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無線周波数電力増幅器安定化回路網
説明

無線周波数電力増幅器安定化回路網

無線周波数(RF)電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生装置はDC電源(B+)を含む。無線周波数スイッチは中心周波数f0の上記RF電力を発生させる。低域通過散逸終端回路網はDC電源(B+)とスイッチとの間に接続され、第一遮断周波数にて作動する。スイッチはシステムの忠実度を向上させる出力回路網へ信号を出力する。出力回路網は所定周波数を超えるRF電力を通過させる高域通過サブ高調波負荷絶縁フィルターへ送られる出力信号を発生させる。低域高調波負荷絶縁フィルターが出力回路網と高域通過サブ高調波負荷絶縁フィルターとの間に挿入されてもよく、高調波終端回路網が出力回路網の出力に接続されてもよい。高域通過終端回路網は所定周波数を超える周波数のRF電力を散逸させる。オフラインショートまたは分路回路網はスイッチの出力と出力回路網の入力とに接続され、所定周波数にてスイッチの出力を短絡させてもよい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プラズマ処理システムにおける無線周波数(RF)電力増幅器を安定させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本背景技術の欄では、本開示に関する背景情報を単に述べるだけであり、従来技術を構成するものではない。
【0003】
プラズマ処理システム類は、半導体の製造に用いられる。上記システムでは、原料(例えばシリコン)の電気特性を変化させて、半導体構成部品を製造するためのプラズマ室を用いる。上記プラズマ室の各構成部品として、例えば、トランジスタ、中規模および大規模なインダクタ類、マイクロプロセッサ類、およびランダムアクセスメモリが挙げられる。上記プラズマ室では、製造工程において、スパッタリング、プラズマエッチング、プラズマ蒸着、および/または反応性イオンエッチングを行うことができる。
【0004】
処理中、上記プラズマ室は、被加工半導体を保持する。次に、上記プラズマ室にガスが低圧で導入される。RF発生器が上記プラズマ室にRF電力を加える。上記RF電力は、上記ガスをガス状からプラズマへと変化させる。上記プラズマは、上記被加工半導体の露出部と反応する電荷を帯びたイオンを備える。これらの各処理を組み合わせたものを、被加工体に対して行い、特定の半導体部品を製造する。
【0005】
図1は、典型的なプラズマ加工システム10の一部を示している。RF発生器は、一つ以上の出力用のトランジスタ12を備えている。直流(DC)電源が、トランジスタ12に電力B+を与える。従来の各実施形態では、上記DC電源は、スイッチング電源または電力増幅器(PA)を備えている。出力用のトランジスタ12は、RF駆動信号14に応じて上記RF電力を発生させる。
【0006】
上記RF電力はインピーダンス整合回路網16に接続されている。インピーダンス整合回路網16の出力は、プラズマ室20における、通常、50Ωの入力インピーダンスを有する入力に接続されている。従来の各実装では、一つ以上の散逸型(損失型)の帯域通過フィルター22を備えている。上記帯域通過フィルター22は、トランジスタ12とプラズマ室20として図示されている負荷との間の給電ライン内に接続されている。
【0007】
トランジスタ12は通常、単一中心周波数f0のRF電力を発生させる。処理中、プラズマ室20の入力インピーダンスは、プラズマの本来の特性によって、連続的および自発的に変化する。
【0008】
これら入力インピーダンスの変化は、トランジスタ12とプラズマ室20との間の電力結合効率の低下を招来する。これら入力インピーダンスの変化によって、RFエネルギーがプラズマ室20から反射し、トランジスタ12へ戻ることもある。この反射RFエネルギーは、電力供給システムにおける不安定につながり、トランジスタ12にダメージを与えることがある。
【0009】
中心周波数f0に中心がある通過帯域外の周波数において起きた反射エネルギーを散逸させるために、フィルター22を用いることができる。フィルター22の例は、本発明の譲受人に譲渡されている、Chawla et al 米国特許第5,187,457号、『高調波フィルターおよびサブ高調波フィルター』に開示されている。
【0010】
スイッチング電源によってB+が供給される用途において、上記反射RFエネルギーは、上記スイッチング電源を不安定にさせることもある。そのような状況に対応するためのフィルター22の例は、Porter et al. 米国特許第5,747,935号、『スイッチモード電力での無線周波数プラズマ処理の安定化方法およびスイッチモード電力での無線周波数プラズマ処理の安定化装置』に開示されている。
【0011】
図2は、上記プラズマのインピーダンスの変化が、上記システムの安定性に及ぼす影響の試験測定結果の非限定的例示である。水平軸は周波数f0を中心とする範囲の周波数を表す。垂直軸はプラズマ室20内に結合された電力を表す。
【0012】
ピーク44は、中心周波数f0における望ましい電力結合を表す。プラズマ室における入力インピーダンスの変化は、中心周波数f0を超える場合にピーク46をもたらし、中心周波数f0を下回る場合にピーク48をもたらす。各ピーク46、48は、基礎となる周波数44以外の周波数における電力消費を示し、そのような電力消費は、一般的には好ましくない。
【0013】
図3は、トランジスタ12とプラズマ室20との間のインピーダンス整合の変化特性を示すスミスチャート50である。インピーダンス整合のプロット51はスミスチャート50の実(水平)軸と各点53、55で交わる。これらの各交差点は、プラズマ室20での共鳴を表す。
【0014】
