KR102504624B1 - 플라즈마 전력 전달 시스템을 위한 주기 간 제어 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는, 전달된 전력, 전압, 전류, 순방향 전력 등과 같은 출력을 생성하여, 상기 패턴은 과거의 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션들을 제어함으로써 반복 주기로 반복된다. 가변 임피던스 매칭 네트워크는 무선 주파수 발전기에 제공된 임피던스를 제어할 수도 있는 반면, 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 출력을 생성하며, 상기 패턴은 과거의 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션들 동안 매치에서 가변 임피던스 엘리먼트를 제어함으로써 반복 주기로 반복된다.

Description

플라즈마 전력 전달 시스템을 위한 주기 간 제어 시스템 및 그 동작 방법{INTER-PERIOD CONTROL SYSTEM FOR PLASMA POWER DELIVERY SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 PCT (Patent Treaty Cooperation) 출원은 2017 년 7 월 7 일자로 출원된 "INTER-PERIOD CONTROL SYSTEM FOR PLASMA POWER DELIVERY SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME" 라는 명칭의 미국 특허 출원 제 62/529,963 호와 관련되고 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 통합된다.

기술 분야

본 개시의 양태는 전력 전달 시스템을 제어하기 위한, 특히 플라즈마 전력 전달 시스템을 제어하기 위한 개선된 방법 및 시스템에 관한 것이다.

플라즈마 프로세싱 시스템은 에칭 프로세스들을 사용하여 기판으로부터 막을 제거하기 위해 화학 기상 증착 (CVD) 및 물리 기상 증착 (PVD) 과 같은 프로세스들을 사용하여 기판 상에 박막을 디포짓하는데 사용된다. 플라즈마는 종종, 저압에서 플라즈마 챔버로 주입된 가스로 채워진 플라즈마 챔버에 무선 주파수 (RF) 또는 직류 (DC) 발전기를 결합함으로써 생성된다. 통상적으로, 발전기는 플라즈마 챔버 내의 안테나에 RF 전력을 전달하고, 안테나에 전달된 전력은 플라즈마를 점화하고 유지한다. 일부 예시에서, RF 발전기는 발전기 출력에서 플라즈마 임피던스를 원하는 임피던스, 통상적으로 50 Ω 에 매칭시킬 수도 있는 임피던스 매칭 네트워크에 결합된다. DC 전력은 통상적으로 하나 이상의 전극을 통해 챔버에 결합된다. 발전기 단독 또는 임피던스 매칭 네트워크와 같은 장비의 다른 부품들과 결합한 발전기, 동일한 플라즈마, 케이블들 등에 결합된 다른 발전기들은 플라즈마 전력 전달 시스템을 구성한다.

플라즈마 시스템으로 전달되는 전력의 변조가 종종 요구된다. 대부분의 변조 방식은 반복적이다, 즉 동일한 변조 파형이 파형 반복 속도로 반복된다. 연관된 파형 반복 주기는 파형 반복 속도로 나눈 것과 동일하다. 기존의 제어 방식을 사용하여 규정된 변조 파형을 따르는 능력은 제어기로부터 그리고 궁극적으로 측정 시스템으로부터 높은 대역폭을 요구한다. 다수의 플라즈마 시스템은 서로 다른 주파수에서 플라즈마에 전원이 인가되게 한다. 플라즈마 부하의 비선형 특성은 발전기의 측정 시스템을 간섭할 수 있는 상호변조 제품을 생성한다. 따라서, 이러한 간섭을 제한하기 위해 협대역 측정 시스템을 사용하는 것이 때때로 유리하다. 많은 애플리케이션들에서, 플라즈마 부하로 전달되는 전력은 오직 제어되고 있는 파라미터가 아니다. 예를 들어, RF 전력 전달 시스템에서, 플라즈마 부하에 의해 발전기에 제공되는 임피던스는 발전기 출력의 주파수를 제어하거나 발전기와 플라즈마 부하 사이의 가변 임피던스 매칭 네트워크를 제어함으로써, 제어될 수 있다. 경우에 따라, 발전기 소스 임피던스도 제어될 수도 있다. 이러한 다양한 문제에 비추어 전력을 추적하고 제어하는 것은 더 큰 제어 문제를 제시한다.

이들 관찰을 고려할 때, 특히 본 개시의 양태가 고려되었다.

일 실시형태에 따르면, 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는, 전달된 전력, 전압, 전류, 순방향 전력 등과 같은 출력을 생성하며, 상기 패턴은 과거의 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션들을 제어함으로써 패턴이 반복 주기에 따라 반복된다. 일 예에서, 전력 전달 시스템은 반복 출력 패턴을 생성하는 발전기를 수반하고, 제어 엘리먼트는 현재 주기 이전의 주기에 취득된 반복 패턴의 값의 측정치에 기초하여 반복 패턴을 제어한다. 제어 엘리먼트는 현재 주기 동안 반복 패턴의 값의 측정치와 결합된 현재 주기 이전의 주기에 취득된 반복 패턴의 측정치에 기초하여 반복 출력 패턴을 추가로 제어할 수도 있다. 반복 출력 패턴은 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따를 수도 있고, 여기서 미리 정해진 패턴은 반복 주기로 반복되며, 여기서 현재 주기 이전의 주기에 취득된 반복 패턴의 값의 측정치는 과거의 하나 이상의 반복 주기들을 발생한다.

또 다른 실시형태에 따르면, 가변 임피던스 매칭 네트워크는 RF 발전기에 제공된 임피던스를 제어하는 반면, 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 전달된 전력, 전압, 전류, 순방향 전력 등과 같은 출력을 생성하며, 상기 패턴은 과거의 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션 동안 매치에서 가변 임피던스 엘리먼트를 제어함으로써 반복 주기로 반복된다. 발전기는 다양한 가능한 실시형태에서, 플라즈마를 점화하고 및 유지하기 위해, 전달된 전력, 전압, 전류, 순방향 전력 등을 플라즈마 시스템에 제공할 수도 있다.

또 다른 실시형태에 따르면, 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 출력을 생성하고, 여기서 패턴은 과거에 하나 이상의 반복 주기에 취득된 측정치에 기초하여 패턴의 섹션을 제어하고; 및 상기 제어기를 과거에 반복 주기보다 적게 취득된 측정치에 기초하여 제어 출력을 계산하는 주기 내 제어기와 결합함으로써 반복 주기로 반복된다.

또 다른 실시형태에 따르면, 가변 임피던스 매칭 네트워크는 RF 발전기에 제공된 임피던스를 제어하는 반면 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 전달된 전력, 전압, 전류, 순방향 전력 등과 같은 출력을 생성하며, 상기 패턴은 과거에 하나 이상의 반복 주기에 취득된 측정치에 기초하여 패턴의 섹션 동안 매치에서 가변 임피던스 요소를 제어하고; 그리고 상기 제어기를 과거에 반복 주기보다 적게 취득된 측정치에 기초하여 매치에서 가변 임피던스 엘리먼트의 제어를 계산하는 주기 내 제어기와 결합함으로써 반복 주기로 반복된다.

