 따른, 도 1 의 시스템과 함께 사용될 수도 있는 예시적인 RF 발생기를 예시한다.
도 3b 는 본 개시의 일 실시형태에 따른, 도 3a 의 RF 발생기와 함께 사용될 수도 있는 예시적인 필터를 예시한다.
도 4 는 본 개시의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 시스템을 구동하기 위해 준비하도록 수행될 수도 있는 예시적인 프로세스를 예시한다.
도 5 는 본 개시의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 시스템을 구동하도록 수행될 수도 있는 예시적인 프로세스를 예시한다.
도 6 은 본 개시의 일 실시형태에 따른 예시적인 컴퓨터 시스템을 예시한다.
본 개시의 실시형태들은, 플라즈마 챔버의 다중의 입력들을 구동하기 위해 소스의 소스 임피던스에 관하여 계산된 포워드 전력을 전달하도록 각각의 소스가 제어되는 다중의 위상 록킹 소스들 (RF 발생기들) 을 사용하는 멀티-입력 플라즈마 챔버에 대해 정합된 소스 임피던스 구동 시스템을 제공한다. 종래의 기법들이 플라즈마 챔버에 대한 다중의 안테나 입력들을 구동하기 위해 단일 RF 발생기 및 고정 또는 가변 분배 네트워크로 구현되었지만, 실제로, 입력들 사이에 적절한 진폭 및 위상 관계들을 유지하면서 동시에 잘 정합된 임피던스들을 발생기의 출력들에 제공하는 것은 어려웠다. 본 개시의 실시형태들은, 전력을 전달할 때와 흡수할 때 일부 레퍼런스 포인트 (통상적으로, 발생기의 출력) 에서 전압과 전류의 선형 조합의 레퍼런스 입력에서 제공된 입력 신호에 관한 크기 및 위상을 제어하는 RF 발생기를 제공함으로써, 다른 문제들 중에서, 이러한 문제에 대한 솔루션을 제공한다. 전압과 전류의 이러한 선형 조합이 발생기의 소스 임피던스에 의해 승산된 전압과 전류의 합 곱하기 스칼라로서 선택되면, 제어된 수량 (유효하게, 산란 파라미터들의 이론에서 조우되는 바와 같은 포워드 또는 입사 컴포넌트 곱하기 스칼라) 은 발생기에 제시된 임피던스에 둔감하다. 부가적으로, RF 주파수들에서 병렬의 더 작은 전류 소스들을 활용하는 것은 그러한 접근법이 무한 레퍼런스 임피던스 시나리오들에 대해 매력적이게 할 수 있다.
플라즈마 챔버에서 균일한 플라즈마 여기를 달성하기 위하여, 여기 안테나에 대한 다중의 입력들이 활용될 수도 있으며, 이는 다중의 입력들 사이의 특정 진폭 및 위상 관계로 코히어런트하게 구동될 수도 있다. 일단 플라즈마 챔버에서 원하는 전자기 필드를 생성하는 여기가 (이론적으로 또는 실험을 통해) 결정되면, 여기는 다수의 방식들로 명시될 수 있다. 예를 들어, 모든 N개의 입력들에서의 전압들이 기록되면, N개의 입력들에서의 전압들을 명시하는 것은 원하는 여기의 하나의 사양이다. 대안적으로, 요구된 전압들이 시스템, 및 측정된 N개의 입력 전류들에 인가될 수도 있다. N개의 입력 전류들을 명시하는 것은 (시스템이 잘 거동되고, 일부 비선형 시스템들이 허용할 수도 있을 때 다중의 솔루션들을 허용하지 않는다고 가정하면) 챔버에서 동일한 전자기 필드를 생성하는 등가 사양이다. 일반적으로, 각각의 입력에서, 원하는 여기와 등가인 전압과 전류의 선형 조합이 명시될 수도 있다. 다중의 입력들을 구동하기 위해 여기가 어떻게 명시되는지의 선택 (예컨대, 포워드 컴포넌트와 같은 전압, 전류, 또는 이들의 조합) 은 종종, 플라즈마 프로세싱 장비의 사용자에 의해 종종 결정되기 때문에, 입력들을 구동하는데 사용된 소스들의 제공자의 제어 하에 있지 않다. 주어진 명시된 여기에 대해, 발생 장비에 대한 소스 임피던스의 올바른 선택이 종종 중요하다. 예를 들어, 진폭 및 위상 관계가 포워드 전압 (즉, 레퍼런스 임피던스에 의해 승산된 전압 플러스 전류) 으로서 명시되면, 레퍼런스 임피던스와 동일한 소스 임피던스를 갖는 발생기로 입력들을 구동하는 것은 제어 문제를 극적으로 단순화시키는데, 왜냐하면, 그 경우, 제어된 변수는 플라즈마 시스템에 의해 발생기에 제시된 임피던스에 둔감하기 때문이다.
중요한 제어 파라미터는 플라즈마 시스템에 전달된 총 전력이다. 안테나 입력들에 전력을 분배하기 위해 단일 발생기 및 분배 네트워크를 사용하는 것은 플라즈마 시스템에 전달된 총 전력의 단순한 제어를 허용한다. 하지만, 전압과 전류의 선형 조합을 제어하는 것은 전달된 전력을 직접 제어하지 않는다. (전압과 전류의 선택된 선형 조합에 대한 동일한 값은 발생기에 제시된 임피던스에 의존하여 전달된 전력의 상이한 값들을 야기할 것임). 플라즈마 부하의 비선형 특성 뿐 아니라 그 타겟 값들에 도달하는 개별 발생기들 사이의 지연들 및 플라즈마 부하의 변동들은, 개별 발생기들이 전압과 전류의 그 타겟화된 선형 조합들에 접근하는 동안 플라즈마에 과도한 전력이 전달되는 것을 야기할 수 있다. 전압과 전류의 선형 조합을 제어하는 것에 부가하여, 각각의 개별 발생기는 전달된 전력 및 일부 레퍼런스 임피던스에 관하여 계산된 포워드 전력과 반사 전력의 조합과 같은 파라미터들에 대한 제한들을 가질 것이 고려된다. 또한, 개별 발생기들은 전압, 전류, 임피던스, 전달된 전력, 포워드 전력, 및 반사 전력, 또는 이들 측정치들의 파생물들 (예컨대, 부하 반사 계수, 무효 전력 등) 로부터 선택된 측정치들을, 총 전달된 전력 목표 및 개별 발생기에 의해 전달된 최대 전력, 입력 또는 입력들에서의 최대 전압 등과 같은 다른 기준들의 준수를 보장하기 위해 각각의 발생기에 대한 전압과 전류의 타겟화된 선형 조합을 조정할 마스터 제어기에 리포팅할 것이 고려된다. 그러한 전력 제어가 수행되면, 안테나 입력들에서의 전압과 전류의 선형 조합들은, 일부 경우들에 있어서, 오직 스케일 팩터까지만 제어될 수도 있다. 예를 들어, 개별 발생기들에 대한 설정포인트들이 (s1, s2,… sN) 이면, 총 전달된 전력 요건을 만족시키면서 스케일 팩터까지 입력들을 유지하기 위하여 설정포인트들은 k(s1, s2,… sN) 으로 조정할 수 있으며, k 는 실수이다.
