KR20220100947A - 나노세컨드 펄서 바이어스 보상 및 수정 - Google Patents

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제임스 프라거
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Abstract

일부 실시 예는 고전압 펄싱 전원 공급 장치; 상기 고전압 펄싱 전원과 전기적으로 연결되는 변압기; 상기 변압기와 전기적으로 결합되고 1kV보다 큰 진폭 및 1kHz보다 큰 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 펄싱을 출력하도록 구성된 출력; 및 상기 변압기와 전기적으로 연결되고 일 단은 출력되고 타단은 접지되는 바이어스 보상 회로를 포함하는 고전압 펄싱 회로를 제공하고, 상기 바이어스 보상 회로는: 상기 바이어스 보상 회로와 고전압 펄싱 전원 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제1 인덕턴스; 및 상기 바이어스 보상 회로와 상기 출력 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제2 인덕턴스를 포함한다.

Description

나노세컨드 펄서 바이어스 보상 및 수정
본 출원은 제목이 "나노세컨드 펄서 바이어스 보상 및 수정"이며 2019년 11월 15일에 출원된 미국 예비 특허 출원 번호 62/936,288에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 참고로 포함된다.
본 출원은 제목이 "나노세컨드 펄서 바이어스 보상 및 수정"이며 2019년 11월 18일에 출원된 미국 예비 특허 출원 번호 62/937,214에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 참고로 포함된다.
플라즈마 증착 시스템에서 웨이퍼는 종종 처리 챔버에서 척으로 정전기적으로 고정된다. 플라즈마는 챔버 내에서 생성되고 고전압 펄스가 도입되어 플라즈마 내의 이온을 웨이퍼로 가속한다. 척과 웨이퍼 사이의 전위가 특정 전압 임계값(예: 약 ±2kV)을 초과하면, 웨이퍼에 가해지는 힘은 웨이퍼를 손상시키거나 파손시킬 만큼 충분히 클 수 있다.
일부 실시 예는 고전압 펄싱 전원 공급 장치; 상기 고전압 펄싱 전원과 전기적으로 연결된 변압기; 상기 변압기와 전기적으로 결합되고 1kV보다 큰 진폭 및 1kHz보다 큰 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 펄싱을 출력하도록 구성된 출력; 및 상기 변압기와 전기적으로 결합되고 일단은 출력되고 다른 단은 접지되는 바이어스 보상 회로 - 상기 바이어스 보상 회로의 표유 인덕턴스는 약 1μH보다 작음 - 를 포함하는, 고전압 펄싱 회로를 제공한다.
일부 실시 예에서, 상기 바이어스 보상 회로는 바이어스 보상 다이오드, DC 전원 공급 장치 및 바이어스 보상 커패시터를 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 바이어스 보상 회로는: 상기 바이어스 보상 회로와 상기 고전압 펄싱 전원 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제1 인덕턴스; 및 상기 바이어스 보상 회로와 상기 출력 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제2 인덕턴스를 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 제 2 인덕턴스는 약 1μH보다 작다.
일부 실시 예에서, 상기 제 1 인덕턴스는 상기 제 2 인덕턴스보다 크다.
일부 실시 예에서, 상기 제 2 인덕턴스는 상기 제 1 인덕턴스의 20%보다 작다.
일부 실시 예에서, 상기 바이어스 보상 회로는: 바이어스 보상 다이오드; DC 전원 공급 장치; 및 상기 바이어스 보상 다이오드와 병렬로 배열된 복수의 스위치를 더 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 고전압 펄싱 전원 공급 장치는 복수의 고전압 버스트를 생성하고, 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함하고; 상기 복수의 스위치는 상기 복수의 고전압 버스트의 각 버스트 동안 열리고 상기 복수의 고전압 버스트의 각 버스트 사이에서 닫힌다.
일부 실시 예는 고전압 펄싱 전원 공급 장치; 상기 고전압 펄싱 전원과 전기적으로 연결되는 변압기; 상기 변압기와 전기적으로 결합되고 1kV보다 큰 진폭 및 1kHz보다 큰 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 펄싱을 출력하도록 구성된 출력; 및 상기 변압기와 전기적으로 연결되고 일단이 출력되고 타단이 접지되는 바이어스 보상 회로를 포함하는, 고전압 펄싱 회로를 제공하고, 상기 바이어스 보상 회로는: 상기 바이어스 보상 회로와 고전압 펄싱 전원 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제1 인덕턴스; 및 상기 바이어스 보상 회로와 상기 출력 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제2 인덕턴스를 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 제 2 인덕턴스는 약 1μH보다 작다.
일부 실시 예에서, 상기 제 1 인덕턴스는 상기 제 2 인덕턴스보다 크다.
일부 실시 예에서, 상기 제 2 인덕턴스는 상기 제 1 인덕턴스의 20%보다 작다.
일부 실시 예에서, 상기 바이어스 보상 회로는: 바이어스 보상 다이오드; DC 전원 공급 장치; 및 상기 바이어스 보상 다이오드와 병렬로 배열된 복수의 스위치를 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 고전압 펄싱 전원 공급 장치는 복수의 고전압 버스트를 생성하고, 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함하고; 상기 복수의 스위치는 각 버스트 동안 열린다.
일부 실시 예는 고전압 펄싱 전원 공급 장치; 상기 고전압 펄싱 전원과 전기적으로 연결된 변압기; 상기 변압기와 전기적으로 결합되고 1kV보다 큰 진폭 및 1kHz보다 큰 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 펄스를 출력하도록 구성된 출력; 및 상기 변압기와 전기적으로 연결되고 일단이 출력되고 타단이 접지되는 바이어스 보상 회로를 포함하는 고전압 펄싱 회로를 제공하고, 상기 바이어스 보상 회로는: 약 1μH보다 작은 표유 인덕턴스; 바이어스 보상 다이오드; 상기 바이어스 보상 다이오드와 직렬로 배열된 DC 전원; 및 기 바이어스 보상 다이오드 및 상기 DC 전원 공급 장치와 직렬로 배열된 인덕터를 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 고전압 펄싱 회로는 상기 바이어스 보상 다이오드 양단에 배열된 바이어스 보상 저항기를 더 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 바이어스 보상 저항기는 약 100kΩ보다 작은 저항을 갖는다.
일부 실시 예에서, 상기 고전압 펄싱 회로는 상기 바이어스 보상 다이오드와 상기 출력과 상기 변압기 간 지점 사이의 제 1 표유 인덕턴스는 약 1 μH보다 작다.
일부 실시 예에서, 상기 바이어스 보상 다이오드와 상기 커패시터 사이의 제 2 표유 인덕턴스는 약 1μH보다 작다.
일부 실시 예에서, 상기 커패시터와 접지 사이의 제 1 표유 인덕턴스는 약 1μH보다 작다.
일부 실시 예에서, 상기 커패시터는 약 1mF 미만의 커패시턴스를 갖는다.
일부 실시 예에서, 상기 바이어스 보상 회로는: 바이어스 보상 다이오드; DC 전원 공급 장치; 및 상기 바이어스 보상 다이오드와 병렬로 배열된 복수의 스위치를 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 고전압 펄싱 전원 공급 장치는 복수의 고전압 버스트를 생성하고, 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함하고; 상기 복수의 스위치는 각 버스트 동안 열린다.
이러한 예시적인 실시예는 본 개시를 제한하거나 정의하기 위해 언급된 것이 아니라, 그의 이해를 돕기 위한 예를 제공하기 위해 언급된다. 추가 실시예는 상세한 설명에서 논의되고, 추가 설명도 제공된다. 다양한 실시예 중 하나 이상에 의해 제공되는 이점은 본 명세서를 검토하거나 제시된 하나 이상의 실시예를 실행함으로써 더욱 이해될 수 있다.
본 개시의 이들 및 다른 특징, 측면, 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해된다.
도 1은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 2는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다.
도 3은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 4는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다.
도 5는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 6은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다.
도 7은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 8은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다.
도 9는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 10은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 예시적인 파형을 도시한다.
도 11a는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 예시적인 파형을 도시한다.
도 11b는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 예시적인 파형을 도시한다.
도 12는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 13은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 14는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 15는 일부 실시 예에 따른 절연 전원의 고전압 스위치의 블록도이다.
도 16은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 예시적인 파형을 도시한다.
도 17은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 예시적인 파형을 도시한다.
도 18은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 예시적인 파형을 도시한다.
도 19는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 20은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 21은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
도 22는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로의 회로도이다.
플라즈마 증착 시스템에서 웨이퍼는 종종 증착 처리 챔버에서 척으로 정전기적으로 고정된다. 처리 챔버 내에서 플라즈마가 생성되고 플라즈마 내의 이온을 웨이퍼로 가속하기 위해 고전압 펄스가 도입된다. 척과 웨이퍼 사이의 전위가 특정 전압 임계값(예: 약 ±2kV)을 초과하면, 웨이퍼에 가해지는 힘은 웨이퍼를 손상시키거나 파손시킬 만큼 충분히 클 수 있다. 또한, 트렌치 깊이를 늘리거나 품질을 개선하거나 에칭 프로세스의 속도를 높이기 위해 처리 챔버에 더 높은 전압 펄스를 도입하는 것이 유리할 수 있다. 증착 처리 챔버 내의 플라즈마로의 고전압 펄스의 도입은 척과 웨이퍼 사이의 전위에 영향을 미치고 웨이퍼를 손상시키거나 파손시킬 수 있다.
웨이퍼와 척 사이의 전압이 고전압 펄싱의 기간 동안 및 고전압 펄싱이 없는 기간 동안 임계값(예를 들어, 약 ±2kV)에 가깝거나 그 미만인 것을 보장하기 위한 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 예를 들어 이러한 시스템은 고전압 무선 주파수 전원 공급 장치를 사용할 때 웨이퍼의 자체 바이어스를 제한할 수도 있다. 이러한 시스템 및 방법은 예를 들어 척과 웨이퍼 사이의 전압이 전압 임계값을 초과하지 않도록 하기 위해 전압 변화를 보상할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로는 약 1kV, 2kV, 5kV, 10kV, 15kV, 20kV, 30kV, 40kV 등의 진폭으로 플라즈마에 도입되는 펄스 전압을 생성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로는 최대 약 500kHz의 주파수로 전환할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로는 약 50 나노초에서 약 1 나노초까지 다양한 펄스 폭을 갖는 단일 펄스를 제공할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로는 약 10kHz보다 큰 주파수에서 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로는 약 20ns 미만의 상승 시간으로 동작할 수 있다.
이 문서 전체에서 사용된 바와 같이, "고전압"이라는 용어는 약 1kV, 10kV, 20kV, 50kV, 100kV, 1,000kV 등을 초과하는 전압을 포함할 수 있으며; "고주파"라는 용어는 약 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등보다 큰 주파수일 수 있으며; "높은 반복 속도"라는 용어는 약 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등보다 큰 속도일 수 있으며; 용어 "빠른 상승 시간"은 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 미만의 상승 시간을 포함할 수 있으며; 용어 "빠른 하강 시간"은 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 미만의 하강 시간을 포함할 수 있으며; "낮은 커패시턴스"라는 용어는 약 1.0pF, 10pF, 100pF, 1,000pF 등 미만의 커패시턴스를 포함할 수 있으며; "낮은 인덕턴스"라는 용어는 약 10nH, 100nH, 1,000nH, 10,000nH 등 미만의 인덕턴스를 포함할 수 있으며; 짧은 펄스 폭이라는 용어는 약 10,000ns, 1,000ns, 500ns, 250ns, 100ns, 20ns 등보다 작은 펄스 폭을 포함할 수 있다.
도 1은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(100)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(100)는 6단계로 일반화될 수 있다(이러한 단계는 다른 단계로 세분화하거나 더 적은 수의 단계로 일반화하거나 도면에 표시된 구성 요소를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다). 고전압 펄싱 회로(100)는 펄서 스테이지(101), 저항성 출력 스테이지(102), 리드 스테이지(103), DC 바이어스 회로(104), 제2 리드 스테이지(105), 및 플라즈마 부하(106)를 포함한다. 펄서 스테이지(101), 저항성 출력 스테이지(102), 및/또는 DC 바이어스 회로(104)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다. 리드 스테이지(103) 또는 제2 리드 스테이지(105)도 고전압 펄싱 회로에 포함될 수 있다. 반면에 플라즈마 로드(106)는 처리 챔버 내의 플라즈마 로드를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 플라즈마 부하(106)에 포함될 수 있는 처리 챔버는 처리 챔버 덮개, 하나 이상의 측벽, 및 처리 용적을 정의하는 처리 챔버 베이스를 포함하는 처리 챔버 본체를 포함할 수 있다. 처리 챔버 덮개를 통해 배치된 가스 입구는 하나 이상의 처리 가스를 그와 유체 연통하는 처리 가스 소스로부터 처리 용적에 제공하는 데 사용된다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 발생기는 처리 용적 외부의 처리 챔버 덮개에 근접하게 배치된 하나 이상의 유도 코일 또는 안테나를 포함하는 처리 가스로부터 처리 플라즈마를 점화 및 유지하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 유도 코일은 예를 들어 RF 매칭 회로를 통해서와 같이, RF 전원에 전기적으로 결합될 수 있다. 플라즈마 발생기는 유도 코일 및 RF 전원 공급 장치에 의해 생성된 처리 가스 및 전자기장을 사용하여 처리 플라즈마를 점화하고 유지하는 데 사용된다. 처리 용적은 진공 출구를 통해 하나 이상의 전용 진공 펌프에 유체 연결될 수 있으며, 대기보다 낮은 조건에서 처리 용적을 유지하고 처리 및/또는 기타 가스를 배출할 수 있다. 처리 용적에 배치된 기판 지지 어셈블리는, 예를 들어 처리 챔버 베이스를 통해 연장되는 것과 같이, 지지 샤프트 상에 배치될 수 있다.
일부 실시 예에서, 기판은 기판의 플라즈마 처리 동안 도어 또는 밸브로 밀봉되는 하나 이상의 측벽 중 하나의 개구를 통해 처리 용적 내에 로딩되고, 이로부터 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 기판은 리프트 핀 시스템을 사용하여 ESC 기판 지지체대의 수용면에 전달되고 수용면으로부터 전달될 수 있다.