다른 실시형태에 따르면, 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 출력을 생성하며, 상기 패턴은 과거에 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션을 제어하는 동시에 과거에 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 발전기와 플라즈마 사이에 결합된 가변 임피던스 매칭 네트워크에 또는 발전기에 포함된 발전기 출력 주파수 또는 가변 임피던스 엘리먼트들과 같은 다른 파라미터를 조정함으로써 반복 주기로 반복되며, 여기서 전력 제어 및 발전기 주파수와 같은 제어 입력들과 발전기에 제공된 전달된 전력 및 임피던스와 같은 제어 출력들 간의 상관은 제어 시스템에 의해 결정되고 사용된다.

또 다른 실시형태에 따르면, 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 출력을 생성하고, 상기 패턴은 과거에 하나 이상의 반복 주기들의 동일한 섹션에 대해 취득된 측정치들; 뿐만 아니라 제어 입력을 섭동시키는 것, 섭동에 대한 응답을 결정하는 것, 및 파형에서 인접하거나 밀접하게 위치된 시간 주기들 사이의 커플링을 보상하기 위해 섭동에 대한 응답을 사용함으로써 패턴의 다른 섹션에 대한 이러한 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션을 제어함으로써 반복 주기로 반복된다.

본 개시의 기술의 다양한 특징 및 장점은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 이들 기술의 특정 실시형태의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 스케일링할 필요가 없지만; 그러나 대신 기술 개념의 원리를 도시하는 것이 강조되는 것에 유의하여야 한다. 또한, 도면들에서 유사한 참조 문자는 상이한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 부분을 지칭할 수도 있다. 도면들은 본 개시의 오직 전형적인 실시형태들만을 도시하므로, 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
도 1a 는 간단한 아날로그 주기 간 제어 시스템을 도시하고, 도 1b 는 플라즈마 전력 전달 시스템을 제어하는데 사용될 수도 있는 간단한 디지털 주기 내 제어 시스템을 도시한다.
도 2a 는 주기적인 입력에 대한 비교적 저속의 주기 내 제어 시스템의 응답을 도시하고, 도 2b 는 주기적인 입력에 대한 비교적 고속의 주기 내 제어 시스템의 응답을 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 본 개시의 실시형태들에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는 예시적인 주기 간 제어기의 블록도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4d 는 주기적 입력에 대한 예시적인 주기 간 제어기의 응답을 도시한다.
도 5 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는 예시적인 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 블록도를 도시한다.
도 6a 는 예시적인 순수한 주기 간 제어기의 주파수의 함수로서 루프 이득을 도시한다.
도 6b 는 도 6a 의 루프 이득을 생성하는 주기 간 제어기에 대한 루프 이득의 나이키스트 플롯을 도시한다.
도 6c 는 도 6a 의 루프 이득을 생성하는 주기 간 제어기에 대한 주파수의 함수로서 폐루프 응답을 도시한다.
도 6d 는 순수한 주기 간 제어기에 대한 입력 파형의 고조파에서의 그리고 그에 근접하는 주파수의 함수로서 폐루프 응답을 도시한다.
도 7a 는 주기 간 부분에 대해 0.1 의 가중치를 갖고 주기 내 부분에 대해 0.9 의 가중치를 갖는 예시적인 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 주파수의 함수로서 루프 이득을 도시한다.
도 7b 는 도 7a 와 관련된 루프 이득의 나이키스트 플롯을 도시한다.
도 7c 는 도 7a 와 관련된 예시적인 결합된 제어기의 주파수의 함수로서 폐루프 응답을 도시한다.
도 7d 는 도 7a 와 관련된 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기에 대한 입력 파형의 고조파에서의 그리고 그에 근접하는 주파수의 함수로서 폐루프 응답을 도시한다.
도 8a 는 주기 간 부분에 대해 0.01 의 가중치를 갖고 주기 내 부분에 대해 0.99 의 가중치를 갖는 예시적인 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 주파수의 함수로서 루프 이득을 도시한다.
도 8b 는 도 8a 와 관련된 결합된 제어기에 대한 루프 이득의 나이키스트 플롯을 도시한다.
도 8c 는 도 8a 와 관련된 예시적인 결합된 제어기의 주파수의 함수로서 폐루프 응답을 도시한다.
도 8d 는 도 8a 와 관련된 동일한 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기에 대한 입력 파형의 고조파에서의 그리고 그에 근접하는 주파수의 함수로서 폐루프 응답을 도시한다.
도 9 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 다중 입력 다중 출력 버전의 블록도를 도시한다.

본 개시의 실시형태는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는, 전달된 전력, 전압, 전류 및 순방향 전력과 같은 출력을 생성하는 플라즈마 전력 전달 시스템을 제공하며, 여기서 상기 패턴은 현재 주기 내에서와 반대로 과거에 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션을 제어함으로써 반복 주기로 반복된다. 종래의 제어기와 비교하여, 이러한 주기 간 제어기는 더 낮은 대역폭 측정 및 제어 시스템을 활용하여 보다 정확하게 출력을 재생할 수 있다. 주기 간 제어기에 의해 제공되는 이점은 플라즈마 생성된 혼합 및 상호 변조 제품들의 존재를 포함하여 다양한 상황에서 유리할 수 있다. 추가의 실시형태들에서, 주기 간 제어기는 종래의 주기 내 제어기와 결합될 수 있다. 추가의 실시형태들에서, 발전기 출력 주파수와 같은 파라미터는 과거에 하나 이상의 반복 주기들에 취득된 측정치들에 기초하여 메인 출력과 함께 조정될 수도 있으며, 여기서 전력 제어 및 발전기 주파수와 같은 제어 입력들과 발전기에 제공된 전달된 전력 및 임피던스와 같은 제어 출력들 간의 상관은 제어 시스템에 의해 결정되고 사용된다. 추가의 실시형태들에서, 발전기는 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 출력을 생성하며, 여기서 상기 패턴은 과거에 하나 이상으 반복 주기들의 동일한 섹션에 대해 취득된 측정들; 뿐만 아니라 제어 입력을 섭동시키고, 섭동에 대한 응답을 결정하고, 섭동에 대한 응답을 사용하여 파형에서 인접하거나 근접하게 위치된 시간 주기들 사이의 커플링을 보상함으로써 패턴의 다른 섹션에 대한 이러한 측정치들에 기초하여 패턴의 섹션을 제어함으로써 반복 주기로 반복된다.

