CN116636144A - 离子电流下降补偿 - Google Patents

Abstract

公开了脉冲发生器。脉冲发生器包括直流电源；多个开关，变压器；和脉冲输出。脉冲发生器可以与等离子体室耦合。脉冲输出输出高压脉冲，该高压脉冲具有大于1kV的峰间电压和连续高压双极性脉冲之间的电压部分，该电压部分具有负斜率，该负斜率大大抵消了等离子室内晶圆上由于离子电流而降低的电压。晶圆处得到的电压在连续脉冲之间可能基本平坦。

Description

离子电流下降补偿

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年10月2日提交的美国临时专利申请63/087,150的优先权，其名称为“离子电流下降补偿”，其全文通过引用并入本文。

本申请是2021年7月9日提交的美国非临时申请17/372,398的部分接续申请，其名称为“离子电流下降补偿”，通过引用将其全部合并，该申请要求2020年7月9日提交的美国临时专利申请63/049,907的优先权，其名称为“离子电流下降补偿”，其全文通过引用并入本文。

背景技术

一些等离子系统包括至少两个电源。一个产生高频波形，其可用于在等离子体腔内产生等离子体。另一个产生高压脉冲，其将带电的等离子体粒子加速到等离子体室内的晶圆。

发明内容

公开了一种纳秒脉冲发生器。纳秒脉冲发生器可以包括一个或多个固态开关；与所述一个或多个固态开关耦合的变压器；与所述一个或多个开关耦合的缓冲器电路；与变压器耦合的输出，其产生具有脉冲重复频率、脉冲宽度、大于1kV峰值电压的高压脉冲，并且在连续高压脉冲之间产生具有负斜率的电压部分。

例如，电压部分可以包括连续脉冲之间的周期的50％以上。电压部分可以是脉冲下降的拐点和连续脉冲上升的拐点之间的电压。例如，电压部分可以是脉冲结束和连续脉冲开始之间的电压。

例如，高电压脉冲可以是非正弦脉冲。

例如，负斜率的大小(magnitude)可以大于100000kV/s。

缓冲电路可包括电阻约为7.5mΩ–1.25Ω的缓冲电阻器；和/或电容约为2μF–35μF的缓冲电容器。

脉冲宽度可具有约100–500纳秒的持续时间。

还公开了一种半导体处理系统，其包括等离子体室；以及与等离子体室耦合以将高压脉冲引入等离子体室的纳秒脉冲发生器。例如，在等离子体室内的至少一个点处测量的两个连续高压脉冲之间的电压部分变化可以小于1V/ns。例如，负斜率的幅度可以基本上等于并且相反于在等离子体室中产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率。例如，负斜率的幅度可以基本上等于并相反于在等离子体室中产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率。例如，负斜率的幅度可以基本上抵消由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。

例如，等离子体室可以包括电容小于约20nF的卡盘。

公开了一种脉冲发生器。脉冲发生器可以包括：DC源；变压器，包括：变压器芯；初级绕组，其缠绕在所述变压器芯的至少一部分的周围，所述初级绕组具有第一引线和第二引线；以及缠绕在变压器芯至少一部分的周围的次级绕组。脉冲发生器还可以包括与初级绕组的第一引线电耦合的下降补偿电路；第一开关，其与所述下降补偿电路和所述DC源电连接；第二开关，其与所述初级绕组的第二引线和所述DC源电连接，其中，所述第一开关和所述第二开关以不同的时间间隔打开和闭合；以及与变压器的次级绕组电耦合的脉冲输出，其输出高压双极脉冲，所述高压双极脉冲具有大于1kV的峰间电压(peak-to-peakvoltage)和连续高压双极脉冲之间具有负斜率的电压部分。例如，脉冲输出可以输出脉冲频率大于1kHz的双极脉冲。

例如，电压部分可以包括连续高压双极脉冲之间周期的50％以上。电压部分可以是高压双极脉冲的下降拐点和连续高压双极脉冲上升拐点之间的电压。例如，电压部分可以是高压双极脉冲的结束和连续高压双极脉冲开始之间的电压。

例如，负斜率的大小可以大于100000kV/s。

例如，下降补偿电路可以包括下降二极管，所述下降二极管被偏置以允许电流流过第一开关并流过变压器。例如，下降补偿电路可以包括串联布置并电耦合在下降二极管两端的第一电感器和第一电阻器。例如，第一电感器可以是可变电感器。例如，第一电感器可以具有小于约100μH的电感值。例如，第一电阻器可以具有小于约5Ω的电阻值。例如，下垂电路可以包括与下降二极管和初级绕组的第一引线电耦合的第二电感器。例如，第二电感器可以具有小于约50nH的电感值。

例如，脉冲发生器可以包括串联布置在第二开关和初级绕组的第二引线之间的第三电阻器和第三电感器。第三电感器可以具有小于约35nH的电感。例如，第三电阻器可以具有小于约1Ω的电阻。

还公开了一种半导体处理系统，其包括等离子体室；以及脉冲发生器，脉冲发生器与等离子体室耦合以将高压脉冲引入等离子体室。

在等离子体室内的至少一个点处测量的两个连续高压脉冲之间的电压部分可以变化小于1V/ns。例如，负斜率的幅度可以基本上等于或相反于等离子体室内产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率。例如，负坡度的幅度可以实质上抵消由于离子电流导致的等离子体室内晶圆上的电压降低。

公开了一种脉冲发生器。脉冲发生器可以包括：DC电源；变压器，其包括：变压器芯；初级绕组，其缠绕在所述变压器芯的至少一部分的周围，所述初级绕组具有第一引线和第二引线；以及缠绕在变压器芯的至少一部分周围的次级绕组。脉冲发生器还可以包括以全桥布置方式布置的多个开关。多个开关的第一部分可以与下降补偿电路和DC电源电连接。多个开关的第二部分可以与初级绕组的第二引线和DC电源电连接。多个开关中的第一部分和多个开关的第二部分可以以不同的时间间隔打开和关闭。脉冲发生器还可以包括下降补偿电路，所述下降补偿电路电布置在多个开关的第一部分和/或多个开关的第二部分和变压器之间，下降补偿电路。脉冲发生器还可以包括与变压器的次级绕组电耦合的脉冲输出，该脉冲输出输出第一高压双极脉冲，所述第一高压双极脉冲具有大于约1kV的峰间电压、大于1kHz的脉冲频率，以及具有负斜率的连续高压双极脉冲之间的电压部分。例如，脉冲输出可以输出脉冲频率大于1kHz的双极脉冲。

例如，电压部分可以包括连续高压双极脉冲之间的周期的50％以上。电压部分可以是高压双极脉冲的下降拐点和连续高压双极脉冲上升拐点之间的电压。例如，电压部分可以是高压双极脉冲的结束和连续高压双极脉冲开始之间的电压。

例如，负斜率的大小可以大于100000kV/s。

例如，下降补偿电路可以包括下降二极管，所述下降二极管被偏置以允许电流流过第一开关并流过变压器。例如，下降补偿电路可以包括串联布置并电耦合在下降二极管两端的第一电感器和第一电阻器。例如，第一电感器可以具有小于约100μH的电感值。例如，第一电阻器可以具有小于约5Ω的电阻值。例如，下降电路可以包括与下降二极管和初级绕组的第一引线电耦合的第二电感器。例如，第二电感器可以具有小于约50nH的电感值。

例如，脉冲发生器可以包括串联布置在第二开关和初级绕组的第二引线之间的第三电阻器和第三电感器。第三电感器可以具有小于约35nH的电感值。例如，第三电阻器的电阻值可以小于约1Ω。