일부 실시 예에서, 기판 지지체 어셈블리는 지지 베이스 및/또는 지지 베이스에 열적으로 결합되어 그 위에 배치될 수 있는 ESC 기판 지지체를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 지지 베이스는 기판 프로세싱 동안 ESC 기판 지지체, 및 ESC 기판 지지체 상에 배치된 기판의 온도를 조절하는데 사용될 수 있다. 일부 실시 예에서, 지지 베이스는 상대적으로 높은 전기 저항을 갖는 냉각제 소스 또는 수원과 같은 냉각제 소스에 유체 연결되고 유체 소통하는 내부에 배치된 하나 이상의 냉각 채널을 포함한다. 일부 실시 예에서, ESC 기판 지지체는 유전체 재료에 내장된 저항성 요소와 같은 히터를 포함한다. 일부 실시 예에서, 지지 베이스는 내부식성 금속, 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 스테인리스강과 같은, 내부식성 열 전도성 재료로 형성될 수 있으며 접착제로 또는 기계적 수단에 의해 기판 지지체에 결합된다. 일부 실시 예에서, ESC 기판 지지체는 내식성 금속 산화물 또는 금속 질화물 재료, 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 산화티타늄(TiO), 질화티타늄(TiN), 산화이트륨(Y2O3), 이들의 혼합물, 또는 이들의 조합과 같은, 벌크 소결 세라믹 재료와 같은 유전체 재료로 형성된다. 일부 실시 예에서, ESC 기판 지지체는 유전체 재료에 내장된 바이어싱 전극을 더 포함한다. 일부 실시 예에서, 바이어싱 전극은 기판을 ESC 기판 지지대의 지지 표면에 고정(또는 척)하고/하거나 본 명세서에서 설명된 펄스 전압 바이어싱 방식을 사용하여 처리 플라즈마에 대해 기판을 바이어스하는 데에 사용될 수 있는 척킹 폴(chucking pole)을 포함할 수 있다. 바이어싱 전극은, 예를 들어, 하나 이상의 금속 메쉬, 포일, 플레이트, 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 전기 전도성 부품으로 형성될 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어싱 전극은 예를 들어, 동축 케이블 등의 동축 전송 라인과 같은 전기 전도체를 사용하여, 약 -5000V와 약 5000V 사이의 정적 DC 전압과 같은 척킹 전압을 제공하는 HVM에 전기적으로 결합될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어싱 전극은 ESC 기판 지지체의 기판 수용면으로부터, 및 이에 따라 기판으로부터, ESC 기판 지지체의 유전체 재료 층에 의해 이격될 수 있다. 이 구성에서, 약 5nF와 약 50nF 사이의 유효 커패시턴스를 가질 수 있는 유전체 재료 층과 바이어싱 전극에 의해 평행 판형 구조가 형성된다. 전형적으로, 유전 물질의 층은 약 0.1mm와 약 0.5mm 사이, 예를 들어 약 0.3mm와 같이 약 0.1mm와 약 1mm 사이의 두께를 갖는다. 일부 실시 예에서, 바이어싱 전극은 전송 라인과 같은 외부 도체를 사용하여 펄서 스테이지(101)에 전기적으로 결합될 수 있다. 일부 실시 예에서, 유전 물질 및 층 두께는 유전 물질 층의 커패시턴스 Ce가 예를 들어 약 7 내지 약 10nF와 같이, 약 5nF 내지 약 50nF가 되도록 선택될 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로는 바이어싱 전극을 포함할 수 있는 부하에 펄스 전압 파형을 설정할 수 있다. 고전압 펄싱 회로는 나노초 펄서, 바이어스 보상 회로, 저항성 출력 스테이지, 및/또는 에너지 회수 회로를 포함할 수 있다. 나노초 펄서는 그 내부 스위치를 미리 정해진 속도로 반복적으로 열고 닫아서, 미리 결정된 길이의 규칙적으로 반복되는 시간 간격 동안 그 출력 양단에 (즉, 접지에 대해) 미리 결정된 실질적으로 일정한 양의 전압을 유지할 수 있다.
전송 라인은 고전압 펄싱 회로의 출력을 척킹 폴(예: 바이어싱 전극)에 전기적으로 연결할 수 있다. 고전압 펄싱 회로의 출력은 플라즈마 부하(106)가 시작되는 곳일 수 있다. 커플링 어셈블리의 바이어싱 전극 및/또는 바이어싱 전극에 연결될 수 있는 전송 라인의 전기 전도체는: (a) 인덕턴스 Lflex를 갖는 유연한 동축 케이블을 인덕턴스 Lrigid를 갖는 강성 동축 전송 라인과 직렬로 포함할 수 있는 동축 전송 라인, (b) 절연된 고전압 코로나 저항 훅업 와이어(hookup wire), (c) 나선, (d) 금속 막대, (e) 전기 커넥터, 또는 (f) (a)-(e)에 있는 전기 요소의 조합을 포함할 수 있다. 내부 전기 전도체는 외부 전기 전도체와 동일한 기본 요소를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어싱 전극은 정전 척에 내장되고 얇은 층의 유전 물질에 의해 플라즈마로부터 절연된 금속 플레이트일 수 있다. 일부 실시 예에서, 척킹 폴은 정전 척 부분(예를 들어, ESC 기판 지지체) 내에 내장된 바이어싱 전극일 수 있다. 전송 라인과 같은 외부 전도체와 바이어싱 전극은 접지에 대해 결합된 표유 커패시턴스 Cs를 가지고 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로(100)(또는 펄서 스테이지(101))는 전압이 1kV, 10kV, 20kV, 50kV, 100kV, 1,000kV 등 보다 크고, 상승 시간이 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 보다 작고, 하강 시간이 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 보다 작고, 주파수는 약 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등 보다 큰, 펄스를 부하 스테이지에 도입할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 예를 들어, 500V보다 큰 펄싱, 10A보다 큰 피크 전류, 또는 약 10,000ns, 1,000ns, 100ns, 10ns 등 보다 작은 펄스 폭 등을 생성할 수 있는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 펄서 스테이지(101)는 1kV, 5kV, 10kV, 50kV, 200kV 등보다 큰 진폭을 갖는 펄스를 생성할 수 있다. 다른 예로서, 펄서 스테이지(101)는 상승 시간 또는 하강 시간이 약 5ns, 50ns, 또는 300ns 등보다 작은 펄스를 생성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 복수의 고전압 버스트를 생성할 수 있다. 예를 들어, 각 버스트는 빠른 상승 시간 및 빠른 하강 시간을 갖는 복수의 고전압 펄스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 고전압 버스트는 약 10Hz 내지 10kHz의 버스트 반복 주파수를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 복수의 고전압 버스트는 약 10Hz, 100Hz, 250Hz, 500Hz, 1kHz, 2.5kHz, 5.0kHz, 10kHz 등의 버스트 반복 주파수를 가질 수 있다.
복수의 고전압 버스트 각각 내에서, 고전압 펄스는 약 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등의 펄스 반복 주파수를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 하나의 버스트로부터 다음 버스트까지의 버스트 반복 주파수 시간. 바이어스 보상 스위치가 작동되는 주파수.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 전압 소스(V2)와 결합된 하나 이상의 고체 상태 스위치(S1)(예를 들어, IGBT, MOSFET, SiC MOSFET, SiC 접합 트랜지스터, FET, SiC 스위치, GaN 스위치, 광전도성 스위치 등과 같은 솔리드 스테이트 스위치)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 하나 이상의 소스 스너버 저항기(R3), 하나 이상의 소스 스너버 다이오드(D4), 하나 이상의 소스 스너버 커패시터(C5), 또는 하나 이상의 소스 프리휠링 다이오드(D2)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스위치 및/또는 회로를 병렬 또는 직렬로 배열할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 고주파수, 빠른 상승 시간, 빠른 하강 시간, 고주파수 등에서 복수의 고전압 펄스를 생성할 수 있다. 펄서 스테이지(101)는 하나 이상의 나노초 펄서를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 고전압 펄싱 전원을 포함할 수 있다.
펄서 스테이지(101)는, 예를 들어, "고전압 나노초 펄서"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/542,487에 설명된 임의의 펄서를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시 내용 전체에 통합된다. 펄서 스테이지(101)는 예를 들어 "효율적인 IGBT 스위칭"이라는 제목의 미국 특허 번호 9,601,283에 설명된 임의의 펄서를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시 내용 전체에 통합된다. 펄서 스테이지(101)는 예를 들어 "고전압 변압기"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 15/365,094에 설명된 임의의 펄서를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시 내용 전체에 통합된다.
펄서 스테이지(101)는 예를 들어, 고전압 스위치(예를 들어, 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄서 스테이지(101)는 도 15에서 설명된 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 펄서 스테이지(101)는 예를 들어 "절연 전원의 고전압 스위치"이라는 제목으로 2018년 11월 1일에 출원된 미국 특허 출원 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시 내용 전체에 통합된다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 변압기(T2)를 포함할 수 있다. 변압기(T2)는 변압기 코어(예를 들어, 토로이드(toroid) 또는 비토로이드(non-troroid) 코어); 변압기 코어 주위에 한 번 이하 감긴 적어도 하나의 1차 권선; 및 상기 변압기 코어에 복수회 권선되는 2차 권선을 포함한다.
일부 실시 예에서, 변압기(T2)는 변압기 코어 주위에 단일 턴 1차 권선 및 다중 턴 2차 권선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 턴 1차 권선은 변압기 코어 주위에 1회 이하로 감긴 하나 이상의 와이어를 포함할 수 있다. 단일 턴 1차 권선은 예를 들어 2,10, 20, 50, 100, 250, 1200개 이상의 개별적인 단일 턴 1차 권선을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 1차 권선은 전도성 시트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 다중 턴 2차 권선은 변압기 코어 주위에 여러 번 감긴 단일 와이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중 턴 2차 권선은 변압기 코어에 2, 10, 25, 50, 100, 250, 500회 등 이상으로 권선될 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 다중 턴 2차 권선이 변압기 코어 주위에 권선될 수 있다. 일부 실시 예에서, 2차 권선은 전도성 시트를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 변압기는 150나노초보다 작은 또는 50나노초보다 작은, 또는 5ns보다 작은 빠른 상승 시간으로 1,000볼트보다 큰 전압을 출력하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 변압기는 낮은 임피던스 및/또는 낮은 커패시턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 고전압 변압기는 1차 측에서 측정했을 때 100nH, 50nH, 30nH, 20nH, 10nH, 2nH, 100pH보다 작은 표유 인덕턴스를 가지고/가지거나 및/또는 변압기는 2차 측에서 측정할 때 100pF, 30pF, 10pF, 1pF보다 작은 표유 커패시턴스를 갖는다.
변압기(T2)는 모든 목적을 위해 이 문서에 통합된 "고전압 변압기"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 15/365,094에 개시된 변압기를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 펄서는 병렬 또는 직렬로 결합될 수 있다. 일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 인덕터(L1) 및/또는 저항기(R1) 양단의 저항성 출력 스테이지(102)와 결합될 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(L1)는 약 5μH 내지 약 25μH의 인덕턴스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 저항기(R1)은 약 50옴 내지 약 250옴의 저항을 포함할 수 있다. 복수의 펄서 스테이지(101) 각각은 또한 차단 다이오드(D4) 또는 다이오드(D6) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 커패시터(C4)는 다이오드(D6)의 표유 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 용량성 부하(예를 들어, 웨이퍼 및/또는 플라즈마)를 방전할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 인덕터(L1) 및/또는 인덕터(L5)로 표현되는 하나 이상의 유도성 요소를 포함할 수 있다. 인덕터(L5)는 예를 들어 저항성 출력 스테이지(102)에서 리드의 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있으며 약 500nH, 250nH, 100nH, 50nH, 25nH, 10nH 등보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 인덕터(L1)는 펄서 스테이지(101)로부터 저항기(R1)으로 흐르는 전력을 최소화하도록 설정될 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 적어도 하나의 저항기(R1)를 포함할 수 있고, 이는 예를 들어, 부하(예를 들어, 플라즈마 피복 정전용량)를 방전할 수 있는 직렬 또는 병렬의 복수의 저항기를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(R1)는 예를 들어 빠른 시간 규모에서 플라즈마 부하(106)로부터 전하를 소산할 수 있다(예: 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 시간 척도). 저항기(R1)의 저항은 플라즈마 부하(106) 양단의 펄스가 빠른 하강 시간(tf)을 갖는 것을 보장하도록 낮을 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 각 펄스 사이클 동안 평균 전력의 약 1 킬로와트 이상 및/또는 각 펄스 사이클에서 줄 이하의 에너지를 방전하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지의 저항기(R1)의 저항은 200옴 미만일 수 있다.
커패시터(C11)는 직렬 및/또는 병렬 저항 배열의 커패시턴스를 포함하는, 저항기(R1)(또는 저항기(R1)로 표시되는 직렬 또는 병렬로 배열된 복수의 저항기)의 표유 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 표유 커패시턴스(C11)의 커패시턴스는 예를 들어 500pF, 250pF, 100pF, 50pF, 10pF, 1pF 등보다 작을 수 있다. 예를 들어, 표유 커패시턴스 C11의 커패시턴스는, 예를 들어, C2, C3, 및/또는 C9의 전체 커패시턴스 또는 C2, C3 또는 C9의 개별 커패시턴스보다 작은 것과 같이, 부하 커패시턴스보다 작을 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 부하 상의 전압 파형의 형상을 제어하는 데 사용될 수 있는 회로 요소들의 집합을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 수동 소자(예: 저항기, 커패시터, 인덕터 등)만을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 능동 회로 소자(예를 들어, 스위치) 및 수동 회로 소자를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 예를 들어 파형의 전압 상승 시간 및/또는 파형의 전압 하강 시간을 제어하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 높은 펄스 전압(예: 1kV, 10kV, 20kV, 50kV, 100kV 등보다 큰 전압) 또는 고주파수(예: 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등보다 큰 주파수) 중 하나 또는 둘 모두를 갖는, 펄스를 갖는 회로에서 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 높은 평균 전력, 높은 피크 전력, 빠른 상승 시간 빠른 하강 시간을 처리하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 평균 정격 전력은 약 0.5kW, 1.0kW, 10kW, 25kW 등보다 클 수 있거나, 피크 정격 전력은 약 1kW, 10kW, 100kW, 1MW 등보다 클 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 수동 컴포넌트의 직렬 또는 병렬 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저항성 출력 스테이지(102)는 일련의 저항, 커패시터 및 인덕터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 저항성 출력 스테이지(102)는 인덕터와 병렬인 커패시터 및 저항기과 직렬인 커패시터-인덕터 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 차단 다이오드(D1)는 예를 들어 저항기(R1)을 통해 흐르는 전류를 보장할 수 있다. 커패시터(C8)는 예를 들어 차단 다이오드(D1)의 표유 커패시턴스를 나타낼 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 에너지 회수 회로 또는 임의의 다른 싱크 스테이지 또는 빠른 시간 규모에서 플라즈마로부터 전하를 신속하게 싱크할 수 있는 임의의 다른 회로로 대체될 수 있다.
