TW202303668A - 經由電感耦合向電漿進行功率遞送 - Google Patents

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Abstract

揭示一種電感耦合電漿(ICP)RF功率遞送系統，其包含至少兩個ICP線圈。所述ICP線圈中的至少一個藉由一RF諧振功率放大器直接驅動，所述RF諧振功率放大器包含一諧振槽，其包括所述ICP線圈。一控制器被配置以藉由變化一對應DC電壓源以及同時變化進入所述ICP線圈的操作頻率來控制進入直接被驅動的所述ICP線圈的功率，其中藉由容許橫跨一對應開路開關網路的一諧振電壓波形上升並且接著在一RF週期的一剩餘部分將所述對應開關網路閉路之前下降到實質零伏特。某些變化包括至少一被動ICP線圈，其被安排且配置以電感耦合至所述第一ICP線圈，並且所述被動ICP線圈藉由一獨立可調整阻抗而被端接。

Description

經由電感耦合向電漿進行功率遞送
本發明大致有關於電漿處理。尤其但非限制性的，本發明有關用於施加及分布功率至電感耦合電漿之系統、方法及設備。 根據第35號美國法典第119條的優先權主張
本專利申請案是主張2021年1月20日申請的臨時申請案號63,139,488的優先權，其名稱為“經由電感耦合向電漿進行功率遞送”，並且被讓與給本案的受讓人且藉此明確被納入在此作為參考。
電感耦合電漿(ICP)處理系統被利用以在相當低的氣體壓力下產生高密度電漿，並且執行包含蝕刻、化學氣相沉積及氣體減量的各種製程。在許多實施方式中，感應線圈天線纏繞在反應室的周圍，並且藉由射頻(RF)功率而被主動地驅動以使得高密度電漿在所述室中自燃(及維持)。在某些實施方式中，多個RF供電的電感耦合線圈可被用在相同反應室中以最佳化點燃、增加電漿穩定性、調整蝕刻或沉積輪廓、並且擴大製程窗口的範圍。
在典型的ICP電源系統中有許多挑戰及問題，例如是成本、複雜度、以及在一或多個ICP線圈中的RF功率或電流的精確控制以維持可重複蝕刻或沉積輪廓來達成所要的均勻度。
某些現有的電力解決方案利用50歐姆下之固定頻率的RF電源，其分別透過個別RF匹配電路來耦接至一ICP線圈。和這些解決方案有關的挑戰包含高成本；緩慢的阻抗匹配調諧時間(例如，數百毫秒到數秒)；以及批次控制間不可重複的功率遞送，因為在一50歐姆點的功率調節忽略通過一阻抗匹配網路的損失變化；因此，被遞送到所述ICP線圈中以維持可重複蝕刻或沉積輪廓的功率是有變化的。
其它解決方案使用50歐姆下之可變頻率的RF電源，其分別透過個別RF匹配電路來耦接至一ICP線圈。和這些解決方案有關的挑戰包含高成本；可變頻率調諧時間(例如，數百微秒到數十毫秒)；以及批次控制間不可重複的功率遞送，因為在所述50歐姆點的功率調節忽略通過一阻抗匹配網路的損失變化，因此被遞送到所述ICP線圈中以維持可重複蝕刻或沉積輪廓的功率是有變化的。
在另外其它解決方案中，50歐姆下之單一固定頻率的電源透過一RF匹配電路來耦接至多個ICP線圈，所述RF匹配電路的輸出被電抗性地分開以控制通過所述線圈的每一個的所要電流、或是在所述線圈的每一個之間的所要電流比例。在一替代實施方式中，所述ICP線圈可藉由一可調諧電抗電路來端接，其容許在多個線圈之間的磁耦合以及其無功終端，以控制流過每一個ICP線圈的電流大小、或是在所述線圈的每一個之間的所要電流比例。但是和這些解決方案有關的挑戰包含緩慢的調諧時間(例如，數百毫秒到數秒)；在ICP線圈之間的有限範圍的電流控制；以及透過一無功電流分流電路來維持良好的重複性以維持可重複蝕刻或沉積輪廓。
一或多個ICP線圈的可變頻率的直接驅動亦已被採用，但是可變頻率的調諧時間對於某些製程處方而言可能是緩慢的(例如，數百微秒到數毫秒)，並且在所述ICP線圈的輸入處的非50歐姆功率調節有精確性以及批次控制間的重複性的困難。
