CN114556542A - 用于衬底处理系统的衬底支撑件的加热器元件的电源隔离电路 - Google Patents

用于衬底处理系统的衬底支撑件的加热器元件的电源隔离电路 Download PDF

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卡尔·弗雷德里克·利瑟
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Abstract

一种衬底处理系统包含衬底支撑件和电源电路。所述衬底支撑件被配置成支撑衬底，其中所述衬底支撑件包含一或更多个加热元件。所述电源电路包含：直流‑交流转换器，其被配置成将第一直流电压转换为第一交流电压，其中所述直流‑交流转换器包含至少一个开关；以及隔离电路，其包含耦合电感器或变压器中的一者。所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者被配置成将所述第一交流电压转换为第二交流电压，并且将所述一或更多个加热元件与接地隔离。所述电源电路被配置成基于所述第二交流电压而提供输出电压至所述一或更多个加热元件。

Description

用于衬底处理系统的衬底支撑件的加热器元件的电源隔离 电路
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月8日申请的美国临时申请No.62/912,596的权益。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及衬底处理系统的静电卡盘。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统(例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理系统)通常包含喷头和用于支撑衬底的衬底支撑件。在操作期间，喷头将反应物气体分配至衬底上。在两个电极(例如，喷头和衬底支撑件中的RF电极)之间提供射频(RF)电位，以产生等离子体。被激发的电子使得等离子体中的反应物气体电离或离解，从而产生化学反应性自由基。当这些自由基进行反应时，薄膜在衬底上沉积和形成。
当例如非导电性气体离解且跨越衬底与衬底支撑件之间的间隙而发生电流放电时，会在衬底与衬底支撑件、喷头、或室主体之间发生电弧(Arcing)。电弧可能使衬底中的敏感电路劣化和/或对其造成损害。这使得加工良率降低，从而导致制造损失和成本增加。
发明内容
提供了一种衬底处理系统，并且其包含衬底支撑件和电源电路。所述衬底支撑件被配置成支撑衬底。所述衬底支撑件包含一或更多个加热元件。所述电源电路包含：直流-交流转换器，其被配置成将第一直流电压转换为第一交流电压，其中所述直流-交流转换器包含至少一个开关；以及隔离电路，其包含耦合电感器或变压器中的一者。所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者被配置成将所述第一交流电压转换为第二交流电压，并且将所述一或更多个加热元件与接地隔离。所述电源电路被配置成基于所述第二交流电压而提供输出电压至所述一或更多个加热元件。
在其他特征中，所述隔离电路被配置成将所述第二交流电压供应至所述一或更多个加热元件。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含控制器。所述直流-交流转换器包含开关和所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组。所述控制器被配置成在提供功率至所述一或更多个加热元件时以预定频率使所述开关在导通与关断状态之间变换。在其他特征中，所述预定频率介于10千赫和100千赫之间。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件。
在其他特征中，所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者和所述交流-直流转换器提供降压转换器。所述变压器为降压变压器。
在其他特征中，所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者和所述交流-直流转换器提供升压转换器；并且所述变压器是升压变压器。
在其他特征中，所述直流-交流转换器包含金属氧化物半导体场效晶体管，其与所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级线圈串联连接。所述交流-直流转换器包含：二极管，其与所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的次级绕组串联连接，以及电容器，其与所述一或更多个加热元件并联连接，且跨接所述次级绕组与所述二极管。
