CN116982137A - 具有可切换匹配和频率调节的rf功率传输架构 - Google Patents

具有可切换匹配和频率调节的rf功率传输架构 Download PDF

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CN116982137A CN202280021016.3A CN202280021016A CN116982137A CN 116982137 A CN116982137 A CN 116982137A CN 202280021016 A CN202280021016 A CN 202280021016A CN 116982137 A CN116982137 A CN 116982137A
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爱德华四世·P·哈蒙德
Y·特拉查克
D·A·迪兹尔诺
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Abstract

一种电源电路包括：可切换匹配；可连接至负载的高电压总线和低电压总线，使得负载串联在总线之间；至少两个具有固定电容的电容器，所述至少两个具有固定电容的电容器可连接在高电压总线和低电压总线之间；以及多个固态开关，所述多个固态开关在数量上等于可连接在高电压总线和低电压总线之间的具有固定电容的电容器的数量，每个开关经配置且经布置以将高电压总线和低电压总线之间的电容器中的一者连接进高电压总线和低电压总线之间的电通信中或与所述电通信断开；以及变频电源，所述变频电源包括高电压输出连接，所述高电压连接连接至高电压总线。

Description

具有可切换匹配和频率调节的RF功率传输架构
背景
领域
本发明的实施例总体涉及位于交流功率源(例如，RF频率功率源)与负载(诸如半导体或其他处理腔室)之间的匹配电路。这包括处理腔室，其中负载包括AC供电元件，或耦合至腔室内的等离子体的AC供电元件。更具体地，本文中的实施例涉及用于在电源与负载之间提供匹配的方法和装置，其中负载的特性动态地改变，并且其中在功率被供应至负载的同时，匹配可在匹配电路元件之间有效地切换，并且交流功率信号的频率同样可动态地改变，以实现来自负载的最小功率反射率，因为负载特性在对其施加功率时会改变。
背景技术
在匹配技术中已知采用可变电容器的匹配，其中电容器具有一定范围的电容值，并且通过物理地改变电容器的特性(诸如通过将电机扭矩施加至与可变电容器连接的轴上)以改变电容器的电容值来选择不同的电容值。这些机动化电容器具有有限寿命，并且响应负载特性的变化相对缓慢，从而需要改变匹配中的电容值。另外，在电源与负载之间安置有匹配的固定值的部件的情况下，已知使用变频电源，其中可通过改变至匹配的功率信号的频率来解决负载特性的微小变化，所述变化会影响电源与负载的匹配。然而，输出频率的变化范围是有限的，并且无法完全解决当负载特性改变并且负载开始反射功率或者反射功率的量与由电源输送的前向功率相比显著增加时所出现的问题。
发明内容
本文中提供一种包括匹配的电源电路。在一个方面中，一种电源电路包括：可切换匹配，所述可切换匹配包括可连接至负载的高电压总线；可连接至负载的低电压总线，使得负载串联在高电压总线与低电压总线之间；至少两个具有固定电容值的电容器，所述至少两个具有固定电容值的电容器可选择性地连接在高电压总线与低电压总线之间；以及多个固态开关，所述多个固态开关在数量上等于可连接在高电压总线与低电压总线之间的具有固定电容值的电容器的数量，每个开关经配置且经布置以选择性地将可选择性地连接在高电压总线与低电压总线之间的具有固定电容值的电容器中的一者连接进高电压总线与低电压总线之间的电通信或与所述电通信断开；以及变频电源，所述变频电源包括高电压输出连接，所述高电压连接连接至高电压总线。
在另一方面中，本文提供一种可连接在变频电源与负载之间的匹配，其中负载的电气特性可动态地改变，所述匹配包括：可连接至负载的高电压总线；可连接至负载的低电压总线，使得负载串联在高电压总线与低电压总线之间；至少两个具有固定电容值的电容器，所述至少两个具有固定电容值的电容器可选择性地连接在高电压总线与低电压总线之间；以及多个固态开关，所述多个固态开关在数量上等于可连接在高电压总线与低电压总线之间的具有固定电容值的电容器的数量，每个开关经配置且经布置以选择性地将可选择性地连接在高电压总线与低电压总线之间的具有固定电容值的电容器中的一者连接进高电压总线与低电压总线之间的电通信或与所述电通信断开。
另外，一种将电源匹配至负载的方法，其中所述电源为变频电源，所述方法包括：提供电源电路，所述电源电路包括可切换匹配，所述可切换匹配被配置成响应于负载的变化改变可切换匹配的电气特性，所述可切换匹配连接至负载，所述可切换匹配包括提供可连接至负载的高电压总线；可连接至负载的低电压总线，使得负载串联在高电压总线与低电压总线之间；至少两个具有固定电容值的电容器，所述至少两个具有固定电容值的电容器可选择性地连接在高电压总线与低电压总线之间；以及多个固态开关，所述多个固态开关在数量上等于可连接在高电压总线与低电压总线之间的具有固定电容值的电容器的数量，每个开关经配置且经布置以选择性地将可选择性地连接在高电压总线与低电压总线之间的具有固定电容值的电容器中的一者连接进高电压总线与低电压总线之间的电通信或与所述电通信断开；以及提供变频电源，所述变频电源包括高电压输出连接，所述高电压连接连接至高电压总线。
附图说明
因此，可详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施例来获得以上简要概述的本公开的更具体描述，在附图中示出所述实施例中的一些。然而，应注意，附图仅示出示例性实施例，并且因此不应视为对本公开的范围的限制，并且可允许其他同等有效的实施例。
图1是等离子体电源电路的平面图，所述等离子体电源电路包括可切换匹配、AC至DC转换器和RF放大器，可切换匹配被包含在与AC至DC转换器和RF放大器的盒壳不同的盒壳中，所述等离子体电源电路用于供应与工艺腔室的变化的电气特性匹配的RF功率信号。
图2是等离子体功率电路的平面图，所述等离子体功率电路包括可切换匹配、DC电源、DC至AC转换器和RF放大器，可切换匹配安置在与RF放大器共享的盒壳中，这是与DC电源和DC至AC转换器的盒壳分离的盒壳，所述等离子体功率电路用于供应与工艺腔室的变化的电气特性匹配的RF功率信号。
图3是等离子体功率电路的平面图，所述等离子体功率电路包括可切换匹配、DC电源、DC至AC转换器和RF放大器，可切换匹配在与DC电源、DC至AC转换器和RF放大器的盒壳不同的盒壳中，所述等离子体功率电路用于供应与工艺腔室的变化的电气特性匹配的RF功率信号。
图4是等离子体功率的平面图，所述等离子体功率包括可切换匹配、DC电源、DC至AC转换器和RF放大器，可切换匹配安置在与RF放大器共享的盒壳中，这是与DC电源和DC至AC转换器的盒壳分离的盒壳，所述等离子体功率用于供应与工艺腔室的变化的电气特性匹配的RF功率信号。
图5是等离子体功率电路的平面图，所述等离子体功率电路包括定位成与RF电源和RF电缆串联的可切换匹配，以用于供应与工艺腔室的变化的电气特性匹配的RF功率信号。
图6为等离子体功率电路的平面图，所述等离子体功率电路包括定位成与RF电源和RF电缆串联的可切换匹配，以用于供应与工艺腔室的变化的电气特性匹配的RF功率信号。
图7是示出单个DC电源的示意性电路，所述DC电源被配置成将功率供应至DC至AC转换器、RF放大器和匹配电路的数个个体集合，DC至AC转换器、RF放大器和匹配电路的每个集合耦合至其专用负载。