本揭露內容的特點可被描述特徵為一種電感耦合電漿(ICP) RF功率遞送系統，其包括兩個或多個DC電壓源、對應的兩個或多個RF諧振功率放大器、以及一控制器。所述兩個或多個RF諧振功率放大器的每一個被調諧以操作在被耦合到一共同電漿中的一不同頻率範圍上，並且所述RF諧振功率放大器的每一個包括一開關網路，其包括至少一開關、以及一諧振槽電路，其包括一電抗網路，其包含至少一電容性構件、以及一ICP線圈，其連接至所述電抗網路。一控制器被配置以藉由變化對應DC電壓源並且同時變化進入每一個ICP線圈的操作頻率來控制進入每一個ICP線圈的功率，其藉由容許橫跨對應開路開關網路的一諧振電壓波形上升，並且接著在對於一RF週期的一剩餘部分將所述對應開路開關網路閉路之前下降到實質零伏特。
本揭露內容的另一特點可被描述特徵為一種電感耦合電漿(ICP) RF功率遞送系統，其用於控制進入耦合到一共同電漿中的兩個或多個ICP線圈的能量。所述ICP RF功率遞送系統包括一DC電壓源，其連接至包括一第一ICP線圈的一RF諧振功率放大器，並且所述RF諧振功率放大器被調諧以操作在一頻率範圍上。所述RF諧振功率放大器包括一開關網路、以及被調諧至一頻率範圍的一諧振槽電路。所述諧振槽電路包含一電抗網路以及所述第一ICP線圈，所述電抗網路包括至少一電容性構件。至少一被動ICP線圈被安排且配置以耦合至所述第一ICP線圈，並且每一個被動ICP線圈藉由一獨立可調整阻抗而被端接。一控制器被配置以藉由變化所述DC電壓源以及同時變化進入所述第一ICP線圈的一操作頻率來控制被施加至所述第一ICP線圈的功率，其藉由容許橫跨所述開關網路的一開路狀態的一諧振電壓波形上升，並且接著在一RF週期的一剩餘部分將所述開關網路閉路之前下降到實質零伏特。進入所述被動ICP線圈的每一個的電流藉由對於所述對應被動線圈的每一個調整一終端阻抗來加以控制。
參照所述圖式，在此揭露的許多實施例的一特點是一直流(DC)控制功率放大器(PA)，其包括一諧振槽，所述諧振槽包含至少一ICP線圈。許多實施例的另一特點是一或多個PA並不需要阻抗匹配、信號濾波、以及在最簡單情形中並不需要輸出RF度量/感測器。例如，若所述RF PA的損失可被控制(如同在此進一步論述的)，並且因此是足夠近似的，則進入每一個ICP線圈的功率遞送亦可近似為單純取所述DC電源的DC電壓以及其輸出電流的乘積。
為了進一步簡化，某些實施方式(進一步在此論述)利用一較低成本/複雜度的遠端固定DC電源供應器，其將只需要所述RF PA以及一簡化DC/DC電源轉換器(例如一DC降壓電路)被安裝在所述電漿室上。進入每一個ICP線圈的功率或電流的精確調節、或是其藉由取來自所述DC/DC電源轉換器的DC電壓及電流的乘積的近似可被用來致能電場/沉積/蝕刻均勻度的控制。
這些實施例及方法，當和經電感耦合至一主要驅動線圈的未被驅動ICP線圈的被動終端加以組合時(進一步在此論述)，亦可進一步簡化所述解決方案。在所述多個ICP線圈之間的電流的任何差異的調節可藉由精確量測來完成，並且通過每一個線圈的電流的控制可藉由改變每一個未被驅動線圈的終端阻抗來做成，以控制均勻度。
一ICP RF功率遞送系統100的一個例子被描繪在圖1中，其利用相關n個ICP線圈104的n個RF諧振功率放大器102，其中所述ICP線圈104的每一個是一對應的RF諧振功率放大器102以及一ICP源101的一部分，並且n大於或等於2。所述RF諧振功率放大器102是一調諧RF功率放大器，其結合所述對應的ICP線圈104作為其負載來實現的，並且其可被最佳化以類似於高效率的E類放大器來操作。如圖所示，每一個RF諧振功率放大器102包括一開關網路106及諧振槽108。所述開關網路106可藉由單一開關來實現(如同在圖1中所示)、或是作用為單一開關的多個開關來實現(如同在圖10中所示)。
