用于功率發生器的自適應控制制造技術

一種電源控制系統包括用于向負載提供信號的功率發生器。功率發生器包括控制功率放大器的功率控制器。功率發生器包括用于改變控制功率放大器的輸出信號的自適應控制器。自適應控制器比較測量輸出與預測輸出之間的誤差，以確定應用于功率控制器的自適應值。功率發生器還包括產生被數字化和處理的輸出信號的傳感器。傳感器信號與常量K混合。改變常量K，以改變對傳感器輸出信號的處理。K值可基于相位、頻率或相位和頻率兩者進行換向，并且K的帶寬由傳感器輸出信號中的耦合功率來確定。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于功率發生器的自適應控制相關申請交叉引用本申請要求2019年3月11日提交的美國專利申請第16/297,799號的優先權，并還要求2018年6月26日提交的美國臨時申請第62/690,202號的權益。以上引用的申請的全部公開通過引用并入本文。
本公開涉及用于驅動非線性負載的系統中的功率產生和對功率產生的控制。
技術介紹
本文提供的背景描述為了總體上呈現本公開的背景的目的。在此
技術介紹
部分中描述的工作的范圍內的當前署名的專利技術人的工作，以及在提交時可能不構成現有技術的描述的各方面，并非明確或隱含地被承認是針對本公開的現有技術。等離子體蝕刻經常用于半導體制造。在等離子體蝕刻中，離子被電場加速以蝕刻襯底上的暴露表面。在一個基本實現方式中，基于由功率遞送系統的相應射頻(RF)或直流(DC)發生器產生的RF或DC功率信號來產生電場。由發生器產生的功率信號必須被精確控制，以有效地執行等離子體蝕刻。
技術實現思路
一種功率發生器包括功率放大器。功率放大器根據輸入控制信號產生被傳送至非線性負載的功率信號。功率控制器將輸入控制信號傳送至功率放大器。自適應控制器產生被傳送至功率控制器的至少一個調整值，以調整功率控制器的響應。至少一個調整值包括反饋分量和前饋分量中的一個。一種功率發生器包括自適應控制器和功率放大器。自適應控制器基于產生功率信號的功率發生器的輸入設定值、功率信號的測量表示以及功率信號的模型表示來產生控制信號。控制信號包括反饋分量和前饋分量。功率放大器根據控制信號產生被傳送至非線性負載的功率信號。自適應控制器包括前饋電路、反饋電路以及合并器。前饋電路基于產生功率信號的功率發生器的輸入設定值以及基于功率信號的測量表示與功率信號的模型表示之間的差來產生前饋信號。反饋電路基于功率信號的測量表示與功率信號的模型表示之間的差來產生反饋信號。合并器通過合并前饋信號和反饋信號產生控制信號。控制信號使功率發生器產生被傳送至非線性負載的功率信號。自適應速率控制器包括直接數字合成器、第一混合器、第二混合器以及子系統控制器。直接數字合成器基于控制信號產生正弦信號和余弦信號。第一混合器混合正弦信號和由功率發生器產生的功率信號的數字表示，并產生功率信號的數字表示的實部分量。第二混合器混合余弦信號和功率信號的數字表示，并產生功率信號的數字表示的虛部分量。子系統控制器基于實部分量和虛部分量、產生功率信號的功率發生器的輸入設定值以及用于控制功率信號的參數來產生控制信號。一種功率發生器包括功率放大器、功率控制器以及自適應控制器。功率放大器根據輸入控制信號產生被傳送至非線性負載的功率信號。功率控制器將輸入控制信號傳送至功率放大器。自適應控制器產生被傳送至功率控制器的至少一個調整值，以調整功率控制器的響應。至少一個調整值包括反饋分量和前饋分量中的一個。一種方法包括基于產生功率信號的功率發生器的輸入設定值、功率信號的測量表示以及功率信號的模型表示來產生控制信號。控制信號包括反饋分量和前饋分量。方法進一步包括根據控制信號產生被傳送至非線性負載的功率信號。方法進一步包括基于輸入設定值以及功率信號的測量表示與功率信號的模型表示之間的差來產生前饋分量。方法進一步包括基于功率信號的測量表示與功率信號的模型表示之間的差來產生反饋分量。