在其他特征中，所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者包含初级绕组和次级绕组。所述初级绕组连接至所述接地；并且所述次级绕组未连接至所述接地。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含控制器。所述直流-交流转换器包含H电桥。所述H电桥包含第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。所述控制器被配置成在提供功率至所述一或更多个加热元件时使所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关在导通与关断状态之间变换。
在其他特征中，所述控制器被配置成：在将所述第二开关和所述第三开关变换为关断状态的同时，将所述第一开关和所述第四开关变换为导通状态；以及在将所述第二开关和所述第三开关变换为导通状态的同时，将所述第一开关和所述第四开关变换为关断状态。
在其他特征中，所述第一开关与所述第二开关串联连接。所述第三开关与所述第四开关串联连接，并且一起与所述第一开关和所述第二开关的串联组合并联连接。
在其他特征中，所述第一开关和所述第二开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第一端。所述第三开关和所述第四开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第二端。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件。所述初级绕组接收所述第一交流电压。所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的次级绕组将所述第二交流电压供应至所述第一交流-直流转换器。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件。所述交流-直流转换器包含：二极管，其与所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的次级绕组串联连接，以及电容器，其与所述一或更多个加热元件并联连接，且跨接所述次级绕组与所述二极管。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含第一交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件。所述一或更多个加热元件包含第一加热元件。所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者包含初级绕组和第一次级绕组。所述第一交流-直流转换器连接至所述第一次级绕组，并且将所述第二直流电压提供至所述第一加热元件。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含第二交流-直流转换器。所述一或更多个加热元件包含第二加热元件。所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者包含第二次级绕组。所述第二交流-直流转换器将所述第一交流电压转换为第三交流电压，并且将所述第三交流电压提供至所述第二加热元件。
在其他特征中，提供了一种衬底处理系统，并且其包含衬底支撑件、电源电路和控制器。所述衬底支撑件被配置成支撑衬底。所述衬底支撑件包含一或更多个加热元件。所述电源电路包含：开关，其被配置成接收第一直流电压；耦合电感器或变压器中的一者，其包含初级绕组和次级绕组，其中所述初级绕组连接至所述开关和接地，且其中所述次级绕组未连接至所述接地；二极管，其与所述次级绕组串联连接，以及电容器，其连接至所述二极管，并且与所述一或更多个加热元件并联连接。所述二极管和所述电容器将所述次级绕组的交流输出转换为第二直流电压。所述电容器将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件。所述控制器被配置成在为所述一或更多个加热元件供电时以预定频率使所述开关在导通状态与关断状态之间变换。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含第二电容器。在所述第二电容器的两端而接收所述第一直流电压。所述开关连接至所述第二电容器的输出端。