如圖所示，所述ICP線圈104的群集經由互耦合107來電感耦合(在所述線圈本身之間被動地及/或透過所述電漿體)，並且所述ICP線圈104的群集驅動單一電漿體109。在所述電漿體109之內，至每一個ICP線圈的能量控制提供對於電場均勻度、沉積均勻度、及/或蝕刻均勻度的個別控制。
儘管未顯示在圖式中，但所述技術中具有通常技能者將會輕易地體認到所述電漿體109可以內含在一電漿室中，並且所述ICP線圈104可用所述技術中具有通常技能者已知的各種不同配置來耦接至所述電漿室(例如，以點燃及維持所述電漿體109)。如圖所示，所述諧振槽108包含一電抗網路110，其包括至少一電容性構件，例如是一串聯電容112以及一並聯電容114中之一或是兩者。在所述開關網路106中的一或多個開關的開關裝置技術不是重要的(例如，BJT、FET、矽、Si-C、以及GaN技術可被使用)，只要所述開關網路106可被實質完全導通及關斷地切換，並且所述開關網路106的輸出電容特徵結合在所述電抗網路110中任何所需外部的並聯電容114可產生一諧振電壓波形，其在所述開關網路106關斷時將會上升並且接著下降到實質零伏特，並且接著(當所述諧振電壓波形大約零伏特時)所述開關網路106被導通即可。所述串聯電容112可以實際是所述RF諧振功率放大器102的一部分、一組件(包含所述對應的RF諧振功率放大器102以及對應的ICP線圈104)的部分、或是分配在其之間。
在圖1描繪的實施方式中，DC電壓源116被實施為可變電壓源，但是在進一步在此論述的其它實施方式中，關連DC/DC轉換(例如，降壓轉換器)的固定輸出電壓的DC電源供應器可被利用。在圖1中描繪的簡化RF系統(以及其它在此所述的系統)可變化其開關時間，直到如同在圖2A、2B及2C中所繪，所述諧振電壓波形V d(在圖1中的節點118被展示為Vd A及Vd B)實質等於零為止，在該時點，所述開關網路106被導通(閉路的)。所述開關網路106關斷的時間t off標稱等於所述RF諧振功率放大器102的瞬間操作頻率的一半週期，因此所述頻率調諧時間亦標稱等於相同操作頻率的一半週期(例如，對於典型ICP應用而言為幾十奈秒)。此在調諧速度上的改善可藉由對比(在此揭露實施例的)在驅動多個ICP線圈的現有RF功率架構上從數十個RF週期到數千個RF週期而體認到；因此，在此揭露實施例的調諧速度比現有解決方案快許多個數量級。
如同在圖2A-2C中所示，所述開關網路106最佳的是閉路在一時間t n，但不論所述開關網路106是否提早閉路(如同在圖2B中所示)或是稍晚閉路(如同在圖2C中所示)，在許多操作模式中，當橫跨所述開關網路106的諧振電壓波形V d是實質零時，所述開關網路106是閉路的。但是在某些實例中，所述源負載的特點妨礙所述諧振電壓波形V d到達零伏特(至少在一可行時間量之內)，因而在這些實例中，所述開關網路106次佳地閉路在t off的一預設最大時間到達時。例如，所述預設最大時間可根據所述RF諧振功率放大器102的效能的計算及/或經驗性評估來加以建立。
圖2A亦描繪在橫跨所述源負載所施加的RF電壓波形(藉由透過所述諧振槽108的波形組合來實現)的一RF週期期間通過所述開關網路106的電流I S。如圖所示，橫跨所述開關網路106的諧振電壓波形V d上升(當所述開關網路106在開路狀態)，並且接著在所述開關網路106在所述RF週期的剩餘部分處於閉路之前下降至實質零伏特(箝位所述諧振電壓波形V d至零伏特)。實際上，RF電壓波形的RF週期被強制為大約起振所述諧振電壓波形V d所需時間的兩倍，並且使其再次返回零(在t off期間)。如圖所示，通過所述開關網路106的電流I S在所述RF週期的第二半週期期間上升及下降。應注意到的是，所述開關網路106關斷(開路)的時間t off可以是大致與所述開關網路106導通(閉路)的時間t on相等的。