图8是示出单个DC电源的示意性电路，所述DC电源被配置成将功率供应至DC至AC转换器、RF放大器和匹配电路的数个个体集合，DC至AC转换器、RF放大器和匹配电路的每个集合耦合至其专用负载。
图9是本文的可切换匹配的电气响应的图形表示。
图10是本文的可切换匹配的电气响应的额外图形表示。
图11是本文的可切换匹配的电气响应的额外图形表示。
图12是用于本文的电源电路的控制电路的示意图。
图13是并入DC电源和RF级的电源电路的示意图。
为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同附图标记来表示图中共有的相同元件。预期一个实施例的元件和特征可有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文中提供一种交流(例如，AC或RF)功率输送架构，所述架构包括可切换匹配和频率调节以用于即使与所述架构耦合的负载的电气特性改变，也以一致速率向等离子体腔室提供功率。在此，例如，可切换匹配的电气特性改变以解决与电源耦合的腔室部件的电抗和电阻的变化，或等离子体及其返回或接地路径中的变化，或部件、等离子体和接地或返回路径的串联连接的电气特性的变化。通过将可切换匹配的个体部件适当连接至其有源匹配电路中，可切换匹配的电气特性可经改变以使可切换匹配上游的电路部件的电气特性更紧密地匹配至可切换匹配下游的部件的电抗，即，由与可切换匹配耦合的腔室部件、腔室中的等离子体，或这两者组成的负载的电抗。将匹配部件选择性地连接至匹配电路中导致下游负载电抗的匹配或近乎匹配。通过额外调整到达匹配的RF信号的频率、匹配电抗或非常接近于匹配的电抗，可实现可切换匹配下游的电抗。
在此，选择性地包括在匹配电路中的个体部件是个体电容器，所述个体电容器位于匹配的电源线与接地线或电源总线与接地总线之间，即，被提供作为“分流”电容器，并且可使用固态开关将这些电容器中的一者或多者选择性地并入匹配电路中，所述固态开关是匹配电路专用的并且定位成与在匹配的电源总线与返回或接地总线之间的每个电容器串联。本文中，描述了对可切换L配置匹配和可切换π配置匹配的描述。每个此类可切换匹配可被配置成串联地定位在RF发生器和适当电源和返回路径布线与工艺腔室或工艺腔室部件之间，或DC电源、DC至AC转换器和RF放大器与工艺腔室或工艺腔室部件之间。另外，关于图1至图4，RF功率由离散包装或壳盒中的个体部件供应，在此是连接至AC功率源(例如，处于200V至480V并且有足够瓦数为DC电源110供电的晶片厂或工厂AC源)的DC电源110、DC至AC(RF)转换器112和RF放大器114，而在图5和图6中，RF功率由集成RF发生器供应。在图1至图4的配置中，单个DC电源可经由专用于每个腔室的可切换匹配102或102'连接至多个工艺腔室122，如在图7和图8中示意性地示出。另外，DC电源和DC至AC转换器112(振荡器)和RF或AC放大器114可配置在单个外壳或壳盒中，如在本文的图12中示意性地示出。在图1中所示的本文的方面中，示出包括L型可切换匹配电路102的电源电路100。在图2中，电源电路100与图1中的电源电路相同，但RF放大器和可切换匹配设置在同一壳盒中。在图3中所示的本文的方面中，示出包括π型可切换匹配102'的电源电路100。在图4中，电源电路100与图3中的电源电路相同，但RF放大器114和可切换匹配102'设置在同一壳盒中。
最初参考图1，描绘了包括电源电路100的RF功率输送架构设备，电源电路100包括可切换匹配102和频率调节，即使与电源电路100连接的负载的电气特性改变，电源电路100也能够以一致速率向等离子体腔室提供功率。在此，负载是工艺腔室122部件(其电气特性在对其供电期间改变)、或工艺腔室122部件以及与工艺腔室122部件电耦合并电耦合至接地路径或返回路径的等离子体并且其中电气特性在对其供电期间改变，或上述各项的组合。电源电路100在此被配置成使一个或多个可切换匹配102的连接能够与电源电路100连接。例如，即使工艺腔室122或工艺腔室122的连接至可切换匹配102的部件或等离子体的电抗改变，电源电路100也可用于通过在通电时使用使可切换匹配102部件进入或退出匹配电路的有源固态切换并且在需要时通过调整RF信号的频率来以最小化的反射功率向工艺腔室122或工艺腔室122的部件或等离子体提供高RF功率。
如图1中所示，电源电路100包括一连串盒壳116a～116e，每个盒壳包括钢或其他金属的框架70，每个框架70被配置为由蒙皮(skin)72界定的矩形棱柱，蒙皮72通过螺纹紧固件或其他固定元件连接至框架70以固持元件，使得其中的电源电路作为单独模块。每个盒壳116a～116e包括至少两个连接器117(图1的若干盒壳116的连接器117a～117p)，这些连接器117延伸穿过蒙皮72以使壳116内的(多个)电部件能够连接至在壳116外部的部件，或连接至在等离子体腔室中或在等离子体腔室上的部件。连接电缆120(例如，RF屏蔽电缆)连接至每个连接器117，以使每个壳116中的电部件经由壳116的连接器117连接至另一壳116中的另一部件或连接至工艺腔室122部件。
在其中电源电路100由盒壳116中的模块化元件配置的图1至图4的本文的实施例中，封闭在盒壳116a中的DC电源110将直流电功率供应至电源电路100。DC电源110通过两条连接电缆120a和120b连接至电源电路100中。连接电缆120a在连接器117a处连接至DC电源110的dc+或DC高电压侧，并且连接电缆120b在连接器117d处连接至DC电源110的“-”或接地侧。
连接电缆120a、120b分别从覆盖DC电源110的盒壳116a上的连接器117a、117b延伸至两个输入连接器117c、117d，输入连接器117c、117d从覆盖DC至AC转换器112的盒壳116b中的蒙皮72延伸。DC至AC转换器112使用固态振荡电路将经由连接电缆120a、120b接收的直流电信号(功率)转换成交流。在此，DC至AC转换器112的AC输出可以是RF频率(即，13.56或其倍数)或另一AC频率。DC至AC转换器112的输出经由连接电缆120c、120d连接至RF(或AC)放大器114。连接电缆120c在DC至AC转换器112的输出连接器117e与在DC至AC转换器112的高电压RF输出侧上的RF放大器的输入连接器117g之间延伸，并且连接电缆112d在AC至DC转换器的返回或接地连接器117f与RF放大器114的返回或接地连接器117h之间延伸。RF放大器114是固态放大器，RF放大器114连接至功率源(诸如，220V或44V的外部电连接(未示出))，以将DC至AC转换器的交流信号输出的峰间电压增大至有用于AC信号的最终应用的值，例如，用于驱动等离子体处理腔室之中或之上的作为腔室内的等离子体电路的一部分的电极或线圈，或驱动腔室内并非等离子体电路的直接部分的另一部件。例如，输出均方根电压可以在大约1000V的量级，更常见地在100V至200V的量级。
在可切换匹配102的输出侧处，在高电压总线132上的连接器117m连接至等离子体腔室122的高电压输入连接器117o，以便经由连接电缆1206连接至等离子体腔室122的部件，并且连接器117n经由连接电缆1208使返回路径或接地总线134连接至工艺腔室122的返回或接地侧连接器117p。
在图1中，匹配被配置为“L”匹配，其中由多达四个电容器150a～150d配置成的第一可变电容位于高电压总线132与返回或接地总线134之间，呈固定电容电容器118形式的第二电容和电感器119定位成在高电压总线132中串联在与其连接的可变电容与连接器117m之间。