还公开了一种半导体处理系统，其包括等离子体室；以及脉冲发生器，其与等离子体室耦合以将高压脉冲引入等离子体室。

在等离子体腔室内至少一个点测量的两个连续高压脉冲之间的电压部分可以变化小于1V/ns。例如，负斜率的大小可以基本上等于并相反于在等离子体室中产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率。例如，负斜率的大小可以基本上抵消由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。

公开了一种脉冲电源，其提供多个高电压脉冲，而在两个后续脉冲之间没有任何实质性的电压下降，所述两个后续脉冲在如负载内的点处(例如，在等离子体腔内的晶圆上)测量得到。

公开了一种脉冲电源，其提供了电压对时间的波形，该波形具有多个高压脉冲，这些高压脉冲具有大于1kV的电压，并且在脉冲电源之间的的输出处测量到的脉冲之间具有负斜率的电压。

公开了一种脉冲电源，该脉冲电源提供了电压对时间的波形，该波形具有多个高压脉冲，这些高压脉冲具有大于1kV的电压，并且该脉冲电源在其输出脉冲的一部分期间提供了具有负斜率的电压，该负斜率的电压基本上抵消由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。

公开了一种脉冲发生器。脉冲发生器包括DC电源；多个开关、变压器；以及脉冲输出。脉冲发生器可以与等离子体室耦合。脉冲输出输出高压脉冲，所述高压脉冲具有大于1kV的峰间电压和连续高压双极脉冲之间的电压部分，该电压部分具有负斜率，其基本上抵消由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。在晶圆上产生的电压在连续脉冲之间可以是基本平坦的。

附图说明

图1是根据一些实施例的驱动负载级的电力系统的电路示意图。

图2是根据一些实施例的具有驱动负载级的电阻输出级的电力系统的电路示意图。

图3是根据一些实施例的由没有RF功率的电力系统产生的两个波形的示例。

图4是根据一些实施例的由具有RF功率的电力系统产生的两个波形的示例。

图5是根据一些实施例的由没有RF功率的电力系统产生的两个波形的示例。

图6是根据一些实施例的由具有RF功率的电力系统产生的两个波形的示例。

图7是根据一些实施例的由没有RF功率的电力系统产生的两个波形的示例。

图8是根据一些实施例的由具有RF功率的电力系统产生的两个波形的示例。

图9是根据一些实施例的由没有系统的纳秒脉冲发生器产生的具有和不具有下降补偿的并排波形的示例。

图10A和图10B是根据一些实施例的不具有和具有下降校正的等离子体室内的电压的直方图。

图11是根据一些实施例的具有驱动负载电路的下降补偿电路的电力系统的电路图。

图12是根据一些实施例的具有驱动负载级的下降补偿电路的电力系统的电路示意图。

图13是根据一些实施例的脉冲发生器和等离子体系统的电路示意图。

图14是脉冲发生器和等离子体系统的电路示意图，其包括具有能量回收电路与脉冲发生器和等离子系统的组合。

图15是在图13或图14中所示的没有下降补偿的脉冲发生器的波形。

图16是在图13或图14中所示的具有下降补偿的脉冲发生器的波形。

具体实施方式

一些实施例包括电源系统(例如纳秒脉冲发生器、脉冲发生器等)，该电源系统产生高压脉冲并且两个连续高压脉冲之间的电压具有负斜率。

电源系统可以与等离子体腔耦合。例如，负斜率的大小可以基本上等于并相反于在等离子体室中产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率。例如，负斜率的大小可以基本上抵消由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。

例如，电源系统和/或等离子室可以不与传统的匹配网络耦合。

该电源系统可以包括缓冲电路，该缓冲电路包括电路元件，该电路元件抵消等离子体内的离子电流，该离子电流发生在脉冲完成之后。

图1是根据一些实施例的将脉冲驱动到等离子体室106中的脉冲发生器和等离子体系统100的电路图。例如，这些脉冲可以包括方波脉冲。脉冲发生器级101可产生可被引入等离子体室106的多个脉冲。RF发生器108可以产生RF信号，例如正弦信号。滤波器电路103可以确保RF信号和脉冲彼此干扰。可以选择缓冲电路中的部件的值，例如缓冲电阻器R3、缓冲电感器L3和/或缓冲电容器C5，以减少引入到等离子体室106的脉冲中的下降。

例如，缓冲电阻器R3可以具有小于约100mΩ的电阻，例如75、50、25、10、5、1、0.5mΩ等。可选地或额外地，缓冲电阻器R2可以具有约7.5mΩ–1.25Ω的电阻值。例如，缓冲电容器的电容值可能小于约50μF，例如约2μF–35μF。

在一些实施例中，等离子体室106可以表示用于半导体处理室的理想化或有效电路，例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。例如，电容器12可以代表半导体过程晶圆可以放置的静电卡盘的电容。例如，卡盘可以包括介电材料(例如，氧化铝或其他陶瓷材料以及容纳在介电材料内的导体)。例如，卡盘可以具有小于约20、10、5nF等的电容。例如，电容器11可以具有小电容(例如，约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。

例如，电容器13可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电容。例如，电阻器56可以表示等离子体和晶圆之间的鞘电阻。例如，电感器40可以表示等离子体和晶圆之间的鞘电感。例如，电流源I 2可以表示通过鞘的离子电流。例如，电容器11或电容器13可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。

例如，电容器18可以表示到腔室壁的等离子体鞘电容。例如，电阻器57可以表示等离子体和腔室壁之间的电阻。例如，电流源I1可以代表通过鞘和/或室壁与等离子体之间的离子电流。例如，电容器11或电容器18可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。

在一些实施例中，等离子体电压可以是从地到电路点123测量的电压；晶圆电压是从地到电路点122测量的电压，并且可以表示晶圆表面处的电压；夹紧电压是从地到电路点121测量的电压；电极电压(或纳秒脉冲发生器输出电压)是从地到标记为124的电路点(例如，在电极上)的电压测量值；并且输入电压是从地到电路点125测量的电压。

在一些实施例中，脉冲发生器和等离子体系统100可以包括如图11所示的DC偏置电路104。

在一些实施例中，偏置电容器20可以将DC偏置电压与其他电路元件隔离(或分离)。例如，偏置电容器20可以允许从电路的一部分到另一部分的电势偏移。在一些实施例中，该电位偏移可确保将晶圆保持在卡盘上的适当位置的静电力保持在电压阈值以下以防止晶圆破裂。电阻器R2可以将DC偏置电源与来自脉冲发生器级101的高压脉冲输出隔离。

例如，偏置电容器20可以具有小于约100pF、10pF、1pF、100μF、10μF、1μF等的电容值。例如，电阻器R2可以具有高电阻，例如，约1kΩ、10kΩ、100kΩ、1MΩ、10MΩ、100MΩ等的电阻值。

电路105可以表示从电路到等离子体室106的传输线。例如，电阻器63可以表示从高压电力系统的输出连接到电极(例如，等离子体室106)的引线或传输线的电阻。例如，电容器11可以表示引线或传输线中的杂散电容。

在一些实施例中，脉冲发生器级101可以产生脉冲，该脉冲具有高脉冲电压(例如，大于1kV、10kV、20kV、50kV、100kV等的电压)、高频率(例如，高于1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的频率)、快速上升时间(例如，小于约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1000ns等的上升时间)，快速下降时间(例如，下降时间小于约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1000ns等)和/或短脉冲宽度(例如，脉冲宽度小于约1000ns、500nm、250nm、100nm、20ns等)。

