CN114730690A - 具有校正的纳秒脉冲发生器偏置补偿 - Google Patents

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CN114730690A CN202080079343.5A CN202080079343A CN114730690A CN 114730690 A CN114730690 A CN 114730690A CN 202080079343 A CN202080079343 A CN 202080079343A CN 114730690 A CN114730690 A CN 114730690A
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Abstract

一些实施例包括一种高电压脉冲发生电路，包括：高电压脉冲发生电源；变压器，其与所述高电压脉冲发生电源电耦合；输出，其与所述变压器电耦合，并且配置为输出具有大于1kV的幅度、大于1kHz的脉冲重复频率的高电压脉冲；偏置补偿电路，其被布置为与所述输出并联，所述偏置补偿电路包括：第一电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述高电压脉冲发生电源之间的任何杂散电感；和第二电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述输出之间的任何杂散电感。

Description

具有校正的纳秒脉冲发生器偏置补偿
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年11月15日提交的题为“NANOSECOND PULSER BIASCOMPENSATION WITH CORRECTION”的美国临时专利申请No.62/936,288的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本申请要求于2019年11月18日提交的题为“NANOSECOND PULSER BIASCOMPENSATION WITH CORRECTION”的美国临时专利申请No.62/937,214的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
在等离子体沉积系统中，晶圆一般通过卡夹(chuck)以静电方式固定在处理腔室中。在腔室内创建等离子体，并且引入高电压脉冲，以将等离子体内的离子加速到晶圆上。如果卡夹与晶圆之间的电势超过特定电压阈值(例如，大约±2kV)，则晶圆上的力可以大得足以损坏或破坏晶圆。
发明内容
一些实施例包括一种高电压脉冲发生电路，其包括：高电压脉冲发生电源；变压器，其与所述高电压脉冲发生电源电耦合；输出，其与所述变压器电耦合，并且配置为输出具有大于1kV的幅度、大于1kHz的脉冲重复频率的高电压脉冲；和偏置补偿电路，其与所述变压器以及一端的输出和另一端的地电耦合，其中，所述偏置补偿电路的杂散电感小于大约1μH。
在一些实施例中，所述偏置补偿电路包括偏置补偿二极管、DC电源和偏置补偿电容器。
在一些实施例中，所述偏置补偿电路包括：第一电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述高电压脉冲发生电源之间的杂散电感；和第二电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述输出之间的杂散电感。
在一些实施例中，所述第二电感小于大约1μH。
在一些实施例中，所述第一电感大于所述第二电感。在一些实施例中，所述第二电感小于所述第一电感的20％。
在一些实施例中，所述偏置补偿电路还包括：偏置补偿二极管；DC电源；和多个开关，其被布置为与所述偏置补偿二极管并联。在一些实施例中，所述高电压脉冲发生电源产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲；以及其中，所述多个开关在所述多个高电压突发中的每个突发期间打开，并且在所述多个高电压突发中的每个突发之间闭合。
一些实施例包括一种高电压脉冲发生电路，包括：高电压脉冲发生电源；变压器，其与所述高电压脉冲发生电源电耦合；输出，其与所述变压器电耦合，并且配置为输出具有大于1kV的幅度、大于1kHz的脉冲重复频率的高电压脉冲；和偏置补偿电路，其与所述变压器以及一端的输出和另一端的地电耦合，所述偏置补偿电路包括：第一电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述高电压脉冲发生电源之间的杂散电感；和第二电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述输出之间的杂散电感。
在一些实施例中，所述第二电感小于大约1μH。在一些实施例中，所述第一电感大于所述第二电感。在一些实施例中，所述第二电感小于所述第一电感的20％。
在一些实施例中，所述偏置补偿电路还包括：偏置补偿二极管；DC电源；和多个开关，其被布置为与所述偏置补偿二极管并联。在一些实施例中，所述高电压脉冲发生电源产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲；以及其中，所述多个开关在每个突发期间打开。
一些实施例包括一种高电压脉冲发生电路，包括：高电压脉冲发生电源；变压器，其与所述高电压脉冲发生电源电耦合；输出，其与所述变压器电耦合，并且配置为输出具有大于1kV的幅度、大于1kHz的脉冲重复频率的高电压脉冲；和偏置补偿电路，其与所述变压器以及一端的输出和另一端的地电耦合。在一些实施例中，所述偏置补偿电路包括：杂散电感，其小于大约1μH；偏置补偿二极管；DC电源，其被布置为与所述偏置补偿二极管串联；和电感器，其被布置为与所述偏置补偿二极管和所述DC电源串联。
在一些实施例中，所述高电压脉冲发生电路可以包括偏置补偿电阻器，其被布置为跨越所述偏置补偿二极管。
在一些实施例中，所述偏置补偿具有小于大约100kΩ的电阻。
在一些实施例中，所述高电压脉冲发生电路可以包括：所述偏置补偿二极管与所述输出与所述变压器之间的点之间的第一杂散电感小于大约1μH。
在一些实施例中，所述高电压脉冲发生电路可以包括：所述偏置补偿二极管与所述电容器之间的第二杂散电感小于大约1μH。
在一些实施例中，所述高电压脉冲发生电路可以包括：所述电容器和地之间的第一杂散电感小于大约1μH。
在一些实施例中，所述电容器具有小于大约1mF的电容。
在一些实施例中，所述偏置补偿电路还包括：偏置补偿二极管；DC电源；和多个开关，其被布置为与所述偏置补偿二极管并联。在一些实施例中，所述高电压脉冲发生电源产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲；以及其中，所述多个开关在每个突发期间打开。
提及这些说明性实施例不是为了限制或定义本公开，而是为了提供示例以帮助理解本公开。在具体实施方式中讨论附加实施例，并且在此提供进一步的描述。通过检查本说明书或通过实践所提出的一个或多个实施例，可以进一步理解由各个实施例中的一个或多个提供的优点。
附图说明
当参照附图阅读以下具体实施方式时，更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。
图1是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图2示出根据一些实施例的由高电压脉冲发生电路产生的示例波形。
图3是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图4示出根据一些实施例的由高电压脉冲发生电路产生的示例波形。
图5是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图6示出根据一些实施例的由高电压脉冲发生电路产生的示例波形。
图7是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图8示出根据一些实施例的由高电压脉冲发生电路产生的示例波形。
图9是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图10示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形。
图11A示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形。
图11B示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形。
图12是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图13是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。缓冲器和分压电阻器
图14是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图15是根据一些实施例的具有隔离电源的高电压开关的框图。
图16示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形。
图17示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形。
图18示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形。
图19是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图20是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图21是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
图22是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路的电路图。
具体实施方式
在等离子体沉积系统中，晶圆一般通过卡夹(chuck)以静电方式固定在处理腔室中。在处理腔室内创建等离子体，并且引入高电压脉冲，以将等离子体内的离子加速到晶圆上。如果卡夹与晶圆之间的电势超过特定电压阈值(例如，大约±2kV)，则晶圆上的力可以大得足以损坏或破坏晶圆。此外，可以有益的是，将较高的电压脉冲引入处理腔室中，以增加沟道深度，改进质量，或加速蚀刻工艺。将高的和较高的电压脉冲引入沉积处理腔室内的等离子体中可能影响卡夹与晶圆之间的电势并且可能损坏或破坏晶圆。
公开用于在高电压脉冲发生的时段期间以及在没有高电压脉冲发生的时段期间确保晶圆与卡夹之间的电压接近或低于阈值(例如，大约±2kV)的系统和方法。例如，这些系统当使用高电压射频电源时也可以限制晶圆的自偏置。例如，这些系统和方法可以补偿电压改变，以确保卡夹与晶圆之间的电压不超过电压阈值。
在一些实施例中，高电压脉冲发生电路可以产生具有大约1kV、2kV、5kV、10kV、15kV、20kV、30kV、40kV等的幅度的引入等离子体中的脉冲电压。在一些实施例中，高电压脉冲发生电路可以通过高达大约500kHz的频率进行开关。在一些实施例中，高电压脉冲发生电路可以提供从大约50纳秒到大约1纳秒的变化的脉冲宽度的单个脉冲。在一些实施例中，高电压脉冲发生电路可以按大于大约10kHz的频率进行开关。在一些实施例中，高电压脉冲发生电路可以通过小于大约20ns的上升时间进行操作。
如本文献通篇所使用的那样，术语“高电压”可以包括大于大约1kV、10kV、20kV、50kV、100kV、1,000kV等的电压；术语“高频率”可以是大于大约1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的频率；术语“高重复率”可以是大于大约1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的率，术语“快速上升时间”可以包括小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的上升时间；术语“快速下降时间”可以包括小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的下降时间；术语“低电容”可以包括小于大约1.0pF、10pF、100pF、1,000pF等的电容；术语“低电感”可以包括小于大约10nH、100nH、1,000nH、10,000nH等的电感；并且术语“短脉冲宽度”可以包括小于大约10,000ns、1,000ns、500ns、250ns、100ns、20ns等的脉冲宽度。
图1是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路100的电路图。高电压脉冲发生电路100可以概括为六个级(这些级可以分解为其他级或概括为更少的级，或可以包括或可以不包括图中所示的组件)。高电压脉冲发生电路100包括脉冲发生器级101、电阻输出级102、引线级103、DC偏置电路104、第二引线级105和等离子体负载106。脉冲发生器级101、电阻输出级102和/或DC偏置电路104可以包括高电压脉冲发生电路。引线级103或第二引线级105也可以包括于高电压脉冲发生电路中。而等离子体负载106可以包括处理腔室内的等离子体负载。
