CN114222958A - 具有单个受控开关的偏置电源 - Google Patents

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Abstract

公开了偏置电源、等离子体处理系统和相关方法。一种偏置电源包括耦接在开关的第一节点和输出节点之间的第一电感器，其中第二电感器的第一节点耦接到输出节点或开关的第一节点中的一个节点。电压源耦接在开关的第二节点和第二电感器的第二节点之间。在返回节点与开关的第二节点和第二电感器的第二节点中的一个节点之间形成连接。偏置电源还包括控制器，控制器被配置为通过反复地闭合开关使得通过开关的电流完成完整周期来引起在输出节点和返回节点之间施加周期电压。

Description

具有单个受控开关的偏置电源
根据35U.S.C.§119的优先权声明
本专利申请要求享有于2019年7月12日提交的题为“A SINGLE CONTROLLEDSWITCH,SINGLE SUPPLY EV SOURCE WITH ION CURRENT COMPENSATION”的临时申请No.62/873,680的优先权，其被转让给本申请的受让人，并且由此通过引用的方式明确地并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及电源，并且更具体地，涉及用于施加电压以进行等离子体处理的电源。
背景技术
许多类型的半导体器件是使用基于等离子体的蚀刻技术制造的。如果被蚀刻是导体，则可以将相对于地的负电压施加到导电衬底，以便在衬底导体的表面上产生基本上均匀的负电压，该负电压将带正电的离子吸引向导体，结果，撞击导体的正离子具有基本上相同的能量。
然而，如果衬底是电介质，则不变电压对于在衬底表面上施加电压是无效的。但是交流(AC)电压(例如，高频AC或射频(RF))可以被施加到导电板(或卡盘)，使得AC场在衬底表面上感应电压。在AC周期的正峰值期间，衬底吸引电子，其相对于正离子的质量较轻；因此，在周期的正峰值期间，许多电子将被吸引到衬底的表面。结果，衬底的表面将带负电，这使得在AC周期的剩余期间离子被吸引向带负电的表面。并且当离子撞击衬底的表面时，撞击将材料从衬底的表面移除-从而实现蚀刻。
在许多情况下，期望具有窄的离子能量分布，但是将正弦波形施加到衬底会引起离子能量的宽分布，这限制了等离子体工艺执行期望的蚀刻轮廓的能力。已知的实现窄离子能量分布的技术是昂贵的、低效的、难以控制的，并且可能对等离子体密度产生不利影响。因此，这些已知技术还没有被商业化采用。因此，需要一种系统和方法来解决现有技术的不足并且提供其他新的和创新的特征。
发明内容
本文公开的一些实施方式的一个方面通过利用开关频率作为控制手段连同谐振电路中的单个受控开关来解决上述需要，该谐振电路仅需要一个可变电压源以使得大大简化的电路能够提供期望的窄能量分布。
另一方面的特征可以在于一种电源，其包括输出节点、返回节点、开关、第一电感器、第二电感器和电压源。第一电感器耦接在开关的第一节点和输出节点之间，并且第二电感器的第一节点耦接到输出节点或开关的第一节点中的一个节点。电压源耦接在开关的第二节点和第二电感器的第二节点之间，并且在返回节点和开关的第二节点和第二电感器的第二节点中的一个节点之间形成连接。控制器被配置为通过反复地闭合开关达一定时间来引起在输出节点和返回节点之间施加周期电压，该时间的长度刚好足以使通过开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。
又一方面的特征可以在于一种电源，其包括输出节点、返回节点、开关、变压器和电压源。变压器的初级绕组的第一节点耦接到开关的第一节点，变压器的次级绕组的第一节点耦接到输出节点，并且变压器的次级绕组的第二节点耦接到返回节点。电压源耦接在开关的第二节点和变压器的初级绕组的第二节点之间。电源还包括控制器，该控制器被配置为通过反复地闭合开关达一定时间来引起在输出节点和返回节点之间施加周期电压，该时间的长度刚好足以使通过开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。
本文所公开的另一方面是一种等离子体处理系统，其包括等离子体室和偏置电源。等离子体室包括用于容纳等离子体的容积、输入节点和返回节点。偏置电源包括开关、第一电感器、第二电感器和电压源。第一电感器耦接在开关的第一节点和等离子体室的输入节点之间，并且第二电感器的第一节点耦接到室的输入节点或开关的第一节点中的一个节点。电压源耦接在开关的第二节点和第二电感器的第二节点之间。在返回节点和开关的第二节点或第二电感器的第二节点中的一个节点之间形成连接。等离子体处理系统还包括用于控制开关和电压源以当等离子体在等离子体室中时实现等离子体负载的电压的期望波形的模块。
