TWI756551B - 高壓電力系統及其方法 - Google Patents

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肯尼斯Ｅ 米勒
艾力克斯 韓森
堤摩西Ｍ 奇巴
約翰Ｇ 卡斯卡登
摩根 奎利
伊莉亞 斯洛柏朵夫
詹姆士 普拉格
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美商鷹港科技股份有限公司
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Abstract

本案揭示一種高壓電力系統，在一些實施例中，高壓電力系統包含一高壓脈波電源供應器、一電耦合高壓脈波電源供應器的變壓器、一電耦合該變壓器的輸出端、及一與該輸出端並聯的偏壓補償電路。該輸出端用以輸出振幅高於1千伏特(kV)且頻率高於1千赫茲(kHz)之高壓脈波。在一些實施例中，偏壓補償電路包含一阻斷二極體、以及一與該阻斷二極體串聯的直流電源供應器。

Description

高壓電力系統及其方法
本發明係有關一種電力系統，尤其是有關一種高壓電力系統。
在電漿沉積系統中，在腔室中晶圓通常以靜電方式固定於晶圓座。腔室內產生電漿，高壓脈波用以將晶圓上電漿內的離子加速。如果晶圓座和晶圓之間的電位超過特定的電壓門檻(例如，約正負2千伏特(kV))，則晶圓上的靜電力可能大到足以損壞或破壞晶圓。
本發明的實施例包含用於高壓電漿室中的偏壓補償的方法及電路，該高壓電漿室例如：電漿沉積系統、半導體製程系統、電漿濺鍍系統等等。
所揭露的為一高壓電力系統。在一些實施例中，高壓電力系統包含一高壓脈波電源供應器(例如：奈秒脈波器)、一電耦合高壓脈波電源供應器的變壓器、一電耦合變壓器的輸出端、以及一與該輸出端並聯的偏壓補償電路。該輸出端可以輸出振幅高於1千伏特(kV)、2千伏特(kV)、5千伏特(kV)、1萬伏特(V)、2萬5千伏特(V)等等，且頻率高於1千赫茲(kHz)之高壓脈波。在一些實施例中，偏壓補償電路包含一阻斷二極體、以及一與該阻斷二極體串聯的直流電源 供應器。在一些實施例中，高壓電力系統可以包含一至少橫跨配置於直流電源供應器的偏壓電容。在一些實施例中，高壓電力系統可能包含一與高壓開關串聯的偏壓補償電感。
在一些實施例中，高壓脈波電源供應器包含一奈秒脈波器及一變壓器。在一些實施例中，高壓電源供應器包含多個相互串聯的開關以及一變壓器。在一些實施例中，高壓電源供應器包含一射頻電源供應器，例如：射頻(RF)產生器。
在一些實施例中，偏壓補償電路包含一橫跨配置於阻斷二極體的高壓開關，其中，當高壓脈波電源供應器產生脈波時，高壓開關被設置為斷開，當高壓脈波電源供應器未產生脈波時，高壓開關被設置為導通。
在一些實施例中，高壓開關包含多個相互串聯的開關。在一些實施例中，偏壓補償電感的電感值為低於約100微亨利(μH)。在一些實施例中，輸出端被耦合於一電漿，例如：該輸出端透過一電容性耦合電漿之電極，以被耦合於一電漿。
在一些實施例中，高壓電力系統包含一高壓脈波電源供應器、一電耦合變壓器的輸出端、一阻斷二極體、一與阻斷二極體串聯的直流電源供應器、以及一橫跨耦合阻斷二極體的高壓開關，其中，該輸出端輸出振幅高於2千伏特(kV)，且頻率高於2千赫茲(kHz)之高壓脈波，串聯後之阻斷二極體及直流電源供應器與該輸出端並聯，當高壓開關電源供應器產生脈波時(例如：在突發期間)，高壓開關被設置為斷開，當高壓開關電源供應器不產生脈波時(例如：在未突發期間)，高壓開關被設置為導通。
在一些實施例中，高壓電力系統亦可以包含一至少橫跨配置直流電源供應器的偏壓補償電容，其中，偏壓補償電容的電容值為低於約500微法拉(μF)、250微法拉(μF)、100微法拉(μF)、50微法拉(μF)、25微法拉(μF)、10微法拉(μF)等等。
在一些實施例中，阻斷二極體、直流電源供應器、以及高壓開關包含一於高壓電力系統內橫跨輸出端配置的偏壓補償電路。
在一些實施例中，輸出端可以包含一電漿負載。在一些實施例中，直流電源供應器提供的電壓約為正負5千伏特(kV)、正負4千伏特(kV)、正負3千伏特(kV)、正負2千伏特(kV)、正負1千伏特(kV)等等。
在一些實施例中，當高壓脈波電源供應器產生脈波時，高壓開關被設置為斷開，當高壓脈波電源供應器未產生脈波時，高壓開關被設置為導通。
在一些實施例中，高壓開關包含一緩衝電路。
一些實施例可能包含一種方法，該方法包含斷開一與直流電源供應器串聯的偏壓補償開關，串聯後之偏壓補償開關及直流電電源供應器被一負載橫跨配置；傳送高電壓和高頻率的高壓電源脈波到負載中；導通偏壓補償開關；停止高壓電源脈波。
一些實施例包含一高壓電力系統，該高壓電力系統包含多個開關、一變壓器、一輸出端、一阻斷二極體、以及一偏壓電容。該輸出端輸出振幅高於2千伏特(kV)，且頻率高於1千赫茲(kHZ)之高壓脈波。
一些實施例包含一高壓電力系統，該高壓電力系統包含一高壓開關電源供應器、一輸出端、一阻斷二極體、一偏壓電容、以及一橫跨耦合阻斷二極體的高壓開關，其中，該輸出端輸出振幅高於2千伏特(kV)，且頻率高於1 千赫茲(kHZ)之高壓脈波，當高壓開關電源供應器產生脈波時，高壓開關被設置為斷開，當高壓開關電源供應器不產生脈波時，高壓開關被設置為導通。
一些實施例包含一高壓電力系統，該高壓電力系統產生一輸出，且該輸出在晶圓沉積室中產生一電漿，使得高壓電力系統在脈波與不脈波時，晶圓與晶圓座之間的電壓為大約2千伏特(kV)。
這些實施例並不是為了限制或限定本發明，而是提供示例以幫助理解本發明，並在實施方式中討論了額外的實施例，以提供進一步的描述。通過檢查本說明書或通過實踐所呈現的一個或多個實施例，可以進一步理解由一個或多個實施例所提供的優點。
100:電漿負載
101:脈波產生級
102:電阻輸出級
103:導線級
104:直流偏壓電路
105:第二導線級
106:負載級
110:脈波產生級
114:偏壓補償電路
121~125:電路點
205:脈波波形
210:波形
215:波形
300:電漿負載
405:晶圓波形
410:晶圓座波形
500:電漿負載
505:偏壓補償二極體
510:偏壓補償電容
605:晶圓波形
610:晶圓座波形
700:電漿負載
701:第二脈波器
705:第二脈波電路
710:開關
805:晶圓波形
810:晶圓座波形
815:偏壓波形
900:電漿負載
905:高壓開關
914:偏壓補償電路
1005:晶圓波形
1010:晶圓座波形
1015:偏壓波形
1105:波形
1110:波形
1200:電漿負載
1214:偏壓補償電路
1220:開關
1225:開關
1230:開關
1235:開關
1300:電漿負載
1314:偏壓補償電路
1400:電漿負載
1420:偏壓補償電感
1500:高壓開關
1505A~1505D:開關模組
1510A~1510D:開關
1515A~1515D:緩衝二極體
1520A~1520D:緩衝電容
1525A~1525D:飛輪二極體
1530A~1530D:閘極驅動電路
1540A~1540D:電源供應器
1545A~1545D:隔離光纖觸發器
1550:消弧二極體
1555:快速電容
1560:高電壓源
1565:負載
1600:波形
1605:波形
1610:波形
1615:波形
1620:波形
1700:波形
1705:波形
1710:波形
1715:波形
1720:波形
1800:波形
1805:波形
1810:波形
1815:波形
1820:波形
1900:電漿負載
1905:能量恢復電路
1910:二極體
1915:電感
1930:二極體
1935:二極體
1940:電感
C1~C4:電容
C5:電源緩衝電容
C7:電源
C8~C9:電容
C11、C14:電容
C12:偏壓電容
C15:緩衝電容
D1、D7:阻斷二極體
D2:飛輪二極體
D4、D8:緩衝二極體
D6:二極體
I1~I2:電流源
L1~L2:電感
L5~L7、L9:電感
R1~R2、R6~R9:電阻
R3:電源緩衝電阻
R10:緩衝電阻
R11、R13~R18:電阻
S1:開關
S4:開關
T1~T2:變壓器
V1:偏移電壓源
V2、V6:電壓源
V4:開關觸發器
當參考附圖閱讀以下實施例時，將能更好地理解本案的特徵和優點。
[圖1]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
[圖2]繪示，依據一些實施例，高壓電力系統產生的示例波形之示意圖。
[圖3]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
[圖4]繪示，依據一些實施例，高壓電力系統產生的示例波形之示意圖。
[圖5]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
[圖6]繪示，依據一些實施例，高壓電力系統產生的示例波形之示意圖。
[圖7]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
[圖8]繪示，依據一些實施例，高壓電力系統產生的示例波形之示意圖。
[圖9]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