발전기용 제어기를 참조하여 주로 설명되었지만, 본 개시의 양태는 스위치 모드 전력 공급부 및 이를 위한 제어기들에 적용 가능하며, 이는 다른 기판 바이어싱 방식들뿐만 아니라, 전체 전력 전달 시스템의 부분으로서 기판에 바이어스를 제공하는 것과 같은 eV 소스 애플리케이션에서 사용될 수도 있다. 본 명세서에서 논의된 제어기 및 제어 방식은 또한, 임피던스 매칭 네트워크의 가변 임피던스 엘리먼트들 (예컨대, 진공 가변 커패시터 또는 스위칭 가변 리액턴스 엘리먼트) 를 제어하는데 사용될 수도 있다. 그러한 경우에, 본 개시의 양태는 전체 전력 전달 시스템의 부분으로서 임피던스 매칭 네트워크에 대한 RF 공급의 제어에 사용될 수도 있고 사용되지 않을 수도 있다. 제어기는 전력 전달 시스템의 임의의 부분에 (예를 들어, 발전기에 또는 매칭 네트워크에) 상주할 수도 있고, 전력 전달 시스템의 다른 부분들로부터 정보를 수신하고 전력 전달 시스템의 다른 부분들을 제어할 수도 있거나 제어하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 발전기에 상주하는 제어기는 오직 발전기로부터, 오직 매치로부터, 또는 발전기와 매치 양자로부터 획득된 정보로 전력 전달 시스템의 부분인 발전기와 매치 양자를 모두 제어할 수도 있다. 본 명세서에서 논의된 제어기 및 제어 방식은 또한 플라즈마 전력 전달 환경에서 전력을 전달하거나 전달하지 않는 다른 시스템에서 사용될 수도 있다.

도 1a (종래 기술) 는 간단한 아날로그 주기 간 제어 시스템을 도시하고, 도 1b (종래 기술) 는 플라즈마 전력 전달 시스템을 제어하는데 사용될 수도 있는 간단한 디지털 주기 내 제어 시스템을 도시한다. 도 1a 에서, 입력 (101) 과 출력 (106) 간의 차이는 제어기 (103) 가 플랜트 (105) 에 제어 입력 (104) 을 생성하기 위해 사용하는 에러 신호 (102) 를 생성한다. 이 도면에서, 제어기는 이득이 k 인 간단한 적분기이다. 실제 구현에서, 제어 입력 (104), c 은 전력 증폭기에 대한 구동 레벨일 수도 있고, 플랜트 (105), P 는 전력 증폭기일 수도 있다. 이 제어기와 개시된 주기 간 제어기 간의 성능 차이를 설명하기 위해, 플랜트 (105), P 는 단위 이득 블록이고, 즉 y=c 이다. 이러한 가정으로, 루프 이득은 k rad/s 또는 k/(2π) Hz 에서 단위 이득을 가지고, 시스템 단계 응답의 시간 상수는 1/k s 이고, 시스템의 임펄스 응답의 적분은 1/k s 에서 63.2% (1 - 1/e) 에 도달한다. 도 1b 에서, 입력 (151) 은 1/T_s 의 샘플링 레이트로 샘플링되고, 샘플러 (157) 에 의해 디지털화된다. (일부 애플리케이션에서 입력은 이미 디지털 데이터 스트림이며, 샘플러 (157) 는 시스템에 존재하지 않는다.) 출력 (156) 은 샘플러 (159) 에 의해 샘플링되고 디지털화되며, 입력과 출력 간의 차이는, 제어기 (153) 가 플랜트 (155) 에 공급되는 디지털-아날로그 컨버터 (158) 에 의해 아날로그 제어 신호로 변환되는 제어 입력 (154) 을 생성하기 위해 사용하는 에러 신호 (152) 를 생성한다. 도 1a 에 대하여, 이 제어기와 개시된 주기 간 제어기 간의 성능 차이를 설명하기 위해, 플랜트 (105), P 는 단위 이득 블록이다. k 와 단위 이득 주파수 미 응답 시간 간의 관계에 관한 동일한 설명은, k 가 2π/T_s 보다 훨씬 작은 경우에 도 1a 의 아날로그 제어기에 대해서도 유지된다.

도 2a (종래 기술) 는 주기 Tp (205) 를 갖는 주기적 입력에 대한 도 1a 또는 도 1b 에 도시된 바와 같은 간단한 주기 내 제어기의 응답 (200) 을 도시한다. 이 예에서, 상이한 세트 포인트들의 호스트 (예를 들어, 1, 다음에 2, 다음에 4 의 세트 포인트 전력과 함께 3 의 램프) 는 입력의 하나의 주기를 정의한다. 출력 (202) 은 부정확하게 보이는 입력 (201) 을 따른다 (여기서 출력은 입력 세트 포인트와 매칭하지 않는다). 이 도면에 대한 폐루프 응답의 시간 상수는 10 ㎲ 이다. 주어진 포인트 A (203) 에서의 출력은 시스템의 시간 시프트된 시간 반전된 임펄스 응답에 입력을 곱하고 적분함으로써 획득될 수 있다. 유닛 (204) 의 정규화된 시간 시프트된 시간 반전된 임펄스 응답은 포인트 A (203) 에서의 출력이 가장 최근의 과거 (포인트 a 이전의 하나의 시간 상수 또는 일정 시간 또는 10 ㎲ 내에) 에 의해 가장 영향을 받고, 포인트 A 이전의 10 개의 시간 상수보다 일찍 발생하는 이벤트에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 펄스 내에서 변화하는 세트 포인트를 수용하기 위해, 종래의 제어기는 매우 빨라야만 한다. 도 2b (종래 기술) 에 도시된 것과 같이, 제어기의 속도를 높이는 것은 출력이 입력을 정확하게 따르는 능력을 개선한다. 이 도면에 대한 폐루프 응답의 시간 상수는 5 ㎲ 이다. 응답 (250) 은 출력 (252) 이 입력 (251) 을 더 가깝게 따르는 것을 보여준다. 정규화된 시간 시프트된 시간 반전된 임펄스 응답 (254) 은 포인트 A (253) 가 지금부터 가장 최근 과거의 입력에 의해 훨씬 더 큰 영향을 받는 것을 보여준다.

이러한 종래의 주기 내 제어기들에서, 에러 제어는 세트 포인트에 대한 (주기 내에서) 현재 출력의 측정된 값에 기초한다. 따라서, 도 2a 를 참조하면, 예를 들어, 시간 1.5 ms 에서 출력의 측정된 값은 에러 신호를 생성하기 위해 동시에 세트 포인트 값과 비교될 것이다. 달리 말하면, 세트 포인트 값은 현재 주기 동안 측정된 값과 비교되어 종래의 주기 내 제어기에 대한 에러 신호를 생성한다. 대조적으로, 주기 간 제어기는 주어진 세트 포인트에 대해 과거의 하나 이상의 사이클들의 출력에 측정된 값을 비교하고, 세트 포인트에서의 과거 측정된 값을 사용하여 현재 에러 신호 및 제어기 출력을 생성한다. 도 2a 를 다시 참조하면, 예를 들어 세트 포인트가 3 인 시간 1.5 ms 에, 3 의 동일한 세트 포인트를 갖는 시간 0.94 ms 에서의 측정된 값 (이는 시간 1.5 ms 와 상관하는 선행하는 펄스의 부분 또는 0.56 ms 이전의 하나의 파형 반복 주기임) 은 시간 1.5 ms 에서 펄스 내의 측정 값과는 반대로, 에러 및 출력을 생성하기 위해 제어기에 의해 사용될 것이다. 특히, 주기 간 제어기는 거의 빠를 필요가 없으며, 이는 펄스 내에서 즉시 근접한 값과는 반대로 과거에 한 사이클 동안 측정된 값에 의존하기 때문이다.

