高周波発生器の位相および周波数の外部からの制御
【課題】周波数および位相を正確に制御する高周波発生器を提供する。
【解決手段】周波数および位相を正確に制御する高周波発生器１４ａ，１４ｂは、電力源２２２ａ，２２２ｂと、センサ２２４ａ，２２４ｂと、センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂとを含む。センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂは、電力源２２２ａ，２２２ｂおよびセンサ２２４ａ，２２４ｂに接続され、高周波発生器１４ａ，１４ｂの位相および／または周波数を制御する。
【解決手段】周波数および位相を正確に制御する高周波発生器１４ａ，１４ｂは、電力源２２２ａ，２２２ｂと、センサ２２４ａ，２２４ｂと、センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂとを含む。センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂは、電力源２２２ａ，２２２ｂおよびセンサ２２４ａ，２２４ｂに接続され、高周波発生器１４ａ，１４ｂの位相および／または周波数を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、高周波（ＲＦ：radio frequency）発生器に関し、より詳しくは、高周波発生器の位相および周波数の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチングは、半導体製造に頻繁に使用される。プラズマエッチングにおいて、イオンは、電界によって加速され、基板の露出した表面をエッチングする。プラズマエッチング工程を効果的に実行するため、プラズマチャンバに高周波（ＲＦ）発生器から供給する電力は精密に制御されなければならない。例として、高周波プラズマシステムに使用される高周波発生器は、特許文献１（２００４年３月１６日発行の米国特許第６７０７２５５号明細書）に見られる。特許文献１に開示されているものは、全体を参照して本願に組み入れる。
【０００３】
高周波発生器システムは、典型的には、高周波電力源と、高周波センサと、センサ信号処理ユニットとを含む。高周波電力源は、センサによって検出される高周波電力信号を生成する。センサは、高周波電力信号を表すアナログセンサ信号を出力する。アナログセンサ信号は、関与する周波数および妨害する周波数の成分を含む。センサ信号処理ユニットは、アナログセンサ信号を帯域制限して、妨害周波数成分をアナログセンサ信号から除去する。これにより、関与する周波数のアナログまたはディジタルの代表信号を残す。
【特許文献１】米国特許第６７０７２５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高周波発生器の周波数および位相を正確に制御することが望ましい。例えば、高周波発生器の固定周波数または機動周波数（agile frequency）の典型的な位相偏差は制御されない。高周波センサ信号の１次結合から導き出される位相は、典型的には、適切に制御されない。さらに、従来の高周波発生器は、機動周波数の自動周波数調整システムにおいて複数の高周波発生器の間の変動周波数の同調を維持する間などに、変動する位相偏差を外部から制御しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、高周波（ＲＦ）発生器を指向する。高周波発生器は、センサに接続された電力源を含む。センサ信号処理ユニットは、電力源およびセンサに接続される。センサ信号処理ユニットは、外部ソースからの入力を受け入れることができる。センサ信号処理ユニットは、外部ソースを介して高周波発生器の位相および周波数を制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、詳細な説明と添付した図面とから、さらに十分に理解されるであろう。
【０００７】
以下の多様な実施形態の説明は、事実上単なる例示であり、本発明の適用または使用を限定するものではない。明確化のため、図において、同じ構成要素には同じ参照番号を使用する。
【０００８】
図１Ａは、プラズマチャンバ２０において相互に排他的な負荷を駆動する一対の高周波信号発生器を含むプラズマシステム１０を示す。プラズマシステム１０は、第１および第２の高周波発生器１４ａ，１４ｂと、整合回路網１８ａ，１８ｂと、プラズマチャンバ２０とを含む。高周波発生器１４ａ，１４ｂは、制御信号を使用して主従関係におくことができる。高周波発生器１４ａは、主器（マスタ）として設定され、高周波発生器１４ｂは、従属器（スレーブ）として設定される。高周波発生器１４ｂの周波数は、高周波発生器１４ａから高周波発生器１４ｂへ送信される制御信号を使用して、高周波発生器１４ａの周波数に従属する。制御信号がないとき、高周波発生器１４ａおよび１４ｂは、独立して作動できる。
【０００９】
高周波発生器１４ａ，１４ｂは、それぞれ、高周波電力源２２２ａ，２２２ｂと、高周波センサ２２４ａ，２２４ｂと、センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂとを含む。高周波電力源２２２ａ，２２２ｂは、それぞれ高周波センサ２２４ａ，２２４ｂへの高周波電力出力を生成する。高周波センサ２２４ａ，２２４ｂは、高周波電力出力を検出し、それぞれ、高周波電力に従って変化する高周波電力信号を生成する。高周波センサ２２４ａ，２２４ｂは、それぞれ電圧プローブと電流プローブとを含む。これらのプローブは、図２に示すように、高周波電圧信号２０２および高周波電流信号２０４を出力する。或いは、高周波センサ２２４ａ，２２４ｂは、方向センサであってもよい。方向センサは、反射した電力または電圧（ＲＥＶ）および送出する電力または電圧（ＦＷＤ）に対応する出力を有する。
【００１０】
いくつかの実施形態において、センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂは、例えば、高周波センサ２２４ａ，２２４ｂからの信号をそれぞれ受け入れて、帯域制限する。これは、妨害周波数成分を除去し、望ましい周波数を有する関与する成分を残すものである。センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂは、また、高周波発生器１４ａ，１４ｂに対する高周波電力の位相および周波数の関係も制御する。高周波電力信号は、それぞれ、整合回路網１８ａ，１８ｂに出力される。整合回路網１８ａ，１８ｂは、プラズマチャンバ２０のインピーダンスを、第１および第２高周波発生器１４ａ，１４ｂが予定するインピーダンスに整合させる。これは、プラズマチャンバに対して、電力の反射を最小化するとともに電力の伝達を最大化するものである。いくつかの実施形態において、２つ以上の高周波発生器１４ａ，１４ｂが図１Ａの互いに排他的な負荷構成に配置されてもよい。
【００１１】
図１Ｂは、いくつかの実施形態に従って構成された、結合した負荷を駆動する並列した高周波信号システムを含むプラズマシステム１００を示す。プラズマシステム１００は、第１および第２高周波発生器１４ａ，１４ｂと、結合器１６０と、整合回路網１８０と、プラズマチャンバ２０とを含む。第１高周波発生器１４ａは制御信号を第２高周波発生器１４ｂに伝送して、主従関係におく。高周波発生器１４ａ，１４ｂは、図１Ａについて上述した如く構成される。第１および第２高周波発生器１４ａ，１４ｂは、共に、高周波電力出力を結合器１６０に対して出力する。結合器１６０は、高周波電力出力を合成し、整合回路網１８０に対して出力する１つの高周波電力出力を生成する。整合回路網１８０は、高周波構成要素（例えば、高周波発生器１４ａ，１４ｂおよび結合器１６０）のインピーダンスと、プラズマチャンバ２０のインピーダンスとを整合させる。いくつかの実施形態において、２つを超える高周波発生器１４ａ，１４ｂが、図１Ｂの結合された負荷構成に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、２つ以上の図１Ａおよび図１Ｂに示すような高周波発生器を、デイジーチェイン方式または並列に接続してもよい。
【００１２】
