TWI446708B - 射頻功率產生器及其運作方法 - Google Patents

本發明係關於射頻訊號(radio frequency；RF)產生器之包絡功率(envelope power)之調變。

... 應該理解的是，在不改變本揭露的原理的情況下，方法中的步驟可以依照不同的 ... TWI446708B-射頻功率產生器及其運作方法 -GooglePatents 射頻功率產生器及其運作方法 DownloadPDF Info Publicationnumber TWI446708B TWI446708B TW098109246A TW98109246A TWI446708B TWI446708B TWI446708B TWI446708B TW098109246A TW098109246A TW098109246A TW98109246A TW98109246A TW98109246A TWI446708B TWI446708B TWI446708B Authority TW Taiwan Priorartkeywords amplifier radiofrequency powergenerator power signals Priorartdate 2008-07-01 Applicationnumber TW098109246A Otherlanguages English(en) Otherversions TW201004133A (en Inventor SeshadriSivakumar AbdullahEroglu OriginalAssignee MksInstrInc Prioritydate(Theprioritydateisanassumptionandisnotalegalconclusion.Googlehasnotperformedalegalanalysisandmakesnorepresentationastotheaccuracyofthedatelisted.) 2008-07-01 Filingdate 2009-03-20 Publicationdate 2014-07-21 2008-07-01 PrioritytoUS12/166,160 priority Critical patent/US7872523B2/en 2009-03-20 ApplicationfiledbyMksInstrInc filed Critical MksInstrInc 2010-01-16 PublicationofTW201004133A publication Critical patent/TW201004133A/zh 2014-07-21 Applicationgranted granted Critical 2014-07-21 PublicationofTWI446708B publication Critical patent/TWI446708B/zh Links Espacenet GlobalDossier Discuss 238000011017 operatingmethod Methods 0.000 title 1 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 21 239000010753 BS2869ClassE Substances 0.000 claims description 17 239000010752 BS2869ClassD Substances 0.000 claims description 11 230000001939 inductiveeffect Effects 0.000 claims description 3 244000171263 Ribesgrossularia Species 0.000 description 38 238000004458 analyticalmethods Methods 0.000 description 9 238000010586 diagrams Methods 0.000 description 9 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 8 238000000034 methods Methods 0.000 description 8 230000035882 stress Effects 0.000 description 8 238000004891 communication Methods 0.000 description 5 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 4 230000001808 coupling Effects 0.000 description 4 238000010168 couplingprocess Methods 0.000 description 4 238000005859 couplingreactions Methods 0.000 description 4 230000000051 modifying Effects 0.000 description 4 239000004065 semiconductors Substances 0.000 description 4 238000004804 winding Methods 0.000 description 4 230000001965 increased Effects 0.000 description 3 280000262633 E-Power companies 0.000 description 2 230000001276 controllingeffects Effects 0.000 description 2 238000004519 manufacturingprocess Methods 0.000 description 2 230000002441 reversible Effects 0.000 description 2 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2 280000184143 ComplexDrive companies 0.000 description 1 281000009227 PowerBalance companies 0.000 description 1 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1 230000000694 effects Effects 0.000 description 1 238000005516 engineeringprocesses Methods 0.000 description 1 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1 238000005530 etching Methods 0.000 description 1 230000004907 flux Effects 0.000 description 1 230000014509 geneexpression Effects 0.000 description 1 230000017525 heatdissipation Effects 0.000 description 1 238000010849 ionbombardment Methods 0.000 description 1 239000011159 matrixmaterials Substances 0.000 description 1 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1 230000001603 reducing Effects 0.000 description 1 238000006722 reductionreactions Methods 0.000 description 1 230000000630 rising Effects 0.000 description 1 239000000758 substrates Substances 0.000 description 1 Classifications H—ELECTRICITY H03—BASICELECTRONICCIRCUITRY H03F—AMPLIFIERS H03F3/00—Amplifierswithonlydischargetubesoronlysemiconductordevicesasamplifyingelements H03F3/20—Poweramplifiers,e.g.ClassBamplifiers,ClassCamplifiers H03F3/21—Poweramplifiers,e.g.ClassBamplifiers,ClassCamplifierswithsemiconductordevicesonly H03F3/217—ClassDpoweramplifiers;Switchingamplifiers H03F3/2176—ClassEamplifiers Description 射頻功率產生器及其運作方法 本發明係關於射頻訊號(radiofrequency；RF)產生器之包絡功率(envelopepower)之調變。

本節陳述僅僅提供本揭露之相關背景資訊，並不組成習知技術。

射頻功率可在時域表示為週期訊號，在對應時序具有特定的峰間(peak-to-peak；P-P)振幅。

峰間振幅描述射頻功率之包絡。

振幅調變(Amplitudemodulation；AM)係為調變射頻包絡之射頻模式之一個例子。

射頻功率可用於產生電漿，電漿可用於使用本領域之已知方法製造半導體。

在這種應用中，隨著半導體特徵之尺寸的減少與/或隨著產量需求的增加，準確地控制射頻包絡則日益重要。

目前本領域已知若干用於控制射頻包絡之方法，以下將加以描述。

透過切換射頻功率放大器之驅動器之開關與/或使用電源供應器之開關控制電路，第一種方法提供射頻開關包絡脈波(pulsing)，其中電源供應器之開關控制電路用於餽送射頻功率放大器以推動直流輸入導軌電壓(railvoltage)至功率放大器。

透過控制射頻功率放大器之驅動器之振幅，第二種方法提供射頻包絡脈波。

這些方法通常可被應用至具有A、AB、B和C類電路拓撲之功率放大器與/或控制電源供應器之輸出電壓，其中電源供應器用於饋送射頻功率放大器以調變直流輸入導軌電壓至功率放大器。