[圖10]繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形之示意圖。
[圖11A]繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形之示意圖。
[圖11B]繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形之示意圖。
[圖12]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
[圖13]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
[圖14]繪示，依據一些實施例，高壓電力系統之電路示意圖。
[圖15]繪示，依據一些實施例，具有隔離電源的高壓開關之方塊示意圖。
[圖16]繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形之示意圖。
[圖17]繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形之示意圖。
[圖18]繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形之示意圖。
[圖19]繪示，依據一些實施例，具有電漿負載的高壓電力系統之電路示意圖。
在電漿沉積系統中，在腔室中晶圓通常以靜電方式固定於晶圓座。腔室內產生電漿，高壓脈波用以將晶圓上電漿內的離子加速。如果晶圓座和晶圓之間的電位超過特定的電壓門檻(例如：約2千伏特(kV))，則晶圓上的靜電力可能大到足以損壞或破壞晶圓。此外，將更高電壓的脈波輸入到腔室可以增加溝槽深度、改善質量或加速蝕刻過程。在沉積室內輸入高壓及更高壓的脈波到電漿會影響晶圓座和晶圓之間的電位並損壞或破壞晶圓。
本案公開了一種系統和方法，以確保在高壓脈波期間和沒有高壓脈波的期間晶圓和晶圓座之間的電壓為接近或低於電壓門檻(例如：約2千伏特(kV))。例如，當使用高壓射頻電源供應器時，這些系統還可以限制晶圓的自偏壓。例如，這些系統和方法可以補償電壓變化，以確保晶圓座和晶圓之間的電壓不超過電壓門檻。
在一些實施例中，高壓電力系統產生高壓脈波並輸入到電漿。該高壓脈波振幅可以為約1千伏特(kV)、2千伏特(kV)、5千伏特(kV)、1萬伏特(V)、1萬5千伏特(V)、2萬伏特(V)、3萬伏特(V)、4萬伏特(V)等等。在一些實施例中，高壓電力系統可以在頻率為高達約50萬赫茲(HZ)時做切換。在一些實施例中，高壓電力系統提供單脈波，該單脈波的脈波寬度可以為大約50奈秒到大約1奈秒。在一些實施例中，高壓電力系統可以在頻率為大於約1萬赫茲(HZ)時做切換。在一些實施例中，高壓電力系統可以在上升時間為小於約20奈秒(ns)時做操作。
本案中所使用的名稱”高壓”、”高電壓”、”高壓電”可以包含電壓為大於約1千伏特(kV)、1萬伏特(V)、2萬伏特(V)、5萬伏特(V)、10萬伏特(V)、1百萬伏特(V)等等；名稱”高頻”、”高頻率”可以是頻率為高於約1千赫茲(kHZ)、1萬赫茲(HZ)、10萬赫茲(HZ)、20萬赫茲(HZ)、50萬赫茲(HZ)、1百萬赫茲(MHZ)等等；名稱”高重複率”可以是重複率為大於約1千赫茲(kHZ)、1萬赫茲(HZ)、10萬赫茲(HZ)、20萬赫茲(HZ)、50萬赫茲(HZ)、1百萬赫茲(MHZ)等等；名稱”快速上升時間”可以包括上升時間為小於約1奈秒(ns)、10奈秒(ns)、50奈秒(ns)、100奈秒(ns)、250奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1,000奈秒(ns)等等；名稱”快速下降時間”可以包括下降時間為小於約1奈秒(ns)、10奈秒(ns)、50奈秒(ns)、100奈秒(ns)、 250奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1,000奈秒(ns)等等；名稱”低電容值”可以包括電容值為小於約1.0皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、1000皮法拉(pF)等等；名稱”低電感值”可以包括電感值為為小於約10奈亨利(nH)、100奈亨利(nH)、1000奈亨利(nH)、10000奈亨利(nH)等等；名稱”短脈波寬度”可以包括脈波寬度為小於約10000奈秒(ns)、1000奈秒(ns)、500奈秒(ns)、250奈秒(ns)、100奈秒(ns)、20奈秒(ns)等等。
圖1繪示，依據一些實施例，具有電漿負載100的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載100的高壓電力系統可以概括分為六個級(這些級可以分解為其他級、概括分為更少的級、或可以包括/不包括圖中所示的元件)。具有電漿負載100的高壓電力系統包含一脈波產生級101、一電阻輸出級102、一導線級103、一直流偏壓電路104、一第二導線級105以及一負載級106。脈波產生級101、電阻輸出級102、或直流偏壓電路104可以包含一高壓電力系統。導線級103或第二導線級105也可以包含在高壓電力系統內，而負載級106可以包含一電漿負載。
在一些實施例中，具有電漿負載100(或脈波產生級101)的高壓電力系統將脈波輸入到負載級106。該脈波電壓可以為大於1千伏特(kV)、1萬伏特(V)、2萬伏特(V)、5萬伏特(V)、10萬伏特(V)、1百萬伏特(V)等等，上升時間可以為小於約1奈秒(ns)、10奈秒(ns)、50奈秒(ns)、100奈秒(ns)、250奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1,000奈秒(ns)等等，下降時間可以為小於約1奈秒(ns)、10奈秒(ns)、50奈秒(ns)、100奈秒(ns)、250奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1,000奈秒(ns)等等，頻率可以為大於約1千赫茲(kHZ)、1萬赫茲(HZ)、10萬赫茲(HZ)、20萬赫茲(HZ)、50萬赫茲(HZ)、1百萬赫茲(MHZ)等等。
在一些實施例中，脈波產生級101可以是例如包括任何能夠產生脈波大於500V、峰值電流大於10安培、或脈波寬度小於大約10000奈秒(ns)、1000奈秒(ns)、100奈秒(ns)、10奈秒(ns)等等的裝置。另一個例子，脈波產生級101產生多個脈波，該些脈波的振幅可以為大於1千伏特(kV)、5千伏特(kV)、1萬伏特(V)、5萬伏特(V)、20萬伏特(V)等等。另一個例子，脈波產生級101產生該些脈波的上升時間或下降時間可以為小於約5奈秒(ns)、50奈秒(ns)、300奈秒(ns)等等。
在一些實施例中，脈波產生級101可以產生多個高壓突發。例如，每個突發可以包括多個高壓脈波，該些高壓脈波具有快速上升時間和快速下降時間。例如，多個高壓突發的突發重複頻率可以為大約10赫茲(HZ)到1萬赫茲(HZ)。更具體地，例如，多個高壓突發的突發重複頻率可以為大約10赫茲(HZ)、100赫茲(HZ)、250赫茲(HZ)、500赫茲(HZ)、1千赫茲(kHZ)、2千5百赫茲(HZ)、5千赫茲(kHZ)、1萬赫茲(HZ)等等。
每個高壓突發內的高壓脈波的脈波重複頻率可以為約1千赫茲(kHZ)、1萬赫茲(HZ)、10萬赫茲(HZ)、20萬赫茲(HZ)、50萬赫茲(HZ)、1百萬赫茲(MHZ)等等。
在一些實施例中，突發重複頻率為從一突發到下一突發的時間。該突發重複頻率是偏壓補償開關運作的頻率。
在一些實施例中，脈波產生級101可以包括一個或多個耦合電壓源V2的固態開關S1(例如，固態開關可以為絕緣柵雙極電晶體(IGBTs)、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFETs)、碳化矽金屬氧化物半導體場效電晶體(SiC MOSFETs)、碳化矽接面電晶體(SiC junction transistors)、場效電晶體(FETs)、碳化矽(SiC)開關、氮化鎵(GaN)開關、光電導開關等等)。 在一些實施例中，脈波產生級101可以包括一個或多個電源緩衝電阻R3、一個或多個電源的緩衝二極體D4、一個或多個電源緩衝電容C5、或一個或多個飛輪二極體D2。一個或多個開關和/或電路可以互相串聯或並聯。
在一些實施例中，脈波產生級101可以產生多個高壓脈波。該高壓脈波具有高頻率、快速上升時間、快速下降時間等等。脈波產生級101可以包括一個或多個奈秒脈波器。
在一些實施例中，脈波產生級101可以包含一個高壓脈波電源供應器。
脈波產生級101例如可以包括標題為“高電壓奈秒脈波器”的美國專利申請號14/542,487所描述的任何脈波器，該專利申請案之說明書併入本案。脈波產生級101例如可以包括任何描述於標題為“高效絕緣柵雙極電晶體(IGBT)切換”的美國專利公告號9,601,283的脈波器，該專利申請案之說明書併入本案。脈波產生級101例如可以包括任何描述於標題為“高壓變壓器”的美國專利申請號15/365,094的脈波器，該專利申請案之說明書併入本案。