図4は、周波数範囲にわたるRF電力の忠実性(フィディリティ)の損失を引き起こす高調波ひずみの例を示す試験測定結果の非限定的例示である。忠実性とは、通常、トランジスタ12からプラズマ室20の入力へのひずみのないRF電力伝播のことを言う。水平軸は周波数を表し、垂直軸は電力増幅器から出力された電力を表す。
【0015】
第1ピーク54が中心周波数f0で起こる。第2ピーク56、第3ピーク58、および第4ピーク60は、中心周波数f0に対して整数の倍数にて増加させた周波数で起きる。第2ピーク56、第3ピーク58、および第4ピーク60の振幅は、第1ピーク54の振幅から段々と小さくなっている。
【0016】
第2ピーク56、第3ピーク58、および第4ピーク60のエネルギーは、追加のフィルタリングが無いプラズマ室20では、RF電力がひずむであろうことを示している。従って、忠実度は理想には満たない。
【発明の概要】
【0017】
無線周波数(RF)電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器は、DC電源を備えている。無線周波数のトランジスタは中心周波数のRF電力を発生させる。散逸型の低域通過終端回路網が、上記DC電源と上記トランジスタとの間に接続されており、上記中心周波数より低い第一遮断周波数を備えている。
【0018】
RF周波電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器は、DC電源、中心周波数のRF電力を発生させる無線周波数のトランジスタ、およびRF電力と直列の高域通過フィルターも備えることができる。上記高域通過フィルターは、上記中心周波数よりも低い遮断周波数を備えている。
【0019】
適用性にかかる更なる分野については、以下の記述により明らかになるだろう。これらの記述および具体例は、説明の目的のみを意図しており、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0020】
以下の図面は、説明のみを目的としており、いかなる方法においても、本発明の範囲を限定するものではない。
【図1】従来技術のプラズマ処理システムに係る機能ブロック図である。
【図2】出力トランジスタと負荷の間の帯域外相互作用による電力摂動の試験測定結果である。
【図3】プラズマ処理システムに係る出力反射例のスミスチャートである。
【図4】高調波ひずみによる電力結合の試験測定結果である。
【図5】安定化回路網を備えるプラズマ処理システムに係る機能ブロック図である。
【図6】図5に示すプラズマ処理システムに係る機能ブロック図であって、上記安定化回路網は、高域通過終端回路網および低域通過高調波負荷絶縁フィルターを備えている。
【図7】安定化回路網の概略図である。
【図8】安定化回路網を備えるプラズマ処理システムにおける出力反射を示すスミスチャートである。
【図9】安定化回路網を備えるプラズマ処理システムにおけるスプリアス入力インピーダンス変化による電力摂動の試験測定結果である。
【図10】インラインモードでの絶縁およびオフラインでの高調波終端を有するマス負荷の高調波ひずみの試験測定結果である。
【図11】プッシュプル式のプラズマ処理システムの機能ブロック図である。
【図12】第二のプッシュプル式のプラズマ処理システムの機能ブロック図である。
【図13】複数の各電力増幅器を備えたプラズマ処理システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に説明する様々な実施形態は、説明のみを目的とし、いかなる方法においても、本教示、適用、または用途を限定するものではない。本明細書において、類似の参照番号は、類似の要素を表す。
【0022】
図5は、プラズマ処理システム100のいくつかの実施例の内の一つを示す。ハーフブリッジおよび/またはフルブリッジのスイッチング電源が、直流(DC)電圧B+を発生させる。DC給電と直列の低域通過終端DC給電回路網(LPT回路網)101は、RFトランジスタ102のドレインまたはコレクタにB+を結合させる。LPT回路網101は、帯域内にて作動し、第一遮断周波数fc1より低いRF電力を散逸(損失)させる。様々な各実施形態において、上記第一遮断周波数fc1は、通常、中心周波数f0を下回っている。LPT回路網101の詳細については後述する。
【0023】
トランジスタ102は、単一の金属−酸化物−シリコンの電界効果トランジスタ(MOSFET)として示されているが、その他の構成やタイプのトランジスタが採用されてもよい。例えば、トランジスタ102は、ひとつの端子が残りのふたつの端子を通るコンダクタンス、および/またはそのふたつの端子に渡る電圧、を制御する三端子半導体装置であってもよい。トランジスタ102は、また、単一のチップおよび/または単一のダイのMOSFETトランジスタでもよい。
【0024】
いくつかの各実施形態においては、トランジスタ102は、複数のダイのキロワット電力トランジスタ(KPT)であってもよい。トランジスタ102は、ひとつ以上の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)であってもよい。トランジスタ102の特定の構成やタイプは、目的とするRF電力規模、B+の電圧、RF電力の周波数範囲、および反射エネルギー散逸能力等に基づいて選択することができる。
【0025】
トランジスタ102のゲートまたはベースが、中心周波数f0のFR駆動信号103を受信する。システム100がFMを採用する場合、駆動信号103の周波数は中心周波数f0の上下に変調される。いくつかの各実施形態においては、変調の範囲は中心周波数f0のおよそ±5%〜±10%であるが、種々な各実施形態によっては、より大きい範囲になり得る。
【0026】
トランジスタ102のエミッタ104またはソースはアースに結合されている。上記トランジスタ102のドレインは出力回路網106の入力に結合されている。いくつかの各実施形態においては、出力回路網106は、トランジスタ102のドレインから発生したRF電力の忠実度を維持する。出力回路網106の詳細について以下に述べる。