美國專利7,259,622中揭露了第三種方法，提供一種具有全橋(full-bridge)拓撲之相位控制射頻功率放大器之設計，以促進產生彎曲的(flexible)射頻包絡波形。

橋拓撲(bridgetopology)需要四個電源開關和複雜的閘極驅動控制方法。

這些設計特徵增加了部件總數和成本，並且還降低可靠性。

此外，上述方法具有固有的操作限制。

在使用射頻包絡脈衝(開關或多振幅階數(multi-amplitude-level))之電源控制之方法中，脈衝的上升和下降速度受到直流導軌電壓的動態響應的限制。

因此，不易得到具有快速上升和下降時間、高脈波頻率之射頻脈衝包絡或者具有小工作週期的脈衝。

使用射頻功率放大器驅動開關控制之上述方法將僅僅促進射頻包絡開關脈波。

這些方法無法提供改變非零振幅之射頻。

針對射頻多階振幅包絡脈波使用射頻功率放大器驅動控制之上述方法被限制於線性功率放大器(例如，具有A、AB、B&C類拓撲)，不容易被擴展至高效的開關模式功率放大器(例如，具有E類拓撲)。

線性功率放大器還需要考慮大功率處理和熱容量之設計和結構以用於消除熱量，因為在脈波期間需要從功率放大器電晶體裝置中消除大差分功率。

結合電源控制和射頻功率放大器驅動控制，可能減少上述某些限制。

然而，因為脈衝時電源控制和功率放大器驅動控制將均需要較好地協調，這些減少將受到限制並且需要射頻包絡脈波的複雜控制電路。

一種射頻功率產生器包含依照第一控制訊號產生第一射頻訊號之第一開關模式放大器以及依照第二控制訊號產生第二射頻訊號之第二開關模式放大器。

第一和第二控制訊號判定第一和第二射頻訊號之間的相位差。

輸出訊號包絡係基於第一和第二射頻訊號與此相位差。

一種射頻功率產生器之運作方法，包含：依照第一控制訊號產生包含第一相位之第一射頻訊號；依照第二控制訊號產生包含第二相位之第二射頻訊號；應用第一和第二射頻訊號於負載兩端；以及，改變第一和第二控制訊號以控制射頻包絡，射頻包絡透過第一和第二射頻訊號被應用至負載。

一種射頻功率產生器包含：第一E類放大器，依照第一控制訊號產生第一射頻訊號；以及第二E類放大器，依照第二控制訊號產生第二射頻訊號。

第一和第二控制訊號交替第一和第二射頻訊號的相位，同時在每一相位交替期間保持第一和第二射頻訊號之間恆定的相位差。

輸出訊號包絡係基於第一和第二射頻訊號與相位差。

本發明更多的應用領域將由以下的詳細說明揭示。

應該理解的是，用以揭示本發明較佳實施方式的詳細說明和具體示例僅僅是為了說明而不是為了限製本發明的範圍。

以下描述僅僅在本質上具有代表性，並非意圖限制本發明及其應用或使用。

為了表述清楚，在這些圖式部份中所使用的相同的參考標號代表同類部件。

對於本揭露所使用的術語，A、B和C至少其一之詞語應該局限於表示邏輯(A或B或C)，係使用非互斥的邏輯或。

應該理解的是，在不改變本揭露的原理的情況下，方法中的步驟可以依照不同的順序被執行。

在說明書中，術語模組係指特殊應用積體電路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit；ASIC)、電子電路、執行一或多個軟體或韌體程式之處理器(共享、專用或群)與記憶體、組合邏輯電路，與/或提供所術功能之其他適當元件。