脈波產生級101例如可以括一高壓開關(如圖3所示)。例如，脈波產生級101可以包括圖15中描述的高壓開關1500。另一示例，脈波產生級101例如可以包括任何描述於在2018年11月1日提交的標題為“具有隔離電力的高壓開關”的美國專利申請號16/178,565的開關，該專利申請案之說明書併入本案。
在一些實施例中，脈波產生級101可以包括一變壓器T2。變壓器T2可以包括變壓器磁芯(例如，環形或非環形磁芯)、至少一一次側繞組、以及一二次側繞組。該一次側繞組在變壓器磁芯纏繞一次或少於一次，該二次側繞組在變壓器磁芯纏繞多次。
在一些實施例中，變壓器T2可以包括纏繞變壓器磁芯的單匝一次側繞組與多匝二次側繞組。單匝一次側繞組例如可以包括纏繞變壓器磁芯一次或少次的一根或多根導線。單匝一次側繞組例如可以包括多於2、10、20、50、100、250、1200等多個獨立的單匝一次側繞組。在一些實施例中，一次側繞組可以包括導電片。
多匝二次側繞組例如可以包括一纏繞變壓器磁芯多次的導線。多匝二次側繞組例如可以在變壓器磁芯上纏繞超過2、10、25、50、100、250、500等次數。在一些實施例中，多個多匝二次側繞組可以纏繞在變壓器磁芯上。在一些實施例中，二次側繞組可以包括導電片。
在一些實施例中，高壓變壓器可以用於輸出電壓。該電壓為大於1,000V且具有快速上升時間為小於150奈秒(ns)、50奈秒(ns)、或5奈秒(ns)。
在一些實施例中，高壓變壓器可以具有低阻抗和/或低電容值。例如，在一次側測量高壓變壓器的雜散電感小於100奈亨利(nH)、50奈亨利(nH)、30奈亨利(nH)、20奈亨利(nH)、10奈亨利(nH)、2奈亨利(nH)、100皮亨利(pH)和/或在二次側測量變壓器的雜散電容小於100皮法拉(pF)、30皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)、1皮法拉(pF)。
變壓器T2可以包括任何描述於標題為“高壓變壓器”的美國專利申請號15/365,094的變壓器，該專利申請案之說明書併入本案。
在一些實施例中，多個脈波器可以並聯、串聯或串並聯組合在一起。在一些實施例中，脈波產生級101可以橫跨電感L1和/或電阻R1與電阻輸出級102耦合。在一些實施例中，電感L1的電感值可以為包括大約5微亨利(μH)至大約25微亨利(μH)。在一些實施例中，電阻R1的電阻值可以為包括大約50歐姆 (ohms)至大約250歐姆(ohms)。每個脈波產生級101還可以包括緩衝二極體D4與二極體D6中的任一個或前述兩者。在一些實施例中，電容C4可以表示為二極體D6的雜散電容。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以為電容性負載放電(該電容性負載為例如，晶圓和/或電漿)。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以包括一個或多個電感性元件。該電感性元件例如可以為電感L1和/或電感L5。電感L5例如可以為電阻輸出級102中導線的雜散電感，該雜散電感的電感值可以為小於約500奈亨利(nH)、250奈亨利(nH)、100奈亨利(nH)、50奈亨利(nH)、25奈亨利(nH)、10奈亨利(nH)等。電感L1例如可以用以最小化從脈波產生級101流入電阻R1的功率。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以包括至少一電阻R1。電阻R1例如可以包括多個電阻互相串聯或並聯，並用以對負載放電(負載為例如，電漿鞘電容)。
在一些實施例中，電阻R1可以消耗負載級106的電荷。例如，電阻R1可以在快時標時(例如，1奈秒(ns)、10奈秒(ns)、50奈秒(ns)、100奈秒(ns)、250奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1,000奈秒(ns)等時標)消耗負載級106的電荷。電阻R1的電阻值可以為較低的，用以使負載級106上的脈波具有快速下降時間tf。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以用以在每個脈波週期期間消耗平均功率和/或消耗能量。該平均功率可以為超過大約1千瓦特(kilowatt)。該能量可以為一焦耳(joule)或更少的能量。在一些實施例中，電阻輸出級102中的電阻R1的電阻值可以為小於200歐姆(ohms)。
電容C11可以代表電阻R1的雜散電容。該電阻R1可以為多個電阻互相串聯或並聯。電容C11可以包括與電阻串聯、並聯、或串並聯的電容。電容C11的電容值例如可為小於500皮法拉(pF)、250皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、50皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)、1皮法拉(pF)等。例如，電容C11的電容值可以小於負載電容的電容值。例如，該電容C11的電容值小於電容C2、電容C3和/或電容C9的總電容值、或電容C2、電容C3、電容C9的單獨電容值。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以包括一電路元件集合。該電路元件集合可以用於控制負載上的電壓波形。在一些實施例中，電阻輸出級102可以僅包括被動元件(該被動元件為例如電阻、電容、電感等)。在一些實施例中，電阻輸出級102可以包括主動電路元件，以及被動電路元件。該主動電路元件為例如開關。在一些實施例中，電阻輸出級102例如可為用以控制電壓波形的上升時間和/或下降時間。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以用於具有脈波的電路中，且該脈波可以具有高脈波電壓與高頻中的任一個或前述兩者。該高脈波電壓可以為例如，電壓大於1千伏特(kV)、1萬伏特(V)、2萬伏特(V)、5萬伏特(V)、10萬伏特(V)等。該高頻例如可為頻率大於1千赫茲(kHZ)、1萬赫茲(HZ)、10萬赫茲(HZ)、20萬赫茲(HZ)、50萬赫茲(HZ)、1百萬赫茲(MHZ)等。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以被選用以處理高平均功率、高峰值功率、快速上升時間、快速下降時間。平均額定功率例如可為，功率大於約0.5kW、1.0kW、10kW、25kW等。峰值額定功率例如可為，大於約1kW、10kW、100kW、1MW等。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以包括一由被動元件互相串聯或並聯所形成的網絡。例如，電阻輸出級102可以包括一電阻、一電容及一電感，該電阻、電容、及電感相互串聯。另一示例，電阻輸出級102可以包括一與電感並聯的電容。該互相並聯之電感、電容與一電阻串聯。
在一些實施例中，阻斷二極體D1可以為例如用以確保電流流過電阻R1。電容C8例如可以代表為阻斷二極體D1的雜散電容。
在一些實施例中，電阻輸出級102可以由能量恢復電路、任何其他汲取級、或任何可以在快時標時快速從電漿吸收電荷的其他電路替代。
在一些實施例中，導線級103可以代表為電阻輸出級102和直流偏壓電路104之間的導線與軌跡中之任一個或前述兩者。電感L2與電感L6任一個或前述兩者可以表示為導線與軌跡中之任一個或前述兩者的電感值。
在這個示例中，直流偏壓電路104不包括任何偏壓補償。直流偏壓電路104包括偏移電壓源V1，該偏移電壓源V1例如可以偏壓輸出電壓為正值或負值。在一些實施例中，可以調整偏移電壓源V1以改變晶圓和晶圓座之間的偏壓。在一些實施例中，偏移電壓源V1可以為大約正負5千伏特(kV)、正負4千伏特(kV)、正負3千伏特(kV)、正負2千伏特(kV)、正負1千伏特(kV)等等的千值電壓。
在一些實施例中，偏壓電容C12可以將直流偏壓隔離(或分離)電阻輸出級或其他電路元件的任一個或前述兩者。偏壓電容C12例如可以讓電位從電路的一部分移到另一部分。在一些實施例中，前述的電位移動可以確保將晶圓固定在晶圓座上的靜電力保持在低於電壓門檻。電阻R2可以隔離直流偏壓電源與脈波產生級101輸出的高壓脈波。
偏壓電容C12的電容值例如為100皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)、1皮法拉(pF)、100微法拉(μF)、10微法拉(μF)、1微法拉(μF)等。電阻R2可以為高電阻值，例如電阻值約為1千歐姆(Ohm)、1萬歐姆(Ohm)、10萬歐姆(Ohm)、1百萬歐姆(Ohm)、1千萬歐姆(Ohm)、1億歐姆(Ohm)等。
第二導線級105表示為高壓電力系統和負載級106之間的電路元件。例如，電阻R13可以表示為導線或傳輸線的電阻，該導線或傳輸線為從高壓電力系統的輸出端連接到電極。該電極為例如負載級106。電容C1例如可以代表為導線或傳輸線的雜散電容。