例如，脉冲发生器级101可包括美国专利申请序列号14/542487(标题为“高压纳秒脉冲发生器”)中描述的任何装置的全部或任何部分，该专利申请出于所有目的并入本公开，或美国专利申请号14/635991标题为“电隔离输出可变脉冲发生器公开”中描述的任意装置的所有或任何部分，该公开出于所有目的并入本公开，或美国专利申请序列号14/798154标题为“具有可变脉冲宽度和脉冲重复频率的高压纳秒脉冲发生器”中描述的任何装置的全部或任何部分，其出于所有目的并入本公开。

在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括以任何数量的方式耦合在一起的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可以包括提供一致DC电压的DC电源，该DC电压由开关S6切换并向变压器T1提供切换的功率。DC电源可以包括电压源V5和储能电容器C7。如果变压器T1具有1:10匝数比，那么变压器可以在负载上产生10kV。

在一些实施例中，如果相比储能电容器C7的电容负载电容(例如，电容器13和电容器18)是小的，则在变压器输入端或变压器的次级侧可能(或可能不)发生电压加倍。例如，如果储能电容器C7提供500V，那么可以在变压器T1的输入处测量到1kV。

例如，开关S6可以包括一个或多个固态开关，例如IGBT、MOSFET、SiC(碳化硅)MOSFET、SiC结型晶体管、FET(场效应晶体管)、SiC开关、GaN(氮化镓)开关、光导开关等。开关S6可以基于信号来切换，所述信号来自标记为Sig6+和Sig6-的控制器。

在一些实施例中，开关S6可以如此快速地切换，使得切换的电压可能永远不会处于全电压(例如，储能电容器C7和/或电压源V1的电压)。在一些实施例中，与开关S6耦合的栅极电阻器可以设置为具有短的导通脉冲。

在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括续流二极管(freewheeling diode)D2。在一些实施例中，续流二极管D2可以与电感负载结合使用，以确保在开关S6断开之后，存储在电感负载中的能量通过允许电流保持在相同方向上流过电感器可以允许被耗散并且在电路的电阻元件中耗散能量。如果不包括续流二极管D2，则这可以例如导致开关S6上的反向电压。

在一些实施例中，脉冲发生器级101可以包括杂散电感L1和/或杂散电阻R1。例如，杂散电感L1可以小于约10nH、100nH、1000nH、10000nH等。例如，杂散电阻R1可以小于约1Ω、100mΩ、10mΩ等。

在一些实施例中，能量回收电路110可以与变压器的次级侧和/或与储能电容器C7电耦合。例如，能量回收电路110可以包括跨越变压器T1的次级侧的撬棍二极管130。例如，能量回收电路110可包括能量回收二极管120和能量回收电感器115(串联布置)，其可允许电流从变压器T1的次级侧流动以对能量存储电容器C7充电。能量回收二极管120和能量回收电感器115可以与变压器T1的次级侧和储能电容器C7电连接。在一些实施例中，能量回收电路110可以包括与变压器T1的次级侧电耦合的撬棍二极管130和/或电感器140。电感器140可以表示杂散电感和/或可以包括变压器T1的杂散电感。

在一些实施例中，能量回收电感器115可以包括任何类型的电感器，例如铁氧体芯电感器或空气芯电感。在一些实施例中，能量回收电感器115可以具有任何类型的几何形状，例如螺线管绕组、环形绕组等。在一些实施例中，能量回收电感器115可以具有大于大约10μF，50μF，100μF，500μF等的电感值。在一些实施例中，能量回收电感器115可以具有大约1μH到大约100mH的电感值。

在一些实施例中，能量回收电感器115和能量回收二极管120的顺序可以互换。例如，能量回收二极管120可以跟随能量回收电感器115，或者能量回收电感器115可以跟随能量恢复二极管120。

在一些实施例中，当纳秒脉冲发生器打开时，电流可以对等离子体室106充电(例如，对电容器13、电容器12或电容器18充电)。例如，当变压器T1的次级侧上的电压升高到储能电容器C7上的充电电压以上时，一些电流可以流过能量回收电感器115。当纳秒脉冲发生器关闭时，电流可从腔室内的电容器(例如，电容器11)流过能量回收电感器115，以对能量存储电容器C7充电，直到能量回收电电器115两端的电压为零。撬棍二极管130可以防止NSP的输出(例如，在电路点124处)上的电压降到地面以下，和/或可以提供电流继续流动的路径。

能量回收二极管120可以例如防止电荷从能量存储电容器C7流到等离子体室106内的电容器。

可以选择能量回收电感器115的值以控制电流下降时间。在一些实施例中，能量回收电感器115可以具有1μH–600μH之间的电感值。在一些实施例中，能量回收电感器115可以具有大于50μH的电感值。在一些实施例中，能量回收电感器115可具有小于约50μH、100μH、150μH、200μH、250μH、300μH、350μH、400μH、500μH等的电感。

例如，如果储能电容器C7提供500V，则可以在变压器T1的输入处测量到1kV(例如，如上所述，由于电压加倍)。当开关S6断开时，变压器T1处的1kV可以在能量回收电路110的部件之间被分配。如果适当地选择了这些值(例如，缓冲电感器L3的电感小于能量回收电感器115的电感)，则能量回收二极管120和能量回收电感115两端的电压可以大于500V。电流也可以流过二极管D3和电感器L8。一旦储能电容器C7被充电，电流可能不再流过二极管D3和能量回收电感器115。

在一些实施例中，能量回收电路110可以例如以快速时间尺度(例如，1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1000ns等时间尺度)从等离子体室106传递能量(或传递电荷)。能量回收电路的杂散电阻可以是低的，以确保穿过等离子体室106的脉冲具有快速下降时间tf。能量回收电路110的杂散电阻例如可以具有小于约1Ω、100mΩ、10mΩ等的电阻。在一些实施例中，来自等离子体室106的能量传递效率可以是高的，例如大于约60％、70％、80％或90％等。

图1中所示的任何数量的部件可以是或可以不是必需的，例如二极管135或撬棍二极管130或电感器140。

在一些实施例中，二极管可以放置在DC电源V1和能量恢复电路110与DC电源V1及/或能量存储电容器C7连接的点之间。例如，该二极管可以被布置成允许电流从DC电源V1流到储能电容器C7，但不允许电流从能量回收电路流到储能量电容器C7。

在一些实施例中，可以移除能量回收电路110。在一些实施例中，可以包括电阻输出级或偏置补偿电路。可以包括各种其他电路或电路元件。

在一些实施例中，脉冲发生器和等离子体系统100可以包括滤波器电路103。在该示例中，滤波器电路包括滤波电容器185和/或滤波电感器180。滤波电容器185可以例如对来自脉冲发生器级101的低频信号进行滤波。例如，这些低频信号可以具有大约100kHz和10MHz(例如，大约10MHz)的频率(例如，大部分频谱内容)。滤波电容器185例如可以具有大约1pF至1nF的值，例如小于大约100pF。

在一些实施例中，滤波电感器180可以例如对来自RF发生器108的高频信号进行滤波。例如，这些高频信号可以具有从大约1MHz到200MHz的频率，例如，大于大约1MHz或10MHz。例如，滤波电感器180可以具有从大约10nH到10μH的值，例如，大于大约1μH。在一些实施例中，滤波电感器180两端可以具有低耦合电容。在一些实施方式中，耦合电容可以小于1nF。

在一些实施例中，滤波电容器185和滤波电感器180中的一个或两者可以将RF发生器108产生的脉冲与脉冲发生器级101产生的脉冲隔离开来(反之亦然)。例如，滤波电容器185可以将脉冲发生器级101产生的脉冲与RF发生器108产生的脉冲隔离开来。滤波器电感器180可以将RF发生器108产生的脉冲与脉冲发生器级101产生的脉冲隔离开来。