現在請參考「第1圖」，圖中表示新型射頻放大器10。

射頻放大器10採用主開關模式放大器12a以及從開關模式放大器12b，其中主開關模式放大器12a以及從開關模式放大器12b共同稱為開關模式放大器12。

開關模式放大器12各自包含開關電晶體Q1和Q2。

開關電晶體Q1和Q2分別接收開關控制訊號14a,14b，在放大器輸出16a,16b處的射頻輸出訊號之間產生相位差。

射頻輸出訊號被累加並應用至負載20。

負載20可包含具有相關阻抗匹配之電漿腔室、電壓與/或電流探針，功率計等。

直流電源供應器22提供電源至開關模式放大器12。

某些實施例中，開關模式放大器12可被實施為D類或E類放大器。

以下討論假設使用E類放大器。

開關模式放大器12相同。

現在將描述主開關模式放大器12a 之圖示實施例。

應該看到從開關模式放大器12b具有相同的電路。

直流電源供應器22提供直流電壓Vdc至射頻扼流圈(RFchoke)32之第一終端。

射頻扼流圈32的第二終端與濾波器網路34的輸入終端通訊。

濾波器網路34包含低通濾波器或帶通濾波器。

濾波器網路34的輸出連接開關電晶體Q1的汲極、電容器Cs的第一終端以及諧振電感-電容(inductive-capacitance；LC)對36的第一終端。

電容器Cs的第二終端和開關電晶體Q1的源極與地38通訊。

電容器Cs可為開關電晶體Q1之內部汲極-源極電容或外部電容器或及其組合。

電感-電容對36的第二終端與輸出濾波器40的第一終端通訊。

某些實施例中，電感-電容對36可包含二極體52。

二極體52的陰極與電感-電容對36中的電感的分接頭通訊。

二極體52的陽極與地38通訊。

二極體52實現電感鉗(inductiveclamp)之實施例。

輸出濾波器40的第二終端通訊耦合變壓器42的初級繞組。

輸出濾波器40為全部條件之負載20終止與預定帶寬交叉之振盪。

耦合變壓器42的次級繞組通訊負載20的第一終端以及與放大器12b關聯的對應次級繞組。

負載20的第二終端通訊與放大器12b關聯的次級繞組。

控制模組44根據各自的相位控制訊號50a和50b產生開關控制訊號14a和14b。

應該看出，當開關模式放大器12用D類功率放大器實現時，它們採用橋式配置的電源開關。

因此，D類放大器具有比E類放大器更複雜的驅動電路需求以及更高的成本基礎。

當使用D類或E類實施之開關模式放大器12之相位控制技術時，主開關模式放大器12a和從開關模式放大器12b上的電流和電壓分佈通常不平衡。

不平衡的程度取決於負載20的配置以及射頻放大器10所供應的電源位準。

當透過相位控制脈衝時，與從開關模式放大器12b相比，盛行的不平衡增加主開關模式放大器12a之元件中的應力(或者，反之亦然)。

這種元件應力增加對某些負載配置有實質影響，反過來可能負面影響射頻放大器10的熱分佈和可靠性。

或者，為了保持熱分佈和可靠性之期望，在放大器電路設計中可使用具有更高電壓、電流和熱速率的元件，反過來會增加成本、尺寸和封裝要求。

當主開關模式放大器12a和從開關模式放大器12b之間的相位差處於180或零度之外時，兩者的電壓和電流則不平衡。

在這些相位差時，此不平衡是各自開關電晶體Q1、Q2之汲極和/或集極處所視阻抗之差別所導致的。

開關模式放大器12之間的電流和電壓失衡可能導致熱失衡，當設計中未考慮時，可導致一個開關模式放大器12之電流熱應力相比另一個而增加，最差的情況下，可導致例如電源開關等熱敏元件由於高熱應力而失效。

可採用相位切換技術以消除主開關模式放大器12a和從開關模式放大器12b中的電壓和電流分佈的不平衡。

藉由使用相位控制訊號50a和50b，開關模式放大器12之間的定相(phasing)在每一射頻脈衝週期被調換。

因此，在一個脈衝週期中，從開關模式放大器12b係結合主開關模式放大器12a用落後相位(或超前 相位)被操作。

在下一脈衝週期中，主開關模式放大器12a係結合從開關模式放大器12b用落後相位(或超前相位)被操作。

無論負載配置(電感或電容)以及電源位準如何，在任意偶數個射頻脈衝上取平均，這種相位調換(swapping)方法促進開關模式放大器12的開關電晶體〞看到〞相同的負載阻抗。

因此，開關模式放大器12的電壓和電流分佈以及熱分佈平均來講達到平衡。

在本質上，相位反轉利用開關模式放大器12的角色在每一脈衝可被調換的事實，這樣每一開關模式放大器在每一交替脈衝扮演主(或從)的角色。

透過在兩側之間均勻地分佈高散熱作業，這種方法導致較低的總裝置應力，增加射頻放大器10的可靠性。

當主與從被相位控制以獲得最大、最小或部分輸出功率時，這種技術可應用於任意的波形脈波。

現在參考「第2圖」描述射頻放大器10之分析。

使用標準的簡化假設例如具有電壓Vdc的理想直流電源22、理想電源開關電晶體Q1或Q2、固定電容器Cs、基於標準參考負載20(通常為50歐姆)之最大功率效率而選擇的電感-電容對36和電容器Cs，以及理想耦合變壓器42，藉由相位控制E類功率放大器的脈波可行性透過分析工具被建立。

此分析係使用任意負載20被完成，以完全體現全相位控制範圍的電路變數。

重要的電路變數包含：每一開關模式放大器12a和12b的電源開關電流和電壓，供應至負載20的組合輸出功率，開關模式放大器12a和12b之間的功率平衡，由於硬切換導致的功率損失等。

在平穩的作業狀態下，考慮流經濾波器網路34輸出的電流i1和流經電感-電容對36的電流i2，寫出流經電源開關和電容器Cs的即時總電流isc (一個射頻週期內)。

使用基本和諧波相量分量，即i1與i2的直接與正交軸坐標值： 其中，θ 係為一個射頻週期內在圓周中的任意角度，處於δ 和2π +δ 之間，其中δ 係為結合任意參考之開關控制訊號14a的相角(phaseangle)；idc 係為電流i1 的直流分量；h係為從1到任意數字n之間的調和數(harmonicnumber)；和分別為電流i1 、i2 之第h個諧波之直接軸分量；i1qh 與i2qh 分別為電流i1 與i2 之第h個諧波之正交軸分量。

在一個射頻週期期間，經過開關電晶體Q1的電流平均數透過以下方程得出，其中開關電晶體Q1在角度δ 與π +δ 之間被打開並且傳導 注意，is0 應該等於從直流電壓Vdc 得到的直流電流，此事實用於驗證透過分析而獲得的任何結果之正確性。

在一個射頻週期期間，角度θ 之開關電晶體Q1兩端的瞬時(instantaneous)電壓vs 係由以下方程得出 其中，ω 係為每秒圓周中的射頻頻率，Cs係為與開關電晶體Q1平行的電容，角度Φ係為用於積分之變數。

射頻週期期間，開關電晶體Q1兩端的平均電壓vs0 係由以下方程得出 其中，ε0係為角度，這樣在2π+δ-ε處，開關電晶體Q1兩端的瞬時電壓vs (θ)達到零(例子1)，或者下一射頻下一個半週期開始，如果vs (θ)在2π+δ之前未達到零(例子2)，如「第2圖」所示。