又一方面的特征可以在于一种等离子体处理系统，其包括等离子体室和偏置电源。等离子体处理室包括用于容纳等离子体的容积、输入节点和返回节点，并且偏置电源包括开关、变压器和电压源。变压器的初级绕组的第一节点耦接到开关的第一节点，变压器的次级绕组的第一节点耦接到等离子体室的输入节点，并且变压器的次级绕组的第二节点耦接到返回节点。电压源耦接在开关的第二节点和变压器的初级绕组的第二节点之间。等离子体处理系统还包括用于控制开关和电压源以当等离子体在等离子体室中时实现等离子体负载的电压的期望波形的模块。
附图说明
图1是示出其中可以利用本文公开的偏置电源的示例性等离子体处理环境的框图；
图2是示出示例性偏置电源的示意图；
图3是电气地表示等离子体处理室的各方面的示意图；
图4是示出当与图3中的等离子体处理室一起操作时图2中的偏置电源的电气方面的时序的时序图；
图5A是鞘层电压与时间和所得离子通量与离子能量的关系的图示；
图5B是可以产生图5A中所示的鞘层电压的周期电压波形的曲线图；
图6A示出了另一鞘层电压和所得离子通量与离子能量的关系；
图6B是可以产生图6A中所示的鞘层电压的周期电压波形的曲线图；
图7A示出了又一鞘层电压和所得离子通量与离子能量的关系；
图7B是可以产生图7A中所示的鞘层电压的周期电压波形的曲线图；
图8包括示出可以由图2的偏置电源施加的周期电压波形和对应鞘层电压的曲线图；
图9包括示出可以由图2的偏置电源施加的另一周期电压波形和对应鞘层电压的曲线图；
图10包括示出可以由图2的偏置电源施加的另一周期电压波形和对应鞘层电压的曲线图；
图11是示出另一示例性偏置电源的示意图；以及
图12包括示出可以由图11的偏置电源施加的周期电压波形和对应鞘层电压的曲线图；
图13包括示出可以由图11的偏置电源施加的另一周期电压波形和对应鞘层电压的曲线图；
图14包括示出可以由图11的偏置电源施加的又一周期电压波形和对应鞘层电压的曲线图；
图15A是示出可以结合若干实施例进行的方法的流程图；
图15B是示出可以结合若干实施例进行的另一方法的流程图；
图16A是示出示例性偏置电源的示意图；
图16B是示出另一示例性偏置电源的示意图；
图16C是示出另一示例性偏置电源的示意图；
图16D是示出另一示例性偏置电源的示意图；
图16E是示出另一示例性偏置电源的示意图；
图16F是示出另一示例性偏置电源的示意图；
图17是示出可以用于实现本文所公开的控制方面的部件的框图。
具体实施方式
词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。在本文中描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为比其他实施例优选或有利。
初步注释：以下附图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在这点上，这些流程图或框图中的一些框可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定的(一个或多个)逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些替代实施方式中，框中所标注的功能可以不按图中所标注的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
对于本公开内容，源发生器是其能量主要用于生成和维持等离子体的那些源发生器，而“偏置电源”是其能量主要用于生成用于从等离子体吸引离子和电子的表面电势的那些偏置电源。
在本文中描述的是新颖的偏置电源的几个实施例，其可以用于向等离子体处理室中的衬底支撑施加周期电压函数。
首先参考图1，示出了其中可以利用偏置电源的示例性等离子体处理环境(例如，沉积或蚀刻系统)。等离子体处理环境可以包括直接和间接耦接到等离子体室101的多件设备，在等离子体室中包含容纳等离子体102和工件103(例如，晶圆)的容积。设备可以包括真空处理和气体输送设备(未示出)、一个或多个偏置电源108、一个或多个源发生器112、以及一个或多个源匹配网络113。在许多应用中，来自单个源发生器112的电力被连接到一个或多个源电极105。源发生器112可以是较高频率RF发生器(例如13.56MHz到120MHz)。电极105一般代表可以用电感耦合等离子体(ICP)源、具有以另一RF频率偏置的第二顶部电极的双电容耦合等离子体源(CCP)、螺旋等离子体源、微波等离子体源、磁控管或某个其他独立操作的等离子体能量源实现的电极。