図２は、図１Ａおよび１Ｂのセンサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂを提供するための基本設計を示す。センサ信号処理ユニット２２６は、信号処理モジュール２１０とコントローラ２２０とを有する。信号処理モジュール２１０は、複数のローパスフィルタ２３２ａ〜ｃと、複数のＡ／Ｄ（アナログからディジタルへの）変換器と２３４，２３５と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２３６と、ディジタル信号処理装置２８６とを含む。ここでは、フィルタはローパスフィルタとして実装されている。フィルタは、主に、入力信号の周波数帯の帯域幅を制御する。当業者は、ここに記載したローパスフィルタをバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタに置き換えてもよいことを認識するであろう。さらに、フィルタ２３２ｃは、フィルタ２３２ａ，２３２ｂと異なる仕様を有してもよい。ローパスフィルタ２３２ａは、高周波センサ２２４から出力される高周波電圧信号２０２を受け入れ、ローパスフィルタ２３２ｂは、高周波センサ２２４からの高周波電流信号２０４を受け入れる。当業者は、高周波測定センサ２２２ａ，２２２ｂの選択が、ローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに入力される信号の種類を決定することを認識するであろう。例えば、方向性結合器は、逆方向電力および正方向電力の信号をローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに出力する。電圧／電流センサは、電圧信号および電流信号をローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに対して出力し、正方向電力（または電圧）および逆方向電力（または電圧）が、それぞれローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに入力されてもよい。ローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂは、入力信号を、高周波センサ２２４から高周波電圧入力２０２および高周波電流入力２０４で受け入れた関与周波数に帯域制限する。いくつかの実施形態において、アンチエリアジングフィルタがローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂを構成する。ローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂは、それぞれアナログからディジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器対２３４に出力する。Ａ／Ｄ変換器対２３４は、入力される信号を処理するに十分なデータ処理速度で作動する。Ａ／Ｄ変換器対２３４は、同時に、各ローパスフィルタ２３２ａ，２３３ｂから出力される電圧信号および電流信号をサンプリングする。Ａ／Ｄ変換器対２３４は、アナログ入力信号を、電圧信号（Ｖｘ）および電流信号（Ｉｘ）のような、対応するディジタル信号出力に変換する。
【００１３】
同様に、位相および周波数の入力制御信号は、ローパスフィルタ２３２ｃに入力される。ローパスフィルタ２３２ｃに入力される位相および周波数の入力制御信号は、位相および周波数の情報のいずれかまたは両方を含むことができる。いくつかの実施形態において、センサ信号処理ユニット２２６は、従属高周波発生器として実装され、ローパスフィルタ２３２ｃに与えられる位相および周波数情報は、図１Ａの高周波発生器１４ａから出力されるような制御信号を提供する。いくつかの実施形態において、図１Ａの高周波発生器１４ａのような主高周波発生器は、図２に示すセンサ信号処理ユニット２２６を含んでもよい。しかしながら、そのような実施形態において、位相および周波数以外の情報は、センサ信号処理ユニット２２６のローパスフィルタ２３２ｃに常に入力されるわけではない。さらに詳しくは、いくつかの実施形態において、高周波発生器１４ａは主器として機能し、高周波発生器１４ｂは従属器として作用する。しかし、当業者は、プラズマ制御システムは、主高周波発生器１４ａおよび従属高周波発生器１４ｂのいずれかまたは両方に対する設定値情報を生成してもよいことを認識しなければならない。設定値情報は、少なくとも電力レベル、周波数偏差および位相偏差の情報を含む。主プラズマ制御システム（不図示）から提供される設定値情報に加えて、主高周波発生器は、コントローラ２２０から従属高周波発生器１４ｂに対する、ローパスフィルタ２３２ｃに入力される周波数および位相信号を生成する。周波数および位相信号は、高周波電力増幅器駆動回路のサンプルから主器によって生成される。スプリッタは、如何なる必要な分離と減衰も提供する。ローパスフィルタ２３２ｃに入力される情報は、従属高周波発生器の動作の基本の周波数および位相を定める完全な周波数および完全な位相を含む。この情報は、主プラズマ制御システムにより与えられる設定値情報とともに、電力レベル、周波数偏差および位相偏差をもたらす。
【００１４】
ローパスフィルタ２３２ｃは、アンチエリアジングフィルタとして実装されてもよい。フィルタがかけられた信号は、その後、Ａ／Ｄ変換器２３５に入力される。位相および周波数入力制御信号は、検出回路が有効で入力制御回路の存在を確認したときに利用される。周波数入力制御信号の決定は、キャリブレーションを必要とする。米国標準技術局（ＮＩＳＴ）追跡可能周波数／時間標準は、このキャリブレーションを実行するための基準線を与える。Ａ／Ｄ変換器２３５は、フィルタがかけられた信号を所定のクロック速度でサンプリングする。いくつかの実施形態において、サンプリング速度は、Ａ／Ｄ変換器対２３４およびＡ／Ｄ変換器２３５に対するＡ／Ｄクロック信号を同時に生成するＡ／Ｄクロック発生器（不図示）を通じて提供される。Ａ／Ｄ変換器２３５は、入力信号の位相および周波数を表すディジタル出力信号ＰｎＦＩｎを生成する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器対２３４およびＡ／Ｄ変換器２３５からの信号出力は、大規模集積回路のためのＦＧＰＡ２３６または他のプログラム可能な装置に入力される。ＦＰＧＡ２３６は、Ａ／Ｄ変換器対２３４およびＡ／Ｄ変換器２３５のサンプリング速度をディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）２８６による処理に十分なデータ速度に低減する。ＤＳＰ２８６は、図１Ａおよび１Ｂの高周波発生器１４ａ，１４ｂのような高周波発生器の位相および／または周波数を制御できる制御信号２８８を生成するのに適する。制御信号２８８は、コントローラ２２０に出力される。
【００１６】
コントローラ２２０は、ダイレクトディジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）２９０と、ローパスフィルタ２９２と、スプリッタ２９５とを含む。ＤＤＳ２９０は、入力信号２８８に基づいて周波数および位相を変更可能な出力信号を生成する従来のディジタル回路として構成される。ＤＤＳ２９０は、ローパスフィルタ２９２に対して信号を出力する。いくつかの実施形態において、ローパスフィルタ２９２は、アンチエリアジングフィルタとして実装される。ローパスフィルタ２９２は、前記信号から不要な周波数成分を除去する。ローパスフィルタ２９２によりフィルタがかけられた信号は、電力分割器として実装されるスプリッタ２９５に入力される。スプリッタ２９５は、位相および周波数制御信号および高周波駆動信号を出力する。位相および周波数制御信号は、高周波発生器１４ａ，１４ｂのような高周波発生器を制御して、高周波発生器の位相および／または周波数を変化させる。高周波駆動信号は、高周波発生器１４ａ，１４ｂが作動、または起動することを確実にする。高周波駆動信号は、図１Ａの整合回路網１８ａ，１８ｂまたは図１Ｂの結合器１６０に入力される。
【００１７】
図３は、信号処理ユニット２２６の一部を展開したブロック図３００を示す。図３は、高周波発生器１４ａ，１４ｂの位相および／または周波数を制御するための、図２のＦＰＧＡ２３６とＤＳＰ２８６との間の関係を示す。信号処理モジュール２２６は、電圧／電流信号処理ユニット３１０および位相／周波数処理ユニット３２０を含む。当業者は、代案として、電圧／電流制御ユニット３１０は、適当な高周波測定センサからの逆／正方向信号を測定するセンサであってもよいことを認識するであろう。電圧／電流信号処理ユニット３１０は、関与する周波数から望まざる周波数成分を除去して関与する周波数を残す。電圧／電流信号処理ユニット３１０は、一対のミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂと、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ａと、一対のデシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂと、一対のローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂと、一対の協調変換器３５０ａ，３５０ｂとを含む。
【００１８】
図２に示すＡ／Ｄ変換器対２３４から取得されたディジタル信号は、それぞれ、ミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂに与えられ、ミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂは、また、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ａからの２つの入力をも受け入れる。ディジタルシンセサイザ３４２ａは、ミキシング信号を生成する。ミキシング信号は、周波数設定値を表す正弦波形および余弦波形である。周波数設定値は、関与する周波数と相関関係にある。いくつかの実施形態において、周波数設定値は、位相および周波数処理ユニット３２０のコントローラ３８０から受け入れた周波数偏差である。ミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂは、ミキシング信号とＡ／Ｄ変換器対２３４から受け入れた信号とを合成する。ディジタルミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂは、それぞれ、２つの乗算器３４５ａ，３４５ａ’および３４５ｂ，３４５ｂ’を含む。ミキシングモジュール３４４ａおよび３４４ｂは、サンプリングした入力信号およびディジタルシンセサイザ３４２ａにより提供される信号に含まれる周波数の和および差からなる周波数帯を有する信号を生成する。サンプリング速度の処理できるデータ速度への変換は、デシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂによりもたらされる。デシメーションは、カスケード式積分櫛形（ＣＩＣ）フィルタを介して達成されるが、他のデシメーション手段を実装してデータ速度を低下させてもよい。当業者は、電圧／電流処理ユニット３１０が、ディジタル処理によって実装されてもよいことを理解するであろう。
【００１９】
デシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂは、それぞれローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂへの低減したデータ速度の信号を生成する。ローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂは、それぞれデシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂのスペクトルの出力を形成する機能を提供する。いくつかの実施形態において、１９タップの半帯域フィルタがローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂとして実装されてもよい。ローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂは、それぞれ、同相（Ｉ）信号および方形（Ｑ）信号を、各協調変換器３５０ａ，３５０ｂへのディジタル電力信号入力のために出力する。協調変換器３５０ａ，３５０ｂは、それぞれの電圧入力信号および電流入力信号のＩ信号データおよびＱ信号データを、カルテシアン（直交）座標から極座標に変換する。協調変換器３５０ａ，３５０ｂは、それぞれの電圧入力信号および電流入力信号の位相信号および振幅信号を出力する。電圧信号および位相信号は、位相および周波数処理ユニット３２０に与えられ、位相誤差信号の決定を可能にする。当業者は、協調変換器３５０ａ，３５０ｂがＦＰＧＡ２３６の中に存在してもよいことを認識するであろう。いくつかの実施形態において、協調変換器３５０ａ，３５０ｂ，３９０は、１つの協調変換器に統合できる。そのような統合は、３つの複雑な入力信号を、ディジタル的に同調し、一時的に多重化する。
【００２０】
振幅信号は、検出手段として使用でき、高周波の内部制御から外部ソースへの移譲を可能にする。位相成分は、高周波センサの位相に応じた位相制御に使用される。センサの位相は、電圧の位相および電流の位相により表される。制御された高周波センサの位相は、和（電圧の位相＋電流の位相）、差（電圧の位相−電流の位相）または個別の位相の値（電圧の位相または電流の位相）の予め定めた如何なる１次結合であってもよい。図３は、これら限定された組合せの特定の１つを明示的に説明するものではない。電圧信号および電流信号は、ここでは電圧高周波センサおよび電流高周波センサの出力を示すのに使用される。位相成分は、図２のローパスフィルタ２３２ｃへの入力として示される位相入力制御信号および周波数入力制御信号の周波数を定めるのに使用され得る。
【００２１】
位相および周波数処理ユニット３２０は、ディジタルミキシングモジュール３４４ｃと、デシメーションモジュール３４６ｃと、微分モジュール３６０と、コントローラ３８０と、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂと、協調変換器３９０と、加算器３５７，３５８，３５９，３６１とを含む。（図２に示す）Ａ／Ｄ変換器２３５のサンプリングから与えられるＰｎＦＩｎ入力信号は、ＦＰＧＡ２３６のミキシングモジュール３４４ｃに入力される。ミキシングモジュール３４４ｃは、ＰｎＦＩｎ信号を受け入れる２つのディジタルミキサ３４５ｃ，３４５ｃ’を含む。ミキサ３４５ｃは、ＰｎＦＩｎ信号に加算するためにディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂからの余弦入力をも受け入れる。ＰｎＦＩｎ信号もまた、加算器３４５ｃ’によりディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂから出力される正弦信号と加算される。加算器３４５ｃによる最終出力は、複合波形の実数成分（Ｉ）を表す。加算器３４５ｃ’による最終出力は、複合波形の虚数成分（Ｑ）を表す。複合波形は、所定の位相偏差を有する。加算器３４５ｃからの出力は、ＰｎＦＩｎ入力信号とＤＦＳ３４２ｂ信号との周波数の和を含み、加算器３４５ｃ’からの出力は、ＰｎＦＩｎ入力信号とＤＦＳ信号との周波数の差である。ディジタルミキシングモジュール３４４ｃは、デシメーションモジュール３４６ｃにこれらの信号を出力する。
【００２２】
デシメーションモジュール３４６ｃは、２つの最終信号のデータ速度を低減する。波形の実数Ｉ成分と虚数Ｑ成分は、デシメーションモジュール３４６ｃのディジタルフィルタを通過する。ＣＩＣフィルタは、いくつかの機能を効率よく実行できるのでディジタルフィルタとして実装される。例えば、ＣＩＣフィルタの帯域幅は、変移した周波数を提供し、制御ループを許容して、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂが混成周波数誤差３６６を介して設定する新しい周波数に更新される前に、入力周波数を調節する。ＣＩＣフィルタもまた、入ってくるサンプリング速度をより管理しやすいサンプリング速度に低減する。ディジタルフィルタは、協調変換器３９０に接続されている。
【００２３】
協調変換器３９０は、フィルタリングされたＩとＱとによって表された複合波形を、カルテシアン形式から極形式に変換する。協調変換器３９０は、ＰｎＦＩｎサンプルの振幅および位相を、それぞれ、コントローラ３８０および周波数微分モジュール３６０に出力する。ＰｎＦＩｎ信号の振幅は、高周波ソースの内部制御から外部ソースへの移譲を可能にする検出手段を提供する。もしも、協調変換器３９０から出力される振幅信号が閾値以下であれば、振幅信号を受け取る高周波ソースは、内部で制御される。振幅閾値は、高周波発生器１４ａおよび１４ｂの各種類に合わせて決定され、内部制御と外部制御との間で切り換える。
【００２４】
微分モジュール３６０は、時間に対応する位相の微分値を導出することでＰｎＦＩｎ信号の周波数、つまり、周波数設定値を定める。微分値は、複合協調システムを介して回転速度を提供する。この速度は、サンプリングした入力信号とディジタルシンセサイザ３４２ｂとの周波数の差を間引いた周波数に正比例する。微分した周波数は、時間に対応してサンプリングした入力信号の微分値をフィルタリングしたものであってもよい。例えば、微分値は、時間に対応して算出した信号であり、そして、適宜、線形（平均）フィルタまたは非線形（中央値）フィルタによりフィルタリングされる。微分モジュール３６０は、加算器３６１に周波数の値を出力する。
【００２５】
加算器３６１は、微分モジュール３６０により微分された周波数の出力と、高周波システムが達成しようとする所望の周波数入力信号２８８とを合算する。周波数誤差３６８と称される加算器３６１から出力された和は、コントローラ３８０に入力される。コントローラ３８０は、周波数誤差３６８を用いて、ＰｎＦＩｎサンプルの周波数の変化を検出する。周波数誤差３６８がゼロであれば、周波数は一定に維持されていることを示す。ゼロ以外の値は、周波数が変化していることを示す。コントローラ３８０は、周波数の変化を追跡する。コントローラ３８０は、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ａを、ＤＤＳ周波数および入力信号の位相偏差３９２に更新する。この周波数および位相偏差３７０は、周波数偏差を有する所望の周波数２８８である。
【００２６】
混成周波数設定値３６５およびコントローラ３８０からの信号は、加算器３５９に与えられる。混成周波数設定値３６５は、外部ソースから入力される。いくつかの実施形態において、外部ソースは、ユーザが決定した入力である。混成周波数設定値３６５は、周波数の変化を特定する。加算器３５９の和は、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂにフィードバックされる混成周波数誤差３６６である。このようにして、高周波発生器１４ａ，１４ｂの周波数は制御される。
【００２７】
いくつかの実施形態において、外部ソースは、高周波発生器１４ａ，１４ｂの位相を制御する。微分モジュール３６０への入力に加えて、ＰｎＦＩｎ信号の位相の極座標信号もまた、加算器３５７に入力される。ディジタル領域において、加算器３５７は、ＰｎＦＩｎ信号について検出される位相と、電圧位相（ＶＰＨＡＳＥ）および電流位相（ＩＰＨＡＳＥ）のいずれかとの差として、位相偏差を決定する。適宜、ＶＰＨＡＳＥおよびＩＰＨＡＳＥは、合成されて、加算器３５７に加算されてもよい。代案として、ＩＰＨＡＳＥは、ＶＰＨＡＳＥから差し引かれてもよい。当業者は、方向性結合器がここに記載された電圧／電流センサに置き換えられることを認識するであろう。それによって、逆方向信号は電圧に置き換えられ、正方向信号は電流に置き換えられる。
【００２８】
加算器３５８は、加算器３５７から出力される位相差信号と位相設定値３６２とを受け入れる。位相設定値３６２は、高周波電力信号を一定の位相偏差に制御する制約条件である。位相偏差は、周波数が固定または機動であっても、変化させられてもよい。位相設定値３６２は、ユーザが定めた入力のような、外部ソースからの入力である。位相設定値３６２および位相差３６３は、加算器３５８で比較され、位相誤差３６４を生成する。位相誤差３６４は位相偏差である。位相誤差３６４はコントローラ３８０に入力される。コントローラ３８０は、図２のＤＤＳ２９０に高周波発生器１４ａ，１４ｂを制御する周波数および位相データを提供する。
【００２９】
数ある多様なシステムの実施形態の１つを開示したが、本発明の範囲に含まれる多様な変形が可能である。例えば、高周波発生器１４ａ，１４ｂは、固定周波数発生器、または、代案として、機動周波数発生器であってもよい。機動周波数発生器は、それぞれの高周波発生器からプラズマチャンバ２０への電力伝達を最大化するために周波数を変化させる。本発明は、多くの応用例を有する。例えば、高周波電力信号の位相および周波数は、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用して制御してもよい。位相ロックループは、アナログ回路、ディジタル回路、または、それらの組合せで実装してもよい。加えて、図は２つの高周波発生器を示すが、本発明は、いくつの高周波発生器に対して適用してもよい。例えば、図２のコントローラ２２０は、各高周波発生器に対して複製してもよい。複数の高周波発生器に対し、信号をデイジーチェイン接続または並列してもよい。多様な実施形態の他の１つにおいて、デシメーション処理３４６ａ〜ｃに使用されるディジタルフィルタは、多相フィルタであってもよい。多様な実施形態のさらに他の１つにおいて、ダウンサンプラが後に続くローパスフィルタは、ディジタルフィルタからなってもよい。
【００３０】
本発明の説明は、単なる例示でしかなく、それ故、発明の要旨から逸脱しない変形は、本発明の範囲内にあると意図される。そのような変形は、本発明の精神と範囲とから逸脱するものとみなされない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】いくつかの実施形態に係る高周波システムを例示するブロック図。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態に係る高周波システムを例示するブロック図。
【図２】図１Ａ，１Ｂに示す高周波発生器のセンサ信号処理ユニットのブロック図。
【図３】いくつかの実施形態にかかる信号処理基本設計のブロック図。
【符号の説明】
【００３２】
１０ プラズマシステム
１４ａ，１４ｂ 高周波発生器
２２２ａ，２２２ｂ 高周波電力源
２２４ａ，２２４ｂ 高周波センサ
２２６ａ，２２６ｂ センサ信号処理ユニット
２３６ フィールドプログラマブルゲートアレイ
３８０ コントローラ
３４２ａ，３４２ｂ ディジタル周波数シンセサイザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、高周波（ＲＦ：radio frequency）発生器に関し、より詳しくは、高周波発生器の位相および周波数の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチングは、半導体製造に頻繁に使用される。プラズマエッチングにおいて、イオンは、電界によって加速され、基板の露出した表面をエッチングする。プラズマエッチング工程を効果的に実行するため、プラズマチャンバに高周波（ＲＦ）発生器から供給する電力は精密に制御されなければならない。例として、高周波プラズマシステムに使用される高周波発生器は、特許文献１（２００４年３月１６日発行の米国特許第６７０７２５５号明細書）に見られる。特許文献１に開示されているものは、全体を参照して本願に組み入れる。
【０００３】
高周波発生器システムは、典型的には、高周波電力源と、高周波センサと、センサ信号処理ユニットとを含む。高周波電力源は、センサによって検出される高周波電力信号を生成する。センサは、高周波電力信号を表すアナログセンサ信号を出力する。アナログセンサ信号は、関与する周波数および妨害する周波数の成分を含む。センサ信号処理ユニットは、アナログセンサ信号を帯域制限して、妨害周波数成分をアナログセンサ信号から除去する。これにより、関与する周波数のアナログまたはディジタルの代表信号を残す。
【特許文献１】米国特許第６７０７２５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高周波発生器の周波数および位相を正確に制御することが望ましい。例えば、高周波発生器の固定周波数または機動周波数（agile frequency）の典型的な位相偏差は制御されない。高周波センサ信号の１次結合から導き出される位相は、典型的には、適切に制御されない。さらに、従来の高周波発生器は、機動周波数の自動周波数調整システムにおいて複数の高周波発生器の間の変動周波数の同調を維持する間などに、変動する位相偏差を外部から制御しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、高周波（ＲＦ）発生器を指向する。高周波発生器は、センサに接続された電力源を含む。センサ信号処理ユニットは、電力源およびセンサに接続される。センサ信号処理ユニットは、外部ソースからの入力を受け入れることができる。センサ信号処理ユニットは、外部ソースを介して高周波発生器の位相および周波数を制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、詳細な説明と添付した図面とから、さらに十分に理解されるであろう。
【０００７】
以下の多様な実施形態の説明は、事実上単なる例示であり、本発明の適用または使用を限定するものではない。明確化のため、図において、同じ構成要素には同じ参照番号を使用する。
【０００８】
図１Ａは、プラズマチャンバ２０において相互に排他的な負荷を駆動する一対の高周波信号発生器を含むプラズマシステム１０を示す。プラズマシステム１０は、第１および第２の高周波発生器１４ａ，１４ｂと、整合回路網１８ａ，１８ｂと、プラズマチャンバ２０とを含む。高周波発生器１４ａ，１４ｂは、制御信号を使用して主従関係におくことができる。高周波発生器１４ａは、主器（マスタ）として設定され、高周波発生器１４ｂは、従属器（スレーブ）として設定される。高周波発生器１４ｂの周波数は、高周波発生器１４ａから高周波発生器１４ｂへ送信される制御信号を使用して、高周波発生器１４ａの周波数に従属する。制御信号がないとき、高周波発生器１４ａおよび１４ｂは、独立して作動できる。
【０００９】
高周波発生器１４ａ，１４ｂは、それぞれ、高周波電力源２２２ａ，２２２ｂと、高周波センサ２２４ａ，２２４ｂと、センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂとを含む。高周波電力源２２２ａ，２２２ｂは、それぞれ高周波センサ２２４ａ，２２４ｂへの高周波電力出力を生成する。高周波センサ２２４ａ，２２４ｂは、高周波電力出力を検出し、それぞれ、高周波電力に従って変化する高周波電力信号を生成する。高周波センサ２２４ａ，２２４ｂは、それぞれ電圧プローブと電流プローブとを含む。これらのプローブは、図２に示すように、高周波電圧信号２０２および高周波電流信号２０４を出力する。或いは、高周波センサ２２４ａ，２２４ｂは、方向センサであってもよい。方向センサは、反射した電力または電圧（ＲＥＶ）および送出する電力または電圧（ＦＷＤ）に対応する出力を有する。
【００１０】
いくつかの実施形態において、センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂは、例えば、高周波センサ２２４ａ，２２４ｂからの信号をそれぞれ受け入れて、帯域制限する。これは、妨害周波数成分を除去し、望ましい周波数を有する関与する成分を残すものである。センサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂは、また、高周波発生器１４ａ，１４ｂに対する高周波電力の位相および周波数の関係も制御する。高周波電力信号は、それぞれ、整合回路網１８ａ，１８ｂに出力される。整合回路網１８ａ，１８ｂは、プラズマチャンバ２０のインピーダンスを、第１および第２高周波発生器１４ａ，１４ｂが予定するインピーダンスに整合させる。これは、プラズマチャンバに対して、電力の反射を最小化するとともに電力の伝達を最大化するものである。いくつかの実施形態において、２つ以上の高周波発生器１４ａ，１４ｂが図１Ａの互いに排他的な負荷構成に配置されてもよい。
【００１１】
図１Ｂは、いくつかの実施形態に従って構成された、結合した負荷を駆動する並列した高周波信号システムを含むプラズマシステム１００を示す。プラズマシステム１００は、第１および第２高周波発生器１４ａ，１４ｂと、結合器１６０と、整合回路網１８０と、プラズマチャンバ２０とを含む。第１高周波発生器１４ａは制御信号を第２高周波発生器１４ｂに伝送して、主従関係におく。高周波発生器１４ａ，１４ｂは、図１Ａについて上述した如く構成される。第１および第２高周波発生器１４ａ，１４ｂは、共に、高周波電力出力を結合器１６０に対して出力する。結合器１６０は、高周波電力出力を合成し、整合回路網１８０に対して出力する１つの高周波電力出力を生成する。整合回路網１８０は、高周波構成要素（例えば、高周波発生器１４ａ，１４ｂおよび結合器１６０）のインピーダンスと、プラズマチャンバ２０のインピーダンスとを整合させる。いくつかの実施形態において、２つを超える高周波発生器１４ａ，１４ｂが、図１Ｂの結合された負荷構成に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、２つ以上の図１Ａおよび図１Ｂに示すような高周波発生器を、デイジーチェイン方式または並列に接続してもよい。
【００１２】
図２は、図１Ａおよび１Ｂのセンサ信号処理ユニット２２６ａ，２２６ｂを提供するための基本設計を示す。センサ信号処理ユニット２２６は、信号処理モジュール２１０とコントローラ２２０とを有する。信号処理モジュール２１０は、複数のローパスフィルタ２３２ａ〜ｃと、複数のＡ／Ｄ（アナログからディジタルへの）変換器と２３４，２３５と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２３６と、ディジタル信号処理装置２８６とを含む。ここでは、フィルタはローパスフィルタとして実装されている。フィルタは、主に、入力信号の周波数帯の帯域幅を制御する。当業者は、ここに記載したローパスフィルタをバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタに置き換えてもよいことを認識するであろう。さらに、フィルタ２３２ｃは、フィルタ２３２ａ，２３２ｂと異なる仕様を有してもよい。ローパスフィルタ２３２ａは、高周波センサ２２４から出力される高周波電圧信号２０２を受け入れ、ローパスフィルタ２３２ｂは、高周波センサ２２４からの高周波電流信号２０４を受け入れる。当業者は、高周波測定センサ２２２ａ，２２２ｂの選択が、ローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに入力される信号の種類を決定することを認識するであろう。例えば、方向性結合器は、逆方向電力および正方向電力の信号をローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに出力する。電圧／電流センサは、電圧信号および電流信号をローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに対して出力し、正方向電力（または電圧）および逆方向電力（または電圧）が、それぞれローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂに入力されてもよい。ローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂは、入力信号を、高周波センサ２２４から高周波電圧入力２０２および高周波電流入力２０４で受け入れた関与周波数に帯域制限する。いくつかの実施形態において、アンチエリアジングフィルタがローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂを構成する。ローパスフィルタ２３２ａ，２３２ｂは、それぞれアナログからディジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器対２３４に出力する。Ａ／Ｄ変換器対２３４は、入力される信号を処理するに十分なデータ処理速度で作動する。Ａ／Ｄ変換器対２３４は、同時に、各ローパスフィルタ２３２ａ，２３３ｂから出力される電圧信号および電流信号をサンプリングする。Ａ／Ｄ変換器対２３４は、アナログ入力信号を、電圧信号（Ｖｘ）および電流信号（Ｉｘ）のような、対応するディジタル信号出力に変換する。
【００１３】
同様に、位相および周波数の入力制御信号は、ローパスフィルタ２３２ｃに入力される。ローパスフィルタ２３２ｃに入力される位相および周波数の入力制御信号は、位相および周波数の情報のいずれかまたは両方を含むことができる。いくつかの実施形態において、センサ信号処理ユニット２２６は、従属高周波発生器として実装され、ローパスフィルタ２３２ｃに与えられる位相および周波数情報は、図１Ａの高周波発生器１４ａから出力されるような制御信号を提供する。いくつかの実施形態において、図１Ａの高周波発生器１４ａのような主高周波発生器は、図２に示すセンサ信号処理ユニット２２６を含んでもよい。しかしながら、そのような実施形態において、位相および周波数以外の情報は、センサ信号処理ユニット２２６のローパスフィルタ２３２ｃに常に入力されるわけではない。さらに詳しくは、いくつかの実施形態において、高周波発生器１４ａは主器として機能し、高周波発生器１４ｂは従属器として作用する。しかし、当業者は、プラズマ制御システムは、主高周波発生器１４ａおよび従属高周波発生器１４ｂのいずれかまたは両方に対する設定値情報を生成してもよいことを認識しなければならない。設定値情報は、少なくとも電力レベル、周波数偏差および位相偏差の情報を含む。主プラズマ制御システム（不図示）から提供される設定値情報に加えて、主高周波発生器は、コントローラ２２０から従属高周波発生器１４ｂに対する、ローパスフィルタ２３２ｃに入力される周波数および位相信号を生成する。周波数および位相信号は、高周波電力増幅器駆動回路のサンプルから主器によって生成される。スプリッタは、如何なる必要な分離と減衰も提供する。ローパスフィルタ２３２ｃに入力される情報は、従属高周波発生器の動作の基本の周波数および位相を定める完全な周波数および完全な位相を含む。この情報は、主プラズマ制御システムにより与えられる設定値情報とともに、電力レベル、周波数偏差および位相偏差をもたらす。
【００１４】
ローパスフィルタ２３２ｃは、アンチエリアジングフィルタとして実装されてもよい。フィルタがかけられた信号は、その後、Ａ／Ｄ変換器２３５に入力される。位相および周波数入力制御信号は、検出回路が有効で入力制御回路の存在を確認したときに利用される。周波数入力制御信号の決定は、キャリブレーションを必要とする。米国標準技術局（ＮＩＳＴ）追跡可能周波数／時間標準は、このキャリブレーションを実行するための基準線を与える。Ａ／Ｄ変換器２３５は、フィルタがかけられた信号を所定のクロック速度でサンプリングする。いくつかの実施形態において、サンプリング速度は、Ａ／Ｄ変換器対２３４およびＡ／Ｄ変換器２３５に対するＡ／Ｄクロック信号を同時に生成するＡ／Ｄクロック発生器（不図示）を通じて提供される。Ａ／Ｄ変換器２３５は、入力信号の位相および周波数を表すディジタル出力信号ＰｎＦＩｎを生成する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器対２３４およびＡ／Ｄ変換器２３５からの信号出力は、大規模集積回路のためのＦＧＰＡ２３６または他のプログラム可能な装置に入力される。ＦＰＧＡ２３６は、Ａ／Ｄ変換器対２３４およびＡ／Ｄ変換器２３５のサンプリング速度をディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）２８６による処理に十分なデータ速度に低減する。ＤＳＰ２８６は、図１Ａおよび１Ｂの高周波発生器１４ａ，１４ｂのような高周波発生器の位相および／または周波数を制御できる制御信号２８８を生成するのに適する。制御信号２８８は、コントローラ２２０に出力される。
【００１６】
コントローラ２２０は、ダイレクトディジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）２９０と、ローパスフィルタ２９２と、スプリッタ２９５とを含む。ＤＤＳ２９０は、入力信号２８８に基づいて周波数および位相を変更可能な出力信号を生成する従来のディジタル回路として構成される。ＤＤＳ２９０は、ローパスフィルタ２９２に対して信号を出力する。いくつかの実施形態において、ローパスフィルタ２９２は、アンチエリアジングフィルタとして実装される。ローパスフィルタ２９２は、前記信号から不要な周波数成分を除去する。ローパスフィルタ２９２によりフィルタがかけられた信号は、電力分割器として実装されるスプリッタ２９５に入力される。スプリッタ２９５は、位相および周波数制御信号および高周波駆動信号を出力する。位相および周波数制御信号は、高周波発生器１４ａ，１４ｂのような高周波発生器を制御して、高周波発生器の位相および／または周波数を変化させる。高周波駆動信号は、高周波発生器１４ａ，１４ｂが作動、または起動することを確実にする。高周波駆動信号は、図１Ａの整合回路網１８ａ，１８ｂまたは図１Ｂの結合器１６０に入力される。
【００１７】
図３は、信号処理ユニット２２６の一部を展開したブロック図３００を示す。図３は、高周波発生器１４ａ，１４ｂの位相および／または周波数を制御するための、図２のＦＰＧＡ２３６とＤＳＰ２８６との間の関係を示す。信号処理モジュール２２６は、電圧／電流信号処理ユニット３１０および位相／周波数処理ユニット３２０を含む。当業者は、代案として、電圧／電流制御ユニット３１０は、適当な高周波測定センサからの逆／正方向信号を測定するセンサであってもよいことを認識するであろう。電圧／電流信号処理ユニット３１０は、関与する周波数から望まざる周波数成分を除去して関与する周波数を残す。電圧／電流信号処理ユニット３１０は、一対のミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂと、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ａと、一対のデシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂと、一対のローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂと、一対の協調変換器３５０ａ，３５０ｂとを含む。
【００１８】
図２に示すＡ／Ｄ変換器対２３４から取得されたディジタル信号は、それぞれ、ミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂに与えられ、ミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂは、また、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ａからの２つの入力をも受け入れる。ディジタルシンセサイザ３４２ａは、ミキシング信号を生成する。ミキシング信号は、周波数設定値を表す正弦波形および余弦波形である。周波数設定値は、関与する周波数と相関関係にある。いくつかの実施形態において、周波数設定値は、位相および周波数処理ユニット３２０のコントローラ３８０から受け入れた周波数偏差である。ミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂは、ミキシング信号とＡ／Ｄ変換器対２３４から受け入れた信号とを合成する。ディジタルミキシングモジュール３４４ａ，３４４ｂは、それぞれ、２つの乗算器３４５ａ，３４５ａ’および３４５ｂ，３４５ｂ’を含む。ミキシングモジュール３４４ａおよび３４４ｂは、サンプリングした入力信号およびディジタルシンセサイザ３４２ａにより提供される信号に含まれる周波数の和および差からなる周波数帯を有する信号を生成する。サンプリング速度の処理できるデータ速度への変換は、デシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂによりもたらされる。デシメーションは、カスケード式積分櫛形（ＣＩＣ）フィルタを介して達成されるが、他のデシメーション手段を実装してデータ速度を低下させてもよい。当業者は、電圧／電流処理ユニット３１０が、ディジタル処理によって実装されてもよいことを理解するであろう。
【００１９】
デシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂは、それぞれローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂへの低減したデータ速度の信号を生成する。ローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂは、それぞれデシメーションモジュール３４６ａ，３４６ｂのスペクトルの出力を形成する機能を提供する。いくつかの実施形態において、１９タップの半帯域フィルタがローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂとして実装されてもよい。ローパスフィルタ３４８ａ，３４８ｂは、それぞれ、同相（Ｉ）信号および方形（Ｑ）信号を、各協調変換器３５０ａ，３５０ｂへのディジタル電力信号入力のために出力する。協調変換器３５０ａ，３５０ｂは、それぞれの電圧入力信号および電流入力信号のＩ信号データおよびＱ信号データを、カルテシアン（直交）座標から極座標に変換する。協調変換器３５０ａ，３５０ｂは、それぞれの電圧入力信号および電流入力信号の位相信号および振幅信号を出力する。電圧信号および位相信号は、位相および周波数処理ユニット３２０に与えられ、位相誤差信号の決定を可能にする。当業者は、協調変換器３５０ａ，３５０ｂがＦＰＧＡ２３６の中に存在してもよいことを認識するであろう。いくつかの実施形態において、協調変換器３５０ａ，３５０ｂ，３９０は、１つの協調変換器に統合できる。そのような統合は、３つの複雑な入力信号を、ディジタル的に同調し、一時的に多重化する。
【００２０】
振幅信号は、検出手段として使用でき、高周波の内部制御から外部ソースへの移譲を可能にする。位相成分は、高周波センサの位相に応じた位相制御に使用される。センサの位相は、電圧の位相および電流の位相により表される。制御された高周波センサの位相は、和（電圧の位相＋電流の位相）、差（電圧の位相−電流の位相）または個別の位相の値（電圧の位相または電流の位相）の予め定めた如何なる１次結合であってもよい。図３は、これら限定された組合せの特定の１つを明示的に説明するものではない。電圧信号および電流信号は、ここでは電圧高周波センサおよび電流高周波センサの出力を示すのに使用される。位相成分は、図２のローパスフィルタ２３２ｃへの入力として示される位相入力制御信号および周波数入力制御信号の周波数を定めるのに使用され得る。
【００２１】
位相および周波数処理ユニット３２０は、ディジタルミキシングモジュール３４４ｃと、デシメーションモジュール３４６ｃと、微分モジュール３６０と、コントローラ３８０と、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂと、協調変換器３９０と、加算器３５７，３５８，３５９，３６１とを含む。（図２に示す）Ａ／Ｄ変換器２３５のサンプリングから与えられるＰｎＦＩｎ入力信号は、ＦＰＧＡ２３６のミキシングモジュール３４４ｃに入力される。ミキシングモジュール３４４ｃは、ＰｎＦＩｎ信号を受け入れる２つのディジタルミキサ３４５ｃ，３４５ｃ’を含む。ミキサ３４５ｃは、ＰｎＦＩｎ信号に加算するためにディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂからの余弦入力をも受け入れる。ＰｎＦＩｎ信号もまた、加算器３４５ｃ’によりディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂから出力される正弦信号と加算される。加算器３４５ｃによる最終出力は、複合波形の実数成分（Ｉ）を表す。加算器３４５ｃ’による最終出力は、複合波形の虚数成分（Ｑ）を表す。複合波形は、所定の位相偏差を有する。加算器３４５ｃからの出力は、ＰｎＦＩｎ入力信号とＤＦＳ３４２ｂ信号との周波数の和を含み、加算器３４５ｃ’からの出力は、ＰｎＦＩｎ入力信号とＤＦＳ信号との周波数の差である。ディジタルミキシングモジュール３４４ｃは、デシメーションモジュール３４６ｃにこれらの信号を出力する。
【００２２】
デシメーションモジュール３４６ｃは、２つの最終信号のデータ速度を低減する。波形の実数Ｉ成分と虚数Ｑ成分は、デシメーションモジュール３４６ｃのディジタルフィルタを通過する。ＣＩＣフィルタは、いくつかの機能を効率よく実行できるのでディジタルフィルタとして実装される。例えば、ＣＩＣフィルタの帯域幅は、変移した周波数を提供し、制御ループを許容して、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂが混成周波数誤差３６６を介して設定する新しい周波数に更新される前に、入力周波数を調節する。ＣＩＣフィルタもまた、入ってくるサンプリング速度をより管理しやすいサンプリング速度に低減する。ディジタルフィルタは、協調変換器３９０に接続されている。
【００２３】
協調変換器３９０は、フィルタリングされたＩとＱとによって表された複合波形を、カルテシアン形式から極形式に変換する。協調変換器３９０は、ＰｎＦＩｎサンプルの振幅および位相を、それぞれ、コントローラ３８０および周波数微分モジュール３６０に出力する。ＰｎＦＩｎ信号の振幅は、高周波ソースの内部制御から外部ソースへの移譲を可能にする検出手段を提供する。もしも、協調変換器３９０から出力される振幅信号が閾値以下であれば、振幅信号を受け取る高周波ソースは、内部で制御される。振幅閾値は、高周波発生器１４ａおよび１４ｂの各種類に合わせて決定され、内部制御と外部制御との間で切り換える。
【００２４】
微分モジュール３６０は、時間に対応する位相の微分値を導出することでＰｎＦＩｎ信号の周波数、つまり、周波数設定値を定める。微分値は、複合協調システムを介して回転速度を提供する。この速度は、サンプリングした入力信号とディジタルシンセサイザ３４２ｂとの周波数の差を間引いた周波数に正比例する。微分した周波数は、時間に対応してサンプリングした入力信号の微分値をフィルタリングしたものであってもよい。例えば、微分値は、時間に対応して算出した信号であり、そして、適宜、線形（平均）フィルタまたは非線形（中央値）フィルタによりフィルタリングされる。微分モジュール３６０は、加算器３６１に周波数の値を出力する。
【００２５】
加算器３６１は、微分モジュール３６０により微分された周波数の出力と、高周波システムが達成しようとする所望の周波数入力信号２８８とを合算する。周波数誤差３６８と称される加算器３６１から出力された和は、コントローラ３８０に入力される。コントローラ３８０は、周波数誤差３６８を用いて、ＰｎＦＩｎサンプルの周波数の変化を検出する。周波数誤差３６８がゼロであれば、周波数は一定に維持されていることを示す。ゼロ以外の値は、周波数が変化していることを示す。コントローラ３８０は、周波数の変化を追跡する。コントローラ３８０は、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ａを、ＤＤＳ周波数および入力信号の位相偏差３９２に更新する。この周波数および位相偏差３７０は、周波数偏差を有する所望の周波数２８８である。
【００２６】
混成周波数設定値３６５およびコントローラ３８０からの信号は、加算器３５９に与えられる。混成周波数設定値３６５は、外部ソースから入力される。いくつかの実施形態において、外部ソースは、ユーザが決定した入力である。混成周波数設定値３６５は、周波数の変化を特定する。加算器３５９の和は、ディジタル周波数シンセサイザ３４２ｂにフィードバックされる混成周波数誤差３６６である。このようにして、高周波発生器１４ａ，１４ｂの周波数は制御される。
【００２７】
いくつかの実施形態において、外部ソースは、高周波発生器１４ａ，１４ｂの位相を制御する。微分モジュール３６０への入力に加えて、ＰｎＦＩｎ信号の位相の極座標信号もまた、加算器３５７に入力される。ディジタル領域において、加算器３５７は、ＰｎＦＩｎ信号について検出される位相と、電圧位相（ＶＰＨＡＳＥ）および電流位相（ＩＰＨＡＳＥ）のいずれかとの差として、位相偏差を決定する。適宜、ＶＰＨＡＳＥおよびＩＰＨＡＳＥは、合成されて、加算器３５７に加算されてもよい。代案として、ＩＰＨＡＳＥは、ＶＰＨＡＳＥから差し引かれてもよい。当業者は、方向性結合器がここに記載された電圧／電流センサに置き換えられることを認識するであろう。それによって、逆方向信号は電圧に置き換えられ、正方向信号は電流に置き換えられる。
【００２８】
加算器３５８は、加算器３５７から出力される位相差信号と位相設定値３６２とを受け入れる。位相設定値３６２は、高周波電力信号を一定の位相偏差に制御する制約条件である。位相偏差は、周波数が固定または機動であっても、変化させられてもよい。位相設定値３６２は、ユーザが定めた入力のような、外部ソースからの入力である。位相設定値３６２および位相差３６３は、加算器３５８で比較され、位相誤差３６４を生成する。位相誤差３６４は位相偏差である。位相誤差３６４はコントローラ３８０に入力される。コントローラ３８０は、図２のＤＤＳ２９０に高周波発生器１４ａ，１４ｂを制御する周波数および位相データを提供する。
【００２９】
数ある多様なシステムの実施形態の１つを開示したが、本発明の範囲に含まれる多様な変形が可能である。例えば、高周波発生器１４ａ，１４ｂは、固定周波数発生器、または、代案として、機動周波数発生器であってもよい。機動周波数発生器は、それぞれの高周波発生器からプラズマチャンバ２０への電力伝達を最大化するために周波数を変化させる。本発明は、多くの応用例を有する。例えば、高周波電力信号の位相および周波数は、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用して制御してもよい。位相ロックループは、アナログ回路、ディジタル回路、または、それらの組合せで実装してもよい。加えて、図は２つの高周波発生器を示すが、本発明は、いくつの高周波発生器に対して適用してもよい。例えば、図２のコントローラ２２０は、各高周波発生器に対して複製してもよい。複数の高周波発生器に対し、信号をデイジーチェイン接続または並列してもよい。多様な実施形態の他の１つにおいて、デシメーション処理３４６ａ〜ｃに使用されるディジタルフィルタは、多相フィルタであってもよい。多様な実施形態のさらに他の１つにおいて、ダウンサンプラが後に続くローパスフィルタは、ディジタルフィルタからなってもよい。
【００３０】
本発明の説明は、単なる例示でしかなく、それ故、発明の要旨から逸脱しない変形は、本発明の範囲内にあると意図される。そのような変形は、本発明の精神と範囲とから逸脱するものとみなされない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】いくつかの実施形態に係る高周波システムを例示するブロック図。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態に係る高周波システムを例示するブロック図。
【図２】図１Ａ，１Ｂに示す高周波発生器のセンサ信号処理ユニットのブロック図。
【図３】いくつかの実施形態にかかる信号処理基本設計のブロック図。
【符号の説明】
【００３２】
１０ プラズマシステム
１４ａ，１４ｂ 高周波発生器
２２２ａ，２２２ｂ 高周波電力源
２２４ａ，２２４ｂ 高周波センサ
２２６ａ，２２６ｂ センサ信号処理ユニット
２３６ フィールドプログラマブルゲートアレイ
３８０ コントローラ
３４２ａ，３４２ｂ ディジタル周波数シンセサイザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力源と、
前記高周波電力源に接続したセンサと、
前記高周波電力源および前記センサに接続したセンサ信号処理ユニットとを含み、
前記センサ信号処理ユニットは、外部高周波ソースからの入力を受け入れ、高周波発生器の位相および周波数を制御する制御信号を生成することを特徴とする高周波発生器。
【請求項２】
前記入力は、位相設定値および混成周波数設定値のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の高周波発生器。
【請求項３】
前記外部高周波ソースは、ユーザが定めた入力であることを特徴とする請求項２に記載の高周波発生器。
【請求項４】
前記センサ信号処理ユニットは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）ユニットおよびディジタル信号処理ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波発生器。
【請求項５】
前記フィールドプログラマブルゲートアレイユニットは、位相および周波数の入力信号を受け入れ可能であることを特徴とする請求項４に記載の高周波発生器。
【請求項６】
前記信号処理ユニットは、制御信号を生成可能であることを特徴とする請求項４に記載の高周波発生器。
【請求項７】
前記信号処理ユニットは、微分機能要素に接続されたコントローラを含むことを特徴とする請求項６に記載の高周波発生器。
【請求項８】
前記コントローラは、制御信号を生成し、前記制御信号は高周波信号であることを特徴とする請求項７に記載の高周波発生器。
【請求項９】
前記コントローラにより生成された制御信号は、前記コントローラに対する複数の入力に依存することを特徴とする請求項８に記載の高周波発生器。
【請求項１０】
前記複数の入力信号は、位相誤差信号、周波数誤差信号、ならびに、位相入力信号および周波数入力信号であることを特徴とする請求項９に記載の高周波発生器。
【請求項１１】
第１機動周波数高周波発生器と第２機動周波数高周波発生器とを含み、
前記第１機動周波数高周波発生器は、電力源と、
前記電力源に接続したセンサと、
前記電力源および前記センサに接続したセンサ信号処理ユニットとを含み、
前記センサ信号処理ユニットは、外部ソースからの入力を受け入れ、前記第１機動周波数高周波発生器が発する高周波電力信号の第１位相および第１周波数のうち少なくとも１つを性御する第１制御信号を生成、
前記第２機動周波数高周波発生器は、前記第１機動周波数高周波発生器からの第２制御信号を受け入れ可能であり、
前記第２制御信号は、前記第２機動周波数高周波発生器の第２位相および第２周波数のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする高周波システム。
【請求項１２】
前記第１機動周波数高周波発生器と前記第２機動周波数高周波発生器との間の可変周波数偏差は、前記第２制御信号により制御され、前記第１制御信号および前記第２制御信号は、高周波信号であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波システム。
【請求項１３】
前記入力は、ユーザが定めた入力であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波システム。
【請求項１４】
第１高周波発生器と、前記第１高周波発生器に接続した第２高周波発生器とを含み、
前記第１高周波発生器および前記第２高周波発生器は、それぞれ、電力源と、前記電力源に接続したセンサと、前記電力源および前記センサに接続したセンサ信号処理ユニットとを含み、
前記第１高周波発生器の前記センサ信号処理ユニットは、前記第１高周波発生器の位相および周波数を制御し、
前記第２高周波発生器の前記センサ信号処理ユニットは、前記第２高周波発生器の位相および周波数を制御することを特徴とする高周波システム。
【請求項１５】
それぞれの前記センサ信号処理ユニットは、固定周波数の可変位相偏差を制御することを特徴とする請求項１４に記載の高周波システム。
【請求項１６】
それぞれの前記センサ信号処理ユニットは、機動周波数の可変位相偏差を制御することを特徴とする請求項１４に記載の高周波システム。
【請求項１７】
前記第１高周波発生器と前記第２高周波発生器との間の可変周波数は、前記第１高周波発生器から前記第２高周波発生器への制御信号を介して維持されることを特徴とする請求項１５に記載の高周波システム。
【請求項１８】
センサを電力源に接続し、
センサ信号処理ユニットを前記電力源および前記センサに接続し、
外部ソースからの入力を受け入れ、
高周波発生器の位相および周波数を制御する制御信号を生成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記入力は、位相設定値および混成周波数設定値のいずれかであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記外部ソースは、ユーザが定めた入力であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記制御信号の生成は、位相信号および周波数信号の微分を行い、
前記微分に基づいて信号の周波数を算出し、
周波数偏差を前記微分に加算し、
コントローラにおいて周波数誤差を更新し、
前記コントローラからディジタル周波数シンセサイザに混成周波数誤差を送出することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
外部ソースから位相偏差を受け入れ、
可変位相設定値を生成し、
前記高周波発生器の位相を制御することさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項１】
高周波電力源と、
前記高周波電力源に接続したセンサと、
前記高周波電力源および前記センサに接続したセンサ信号処理ユニットとを含み、
前記センサ信号処理ユニットは、外部高周波ソースからの入力を受け入れ、高周波発生器の位相および周波数を制御する制御信号を生成することを特徴とする高周波発生器。
【請求項２】
前記入力は、位相設定値および混成周波数設定値のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の高周波発生器。
【請求項３】
前記外部高周波ソースは、ユーザが定めた入力であることを特徴とする請求項２に記載の高周波発生器。
【請求項４】
前記センサ信号処理ユニットは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）ユニットおよびディジタル信号処理ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波発生器。
【請求項５】
前記フィールドプログラマブルゲートアレイユニットは、位相および周波数の入力信号を受け入れ可能であることを特徴とする請求項４に記載の高周波発生器。
【請求項６】
前記信号処理ユニットは、制御信号を生成可能であることを特徴とする請求項４に記載の高周波発生器。
【請求項７】
前記信号処理ユニットは、微分機能要素に接続されたコントローラを含むことを特徴とする請求項６に記載の高周波発生器。
【請求項８】
前記コントローラは、制御信号を生成し、前記制御信号は高周波信号であることを特徴とする請求項７に記載の高周波発生器。
【請求項９】
前記コントローラにより生成された制御信号は、前記コントローラに対する複数の入力に依存することを特徴とする請求項８に記載の高周波発生器。
【請求項１０】
前記複数の入力信号は、位相誤差信号、周波数誤差信号、ならびに、位相入力信号および周波数入力信号であることを特徴とする請求項９に記載の高周波発生器。
【請求項１１】
第１機動周波数高周波発生器と第２機動周波数高周波発生器とを含み、
前記第１機動周波数高周波発生器は、電力源と、
前記電力源に接続したセンサと、
前記電力源および前記センサに接続したセンサ信号処理ユニットとを含み、
前記センサ信号処理ユニットは、外部ソースからの入力を受け入れ、前記第１機動周波数高周波発生器が発する高周波電力信号の第１位相および第１周波数のうち少なくとも１つを性御する第１制御信号を生成、
前記第２機動周波数高周波発生器は、前記第１機動周波数高周波発生器からの第２制御信号を受け入れ可能であり、
前記第２制御信号は、前記第２機動周波数高周波発生器の第２位相および第２周波数のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする高周波システム。
【請求項１２】
前記第１機動周波数高周波発生器と前記第２機動周波数高周波発生器との間の可変周波数偏差は、前記第２制御信号により制御され、前記第１制御信号および前記第２制御信号は、高周波信号であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波システム。
【請求項１３】
前記入力は、ユーザが定めた入力であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波システム。
【請求項１４】
第１高周波発生器と、前記第１高周波発生器に接続した第２高周波発生器とを含み、
前記第１高周波発生器および前記第２高周波発生器は、それぞれ、電力源と、前記電力源に接続したセンサと、前記電力源および前記センサに接続したセンサ信号処理ユニットとを含み、
前記第１高周波発生器の前記センサ信号処理ユニットは、前記第１高周波発生器の位相および周波数を制御し、
前記第２高周波発生器の前記センサ信号処理ユニットは、前記第２高周波発生器の位相および周波数を制御することを特徴とする高周波システム。
【請求項１５】
それぞれの前記センサ信号処理ユニットは、固定周波数の可変位相偏差を制御することを特徴とする請求項１４に記載の高周波システム。
【請求項１６】
それぞれの前記センサ信号処理ユニットは、機動周波数の可変位相偏差を制御することを特徴とする請求項１４に記載の高周波システム。
【請求項１７】
前記第１高周波発生器と前記第２高周波発生器との間の可変周波数は、前記第１高周波発生器から前記第２高周波発生器への制御信号を介して維持されることを特徴とする請求項１５に記載の高周波システム。
【請求項１８】
センサを電力源に接続し、
センサ信号処理ユニットを前記電力源および前記センサに接続し、
外部ソースからの入力を受け入れ、
高周波発生器の位相および周波数を制御する制御信号を生成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記入力は、位相設定値および混成周波数設定値のいずれかであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記外部ソースは、ユーザが定めた入力であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記制御信号の生成は、位相信号および周波数信号の微分を行い、
前記微分に基づいて信号の周波数を算出し、
周波数偏差を前記微分に加算し、
コントローラにおいて周波数誤差を更新し、
前記コントローラからディジタル周波数シンセサイザに混成周波数誤差を送出することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
外部ソースから位相偏差を受け入れ、
可変位相設定値を生成し、
前記高周波発生器の位相を制御することさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−３０４５８５（Ｐ２００６−３０４５８５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２９０２１（Ｐ２００５−３２９０２１）
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（５９２１８５７１４）エムケーエス インスツルメント，インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（５９２１８５７１４）エムケーエス インスツルメント，インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]