CN202871740U - Dc等离子体系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种DC等离子体系统(1)，包括连接到等离子体腔室(5)的阴极(K)和阳极(A)的DC电源(2)，其中所述等离子体腔室(5)的所述阳极(A)在等离子体处理期间电浮置，提供连接在阳极电势与等离子体腔室电势之间的开关(S)，其通常连接到保护地(PE)。
Description
技术领域
本实用新型涉及包括连接到等离子体腔室的阴极和阳极的DC电源的DC等离子体系统，其中所述等离子体腔室的阳极在等离子体处理期间电浮置。
而且，本实用新型涉及点燃(ignite)DC等离子体系统的等离子体腔室的等离子体的方法，所述DC等离子体系统具有在所述等离子体腔室中存在等离子体时电浮置的阳极。
背景技术
在US 2007/0181063A1中描述了这样的系统和方法。在该文献中指出，在半导体制造处理中，向处理腔室引入正离子、负离子和中性粒子的等离子体以辅助半导体器件形成。在处理期间，随着新的衬底被引入到腔室内进行处理，等离子体被重复熄灭和重新点燃。对于一些处理，可在单个腔室内对衬底执行的多步骤处理的步骤之间熄灭和重新点燃等离子体。此外，如果处理条件不稳定，在处理步骤的中间等离子体会意外地自己熄灭或者灭失。
在阳极被电隔离并且用于点燃和维持等离子体的电压连接到阴极和等离子腔室电势的腔室设计中，能够朝向阴极电势浮置阳极。随着阳极朝向阴极电势浮置，阴极和阳极之间的电势差降低。该电势差的降低会足以防止等离子体点燃。而且，在没有等离子体点燃的情况下阴极电压保持完全点燃越长，浮置的阳极电势将越接近阴极电势，从而进一步阻止等离子体点燃。
US 2007/0181063A1建议的用于点燃等离子体的方法包括步骤：如果等离子体未在向处理腔室的阴极施加等离子体点燃电压时点燃，则降低施加到阴极的电压的幅度。而且，其包括向阴极重新施加具有降低幅度的等离子体点燃电压，并且监视该处理腔室以确定是否已点燃等离子体。可以 重复降低阴极电压幅度和重新施加等离子体点燃电压的步骤，直到等离子体点燃。这是漫长且无法很好控制的处理。
在阳极被电隔离并且用于点燃和维持等离子体的电压连接到阴极和阳极的腔室设计中，还常常存在等离子体在阴极和阳极之间正确点燃的问题。特别是，如果阳极和腔室壁之间的电容相对于阴极和腔室壁之间的电容较小，则阳极远离等离子体腔室电势浮置，并且阴极电势会朝向等离子体腔室浮置。如果发生这一情况，则阴极电势和等离子体腔室电势之间的差值常常太小而无法导致点燃。通常是，无法正确点燃，而仅点燃阴极或者仅点燃阳极，进入稳定但不正确的状态。这意味着，存在不正确的磁电管(magnetron)放电。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题在于找到一种能够确保和良好控制等离子体的正确点燃的方法和DC等离子体供应。
通过一种DC等离子体系统解决该问题，所述DC等离子体系统包括连接到等离子体腔室的阴极和阳极的DC电源，其中所述等离子体腔室的阳极在等离子体处理期间电浮置，其中提供连接在阳极电势和等离子体腔室电势之间的开关，其通常连接到保护地。通常，在阴极和阳极之间施加例如800V的电压时，阳极电势改变大约400V，这意味着大约400V存在于阴极和等离子体腔室电势之间并且大约400V存在于阳极和等离子体腔室电势之间。这样的电压不足以点燃等离子体。然而，如果对于点燃，将阳极电势连接到等离子体腔室电势，则总的施加电压保持在阴极和等离子体腔室电势之间，该等离子体腔室电势现在是阳极电势。因而，等离子体腔室中存在用于点燃等离子体的足够电压。在点燃等离子体之后，开关能够再次打开并且阳极能够在等离子体处理期间再次处于浮置电势。通常，也将浮置的阳极描述为电隔离。对于本实用新型，应将浮置的阳极认为是阳极，其不具有到等离子体腔室或者保护地的直接(结构)电连接。
可以通过在DC电源的正输出端或者阳极与等离子体腔室电势连接，特别是连接到保护地的等离子体腔室的壳体，之间连接开关来实现阳极电势与等离子体腔室电势之间的连接。DC电源的正输出端连接到阳极。这意味 着，将开关连接到DC电源的正输出端是足够的。不必将开关直接与阳极连接。另一方面，所述开关能够连接到所述等离子体腔室的壳体，该等离子体腔室的壳体连接到保护地以实现所述阳极电势和所述等离子体腔室电势之间的连接。
而且，可以提供连接在阳极电势和等离子体腔室电势之间的第一电容器。该电容器有助于降低在开关的切换期间的振荡。从而确保了开关的更加稳定的操作。
可以提供用于控制所述开关的控制元件，其中基于所述DC等离子体系统的第一和第二监视参数，特别是基于DC电源的输出电压和输出电流，生成控制信号。如果所测量的输出电流低于第一设定点并且所测量的输出电压高于第二设定点，则只要输出电流低于第三设定点，开关就能够接通。因而，能够确保等离子体的点燃。另一方面，可以通过不闭合开关一长于给定的时间段，例如不长于2ms来保护DC等离子体系统。
所述控制元件可以包括数字信号处理器。这确保了能够非常快速地执行信号处理。
而且，可以与所述开关并联地提供保护电路配置。因而，能够保护开关免受高电压尖峰。具体地说，通过使用保护电路配置，能够防止开关的输出端的高电压尖峰影响开关的控制输入而导致开关的不稳定和不期望的操作。
所述电路配置可以包括串联到第二电容器的电阻器。因而能够阻尼振荡，使所述开关更加稳定的操作。
而且，所述电路配置可以包括与所述电阻器并联设置的二极管。这改善了开关的保护。
可以提供用于监视第一参数的第一监视设备以及定时器，所述第一监视设备和所述定时器均连接到所述开关的所述控制元件，并且所述开关保持闭合直到所监视的第一参数通过第三设定点或者在闭合所述开关之后经过预定时间。这确保了所述开关不保持闭合太长，因此在点燃等离子体之后立即开始等离子体处理。
另一方面，所述开关可以保持闭合一给定的最小时间。这确保了所述开关保持闭合长到足以确保等离子体的点燃。
本实用新型还涉及一种点燃DC等离子体系统的等离子体腔室中的等离子体的方法，在所述等离子体腔室中存在等离子体时所述DC等离子体系统具有电浮置的阳极，其中，所述阳极电势暂时与等离子体腔室电势电连接，用于点燃所述等离子体腔室内部的等离子体。因而，能够确保在具有电浮置的阳极的DC等离子体系统中等离子体的点燃。
可以通过闭合连接在阳极电势和等离子体腔室之间的开关，使所述阳极电势暂时与等离子体腔室电势电连接。因而，能够以非常简单的方式，实现通常浮置的阳极和等离子体腔室电势之间的电连接。
根据一种方法变型，监视所述DC等离子体供应系统的第一参数并且将该第一参数与第一设定点进行比较以获得第一比较结果，监视所述等离子体系统的第二参数并且将该第二参数与第二设定点进行比较以获得第二比较结果，并且如果所述第一比较结果满足第一给定条件并且所述第二比较结果满足第二给定条件，则闭合所述开关(S)。因而，如果输出电流低于第一设定点并且DC等离子体供应的输出电压高于第二设定点，则可以闭合所述开关。因而，能够识别一种情况：在所述等离子体腔室中不存在等离子体时，但是必须执行等离子体的点燃。可以通过比较器执行所述比较，并且可以将一个或者几个比较器的输出端连接到一个或者多个逻辑门，该一个或者多个逻辑门可以提供在比较器的下游并且在控制所述开关的控制元件之前。
可以监视所述第一参数并且所述开关保持闭合直到所监视的第一参数通过第三设定点或者在闭合所述开关之后经过预定时间。这确保了就在等离子体点燃之后打开所述开关。另一方面，如果由于某些原因等离子体没有点燃，则开关再次打开以防止对等离子体腔室的损害。
所述开关保持闭合一给定的最小时间。这确保了所述开关闭合长到足以确保所述等离子体的点燃。
附图说明
通过考虑下面结合附图的详细描述，本实用新型的教导将变得明显，在附图中：
图1示出DC等离子体系统的示意图；
图2示出说明DC等离子体系统的操作的图。
具体实施方式
在图1中，示出了DC等离子体系统1。DC等离子体系统1包括具有负输出端3和正输出端4的DC电源2。负输出端3连接到阴极K并且正输出端4连接到等离子体腔室5的阳极A。等离子体腔室5的壳体连接到保护地PE。开关S连接在正输出端4并且因而阳极电势与保护地PE之间。
与开关S并联地提供保护电路6，该保护电路6包括串联连接到电容器C2的二极管D以及并联连接到二极管D的电阻器R。保护电路6保护开关S。具体地说，保护电路6阻尼在打开和闭合开关S时发生的振荡。连接在阳极A和保护地PE之间的电容器C1还帮助衰减振荡。
第一监视设备7连接到正输出端4且测量DC电源2的输出电流Iout或者与其相关的参数作为第一监视参数并且生成第一测量值VIout。第二监视设备8连接在DC电源2的负输出端3和正输出端4之间且测量DC电源2的输出电压Uout或者相关的参数作为第二监视参数并且生成第二测量值VUout。第一监视设备7连接到DC电源2的两个比较器K1，K3。第二监视设备8连接到DC电源2的第二比较器K2。在比较器K1中，将第一监视设备7的输出与第一设定点Vref1进行比较。在比较器K2中，将第二监视设备8的输出与第二设定点Vref2进行比较，并且在第三比较器K3中，将第一监视设备7的输出与第三设定点Vref3进行比较。将比较器K2和K3的输出馈送到与门9，将该与门9的输出馈送到数字信号处理器形式的控制元件DSP。将比较器K1的输出直接馈送到控制元件DSP。基于从比较器K1和与门9输出的信号，控制元件DSP生成控制信号Uctrl以控制开关S。