在一些实施例中，可以包括于等离子体负载106中的处理腔室可以包括：处理腔室主体，其包括处理腔室盖；一个或多个侧壁；和处理腔室底座，其限定处理体积。部署通过处理腔室盖气体入口用以从与其流体连通的处理气体源向处理体积提供一种或多种处理气体。在一些实施例中，等离子体发生器可以配置为：从处理气体点燃并且维持处理等离子体，包括部署在处理体积之外的处理腔室盖附近的一个或多个电感线圈或天线。例如，一个或多个电感线圈可以例如经由RF匹配电路电耦合到RF电源。等离子体发生器用以使用处理气体和由电感线圈和RF电源生成的电磁场点燃并且维持处理等离子体。处理体积可以通过真空出口以流体方式耦合到一个或多个专用真空泵，其可以将处理体积保持在亚大气压条件下并从中抽空处理和/或其他气体。例如，部署在处理体积中的基板支撑组件可以部署在例如延伸通过处理腔室底座的支撑轴上。
在一些实施例中，可以通过在基板的等离子体处理期间用门或阀门密封的一个或多个侧壁之一中的开口将基板装载到处理体积中并且从处理体积移除基板。在一些实施例中，可以使用升降销钉(lift pin)系统向和从ESC基板支撑件的接收表面转移基板。
在一些实施例中，基板支撑组件可以包括支撑底座和/或ESC基板支撑件，其可以热耦合到支撑底座并部署在支撑底座上。在一些实施例中，支撑基座可以用以在基板处理期间调节ESC基板支撑件以及部署在ESC基板支撑件上的基板的温度。在一些实施例中，支撑基座包括部署在其中的一个或多个冷却通道，其以流体方式耦合到冷却剂源(例如，具有相对高电阻的制冷剂源或水源)并与之以流体方式连通。在一些实施例中，ESC基板支撑件包括加热器(例如，嵌入其介电材料中的电阻元件)。在一些实施例中，支撑底座可以由耐腐蚀导热材料(例如，耐腐蚀金属(例如，铝、铝合金或不锈钢))形成，并且用粘合剂或通过机械手段耦合到基板支撑件。在一些实施例中，ESC基板支撑件由介电材料(例如，块状烧结陶瓷材料(例如，耐腐蚀金属氧化物或金属氮化物材料(例如，氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氧化钛(TiO)、氮化钛(TiN)、氧化钇(Y2O3)、它们的混合物或它们的组合)))形成。在一些实施例中，ESC基板支撑件还包括嵌入其介电材料中的偏置电极。在一些实施例中，偏置电极可以包括卡夹极，其可以用以将基板固定(或卡夹)到ESC基板支撑件的支撑表面和/或使用本文件中描述的脉冲化电压偏置方案相对于处理等离子体偏置基板。例如，偏置电极可以由一个或多个导电部分(例如，一个或多个金属网、箔、板或它们的组合)形成。在一些实施例中，偏置电极可以电耦合到HVM，HVM使用电导体(例如，同轴传输线(例如，同轴电缆))向其提供卡夹电压(例如，大约-5000V至大约5000V之间的静态DC电压)。
在一些实施例中，偏置电极可以由ESC基板支撑件的介电材料层与ESC基板支撑件的基板接收表面间隔开，并因此与基板隔开，。在该配置中，平行板状结构由偏置电极和可以具有大约5nF至约50nF之间的有效电容的介电材料层形成。典型地，介电材料层具有大约0.1mm至大约1mm之间(例如，大约0.1mm至大约0.5mm之间(例如，大约0.3mm))的厚度。在一些实施例中，偏置电极可以使用例如传输线的外部导体电耦合到脉冲发生器级101。在一些实施例中，例如，可以选择介电材料和层厚度，以使得介电材料层的电容Ce处于大约5nF至大约50nF之间(例如，大约7至大约10nF之间)。
在一些实施例中，高电压脉冲发生电路可以在可以包括偏置电极的负载上建立脉冲化电压波形。高电压脉冲发生电路可以包括纳秒脉冲发生器、偏置补偿电路、电阻输出级和/或能量恢复电路。通过以预定速率重复闭合和打开其内部开关，纳秒脉冲发生器可以在预定长度的定期反复时间间隔期间保持跨越其输出(即，接地)的预定的、基本恒定的正电压。
传输线可以将高电压脉冲发生电路的输出电连接到卡夹极(例如，偏置电极)。高电压脉冲发生电路的输出可以是等离子体负载106开始的地方。可以连接到耦合组件的偏置电极和/或偏置电极的传输线的电导体可以包括：(a)同轴传输线，其可以包括与具有电感Lrigid的刚性同轴传输线串联的具有电感Lflex的柔性同轴电缆，(b)绝缘高压耐电晕连结引线，(c)裸线，(d)金属棒，(e)电连接器，或(f)(a)-(e)中的电气元件的任何组合。注意，内部电导体可以包括与外部电导体相同的偏置元件。
在一些实施例中，偏置电极可以是嵌入静电卡夹中并通过薄介电材料层与等离子体分离的金属板。在一些实施例中，卡夹极可以是嵌入在静电卡夹部分(例如，ESC基板支撑件)内的偏置电极。外部导体(例如，传输线)和偏置电极具有一些组合的对地杂散电容Cs。
在一些实施例中，高电压脉冲发生电路100(或脉冲发生器级101)可以将脉冲引入负载级中，其中，电压大于1kV、10kV、20kV、50kV、100kV、1,000kV等，其中，上升时间小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等，其中，下降时间小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等，并且频率大于大约1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等。
在一些实施例中，例如，脉冲发生器级101可以包括能够产生大于500V的脉冲、大于10安培的峰值电流或小于大约10,000ns、1,000ns、100ns、10ns等的脉冲宽度的任何设备。作为另一示例，脉冲发生器级101可以产生具有大于1kV、5kV、10kV、50kV、200kV等的幅度的脉冲。作为另一示例，脉冲发生器级101可以产生具有小于大约5ns、50ns或300ns等的上升时间或下降时间的脉冲。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以产生多个高电压突发。例如，每个突发可以包括具有快速上升时间和快速下降时间的多个高电压脉冲。例如，多个高电压脉冲可以具有大约10Hz至10kHz的脉冲重复频率。更具体而言，例如，多个高电压突发可以具有大约10Hz、100Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2.5kHz、5.0kHz、10kHz等的突发重复频率。
在多个高电压突发中的每一个内，高电压脉冲可以具有大约1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的脉冲重复频率。
在一些实施例中，突发重复频率时间从一个突发直到下一突发。操作偏置补偿开关的频率。
在一些实施例中、脉冲发生器级101可以包括与电压源V2耦合的一个或多个固态开关S1(例如，固态开关(例如，比如IGBT、MOSFET、SiC MOSFET、SiC结晶体管、FET、SiC开关、GaN开关、光导开关等))。在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括一个或多个源缓冲电阻器R3、一个或多个源缓冲二极管D4、一个或多个源缓冲电容器C5或一个或多个源续流二极管D2。可以按并联或串联布置一个或多个开关和/或电路。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可产生具有高频率、快速上升时间、快速下降时间、处于高频率等的多个高电压脉冲。脉冲发生器级101可以包括一个或多个纳秒脉冲发生器。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括高电压脉冲发生电源。
例如，脉冲发生器级101可以包括题为“High Voltage Nanosecond Pulser”的美国专利申请序列号14/542,487中描述的任何脉冲发生器，其出于所有目的完整合并到本公开中。例如，脉冲发生器级101可以包括题为“Efficient IGBT Switching”的美国专利No.9,601,283中描述的任何脉冲发生器，其出于所有目的完整合并到本公开中。例如，脉冲发生器级101可以包括题为“High Voltage Transformer”的美国专利申请序列号No.15/365,094中描述的任何脉冲发生器，其出于所有目的完整合并到本公开中。
例如，脉冲发生器级101可以包括高电压开关(例如，参见图3)。例如，脉冲发生器级101可以包括图15中描述的高电压开关1500。作为另一示例，例如，脉冲发生器级101可以包括题为“High Voltage Switch with Isolated Power”的2018年11月1日提交的美国专利申请序列号16/178,565中描述的任何开关，其出于所有目的完整合并到本公开中。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括变压器T2。变压器T2可以包括变压器芯(例如，环形或非环形芯)；至少一个初级绕组，其围绕变压器芯缠绕一次或少于一次；和次级绕组，其围绕变压器铁芯缠绕多次。
在一些实施例中，变压器T2可以包括围绕变压器芯的单匝初级绕组和多匝次级绕组。例如，单匝初级绕组可以包括围绕变压器芯缠绕一次或更少次的一个或多个导线。例如，单匝初级绕组可以包括多于2个、10个、20个、50个、100个、250个、1200个等单独单匝初级绕组。在一些实施例中，初级绕组可以包括导电片。
例如，多匝次级绕组可以包括围绕变压器芯缠绕多次的单个导线。例如，多匝次级绕组可以围绕变压器芯缠绕多于2次、10次、25次、50次、100次、250次、500次等。在一些实施例中，多个多匝次级绕组可以围绕变压器芯缠绕。在一些实施例中，次级绕组可以包括导电片。
在一些实施例中，高电压变压器可以用以通过小于150纳秒或小于50纳秒或小于5ns的快速上升时间输出大于1,000伏的电压。
在一些实施例中，高电压变压器可以具有低阻抗和/或低电容。例如，高电压变压器具有初级侧所测量的小于100nH、50nH、30nH、20nH、10nH、2nH、100pH的杂散电感，和/或变压器具有次级侧所测量的小于100pF、30pF、10pF、1pF的杂散电容。
变压器T2可以包括如题为“High Voltage Transformer”的美国专利申请No.15/365,094中公开的变压器，其出于所有目的合并到本文献中。
在一些实施例中，多个脉冲发生器可以按并联或串联之一或二者而组合。在一些实施例中，脉冲发生器级101可以跨越电感器电感器L1和/或电阻器R1与电阻输出级102耦合。在一些实施例中，电感器L1可以包括大约5μH至大约25μH的电感。在一些实施例中，电阻器R1可以包括大约50欧姆至大约250欧姆的电阻。多个脉冲发生器级101中的每一个可以均还包括阻流二极管D4或二极管D6之一或二者。在一些实施例中，电容器C4可以表示二极管D6的杂散电容。
在一些实施例中，电阻输出级102可以使电容负载(例如，晶圆和/或等离子体)放电。
在一些实施例中，电阻输出级102可以包括由电感器L1和/或电感器L5表示的一个或多个电感元件。例如，电感器L5可以表示电阻输出级102中的引线的杂散电感，并且可以具有小于大约500nH、250nH、100nH、50nH、25nH、10nH等的电感。例如，电感器L1可以设置为使从脉冲发生器级101流入电阻器R1中的功率最小化。
在一些实施例中，电阻输出级102可以包括至少一个电阻器R1，其可以例如包括串联或并联的多个电阻器，其可以使负载(例如，等离子体鞘电容)放电。
在一些实施例中，电阻器R1可以例如以快速时间标度(例如，1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等时间标度)耗散来自等离子体负载106的电荷。电阻器R1的电阻可以是低的，以确保跨越等离子体负载106的脉冲具有快速下降时间tf。
在一些实施例中，电阻输出级102可以配置为在每个脉冲周期期间放电超过大约1千瓦的平均功率，和/或在每个脉冲周期中放电一焦耳或更少的能量。在一些实施例中，电阻输出级中的电阻器R1的电阻可以小于200ohm。
电容器C11可以表示电阻器R1(或由电阻器R1表示的按串联或并联布置的多个电阻器)的杂散电容，其包括串联和/或并联电阻器的布置的电容。例如，杂散电容C11的电容可以小于500pF、250pF、100pF、50pF、10pF、1pF等。例如，杂散电容C11的电容可以小于负载电容(例如，比如小于C2、C3和/或C9的总电容或C2、C3或C9的单独电容)。
在一些实施例中，电阻输出级102可以包括可以用以控制负载上的电压波形的形状的电路元件的集合。在一些实施例中，电阻输出级102可以仅包括无源元件(例如，电阻器、电容器、电感器等)。在一些实施例中，电阻输出级102可以包括有源电路元件(例如，开关)以及无源电路元件。在一些实施例中，例如，电阻输出级102可以用以控制波形的电压上升时间和/或波形的电压下降时间。