在其他特征中，提供了一种衬底处理系统，并且其包含衬底支撑件，其被配置成支撑衬底。所述衬底支撑件包含一或更多个加热元件。所述衬底处理系统还包含电源电路和控制器。所述电源电路包含：H电桥，其被配置成接收第一直流电压，其中所述H电桥包含第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；耦合电感器或变压器中的一者，其包含初级绕组和次级绕组，其中所述初级绕组连接至所述H电桥和接地，且其中所述次级绕组未连接至所述接地；二极管，其与所述次级绕组串联连接；以及电容器，其连接至所述二极管，并且与所述一或更多个加热元件并联连接。所述二极管和所述电容器将所述次级绕组的交流输出转换为第二直流电压。所述电容器将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件。所述控制器被配置成在为所述一或更多个加热元件供电时以预定频率使所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关在导通状态与关断状态之间变换。
在其他特征中，所述第一开关与所述第二开关串联连接。所述第三开关与所述第四开关串联连接，并且一起与所述第一开关和所述第二开关的串联组合并联连接。所述第一开关和所述第二开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第一端。所述第三开关和所述第四开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第二端。
在其他特征中，所述衬底处理系统还包含第二电容器，其被配置成接收所述第一直流电压。所述第二电容：与所述第一开关和所述第二开关的串联组合并联连接，并且与所述第三开关和所述第四开关的串联组合并联连接。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1为根据本发明的实施方案包含用于衬底支撑件的一或更多个加热元件的隔离电路的衬底处理系统的示例的功能框图；
图2为根据本发明的实施方案显示对应的电源电路的另一衬底处理系统的示例的功能框图；
图3为根据本发明的实施方案包含隔离电路和降压转换器的电源电路的示例的功能框图；
图4为根据本发明的实施方案包含隔离电路和升压转换器的另一电源电路的示例的功能框图；
图5为根据本发明的实施方案包含H电桥和隔离电路的另一电源电路的示例的功能框图；以及
图6为根据本发明的实施方案的隔离电路和多个交流(AC)-直流(DC)转换器的示例的功能框图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
在PECVD和等离子体增强原子层沉积(PEALD)处理系统中，衬底支撑件被设置于处理室中，且可包含嵌在衬底支撑件内的一或更多个加热元件。衬底支撑件可由例如氮化铝(AlN3)所形成。加热元件被用于设定衬底支撑件的处理温度以及放置于衬底支撑件上的衬底的温度。可提供AC功率以将功率供应至加热元件。例如，AC功率可以具有50-60赫兹(Hz)的频率。因标准安全规范的理由，AC功率以接地为参考。可使处理室的壁部连接至接地。
随着衬底支撑件的温度增加，衬底支撑件可能变得更具导电性。这对于由AlN3所形成的衬底支撑件而言是真实的。因此，电流可能从设置于衬底支撑件中的加热元件经由衬底支撑件的一部分而泄漏至衬底，接着流至等离子体，然后电流可以经由喷头和/或室壁而流至接地。因此，在例如衬底支撑件与衬底之间、衬底支撑件至喷头之间、或衬底支撑件至室壁之间可能发生电弧(arcing)，其可能使得衬底劣化。
本文所公开的示例包含电源电路，其包含用于供应功率至衬底支撑件内的加热元件的隔离电路。隔离电路将加热元件与接地隔离，并且最小化和/或避免因电流从加热元件泄漏而导致的衬底支撑件与衬底之间的电弧。电源电路还实现高速切换，其使得能使用较小的磁性元件，因此容许在隔离电路中使用较小的变压器。与原本将例如60Hz AC信号与接地隔离所需的变压器相比，这些变压器小许多且成本较低。因此，所公开的示例(包括高速切换与隔离电路的组合)容许使用小型电源电路。
图1显示了包含ESC101的衬底处理系统100。可将ESC101配置为与本文所公开的衬底支撑件的任一者相同或相似。虽然图1显示了电容耦合等离子体(CCP)系统，但本文所公开的实施方案适用于变压器耦合等离子体(TCP)系统、感应耦合等离子体(ICP)系统、和/或包含具有加热元件的衬底支撑件的其他系统和等离子体源。这些实施方案适用于等离子体气相沉积(PVD)处理、PECVD处理、PEALD处理、化学增强等离子体气相沉积(CEPVD)处理。虽然ESC101被显示为包含单块的本体102，但ESC101可具有其他结构，包括多板衬底支撑件。本体102可以由不同材料和/或不同陶瓷成分形成。本体102可包含例如氮化铝(AlN3)和/或其他合适的衬底支撑件材料。