【0027】
出力回路網106は高域通過サブ高調波負荷絶縁フィルター(HPSHフィルター)108の入力に接続されている。HPSHフィルター108は、所定の第二遮断周波数fc2より大きい周波数成分を通過させる。様々な実施形態においては、上記第二遮断周波数fc2は、通常、中心周波数f0よりも小さく、また、fc1とほぼ同じであってもよい。HPSHフィルター108の詳細については後述する。
【0028】
トランジスタ102のドレインは、オフラインショート112にも接続されている。オフラインショート112は、通常、中心周波数f0よりも小さい周波数で作動し、いくつかの各実施形態では、周波数がf0/2で作動する。オフラインショート112の詳細については後述する。HPSHフィルター108の出力はプラズマ室110の入力に接続されている。いくつかの各実施形態においては、図1に示すようなインピーダンス整合回路網はプラズマ室110の入力と直列に結合されることが可能である。
【0029】
LPT回路網101と、HPSHフィルター108とは、通常、トランジスタ102を囲む一対の各回路網をもたらす。一対の各回路網は、負荷であるプラズマ室110の変化に影響されない制御された帯域外周波数反応をもたらすのに協動する。
【0030】
LPT回路網101は、トランジスタ102のために低周波数のインピーダンス制御を可能にするRF経路からオフラインの低域通過構造をもたらす。LPT回路網101は、HPSHフィルター108と連携して作動する。HPSHフィルター108は、制御された状態のサブ高調波周波数にて負荷を絶縁する高域通過回路を、RFとインラインにてもたらす。
【0031】
LPT回路網101とHPSHフィルター108とが組み合わさることにより、トランジスタ102は、LPT回路網101によって上記トランジスタ102に提供されたインピーダンスにより作動する。これにより、負荷変化に左右されずにサブ高調波インピーダンスを制御することができる。
【0032】
LPT回路網101とHPSHフィルター108とは、以上のように相補的に機能し、処理システム100の安定性を向上させる。いくつかの各実施形態においては、トランジスタ102にLPT回路網101を通じて印加された直流成分を給電する必要はない。さらに、インピーダンス整合機能を備えるために、HPSHフィルター108は、部分的、または全体的に出力回路網106に一体化されてもよい。
【0033】
図5の構成により、周波数に応じてインピーダンスが変化したとき、トランジスタ102は、制御され、負荷に独立し、サブ高調波領域の実インピーダンスの状態下で作動することができる。これにより、負荷であるプラズマ室110から発生した、高周波のサブ高調波の共鳴がトランジスタ102の出力ノードに転送されるのを防止することができる。上記防止により、上記作動周波数を下回る周波数において、トランジスタ102から負荷であるプラズマ室110を効果的に絶縁できる。
【0034】
それゆえ、LPT101とHPSHフィルター108とは、協動して処理システム100の安定性を向上させることができる。オフラインショート112は、さらに、LPT101およびHPSHフィルター108と協動し、トランジスタ102のインピーダンスをサブ高調波周波数にて調整し、それによってさらに処理システム100の安定性を向上させることができる。
【0035】
図6は、高域通過終端回路網(HPT回路網)120と低域通過高調波負荷絶縁フィルター(LPHI)122を備えた処理システム100のいくつかの各実施形態の内のひとつを示す。HPT回路網120は、出力回路網106の出力に接続されている。LPHIフィルター122は、出力回路網106とHPSHフィルター108との間に接続されている。
【0036】
HPT回路網120は、所定の第三遮断周波数fc3を上回る周波数にて生じるRF電力を散逸させる(低減する)。いくつかの各実施形態では、第三遮断周波数fc3は、通常、周波数にてf0〜2f0の範囲内である。LPHIフィルター122は、所定の第四遮断周波数fc4を下回る周波数のRF電力を通過させる。様々な各実施形態においては、上記第四遮断周波数fc4は、f0より大きく、また通常、fc3とほぼ同じである。
【0037】
LPT回路網101、出力回路網106、HPSHフィルター108、HPT回路網120、およびLPHIフィルター122は、集合的に安定化回路網と呼ばれる。図6の構成要素が様々な構成に配置できることは、当業者であれば理解できるはずである。また、図6の構成要素をアレンジすることで、個々の構成要素が違ったトポロジーになることも分かるだろう。
【0038】
上述のように、LPT回路網101とHPSHフィルター108は、トランジスタ102に対して、サブ高調波での絶縁を与える一方、HPT回路網120とLPHIフィルター122は、作動周波数を超える周波数において、トランジスタ102に対して絶縁を与えるように協動する。この協動は、最小限のフィルター部品の追加で、処理システム100の忠実度を向上させる。
【0039】
いくつかの各実施形態においては、HPT回路網120とLPHIフィルター122は相補的に作動し、高周波数のインピーダンスの調整および終端化をもたらす。図6のシステムは、作動周波数を超える、および作動周波数を下回る周波数において、上記トランジスタから上記負荷を絶縁し、作動帯域幅内でトランジスタ102に制御された実インピーダンスを与える。
【0040】
いくつかの各実施形態では、直列回路、LPHIフィルター122、およびHPSHフィルター108は、互いに相補的に構成され、増幅器システムが作動周波数を下回る、および上回る周波数にてブロードバンド(広帯域)作動および高度の負荷絶縁を実現することを可能にする。
【0041】
さらに、直列部品であるLPHIフィルター122とHPSHフィルター108は、いくつかの実施形態において、位相補償などによって互いに相補的に動作して、周波数の関数として、作動周波数帯のためのインピーダンスを一定に保つように設計されてもよい。そのような相補的な各回路網によって、処理システム100は広範囲の周波数において概して一貫した同一の効率を保つことができる。