在一些实施例中，电阻输出级102可以用在带有具有高脉冲电压(例如，大于1kV、10kV、20kV、50kV、100kV等的电压)或高频率(例如，大于1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的频率)之一或二者的脉冲的电路中。
在一些实施例中，可以选择电阻输出级102以处置高平均功率、高峰值功率、快速上升时间、快速下降时间。例如，平均额定功率可以大于大约0.5kW、1.0kW、10kW、25kW等，或者峰值额定功率可以大于大约1kW、10kW、100kW、1MW等。
在一些实施例中，电阻输出级102可以包括无源元件的串联或并联网络。例如，电阻输出级102可以包括电阻器、电容器和电感器的串联。作为另一示例，电阻输出级102可以包括与电感器并联的电容器和与电阻器串联的电容器-电感器组合。
在一些实施例中，例如，阻流二极管D1可以确保电流流过电阻器R1。例如，电容器C8可以表示阻流二极管D1的杂散电容。
在一些实施例中，电阻输出级102可以由能量恢复电路或任何其他下沉(sink)级或可以在快速的时间标度上从等离子体快速下沉电荷的任何其他电路代替。
在实施例中，引线级103可以表示电阻输出级102与DC偏置电路104之间的引线或迹线之一或二者。电感器L2或电感器L6之一或二者可以表示针对引线或迹线之一或二者的电感。
在该示例中，DC偏置电路104不包括任何偏置补偿。DC偏置电路104包括偏移供电电压V1，其可以例如正向地或负向地使输出电压偏置。在一些实施例中，可以调整偏移供电电压V1以改变晶圆电压与卡夹电压之间的偏移。在一些实施例中，偏移供电电压V1可以具有大约±5kV、±4kV、±3kV、±2kV、±1kV等的电压。
在一些实施例中，偏置电容器C12可以隔离(或分离)DC偏置电压与电阻输出级或其他电路元件之一或二者。例如，偏置电容器C12可以允许从电路的一个部分到另一部分的电势转移。在一些实施例中，这种电势转移可以确保将晶圆在卡夹上保持到位的静电力停留在电压阈值以下。电阻器R2可以将DC偏置电源与来自脉冲发生器级101高电压脉冲化输出隔离。
例如，偏置电容器C12是100pF、10pF、1pF、100μF、10μF、1μF等。例如，电阻器R2可以具有高电阻(例如，比如大约1k欧姆、10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆等的电阻)。
第二引线级105表示高电压脉冲发生电路与等离子体负载106之间的电路元件。例如，电阻器R13可以表示从高电压脉冲发生电路的输出连接到电极(例如，等离子体负载106)的引线或传输线的电阻。例如，电容器C1可以表示引线或传输线中的杂散电容。
在一些实施例中，等离子体负载106可以表示用于半导体处理室(例如，比如等离子体沉积系统、半导体制造系统、等离子体溅射系统等)的理想化或有效电路。例如，电容C2可以表示晶圆可以坐落的卡夹的电容。例如，卡夹可以包括介电材料。例如，电容器C1可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
例如，电容器C3可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电容。例如，电阻器R6可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电阻。例如，电容器L7可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电容。例如，电流源I2可以表示通过鞘的离子电流。例如，电容器C1或电容器C3可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
例如，电容器C9可以表示处理腔室壁与晶圆的顶表面之间的等离子体内的电容。例如，电阻器R7可以表示处理腔室壁与晶圆的顶表面之间的等离子体内的电阻。例如，电流源I1可以表示等离子体中的离子电流。例如，电容器C1或电容器C9可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
如本文中所用，等离子体电压是从地到电路点123测量的电压；晶圆电压是从地到电路点122测量的电压，并且可以表示晶圆的表面处的电压；卡夹电压是从地到电路点121测量的电压；电极电压是从地到电路点124测量的电压；并且输入电压是从地到电路点125测量的电压。
图2示出由高电压脉冲发生电路100产生的示例波形。在这些示例波形中，脉冲波形205可以表示提供给等离子体负载106的电压。如所示，作为电路点124处的电压的脉冲波形205产生具有以下品质的脉冲：(例如，如波形所示大于大约4kV的)高电压、(例如，如波形所示小于大约200ns的)快速上升时间、(例如，如波形所示小于大约200ns的)快速下降时间和(例如，如波形所示小于大约300ns)的短脉冲宽度。波形210可以表示电路点122处(例如，晶圆的表面处)的电压。波形215表示流过等离子体的电流(例如，流过电感器L7的电流)。
在过渡状态期间(例如，在图中未示出的初始数量的脉冲期间)，来自脉冲发生器级101的高电压脉冲对电容器C2进行充电。因为电容器C2的电容与电容器C3或电容器C1之一或二者相比是大的，或者因为脉冲的短脉冲宽度，所以电容器C2可以从高电压脉冲发生器取得多个脉冲以完全地充电。一旦电容器C2完全地充电，电路就达到稳定状态，如图2中的波形所示。
在稳定状态下，并且当开关S1打开时，电容器C2受充电并且通过电阻输出级102缓慢地耗散，如波形210的略微上升斜率所示。一旦电容器C2受充电，并且在开关S1打开的同时，晶圆的表面(电容器C2与电容器C3之间的点)处的电压就为负。该负电压可以是由脉冲发生器级101提供的脉冲的电压的负值。对于图2所示的示例波形，每个脉冲的电压是大约4kV；并且晶圆处的稳态电压是大约-4kV。这导致跨越等离子体(例如，跨越电容器C3)的负电势，其将正离子从等离子体加速到晶圆的表面。在开关S1打开的同时，电容器C2上的电荷通过电阻输出级缓慢地耗散。
当开关S1从打开改变为闭合时，随着电容器C2受充电，跨越电容器C2的电压可以翻转(来自脉冲发生器的脉冲是高的，如波形205所示)。此外，随着电容器C2充电，电路点123处(例如，晶圆的表面处)的电压改变为大约零，如波形210所示。因此，来自高电压脉冲发生器的脉冲可以产生以高频率从负高电压上升到零并且返回负高电压的等离子体电势(例如，等离子体中的电势)，其具有任何或所有快速上升时间、快速下降时间或短脉冲宽度。
在一些实施例中，电阻输出级、由电阻输出级102表示的元件的动作可以使杂散电容C1迅速地放电，并且可以允许电容器C2与电容器C3之间的点处的电压迅速地返回其大约-4kV的稳定负值，如波形210所示。电阻输出级可以允许电容器C2与电容器C3之间的点处的电压存在达大约％的时间，并且因此使离子加速到晶圆中的时间最大化。在一些实施例中，可以具体地选择电阻输出级内包含的组件，以优化离子加速到晶圆中所持续的时间，并且将该时间期间的电压保持近似恒定。因此，例如，具有快速上升时间和快速下降时间的短脉冲可以是有用的，因此可以存在相当均匀负电势的长时段。
在一些实施例中，可以使用偏置补偿子系统以调整半导体处理腔室中的卡夹电压。例如，卡夹电压可以施加到卡夹，以跟踪突发的开/关模式的轨迹，以确保卡夹上的恒定电压。
在一些实施例中，任何各种高电压脉冲发生电路可以包括本文献中公开的电阻输出级，可以包括2018年3月30日提交的题为“High Voltage Resistive Output StageCircuit”的美国专利申请序列号15/941,731”中示出或描述的任何或所有组件、布置、功能等，其出于所有目的完整合并到本文。
图3是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路300的电路图。高电压脉冲发生电路300相似于高电压脉冲发生电路100。在该示例中，脉冲发生器级110包括高电压开关S1。在一些实施例中，高电压开关S1可以包括按串联布置以共同地打开并且闭合高电压的多个开关。例如，高电压开关S1可以包括图15中描述的高电压开关1500。作为另一示例，例如，高电压开关S4可以包括题为“High Voltage Switch with Isolated Power”的2018年11月1日提交的美国专利申请序列号16/178,565中描述的任何开关，其出于所有目的完整合并到本公开中。
在任何实施例中，脉冲发生器级101或脉冲发生器级110可以用以产生高电压脉冲。此外，脉冲发生器级101和脉冲发生器级110可以是可互换的。
在该示例中，DC偏置电路104不包括任何偏置补偿。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以产生具有以下性质的脉冲：大于1kV、10kV、20kV、50kV、100kV、1,000kV等的电压、小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的上升时间、小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的下降时间、以及大于大约1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的频率。
在一些实施例中，脉冲发生器级101包括射频电源(例如，比如RF发生器)。
图4示出由高电压脉冲发生电路(例如，高电压脉冲发生电路100或高电压脉冲发生电路300)产生的示例波形。晶圆波形405表示晶圆上的电压，并且卡夹波形410是卡夹上的电压。在图3中的电路图上的122所标记的位置处测量晶圆波形405。在图3中的电路图上的121所标记的位置处测量卡夹波形410。如所示，在脉冲发生期间，卡夹波形410与晶圆波形405之间的差是大约4kV。在峰值电压高于2kV的情况下，这可能产生对处理腔室内卡夹上的晶圆的损坏。
图4中的波形示出大约10秒的六个突发，其具有每个突发内的多个脉冲。
图5是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路500的电路图。高电压脉冲发生电路500相似于高电压脉冲发生电路300。脉冲发生器级110、电阻输出级102和/或DC偏置电路104可以包括高电压脉冲发生电路。引线级103或第二引线级105也可以包括于高电压脉冲发生电路中。等离子体负载106可以包括处理腔室内的等离子体负载。
在该示例中，偏置补偿电路114是无源偏置补偿电路，并且可以包括偏置补偿二极管505和偏置补偿电容器510。偏置补偿二极管505可以被布置为与偏移供电电压V1串联。偏置补偿电容器510可以被布置为跨越偏移供电电压V1和电阻器R2之一或二者。偏置补偿电容器510可以具有小于100nF至100μF(例如，比如大约100μF、50μF、25μF、10μF、2μF、500nF、200nF等)的电容。
在一些实施例中，偏置补偿二极管505可以按10Hz至10kHz之间的频率传导10A至1kA之间的电流。
在一些实施例中，偏置电容器C12可以允许(例如，125所标记的位置处的)脉冲发生器级101的输出与(例如，124所标记的位置处的)电极上的电压之间的电压偏移。在操作中，例如，电极可以在突发期间处于-2kV的DC电压，而纳秒脉冲发生器的输出在脉冲期间的+6kV与脉冲之间的0kV之间交变。
例如，偏置电容器C12可以具有小于大约100nF、10nF、1nF、100μF、10μF、1μF等的电容。例如，电阻器R2可以具有高电阻(例如，比如大约1k欧姆、10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆等的电阻)。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510和偏置补偿二极管505可以允许在每个突发的开始建立(例如，125所标记的位置处的)脉冲发生器级101的输出与(例如，124所标记的位置处的)电极上的电压之间的电压偏移，达到所需的均衡状态。例如，在多个高电压脉冲(例如，可以是大约5-100个)的过程中，在每个突发的开始，电荷从电容器C12转移到偏置补偿电容器510中，在电路中建立正确的电压。
在一些实施例中，输出可能导致电压过冲或电压下降，除非受校正。例如，当位置121处的电压和位置124处的电压上升到期望值(例如，2kV)以上时，电压过冲可能发生在突发的开始处。当位置124处的电压贯穿突发向下移位(例如，峰峰电压不改变)时，电压下降可能贯穿突发(例如，5ms左右)而发生。电压下降可以将位置121处的电压从期望值减少高达1.5kV。理想地，位置124处的电压应是平坦的(即，电压过冲或电压下降应最小化或消除)。
在一些实施例中，位置124处的电压不应超过位置121处的电压，因为它实质上由偏置补偿电容器510钳位在该二极管处。在每个突发开始时，脉冲发生器级110可以驱动其几乎全部输出电流通过二极管505和偏置补偿电容器510，以改变偏置电容器C12上的电压。然而，如果在该路径中存在明显杂散电感(例如，L22、L23和L24的总和)，则该电感可能降低电压并防止电流流动。这可能允许位置124处的电压上升(位置124处的电压过冲)或使电流反而流向位置121并且等离子负载对卡夹进行充电(位置121处的电压过冲)。