衬底处理系统100包含处理室104。ESC101被包围在处理室104内。处理室104还包围其他部件(例如上电极105)，且容纳RF等离子体。在操作期间，衬底107被设置于ESC101上，且被静电夹持在ESC101上。仅举例而言，上电极105可包含喷头109，其将气体导入并进行分配。喷头109可包含杆部111，该杆部包含连接于处理室104的顶部表面的一端。喷头109一般为圆柱形，且从杆部111的另一端(位于与处理室104的顶部表面相隔开的位置)径向往外延伸。喷头109面对衬底的表面包含孔洞，处理气体或清扫气体经由这些孔洞流过。替代地，上电极105可包含导电板，且处理气体可经由另一方式导入。
ESC101可包含温度控制元件(TCEs)，其也称为加热元件。举例而言，图1显示了包含单一加热元件110的ESC101。虽然显示了单一的加热元件110，但ESC101中可包含任何数量的加热元件(另一示例被显示于图2中)。
RF产生系统120产生RF电压并将其输出至上电极105和ESC101中的一或更多个下电极116。上电极105和ESC101中的一者可以是DC接地、AC接地或处于浮动电位。仅举例而言，RF产生系统120可包含产生RF电压的一或更多RF产生器122(例如，电容耦合等离子体RF功率产生器、偏压RF功率产生器、和/或其他RF功率产生器)，RF电压通过一或更多个匹配和分配网络124馈送至上电极105和/或ESC101。举例而言，显示了等离子体RF产生器123、偏置RF产生器125、等离子体RF匹配网络127和偏置RF匹配网络129。等离子体RF产生器123可以是高功率RF产生器，其产生例如6-10千瓦(kW)以上的功率。偏置RF匹配网络将功率供应至RF电极，如RF电极116。
气体输送系统130包含一或更多个气体源132-1、132-2、...、以及132-N(统称气体源132)，其中N是大于零的整数。气体源132供应一或更多种前体及其气体混合物。气体源132也可供应蚀刻气体、载气、和/或清扫气体。也可使用经汽化的前体。气体源132经由阀134-1、134-2、...、和134-N(统称阀134)以及质量流量控制器136-1、136-2、...、和136-N(统称质量流量控制器136)而连接至歧管140。歧管140的输出被馈送至处理室104。仅举例而言，歧管140的输出被馈送至喷头109。
衬底处理系统100还包含加热系统141，其包含温度控制器142，该温度控制器142可连接至加热元件110。温度控制器142控制电源电路144，其供应功率至加热元件110。电源电路144包含隔离电路145，其将加热元件110和对应的功率线与接地隔离，从而最小化和/或避免因电流从加热元件110泄漏而导致的电弧(arcing)。可以将电源电路144实施为本文所公开的电源电路(包括图2-5中所示者)中的任一者。
虽然与系统控制器160分开显示，但温度控制器142可作为系统控制器160的一部分而实施。ESC101可包含多个温度控制区域，其中这些区域中的每一者包含温度传感器和加热元件。温度控制器142可监控由温度传感器所指示的温度，并调整供应至加热元件的电流、电压和/或功率，以将温度调整至目标温度。电源电路144还可以将功率(包含高电压)提供至电极131，以将衬底107静电夹持在ESC101上。电源电路144可以由系统控制器160控制。
温度控制器142可以控制加热元件的操作，从而控制加热元件的温度，并因此控制衬底(例如衬底107)的温度。温度控制器142基于来自处理室104内的温度传感器143的检测参数而控制供应至加热元件的电流。温度传感器143可以包含电阻温度器件、热电偶、数字温度传感器、和/或其他合适的温度传感器。
阀156和泵158可用于从处理室104排空反应物。系统控制器160可控制衬底处理系统100的部件，包括控制所供应的RF功率电平、所供应的气体的压力和流率、RF匹配等。系统控制器160控制阀156和泵158的状态。机械手164可用于传送衬底至ESC101上以及从ESC101移除衬底。例如，机械手164可在ESC101与加载锁166之间转移衬底。机械手164可由系统控制器160控制。系统控制器160可控制加载锁166的操作。
本文所提及的阀、气体泵、功率源、RF产生器等可称为致动器。本文所指的加热元件、气体通道等可称为温度调整元件。
图2显示了衬底处理系统200，其包含具有室壁204的处理室202。衬底支撑件206和喷头208被设置于处理室202中。衬底支撑件206支撑衬底210，且包含夹持电极131、RF电极116和加热元件212。虽然(i)夹持电极131被显示为在单一水平面中、(ii)RF电极116被显示为在单一水平面中、且(iii)加热元件212被显示为在单一水平面中，但电极131、116和加热元件212可按照其他配置方式设置于衬底支撑件206中。