【0042】
図7は、安定化回路網の様々な実施形態を示す概略図である。LPT回路網101は、直列に接続されたインダクタL1,インダクタL2,インダクタL3,およびインダクタL4を備えている。B+は、インダクタL1の一端と、コンデンサC1の一端に接続されている。コンデンサC1の他の一端は、アースと結合されている。
【0043】
互いに直列に接続された抵抗R1とコンデンサC2は、アースと、インダクタL1とL2の接合部との間に結合されている。いくつかの各実施形態では、抵抗R1は、事前に選択した周波数で作動する好適な抵抗素子に置き換えてもよい。そのような抵抗素子は、LPT回路網101の各応答性素子(各リアクタンス素子)から好適に選択することによって設けることができる。
【0044】
コンデンサC3は、アースと、インダクタL2とL3の接合部との間に結合されている。コンデンサC4はアースとインダクタL3とL4の接合部との間に結合されている。インダクタL4の他の一端はLPT回路網101の出力であり、トランジスタ102のドレインと結合している。インダクタL1〜L4と、コンデンサC1〜C4の値は、fc1の選択に応じて決定することができる。
【0045】
出力回路網106は、アースとトランジスタ102のドレインとの間に結合したコンデンサC5を備えている。インダクタL6はトランジスタ102のドレインと、各コンデンサC7、C8の第一端部との間を結合している。コンデンサC7の第二端部はアースと結合している。コンデンサC8の第二端部は、インダクタL7の一端に結合しており、また、出力回路網106の出力になっている。インダクタL7の他の一端はアースに結合している。
【0046】
オフラインショート112は、アースとトランジスタ102の出力との間に結合されたインダクタL5とコンデンサC6の直列共振結合を含んでいる。インダクタL5とコンデンサC6とは、RF電流を例えば0.5*f0のサブ高調波帯中の特定周波数でアースに分路する分路回路網を形成する。上記特定の周波数は、様々な設計配慮に応じて選択すればよい。例えば、ある電力増幅システムでは、ある特定の所定周波数において望ましくない結果が見られるが、そういった周波数を除くことが望ましい。
【0047】
したがって、いくつかの各実施形態においては、インダクタL5およびコンデンサC6の値は、インダクタL5およびコンデンサC6が0.5*f0で共振するように選択することができる。図8は、例として、オフラインショート112の影響を示すスミスチャート114である。プロット116は、オフラインショート112が通常、サブ高調波0.5*f0をアースに短絡させることを示す。
【0048】
図7に戻り、HPT回路網120は、互いに直列に接続されたコンデンサC12、コンデンサC13、およびコンデンサC14を備えている。抵抗R2は、アースとコンデンサC14の他の一端との間に結合している。インダクタL11は、アースと、各コンデンサC13、C14の接合部との間に結合している。
【0049】
いくつかの各実施形態においては、抵抗R2は、所定の周波数で作動する好適な抵抗素子に置き換えてもよい。そのような抵抗素子は、HPT回路網120の各応答性素子を好適に選択することによって設けることができる。インダクタL10は、アースと、各コンデンサC12、C13の接合部との間に結合している。コンデンサC12の他の一端は、HPT回路網120の入力である。いくつかの実施形態において、インダクタL10〜L12、コンデンサC12〜C14の値は、fc3およびR2に基づいて決定することができる。
【0050】
HPSHフィルター108は、コンデンサC10およびコンデンサC11の直列接続によって形成されたT字回路網を含んでいる。上記直列接続の中心タップはインダクタL9の一端に結合している。インダクタL9の他の一端は、アースに結合している。コンデンサC10の他の一端は、HPSHフィルター108の入力である。コンデンサC11の他の一端はHPSHフィルター108の出力である。
【0051】
LPHIフィルター122は、インダクタL8、コンデンサC9、インダクタL7、およびコンデンサC12を含む。したがって、インダクタL7は、出力回路網フィルター122とHPSHフィルター108との構成部品である。ゆえに、同様に、コンデンサC12は、LPHIフィルター122とHPT120との構成部品である。インダクタL8の第一端部は、インダクタL7に接続されており、また、LPHIフィルター122のインプットである。インダクタL8の第二端部は、コンデンサC9の一端とHPLI108の入力に接続している。コンデンサC9の他の一端は、アースに結合している。
【0052】
シミュレーション結果が、本明細書に記載のシステムの、トランジスタ12に見られるように、安定化回路網の入力インピーダンス(Z)への有効性を示している。上記シミュレーションは、プラズマ室110を、それぞれ、0λ、1/8λ、1/4λ、1/2λ、および3/4λの長さの、対応する非終端給電ラインに置き換えることを含むことができる。ラムダ(λ)は中心周波数f0の波長である。
【0053】
いくつかの各シミュレーションにおいて、第一遮断周波数fc1および第二遮断周波数fc2は、0.6*f0に設定してもよく、第三遮断周波数fc3および第四遮断周波数fc4は、1.66*f0に設定してもよい。プラズマ室110を取り除くことで、HPSHフィルター108の出力において、無限から単一の電圧定在波比(VSWR)をもたらす。上記無限から単一への1VSWRは、上記非終端給電ラインが単純に応答し、全てのRF電力を反射するので、上記安定化回路網に対して最悪の場合の負荷を与える。
【0054】
様々な各シミュレーションによれば、最低周波数では、LPT回路網101による散逸負荷により、インピーダンスZは、比較的一定に保たれる。HPSHフィルター108は、また、最低周波数でのトランジスタ102から非終端負荷を絶縁するのに役立つ。