在一些实施例中，可以通过限制杂散电感(例如，比如如下所述的电感L22、L23和L24)的总和解决电压下降或电压过冲。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24的总和可以低至50nH。例如，该电感可以有助于将过冲保持在400V以下。
在一些实施例中，二极管505和偏置补偿电容器510可以被布置在带线中，以使得电流在U形路径中流动。例如，带线可以是由悬挂在PCB的内层上的两个接地平面之间介电材料包围的传输线迹线。在一些实施例中，可以最大化二极管505与偏置补偿电容器510之间的分离度。在一些实施例中，二极管505和偏置补偿电容器510带线是尽可能宽的(例如，比如10、8、6、4、3、2、1、1/2英寸)。
在一些实施例中，可以通过(例如，在杂散电感L22处)将点124连接到二极管505的输入最小化或消除引线电感L22。
在一些实施例中，可以通过(例如，在杂散电感L24处)将偏置补偿电容器510的低侧直接连接到地最小化或消除引线电感L24。
在该示例中，偏置补偿电路114包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。电路500包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路114与等离子体负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路114与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。
在一些实施例中，可以最小化元件之间的距离，以减少杂散电感。例如，之间各个偏置组件电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40厘米。作为另一示例，包括二极管505的分立式元件可以部署在距标记为124的位置或地小于10、8、6、4、3、2、1、1/2英寸内。作为另一示例，包括偏置补偿电容器510的分立式元件可以部署在距标记为124的位置或地小于10、8、6、4、3、2、1、1/2英寸内。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
图6示出由高电压脉冲发生电路500产生的示例波形。如所示，晶圆波形605与卡夹波形610之间的电压偏置在脉冲突发期间保持为固定的，但在突发之后保持为充电的。在该示例中，在脉冲发生期间的晶圆波形605与卡夹波形610之间的差小于大约2kV，这可以处于可接受的公差内。然而，在该示例中，在脉冲之间的晶圆波形605与卡夹波形610之间的差大于大约7kV，这可能并非处于可接受的公差内。
图6中的波形示出大约10秒的六个突发，其具有每个突发内的多个脉冲。
图7是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路700的电路图。高电压脉冲发生电路700相似于高电压脉冲发生电路500，并且包括第二脉冲发生器电路705。脉冲发生器级110、电阻输出级102、第二脉冲发生器701、第二脉冲发生器电路705或DC偏置电路104可以包括高电压脉冲发生电路。
第二脉冲发生器电路705可以包括偏置补偿电路114或与偏置补偿电路114相似的组件。
第二脉冲发生器电路705可以包括第二脉冲发生器701。例如，第二脉冲发生器701可以包括图1或图3所示的脉冲发生器级110的一个或多个或所有组件。例如，脉冲发生器级110可以包括如本文件(例如，图15和有关段落)中所公开的纳秒脉冲发生器或高电压开关。在一些实施例中，第二脉冲发生器701可以配置为在脉冲发生器级101正在发生脉冲时(例如，在突发期间)关闭，并且第二脉冲发生器701可以配置为在脉冲发生器级101并非正在发生脉冲时(例如，在突发之间中)开启。
第二脉冲器电路705可以还包括变压器T2的次级侧的电感器L9，并且开关710可以与电压源V6耦合。电感器L9可以表示第二脉冲发生器电路705的杂散电感，并且可以具有低电感(例如，比如小于大约500nH、250nH、100nH、50nH、25nH等的电感)。在一些实施例中，电压源V6可以表示用于开关710的触发器。
在一些实施例中，第二脉冲发生器电路705可以包括阻流二极管D7。例如，阻流二极管D7可以确保电流从开关710流到等离子体负载106。例如，电容器C14可以表示阻流二极管D7的杂散电容。例如，电容器C14的电容可以具有(例如，比如小于大约1nF、500pF、200pF、100pF、50pF、25pF等的)低电容。
在一些实施例中，开关710可以在脉冲发生器级110正在发生脉冲的同时打开，而当脉冲发生器级110并非正在发生脉冲时闭合，以偏移(或偏置)由脉冲发生器级提供的电压。
在一些实施例中，开关710可以包括按串联布置以共同地打开并且闭合高电压的多个开关。在一些实施例中，开关710可以包括图15中描述的高电压开关1500。作为另一示例，高电压开关905可以例如包括题为“High Voltage Switch with Isolated Power”的2018年11月1日提交的美国专利申请序列号16/178,565中描述的任何开关，该专利出于所有目的完整并入本公开中。
在该示例中，偏置补偿电路114包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路700包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路114与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路114与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。
在一些实施例中，可以最小化元件之间的距离，以减少杂散电感。例如，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。作为另一示例，包括二极管505的分立式元件可以部署在距标记为124的位置或地小于10、8、6、4、3、2、1、1/2英寸内。作为另一示例，包括偏置补偿电容器510的分立式元件可以部署在距标记为124的位置或地小于10、8、6、4、3、2、1、1/2英寸内。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
图8示出由高电压脉冲发生电路700产生的示例波形。晶圆波形805表示卡夹上的电压，并且波形810是卡夹上的电压。在由图7中的电路图上的122所标记的位置指示的晶圆处测量晶圆波形805。在由图7中的电路图上的位置121指示的卡夹处测量卡夹波形810。在图7中的电路图上的124所标记的位置处测量偏置波形815。在该示例中，偏置补偿电容器510正在放电，并且可能要求第二脉冲发生器电路705包括比V2更高的电源，例如，以对偏置电容器进行反复充电，这可能需要若干千瓦的功率。
图8中的波形示出大约10秒的六个突发，其具有每个突发内的多个脉冲。
图9是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路900的电路图。高电压脉冲发生电路900相似于高电压脉冲发生电路100。脉冲发生器级110、电阻输出级102和/或偏置补偿电路914可以包括高电压脉冲发生电路。
在该实施例中，偏置补偿电路914可以包括跨越偏置补偿二极管505耦合并且与电源V1耦合的高电压开关905。在一些实施例中，高电压开关905可以包括按串联布置以共同地打开并且闭合高电压的多个的多个高电压开关905。例如，高电压开关905可以包括图15中描述的高电压开关1500。在一些实施例中，高电压开关905可以与开关触发器V4耦合。
高电压开关905可以与偏置补偿电感器L4和电阻器R11之一或二者按串联耦合。偏置补偿电感器L4可以限制通过高电压开关905的峰值电流。例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100nH(例如，比如大约250nH、100nH、50nH、25nH、10nH、5nH、1nH等)的电感。例如，电阻器R11可以将功率耗散转移到电阻输出级102。例如，电阻器R11的电阻可以具有小于大约1000欧姆、500欧姆、250欧姆、100欧姆、50欧姆、10欧姆等的电阻。在一些实施例中，偏置补偿电感器L4部署为与二极管D10和电阻器R11串联。
在一些实施例中，高电压开关905可以包括缓冲电路。缓冲电路可以包括电阻器R9、缓冲二极管D8、缓冲电容器C15和缓冲电阻器R10。
在一些实施例中，电阻器R8可以表示偏移供电电压V1的杂散电阻。例如，电阻器R8可以具有高电阻(例如，比如大约10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆、1G欧姆等的电阻)。
在一些实施例中，高电压开关905可以包括按串联布置以共同地打开并且闭合高电压的多个开关。例如，高电压开关905可以包括图15中描述的高电压开关1500。作为另一示例，高电压开关905可以例如包括题为“High Voltage Switch with Isolated Power”的2018年11月1日提交的美国专利申请序列号16/178,565中描述的任何开关，该专利出于所有目的完整并入本公开中。
在一些实施例中，高电压开关905可以在脉冲发生器级110正在发生脉冲的同时打开，而当脉冲发生器级110并非正在发生脉冲时闭合。例如，当高电压开关905闭合时，电流可以跨越偏置补偿二极管505短路。使该电流短路可以允许晶圆与卡夹之间的偏置小于2kV，其可以处于可接受的公差内。
在一些实施例中，高电压开关905可以允许电极电压(124所标记的位置)和晶圆电压(122所标记的位置)快速地复原(例如，小于大约100ns、200ns、500ns、1μs)到卡夹电势(121所标记的位置)。例如，在图10、图11A和图11B中示出该情况。
在该示例中，偏置补偿电路914包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路900包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路914与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路914与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100nH(例如，比如大约250nH、100nH、50nH、25nH、10nH、5nH、1nH等)的电感。在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，高电压高电压开关905和/或二极管D8可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管D10可以随偏置补偿电感器L4使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
例如，电感值的一些值和/或布置可以补偿或校正从电感器L5振铃到C2中的电容器C2中的过冲、电容器C2或电容器C1与电感器L5的谐振振铃、或由L4与高电压开关905和/或二极管D8的相互作用产生的寄生电容的下降。
图10示出根据一些实施例的由高电压脉冲发生电路900产生的示例波形。晶圆波形1005表示晶圆上的电压，卡夹波形1010表示卡夹上的电压，并且偏置波形1015表示来自偏置补偿电路914的电压。在图9中的电路图上的122所标记的位置处测量晶圆波形1005。在图9中的电路图上的121所标记的位置处测量卡夹波形1010。在图9中的电路图上的124所标记的位置处测量偏置波形1015。
图10中的波形示出大约10秒的六个突发，其具有每个突发内的多个脉冲。
图11A和图11B示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路900的示例波形。图11A示出具有340个脉冲的单个突发，并且图11B示出突发内的少数脉冲。波形1105示出电极处的电压(图9中124所标记的位置)，并且波形1110示出晶圆处的电压(图9中122所标记的位置)。注意，电极和晶圆上的电压趋于以大约2kV的恒定偏移进行跟踪。波形还示出在脉冲发生器关闭的同时电压如何返回到DC值，直到下一突发在稍后某时间开始。
图12是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路1200的电路图。高电压脉冲发生电路1200相似于高电压脉冲发生电路900。脉冲发生器级110、电阻输出级102和/或偏置补偿电路1214可以包括高电压脉冲发生电路。