전압과 전류의 특정 선형 조합들은 다른 것들보다 챔버에서 원하는 전자기 필드에 더 밀접하게 관련될 수도 있다 (예컨대, 안테나가 플라즈마에 자기적으로 커플링되면, 전류는 전압보다 전자기 필드에 더 밀접하게 관련될 수도 있고; 안테나가 플라즈마에 용량성으로 커플링되면, 전압은 전류보다 전자기 필드에 더 밀접하게 관련될 수도 있음). 발생기를 플라즈마 시스템의 변동들에 둔감하게 하는 전압과 전류의 선형 조합이 전자기 필드 분포를 플라즈마 시스템의 작은 변화들에 민감하게 하는 상황들이 발생할 수도 있다. 그러한 경우, 플라즈마 챔버에서 전자기 필드에 밀접하게 관련되는 전압과 전류의 그 선형 조합들을 유지하기 위하여 발생기들에게 주어진 설정포인트들을 조정함으로써, 전자기 필드 변동에 대한 정밀한 제어가 획득될 수도 있다. 요구된 조정들은, 동작 포인트 주위의 시스템의 선형화된 응답을 결정하기 위해 발생기 설정포인트들을 섭동시키는 것, 및 그 다음, 발생기 설정포인트들에 대한 조정들을 계산하는 것에 의해 결정될 수도 있다. 그러한 계산들을 가능케 하기 위해, 전압과 전류의 2개의 선형적으로 독립적인 조합들이 각각의 발생기로부터 획득되어야 한다 (예컨대, 전압 및 전류; 또는 비-제로 저항 부분을 갖는 임피던스에 관하여 계산된 포워드 전력 및 반사 전력; 또는 전압 플러스 전류 및 전압 마이너스 전류 등).
그 프로세스를 예시하기 위해, k번째 안테나 입력에 연결된 k번째 발생기의 발생기 소스 임피던스에 정합하는 전압과 전류의 선형 조합을 f k 로 하고, 발생기로부터 획득된 전압과 전류의 제 2 선형 독립 조합을 r k 로 한다. f k 및 r k 를 각각 k번째 안테나 입력에서의 전압과 전류 (v k 및 i k ) 와 관련시키는 매트릭스로서 A k 를 정의한다:
Figure pct00001
전자기 필드 분포를 플라즈마 시스템의 작은 변화에 둔감하게 하는 k번째 안테나 입력에서의 전압과 전류의 선형 조합을 c k 로 한다. c k 를 v k 및 i k 와 관련시키는 매트릭스로서 C k 를 정의한다:
Figure pct00002
동작 포인트 주위의 시스템의 선형화된 응답을 H 로 한다. Δ 가 (일반적으로 작은) 변화를 나타내면:
Figure pct00003
이다.
선형화된 응답 매트릭스 (H) 는 다음과 같이 한번에 하나의 발생기를 섭동시킴으로써 열 단위로 결정될 수 있다:
Figure pct00004
원하는 전자기 필드 분포를 야기하는 c k 의 값들이 알려진다고 가정하면 그리고 c k 의 전류 값들이 f k 및 r k 로부터 계산될 수 있기 때문에, 원하는 값들을 달성하기 위한 c k 의 원하는 변화 (Δc k ) 가 k = 1,2,… N 에 대해 알려진다. I k 가 N 바이 N 아이덴티티 매트릭스의 k번째 행이면:
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
이다.
H 는 원하는 값들로 수렴하기 위해 원하는 c k 를 달성하도록 f k 를 조정하는 반복 프로세스에 대해 정확히 알려져야 하는 것은 아님을 유의한다. H 를 결정하기 위해 발생기들을 섭동시키는 단계는 H 에 대한 좋은 근사치가 알려지는 경우 완전히 생략되거나, 또는 경우에 따라 가끔 산출되거나 매번 산출될 수 있다. 매트릭스 M 이 가역임이 가정됨을 유의한다 - 이는 항상 그런 것은 아닐 수도 있으며, 일부 경우들에 있어서, M 은 이 프로세스가 작동하지 않을 정도로 조건이 좋지 않을 수도 있지만 다수의 어플리케이션들에서 이 프로세스는 원하는 c k 로의 수렴을 야기할 수도 있음이 예상된다.
플라즈마 챔버들의 제공자들은, 명시된 전압들에 대응하는 제로 레퍼런스 임피던스, 및 플라즈마 챔버를 에너자이징하기 위한 명시된 전류들에 대응하는 무한 레퍼런스 임피던스와 같은 제한적인 케이스를 명시할 수도 있다. 이들 제한적인 케이스들에 있어서, 적절한 발생기들은 제로 레퍼런스 임피던스 케이스에 대한 전압 소스들 및 무한 레퍼런스 임피던스 케이스에 대한 전류 소스들이다. 하지만, 단일 발생기로부터 출력을 분리하고 가변 임피던스 엘리먼트들을 사용하여 원하는 위상 및 진폭 관계들을 달성하는 종래의 기법들은 고비용이고 구현하기가 상대적으로 어려웠다.
도 1 은 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 챔버 (102) 의 안테나들 (예컨대, 전극들) (112) 을 구동하는데 사용될 수도 있는 예시적인 정합된 소스 임피던스 구동 시스템 (100) 을 예시한다. 플라즈마 챔버 (102) 는 프로세싱 (예컨대, 퇴적 또는 에칭) 을 위한 플라즈마 (104) 및 기판 (106) 을 포함하는데 사용되는 인클로저를 포함한다. 본 개시의 실시형태들에 따르면, 정합된 소스 임피던스 구동 시스템 (100) 은 레퍼런스 신호 (110) 뿐 아니라 레퍼런스 포인트 (122) 에서 전압 (124) 과 전류 (126) 의 선형 조합을 측정하도록 각각 구성된 다중의 RF 발생기들 (108) 을 포함한다. 발생기들은 추가로, 전력을 전달할 때와 흡수할 때, 전압과 전류의 이러한 선형 조합의, 레퍼런스 신호에 관한, 크기 및 위상을, 시스템 제어기 (116) 로부터 수신된 타겟 값으로 조정한다.
플라즈마 챔버 (102) 는, 기판 (106) 을 프로세싱하기 위해 플라즈마를 발생 가능한 임의의 타입일 수도 있다. 예를 들어, 비록 플라즈마 챔버 (102) 가 3개의 안테나들 (112) 을 갖는 것으로 도시되지만, 플라즈마 챔버 (102) 는 임의의 적합한 수량의 안테나들 (112) 또는 단일 또는 다중의 안테나(들)에 대한 단일 또는 다중의 입력들을 가질 수도 있음이 이해되어야 한다. 부가적으로, 플라즈마 챔버 (102) 는 플라즈마 챔버 (102) 내에 (전극들 (112) 대신) 와이어의 다중 코일들을 포함할 수도 있음이 고려되며, 그 코일들은 플라즈마 챔버 (102) 로 전자기 에너지를 방출하기 위한 안테나들로서 기능한다. 레퍼런스 신호 (110) 는 신호 발생기 (114) 에 의해 또는 발생기들 (108) 중 하나에 의해 제공될 수도 있다. 발생기들은 또한, 전력이 플라즈마 시스템에 전력을 전달하는 발생기들 (108) 에 의해 흡수되고 플라즈마 시스템으로부터 전력을 흡수하는 발생기들 (108) 에 의해 리턴될 수도 있는 (전력 레일 (120) 위의) 공통 DC 공급부 (118) 를 공유할 수도 있다.
플라즈마 챔버에서 균일한 플라즈마 여기를 달성하기 위하여, 여기 안테나에 대한 다중의 입력들이 활용될 수도 있다. 이들 입력들은 입력들 사이의 특정한 명시된 진폭 및 위상 관계로 코히어런트하게 구동된다. 현재의 최신 기술은 다중의 안테나 (예컨대, 전극) 입력들을 구동하기 위해 고정된 또는 가변의 분배 네트워크와 커플링된 단일 RF 발생기를 사용하였다. 실제로, 요구된 진폭 및 위상 관계들을 유지하고 그리고 동시에 단일 RF 발생기에 잘 정합된 임피던스를 제공하는 것은 어렵다. 그 문제는, 다중의 위상 록킹 발생기들이 별도의 전극 입력들을 구동하는데 사용된다면 단순화될 수 있다. 하지만, 빈번히 발생하는 복잡성은, 발생기들 중 일부가 요구된 진폭 및 위상 관계들을 유지하기 위하여 전력을 흡수할 필요가 있을 수도 있다는 것이다. 하지만, 종래의 발생기들은 제어된 방식으로 전력을 흡수하도록, 즉, 전력을 흡수하는 동안 발생기 출력 또는 일부 다른 정의된 레퍼런스 포인트에서 전압과 전류의 일부 선형 조합의 명시된 진폭 및 상대 위상을 제공하도록, 설계되지 않는다.