【0055】
インピーダンスZは、オフラインショート112の影響により、0.5*f0では急激に減少する。インピーダンスZは、LPT回路網101およびHPSHフィルター108により、0.5*f0と0.6*f0との間においては、再度増加する。
【0056】
0.6*f0と1.66*f0との間においては、インピーダンスZは、周波数および非終端給電ラインの長さによって変化する。この周波数範囲内のインピーダンスZの変化は、RF電力が負荷に結合していることを示している。
【0057】
HPT回路網120によってもたらされる散逸負荷によって、1.66*f0を超える周波数にてインピーダンスZは、再度安定する。LPHIフィルター122は、また、1.66*f0を超える周波数で、トランジスタ102から非終端負荷を絶縁するのに役立つ。
【0058】
したがって、上記安定化回路網は、RFトランジスタ102に対して無条件に安定した負荷を、fc1を下回る、fc3を上回る周波数範囲に渡って与えることについて様々なシミュレーションが示している。周波数fc1〜fc3の間では、上記安定化回路網はトランジスタ102とプラズマ室110とを結合する。
【0059】
図9では、非限定的例示によって、様々な各実施形態の試験測定結果は、RF電力の忠実度の低下を起こすスプリアスひずみの欠如を示す。水平軸は、周波数を表す。垂直軸は、プラズマ室20内に結合された電力を表す。
【0060】
第一ピーク156は中心周波数f0で生じている。f0以外の周波数のエネルギーは、プラズマ室20でRF電力がゆがめられたことを示す。図9での忠実度は、図4での試験測定結果の忠実度を超えた向上を示す。
【0061】
図10では、非限定的例示により、様々な各実施形態の試験測定結果は、負荷の高調波ひずみが、インラインでの負荷絶縁と、オフラインでの高調波の終端化とに一致していることを示す。水平軸は、周波数を表す。垂直軸は、プラズマ室20内に結合された電力を表す。
【0062】
図10に見られるように、第一ピーク162は、中心周波数f0にて現れる。第二ピーク164は、f0の高調波周波数にて現れ、第三ピーク166は、中心周波数f0の別の高調波にて現れる。このように、図10は、インラインでの負荷絶縁と、オフラインでの高調波の終端化との組み合わせの有効性を示す。このように、図10は、インラインでの負荷絶縁およびオフラインでの高調波の終端化と、負荷での高調波ひずみとの一致との組み合わせの向上を示す。
【0063】
図11では、一対の安定化回路網がプッシュプル構成のRFプラズマ処理システムに適応されていることを示す。第一トランジスタ102−1は、RF電力を提供し、第一安定化回路網に接続している。第二トランジスタ102−2は、第一トランジスタ102−1から180度位相がずれたRF電力を提供する。第二トランジスタ102−2は、第二安定化回路網に接続している。
【0064】
バラン160は、各安定化回路網の各出力に見られるRF電力を結合し、その結合したRF電力をプラズマ室110に印加する。いくつかの各実施形態では、バラン160は、変圧器を備えることができる。
【0065】
図12では、上記安定化回路網が第二のプッシュプル構成のRFプラズマ処理システムに適応されていることを示す。第一トランジスタ102−1は、第一出力回路網106−1に接続している。第二トランジスタ102−2は、第二出力回路網106−2に接続している。第一および第二出力回路網106のそれぞれの出力は、バラン160の各入力に印加されている。
【0066】
バラン160の出力は、HPT回路網120とLPHIフィルター122との各入力に接続されている。LPHIフィルター122の出力は、HPSHフィルター108の入力に接続されている。HPSHフィルター108の出力は、プラズマ室110の入力に接続されている。第一トランジスタ102−1と第二トランジスタ102−2のドレインはそれぞれのLPT回路網101を通じてB+を受け取る。
【0067】
図13は、複数の各電力増幅器172a、172b、172cを利用して、プラズマ室110に電力を提供する発電システム170を示す。各電力増幅器172a、172b、172cは、通常、図5および/または図6の符号100、および/または図11および/または図12の構成を参照して記載されるように具現化することができる。
【0068】
入力電圧/電流モジュール174は、入力電圧/電流を各電力増幅器172a、172b、172cのそれぞれに提供する。各電力増幅器172a、172b、172cのそれぞれは、入力電圧/電流を受け取り、コンバイナ176に印加される増幅出力を発生させるために上記入力を増幅する。コンバイナ176は、各電力増幅器172a、172b、172cの電力出力のそれぞれを組み合わせ、プラズマ室110への駆動入力を発生させる。
【0069】
システムコントローラ178は、少なくとも、各電力増幅器172a、172b、172cを制御するための制御信号を発生させる。いくつかの各実施形態では、制御入力をもたらす、および/または各電力増幅器172a、172b、172c、入力電圧/電流モジュール174、およびコンバイナ176のそれぞれからのモニタ信号を受信する。
【0070】
図13は、通常、プラズマ室110への電力を発生させるための更なる選択肢を示すために、図5、図6、図11、および/または図12に示す様々な回路の組み合わせの可能性を示すことを意図していることは、当業者には理解されるであろう。
【0071】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
RF電力を負荷に印加するための無線周波数発生器であって、
DC電源と、
中心周波数のRF電力を発生させる少なくとも一つのスイッチと、
上記DC電源と上記スイッチとの間に接続され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有し、上記中心周波数未満の周波数にて、オフラインでのインピーダンス制御をもたらす低域通過終端回路網と、