在操作上，所述RF諧振功率放大器102的每一個被調諧以操作在連接至共同的電漿體109的其它RF諧振功率放大器102的(例如，非重疊的)不同於頻率範圍上。在許多實施方式中，每一個RF諧振功率放大器102所操作橫跨的頻率範圍不超過1.8：1的比例，因而一頻率範圍的最高頻率並不超過所述範圍的最低頻率的1.8倍。如同在圖1中所示，一第一RF諧振功率放大器102可被調諧以操作在一中心頻率fa，並且一第二RF諧振功率放大器102可被調諧以操作在一中心頻率fb。儘管被稱為“中心”頻率，但fa及fb並不欲被限制為一頻率範圍的中點。
在某些實施方式中，fa例如且非限制性可以是約13.56MHz，並且fb可以是約27.12MHz。在這些實施方式中，所述第一RF諧振功率放大器102可操作在10.1MHz至18.2MHz的範圍上，並且所述第二RF諧振功率放大器102可以操作在20.2MHz至36.3MHz的範圍上，因而每一個頻率範圍並不重疊。這些頻率以及頻率範圍只是例子而已，並且其它較窄頻率範圍以及其它“中心”頻率可被利用。例如，所述第一RF諧振功率放大器102可操作在11.56MHz至15.56MHz的範圍上，並且所述第二RF諧振功率放大器102可操作在25.12MHz至29.12MHz的範圍上，並且第三RF諧振功率放大器102 (未顯示)可以操作在1.8MHz至2.2MHz的範圍上。
為了實質消除切換損失，所述開關網路106在實質零伏特處被切換導通(閉路)。當所述開關網路106被導通時，在主要的開關網路106中沒有切換損失到低切換損失下，在所述RF諧振功率放大器102中的主要功率損失機制只是所述一或多個開關裝置(在所述開關網路106中)的內部電阻。所述開關裝置的內部電阻由每一個開關裝置的裝置通道的性質所決定的，並且此損失機制橫跨操作頻率的範圍實質獨立的。因此，在最簡單實施方式中，所述RF諧振功率放大器102的每一個進入對應的ICP線圈104的功率調節可根據所述對應的DC電壓源116的輸出功率，其是所述DC電壓源116的DC電壓以及其輸出電流的乘積。此乘積實質上與驅動ICP線圈104之對應於所述DC電壓源116的RF功率成比例。或者是，如同在此進一步論述的，所述系統可從驅動所述ICP線圈104的輸出RF電流、或是在節點120量測到的RF功率來加以調節，儘管此將會需要一額外RF感測器被置放在所述簡化RF系統的輸出，此包含其所產生的成本/複雜性。
參照圖3，所展示的是一ICP RF功率遞送系統300的另一個例子，其利用一固定DC電壓源316以施加功率至n個DC/DC轉換器320 (其中n大於或等於2)，並且所述n個DC/DC轉換器320的每一個耦接至n個RF諧振功率放大器102的對應一個，並且於是所述n個RF諧振功率放大器102的每一個耦接至n個ICP線圈104中之一者。所述DC/DC轉換器320的每一個可被個別控制以調節在所述系統的每一個分支中的DC電壓(其中每一個分支包括一DC/DC轉換器320、RF諧振功率放大器102以及一ICP線圈104)。在圖3描繪的系統中，每一個DC/DC轉換器320操作為一DC電壓源，其具有藉由所述固定DC電壓源316驅動的輸入。
有利的是，所述固定DC電壓源316可位在所述電漿室的遠端，並且簡化的RF諧振功率放大器102以及其對應的DC/DC轉換器320可緊密關連所述電漿室來實施。搭載在工具上（on-tool）的RF系統的降低複雜度容許多個類似解決方案能夠綑綁在一起，以驅動一整合式多線圈ICP源。在來自所述個別的RF諧振功率放大器102的每一個的源頻率之間的充分分開下，可控制功率或電流可被用來影響電場/沉積/蝕刻均勻度。