衬底处理系统200还包含功率源220和电源电路222，其中电源电路222包含滤波器224、DC-AC转换器226、隔离电路228和任选的AC-DC转换器230。在一实施方案中，不包含AC-DC转换器230，且隔离电路228的输出被提供至加热元件212。可将隔离电路228直接连接至加热元件212。功率源220将DC电压供应至电源电路222，DC电压在滤波器224处被接收。滤波器224在DC电压被DC-AC转换器226接收之前将噪声消除，DC-AC转换器226将DC电压转换为第一AC电压。电源电路222、滤波器224、DC-AC转换器226、隔离电路228以及任选的AC-DC转换器230的示例被显示于图3-5中。
隔离电路228将加热元件212与DC-AC转换器226的输出及接地隔离。这有助于避免衬底支撑件206与衬底之间的电弧。显示了一示例性路径232，如果未实施所公开的电源电路222等，则电流可以从加热元件212沿着该路径232行进。隔离电路228可包含变压器，其将第一AC电压转换为第二AC电压。AC-DC转换器230将AC电压转换为一或更多个DC电压，其被提供至加热元件212。
图3显示了包含滤波器302、DC-AC转换器304、以及同步降压转换器305的电源电路300，其将功率提供至加热元件R1。降压转换器305包含隔离电路306和任选的AC-DC转换器308。在一实施方案中，不包含AC-DC转换器308，且隔离电路306的输出被提供至加热元件R1。可将隔离电路306直接连接至加热元件R1。滤波器302包含电容器C1，该电容器C1在第一端接收第一DC电压，且在第二端连接至接地316。DC-AC转换器304将第一DC电压转换为第一AC电压，且包含开关S1和隔离电路306的初级线圈312。开关S1可以是如图所示的金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)、双极晶体管、和/或其他合适的开关。控制器310控制开关S1在导通(ON)与关断(OFF)状态之间的切换。控制器310可被实施为图1的温度控制器142，且可在提供功率至加热元件R1时以预定的切换频率(例如，10-100千赫(kHz))使开关S1在导通与关断状态之间变换。在一实施方案中，切换频率为48kHz。切换频率可大于100kHz。当切换频率大于100kHz时，包含额外的滤波部件。
隔离电路306包含变压器T1。可利用耦合电感器代替变压器T1。可将变压器实施为返驰型变压器。在所示的示例中，将变压器T1实施为降压变压器，其将第一AC电压转换为小于第一AC电压的第二AC电压。变压器T1包含初级线圈312及次级线圈314。初级线圈312与开关S1串联连接，且连接至接地316。次级线圈314具有连接至AC-DC转换器308的二极管D1的阳极的第一端、以及可连接至共同(或参考)接地318的第二端。参考接地318处于与接地316不同的电压电位。
AC-DC转换器308包含二极管D1和电容器C2。二极管对第二AC电压进行整流，以提供跨电容器C2提供的第二DC电压。电容器C2的第一端连接至二极管D1的阴极，且电容器的第二端连接至参考接地318。电容器C2与加热元件R1并联连接。加热元件R1接收第二AC电压。
图4显示了包含滤波器402、DC-AC转换器404、以及同步升压转换器405的电源电路400，其将功率提供至加热元件R1。升压转换器405包含隔离电路406和任选的AC-DC转换器408。在一实施方案中，不包含AC-DC转换器408，且隔离电路406的输出被提供至加热元件R1。可将隔离电路406直接连接至加热元件R1。滤波器402包含电容器C1，该电容器C1在第一端接收第一DC电压，且在第二端连接至接地416。DC-AC转换器404将第一DC电压转换为第一AC电压，且包含开关S1和隔离电路406的初级线圈412。开关S1可以是如图所示的MOSFET、双极晶体管、和/或其他合适的开关。控制器410控制开关S1在导通(ON)与关断(OFF)状态之间的切换。控制器410可被实施为图1的温度控制器142，且可在提供功率至加热元件R1时以预定的切换频率(例如，10-100千赫(kHz))使开关S1在导通与关断状态之间变换。在一实施方案中，切换频率为48kHz。切换频率可大于100kHz。当切换频率大于100kHz时，包含额外的滤波元件。
隔离电路406包含变压器T1。可利用耦合电感器代替变压器T1。可将变压器实施为返驰型变压器。在所示的示例中，将变压器T1实施为升压变压器，其将第一AC电压转换为大于第一AC电压的第二AC电压。变压器T1包含初级线圈412和次级线圈414。初级线圈412与开关S1串联连接，且连接至接地416。次级线圈414具有连接至任选的AC-DC转换器408的二极管D1的阳极的第一端、以及可连接至共同(或参考)接地418的第二端。参考接地418处于与接地416不同的电压电位。