上記スイッチの出力と上記負荷との間に設けられ、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有し、上記中心周波数未満の周波数にて、上記負荷から上記スイッチに対して、インラインでの絶縁を提供する高域通過フィルターと、を備える無線周波数発生器。
【請求項2】
上記低域通過終端回路網および上記高域通過フィルターは、上記無線周波数発生器が、上記中心周波数または上記中心周波数未満の周波数帯域で作動できるように構成されている請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項3】
上記高域通過フィルターに対して直列に配置されている出力回路網をさらに備えている請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項4】
上記出力回路網は、上記スイッチと上記高域通過フィルターとの間に設けられている請求項3に記載の無線周波数発生器。
【請求項5】
上記出力回路網と、上記高域通過フィルターとは、共通の構成部品を含む請求項3に記載の無線周波数発生器。
【請求項6】
上記低域通過終端回路網は、散逸素子を備える請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項7】
上記低域通過終端回路網は、上記スイッチとしてのトランジスタに対して誘導性負荷を与えるものである請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項8】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項9】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項10】
上記RF電力からオフラインにて接続され、上記中心周波数よりも大きい第三遮断周波数を有し、上記中心周波数よりも大きい周波数にて、上記スイッチに対してオフラインでのインピーダンス制御を提供する高域通過終端回路網をさらに備えている請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項11】
上記高域通過終端回路網は、散逸素子を備えている請求項10に記載の無線周波数発生器。
【請求項12】
上記高域通過終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項10に記載の無線周波数発生器。
【請求項13】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項10に記載の無線周波数発生器。
【請求項14】
上記負荷と上記スイッチとの間に設けられ、上記中心周波数よりも大きい第四遮断周波数を有し、上記中心周波数よりも大きい周波数にて、上記負荷から上記スイッチをインラインで絶縁させる低域通過フィルターをさらに備えている請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項15】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項14に記載の無線周波数発生器。
【請求項16】
RF電力からオフラインにて、帯域通過周波数を備える分絡回路網をさらに備えている請求項1に記載の無線周波数発生器。
【請求項17】
上記帯域通過周波数は、上記中心周波数のおよそ0.5倍である請求項16に記載の無線周波数発生器。
【請求項18】
RF電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
DC電源と、
中心周波数のRF電力を発生させる無線周波数トランジスタと、
安定化回路網とを備え、
上記安定化回路網は、
上記DC電源および上記トランジスタに対してインラインにて接続され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有する低域通過終端回路網と、
上記RF電力に対してインラインにて接続され、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有し、上記低域通過終端回路網と協動し、上記中心周波数を下回る、所定の作動周波数にわたって、上記トランジスタでのインピーダンスを制御する高域通過フィルターとを含む無線周波数発生器。
【請求項19】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項18に記載の無線周波数発生器。
【請求項20】
上記高域通過終端回路網は、散逸素子を備えている請求項18に記載の無線周波数発生器。
【請求項21】
忠実度回路網をさらに備え、
上記忠実度回路網は、
上記RF電力からオフラインにて接続し、上記中心周波数よりも大きい第三遮断周波数を有する高域通過終端回路網と、
上記RF電力とインラインにて接続され、上記中心周波数よりも大きい第四遮断周波数を有し、上記中心周波数を上回る所定の作動周波数にわたって、上記高域通過終端回路網と協動して、上記トランジスタのインピーダンスを制御する低域通過フィルターとを含む請求項18に記載の無線周波数発生器。
【請求項22】
上記高域通過終端回路網は、散逸型で、所定の作動周波数範囲にてリアクタンスを示すものである請求項21に記載の無線周波数発生器。
【請求項23】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項21に記載の無線周波数発生器。
【請求項24】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項21に記載の無線周波数発生器。
【請求項25】
上記RF電力に接続された帯域通過フィルターをさらに備え、
