等离子体功率输送系统的周期间控制系统及其操作方法技术方案

一种发生器产生输出，例如输送的功率、电压、电流、正向功率等，其遵循预定的输出对时间的规定模式，其中，通过基于在过去的一个或多个重复周期中进行的测量来控制模式的各部分而以重复周期重复该模式。可变阻抗匹配网络可以控制呈现给射频发生器的阻抗，同时发生器产生的输出遵循规定输出对时间变化的模式，其中，通过基于在过去的一个或多个重复周期取得的测量结果控制所述模式的部分期间的匹配中的可变阻抗元件，以重复周期重复所述模式。以重复周期重复所述模式。以重复周期重复所述模式。

【技术实现步骤摘要】
等离子体功率输送系统的周期间控制系统及其操作方法
[0001]本申请是申请号为201880045502.2，申请日为2018年7月5日，专利技术名称为“等离子体功率输送系统的周期间控制系统及其操作方法”的中国专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本专利条约合作(PCT)申请与2017年7月7日提交的题为“INTER
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PERIOD CONTROLSYSTEM FOR PLASMA POWER DELIVERYSYSTEM AND METHOD OF OPERATING THESAME”的美国专利申请62/529963相关并主张其优先权，出于所有目的，通过引用在此将其全部内容并入。


[0004]本公开的各方面涉及用于控制功率输送系统，尤其是用于控制等离子体功率输送系统的改进的方法和系统。

技术介绍

[0005]等离子体处理系统用于通过诸如化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)的工艺在基底上沉积薄膜，以及使用蚀刻工艺从基底上去除薄膜。通常通过将射频(RF)或直流(DC)发生器耦合到充满低压注入等离子体腔的气体的等离子体腔来创建等离子体。通常，发生器将RF功率传送到等离子体腔中的天线，并且在天线处传送的功率会点燃并维持等离子体。在一些情况下，RF发生器被耦合到阻抗匹配网络，所述网络可以使等离子体阻抗与所需阻抗匹配，通常为50Ω，在发生器输出处。直流功率通常经由一个或多个电极而被耦合到腔室。单独的发生器或发生器与装备的其他件的组合(例如阻抗匹配网络)，耦合到相同等离子体、线缆等的其他发生器，构成等离子体功率递送系统。
[0006]通常需要调制输送到等离子体系统的功率。大多数调制方案是重复的，即，相同的调制波形以波形重复率重复。相关的波形重复周期等于一除以波形重复率。使用传统控制方案遵循规定调制波形的能力要求来自控制器以及最终来自测量系统的高的带宽。很多等离子体系统以不同的频率向等离子体施加功率。等离子体负载的非线性特性创建调制间产物，这些调制间产物会干扰发生器的测量系统。因此，有时使用窄带测量系统来限制这种干扰是有利的。在许多应用中，输送到等离子负载的功率不是唯一受控制的参数。例如，在RF功率输送系统中，可以通过控制发生器输出的频率或通过控制发生器与等离子体负载之间的可变阻抗匹配网络来控制由等离子体负载提供给发生器的阻抗。在一些情况下，发生器源阻抗也可能受控制。根据这些各种问题来跟踪和控制功率提出了越来越大的控制挑战。
[0007]考虑到这些观察以及其他，构想了本公开的各方面。