일부 실시 예에서, 리드 스테이지(103)는 저항성 출력 스테이지(102)와 DC 바이어스 회로(104) 사이의 리드 또는 트레이스 중 하나 또는 둘 다를 나타낼 수 있다. 인덕터(L2) 또는 인덕터(L6) 중 하나 또는 둘 모두는 리드 또는 트레이스 중 하나 또는 둘 모두를 사용하여 인덕턴스를 나타낼 수 있다.
이 예에서, DC 바이어스 회로(104)는 어떠한 바이어스 보상도 포함하지 않는다. DC 바이어스 회로(104)는 예를 들어 출력 전압을 양으로 또는 음으로 바이어스할 수 있는 오프셋 공급 전압 V1을 포함한다. 일부 실시 예에서, 오프셋 공급 전압(V1)은 웨이퍼 전압과 척 전압 사이의 오프셋을 변경하도록 조정될 수 있다. 일부 실시 예에서, 오프셋 공급 전압(V1)은 약 ±5kV, ±4kV, ±3kV, ±2, kV, ±1kV 등의 전압을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 커패시터(C12)는 저항성 출력 스테이지 또는 다른 회로 요소 중 하나 또는 둘 모두로부터 DC 바이어스 전압을 격리(또는 절연)할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 커패시터(C12)는 회로의 한 부분에서 다른 부분으로 전위 시프트를 가능하게 할 수 있다. 일부 실시 예에서, 이러한 전위 시프트는 척 상의 제자리에 웨이퍼를 유지하는 정전기력이 전압 임계값 미만으로 유지되는 것을 보장할 수 있다. 저항(R2)은 펄서 스테이지(101)로부터의 고전압 펄스 출력으로부터 DC 바이어스 전원을 절연할 수 있다.
바이어스 커패시터(C12)는 예를 들어 100pF, 10pF, 1pF, 100μF, 10μF, 1μF 등이다. 저항기(R2)는 예를 들어, 약 1kOhm, 10kOhm, 100kOhm, 1MOhm, 10MOhm, 100MOhm 등의 저항과 같은 높은 저항을 가질 수 있다.
제2 리드 스테이지(105)는 고전압 펄싱 회로와 플라즈마 부하(106) 사이의 회로 요소를 나타낸다. 저항기(R13)는 예를 들어, 고전압 펄싱 회로의 출력으로부터 전극(예를 들어, 플라즈마 부하(106))으로 연결하는 도선 또는 전송 라인의 저항을 나타낼 수 있다. 커패시터(C1)는 예를 들어 리드 또는 전송 라인의 표유 커패시턴스를 나타낼 수 있다.
일부 실시 예에서, 플라즈마 부하(106)는 예를 들어 플라즈마 증착 시스템, 반도체 제조 시스템, 플라즈마 스퍼터링 시스템 등과 같은 반도체 처리 챔버를 위한 이상화되거나 효과적인 회로를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 커패시턴스(C2)는 웨이퍼가 안착할 수 있는 척의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 척은 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(C1)는 작은 커패시턴스(예를 들어, 약 10pF, 100pF, 500pF, 1nF, 10nF, 100nF 등)를 가질 수 있다.
예를 들어, 커패시터(C3)는 플라즈마와 웨이퍼 사이의 시스(sheath) 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 저항(R6)은 플라즈마와 웨이퍼 사이의 시스 저항을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 인덕터(L7)는 플라즈마와 웨이퍼 사이의 시스 인덕턴스를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전류원(I2)은 시스를 통한 이온 전류를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 커패시터(C1) 또는 커패시터(C3)는 작은 커패시턴스를 가질 수 있다(예를 들어, 약 10pF, 100pF, 500pF, 1nF, 10nF, 100nF 등).
예를 들어, 커패시터(C9)는 처리 챔버 벽과 웨이퍼의 상부 표면 사이의 플라즈마 내의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 저항기(R7)는 처리 챔버 벽과 웨이퍼의 상부 표면 사이의 플라즈마 내 저항을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전류원(I1)은 플라즈마의 이온 전류를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 커패시터(C1) 또는 커패시터(C9)는 작은 커패시턴스를 가질 수 있다(예를 들어, 약 10pF, 100pF, 500pF, 1nF, 10nF, 100nF 등).
본 명세서에서 사용되는 플라즈마 전압은 접지에서 회로 지점(123)까지 측정된 전압이고; 웨이퍼 전압은 접지에서 회로 지점(122)까지 측정된 전압이며 웨이퍼 표면의 전압을 나타낼 수 있고; 척킹 전압은 접지에서 회로 지점(121)까지 측정된 전압이고; 전극 전압은 접지에서 회로 지점(124)까지의 전압 측정값이고; 입력 전압은 접지에서 회로 지점(125)까지 측정된 전압이다.
도 2는 고전압 펄싱 회로(100)에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다. 이러한 예시적인 파형에서, 펄스 파형(205)은 플라즈마 부하(106)에 제공되는 전압을 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 회로 지점(124)에서의 전압인 펄스 파형(205)은 다음과 같은 특성을 갖는 펄싱을 생성한다: 고전압(예를 들어, 파형에 표시된 대로 약 4kV 초과), 빠른 상승 시간(예를 들어, 파형에 표시된 대로 약 200ns 미만), 빠른 하강 시간(예를 들어, 표시된 대로 약 200ns 미만) 파형) 및 짧은 펄스 폭(예를 들어, 파형에 표시된 대로 약 300ns 미만). 파형(210)은 회로 포인트(122), 예를 들어 웨이퍼의 표면에서의 전압을 나타낼 수 있다. 파형(215)은 플라즈마를 통해 흐르는 전류, 예를 들어 인덕터(L7)를 통한 전류를 나타낸다.
과도 상태 동안(예를 들어, 도면에 도시되지 않은 초기 펄스 수 동안), 펄서 스테이지(101)로부터의 고전압 펄스는 커패시터(C2)를 충전한다. 커패시터(C2)의 캐패시턴스가 커패시터(C3) 또는 커패시터(C1)의 캐패시턴스에 비해 크기 때문에 또는 펄스의 짧은 펄스 폭 때문에, 커패시터(C2)는 완전한 충전을 위해 고전압 펄서로부터 많은 펄스를 취하게 된다. 커패시터(C2)가 완전히 충전되면 도 2의 파형에서 볼 수 있는 것처럼 회로가 정상 상태에 도달한다.
정상 상태에서 스위치(S1)가 열리면 커패시터(C2)가 충전되고 파형(210)의 약간 상승하는 기울기로 표시된 것처럼 저항성 출력 스테이지(102)를 통해 천천히 소산된다. 커패시터(C2)가 충전되면, 스위치(S1)이 열려 있는 동안 웨이버 표면의 전압(커패시터(C2)와 커패시터(C3) 사이의 지점)은 음수이다. 이 음의 전압은 펄서 스테이지(101)에 의해 제공되는 펄스의 전압의 음의 값일 수 있다. 도 2에 도시된 예시적인 파형의 경우, 각 펄스의 전압은 약 4kV이다. 웨이퍼의 정상 상태 전압은 약 -4kV이다. 이로 인해 플라즈마에서 웨이퍼 표면으로 양이온을 가속하는 플라즈마 양단(예를 들어, 커패시터(C3) 양단)에 음전위가 결과된다. 스위치(S1)가 열려 있는 동안 커패시터(C2)의 전하는 저항성 출력 스테이지를 통해 천천히 소산된다.
스위치(S1)가 열림에서 닫힘으로 변경되면, 커패시터(C2)에 걸리는 전압은 커패시터(C2)가 충전됨에 따라 반전될 수 있다(펄서의 펄스는 파형(205)에 도시된 바와 같이 높음). 또한, 회로 지점(123)(예를 들어, 웨이퍼 표면)의 전압은 파형(210)에 도시된 바와 같이 커패시터(C2)가 충전됨에 따라 약 0으로 변한다. 따라서, 고전압 펄서의 펄스는 빠른 상승 시간, 빠른 하강 시간 또는 짧은 펄스 폭 중 임의이 것 또는 전체에 의해, 고주파수에서 음의 고전압에서 0으로 상승하고 다시 음의 고전압으로 돌아가는 플라즈마 전위(예: 플라즈마의 전위)를 생성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)의 작용, 즉 저항성 출력 스테이지(102)로 표현되는 요소는 표유 커패시턴스 C1을 빠르게 방전할 수 있으며, 커패시터(C2)와 커패시터(C3) 사이의 지점에서의 전압이 파형(210)으로 나타낸 바와 같이 약 -4kV의 일정한 음의 값으로 빠르게 복귀하도록 할 수 있다. 저항성 출력 스테이지는 커패시터(C2)와 커패시터(C3) 사이의 지점에서 전압이 시간의 약 % 동안 존재하도록 할 수 있으므로, 이온이 웨이퍼로 가속되는 시간을 최대화한다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지 내에 포함된 구성요소는 이온이 웨이퍼로 가속되는 시간을 최적화하고 이 시간 동안 전압을 거의 일정하게 유지하기 위해 구체적으로 선택될 수 있다. 따라서 예를 들어 빠른 상승 시간과 빠른 하강 시간을 가진 짧은 펄스가 유용할 수 있으므로 상당히 균일한 음전위가 장기간 존재할 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 서브시스템은 반도체 처리 챔버에서 척킹 전압을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 척에 일정한 전압을 보장하기 위해 버스트의 온/오프 패턴을 추적하는 척에 척킹 전압이 인가될 수 있다.
일부 실시 예에서, 다양한 고전압 펄싱 회로 중 임의의 것은 본 명세서에 개시된 저항성 출력 스테이지를 포함할 수 있으며, 2018년 3월 30일에 출원된 "고전압 저항성 출력 스테이지 회로"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 15/941,731에서 보이거나 설명된 일부 또는 모든 구성 요소, 배열, 기능 등을 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 전체가 본 명세서에 포함된다.
도 3은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(300)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(300)는 고전압 펄싱 회로(100)와 유사하다. 이 예에서 펄서 스테이지(110)는 고전압 스위치(S1)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(S1)는 고전압을 일괄적으로 개폐하기 위해 직렬로 배열된 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고전압 스위치(S1)는 도 15에서 설명한 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 고전압 스위치(S1)는 예를 들어 2018년 11월 1일에 출원되고 "절연 전원의 고전압 스위치"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 전체가 본 명세서에 통합된다.
임의의 실시 예에서, 펄서 스테이지(101) 또는 펄서 스테이지(110)는 고전압 펄스를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 펄서 스테이지(101)와 펄서 스테이지(110)는 상호 교환 가능하다.
이 예에서, DC 바이어스 회로(104)는 어떠한 바이어스 보상도 포함하지 않는다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(110)는 전압은 1kV, 10kV, 20kV, 50kV, 100kV, 1,000kV 등보다 크고, 상승 시간이 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등보다 작고, 하강 시간이 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등보다 작고, 주파수가 약 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등보다 큰, 펄스를 생성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 예를 들어 RF 생성기와 같은 무선 주파수 전원을 포함할 수 있다.
도 4는 고전압 펄싱 회로에 의해 생성된 파형의 예를 보여준다(예를 들어, 고전압 펄싱 회로(100) 또는 고전압 펄싱 회로(300)). 웨이퍼 파형(405)은 웨이퍼 상의 전압을 나타내고 척 파형(410)은 척 상의 전압을 나타낸다. 웨이퍼 파형(405)은 도 3의 회로도에서 122로 표시된 위치에서 측정된다. 척 파형(410)은 도 3의 회로도에서 121로 표시된 위치에서 측정된다. 도시된 바와 같이, 펄싱 동안, 척 파형(410)과 웨이퍼 파형(405) 사이의 차이는 약 4kV이다. 피크 전압이 2kV를 초과하면, 처리 챔버 내에서 척의 웨이퍼가 손상될 수 있다.
도 4의 파형은 각 버스트 내에 복수의 펄스가 있는 약 10초의 6개 버스트를 보여준다.
도 5는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(500)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(500)는 고전압 펄싱 회로(300)와 유사하다. 펄서 스테이지(110), 저항성 출력 스테이지(102), 및/또는 DC 바이어스 회로(104)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다. 리드 스테이지(103) 또는 제2 리드 스테이지(105)도 고전압 펄싱 회로에 포함될 수 있다. 플라즈마 부하(106)는 처리 챔버 내에 플라즈마 부하를 포함할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(114)는 수동 바이어스 보상 회로이고 바이어스 보상 다이오드(505) 및 바이어스 보상 커패시터(510)를 포함할 수 있다. 바이어스 보상 다이오드(505)는 오프셋 공급 전압(V1)과 직렬로 배열될 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 오프셋 공급 전압(V1) 및 저항기(R2) 중 하나 또는 둘 모두의 양단에 배열될 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 예를 들어, 약 100μF, 50μF, 25μF, 10μF, 2μF, 500nF, 200nF 등과 같은, 100nF 내지 100μF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 다이오드(505)는 10Hz와 10kHz 사이의 주파수에서 10A와 1kA 사이의 전류를 전도할 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 커패시터(C12)는 (예를 들어, 125로 표시된 위치에서) 펄서 스테이지(101)의 출력과 (예를 들어, 124로 표시된 위치에서) 전극 상의 전압 간의 전압 오프셋을 허용할 수 있다. 운영 중, 전극은 예를 들어 버스트 동안 -2kV의 DC 전압에 있을 수 있는 반면, 나노초 펄서의 출력은 펄스 동안 +6kV와 펄스 사이에서 0kV 사이에서 교번한다.
바이어스 커패시터(C12)는 예를 들어, 약 100nF, 10nF, 1nF, 100μF, 10μF, 1μF 등의 커패시턴스를 가질 수 있다. 저항기(R2)은 예를 들어, 약 1kOhm, 10kOhm, 100kOhm, 1MOhm, 10MOhm, 100MOhm 등의 저항과 같이, 높은 저항을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510) 및 바이어스 보상 다이오드(505)는 (예를 들어, 125로 표시된 위치에서) 펄서 스테이지(101)의 출력과 (예를 들어, 124로 표시된 위치에서) 전극 상의 전압 간의 전압 오프셋이 각 버스트의 시작 부분에 설정되는 것을 가능하게 하므로, 필요한 평형 상태에 도달한다. 예를 들어, 전하가 복수의 고전압 펄스 동안 (예를 들어, 약 5-100), 각 버스트의 시작에서 커패시터(C12)에서 바이어스 보상 커패시터(510)로 전하가 전송되므로, 회로에 올바른 전압을 설정할 수 있다.