上記帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を有する請求項21に記載の無線周波数発生器。
【請求項26】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ0.5倍である請求項25に記載の無線周波数発生器。
【請求項27】
RF電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
中心周波数のRF電力を発生させる無線周波数の各トランジスタと、
上記各トランジスタと上記複数の各トランジスタに関連する各DC電源のそれぞれとの間に接続された各低域通過散逸終端回路網と、
上記無線周波数の各トランジスタからの上記RF電力に基づいて、RF電力信号を発生するコンバイナとを備え、
上記RF電力信号は、負荷としての上記プラズマ室に印加され、
上記各低域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有する無線周波数発生器。
【請求項28】
上記各低域通過散逸終端回路網は、それぞれに散逸素子を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項29】
上記各低域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項30】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項31】
上記各トランジスタからのRF電力のそれぞれに対して直列の各高域通過フィルターをさらに備え、
上記各高域通過フィルターは、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有する請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項32】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項31に記載の無線周波数発生器。
【請求項33】
上記各トランジスタからのRF電力のそれぞれに接続された複数の各高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記各高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項34】
上記各高域通過散逸終端回路網は、それぞれに散逸素子を含む請求項33に記載の無線周波数発生器。
【請求項35】
上記各高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項33に記載の無線周波数発生器。
【請求項36】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項33に記載の無線周波数発生器。
【請求項37】
上記各トランジスタからのRF電力のそれぞれに対して直列の低域通過フィルターをさらに備え、
上記低域通過フィルターは、上記中心周波数より大きい第四遮断周波数を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項38】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項37に記載の無線周波数発生器。
【請求項39】
上記各トランジスタからのRF電力のそれぞれに接続された各帯域通過フィルターをさらに備え、
上記各帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項40】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ0.5倍である請求項39に記載の無線周波数発生器。
【請求項41】
上記RF電力信号に対して直列の高域通過フィルターをさらに備え、
上記高域通過フィルターは、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項42】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項41に記載の無線周波数発生器。
【請求項43】
上記RF電力信号に接続された高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項44】
上記高域通過散逸終端回路網は、散逸素子を含む請求項43に記載の無線周波数発生器。
【請求項45】
上記高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項43に記載の無線周波数発生器。
【請求項46】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項43に記載の無線周波数発生器。
【請求項47】
上記RF電力信号に対して直列の低域通過フィルターをさらに備え、
上記低域通過フィルターは、上記中心周波数より大きい第四遮断周波数を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項48】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項47に記載の無線周波数発生器。
【請求項49】
上記RF電力信号に接続された帯域通過フィルターをさらに備え、
上記帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む請求項27に記載の無線周波数発生器。
【請求項50】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ0.5倍である請求項49に記載の無線周波数発生器。
【請求項51】
RF電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
中心周波数のRF電力を発生させる無線周波数の各トランジスタと、