在图1所示的系统的变型中，源发生器112和源匹配网络113可以由远程等离子体源代替或增强。并且系统的其他变型可以仅包括单个偏置电源108。
虽然以下公开内容一般涉及基于等离子体的晶圆处理，但是实施方式可以包括在等离子体室内的任何衬底处理。在一些情况下，可以使用本文公开的系统、方法和装置来处理除衬底以外的对象。即，本公开内容应用于在低于大气压的等离子体处理室内的任何对象的等离子体处理，以通过物理或化学手段影响表面变化、表面下变化、沉积或去除。
参考图2，示出了施加周期电压函数的示例性偏置电源208。如图所示，偏置电源208包括输出210(也称为输出节点210)、开关220和电压源230。另外，第一电感器240耦接在开关和输出之间，并且第二电感器250耦接在电压源和输出之间。还示出了控制器260，其被配置为断开和闭合开关220以在输出处产生电压，如本文进一步描述的。例如，控制器260可以被配置为通过反复地闭合开关达一定时间来引起在输出210(也称为输出节点210)和接地连接270(也称为返回节点270)之间施加周期电压，该时间的长度刚好足以使通过开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。通过输出210传递到负载的电流通过与负载共用的接地连接270返回到偏置电源208。
简要参考图3，示出了电气地示出等离子体室101内的等离子体负载的各方面的示意图。如图所示，等离子体室101可以由卡盘电容Cch(其包括卡盘和工件103的电容)表示，该卡盘电容Cch位于等离子体室101的输入310(也称为输入节点310)和表示衬底表面处的电压Vs(本文也称为鞘层电压)的节点之间。另外，示出了返回节点307(其可以是到地的连接)。处理室中的等离子体102由鞘层电容CS、二极管和电流源的并联组合表示。二极管代表等离子体鞘层的非线性、类似二极管的性质，其导致所施加的AC场的整流，使得直流(DC)电压降出现在工件103和等离子体102之间。
再次参考图2，开关220(与大多数场效应开关一样)包括体二极管，即使当开关没有被控制为处于导通状态时，体二极管也允许反向电流流动。申请人已经发现，体二极管可以用作优点，因为在通过开关的电流的第一反向期间，可以在任何时间关断开关220(借助体二极管)；因此，降低了控制的时间关键性。开关可以由碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)实现，尽管可以使用其他类型的开关。应当认识到，来自控制器的驱动信号211可以是电的或光的。还应当理解，在本文中公开的其他偏置电源中(例如，在图11和图16A-16F中)示出的开关也可以包括体二极管，并且其他偏置电源的那些开关可以由驱动信号211驱动。
参考图4，示出了示出当适当地补偿离子电流Iion时偏置电源208和等离子体处理室101的电气方面的波形，该补偿在通过第二电感器L2的电流iL2等于离子电流Iion时发生。本公开内容的一个方面解决了如何将通过L2的电流iL2调整为等于离子电流Iion的问题。如图4所示，可以控制开关220(本文也称为开关S)，使得通过第一电感器240以及因此通过开关220的电流完成从零到峰值、回到零、到相反方向上的峰值并且回到零的整个周期。应当认识到，电流iL2在电流周期的前半部分中的峰值可以不同于电流iL2在电流周期的后半部分中的峰值。控制器260还可以被配置为调整电压源230的电压和反复开关闭合之间的时间，以在VO处实现期望的周期电压。
简要参考图5A至图7B，其示出了有助于理解离子电流补偿对等离子体室101中的离子能量分布的影响的背景材料。首先参考处于IL2＝IIon的操作模式的图5A和图5B。如图5A所示，当鞘层电压在脉冲之间基本上恒定时，对应离子能量的扩散570相对较窄，以产生基本上单能离子能量分布函数。图5B中所示的是非对称周期电压函数，其可以由偏置电源108施加以产生图5A中的鞘层电压。
参考图6A和图6B，示出了与欠补偿离子电流相关联的鞘层电压、离子通量和周期非对称电压波形(由偏置电源输出)的方面。如图6A所示，当离子电流Iion被欠补偿时，鞘层电压以斜坡状方式变得不太负，这产生了离子能量的更宽扩散672。图6B中所示的是周期电压，其可以被施加到衬底支撑以实现图6A中所示出的鞘层电压。如图所示，周期电压波形的负斜坡状部分以比图5B的周期电压波形的斜坡状部分(如图6B中的虚线所示)低的斜率下降。注意，可以有意地进行这种离子能量的扩散672。