일부 실시 예에서, 출력은 수정되지 않는 한 전압 오버슈트(overshoot) 또는 전압 드룹(droop)을 초래할 수 있다. 전압 오버슈트는 예를 들어 위치(121)에서의 전압과 위치(124)에서의 전압이 원하는 값(예: 2kV) 이상으로 상승할 때 버스트의 시작 부분에서 발생할 수 있다. 위치(124)의 전압이 버스트 전반에 걸쳐 하향 이동하는 경우(예를 들어, 피크-대-피크 전압이 변경되지 않음) 버스트 전반에 걸쳐(예를 들어, 약 5ms) 전압 드룹이 발생할 수 있다. 전압 드룹은 위치(121)에서의 전압을 원하는 값에서 최대 1.5kV까지 낮출 수 있다. 이상적으로는, 위치(124)에서의 전압은 평평해야 한다(즉, 전압 오버슈트 또는 전압 드룹은 최소화되거나 제거되어야 함).
일부 실시 예에서, 위치(124)에서의 전압은 바이어스 보상 커패시터(510)에 의해 해당 다이오드에 본질적으로 클램핑되기 때문에 위치(121)에서의 전압을 절대 초과해서는 안 된다. 각 버스트의 시작에서, 펄서 스테이지(110)는 바이어스 커패시터(C12) 상의 전압을 변경하기 위해 다이오드(505) 및 바이어스 보상 커패시터(510)를 통해 거의 모든 출력 전류를 구동할 수 있다. 그러나 이 경로에 상당한 표유 인덕턴스가 있는 경우(예: L22, L23 및 L24의 합), 이 인덕턴스는 전압을 낮추고 전류 흐름을 방지할 수 있다. 이것은 위치 124의 전압이 상승하도록 할 수 있거나(위치 124의 전압 오버슈트) 전류가 위치 121로 흐르도록 하고 플라즈마 부하가 척을 충전하도록 한다(위치 121에서 전압 오버슈트).
일부 실시 예에서, 전압 드룹 또는 전압 오버슈트는 예를 들어 인덕턴스(L22, L23 및 L24)와 같은 표유 인덕턴스의 합을 아래에서 설명하는 것처럼 제한하여 해결할 수 있다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23 및 L24)의 합은 50nH만큼 낮을 수 있다. 예를 들어 이 인덕턴스는 오버슈트를 400V 미만으로 유지하는 데 도움이 될 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및 바이어스 보상 커패시터(510)는 전류가 U자형 경로로 흐르도록 스트립라인으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 스트립라인은 PCB 내부 레이어의 두 접지면 사이에 매달린 유전 물질로 둘러싸인 전송 라인 트레이스일 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 분리는 최대화될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및 바이어스 보상 커패시터(510)는 예를 들어 10, 8, 6, 4, 3, 2, 1, 1/2인치와 같이 가능한 한 넓게 스트립라인된다.
일부 실시 예에서, 리드 인덕턴스(L22)는 (예를 들어, 표유 인덕턴스(L22)에서) 지점(124)을 다이오드(505)의 입력에 연결하여 최소화하거나 제거할 수 있다.
일부 실시 예에서, 리드 인덕턴스(L24)는 (예를 들어, 표유 인덕턴스(L24)에서) 바이어스 보상 커패시터(510)의 낮은 측을 접지에 직접 연결함으로써 최소화되거나 제거될 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(114)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 회로(500)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 예를 들어 L7와 같은 바이어스 보상 회로(114)와 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 회로의 이 쪽에 있는 임의의 다른 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(114)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2), 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 회로의 이 쪽에 있는 기타 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)는 다양한 방법으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)에 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로, 예를 들어, 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 소자 사이의 거리는 표유 인덕턴스를 줄이기 위해 최소화될 수 있다. 예를 들어, 상부 도체 및 하부 도체 사이는 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다. 다른 예로, 다이오드(505)를 포함하는 개별 요소는 124로 표시된 위치 또는 접지로부터 10, 8, 6, 4, 3, 2, 1, 1/2인치 미만 내에 배치될 수 있다. 다른 예로, 바이어스 보상 커패시터(510)를 포함하는 개별 요소는 124로 표시된 위치 또는 접지로부터 10, 8, 6, 4, 3, 2, 1, 1/2인치 미만 내에 배치될 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 이산 소자의 부피는 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터보다 작을 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)은 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어, 약 100kΩ 미만과 같이 약 1kΩ 내지 1MΩ 미만의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF 미만 또는 약 1mF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
도 6은 고전압 펄싱 회로(500)에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다. 도면에서 도시된 바와 같이, 웨이퍼 파형(605)과 척 파형(610) 사이의 전압 바이어스는 펄스 버스트 동안 고정된 상태로 유지되지만 버스트 후에 충전된 상태를 유지한다. 이 예에서, 펄싱 동안 웨이퍼 파형(605)과 척 파형(610) 사이의 차이는 허용 가능한 허용 오차 내에 있을 수 있는 약 2kV 미만이다. 그러나, 이 예에서, 펄스 간 웨이퍼 파형(605)과 척 파형(610) 간의 차이는 약 7kV보다 크고, 이는 허용 가능한 허용 오차내가 아닐 수 있다.
도 6의 파형은 각각의 버스트 내에 복수의 펄스를 갖는 약 10초의 6개의 버스트를 도시한다.
도 7은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(700)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(700)는 고전압 펄싱 회로(500)와 유사하고, 제2 펄서 회로(705)를 포함한다. 펄서 스테이지(110), 저항성 출력 스테이지(102), 제2 펄서(701), 제2 펄서 회로(705), 또는 DC 바이어스 회로(104)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다.
제2 펄서 회로(705)는 바이어스 보상 회로(114) 또는 바이어스 보상 회로(114)와 유사한 구성요소를 포함할 수 있다.
제2 펄서 회로(705)는 제2 펄서(701)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 펄서(701)는 도 1 또는 도 3에 도시된 펄서 스테이지(110)의 하나 이상의 또는 모든 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄서 스테이지(110)는 본 명세서(예를 들어, 도 15 및 관련 단락)에 개시된 바와 같이 나노초 펄서 또는 고전압 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 제2 펄서(701)는 펄서 스테이지(101)가 펄싱할 때 (예를 들어, 버스트 동안) 턴오프되도록 구성될 수 있고, 제2 펄서(701)는 펄서 스테이지(101)가 펄싱하지 않을 때 (예를 들어, 버스트 사이에서) 턴온되도록 구성될 수 있다.
제2 펄서 회로(705)는 또한 변압기(T2)의 2차 측 상에 인덕터(L9)를 포함할 수 있고 스위치(710)는 전압 소스(V6)와 결합될 수 있다. 인덕터(L9)는 제2 펄서 회로(705)의 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있고, 예를 들어 약 500nH, 250nH, 100nH, 50nH, 25nH 등보다 작은 인덕턴스와 같은 낮은 인덕턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 전압원(V6)은 스위치(710)에 대한 트리거를 나타낼 수 있다.
일부 실시 예에서, 제2 펄서 회로(705)는 블로킹 다이오드(D7)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차단 다이오드(D7)는 전류가 스위치(710)로부터 플라즈마 부하(106)로 흐르는 것을 보장할 수 있다. 커패시터(C14)는 예를 들어 차단 다이오드(D7)의 표유 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 커패시터(C14)의 커패시턴스는 예를 들어, 약 1nF, 500pF, 200pF, 100pF, 50pF, 25pF 등 보다 작은 것과 같이, 낮은 커패시턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(710)는 펄서 스테이지에 의해 제공되는 전압을 오프셋(또는 바이어스)하기 위해 펄서 스테이지(110)가 펄싱되는 동안 열리고 펄서 스테이지(110)가 펄싱하지 않을 때 닫힐 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(710)는 고전압을 집합적으로 개폐하기 위해 직렬로 배열된 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 스위치(710)는 도 15에서 설명된 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 고전압 스위치(905)는 예를 들어 2018년 11월 1일에 출원되고 "절연 전원의 고전압 스위치"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이것은 모든 목적을 위해 본 개시에 전체적으로 통합된다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(114)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(700)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(114)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스 및 기타 회로의 이 측면에서 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다. 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(114)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2), 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)에 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 요소들 사이의 거리는 표유 인덕턴스를 감소시키기 위해 최소화될 수 있다. 예를 들어, 다양한 바이어스 보상 회로 소자 사이의 상부 도체와 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다. 다른 예로서, 다이오드(505)를 포함하는 개별 요소는 124로 표시된 위치 또는 접지로부터 10, 8, 6, 4, 3, 2, 1, 1/2인치 미만 내에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 바이어스 보상 커패시터(510)를 포함하는 이산 소자는 124로 표시된 위치 또는 접지로부터 10, 8, 6, 4, 3, 2, 1, 1/2인치 미만 내에 배치될 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF 미만 또는 약 1mF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
도 8은 고전압 펄싱 회로(700)에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다. 웨이퍼 파형(805)은 척 파형(810) 상의 전압을 나타내고 척 상의 전압이다. 웨이퍼 파형(805)은 도 7의 회로도에서 122로 표시된 위치에 의해 표시된 웨이퍼에서 측정된다. 척 파형(810)은 도 7의 회로도에서 위치(121)로 표시된 척에서 측정된다. 바이어스 파형(815)은 도 7의 회로도에서 124로 표시된 위치에서 측정된다. 이 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 예를 들어 수 킬로와트의 전력이 필요할 수 있는 바이어스 커패시터를 재충전하기 위해서, 방전 중이고 V2보다 제2 펄서 회로(705)가 높은 전원을 포함하는 것을 필요로 할 수 있다.
도 8의 파형은 각각의 버스트 내에 복수의 펄스가 있는 약 10초의 6개의 버스트를 도시한다.
도 9는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(900)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(900)는 고전압 펄싱 회로(100)와 유사하다. 펄서 스테이지(110), 저항성 출력 스테이지(102), 및/또는 바이어스 보상 회로(914)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다.
이 실시 예에서, 바이어스 보상 회로(914)는 바이어스 보상 다이오드(505) 양단에 결합되고 전원 V1과 결합된 고전압 스위치(905)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 고전압을 집합적으로 열고 닫기 위해 직렬로 배열된 복수의 고전압 스위치(905)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고전압 스위치(905)는 도 15에서 설명한 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 스위치 트리거(V4)와 결합될 수 있다.
고전압 스위치(905)는 바이어스 보상 인덕터(L4) 및 저항(R11) 중 하나 또는 둘 모두와 직렬로 연결될 수 있다. 바이어스 보상 인덕터(L4)는 고전압 스위치(905)를 통한 피크 전류를 제한할 수 있다. 바이어스 보상 인덕터(L4)은 예를 들어, 약 250nH, 100nH, 50nH, 25nH, 10nH, 5nH, 1nH 등과 같은 약 100nH 미만의 인덕턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 저항 R11은 저항 출력 스테이지(102)으로 전력 손실을 이동시킬 수 있다. 저항 R11의 저항은 예를 들어, 약 1,000옴, 500옴, 250옴, 100옴, 50옴, 10옴 등의 저항을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는 다이오드(D10) 및 저항(R11)과 직렬로 배치된다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 스너버 회로를 포함할 수 있다. 스너버 회로는 저항(R9), 스너버 다이오드(D8), 스너버 커패시터(C15) 및 스너버 저항(R10)을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(R8)은 오프셋 공급 전압(V1)의 표유 저항을 나타낼 수 있다. 저항기(R8)은 예를 들어, 약 10kOhm, 100kOhm, 1MOhm, 10MOhm, 100MOhm, 1GOhm 등의 저항과 같은 높은 저항을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 고전압을 집합적으로 개폐하기 위해 직렬로 배열된 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고전압 스위치(905)는 도 15에서 설명한 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 고전압 스위치(905)는 예를 들어 2018년 11월 1일자로 출원되고 "절연 전원의 고전압 스위치"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시 내용 전체에 통합된다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 펄서 스테이지(110)가 펄싱되는 동안 열리고 펄서 스테이지(110)가 펄싱되지 않을 때 닫힐될 수 있다. 고전압 스위치(905)가 닫힐 때, 예를 들어 전류는 바이어스 보상 다이오드(505) 양단에서 단락될 수 있다. 이 전류를 단락시키면 웨이퍼와 척 사이의 바이어스는 2kV보다 작아지는 것이 가능하게 되고, 이는 허용 가능한 허용 오차 내가 된다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 전극 전압(124로 표시된 위치) 및 웨이퍼 전압(122로 표시된 위치)이 척킹 전위(위치 121)로 신속하게 복원하는 것을 (예: 약 100ns, 200ns, 500ns, 1μs보다 작음) 가능하게 할 수 있다. 이것을 예를 들어 도 10, 11a 및 11b에 도시한다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(914)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(900)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든 기생이든, 바이어스 보상 회로(914)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 회로의 이 쪽에 있는 기타 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(914)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 회로의 이 쪽에 있는 기타 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF보다 작거나 약 1mF보다 작은 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
바이어스 보상 인덕터(L4)는 예를 들어, 약 250nH, 100nH, 50nH, 25nH, 10nH, 5nH, 1nH 등과 같이, 약 100nH 보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터보다 작을 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어, 약 100kΩ 미만과 같이 약 1kΩ 미만 내지 1MΩ 미만의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 고전압 스위치(905) 및/또는 다이오드(D8)는 일부 기생(또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉(ringing)을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510) 상의 전압 드룹이 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드(D10)는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 병렬로 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510) 상의 임의의 전압 드룹을 추가로 감소시키거나 최소화할 수 있다.
인덕턴스 값 및/또는 배열의 일부는 예를 들어 C2로 링잉하는 인덕터(L5)로부터 커패시터(C2)로의 오버슈트, 인덕터(L5)에 의한 커패시터(C2) 또는 커패시터(C1)의 공진 링잉, 또는 L4와 고전압 스위치(905) 및/또는 다이오드(D8)의 기생 커패시턴스와의 상호작용에 의해 야기되는 드룹을 보상하거나 수정할 수 있다.