在此，在本实施例中，分流电容(即，在高电压总线132与返回或接地总线134之间的“L”电路中的电容)是可由四个电容器150a～150d配置成的可变电容，四个电容器150a～150d中的每一者具有固定电容值，并且每一者可通过连接在电容器150与高电压总线132之间的开关152a～152d中的一者的选择性操作来选择性地连接在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134连接。可采用更少数量的分流电容器150(但至少两个分流电容器)或更大数量的分流电容器，以通过将分流电容器切换进或切换出匹配电路来使匹配设计者能够产生与反射功率的最小范围的负载电气条件的匹配。为了实现在负载中的大范围电阻和电抗上进行匹配，可将电容器150a～150d中的一者或多者切换进或切换出匹配电路，即，连接在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134连接。当连接至匹配电路时，电容器150a～150d中的每一者彼此电并联在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134彼此电并联。另外，匹配设计者可允许电容器150a～150d中的每一者都不需要连接在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134连接。通过闭合存在于电容器150a～150d与高电压总线132之间的开关150a～150d中的对应各者来形成在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的电容器150a～150d中的任一电容器的连接。同样，可通过打开存在于电容器150a～150d与高电压总线132之间的开关150a～150d中的对应各者来断开在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的电容器150a～150d中的任一电容器。在此，开关152a～152d是固态开关，例如，PIN二极管，开关152a～152d可在供电时切换，即，在电力经过可切换匹配102并进入工艺腔室122或工艺腔室122部件的同时将与开关152a～152d连接的电容器连接至匹配电路中或将与开关152a～152d连接的电容器从匹配电路断开。
在图1的可切换匹配102中，在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的电容是连接在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134连接的电容器150a～150d的电容的总和。分流电容的值为切换至匹配电路中以电连接在高电压总线132与接地或返回总线134之间或跨高电压总线132与接地或返回总线134连接的电容器150a～150d的个体电容值的总和，所述分流电容的值经调整以最大化传送到工艺腔室部件或与工艺腔室部件耦合的等离子体的功率，即使当负载的相对电阻和电抗改变时也是如此。参考图9，使用此方法对匹配的影响表示为将多达两个分流电容器(例如，电容器150a、150b)切换进或切换出匹配电路。
在图9中，有效功率耦合或传送至负载中，与分流电容值相比较，负载的电阻和电抗以两个电容C的示例的方式示出。在此，分流电容是基于作为分流电容器切换至匹配电路中的固定电容电容器(在此，例如，电容器150a、150b)的电容的总和。本文中，固定意味着电容器在一组条件下(例如，在20℃和大气压下)的电容的额定值或实际值，应理解，此类电容器的电容可能会基于其操作条件和年限而略有漂移。然而，在无法有意地操纵电容器以可控地改变其电容(这是通过可变电容器完成的)的意义上，电容是固定的。在图9中，Y轴表示负载电抗，并且X轴表示负载电阻。在工艺腔室中的处理期间，负载的电抗和电阻两者都可改变，这可能影响离开RF放大器的实际上进入并通过负载的功率的百分比或量，所述负载例如工艺腔室部件或电耦合至腔室中的等离子体的工艺腔室部件。线154限定了负载的电阻和电抗的范围的区域，其中如果仅单个电容器C1(例如，仅电容器150a)切换至在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中，则没有功率(或最小量的功率)将被负载反射。换言之，在由点150a～150d界定的负载的电抗X和电阻R值内，如果电容器150a是切换至在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中的仅有电容器，则离开RF放大器的100％(或最大可能)的功率将到达负载。另外，因为负载的电抗和电阻可能在负载的使用(例如，负载作为电极和等离子体电路中的等离子体)期间动态地改变，所以一旦电阻R和电抗X的值超出线154所限定的区域，则更大的功率将开始被负载反射。例如，线156表示负载电阻R和电抗X的一系列值，其中10％的功率将被负载反射，其中仅电容器150a切换至匹配电路中。换言之，其中离开RF放大器114的90％的功率传入负载中。同样，线158表示电阻R和电抗X的一系列值，其中20％的功率将被负载反射，其中仅电容器150a切换至匹配电路中。换言之，其中离开RF放大器114的80％的功率传入负载中。尽管未示出，但负载的电阻R和电抗X值超出线154所限定的区域越远(其中仅电容器150a切换至匹配电路中)，则反射功率百分比越高，而离开RF放大器到达负载的功率的百分比越低。
因为在工艺腔室在使用中时无法直接控制负载的电阻和电抗的漂移，所以如果可将单个固定电容电容器切换至在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中，则传送至负载中的功率百分比可能显著下降。然而，在此，第二固定电容电容器(例如，电容器150b)可附加地切换至在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中。除了电容器150a以外，电容器150b也可切换进匹配电路中，或者电容器150b可在电容器150a被切换出匹配电路的同时切换进匹配电路中。在此情形下，匹配电路将匹配负载的电阻R和电抗X的不同范围的值。然而，还有可能选择电容器150a、150b的值，使得相匹配并允许通过使用仅电容器150a将100％或最大可能的功率传输至负载的电阻R和电抗X的范围，以及相匹配和通过使用电容器150a和150b允许100％或最大可能的功率传输至负载的那些电阻R和电抗X的范围可以重叠。同样，可选择电容，使得相匹配并通过使用仅电容器150a或仅电容器150b允许100％或最大可能的功率传输至负载的电阻R和电抗X的范围重叠。例如，在图9中，曲线162限定电阻和电抗的值，在这些值以内，当电容器150a和150b两者都切换至在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中时，离开RF放大器的100％(或最大可能量)的功率被传送至负载中。线164表示电阻r和电抗X的一系列值，其中10％的功率将被负载反射，其中电容器150a和电容器150b两者切换至匹配电路中。换言之，其中离开RF放大器114的90％的功率传入负载中。同样，线166表示电阻r和电抗X的一系列值，其中20％的功率将被负载反射，其中电容器150a和电容器150b切换至匹配电路中。换言之，其中离开RF放大器114的80％的功率传入负载中。在此，可见，当仅电容器150a或电容器150a和150b两者切换至匹配电路中时，存在重叠区域，其中到达负载的功率百分比处于相同的百分位范围内。