轉到圖4，所展示的是又一ICP RF功率遞送系統400，其包括(一被驅動的) ICP線圈104與一被動ICP線圈404。如圖所示，所述被動ICP線圈404可藉由一可調整阻抗406 (在圖4、5及8中被展示為一可變電容器)而被端接，以致能對於通過所述被動ICP線圈404的電流的控制，所述被動ICP線圈404從所述主要由RF供電的被動ICP線圈104透過所述電漿來電感耦合。儘管單一被動ICP線圈404被描繪在圖4中，但可有多個未被驅動的被動ICP線圈404。如同在此進一步所述，在所述多個被動ICP線圈404之間的電流的任何差異的調節都可藉由通過每一個被動ICP線圈404的電流的精確量測及控制來完成。例如，端接之所述可調整阻抗406可被調整以控制電場/沉積/蝕刻均勻度(或是任何所要的非均勻度)。
圖5描繪另一ICP RF功率遞送系統500，其包括一被驅動的ICP線圈104以及一被動ICP線圈404。如圖所示，在圖5中描繪的系統用和圖4中的系統差不多一樣的方式來操作，不同之處在於圖5中的系統包括作用為DC電壓源的DC/DC轉換器320 (其具有藉由所述固定DC電壓源316來驅動的輸入)之外。所述固定DC電壓源316可位在所述RF諧振功率放大器102的遠端、或是與所述RF諧振功率放大器102整合。
利用一固定DC源的實施方式(例如那些在圖3及5中所描繪者)可在所述電漿室的遠端實施所述固定DC源；因此，其降低工具安裝解決方案的複雜度，其藉由容許來自每一個別的RF諧振功率放大器102的局域DC電壓調節(例如，降壓轉換)。
有利的是，在此揭露的功率遞送系統的數個變化對搭載在工具上的RF系統致能成本及複雜度上的顯著縮減。匹配所述RF諧振功率放大器102的阻抗至50歐姆是不必要的，並且當供電ICP負載時，非重要諧波衰減可加以避免。匹配網路與衰減在許多在此揭露的實施方式中都不是重要的/必要的。此外，所描繪的RF諧振功率放大器102可被簡化以排除板載諧振槽電路，因為此功能藉由肯定地利用所述ICP線圈104作為所述諧振槽108的部分來加以實現。
頻率操作藉由利用零電壓的切換來設定，藉此消除對於頻率調諧演算法的需求。就此而論，在此實施方式中的頻率“調諧時間”可被視為標稱等於所述主要RF操作頻率週期的一半(例如，f a或f b的一週期的一半)。並且在零電壓切換下，在所述PA開關裝置以及所述電抗網路之間的主要損失機制是所述開關裝置的電阻，並且這些損失大部分與所述頻率範圍之內的操作頻率無關。此致能對於進入所述ICP負載的功率遞送的控制的簡化，因為其與提供至所述PA的DC電壓及電流的乘積成比例。
參照圖6，例如所展示的是其中施加至一ICP線圈104的功率根據在所述DC電壓源616的輸出處的電壓V DCS、以及在所述DC電壓源616的輸出處的電流i DCS來調節的一實施方式。更明確地說，為了調節被施加至所述ICP線圈104的功率，一控制器630可根據在所述DC電壓源616的輸出處的一感測到電流632以及一感測到電壓635的乘積，來同時變化所述DC電壓源616的一電壓設定點V set(以變化V DCS)以及所述RF諧振功率放大器102的一頻率設定點f set(以變化進入到所述ICP線圈中的一操作頻率)。應該體認到的是為了單純及清楚目的，只有單一分支(包括單一RF諧振功率放大器102以及單一ICP線圈104)被描繪，但是在實際的實施方式中，兩個或多個分支用相同方式來控制(藉由一或多個控制器630)，因而每一個分支可被調諧以操作在不同於耦合至所述共同電漿的其它分支的功率位準處以及頻率範圍上。
如上所論述，藉由(所述開關網路106的)所述開關裝置的損失是在所述開關裝置以及所述電抗網路之間的主要較小機制，被施加至所述ICP線圈104的實際功率實質上與被施加在所述DC電壓源616的輸出636處的DC電源成比例。但是在每一個分支中仍然有損失，其使得被施加至所述ICP線圈104的實際功率不同於被施加在所述DC電壓源的輸出636處的功率。因此，選配校準資料634可被所述控制器利用來縮放在所述輸出636處量測到的功率，使得所述量測到的功率的縮放版本與被施加至所述ICP線圈104的實際功率實質相同。所述技術中具有通常技能者將會體認到所述選配校準資料634可藉由利用精密度量設備來量測被施加至所述ICP線圈104的實際功率來獲得，以獲得可被利用以調整在所述輸出636處量測到的功率的一或多個調整因數或一方程式，使得其與實際施加至所述ICP線圈104的功率實質相同。