图7A和图7B示出了与过补偿离子电流相关联的鞘层电压、离子通量和周期非对称电压波形(由偏置电源输出)的方面。如图7A所示，当离子电流被过补偿时，鞘层电压以斜坡状方式变得更负，这也产生了离子能量的更宽扩散774。图7B中所示的是周期电压波形，其可以被施加到衬底支撑以实现图7A中所示出的鞘层电压。如图所示，周期电压函数的负斜坡状部分以比补偿离子电流的周期电压波形的斜坡状部分(如虚线所示)更大的速率下降。离子能量的这种扩散774可以有意地进行并且可以是期望的。
返回参考图2、图3和图4，申请人已经发现，通过L2的电流iL2以及因此的补偿电流可以通过控制施加在偏置电源的输出VO处的周期电压的脉冲重复率来控制。并且脉冲重复率可以由开关的断开和闭合的定时来控制。申请人检查了如果在开关的一次接通之后，修改到下一次接通的时间，发生了什么。例如，申请人考虑如果开关S的第二次接通在开关接通的时间段之间VO恒定的情况下稍微早些发生，则所施加的电压VO将发生什么。在这种情况下，第二次接通以相同的初始条件开始，因此所施加的电压VO的第二电压脉冲的形式应该相同。因为脉冲之间的时间现在较短，所以所施加的电压VO的平均值较高；因此，通过L2的电流应该增加。iL2的增加增加了所施加的电压VO的向下斜率，进一步增加了第二脉冲的幅度。因此，增加脉冲重复率是增加离子电流补偿的一种处理。这通过如图8-图10所示的仿真得到证实。
参考图8，其是示出如图3所示连接到负载的图2的电路的偏置电源输出电压VO和鞘层电压VS的曲线图，其中当电压源230Vb提供5kV的DC电压并且断开和闭合开关以提供300kHz的VO的脉冲重复率时，L1＝3μH、L2＝4mH、Cch＝1.5nF、CS＝1nF并且Iion＝3A。由于离子电流被欠补偿，所以用这些参数操作电路导致-5kV的初始鞘层电压VS上升到-2.6kV。如图2所示，开关闭合的重复率可以与VO的脉冲重复率相同，并且闭合开关可以持续足够长的时间，以使通过开关的电流IL1完成从零到峰值、回到零、到相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。还应当认识到，在VO的周期电压的周期期间，电流IL2可以基本上恒定。
接着参考图9，示出了示出偏置电源输出电压VO和鞘层电压VS的曲线图，除了在电压源230Vb提供4.5kV的DC电压并且断开和闭合开关以提供650kHz的脉冲重复率时之外，其具有与图8中相同的参数。由于离子电流被精确地补偿，所以用这些参数操作偏置电源导致-5kV的恒定鞘层电压。
参考图10，示出了示出偏置电源输出电压VO和鞘层电压VS的曲线图，除了在电压源Vb提供等于4.25kV的DC电压并且断开和闭合开关以提供具有800kHz的脉冲重复率的VO时之外，其具有与图8中相同的参数。由于离子电流被过补偿，所以用这些参数操作电路导致-5kV的初始鞘层电压降低到-5.25kV。
接下来参考图11，示出了偏置电源的电路的示意图，该偏置电源包括变压器1160，以将周期电压函数耦接到输出1110(也称为输出节点1110)。如图所示，偏置电源包括电压源1130和耦接到开关1120和变压器1160的电感器1140。控制器1150耦接到开关，并且控制器被配置为断开和闭合开关以在输出处产生非对称电压。电感器1140可以是分立的电感器或变压器1160的漏电感的一部分。为了仿真的目的，将变压器建模为两个完美耦接的电感器。变压器绕组之间的寄生电容由CW建模。
图12是示出如图3中所示连接到负载的图11的电路的偏置电源输出电压VO和鞘层电压VS的曲线图，其中当图11的偏置电源的电压源施加422VDC并且控制器断开和闭合开关以在输出处产生具有300kHz的脉冲重复率的周期电压时，L1＝50nH、LP＝56μH、LS＝5.6mH、CW＝1.26nF、Cch＝1.5nF、CS＝1nF并且Iion＝3A。由于离子电流被欠补偿，因此用这些参数操作偏置电源导致-5kV的初始鞘层电压增加到-2.8kV。
图13是示出偏置电源输出电压VO和鞘层电压VS的曲线图，除了在图11的偏置电源的电压源施加281VDC并且控制器断开和关闭开关以在输出处产生具有775kHz的脉冲重复率的周期电压时之外，其具有与图12中相同的参数。由于离子电流被精确地补偿，所以用这些参数操作电路导致-5kV的恒定鞘层电压。
