用于控制高效生成器源阻抗的系统和方法技术方案

一种功率供应系统利用两个放大器实时地控制生成器的源阻抗，该两个放大器具有相对于标称负载阻抗非对称的功率分布，其相对于标称负载阻抗是径向相反的。通过对放大器中的每一个使用不同的拓扑或实现相位延迟网络，可实现功率分布中的变化。来自第一和第二放大器的输出功率可使用组合器线路或装置组合，并且来自组合器的输出功率被传送到等离子体负载。每个放大器的输出功率可被独立地控制，以改变由单独的放大器提供的输出功率信号的一个或多个特性。通过改变第一放大器的输出功率与第二放大器的输出功率的比率，生成器的源阻抗可实时变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制高效生成器源阻抗的系统和方法相关申请的交叉引用本专利合作条约(PCT)申请与美国专利申请第62/660,893号、2018年4月20日提交的、标题为“SYSTEMANDMETHODFORCONTROLOFHIGHEFFICIENCYGENERATORSOURCEIMPEDANCE”相关，并要求其优先权，其全部内容为了所有目的在此通过引用并入本文。
本公开的各方面涉及控制功率供应并且，特别地，涉及等离子体处理系统中的控制功率供应和等离子体负载之间的相互作用。
技术介绍
在半导体制造领域，以及其他领域中，等离子体系统具有各种可能的用途。例如，等离子体-增强化学气相沉积是用于使用等离子体系统在基底上沉积薄膜的过程。典型的等离子体处理系统，在高水平中，涉及处理腔室和在腔室内部点燃并维持等离子体的功率运送系统。等离子体可表征为具有由功率生成器驱动的阻抗的负载。等离子体的负载阻抗典型地约为50欧姆，但是将会依据过程条件和其他变量而变化。例如，等离子体负载阻抗可依据生成器频率、功率、腔室压力、气体成分和等离子体点燃而变化。在等离子体阻抗中的这些变化可对来自生成器的功率运送产生不利影响；并且由于等离子体在不同功率水平处物理属性中的改变，还可导致过程变量(诸如蚀刻或沉积速率)的不期望的漂移或扰动。配备有阻抗匹配机构或电路(其匹配功率运送系统的源阻抗到等离子体负载阻抗)的等离子体处理系统可减少对等离子体处理的这种不利影响。正是考虑到这些观察以及其他，构思了本公开的各方面。
技术实现思路
>根据一个方面，用于提供功率到等离子体负载的功率供应系统包含：第一功率放大器，其包含第一放大器输入和第一放大器输出，所述第一功率放大器具有第一可控输出功率第一非对称功率分布，所述第一非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第一峰值功率偏移；以及第二功率放大器，其包含第二放大器输入和第二放大器输出，所述第二功率放大器具有第二可控输出功率第二非对称功率分布，所述第二非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第二峰值功率偏移。功率供应系统还可包含控制器，其与第一功率放大器和第二功率放大器中的至少一个通信，第一可控输出功率与第二可控输出功率组合以限定组合输出功率，控制器调节第一可控输出功率或第二可控输出功率中的至少一个，以控制组合输出功率的源阻抗。根据另一方面，提供用于操作等离子体处理系统的方法。所述方法可包含，在包含提供具有第一功率分布的第一功率信号的第一放大器和提供具有第二功率分布的第二功率信号的第二放大器的功率供应中，以及响应于负载的阻抗测量，控制第一功率信号或第二功率信号中的至少一个，以限定组合输出功率信号，这是基于负载的阻抗测量的。根据又一方面，功率供应控制器包含处理器和非暂时性存储器，其包括指令，当所述指令由处理器执行时是可操作的，以调节功率供应的输出信号的源阻抗。指令是可操作的，指示第一功率放大器基于耦合到功率供应的负载的确定的负载阻抗，改变来自功率生成器的输入功率信号，并提供具有第一功率分布的第一可变输出功率信号，以及指示第二功率放大器基于负载的确定的负载阻抗，改变来自功率生成器的输入功率信号，并提供具有与第一功率分布不同的第二功率分布的第二可变输出功率信号。第一可变输出功率信号和第二可变输出功率信号可被组合，以生成传送到负载的组合输出功率信号，所述组合输出功率信号包括基于负载的负载阻抗的组合功率分布和源阻抗。附图说明如附图中所示，从以下对这些技术的特定实施方式的描述，本公开的技术的各种特征和优点将会明显。应当注意，附图不必须按比例；然而，重点则放在示出技术概念的原理上。附图仅描绘了本公开典型的实施方式，并且因此不应认为是对范围的限制。图1A示出了第一示例性等离子体处理系统。图1B是相对于等离子体处理系统的高效射频(RF)功率生成器的标称负载阻抗，输出功率分布的三维图示。图2示出了第二示例性等离子体处理系统，其具有可控双放大器高效功率生成器。图3是从具有相等输出功率设置的两个功率放大器的组合生成的输出功率分布的三维图示。