匹配的源阻抗驱动系统以及对其进行操作的方法技术方案

在参考点处(例如，在发生器输出端处)具有有效源阻抗Z

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】匹配的源阻抗驱动系统以及对其进行操作的方法相关申请的交叉引用本专利合作条约(PCT)申请与2017年10月11日提交的题为“MatchedSourceImpedanceDrivingSystemandMethodofOperatingtheSame(匹配的源阻抗驱动系统以及对其进行操作的方法)”的美国专利申请No.15/730,131有关并要求该美国专利申请的优先权，出于所有目的将该美国专利申请的整体内容通过引用并入本文。
本公开的各方面涉及改进的用于驱动等离子体处理系统的方法和系统。
技术介绍
等离子体处理系统用于使用诸如化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)之类的工艺在基板上沉积薄膜，并使用蚀刻工艺从基板上去除膜。通常通过将射频(RF)发生器或直流(DC)发生器耦合到填充有气体的等离子体腔室来创建等离子体，所述气体以低压注入该等离子体腔室。通常，使用耦合到阻抗匹配网络的RF发生器将RF功率施加到等离子体室。匹配网络随后耦合到天线，该天线耦合到等离子体。在此应用中使用的常见天线是电容耦合电极和电感耦合线圈。在衬底表面上保持均匀的沉积或蚀刻速率是必要的。控制腔室中的电磁场分布是实现均匀的沉积和蚀刻速率的一个因素。通过使用具有多个输入端的天线或多个天线，并用受控的幅值和相对相位来驱动天线输入端，可以改善电磁场分布。将来自单个RF发生器的输出进行拆分以驱动具有所需幅值和相位关系的多个天线输入端是难以实现的。使用耦合到天线输入端的单独的RF发生器需要一种新型的RF发生器，因为除其它挑战之外，输入端之间强耦合的可能性导致发生器之间的不合需的相互作用。尤其是考虑到这些观点，构思了本公开的各方面。
技术实现思路
根据一个实施例，在参考点处(例如，在发生器输出端处)具有有效源阻抗Zg的射频(RF)发生器包括参考输入端，并控制所述参考点处的K(v+Zgi)的幅值以及相对于在参考输入端处接收到的信号的相位，其中v和i分别是参考点处的电压和在参考点处从发生器流出的电流，并且K是标量。在又另一个实施例中，发生器在输送功率时以及在吸收功率时保持对K(v+Zgi)进行控制。附图说明根据以下对如在附图中示出的那些技术的特定实施例的描述，本公开的技术的各种特征和优点将是显而易见的。应当注意，附图不一定按比例绘制；然而，替代地，重点放在说明技术概念的原理上。同样，在附图中，相似的参考字符可贯穿不同的视图指代相同的部分。附图仅描绘了本公开的典型实施例，并且因此，不被视为对范围的限制。图1示出了根据本公开的一个实施例的可以在等离子体腔室上实现的示例匹配源阻抗驱动系统。图2示出了连接到负载的RF发生器的戴维南(Thévenin)等效电路。图3A示出了根据本公开的一个实施例的可以与图1的系统一起使用的示例RF发生器。图3B示出了根据本公开的一个实施例的可以与图3A的RF发生器一起使用的示例滤波器。图4示出了根据本公开的一个实施例的可以被执行以准备驱动等离子体系统的示例过程。图5示出了根据本公开的一个实施例的可以被执行以驱动等离子体系统的示例过程。图6示出了根据本公开的一个实施例的示例计算机系统。具体实施方式本公开的实施例提供了一种用于使用多个锁相源(RF发生器)的多输入端等离子体腔室的匹配源阻抗驱动系统，其中每个源被控制为传输相关于源的源阻抗计算的正向功率，以驱动等离子体腔室的多个输入端。