在一些实施例中，偏置补偿电路1214可以包括四个高电压开关级(包括开关1220、1225、1230和1235)，其布置为跨越偏置补偿二极管505或与之并联。每个开关级包括开关(例如，开关1220、1225、1230和1235)和电压分配电阻器(例如，电阻器R15、R16、R17和R18)。电阻器R11和偏置补偿电感器L4之一或二者布置为与开关级串联。例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100nH(例如，比如大约250nH、100nH、50nH、25nH、10nH、5nH、1nH等)的电感。
在一些实施例中，开关1220、1225、1230和1235可以在脉冲发生器级110正在发生脉冲的同时打开，而当脉冲发生器级110并非正在发生脉冲时闭合。例如，当开关1220、1225、1230和1235闭合时，电流可以跨越偏置补偿二极管505短路。使该电流短路可以允许晶圆与卡夹之间的偏置小于2kV，其可以处于可接受的公差内。
每个开关1220、1225、1230和1235可以包括按串联布置以共同地打开和闭合高电压的多个开关。例如，每个开关1220、1225、1230和1235可以共同地或单独地例如包括图15中描述的高电压开关1500。作为另一示例，每个开关1220、1225、1230和1235可以共同地或单独地例如包括题为“High Voltage Switch with Isolated Power”的2018年11月1日提交的美国专利申请序列号16/178,565中描述的任何开关，其出于所有目的完整合并到本公开中。
在一些实施例中，电压分配电阻器(例如，电阻器R15、R16、R17和R18)可以具有高电阻(例如，比如大约1k欧姆、10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆等的的电阻)。
在该示例中，示出四个高电压开关级，可以使用任何数量的高电压开关级。
在该示例中，偏置补偿电路1214包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路1200包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路1214与等离子体负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路1214与开关S1之间的任何元件(例如，比如电感器L3、电感器1915、电感器1940、电感器L2和电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
在一些实施例中，例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100μH(例如，比如大约50μH、25μH、10μH、5μH、1μH、0.5μH、0.25μH等)的电感。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，开关1220、2225、1230和1235可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管可以与偏置补偿电感器L4并联使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
在一些实施例中，脉冲发生器级110可以产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲。开关1220、2225、1230和1235可以在每个突发期间打开，并且在突发之间闭合。
图13是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路1300的电路图。高电压脉冲发生电路1300相似于高电压脉冲发生电路1200。脉冲发生器级110、电阻输出级102和/或偏置补偿电路1314可以包括高电压脉冲发生电路。
在该示例中，偏置补偿电路1314相似于偏置补偿电路1214。在该示例中，具有偏置补偿电路1314的每个开关模块(1220、1225、1230和1235)可以包括对应缓冲电路。每个缓冲电路可以包括缓冲二极管和缓冲电容器。在一些实施例中，缓冲二极管可以包括布置为跨越缓冲二极管的缓冲电阻器。每个开关模块可以包括电阻器，其可以确保在按串联布置的开关中的每一个之间均匀地分配电压。
在该示例中，偏置补偿电路1314包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路1300包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路1314与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路1314与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
在一些实施例中，例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100μH(例如，比如大约50μH、25μH、10μH、5μH、1μH、0.5μH、0.25μH等)的电感。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，开关1220、2225、1230和/或1235和/或二极管D10、D11、D12和/或D13可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，可能结合电容器C15、C16、C17和/或C18的该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管可以与偏置补偿电感器L4并联使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
在一些实施例中，脉冲发生器级110可以产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲。开关1220、2225、1230和1235可以在每个突发期间打开，并且在突发之间闭合。
图14是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路1400的电路图。脉冲发生器级110、电阻输出级102和/或偏置补偿电路1414可以包括高电压脉冲发生电路。高电压脉冲发生电路1400相似于高电压脉冲发生电路900。在该示例中，偏置补偿电路1414不包括缓冲电路。在该示例中，偏置补偿电路1414包括与开关S4串联布置的偏置补偿电感器。偏置补偿电感器L4可以具有小于大约300nH、100nH、10nH、1nH等的电感。
在一些实施例中，开关S4可以包括图15中描述的高电压开关1500。作为另一示例，例如，开关S4可以包括题为“High Voltage Switch with Isolated Power”的2018年11月1日提交的美国专利申请序列号16/178,565中描述的任何开关，其出于所有目的完整合并到本公开中。
在该示例中，偏置补偿电路1414包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路1400包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路1414与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路1414与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
在一些实施例中，例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100μH(例如，比如大约50μH、25μH、10μH、5μH、1μH、0.5μH、0.25μH等)的电感。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，开关S4可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管可以与偏置补偿电感器L4并联使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
图15是根据一些实施例的具有隔离电源的高电压开关1500的框图。高电压开关1500可以包括多个开关模块1505(共同地或单独地1505，以及单独地1505A、1505B、1505C和1505D)，其可以通过快速上升时间和/或高频率和/或通过可变脉冲宽度切换来自高电压源1560的电压。每个开关模块1505可以包括开关1510(例如，比如固态开关)。
在一些实施例中，开关1510可与栅极驱动器电路1530电耦合，栅极驱动器电路1530可以包括电源1540和/或隔离光纤触发器1545(也称为栅极触发器或开关触发器)。例如，开关1510可以包括集电极、发射极和栅极(或漏极、源极和栅极)，并且电源1540可以经由栅极驱动器电路1530驱动开关1510的栅极。例如，栅极驱动器电路1530可以与高电压开关1500的其他组件隔离。
在一些实施例中，例如，可以使用隔离变压器对电源1540进行隔离。隔离变压器可以包括低电容变压器。例如，隔离变压器的低电容可以允许电源1540在快速时间标度上进行充电，而无需显著电流。例如，隔离变压器可以具有小于大约100pF的电容。作为另一示例，隔离变压器可以具有小于大约30-100pF的电容。在一些实施例中，隔离变压器可以提供高达1kV、5kV、10kV、25kV、50kV等的电压隔离。
在一些实施例中，隔离变压器可以具有低杂散电容。例如，隔离变压器可以具有小于大约1,000pF、100pF、10pF等的杂散电容。在一些实施例中，低电容可以使对低电压组件(例如，输入控制功率的源)的电耦合最小化，和/或可以减少EMI生成(例如，电噪声生成)。在一些实施例中，隔离变压器的变压器杂散电容可以包括初级绕组与次级绕组之间测量的电容。
在一些实施例中，隔离变压器可以是DC到DC转换器或AC到DC变压器。在一些实施例中，例如，变压器可以包括110V AC变压器。无论如何，隔离变压器可以提供与高电压开关1500中的其他组件隔离的电源。在一些实施例中，隔离可以是流电的，以使得隔离变压器的初级侧的导体不穿过隔离变压器的次级侧或与之进行接触。
在一些实施例中，变压器可以包括可以紧密地缠绕或缠卷在变压器芯周围的初级绕组。在一些实施例中，初级绕组可以包括缠卷在变压器芯周围的导电片。在一些实施例中，初级绕组可以包括一个或多个绕组。
在一些实施例中，次级绕组可以尽可能地距芯远离地缠绕在芯周围。例如，包括次级绕组的绕组束可以缠绕通过变压器芯中的孔径的中心。在一些实施例中，次级绕组可以包括一个或多个绕组。在一些实施例中，包括次级绕组的导线束可以包括圆形或正方形的横截面，例如，以使杂散电容最小化。在一些实施例中，绝缘体(例如，油或空气)可以部署在初级绕组、次级绕组或变压器芯之间。
在一些实施例中，保持次级绕组距变压器芯远离可以具有一些益处。例如，其可以减少隔离变压器的初级侧与隔离变压器的次级侧之间的杂散电容。作为另一示例，其可以允许隔离变压器的初级侧与隔离变压器的次级侧之间的高电压孤立，以使得在操作期间不形成电晕和/或击穿。
在一些实施例中，隔离变压器的初级侧(例如，初级绕组)与隔离变压器的次级侧(例如，次级绕组)之间的间隔可以是大约0.1英寸、0.5英寸、1英寸、5英寸或10英寸。在一些实施例中，隔离变压器的芯与隔离变压器的次级侧(例如，次级绕组)之间的典型间隔可以是大约0.1英寸、0.5英寸、1英寸、5英寸或10英寸。在一些实施例中，绕组之间的间隙可以填充有可能的最低介电材料(例如，比如真空、空气、任何绝缘气体或液体、或具有小于3的相对介电常数的固体材料)。
在一些实施例中，电源1540可以包括可以提供高电压孤立(隔离)或具有(例如，小于大约1,000pF、100pF、10pF等的)低电容的任何类型的电源。在一些实施例中，控制电压电源可以按60Hz提供1520V AC或240VAC。
在一些实施例中，每个电源1540可以与单个控制电压电源以感应方式电耦合。例如，电源1540A可以经由第一变压器与功率源电耦合；电源1540B可以经由第二变压器与功率源电耦合；电源1540C可以经由第三变压器与功率源电耦合；并且电源1540D可以经由第四变压器与功率源电耦合。例如，可以使用可以在各种电源之间提供电压隔离的任何类型的变压器。
在一些实施例中，第一变压器、第二变压器、第三变压器和第四变压器可以包括单个变压器的芯周围的不同次级绕组。例如，第一变压器可以包括第一次级绕组，第二变压器可以包括第二次级绕组，第三变压器可以包括第三次级绕组，并且第四变压器可以包括第四次级绕组。这些次级绕组中的每一个可以缠绕在单个变压器的芯周围。在一些实施例中，第一次级绕组、第二次级绕组、第三次级绕组、第四次级绕组或初级绕组可以包括缠绕在变压器芯周围的单个绕组或多个绕组。
在一些实施例中，电源1540A、电源1540B、电源1540C和/或电源1540D可以不共享返回参考大地或局部大地。