通过恰当地选择电容器的值，有可能形成匹配，其中反射功率可达到工艺腔室中发生的应用可接受的最大期望值Pr。例如，通过将电容器150a和150b的电容值降低至略微小于图9中所示出的结果的值，曲线162所限定的区域将向左并向下偏移，即，偏移至更低的X和R值，使得将存在电阻R和电抗X的范围，在所述范围内，匹配将使用电容器150a或150b中的任何一者或一起使用电容器150a和150b将100％(或最大可能量)的功率传递至负载。同样，在电容器150a和150b的电容总和大于图9中所表示的值的情况下，由线154和162限定的100％(或最大可能量)功率传送的区域将进一步分开，并且较低功率传送(即，较大反射率)的区域将存在于其间。另外，存在具有100％传输率和围绕100％(或最大可能的功率传送)区域的对应较低传输率的区域，所述区域具有比曲线162的X和R值更高的X和R值，这是通过将第三电容(诸如，电容器150c)切换至匹配电路中来形成的，如在图10中由曲线170所示。同样，存在具有100％(或最大可能的功率传送)和围绕100％区域的对应较低传输率的区域，所述区域具有比曲线162的X和R值还要高的X和R值，这是通过将第四电容(诸如，电容器150c)切换至匹配电路中来形成的，如在图10中由曲线172所示。
通过选择性地将电容器150a～150d切换进或切换出匹配电路而提供的分流电容允许多达16个不同的分流电容可存在于匹配电路中。假设电容器150a～150d的电容值分别为A、B、C和D，则以下总分流电容值(即，在高电压总线132与接地或返回总线134之间或跨高电压总线132与接地或返回总线134的电容)是可能的：0(电容器150a～150d都未切换至电路中)、A、B、C、D、A+B、A+B+C、A+B+C+D、A+C、A+C+D、A+B+D、A+D、B+C、B+C+D、B+D、C+D。可能存在于高电压总线132与接地或返回总线134之间的不同电容值的总数为2C，其中C为可用于切换进或切换出高电压总线132与返回或接地总线134之间的匹配电路的电容器的总数。因此，在仅存在两个电容器152a、152b的情况下，可实现四个这样的电容。在仅存在三个电容器152a～152c的情况下，可表现出八个电容。电容器的数量及其值是匹配设计者的设计选择问题，这取决于要匹配用于高传输率的X和R值的期望范围，和可建立的每个电容的100％、90％、80％等传输率区域的期望重叠。电容器152a～152d的电容值可彼此不同，例如，其中A小于B，B小于C且C小于D。每个电容器150a～150d的电容值可以是相同的。电容器150a～150d中的一些可具有相同电容值，而其他电容器具有不同电容值。选择电容值以允许可切换匹配基于负载的可能的或可计算的性质来提供可能的最接近匹配以将最大量的前向功率传递至负载。
参考图10和图11，示出由四个不同的总分流电容匹配的电阻R和电抗X的负载性质的区域。每个区域可表示负载的电阻R和X的值，其中对于电容器150a～150d中的切换进匹配电路中的单个电容器或其四种不同组合中的一者而言，前向功率至负载有100％传输率(或最大可能的传输率)。在图10中，示出由线154限定的电抗X和电阻R值配对的区域，所述区域表示匹配电路中仅存在与图9中所示值相同的值的电容器150a；以及由线154限定的电抗X和电阻R值配对的区域，所述区域表示匹配电路中存在与图9的值相同的值的电容器150a和150b。示出额外曲线，例如，限定其中使用电容器150a～150d中的三者或其不同组合(例如第一电容150a和第三电容150c切换进匹配电路中)所发生的对负载的100％传输率的电抗X和电阻R值配对的区域的第三曲线170；以及限定其中使用切换进匹配电路中的四个电容器150a～150d的不同组合所发生的对负载的100％传输率的电抗X和电阻R值配对的区域的第四曲线172。在图10中，其中发生100％(或最大可能的)传输率的X和R值配对的区域彼此隔开，使得在匹配电路中切换电容器150a～150d的这四种组合导致匹配操作，其中功率(或比最小可能量更大的量)将被负载反射，其中负载的R和X值不在由曲线154、162、170和172中的一者所限定的区域内。这将在负载电抗和电阻值在由线154、162、170和172所限定的区域之外(例如，在其间的区域174、176和178中)时发生。因此，随着电气特性负载值改变，将反映出供应给工艺腔室122或工艺腔室122部件的功率的一部分或比最小可能量更大的功率，作为来自RF放大器的前向功率的百分比的所述功率的值取决于曲线或线154、162、170和172所限定的区域靠得有多近。其间的距离越大，在这些区域中操作时从负载反射的功率的百分比越大。然而，对于某些应用而言，这可以是可接受的操作。
替代地，可修改电容器150a～150d或其组合的值，使得其组合可导致电抗X和电阻R值配对的重叠区域，在所述区域中发生对负载100％的传输率。在此，由于将图10中组合至匹配中的电容器150b～150d的电容值降低至较低值而导致所得曲线162'、170'和172'，导致100％匹配的所得区域移至更低的电阻R和电抗X值，使得100％传输率的区域的边界至少在R值方向上共存(如果不是重叠)。作为结果，存在其中发生对负载100％传输率的电抗X和电阻R值配对的大区域，所述大区域是连续的并且没有反射区域。
为了便利起见，图10和图11示出电抗X和电阻R值配对的区域，其中通过将电容器150a～150d中的一者或多者切换进在图1的高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中的组合有可能针对分流电容的四个值发生对负载100％的传输率。然而，如先前所讨论，分流电容值的数量并且因此其中发生对负载100％(或匹配的最大可能量)的传输率的电抗X和电阻R值配对的区域的数量为2C，其中C为可用于切换进在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中的电容器的数量。因此，匹配设计者具有高程度的自由度来设计具有多个100％(或最小可能)反射功率范围的匹配，以使功率驱动电路与负载匹配。
开关152a～152d被配置为固态PIN二极管，开关152a～152d各自被配置成将电容器150a～150d中的对应一者并入或切换进在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的匹配电路中。这允许开关152a～152d在负载下(即，当至少经由高电压总线132驱动功率时，并且其中电容器152a～152d中的至少一者被切换进匹配电路中)经由可切换匹配电路102的其余部分进行切换并切换进负载中，以允许连续不间断地将功率供应至负载中，即，供应至工艺腔室122或工艺腔室122的部件中。
在此，DC至AC转换器能够具有变频输出，即，能够以可控方式改变其输出频率。作为结果，随着功率被供应给负载，并且可切换匹配102操作以最小化负载所反射的功率的值，可修改功率信号的频率(即，功率输出的AC频率值)以降低或改变功率反射值。在图9和图10中所示的在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的分流电容的示例中，存在其中将发生来自负载的反射功率的负载电阻R和负载电抗X的配对的值。在此，可调整所供应的功率频率，以改变负载电阻R和负载电抗X，使反射最小或无反射发生，并由此使反射功率值为更低的值或为零。如图10中所示，当负载特性改变时，在给定时刻供应的功率的时间频率下，负载电阻R和负载电抗X的时间值是在可切换电容值之间的值，其中匹配将100％功率供应至负载上。这由点180表示，存在于由线154、162限定的100％传输率的区域之间。然而，通过将DC至AC转换器所输出的AC功率信号的频率调整为更大或更小的值，在100％传输率的区域内，负载的电阻R和电抗X值的所得配对的位置相对于曲线154、162、170或172所限定的区域改变为在点180'或180"处。因为任何匹配的性能都与频率有关，所以可考虑改变频率以移动负载的电阻R和电抗X值，在X和R方向上移动由曲线154、162、170或172限定的区域，或这两者。因此，可切换匹配102在与变频电源(在此被配置为DC电源110、DC至AC转换器112和RF放大器114)组合时，匹配可经操作以维持供应至负载中的功率发生100％(或最大可能的)传输率。即使在如图10中所示的在可切换匹配102具有负载电阻R和电感X的值的固有配对、其中反射功率发生在将反射功率的给定功率频率下的情况下，这也是可能的。然而，通过改变到达可切换匹配的功率信号的频率，可在R和X方向上调整负载的电阻和电抗值配对的区域中的一者，或改变电阻R和电抗X的负载值，使得发生对负载100％(或最小可能的)传输率。