图2是根据一些实施例的具有驱动负载级的电阻输出级220的电力系统200的电路图。在该示例中，能量回收电路110从脉冲发生器和等离子体系统100移除并由电阻输出级220代替。

电阻输出级220可以包括本领域已知的任何电阻输出级。例如，电阻输出级200可以包括标题为“高压电阻输出级电路”的美国专利申请第16/178538号中所述的任意电阻输出级，出于所有目的，该专利申请整体并入本公开。

例如，电阻输出级220可以包括电感器L11、电阻器R10、电阻器R11和电容器C11。在一些实施例中，电感器L11可包括约5μH至约25μH的电感。在一些实施例中，电阻器R11可包括约50Ω至约250Ω的电阻。在一些实施例中，电阻器R10可以包括电阻输出级220中的杂散电阻。

在一些实施例中，电阻器R11可以包括串联和/或并联布置的多个电阻器。电容器C11可以表示电阻器R11的杂散电容，包括串联和/或并联电阻器的电容。杂散电容C11的电容例如可以小于500pF、250pF、100pF、50pF、10pF、1pF等。杂散电容C11的电容例如可以小于负载电容，例如小于12，13和/或18的电容。

在一些实施例中，电阻器R11可以对负载放电(例如，等离子体鞘电容)。在一些实施例中，电阻输出级220可以被配置为在每个脉冲周期期间放电超过约1千瓦的平均功率和/或在每个脉冲循环中放电一焦耳或更少的能量。在一些实施例中，电阻输出级220中的电阻器R11的电阻可以小于200Ω。在一些实施例中，电阻器R11可以包括串联或并联布置的多个电阻器，其组合电容小于约200pF(例如111)。

在一些实施例中，电阻输出级220可包括可用于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220可以仅包括无源元件(例如，电阻器、电容器、电感器等)。在一些实施方式中，电阻输出级220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220可用于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220可以对电容性负载进行放电(例如，晶圆和/或等离子体)。例如，这些电容性负载可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。

在一些实施例中，电阻输出级220可用于脉冲的电路中，该脉冲具有高脉冲电压(例如，大于1kV、10kV、20kV、50kV、100kV等的电压)和/或高频率(例如，高于1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的频率)的脉冲和/或约400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz的频率等。

在一些实施例中，可以选择电阻输出级220来处理高平均功率、高峰值功率、快速上升时间和/或快速下降时间。例如，额定平均功率可以大于约0.5kW、1.0kW、10kW、25kW等，和/或额定峰值功率可能大于约1kW、10KW、100kW、1MW等。

在一些实施例中，电阻输出级220可以包括无源元件的串联或并联网络。例如，电阻输出级220可以包括电阻器、电容器和电感器的串联。作为另一例子，电阻输出级220可以包括与电感器并联的电容器以及该电容器-电感器组合与电阻器串联。例如，L11可以选择得足够大，使得当整流器有电压输出时，没有显著的能量注入到电阻输出级220中。可以选择R10和R11的值，使得L/R时间可以比RF频率更快地耗尽负载中适当的电容器。

在一些实施例中，脉冲发生器和等离子体系统100或电源系统200的脉冲发生器级101可以包括缓冲电路。在一些实施例中，缓冲电路可以包括缓冲电容器C5。在一些实施例中，缓冲电路可以包括缓冲电容器C5和缓冲电阻器R3。在一些实施例中，缓冲电路可以包括缓冲电容器C5、缓冲电感器L3和缓冲电阻器R3

在一些实施例中，缓冲电路可以包括缓冲电阻器R3和/或缓冲电感器L3可以与缓冲二极管D4布置在并联电路中。缓冲电感器L3和缓冲电阻器R3以及缓冲二极管D4的布置可以与缓冲电容器C5串联布置。在一些实施例中，缓冲电阻器R3和/或缓冲二极管D4可以放置在开关S6的集电极和变压器T1的初级绕组之间。缓冲二极管D4可用于缓冲开关中的任何过电压。大的和/或快速的缓冲电容器C5可以耦合在开关S6的发射极侧或集电极侧。续流二极管D2也可以与开关S1的发射极侧耦合。可以包括图中未示出的各种其他部件。一个或多个开关和/或电路可以并联或串联布置。

在一些实施例中，为了对抗腔室内的离子电流，可以在脉冲结束之后使正电流流出脉冲发生器级101。这可以例如通过调整缓冲电感器L3的电感(例如可以移除)、缓冲电阻器R3的电阻和/或缓冲电容器C5的电容值来实现，从而缓冲电容器C5可以在脉冲期间放电和/或在下一脉冲之前不完全充电。例如，这可以允许衰减电流以与脉冲期间电流流动相同的方向流出能量存储电容器C7和/或DC源V1。这可以在晶圆上产生波形形状，该波形形状不包括在等离子体腔内脉冲之间的下降。

下降可以表现为由脉冲发生器级101产生的脉冲之间的电压上升。下降可以包括电压上升0.2V/ns(例如，对于具有大约5nF电容和1Amp离子电流的卡盘)或1V/ns(对于具有大约5nF电容和5Amp离子电流的卡盘)。

另一方面，下降补偿可以包括脉冲发生器级101产生的正向脉冲之间的负电压斜率，这可以抵消由蒸汽室内的晶圆的离子通量引起的压降电压。例如，压降补偿可以包括脉冲之间大约0.2V/ns(例如，对于具有大约5nF电容和1安培的离子电流的卡盘)或大约1V/ns(如，对于具有约5nF容量和5安培的离子流的卡盘)的电压斜率。作为另一个示例，下垂补偿可以包括在正向脉冲之间超过约100000、10000、1000或100kV/s的负电压斜率。

RF发生器108可以与等离子体室106电耦合。RF发生器108可将例如高频RF信号引入等离子体室，其可从室内的成分产生等离子体。

RF发生器108可以包括产生施加到阴极的RF功率的任何类型的装置。RF发生器108例如可以包括纳秒脉冲发生器、由半桥或全桥电路驱动的谐振系统、RF放大器、非线性传输线、RF等离子体发生器等。在一些实施例中，RF发生器108可以包括阻抗匹配网络。

在一些实施例中，RF发生器108可以包括一个或多个RF驱动器，其可以产生具有多个不同RF频率的RF功率信号，例如2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz和80MHz。例如，典型的RF频率可以包括200kHz和800MHz之间的频率。在一些实施例中，RF发生器108可以在等离子体腔室内产生和维持等离子体。例如，RF发生器108向阴极(和/或天线)提供RF信号，以激发腔室内的各种气体和/或离子以产生等离子体。

在一些实施例中，RF发生器108可以与阻抗匹配电路耦合或可以包括阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路可以将RF发生器108的非标准输出阻抗匹配到50Ωs的同轴电缆或任何电缆的行业标准特性阻抗。

在一些实施例中，RF发生器108可以产生具有RF频率的脉冲串，该RF频率大于脉冲发生器级101产生的脉冲的脉冲重复频率。

在一些实施例中，脉冲发生器和等离子体系统100可以包括滤波电容器185和/或滤波电感器180。滤波电容器185可以例如对来自脉冲发生器级101的低频信号进行滤波。例如，这些低频信号可以具有大约100kHz和10MHz(例如，大约10MHz)的频率(例如，大部分频谱内容)。滤波电容器185例如可以具有大约1pF至1nF的值，例如小于大约100pF。

在一些实施例中，滤波电感器180可以例如对来自RF发生器108的高频信号进行滤波。例如，这些高频信号可以具有从大约1MHz到200MHz的频率，例如，大于大约1MHz或10MHz。例如，滤波电感器180可以具有从大约10nH到10μH的值，例如，大于大约1μH。在一些实施例中，滤波电感器180两端可以具有低耦合电容。在一些实施例中，耦合电容可以小于1nF