AC-DC转换器408包含二极管D1和电容器C2。二极管对第二AC电压进行整流，以提供跨电容器C2提供的第二DC电压。电容器C2的第一端连接至二极管D1的阴极，且电容器的第二端连接至参考接地418。电容器C2与加热元件R1并联连接。加热元件R1接收第二AC电压。
图5显示了包含滤波器502、DC-AC转换器504、隔离电路506、和任选的AC-DC转换器508的电源电路500，其将功率提供至加热元件R1。在一实施方案中，不包含AC-DC转换器508，且隔离电路506的输出被提供至加热元件R1。可将隔离电路506直接连接至加热元件R1。滤波器502包含电容器C1，其跨输入端子连接并且接收第一DC电压。DC-AC转换器504将第一DC电压转换为第一AC电压，并且包含H电桥505、控制器510、以及隔离电路506的初级线圈512。
H电桥包含开关S1-S4，其可被实施为如图所示的MOSFET开关、双极晶体管、和/或其他合适的开关。控制器510控制开关S1-S4在导通(ON)与关断(OFF)状态之间的切换。可将控制器510实施为图1的温度控制器142。控制器510产生控制信号，其被提供至开关S1-S4的栅极，且在提供功率至加热元件R1时以预定的切换频率(例如，10-100千赫(kHz))使开关S1-S4在导通与关断状态之间变换。在一实施方案中，切换频率为48kHz。切换频率可大于100kHz。当切换频率大于100kHz时，可包含额外的滤波元件。当开关S2和S3处于关断状态时，开关S1和S4可处于导通状态。相似地，当开关S1及S4处于导通状态时，开关S2和S3可处于关断状态。
开关S1与S2串联连接，且S1-S2串联组合系与电容器Cl并联连接。开关S3与S4串联连接，且S3-S4串联组合与电容器C1并联连接。可利用耦合电感器代替变压器T1。
DC-AC转换器504将第一DC电压转换为第一AC电压，其在初级线圈512处提供。初级线圈512的第一端连接至开关S1的源极和开关S2的漏极，且第二端连接至开关S3的源极和开关S4的漏极。隔离电路506包含变压器T1，其具有初级线圈512和次级线圈514。变压器T1将第一AC电压转换为第二AC电压。变压器T1可为降压变压器或升压变压器。
AC-DC转换器508包含二极管D1和电容器C2。次级线圈514具有连接至二极管D1的阳极的第一端、以及连接至电容器C2的第二端。二极管D1对第二AC电压进行整流，以提供跨电容器C2提供的第二DC电压。电容器C2的第一端连接至二极管D1的阴极，且电容器的第二端连接至次级线圈514。电容器C2与加热元件R1并联连接。加热元件R1接收第二AC电压。
在一实施方案中，提供了图2-5的电源电路222、300、400、500以用于衬底支撑件的各个加热元件。在另一实施方案中，电源电路222、300、400、500的变压器T1中的每一者包含多个次级线圈，其提供AC电压至相应的AC-DC转换器及相应的加热元件。在另一实施方案中，所述实施方案的AC-DC转换器中的每一者提供电流至一或更多个加热元件。一示例被显示于图6中。
图6显示了隔离电路600和多个AC-DC转换器602、604、606。隔离电路600包含变压器T2，其可替代图2-5的变压器T1或耦合电感器中的任一者。变压器T2包含初级线圈608和次级线圈610、612、614。虽然变压器T2被显示为具有三个次级线圈，但变压器T2可具有任何数量的次级线圈。变压器T2将第一AC电压转换为一或更多个其他AC电压。该一或更多个其他AC电压被提供至AC-DC转换器602、604、606。AC-DC转换器602、604、606可接收相同的AC电压或不同的AC电压。次级线圈610、612、614可具有相同数量的绕组或不同数量的绕组。
AC-DC转换器602、604、606包含相应的二极管D1-D3和电容器C2-C4，并且将接收的AC电压转换为第二DC电压，其被提供至一或更多个加热元件(例如，加热元件R1-R5)。可以将AC-DC转换器602、604、606中的每一者的加热元件串联和/或并联连接。虽然显示出某些串联和并联配置方式，但可以包含其他的串联和/或并联配置方式。AC-DC转换器602、604、606中的每一者可包含任何数量的加热元件。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改方案将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出与具体系统连接或通过接口连接的工具和其他转移工具和/或装载锁。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (22)

1.一种衬底处理系统，其包含：
衬底支撑件，其被配置成支撑衬底，其中所述衬底支撑件包含一或更多个加热元件；以及