在一些實施例中，負載級106可以表示為用於半導體處理加工室的理想化或有效之電路。該半導體處理加工室為例如電漿體沉積系統、半導體製造系統、電漿濺鍍系統等。電容C2例如可以為晶圓座的電容。該晶圓座用於容置晶圓。晶圓座例如可以為包含介電材料。電容C1例如可以為具有小電容值(例如，大約10皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、500皮法拉(pF)、1奈法拉(nF)、10奈法拉(nF)、100奈法拉(nF)等)。
電容C3例如可以代表為電漿和晶圓之間的鞘電容。電阻R6例如可以代表為電漿和晶圓之間的鞘電阻。電感L2例如可以代表為電漿和晶圓之間的鞘電感。電流源I2例如可以代表為通過鞘層的離子電流。電容C1或電容C3例如可以為具有小電容值(例如，大約10皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、500皮法拉(pF)、1奈法拉(nF)、10奈法拉(nF)、100奈法拉(nF)等)。
電容C9例如可以代表為電漿內腔室壁和晶圓頂表面之間的電容。電阻R7例如可以代表為電漿內腔室壁和晶圓頂表面之間的的電阻。電流源I1例如可以代表為電漿內的離子電流。電容C1或電容C9例如可以為具有小電容 值(例如，大約10皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、500皮法拉(pF)、1奈法拉(nF)、10奈法拉(nF)、100奈法拉(nF)等)。
在本案中所使用的電漿電壓是從地到電路點123所測量的電壓。晶圓電壓是從地到電路點122所測量的電壓，該晶圓電壓可以為晶圓表面的電壓。晶圓座電壓是從地到電路點121所測量的電壓。電極電壓是從地到電路點124所測量的電壓。輸入電壓是從地到電路點125所測量的電壓。
圖2繪示，依據一些實施例，具有電漿負載100的高壓電力系統所產生之示例波形之示意圖。在這些示例波形中，脈波波形205可以代表為提供給負載級106的電壓。如圖2所示，脈波波形205，產生一具有高電壓、快速上升時間、快速下降時間、以及短脈波寬度的脈波。該脈波波形205為電路點124的電壓。該高電壓例如可以為，如圖2所示大於約4千伏特(kV)。該快速上升時間例如可以為，如圖2所示小於約200奈秒(ns)。該短脈波寬度例如可以為，如圖2所示小於約300奈秒(ns)。波形210可以代表為電路點122的電壓，即在晶圓表面的電壓。波形215代表為流過電漿的電流，例如通過電感L2的電流。
在暫態期間(例如，在圖2中未顯示的初始脈波期間)，來自脈波產生級101的高壓脈波對電容C2充電。因為電容C2的電容值比電容C3、電容C1中的任一個或前述兩者還大，或是由於脈波的短脈波寬度，所以電容C2需要經過數個來自高壓脈波器的脈波才得以完全充電。一旦電容C2完全充電，電路就達到穩態，如圖2所示的波形。
在穩態下時，當開關S1斷開時，充飽電之電容C2通過電阻輸出級102緩慢地消耗電荷，如波形210所示的略微上升的斜率。一旦電容C2充飽電並且開關S1被斷開時，晶圓表面的電壓(電容C2和電容C3之間的電路點的電壓) 變為負的。該晶圓表面的負電壓可以是由脈波產生級101提供的負值脈波電壓。如圖2中所示的示例波形，每個脈波的電壓約為4千伏特(kV)，在晶圓上的穩態電壓約為負4千伏特(kV)。這導致在電漿(例如，電容C3)上產生一負電位，使正離子從電漿中加速到晶片表面。當開關S1斷開時，電容C2通過電阻輸出級102緩慢消耗電荷。
當開關S1從斷開變為導通時，電容C2上的電壓可以隨著電容C2充電而從負值翻轉變為正值(如脈波波形205所示，來自脈波器的脈波為高正值)。此外，如波形210所示，當電容C2充電時，電路點123的電壓(例如，在晶圓表面處的電壓)變為大約為零。因此，如波形210所示，來自高壓脈波器的脈波可以產生一電漿電位，該電漿電位在高頻時從負高壓上升為零電壓後又返回到負高壓。該電漿電位具有快速上升時間、快速下降時間、以及短脈波寬度中的任何一個或全部的特徵。
在一些實施例中，電阻輸出級102的運作，即電阻輸出級102的元件運作，可以快速地使電容C1放電，並可以讓電容C2和電容C3之間的電壓快速返回到約為負4千伏特(kV)的穩定負值電壓，如波形210所示。電阻輸出級102可以讓電容C2和電容C3之間的電壓存在大約百分之一的時間，從而延長離子加速到晶圓中的時間。在一些實施例中，可以特別選擇包含在電阻輸出級102內的元件以優化離子加速到晶片的時間，並在此期間保持電壓大致恆定。因此，例如為了相對均勻的負電位可以長時間存在，具有快速上升時間和快速下降時間的短脈波可能是有用的。
在一些實施例中，偏壓補償子系統可以用於調整半導體製造晶圓室中的晶圓座電壓。例如，可以將晶圓座電壓施加到晶圓座以追蹤突發的開/關模式以確保晶圓座上的電壓為恆定。
在一些實施例中，本案所提及的任一個高壓電力系統中包括的電阻輸出級例如可以為在於2018年3月30日提交的標題為“高壓電阻輸出級電路“之美國專利申請號15/941,731中揭示的電阻輸出級，該專利申請案之說明書併入本案。
圖3繪示，依據一些實施例，具有電漿負載300的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載300的高壓電力系統類似於具有電漿負載100的高壓電力系統。在這一實施例中，脈波產生級110包括高壓開關S1。在一些實施例中，高壓開關S1可以包括多個互相串連的開關，以共同地斷開和導通高壓。例如，高壓開關S1可以包括如圖15中所示的高壓開關1500。另一示例，高壓開關S1例如可以包括在2018年11月1日提交的標題為“具有隔離電源的高壓開關”的美國專利申請號16/178,565中描述的任何開關，該專利申請案之說明書併入本案。
在任何實施例中，脈波產生級101或脈波產生級110可以用於產生高壓脈波。此外，脈波產生級101和脈波產生級110是可以互換的。
在這一示例中，直流偏壓電路104不包括任何偏壓補償。
在一些實施例中，脈波產生級110可產生脈波。該脈波的電壓可以大於1千伏特(kV)、1萬伏特(V)、2萬伏特(V)、5萬伏特(V)、10萬伏特(V)、1百萬伏特(V)等，上升時間可以小於約1奈秒(ns)、10奈秒(ns)、50奈秒(ns)、100奈秒(ns)、250奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1000奈秒(ns)等，下降時間可以小於約1奈秒(ns)、10奈秒(ns)、50奈秒(ns)、100奈秒(ns)、250奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1000 奈秒(ns)等，頻率可以大於約1千赫茲(kHZ)、1萬赫茲(HZ)、10萬赫茲(HZ)、20萬赫茲(HZ)、50萬赫茲(HZ)、1百萬赫茲(MHZ)等。
在一些實施例中，脈波產生級101可以包括射頻電源供應器，例如射頻(RF)產生器。
圖4繪示，依據一些實施例，高壓電力系統產生的示例波形之示意圖。該高壓電力系統為例如，具有電漿負載100的高壓電力系統或具有電漿負載300的高壓電力系統。晶圓波形405代表晶圓上的電壓，晶圓座波形410代表晶圓座上的電壓。晶圓波形405在圖3電路圖中標記為電路點122的位置處測量。晶圓座波形410在圖3電路圖中標記為電路點121的位置處測量。如圖4所示，在脈波期間，晶圓座波形410和晶圓波形405之間的電壓差約為4千伏特(kV)。當峰值電壓高於2千伏特(kV)時，可能導致腔室內晶圓座上的晶圓損壞。
圖4中的波形示出了六個突發，每個突發大約10秒，且每個突發具有多個脈波。
圖5繪示，依據一些實施例，具有電漿負載500的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載500的高壓電力系統類似於具有電漿負載300的高壓電力系統。
在這一示例中，偏壓補償電路114是被動偏壓補償電路，該偏壓補償電路114可以包括偏壓補償二極體505和偏壓補償電容510。偏壓補償二極體505可以串聯偏移電壓源V1。偏壓補償電容510可以跨越配置在偏移電壓源V1和電阻R2中的任一個或前述兩者上。偏壓補償電容510可以具有小於100奈法拉(nF)至100微法拉(μF)的電容值，例如大約100微法拉(μF)、50微法拉(μF)、25微法拉(μF)、10微法拉(μF)、2微法拉(μF)、500奈法拉(nF)、200奈法拉(nF)等。
在一些實施例中，偏壓補償二極體505可以在10赫茲(HZ)和1萬赫茲(HZ)之間的頻率下傳導10安培(A)至1千安培(A)之間的電流。
在一些實施例中，偏壓電容C12可以讓脈波產生級101的輸出端與電極之間的電壓偏移。該輸出端為例如在標記為電路點125位置處。該電極的電壓為例如在標記為電路點124位置處所量測的電壓。在操作中，當奈秒脈波器的輸出在脈波期間為正6千伏特(kV)，脈波之間為0千伏特(kV)做交替時，電極的電壓可以為例如在突發期間處於負2千伏特(kV)的直流電壓。
偏壓電容C12之電容值可以為，例如100奈法拉(nF)、10奈法拉(nF)、1奈法拉(nF)、100微法拉(μF)、10微法拉(μF)、1微法拉(μF)等。電阻R2可以具有高電阻值，例如電阻值約為1千歐姆(Ohm)、1萬歐姆(Ohm)、10萬歐姆(Ohm)、1百萬歐姆(Ohm)、1千萬歐姆(Ohm)、1億歐姆(Ohm)等。