上記各トランジスタからのRF電力のそれぞれに対して直列に配され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を備える各高域通過フィルターと、
上記無線周波数の各トランジスタからの上記RF電力に基づいて、RF電力信号を発生するコンバイナとを備え、
上記RF電力信号は、上記プラズマ発生装置に印加される無線周波数発生器。
【請求項52】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項51に記載の無線周波数発生器。
【請求項53】
各トランジスタのそれぞれからの上記RF電力に接続された各高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記各高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第二遮断周波数を含む請求項51に記載の無線周波数発生器。
【請求項54】
上記高域通過散逸終端回路網は、それぞれに散逸素子を含む請求項53に記載の無線周波数発生器。
【請求項55】
上記高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項53に記載の無線周波数発生器。
【請求項56】
上記第二遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項53に記載の無線周波数発生器。
【請求項57】
上記各トランジスタのそれぞれからのRF電力に対して直列の各低域通過フィルターをさらに備え、
上記各低域通過フィルターは、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項51に記載の無線周波数発生器。
【請求項58】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項57に記載の無線周波数発生器。
【請求項59】
上記各トランジスタのそれぞれからのRF電力に接続された各帯域通過フィルターをさらに備え、
上記各帯域通過フィルターは、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む請求項51に記載の無線周波数発生器。
【請求項60】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ0.5倍である請求項59に記載の無線周波数発生器。
【請求項61】
RF電力をプラズマ室に印加するための無線周波数発生器であって、
中心周波数のRF電力を発生する無線周波数の各トランジスタと、
上記無線周波数の各トランジスタからの上記RF電力に基づいて、RF電力信号を発生するコンバイナと、
上記RF電力に対してインラインにて、上記無線周波数のトランジスタの出力に近接して配置され、上記中心周波数未満の第一遮断周波数を有する高域通過フィルターを含む安定化回路網とを備える無線周波数発生器。
【請求項62】
DC電源と上記各トランジスタとに対してインラインにて接続された低域通過終端回路網をさらに備え、
上記低域通過終端回路網は、上記中心周波数未満の第二遮断周波数を有し、高域通過フィルターと協動し、上記中心周波数を下回る周波数にて、所定の作動周波数にわたって、上記トランジスタでのインピーダンスを制御するものである請求項61に記載の無線周波数発生器。
【請求項63】
上記第一遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ0.6倍に等しい請求項61に記載の無線周波数発生器。
【請求項64】
上記RF電力信号からオフラインにて接続された、高域通過散逸終端回路網をさらに備え、
上記高域通過散逸終端回路網は、上記中心周波数より大きい第三遮断周波数を含む請求項61に記載の無線周波数発生器。
【請求項65】
上記高域通過散逸終端回路網は、散逸素子を含む請求項64に記載の無線周波数発生器。
【請求項66】
上記高域通過散逸終端回路網は、所定の周波数範囲内にてリアクタンスを示す請求項64に記載の無線周波数発生器。
【請求項67】
上記第三遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項64に記載の無線周波数発生器。
【請求項68】
上記RF電力信号に対してインラインに配され、上記中心周波数より大きい第四遮断周波数を含む低域通過フィルターをさらに備える請求項62に記載の無線周波数発生器。
【請求項69】
上記第四遮断周波数は、上記中心周波数のおよそ1.66倍に等しい請求項68に記載の無線周波数発生器。
【請求項70】
上記RF電力信号に接続され、上記中心周波数未満の帯域通過中心周波数を含む帯域通過フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項62に記載の無線周波数発生器。
【請求項71】
上記帯域通過中心周波数は、上記中心周波数のおよそ0.5倍である請求項70に記載の無線周波数発生器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【公表番号】特表2010−521041(P2010−521041A)
【公表日】平成22年6月17日(2010.6.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−547214(P2009−547214)
【出願日】平成19年10月23日(2007.10.23)
【国際出願番号】PCT/US2007/022468
【国際公開番号】WO2008/091309
【国際公開日】平成20年7月31日(2008.7.31)
【出願人】(592053963)エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド (114)
【氏名又は名称原語表記】MKS INSTRUMENTS,INCORPORATED
【Fターム(参考)】