参考图2，与图1的模块化相比，电源的模块化略有修改。在此，RF放大器114被包括在与可切换匹配102相同的盒壳116x中。在所有其他方面，电源系统是相同的并且具有与关于图1所示并描述的操作相同的操作。
现参考图3，示出采用经修改的可切换匹配102'的电源电路100的额外方面。在此，经修改的可切换匹配102'被配置为π可切换匹配电路102'，π可切换匹配电路102'经配置具有两组电容器150a～150d和152e～152h和对应开关152a～152d和152e～152h，开关152a～152d和152e～152h被配置成选择性地将与其电连接的电容器150a～150h串联连接在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134串联连接。在此，电感器119和电容器118串联插入在高电压总线132中，在高电压总线132的其中电容器150a～150d可通过开关152a～152d与高电压总线132连接的区域与高电压总线132的在电感器119和电容器118与工艺腔室122之间的区域(其中电容器150e～150h可通过开关152e～152h连接至高电压总线132)之间。在此，π匹配102'的每个支路(即，π匹配102'的至电感器119的任一侧的部分)包括四个固定电容电容器150a～150d或150e～150h，每个固定电容电容器可选择性地连接或不连接在可切换π匹配102'的高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134连接或不连接。在可切换π匹配102'的至少一个支路上存在较少数量、但至少两个此类电容器150和用于将它们切换进或切换出匹配电路的对应开关152。图3的电源电路100'的模块化构造在结构上对应于图1的电源电路100，但用可切换π匹配102'取代了图1的电源电路的L型匹配配置。同样，图4的电源电路100'的模块化在结构上对应于图2的电源电路100，但用可切换π匹配102'取代了图2的电源电路100的L型匹配配置。
就匹配而言，图3和图4的电源电路100'的π可切换匹配电路102'具有与图1的电源电路的L型匹配配置类似的操作特性。在此，当电容器150e～150h都不作为分流电容器切换进匹配电路时，图3的电源电路100在结构上对应于图1的电源电路。在π匹配102'的电容器150e～150h都不切换进在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的分流电容的情况下，匹配102'具有与图1和图2的L型可切换匹配102相同的性能特性，其中固定电容器125a～125d的电容与其在图1和图2中的值相同。类似地，在电容器150e～150h中的一者或多者切换进匹配电路中并跨高电压总线132与返回或接地总线134或在高电压总线132与返回或接地总线134之间的同时将电容器150a～150d与匹配电路断开将导致与图1和图2的可切换匹配的性能特性类似的性能特性，其中固定电容器125a～125d的电容与其在图1和图2中的值相同。除了将来自在电感器119的一侧上的固定电容器150e～150f的群组的电容器切换进可切换π匹配102'的匹配电路中并且因此跨高电压总线132与返回或接地总线134或在高电压总线132与返回或接地总线134之间以外，将来自在电感器119的另一侧上的固定电容器150a～150d的群组的电容器切换进可切换π匹配102'的匹配电路中并且因此跨高电压总线132与返回或接地总线134或在高电压总线132与返回或接地总线134之间会导致两组并联分流电容器的组合效应，类似于关于图9至图11所示出并描述的那些。这加上改变DC至RF转换器的输出频率，使得匹配设计者能够设计具有负载电阻r和电抗X的最小配对的匹配，其中匹配不会导致供应至电源电路100中的功率至负载中的100％传输率。例如，在时间上(即，在当前时间)负载(DC至AC转换器112的输出频率)呈现出不完全匹配以防止功率在此频率下反射的电阻R和电抗X值的情况下，DC至AC转换器可向上或向下改变其频率以调整匹配和负载的特性，以便导致没有负载引起的功率反射或由负载引起的最小功率反射。另外，在此，开关152a～152h中的每一者具有与图1和图2的开关152a～152d相同或类似的配置，较佳地被配置为能够热切换(即，在负载或全功率应用下进行切换)的固态PIN二极管。作为结果，如同图1和图2的电源电路100，在并入可切换π匹配102'的电源电路100'中，电容器152中的每一者和任一者在全功率下可切换进或切换出匹配电路并且在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134，而无需将可切换π匹配102'与RF放大器或负载断开，并且因此容纳负载的连续匹配，即便在负载电阻R和电抗X特性改变时也是如此。作为结果，通过选择性地将电容器150a～150h中的电容器切换进或切换出分流电容(在高电压总线132与返回或接地总线134之间的电容)来容纳最大前向功率(即，最小反射功率)，并且同时根据需要调整DC至AC转换器的输出频率以维持至负载(在此是工艺腔室，包括其部件或其电耦合至工艺腔室中的等离子体的部件)中的最大前向功率传输率。
参考图7和图8，可模块化地使用对于本文的图1至图4的电源电路100、100'的使用，换言之，单个DC至AC发生器可经由多个可切换匹配102、102'耦合至多个工艺腔室122，每个可切换匹配102、102'经配置用于匹配至单个此类工艺腔室或其中的部件。
图7示意性地示出分布式电源系统，其中单个DC电源110的输出连接至多个DC至AC转换器112的输入，为每个工艺腔室设置一个此类AC至DC转换器112以便使用单个DC电源110供电。在此，四个工艺腔室122a～122d最终连接至单个DC电源110，但更多或更少数量的工艺腔室122可由单个DC电源110供电。每个工艺腔室122a～122d耦合至可切换匹配102或102'，每个可切换匹配102或102'耦合至专用的RF放大器114，并且每个RF放大器耦合至专用的DC至AC转换器112。尽管在此将RF(AC)放大器114和DC至AC转换器112示为单独部件，但它们可组合成耦合至DC源(即，如图12中所示耦合至DC电源110)的单个RF级。再次，如在本文中采用DC源110的每个实施例中，DC源110由AC功率源供电，例如，以50Hz至60Hz频率、在例如200V至480V下供电的晶片厂或工厂主电源。替代地，DC电源110的功率源可以是被配置成向工艺系统的多个部件供电的AC机架，例如，在其上采用一个或多个工艺区域的工艺系统，并且AC机架被配置成连接至系统的需要非匹配AC功率的所有部件、以及DC电源，所述DC电源将AC功率输入转换为DC功率输出，DC功率输出随后被转换成期望的AC频率和功率水平。在此，DC电源的输出连接至四个专用的DC至AC转换器112中的每一者，以经由RF放大器114和可切换匹配电路102或102'供应功率并最终将功率供应至腔室122a、122d。在此，DC电源110、DC至AC转换器112、RF放大器114和可切换匹配102或102'中的每一者被容纳在其自己的专用盒壳116中(图1至图4)，使得部件可容易地切换出电源电路100、100'或在电源电路100、100'中更换。再次，在此，DC至AC发生器112向可切换匹配电路102、102'的分流电容供应变频输出，连同电容器切换进和切换出所述分流电容，实现电阻R和电抗X值的宽泛范围的负载组合，在所述负载组合中将发生具有最小反射功率或无反射功率的高功率输送。