在一些實施例中，偏壓補償電容510和偏壓補償二極體505在每次突發開始時，可以讓電壓偏移產生在脈波產生級101的輸出端與電極電壓之間，以達到所需的平衡狀態。該輸出端為例如，在標記為電路點125的位置處。電極電壓為例如，在標記為電路點124的位置處所量測的電壓。例如在每一突發開始時，電荷從偏壓電容C12傳輸到偏壓補償電容510，經過多個脈波後(該多個脈波可能為例如，約5~100個)，在電路中建立正確的電壓。
圖6繪示，依據一些實施例，具有電漿負載500的高壓電力系統產生的示例波形之示意圖。如圖6所示，在突發前間，晶圓波形605和晶圓座波形610之間的偏壓保持固定，在突發後，晶圓波形605和晶圓座波形610之間的偏壓開始充電。在這一示例中，脈波期間內晶圓波形605和晶圓座波形610之間電壓差異小於約2千伏特(kV)，為在可以接受的容差內。然而，在這一示例中，脈波 之間的晶圓波形605與晶圓座波形610之間的差異大於約7千伏特(kV)，這不在可以接受的容差內。
圖6的波形示出了六個突發，每個突發大約10秒，且每個突發具有多個脈波。
圖7繪示，依據一些實施例，具有電漿負載700的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載700的高壓電力系統類似於具有電漿負載500的高壓電力系統。該具有電漿負載700的高壓電力系統包括第二脈波電路705。
第二脈波電路705可以包括偏壓補償電路114或類似於偏壓補償電路114的元件。
第二脈波電路705可以包括第二脈波器701。第二脈波器701可以例如包括圖1或圖3中所示的脈波產生級110的一個或多個或所有元件。例如，脈波產生級110可以包括如本案中公開的奈秒脈波器或高壓開關(例如，圖15和本案的相關段落)。在一些實施例中，當脈波產生級110產生脈波時(例如，在突發期間)，第二脈波器701設置為關閉，當脈波產生級110不產生脈波時(例如，在突發之間)，第二脈波器701設置為開啟。
第二脈波電路705還可以包括在變壓器T2的二次側上的電感L9以及與電壓源V6耦合的開關710。電感L9可以代表為第二脈波電路705的雜散電感。該電感L9可以具有低電感值，例如，電感值小於約500奈亨利(nH)、250奈亨利(nH)、100奈亨利(nH)、50奈亨利(nH)、25奈亨利(nH)等。在一些實施例中，電壓源V6可以代表為一觸發開關710的元件。
在一些實施例中，第二脈波電路705可以包括阻斷二極體D7。阻斷二極體D7例如可為用以確保電流從開關710流到負載級106。電容C14例如可以 代表為阻斷二極體D7的雜散電容。電容C14可以具有低電容值，例如，電容值小於約1奈法拉(nF)、500皮法拉(pF)、200皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、50皮法拉(pF)、25皮法拉(pF)等。
在一些實施例中，當脈波產生級110產生脈波時，開關710設置為斷開。當脈波產生級110不產生脈波來偏移(或偏置)脈波產生級提供的電壓時，開關710設置為導通。
在一些實施例中，開關710可以包括多個互相串連的開關，以共同地斷開和導通高電壓。在一些實施例中，開關710可以包括圖15所示的高壓開關1500。另一個例子，高壓開關905例如可以包括在2018年11月1日提交的標題為“具有隔離電源的高壓開關”的美國專利申請號16/178,565中描述的任何開關，該專利申請案之說明書併入本案。
圖8繪示，依據一些實施例，具有電漿負載700的高壓電力系統產生的示例波形之示意圖。晶圓波形805表示晶圓上的電壓，而晶圓座波形810是晶圓座上的電壓。晶圓波形805為在晶圓上量測，即圖7中的電路圖上標記為電路點122的位置做量測。晶圓座波形810為在晶圓座上量測，即圖7中的電路圖上標記為電路點121的位置做量測。偏壓波形815在圖7中的電路圖上標記為電路點124的位置處測量。在這一示例中，偏壓補償電容510正在放電並且可能需要第二脈波電路705，以獲得比電壓源V2更高電力的電源供應器，並對偏壓電容進行充電，為此可能需要幾仟瓦的功率。
圖8波形示出了六個突發，每個突發大約10秒，且每個突發具有多個脈波。
圖9繪示，依據一些實施例，具有電漿負載900的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載500的高壓電力系統類似於具有電漿負載900的高壓電力系統。
在這一實施例中，偏壓補償電路914可以包括高壓開關905跨越耦合偏壓補償二極體505及耦合一偏移電壓源V1。在一些實施例中，高壓開關905可以包括多個互相串連的高壓開關905，以共同地斷開和導通高壓。例如，高壓開關905可以包括圖15所示的高壓開關1500。在一些實施例中，高壓開關905可以耦合一開關觸發器V4。
高壓開關905可以串聯耦合一電感L9、電阻R11中的任一個或前述兩者。電感L9可以限制通過高壓開關905的峰值電流。例如，電感L9可以具有電感值小於約100微亨利(μH)，例如，大約250微亨利(μH)、100微亨利(μH)、50微亨利(μH)、25微亨利(μH)、10微亨利(μH)、5微亨利(μH)、1微亨利(μH)等等。電阻R11例如可以將功率消耗轉移到電阻輸出級102。電阻R11的電阻值可以例如小於約1,000歐姆(ohms)、500歐姆(ohms)、250歐姆(ohms)、100歐姆(ohms)、50歐姆(ohms)、10歐姆(ohms)等等。
在一些實施例中，高壓開關905可以包括緩衝電路。緩衝電路可以包括電阻R9、緩衝二極體D8、緩衝電容C15以及緩衝電阻R10。
在一些實施例中，電阻R8可以代表為偏壓電壓源V1的雜散電阻。電阻R8例如可以具有高電阻值，例如大約1萬歐姆(Ohm)、10萬歐姆(Ohm)、1百萬歐姆(Ohm)、1千萬歐姆(Ohm)、1億歐姆(Ohm)、10億歐姆(Ohm)等。
在一些實施例中，高壓開關905可以包括多個互相串連的開關，以共同斷開和導通高壓。例如，高壓開關905可以包括圖15所示的高壓開關 1500。另一個例子，高壓開關905例如可以包括在2018年11月1日提交的標題為“具有隔離電源的高壓開關”的美國專利申請號16/178,565中描述的任何開關，該專利申請案之說明書併入本案。
在一些實施例中，當脈波產生級110產生脈波時，高壓開關905斷開。當脈波產生級110不產生脈波時，高壓開關905導通。例如該高壓開關905導通可以使偏壓補償二極體505的電流短路。該電流短路可以讓晶圓和晶圓座之間的偏壓小於2千伏特(kV)，此值是在可接受的容差內。
在一些實施例中，例如在圖10、11A以及11B中所示，高壓開關905可以讓電極電壓和晶圓電壓快速恢復到晶圓座電位。該電極電壓為標記為電路點124的位置。該晶圓電壓為標記為電路點122的位置。晶圓座電位為標記為電路點121的位置。該快速恢復所需時間為例如，小於約100奈秒(ns)、200奈秒(ns)、500奈秒(ns)、1微秒(μs)。
圖10繪示，依據一些實施例，具有電漿負載900的高壓電力系統的示例波形之示意圖。晶圓波形1005代表晶圓上的電壓，晶圓座波形1010代表晶圓座上的電壓，偏壓波形1015代表來自偏壓補償電路114的電壓。晶圓波形1005為在圖9電路圖中標記為電路點122的位置處測量。晶圓座波形1010為在圖9電路圖中標記為電路點121的位置處測量。偏壓波形1015為在圖9電路圖中標記為電路點124的位置處測量。
圖10波形示出了六個突發，每個突發大約10秒，且每個突發具有多個脈波。
圖11A、圖11B繪示，依據一些實施例，具有電漿負載900的高壓電力系統的示例波形之示意圖。圖11A示出了單突發具有340個脈波。圖11B示出 了單突發具有一些脈波。波形1105示出了電極的電壓，波形1110示出了晶圓的電壓。該電極電壓為圖9中標記為電路點124的位置所量測。該晶圓的電壓為圖9中標記為電路點122的位置所量測。注意電極和晶圓上的電壓傾向於以約2千伏特(kV)來偏移。波形還顯示了當脈波器關閉時，直到下一次突發開始一段時間後，電壓是如何返回到直流值。
圖12繪示，依據一些實施例，具有電漿負載1200的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載1200的高壓電力系統類似於具有電漿負載900的高壓電力系統。
在一些實施例中，偏壓補償電路1214可以包括四個高壓開關級跨越配置或並聯一偏壓補償二極體505。該高壓開關級可以包括開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235。每個開關級包括一開關以及一分壓電阻。該開關可以為例如，開關1220、開關1225、開關1230或開關1235。該分壓電阻例如可以為電阻R15、電阻R16、電阻R17或電阻R18。電阻R11、電感L7中的任一個或前述兩者與開關級串聯。電感L9的電感值例如可以小於約100微亨利(μH)，具體例如約1毫亨利(mH)、500微亨利(μH)、250微亨利(μH)、100微亨利(μH)、50微亨利(μH)、25微亨利(μH)、10微亨利(μH)、5微亨利(μH)、1微亨利(μH)等等。在一些實施例中，當脈波產生級110產生脈波時，開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235可以斷開，而當脈波產生級110不產生脈波時，開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235可以導通。當開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235導通時，可以使偏壓補償二極體505的電流短路。該短路電流使晶圓和晶圓座之間的偏壓小於2千伏特(kV)，此是在可接受的容差內。