在一些实施例中，滤波电容器185和滤波电感器180中的一个或两者可以将RF发生器108产生的脉冲与脉冲发生器级101产生的脉冲隔离(反之亦然)。例如，滤波电容器185可以将脉冲发生器级101产生的脉冲与RF发生器108产生的脉冲隔离。滤波器电感器180可以将RF发生器108产生的脉冲与脉冲发生器级101产生的脉冲隔离。

图3是根据一些实施例的由没有RF功率(例如，没有来自RF发生器108的RF信号)的功率系统产生的两个波形的例子。在该例子中，卡盘波形305是卡盘电压(例如，电路点121)并且晶圆波形310是在晶圆上测量到的电压(例如电路点122)。在本例子中，缓冲电阻器R3的电阻为75mΩ，缓冲电容器C5的电容为12μF，脉冲宽度为100ns，并且滤波电感器180的电感例如可能约为100nH。DC电源V1提供的直流电压为500V。如图所示，晶圆波形310在脉冲之间基本平坦。例如，在脉冲之间，晶圆波形810具有小于1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。

图4是根据一些实施例的由具有RF(例如，来自RF发生器108的RF信号)功率的功率系统产生的两个波形的例子。在该例子中，卡盘波形405是卡盘电压(例如，电路点121)并且晶圆波形410是在晶圆上测量到的电压(例如电路点122)。在此例子中，缓冲电阻器R3的电阻为75mΩ，缓冲电容器C5的电容为12μF，脉冲宽度为100ns，并且滤波电感器180的电感为100nH。DC电源V1提供的直流电压为500V。如图所示，晶圆波形410在脉冲之间基本平坦。例如，晶圆波形410可以通过在连续脉冲之间小于1V/ns的较少连续脉冲变化而变化。

图5是根据一些实施例的由没有RF功率(例如，没有来自RF发生器108的RF信号)的电力系统产生的两个波形的例子。在该例子中，卡盘波形505是卡盘电压(例如，电路点121)并且晶圆波形510是在晶圆上测量的电压(例如电路点122)。在此例子中，缓冲电阻器R3的电阻为10mΩ，缓冲电容器C5的电容为35μF，脉冲宽度为150ns，并且滤波电感器180的电感为0nH。DC电源V1提供的直流电压为750V。如图所示，晶圆波形510在脉冲之间基本平坦。例如，在脉冲之间，晶圆波形510具有小于1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。

图6是根据一些实施例的由具有RF(例如，来自RF发生器108的RF信号)功率的电力系统产生的两个波形的例子。在该例子中，卡盘波形605是卡盘电压(例如，电路点121)并且晶圆波形610是在晶圆上测量的电压(例如电路点122)。在此例子中，缓冲电阻器R3的电阻为10mΩ，缓冲电容器C5的电容为35μF，脉冲宽度为150ns，并且滤波电感器180的电感为0nH。DC电源V1提供的直流电压为750V。如图所示，晶圆波形610在脉冲之间基本平坦。例如，在脉冲之间，晶圆波形610具有小于1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。

图7是根据一些实施例的由没有RF功率(例如，没有来自RF发生器108的RF信号)的电力系统产生的两个波形的例子。在该例子中，卡盘波形705是卡盘电压(例如，电路点121)并且晶圆波形710是在晶圆上测量的电压(例如电路点122)。在此例子中，缓冲电阻器R3的电阻为10mΩ，缓冲电容器C5的电容为35μF，脉冲宽度为250ns，并且滤波电感器180的电感为0nH。由DC电源V1提供的DC电压为700V。如图所示，晶圆波形710在脉冲之间基本平坦。例如，在脉冲之间，晶圆波形710具有小于1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。

图8是根据一些实施例的由具有RF(例如，来自RF发生器108的RF信号)功率的电力系统产生的两个波形的例子。在该例子中，卡盘波形805是卡盘电压(例如，电路点121)并且晶圆波形810是在晶圆上或在等离子体腔内的点(例如，线路点122)处测量到的电压。

在此例子中，缓冲电阻器R3的电阻为10mΩ，缓冲电容器C5的电容为35μF，脉冲宽度为250ns，并且滤波电感器180的电感为0nH。DC电源V1提供的直流电压为800V。

如图8所示，卡盘波形(或脉冲发生器的输出电压)在连续脉冲之间具有负斜率。例如，该负斜率可以补偿由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。例如，该负斜率可以具有大小，其基本上等于并且与等离子体室中产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率相反。

如图8所示，晶圆波形810在连续脉冲之间基本平坦。例如，在连续脉冲之间，晶圆波形810具有小于1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。

图9是根据一些实施例的由没有系统的纳秒脉冲发生器产生的具有和不具有下降补偿的并排波形的例子。在该例子中，卡盘波形905是没有下降补偿的卡盘电压，而卡盘波形915是具有下降补偿的卡盘电压。在该例子中，晶圆波形910是没有下垂补偿的晶圆电压，而晶圆波形920是具有下降补偿的晶圆电压。在本例子中，在没有下降补偿的情况下，缓冲电阻器R3的电阻为1.25Ω，缓冲电容器C5的电容为2μF，而在下降补偿的条件下，缓冲电阻R3降至75Ω，缓冲电阻器C5的电容值为12μF。

如图9所示，夹持波形915(或脉冲发生器的输出电压)在连续脉冲之间具有负斜率。例如，该负斜率可以补偿由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。例如，该负斜率可以具有大小，该大小基本上等于并且与等离子体室中产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率相反。

如图9所示，晶圆波形920在连续脉冲之间基本平坦。例如，在连续脉冲之间，晶圆波形810具有小于1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。

图10A是根据一些实施例的没有下降校正的晶圆电势的直方图。图10B是根据一些实施例的具有下降校正的晶圆电势的直方图。

图11是根据一些实施例的具有驱动等离子体室106的下降补偿电路165的电力系统1100的电路图。在一些实施例中，下降补偿电路165可以包括撬棍二极管130和下降电容器170。下降电容器可以具有大约1nF至大约100nF的电容器。在该示例中，由于添加下降电容器170，流过撬棍二极管130和能量恢复电路110的电流可引起下降电容器170两端的电压变化，其可以抵消任何下降。下降电容器170可以限制电流的流动直到下降电容器被充电以消除压降。开关171可用于在脉冲期间将电荷从下降电容器170排出到地。开关171可以以与开关171相同的开关频率和/或周期进行切换，例如使用相同的信号。例如，当开关171闭合时，脉冲发生器级101产生脉冲，而开关171闭合，耗尽下降电容器170。

在一些实施例中，如果需要，DC电源174可以允许DC偏移或偏置。在一些实施例中，当电荷从下降电容器170耗尽时，DC电源174也可以被充电。

在一些实施例中，电感器172可以是限流电感器。例如，电感器172可以具有大约10nH至大约500nH的电感。二极管173和/或二极管175可以是撬棍二极管。例如，二极管175可以在开关171断开时允许电流流动，并且可以允许电压尖峰流到地。

在一些实施例中，电感器172、二极管173和/或二极管175可以用电阻器代替。

开关171可以包括能够以高频切换高电压的任何类型的开关。在一些实施例中，开关171包括在美国专利申请第62/717637号中描述的高压开关，其标题为“用于纳秒脉冲的高压开关”和/或在美国专利专利申请第16/178565号中，其标题是“用于纳秒脉冲的高压开关”，其出于所有目的整体并入本公开。

在一些实施例中，能量回收电路110可以被移除或替换为主灌电路(primary sinkcircuit)和/或电阻输出级。在一些实施例中，能量回收电路110可以在能量回收电感器115之后接地。