参考图8，功率输送部件被配置为像本文的图2和图4中的那些功率输送部件一样，其中如在本文的图2和图4中，RF放大器114和可切换匹配102或102'组合在单个盒壳116中。否则，图8的电源电路100或100'与图7中的那些电源电路相同。
现参考图5，描绘额外RF功率输送架构设备，所述额外RF功率输送架构设备具有可切换匹配和频率调节能力以便即使与功率输送架构设备耦合的工艺腔室部件或环境中的电阻R和电抗X改变，也以一致值将功率提供至处理腔室(例如，等离子体处理腔室)。在此，电源电路100被配置成使得一个或多个可切换匹配102或102'的连接能够与其连接。例如，即使可切换匹配102所连接的负载(例如，工艺腔室122或工艺腔室部件)的电阻R和电抗X改变，所得的电源电路100"也可用于向工艺腔室105提供高水平RF功率。
在此，电源电路100"包括RF发生器220，RF发生器220能够以期望振幅(RMS电压)和频率输送RF功率，RF发生器220经由电缆(电缆221、222)连接至如先前关于图1所述的可切换匹配102。在此实施例中，RF发生器是被包含在盒壳116a中的标准50-Ω发生器220，其具有高电压连接器117a和从其同一侧壁延伸的返回或接地连接器117b。第一50-Ω电缆221从连接器117a延伸至可切换匹配102的高电压总线132，并且第二50-Ω电缆222从连接器117b延伸至可切换匹配的返回或接地总线134。在此，可切换匹配102I被配置为与本文图1和图2的可切换匹配一样并且以与图1和图2的可切换匹配相同的方式操作。可切换匹配102的返回或接地总线134经由待连接的匹配延伸至工艺腔室122上的返回或接地连接，并且高电压总线132延伸跨过四个切换连接位置并延伸至与其串联的直排电容器119和电感器119，并且因而连接至工艺腔室122的高电压侧。
在此实施例中，单个RF发生器220专用于单个工艺腔室122。与本文图1和图2的实施例一样，可切换匹配102可操作以选择性地将固定电容电容器152a～152d中的一者或多者切换进在高电压总线132与返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与返回或接地总线134的分流电容中，以修改可切换匹配102的匹配特性以容纳成对的工艺腔室122或工艺腔室部件或部件和等离子体电阻R和电抗X值的多个离散范围。作为结果，在工艺腔室122或工艺腔室部件电阻R和电抗X值的宽泛范围内，可切换匹配102将在工艺腔室处提供低的反射功率至不提供反射功率，即，可切换匹配102将提供完全或几乎完全的匹配，以将RF发生器的功率输出的100％或几乎100％传输至负载(工艺腔室或工艺腔室部件)中。另外，在工艺腔室122或工艺腔室部件或部件和等离子体电阻R和电抗X值的其中可切换匹配102不提供最高可能传输率(最小反射)的范围中，RF发生器220被配置为变频RF发生器220，使得可调整其功率信号的输出频率以使可切换匹配102更接近于负载，并因此获得至负载中的最大功率传输率，例如，100％的功率传送。
参考图6，示出另一RF功率输送架构设备，所述RF功率输送架构设备具有可切换匹配和频率调节，即使负载的电抗和电阻的电抗改变，也能够以一致速率将功率提供至等离子体腔室。在图6中，采用RF发生器220和RF电缆221、222，但用π架构可切换匹配电路102'取代图5的L架构可切换匹配。在所有其他方面，功率输送电路是相同的。
本文的系统包括控制器，以考虑到反射功率和功率信号频率而选择将固定电容150a～150d或150a～150h中的适当一者切换进分流电容中。在此，供应AC频率(诸如，RF频率)的电路元件在其中包括用于测量由频率产生电路元件(也称作前向功率分析器200)输出的功率并且还使用反射功率分析器202测量在频率产生电路元件的输出端子处返回的反射功率的电路系统，每个输出端子电气地插入在AC至DC转换器112与RF放大器114之间的高电压连接中，或并入这些部件中的一者中或图5和图6的RF发生器内。在此，频率产生电路为图1至图4的DC至AC转换器112或图5和图6的RF发生器220中的一者。使用RF发生器220作为示例，所述发生器包括比较器电路以用于比较反射功率的量，这是作为前向功率的百分比或到达负载的功率(前向功率减去反射功率)与前向功率的比率；以及逻辑控制器，被配置成改变RF发生器220的输出频率以获得可能的最高百分比比率。这还考虑到可能无法实现至负载中的100％前向功率传输率，但由到达负载的功率与前向功率的最高比率或百分比所表示的最大传输率是RF发生器220的频率调节的期望结果。基于相对百分比或比率，发生器在逻辑控制器的控制下改变其输出频率，以确定最佳时间(在此时间瞬间)百分比或比率，其代表前向功率至负载中的最低反射率和最高传输率。RF发生器可自主地(即，独立于电路的任何其他控制元件)进行频率调节。
另外，提供控制器250，并且控制器250被配置成控制PIN二极管开关152的操作设置，以选择性地在匹配电路的分流电容中包括电容器。控制器250包括逻辑元件，例如，现场可编程阵列、微电脑等，可切换匹配102或102'的操作范围的特性被编程或设定在所述逻辑元件中。例如，控制器可以是用于选择配方的配方控制器，所述配方即，输送至等离子体电极或腔室的其他部件的一系列RF或AC功率和频率，以及基板支撑件温度、电极与基板之间的间距、在腔室环境中的气体混合物，以及可受控制或选择的其他工艺变量。特定而言，对于给定工艺腔室，匹配设计者在知晓匹配将连接的负载(例如，工艺腔室部件或与其电连接的工艺腔室部件和等离子体)的电阻和电抗的可能范围的情况下，确定一组期望的离散分流电容值，在所述分流电容值处将发生至负载的高功率传输率，并且因此将发生来自负载的低反射率。另外，设计者将控制器250编程为在开关152a～152d或152a～152h中选择开关，所述开关需要处在闭合位置以使与其连接的电容器成为可切换匹配102或102'的分流电容的一部分。自始至终，分流电容是在高电压总线132与可切换匹配102或102'的返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与可切换匹配102或102'的返回或接地总线134的总电容值。此值为连接在高电压总线132与可切换匹配102或102'的返回或接地总线134之间或跨高电压总线132与可切换匹配102或102'的返回或接地总线134的所有电容器150的固定电容的总和。然后，设计者可操作负载，即，在此为在其正常工作环境或条件下操作腔室122，以确定来自负载的实际反射功率，以及其中发生高传输率(低反射)和相对较低的传输率(高功率反射)的负载的电阻R和电抗X的值的所得配对。通过此信息，设计者可修改固定电容电容器150的电容值，所述电容值有可能切换进分流电容中。然后，设计者或使用者可绘制电阻R和电抗X的值配对的区域，在所述区域内，对于每个可能的或实际的分流电容，电源电路与负载之间存在最高传输率(最低反射)，以针对RF发生器220或DC至AC转换器112的标称输出频率(例如，13.56KHz的非零整数倍，例如，27.12MHz)以及针对发生器或转换器的这些频率关于输出频率的最大和最小变化产生图9至图11中所示的结果。作为结果，设计者可确定电源电路100、100'或100"在耦合至负载时的匹配特性，包括是否在通过选择性地将电容器150a～150d或150a～150h(图6)中的一者或多者切换进分流电容中、结合RF发生器220或DC至AC转换器112的可能输出频率值而可实现的分流电容值的范围内，在所述范围中，匹配将充分执行其预期目的。这可包括小于最大可能的传输功率到达负载的操作点，或可能不包括发生此情形的操作点。