每個開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235可以包括多個互相串連的開關，以共同地斷開和導通高電壓。例如，每個開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235可以共同地或單獨地包括圖15中所示的高壓開關1500。另一示例，每個開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235可以共同地或單獨地包括在2018年11月1日提交的標題為“具有隔離電源的高壓開關”的美國專利申請號16/178,565中描述的任何開關，該專利申請案之說明書併入本案。
在一些實施例中，分壓電阻可以為高電阻值。該分壓電阻可以為例如電阻R15、電阻R16、電阻R17或電阻R18。該高電阻值可以為，例如大約1千歐姆(Ohm)、1萬歐姆(Ohm)、10萬歐姆(Ohm)、1百萬歐姆(Ohm)、1千萬歐姆(Ohm)、1億歐姆(Ohm)等等。
在這一示例中，示出了四個高壓開關級，該些高壓開關級可以使用任何數量的高壓開關。
圖13繪示，依據一些實施例，具有電漿負載1300的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載1300的高壓電力系統類似於具有電漿負載1200的高壓電力系統。
在這一示例中，偏壓補償電路1314類似於偏壓補償電路1214。在這一示例中，每個具有偏壓補償電路1314的開關1220、開關1225、開關1230以及開關1235可以包括相對應的緩衝電路。每個緩衝電路可以包括緩衝二極體和緩衝電容。在一些實施例中，緩衝二極體可以包括一跨越配置緩衝二極體的緩衝電阻。每個開關模組可以包括電阻，該電阻可以確保互相串聯每個開關之間有被平均的分配電壓。
圖14繪示，依據一些實施例，具有電漿負載1400的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載1400的高壓電力系統類似於具有電漿負載900的高壓電力系統。在這一示例中，偏壓補償電路1414不包括緩衝電路。在這一示例中，偏壓補償電路1414包括一串聯開關S4的偏壓補償電感1420。偏壓補償電感1420的電感值可以為小於約300奈亨利(nH)、100奈亨利(nH)、10奈亨利(nH)、1奈亨利(nH)等等。
在一些實施例中，開關S4可以包括圖15中所示的高壓開關1500。另一個例子，開關S4可以包括例如在2018年11月1日提交的標題為“具有隔離電源的高壓開關”的美國專利申請號16/178,565中描述的任何開關，該專利申請案之說明書併入本案。
圖15繪示，依據一些實施例，具有隔離電源的高壓開關1500之方塊示意圖。高壓開關1500可以包括多個開關模組1505，其可以切換隔離高電壓源1560。該高電壓源1560具有快速上升時間和/或高頻率和/或具有可變脈波寬度。該些開關模組1505例如可以合稱或單獨稱為1505或分別稱為1505A、1505B、1505C、或1505D。每個開關模組1505可以包括開關1510。該開關1510例如可以為固態開關。
在一些實施例中，開關1510可以電耦合閘極驅動電路1530，閘極驅動電路1530可以包括電源供應器1540和/或隔離光纖觸發器1545(也稱為閘極觸發器或開關觸發器)。例如，開關1510可以包括集極、射極以及閘極(或汲極、源極以及閘極)，並且電源供應器1540可以經由閘極驅動器電路1530驅動開關1510的閘極。閘極驅動器電路1530例如可以隔離高壓開關1500的其他元件。
在一些實施例中，電源供應器1540可以被隔離，例如，使用隔離變壓器以隔離電源供應器1540。隔離變壓器可以包括低電容變壓器。隔離變壓器的低電容例如可以讓電源供應器1540在不需要大電流的情況下在快時標時充電。隔離變壓器的電容值例如可以為小於大約100皮法拉(pF)。另一個例子，隔離變壓器的電容值可以為小於約30~100皮法拉(pF)。在一些實施例中，隔離變壓器可以提供隔離高達1千伏特(kV)、5千伏特(kV)、1萬伏特(V)、2萬5千伏特(V)、5萬伏特(V)等等的電壓。
在一些實施例中，隔離變壓器可以具有低雜散電容。例如，隔離變壓器的雜散電容值可以為小於約1000皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)等。在一些實施例中，低電容值可以最小化電耦合低壓元件和/或可以減少電磁干擾(EMI)產生。該低壓元件為例如，輸入控制電力的電源。電磁干擾(EMI)為例如電器干擾。在一些實施例中，隔離變壓器的變壓器雜散電容可以包括在一次側繞組和二次側繞組之間所測量的電容。
在一些實施例中，隔離變壓器可以是直流到直流的轉換器或交流到直流的轉換器。在一些實施例中，變壓器例如可以包括110V交流的變壓器。無論如何，隔離變壓器可以提供隔離電力給高壓開關1500中的其他元件。在一些實施例中，絕緣可以是電鍍，使得隔離變壓器的一次側上的導體不穿過或接觸隔離變壓器的二次側上的導體。
在一些實施例中，變壓器可以包括一次側繞組，該一次側繞組可以緊緊的捲或纏繞變壓器磁芯。在一些實施例中，一次側繞組可以包括一纏繞變壓器慈心的導電片。在一些實施例中，一次側繞組可以包括一個或多個繞組。
在一些實施例中，二次側繞組可以盡可能遠離磁芯的方式來纏繞磁心。例如，包括二次側繞組的繞組束可以纏繞在變壓器磁芯孔的中心。在一些實施例中，二次側繞組可以包括一個或多個繞組。在一些實施例中，包括二次側繞組的線束，該線束可以包括例如圓形或方形的橫截面，以最小化雜散電容。在一些實施例中，絕緣體可以設置在一次側繞組、二次側繞組或變壓器磁芯之間。該絕緣體可以為例如油或空氣。
在一些實施例中，使二次側繞組遠離變壓器磁芯可以具有一些益處。例如可以減小隔離變壓器的一次側和隔離變壓器的二次側之間的雜散電容。另一個例子，可以讓隔離變壓器的一次側和隔離變壓器的二次側之間產生高壓間隙，使得在操作期間不會形成電暈和/或崩潰。
在一些實施例中，隔離變壓器的一次側(例如，一次側繞組)與隔離變壓器的二次側(例如，二次側繞組)之間的間距可以是大約0.1英寸(”)、0.5英寸(”)，1英寸(”)、5英寸(”)、或10英寸(”)。在一些實施例中，隔離變壓器的磁芯和隔離變壓器的二次側(例如，二次側繞組)之間的典型間距可以是大約0.1英寸(”)、0.5英寸(”)、1英寸(”)、5英寸(”)或10英寸(”)。在一些實施例中，繞組之間的間隙可以填充盡可能低介電係數的材料，例如真空、空氣、任何絕緣氣體、液體、或相對介電係數小於3的固態材料。
在一些實施例中，電源供應器1540可以包括能夠提供高壓間隙(絕緣)或低電容的任何類型的電源。該低電容之電容值為例如小於約1000皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)等。在一些實施例中，控制電力電源可以提供交流電，該交流電為頻率60赫茲(HZ)，電壓為1520V或240V。
在一些實施例中，每個電源供應器1540可以電感性耦合單個控制電壓電源。例如，電源供應器1540A可以通過第一變壓器電耦合電源，電源供應器1540B可以通過第二變壓器電耦合電源，電源供應器1540C可以通過第三變壓器電耦合電源，電源供應器1540D可以通過第四變壓器電耦合電源。例如，可以使用任何類型的變壓器，以隔離不同的電源。
在一些實施例中，第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器以及第四變壓器可以分別包括一具有不同二次側繞組的變壓器。該二次側繞組為纏繞該變壓器的磁芯。例如，第一變壓器可以包括第一二次側繞組，第二變壓器可以包括第二二次側繞組，第三變壓器可以包括第三二次側繞組，第四變壓器可以包括第四二次側繞組。每個二次側繞組可以纏繞在一變壓器的磁芯上。在一些實施例中，第一二次側繞組、第二二次側繞組、第三二次側繞組、第四二次側繞組或一次側繞組可包括單個線圈或多個線圈纏繞在變壓器的磁芯。
在一些實施例中，電源供應器1540A、電源供應器1540B、電源供應器1540C和/或電源供應器1540D可以不共亨返回參考地或相對地。
隔離光纖觸發器1545例如也可以隔離高壓開關1500的其他元件。隔離光纖觸發器1545可以包括光纖接收器，以讓每個開關模組1505相對浮動於其他開關模組1505和/或高壓開關1500的其他元件，和/或，例如，當允許主動控制每個開關模組1505的閘極時。
在一些實施例中，例如，每個開關模組1505的返回參考地、相對地或共接地可以彼此隔離，例如，使用隔離變壓器以隔離每個開關模組1505的返回參考地、相對地或共接地。