일부 예들에서, 펄스 (예를 들어, 펄스 오버 주기 (Tp)) 는 다수의 시간 주기들로 분할되고, 이전 펄스의 동일한 시간 주기에서의 대응하는 (동일한) 출력 값이 에러 신호에 사용된다. 다음의 제 2 펄스의 시간 1.5 ms 에서 에러 정정을 위해 제 1 펄스의 시간 0.94 ms 에서 측정된 값을 사용하는 것을 언급하는 바로 위의 예를 다시 참조하면, 시간 주기는 일부 범위 내에서 0.56 ms 의 특정 값을 포함할 것이다. 일 예에서, 펄스가 분할되는 시간 주기는 임의의 주어진 시간 주기가 기울어진 세트 포인트 트랜지션들을 제외하고, 상이한 세트 포인트들을 포함하지 않도록 한다.

다양한 구현들에서, 주기 간 펄스 정보는 어떤 형태의 메모리에 저장되어, 후속하는 펄스의 에러 피드백을 위해 컨트롤러에 의해 액세스되고 사용될 수 있다. 기울어진 세트 포인트 트랜지션들과 같은 복잡한 펄스 및 그렇지 않으면 상이한 세트 포인트들은 펄스의 상대적으로 더 작은 시간 주기 세분화로부터 이익을 얻을 수도 있으며, 따라서 상대적으로 더 크고 더 빠른 메모리를 요구할 수도 있다. 특정 예에서, 100 ms 와 10 ㎲ 주기 Tp 간의 펄스들은 1024 개의 시간 슬라이스로 세분화될 수도 있고, 각각의 슬라이스에 대한 출력 값은 후속하는 펄스의 동일한 시간 슬라이스에서 측정된 값과 비교하기 위해 저장된다.

일부 애플리케이션들에서, 어떤 에러 신호도 생성되지 않는다. 발전기에 제공되는 임피던스에 관한 주기 간 제어 방식 정보를 사용하는 임피던스 매칭 애플리케이션에서, 과거에 하나 이상의 주기들, T_p (205) 은 현재 매칭 네트워크 내에서 가변 임피던스 엘리먼트를 조정하는데 사용될 수 있다. 정보는 에러 신호를 먼저 생성하지 않고 가변 임피던스 매칭 엘리먼트들에 대한 조정을 계산하는데 사용될 수 있다. 임피던스 매칭 애플리케이션에서, 세트포인트 (예를 들어, 101, 151, 303, 351, 501) 는 일반적으로 일정하지만, 원하는 입력 임피던스와 매칭되어야만 하는 부하 임피던스의 주기적인 교란이 있다. 이러한 주기적 외란은, 예를 들어, 출력 대 시간의 미리 정해진 패턴을 따르는 플라즈마 부하로 전력을 전달함으로써 발생할 수 있으며, 여기서 패턴은 반복 주기로 반복된다. 그러한 경우에, 예를 들어 미리 정해진 전력 패턴을 제공하는 전력 소스로부터의 동기화 신호가 매칭 네트워크에 제공되어 매칭 네트워크가 외란의 반복 파형과 동기화하는 것을 보조할 수 있다.

도 3a 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는 주기 간 제어기 (300) 의 일 예의 블록도를 도시한다. 도 3b 는 본 개시의 다른 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는 주기 간 제어기 (350) 의 대안적인 예시적인 구현의 블록도를 도시한다. 본 명세서에 기술된 주기 간 제어기의 일부 구현은 다중 입력 다중 출력 (MIMO) 제어기로 간주될 수도 있다. 제어기 또는 보다 일반적으로 제어 엘리먼트는 하드웨어 및 소프트웨어로, 이들의 다양한 가능한 조합으로 구현될 수도 있다. 제어 엘리먼트는 발전기 또는 다른 디바이스와 통합될 수도 있거나, 또는 별도의 컴포넌트일 수도 있다. 일부 애플리케이션에서 주기 간 제어기는 제어되고 있는 것과는 상이한 장비 부분에 상주할 수도 있다. 일 예로서, 임피던스 매칭 네트워크에 접속된 제어기는 발전기에 상주할 수도 있지만 임피던스 매칭 네트워크에서 가변 임피던스 엘리먼트를 제어할 수도 있다. 이러한 애플리케이션에서, 커플러로부터의 순방향 및 반사된 신호는 발전기에 상주하는 커플러로부터 획득되고, 아날로그로 필터링되고, 아날로그-디지털 컨버터에서 디지털화되고, 소프트웨어 프로그램을 실행하는 마이크로프로세서에 의해 또는 예를 들어, FPGA 에 구현된 디지털 로직 회로에 의해 매치에 의해 발전기에 제공된 임피던스를 추출하도록 프로세싱될 수도 있다. 측정치들은 FPGA 에 상주하는 재구성가능한 디지털 회로 또는 마이크로프로세서에 의해 메모리에 저장될 수 있다. 상이한 시간에 임피던스 측정치들의 샘플들을 포함하는 메모리는 마이크로프로세서에서 실행되는 소프트웨어를 사용하여 또는 FPGA 에 의해 프로세싱될 수 있다. 소프트웨어 또는 FPGA 는 과거에 하나 또는 다수의 파형 반복 주기의 샘플을 사용하여 주기 간 제어 방식을 구현할 수 있다. 이러한 방식을 구현하기 위해, 매치에서 가변 임피던스 엘리먼트의 과거 값에 대한 정보가 또한 사용될 수 있다. 그 후에 제어기는 매치에서 가변 임피던스 엘리먼트들을 변경하기 위해 제어 신호를 매치로 전송할 수 있다. 도 3a 는 주기 간 제어기 (인터리빙 방식을 제공함) 를 입력의 반복 주기 T_p 에서 각각 실행하는 제어기의 수 N 으로 구현한다. 블록 (301) 은 그러한 제 1 제어기를 도시하고, 블록 (302) 은 그러한 제 N 제어기를 도시한다. 입력 (303) 은 1/T_s 의 샘플링 속도로 아날로그-디지털 컨버터 (304) 에 의해 샘플링되고 디지털화된다. (입력은 이미 데이터 스트림으로서 존재할 수도 있으며, 이 경우 컨버터 (304) 는 사용되지 않는다.) 샘플링된 입력은 스위치 (305) 에 의해 차례로 제어기로 스위칭 또는 라우팅되어 각 제어기는 1/T_p 의 속도로 업데이트된 입력을 수신한다. 제어기의 출력은 스위치 (306) 에 의해 공통 제어 입력, c 으로 라우팅된다. 제어 입력은 디지털-아날로그 컨버터 (307) 에 의해 아날로그로 컨버팅되고, 플랜트, P (308) 의 제어 입력에 인가된다. 출력, y (309) 는 샘플러 (제어기 (301) 의 경우 313) 에 의해 1/T_p 의 속도로 각 제어기에 의해 샘플링된다.