方法進一步包括基于輸入設定值、功率信號的測量表示以及控制信號中的至少一個來產生輸出以自適應地縮放功率信號的測量表示。方法進一步包括基于功率信號的自適應地縮放的測量表示來產生控制信號。方法進一步包括產生輸出，以基于相位、頻率以及相位和頻率兩者中的至少一個進行的換向，自適應地縮放功率信號的測量表示。根據詳細描述、權利要求和附圖，本公開的其他應用領域將變得顯而易見。詳細描述和特定示例僅旨在用于說明的目的，而非旨在限制本公開的范圍。附圖說明圖1描繪了電感耦合等離子體系統的表示；圖2描繪了電容耦合等離子體系統的表示；圖3描繪了根據本公開的各種實施例布置的等離子體系統的概括性表示；圖4A是用于驅動非線性負載的功率產生系統的示意性框圖；圖4B是圖4A的功率產生系統的另一實施例的示意性框圖；圖5A是根據各種實施例的圖4A的自適應控制器的示意性框圖；圖5B是圖4B的自適應控制器的另一實施例的示意性框圖；圖6是根據各種實施例的圖4A的功率控制器的示意性框圖；圖7描繪了預定的操作頻率和由功率產生系統的失真頻率導致的互調失真(IMD)頻率的頻率圖；圖8是由圖4A和圖4B的功率發生器輸出的示例信號的波形；圖9是由圖4A和圖4B的功率發生器輸出的可變信號的示例波形；圖10是根據各種實施例的圖4A和圖4B的自適應速率控制器和縮放模塊的示意性框圖；圖11是根據各種實施例的圖4A和圖4B的縮放模塊的部分的示意性框圖；圖12是圖11的示例換向輸出與功率發生器的群延遲和控制環路延遲之間的關系的圖；圖13是根據各種實施例的圖4A和圖4B的縮放模塊的部分的示意性框圖；圖14是根據各種實施例的圖4A和圖4B的縮放模塊的部分的示意性框圖；圖15是根據各種實施例的圖4A和圖4B的縮放模塊的部分的示意性框圖；圖16是時間對采樣事件的圖，以說明各種頻率方法；圖17是根據本公開各種實施例的示例控制模塊的功能框圖；以及圖18是根據各種實施例的用于控制功率控制器的流程圖。在附圖中，附圖標記可以被重復使用以指代相似和/或相同的元件。具體實施方式在整個說明書中，功率發生器可指代DC功率發生器或RF功率發生器。功率系統可包括DC或RF功率發生器、匹配網絡和負載(例如，等離子體室)。功率發生器產生DC或RF功率信號，DC或RF功率信號由匹配網絡或阻抗優化控制器或電路接收。匹配網絡或阻抗優化控制器或電路將匹配網絡的輸入阻抗與功率發生器和匹配網絡之間的傳輸線的特性阻抗相匹配。阻抗匹配有助于最大化被轉發至匹配網絡的功率的量(“正向功率”)和最小化從匹配網絡反射回功率發生器的功率的量(“反向功率”)。當匹配網絡的輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗匹配時，正向功率可被最大化，并且反向功率可被最小化。在功率源或電源領域，通常存在兩種方法將功率信號施加至負載。第一種較傳統的方法是將連續的功率信號施加至負載。在連續模式，連續的功率信號通常是由功率源連續輸出至負載的恒定的DC或RF正弦功率信號。在連續模式方法中，功率信號呈現恒定的DC或正弦輸出，并且可以改變功率信號的幅度和/或(RF功率信號的)頻率，以改變施加至負載的輸出功率。將功率信號施加至負載的第二種方法涉及脈沖功率信號，而不是將連續的功率信號施加至負載。在脈沖操作模式中，功率信號由調制信號調制，以便限定調制后功率信號的包絡。在常規的脈沖調制方案中，功率信號通常保持恒定的幅度，并且對于RF信號，保持恒定的頻率。通過改變調制信號而不是改變功率信號來改變被遞送至負載的功率。在典型的電源配置中，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種功率發生器，包括：/n自適應控制器，所述自適應控制器基于用于產生功率信號的所述功率發生器的輸入設定值、所述功率信號的測量表示和所述功率信號的模型表示來產生控制信號，其中所述控制信號包括反饋分量和前饋分量；以及/n功率放大器，所述功率放大器根據所述控制信號產生被傳送至非線性負載的所述功率信號。/n