注意，在後面的情況下，ε=0。

注意，vs0 應該等於直流電源電壓Vdc 。

開關電晶體Q1兩端電壓第h個諧波之直接與正交軸分量與分別由以下方程給出 關於電流i1 之直接與正交諧波分量、開關電晶體Q1兩端的電壓vs 以及輸入節點的電壓vi 的方程由以下方程給出 其中，比例因子與以及阻抗因子與係為濾波器網路34與射頻扼流圈32所判定的常數。

注意，隨著理想直流電壓源與輸入節點斷開連接，直接與正交諧波分量與應該為零。

關於電流i2 之直接與正交諧波分量、開關電晶體Q1兩端的電壓vs 、輸出電壓vo 以及輸出電流io 的方程由以下方程給出 其中，比例因子、、與、阻抗因子與以及導納與係為由諧振電感-電容對36何輸出濾波器40所判定的常數。

對於從開關模式放大器12b，可寫出與方程(1)至(9)類似的第二組表示式。

對於主開關模式放大器12a，相角δ可被選擇為零，對於從開關模式放大器12b，可選擇為所需的值δs。

關於輸出電流io 之直接與正交諧波分量以及輸出電壓vom 與vos 的方程由以下方程給出 其中，與為負載阻抗因子。

相位控制功率放大器配置的準確解係透過解決包含方程(4)至(9)的仿真非線性方程之系統而得到，其中與被設定為零，並且對於兩個開關模式放大器12，vs0 均設定為Vdc 。

方程(10)描述具有相同輸出電流io 之兩個開關模式放大器12之間的互連關係，考慮的諧波數目(=n)越高，則解的準確度也越高，然而待求解的產生的聯立方程和變數的數目也隨著n增加，增加了計算的複雜度。

對於最實際的功率放大器設計，限制n為2則可利用較低的計算複雜度提供足夠準確的解。

因為產生的聯立方程為非線性，迭代過程可用於它們的解。

方程(4)至(9)的進一步分析顯示，對於固定值的角度ε，聯立方程退化並且變成線性。

因此，迭代過程可使用ε的初始值(一般為零)開始。

然後，產生的線性方程組使用矩陣求逆而解決，以計算各種節點電壓和分支電流變數。

相應地，ε的值被更新並且此過程被重複到收斂為止。

功率輸入至功率輸出之等式被用作收斂準則。

「第3A圖」、「第3B圖」、「第3C圖」與「第3D圖」所示係為典型相位控制射頻放大器10所獲得之迭代解之結果。

「第3A圖」所示係為參考恆定電壓駐波比圓周(y-軸)之負載20阻抗之變化輸出功率分佈(z-軸)作為相位控制角(x-軸)的函數。

「第3A圖」表示輸出功率可透過相位控制以近乎線性方式被控制。

「第3B圖」所示係為參考恆定電壓駐波比圓周(y-軸)之負載阻抗之變化每一開關模式放大器12所得到的直流輸入功率(z-軸)作為相位控制角(x-軸)的函數。

「第3B圖」表示主和從開關模式放大器12之間的直流輸入功率失衡在相位角範圍的極值處(即，接近180°與0°)最小，在某些範圍，主開關模式放大器12a所得到的部分輸入功率透過從開關模式放大器12b被返回直流電源供應器22。

「第3C圖」所示係為參考恆定電壓駐波比圓周(y-軸)之負載阻抗之變化電源開關兩端的均方根電壓(z-軸)作為相位控制角(x-軸)的函數。

「第3C圖」表示當相位接近零時兩個開關模式 放大器12中的電源開關電壓略微增加。

「第3D圖」所示係為參考恆定電壓駐波比圓周(y-軸)之負載20阻抗之變化流經每一開關模式放大器12之電源開關之均方根電流(z-軸)作為相位控制角(x-軸)的函數。

「第3D圖」表示開關模式放大器12之間的電源開關電流之失衡在相位值之非極值處為高，即使輸出電源為零，在零相位時流經電源開關之電流實質上為高。

「第3A圖」、「第3B圖」、「第3C圖」與「第3D圖」所示之結果表示脈波能力可用開關模式放大器12透過定相方式提供。

在設計時，應該考慮開關模式放大器12之間的失衡以及定相時所期待的額外電壓與電流應力。

上述分析表明，當在開關模式放大器12之主-從配置中相位控制用於脈波時，主與從開關模式放大器12之電路元件將受到不均勻的應力。

失衡的程度將取決於負載20的配置(電感或電容)以及功率位準。

雖然上述分析係針對E類放大器拓撲，也可對D類放大器拓撲進行類似的分析。

此外，針對D類與E類電路拓撲，可進行帶保護電路之類似分析，保護電路的例子為電感鉗二極體52。

「第4圖」所示係為主和從開關模式放大器12之相位控制訊號50a、50b之示意圖。

「第4圖」表示開/關脈波之實例之相位切換與對應的射頻輸出波形。

「第5圖」所示係為主和從開關模式放大器12之相位控制訊號50a、50b之示意圖。

「第5圖」表示非零二階脈波之實例之相 位切換與對應的射頻輸出波形。

「第6圖」所示係為主和從開關模式放大器12之相位控制訊號50a、50b之示意圖。

「第6圖」表示慢上升和下降時間脈波之實例之相位反轉與對應的射頻輸出波形。

「第7圖」所示係為實施例之射頻放大器10之射頻輸出脈衝軌跡之例子。

此實施例包含E類開關模式放大器12、20kHz脈衝頻率、50%工作週期、500瓦特峰值功率以及50歐姆負載20。

「第8圖」所示係為非零二階脈波在具有50%工作週期和50歐姆負載20之20kHz脈衝頻率時在700瓦特之高功率和175瓦特之低功率之射頻輸出脈衝軌跡。

「第9A圖」、「第9B圖」、「第9C圖」、「第9D圖」、「第9E圖」、「第9F圖」、「第9G圖」、「第9H圖」、「第9I圖」、「第9J圖」以及「第9K圖」表示射頻放大器10之電壓和電流軌跡之仿真示意圖。