尽管传统技术已被实现为具有用于驱动等离子体腔室的多个天线输入端的单个RF发生器以及固定或可变的分配网络，但是在实践上，很难在这些输入端之间维持适当的幅值和相位关系，同时还向发生器的输出提供良好匹配的阻抗。本公开的各实施例通过提供一种RF发生器来解决该问题以及其它问题，该RF发生器在传输功率时以及在吸收功率时，控制在某个参考点(通常为该发生器的输出端)处的电压和电流的线性组合的幅值以及相对于在参考输入端处提供的输入信号的相位。如果将电压和电流的线性组合选择为标量乘以该电压与该电流乘以发生器的源阻抗的和，则受控量(实际上为标量乘以如散射参数的理论中遇到的正向分量或入射分量)对向发生器呈现的阻抗不敏感。此外，以RF频率利用并联的较小的电流源可以使得这种方法对无限参考阻抗场景具有吸引力。为了实现等离子体腔室中均匀的等离子体激励，可以利用激励天线的多个输入端，其可以用该多个输入端之间的特定幅值和相位关系来相干地驱动。一旦确定了在等离子体室中创建期望电磁场的激发(理论上或通过实验)，就可以按多种方式来指定该激发。例如，如果记录了所有N个输入端处的电压，则指定N个输入端处的电压是对期望激励的一种指定。或者，可以将所需的电压施加到系统，并测量N个输入电流。指定N个输入电流是对在腔室内产生相同的电磁场(假设系统运行良好且不像某些非线性系统那样允许多种解决方案)的等效指定。通常，在每个输入端处，可以指定与期望激励等效的电压和电流的线性组合。激励(例如，电压、电流或其组合，例如正向分量)如何被指定以驱动多个输入端的选择通常不受用于驱动输入端的源的提供方的控制，因为它通常由等离子体处理设备的用户来确定。对于给定的指定激励，为发电设备正确选择源阻抗通常很重要。例如，如果将幅值和相位关系指定为正向电压(即电压加上电流乘以参考阻抗)，则用具有等于参考阻抗的源阻抗的发生器来驱动输入端显著简化了控制问题，因为在这种情况下，受控变量对等离子体系统向发生器呈现的阻抗不敏感。重要的控制参数是向等离子体系统传输的总功率。使用单个发生器和分配网络将功率分配到天线输入端，允许简单地控制向等离子体系统传输的总功率。但是，控制电压和电流线性组合并不直接控制传输功率。(所选择的电压和电流线性组合的相同值将导致传输功率的不同值，这取决于向发生器呈现的阻抗。)等离子体负载的非线性特性以及各个发生器之间达到其目标值的延迟和等离子体负载的变化可以导致在各个发生器接近其目标电压和电流线性组合时向等离子体传输过多的功率。可以构想，除了控制电压和电流线性组合之外，每个单独的发生器将对参数(诸如传输功率以及相关于某个参考阻抗计算出的正向功率和反射功率的组合)具有限制。还可以构想，各个发生器将向主控制器报告从电压、电流、阻抗、传输功率、正向功率和反射功率中选择出的测量值或这些测量值的推导结果(例如，负载反射系数、无功功率等)，该主控制器将调节每个发生器的目标电压和电流线性组合，以确保符合总传输功率目标和其它标准，诸如由单个发生器传输的最大功率，一个或多个输入端处的最大电压等。如果执行了这种功率控制，则在某些情况下，可以仅将天线输入端处的电压和电流的线性组合控制为高达比例因子。例如，如果各个发生器的设定值为(s1，s2，…sN)，则可以将设定值调整为k(s1，s2，…sN)，其中k为实数，以便保持输入端高达比例因子，同时满足总传输功率要求。相比于其它组合，特定电压和电流线性组合可与腔室内的期望电磁场更紧密相关(例如，如果天线磁性耦合到等离子体，则与电压相比，电流可以与电磁场更紧密相关；如果天线电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在参考点处具有源阻抗Z