例如，隔离光纤触发器1545也可以与高电压开关1500的其他组件隔离。隔离光纤触发器1545可以包括光纤接收机，其允许每个开关模块1505相对于高电压开关1500的其他开关模块1505和/或其他组件浮置，和/或，例如，同时允许每个开关模块1505的栅极的有源控制。
在一些实施例中，例如，用于每个开关模块1505的返回参考大地或局部大地或公共大地可以例如使用隔离变压器与彼此隔离。
例如，每个开关模块1505与公共地的电隔离可以允许多个开关以串联配置布置以用于累积高电压开关。在一些实施例中，可以允许或设计开关模块定时中的某种滞后。例如，每个开关模块1505可以配置或额定为开关1kV，每个开关模块可以与彼此电隔离，和/或闭合每个开关模块1505的定时可以不需要完全对准达由缓冲电容器的电容和/或开关的额定电压定义的时间段。
在一些实施例中，电隔离可以提供许多优点。例如，一个可能的优点可以包括：使开关到开关抖动最小化，和/或允许任意开关定时。例如，每个开关1510可以具有小于大约500ns、50ns、20ns、5ns等的开关过渡抖动。
在一些实施例中，两个组件(或电路)之间的电隔离可以暗指两个组件之间的极度高电阻，和/或可以暗指两个组件之间的小电容。
每个开关1510可以包括任何类型的固态开关设备(例如，比如IGBT、MOSFET、SiCMOSFET、SiC结晶体管、FET、SiC开关、GaN开关、光电开关等)。例如，开关1510可以能够以(例如，大于1kHz的)高频率、以(例如，大于大约500kHz的重复率的)高速度和/或以(例如，小于大约25ns的上升时间的)快速上升时间和/或以(例如，大于大约10ms的)长脉冲长度对高电压(例如，大于大约1kV的电压)进行开关。在一些实施例中，每个开关可以单独地受额定以用于对1,200V-1,700V进行开关，而以组合方式可以对大于4,800V-6,800V进行开关(对于四个开关)。可以使用具有各种其他额定电压的开关。
使用大数量的较低电压开关而不是少数较高电压开关可以存在一些优点。例如，低电压开关典型地具有更好的性能：比之高电压开关，低电压开关可以更快地进行开关，可以具有更快的过渡时间和/或可以更高效地进行开关。然而，开关的数量越大，可能需要的定时问题就越大。
图15所示的高电压开关1500包括四个开关模块1505。虽然在该图中示出四个，但可以使用任何数量的开关模块1505(例如，两个、八个、十二个、十六个、二十个、二十四个等)。例如，如果每个开关模块1505中的每个开关的额定在1200V，并且使用十六个开关，则高电压开关可以进行开关高达19.2kV。作为另一示例，如果每个开关模块1505中的每个开关受额定在1700V，并且使用十六个开关，则高电压开关可以进行开关高达27.2kV。
在一些实施例中，高电压开关1500可以包括快速电容器1555。例如，快速电容器1555可以包括按串联和/或并联布置的一个或多个电容器。例如，这些电容器可以包括一个或多个聚丙烯电容器。快速电容器1555可以存储来自高电压源1560的能量。
在一些实施例中，快速电容器1555可以具有低电容。在一些实施例中，快速电容器1555可以具有大约1μF、大约5μF、大约1μF至大约5μF之间，大约100nF至大约1,000nF之间等的电容值。
在一些实施例中，高电压开关1500可以包括或可以不包括撬棒二极管1550。撬棒二极管1550可以包按括串联或并联布置的多个二极管，例如，这对于驱动电感负载可以是有益的。在一些实施例中，撬棒二极管1550可以包括一个或多个肖特基二极管(例如，比如碳化硅肖特基二极管)。例如，撬棍二极管1550可以感测来自高电压开关中的开关的电压是否高于特定阈值。如果是，则撬棒二极管1550可以使从开关模块到大地的功率短路。例如，撬棒二极管可以允许交变电流路径在进行开关之后耗散电感负载中存储的能量。例如，这样可以防止大电感电压尖峰。在一些实施例中，撬棒二极管1550可具有低电感(例如，比如1nH、10nH、100nH等)。在一些实施例中，撬棒二极管1550可具有低电容(例如，比如100pF、1nF、10nF、100nF等)。
在一些实施例中，例如，比如，当负载1565主要是电阻性的时，可以不使用撬棒二极管1550。
在一些实施例中，每个栅极驱动器电路1530可产生小于大约1000ns、100ns、10.0ns、5.0ns、3.0ns、1.0ns等的抖动。在一些实施例中，每个开关1510可以具有(例如，小于大约10μs、1μs、500ns、100ns、50ns、10ns、5ns等的)最小接通时间和(例如，大于25s、10s、5s、1s、500ms等的)最大接通时间。
在一些实施例中，在操作期间，高电压开关中的每一个可以在彼此的1ns内接通和/或断开。
在一些实施例中，每个开关模块1505可以具有相同或实质上相同(±5％)的杂散电感。杂散电感可以包括与电感器不关联的开关模块1505内的任何电感(例如，比如引线、二极管、电阻器、开关1510和/或电路板迹线等中的电感)。每个开关模块1505内的杂散电感可以包括低电感(例如，比如小于大约300nH、100nH、10nH、1nH等的电感)。每个开关模块1505之间的杂散电感可以包括低电感(例如，比如小于大约300nH、100nH、10nH、1nH等的电感)。
在一些实施例中，每个开关模块1505可以具有相同或实质上相同(±5％)的杂散电容。杂散电容可以包括与电容器不关联的开关模块1505内的任何电容(例如，比如引线、二极管、电阻器、开关1510和/或电路板迹线等中的电容)。每个开关模块1505内的杂散电容可以包括(例如，比如小于大约1,000pF、100pF、10pF等的)低电容。每个开关模块1505之间的杂散电容可以包括(例如，比如小于大约1,000pF、100pF、10pF等的)低电容。
例如，可以通过无源缓冲电路(例如，缓冲二极管1515、缓冲电容器1520和/或续流二极管1525)解决电压分配方面的缺陷。例如，开关1510中的每一个开启或关闭之间的定时的小差异或电感或电容的差异可能导致电压尖峰。可以通过各种缓冲电路(例如，缓冲二极管1515、缓冲电容器1520和/或续流二极管1525)减轻这些尖峰。
例如，缓冲电路可以包括缓冲二极管1515、缓冲电容器1520、缓冲电阻器116和/或续流二极管1525。在一些实施例中，缓冲电路可以与1510并联布置在一起。在一些实施例中，缓冲电容器1520可具有低电容(例如，比如小于大约100pF的电容)。
在一些实施例中，高电压开关1500可以与负载1565(例如，电阻或电容或电感负载)电耦合或包括负载1565。例如，负载1565可以具有从50欧姆到500欧姆的电阻。替代地或附加地，负载1565可以是电感负载或电容负载。
图16示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形1600。波形1600是从产生正2kV偏置的高电压脉冲发生电路产生的(例如，偏移供电电压V1产生2kV)，并且输出具有7kV的峰值电压的信号。在该示例中，高电压开关(例如，高电压开关905)针对高电压脉冲发生电路得以包括，并且在脉冲发生器级正在发生脉冲的同时闭合，而且在脉冲发生器级并非正在发生脉冲的同时打开。
波形1605表示来自脉冲发生器级101的电压。波形1610表示从大地到电路点124所测量的电极电压。波形1615表示从大地到电路点122所测量的晶圆电压。波形1620表示通过偏置补偿电路114的电流。
波形1600示出突发的最后脉冲，并且电路在突发之后返回稳定状态。波形1600示出电极电压与晶圆电压之间的连续2kV偏移。偏移电压是卡夹电压，并且如所示保持连续2kV卡夹电压可以处于避免对晶圆的损坏所需的阈值内。
图17示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形1700。波形1700是从产生正2kV偏置的高电压脉冲发生电路产生的(例如，偏移供电电压V1产生2kV)，并且输出具有6kV的峰值电压的信号。在该示例中，高电压开关(例如，高电压开关905)针对高电压脉冲发生电路得以包括，并且在脉冲发生器级正在发生脉冲的同时闭合，而且在脉冲发生器级并非正在发生脉冲的同时打开。
波形1705表示来自脉冲发生器级101的电压。波形1710表示从大地到电路点124所测量的电极电压。波形1715表示从大地到电路点122所测量的晶圆电压。波形1720表示通过偏置补偿电路114的电流。
波形1700示出突发内的所有脉冲。
图18示出根据一些实施例的来自高电压脉冲发生电路的示例波形1800。波形1700是从产生正2kV偏置的高电压脉冲发生电路产生的(例如，偏移供电电压V1产生2kV)，并且输出具有6kV的峰值电压的信号。在该示例中，不使用高电压开关(例如，高电压开关905)。在没有高电压开关赋能偏置补偿的情况下，波形1800示出在突发结束时恒定2kV卡夹电压并未得以保持。
波形1805表示来自脉冲发生器级101的电压。波形1810表示从大地到电路点124所测量的电极电压。波形1815表示从大地到电路点122所测量的晶圆电压。波形1820表示通过偏置补偿电路114的电流。
波形1800示出突发内的所有脉冲。
图19是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路1900的电路图。高电压脉冲发生电路1900相似于图9所示的高电压脉冲发生电路900。在该示例中，已经从高电压脉冲发生电路900移除电阻输出级102，并且已经添加能量恢复电路1905。脉冲发生器级101(其可以用脉冲发生器级110代替)、能量恢复电路1905和/或偏置补偿电路914可以包括高电压脉冲发生电路。
在一些实施例中，高电压脉冲发生电路1900可以包括脉冲发生器级101，其与能量恢复电路1905耦合。脉冲发生器级101和能量恢复电路1905可以与偏置补偿电路914和等离子体负载106耦合。等离子负载106可以包括任何类型的负载(例如，比如本文件中描述的任何负载)。
能量恢复电路1905可以位于变压器T1的次级侧或与其电耦合。例如，能量恢复电路1905可以包括跨越变压器T1的次级侧的二极管1930(例如，撬棒二极管)。例如，能量恢复电路1905可以包括(按串联布置的)二极管1910和电感器1915，其可以允许电流从变压器T1的次级侧流动以对电源C7进行充电。二极管1910和电感器1915可以与变压器T1的次级侧和电源C7电连接。在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括与变压器T1的次级电耦合的二极管1935和/或电感器1940。电感器1940可以表示杂散电感，和/或可以包括变压器T1的杂散电感。
当纳秒脉冲发生器开启时，电流可以对等离子体负载106进行充电(例如，对电容器C3、电容器C2或电容器C9进行充电)。例如，当变压器T1的次级侧的电压上升到电源C7上的充电电压之上时，一些电流可以流过电感器1915。当纳秒脉冲发生器关闭时，电流可以从等离子体负载106内的电容器流过电感器1915，以对电源C7进行充电，直到跨越电感器1915的电压为零。二极管1930可以防止等离子体负载106内的电容器与等离子体负载106和/或偏置补偿电路914中的电感振铃。
例如，二极管1910可以防止电荷从电源C7流到等离子体负载106内的电容器。
可以选择电感器1915的值以控制电流下降时间。在一些实施例中，电感器1915可以具有1μH-500μH之间的电感值。
在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括开关，其可以用以控制通过电感器1915的电流的流动。例如，可以与电感器1915串联放置开关。在实施例中，当开关S1打开和/或不再发生脉冲时，开关可以闭合，以允许电流从等离子体负载106流回到高电压负载C7。例如，开关可以包括高电压开关(例如，比如高电压开关1500)。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括高电压开关1500，其代替或补充脉冲发生器级101中示出的各种组件。在一些实施例中，使用高电压开关1500可以允许至少移除变压器T1和开关S1。
在一些实施例中，偏置补偿电路914可以包括跨越偏置补偿二极管505耦合并且与电源V1耦合的高电压开关905。在一些实施例中，高电压开关905可以包括按串联布置以共同地打开并且闭合高电压的多个开关905。例如，高电压开关905可以包括图15中描述的高电压开关1500。在一些实施例中，高电压开关905可以与开关触发器V4耦合。
高电压开关905可以与偏置补偿电感器L4、二极管D10和/或电阻器R11之一或二者按串联耦合。偏置补偿电感器L4可以限制通过高电压开关905的峰值电流。例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100nH(例如，比如大约250nH、100nH、50nH、25nH、10nH、5nH、1nH等)的电感。例如，电阻器R11可以将功率耗散转移到电阻输出级102。例如，电阻器R11的电阻可以具有小于大约1000欧姆、500欧姆、250欧姆、100欧姆、50欧姆、10欧姆等的电阻。在一些实施例中，偏置补偿电感器L4部署为与二极管D10和电阻器R11串联。
在一些实施例中，高电压开关905可以包括缓冲电路。缓冲电路可以包括电阻器R9、缓冲二极管D8、缓冲电容器C15和缓冲电阻器R10。