或者是，相對於直接在所述輸出處量測的功率，在輸出電流上的調節亦降低複雜度並且致能改善可重複性。參照圖7，例如所展示的是一控制配置，其根據一感測到電流732 (其指出輸出電流i out)來調節被施加至所述ICP線圈104的電流。如圖所示，一感測到電壓734 (其指出施加至所述ICP線圈104的RF電壓波形Vo)亦可選配地被量測且利用來調節施加至所述ICP線圈104的功率。
如上參考圖4及5所論述的，即使利用單一RF諧振功率放大器102來驅動一多元件ICP源也可被補充有連接至未被驅動的ICP線圈404的一終端阻抗的被動調整。此容許相同頻率透過所述共同電漿以耦合可控制電流到所述相鄰線圈中，來影響電場/沉積/蝕刻均勻度。參照圖8，所展示的是描繪在一系統中的控制特點的方塊圖，其包含一第一(直接被驅動的)ICP線圈104以及一被動ICP線圈404。如圖所示，所述控制器630可經由一電流感測器來接收一電流感測信號832以感測流過所述直接被驅動的ICP線圈104的電流i out，並且經由一電流感測器來接收一電流感測信號833，其被定位以感測流過所述可調整阻抗406以及所述被動ICP線圈404的電流I O2。作為響應的，所述控制器630可藉由調整所述終端阻抗來控制進入所述被動ICP線圈404的電流I O2。此外，類似於在此論述的其它實施例，所述控制器630被配置以控制施加至所述直接被驅動的ICP線圈104的功率，其藉由變化所述DC電壓源616以及同時變化進入所述第一ICP線圈104的一操作頻率，藉由容許橫跨所述開關網路106的開路狀態的一諧振電壓波形上升並且接著在將所述開關網路閉路之前下降到實質零伏特以完成一RF週期。
所述控制器630可直接用硬體、用藉由一處理器執行的一或多個軟體模組、或是用所述兩者的組合來實施。一軟體模組可存在為耦接至所述處理器的非揮發性記憶體中的非暫態處理器可執行指令，因而所述處理器可從所述非揮發性記憶體讀取資訊，並且寫入資訊至所述非揮發性記憶體。上述方法的步驟可被實施為被儲存在所述非揮發性記憶體中的處理器可執行指令，並且所述選配校準資料634可被儲存在非揮發性記憶體中(其可被分散在數個記憶體構件之間)。所述處理器可以是通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、現場可程式化閘陣列(FPGA)及/或其它可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體構件、或是其被設計以執行在此所述功能之任意組合。
圖9是描繪可在圖4、5及8中描繪的實施例中被利用作為所述終端阻抗(用於所述被動ICP線圈)的可調整阻抗406的類型的變化。如圖所示，所述可調整阻抗406可藉由一可變電容器、一可變電感器、或是一可變電抗來實現。
圖10描繪一開關網路1006 (其是所述開關網路106的一個例子)，其包括複數個串聯配置開關，其被操作以作用為單一開關。更明確地說，當所述被開關網路關斷或開路時，在所述開關網路1006中的全部串聯配置開關是同時開路的，並且當所述被開關網路導通或閉路時，在所述開關網路1006中的全部串聯配置開關是同時閉路的。所述技術中具有通常技能者有鑑於此揭露內容將會輕易地體認到其它類型的開關網路可被實施。例如，兩個並聯開關可取代在此描繪的單一開關裝置的任一個(例如，以容許利用較低額定電流的開關裝置的較高電流流動)，並且可同時開路及閉路以操作為單一開關。
圖11A、11B及11C分別描繪所述DC/DC轉換器320的一個例子。更明確地說，圖11A描繪一簡化降壓轉換器的一個例子；圖11B描繪一簡化升壓轉換器的一個例子；以及圖11C描繪一簡化升降壓轉換器的一個例子。所述技術中具有通常技能者有鑑於此揭露內容將會輕易地體認到其它拓樸可被利用於圖11A-11C中描繪的DC/DC轉換器的類型。