각 제어기는 샘플링된 출력에서 입력을 감산함으로써 에러 함수 (제어기 (301) 의 경우 310) 를 생성한다. (샘플링된 출력은 파형 주기 T_p 만큼 지연되므로, 이것은 주기 간 제어기를 구현한다.) 에러 기능은 (제어기 (301) 의 경우 311 에 의해) 통합되어 출력 (제어기 (301) 의 경우 312) 을 생성한다. 제어기들의 수 N 및 샘플링 주기 T_s 는 NT_s = T_p 이도록 조정된다. 입력, T_p 의 반복 주기가 수 개의 샘플링 주기들을 변경시킬 수도 있는 상황에 부응하기 위해, 추가의 제어기들이 활용될 수도 있다. 예를 들어, T_p 를 처리하기 위해 N+3 개의 제어기들이 존재할 수도 있고, 이는 3 개의 샘플링 주기들을 변경시킬 수 있다. 추가 제어 섹션이 최대 T_p 보다 짧기 때문에 업데이트되지 않은 경우, 최종 업데이트된 제어기의 상태가 추가 제어 섹션으로 복사될 수 있다.

도 3b 는 본 개시의 실시형태에 따른 주기 간 제어기 (350) 의 대안적인 구현을 도시한다. 입력 (351) 은 1/T_s 의 샘플링 속도로 아날로그-디지털 컨버터 (352) 에 의해 샘플링되고 디지털화된다. (입력은 이미 데이터 스트림으로서 존재할 수도 있으며, 이 경우 컨버터 (352) 는 사용되지 않는다.) 출력 (358) 은 아날로그-디지털 컨버터 (359) 에 의해 샘플링되고 디지털화된다. (출력은 출력의 측정으로부터 도출된 디지털 데이터 스트림일 수도 있으며, 이 경우 아날로그-디지털 컨버터는 도시된 바와 같이 구현되지 않을 수도 있다.) 에러 함수 (353) 는 출력으로부터 입력을 감산함으로써 획득된다. 제어기 (354) 는 플랜트에 대한 제어 입력, c (355) 의 값들로부터 플랜트에 대한 제어 입력, c (355) 을 생성하고, 입력의 일 주기 T_p 전에 에러 함수, e (353) 를 생성한다. 이는 아래에 도시되는 바와 같이 종래의 주기 내 제어기와는 상당히 상이하다. 플랜트에 대한 제어 입력은 디지털-아날로그 컨버터 (356) 에 의해 아날로그 신호로 컨버팅되어 플랜트 (357) 에 인가된다. 제어기 (300) 에 대하여, 입력의 반복 주기 T_p 가 몇몇 샘플링 주기들 변경시킬 수도 있는 상황을 처리하도록 제공될 수 있다. 이 경우, N 은 입력의 이전 주기 T_p 에 맞도록, 샘플링 주기 T_s 의 수에 따라 변화된다.

도 4a 내지 도 4d 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는 주기 간 제어기의 주기적인 제어 입력에 대한 응답을 도시한다. 도 4a 및 도 4b 에서, 주기적 입력 (401) 에 대한 출력 (402) 의 응답 (400) 이 도시된다. 응답 (400) 에 도시된 바와 같이, 출력은 천천히 입력으로 수렴하지만 (도 4a), 입력의 약 30 사이클 후에 (도 4b), 출력 (404) 은 거의 인식할 수 없는 에러로 입력 (403) 을 따른다. 도 4c 는 응답 (450) 상의 포인트 A (451) 및 포인트 A 영향을 미치는 포인트들을 도시한다. 주기 간 제어기에 대하여 포인트 A (451) 는 여전히 과거 5 ms 에 입력에 의해 상당히 영향을 받는다. 따라서, 출력의 각 섹션이 5 ms 정도의 시간 상수로 입력에 접근하더라도, 입력의 몇몇 주기 이후에, 출력은 거의 인식할 수 없는 에러로 입력을 따를 수 있다. 종래의 주기 내 제어기의 경우, 5 ㎲ 시간 상수에서, 출력은 이 정밀도로 입력을 따르지 않는다.

도 5 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는 예시적인 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기 (500) 의 블록도를 도시한다. 입력 (501) 은 1/T_s 의 샘플링 속도로 아날로그-디지털 컨버터 (502) 에 의해 샘플링되고 디지털화된다. (입력은 이미 데이터 스트림으로서 존재할 수도 있으며, 이 경우 컨버터 (502) 는 사용되지 않는다.) 출력 (509) 은 아날로그-디지털 컨버터 (510) 에 의해 샘플링되고 디지털화된다. (출력은 출력의 측정으로부터 도출된 디지털 데이터 스트림일 수도 있으며, 이 경우 아날로그-디지털 컨버터는 도시된 바와 같이 구현되지 않을 수도 있다.) 에러 함수 (503) 는 출력으로부터 입력을 감산함으로써 획득된다. 제어기 (504) 는 플랜트에 대한 제어 입력, c (506) 의 값들로부터 플랜트에 대한 제어 입력, c (506) 을 생성하고, 입력의 일 주기, T_p 전에 그리고 일 샘플링 주기, T_s 전에 에러 함수, e (503) 를 생성한다. N 및 T_s 는 T_p=NT_s 를 만족하도록 선택된다. 제어 입력, c (506) 은 일 샘플링 주기, T_s 전의 그리고 입력의 일 주기 T_p 전의 값들에 기초하는 값의 가중 평균이다. 이 가중치는 아마도 식 (505) 에 도시된 시퀀스 (샘플링된 시간) 도메인에서 보다 명확하게 예시된다. 504 및 505 에서, W_e 는 0 과 1 사이의 실수이고, W_a = 1-W_e 이다. 만약 W_e = 1 인 경우, 제어기는 순수한 주기 간 제어기이고, W_e = 0 인 경우, 제어기는 종래의 주기 내 제어기이다. 플랜트에 대한 제어 입력, c (506) 은 디지털-아날로그 컨버터 (507) 에 의해 아날로그 신호로 컨버팅되어 플랜트 (508) 에 인가된다. 입력의 반복 주기 T_p 가 몇몇 샘플링 주기들을 변경시킬 수도 있는 상황을 처리하도록 제공될 수 있다. 이 경우, N 은 입력의 이전 주기, T_p 에 맞도록, 샘플링 주기, T_s 의 수에 따라 변화된다. 이 경우, 이전 샘플에서 상태를 복사하지 않고 반복이 끝날 때까지 섹션이 최근에 업데이트되지 않은 경우, 다음 입력 주기의 시작까지 순수한 주기 내 제어기 (W_e = 0) 를 실행하기 위해 가중치가 변화될 수 있다. 이 예시적인 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기 (500) 는 주기적 입력으로 동작하는 것에서 비-반복적인 입력으로 동작하는 것으로 쉽게 트랜지션할 수 있다는 추가적인 이점을 갖는다 (501).