此仿真結果包含「第4圖」、「第5圖」以及「第6圖」所示之相位切換技術。

「第9A圖」與「第9B圖」表示至負載20的射頻功率和應用電壓。

「第9C圖」表示通過功率開關電晶體Q1之切換電流。

「第9D圖」表示通過開關模式放大器12a之定位二極體52之電流。

「第9E圖」表示通過功率開關電晶體Q2之切換電流。

「第9F圖」表示通過開關模式放大器12b之定位二極體52之電流。

「第9G圖」表示功率開關電晶體Q1兩端的切換電壓。

「第9H圖」表示開關模式放大器12a之定位二極體52兩端的電壓。

「第9K圖」表示開關模式放大器12b之定位二極體52兩端的電壓。

對於「第9A圖」、「第9B圖」、「第9C圖」、「第9D圖」、「第9E圖」、「第9F圖」、「第9G圖」、「第9H圖」、「第9I圖」、「第9J圖」以及「第9K圖」產生的仿真結果，輸出功率由大約高功率一半之低功率驅動，單個脈衝週期期間的主和從功率放大器之切換電晶體電流之間的失衡近似為+/-30%(近似+/-55%之功率耗散之失衡)。

使用脈波切換，當在任意偶數個脈衝週期上取平均，電流和功率失衡被消除。

「第4圖」、「第5圖」以及「第6圖」所示之射頻放大器10及相關相位切換方法相對習知技術提供若干優點。

相位切換技術降低元件應力，平衡熱分佈，令可靠性增加。

通過D類和E類功率放大器拓撲之脈衝促進實現彎曲脈波，並且功率損失低。

射頻放大器10使用相位切換方法提供廣泛範圍的彎曲射頻包絡脈衝形狀和波形。

射頻放大器10提供高速脈波能力，實現快上升和下降時間、高脈波頻率、廣泛範圍的脈衝工作週期、高脈衝功率準確度。

消除了對脈波的高速電源控制的需求。

射頻放大器10為各種類型的脈波(開關、非零二階、多階、任意波形)提供單一解，使得實施方式標準化並且增強可靠性。

射頻放大器10及其關聯相位切換方法為半導體製造所輔助的電漿提供若干優點。

用於蝕刻的一些優點包含：增加蝕刻選擇性；改善垂直側牆剖面；減少溝槽、切扣&充電損害；增強蝕刻一致性；減少深寬比(aspectratio)相依蝕刻效果；減少至基板的熱通量。

射頻脈波包含各種參數(頻率、工作週期、形狀等)，這些 參數被調整以最大化半導體製程之效果。

例如，使用開關脈波，脈波頻率可能足夠高，這樣雖然使用低脈波工作週期，電漿永遠不會完全失效，從而離子轟擊可被提供最佳通道。

或者，使用非零二階脈波，可以選擇維持電漿產生的最小射頻功率位準，使用在選擇的最小射頻功率上重疊最佳工作週期之脈衝以利用上述一或多個優點。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。

在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍之內。

關於本發明所界定之保護範圍請參照所附之申請專利範圍。

10‧‧‧射頻放大器 12a‧‧‧主開關模式放大器 12b‧‧‧從開關模式放大器 12‧‧‧開關模式放大器 14a、14b‧‧‧開關控制訊號 16a、16b‧‧‧輸出 20‧‧‧負載 22‧‧‧直流電源供應器 32‧‧‧射頻扼流圈 34‧‧‧濾波器網路 36‧‧‧電感-電容對 38‧‧‧地 40‧‧‧輸出濾波器 42‧‧‧耦合變壓器 44‧‧‧控制模組 50a、50b‧‧‧相位控制訊號 52‧‧‧二極體 vi 、vo 、vdc 、vom 、vos 、vs ‧‧‧電壓 i1 、i2 、isc 、iO ‧‧‧電流 Q1、Q2‧‧‧開關電晶體 Cs‧‧‧電容器 第1圖所示係為相位切換之開關模式射頻功率放大器之示意圖；第2圖所示係為第1圖所示射頻放大器之切換裝置之波形圖；第3A圖所示係為第1圖所示射頻功率放大器之輸出功率剖面之圖形；第3B圖所示係為第1圖所示射頻功率放大器之直流輸入功率之圖形；第3C圖所示係為第1圖所示射頻放大器之切換裝置之兩端電壓之圖形；第3D圖所示係為第1圖所示射頻放大器之切換裝置之經過電流之圖形； 第4圖所示係為用於射頻包絡開/關脈波之相位控制訊號之波形圖與對應的射頻輸出波形；第5圖所示係為用於射頻包絡非零二階脈波之相位控制訊號之波形圖與對應的射頻輸出波形；第6圖所示係為用於射頻包絡慢上升和下降時間脈波之相位控制訊號之波形圖與對應的射頻輸出波形；第7圖所示係為使用第1圖所示射頻放大器實施例之射頻包絡脈波之示波器軌跡(oscilloscopetrace)；第8圖所示係為使用第1圖所示射頻放大器實施例之射頻非零二階脈波之示波器軌跡；以及第9A圖至第9K圖所示係為第1圖所示射頻功率放大器之各元件之電壓和電流之仿真波形。