图4是从具有不相等输出功率设置的两个功率放大器的组合生成的输出功率分布的三维图示。图5示出了第三示例性等离子体处理系统，其具有可控双放大器高效功率生成器，该可控双放大器高效功率生成器具有相位和阻抗反馈控制。图6示出了第四示例性等离子体处理系统，其具有可控四放大器高效功率生成器。图7是来自四放大器高效功率生成器的输出功率信号的功率分布的简化的史密斯圆图的视图。图8是来自高效射频(RF)功率生成器的施加到等离子体处理系统的负载的脉冲功率的示例性波形。图9是用于控制功率生成系统的多个放大器以控制输出功率信号的源阻抗的方法的流程图。图10示出了根据本公开的一个实施方式的示例性计算机系统。具体实施方式典型的等离子体处理系统由功率生成器驱动。控制等离子体处理由生成器的两个基本参数(输出功率和操作频率)的变化实时提供。但是对于现代等离子体处理，这种二维功率运送系统不能在许多等离子体处理条件需要的宽范围中提供最佳且稳定的条件。因此，实时控制功率生成器的另外的基本参数(其源阻抗)的需要是至关重要的。本公开的实施方式提供一种功率供应系统，该功率供应系统允许实时控制生成器的源阻抗，从而扩展了等离子体处理的操作条件的范围。在功率生成器系统的一个实施方式中，可以利用具有相对于标称负载阻抗的非对称功率分布的两个射频(RF)放大器。第二功率放大器一般地具有相对于标称负载阻抗与第一功率分布径向相反的功率分布。功率分布中的这些变化可以以各种方式实现。例如，但不限于此，功率分布中的变化可通过对放大器中的每一个使用不同的拓扑或实现相位延迟网络而实现。来自第一和第二放大器的输出功率可使用组合器线路或其他装置组合，并且组合输出功率被传送到等离子体负载。在某些实现方式中，每个放大器的输出功率可被独立地控制，以改变由单独的放大器提供的输出功率信号的一个或多个特性。通过改变第一放大器的输出功率相对于第二放大器的输出功率的比率，生成器的源阻抗可实时地变化，并且响应于负载阻抗，以使功率信号的源阻抗匹配具有负载阻抗的负载。用于等离子体生成应用的典型的高效RF生成器为宽范围的负载阻抗运送RF功率。例如，图1A示出了第一示例性等离子体处理系统100，其包含功率生成系统102(诸如高效RF功率生成器)，其配置成提供功率到等离子体腔室106。提供的功率点燃并维持在等离子体腔室106内部的等离子体，其用于任何数量和类型的等离子体处理过程，诸如气相沉积和蚀刻应用。功率生成系统102可接收具有以控制来自功率生成系统的输出功率的电压值的控制信号。此类常规功率生成器102可产生相对于标称负载114的非对称输出功率分布。图1B是等离子体处理系统100的RF功率生成器102的非对称输出功率分布110的一个示例性三维史密斯圆图(或反射系数图)。图形110的水平面表示有功和无功负载阻抗成分，并且纵轴代表输出RF功率。在线114处的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率供应系统，包括：/n第一功率放大器，其包含第一放大器输入和第一放大器输出，所述第一功率放大器具有第一可控输出功率和第一非对称功率分布，所述第一非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第一峰值功率偏移；/n第二功率放大器，其包含第二放大器输入和第二放大器输出，所述第二功率放大器具有第二可控输出功率和第二非对称功率分布，所述第二非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第二峰值功率偏移；/n控制器，其与所述第一功率放大器和所述第二功率放大器中的至少一个通信，所述第一可控输出功率与所述第二可控输出功率组合以限定组合输出功率，控制器调节所述第一可控输出功率或所述第二可控输出功率中的至少一个，以控制组合输出功率的源阻抗。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180420 US 62/660,8931.一种功率供应系统，包括：
第一功率放大器，其包含第一放大器输入和第一放大器输出，所述第一功率放大器具有第一可控输出功率和第一非对称功率分布，所述第一非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第一峰值功率偏移；
第二功率放大器，其包含第二放大器输入和第二放大器输出，所述第二功率放大器具有第二可控输出功率和第二非对称功率分布，所述第二非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第二峰值功率偏移；
控制器，其与所述第一功率放大器和所述第二功率放大器中的至少一个通信，所述第一可控输出功率与所述第二可控输出功率组合以限定组合输出功率，控制器调节所述第一可控输出功率或所述第二可控输出功率中的至少一个，以控制组合输出功率的源阻抗。