도 10은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(900)에 의해 생성된 예시적인 파형을 도시한다. 웨이퍼 파형(1005)은 웨이퍼 상의 전압을 나타내고, 척 파형(1010)은 척 상의 전압을 나타내고, 바이어스 파형(1015)은 바이어스 보상 회로(914)로부터의 전압을 나타낸다. 웨이퍼 파형(1005)은 도 9의 회로도에서 122로 표시된 위치에서 측정된다. 척 파형(1010)은 도 9의 회로도에서 121로 표시된 위치에서 측정된다. 바이어스 파형(1015)은 도 9의 회로도에서 124로 표시된 위치에서 측정된다. 도 10의 파형은 각각의 버스트 내에 복수의 펄스가 있는 약 10초의 6개의 버스트를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(900)로부터의 예시적인 파형을 도시한다. 도 11a는 340개의 펄스를 갖는 단일 버스트를 도시하고, 도 11b는 버스트 내에 몇 펄스만을 도시한다. 파형(1105)은 전극(도 9에서 124로 표시된 위치)에서의 전압을 나타내고 파형(1110)은 웨이퍼(도 9에서 122로 표시된 위치)에서의 전압을 나타낸다. 전극과 웨이퍼의 전압은 약 2kV로 일정한 오프셋으로 추적하는 경향이 있다. 파형은 또한 다음 버스트가 나중에 시작될 때까지 펄서가 꺼져 있는 동안 전압이 DC 값으로 복귀하는 방법을 보여준다.
도 12는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(1200)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(1200)는 고전압 펄싱 회로(900)와 유사하다. 펄서 스테이지(110), 저항성 출력 스테이지(102), 및/또는 바이어스 보상 회로(1214)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 회로(1214)는 바이어스 보상 다이오드(505)양단에 또는 이와 병렬로 배열된 4개의 고전압 스위치 스테이지 (스위치(1220, 1225, 1230, 1235) 포함)를 포함할 수 있다. 각 스위치 스테이지는 스위치(예를 들어, 스위치(1220, 1225, 1230 및 1235)) 및 전압 공유 저항기(예를 들어, 저항기(R15, R16, R17 및 R18))을 포함한다. 저항기(R11) 및 바이어스 보상 인덕터(L4) 중 하나 또는 둘 모두는 스위치 스테이지와 직렬로 배열된다. 바이어스 보상 인덕터(L4)는 예를 들어, 약 250nH, 100nH, 50nH, 25nH, 10nH, 5nH, 1nH 등과 같은, 예를 들어 약 100nH 미만의 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(1220, 1225, 1230, 1235)는 펄서 스테이지(110)가 펄싱하는 동안 개방될 수 있고 펄서 스테이지(110)가 펄싱하고 있지 않을 때 닫힐 수 있다. 예를 들어, 스위치(1220, 1225, 1230, 1235)가 닫힐 때, 전류는 바이어스 보상 다이오드(505) 양단에서 단락될 수 있다. 이 전류를 단락시키면 웨이퍼와 척 사이의 바이어스가 2kV 미만이 될 수 있으며, 이는 허용 가능한 허용 오차 내에 있는다.
각각의 스위치(1220, 1225, 1230, 1235)는 고전압을 일괄적으로 개폐하기 위해 직렬로 배열된 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 스위치(1220, 1225, 1230, 1235)는 집합적으로 또는 개별적으로, 예를 들어, 도 15에서 설명한 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 각 스위치(1220, 1225, 1230, 1235)는 집합적으로 또는 개별적으로, 예를 들어 2018년 11월 1일에 출원되고 "절연 전언의 고전압 스위치"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시에 전체적으로 통합된다.
일부 실시 예에서, 전압 공유 저항기(예를 들어, 저항기(R15, R16, R17 및 R18))는 예를 들어 약 1kOhm, 10kOhm, 100kOhm, 1MOhm, 10MOhm, 100MOhm의 저항과 같이, 높은 저항을 가질 수 있다.
이 예에서, 4개의 고전압 스위치 스테이지가 표시되며, 임의의 수의 고전압 스위치 스테이지가 사용될 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1214)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(1200)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1214)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터의 모든 인덕턴스든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함한다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1214)와 예를 들어, 인덕터(L3), 인덕터(1915), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 있는 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF 미만 또는 약 1mF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는, 예를 들어, 예를 들어, 약 50μH, 25μH, 10μH, 5μH, 1μH, 0.5μH, 0.25μH 등과 같이, 약 100μH보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어 약 100kΩ 미만과 같이, 약 1kΩ 내지 1MΩ의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(1220, 2225, 1230, 1235)는 일부 기생 (또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510) 상의 전압 드룹이 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 병렬로 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 같은 위치에서 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510)의 전압 드룹을 더욱 줄이거나 최소화할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(110)는 복수의 고전압 버스트를 생성할 수 있으며 이 때 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함한다. 스위치(1220, 2225, 1230, 1235)는 각각의 버스트 동안 열리고 버스트 사이에서 닫힐 수 있다.
도 13은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(1300)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(1300)는 고전압 펄싱 회로(1200)와 유사하다. 펄서 스테이지(110), 저항성 출력 스테이지(102), 및/또는 바이어스 보상 회로(1314)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1314)는 바이어스 보상 회로(1214)와 유사하다. 이 예에서, 바이어스 보상 회로(1314)를 갖는 각각의 스위치 모듈(1220, 1225, 1230, 1235)은 대응하는 스너버 회로를 포함할 수 있다. 각 스너버 회로는 스너버 다이오드와 스너버 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 스너버 다이오드는 스너버 다이오드 양단에 배열된 스너버 저항을 포함할 수 있다. 각각의 스위치 모듈은 전압이 직렬로 배열된 각각의 스위치 사이에서 균등하게 공유되는 것을 보장할 수 있는 저항기를 포함할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1314)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(1300)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1314)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함한다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1314)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 있는 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF보다 작거나 약 1mF보다 작은 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는, 예를 들어, 약 50μH, 25μH, 10μH, 5μH, 1μH, 0.5μH, 0.25μH 등과 같은 약 100μH 미만의 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어 약 100kΩ 미만과 같이, 약 1kΩ 미만 내지 1MΩ의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(1220, 2225, 1230, 및/또는 1235) 및/또는 다이오드(D10, D11, D12 및/또는 D13)은 일부 기생 (또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 커패시터(C15, C16, C17 및/또는 C18)와 결합한 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510) 상의 전압 드룹이 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 병렬로 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 같은 위치에서 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510)의 전압 드룹을 더욱 줄이거나 최소화할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(110)는 복수의 고전압 버스트를 생성할 수 있으며 이 때 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함한다. 스위치(1220, 2225, 1230, 1235)는 각각의 버스트 동안 개방될 수 있고 버스트 사이에서 닫힐 수 있다.
도 14는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(1400)의 회로도이다. 펄서 스테이지(110), 저항성 출력 스테이지(102), 및/또는 바이어스 보상 회로(1414)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다. 고전압 펄싱 회로(1400)는 고전압 펄싱 회로(900)와 유사하다. 이 예에서, 바이어스 보상 회로(1414)는 스너버 회로를 포함하지 않는다. 이 예에서, 바이어스 보상 회로(1414)는 스위치(S4)와 직렬로 배열된 바이어스 보상 인덕터(L4)를 포함한다. 바이어스 보상 인덕터(L4)는 약 300nH, 100nH, 10nH, 1nH 등보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(S4)는 도 15에서 설명된 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 스위치 S4는 예를 들어 2018년 11월 1일에 출원되고 "절연 전원의 고전압 스위치"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시에 전제적으로 통합된다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1414)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(1400)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1414)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함한다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1414)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등 미만이다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등 미만이다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 있는 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF보다 작거나 약 1mF보다 작은 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는 예를 들어, 약 50μH, 25μH, 10μH, 5μH, 1μH, 0.5μH, 0.25μH 등과 같은, 약 100μH보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어 약 100kΩ 미만과 같이, 약 1kΩ 내지 1MΩ의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(S4)는 일부 기생(또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510) 상의 전압 드룹이 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 병렬로 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 같은 위치에서 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510)의 전압 드룹을 더욱 줄이거나 최소화할 수 있다.
도 15는 일부 실시 예에 따른 절연 전원의 고전압 스위치(1500)의 블록도이다. 고전압 스위치(1500)는 빠른 상승 시간 및/또는 고주파수 및/또는 가변 펄스 폭으로 전압을 고전압원(1560)로부터 스위칭할 수 있는, 복수의 스위치 모듈(1505)(집합적으로 또는 개별적으로 1505, 개별적으로 1505A, 1505B, 1505C, 1505D)을 포함할 수 있다. 각각의 스위치 모듈(1505)은 예를 들어, 고체 상태 스위치와 같은 스위치(1510)를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(1510)는 전원(1540) 및/또는 절연 섬유 트리거(1545) (게이트 트리거 또는 스위치 트리거라고도 함)를 포함할 수 있는 게이트 드라이버 회로(1530)와 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 스위치(1510)는 컬렉터, 에미터 및 게이트(또는 드레인, 소스 및 게이트)를 포함할 수 있으며 전원(1540)은 게이트 드라이버 회로(1530)를 통해 스위치(1510)의 게이트를 구동할 수 있다. 게이트 드라이버 회로(1530)는, 예를 들어, 고전압 스위치(1500)의 다른 컴포넌트들로부터 절연될 수 있다.
일부 실시 예에서, 전원(1540)은 예를 들어 절연 변압기를 사용하여 절연될 수 있다. 절연 변압기는 저용량 변압기를 포함할 수 있다. 절연 변압기의 낮은 커패시턴스는 예를 들어 전원 공급 장치(1540)가 상당한 전류를 요구하지 않고 빠른 시간 규모로 충전하도록 할 수 있다. 절연 변압기는 예를 들어 약 100pF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 다른 예로서, 절연 변압기는 약 30-100pF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 절연 변압기는 최대 1kV, 5kV, 10kV, 25kV, 50kV 등의 전압 절연을 제공할 수 있다.
일부 실시 예에서, 절연 변압기는 표유 커패시턴스가 낮을 수 있다. 예를 들어, 절연 변압기는 약 1,000pF, 100pF, 10pF 등 미만의 표유 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 낮은 커패시턴스는 저전압 부품(예: 입력 제어 전원)에 대한 전기적 결합을 최소화할 수 있고/있거나, EMI 생성(예: 전기 노이즈 생성)을 감소시킬 수 있다. 일부 실시 예에서, 절연 변압기의 변압기 표유 커패시턴스는 1차 권선과 2차 권선 사이에서 측정된 커패시턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 절연 변압기는 DC-DC 변환기 또는 AC-DC 변압기일 수 있다. 일부 실시 예에서, 예를 들어, 변압기는 110V AC 변압기를 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 절연 변압기는 고전압 스위치(1500)의 다른 구성요소로부터 절연된 전력을 제공할 수 있다. 일부 실시 예에서, 절연 변압기의 1차측의 어떠한 도체도 절연 변압기의 2차측 도체를 통과하거나 접촉하지 않도록, 절연은 갈바닉일 수 있다.
일부 실시 예에서, 변압기는 변압기 코어 주위에 단단히 감거나 감쌀 수 있는 1차 권선을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 1차 권선은 변압기 코어 주위를 감싼 전도성 시트를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 1차 권선은 하나 이상의 권선을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 2차 권선은 가능한 한 코어에서 멀리 떨어진 코어에 감을 수 있다. 예를 들어, 2차 권선을 포함하는 권선 묶음은 변압기 코어의 개구 중심을 통해 감을 수 있다. 일부 실시 예에서, 2차 권선은 하나 이상의 권선을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 2차 권선을 포함하는 와이어 번들은 예를 들어 표유 커패시턴스를 최소화하기 위해 원형 또는 정사각형 단면을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 절연체(예: 오일 또는 공기)는 1차 권선, 2차 권선 또는 변압기 코어 사이에 배치될 수 있다.
일부 실시 예에서, 2차 권선을 변압기 코어에서 멀리 유지하면 몇 가지 이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 절연 변압기의 1차측과 절연 변압기의 2차측 사이의 표유 커패시턴스를 줄일 수 있다. 다른 예로, 절연 변압기의 1차측과 절연 변압기의 2차측 사이에 고전압 스탠드오프를 가능하게 하므로, 작동 중에 코로나 및/또는 고장이 발생하지 않게 된다.
일부 실시 예에서, 절연 변압기의 1차측(예: 1차 권선)과 절연 변압기의 2차측(예: 2차 권선) 사이의 간격은 약 0.1", 0.5", 1", 5" 또는 10"일 수 있다. 일부 실시 예에서, 절연 변압기의 코어와 절연 변압기의 2차측(예: 2차 권선) 사이의 일반적인 간격은 약 0.1", 0.5", 1", 5" 또는 10"일 수 있다. 일부 실시 예에서, 권선 사이의 간격은 예를 들어, 진공, 공기, 절연 가스 또는 액체, 또는 상대 유전 상수가 3 미만인 고체 물질과 같이, 가능한 가장 낮은 유전 물질로 채워질 수 있다.
일부 실시 예에서, 전원(1540)은 고전압 스탠드오프(절연)를 제공할 수 있거나 낮은 정전용량(예를 들어, 약 1,000pF, 100pF, 10pF 등)을 가질 수 있는 임의 유형의 전원을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 제어 전압 전원은 60Hz에서 1520V AC 또는 240V AC를 공급할 수 있다.
일부 실시 예에서, 각각의 전원(1540)은 단일 제어 전압 전원과 유도적으로 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전원(1540A)은 제1 변압기를 통해 전원과 전기적으로 연결될 수 있고; 전원(1540B)은 제2 변압기를 통해 전원과 전기적으로 연결될 수 있고; 전원(1540C)은 제3 변압기를 통해 전원과 전기적으로 연결될 수 있고; 전원(1540D)은 제4 변압기를 통해 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 다양한 전원 공급 장치 사이에 전압 절연을 제공할 수 있는 모든 유형의 변압기가 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 제1 변압기, 제2 변압기, 제3 변압기, 및 제4 변압기는 단일 변압기의 코어 주위에 상이한 2차 권선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 변압기는 제1 2차 권선을 포함할 수 있고, 제2 변압기는 제2 2차 권선을 포함할 수 있고, 제3 변압기는 제3 2차 권선을 포함할 수 있고, 제4 변압기는 제4 2차 권선을 포함할 수 있다. 이러한 2차 권선 각각은 단일 변압기의 코어에 감겨 있을 수 있다. 일부 실시 예에서, 제1 2차 권선, 제2 2차 권선, 제3 2차 권선, 제4 2차 권선, 또는 1차 권선은 변압기 코어 주위에 권선된 단일 권선 또는 복수의 권선을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 전원(1540A), 전원(1540B), 전원(1540C), 및/또는 전원(1540D)은 리턴 기준 접지 또는 로컬 접지를 공유하지 않을 수 있다.