10‧‧‧射頻放大器 12a‧‧‧主開關模式放大器 12b‧‧‧從開關模式放大器 12‧‧‧開關模式放大器 14a、14b‧‧‧開關控制訊號 16a、16b‧‧‧輸出 20‧‧‧負載 22‧‧‧直流電源供應器 32‧‧‧射頻扼流圈 34‧‧‧濾波器網路 36‧‧‧電感-電容對 38‧‧‧地 40‧‧‧輸出濾波器 42‧‧‧耦合變壓器 44‧‧‧控制模組 50a、50b‧‧‧相位控制訊號 52‧‧‧二極體 vi 、vo 、vdc 、vom 、vos 、vs ‧‧‧電壓 i1 、i2 、isc 、i0 ‧‧‧電流 Q1、Q2‧‧‧開關電晶體 Cs‧‧‧電容器 Claims(18) 一種射頻功率產生器，包含有：一第一開關模式放大器，用於依照一第一控制訊號產生一第一射頻訊號；以及一第二開關模式放大器，用於依照一第二控制訊號產生一第二射頻訊號，其中該第一和第二控制訊號判定該第一和第二射頻訊號之間的一相位差，並且其中一輸出訊號包絡係基於該第一和第二射頻訊號與該相位差，其中該第一控制和該第二控制訊號用於交替該第一和第二射頻訊號的相位。

如請求項1所述之射頻功率產生器，其中當相位交替時，該相位差的大小恆定。

如請求項1所述之射頻功率產生器，更包含第一和第二變壓器，用於分別通訊該第一和第二射頻訊號其一至一負載。

如請求項1所述之射頻功率產生器，其中該第一和第二開關模式放大器係為E類放大器。

如請求項1所述之射頻功率產生器，其中該第一和第二開關模式放大器係為D類放大器。

如請求項5所述之射頻功率產生器，其中該D類放大器包含各自的電感-電容(inductive-capacitance；LC)電路。

如請求項6所述之射頻功率產生器，其中該電感電容電路包含各自的電感鉗。

如請求項7所述之射頻功率產生器，其中該電感鉗包含二極體。

一種射頻功率產生器之運作方法，包含：依照一第一控制訊號產生一第一射頻訊號，該第一射頻訊號包含一第一相位；依照一第二控制訊號產生一第二射頻訊號，該第二射頻訊號包含一第二相位；應用該第一和第二射頻訊號於一負載兩端；改變該第一和第二控制訊號以控制一射頻包絡，該射頻包絡透過該第一和第二射頻訊號被應用至該負載；以及交替該第一和第二射頻訊號之相位。

如請求項9所述之射頻功率產生器之運作方法，更包含在交替相位時保持相位差的大小恆定。

如請求項9所述之射頻功率產生器之運作方法，更包含使得該射頻訊號與該負載阻抗匹配。

如請求項9所述之射頻功率產生器之運作方法，更包含提供E類放大器以產生該第一和第二射頻訊號。

如請求項9所述之射頻功率產生器之運作方法，更包含提供D類放大器以產生該第一和第二射頻訊號。

如請求項13所述之射頻功率產生器之運作方法，其中該D類放大器包含各自的電感一電容電路。

如請求項14所述之射頻功率產生器之運作方法，其中該電感一電容電路包含各自的電感鉗。

如請求項15所述之射頻功率產生器之運作方法，其中該電感鉗包含二極體。

一種射頻功率產生器，包含一第一E類放大器，依照一第一控制訊號產生一第一射頻訊號；以及一第二E類放大器，依照一第二控制訊號產生一第二射頻訊號，其中該第一和第二控制訊號交替該第一和第二射頻訊號的相位，在每一相位交替期間保持該第一和第二射頻訊號之間一固定的相位差，其中一輸出訊號包絡係基於該第一和第二射頻訊號以及該相位差。