电源电路，其包含：
直流-交流转换器，其被配置成将第一直流电压转换为第一交流电压，其中所述直流-交流转换器包含至少一个开关，以及
隔离电路，其包含耦合电感器或变压器中的一者，其中所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者被配置成将所述第一交流电压转换为第二交流电压，并且将所述一或更多个加热元件与接地隔离，
其中所述电源电路被配置成基于所述第二交流电压而提供输出电压至所述一或更多个加热元件。
2.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述隔离电路被配置成将所述第二交流电压供应至所述一或更多个加热元件。
3.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其还包含控制器，其中：
所述直流-交流转换器包含开关和所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组；并且
所述控制器被配置成在提供功率至所述一或更多个加热元件时以预定频率使所述开关在导通与关断状态之间变换。
4.根据权利要求3所述的衬底处理系统，其中所述预定频率介于10千赫和100千赫之间。
5.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其还包含交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件。
6.根据权利要求5所述的衬底处理系统，其中：
所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者和所述交流-直流转换器提供降压转换器；并且
所述变压器为降压变压器。
7.根据权利要求5所述的衬底处理系统，其中：
所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者和所述交流-直流转换器提供升压转换器；并且
所述变压器是升压变压器。
8.根据权利要求5所述的衬底处理系统，其中：
所述直流-交流转换器包含金属氧化物半导体场效晶体管，其与所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级线圈串联连接；并且
所述交流-直流转换器包含：
二极管，其与所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的次级绕组串联连接，以及
电容器，其与所述一或更多个加热元件并联连接，且跨接所述次级绕组与所述二极管。
9.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中：
所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者包含初级绕组和次级绕组；
所述初级绕组连接至所述接地；并且
所述次级绕组未连接至所述接地。
10.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其还包含控制器，其中：
所述直流-交流转换器包含H电桥；
所述H电桥包含第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；并且
所述控制器被配置成在提供功率至所述一或更多个加热元件时使所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关在导通与关断状态之间变换。
11.根据权利要求10所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成：
在将所述第二开关和所述第三开关变换为关断状态的同时，将所述第一开关和所述第四开关变换为导通状态；以及
在将所述第二开关和所述第三开关变换为导通状态的同时，将所述第一开关和所述第四开关变换为关断状态。
12.根据权利要求10所述的衬底处理系统，其中：
所述第一开关与所述第二开关串联连接；并且
所述第三开关与所述第四开关串联连接，并且一起与所述第一开关和所述第二开关的串联组合并联连接。
13.根据权利要求12所述的衬底处理系统，其中：
所述第一开关和所述第二开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第一端；并且
所述第三开关和所述第四开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第二端。
14.根据权利要求13所述的衬底处理系统，其还包含交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件，其中：