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171011 US 15/730,1311.一种在参考点处具有源阻抗Zg的射频发生器，包括：
参考输入端；以及
控制器，所述控制器用于控制根据K(v+Zgi)计算出的输出信号的幅值以及所述输出信号的相对于在所述参考输入端处接收到的参考信号的相位的相位，其中v是所述参考点处的电压，i是在所述参考点处从所述发生器流出的电流，并且K是标量。


2.根据权利要求1所述的射频发生器，其中，|Zg|＜10，并且所述控制器还用于控制所述输出信号的电压。


3.根据权利要求1所述的射频发生器，其中，|Zg|>250，并且所述控制器还用于控制所述输出信号的电流。


4.根据权利要求1所述的射频发生器，进一步包括：耦合到在等离子体腔室中配置的对应的多个天线输入端的多个射频发生器中的一个射频发生器。


5.根据权利要求1所述的射频发生器，进一步包括半桥电路，所述半桥电路包括：第一开关，所述第一开关选择性地将直流源的第一节点耦合到所述射频发生器的节点n1；以及第二开关，所述第二开关选择性地将所述射频发生器的所述节点n1耦合到所述直流源的第二节点。


6.根据权利要求5所述的射频发生器，进一步包括耦合到所述射频发生器的所述节点n1的电感性预加载电路，当所述半桥使用零电压切换时，所述电感性预加载电路提供电感性电流。


7.根据权利要求6所述的射频发生器，进一步包括：串联谐振电路，所述串联谐振电路连接到所述射频发生器的所述节点n1，所述串联谐振电路用于对通过切换所述半桥电路产生的谐波进行滤波，所述串联谐振电路的谐振频率基本上类似于切换所述半桥电路的频率。


8.根据权利要求6所述的射频发生器，进一步包括：具有等于正或负的90度的偶数倍的延迟的滤波器，所述滤波器耦合在所述射频发生器的所述节点n1与所述参考点之间，其中，所述控制器用于控制所述输出信号的电压。


9.根据权利要求6所述的射频发生器，进一步包含：具有等于正或负的90度的奇数倍的延迟的滤波器，所述滤波器耦合在所述射频发生器的所述节点n1与所述参考点之间，其中，所述控制器用于控制所述输出信号的电流。


10.根据权利要求1所述的射频发生器，其中，所述控制器还用于在向等离子体腔室传输功率时以及在从所述等离子体腔室吸收功率时，控制根据K(v+Zgi)计算出的输出信号的幅值以及所述输出信号的相对于在所述参考输入端处接收到的参考信号的相位的相位。


11.一种方法，包括：
由至少一个处理器接收射频发生器的根据K(v+Zgi)计算出的输出信号的幅值以及所述输出信号的相对于在参考输入端处接收到的参考信号的相位的相位的目标值，所述至少一个处理器执行存储在至少一个存储器中并且由至少一个处理器执行的指令，所述射频发生器在参考点处具有源阻抗Zg，其中v为所述参考点处的电压，i为在所述参考点处从所述射频发生器流出的电流，并且K是标量；
使用由所述至少一个处理器执行的所述指令，接收根据K(v+Zgi)计算出的所述输出信号的幅值以及所述输出信号的相对于在所述参考输入端处接收到的所述参考信号的相位的相位的测量值；以及
使用由所述至少一个处理器执行的所述指令，控制所述射频发生器，使得所测量的K(v+Zgi)接近K(v+Zgi)的所述目标值。


12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：当|Zg|＜10时，控制所述输出信号的输出电压。


13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：当|Zg|>250时，控制输出电流。


14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述射频发生器包括耦合到在等离子体腔室中配置的对应的多个天线输入端的多个射频发生器中的一个射频发生器。


15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：当所述射频发生器使用零电压切换时，使用电感性预加载电路提供电感性电流。


16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：使用串联谐振电路对通过切换所述射频发生器产生的谐波进行滤波，所述串联谐振电...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·J·范兹尔，
申请(专利权)人：先进能源工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US