技术实现思路

[0008]根据一个实施例，一种发生器产生输出，例如输送的功率、电压、电流、正向功率等，其遵循预定的输出对时间的规定模式，其中，通过基于在过去的一个或多个重复周期中进行的测量来控制模式的各部分而以重复周期重复该模式。在一个示例中，功率输送系统
包括产生重复输出模式的发生器，并且控制元件基于当前时间周期之前的时间周期进行的对重复模式的值的测量来控制重复模式。所述控制元件可以还基于在当前周期之前的周期进行的对重复模式的测量与当前周期期间重复模式的值的测量的组合来控制重复输出模式。重复的输出模式可以遵循输出对时间的规定模式，其中，所述规定模式以重复周期重复，其中，在当前周期之前的周期内进行的对重复模式值的测量在过去一个或多个重复周期中发生。
[0009]根据又一个实施例，可变阻抗匹配网络控制呈现给RF发生器的阻抗，同时发生器产生输出，例如输送的功率、电压、电流、正向功率等，其遵循输出对时间的规定模式，其中，通过基于在过去一个或多个重复周期进行的测量，控制在模式的各个部分中的匹配项中的可变阻抗元素，从而以重复周期重复所述模式。在各种可能的实施例中，发生器可以将输送的功率、电压、电流、正向功率等提供给等离子体系统，以点燃和维持等离子体。
[0010]根据又一个实施例，发生器产生输出，所述输出遵循预定的输出对时间的模式，其中该模式通过基于过去一个或多个重复周期所进行的测量来控制模式的各部分而以重复周期重复。将该控制器与周期内控制器相结合，所述周期内控制器基于过去小于重复周期进行的测量来计算控制输出。
[0011]根据又一个实施例，可变阻抗匹配网络控制呈现给RF发生器的阻抗，同时发生器产生输出，例如输送的功率、电压、电流、正向功率等，其遵循输出对时间的规定模式，其中，通过基于在过去一个或多个重复周期进行的测量，控制在模式的各个部分中的匹配项中的可变阻抗元素，从而以重复周期重复所述模式。并且将该控制器与周期内控制器相结合，所述周期内控制器基于过去小于重复周期取得的测量结果来计算对匹配中的可变阻抗元素的控制。
[0012]根据另一实施例，发生器产生输出，所述输出遵循预定的输出对时间的模式，其中通过基于过去一个或多个重复周期进行的测量来控制模式的各部分，同时调整另一参数(例如发生器输出频率或包含在发生器或耦合在发生器与等离子体之间的可变阻抗匹配网络中的可变阻抗元素)，而以一重复周期重复该模式，这些参数基于过去一个或多个重复周期所获得的测量值，其中，由控制系统确定并使用控制输入(例如功率控制和发生器的频率)与控制输出(例如提供给发生器的输出功率和阻抗)之间的相关性。
[0013]根据又一个实施例，发生器产生输出，所述输出遵循预定的输出对时间的模式，其中，所述模式通过以下来以一重复周期重复：基于针对模式的部分在过去一个或多个重复周期所进行的测量来控制模式的相同的部分；并且通过对控制输入进行扰动针对模式中其他部分的这样的测量，确定对扰动的响应并使用对扰动的响应来补偿波形中相邻或紧邻定位的时间周期之间的耦合。
附图说明
[0014]如附图中所示，根据对那些技术的特定实施例的以下描述，本公开的技术的各种特征和优点将变得显而易见。应该注意，附图不一定是按比例的；而是，重点放在说明技术概念的原理上。同样，在附图中，相同的附图标记可以指不同视图中的相同部分。附图仅描绘了本公开的典型实施例，并且因此，不应被视为对范围的限制。
[0015]图1A示出了可用于控制等离子体功率输送系统的简单的模拟周期内控制系统，并
且图1B示出了可用于控制等离子体功率输送系统的简单的数字周期内控制系统。
[0016]图2A示出了相对较慢的周期内控制系统对周期输入的响应，并且图2B示出了相对快速的周期内控制系统对周期输入的响应。
[0017]图3A和图3B示出了根据本公开的实施例的可以在等离子体功率输送系统中实现的示例性周期间控制器的框图。
[0018]图4A
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图4D示出了示例性周期间控制器对周期性输入的响应。
[0019]图5示出了根据本公开的一个实施例的示例性周期间和周期内组合控制器的框图，所述控制器可以在等离子体功率输送系统中实现。
[0020]图6A示出了示例纯周期间控制器的作为频率的函数的环路增益。
[0021]图6B示出了用于生成图6A的环路增益的周期间控制器的环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率输送系统，包括：控制器，其被配置为产生输出信号，所述控制器经受周期性扰动，其中，所述周期性扰动以重复周期重复，在所述重复周期期间，所述控制器基于在过去的一个或多个重复周期中取得的所述输出信号的值的测量结果以及多个存储的多维控制输入值的元素与多维输出值的元素之间的相关性来控制所述输出信号。2.根据权利要求1所述的功率输送系统，其中，所述功率输送系统接收与所述周期性扰动同步的信号。3.根据权利要求1所述的功率输送系统，其中，所述控制器被配置为基于所述过去的一个或多个重复周期的测量结果与当前重复周期的测量结果的组合来控制所述重复周期。4.根据权利要求1所述的功率输送系统，其中，所述控制器被配置为确定并使用所存储的针对所述重复周期中的特定时间周期的所述多维控制输入值的元素与针对相同的特定时间周期的所述多维输出值的元素之间的相关性。5.根据权利要求1所述的功率输送系统，其中，所述控制器被配置为扰动控制输入以获得所述多维控制输入值的元素与所述多维输出值的元素之间的相关性。6.根据权利要求4所述的功率输送系统，其中，针对所述重复周期中的所述特定时间周期和与所述特定时间周期相邻的时间周期的所述多维控制输入值的所述元素与针对所述特定时间周期的所述多维输出值的所述元素之间的所述相关性由所述控制器确定和使用。7.根据权利要求1所述的功率输送系统，其中，所述多维输出值中的一个元素是电压、电流和功率中的一个或其组合，并且所述多维输出值中的另一个元素是呈现给发生器的阻抗和发生器的源阻抗中的一个。8.根据权利要求1所述的功率输送系统，其中，所述多维控制输入值和所述多维输出值的维度不一致。9.一种等离子体功率输送系统，包括：阻抗匹配网络，其使负载阻抗与期望阻抗匹配，其中，所述负载阻抗经受以重复周期重复的周期性调制模式；以及控制元件，其能操作地与所述阻抗匹配网络相关联，所述控制元件基于在过...

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