图14是示出偏置电源输出电压VO和鞘层电压VS的曲线图，除了在图11的偏置电源的电压源施加212VDC并且控制器断开和关闭开关以在输出处产生具有1MHz的脉冲重复率的周期电压时之外，其具有与图12中相同的参数。由于离子电流被过补偿，所以用这些参数操作电路导致-5kV的初始鞘层电压降低到-5.24kV。
接下来参考图15A，示出了示出可以结合本文公开的实施例(例如，结合图16A-图16D)进行的方法的流程图。如图所示，第一电感器(在本文中也称为小电感元件)的第一节点连接到开关的第一节点，并且小电感元件的第二节点连接到输出节点，其中电容耦接的等离子体负载连接在输出节点和返回节点之间(框1510)。第一电感器(也称为大电感元件)的第一节点可以连接到小电感元件的任一节点(框1520)。如图所示，电压源连接在开关的第二节点和大电感元件的第二节点之间，并且电压源的任一节点连接到返回节点(框1530)。在操作中，反复地闭合开关达一定时间，该时间的长度刚好足以使通过开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期(框1540)。另外，可以调整电压源的电压和反复开关闭合之间的时间中的每一个，以实现等离子体负载的电压的期望波形(框1550)。例如，期望波形可以是实现离子能量的窄分布(例如，如图5A所示)或离子能量的较宽分布(例如，如图6A和图7A所示)的鞘层电压。
图15B是示出可以结合本文公开的实施例(例如，结合图16E和图16F)进行的方法的另一流程图。如图所示，变压器的初级绕组的第一节点连接到开关的第一节点，并且变压器的次级绕组的第一节点连接到输出节点，其中电容耦接的等离子体负载连接在输出节点和变压器的次级绕组的第二节点之间(框1511)。另外，电压源连接在开关的第二节点和变压器的初级绕组的第二节点之间(框1521)。在操作中，闭合开关达一定时间，该时间的长度刚好足以使通过开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期(框1531)。另外，可以调整电压源的电压和反复开关闭合之间的时间中的每一个，以实现等离子体负载的电压的期望波形(框1541)。例如，如上所述，期望波形可以是实现离子能量的窄分布(例如，如图5A所示)或离子能量的较宽分布(例如，如图6A和图7A所示)的鞘层电压。
参考图16A，示出了向电容耦接的等离子体负载1602(其与等离子体室，例如等离子体室101一起存在)施加周期电压函数的示例性偏置电源1601。偏置电源1601的输出节点1604连接到等离子体负载1602的输入节点1605，而偏置电源1601的返回节点1606连接到等离子体室101的返回节点1607。返回节点1606和1607经常通过偏置电源和等离子体负载的机架或外壳来实现，并且由于这些通常保持在地电势，所以其也通常被称为地、机架地或大地地。如图所示，偏置电源1601利用DC电源1603作为电压源，其中DC电源的正输出端接地，并且其中大电感器L2连接在小电感器L1的负载侧。
如图所示，第一电感器L1耦接在开关S的第一节点1670与输出节点1604之间，并且第二电感器L2的第一节点1672耦接到输出节点1604。电压源耦接在开关S的第二节点1674与第二电感器L2的第二节点1676之间。并且在返回节点1606和开关S的第二节点1674之间形成连接。
参考图16B，示出了向电容耦接的等离子体负载1612施加周期电压函数的示例性偏置电源1611。如图所示，偏置电源1611利用DC电源1613，其中DC电源1613的负输出端接地，并且其中大电感器L2连接在小电感器L1的负载侧。如图所示，第一电感器L1耦接在开关S的第一节点1670与输出节点1604之间，并且第二电感器L2的第一节点1672耦接到输出节点1604。电压源耦接在开关S的第二节点1674和第二电感器L2的第二节点1676之间，并且在返回节点1606和第二电感器L2的第二节点1676之间形成连接。
参考图16C，示出了向电容耦接的等离子体负载1622施加周期电压函数的示例性偏置电源1621。如图所示，偏置电源1621利用DC电源1623，其中DC电源1623的正输出端接地，并且其中大电感器L2连接在小电感器L1的开关侧。如图所示，第一电感器L1耦接在开关S的第一节点1670与输出节点1604之间。第二电感器L2的第一节点1672耦接到开关S的第一节点1670。电压源耦接在开关S的第二节点1674和第二电感器L2的第二节点1676之间，并且在返回节点1606和开关S的第二节点1674之间形成连接。