예를 들어, 절연 섬유 트리거(1545)는 또한 고전압 스위치(1500)의 다른 구성요소로부터 절연될 수 있다. 절연 섬유 트리거(1545)는 각 스위치 모듈(1505)의 게이트의 능동적인 제어를 가능하게 하면서, 각각의 스위치 모듈(1505)이 다른 스위치 모듈(1505) 및/또는 고전압 스위치(1500)의 다른 구성요소에 대해 플로팅(floating)하도록 하는, 광섬유 수신기를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 예를 들어, 각 스위치 모듈(1505)에 대한 리턴 기준 접지 또는 로컬 접지 또는 공통 접지는 예를 들어 절연 변압기를 사용하여 서로 절연될 수 있다.
예를 들어, 공통 접지로부터 각 스위치 모듈(1505)의 전기적 절연은 다수의 스위치가 누적 고전압 스위칭을 위한 직렬 구성으로 배열되는 것을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시 예에서, 스위치 모듈 타이밍의 일부 지연이 허용되거나 설계될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스위치 모듈(1505)은 1kV를 스위치하도록 구성되거나 정격될 수 있고, 각 스위치 모듈은 서로 전기적으로 절연될 수 있고/있거나, 각 스위치 모듈(1505)을 닫는 타이밍은 스너버 커패시터의 커패시턴스 및/또는 스위치의 정격 전압에 의해 정의된 기간 동안 완벽하게 정렬될 필요가 없다.
일부 실시 예에서, 전기적 절연은 많은 이점을 제공할 수 있다. 한 가지 가능한 이점은 예를 들어 스위치 간 지터를 최소화하고/하거나 임의의 스위치 타이밍을 허용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 스위치(1510)는 약 500ns, 50ns, 20ns, 5ns 등보다 작은 스위치 전환 지터를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 2개의 구성요소 (또는 회로) 사이의 전기적 절연은 2개의 구성요소 간의 극도로 높은 저항을 의미할 수 있고/있거나 두 개의 구성요소 사이의 작은 정전용량을 의미할 수 있다.
각각의 스위치(1510)는 예를 들어 IGBT, MOSFET, SiC MOSFET, SiC 접합 트랜지스터, FET, SiC 스위치, GaN 스위치, 광전도성 스위치 등과 같은 임의의 유형의 고체 상태 스위칭 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치(1510)는 고속(예: 약 500kHz 이상의 반복 속도)에서 고주파수(예: 1kHz 초과)로, 및/또는 빠른 상승 시간(예: 약 25ns 미만의 상승 시간)으로, 및/또는 긴 펄스 길이(예를 들어, 약 10ms 초과)로, 고전압 (예를 들어, 약 1kV보다 큰 전압)을 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 각 스위치는 1,200V - 1,700V을 스위칭하기 위해 개별적으로 정격될 수 있지만, (4개 스위치의 경우) 결합하여 4,800V - 6,800V 이상을 스위칭할 수 있다. 다양한 다른 정격 전압의 스위치를 사용할 수 있다.
몇 개의 더 높은 전압 스위치보다 많은 수의 더 낮은 전압 스위치를 사용하면 몇 가지 이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 더 낮은 전압 스위치는 일반적으로 더 나은 성능을 가진다: 더 낮은 전압 스위치는 더 빠르게 스위칭할 수 있고, 더 빠른 전환 시간을 가질 수 있고/있거나 고전압 스위치보다 더 효율적으로 스위칭할 수 있다. 그러나, 스위치 수가 많을수록 필요한 타이밍 문제는 더 커진다.
도 15에 도시된 고전압 스위치(1500)는 4개의 스위치 모듈(1505)을 포함한다. 이 도면에는 4개가 표시되어 있지만, 예를 들어, 2, 8, 12, 16, 20, 24 등과 같은 임의의 수의 스위치 모듈(1505)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 각 스위치 모듈(1505)의 각 스위치는 1200V에서 정격되고, 16개의 스위치가 사용되는 경우 고전압 스위치는 최대 19.2kV까지 스위칭할 수 있다. 다른 예로, 각 스위치 모듈(1505)의 각 스위치는 1700V에서 정격되고 16개의 스위치가 사용되는 경우, 고전압 스위치는 최대 27.2kV까지 스위칭할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(1500)는 고속 커패시터(1555)를 포함할 수 있다. 고속 커패시터(1555)는 예를 들어 직렬 및/또는 병렬로 배열된 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있다. 이러한 커패시터는 예를 들어 하나 이상의 폴리프로필렌 커패시터를 포함할 수 있다. 고속 커패시터(1555)는 고전압 소스(1560)로부터 에너지를 저장할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고속 커패시터(1555)는 낮은 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 고속 커패시터(1555)는 약 1μF, 약 5μF, 약 1μF와 약 5μF 사이, 약 100nF와 약 1,000nF 사이 등의 커패시턴스 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(1500)는 크로우바 다이오드(1550)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 크로우바 다이오드(1550)는 직렬 또는 병렬로 배열된 복수의 다이오드를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 유도성 부하를 구동하는 데 유용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 크로우바 다이오드(1550)는 예를 들어 탄화규소 쇼트키 다이오드와 같은 하나 이상의 쇼트키 다이오드를 포함할 수 있다. 크로우바 다이오드(1550)는, 예를 들어, 고전압 스위치의 스위치들로부터의 전압이 특정 임계값 이상인지 여부를 감지할 수 있다. 그렇다면, 크로우바 다이오드(1550)는 스위치 모듈로부터 접지로 전력을 단락시킬 수 있다. 예를 들어, 크로우바 다이오드는 스위칭 후 교류 경로가 유도성 부하에 저장된 에너지를 분산시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 이는 큰 유도 전압 스파이크를 방지할 수 있다. 일부 실시 예에서, 크로우바 다이오드(1550)는 예를 들어, 1nH, 10nH, 100nH 등과 같은 낮은 인덕턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 크로우바 다이오드(1550)는 예를 들어, 100pF, 1nF, 10nF, 100nF 등과 같이, 낮은 커패시턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 크로우바 다이오드(1550)는 예를 들어 부하(1565)가 주로 저항성일 때와 같이, 사용되지 않을 수 있다.
일부 실시 예에서, 각각의 게이트 드라이버 회로(1530)는 약 1000ns, 100ns, 10.0ns, 5.0ns, 3.0ns, 1.0ns 등의 지터 미만을 생성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 각각의 스위치(1510)는 최소 스위치 온 시간(예를 들어, 약 10μs, 1μs, 500ns, 100ns, 50ns, 10, 5ns 미만) 및 최대 스위치 온 시간(예를 들어, 초과 시간)을 가질 수 있다. 25초, 10초, 5초, 1초, 500ms 등).
일부 실시 예에서, 동작 동안 각각의 고전압 스위치는 서로 1ns 내에서 스위치 온 및/또는 오프될 수 있다.
일부 실시 예에서, 각각의 스위치 모듈(1505)은 동일하거나 실질적으로 동일한(약 5%) 표유 인덕턴스를 가질 수 있다. 표유 인덕턴스는 예를 들어 리드, 다이오드, 저항기, 스위치(1510) 및/또는 회로 기판 트레이스의 인덕턴스와 같은 인덕터와 연관되지 않은 스위치 모듈(1505) 내의 임의의 인덕턴스를 포함할 수 있다. 각각의 스위치 모듈(1505) 내의 표유 인덕턴스는 예를 들어, 약 300nH, 100nH, 10nH, 1nH 등보다 작은 인덕턴스와 같은 낮은 인덕턴스를 포함할 수 있다. 각각의 스위치 모듈(1505) 사이의 표유 인덕턴스는 예를 들어, 약 300nH, 100nH, 10nH, 1nH 등보다 작은 인덕턴스와 같은 낮은 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 각각의 스위치 모듈(1505)은 동일하거나 실질적으로 동일한 (약 ±5%) 표유 커패시턴스를 가질 수 있다. 표유 커패시턴스는 예를 들어 리드, 다이오드, 저항기, 스위치(1510) 및/또는 회로 기판 트레이스 등의 커패시턴스와 같은 커패시터와 연관되지 않은 스위치 모듈(1505) 내의 임의의 커패시턴스를 포함할 수 있다. 각각의 스위치 모듈(1505) 내의 표유 커패시턴스는 예를 들어, 약 1,000pF, 100pF, 10pF 미만 등과 같은 낮은 커패시턴스를 포함할 수 있다. 각각의 스위치 모듈(1505) 사이의 표유 커패시턴스는 예를 들어, 약 1,000pF, 100pF, 10pF 미만 등과 같은 낮은 커패시턴스를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전압 공유의 불완전성은 수동 스너버 회로(예를 들어, 스너버 다이오드(1515), 스너버 커패시터(1520), 및/또는 프리휠링 다이오드(1525))를 사용하여 해결될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스위치(1510)가 턴온 또는 턴오프되는 타이밍의 작은 차이 또는 인덕턴스 또는 커패시턴스의 차이는 전압 스파이크를 유발할 수 있다. 이러한 스파이크는 다양한 스너버 회로(예를 들어, 스너버 다이오드(1515), 스너버 커패시터(1520), 및/또는 프리휠링 다이오드(1525))에 의해 완화될 수 있다.
예를 들어, 스너버 회로는 스너버 다이오드(1515), 스너버 커패시터(1520), 스너버 저항(116), 및/또는 프리휠링 다이오드(1525)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 스너버 회로는 스위치(1510)와 병렬로 함께 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 스너버 커패시터(1520)는 예를 들어 약 100pF 미만의 커패시턴스와 같은 낮은 커패시턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(1500)는 부하(1565)와 전기적으로 연결되거나 부하(1565)를 포함할 수 있다(예: 저항성 또는 용량성 또는 유도성 부하). 예를 들어, 부하(1565)는 50옴 내지 500옴의 저항을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 부하(1565)는 유도성 부하 또는 용량성 부하일 수 있다.
도 16은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로로부터의 예시적인 파형(1600)을 도시한다. 파형(1600)은 양의 2kV 바이어스를 생성하는 고전압 펄싱 회로를 생성하고(예를 들어, 오프셋 공급 전압 V1은 2kV를 생성함) 피크 전압이 7kV인 신호를 출력한다. 이 예에서는 고전압 스위치(예를 들어, 고전압 스위치(905))는 고전압 펄싱 회로에 포함되며 펄서 스테이지가 펄싱되는 동안 닫히고 펄서 스테이지가 펄싱하지 않는 동안 열린다.
파형(1605)은 펄서 스테이지(101)로부터의 전압을 나타낸다. 파형(1610)은 접지에서 회로점(124)까지 측정된 전극 전압을 나타낸다. 파형(1615)은 접지에서 회로 지점(122)까지 측정된 웨이퍼 전압을 나타낸다. 파형(1620)은 바이어스 보상 회로(114)를 통한 전류를 나타낸다.
파형(1600)은 버스트의 마지막 펄스와 회로가 버스트 후에 정상 상태로 돌아가는 것을 보여준다. 파형(1600)은 전극 전압과 웨이퍼 전압 사이의 연속적인 2kV 오프셋을 보여준다. 이 오프셋 전압은 척킹 전압이고, 도시된 바와 같이 연속적인 2kV 척킹 전압을 유지하는 것은 웨이퍼에 대한 손상을 피하기 위해 요구되는 임계치 내에 있을 수 있다.
도 17은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로로부터의 예시적인 파형(1700)을 도시한다. 파형(1700)은 양의 2kV 바이어스를 생성하는 고전압 펄싱 회로를 생성하고(예를 들어, 오프셋 공급 전압 V1은 2kV를 생성함) 피크 전압이 6kV인 신호를 출력한다. 이 예에서, 고전압 스위치(예를 들어, 고전압 스위치(905))는 고전압 펄싱 회로에 포함되며 펄서 스테이지가 펄싱되는 동안 닫히고 펄서 스테이지가 펄싱하지 않는 동안 열린다.
파형(1705)은 펄서 스테이지(101)로부터의 전압을 나타낸다. 파형(1710)은 접지에서 회로 지점(124)까지 측정된 전극 전압을 나타낸다. 파형(1715)은 접지에서 회로 지점(122)까지 측정된 웨이퍼 전압을 나타낸다. 파형(1720)은 바이어스 보상 회로(114)를 통한 전류를 나타낸다.
파형(1700)은 버스트 내의 모든 펄스를 보여준다.
도 18은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로로부터의 예시적인 파형(1800)을 도시한다. 파형(1700)은 양의 2kV 바이어스를 생성하는 고전압 펄싱 회로를 생성하고(예를 들어, 오프셋 공급 전압 V1은 2kV를 생성함) 피크 전압이 6kV인 신호를 출력한다. 이 예에서, 고전압 스위치(예를 들어, 고전압 스위치(905))는 사용되지 않는다. 바이어스 보상을 가능하게 하는 고전압 스위치가 없으면, 파형(1800)은 일정한 2kV 척킹 전압이 버스트의 끝에서 유지되지 않는다는 것을 보여준다.
파형(1805)은 펄서 스테이지(101)로부터의 전압을 나타낸다. 파형(1810)은 접지에서 회로 지점(124)까지 측정된 전극 전압을 나타낸다. 파형(1815)은 접지에서 회로 포인트(122)까지 측정된 웨이퍼 전압을 나타낸다. 파형(1820)은 바이어스 보상 회로(114)를 통한 전류를 나타낸다.
파형(1800)은 버스트 내의 모든 펄싱을 보여준다.
도 19는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(1900)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(1900)는 고전압 펄싱 회로(900)와 유사하다. 이 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 고전압 펄싱 회로(900)로부터 제거되었고 에너지 회수 회로(1905)가 추가되었다. 펄서 스테이지(101)(펄서 스테이지(110)로 대체될 수 있음), 에너지 회수 회로(1905), 및/또는 바이어스 보상 회로(914)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로(1900)는 에너지 회수 회로(1905)와 결합되는 펄서 스테이지(101)를 포함할 수 있다. 펄서 스테이지(101) 및 에너지 회수 회로(1905)는 바이어스 보상 회로(914) 및 플라즈마 부하(106)와 결합될 수 있다. 플라즈마 부하(106)는 예를 들어 본 명세서에서 설명된 임의의 부하와 같은 임의의 유형의 부하를 포함할 수 있다.