在此揭露的是各種不同實施例及實施設計。應該體認到的是，所述RF諧振功率放大器102的包含所述ICP線圈104、404的構成構件可被整合成為一單元系統、或是可被分散在可分開構件之間。當被分散時，所述RF諧振功率放大器102以及所述DC電壓源116、316例如可以是與所述ICP線圈104及電漿室可分開的構件(因而被個別地銷售及經銷)。進一步思及的是包含所述ICP線圈104、404的RF諧振功率放大器102可實際與一電漿室整合，並且被銷售及經銷為一整合ICP源。
如同在此所用的，"A、B及C中的至少一個"或是"A、B或C中的至少一個"的闡述欲表示"A、B、C的任一個、或是A、B及C的任意組合"。所揭露實施例的先前說明被提供以致能任何熟習此項技術者能夠完成或利用本揭露內容。各種對於這些實施例的修改就熟習此項技術者而言都將會是相當明顯的，因而在此定義的一般原理可被應用至其它實施例，而不脫離本揭露內容的精神或範疇。因此，本揭露內容並不欲受限於在此所示實施例，而是欲被授予和在此揭露的原理及新穎特點一致的最廣範疇。
100:電感耦合電漿(ICP) RF功率遞送系統 101:ICP源 102:RF諧振功率放大器 104:ICP線圈 106:開關網路 107:互耦合 108:諧振槽 109:電漿體 110:電抗網路 112:串聯電容 114:並聯電容 116:DC電壓源 118:節點 120:節點 300:ICP RF功率遞送系統 316:固定DC電壓源 320:DC/DC轉換器 400:ICP RF功率遞送系統 404:被動ICP線圈 406:可調整阻抗 500:ICP RF功率遞送系統 616:DC電壓源 630:控制器 632:感測到電流 634:選配校準資料 635:感測到電壓 636:輸出 732:感測到電流 734:感測到電壓 832:電流感測信號 833:電流感測信號 1006:開關網路
[圖1]是一ICP功率遞送系統的一個例子的示意圖示；
[圖2A]、[圖2B]及[圖2C]是描繪相對於開關時間的一諧振電壓波形的圖；
[圖3]是一ICP功率遞送系統的另一個例子的示意圖示；
[圖4]是一ICP功率遞送系統的又一個例子的示意圖示；
[圖5]是一ICP功率遞送系統的又一個例子的示意圖示；
[圖6]是描繪一種控制被施加至直接被驅動的ICP線圈的功率之方法的一個例子的方塊圖；
[圖7]是描繪一種控制被施加至直接被驅動的ICP線圈的功率之方法的另一個例子的方塊圖；
[圖8]是描繪一種控制被施加至一直接被驅動的ICP線圈以及一被動ICP線圈的功率之方法的一個例子的方塊圖；
[圖9]是描繪可被利用作為圖4、5及8的終端阻抗的可變阻抗的類型的變化；
[圖10]是描繪可被用來實現在此揭露的開關網路的一開關網路的一個例子的概要圖；以及
[圖11A]、[圖11B]及[圖11C]是分別描繪一降壓轉換器、一升壓轉換器、以及一升降壓轉換器的簡化例子的概要圖。
100:電感耦合電漿(ICP)RF功率遞送系統
101:ICP源
102:RF諧振功率放大器
104:ICP線圈
106:開關網路
107:互耦合
108:諧振槽
109:電漿體
110:電抗網路
112:串聯電容
114:並聯電容
116:DC電壓源
118:節點
120:節點

Claims (15)