参考图16D，示出了向电容耦接的等离子体负载1632施加周期电压函数的示例性偏置电源1631。如图所示，偏置电源1631利用DC电源1633，其中DC电源1633的负输出端接地，并且其中大电感器L2连接在小电感器L1的开关侧。如图所示，第一电感器L1耦接在开关S的第一节点1670与输出节点1604之间。第二电感器L2的第一节点1672耦接到开关S的第一节点1670。电压源耦接在开关S的第二节点1674与第二电感器L2的第二节点1676之间。如图所示，在返回节点1606和第二电感器L2的第二节点1676之间形成连接。
参考图16E，示出了向电容耦接的等离子体负载1642施加周期电压函数的示例性偏置电源1641。如图所示，偏置电源1641利用DC电源1643(作为电压源)，其中DC电源1643的正输出端接地，并且其中变压器1644用于连接到等离子体负载1642。变压器包括初级绕组(由LLP和LP表示)和次级绕组(由LS和LLS表示)。变压器的初级绕组的第一节点1680耦接到开关S的第一节点1670。变压器的次级绕组的第一节点1682耦接到输出节点1604。变压器的次级绕组的第二节点1684耦接到返回节点1606。DC电源1643(电压源)耦接在开关S的第二节点1674与变压器的初级绕组的第二节点1686之间。
参考图16F，示出了向电容耦接的等离子体负载1652施加周期电压函数的示例性偏置电源1651。如图所示，偏置电源1651利用DC电源1653作为电压源，其中DC电源1653的负输出端接地，并且其中变压器1654用于连接到负载。图16E和图16F中的偏置电源1641、1651包括变压器。如图所示，变压器的初级绕组的第一节点耦接到开关的第一节点，变压器的次级绕组的第一节点耦接到输出节点，并且变压器的次级绕组的第二节点耦接到返回节点。变压器包括初级绕组(由LLP和LP表示)和次级绕组(由LS和LLS表示)。变压器的初级绕组的第一节点1680耦接到开关S的第一节点1670。变压器的次级绕组的第一节点1682耦接到输出节点1604。变压器的次级绕组的第二节点1684耦接到返回节点1606。DC电源1643(电压源)耦接在开关S的第二节点1674与变压器的初级绕组的第二节点1686之间。如图所示，变压器的初级绕组的第二节点1686被配置为耦接到返回节点1607。
结合本文所公开的实施例描述的方法可以直接以硬件、以编码在非暂时性有形处理器可读存储介质中的处理器可执行代码或以这两者的组合来体现。例如，参考图17，示出了示出可以用于实现本文公开的控制方面的物理部件的框图。如图所示，在该实施例中，显示器1312和非易失性存储器1320耦接到总线1322，该总线还耦接到随机存取存储器(“RAM”)1324、处理部分(包括N个处理部件)1326、现场可编程门阵列(FPGA)1327以及包括N个收发机的收发机部件1328。尽管图17中描述的部件表示物理部件，但是图17不旨在作为详细的硬件图；因此，图17中所示的许多部件可以通过公共结构实现或者分布在附加的物理部件中。此外，可以设想，可以利用其他现有的和尚待开发的物理部件和架构来实现参考图17描述的功能部件。
该显示器1312通常操作以向用户提供用户界面，并且在若干实施方式中，该显示器由触摸屏显示器实现。通常，非易失性存储器1320是非暂时性存储器，其用于存储(例如，持久地存储)数据和处理器可执行代码(包括与实现本文描述的方法相关联的可执行代码)。在一些实施例中，例如，非易失性存储器1320包括引导加载器代码、操作系统代码、文件系统代码和非暂时性处理器可执行代码，以促进用单个受控开关偏置衬底的方法的执行。
在许多实施方式中，非易失性存储器1320由闪存存储器(例如，NAND或ONENAND存储器)实现，但是可以设想，也可以利用其他存储器类型。尽管可以执行来自非易失性存储器1320的代码，但是非易失性存储器中的可执行代码通常被加载到RAM 1324中，并且由处理部分1326中的N个处理部件中的一个或多个来执行。
与RAM 1324连接的N个处理部件通常操作以执行存储在非易失性存储器1320中的指令，以便能够执行本文公开的算法和功能。应当认识到，本文公开了若干算法，但是这些算法中的一些未在流程图中表示。用于实现本文所述方法的处理器可执行代码可以持久地存储在非易失性存储器1320中，并且由与RAM 1324相连的N个处理部件来执行。如本领域普通技术人员将理解的，处理部分1326可以包括视频处理器、数字信号处理器(DSP)、微控制器、图形处理单元(GPU)或其他硬件处理部件或硬件和软件处理部件的组合(例如，FPGA或包括数字逻辑处理部分的FPGA)。