而且，控制元件DSP包括定时器10以确定用于闭合开关S的最小和最大时间。DC电源2的壳体也连接到保护地PE。而且，在当前示例中，DC电源2通过连接器L1，L2，L3连接到主电源。
现在将参照图2描述DC等离子体系统1的操作。在点A和B之间，由第二监视设备8测量的DC电源2的输出电压Uout为-800V。由于浮置的阳极A，输出电压Uout仅部分存在于阴极K和PE之间。阴极K和PE之间的电压Uk为-400V。阳极A和PE之间的电压Ua为+400V。由于等离子体 腔室5中不存在等离子体，输出电流Iout为0A。由于输出电流Iout的第一测量值VIout低于第一设定点Vref1，并且输出电压Uout的第二测量值VUout高于第二设定点Vref2，并且输出电流Iout的第一测量值VIout低于第三设定点Vref3，因此满足强制点燃等离子体的条件。因此，由控制元件DSP在点B处生成驱动开关S的信号Uctrl。因而，阳极电势连接到保护地PE，该保护地PE连接到等离子体腔室，并且因此在这种情况下构成等离子体腔室电势，导致阳极A和PE之间的电压降，这可以在信号Ua中看出。阳极A现在处于朝向PE测量的0V，而完全输出电压Uout现在位于阴极K和PE之间。因此，阴极K的电压Uk处于朝向PE测量的-800V。电流Iout在B和C之间升高。在点C处，输出电流Iout升高高于第三设定点Vref3，这导致信号Uctrl的信号电平改变。这意味着开关S再次打开。在点B和C之间逝去的时间t1小于预定时间。因此，在输出电流Iout升高高于第三设定点Uref3时开关S打开。在输出电流Iout未升高高于第三设定点Vref3的情况下，如果在点B和C之间经历了预定时间，则将打开开关S，以保护等离子体系统1。在点C和D之间的稳定时段之后，输出电压Uout降低到-600V。在点D处，点燃等离子体并且在等离子体腔室5中运行等离子体处理。
Claims (11)
1.一种DC等离子体系统(1)，包括连接到等离子体腔室(5)的阴极(K)和阳极(A)的DC电源(2)，其中所述等离子体腔室(5)的所述阳极(A)在等离子体处理期间电浮置，其特征在于，还包括连接在阳极电势与等离子体腔室电势之间的开关(S)。
2.根据权利要求1所述的DC等离子体系统，其特征在于，所述开关(S)连接在所述DC电源(2)的正输出端(4)或者所述阳极(A)与等离子体腔室电势连接端之间。
3.根据权利要求2所述的DC等离子体系统，其特征在于，所述开关(S)连接在所述DC电源(2)的正输出端(4)或者所述阳极(A)与连接到保护地(PE)的所述等离子体腔室(5)的壳体之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的DC等离子体系统，其特征在于，第一电容器(C1)连接在阳极电势与等离子体腔室电势之间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的DC等离子体系统，其特征在于，还包括用于控制所述开关(S)的控制元件(DSP)，所述控制元件(DSP)基于所述DC等离子体系统(1)的第一和第二监视参数，生成控制信号(Uctrl)。
6.根据权利要求5所述的DC等离子体系统，其特征在于，所述控制元件(DSP)基于所述DC电源(2)的输出电压(Uout)和输出电流(Iout)，生成控制信号(Uctrl)。
7.根据权利要求5所述的DC等离子体系统，其特征在于，所述控制元件(DSP)包括数字信号处理器。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的DC等离子体系统，其特征在于，还包括与所述开关(S)并联的保护电路(6)。
9.根据权利要求8所述的DC等离子体系统，其特征在于，所述保护电路(6)包括串联到第二电容器(C2)的电阻器(R)。
10.根据权利要求9所述的DC等离子体系统，其特征在于，所述保护电路(6)包括与所述电阻器(R)并联设置的二极管(D)。
11.根据权利要求5所述的DC等离子体系统，其特征在于，还包括用于监视第一参数(Iout)的第一监视设备(7)以及定时器(10)，所述第一监视设备(7)和所述定时器(10)均连接到所述开关(S)的所述控制元件(DSP)，并且所述开关(S)保持闭合直到所监视的第一参数(Iout)通过第三设定点(Vref3)或者在闭合所述开关(S)之后经过预定时间。
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