제어된 방식으로 전력을 흡수하기 위한 능력에 부가하여, 발생기의 소스 임피던스를 전압과 전류의 요청된 선형 조합에 정합시켜 그 요청된 조합이 플라즈마의 변화들에 덜 민감하게 하는 것이 또한 유용할 수도 있다. 예를 들어, 진폭 및 위상 관계가 포워드 (입사) 컴포넌트로서 명시되면 (즉, (v + Z o i)/[2√Real(Z o )], 여기서, v 는 전압이고 i 는 전류이고 Z o 는 레퍼런스 임피던스임), 이 레퍼런스 임피던스와 동일한 소스 임피던스를 갖는 발생기로 입력을 구동하는 것은 제어 문제를 극적으로 단순화시키는데, 왜냐하면 그 경우, 제어된 변수, 즉, 포워드 (입사) 컴포넌트는 플라즈마 시스템에 의해 발생기에 제시된 임피던스에 둔감하기 때문이다. 빈번히, 명시된 전압들에 대응하는 제로 레퍼런스 임피던스 및 명시된 전류들에 대응하는 무한 레퍼런스 임피던스와 같은 제한적인 케이스가 명시된다. 제한적인 케이스들에 있어서, 적절한 발생기들은 각각 전압 소스들 및 전류 소스들이다.
도 2 는 부하 (206) 와 커플링된 일부 레퍼런스 포인트 (통상적으로, 발생기의 출력) 에서 유효한 RF 발생기 (108) 의 테브넹 등가 회로 (208) 를 예시한 다이어그램 (200) 이다. 그러한 테브넹 등가 회로는 실제 발생기들의 거동을 상당히 잘 모델링하는 것이 알려져 있다 (미국 특허출원 제20150270104호 참조). 테브넹 등가 회로 (208) 는, 도시된 바와 같이, 테브넹 등가 임피던스 (Z o ) (204) 와 커플링된 테브넹 등가 전압 소스 (V) (202) 를 포함한다. 부가적으로, 테브넹 등가 회로 (208) 는, 부하 임피던스 (Z L ) (206) 이 커플링되는 출력을 갖는다. 발생기 (108) 의 소스 임피던스는 테브넹 등가 임피던스 (204) 이다.
포워드 컴포넌트의 제곱된 크기가 부하 상에 입사하는 포워드 전력이 되도록 스케일링되는, 부하 (206) 에 대한 인터페이스에서의 발생기의 관점으로부터의 발생기 소스 임피던스에 관하여 계산된 포워드 (입사) 컴포넌트는:
Figure pct00008
이다.
여기서, v 는 발생기의 출력 전압이고, i 는 발생기 (208) 로부터의 전류이다.
Figure pct00009
이기 때문에, 이는, 포워드 컴포넌트 (
Figure pct00010
) 가 V 에 비례하고 부하 임피던스 (Z L ) (206) 에 독립적임을 따른다. 발생기의 이러한 모델에 있어서, V 는 발생기 전력 증폭기 또는 컨버터에 대한 고정된 제어 입력에 대해 고정된 채로 유지하는 경향이 있다. 따라서, 발생기 소스 임피던스에 의해 승산된 전압 플러스 전류 곱하기 스칼라를 제어하는 것은 제어된 수량이 부하 임피던스에 둔감하게 한다.
특정 예에 있어서, 2개의 안테나들 (112) 이 단일 주파수 (예컨대, 13.56 MHz) 에서 2개의 RF 발생기들 (108) 에 의해 구동된다. 이러한 예는, 동일한 플라즈마 챔버 (102) 에 커플링된 동일하거나 다른 주파수 (예컨대, 2 MHz) 에서 구동되는 대응하는 입력들을 가능하게 또한 갖는 추가적인 안테나들 (112) 의 존재를 배제하지 않는다. 부가적으로, 본 예는 오직 여기 주파수에서의 전자기 필드들, 전압들, 및 전류들에만 관련되며 고조파 컨텐츠, 믹싱 곱들 및 상호변조 곱들과는 관련이 없지만, 그것은 중요할 수도 있다.
안테나 (112) 입력에서 제어할 대상의 선택은 다소 임의적이다. 예를 들어, 각각의 입력에서의 전압들의 진폭들 및 상대 위상들이 필드 분포가 원하는 바와 같을 때 측정되면, 그들 전압들을 동일한 시스템에 복제하는 것은 동일한 필드 분포를 야기할 것이다. 대안적으로, 일부 입력들에서의 전류 및 다른 입력들에서의 전압들이 제어될 수 있다. 일반적으로, 각각의 안테나 (112) 에서의 전압들과 전류들의 선형 조합을 제어하는 것은 전기 필드 분포를 제어한다. 이러한 특정 예에 있어서, 입력들은, 전류 및 전압이 명백하게 정의될 수 있는 입력들로 제한될 것이다.
각각의 안테나 (112) 입력에서의 전압과 전류의 선형 조합을 제어하는 것은 모든 입력 전압들 및 모든 입력 전류들을 제어한다. 따라서, 측정을 통해 또는 계산을 통해 (네트워크의 속성들이 알려져 있다고 가정) 입력 조건들의 일 세트가 주어지면, 모든 입력들에서의 모든 전압들 및 모든 전류들이 알려진다. 따라서, 안테나들 (112) 의 입력들에서의 전압들 (v) 과 전류들 (i) 의 선형 조합들의 임의의 일 세트는 전압들과 전류들의 선형 조합들의 상이한 세트로 변환될 수 있다. 예를 들어, 일 입력에서의 10.0 암페어 (10 + j0) 및 제 2 입력에서의 (3 + j5) 암페어의 원하는 여기가 주어지면, 전류들은, 이러한 여기 하에서 측정된 입력들 및 그 입력들에서의 전압들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 여기 하에서, 제 1 및 제 2 입력들에서의 전압들이 각각 (55 - j20) 볼트 및 (-2 - j3) 볼트로서 측정되면, 다음의 시스템들 중 임의의 시스템은, 발생기들 (소스들) 이 플라즈마 부하에 둔감한 시스템을 야기할 것이다:
1) (10 + j0) A 및 (3 + j5) A 의 사양을 갖는, 2개의 입력들을 구동하기 위한 2개의 전류 소스들을 사용함: 그리고
2) (58.5 + j0) V 및 (-0.85 - j3.5) V 의 사양을 갖는 2개의 전압 소스들을 사용함;
3) 0°의 포워드 컴포넌트 각도인 1542 W 포워드 전력 및 61°의 포워드 컴포넌트 각도인 415 W 포워드 전력을 갖는 2개의 50 옴 소스 임피던스 발생기들을 사용함.
4) 39.4°의 포워드 컴포넌트 각도인, 3 - j2 옴에 관하여 계산된 27.1 W 포워드 전력 및 (58.52 + j0) V 의 사양을 갖는 3 - j2 옴 소스 임피던스 발생기 및 전압 소스를 사용함.
이러한 예에 대해, 모든 경우들에 있어서, 제 1 발생기는 550 W 를 5.5 - j2 옴 부하로 전달하고 제 2 발생기는 -0.62 + j0.03 옴 부하로부터 21 W 를 흡수하고 그리고 이러한 타입의 다수의 더 많은 예들이 존재함을 유의한다.