另外，或者在替代方案中，非暂时性FPGA配置指令可以持久地存储在非易失性存储器1320中并且被访问(例如，在引导期间)以配置现场可编程门阵列(FPGA)来实现本文公开的算法(例如，包括但不限于参考图15A和图15B描述的算法)。
输入部件1330可以接收信号(例如，指示在所公开的偏置电源的输出处获得的电流和电压的信号)。另外，输入部件1330可以接收偏置电源108和源发生器112之间的相位信息和/或同步信号，其指示等离子体处理室101内的环境和/或源发生器和单个开关偏置电源之间的同步控制的一个或多个方面。在输入部件处接收的信号可以包括例如同步信号、到各个发生器和电源单元的功率控制信号、或者来自用户接口的控制信号。本领域的普通技术人员将容易理解，各种类型的传感器中的任何一种，例如但不限于定向耦合器和电压-电流(VI)传感器，可以用于采样功率参数，例如电压和电流，并且可以在模拟域中生成指示功率参数的信号，并且将其转换到数字域。
输出部件通常操作以提供一个或多个模拟或数字信号，以实现本文所述的开关的断开和闭合以及电压源的控制。
所示出的收发机部件1328包括N个收发机链，其可以被用于经由无线或有线网络与外部设备通信。N个收发机链中的每一个可以表示与特定通信方案(例如，WiFi、以太网、Profibus等)相关联的收发机。
如本领域技术人员将理解的，本公开内容的各方面可以被实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开内容的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，其在本文可以全部统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开内容的各方面可以采取在一个或多个计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有在其上体现的计算机可读程序代码。
如本文所用的，“A、B或C中的至少一个”的叙述旨在表示“A、B、C或A、B和C的任何组合”。提供所公开的实施例的前述描述以使得本领域的任何技术人员能够制成或使用本公开内容。本领域的技术人员将容易明白对这些实施例的各种修改，并且在不脱离本公开内容的精神或范围的情况下，本文所界定的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本公开内容并不旨在限于本文所示的实施例，而是应被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最广范围。
提供所公开的实施例的前述描述以使得本领域的任何技术人员能够制成或使用本发明。本领域的技术人员将容易明白对这些实施例的各种修改，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文所界定的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本发明并不旨在限于本文所示的实施例，而是应被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (17)

1.一种用于施加周期电压的偏置电源，包括：
输出节点；
返回节点；
开关；
第一电感器，耦接在所述开关的第一节点和所述输出节点之间；
第二电感器，所述第二电感器的第一节点耦接到所述输出节点或所述开关的所述第一节点中的一个节点；
电压源，耦接在所述开关的第二节点和所述第二电感器的第二节点之间；
在所述开关的所述第二节点和所述第二电感器的所述第二节点中的一个节点与所述返回节点之间的连接；以及
控制器，被配置为通过反复地闭合所述开关达一定时间来引起在所述输出节点和所述返回节点之间施加所述周期电压，所述时间的长度刚好足以使通过所述开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。
2.根据权利要求1所述的偏置电源，其中，所述控制器被配置为调整所述电压源的电压和反复开关闭合之间的时间，以实现期望的周期电压。
3.根据权利要求1所述的偏置电源，其中，所述控制器包括处理器或现场可编程门阵列中的至少一个，并且所述控制器包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，所述指令用于由所述处理器执行，或者用于配置所述现场可编程门阵列以控制所述开关的操作。