所述初级绕组接收所述第一交流电压；并且
所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的次级绕组将所述第二交流电压供应至所述第一交流-直流转换器。
15.根据权利要求13所述的衬底处理系统，其还包含交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件，其中所述交流-直流转换器包含：
二极管，其与所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的次级绕组串联连接，以及
电容器，其与所述一或更多个加热元件并联连接，且跨接所述次级绕组与所述二极管。
16.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其还包含第一交流-直流转换器，其被配置成将所述第二交流电压转换为第二直流电压，并且将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件，其中：
所述一或更多个加热元件包含第一加热元件；
所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者包含初级绕组和第一次级绕组；并且
所述第一交流-直流转换器连接至所述第一次级绕组，并且将所述第二直流电压提供至所述第一加热元件。
17.根据权利要求16所述的衬底处理系统，其还包含第二交流-直流转换器，其中：
所述一或更多个加热元件包含第二加热元件；
所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者包含第二次级绕组；并且
所述第二交流-直流转换器将所述第一交流电压转换为第三交流电压，并且将所述第三交流电压提供至所述第二加热元件。
18.一种衬底处理系统，其包含：
衬底支撑件，其被配置成支撑衬底，其中所述衬底支撑件包含一或更多个加热元件；
电源电路，其包含：
开关，其被配置成接收第一直流电压，
耦合电感器或变压器中的一者，其包含初级绕组和次级绕组，其中所述初级绕组连接至所述开关和接地，且其中所述次级绕组未连接至所述接地，
二极管，其与所述次级绕组串联连接，以及
电容器，其连接至所述二极管，并且与所述一或更多个加热元件并联连接，其中所述二极管和所述电容器将所述次级绕组的交流输出转换为第二直流电压，且其中所述电容器将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件；以及
控制器，其被配置成在为所述一或更多个加热元件供电时以预定频率使所述开关在导通状态与关断状态之间变换。
19.根据权利要求18所述的衬底处理系统，其还包含第二电容器，其中：
在所述第二电容器的两端接收所述第一直流电压；并且
所述开关连接至所述第二电容器的输出端。
20.一种衬底处理系统，其包含：
衬底支撑件，其被配置成支撑衬底，其中所述衬底支撑件包含一或更多个加热元件；
电源电路，其包含：
H电桥，其被配置成接收第一直流电压，其中所述H电桥包含第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，
耦合电感器或变压器中的一者，其包含初级绕组和次级绕组，其中所述初级绕组连接至所述H电桥和接地，且其中所述次级绕组未连接至所述接地，
二极管，其与所述次级绕组串联连接，以及
电容器，其连接至所述二极管，并且与所述一或更多个加热元件并联连接，其中所述二极管和所述电容器将所述次级绕组的交流输出转换为第二直流电压，且其中所述电容器将所述第二直流电压提供至所述一或更多个加热元件；以及
控制器，其被配置成在为所述一或更多个加热元件供电时以预定频率使所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关在导通状态与关断状态之间变换。
21.根据权利要求20所述的衬底处理系统，其中：
所述第一开关与所述第二开关串联连接；
所述第三开关与所述第四开关串联连接，并且一起与所述第一开关和所述第二开关的串联组合并联连接；
所述第一开关和所述第二开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第一端；并且
所述第三开关和所述第四开关连接至所述耦合电感器或所述变压器中的所述一者的初级绕组的第二端。
22.根据权利要求21所述的衬底处理系统，其还包含第二电容器，其被配置成接收所述第一直流电压，
其中所述第二电容：
与所述第一开关和所述第二开关的串联组合并联连接，并且
与所述第三开关和所述第四开关的串联组合并联连接。
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