도 3a 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 발생기 (108) 로서, 도 1 의 시스템 (100) 과 함께 사용될 수도 있는 예시적인 RF 발생기 (300) 를 예시한다. RF 발생기 (300) 는, 도시된 바와 같이 함께 커플링된 DC 소스 (302), 하프 브리지 (304), 필터 (306), 센서 (308), 측정 시스템 (310), 및 제어기 (312) 를 포함한다. DC 소스 (302), 하프 브리지 (304), 센서 (308), 측정 시스템 (310), 및 제어기 (312) 는 시스템 제어기 (예컨대, 도 1 의 116) 와의 통신 채널 (316) 을 통해 명령된 레퍼런스 신호 (314) 에 관한 크기 및 위상으로 출력을 유지하기 위한 피드백 루프를 형성한다.
종래의 RF 발생기들은 실제 전력을 제어된 방식으로 흡수하도록 설계되지 않는다. 즉, 이들은 통상적으로, 일부 레퍼런스 포인트에서 (예컨대, 발생기의 출력 커넥터 또는 전력 전달 시스템을 따른 일부 다른 포인트에서) 전압, 전류, 또는 전압과 전류의 선형 조합의 위상에 대한 제어로 제어된 양의 전력을 흡수하도록 설계되지 않는다. 하지만, 도시된 바와 같은 RF 발생기 (300) 의 실시형태들은, 전력이 제어된 방식으로 흡수될 필요가 있을 수도 있는 경우들에 있어서 플라즈마 챔버 (102) 의 개별 안테나 (112) 입력들을 구동하기에 적합할 수도 있다.
RF 발생기 (300) 에는, 전력을 흡수할 수 있는 엔진 (예컨대, 전력 증폭기, 컨버터, 인버터 등) 이 제공될 수도 있다. 부가적으로, RF 발생기 (300) 에는, 위상 레퍼런스 신호 (314) 를 수신하기 위한 입력이 제공될 수도 있다. RF 발생기 (300) 에는 또한, 발생기로 하여금 전력을 제어된 방식으로 전달 및 흡수하게 하는 측정 및 제어 시스템이 제공될 수도 있다. 더욱이, RF 발생기 (300) 는 위상 레퍼런스 입력에서 수신된 입력에 관하여 일부 레퍼런스 포인트에서 전압과 전류의 선형 조합의 위상을 제어하면서 전력의 비교적 정확한 전달 및 흡수를 위해 교정될 수 있다.
도시된 바와 같은 RF 발생기 (300) 는 전력을 전달 또는 흡수할 때 일부 레퍼런스 포인트에서 전압과 전류의 선형 조합의 레퍼런스에 관한 크기 및 위상을 제어 가능하다. 전력을 흡수할 때, 전력은 DC 소스 (302) 로 리턴될 수 있다. 그 다음, 이 전력은, 예를 들어, 공통 전력 공급 버스 (120) 를 통해 예를 들어 플라즈마 챔버 (102) 에 전력을 전달하는 다른 RF 발생기 (300) 에 전력을 공급함으로써 유용한 작업을 수행하기 위해 소산되거나 사용될 수 있다.
RF 발생기 (300) 는, 명시된 출력이 전개되고 유지되게 하는 임의의 적합한 모드에서 동작될 수도 있다. 다양한 실시형태들에 있어서, RF 발생기 (300) 는 유한 소스 임피던스, 제로 소스 임피던스 (즉, 전압 소스), 또는 무한 소스 임피던스 (즉, 전류 소스) 를 가질 수도 있다. 유한 소스 임피던스는, 유한 소스 임피던스를 제공하면서 효율을 유지하기 위해 밸런스 증폭기 구성에서 2개의 하프 브리지들을 결합함으로써 또는 스위치-모드 동작보다는 선형으로 하프 브리지를 동작시킴으로써 달성될 수 있다. 스위치 모드에서 하프 브리지를 동작시키는 것 및 예를 들어 하프 브리지와 출력 사이에 연결된 직렬 공진 LC 필터를 사용하는 것 또는 180°지연을 갖는 또는 더 일반적으로 90°의 짝수 배수와 동일한 지연을 갖는 필터 (306) 를 사용하는 것은 제로 소스 임피던스 발생기를 생성한다. 스위치 모드에서 하프 브리지를 동작시키는 것 및 90°지연을 갖는 또는 더 일반적으로 90°의 홀수 배수와 동일한 지연을 갖는 필터 (306) 를 사용하는 것은 무한 소스 임피던스 발생기를 생성한다.
90°지연들의 짝수 및 홀수 배수들은 종종, 90°의 양의 배수 및 음의 배수에 해당될 것이다. 음의 지연을 갖는 필터는 양의 위상 리드를 가질 수도 있다. 90°지연 필터의 비교적 단순한 실현은 리액턴스 X 를 갖는 직렬 인덕터 이후에 리액턴스 -X 를 갖는 션트 커패시터를 포함할 수도 있다. 그러한 필터는 진폭 V 를 갖는 전압 소스를 진폭 V/Z0 을 갖는 전류 소스로 변환하며, 여기서, Z0 은 L/C 의 제곱근과 동일하고, L 은 인덕터의 인덕턴스이고 C 는 커패시터의 커패시턴스이다. 이 예는 일반적으로, 탱크 회로를 구동하고 그리고 전압 소스가 커패시터에 연결되는 곳과 인덕터와 커패시터 사이의 커넥션 사이의 출력을 취하는 하프 브리지와 같은 전압 소스로 공진 주파수에서 동작되는 직렬 공진 탱크 회로를 기술한다. 대응하는 90°지연 위상 리드 (또는 -90°지연) 필터는 리액턴스 -X 의 직렬 커패시터 또는 리액턴스 X 의 션트 인덕터를 갖는다. 이 필터는 또한, 진폭 V 를 갖는 전압 소스를 진폭 V/Z0 을 갖는 전류 소스로 변환할 수도 있으며, 여기서, Z0 은 L/C 의 제곱근과 동일하고, L 은 인덕터의 인덕턴스이고 C 는 커패시터의 커패시턴스이다. 이 예는 또한, 탱크 회로를 구동하지만 이 경우 전압 소스가 인덕터에 연결되는 곳과 인덕터와 커패시터 사이의 커넥션 사이의 출력을 취하는 하프 브리지와 같은 전압 소스로 공진 주파수에서 동작되는 직렬 공진 탱크 회로를 기술한다.
이러한 맥락에서 필터 지연은, 출력이 저항성 부하에서 종단될 경우 전압 전달 함수의 위상 지연으로서 취해질 수도 있다. 임의의 지연, 예를 들어, 30°의 필터는, 필터가 종단되는 부하 저항에 민감하여 특정 종단 부하 저항에서만 30°지연을 달성한다. 90°의 홀수 배수와 동일한 지연을 갖는 필터는 광범위한 종단 저항기 값들에 대한 이 지연을 일부 고 저항기 값까지 유지하고, 90°의 짝수 배수와 동일한 필터 지연은 광범위한 종단 저항기 값들에 대한 이 지연을 일부 저 저항기 값에 이르기까지 유지한다. 필터 지연을 고려할 경우, 지연은 일반적으로, 발생기에서의 일부 노드 예를 들어 도 3a 에서의 노드와 레퍼런스 포인트 사이에 있고, 따라서, 지연에 대한 센서 (308) 와 같은 회로부의 영향들을 포함할 수도 있다. 실제적인 제한들로 인해, 진정한 전압 및 전류 소스들은 구성하기 어렵다. 달성된 소스 임피던스 (Z 0 ) 가 충분히 낮으면 (예컨대, |Z 0 | < 10), RF 발생기 (300) 는 그 출력 전압만을 제어할 수도 있다. 달성된 소스 임피던스 (Z 0 ) 가 충분히 높으면 (예컨대, |Z 0 | > 250), RF 발생기 (300) 는 그 출력 전류만을 제어할 수도 있다.