如請求項17所述之射頻功率產生器，其中每一E類放大器包含一電感鉗。

TW098109246A 2008-07-01 2009-03-20 射頻功率產生器及其運作方法 TWI446708B (zh) PriorityApplications(1) ApplicationNumber PriorityDate FilingDate Title US12/166,160 US7872523B2 (en) 2008-07-01 2008-07-01 Radiofrequency(RF)envelopepulsingusingphaseswitchingofswitch-modepoweramplifiers Publications(2) PublicationNumber PublicationDate TW201004133A TW201004133A (en) 2010-01-16 TWI446708B true TWI446708B (zh) 2014-07-21 Family ID=41463902 FamilyApplications(1) ApplicationNumber Title PriorityDate FilingDate TW098109246A TWI446708B (zh) 2008-07-01 2009-03-20 射頻功率產生器及其運作方法 CountryStatus(7) Country Link US (1) US7872523B2 (zh) EP (1) EP2311186A1 (zh) JP (1) JP5095010B2 (zh) KR (1) KR101287598B1 (zh) CN (1) CN101981810B (zh) TW (1) TWI446708B (zh) WO (1) WO2010002488A1 (zh) FamiliesCitingthisfamily(44) *Citedbyexaminer,†Citedbythirdparty Publicationnumber Prioritydate Publicationdate Assignee Title EP2097920B1 (de) * 2007-07-23 2017-08-09 TRUMPFHüttingerGmbH+Co.KG Plasmaversorgungseinrichtung US8771538B2 (en) * 2009-11-18 2014-07-08 AppliedMaterials,Inc. Plasmasourcedesign US8742665B2 (en) * 2009-11-18 2014-06-03 AppliedMaterials,Inc. Plasmasourcedesign WO2013009640A2 (en) 2011-07-08 2013-01-17 SkyworksSolutions,Inc. Signalpathtermination CN102281698A (zh) * 2011-07-19 2011-12-14 大连理工大学 一种用脉冲调制改善等离子体特性的方法 US9876478B2 (en) 2011-11-04 2018-01-23 SkyworksSolutions,Inc. Apparatusandmethodsforwidelocalareanetworkpoweramplifiers KR101767718B1 (ko) 2011-11-04 2017-08-11 스카이워크스솔루션즈,인코포레이티드 전력증폭기들에대한장치및방법 CN103988424B (zh) 2011-11-11 2017-03-08 天工方案公司 具有高功率附加效率的倒装芯片线性功率放大器 EP3567629A3 (en) 2012-06-14 2020-01-22 SkyworksSolutions,Inc. Poweramplifiermodulesincludingrelatedsystems,devices,andmethods US9240682B2 (en) * 2012-09-18 2016-01-19 SunpowerCorporation Mitigationofarcflashhazardinphotovoltaicpowerplants US8928413B1 (en) * 2012-11-12 2015-01-06 RockwellCollins,Inc. Broadbandclass-Eoutphasingamplifierwithasymmetricalshunttunedswitchessystemandrelatedmethod EP2882100B1 (en) 2013-12-03 2019-10-23 NXPUSA,Inc. Multiple-state,switch-modepoweramplifiersystemsandmethodsoftheiroperation EP2882099A1 (en) 2013-12-03 2015-06-10 FreescaleSemiconductor,Inc. Multiple-state,switch-modepoweramplifiersystemsandmethodsoftheiroperation DE102013226511B4 (de) 2013-12-18 2016-12-15 TRUMPFHüttingerGmbH+Co.KG LeistungsversorgungssystemundVerfahrenzurErzeugungeinerLeistung DE102013226537A1 (de) 2013-12-18 2015-06-18 TRUMPFHüttingerGmbH+Co.KG LeistungsversorgungssystemmitmehrerenVerstärkerpfadensowieVerfahrenzurAnregungeinesPlasmas US10455729B2 (en) 2014-01-10 2019-10-22 RenoTechnologies,Inc. Enclosurecoolingsystem US9844127B2 (en) 2014-01-10 2017-12-12 RenoTechnologies,Inc. Highvoltageswitchingcircuit US9865432B1 (en) 2014-01-10 2018-01-09 RenoTechnologies,Inc. RFimpedancematchingnetwork US9196459B2 (en) 2014-01-10 2015-11-24 RenoTechnologies,Inc. RFimpedancematchingnetwork US10431428B2 (en) 2014-01-10 2019-10-01 RenoTechnologies,Inc. Systemforprovidingvariablecapacitance US9697991B2 (en) 2014-01-10 2017-07-04 RenoTechnologies,Inc. RFimpedancematchingnetwork US9496122B1 (en) 2014-01-10 2016-11-15 RenoTechnologies,Inc. ElectronicallyvariablecapacitorandRFmatchingnetworkincorporatingsame US9755641B1 (en) 2014-01-10 2017-09-05 RenoTechnologies,Inc. Highspeedhighvoltageswitchingcircuit US9729122B2 (en) 2015-02-18 2017-08-08 RenoTechnologies,Inc. Switchingcircuit US10340879B2 (en) 2015-02-18 2019-07-02 RenoTechnologies,Inc. Switchingcircuit US9525412B2 (en) 2015-02-18 2016-12-20 RenoTechnologies,Inc. Switchingcircuit US9306533B1 (en) 2015-02-20 2016-04-05 RenoTechnologies,Inc. RFimpedancematchingnetwork CN104901630B (zh) * 2015-05-27 2018-04-17 复旦大学 实现线性消融的可调射频相位差功率放大电路 US11081316B2 (en) 2015-06-29 2021-08-03 RenoTechnologies,Inc. Impedancematchingnetworkandmethod US10692699B2 (en) 2015-06-29 2020-06-23 RenoTechnologies,Inc. Impedancematchingwithrestrictedcapacitorswitching US11150283B2 (en) 2015-06-29 2021-10-19 RenoTechnologies,Inc. Amplitudeandphasedetectioncircuit US10984986B2 (en) 2015-06-29 2021-04-20 RenoTechnologies,Inc. Impedancematchingnetworkandmethod DE102015212149A1 (de) 2015-06-30 2017-01-05 TRUMPFHüttingerGmbH+Co.KG LeistungsversorgungssystemundVerfahrenzurEinstellungeinerAusgangsgrößederVerstärkerstufeeinesLeistungsversorgungssystems CN108233875B (zh) * 2016-12-13 2021-07-06 台达电子工业股份有限公司 射频放大器及提高其效率的方法、以及射频电源供应器 JP2020526965A (ja) * 2017-06-30 2020-08-31 エアリティー・テクノロジーズ・インコーポレイテッドＡｉｒｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ． 