在一些实施例中，电阻器R8可以表示偏移供电电压V1的杂散电阻。例如，电阻器R8可以具有高电阻(例如，比如大约10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆、1G欧姆等的电阻)。
在一些实施例中，高电压开关905可以包括按串联布置以共同地打开并且闭合高电压的多个开关。例如，高电压开关905可以包括图15中描述的高电压开关1500。作为另一示例，高电压开关905可以例如包括题为“High Voltage Switch with Isolated Power”的2018年11月1日提交的美国专利申请序列号16/178,565中描述的任何开关，该专利出于所有目的完整并入本公开中。
在一些实施例中，高电压开关905可以在脉冲发生器级101正在发生脉冲的同时打开，而当脉冲发生器级101并非正在发生脉冲时闭合。例如，当高电压开关905闭合时，电流可以跨越偏置补偿二极管505短路。使该电流短路可以允许晶圆与卡夹之间的偏置小于2kV，其可以处于可接受的公差内。
在一些实施例中，高电压开关905可以允许电极电压(124所标记的位置)和晶圆电压(122所标记的位置)快速地复原(例如，小于大约100ns、200ns、500ns、1μs)到卡夹电势(121所标记的位置)。例如，在图10、图11A和图11B中示出该情况。
在该示例中，偏置补偿电路914包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路900包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路914与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路914与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100nH(例如，比如大约250nH、100nH、50nH、25nH、10nH、5nH、1nH等)的电感。在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，高电压开关905和/或二极管D8可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管D10可以随偏置补偿电感器L4使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
例如，电感值的一些值和/或布置可以补偿或校正从电感器L5振铃到C2中的电容器C2中的过冲、电容器C2或电容器C1与电感器L5的谐振振铃、或由L4与高电压开关905和/或二极管D8的相互作用产生的寄生电容的下降。
图20是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路2000的电路图。脉冲发生器级101(其可以用脉冲发生器级110代替)、能量恢复电路1905和/或偏置补偿电路1214可以包括高电压脉冲发生电路。高电压脉冲发生电路2000相似于图12所示的高电压脉冲发生电路1200。在该示例中，已经从高电压脉冲发生电路1200移除电阻输出级102，并且已经添加能量恢复电路1905。
在一些实施例中，高电压脉冲发生电路2000可以包括脉冲发生器级101，其与能量恢复电路1905耦合。脉冲发生器级101和能量恢复电路1905可以与偏置补偿电路1214和等离子体负载106耦合。等离子负载106可以包括任何类型的负载(例如，比如本文件中描述的任何负载)。
在该示例中，能量恢复电路1905可以定位在变压器T1的次级侧或与之电耦合。例如，能量恢复电路1905可以包括跨越变压器T1的次级侧的二极管1930(例如，撬棒二极管)。例如，能量恢复电路1905可以包括(按串联布置的)二极管1910和电感器1915，其可以允许电流从变压器T1的次级侧流动以对电源C7进行充电。二极管1910和电感器1915可以与变压器T1的次级侧和电源C7电连接。在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括与变压器T1的次级电耦合的二极管1935和/或电感器1940。电感器1940可以表示杂散电感，和/或可以包括变压器T1的杂散电感。
当纳秒脉冲发生器开启时，电流可以对等离子体负载106进行充电(例如，对电容器C3、电容器C2或电容器C9进行充电)。例如，当变压器T1的次级侧的电压上升到电源C7上的充电电压之上时，一些电流可以流过电感器1915。当纳秒脉冲发生器关闭时，电流可以从等离子体负载106内的电容器流过电感器1915，以对电源C7进行充电，直到跨越电感器1915的电压为零。二极管1930可以防止等离子体负载106内的电容器与等离子体负载106和/或偏置补偿电路1214中的电感振铃。
例如，二极管1910可以防止电荷从电源C7流到等离子体负载106内的电容器。
可以选择电感器1915的值以控制电流下降时间。在一些实施例中，电感器1915可以具有1μH-500μH之间的电感值。
在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括开关，其可以用以控制通过电感器1915的电流的流动。例如，可以与电感器1915串联放置开关。在实施例中，当开关S1打开和/或不再发生脉冲时，开关可以闭合，以允许电流从等离子体负载106流回到高电压负载C7。例如，开关可以包括高电压开关(例如，比如高电压开关1500)。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括高电压开关1500，其代替或补充脉冲发生器级101中示出的各种组件。在一些实施例中，使用高电压开关1500可以允许至少移除变压器T1和开关S1。
在该示例中，偏置补偿电路1214包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路1200包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路1214与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路1214与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器L3、电感器1915、电感器1940、电感器L2和电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
在一些实施例中，例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100μH(例如，比如大约50μH、25μH、10μH、5μH、1μH、0.5μH、0.25μH等)的电感。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，开关1220、2225、1230和1235可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管可以与偏置补偿电感器L4并联使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲。开关1220、2225、1230和1235可以在每个突发期间打开，并且在突发之间闭合。
图21是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路2100的电路图。脉冲发生器级101(其可以用脉冲发生器级110代替)、能量恢复电路1905和/或偏置补偿电路1314可以包括高电压脉冲发生电路。高电压脉冲发生电路2100相似于图13所示的高电压脉冲发生电路1300。在该示例中，已经从高电压脉冲发生电路1200移除电阻输出级102，并且已经添加能量恢复电路1905。
在一些实施例中，高电压脉冲发生电路2100可以包括脉冲发生器级101，其与能量恢复电路1905耦合。脉冲发生器级101和能量恢复电路1905可以与偏置补偿电路1314和等离子体负载106耦合。等离子负载106可以包括任何类型的负载(例如，比如本文件中描述的任何负载)。
在该示例中，能量恢复电路1905可以定位在变压器T1的次级侧或与之电耦合。例如，能量恢复电路1905可以包括跨越变压器T1的次级侧的二极管1930(例如，撬棒二极管)。例如，能量恢复电路1905可以包括(按串联布置的)二极管1910和电感器1915，其可以允许电流从变压器T1的次级侧流动以对电源C7进行充电。二极管1910和电感器1915可以与变压器T1的次级侧和电源C7电连接。在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括与变压器T1的次级电耦合的二极管1935和/或电感器1940。电感器1940可以表示杂散电感，和/或可以包括变压器T1的杂散电感。
当纳秒脉冲发生器开启时，电流可以对等离子体负载106进行充电(例如，对电容器C3、电容器C2或电容器C9进行充电)。例如，当变压器T1的次级侧的电压上升到电源C7上的充电电压之上时，一些电流可以流过电感器1915。当纳秒脉冲发生器关闭时，电流可以从等离子体负载106内的电容器流过电感器1915，以对电源C7进行充电，直到跨越电感器1915的电压为零。二极管1930可以防止等离子体负载106内的电容器与等离子体负载106和/或偏置补偿电路1314中的电感振铃。
例如，二极管1910可以防止电荷从电源C7流到等离子体负载106内的电容器。
可以选择电感器1915的值以控制电流下降时间。在一些实施例中，电感器1915可以具有1μH-500μH之间的电感值。
在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括开关，其可以用以控制通过电感器1915的电流的流动。例如，可以与电感器1915串联放置开关。在实施例中，当开关S1打开和/或不再发生脉冲时，开关可以闭合，以允许电流从等离子体负载106流回到高电压负载C7。例如，开关可以包括高电压开关(例如，比如高电压开关1500)。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括高电压开关1500，其代替或补充脉冲发生器级101中示出的各种组件。在一些实施例中，使用高电压开关1500可以允许至少移除变压器T1和开关S1。
在该示例中，偏置补偿电路1314相似于偏置补偿电路1214。在该示例中，具有偏置补偿电路1314的每个开关模块(1220、1225、1230和1235)可以包括对应缓冲电路。每个缓冲电路可以包括缓冲二极管和缓冲电容器。在一些实施例中，缓冲二极管可以包括布置为跨越缓冲二极管的缓冲电阻器。每个开关模块可以包括电阻器，其可以确保在按串联布置的开关中的每一个之间均匀地分配电压。
在该示例中，偏置补偿电路1314包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路1300包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路1314与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路1314与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
在一些实施例中，例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100μH(例如，比如大约50μH、25μH、10μH、5μH、1μH、0.5μH、0.25μH等)的电感。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，开关1220、2225、1230和/或1235和/或二极管D10、D11、D12和/或D13可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，可能结合电容器C15、C16、C17和/或C18的该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管可以与偏置补偿电感器L4并联使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
图22是根据一些实施例的高电压脉冲发生电路2200的电路图。高电压脉冲发生电路2200相似于图14所示的高电压脉冲发生电路1400。在该示例中，已经从高电压脉冲发生电路1200移除电阻输出级102，并且已经添加能量恢复电路1905。脉冲发生器级101(其可以用脉冲发生器级110代替)、能量恢复电路1905和/或偏置补偿电路1414可以包括高电压脉冲发生电路。
在一些实施例中，高电压脉冲发生电路2100可以包括脉冲发生器级101，其与能量恢复电路1905耦合。脉冲发生器级101和能量恢复电路1905可以与偏置补偿电路1414和等离子体负载106耦合。等离子负载106可以包括任何类型的负载(例如，比如本文件中描述的任何负载)。