接着将功率传输率对负载电阻R和电抗X值的范围编程至控制器250中，并且控制器250监控切换进匹配电路中的固定电容电容器150a～150d或150a～150h的身份，并因此监控匹配的操作状态。在一个方面中，如果反射功率与前向功率的比率开始增大，或前向功率与反射功率的比率开始减小，则RF发生器220或DC至AC转换器112自动地改变功率信号的输出频率以再次获得到达负载的最大前向功率，即，最高的可能功率传输率。控制器250监控RF发生器或DC至AC转换器112的输出频率。如果此频率变化仍导致至负载中的小于可能或理想的功率传输率(过量的反射率)，则基于RF发生器220或DC至AC转换器112的输出频率和开关152的已知设置并且因此基于当前在分流电容中的固定电容电容器150的身份，在由RF发生器220或DC至AC转换器112向负载供应功率的同时，控制器250向开关152中的一者或多者发信号以改变其操作设置，并由此将分流电容改变为对于包括负载条件的当前操作条件将导致更高的功率传输率并且较佳地为最高的可能传输率的值。控制器持续监控前向功率、反射功率和RF发生器220或DC至AC转换器112的输出频率，以控制开关152并因此建立会导致最高的可能功率传输率的分流电容值。
在另一方面中，控制器可经编程以基于在腔室或工艺环境中运行的工艺配方来选择将开关152a～152d或152a～152h闭合以将固定电容电容器150a～150d或150a～150h中的一者或多者包括至匹配电路的分流电容中。在此，系统设计者基于预测或实际数据来确定在每个工艺步骤期间负载的电抗和电阻值，选择性地将电容器150a～150d或150a～150h切换进分流电容中并测量反射功率，或这两者，以便确定将切换进分流电容中的固定电容电容器150a～150d或150a～150h的适当电容，以最小化每个工艺步骤处的反射率。在此，电源的频率仅受电源自身控制。
图13示出并入DC电源110和RF级254的电源电路的示意图，其中RF级将图1至图4的DC至AC转换器112和AC至RF放大器114组合成单个单元。在此，将在200V AC至480V AC的范围中的AC功率供应至DC电源110，DC电源110将AC输入转换成馈入至RF级254的DV输出。RF级包括DC至AC(RF)转换器和至少一个AC(RF)放大器，作为其固态部件。为了从RF级获得期望的功率输出，可将一个以上的放大器连接至RF级的DC至AC转换器的输出，并在组合器(未示出)中组合其输出。RF级254的AC或RF输出通过测量单元256，在其中测量从负载260(例如，工艺腔室部件)反射的反射功率Pr和Pi的值，并从测量单元256传输至电源控制器258。电源控制器258被配置成将控制信号传输至DC电源110以改变从DC电源110输出的DV功率的值，并传输至RF级254以改变RF级254的输出频率。电源控制器258包括用于测量反射功率对RF级的输出频率的变化的逻辑，以使频率被设定为最小化负载260的反射功率的值。作为结果，功率的频率可独立于可切换匹配102中的分流电阻的值而变化，例如，当分流电容值是基于负载的预期电抗和电阻值时，所述预期电抗和电阻值是基于在负载暴露于其中或形成其一部分的工艺环境中执行的工艺配方。
本文中，已在本文中描述了可在负载下运行的可切换匹配，即，包括固定电容电容器热切换进或切换出其分流电容中，连同AC至RF功率的变频源，这使得能够在负载对前向功率有最小反射率的情况下容纳大范围的负载电阻和电抗值。

Claims (19)

1.一种电源电路，
可切换匹配，所述可切换匹配被配置成响应于负载的变化改变所述可切换匹配的电气特性，所述可切换匹配连接至所述负载，所述匹配包括：
高电压总线，所述高电压总线能连接至负载；
低电压总线，所述低电压总线能连接至所述负载，使得所述负载串联在所述高电压总线与所述低电压总线之间；
至少两个具有固定电容值的电容器，所述至少两个具有固定电容值的电容器能选择性地连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间；以及
多个固态开关，所述多个固态开关在数量上等于能连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的具有固定电容值的电容器的数量，每个开关经配置且经布置以选择性地将能选择性地连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的具有固定电容值的所述电容器中的一者连接进所述高电压总线与所述低电压总线之间的电通信或与所述电通信断开；以及
变频电源，所述变频电源包括高电压输出连接，所述高电压输出连接连接至所述高电压总线。
2.如权利要求1所述的电源电路，其中所述变频电源电路包括DC电源和变频输出的DC至AC转换器。
3.如权利要求2所述的电源电路，其中所述变频电源电路进一步包括放大器。
4.如权利要求1所述的电源电路，其中所述变频电源是RF发生器。
5.如权利要求1所述的电源电路，其中所述可切换匹配被配置为L匹配。
6.如权利要求1所述的电源电路，其中所述可切换匹配被配置为π匹配。
7.如权利要求1所述的电源电路，其中所述可切换匹配经配置为包括：
第一固定电容，所述第一固定电容包括电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述固定电容电容器中的一个或多个固定电容电容器的电容的总和，并且通过电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述第一固定电容，所述可切换匹配被配置成在所述负载的电阻和电抗值的第一范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的高百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，并且在所述负载的电阻和电抗值的第二范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的较低百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载；以及
第二固定电容，所述第二固定电容包括电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述固定电容电容器中与提供所述第一电容的那些固定电容电容器不同的一个或多个固定电容电容器的电容的总和，并且通过电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述第二固定电容，所述可切换匹配被配置成在所述负载的电阻和电抗值的第三范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的高百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，并且在所述负载的电阻和电抗值的第四范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的较低百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，所述第三范围不同于所述第一范围。