電性隔離每個開關模組1505的共接地可以例如讓多個開關以互相串連的方式來進行累積高壓的切換。在一些實施例中，可以允許或設計開關模組計時有一些延遲。例如，每個開關模組1505可以被配置或額定為切換1千伏特(kV)，每個開關模組可以彼此電隔離，和/或可以不需要在一段時間後完全一致的同步導通每個開關模塊1505。該時間是由緩衝電容的電容值和/或開關的額定電壓來界定。
在一些實施例中，電隔離可提供許多優點。一個可能的優點可以為例如包括最小化切換開關抖動和/或允許任意切換時間。例如，每個開關1510的開關轉換抖動可以為小於約500奈秒(ns)、50奈秒(ns)、20奈秒(ns)、5奈秒(ns)等。
在一些實施例中，電隔離兩個元件(或電路)可能意味著兩個元件之間具有極高的電阻值和/或具有小電容值。
每個開關1510可以包括任何類型的固態開關裝置。該固態開關可以為例如絕緣柵雙極電晶體(IGBTs)、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFETs)、碳化矽金屬氧化物半導體場效電晶體(SiC MOSFETs)、碳化矽接面電晶體(SiC junction transistors)、場效電晶體(FETs)、碳化矽(SiC)開關、氮化鎵(GaN)開關、光電導開關等等。開關1510用以例如切換高電壓。該高電壓具有高頻率、高速、快速上升時間和/或長脈波長度。該高電壓為例如，電壓大於約1千伏特(kV)。該高頻率為例如，大於1千赫茲(kHZ)。該高速為例如，大於約50萬赫茲(HZ)的重複率。該快速上升時間為例如小於約25奈秒(ns)。該長脈波長度為例如，大於約10毫秒(ms)。在一些實施例中，每個開關可以單獨地額 定切換1200V~1700V，但是組合後可以切換為大於4800V~6800V(例如，使用四個開關組合)。可以使用具有各種其他額定電壓的開關來完成上述功能。
相對於使用少量的高壓開關，使用大量低壓開關可能具有一些優點。例如，較低電壓開關通常具有更好的性能，較低電壓開關可以更快地切換、可以具有更快的轉換時間、和/或可以比高壓開關更有效地切換。但是，開關數量越多，可能需要的時序問題就越大。
圖15中所示的高壓開關1500包括四個開關模組1505。雖然在該圖中示出了四個開關模組1505，但是可以使用任何數量的開關模組1505，例如，兩個、八個、十二個、十六個、二十個、或二十四個等。例如，如果每個開關模組1505中的每個開關額定為1200V，當使用16個開關，高壓開關就可以切換高達1萬9千2百伏特(V)的電壓。另一示例，如果每個開關模組1505中的每個開關額定為1700V，當使用16個開關，高壓開關就可以切換高達2萬7千2百伏特(V)的電壓。
在一些實施例中，高壓開關1500可以包括快速電容1555。快速電容1555為例如可以包括一個或多個互相串聯和/或並聯的電容。這些電容例如可以包括一個或多個聚丙烯電容。快速電容1555可以儲存來自高電壓源1560的能量。
在一些實施例中，快速電容1555可以具有低電容值。在一些實施例中，快速電容1555之電容值可以為約1微法拉(μF)、約5微法拉(μF)、約1微法拉(μF)與約5微法拉(μF)之間、約100奈法拉(nF)至約1000奈法拉(nF)之間等。
在一些實施例中，高壓開關1500可以包括或不包括消弧二極體1550。消弧二極體1550可以包括多個互相串聯或並聯的二極體，該二極體可以 例如有利於驅動電感性負載。在一些實施例中，消弧二極體1550可以包括一個或多個蕭特基二極體。該蕭特基二極體為例如碳化矽蕭特基二極管。消弧二極體1550例如可以檢測高壓開關的多個開關的電壓是否高於臨界值。如果是，則消弧二極體1550可以將開關模組的電力短路到地。例如，消弧二極體1550可以讓交流電在交替之後耗散儲存在電感性負載中的能量。這可以例如防止過大的感應電壓尖峰。在一些實施例中，消弧二極體1550可以具有低電感值，例如1奈亨利(nH)、10奈亨利(nH)、100奈亨利(nH)等。在一些實施例中，消弧二極體1550可以具有低電容值，例如100皮法拉(pF)、1奈法拉(nF)、10奈法拉(nF)、100奈法拉(nF)等。
在一些實施例中，可以不使用消弧二極體1550，例如，當負載1565主要是電阻性的時候。
在一些實施例中，每個閘極驅動電路1530可能產生抖動，該抖動可以例如小於約1000奈秒(ns)、100奈秒(ns)、10.0奈秒(ns)、5.0奈秒(ns)、3.0奈秒(ns)、1.0奈秒(ns)等。在一些實施例中，每個開關1510可以具有最小開關接通時間和最大開關接通時間時間。該最小開關接通時間為例如，小於大約10微秒(μs)、1微秒(μs)、500奈秒(ns)、100奈秒(ns)、50奈秒(ns)、10奈秒(ns)、5奈秒(ns)等。該最大開關接通時間為例如，大於25秒(s)、10秒(s)、5秒(s)、1秒(s)、500毫秒(ms)等。
在一些實施例中，在操作期間，每個高壓開關可以在1奈秒(ns)內彼此接通和/或斷開。
在一些實施例中，每個開關模組1505可以具有相同或基本相同(正負5%)的雜散電感。雜散電感可以包括開關模組1505內與電感無關聯的任 何電感值。該雜散電感為例如在導線、二極體、電阻、開關1510和/或電路板線路等等之中的電感。每個開關模組1505內的雜散電感可以包括低電感值，例如電感值小於約300奈亨利(nH)、100奈亨利(nH)、10奈亨利(nH)、1奈亨利(nH)等。每個開關模組1505之間的雜散電感可以包括低電感值，例如，電感值小於約300奈亨利(nH)、100奈亨利(nH)、10奈亨利(nH)、1奈亨利(nH)等等。
在一些實施例中，每個開關模組1505可以具有相同或基本相同(正負5%)的雜散電容。雜散電容可以包括開關模組1505內的與電容無關的任何電容值。該雜散電容為例如在導線、二極管、電阻、開關1510和/或電路板線路等等之中的電容值。每個開關模組1505內的雜散電容可以包括低電容值，例如電容值小於約1000皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)等。每個開關模組1505之間的雜散電容可以包括低電容值，例如小於約1000皮法拉(pF)、100皮法拉(pF)、10皮法拉(pF)等等。
分壓的缺陷是可以被解決的，例如利用被動緩衝電路來解決。該被動緩衝電路為例如，緩衝二極體1515、緩衝電容1520和/或飛輪二極體1525。例如，每個開關1510的導通或斷開之間時序的微小差異或電感與電容的差異可能導致電壓出現尖峰。這些尖峰可以通過各種緩衝電路來減輕。該緩衝電路為例如緩衝二極體1515、緩衝電容1520和/或飛輪二極體1525。
緩衝電路例如可以包括緩衝二極體1515、緩衝電容1520、緩衝電阻116和/或飛輪二極體1525。在一些實施例中，緩衝電路可以並聯一開關1510。在一些實施例中，緩衝電容1520可以具有低電容值，例如電容值小於約100皮法拉(pF)。
在一些實施例中，高壓開關1500可以電耦合一負載1565或包括一負載1565。該負載1565可以為例如電阻性、電容性或電感性負載。負載1565之電阻值可以為例如50歐姆(ohms)至500歐姆(ohms)。替代地或另外地，負載1565可以是電感性負載或電容性負載。
圖16繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形1600之示意圖。波形1600產生正2千伏特(kV)的偏壓，並輸出一峰值電壓為7千伏特(kV)的訊號。該波形1600為由高壓電力系統產生。該正2千伏特(kV)的偏壓例如可以為，偏移電壓源V1產生2千伏特(kV)。在這一示例中，高壓電力系統包括一高壓開關，並且當脈波產生級產生脈波時高壓開關905導通，當脈波產生級不產生脈波時，高壓開關905斷開。該高壓開關為例如高壓開關905。
波形1605表示為來自脈波產生級101的電壓。波形1610表示從地到電路點124測量的電極電壓。波形1615表示從地到電路點122所測量的晶圓電壓。波形1620表示通過偏壓補償電路114的電流。
波形1600示出了突發的最後一個脈波，並且電路在突發結束後返回到穩態。波形1600示出了電極電壓和晶圓電壓之間的持續2千伏特(kV)的偏移電壓。該偏移電壓是晶圓座電壓，並且如圖16所示持續保持2千伏特(kV)的晶圓座電壓可以確保電壓在損壞晶圓的電壓門檻值內。
圖17繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形1700之示意圖。波形1700產生正2千伏特(kV)的偏壓，並輸出一峰值電壓為6千伏特(kV)的訊號。該波形1700為由高壓電力系統產生。該正2千伏特(kV)的偏壓為例如偏移電壓源V1產生2千伏特(kV)。在這一示例中，高壓電力系統包括高壓開 關，並且當脈波產生級產生脈波時，高壓開關905導通，當脈波產生級不產生脈波時，高壓開關905斷開。該高壓開關為例如，高壓開關905。
波形1705表示來自脈波產生級101的電壓。波形1710表示從地到電路點124所測量的電極電壓。波形1715表示從地到電路點122所測量的晶圓電壓。波形1720表示通過偏壓補償電路114的電流。
波形1700示出了一突發內的所有脈波。