어떤 RF 발생기도 수동 부하로부터 전력을 흡수할 수 없지만, 동일한 플라즈마 시스템에 연결된 다중의 발생기들의 경우, 그 발생기들 중 일부는 전력을 전달하고 일부는 전력을 흡수할 수도 있다. 전력을 흡수할 필요가 있는 안테나 (112) 입력에 연결된 발생기 (300) 의 관점으로부터, 발생기 (300) 는 전력 소스에 연결된다. RF 발생기 (300) 의 테브넹 등가 전압의 진폭 및 위상의 조정은, 발생기가 연결되는 소스로부터의 이용가능 전력이 RF 발생기 (300) 가 흡수할 필요가 있는 전력보다 더 많으면, 연결되는 소스로부터 전력의 제어된 흡수를 허용한다. 실제 제한들은 더 제한적일 수도 있으며, 전압과 전류의 선택된 선형 조합의 전력 및 위상을 조작하기 위한 능력은 또한, RF 발생기 (300) 의 전압, 전류 및 전력 제한들과 같이 RF 발생기 (300) 의 능력들에 의해 제한된다. 발생기 (300) 의 테브넹 등가 전압 소스의 진폭은 DC 소스 (302) 를 조정함으로써 조정될 수 있고, 위상은 하프 브리지 (304) 스위치들의 타이밍을 조정함으로써 조정될 수 있다.
하프 브리지 (304) 는 일반적으로, 2개의 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들 (MOSFET들) 또는 고 전자 이동도 트랜지스터들 (HEMT들) 과 같은 임의의 적합한 타입의 2개의 스위치들로부터 형성된다.
센서 (308) 는 방향성 커플러 또는 전압 및 전류 (VI) 센서 또는 임의의 다른 적합한 센서일 수도 있다. 측정 시스템 (310) 은 아날로그 회로부 또는 아날로그-디지털 컨버터 및 디지털 회로부를 사용하여 구현될 수도 있다.
제어기 (312) 는, RF 발생기 (300) 의 동작을 제어하기 위해 메모리 (예컨대, 컴퓨터 판독가능 매체들) 에 저장된 명령들을 실행하는 프로세싱 시스템을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에 있어서, 제어기 (312) 는 이산 및/또는 통합 아날로그 회로부, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이들 (FPGA들), 주문형 집적 회로부 (ASIC들), 또는 이들의 임의의 조합을 사용하는 것과 같은 다른 특정 형태들로 구현될 수도 있음이 고려된다.
제어기 (312) 는 하나 이상의 프로세서들 또는 다른 프로세싱 디바이스들 및 메모리를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 프로세서들은 머신/컴퓨터 판독가능 실행가능한 명령들 및 데이터를 프로세싱할 수도 있고, 메모리는 머신/컴퓨터 판독가능 실행가능한 명령들을 저장할 수도 있다. 프로세서는 하드웨어이고, 메모리는 하드웨어이다. RF 발생기 (300) 의 메모리는 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 및/또는 다른 비일시적인 메모리, 예컨대, 하나 이상의 플래시 디스크들 또는 하드 드라이브들과 같은 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다. 비일시적인 메모리는, 예를 들어, 자기 및/또는 광학 디스크들, 플래시 드라이브들 등을 포함하는 임의의 유형의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다.
도 3b 는 본 개시의 일 실시형태에 따른, 도 3a 의 RF 발생기 (300) 와 함께 사용될 수도 있는 예시적인 필터 (306) 를 예시한다. 필터 (306) 는 유도성 프리로딩 (pre-loading) 회로 (330) 를 포함할 수도 있다. 유도성 프리로딩 회로는 발생기의 소스 임피던스에 영향을 주지 않고도 소프트 (제로 전압) 스위칭을 위한 유도 전류를 제공한다. 전력을 흡수하도록 설계된 발생기는, 전력을 흡수하도록 특별히 설계되지 않은 발생기보다 전력을 흡수하면서 소프트 스위칭을 유지하기 위해 더 많은 유도 전류가 필요할 수도 있다. 필터는 직렬 공진 회로 (340) 를 포함할 수도 있다. 직렬 공진 회로는 하프 브리지의 스위칭에 의해 생성된 고조파들을 제거하기 위한 필터로서 역할을 한다. 직렬 공진 회로 (340) 의 공진 주파수에서 동작될 경우, 이 특정 필터 토폴로지를 갖는 증폭기 (300) 는 전압 소스에 근사한다. 필터 (306) 는 부하를 발생기에 정합시키기 위해 가변 엘리먼트들 (350) 을 포함할 수도 있다. 특정 가변 엘리먼트들은 발생기 소스 임피던스에 영향을 준다. 발생기 (300) 는, 가변 엘리먼트들이 발생기 소스 임피던스에 어떻게 영향을 주는지에 관한 정보를 저장하고, 그 정보를 예컨대 시스템 제어기 (116) 에서 이용가능하게 할 수도 있다.
도 4 는 본 개시의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 시스템을 구동하기 위해 준비하도록 수행될 수도 있는 예시적인 프로세스 (400) 를 예시한다. 이 프로세스는, 다른 제어 입력들을 갖거나 갖지 않고, 시스템 제어기 (116) 또는 플라즈마 시스템을 구동하는 다른 제어기, 또는 시스템 제어기 (116) 와 플라즈마 시스템을 구동하는 다른 제어기의 조합에 의해 실행될 수도 있다. 단계 402 에서, 플라즈마 시스템은 점화를 위해 준비되며, 가스 혼합물 및 압력을 조정하는 것 및 플라즈마 점화를 향상시키기 위해 시스템에 존재하는 임의의 가변 튜닝 엘리먼트들을 설정하는 것을 포함할 수도 있다. 단계 404 에서, 플라즈마는, 통상적으로, 발생기들의 일부 또는 그 모두를 턴-온시킴으로써 점화된다. 단계 406 에서, 플라즈마 시스템은 점화 이후 구동하도록 조정되며, 가스 혼합물 및 압력, 시스템에 존재하는 가변 튜닝 엘리먼트들 (예컨대, 가변 엘리먼트 (350)), 및 발생기들에 대한 전력 설정포인트들을 조정하는 것을 수반할 수도 있다. 단계 408 에서, 레퍼런스 신호에 관한 제어된 수량의 위상 (예컨대, 전류) 을 포함하는 설정포인트들이 발생기들에 제공된다. 단계 410 에서, 플라즈마의 균일도가 평가된다. 이는, 플라즈마 챔버에서의 계측을 통해 또는 시스템에서 프로세싱된 기판들을 평가하는 것을 통해 수행될 수도 있다. 단계 412 에서, 전자기 필드 분포가 용인가능한지 여부가 결정된다. 전자기 필드 분포가 용인가능하지 않으면, 단계 414 에서, 발생기 설정포인트들에 대한 조정들이 행해진다. 단계 416 에 도시된 바와 같이, 플라즈마 시스템을 정지시키는 것과 관련된 결정을 내리면 단계 402 내지 단계 406 이 반복될 필요가 있고, 그렇지 않으면, 루프는 단계 408 에서 계속할 수 있다. 루프는, 단계 412 에서 전자기 필드 분포가 용인가능하다는 결정이 행해질 때까지 계속한다. 단계 418 에서, 발생기 소스 임피던스들이 획득된다. 이 단계는, 어떠한 발생기들도 가변 컴포넌트들을 갖지 않고 소스 임피던스들이 고정되면 생략될 수도 있다. 단계 420 에서, 발생기 설정포인트들은 발생기 소스 임피던스들에 관하여 계산된 레퍼런스 신호에 관한 원하는 포워드 컴포넌트 레벨들 및 위상들로 변환된다.