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20180626 US 62/690,202;20190311 US 16/297,7991.一種功率發生器，包括：
自適應控制器，所述自適應控制器基于用于產生功率信號的所述功率發生器的輸入設定值、所述功率信號的測量表示和所述功率信號的模型表示來產生控制信號，其中所述控制信號包括反饋分量和前饋分量；以及
功率放大器，所述功率放大器根據所述控制信號產生被傳送至非線性負載的所述功率信號。


2.根據權利要求1所述的功率發生器，其中所述自適應控制器包括：
前饋電路，所述前饋電路基于所述輸入設定值以及所述功率信號的所述測量表示與所述功率信號的所述模型表示之間的差來產生所述前饋分量；以及
反饋電路，所述反饋電路基于所述功率信號的所述測量表示與所述功率信號的所述模型表示之間的差來產生所述反饋分量。


3.根據權利要求1所述的功率發生器，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器基于所述輸入設定值、所述功率信號的所述測量表示以及所述控制信號來確定所述功率信號的所述測量表示。


4.根據權利要求1所述的功率發生器，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器基于所述輸入設定值、所述功率信號的所述測量表示以及所述控制信號中的至少一個產生輸出，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，其中所述自適應控制器基于所述功率信號的自適應縮放后的測量表示來產生所述控制信號。


5.根據權利要求1所述的功率發生器，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器產生輸出，以基于通過相位、頻率以及相位和頻率兩者中的至少一個進行的換向而自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示。


6.一種包括權利要求1所述的功率發生器的系統，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器包括：
直接數字合成器，所述直接數字合成器基于第二控制信號產生正弦信號和余弦信號；
第一混合器，第一混合器混合所述正弦信號和所述功率信號的數字表示，并產生所述功率信號的所述數字表示的實部分量；
第二混合器，所述第二混合器混合所述余弦信號和所述功率信號的所述數字表示，并產生所述功率信號的所述數字表示的虛部分量；以及
子系統控制器，所述子系統控制器基于所述實部分量和所述虛部分量、所述功率發生器的所述輸入設定值以及用于控制所述功率信號的參數來產生所述第二控制信號。


7.根據權利要求6所述的系統，其中所述子系統控制器產生輸出，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，并且其中所述功率信號的自適應縮放后的測量表示被用于產生用于控制所述功率信號的所述參數。


8.根據權利要求6所述的系統，進一步包括縮放電路，所述縮放電路自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，其中所述功率信號的自適應縮放后的測量表示被用于產生用于控制所述功率信號的所述參數。


9.根據權利要求6所述的系統，其中所述子系統控制器產生輸出信號，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，所述系統進一步包括：
處理器，所述處理器處理所述功率信號的所述數字表示，并產生多個實部分量和虛部分量；以及
換向器，所述換向器基于所述輸出信號在所述多個實部分量和虛部分量之間選擇性地切換，來輸出縮放因子，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示。


10.根據權利要求6所述的系統，其中所述子系統控制器產生輸出信號，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，所述系統進一步包括：
處理器，所述處理器處理所述功率信號的所述數字表示，產生多個實部分量和虛部分量，并通過將一對所述實部分量和所述虛部分量與復數值進行合并來產生合成值；以及
換向器，所述換向器基于所述輸出信號，在所述合成值與所述多個實部分量和虛部分量之間選擇性地切換來輸出縮放因子，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示。