4.一种用于施加周期电压的偏置电源，包括：
输出节点；
返回节点；
开关；
变压器，所述变压器的初级绕组的第一节点耦接到所述开关的第一节点，所述变压器的次级绕组的第一节点耦接到所述输出节点，并且所述变压器的所述次级绕组的第二节点耦接到所述返回节点；
电压源，耦接在所述开关的第二节点和所述变压器的所述初级绕组的第二节点之间；以及
控制器，被配置为：
通过反复地闭合所述开关达一定时间来引起在所述输出节点和所述返回节点之间施加所述周期电压，所述时间的长度刚好足以使通过所述开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。
5.根据权利要求4所述的偏置电源，其中，所述开关的所述第二节点耦接到所述返回节点。
6.根据权利要求4所述的偏置电源，其中，所述变压器的所述初级绕组的所述第二节点耦接到所述返回节点。
7.根据权利要求4所述的偏置电源，其中，所述控制器包括处理器或现场可编程门阵列中的至少一个，并且所述控制器包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，所述指令用于由所述处理器执行，或者用于配置所述现场可编程门阵列以控制所述开关的操作。
8.一种等离子体处理系统，包括：
等离子体室，包括：
用于容纳等离子体的容积；
输入节点；以及
返回节点；以及
偏置电源，包括：
开关；
第一电感器；耦接在所述开关的第一节点和所述等离子体室的所述输入节点之间；
第二电感器，所述第二电感器的第一节点耦接到所述室的所述输入节点或所述开关的所述第一节点中的一个节点；
电压源，耦接在所述开关的第二节点和所述第二电感器的第二节点之间；
在所述开关的所述第二节点或所述第二电感器的所述第二节点中的一个节点和所述返回节点之间的连接；以及
用于控制所述开关和所述电压源以当所述等离子体在所述等离子体室中时实现等离子体负载的电压的期望波形的模块。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理系统，其中，用于控制的所述模块包括用于调整所述电压源的电压和反复开关闭合之间的时间以实现所述等离子体负载的所述电压的所述期望波形的模块。
10.根据权利要求8所述的等离子体处理系统，其中，用于控制的所述模块针对所述开关的每次闭合包括用于闭合所述开关达一定时间的模块，所述时间的长度刚好足以使通过所述开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。
11.根据权利要求8所述的等离子体处理系统，其中，所述返回节点包括接地返回。
12.一种等离子体处理系统，包括：
等离子体室，包括：
用于容纳等离子体的容积；
输入节点；以及
返回节点；以及
偏置电源，包括：
开关；
变压器，所述变压器的初级绕组的第一节点耦接到所述开关的第一节点，所述变压器的次级绕组的第一节点耦接到所述等离子体室的所述输入节点，并且所述变压器的所述次级绕组的第二节点耦接到所述返回节点；
电压源，耦接在所述开关的第二节点和所述变压器的所述初级绕组的第二节点之间；以及用于控制所述开关和所述电压源以当所述等离子体在所述等离子体室中时实现等离子体负载的电压的期望波形的模块。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，其中，用于控制的所述模块包括用于调整所述电压源的电压和反复开关闭合之间的时间以实现所述等离子体负载的所述电压的所述期望波形的模块。
14.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，其中，用于控制的所述模块针对所述开关的每次闭合包括用于闭合所述开关达一定时间的模块，所述时间的长度刚好足以使通过所述开关的电流完成从零到峰值、回到零、到在相反方向上的峰值并且回到零的完整周期。
15.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，其中，所述开关的所述第二节点耦接到所述返回节点。
16.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，其中，所述变压器的所述初级绕组的所述第二节点耦接到所述返回节点。
17.根据权利要求12所述的等离子体处理系统，其中，所述返回节点包括接地返回。
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