도 5 는 본 개시의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 시스템을 구동하도록 수행될 수도 있는 예시적인 프로세스 (500) 를 예시한다. 이 프로세스는 폐쇄 루프 제어를 수반하기 때문에, 이 프로세스는 통상적으로 인간 오퍼레이터들에 의해 실행되지 않을 것이다. 통상적으로, 이 프로세스는 시스템 제어기 (116) 또는 다른 이용가능 제어기에 의해 실행될 것이다. 단계 502 에서, 플라즈마 시스템은 점화를 위해 준비되며, 가스 혼합물 및 압력을 조정하는 것 및 플라즈마 점화를 향상시키기 위해 시스템에 존재하는 임의의 가변 튜닝 엘리먼트들을 설정하는 것을 포함할 수도 있다. 단계 504 에서, 플라즈마는, 통상적으로, 발생기들의 일부 또는 그 모두를 턴-온시킴으로써 점화된다. 단계 506 에서, 플라즈마 시스템은 점화 이후 구동하도록 조정되며, 가스 혼합물 및 압력, 시스템에 존재하는 가변 튜닝 엘리먼트들, 및 발생기들에 대한 전력 설정포인트들을 조정하는 것을 수반할 수도 있다. 단계 508 에서, 설정포인트들은, 발생기 소스 임피던스들에 관하여 계산된 레퍼런스 신호에 관한 원하는 포워드 컴포넌트 레벨들 및 위상들의 관점에서 발생기들에 제공된다. 단계 510 에서, 제어기는 레퍼런스 신호에 관한 이들 조합들의 위상 관계를 포함하여 각각의 발생기로부터 전압과 전류의 2개의 선형적으로 독립적인 조합들을 획득한다. 단계 512 에서, 각각의 발생기는 차례로 섭동되고, 전압과 전류의 선형 조합들의 측정치들의 결과적인 변화가 기록된다. 단계 512 는, 동작 포인트 주위의 시스템의 선형화된 응답이 충분한 정확도로 알려지면 생략될 수 있다. 단계 512 는, 예를 들어, 선형화된 응답이 충분한 정확도로 알려질 때까지, 및 아마도 다시, 발생기 설정포인트들을 조정하는 프로세스가, 플라즈마 시스템의 변화들에 대해 전자기 필드 분포를 둔감하게 하는 전압과 전류의 선형 조합들을 그들의 원하는 값들을 향하여 이동시키지 못하면, 플라즈마 프로세싱 단계의 시작에서 수회 수행될 수도 있다. 단계 514 에서, 플라즈마 시스템의 변화들에 대해 전자기 필드 분포를 둔감하게 하는 전압과 전류의 그 선형 조합들을 그들의 원하는 값들을 향하여 변화시키기 위해 발생기 설정포인트들의 요구된 변화가 계산된다. 단계 516 에서, 제어기는 모든 발생기들로부터 전달된 전력 측정치들을 획득하고, 플라즈마 시스템에 전달된 총 전력을 계산한다. 단계 520 에서, 모든 발생기들에 대한 설정포인트들이 플라즈마에 전달된 총 전력을 유지하기 위해 조정된다. 이 조정은, 예컨대, 스칼라 승산기에 의해 모든 설정포인트들을 조정함으로써 수행될 수 있다. 단계 518 에서 결정되는 바와 같이 프로세스가 완료될 때까지 루프는 계속한다. 프로세스는 블록 522 에서 중지한다. 프로세스는 오직, 플라즈마 챔버에서 원하는 전자기 필드 분포를 유지하기 위해 발생기 설정포인트들의 조정과 관련된 프로세스의 그 일부만을 예시한다. 동시에 발생하는 다른 프로세스가 가변 튜닝 엘리먼트들, 가스 혼합물, 및 가스 압력의 조정을 포함할 수도 있다.
비록 도 4 및 도 5 가 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 시스템을 구동하기 위해 수행될 수도 있는 프로세스들의 예들을 기술하지만, 개시된 프로세스의 특징들은 본 개시의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다른 특정 형태들로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (예컨대, 116) 는 본 예에서 설명된 바와 같은 그 동작들보다 추가적인, 더 적은, 또는 상이한 동작들을 수행할 수도 있다. 다른 예로서, 본 명세서에서 설명된 프로세스의 단계들은, 예를 들어, 플라즈마 챔버 (102) 상에 구현된 RF 발생기들 (300) 모두의 동작을 제어하는 단일 컴퓨팅 시스템일 수도 있는, 도 1 에 도시되지 않은 컴퓨팅 시스템에 의해 수행될 수도 있다.
상기 설명은, 본 개시의 기법들을 구현하는 예시적인 시스템들, 방법들, 기법들, 명령 시퀀스들, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들을 포함한다. 하지만, 설명된 개시는 이들 특정 상세들없이도 실시될 수도 있음이 이해된다.
본 개시에 있어서, 개시된 방법들은 디바이스에 의해 판독가능한 소프트웨어 또는 명령들의 세트들로서 구현될 수도 있다. 추가로, 개시된 방법들에 있어서의 단계들의 특정 순서 또는 계위는 예시적인 접근법들의 사례들임이 이해된다. 설계 선호도들에 기초하여, 방법에 있어서의 단계들의 특정 순서 또는 계위는 개시된 주제 내에 남겨지면서 재배열될 수도 있음이 이해된다. 첨부한 방법 청구항들은 다양한 단계들의 엘리먼트들을 샘플 순서로 제시하며, 반드시 제시된 특정 순서 또는 계위로 한정되도록 의도될 필요는 없다.
설명된 개시는, 본 개시에 따른 프로세스를 수행하기 위해 컴퓨터 시스템 (또는 다른 전자 디바이스들) 을 프로그래밍하는데 사용될 수도 있는 명령들이 저장된 머신 판독가능 매체를 포함할 수도 있는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어로서 제공될 수도 있다. 머신 판독가능 매체는 머신 (예컨대, 컴퓨터) 에 의해 판독가능한 형태 (예컨대, 소프트웨어, 프로세싱 어플리케이션) 로 정보를 저장하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 머신 판독가능 매체는 자기 저장 매체 (예컨대, 하드 디스크 드라이브), 광학 저장 매체 (예컨대, CD-ROM); 광자기 저장 매체, 판독 전용 메모리 (ROM); 랜덤 액세스 메모리 (RAM); 소거가능한 프로그래밍가능 메모리 (예컨대, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리; 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합한 다른 타입들의 매체를 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 6 은, 도 3a 에 도시된 바와 같은 제어기 (312) 또는 도 1 에 도시된 시스템 제어기 (116) 와 같은, 본 개시의 실시형태들을 구현함에 있어서 사용될 수도 있는 호스트 또는 컴퓨터 시스템 (600) 의 일 예를 예시한 블록 다이어그램이다. 컴퓨터 시스템 (시스템) 은 하나 이상의 프로세서들 (602-606) 을 포함한다. 프로세서들 (602-606) 은 하나 이상의 내부 레벨들의 캐시 (도시 안됨), 및 프로세서 버스 (612) 와의 상호작용을 지시하기 위한 버스 제어기 또는 버스 인터페이스 유닛을 포함할 수도 있다. 호스트 버스 또는 프론트 사이드 버스로서도 또한 알려진 프로세서 버스 (612) 는 프로세서들 (602-606) 을 시스템 인터페이스 (614) 와 커플링시키는데 사용될 수도 있다. 시스템 인터페이스 (614) 는, 시스템 (600) 의 다른 컴포넌트들을 프로세서 버스 (612) 와 인터페이싱하기 위해 프로세서 버스 (612) 에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 시스템 인터페이스 (614) 는 메인 메모리 (616) 를 프로세서 버스 (612) 와 인터페이싱하기 위한 메모리 제어기 (613) 를 포함할 수도 있다. 메인 메모리 (616) 는 통상적으로, 하나 이상의 메모리 카드들 및 제어 회로 (도시 안됨) 를 포함한다. 시스템 인터페이스 (614) 는 또한, 하나 이상의 I/O 브리지들 또는 I/O 디바이스들을 프로세서 버스 (612) 와 인터페이싱하기 위해 입력/출력 (I/O) 인터페이스 (620) 를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 I/O 제어기들 및/또는 I/O 디바이스들은, 예시된 바와 같이, I/O 제어기 (628) 및 I/O 디바이스 (630) 와 같이 I/O 버스 (626) 와 연결될 수도 있다.