2.根据权利要求1所述的功率供应系统，其中，所述第二非对称功率分布相对于所述第一非对称功率分布径向相反。


3.根据权利要求2所述的功率供应系统，还包括：
第三功率放大器，其包含第三放大器输入和第三放大器输出，所述第三功率放大器具有第三可控输出功率和第三非对称功率分布，所述第三非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第三峰值功率偏移；以及
第四功率放大器，其包含第四放大器输入和第四放大器输出，所述第四功率放大器具有第四可控输出功率和第四非对称功率分布，所述第四非对称功率分布具有相对于负载阻抗的第四峰值功率偏移；
其中，控制器进一步与所述第三功率放大器和所述第四功率放大器中的至少一个通信，控制器调节所述第三可控输出功率和所述第四可控输出功率中的至少一个，以控制组合输出功率的源阻抗。


4.根据权利要求3所述的功率供应系统，其中，所述第四非对称功率分布相对于所述第三非对称功率分布径向相反。


5.根据权利要求4所述的功率供应系统，其中，所述第一非对称功率分布和所述第二非对称功率分布分别地相对于所述第三非对称功率分布和所述第四非对称功率分布偏移。


6.根据权利要求1所述的功率供应系统，其中，基于组合输出功率所施加到的负载的阻抗，调节组合输出功率的源阻抗。


7.根据权利要求6所述的功率供应系统，其中，组合输出功率具有包括峰值功率的组合输出功率分布，控制器调节所述第一可控输出功率或所述第二可控输出功率中的至少一个，使得组合输出功率分布的峰值功率对应于负载的阻抗。


8.根据权利要求6所述的功率供应系统，其中，所述第一可控输出功率的幅值包括与所述第二可控输出功率的第二幅值不同的第一幅值，使得组合输出功率具有相对于负载阻抗的非对称功率输出分布。


9.根据权利要求1所述的功率供应系统，还包括：
反馈线路，其适配为确定组合输出功率的特性并提供组合输出功率的特性到控制器，其中，基于组合输出功率的特性，控制器进一步调节所述第一可控输出功率或所述第二可控输出功率中的至少一个。


10.根据权利要求9所述的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·古罗夫，M·米勒，Z·W·贝纳姆，
申请(专利权)人：先进工程解决方案全球控股私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG