专利名称：避免射频等离子加工中的不稳定性的方法和装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及控制系统及方法，更具体地，涉及一种控制提供给等离子体负载的功率的方法和系统。
背景技术：
射频或微波(以下简称“RF”)等离子体生成设备被广泛应用于半导体和工业等离子体加工。等离子体加工支持许多种应用，包括从基板上蚀刻材料、将材料淀积到基板上、清洗基板表面、以及基板表面的改性。使用的频率和功率电平可有很大不同，从约10KHz至10GHz，以及从几瓦至100千瓦或更大。对于半导体加工应用，目前使用在等离子加工设备中的频率和功率的范围就稍微窄些，分别为从约10KHz至2.45GHz，以及从10W至30kW。
等离子加工设备通常需要精密的RF信号发生器、匹配网络、接线、以及测量设备。另外，通常需要精密仪器来控制实际达到等离子体的功率。与等离子体相关联的负载的阻抗可响应于气体配方、各种气体供给参数、等离子体密度、提供的RF功率、压力及其它变量的变化而显著地不同。由变化的等离子体负载的阻抗及这些其它变量所表示的动态电负载可产生对等离子体生成设备的巨大的稳定性控制问题。
在今天的诸如半导体工具之类的等离子体加工设备中，经常可观察到加工变得不稳定，显示出等离子体密度中的振荡和/或等离子体总数的损耗。因此，存在一种需要，即通过改变调节RF电源的方式来避免这些不稳定性。
图1描述了一种对本领域的技术人员很熟悉的、已知的等离子体生成系统，该系统包括典型的等离子加工工具和RF电源。RF电源10将RF功率穿过滤波器12，并通过接线13和负载匹配电路14提供至加工真空腔15。RF功率(不仅包括前向RF功率还包括反射的RF功率)在输出功率测量点18处(靠近功率输入至加工真空腔15的位置)被测量。来自输出功率测量18的反馈被送回到电源10，以完成该控制环。
功率调节控制电路通常被设计为尽可能快地运行以最大化控制稳定性。典型的电源控制环可以数百微秒的速度运行，并通常被根据固定负载(或可能在心中带有一个可能的固定负载的范围)来设计和最优化。例如，在等离子体生成系统中的控制环的速度受到滤波器和匹配网络延迟、功率测量时间和电源的内部反应速度的限制。如上所述，等离子体在该控制环中引入了额外的延迟，可能最终导致不稳定的系统表现。这些延迟并不能被容易地预测到，它们是与加工有关的，并且是非恒定的。
然而，许多功率调节控制的不稳定性可归结于将等离子体作为功率调节控制环的一部分，因为等离子体阻抗是不恒定的。更具体地，等离子体阻抗是提供的功率量、等离子体气压、以及等离子体气体混合物的化学成分的函数。另外，反应化学和气压变量依赖于等离子体密度和温度，并且还具有它们自己的惰性(潜伏时间相关性)。这些惰性时间可以从微秒级至毫秒级，并且可通过诸如扩散率、泵速、离子化以及化学反应速度等的各种过程来确定。
另一个复杂因数是由气体供给系统20引入的，其通常有其自己的控制环。该气体供给控制环22通常根据腔压测量23来控制送入腔15的气体供给。这个独立的控制环22能将功率控制系统的特有的(specific)和系统的惰性(延迟)时间扩展到数百和数千毫秒。因此，仅使用带有较快的或者可与系统或等离子体惰性相比的响应时间间隔(即电负载(诸如等离子体)的响应时间)的反馈控制环25的任何电源都会潜在地倾向于不稳定。
图2示出了可用于诸如图1中所示的等离子体加工系统的系统中的已知的电源技术的电源部分。电源30(例如，DC开关电源)被设计为将恒定功率输出值在电源输出端提供至负载40。例如，如本领域的技术人员所知的，来自整流总线或DC电源的DC功率32馈至开关晶体管和诸如电感器和电容器的电抗元件。电源30在比它的控制环33的响应时间快的时标上(即，在时间间隔上)通常提供恒定电流或恒定电压。控制电路35根据从反馈控制环33接收的信息来调节电源30的控制信号。当然，当控制环路被冻结(开环)时，电源30也可提供恒定的电流和功率。供参考，下面将这种电源称为“恒定电流”或“恒定电压”型。控制电路35使用来自等离子体功率测量电路18的反馈33来修正电源30的输出电压或电流，以维持期望的功率输出。在一些情况下，这能够得到负载40(例如，等离子负载)的稳定控制。
实际上，一个已知技术的例子是用于给电弧型等离子体负载供电的“恒定电流”DC电源。由于等离子体电阻在较高的温度下下降(经常被称为“负阻”)，众所周知的是为这种系统供应恒定的电流可维持稳定的等离子体。在这种系统中，电源有时作为虚拟镇流电阻。
更常见地，许多DC开关电源使用脉宽调制(“PWM”)控制方法。这种电源用作电压源，并因此无法在不用反馈控制环时有效地维持负阻等离子体。另外，当等离子体系统由RF电源来供电时，控制问题被加剧，因为反射功率的相位由于接线(例如13)和滤波器(例如12)而被偏移到某一程度，使得难以或者不可能保证正或负的从电源处看去的等离子体的表观电阻。这些问题在系统在高频(即射频区，1MHz以上)工作时格外明显。
发明内容
为了克服这些问题，所需要的不只是仅仅提供恒定电压或恒定电流的电源，而是能够向开环系统提供实质上恒定的功率，借此可保持等离子体的稳定运行，不管等离子体的反射相位和阻抗。
更具体地，所需要的是尽管等离子体和/或其它系统组件导致的变化的负载阻抗和电阻，仍可用来精确控制提供给诸如等离子体负载的动态负载的功率量的方法和装置。
本发明通过使用一种电源来克服这些问题，该电源包含前馈环，且任选地包含为诸如等离子体生成器中的等离子体之类的电负载提供恒定电源的慢速反馈环。
本发明的一方面以用于为诸如等离子体的动态负载提供功率的RF电源为特征，该电源包括用于将输入功率转换为输出RF功率的功率电路。所述功率电路具有低储能，基本相当于几微秒，使得在电路中的储能量不会影响到控制的稳定性。控制电路将控制信号提供给功率电路，以通过例如为RF生成器供电的功率转换器的DC部分来调节输入功耗。还包括提供输入功率测量的第一电路，用于以第一速率来调整输入到功率电路的控制信号。RF电源的输入功率因此被维持在恒定、或基本恒定的量。
实施例包括用于在RF电源的输出端测量输出功率的第二电路，其用于以第二速率补偿功率控制信号。第一速率大于第二速率。第一速率可对应于将DC电流馈入RF电源的开关电源的频率。另外，可使用加权因数来使第一速率大于第二速率。RF电源的输出可被用于激励等离子体负载。
实施例可包括谐振反相器、补偿型(buck-type)开关调节器、升压调节器、DC开关电源、以及反相器或开关电源的门驱动电路中的至少一个。输入功率可在对应于开关电源的每个周期的频率上被测量。输出功率信号可以不同的速率被测量，例如，并不对应于开关电源的每个周期。在一些实施例中，控制信号在开关电源的每个周期上被更新，而在其它实施例中却非如此。
输入功率测量可通过测量在各个周期期间流经开关电源的输入端的总电荷来确定。第一速率可每周期一次调整功率控制信号，而第二速率比第一速率慢，并且应当也比电负载的响应时间慢。第二速率还可比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
本发明的另一方面以用于为可变阻抗负载提供功率的RF电源为特征，该电源包括控制电路以及第一电路，该控制电路提供控制信号给RF电源来调节RF电源的功率输出电平，第一电路提供RF电源的输入功率的测量。第一电路以第一速率调整RF电源的控制信号来维持基本恒定的输入功率。RF电源可包括第二电路，用于在RF电源的输出端测量输出功率，这被用来以第二速率补偿RF电源的控制信号。第一速率应当大于第二速率。在一些实施例中，输入功率是恒定的。
可用加权因数来使第一速率大于第二速率，并且RF电源的输出可用于激励等离子体负载。可在RF生成器和负载(例如，等离子体负载)之间使用匹配网络。电源可包括谐振反相器、补偿型开关调节器、升压调节器、DC开关电源、和/或反相器或开关电源的门驱动电路。可对于开关电源的每个周期测量输入功率，而在一些实施例中不对于开关电源的每个周期来测量输出功率。控制信号在开关电源的每个周期上被更新，而在一些实施例中却非如此。
RF电源可将功率提供给等离子体负载。另外，控制信号可控制电源的脉宽调制，脉宽调制的量可按逐周期的方式来确定。在一些实施例中，第一速率每周期一次调整控制信号，而第二速率比第一速率慢，并且应当也比电负载的响应时间慢。第二速率还可比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
本发明的另一方面以包含功率源和AC开关电源的RF等离子体生成器为特征。开关电源包括控制电路以及第一电路，控制电路为电源提供控制信号以调节电源的功率输出电平，第一电路提供对电源的输入功率的测量，用来以第一速率调整电源的控制信号，借此维持基本恒定的输入功率。还包括第二电路，用于在电源的输出端测量输出功率，用来以第二速率补偿电源的控制信号，使得第一速率应当大于第二速率。开关电源的输出供给RF生成部分。第一速率可对应于开关电源的开关频率。
可用加权因数来使第一速率大于第二速率，并且RF生成部分的输出可激励等离子体负载。可在RF生成部分和负载之间使用匹配网络。RF生成器可包括谐振反相器、补偿型开关调节器、升压调节器、DC开关电源、和/或反相器或开关电源的门驱动电路。可对于开关电源的每个周期来测量输入功率，而在一些实施例中，不对于开关电源的每个周期来测量输出功率。控制信号在开关电源的每个周期上被更新，而在一些实施例中并非如此。
RF生成器的输入功率测量可通过测量在每个周期期间流经开关电源的输入端的总电荷来确定，并且RF生成器可包括等离子体生成系统。控制信号可以是开关电源的脉宽调制，并且脉宽调制的量可以按照逐周期的方式来确定。在一些实施例中，第一速率每周期一次调整控制信号，而第二速率比第一速率慢，并且应当也比电负载的响应时间慢。第二速率还可比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
本发明的又一个方面以一种调节对可变阻抗负载的功率的方法，该方法包括以下步骤提供控制电路，该控制电路提供控制信号给开关电源，来调节RF生成器的功率输出电平。根据在开关电源的输入侧测得的第一功率以第一速率调整开关电源的控制信号。控制信号还以基于RF生成器的输出侧测得的第二功率的第二速率被补偿。第一速率大于(快于)第二速率。第一速率可对应于开关电源的开关频率。
可用加权因数来使第一速率大于第二速率，并且RF生成器的输出可激励等离子体负载。可在RF生成器和负载之间使用匹配网络。该方法的电源可包括谐振反相器、补偿型开关调节器、升压调节器、DC开关电源、和/或门驱动。可对于开关电源的每个周期来测量输入功率，而在一些实施例中，不对于开关电源的每个周期来测量输出功率。第一功率可通过测量在各个周期期间流经开关电源的输入端的总电荷来确定。另外，控制信号在开关电源的每个周期上被更新，而在一些实施例中并非如此。
所述方法可包括具有包含等离子体生成系统的电负载，并且控制信号可控制电源的脉宽调制。脉宽调制的量可以按照逐周期的方式来确定。在一些实施例中，第一速率每周期一次调整控制信号，而第二速率比第一速率慢，并且应当也比电负载的响应时间慢。第二速率还可比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
连同附图一起通过以下对本发明的详细描述，上述的讨论将更为容易地被理解，附图中图1例示出已知的RF等离子体加工工具的方框图；图2例示出已知的电源的方框图；图3例示出包含本发明的控制特征的电源；图4是本发明的实施例，其中包含前馈补偿调节器；以及图5显示了例示出本发明的各项特征的电源系统。
具体实施例方式
图3例示出显示了本发明的实施例，可用于克服上述问题。为诸如等离子体之类的电负载提供恒定量的功率可得到系统的稳定运行。不幸的是，上述的仅仅反馈的系统对等离子体生成系统的动态运行情况不能足够快速地响应。即使反馈环33的响应时间比阻抗摄动以及动态等离子体负载其它发生的变化快，这种系统也不能补偿变化的输入信号。
图3的电源30通过控制输入功率而不是输出功率来克服这些问题，这利用了用现有开关电源的技术可实现的高效率和低储能的优点。使用这一技术，本发明能提供恒定的功率，而不受在比除以供给的功率的储能更慢的时标(相当于几微秒)的基础上的等离子体负载的瞬态变化的影响。为了达到这一效果，图3的电源30在为电源30供电的DC电源30上使用快速输入测量52。输入功率测量52馈送至快速前馈控制环53，该控制环为控制电路35提供信息。控制电路可以是实际电路(例如，在电路板上)、模拟控制器、任何一种本领域技术人员已知的数字控制系统、或者这些的组合。使用这一技术，本发明通过紧密地控制提供到电源30的功率量来控制电源和等离子体之间的相互作用。这导致对送到负载的功率的紧密控制，因为，按照非常短的时间间隔(几微秒)上的平均来说，动态等离子体参数对于电源提供的电流或电压波形并不像对于提供的功率量那样敏感。
因此，本发明包括能以非常快的时标(相当于几微秒的时间间隔)向等离子体负载提供基本恒定的功率的电源拓扑结构。在一些实施例中，这些时间间隔可以持续足够长来接近等离子体或气体供给响应的动态响应时间。然而，在所有的实施例中，电源输出在由储能与功率之比设定的时标上被维持在稳定的量，而不受等离子体阻抗或其它负载动态的变化的影响。
仅反馈控制33是不能对负载和功率输入变化响应得足够快以实现本发明的精确和恒定的功率输出。一般而言，为了保持稳定性，反馈控制响应速度必需要么远快于要么远慢于所有可能的等离子体响应和气体供给响应。为了得到本发明的精密的功率输出控制，不仅必须在快速时标上提供系统的稳定，还要允许控制电路35的控制信号38仅仅弱地(即慢速地)依赖于输出功率测量。这样，当为补偿电源的控制信号38时，本发明仅使用慢速响应反馈控制环。这种电源的另一好处是等离子体的简单且稳定的点燃和积聚。
为了获得本发明的结果，DC功率源32连接到电源30的功率部分。较佳地，系统被设计为消耗尽可能少的功率，因此主要结合电抗或开关器件。希望最小化系统中的储能，从而减少或实质上消除控制系统的任何滞后时间或时间常数。这一设计原理较佳地用于结合了本发明的原理的DC开关电源和低频RF生成器，它们可运行于开关模式(例如，Class D(D类)或Class F(F类))。在RF晶体管运行在几乎线性状态下的较高频率下，这种设计特征不那么重要。虽然如此，始终较佳的是最小化电源30的功率部分的能量损耗。
在图3中所示的实施例中，功率模块的输入功率通过输入测量52来测量。输入功率测量52可位于电源前，但应当位于任何输入滤波电容器(未示出)的下游。或者，如本领域技术人员所知的那样，输入功率测量52可位于电源30内的某点处，只要能提供对输入电路、电压、和/或功率的测量就行。输入功率测量装置52发送该信息给控制电路35，控制电路随即调整功率控制信号38来保持输入功率测量32在基本恒定的值。由于功率模块被设计为高效率，这种调节的方法导致对负载40的接近恒定的功率输出。
电源30可能在功率部分的输出滤波器和电抗组件中包括少量的储能，这些能量不能被瞬时改变。如上所述，系统的设计将储存在这些组件中的能量的量最小化，从而在这些组件中存在的能量足够在不大于几微秒的时间内为系统提供能量。具有这样的低储能有利于降低系统的滞后时间、或时间常数，并且有利于维持稳定的等离子体控制。由于储能量与在等离子体中储存的能量的量相比较小，因此它不会在系统控制上有显著的反作用，并且不会导致等离子体损耗、变得不稳定、或者被显著地改变。因此RF功率以非常小的滞后时间追踪输入功率。随着储存的功率的量增大，等离子体的稳定性控制问题的可能性也增加了。
实施例还包括反馈控制环33。为了保持对负载40精密的功率输出控制，反馈控制环33应该被调节使得它对于控制电路35的控制因素仅有缓慢的影响。反馈控制环33的缓慢响应确保了负载阻抗的变化不会使控制环不稳定。
图4例示出代表本发明的一个实施例的电源的局部视图。补偿型开关调节器72可用于供给RF生成器75。RF生成器的输入功率通过使用输入测量52、积分器73、和比较器74来测量，其中比较器提供误差信号给控制电路35。上开关76是有源驱动晶体管。下开关77可以是无源的(例如，二极管)，或者它也可以是晶体管。如果补偿转换器(buck converter)72的运行频率被固定，则功率输入与每个周期流经上开关76的电荷量成比例。因此，电流传感器(例如52)和积分器73可用于确定每周期提供的工作(能量)量。当工作的量达到期望值时可触发开关周期的结束。在固定频率运行期间，这表现出每单位时间提供的工作量(即提供的功率量)。这一测量可随即方便地被使用为电源的快速输入功率测量52，而前馈控制环53可基于该测量。
另外，当DC部分的开关频率不是恒定的，如在谐振反相器拓扑结构中就是这样，每周期的积分电荷的期望值可以按照输入电压和开关频率两者的函数来以下述方式确定，即，可用来将通过电源30的输入端输入到电源30的输入功率保持在恒定值。这种前馈调节可以逐脉冲(pulse-by-pulse)的方式来进行，并且将调节器滞后仅仅一个周期(即电源的一个周期)。这种测量的时间间隔因此可如一微秒或二微秒那么短。一种补偿频率变化的方法是发送每周期积分的电荷信息给比较器，该比较器使用斜基准(ramping reference)而不是常数。当积分电荷与从周期开始后经过的时间成比例时，达到比较器的断路点(trip point)。这种技术可用于以逐周期的方式来保持恒定功率。
根据上述描述，替代的实施例将对本领域的普通技术人员变得显而易见。例如，实施例包括升压调节器，对此，恒定输入功率需要电感器电流被保持恒定。另外，也可使用其它PWM开关拓扑结构，以及诸如谐振反相器之类的频率受控拓扑结构。这些结构可包括以类似的形式被控制的隔离变压器，以逐脉冲的方式保持恒定输入功率。
图5例示出本发明的详细实施例，其中包括额外的细节和可选的组件。DC功率源32为诸如DC开关电源之类的DC电源部分30提供功率。输入电流测量52被例示于电源30的输入侧，但它也可以位于输出侧，例如在功率部分30和转换器91之间。如对图4的描述，来自52的输入测量信号可通过积分器73和设定值比较器74。
实施例包括不同的比较器74功能。例如，来自输入测量信号52的输入功率可与功率设定值作比较来确定计算的前馈误差，而这一误差可为控制电路35所使用。这一误差被用于调整电源的控制信号38。在其它实施例中，根据对本领域的技术人员所知的控制原理和技术，输入信号52可与例如算法或值的预定表作比较，借此比较器的输出结果由预定功能来确定。这种输入功率调节可非常快速地运行，包括如电源的每周期一次这样快。
控制电路35还可接收来自输出功率测量18的反馈功率信号。该反馈信号可与功率输出设定值作比较来确定计算的反馈误差，并且该反馈误差和计算的前馈误差可通过控制电路35进行相加来确定控制信号38。用于反馈误差计算的功率输出设定值可以与用于前馈误差计算的功率输出点设定值相同，或可以不同。在任一种情况下，可使用各种技术来进行前馈和反馈信号的加权。
与许多传统的控制系统不同，前馈控制环53应被加权以使其对输出信号(例如，控制信号38)的影响比对反馈控制环(例如，前馈控制环33)的影响大。这一结果可通过测量采样，接着使用更频繁地(以更快速率)(例如电源的每个周期)采样的前馈信号的结果以及使用以诸如每周期、每第10个周期或第100个周期之类的较慢的速率的前馈环的结果来获得。使用这一技术，该控制信号就更频繁地反映前馈环的作用而不是反馈环的作用，从而前馈测量在控制结果38中占有优势。
相对反馈测量18更偏向于前馈测量52的另一技术是以相同频率在对每个环采样，但加入加权乘法器，其增大了前馈信号或误差结果，和/或减小反馈信号或误差结果。因而在确定控制信号38时，即使两个环路都以相同频率采样，也可使来自反馈环的误差结果总是没有来自前馈环路的误差的影响大。以这种方法，加权因数可导致调整的前馈环路的速率大于补偿反馈控制环的速率，即使前馈测量信号52和反馈功率输出信号以相同频率采样。在一些实施例中，反馈控制环18可被加权到这样的程度它在控制信号38上的作用为零。以上所述的实现不同类型的加权结果的其它技术对于本领域的技术人员也是显而易见的，如求平均、使用时间均值、各种采样技术、统计技术、及其它。这些方法的结果是控制电路35主要根据输入信号，但也根据反馈功率信号18来输出控制信号38至电源。
电源30对于控制信号38的响应不是比前馈控制环快就是比反馈控制环快。控制信号38可使用脉宽调制技术(用于恒定频率电源)、使用频率调制、或两者组合、或者使用其它已知的DC开关电源控制技术来调节电源30。
DC电源部分30通常馈至转换器部分91，诸如组合整流器的补偿转换器或谐振转换器。当然，也可使用其它转换器拓扑结构。本发明的实施例包括从补偿转换器馈至等离子体负载而不用中间RF功率生成器(下述)。再次参见图5，转换器的输出可选地穿过输出滤波器92，接着可被馈至RF生成器75。RF生成器75的输出可穿过输出功率测量器件18，接着馈至诸如等离子体腔内的等离子体之类的电负载40。可选地，可在RF生成器75和负载40之间设置匹配网络96。
虽然输入测量52被例示于DC电源部分30的供给侧，它也可被放置在其它位置。例如，该前馈测量信号可在电源30和转换器91之间，或者更下行地在转换器91和输出滤波器92之间(如果输出滤波器存在)。
类似地，前馈功率测量18也可位于其它位置。例如，最佳功率测量读取是在反馈功率测量器件18直接位于负载上游，即在匹配网络(如果存在)和负载之间时获得的。然而，由于成本的原因，前馈功率测量18通常位于RF生成器的输出端，即在RF生成器75和匹配网络96(如果存在)之间。然而，本发明的实施例包括使前馈信号测量功能性地位于输出滤波器92(如果存在)和RF生成器75之间，甚至在转换器部分91和输出滤波器92之间。当然，可使用这些不同的输入和输出信号测量位置的不同的组合。
如上面关于输入测量52所述的，合适的功率输出测量技术可包括电压和/或电流测量。然而，输出功率测量还可使用已知的手段和技术来测量前馈和反射的功率来实现本发明的目的。
本发明的技术具有比图5所示的实施例更广泛的应用性。虽然图5描述了前馈测量在DC开关电源30的输入侧，且功率输出测量18在RF生成器的输出侧，但本发明可以其它方式来使用。例如，实施例包括位于DC开关电源30输入侧的前馈测量52和电源30的输出侧的输出功率测量18(例如，在转换器91之后)。在一些应用中，转换器的输出可直接连接至负载。在其它实施例中，RF生成器的供给不必由DC开关电源提供。在这类实施例中，输入测量52可在RF生成器的输入端进行，而功率输出测量18可位于RF生成器75的输出侧。RF生成器的输出接着可通过匹配网络96、也可不通过匹配网络96来馈至负载，例如等离子体腔。
虽然这类实施例在本发明的范围内，但如上所述，本发明在解决使用高频电源(尤其是RF电源，即1MHz至10GHz)的系统的等离子体稳定性问题时尤其有效。
虽然本发明被结合具体的最佳实施例进行了具体显示和描述，但对于本领域的技术人员来说可理解的是在其中可实现各种形式上和细节上的变化，而不背离如附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于为动态负载提供功率的RF电源，包括用于将输入功率转换为输出RF功率的功率电路，所述电路具有低储能；用于向所述功率电路提供控制信号以调节RF电源的输入功耗的控制电路；以及用于提供RF电源的输入功率的测量的第一电路，用来以第一速率调整功率电路的控制信号，使得输入功率基本恒定。
2.如权利要求1所述的RF电源，其特征在于，进一步包括用于测量RF电源的输出端的输出功率的第二电路，用来以第二速率补偿RF电源的功率控制信号，其中第一速率大于第二速率。
3.如权利要求1所述的RF电源，其特征在于，所述第一速率对应于开关电源的开关频率，所述开关电源将DC电流馈至RF电源。
4.如权利要求1所述的RF电源，其特征在于，使用加权因数来使第一速率大于第二速率。
5.如权利要求1所述的RF电源，其特征在于，RF电源的输出激励等离子体负载。
6.如权利要求1所述的RF电源，其特征在于，还包括谐振反相器、补偿型开关调节器、升压调节器、DC开关电源、以及反相器或开关电源的门驱动电路中的至少一个。
7.如权利要求3所述的RF电源，其特征在于，对开关电源的每个周期测量输入功率。
8.如权利要求7所述的RF电源，其特征在于，并不对开关电源的每个周期都测量输出功率信号。
9.如权利要求6所述的RF电源，其特征在于，所述控制信号在开关电源的每个周期都被更新。
10.如权利要求6所述的RF电源，其特征在于，所述控制信号并不在开关电源的每个周期都被更新。
11.如权利要求3所述的RF电源，其特征在于，输入功率测量通过测量在各个周期流经开关电源的输入端的总电荷来确定。
12.如权利要求1所述的RF电源，其特征在于，所述第一速率每周期一次调整功率控制信号，并且第二速率比电负载的响应时间慢。
13.如权利要求12所述的RF电源，其特征在于，所述第二速率比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
14.一种用于为可变阻抗负载提供功率的电源，包括用于向RF电源提供控制信号以调节RF电源的输出功率电平的控制电路；以及用于提供RF电源的输入功率的测量的第一电路，用来以第一速率调整控制信号来保持基本恒定的输入功率。
15.如权利要求14所述的RF电源，进一步包括用于测量RF电源的输出端的输出功率的第二电路，用来以第二速率补偿RF电源的控制信号，其中第一速率大于第二速率。
16.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，输入功率是恒定的。
17.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，使用加权因数来使第一速率大于第二速率。
18.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，RF电源的输出激励等离子体负载。
19.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，进一步包括在RF生成器和负载之间的匹配网络。
20.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，还包括谐振反相器、补偿型开关调节器、升压调节器、DC开关电源、以及反相器或开关电源的门驱动电路中的至少一个。
21.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，对开关电源的每个周期测量输入功率。
22.如权利要求21所述的RF电源，其特征在于，并不对开关电源的每个周期都测量输出功率。
23.如权利要求20所述的RF电源，其特征在于，所述控制信号在开关电源的每个周期都被更新。
24.如权利要求20所述的RF电源，其特征在于，所述控制信号并不在开关电源的每个周期都被更新。
25.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，所述电负载包括等离子体生成系统。
26.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，所述控制信号控制电源的脉宽调制。
27.如权利要求26所述的RF电源，其特征在于，以逐周期的方式确定脉宽调制的量。
28.如权利要求14所述的RF电源，其特征在于，所述第一速率每个周期一次调整控制信号，并且第二速率比电负载的响应时间慢。
29.如权利要求28所述的RF电源，其特征在于，所述第二速率比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
30.一种RF等离子体生成器，包括功率源；接收来自所述功率源的功率的AC开关电源，其包括用于向电源提供控制信号以调节电源的输出功率电平的控制电路；用于提供电源的输入功率的测量的第一电路，用来以第一速率调整电源的控制信号来保持基本恒定的输入功率；以及用于测量电源的输出端的输出功率的第二电路，用来以第二速率补偿电源的控制信号，其中第一速率大于第二速率，其中开关电源的输出为RF生成部分提供功率。
31.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，所述第一速率对应于开关电源的开关频率。
32.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，使用加权因数来使第一速率大于第二速率。
33.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，RF生成部分的输出激励等离子体负载。
34.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，进一步包括在RF生成部分和负载之间的匹配电路。
35.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，还包括谐振反相器、补偿型开关调节器、升压调节器、DC开关电源、以及反相器或开关电源的门驱动电路中的至少一个。
36.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，所述控制信号在开关电源的每个周期都被更新。
37.如权利要求36所述的RF等离子体生成器，其特征在于，所述控制信号并不在开关电源的每个周期都被更新。
38.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，输入功率通过测量在各个周期流经开关电源的输入端的总电荷来确定。
39.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，所述电负载包括等离子体生成系统。
40.如权利要求30所述的RF等离子体生成器，其特征在于，所述控制信号控制开关电源的脉宽调制。
41.如权利要求40所述的RF等离子体生成器，其特征在于，以逐周期的方式确定脉宽调制的量。
42.如权利要求30所述的RF电源，其特征在于，所述第一速率每周期一次调整控制信号，并且第二速率比电负载的响应时间慢。
43.如权利要求42所述的RF电源，其特征在于，所述第二速率比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
44.一种调节可变阻抗负载的功率的方法，包括步骤提供控制电路，其为开关电源提供控制信号，来调节RF生成器的功率输出电平；根据在开关电源的输入侧测得的第一功率以第一速率来调整开关电源的控制信号；根据RF生成器的输出侧测得的第二功率以第二速率来补偿开关电源的控制信号，其中第一速率大于第二速率。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述第一速率对应于开关电源的开关频率。
46.如权利要求44所述的方法，其特征在于，使用加权因数来使第一速率大于第二速率。
47.如权利要求44所述的方法，其特征在于，RF生成器的输出激励等离子体负载。
48.如权利要求44所述的方法，其特征在于，在RF生成器和负载之间包含匹配电路。
49.如权利要求44所述的方法，其特征在于，电源包括谐振反相器、补偿型开关调节器、升压调节器、DC开关电源、以及门驱动电路中的至少一个。
50.如权利要求44所述的方法，其特征在于，对开关电源的每个周期测量输入功率。
51.如权利要求50所述的非，其特征在于，并不对开关电源的每个周期都测量输出功率。
52.如权利要求44所述的方法，其特征在于，第一功率是通过测量在各个周期流经开关电源的输入端的总电荷来确定的。
53.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述控制信号在开关电源的每个周期都被更新。
54.如权利要求53所述的方法，其特征在于，所述控制信号并不在开关电源的每个周期都被更新。
55.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述电负载包括等离子体生成系统。
56.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述控制信号控制电源的脉宽调制。
57.如权利要求56所述的方法，其特征在于，以逐周期的方式确定脉宽调制的量。
58.如权利要求44所述的方法，其特征在于，所述第一速率每周期一次调整控制信号，并且第二速率比电负载的响应时间慢。
59.如权利要求58所述的方法，其特征在于，所述第二速率比供给电负载的气体供给系统的响应时间慢。
全文摘要
用于控制电源(30)的方法和装置，以避免运行在频率为1MHz及以上的RF等离子体加工系统中的动态负载导致的不稳定，该方法和装置使用前馈型控制环(53)来紧密地调节供给到诸如由可变且不定的等离子体阻抗导致的负载之类的动态电负载(40)上的功率。也可将反馈环(33)结合前馈环(53)，但处于较低速率，来帮助调节提供到负载(40)上的功率的量。
文档编号H05H1/46GK1856859SQ200480027331
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月22日 优先权日2003年9月22日
发明者M·吉什奈弗司基 申请人:Mks仪器股份有限公司