도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는, (W_e=1 인) 300, 350 또는 500 과 같은 예시적인 주기 간 제어기의 특성을 도시한다. 설명의 편의를 위해, 도 6 에서, 플랜트, P (308, 357 또는 506) 은 단순한 단위 이득 블록이고, 샘플 주기 T_s = 1 ㎲ 이고, 반복 주기 T_p = 1 ms 이고, 따라서 N = Tp/Ts = 1000 이고, k (500 에서의 k_e) = 62.83 이다. 주기 간 제어기의 루프 이득의 보드선도 (Bode plot) 가 도 6a 에 도시된다. 루프 이득은 종래의 주기 내 제어기와 매우 상이하다. 이득, k (500 에서의 k_e) = 62.83 = 2π10 에 대해 예상될 수도 있는 것처럼, 10Hz 에서 제 1 이득 크로스 오버 주파수가 있지만, 이득의 크기는 입력의 고조파에서 무한대로 복귀한다 (1/T_p 의 배수); 전례없는 정밀도로 주기적 입력을 뒤따르게 하는 주기 간 제어기의 고유한 속성이다. 도 6b 는 루프 이득의 나이키스트 플롯을 도시한다. 나이키스트 플롯의 해석을 용이하게 하기 위해, 루프 이득의 크기는 log₂(1 + log₂(1 +

)) 로 스케일링된다. 이 매핑은 0 을 0 으로, 1 을 1 로 매핑하며, 단조 증가하므로 복잡한 평면의 포인트 -1 + j0 이 둘러싸이지 않았음을 여전히 검증할 수 있다. 보드선도에서의 다중 이득 교차에도 불구하고, 나이키스트 플롯은 시스템이 안정적임을 도시한다. 도 6c 는 시스템의 폐루프 응답의 크기 및 위상을 도시한다. 도 6d 는 입력의 고조파에서만 그리고 입력의 고조파로부터 +/- 1 Hz 에서만 시스템의 폐루프 응답의 크기와 위상을 도시한다. 도 6d 는 고조파에서의 이득이 단위 이득임을 도시하며, 이는 주기 T_p 를 갖는 주기적인 입력이 정밀하게 뒤따를 것임을 확인한다. 도 6d 에서 정확히 0 dB 이득 및 0 위상 (단위 이득) 을 갖는 포인트는 정확히 입력의 고조파에 있으며, -0.04 dB 의 이득 및 +/- 5 도의 위상을 갖는 포인트는 입력의 고조파 초과 및 미만의 1Hz 이다.

도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는, W_e=0.1 인 예시적인 결합된 주기 간 제어기 및 주기 내 제어기 (500) 의 특성을 도시한다. 설명의 편의를 위해, 도 7 에서, 플랜트, P (506) 는 간단한 단위 이득 블록이고, 샘플 주기 T_s = 1 ㎲ 이고, 반복 주기 T_p = 1 ms 이고, 따라서 N = Tp/Ts = 1000, k_e = 62.83, 및 k_a = 62830 이다. 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 루프 이득의 보드선도가 도 7a 에 도시된다. 루프 이득은 종래의 주기 내 제어기와 매우 상이하다. 100Hz 에서 제 1 이득 크로스 오버 주파수가 있으며, 이는 10 Hz 의 W_e=1 에 대한 크로스 오버 주파수와 10Hz 의 W_e=0 에 대한 크로스 오버 주파수 사이에 있다. 이득의 크기는 입력의 고조파에서 높지만 유한한 값으로 리턴한다 (1/T_p 의 배수); 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 고유한 속성. 도 7b 는 루프 이득의 나이키스트 플롯을 도시한다. 나이키스트 플롯의 해석을 용이하게 하기 위해, 루프 이득의 크기는 log₂(1 + log₂(1 +

)) 로 스케일링된다. 이 매핑은 0 을 0 으로, 1 을 1 로 매핑하며, 단조 증가하므로 복잡한 평면의 포인트 -1 + j0 이 둘러싸이지 않았음을 여전히 검증할 수 있다. 보드선도에서의 다중 이득 교차에도 불구하고, 나이키스트 플롯은 시스템이 안정적임을 도시한다. 도 7c 는 시스템의 폐루프 응답의 크기 및 위상을 도시한다. 도 7d 는 입력의 고조파에서만 그리고 입력의 고조파로부터 +/- 1Hz 에서만 시스템의 폐루프 응답의 크기와 위상을 도시한다. 도 7d 는 입력의 제 1 의 몇몇 고조파에서의 이득이 단위 이득에 가깝다는 것을 도시하고, 이는 입력의 제 1 의 몇몇 고조파 성분이 우수한 정밀도로 뒤따를 것임을 나타낸다.

도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는, W_e=0.01 인 예시적인 결합된 주기 간 제어기 및 주기 내 제어기 (500) 의 특성을 도시한다. 도 8 에서, 플랜트, P (506) 는 간단한 단위 이득 블록이고, 샘플 주기 T_s = 1 ㎲ 이고, 반복 주기 T_p = 1 ms 이고, 따라서 N = Tp/Ts = 1000, k_e = 62.83, 및 k_a = 62830 이다. 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 루프 이득의 보드선도가 도 8a 에 도시된다. 루프 이득은 종래의 주기 내 제어기의 루프 이득에 접근한다. 9.1 kHz 에서 제 1 이득 크로스 오버 주파수가 있으며, 이는 10 Hz 의 W_e=1 에 대한 크로스 오버 주파수와 10Hz 의 W_e=0 에 대한 크로스 오버 주파수 사이에 있다. 주파수가 증가함에 따라, 이득의 크기는 단보다 2 배 높은 값으로 리턴한다. 도 8b 는 루프 이득의 나이키스트 플롯을 도시한다. 나이키스트 플롯의 해석을 용이하게 하기 위해, 루프 이득의 크기는 log2(1 + log2(1 +

)) 로 스케일링된다. 이 매핑은 0 을 0 으로, 1 을 1 로 매핑하며, 단조 증가하므로 복잡한 평면의 포인트 -1 + j0 이 둘러싸이지 않았음을 여전히 검증할 수 있다. 보드선도에서의 다중 이득 교차에도 불구하고, 나이키스트 플롯은 시스템이 안정적임을 도시한다. 도 8c 는 시스템의 폐루프 응답의 크기 및 위상을 도시한다. 도 7d 는 입력의 고조파에서만 그리고 입력의 고조파로부터 +/- 1Hz 에서만 시스템의 폐루프 응답의 크기와 위상을 도시한다. 도 7d 는 입력의 제 1 의 몇몇 고조파에서의 이득이 단위 이득에 가깝다는 것을 도시하고, 이는 입력의 제 1 의 몇몇 고조파 성분이 우수한 정밀도로 뒤따를 것임을 나타낸다. 이 제어기는 10kHz 의 이득 크로스 오버 주파수를 갖는 주기 내 제어기의 성능에 접근한다.