在该例子中，DC偏置电路104不包括任何偏置补偿。DC偏置电路104包括偏置电源电压V5，该偏置电源电压例如可以正偏置或负偏置输出电压。在一些实施例中，可以调整偏置电源电压V5以改变晶圆电压和卡盘电压之间的电势。在一些实施例中，偏置电源电压V5可以具有约±5kV、±4kV、±3kV、±2kV、±1kV等kV的电压。DC偏置电路104可以包括或可以不包括在电力系统1100中。

电力系统1100可以包括RF发生器108和滤波电感器180。例如，滤波电感180可以对来自RF发生器108的高频信号进行滤波。例如，这些高频信号可以具有从大约1MHz到200MHz的频率，例如，大于大约1MHz或10MHz。例如，滤波电感器180可以具有从大约10nH到10μH的值，例如，大于大约1μH。在一些实施例中，滤波电感器180两端可以具有低耦合电容。在一些实施例中，耦合电容可以小于1nF。

图12是根据一些实施例的具有驱动等离子体室106的下降补偿电路190的脉冲发生器和等离子体系统1200的电路示意图。下降补偿电路190可以包括负DC电源182、开关181和限流电阻器183或限流电感器184。例如，限流电阻器183可以具有大约0.1Ω至大约50Ω或大约10mΩ至大约500Ω的电阻。例如，限流电感器184可以具有大约1nH至大约100nH的电感。当开关181闭合时，负DC电源182可以拉低电压消除并限制下降。

开关181可以包括能够以高频切换高电压的任何类型的开关。在一些实施例中，开关181包括在美国专利申请第62/717637号中描述的高压开关，其标题为“用于纳秒脉冲的高压开关”和/或在美国专利专利申请第16/178565号中，其标题是“用于纳秒脉冲的高压开关”，其出于所有目的整体并入本公开。

在一些实施例中，脉冲发生器和等离子体系统1200可以包括能量回收电路(例如，能量回收电路110)而不是电阻输出级220。

脉冲发生器和等离子体系统1200可以包括RF发生器108和滤波电感器180。例如，滤波电感180可以对来自RF发生器108的高频信号进行滤波。例如，这些高频信号可以具有从大约1MHz到200MHz的频率，例如，大于大约1MHz或10MHz。例如，滤波电感器180可以具有从大约10nH到10μH的值，例如，大于大约1μH。在一些实施例中，滤波电感器180两端可以具有低耦合电容。在一些实施方式中，耦合电容可以小于1nF。

图13是根据一些实施例的脉冲发生器和等离子体系统1300的电路示意图。脉冲发生器和等离子体系统1300例如可以包括脉冲驱动器1305，其显示为全桥配置，但也可以是半桥配置；下降补偿电路1310、变压器1345；以及DC电源V1。下降补偿电路1310例如可以减轻或减少等离子体腔室内的电压下降，例如，在等离子体腔室内晶圆上。

例如，脉冲驱动器1305可以产生双极脉冲。例如，双极脉冲可以包括脉冲，该脉冲包括正向脉冲，然后接着是负向脉冲。正向脉冲和负向脉冲之间的峰间电压可以大于约500V、1kV、2kV、5kV、10kV、15kV、20kV等。

在该例子中，脉冲发生器和等离子体系统1300可以包括脉冲驱动器1305。例如，脉冲驱动器1305可以是半桥驱动器或全桥驱动器。脉冲驱动器1305可以包括DC电源V1，其可以是DC电源(例如，电容电源、AC-DC转换器等)。在一些实施例中，脉冲驱动器1305可以包括四个桥开关661，662，663，664。在一些实施例中，脉冲驱动器1305可以包括串联或并联的多个开关661、662、663和664。例如，这些开关661、662、663和664可以包括任何类型的固态开关，例如IGBT、MOSFET、SiC(碳化硅)MOSFET、碳化硅结晶体管、FET、碳化硅开关、GaN开关、光导开关等。这些开关661，662，663和664可以在高频下开关和/或可以产生高压脉冲。例如，这些频率包括约400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等的频率。

开关661、662、663和664的每个开关可以与相应的桥二极管并联耦合并且可以包括杂散电感。在一些实施例中，桥开关的杂散电感可以相等。在一些实施例中，桥开关的杂散电感可小于约50nH、100nH、150nH、500nH、1000nH等。开关(661、662、663或664)和相应桥二极管的组合可与相应桥电感器串联耦合。例如，与开关663和664相关联的桥电感可以接地。例如，与开关661相关联的桥电感器可以与桥开关664和下降补偿电路1310的电阻器1315和/或电感器1316电连接。并且与开关662相关的桥电感器例如可以与下降补偿电路1311的桥开关663和二极管1313电连接。

如果脉冲驱动器1305中的开关以谐振频率f_resonant进行切换，那么变压器1345处的输出电压将被放大。在一些实施例中，谐振频率可以是约400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等。

在一些实施例中，变压器1345(或变压器T1)可以包括美国专利申请第15/365094号，标题为“高压变压器”中公开的变压器，该专利申请出于所有目的并入本文件。

例如，开关的占空比可以通过改变信号Sig1的占空比来调节，其打开和闭合桥开关661；改变信号Sig2的占空比，其断开和闭合桥开关662；改变信号Sig3的占空比，其断开和闭合桥开关663；以及改变信号Sig4的占空比，其断开和闭合桥开关664。

在一些实施例中，脉冲驱动器1305中的每个桥开关661、662、663或664可以独立地或结合一个或多个其他开关来切换。例如，信号Sig1可以是与信号Sig3相同的信号。作为另一例子，信号Sig2可以是与信号Sig4相同的信号。作为另一例子，每个信号可以是独立的并且可以独立地或单独地控制每个桥开关661、662、663或664。

在一些实施例中，下降补偿电路1310的输出可以与半波整流器耦合，该半波整流器可以包括阻断二极管，该阻断二极管可以位于变压器1345的次级侧或变压器1345初级侧。

在一些实施例中，下降补偿电路1310的输出可以与电阻输出级耦合，例如图12中所示的电阻输出级220。电阻输出级可以包括本领域已知的任何电阻输出级。例如，电阻输出级可包括标题为“高压电阻输出级电路”的美国专利申请第16/178538号中描述的任意电阻输出级，出于所有目的，该专利申请整体并入本公开。

脉冲发生器和等离子体系统1300不包括传统匹配网络，例如50Ω匹配网络或外部匹配网络或独立匹配网络。实际上，本文档中描述的实施例不需要50Ω匹配网络来调谐施加到晶圆室的开关功率。此外，本文档中描述的实施例提供了一种没有传统匹配网络的可变输出阻抗RF发生器。这可以允许快速改变等离子体室所消耗的功率。通常，匹配网络的调谐至少需要100μs–200μs。在一些实施例中，功率变化可以在一个或两个RF周期内发生，例如，在400kHz时为2.5μs–5.0μs。

在一些实施例中，脉冲驱动器1305可以包括开关，该开关布置成如图所示的全桥拓扑或具有两个开关的半桥拓扑。开关661、662、663、664可以切换存储在储能电容器C7内的DC电荷。DC源V1，其可以是DC源(例如，电容源、AC-DC转换器等)，可以对储能电容器C7充电。例如，脉冲驱动器1305可以驱动或者不驱动具有脉冲频率的下降补偿电路13110，该脉冲频率等于或不等于下降补偿电路1310的谐振频率。