I/O 디바이스 (630) 는 또한, 정보 및/또는 커맨드 선택들을 프로세서들 (602-606) 에 통신하기 위한 영숫자 및 다른 키들을 포함한 영숫자 입력 디바이스와 같은 입력 디바이스 (도시 안됨) 를 포함할 수도 있다. 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는, 방향 정보 및 커맨드 선택들을 프로세서들 (602-606) 에 통신하고 그리고 디스플레이 디바이스 상의 커서 움직임을 제어하기 위한 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키들과 같은 커서 제어부를 포함한다.
시스템 (600) 은 메인 메모리 (616) 로서 지칭되는 동적 저장 디바이스, 또는 프로세서들 (602-606) 에 의해 실행될 정보 및 명령들을 저장하기 위해 프로세서 버스 (612) 에 커플링된 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 또는 다른 컴퓨터 판독가능 디바이스들을 포함할 수도 있다. 메인 메모리 (616) 는 또한, 프로세서들 (602-606) 에 의한 명령들의 실행 동안 임시 변수들 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수도 있다. 시스템 (600) 은, 프로세서들 (602-606) 에 대한 정적 정보 및 명령들을 저장하기 위해 프로세서 버스 (612) 에 커플링된 판독 전용 메모리 (ROM) 및/또는 다른 정적 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 도 6 에 개시된 시스템은, 본 개시의 양태들에 따라 채용되거나 구성될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 단지 하나의 가능한 예일 뿐이다.
일 실시형태에 따르면, 상기 기법들은, 메인 메모리 (616) 에 포함된 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스들을 실행하는 프로세서 (604) 에 응답하여 컴퓨터 시스템 (600) 에 의해 수행될 수도 있다. 이들 명령들은 저장 디바이스와 같은 다른 머신 판독가능 매체로부터 메인 메모리 (616) 로 판독될 수도 있다. 메인 메모리 (616) 에 포함된 명령들의 시퀀스들의 실행은 프로세서들 (602-606) 로 하여금 본 명세서에서 설명된 프로세스 단계들을 수행하게 할 수도 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 회로부가 소프트웨어 명령들 대신에 또는 그와 결합하여 사용될 수도 있다. 따라서, 본 개시의 실시형태들은 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들 양자 모두를 포함할 수도 있다.
컴퓨터 판독가능 매체는 머신 (예컨대, 컴퓨터) 에 의해 판독가능한 형태 (예컨대, 소프트웨어, 프로세싱 어플리케이션) 로 정보를 저장 또는 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 그러한 매체들은 비휘발성 매체들 및 휘발성 매체들의 형태를 취할 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다. 비휘발성 매체들은 광학 또는 자기 디스크들을 포함한다. 휘발성 매체들은 메인 메모리 (616) 와 같은 동적 메모리를 포함한다. 머신 판독가능 매체의 일반적인 형태들은 자기 저장 매체 (예컨대, 하드 디스크 드라이브); 광학 저장 매체 (예컨대, CD-ROM); 광자기 저장 매체; 판독 전용 메모리 (ROM); 랜덤 액세스 메모리 (RAM); 소거가능한 프로그래밍가능 메모리 (예컨대, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리; 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합한 다른 타입들의 매체를 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 개시의 실시형태들은, 본 명세서에서 설명되는 다양한 동작들 또는 단계들을 포함한다. 그 단계들은 하드웨어 컴포넌트들에 의해 수행될 수도 있거나 또는 머신 실행가능 명령들로 구현될 수도 있으며, 이 머신 실행가능 명령들은 그 명령들로 프로그래밍된 범용 또는 특수 목적 프로세서로 하여금 그 단계들을 수행하게 하는데 사용될 수도 있다. 대안적으로, 그 단계들은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합에 의해 수행될 수도 있다.
본 개시 및 다수의 그 수반되는 이점들이 전술한 설명에 의해 이해될 것이라고 사료되며, 개시된 주제로부터 일탈함없이 또는 모든 그 본질적인 이점들을 희생하는 일 없이 컴포넌트들의 형태, 구성, 및 배열에서 다양한 변경들이 행해질 수도 있음이 명백할 것이다. 설명된 형태는 단지 설명적일 뿐이며, 다음의 청구항들의 의도는 그러한 변경들을 포괄하고 포함하는 것이다.
본 개시가 다양한 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시형태들은 예시적이며 본 개시의 범위는 이들로 한정되지 않음이 이해될 것이다. 다수의 변형들, 수정들, 추가들, 및 개선들이 가능하다. 더 일반적으로, 본 개시에 따른 실시형태들은 특정 구현들의 맥락에서 설명되었다. 기능은 본 개시의 다양한 실시형태들에서 상이하게 블록들로 분리되거나 결합되거나 또는 상이한 용어로 설명될 수도 있다. 이들 및 다른 변형들, 수정들, 추가들, 및 개선들은 뒤이어지는 청구항들에서 정의된 바와 같은 본 개시의 범위 내에 속할 수도 있다.

Claims (25)

  1. 레퍼런스 포인트에서 소스 임피던스 (Z g ) 를 갖는 무선 주파수 발생기로서,
    레퍼런스 입력; 및
    K(v + Z g i) 에 따라 계산된 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 레퍼런스 신호의 위상에 관한, 크기 및 위상을 제어하기 위한 제어기로서, v 는 상기 레퍼런스 포인트에서의 전압이고, i 는 상기 레퍼런스 포인트에서의 상기 발생기로부터의 전류이고, K 는 스칼라인, 상기 제어기를 포함하는, 무선 주파수 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    |Z g | < 10 이고, 상기 제어기는 추가로, 상기 출력 신호의 전압을 제어하기 위한 것인, 무선 주파수 발생기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    |Z g | > 250 이고, 상기 제어기는 추가로, 상기 출력 신호의 전류를 제어하기 위한 것인, 무선 주파수 발생기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    플라즈마 챔버에서 구성된 대응하는 복수의 안테나 입력들에 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들 중 하나를 더 포함하는, 무선 주파수 발생기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    직류 (direct current) 소스의 제 1 노드를 상기 무선 주파수 발생기의 노드 (n1) 에 선택적으로 커플링하는 제 1 스위치 및 상기 무선 주파수 발생기의 상기 노드 (n1) 를 상기 직류 소스의 제 2 노드에 선택적으로 커플링하는 제 2 스위치를 포함하는 하프 브리지 회로를 더 포함하는, 무선 주파수 발생기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 무선 주파수 발생기의 상기 노드 (n1) 에 커플링된 유도성 프리로딩 회로를 더 포함하고,
    상기 유도성 프리로딩 회로는 하프 브리지가 제로 전압 스위칭을 사용할 경우 유도 전류를 제공하는, 무선 주파수 발생기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선 주파수 발생기의 상기 노드 (n1) 에 연결된 직렬 공진 회로를 더 포함하고,
    상기 직렬 공진 회로는 상기 하프 브리지 회로의 스위칭에 의해 생성된 고조파들을 필터링하기 위한 것이고, 상기 직렬 공진 회로는, 상기 하프 브리지 회로가 스위칭되는 주파수와 본질적으로 유사한 공진 주파수를 갖는, 무선 주파수 발생기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    90도의 양 또는 음의 짝수 배수와 동일한 지연을 갖는 필터를 더 포함하고,
    상기 필터는 상기 무선 주파수 발생기의 상기 노드 (n1) 와 상기 레퍼런스 포인트 사이에 커플링되며, 상기 제어기는 상기 출력 신호의 전압을 제어하기 위한 것인, 무선 주파수 발생기.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선 주파수 발생기의 상기 노드 (n1) 와 상기 레퍼런스 포인트 사이에 커플링되는, 90도의 양 또는 음의 홀수 배수와 동일한 지연을 갖는 필터를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 출력 신호의 전류를 제어하기 위한 것인, 무선 주파수 발생기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 추가로, 플라즈마 챔버에 전력을 전달할 때 및 상기 플라즈마 챔버로부터 전력을 흡수할 때 K(v + Z g i) 에 따라 계산된 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 레퍼런스 신호의 위상에 관한, 크기 및 위상을 제어하기 위한 것인, 무선 주파수 발생기.