在该示例中，能量恢复电路1905可以定位在变压器T1的次级侧或与之电耦合。例如，能量恢复电路1905可以包括跨越变压器T1的次级侧的二极管1930(例如，撬棒二极管)。例如，能量恢复电路1905可以包括(按串联布置的)二极管1910和电感器1915，其可以允许电流从变压器T1的次级侧流动以对电源C7进行充电。二极管1910和电感器1915可以与变压器T1的次级侧和电源C7电连接。在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括与变压器T1的次级电耦合的二极管1935和/或电感器1940。电感器1940可以表示杂散电感，和/或可以包括变压器T1的杂散电感。
当纳秒脉冲发生器开启时，电流可以对等离子体负载106进行充电(例如，对电容器C3、电容器C2或电容器C9进行充电)。例如，当变压器T1的次级侧的电压上升到电源C7上的充电电压之上时，一些电流可以流过电感器1915。当纳秒脉冲发生器关闭时，电流可以从等离子体负载106内的电容器流过电感器1915，以对电源C7进行充电，直到跨越电感器1915的电压为零。二极管1930可以防止等离子体负载106内的电容器与等离子体负载106和/或偏置补偿电路1414中的电感振铃。
例如，二极管1910可以防止电荷从电源C7流到等离子体负载106内的电容器。
可以选择电感器1915的值以控制电流下降时间。在一些实施例中，电感器1915可以具有1μH-500μH之间的电感值。
在一些实施例中，能量恢复电路1905可以包括开关，其可以用以控制通过电感器1915的电流的流动。例如，可以与电感器1915串联放置开关。在实施例中，当开关S1打开和/或不再发生脉冲时，开关可以闭合，以允许电流从等离子体负载106流回到高电压负载C7。例如，开关可以包括高电压开关(例如，比如高电压开关1500)。
在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括高电压开关1500，其代替或补充脉冲发生器级101中示出的各种组件。在一些实施例中，使用高电压开关1500可以允许至少移除变压器T1和开关S1。
在该示例中，偏置补偿电路1414包括二极管505与标记为124的位置之间的杂散电感L22、二极管505与偏置补偿电容器510之间的杂散电感L23、或偏置补偿电容器510与地之间的杂散电感L24。高电压脉冲发生电路1400包括等离子体侧电感Lp和开关侧电感Ls。例如，等离子体侧杂散电感Lp可以包括所有电感，无论杂散、寄生还是来自偏置补偿电路1414与等离子负载106之间的任何元件(例如，比如L7)和电路的该侧的任何其他杂散电感。例如，开关侧电感Ls可以包括所有电感，无论杂散、寄生或来自偏置补偿电路1414与开关S1之间的任何元件(例如，比如，单独地或组合地，电感器1915、电感器L1、电感器1940、电感器L2和/或电感器L6)和电路的该侧的任何其他杂散电感。
在一些实施例中，开关侧电感Ls应大于等离子体侧杂散电感Lp。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp是开关侧电感Ls的20％。在一些实施例中，等离子体侧杂散电感Lp小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，杂散电感L22具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L23具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L24具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的电感。在一些实施例中，杂散电感L22、L23和L24之和小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等。
在一些实施例中，可以通过各种方式最小化杂散电感L22、L23或L24。例如，沿着杂散电感L22、L23或L24的导体可以比行业标准更宽(例如，比如大于1/8、1/4、3/8、1/2、1、2.5、5英寸等)。作为另一示例，各种电路元件(例如，比如二极管505或偏置补偿电容器510)可以包括并联或串联的多个二极管或电容器。在一些实施例中，之间有各种偏置补偿电路元件的顶部导体和底部导体可以分离达小于大约1、2、5、15、20、25、30、35、40cm。
在一些实施例中，偏置补偿电容器510可以具有小于大约1μF或小于大约1mF的电容。偏置补偿电容器510可以具有小于大约1nH、10nH、100nH、1μH等的杂散电感。
在一些实施例中，例如，偏置补偿电感器L4可以具有小于大约100μH(例如，比如大约50μH、25μH、10μH、5μH、1μH、0.5μH、0.25μH等)的电感。
在实施例中，包括二极管505和/或偏置补偿电容器510之一或二者的分立式元件的体积可以小于1200、1000、750、500立方厘米。
在一些实施例中，可以跨越二极管505包括电阻器515。在一些实施例中，电阻器515可以具有小于大约1kΩ至1MΩ(例如，比如小于大约100kΩ)的电阻值。
在一些实施例中，开关S4可以具有某种寄生(或杂散)电容。例如，该寄生电容可能结合偏置补偿电感器L4产生某种振铃。例如，这种振铃可能在偏置补偿电容器510上产生某种电压下降。在一些实施例中，通过将偏置补偿电感器L4的电感保持为低，可以最小化或消除偏置补偿电容器510上的电压下降。在一些实施例中，二极管可以与偏置补偿电感器L4并联使用或代替偏置补偿电感器L4使用，以进一步减少或最小化偏置补偿电容器510上的任何电压下降。
除非另外指定，否则术语“实质上”表示所指代的值的5％或10％内或制造公差内。除非另外指定，否则术语“大约”表示所指代的值的5％或10％内或制造公差内。
连词“或”是包括式的。
本文阐述大量具体细节以提供所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其他实例中，尚未详细描述本领域普通技术人员公知的方法、装置或系统，以使得不模糊所要求保护的主题。
本文中“适用于”或“配置为”的使用表示不排除适用于或配置为执行附加任务或步骤的设备的开放式和包括式语言。此外，“基于”的使用表示是开放式和包括式的，在于：“基于”一个或多个所陈述的条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可以基于超出所陈述的条件或值的附加条件或值。本文包括的标题、列表和编号仅是为了易于解释，而非表示限制。
虽然已经关于本主题的特定实施例详细描述本主题，但应理解，本领域技术人员在实现前述内容的理解时可以容易地产生对这些实施例的更改、变型和等同。相应地，应理解，本公开已经出于示例而非限制的目的得以提出，并且不排除包括对本主题这些修改、变型和/或添加，如对于本领域普通技术人员将容易地显而易见那样。

Claims (23)

1.一种高电压脉冲发生电路，包括：
高电压脉冲发生电源；
变压器，其与所述高电压脉冲发生电源电耦合；
输出，其与所述变压器电耦合，并且配置为输出具有大于1kV的幅度、大于1kHz的脉冲重复频率的高电压脉冲；和
偏置补偿电路，其与所述变压器以及一端的输出和另一端的地电耦合，其中，所述偏置补偿电路的杂散电感小于大约1μH。
2.如权利要求1所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述偏置补偿电路包括偏置补偿二极管、DC电源和偏置补偿电容器。
3.如权利要求1所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述偏置补偿电路包括：
第一电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述高电压脉冲发生电源之间的杂散电感；和
第二电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述输出之间的杂散电感。
4.如权利要求3所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述第二电感小于大约1μH。
5.如权利要求3所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述第一电感大于所述第二电感。
6.如权利要求3所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述第二电感小于所述第一电感的20％。
7.如权利要求1所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述偏置补偿电路还包括：
偏置补偿二极管；
DC电源；和
多个开关，其被布置为与所述偏置补偿二极管并联。
8.如权利要求7所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述高电压脉冲发生电源产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲；以及
其中，所述多个开关在所述多个高电压突发中的每个突发期间打开，并且在所述多个高电压突发中的每个突发之间闭合。
9.一种高电压脉冲发生电路，包括：
高电压脉冲发生电源；
变压器，其与所述高电压脉冲发生电源电耦合；
输出，其与所述变压器电耦合，并且配置为输出具有大于1kV的幅度、大于1kHz的脉冲重复频率的高电压脉冲；和
偏置补偿电路，其与所述变压器以及一端的输出和另一端的地电耦合，所述偏置补偿电路包括：
第一电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述高电压脉冲发生电源之间的杂散电感；和
第二电感，其包括电感元件和所述偏置补偿电路与所述输出之间的杂散电感。
10.如权利要求9所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述第二电感小于大约1μH。
11.如权利要求9所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述第一电感大于所述第二电感。
12.如权利要求9所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述第二电感小于所述第一电感的20％。
13.如权利要求9所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述偏置补偿电路还包括：
偏置补偿二极管；
DC电源；和
多个开关，其被布置为与所述偏置补偿二极管并联。
14.如权利要求13所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述高电压脉冲发生电源产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲；以及
其中，所述多个开关在每个突发期间打开。
15.一种高电压脉冲发生电路，包括：
高电压脉冲发生电源；
变压器，其与所述高电压脉冲发生电源电耦合；
输出，其与所述变压器电耦合，并且配置为输出具有大于1kV的幅度、大于1kHz的脉冲重复频率的高电压脉冲；和
偏置补偿电路，其与所述变压器以及一端的输出和另一端的地电耦合，所述偏置补偿电路包括：
杂散电感，其小于大约1μH；
偏置补偿二极管；
DC电源，其被布置为与所述偏置补偿二极管串联；和
电感器，其被布置为与所述偏置补偿二极管和所述DC电源串联。
16.如权利要求15所述的高电压脉冲发生电路，还包括：偏置补偿电阻器，其被布置为跨越所述偏置补偿二极管。
17.如权利要求16所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述偏置补偿具有小于大约100kΩ的电阻。
18.如权利要求15所述的高电压脉冲发生电路，还包括：所述偏置补偿二极管与所述输出与所述变压器之间的点之间的第一杂散电感小于大约1μH。
19.如权利要求15所述的高电压脉冲发生电路，还包括：所述偏置补偿二极管与所述电容器之间的第二杂散电感小于大约1μH。
20.如权利要求15所述的高电压脉冲发生电路，还包括：所述电容器与地之间的第一杂散电感小于大约1μH。
21.如权利要求15所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述电容器具有小于大约1mF的电容。
22.如权利要求15所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述偏置补偿电路还包括：
偏置补偿二极管；
DC电源；和
多个开关，其被布置为与所述偏置补偿二极管并联。
23.如权利要求22所述的高电压脉冲发生电路，其中，所述高电压脉冲发生电源产生多个高电压突发，其中，每个突发包括多个高电压脉冲；以及
其中，所述多个开关在每个突发期间打开。
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