在一些实施例中，脉冲驱动器1305可以用具有两个开关的半桥拓扑来代替。

下降补偿电路1310可以包括二极管1313、电感器1312、电感器1314、电感器1316、电阻器1315和/或电阻器1311。二极管1313可以在脉冲驱动器1305和变压器1345之间被正向偏置。例如，电阻器1315可以非常小。例如，电阻器1315可以具有小于约1Ω的电阻，例如，约50、25、10、5等mΩ.作为另一例子，电阻器1315可以低至0Ω。例如，电阻器1311可以非常小。例如，电阻器1311可以具有小于约5Ω的电阻，例如，约10、5、2、1、0.75、0.5、0.25Ω等。电感器1316和/或电感器1311可以例如具有小于约100nH的电感，例如，约75、50、25、10、5等nH。

例如，电感器1312可以具有小于约100μH的电感值，例如，小于约100、50、25、10、5、2.51μH等。

例如，脉冲发生器和等离子体系统1300可以包括RF发生器108和滤波电感器180。例如，滤波电感器180可以对来自RF发生器108的高频信号进行滤波。例如，这些高频信号可以具有从大约1MHz到200MHz的频率，例如，大于大约1MHz或10MHz。例如，滤波电感器180可以具有从大约10nH到10μH的值，例如，大于大约1μH。在一些实施例中，滤波电感器180两端可以具有低耦合电容。在一些实施例中，耦合电容可以小于1nF。

例如，DC电源V1可以包括多个DC电源。例如，一个DC电源可以与一个或两个开关耦合并且第二DC源可以和另一个或多个开关耦合。

图14是脉冲发生器和等离子体系统1400的电路图，其包括能量回收电路110与脉冲发生器和等离子系统1300的组合。例如，能量回收电路110可以包括能量回收二极管120和/或能量回收电感器115。当开关661、662、663、664断开时，多余的电荷可以例如从变压器1345的次级侧流出以对DC电源V1充电。作为另一例子，与其将能量回收电路110与脉冲发生器和等离子体系统1300组合，下降补偿电路190可以与脉冲发生器及等离子体系统1300组合。

除非另有规定，术语“实质上”是指在参考值的5％或10％以内或在制造公差范围内。除非另有规定，术语“约”是指在参考值的5％或10％之内或在制造公差之内。

图15A显示了例如在由没有下降校正(例如，没有下降补偿电路1310的全部或部分)的脉冲驱动器1305所产生的双极波形1505。该波形显示了在图13中的点1330处记录的随时间变化的电压。图15B显示了例如来自没有下降校正的脉冲驱动器1305的双极波形1510，该双极波形在等离子体腔内的某一点测量，例如，在图13中的点1335处(例如，等离子体腔内、卡盘处或晶圆上)。如图15B所示，波形1510在正脉冲1520和正脉冲1521之间具有正向下降1515。该下降1515可以在波形1510的每个脉冲和任意脉冲之间重复。例如，该下降1515可以将等离子体室内某一点处的脉冲1520、1521之间的电压随时间的幅度减小到在时间上基本平坦的电压。

如波形1505所示，双极脉冲是具有正向部分1540和负向部分1541的高压脉冲。正向部分1540例如可以是三角形脉冲、方形脉冲、高斯形脉冲、正弦形脉冲等。负向部分1541例如可以是三角形脉冲、方形脉冲、高斯形脉冲、正弦形脉冲等。

图16A显示了例如从具有下降校正的脉冲驱动器1305产生的双极波形1605。该波形示出了在图13中的点1330处记录的随时间变化的电压。图16B示出了例如来自具有下降校正的脉冲驱动器1305的双极波形1630，该下降校正在等离子体腔内的某一点测量得到，例如，在图13中的点1335处(例如，卡盘处或晶圆上)。

如图16A所示，下降校正使得从脉冲驱动器1305产生的两个连续正向脉冲(例如正向脉冲1610和正向脉冲1611)之间的波形部分具有负斜率1641。例如，负斜率的大小可以大于约10000000，1000000，500000，100000，50000，10000kV/s等。例如，连续正脉冲之间的周期可以小于约10000，1000，100，10ns等。

如图16B所示，下降校正使得在等离子体腔内测量的连续脉冲1620、1621之间的双极波形部分具有基本平坦的斜率1651。例如，如从脉冲1620的下降时间的拐点到脉冲1621的上升时间的拐点所测量的，基本上平坦的斜率1651的幅度可以小于约100，10，1kV/s等。例如，基本上平坦的斜率1651的幅度可以在脉冲1620至1621的正向部分之间的晶圆上产生几乎恒定的负电势。例如，包括基本平坦的斜率的连续双极脉冲之间的周期的部分可以包括连续双极脉冲之间周期的50％、60％、70％或80％以上。

如图9所示，卡盘波形915(或脉冲发生器的输出电压)在连续脉冲之间具有负斜率。例如，该负斜率可以补偿由于离子电流导致的等离子体腔内晶圆上的电压降低。例如，该负斜率可以具有基本上等于并且与等离子体室中产生的离子电流与等离子体室的卡盘电容的比率相反的大小。

连接词“或”包含在内。

术语“第一”、“第二”和“第三”等用于区分各个元素，并且除非另有规定或明确描述或要求顺序，否则不用于表示这些元素的特定顺序。

阐述了许多具体细节以提供对所要求保护的主题的彻底理解。然而，本领域技术人员将会理解，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。在其他情况下，本领域普通技术人员已知的方法、装置或系统并没有详细描述以免混淆所要求保护的主题。

所公开的方法的实施例可以在这样的计算设备的运行中执行。上述例子中呈现的块的顺序是可以改变的，例如，块可以被重新排序、组合和/或分解为子块。某些块或过程可以并行执行。

“适于”或“配置为”的使用意味着开放和包容的语言，其不会阻止设备适于或配置为执行附加任务或步骤。此外，“基于”的使用意味着开放和包容，从而“基于”一个或多个引述的条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可能基于那些所引述以外的附加条件或值。包括的标题、列表和编号仅为便于解释，并非限制。

虽然本主题已经采用具体实施例进行了详细描述，但是应当理解，本领域技术人员在理解上述内容之后，可以很容易地进行修改、变化和等效改动这些实施例。因此，应当理解，本公开是出于示例而非限制的目的而提出的，并且不排除对于本领域普通技术人员来说是显而易见的对本主题的这种修改、变化和/或添加。

Claims (50)

1.纳秒脉冲器，包括：

一个或多个固态开关；

与所述一个或多个固态开关耦合的变压器；

与所述一个或多个开关耦合的缓冲电路；

与所述变压器耦合的输出，其产生具有脉冲重复频率、脉冲宽度、峰值电压大于1kV的高压脉冲，并在连续高压脉冲之间产生具有负斜率的电压部分。

2.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中，所述电压部分包括在连续脉冲之间的周期的50％以上。

3.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中，所述电压部分为脉冲的下降的拐点和连续脉冲的上升的拐点之间的电压。

4.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中，所述电压部分为脉冲结束与连续脉冲开始之间的电压。

5.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中，所述高压脉冲包括非正弦脉冲。

6.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中，所述负斜率的大小大于100000kV/s。

7.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中，所述缓冲电路包括：

电阻值约为7.5mΩ–1.25Ω的缓冲电阻；和

电容值约为2μF–35μF的缓冲电容器。

8.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中，所述脉冲宽度具有约100–500ns的持续时间。