  1. 一種電感耦合電漿(ICP) RF功率遞送系統，其包括： 兩個或多個DC電壓源，所述兩個或多個DC電壓源的每一個連接至兩個或多個RF諧振功率放大器的對應一個，所述兩個或多個RF諧振功率放大器的每一個被調諧以操作在被耦合到共同電漿中的不同頻率範圍上，所述兩個或多個DCRF諧振功率放大器的每一個包括： 開關網路，其包括至少一開關；以及 諧振槽電路，其被調諧至頻率範圍，該諧振槽電路包括： 電抗網路，其包括至少一電容性構件；以及 ICP線圈，其連接至所述電抗網路；以及 控制器，其被配置以藉由以下來控制進入每一個ICP線圈的功率： 變化對應DC電壓源；以及 同時變化進入每一個ICP線圈的操作頻率，其藉由容許橫跨對應開路開關網路的諧振電壓波形上升，並且接著在對於RF週期的剩餘部分將所述對應開路開關網路閉路之前下降到實質零伏特。
  2. 如請求項1之ICP RF功率遞送系統，其中每一個DC電壓源是DC-DC轉換器，其具有藉由固定DC電壓源驅動的輸入。
  3. 如請求項2之ICP RF功率遞送系統，其中每一個DC-DC轉換器包括降壓轉換器、升壓轉換器、或是升降壓轉換器中之一者。
  4. 如請求項3之ICP RF功率遞送系統，其中進入每一個ICP線圈的電流藉由所量測到進入每一個ICP線圈的所述電流來加以調節。
  5. 如請求項3之ICP RF功率遞送系統，其中進入每一個ICP線圈的功率藉由所量測到進入每一個ICP線圈的實際RF功率來加以調節。
  6. 如請求項1之ICP RF功率遞送系統，其中在所述兩個或多個RF諧振功率放大器的每一個中的所述開關網路包括單一實體開關或是複數個開關中之一者，所述複數個開關操作為單一開關。
  7. 如請求項1之ICP RF功率遞送系統，其中每一個電抗網路包括串聯電容器、並聯電容器、或是串聯及並聯電容器中之一者。
  8. 如請求項1之ICP RF功率遞送系統，其中進入每一個ICP線圈的功率調節藉由DC源的輸出電壓及電流的乘積來加以控制，其中進入所述ICP線圈的實際功率實質上與於所述DC源的輸出電壓及電流的所述乘積成比例。
  9. 一種用於控制進入耦合到共同電漿中的兩個或多個ICP線圈的能量的電感耦合電漿(ICP) RF功率遞送系統，其包括： DC電壓源，其連接至RF諧振功率放大器，所述RF諧振功率放大器包括第一ICP線圈，所述RF諧振功率放大器被調諧以操作在頻率範圍上，並且所述RF諧振功率放大器包括： 開關網路，其包括至少一開關；以及 諧振槽電路，其被調諧至頻率範圍，該諧振槽電路包括： 電抗網路，其包括至少一電容性構件；以及 其中所述第一ICP線圈連接至所述電抗網路；以及 至少一被動ICP線圈，其被安排且配置以耦合至所述第一ICP線圈，其中該至少一被動ICP線圈中之每一個被動ICP線圈藉由獨立可調整阻抗而被端接； 控制器，其被配置以： 藉由變化所述DC電壓源來控制被施加至所述第一ICP線圈的功率；以及 同時變化進入所述第一ICP線圈的操作頻率，其藉由容許橫跨所述開關網路的開路狀態的諧振電壓波形上升並且接著在RF週期的剩餘部分將所述開關網路閉路之前下降到實質零伏特；以及 藉由對於所述至少一被動ICP線圈的每一個調整終端阻抗來控制進入對應被動ICP線圈的每一個的電流。
  10. 如請求項9之ICP RF功率遞送系統，其中進入所述ICP線圈的每一個的電流調節藉由所量測到進入每一個ICP線圈的所述RF電流來加以調節。
  11. 如請求項9之ICP RF功率遞送系統，其中所述終端阻抗包括可變電容器、可變電抗、以及可變電感器中的至少一個。
  12. 如請求項9之ICP RF功率遞送系統，其中所述開關網路包括單一實體開關或是複數個開關中之一者，所述複數個開關操作為單一開關。
  13. 如請求項9之ICP RF功率遞送系統，其中所述DC電壓源包括DC-DC轉換器，其具有藉由固定DC電壓源所驅動的輸入。
  14. 如請求項13之ICP RF功率遞送系統，其中所述DC-DC轉換器包括降壓轉換器、升壓轉換器、或是升降壓轉換器中之一者。
  15. 如請求項9之ICP RF功率遞送系統，其中每一個電抗網路包括串聯電容器、並聯電容器、或是串聯及並聯電容器中之一者。
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