抵抗性出力インピーダンスのための高利得共振増幅器 US10861677B2 (en) * 2017-07-07 2020-12-08 AdvancedEnergyIndustries,Inc. Inter-periodcontrolsystemforplasmapowerdeliverysystemandmethodofoperatingthesame US10483090B2 (en) 2017-07-10 2019-11-19 RenoTechnologies,Inc. Restrictedcapacitorswitching US10727029B2 (en) 2017-07-10 2020-07-28 RenoTechnologies,Inc Impedancematchingusingindependentcapacitanceandfrequencycontrol US10714314B1 (en) 2017-07-10 2020-07-14 RenoTechnologies,Inc. Impedancematchingnetworkandmethod US11114280B2 (en) 2017-07-10 2021-09-07 RenoTechnologies,Inc. Impedancematchingwithmulti-levelpowersetpoint US11101110B2 (en) 2017-07-10 2021-08-24 RenoTechnologies,Inc. Impedancematchingnetworkandmethod KR102143178B1 (ko) 2018-11-07 2020-08-10 주식회사뉴파워프라즈마 부하변동에속응성을가진플라즈마파워장치및그의제어방법 WO2020231881A1 (en) * 2019-05-10 2020-11-19 LamResearchCorporation Methodandsystemforautomatedfrequencytuningofradiofrequency(rf)signalgeneratorformulti-levelrfpowerpulsing KR102077512B1 (ko) * 2019-10-18 2020-04-07 (주)에이에스엔지니어링 멀티채널rf전원공급장치 FamilyCitesFamilies(11) *Citedbyexaminer,†Citedbythirdparty Publicationnumber Prioritydate Publicationdate Assignee Title JP3874145B2 (ja) * 1998-06-10 2007-01-31 ソニー株式会社 変調回路、送信装置及び送信回路 US7180758B2 (en) * 1999-07-22 2007-02-20 MksInstruments,Inc. ClassEamplifierwithinductiveclamp US6469919B1 (en) 1999-07-22 2002-10-22 EniTechnology,Inc. Powersupplieshavingprotectioncircuits US6887339B1 (en) 2000-09-20 2005-05-03 AppliedScienceAndTechnology,Inc. RFpowersupplywithintegratedmatchingnetwork US6459067B1 (en) 2001-04-06 2002-10-01 EniTechnology,Inc. PulsingintelligentRFmodulationcontroller US6703080B2 (en) 2002-05-20 2004-03-09 EniTechnology,Inc. MethodandapparatusforVHFplasmaprocessingwithloadmismatchreliabilityandstability US7373642B2 (en) * 2003-07-29 2008-05-13 Stretch,Inc. Defininginstructionextensionsinastandardprogramminglanguage US7307475B2 (en) 2004-05-28 2007-12-11 IxysCorporation RFgeneratorwithvoltageregulator US7602127B2 (en) 2005-04-18 2009-10-13 MksInstruments,Inc. Phaseandfrequencycontrolofaradiofrequencygeneratorfromanexternalsource JP2008135829A (ja) * 2006-11-27 2008-06-12 JapanRadioCoLtd 電力増幅回路 WO2008090598A1 (ja) * 2007-01-22 2008-07-31 PanasonicCorporation 増幅装置 2008 2008-07-01 US US12/166,160 patent/US7872523B2/en active Active 2009 2009-03-20 TW TW098109246A patent/TWI446708B/zh active 2009-04-07 EP EP09773940A patent/EP2311186A1/en not_active Withdrawn 2009-04-07 CN CN200980111174.2A patent/CN101981810B/zh active Active 2009-04-07 WO PCT/US2009/039712 patent/WO2010002488A1/en active ApplicationFiling 2009-04-07 KR KR1020107021923A patent/KR101287598B1/ko active IPRightGrant 2009-04-07 JP JP2011516356A patent/JP5095010B2/ja active Active AlsoPublishedAs Publicationnumber Publicationdate WO2010002488A1 (en) 2010-01-07 TW201004133A (en) 2010-01-16 JP2011527143A (ja) 2011-10-20 CN101981810A (zh) 2011-02-23 KR20110038606A (ko) 2011-04-14 CN101981810B (zh) 2015-04-01 KR101287598B1 (ko) 2013-07-18 US7872523B2 (en) 2011-01-18 US20100001796A1 (en) 2010-01-07 EP2311186A1 (en) 2011-04-20 JP5095010B2 (ja) 2012-12-12 SimilarDocuments Publication PublicationDate Title TWI446708B (zh) 2014-07-21 射頻功率產生器及其運作方法 US7100532B2 (en) 2006-09-05 PlasmaproductiondeviceandmethodandRFdrivercircuitwithadjustabledutycycle JP5681493B2 (ja) 2015-03-11 電子パワーコンバータ及び電子パワーコンバータを作成する方法 JP2007524963A (ja) 2007-08-30 プラズマ生成装置及び方法並びに可変デューティサイクルの高周波駆動回路 JP2017201630A (ja) 2017-11-09 高周波電源 JP4773165B2 (ja) 2011-09-14 高周波電源装置 US8674619B2 (en) 2014-03-18 Highfrequencypowersupplydevice Puyaletal. 2008 Versatilehigh-frequencyinvertermoduleforlarge-signalinductiveloadscharacterizationupto1.5MHzand7kW WO2017126662A1 (ja) 2017-07-27 プラズマ制御装置 WO2018209085A1 (en) 2018-11-15 Pulsed,bidirectionalradiofrequencysource/load TW201924493A (zh) 2019-06-16 匹配源阻抗的驅動系統和操作其的方法 Panticetal. 2013 Inductivepowertransferbymeansofmultiplefrequenciesinthemagneticlink JP2015144505A (ja) 2015-08-06 高周波電源 Spliidetal. 2019 AnalysisanddesignofaresonantpowerconverterwithawideinputvoltagerangeforAC/DCapplications KR20140113602A (ko) 2014-09-24 모델링을사용하여서플라즈마시스템과연관된이온에너지결정 TWI673953B (zh) 2019-10-01 平衡射頻電路及控制用於交叉耦合的單一輸入多輸出分佈網路 JP6301112B2 (ja) 2018-03-28 高周波電源 KR20190086679A (ko) 2019-07-23 다중주파수에서의제너레이터와부하사이의임피던스정합을위한회로,이러한회로를포함하는어셈블리및관련용도 JP2530560B2 (ja) 1996-09-04 高周波プラズマ用インピ―ダンス整合装置 KR20040084079A (ko) 2004-10-06 고주파정합장치및방법 JP2018088819A (ja) 2018-06-07 高周波電源 US7957441B2 (en) 2011-06-07 Methodandapparatusforresonantfrequencywaveformmodulation Millner 2008 Powerelectronicstopologiesforplasmagenerators JP6474985B2 (ja) 2019-02-27 高周波電源 Gongetal. 2016 Adesignofintelligentpowerultrasonicsupply