9.一种半导体处理系统，包括：

等离子体室；和

根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器与等离子体室耦合，以将高压脉冲引入等离子体室。

10.如权利要求9所述的半导体处理系统，其中，两个连续高压脉冲之间的电压部分变化小于1V/ns，所述两个连续高压脉冲在等离子体腔室内至少一个点处测量得到。

11.根据权利要求9所述的半导体处理系统，其中，等离子体室包括具有小于约20nF电容的卡盘。

12.如权利要求9所述的半导体处理系统，其中，所述负斜率的幅度与所述等离子体室内产生的离子电流和所述等离子室的卡盘电容的比率基本相等且相反。

13.如权利要求9所述的半导体处理系统，其中，负斜率的幅度基本上抵消了由于离子电流而在等离子室内晶圆上的电压降低。

14.脉冲发生器包括：

直流电源；

变压器包括：

变压器芯；

初级绕组，其缠绕在所述变压器芯的至少一部分上，所述初级绕组具有第一引线和第二引线；和

次级绕组，其缠绕在所述变压器芯至少一部分上；

与所述初级绕组的第一引线电耦合的下降补偿电路；

第一开关，其与所述下降补偿电路和所述直流电源电连接；

第二开关，其与所述初级绕组的所述第二引线和所述直流电源电连接，其中，所述第一开关和所述第二开关以不同的时间间隔打开和关闭；和

与所述变压器的所述次级绕组电耦合的脉冲输出，其输出高压双极性脉冲，所述高压双极性脉冲具有大于1kV的峰间电压和在连续高压双极性脉冲之间具有负斜率的电压部分。

15.如权利要求14所述的脉冲发生器，其中，所述脉冲输出输出具有脉冲频率大于1kHz的双极性脉冲。

16.根据权利要求14所述的脉冲发生器，其中，电压部分包括连续高压双极性脉冲之间超过50％的周期。

17.根据权利要求14所述的脉冲发生器，其中，所述电压部分为高压双极性脉冲的下降的拐点和连续高压双极性脉冲的上升的拐点之间的电压。

18.根据权利要求14所述的脉冲发生器，其中，所述电压部分为高压双极性脉冲的结束端和连续的高压双极性脉冲的开始之间的电压。

19.根据权利要求14所述的脉冲发生器，其中，所述负斜率的大小大于100000kV/s。

20.如权利要求14所述的脉冲发生器，其中，所述下降补偿电路包括偏置的下降二极管，以允许电流流过所述第一开关并通过所述变压器。

21.如权利要求20所述的脉冲发生器，其中，所述下降补偿电路包括串联排列并电耦合在下降二极管两端的第一电感器和第一电阻。

22.如权利要求21所述的脉冲发生器，其中，第一电感具有小于约100μH的电感值。

23.如权利要求21所述的脉冲发生器，其中，所述第一电阻具有小于约5Ω的电阻值。

24.如权利要求21所述的脉冲发生器，其中，所述下降补偿电路还包括与所述下降二极管和所述初级绕组的所述第一引线电耦合的第二电感器。

25.如权利要求24所述的脉冲发生器，其中，第二电感器的电感小于约50nH。

26.如权利要求24所述的脉冲发生器，还包括在所述第二开关和所述初级绕组的所述第二引线之间串联设置的第三电阻器和第三电感器。

27.根据权利要求26所述的脉冲发生器，其中，第三电感器的电感值小于约35nH。

28.如权利要求26所述的脉冲发生器，其中，第三电阻具有小于约1Ω的电阻值。

29.一种半导体处理系统，包括：

等离子体室；和

根据权利要求14所述的脉冲发生器与等离子体室耦合以将高压脉冲引入等离子体室。

30.如权利要求29所述的半导体处理系统，其中，两个连续高压脉冲之间的电压部分变化小于1V/ns，所述两个连续高压脉冲在所述等离子体腔室内至少一个点上测量得到。

31.如权利要求29所述的半导体处理系统，其中，所述等离子体室包括卡盘，所述卡盘具有小于约20nF的电容值。

32.如权利要求29所述的半导体处理系统，其中，所述负斜率的幅度与所述等离子体室内产生的离子电流和所述等离子室的卡盘电容的比率基本相等且相反。

33.如权利要求29所述的半导体处理系统，其中，负斜率的大小基本上抵消了由于离子电流而在等离子室内晶圆上的电压降低。

34.脉冲发生器，包括：

直流电源；

变压器包括：

变压器芯；

初级绕组，其缠绕在所述变压器芯的至少一部分上，所述初级绕组具有第一引线和第二引线；和

缠绕在所述变压器芯至少一部分上的次级绕组；

以全桥排列方式排列的多个开关，所述多个开关的第一部分与下降补偿电路和直流电源电连接；所述多个开关的第二部分与所述初级绕组的第二引线和所述直流电源电连接，其中，所述多个开关的第一部分和所述多个开关的第二部分以不同的时间间隔打开和关闭；

下降补偿电路电设置在所述多个开关的第一部分和/或所述多个开关的第二部分与所述变压器之间，所述下降补偿电路；和

与变压器的次级绕组电耦合的脉冲输出，其输出第一高压双极性脉冲，所述第一高压双极性脉冲具有大于约1kV的峰间电压，大于1kHz的脉冲频率，以及连续高压双极性脉冲之间斜率为负的电压部分。

35.根据权利要求34所述的脉冲发生器，其中，所述电压部分包括连续高压双极脉冲之间的周期的50％以上。

36.根据权利要求14所述的脉冲发生器，其中，所述电压部分是高压双极脉冲的下降的拐点和连续高压双极脉冲的上升的拐点之间的电压。

37.根据权利要求34所述的脉冲发生器，其中，所述电压部分是高压双极脉冲的结束和连续高压双极脉冲的开始之间的电压。

38.根据权利要求34所述的脉冲发生器，其中，所述负斜率的大小大于100000kV/s。

39.根据权利要求34所述的脉冲发生器，其中，所述下降垂补偿电路包括偏置的下降二极管以允许电流流过所述第一开关并流过所述变压器。

40.根据权利要求34所述的脉冲发生器，其中，所述脉冲输出输出双极性脉冲，所述双极性脉冲具有峰间电压，所述峰间电压小于所述第一高压双极性脉冲的所述峰间电压且大于约500V，且脉冲频率大于1kHz。

41.根据权利要求34所述的脉冲发生器，其中，所述下降补偿电路包括：

二极管，其从所述多个开关的所述第一部分朝向第一引线偏置；

第一电阻器，其布置在所述二极管和所述第一引线之间；

第一电感器；和

第二电阻器，其与所述第一电感器串联布置并电耦合在所述二极管两端。

42.根据权利要求41所述的脉冲发生器，其中，第一电感器具有小于约100μH的电感值。

43.根据权利要求41所述的脉冲发生器，其中，所述第一电阻器具有小于约5Ω的电阻值。

44.根据权利要求41所述的脉冲发生器，其中，所述第二电阻器具有小于约5Ω的电阻值。

45.根据权利要求41所述的脉冲发生器，还包括串联布置在所述多个开关的第二部分和所述第二引线之间的第二电感器和第三电阻器。

46.一种半导体处理系统，包括：

等离子体室；和

根据权利要求34所述的脉冲发生器与所述等离子体室耦合，以将所述高压脉冲引入所述等离子体室内。

47.根据权利要求29所述的半导体处理系统，其中，两个连续高压脉冲之间的电压部分变化小于1V/ns，所述两个连续高压脉冲在所述等离子体室内的至少一个点处测量得到。

48.根据权利要求29所述的半导体处理系统，其中，所述等离子体室包括卡盘，所述卡盘具有小于约20nF的电容值。

49.根据权利要求29所述的半导体处理系统，其中，所述负斜率的幅度与所述等离子体室内产生的离子电流和所述等离子室的卡盘电容的比率基本相等且相反。

50.根据权利要求29所述的半导体处理系统，其中，所述负斜率的幅度基本上抵消了由于离子电流而在所述等离子体室内的晶圆上的电压降低。