  11. 적어도 하나의 메모리에 저장되고 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되는 명령들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서에 의해, 레퍼런스 포인트에서 Z g 의 소스 임피던스를 갖는 무선 주파수 발생기에 대해, K(v + Z g i) 에 따라 계산된 출력 신호의, 레퍼런스 입력에서 수신된 레퍼런스 신호의 위상에 관한, 크기 및 위상에 대한 타겟 값을 수신하는 단계로서, 상기 레퍼런스 포인트에서의 상기 무선 주파수 발생기로부터의 v 는 전압이고 i 는 전류이며, K 는 스칼라인, 상기 타겟 값을 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되는 상기 명령들을 사용하여, K(v + Z g i) 에 따라 계산된 상기 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 상기 레퍼런스 신호의 상기 위상에 관한, 크기 및 위상의 측정치를 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되는 상기 명령들을 사용하여, 측정된 K(v + Z g i) 가 K(v + Z g i) 의 상기 타겟 값에 접근하도록 상기 무선 주파수 발생기를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    |Z g | < 10 일 경우 상기 출력 신호의 출력 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    |Z g | > 250 일 경우 출력 전류를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선 주파수 발생기는, 플라즈마 챔버에서 구성된 대응하는 복수의 안테나 입력들에 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들 중 하나를 포함하는, 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선 주파수 발생기가 유도성 프리로딩 회로를 이용하여 제로 전압 스위칭을 사용할 경우 유도 전류를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 무선 주파수 발생기가 스위칭되는 주파수와 본질적으로 유사한 공진 주파수를 갖는 직렬 공진 회로를 이용하여, 상기 무선 주파수 발생기의 스위칭에 의해 생성된 고조파들을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    플라즈마 챔버에 전력을 전달할 때 및 상기 플라즈마 챔버로부터 전력을 흡수할 때 K(v + Z g i) 에 따라 계산된 상기 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 상기 레퍼런스 신호의 상기 위상에 관한, 크기 및 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 플라즈마 프로세싱 시스템으로서,
    복수의 안테나들로 구성된 인클로저; 및
    상기 안테나들에 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들을 포함하고, k번째 무선 주파수 발생기는 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 레퍼런스 포인트에서 소스 임피던스 (Z gk ) 를 갖고, 상기 k번째 무선 주파수 발생기는,
    레퍼런스 입력; 및
    K k (v k + Z gk i k ) 에 따라 계산된 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 레퍼런스 신호의 위상에 관한, 크기 및 위상을 제어하기 위한 제어기로서, v k 는 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 상기 레퍼런스 포인트에서의 전압이고, i k 는 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 상기 레퍼런스 포인트에서의 상기 k번째 무선 주파수 발생기로부터의 전류이고, K k 는 스칼라인, 상기 제어기를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 추가로, |Z gk | < 10 일 경우 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 출력 전압을 제어하기 위한 것인, 플라즈마 프로세싱 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 추가로, |Z gk | > 250 일 경우 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 출력 전류를 제어하기 위한 것인, 플라즈마 프로세싱 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 추가로, 플라즈마 챔버에 전력을 전달할 때 및 상기 플라즈마 챔버로부터 전력을 흡수할 때 K k (v k + Z gk i k ) 에 따라 계산된 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 상기 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 상기 레퍼런스 신호의 상기 위상에 관한, 크기 및 위상을 제어하기 위한 것인, 플라즈마 프로세싱 시스템.
  22. 플라즈마 프로세싱 시스템을 동작시키기 위한 시스템으로서,
    복수의 N개 안테나 입력들로 구성된 인클로저; 및
    상기 안테나 입력들에 커플링된 복수의 N개 무선 주파수 발생기들을 포함하고, k번째 무선 주파수 발생기는 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 레퍼런스 포인트에서 소스 임피던스 (Z gk ) 를 갖고, 상기 k번째 무선 주파수 발생기는,
    레퍼런스 입력; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    f k = K k (v k + Z gk i k ) 에 따라 계산된 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 레퍼런스 신호의 위상에 관한, 크기 및 위상을 제어하는 것으로서, v k 는 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 상기 레퍼런스 포인트에서의 전압이고, i k 는 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 상기 레퍼런스 포인트에서의 상기 k번째 무선 주파수 발생기로부터의 전류이고, K k 는 스칼라인, 상기 출력 신호의 크기 및 위상을 제어하고;
    각각의 발생기의 상기 출력 신호의, 상기 레퍼런스 신호에 관한, 크기 및 위상을 조정함으로써, 세트 (c 1 , c 2 , …, c N ) 를 결정하는 것으로서, c k 는 플라즈마 챔버에서 명시된 전자기 필드 분포를 야기하는, 상기 레퍼런스 신호에 관한 크기 및 위상을 갖는 v k 와 i k 의 선형 조합인, 상기 세트를 결정하고;
    (c 1 , c 2 , …, c N ) 를 적용하는 동안, 각각의 무선 주파수 발생기로부터 출력 전압과 출력 전류의 2개의 선형적으로 독립적인 조합을 획득하고, 상기 출력 전압과 상기 출력 전류의 선형 조합들의 세트 (c 1 , c 2 , …, c N ) 를 상기 무선 주파수 발생기에 대한 설정포인트들 ((f 1 , f 2 , …, f N )) 의 대응하는 세트로 변환하고; 그리고
    상기 설정포인트들 ((f 1 , f 2 , …, f N )) 을 상기 무선 주파수 발생기들에 제공하는 것으로서, 상기 k번째 무선 주파수 발생기는 k = 1, 2, …, N 에 대해 상기 설정포인트 (f k ) 에 대한 K k (v k + Z gk i k ) 의 측정된 값을 조정하는, 상기 설정포인트들을 상기 무선 주파수 발생기들에 제공하기 위한 것인, 플라즈마 프로세싱 시스템을 동작시키기 위한 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 추가로,
    무선 주파수 발생기 설정포인트들을 차례로 섭동시키고;
    각각의 무선 주파수 발생기로부터 상기 출력 전압과 상기 출력 전류의 2개의 선형적으로 독립적인 조합들의 측정치들을 획득하고, 상기 무선 주파수 발생기의 동작 포인트 주위의 상기 시스템의 선형화된 응답을 결정하고; 그리고
    상기 측정치들 및 결정된 상기 선형화된 응답을 사용하여 상기 설정포인트들 ((f 1 , f 2 , …, f N )) 을 조정하여, (c 1 , c 2 , …, c N ) 의 상기 출력 전압과 상기 출력 전류의 선형 조합들의 세트가, 상기 플라즈마 챔버에서 상기 명시된 전자기 필드 분포를 야기하는 상기 출력 전압과 출력 전류 값들의 선형 조합들의 세트를 향하여 진행하기 위한 것인, 플라즈마 프로세싱 시스템을 동작시키기 위한 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 추가로, 플라즈마 챔버에 전력을 전달할 때 및 상기 플라즈마 챔버로부터 전력을 흡수할 때 K k (v k + Z gk i k ) 에 따라 계산된 상기 k번째 무선 주파수 발생기의 상기 출력 신호의, 상기 레퍼런스 입력에서 수신된 상기 레퍼런스 신호의 상기 위상에 관한, 크기 및 위상을 제어하기 위한 것인, 플라즈마 프로세싱 시스템을 동작시키기 위한 시스템.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 추가로, 각각의 발생기로부터 전달된 전력을 획득하고 그리고 발생기 설정포인트들을 스칼라 값에 의해 조정하여 상기 플라즈마 챔버에 전달되는 명시된 전체 전력을 유지하기 위한 것인, 플라즈마 프로세싱 시스템을 동작시키기 위한 시스템.
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