에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측에 위치하거나 전기적으로 연결될 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는 예를 들어, 변압기(T1)의 2차 측 양단의 다이오드(1930)(예를 들어, 크로우바 다이오드)를 포함할 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는, 예를 들어, 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)(직렬로 배열됨)를 포함할 수 있으며, 이는 전류가 변압기(T1)의 2차측으로부터 흐르게 하여 전원(C7)을 충전하도록 할 수 있다. 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)는 변압기(T1)의 2차측 및 전원(C7)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측과 전기적으로 결합된 다이오드(1935) 및/또는 인덕터(1940)를 포함할 수 있다. 인덕터(1940)는 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있고/있거나 변압기(T1)의 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
나노초 펄서를 켜면, 전류는 플라즈마 부하(106)를 충전할 수 있다(예를 들어, 커패시터(C3), 커패시터(C2), 또는 커패시터 C9를 충전함). 예를 들어, 변압기(T1)의 2차측 전압이 전원(C7)의 충전 전압보다 높을 때 일부 전류가 인덕터(1915)를 통해 흐를 수 있다. 나노초 펄서가 꺼지면, 인덕터(1915) 양단의 전압이 0이 될 때까지 전류가 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로부터 인덕터(1915)를 통해 흘러 전원(C7)을 충전할 수 있다. 다이오드(1930)는 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터가 플라즈마 부하(106) 및/또는 바이어스 보상 회로(914)의 인덕턴스로 링잉하는 것을 방지할 수 있다.
다이오드(1910)는 예를 들어 전원(C7)으로부터 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로 전하가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인덕터(1915)의 값은 현재 하강 시간을 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(1915)는 1μH - 500μH 사이의 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 인덕터(1915)를 통한 전류의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치는 인덕터(1915)와 직렬로 배치될 수 있다. 일부 실시 예에서, 전류가 플라즈마 부하(106)로부터 고전압 부하(C7)로 다시 흐르도록 하기 위해 스위치(S1)가 개방 및/또는 더 이상 펄싱하지 않을 때 스위치가 닫힐 수 있다. 스위치는, 예를 들면, 고전압 스위치(1500)와 같은 고전압 스위치를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 펄서 스테이지(101)에 도시된 다양한 구성요소 대신에 또는 이에 추가하여 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(1500)를 사용하게 되면 적어도 변압기(T1) 및 스위치(S1)의 제거를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 회로(914)는 바이어스 보상 다이오드(505) 양단에 결합되고 전원 V1과 결합된 고전압 스위치(905)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 고전압을 집합적으로 열고 닫기 위해 직렬로 배열된 복수의 스위치(905)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고전압 스위치(905)는 도 15에서 설명된 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 스위치 트리거(V4)와 결합될 수 있다.
고전압 스위치(905)는 바이어스 보상 인덕터(L4), 다이오드(D10), 및/또는 저항기(R11) 중 하나 또는 둘 모두와 직렬로 연결될 수 있다. 바이어스 보상 인덕터(L4)는 고전압 스위치(905)를 통해 피크 전류를 제한할 수 있다. 바이어스 보상 인덕터(L4)는 예를 들어, 약 250nH, 100nH, 50nH, 25nH, 10nH, 5nH, 1nH 등과 같이 약 100nH보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 저항기(R11)은 전력 손실을 저항성 출력 스테이지(102)로 이동시킬 수 있다. 저항기(R11)의 저항은 예를 들어 약 1,000옴, 500옴, 250옴, 100옴, 50옴, 10옴 등보다 작은 저항을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는 다이오드(D10) 및 저항기(R11)과 직렬로 배치된다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 스너버 회로를 포함할 수 있다. 스너버 회로는 저항(R9), 스너버 다이오드(D8), 스너버 커패시터(C15) 및 스너버 저항(R10)을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(R8)는 오프셋 공급 전압(V1)의 표유 저항을 나타낼 수 있다. 저항기(R8)은 예를 들어, 약 10kOhm, 100kOhm, 1MOhm, 10MOhm, 100MOhm, 1GOhm 등의 저항과 같은 높은 저항을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 고전압을 집합적으로 개폐하기 위해 직렬로 배열된 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고전압 스위치(905)는 도 15에서 설명한 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 고전압 스위치(905)는 예를 들어 2018년 11월 1일에 출원되고, "절연된 전원이 있는 고전압 스위치"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 명세서에 전체적으로 통합된다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 펄서 스테이지(101)가 펄싱되는 동안 열릴 수 있고 펄서 스테이지(101)가 펄싱되지 않을 때 닫힐 수 있다. 고전압 스위치(905)가 닫힐 때, 예를 들어 전류는 바이어스 보상 다이오드(505) 양단에서 단락될 수 있다. 이 전류를 단락시키면 웨이퍼와 척 사이의 바이어스가 2kV 미만이 될 수 있으며, 이는 허용 가능한 허용 오차 내에 있을 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905)는 전극 전압(124로 표시된 위치) 및 웨이퍼 전압(122로 표시된 위치)이 척킹 전위(121로 표시된 위치)로 신속하게 복원되도록(예: 약 100ns, 200ns, 500ns, 1μs 미만) 할 수 있다. 이것은 예를 들어 도 10, 11a 및 11b에 도시되어 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1214)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(900)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 예를 들어, 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(914)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함한다. 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 예를 들어, 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(914)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등 미만이다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 있는 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF보다 작거나 약 1mF보다 작은 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
바이어스 보상 인덕터(L4)는, 예를 들어, 예를 들어, 약 250nH, 100nH, 50nH, 25nH, 10n, 5n, 1nH 등과 같은 약 100nH 미만의 인덕턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어 약 100kΩ 미만과 같이 약 1kΩ 미만 내지 1MΩ의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 스위치(905) 및/또는 다이오드(D8)는 일부 기생(또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510)에서의 전압 드룹은 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드(D10)는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 같은 위치에서 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510)의 전압 드룹을 더욱 줄이거나 최소화할 수 있다.
인덕턴스 값 및/또는 배열의 일부는 예를 들어, C2로 링잉하는 인덕터(L5)로부터 커패시터(C2)로의 오버슈트, 인덕터(L5)에 의한 커패시터(C2) 또는 커패시터(C1)의 공진 링잉, 또는 L4와 고전압 스위치(905) 및/또는 다이오드(D8)의 기생 커패시턴스의 상호작용에 의해 야기되는 드룹을 보상하거나 정정할 수 있다.
도 20은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(2000)의 회로도이다. 펄서 스테이지(101)(펄서 스테이지(110)로 대체될 수 있음), 에너지 회수 회로(1905), 및/또는 바이어스 보상 회로(1214)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다. 고전압 펄싱 회로(2000)는 도 12에 도시된 고전압 펄싱 회로(1200)와 유사하다. 이 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 고전압 펄싱 회로(1200)로부터 제거되었고 에너지 회수 회로(1905)가 추가되었다.
일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로(2000)는 에너지 회수 회로(1905)와 결합된 펄서 스테이지(101)를 포함할 수 있다. 펄서 스테이지(101) 및 에너지 회수 회로(1905)는 바이어스 보상 회로(1214) 및 플라즈마 부하(106)와 결합될 수 있다. 플라즈마 부하(106)는 예를 들어 본 명세서에서 설명된 임의의 부하와 같은 임의 유형의 부하를 포함할 수 있다.
이 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측에 위치하거나 이와 전기적으로 연결될 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는 예를 들어, 변압기(T1)의 2차측 양단의 다이오드(1930)(예를 들어, 크로우바 다이오드)를 포함할 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는, 예를 들어, (직렬로 배열되는) 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)를 포함할 수 있으며, 이는 전류가 변압기(T1)의 2차측에서 흐르게 하여 전원(C7)을 충전하도록 할 수 있다. 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)는 변압기(T1)의 2차측 및 전원(C7)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측과 전기적으로 결합된 다이오드(1935) 및/또는 인덕터(1940)를 포함할 수 있다. 인덕터(1940)는 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있고/있거나 변압기(T1)의 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
나노초 펄서를 켜면, 전류는 플라즈마 부하(106)를 충전할 수 있다(예를 들어, 커패시터(C3), 커패시터(C2), 또는 커패시터 C9를 충전함). 예를 들어, 변압기(T1)의 2차측 전압이 전원(C7)의 충전 전압보다 높을 때 일부 전류가 인덕터(1915)를 통해 흐를 수 있다. 나노초 펄서가 꺼지면, 인덕터(1915) 양단의 전압이 0이 될 때까지 전류가 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로부터 인덕터(1915)를 통해 흘러 전원 C7을 충전할 수 있다. 다이오드(1930)는 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터가 플라즈마 부하(106) 및/또는 바이어스 보상 회로(1214)의 인덕턴스로 링잉하는 것을 방지할 수 있다.
다이오드(1910)는 예를 들어 전원(C7)으로부터 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로 전하가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인덕터(1915)의 값은 현재 하강 시간을 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(1915)는 1μH - 500μH 사이의 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 인덕터(1915)를 통한 전류의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치는 인덕터(1915)와 직렬로 배치될 수 있다. 일부 실시 예에서, 스위치는 전류가 플라즈마 부하(106)로부터 고전압 부하(C7)로 다시 흐르도록 하기 위해 스위치(S1)가 개방 및/또는 더 이상 펄싱하지 않을 때 닫힐 수 있다. 스위치는, 예를 들면, 고전압 스위치(1500)와 같은 고전압 스위치를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 펄서 스테이지(101)에 도시된 다양한 구성요소 대신에 또는 이에 추가하여 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(1500)를 사용하게 되면 적어도 변압기(T1) 및 스위치(S1)의 제거를 가능하게 할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1214)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(1200)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1214)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함한다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1214)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(L3), 인덕터(1915), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등 미만이다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 있는 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF 미만 또는 약 1mF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는 예를 들어, 약 50μH, 25μH, 10μH, 5μH, 1μH, 0.5μH, 0.25μH 등과 같은, 약 100μH 미만의 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어 약 100kΩ 미만과 같이, 약 1kΩ 미만 내지 1MΩ의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(1220, 2225, 1230 및/또는 1235)는 일부 기생(또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510)에서의 전압 드룹은 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 병렬로 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 같은 위치에서 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510)의 전압 드룹을 더욱 줄이거나 최소화할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 각각의 버스가 복수의 고전압 펄스를 포함하는 복수의 고전압 버스트를 생성할 수 있다. 스위치(1220, 2225, 1230, 1235)는 각 버스트 동안 열리고 버스트 사이에서 닫힐 수 있다.
도 21은 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(2100)의 회로도이다. 펄서 스테이지(101)(펄서 스테이지(110)로 대체될 수 있음), 에너지 회수 회로(1905), 및/또는 바이어스 보상 회로(1314)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다. 고전압 펄싱 회로(2100)는 도 13에 도시된 고전압 펄싱 회로(1300)와 유사하다. 이 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 고전압 펄싱 회로(1200)로부터 제거되었고 에너지 회수 회로(1905)가 추가되었다.
일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로(2100)는 에너지 회수 회로(1905)와 결합된 펄서 스테이지(101)를 포함할 수 있다. 펄서 스테이지(101) 및 에너지 회수 회로(1905)는 바이어스 보상 회로(1314) 및 플라즈마 부하(106)와 결합될 수 있다. 플라즈마 부하(106)는 예를 들어 본 명세서에서 설명된 임의의 부하와 같은 임의 유형의 부하를 포함할 수 있다.
이 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측에 위치하거나 이와 전기적으로 연결될 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는 예를 들어, 변압기(T1)의 2차 측 양단의 다이오드(1930)(예를 들어, 크로우바 다이오드)를 포함할 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는, 예를 들어, (직렬로 배열되는) 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)를 포함할 수 있으며, 이는 전류가 변압기(T1)의 2차측으로부터 흐르게 하여 전원(C7)을 충전하도록 할 수 있다. 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)는 변압기(T1)의 2차측 및 전원(C7)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측과 전기적으로 결합된 다이오드(1935) 및/또는 인덕터(1940)를 포함할 수 있다. 인덕터(1940)는 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있고/있거나 변압기(T1)의 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
나노초 펄서를 켜면, 전류는 플라즈마 부하(106)를 충전할 수 있다(예를 들어, 커패시터(C3), 커패시터(C2), 또는 커패시터 C9를 충전한다). 예를 들어, 변압기(T1)의 2차측 전압이 전원(C7)의 충전 전압보다 높을 때 일부 전류가 인덕터(1915)를 통해 흐를 수 있다. 나노초 펄서가 꺼지면, 인덕터(1915) 양단의 전압이 0이 될 때까지 전류가 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로부터 인덕터(1915)를 통해 흘러 전원 C7을 충전할 수 있다. 다이오드(1930)는 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터가 플라즈마 부하(106) 및/또는 바이어스 보상 회로(1314)의 인덕턴스로 링잉하는 것을 방지할 수 있다.
다이오드(1910)는 예를 들어 전원(C7)으로부터 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로 전하가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인덕터(1915)의 값은 현재 하강 시간을 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(1915)는 1μH - 500μH 사이의 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 인덕터(1915)를 통한 전류의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 스위치는 인덕터(1915)와 직렬로 배치될 수 있다. 일부 실시 예에서, 스위치는 전류가 플라즈마 부하(106)로부터 고전압 부하(C7)로 다시 흐르게 하도록 스위치(S1)가 열리고/열리거나 더 이상 펄싱하지 않을 때 닫힐 수 있다. 스위치는, 예를 들면, 고전압 스위치(1500)와 같은 고전압 스위치를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 펄서 스테이지(101)에 도시된 다양한 구성요소 대신에 또는 이에 추가하여 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(1500)를 사용하게 되면 적어도 변압기(T1) 및 스위치(S1)의 제거를 가능하게 할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1314)는 바이어스 보상 회로(1214)와 유사하다. 이 예에서, 바이어스 보상 회로(1314)를 갖는 각각의 스위치 모듈(1220, 1225, 1230, 1235)은 대응하는 스너버 회로를 포함할 수 있다. 각 스너버 회로는 스너버 다이오드와 스너버 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 스너버 다이오드는 스너버 다이오드 양단에 배열된 스너버 저항을 포함할 수 있다. 각각의 스위치 모듈은 전압이 직렬로 배열된 각각의 스위치 사이에서 균등하게 공유되는 것을 보장할 수 있는 저항기를 포함할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1314)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(1300)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1314)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함한다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1314)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따른 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 있는 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF보다 작거나 약 1mF보다 작은 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는 예를 들어, 약 50μH, 25μH, 10μH, 5μH, 1μH, 0.5μH, 0.25μH 등과 같은 약 100μH보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어 약 100kΩ 미만과 같은, 약 1kΩ 내지 1MΩ의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(1220, 2225, 1230 및/또는 1235) 및/또는 다이오드(D10, D11, D12 및/또는 D13)는 일부 기생 (또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 커패시터(C15, C16, C17 및/또는 C18)과 결합한 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510) 상의 전압 드룹이 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 병렬로 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510)의 전압 드룹을 더욱 줄이거나 최소화할 수 있다.