8.如权利要求7所述的电源电路，其中所述第二范围和所述第四范围的所述负载的电阻和电抗的范围重叠。
9.如权利要求7所述的电源电路，其中所述第一范围与所述第四范围和所述第二范围与所述第三范围中的一者的所述负载的电阻和电抗的范围重叠。
10.如权利要求1所述的电源电路，其中所述低电压总线为接地总线。
11.如权利要求1所述的电源电路，其中所述固态开关电气地插入在所述固定电容电容器中的对应固定电容电容器与所述高电压总线之间。
12.一种能连接在变频电源与负载之间的匹配，其中负载的电气特性能动态地改变，所述匹配包括：
高电压总线，所述高电压总线能连接至负载；
低电压总线，所述低电压总线能连接至所述负载，使得所述负载串联在所述高电压总线与所述低电压总线之间；
至少两个具有固定电容值的电容器，所述至少两个具有固定电容值的电容器能选择性地连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间；以及
多个固态开关，所述多个固态开关在数量上等于能连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的具有固定电容值的电容器的数量，每个开关经配置且经布置以选择性地将能选择性地连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的具有固定电容值的所述电容器中的一者连接进所述高电压总线与所述低电压总线之间的电通信或与所述电通信断开。
13.如权利要求12所述的匹配，其中所述可切换匹配被配置为L匹配和π匹配中的一者。
14.如权利要求12所述的匹配，其中所述匹配能配置为包括：
第一固定电容，所述第一固定电容包括电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述固定电容电容器中的一个或多个固定电容电容器的电容的总和，并且通过电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述第一固定电容，所述可切换匹配被配置成在所述负载的电阻和电抗值的第一范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的高百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，并且在所述负载的电阻和电抗值的第二范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的较低百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载；以及
第二固定电容，所述第二固定电容包括电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述固定电容电容器中与提供所述第一电容的那些固定电容电容器不同的一个或多个固定电容电容器的电容的总和，并且通过电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述第二固定电容，所述可切换匹配被配置成在所述负载的电阻和电抗值的第三范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的高百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，并且在所述负载的电阻和电抗值的第四范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的较低百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，所述第三范围不同于所述第一范围。
15.如权利要求15所述的匹配，其中所述第二范围和所述第四范围的所述负载的电阻和电抗的范围重叠。
16.如权利要求14所述的电源电路，其中所述第一范围与所述第四范围和所述第二范围与所述第三范围中的一者的所述负载的电阻和电抗的范围重叠。
17.如权利要求12所述的电源电路，其中所述固态开关电气地插入在所述固定电容电容器中的对应固定电容电容器与所述高电压总线之间。
18.一种将电源匹配至负载的方法，包括以下步骤：
提供电源电路，所述电源电路包括：
可切换匹配，所述可切换匹配被配置成响应于所述负载的变化改变所述可切换匹配的电气特性，所述可切换匹配连接至所述负载，所述匹配包括：
高电压总线，所述高电压总线能连接至所述负载；
低电压总线，所述低电压总线能连接至所述负载，使得所述负载串联在所述高电压总线与所述低电压总线之间；
至少两个具有固定电容值的电容器，所述至少两个具有固定电容值的电容器能选择性地连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间；以及
多个固态开关，所述多个固态开关在数量上等于能连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的具有固定电容值的电容器的数量，每个开关经配置且经布置以选择性地将能选择性地连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的具有固定电容值的所述电容器中的一者连接进所述高电压总线与所述低电压总线之间的电通信或与所述电通信断开；以及
提供变频电源，所述变频电源包括高电压输出连接，高电压连接连接至所述高电压总线。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：
提供第一固定电容，所述第一固定电容包括电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述固定电容电容器中的一个或多个固定电容电容器的电容的总和，并且通过电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述第一固定电容，所述可切换匹配被配置成在所述负载的电阻和电抗值的第一范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的高百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，并且在所述负载的电阻和电抗值的第二范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的较低百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载；以及
提供第二固定电容，所述第二固定电容包括电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述固定电容电容器中与提供所述第一电容的那些固定电容电容器不同的一个或多个固定电容电容器的电容的总和，并且通过电连接在所述高电压总线与所述低电压总线之间的所述第二固定电容，所述可切换匹配被配置成在所述负载的电阻和电抗值的第三范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的高百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，并且在所述负载的电阻和电抗值的第四范围内将由所述变频电源向所述可切换匹配传输的所述功率的较低百分比传输至与所述可切换匹配连接的所述负载，所述第三范围不同于所述第一范围。
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