圖18繪示，依據一些實施例，來自高壓電力系統的示例波形1800之示意圖。波形1700產生正2千伏特(kV)偏壓，並輸出一峰值電壓為6千伏特(kV)的訊號。該波形1700為由高壓電力系統產生。該正2千伏特(kV)偏壓為例如偏移電壓源V1產生2千伏特(kV)。在這一示例中，不使用高壓開關。該高壓開關為例如高壓開關905。在沒有高壓開關致能偏壓補償的情況下，波形1800示出了在突發結束時並無法保持晶圓座電壓為恆定的2千伏特(kV)。
波形1805代表來自脈波產生級101的電壓。波形1810代表從地到電路點124所測量的電極電壓。波形1815代表從地到電路點122所測量的晶圓電壓。波形1820代表通過偏壓補償電路114的電流。
波形1800示出了一突發內的所有脈波。
圖19繪示，依據一些實施例，具有電漿負載1900的高壓電力系統之電路示意圖。具有電漿負載1900的高壓電力系統類似於如圖5所示之具有電漿負載500的高壓電力系統。在這一示例中，移除電阻輸出級102並添加了能量恢復電路1905。
在這一示例中，能量恢復電路1905可以設置於變壓器T1的二次側或電耦合變壓器T1的二次側。能量恢復電路1905例如可以包括一跨越變壓器T1 二次側的二極體1930。該二極體1930為例如，消弧二極體。能量恢復電路1905例如可以包括二極體1910和電感1915，其中該二極體1910和該電感1915可以互相串聯。該能量恢復電路1905可以讓電流從變壓器T1的二次側流動到電源C7，以對該電源C7充電。二極體1910及電感1915可以電性連接變壓器T1的二次側及電源C7。在一些實施例中，能量恢復電路1905可以包括一電耦合變壓器T1的二次側的二極體1935和/或一電耦合變壓器T1的二次側的電感1940。電感1940可以表示雜散電感和/或可以包括變壓器T1的雜散電感。
當奈秒脈波器導通時，電流可以對負載級106充電。例如，電流對電容C3、電容C2、或電容C9充電。例如，當變壓器T1的二次側的電壓上升到高於電源C7的充電電壓時，一些電流可以流過電感1915。當奈秒脈波器關閉時，電流可以從負載級106內的電容經過電感1915以對電源C7充電，直到電感1915兩端的電壓值為零。二極體1930可以防止負載級106內的電容與負載級106內的電感或偏壓補償電路104產生振盪。
二極體1910例如可以防止電荷從電源C7流到負載級106的電容。
可以透過選擇電感1915的電感值以控制電流下降時間。在一些實施例中，電感1915之電感值可以為界於1微亨利(μH)至500微亨利(μH)之間。
在一些實施例中，能量恢復電路1905可以包括一開關。該開關用以控制通過電感1915的電流。該開關例如可以與電感1915串聯。在一些實施例中，當開關S1斷開和/或不再產生脈波以讓電流從負載級106流回電源C7時，開關可以導通。開關可以包括高壓開關，該高壓開關可以為例如高壓開關1500。
能量恢復電路1905可以被添加進具有電漿負載700的高壓電力系統、具有電漿負載900的高壓電力系統、具有電漿負載1200的高壓電力系統、具 有電漿負載1300的高壓電力系統、或具有電漿負載1400的高壓電力系統，和/或電阻輸出級102可以從任一個前述的電路中移除。
在一些實施例中，脈波產生級101可以包括高壓開關1500以代替或補充脈波產生級101中所示的各種元件。在一些實施例中，使用高壓開關1500可以允許至少移除變壓器T1和開關S1。
除非另有說明，否則名稱“基本上”是指在參考值的5%或10%以內或是製造容差的範圍內。除非另有說明，否則名稱“約”、”大約”是指在參考值的5%或10%以內或是製造容差的範圍內。
本案闡述了許多具體細節以提供對所要求保護的發明標的能夠透徹理解。然而，本領域通常知識者可以理解本專利保護標的在沒有這些具體細節的情況下仍是可以實踐的。在其他情況下，沒有詳細描述本領域通常知識者已知的方法、裝置或系統，以免模糊所要求專利保護標的。
本文中“適應於”或“配置為”的使用意味著開放且包容性的語言，其不排除設備適於或配置為執行附加任務或步驟。另外，“基於”的使用意味著開放和包容性，因為“基於”一個或多個所述條件或值的過程、步驟、計算或其他動作，可以在實踐中為被基於附加條件或超出記載所述的價值。這裡包括的標題、列表和編號僅是為了便於解釋而並非限縮本案。
雖然已經於實施例與發明內容詳細描述了本專利標的，但是應當理解，本領域通常知識者在獲得前述內容並理解後，可以容易地產生對這些實施方案的改變、變化和等同物。因此，應該理解的是，本案內容是出於示例而非限制的目的，並且不排除包括對本案的修改、變化或添加，這對於本領域通常知識者來說是顯而易見的。
100:電漿負載
101:脈波產生級
102:電阻輸出級
103:導線級
104:直流偏壓電路
105:第二導線級
106:負載級
121~125:電路點
C1~C4:電容
C5:電源緩衝電容
C7:電源
C8~C9:電容
C11:電容
C12:偏壓電容
D1:阻斷二極體
D2:飛輪二極體
D4:緩衝二極體
D6:二極體
I1~I2:電流源
L1~L2:電感
L5~L6:電感
R1~R2、R6~R7:電阻
R3:電源緩衝電阻
R13:電阻
S1:開關
T2:變壓器
V1:偏移電壓源
V2:電壓源

Claims (21)

  1. 一種高壓電力系統包含：一高壓脈波電源供應器；一變壓器，電耦合該高壓脈波電源供應器；一輸出端，電耦合該變壓器，並輸出具有振幅高於1千伏特(kV)且脈波重複頻率高於1千赫茲(kHZ)的高壓脈波；一偏壓補償電路，與該輸出端並聯，其中，偏壓補償電路包含：一偏壓補償二極體；及一直流電源供應器，與該偏壓補償二極體串聯；及一電極，位於一電漿腔室內，該電極電耦合該輸出端及該偏壓補償電路，且在一電漿形成於該電漿腔室內時，該電極電容性耦合該電漿。
  2. 如請求項1所述之高壓電力系統進一步包含：一偏壓補償電容，橫跨配置至少該直流電源供應器，且電容值小於10微法拉(μF)。
  3. 如請求項1所述之高壓電力系統，其中，高壓脈波電源供應器包含：一奈秒脈波器以及一變壓器。
  4. 如請求項1所述之高壓電力系統，其中，高壓脈波電源供應器包含：多個互相串聯的開關，以及一變壓器。
  5. 如請求項1所述之高壓電力系統，其中，偏壓補償電路包含：一高壓開關橫跨配置於該補償二極體，其中，當該高壓脈波電源供應器產生脈波時，該高壓開關配置為斷開，當該高壓脈波電源供應器不產生脈波時，該高壓開關配置為導通。
  6. 如請求項5所述之高壓電力系統，其中，高壓開關包含：多個互相串聯的開關。
  7. 如請求項5所述之高壓電力系統進一步包含：一電感，與該高壓開關串聯，且具有小於1毫亨利(mH)的電感值。
  8. 一種高壓電力系統包含：一高壓脈波電源供應器；一輸出端，電耦合該高壓脈波電源供應器，並配置輸出具有振幅高於1千伏特(kV)且脈波重複頻率高於2千赫茲(kHZ)的高壓脈波；一偏壓補償二極體；一直流電源供應器，與該偏壓補償二極體串聯，該偏壓補償二極體與該直流電源供應器並聯於該輸出端；以及一高壓開關橫跨耦合該偏壓補償二極體，其中，當高壓開關電源供應器產生脈波時，該高壓開關斷開，當高壓開關電源供應器不產生脈波時，該高壓開關導通。
  9. 如請求項8所述之高壓電力系統進一步包含：一偏壓補償電容橫跨配置至少該直流電源供應器。
  10. 如請求項8所述之高壓電力系統，其中，該偏壓補償二極體、該直流電源供應器、以及該高壓開關包含：一偏壓補償電路在高壓電力系統中橫跨配置輸出端。
  11. 如請求項8所述之高壓電力系統，其中，輸出耦合一電極，該電極電容性耦合一電漿。
  12. 如請求項8所述之高壓電力系統，其中，當該高壓電源供應器產生脈波時，該高壓開關斷開，當該高壓電源供應器不產生脈波時，該高壓開關導通。
  13. 如請求項8所述之高壓電力系統，其中，該直流電源供應器提供負5千伏特(kV)到正5千伏特(kV)的電壓。
  14. 如請求項8所述之高壓電力系統，其中，該高壓開關包含：一緩衝電路。
  15. 如請求項8所述之高壓電力系統，其中，該高壓開關包含：多個互相串連的開關、以及多個分壓電阻，每一分壓電阻分別跨越配置對應的該開關。
  16. 如請求項8所述之高壓電力系統，其中，在頻率為10赫茲(HZ)到1萬赫茲(HZ)之間時，該偏壓補償二極體傳輸10安培(A)到1千安培(A)的電流。
  17. 如請求項8所述之高壓電力系統進一步包含：一偏壓電容電耦合該高壓脈波電源供應器及該偏壓二極體，其中，該偏壓電容具有小於10微法拉(μF)的電容值。
  18. 如請求項8所述之高壓電力系統進一步包含：一電感，與該高壓開關串聯，且具有小於1毫亨利(mH)的電感值。
  19. 如請求項8所述之高壓電力系統進一步包含：一電阻，與該高壓開關串聯，且具有小於1,000毫歐姆(mohms)的電阻值。
  20. 一種高壓電力系統的偏壓補償方法包含：斷開串聯於直流電源供應器的一偏壓補償開關，其中，該偏壓補償開關及直流電源供應器並聯於一負載； 產生一具有電壓高於1千伏特(kV)以及脈波重複頻率高於2萬赫茲(HZ)的高壓脈波電源到該負載；導通該偏壓補償開關；以及不產生高壓脈波電源。
  21. 如請求項20所述之高壓電力系統的偏壓補償方法，其中，該負載包含：一電極，電容性耦合一電漿。
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