도 9 는 본 개시의 일 실시형태에 따른 플라즈마 전력 전달 시스템에서 구현될 수도 있는 예시적인 결합된 주기 간 및 주기 내 제어기 (900) 의 다중 입력 다중 출력 버전의 블록도를 도시한다. 입력 (901) 은 1/T_s 의 샘플링 속도로 아날로그-디지털 컨버터 (902) 에 의해 샘플링되고 디지털화된다. (입력은 이미 데이터 스트림으로서 존재할 수도 있으며, 이 경우 컨버터 (902) 는 사용되지 않는다.) 입력은 다차원적이며, 예를 들어 출력 전력 및 발전기 소스 임피던스를 위한 입력들을 포함할 수도 있다. 출력 (907) 은 아날로그-디지털 컨버터 (909) 에 의해 샘플링되고 디지털화된다. (출력은 출력의 측정으로부터 도출된 디지털 데이터 스트림일 수도 있으며, 이 경우 아날로그-디지털 컨버터는 도시된 바와 같이 구현되지 않을 수도 있다.) 출력은 다차원적이며, 예를 들어 발전기에 제공되는 출력 전력 및 임피던스의 측정을 포함할 수도 있다. 입력 (901) 과 출력 (907) 의 치수가 일치할 필요는 없다. 이는 출력의 엘리먼트가 최소화되거나 최대화되는 무언가의 측정치를 포함할 수도 있고, 입력을 필요로 하지 않기 때문이다 (예를 들어, 발전기에 제공된 부하 임피던스와 원하는 부하 임피던스의 불일치). 또한, 값이 간단하게 세팅될 수 있고 (예를 들어, 발전기 소스 임피던스를 세팅하는) 대응하는 측정치를 필요로 하지 않는 경우에, 입력의 엘리먼트 대응하는 측정치를 필요로 하지 않을 수도 있다. 입력 (901), 제어 입력 (904), 섭동 (908) 및 출력 (907) 의 측정치는 메모리 (910) 에 저장된다. 제어기 (903) 는 메모리에 저장된 값들, 이전에 입력의 일 주기 T_p 및 이전에 하나의 샘플링 주기, T_s 로부터 플랜트에 대한 제어 입력, c (904) 을 생성한다. N 및 T_s 는 T_p=NT_s 를 만족하도록 선택된다.

플랜트에 대한 제어 입력 (904) 의 값들을 계산하는 것 외에도, 제어기는 또한 계산된 제어에 추가되는 섭동 (908) 을 생성할 수 있다. 섭동 (908) 에 추가되는 플랜트에 대한 제어 입력 (904) 은 디지털-아날로그 컨버터 (905) 에 의해 아날로그 신호로 컨버팅되어 플랜트 (906) 에 인가된다. 섭동 (908) 은 제어 입력 (904) 과 출력 (907) 사이의 상관을 추출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 출력 전력 (예를 들어, 전력 증폭기에 대한 구동 레벨) 을 주로 제어하는 제어 엘리먼트 (904) 를 섭동시키고, 플라즈마 부하에 의해 발전기에 제공되는 출력 전력 및 임피던스 양자의 변화를 관찰하는 것 및 그 후에 발전기에 제공되는 임피던스 (예를 들어, 발전기 주파수) 를 주로 제어하는 제어 엘리먼트를 섭동시키고, 플라즈마 부하에 의해 발전기에 제공되는 출력 전력 및 임피던스 양자를 관찰하는 것은 제어기가 제어 입력 (904) 과 출력 (907) 사이의 상관을 추출하게 한다. 입력이 주기적으로 변조되면, 제어 입력 (904) 과 출력 (907) 사이의 상관도 변조된다 (부하가 대부분의 플라즈마 부하의 경우와 같이 비선형이라고 가정함). 주기 간 제어기는 반복 입력 사이클에서 각각의 특정 시간 주기 동안 제어 입력 (904) 및 출력 (907) 을 상관시킬 수 있다. 예를 들어, T_p= 1 ms 및 T_s=1 ㎲ 의 경우, 제어기는 입력에서 1000 개의 시간 주기들 각각에 대해 904 와 907 을 상관시키는 1000 개의 매트릭들을 유지할 수 있다. 각각의 특정 시간 주기 동안 제어 입력 (904) 의 엘리먼트들과 출력 (907) 의 엘리먼트들 사이의 상관을 추출하는 것 외에도, 상이한 시간 주기들 사이에서 상관이 추출될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 하나의 시간 주기에 제어 입력의 엘리먼트의 변경이 연속적인 시간 주기 동안 출력에 어떤 영향을 미치는지를 결정할 수 있다.

간단한 예는 이러한 상관들을 알고 있는 것의 장점을 보여준다. 주기적인 입력에서 제 7 시간 주기에 대하여 2 차원 제어 벡터 (예를 들면, 구동 및 주파수) 와 2 차원 출력 (예를 들면, 출력 전력 및 부하 저항) 을 업데이트하는 방법에 대한 결정을 고려하라. 제 7 시간 주기의 출력에서 원하는 변경은 다음과 같다:

섭동을 통해 제 7 시간 주기에서의 출력들과 제 6 및 제 7 시간 주기들에서의 제어 입력들 간의 상관이 추정된다고 가정한다:

이는 다음과 같다 (대략):

제 7 시간 주기에 대한 입력들이 조정되어야할 때, 제 6 시간 주기의 입력들에 대한 변경이 이미 실행되었으며, 따라서:

이는 알려져 있으며 다음과 같다:

간단한 예는 플랜트에 대한 2 개의 입력들 (드라이브 및 주파수) 과 2 개의 출력들 (출력 전력 및 부하 저항) 을 사용한다. 출력 저항은 부하 임피던스의 오직 하나의 컴포넌트이다. 실제 응용에서, 이는 단지 부하 임피던스의 저항성 부분이 아닌 중요한 부하 임피던스이다. 이러한 경우, 예에서 간단한 계산들 보다는 3 개의 출력들을 제어하는 오직 2 개의 입력들만을 사용하는 최적 솔루션을 발견하기 위해, 제 3 입력이 활용되어야 하거나 (예를 들면, 매칭 네트워크의 가변 리액턴스 엘리먼트), 또는 최적화 기술이 채용될 수 있다.

주기 간 제어와 함께 다중 입력 다중 출력 제어는 하나의 제어 루프에서 다수의 파라미터들을 제어한다. 이것은 동일한 플라즈마 전력 공급 시스템에서 상이한 제어 루프에 대해 매우 상이한 속도를 사용하는 것이 일반적으로 필요한 제어 루프를 간섭하는 문제를 회피한다.

주기 간 제어는 단일 제어기가 동일한 플라즈마 시스템에 전력을 전달하는 다수의 발전기를 보다 용이하게 제어하게 한다. 플랜트에 대한 제어 입력이 샘플링 속도 1/T_s 로 업데이트되므로, 주기 간 및 주기 내 제어기들에 대한 데이터 속도는 동일하다. 그러나, 주기 내 제어기는 플랜트에 대한 현재 제어 입력을 업데이트하기 위해 하나의 샘플링 주기 T_s 로부터의 정보를 필요로 하는 반면, 주기 간 제어기는 플랜트에 대한 전류 제어 입력을 업데이트하기 이전에 하나의 입력 주기 T_p 로부터의 정보를 필요로 한다. 대부분의 경우에 T_p 는 T_s 보다 몇 배 더 길기 때문에, 그 정보가 주기 간 제어기에 필요하기 전에 제어기로 및 제어기로부터 정보를 얻는 것이 훨씬 용이하다. 따라서 주기 간 제어기는 동일한 플라즈마 시스템에 전력을 전달하는 모든 발전기의 전반적인 제어를 개선하기 위해 상이한 발전기들 간의 상호 작용을 훨씬 더 쉽게 고려할 수 있다.