도 22는 일부 실시 예에 따른 고전압 펄싱 회로(2200)의 회로도이다. 고전압 펄싱 회로(2200)는 도 14에 도시된 고전압 펄싱 회로(1400)와 유사하다. 이 예에서, 저항성 출력 스테이지(102)는 고전압 펄싱 회로(1200)로부터 제거되었고 에너지 회수 회로(1905)가 추가되었다. 펄서 스테이지(101)(펄서 스테이지(110)로 대체될 수 있음), 에너지 회수 회로(1905), 및/또는 바이어스 보상 회로(1414)는 고전압 펄싱 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 펄싱 회로(2100)는 에너지 회수 회로(1905)와 결합된 펄서 스테이지(101)를 포함할 수 있다. 펄서 스테이지(101) 및 에너지 회수 회로(1905)는 바이어스 보상 회로(1414) 및 플라즈마 부하(106)와 결합될 수 있다. 플라즈마 부하(106)는 예를 들어 본 명세서에서 설명된 임의의 부하와 같은 임의 유형의 부하를 포함할 수 있다.
이 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측에 위치하거나 이와 전기적으로 연결될 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는 예를 들어, 변압기(T1)의 2차 측 양단의 다이오드(1930)(예를 들어, 크로우바 다이오드)를 포함할 수 있다. 에너지 회수 회로(1905)는, 예를 들어, (직렬로 배열된) 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)를 포함할 수 있으며, 이는 전류가 변압기(T1)의 2차측으로부터 흐르게 하여 전원(C7)을 충전하도록 할 수 있다. 다이오드(1910) 및 인덕터(1915)는 변압기(T1)의 2차측 및 전원(C7)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 변압기(T1)의 2차측과 전기적으로 결합된 다이오드(1935) 및/또는 인덕터(1940)를 포함할 수 있다. 인덕터(1940)는 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있고/있거나 변압기(T1)의 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
나노초 펄서를 켜면, 전류는 플라즈마 부하(106)를 충전할 수 있다(예를 들어, 커패시터(C3), 커패시터(C2), 또는 커패시터 C9를 충전한다). 예를 들어, 변압기(T1)의 2차측 전압이 전원(C7)의 충전 전압보다 높을 때 일부 전류는 인덕터(1915)를 통해 흐를 수 있다. 나노초 펄서가 꺼지면, 인덕터(1915) 양단의 전압이 0이 될 때까지 전류가 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로부터 인덕터(1915)를 통해 흘러 전원 C7을 충전할 수 있다. 다이오드(1930)는 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터가 플라즈마 부하(106) 및/또는 바이어스 보상 회로(1414)의 인덕턴스로 링잉하는 것을 방지할 수 있다.
다이오드(1910)는 예를 들어 전하가 전원(C7)으로부터 플라즈마 부하(106) 내의 커패시터로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인덕터(1915)의 값은 현재 하강 시간을 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(1915)는 1μH - 500μH 사이의 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(1905)는 인덕터(1915)를 통한 전류의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치는 인덕터(1915)와 직렬로 배치될 수 있다. 일부 실시 예에서, 스위치는 전류가 플라즈마 부하(106)로부터 고전압 부하(C7)로 다시 흐르도록 하기 위해 스위치(S1)가 열리고/열리거나 더 이상 펄싱하지 않을 때 닫힐 수 있다. 스위치는, 예를 들면, 고전압 스위치(1500)와 같은 고전압 스위치를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(101)는 펄서 스테이지(101)에 도시된 다양한 구성요소 대신에 또는 이에 추가하여 고전압 스위치(1500)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 고전압 스위치(1500)를 사용하게 되면 적어도 변압기(T1) 및 스위치(S1)의 제거를 가능하게 할 수 있다.
이 예에서, 바이어스 보상 회로(1414)는 다이오드(505)와 124로 표시된 위치 사이의 표유 인덕턴스(L22), 다이오드(505)와 바이어스 보상 커패시터(510) 사이의 표유 인덕턴스(L23), 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 접지 사이의 표유 인덕턴스(L24)를 포함한다. 고전압 펄싱 회로(1400)는 플라즈마 측 인덕턴스(Lp) 및 스위치 측 인덕턴스(Ls)를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1414)와 예를 들어 L7과 같은 플라즈마 부하(106) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함한다. 예를 들어, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 표유든, 기생이든, 또는 바이어스 보상 회로(1414)와 예를 들어, 단독으로 또는 조합한 인덕터(1915), 인덕터(L1), 인덕터(1940), 인덕터(L2) 및/또는 인덕터(L6)와 같은 스위치(S1) 사이의 임의의 요소로부터든 모든 인덕턴스, 및 기타 회로의 이 측면에 있는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치 측 인덕턴스(Ls)는 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)보다 커야 한다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측 표유 인덕턴스(Lp)는 스위치 측 인덕턴스(Ls)의 20%이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 측면 표유 인덕턴스(Lp)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등 미만이다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L23)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L24)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서 L22, L23, 및 L24의 표유 인덕턴스의 합은 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등 보다 작다.
일부 실시 예에서, 표유 인덕턴스(L22, L23, 또는 L24)는 다양한 방식으로 최소화될 수 있다. 예를 들어, 표유 인덕턴스(L22, L23 또는 L24)를 따르는 도체는 예를 들어 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 1, 2.5, 5인치 등보다 큰 것과 같이 산업 표준보다 더 넓을 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 다이오드(505) 또는 바이어스 보상 커패시터(510)와 같은 다양한 회로 요소는 병렬 또는 직렬의 복수의 다이오드 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 사이에 다양한 바이어스 보상 회로 요소가 있는 상부 도체 및 하부 도체는 약 1, 2, 5, 15, 20, 25, 30, 35, 40cm 미만 분리될 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1μF 미만 또는 약 1mF 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. 바이어스 보상 커패시터(510)는 약 1nH, 10nH, 100nH, 1μH 등보다 작은 표유 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)는 예를 들어, 약 50μH, 25μH, 10μH, 5μH, 1μH, 0.5μH, 0.25μH 등과 같은 약 100μH보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 다이오드(505) 및/또는 바이어스 보상 커패시터(510) 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 이산 소자의 체적은 1200, 1000, 750, 500 입방 센티미터 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(515)는 다이오드(505) 양단에 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(515)는 예를 들어 약 100kΩ 미만과 같이 약 1kΩ 내지 1MΩ의 저항 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(S4)는 일부 기생 (또는 표유) 커패시턴스를 가질 수 있다. 이 기생 커패시턴스는 예를 들어 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 일부 링잉을 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 링잉은 바이어스 보상 커패시터(510)에서 일부 전압 드룹을 유발할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 인덕터(L4)의 인덕턴스를 낮게 유지함으로써 바이어스 보상 커패시터(510)에서의 전압 드룹이 최소화되거나 제거될 수 있다. 일부 실시 예에서, 다이오드는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 병렬로 또는 바이어스 보상 인덕터(L4)와 함께 사용되어 바이어스 보상 커패시터(510)의 전압 드룹을 더욱 줄이거나 최소화할 수 있다.
다르게 명시되지 않는 한, 용어 "실질적으로"는 언급된 값의 5% 또는 10% 이내 또는 제조 허용 오차 이내를 의미한다. 다르게 명시되지 않는 한, 용어 "약"은 언급된 값의 5% 또는 10% 이내 또는 제조 허용 오차 이내를 의미한다.
접속사 "또는"은 포괄적이다.
청구된 주제에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 본 명세서에서 설명된다. 그러나, 당업자라면 청구된 주제가 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 예에서, 통상의 기술자에게 알려진 방법, 장치 또는 시스템은 청구된 주제를 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
본 명세서에서 "~에 적응된" 또는 "~에 구성된"를 사용한다는 것은 추가 작업 또는 단계를 수행하도록 적응되거나 구성되는 장치를 금지하지 않는 개방적이고 포괄적인 언어를 의미한다. 또한 "에 기반하는"를 사용한다는 것은 하나 이상의 인용된 조건 또는 값을 "기반으로 하는" 프로세스, 단계, 계산 또는 기타 작업이 실제로는 인용된 것 이상의 추가 조건 또는 값을 기반으로 할 수 있다는 점에서 개방적이고 포괄적인 의미이다. 본 명세서에 포함된 제목, 목록 및 번호 매기기는 설명의 편의를 위한 것이며 제한하려는 것이 아니다.
본 발명의 주제가 그 특정 실시 예와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 당업자라면 전술한 내용을 이해하면 이러한 실시 예에 대한 변경, 변형 및 등가물을 쉽게 생성할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서 당업자에게 용이하게 명백한 바와 같이, 본 개시는 제한이 아니라 예시의 목적으로 제시되었으며, 본 주제에 대한 수정, 변형 또는 추가의 포함을 배제하지 않는다는 것이 이해될 것이다.

Claims (23)

  1. 고전압 펄싱 회로에 있어서,
    고전압 펄싱 전원 공급 장치;
    상기 고전압 펄싱 전원과 전기적으로 연결된 변압기;
    상기 변압기와 전기적으로 결합되고 1kV보다 큰 진폭 및 1kHz보다 큰 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 펄싱을 출력하도록 구성된 출력; 및
    상기 변압기와 전기적으로 결합되고 일단은 출력되고 다른 단은 접지되는 바이어스 보상 회로 - 상기 바이어스 보상 회로의 표유 인덕턴스는 약 1μH보다 작음 -
    를 포함하는, 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 회로는 바이어스 보상 다이오드, DC 전원 공급 장치 및 바이어스 보상 커패시터를 포함하는, 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 회로는:
    상기 바이어스 보상 회로와 상기 고전압 펄싱 전원 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제1 인덕턴스; 및
    상기 바이어스 보상 회로와 상기 출력 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제2 인덕턴스
    를 포함하는, 회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 인덕턴스는 약 1μH보다 작은, 회로.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 인덕턴스는 상기 제 2 인덕턴스보다 큰, 회로.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 인덕턴스는 상기 제 1 인덕턴스의 20%보다 작은, 회로.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 회로는:
    바이어스 보상 다이오드;
    DC 전원 공급 장치; 및
    상기 바이어스 보상 다이오드와 병렬로 배열된 복수의 스위치
    를 더 포함하는, 회로.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 고전압 펄싱 전원 공급 장치는 복수의 고전압 버스트를 생성하고, 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함하고;
    상기 복수의 스위치는 상기 복수의 고전압 버스트의 각 버스트 동안 열리고 상기 복수의 고전압 버스트의 각 버스트 사이에서 닫히는, 회로.
  9. 고전압 펄싱 회로에 있어서,
    고전압 펄싱 전원 공급 장치;
    상기 고전압 펄싱 전원과 전기적으로 연결되는 변압기;
    상기 변압기와 전기적으로 결합되고 1kV보다 큰 진폭 및 1kHz보다 큰 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 펄싱을 출력하도록 구성된 출력; 및
    상기 변압기와 전기적으로 연결되고 일 단은 출력되고 타단은 접지되는 바이어스 보상 회로
    를 포함하고, 상기 바이어스 보상 회로는:
    상기 바이어스 보상 회로와 고전압 펄싱 전원 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제1 인덕턴스; 및
    상기 바이어스 보상 회로와 상기 출력 사이의 표유 인덕턴스 및 유도성 요소를 포함하는 제2 인덕턴스
    를 포함하는, 회로.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 인덕턴스는 약 1μH보다 작은, 회로.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 인덕턴스는 상기 제 2 인덕턴스보다 큰, 회로.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 인덕턴스는 상기 제 1 인덕턴스의 20%보다 작은, 회로.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 회로는:
    바이어스 보상 다이오드;
    DC 전원 공급 장치; 및
    상기 바이어스 보상 다이오드와 병렬로 배열된 복수의 스위치
    를 포함하는, 회로.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 고전압 펄싱 전원 공급 장치는 복수의 고전압 버스트를 생성하고, 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함하고;
    상기 복수의 스위치는 각 버스트 동안 열리는, 회로.
  15. 고전압 펄싱 회로에 있어서,
    고전압 펄싱 전원 공급 장치;
    상기 고전압 펄싱 전원과 전기적으로 연결된 변압기;
    상기 변압기와 전기적으로 결합되고 1kV보다 큰 진폭 및 1kHz보다 큰 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 펄스를 출력하도록 구성된 출력; 및
    상기 변압기와 전기적으로 연결되고 일단은 출력되고 다른 단은 접지되는 바이어스 보상 회로
    를 포함하고, 상기 바이어스 보상 회로는:
    약 1μH보다 작은 표유 인덕턴스;
    바이어스 보상 다이오드;
    상기 바이어스 보상 다이오드와 직렬로 배열된 DC 전원; 및
    상기 바이어스 보상 다이오드 및 상기 DC 전원 공급 장치와 직렬로 배열된 인덕터
    를 포함하는, 회로.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 다이오드 양단에 배열된 바이어스 보상 저항기
    을 더 포함하는, 회로.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 저항기는 약 100kΩ보다 작은 저항을 갖는, 회로.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 다이오드와 상기 출력과 상기 변압기 간 지점 사이의 제 1 표유 인덕턴스는 약 1 μH보다 작은, 회로.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 다이오드와 상기 커패시터 사이의 제 2 표유 인덕턴스는 약 1μH보다 작은, 회로.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 커패시터와 접지 사이의 제 1 표유 인덕턴스는 약 1μH보다 작은, 회로.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 커패시터는 약 1mF 미만의 커패시턴스를 갖는, 회로.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 바이어스 보상 회로는:
    바이어스 보상 다이오드;
    DC 전원 공급 장치; 및
    상기 바이어스 보상 다이오드와 병렬로 배열된 복수의 스위치
    를 포함하는, 회로.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 고전압 펄싱 전원 공급 장치는 복수의 고전압 버스트를 생성하고, 각 버스트는 복수의 고전압 펄스를 포함하고;
    상기 복수의 스위치는 각 버스트 동안 열리는, 회로.
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