11.一種自適應控制器，包括：
前饋電路，所述前饋電路基于用于產生功率信號的功率發生器的輸入設定值并基于所述功率信號的測量表示與所述功率信號的模型表示之間的差來產生前饋信號；
反饋電路，所述反饋電路基于所述功率信號的所述測量表示與所述功率信號的所述模型表示之間的所述差產生反饋信號；以及
合并器，所述合并器通過合并所述前饋信號和所述反饋信號產生控制信號，其中所述控制信號使所述功率發生器能夠產生被傳送至非線性負載的所述功率信號。


12.一種包括權利要求11所述的自適應控制器的系統，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器基于所述輸入設定值、所述功率信號的所述測量表示以及所述控制信號來確定所述功率信號的所述測量表示。


13.一種包括權利要求11所述的自適應控制器的系統，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器基于所述輸入設定值、所述功率信號的所述測量表示以及所述控制信號中的至少一個產生輸出，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，其中所述自適應控制器基于所述功率信號的自適應縮放后的測量表示來產生所述控制信號。


14.一種包括權利要求11所述的自適應控制器的系統，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器產生輸出，以基于通過相位、頻率以及相位和頻率兩者中的至少一個進行的換向而自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示。


15.一種包括權利要求11所述的自適應控制器的系統，進一步包括功率放大器，所述功率放大器根據所述控制信號產生所述功率信號。


16.一種包括權利要求11所述的自適應控制器的系統，進一步包括自適應速率控制器，所述自適應速率控制器包括：
直接數字合成器，所述直接數字合成器基于第二控制信號產生正弦信號和余弦信號；
第一混合器，所述第一混合器混合所述正弦信號和所述功率信號的數字表示，并產生所述功率信號的所述數字表示的實部分量；
第二混合器，所述第二混合器混合所述余弦信號和所述功率信號的所述數字表示，并產生所述功率信號的所述數字表示的虛部分量；以及
子系統控制器，所述子系統控制器基于所述實部分量和所述虛部分量、所述輸入設定值以及用于控制所述功率信號的參數來產生所述第二控制信號。


17.根據權利要求16所述的系統，其中所述子系統控制器產生輸出，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，并且其中所述功率信號的自適應縮放后的測量表示被用于產生用于控制所述功率信號的所述參數。


18.根據權利要求16所述的系統，進一步包括縮放電路，所述縮放電路自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，其中所述功率信號的自適應縮放后的測量表示被用于產生用于控制所述功率信號的所述參數。


19.根據權利要求16所述的系統，其中所述子系統控制器產生輸出信號，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，所述系統進一步包括：
處理器，所述處理器處理所述功率信號的所述數字表示并產生多個實部分量和虛部分量；以及
換向器，所述換向器基于所述輸出信號在所述多個實部分量和虛部分量之間選擇性地切換來輸出縮放因子，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示。


20.根據權利要求16所述的系統，其中所述子系統控制器產生輸出信號，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示，所述系統進一步包括：
處理器，所述處理器處理所述功率信號的所述數字表示，產生多個實部分量和虛部分量，并通過將一對所述實部分量和虛部分量與復數值進行合并來產生合成值；以及
換向器，所述換向器基于所述輸出信號，在所述合成值與所述多個實部分量和虛部分量之間選擇性地切換來輸出縮放因子，以自適應地縮放所述功率信號的所述測量表示。


21.一種自適應速率控制器，包括：
直接數字合成器，所述直接數字合成器基于控制信號產生正弦信號和余弦信號；
第一混合器，所述第一混合器混合所述正弦信號和由功率發生器產生的功率信號的數字表示，并產生所述功率信號的所述數字表示的實部分量；
第二混合器，所述第二混合器混合所述余弦信號和所述功率信號的所述數字表示，并產生所述功率信號的所述數字表示的虛部分量；以及
子系統控制器，所述子系統控制器基于所述實部分量和所述虛部分量、用于產生所述功率信號的所述功率發生器的輸入設定值以...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴維·J·庫莫，Y·埃爾納，昂·托埃，丹尼爾·M·吉爾，埃爾德里奇·M·芒特，肖恩·史密斯，
申請(專利權)人：MKS儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US