주기 간 및 혼합된 주기 간 및 주기 내 제어기의 주어진 예에서, 제어기는 과거에 하나의 샘플링 주기, T_s 또는 하나의 반복 주기, T_p 의 신호들의 샘플들을 사용했다. 물론, 제어기는 또한 과거에 다수의 샘플링 주기 또는 반복 주기의 신호들의 샘플을 사용할 수 있다.

Claims (20)

1. 전력 전달 시스템으로서,
   주기적 외란을 받는, 출력 신호를 생성하도록 구성되는 제어기를 포함하며,
   상기 주기적 외란은, 과거에 하나 이상의 반복 주기들에서 취득된 상기 출력 신호의 값의 측정치 및 다차원 제어 입력 값들의 엘리먼트들과 다차원 출력 값들의 엘리먼트들 사이의 복수의 저장된 상관들에 기초하여 상기 출력 신호를 제어하여 반복 주기로 반복되고,
   상기 제어기는, 현재의 반복 주기의 측정치와 결합된 과거의 상기 하나 이상의 반복 주기들의 상기 측정치에 기초하여 상기 반복 주기를 제어하도록 구성되는,전력 전달 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전력 전달 시스템은 상기 주기적 외란과 동기화되는 신호를 수신하는, 전력 전달 시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기는, 상기 반복 주기의 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 동일한 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 저장된 상관들을 결정하고 사용하도록 구성되는, 전력 전달 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기는, 상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 상관들을 획득하기 위해 제어 입력을 섭동시키도록 구성되는, 전력 전달 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 반복 주기의 상기 특정 시간 주기 및 상기 특정 시간 주기에 인접한 시간 주기들에 대한 상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 상기 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 상관들이 상기 제어기에 의해 결정되고 사용되는, 전력 전달 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 다차원 출력 값들의 하나의 엘리먼트는 전압, 전류 및 전력 또는 이들의 조합들 중 하나이고, 상기 다차원 출력 값들의 다른 엘리먼트는 발전기에 제공된 부하 임피던스 및 발전기의 소스 임피던스 중 하나인, 전력 전달 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 다차원 제어 입력 값들 및 상기 다차원 출력 값들의 치수는 일치하지 않는, 전력 전달 시스템.
9. 플라즈마 전력 전달 시스템으로서,
   부하 임피던스를 원하는 임피던스에 매칭하는 임피던스 매칭 네트워크로서, 상기 부하 임피던스는 반복 주기로 반복되는 값들의 주기적 변조 패턴에 종속되는, 상기 임피던스 매칭 네트워크; 및
   상기 임피던스 매칭 네트워크와 동작 가능하게 연관된 제어 엘리먼트로서, 상기 제어 엘리먼트는, 과거에 상기 주기적 변조 패턴의 하나 이상의 반복 주기들에서 취득된 상기 부하 임피던스의 값의 측정치 및 다차원 제어 입력 값들의 엘리먼트들과 다차원 출력 값들의 엘리먼트들 사이의 복수의 상관들에 기초하여 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 가변 임피던스 엘리먼트를 제어하는, 상기 제어 엘리먼트를 포함하는, 플라즈마 전력 전달 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 엘리먼트는, 상기 주기적 변조 패턴의 현재의 반복 주기에서 취득된 상기 부하 임피던스의 값의 측정치와 결합된 과거에 상기 주기적 변조 패턴의 하나 이상의 반복 주기들에서 취득된 상기 부하 임피던스의 상기 값의 상기 측정치에 기초하여 상기 임피던스 매칭 네트워크에서 가변 임피던스 엘리먼트를 제어하는, 플라즈마 전력 전달 시스템.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 엘리먼트는, 상기 반복 주기의 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 동일한 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 상관들을 결정하고 사용하도록 구성되는, 플라즈마 전력 전달 시스템.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 엘리먼트는, 상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 상관들을 획득하기 위해 제어 입력을 섭동시키도록 구성되는, 플라즈마 전력 전달 시스템.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 반복 주기의 상기 특정 시간 주기 및 상기 특정 시간 주기에 인접한 시간 주기들에 대한 상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 상기 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 상관들이 상기 제어 엘리먼트에 의해 결정되고 사용되는, 플라즈마 전력 전달 시스템.
14. 제 9 항에 있어서,
    플라즈마를 포함하도록 구성되는 플라즈마 프로세싱 챔버;
    상기 주기적 변조 패턴으로 상기 플라즈마의 플라즈마 특성들을 변조하는 전력 신호를 생성하는 발전기를 더 포함하는, 플라즈마 전력 전달 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 발전기는 단일 무선 주파수 발전기 또는 직류 발전기 중 하나이고, 상기 주기적 변조 패턴은 전압, 전류 및 전력 중 적어도 하나인, 플라즈마 전력 전달 시스템.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 발전기는 복수의 무선 주파수 발전기들, 또는 복수의 직류 발전기들, 또는 무선 주파수 발전기들과 직류 발전기들의 조합을 포함하고, 상기 주기적 변조 패턴은 전압, 전류 및 전력 중 적어도 하나인, 플라즈마 전력 전달 시스템.
17. 플라즈마 전력 전달을 위한 방법으로서,
    전력 신호의 주기를 포함하는 시간의 주기 동안 생성된 주기적 반복 패턴을 포함하는 상기 전력 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 전력 신호의 현재 주기 이전의 상기 전력 신호의 주기에서 취득한 상기 주기적 반복 패턴의 측정치 및 다차원 제어 입력 값들의 엘리먼트들과 다차원 출력 값들의 엘리먼트들 사이의 복수의 상관들에 기초하여 상기 주기적 반복 패턴의 현재 주기를 제어하는 단계를 포함하는, 플라즈마 전력 전달을 위한 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 주기적 반복 패턴은, 상기 현재 주기 동안 취득한 상기 주기적 반복 패턴의 측정치와 결합된 상기 현재 주기 이전의 상기 주기에서 취득한 상기 주기적 반복 패턴의 측정치에 기초하여 제어되는, 플라즈마 전력 전달을 위한 방법.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 주기적 반복 패턴의 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 동일한 상기 특정 시간 주기에 대한 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 상관들이 결정되고 사용되는, 플라즈마 전력 전달을 위한 방법.
20. 제 17 항에 있어서,
    상기 다차원 제어 입력 값들의 상기 엘리먼트들과 상기 다차원 출력 값들의 상기 엘리먼트들 사이의 상기 상관들을 획득하기 위해 제어 입력을 섭동시키는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 전력 전달을 위한 방법.
    
    
    

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