TWI790289B - 用於電漿點燃的系統和方法 - Google Patents

Abstract

本發明大體係針對控制至一負載之能量分佈，尤其當偵測到異常事件時。本發明之益處包括使放電事件之長度最小化、減輕放電之效應、及針對誘發電漿點燃的改良。與本發明一致之方法及系統改良了在腔室內的操作條件之控制，且改良了用於更迅速地啟動腔室中之電漿點燃的能力。

Description

用於電漿點燃的系統和方法

本發明大體係針對點燃一電漿產生器中之一電漿。更具體言之，本發明係針對在低壓環境中點燃一電漿。

本申請係關於2017年9月26日提交的專利名稱為「UTILIZING ARC MANAGEMENT TO IMPROVE PLASMA IGNITION IN LOWER PRESSURE ENVIRONMENTS」之美國專利申請第62/563,504號的專利申請案且主張所述專利申請案之優先權，出於所有目的，所述專利申請案之全部內容以引用的方式併入本文中。

在本質上且在一電漿產生器中，電荷可藉由電子之移動或藉由離子之移動而移動。電漿藉由氣體離子之移動界定特徵，且當製造產品時，電漿製造製程依賴於氣體離子之移動。

與電漿製造相關聯之問題為，可能難以在較低壓力條件中啟動電漿狀態。在低壓力下之點燃困難會與以下事實有關：腔室內之氣體以一低密度存在，其中可能存在可用於碰撞的相對較少氣體離子及中性原子。此種碰撞被叫作產生一電離位準之電離碰撞。在無充分碰撞之情況下，可能達不成點燃電漿必要之電離程度。在較低壓力下點燃電漿之困難亦可與處理腔室之拓樸有關，且對於點燃電漿，離子及中性原子之移動可能並不是最佳。此外，與一特定製造製程相關聯的其他限制會防止充分點火電壓位準被提供至電漿腔室，因為此等電壓會損壞正使用該電漿製造之產品。

由於某些形式之電漿製程經針對較低壓力最佳化且由於電漿點燃較難以在較低壓力下啟動，因此需要更易於在低壓條件中點燃或重新點燃一電漿狀態之系統及方法。與能夠在較低壓力環境中啟動或點燃一電漿相關聯的益處包括製造製程之增大的產品生產量及資本設備之更大效用。因而，用於在較低壓力環境中改良電漿點燃之方法及系統對電漿處理應用之操作有益。

考量這些發現的結果，設想出本發明之態樣。

本發明係針對與電漿點燃有關之方法、裝置及電系統/電路。與本發明一致之一種方法可包括將施加至一電漿腔室之電壓自一第一電壓位準改變至一第二電壓位準，直至在一電漿腔室點燃過程期間在該電漿腔室中點燃一電漿。施加至該腔室之該第一電壓位準及該第二電壓位準皆可為與一DC操作電壓不同之電壓以維持該電漿，且該DC操作電壓可為該第一電壓位準與該第二電壓位準之間的一電壓位準。在一個實例中，第一電壓位準及第二電壓位準係藉由經由一開關之操作將一幹線電壓（例如，某一DC電壓）分流至一第二幹線電壓來達成，所述第二幹線電壓可為至一電源供應器之返回幹線。在另一實例中，藉由電容器充電/放電操作改變上部幹線電壓之極性，例如，負至正，該電容器充電/放電操作交替地耦接開關以對該電容器充電且將幹線電壓提供至腔室，然後藉由將電容器連接至第二（返回）幹線將接通的電容器電壓提供至腔室。

與本發明一致之一種裝置可包括一控制器及一或多個開關，該一或多個開關可具有包括一電晶體的電開關元件之各種形式，其中該控制器可藉由在一電漿腔室點燃過程期間閉合及斷開該一或多個開關來可控制地改變施加至該電漿腔室之電壓。此電漿腔室點燃過程可包括將施加至一電漿腔室之電壓自一第一電壓位準改變至一第二電壓位準，直至將該電漿識別為開始在該電漿腔室點燃。施加至該腔室之該第一電壓位準及該第二電壓位準皆可為與該電漿腔室之一標稱操作電壓不同之電壓，且該標稱操作電壓可為該第一電壓位準與該第二電壓位準之間的一電壓位準。

與本發明一致之裝置亦可包括一電源供應器之一第一幹線及一第二（或返回）幹線，其在一直流（DC）電漿腔室與一電源供應器之間形成一電連結。該第一幹線及該第二幹線亦可被稱作一上部幹線及一下部（或返回）幹線。此裝置可包括將正幹線電耦接至該腔室或將該正幹線電耦接至該電源供應器之負幹線（經由一二極體）之複數個開關。或者，該等開關可經配置以交替地對一電容器充電，然後使用充電後的該電容器使電漿電壓之極性反向。該複數個開關可由一控制器控制以在使一第一電壓且然後一第二電壓施加至該DC電漿腔室直至在該DC電漿腔室中點燃電漿之一序列中在一第一開關組態與一第二開關組態之間切換。

本發明大體係針對控制至一負載之能量分佈，且特定言之，用於點燃且持續一電漿負載。本文揭示的系統及方法之一個特定優勢係用於相對低壓力電漿點燃及持續。更特定言之，本發明之益處包括（但不限於）在低壓環境中比藉由習知構件所可能更一致且迅速地在電漿產生器中刺激電漿點燃。可能需要此啟動或維持在低壓力下執行之製造製程。與本發明一致的方法及系統改良在一腔室內的操作條件之控制，且改良用於更迅速地啟動一電漿腔室中之電漿點燃的能力。

與本發明一致的電壓改變電路可變化施加至電漿腔室之電壓以便更高效且有效地啟動電漿點燃。在一個實例中，一開始藉由借助於電路使來自幹線之電流轉向（分流）來對一DC電漿電壓加脈衝。初始脈衝式DC點燃電壓能夠更好地在低壓環境中點燃電漿。一般而言，基於帕申曲線（Paschen’s curve），需要增大電壓（在一些實例中，負向）以在被降低的壓力下點燃電漿。在一些實例中，所需電壓超過使點燃具挑戰性之可允許的腔室電壓或在該可允許的腔室電壓附近。藉由激發（加脈衝）一另外DC電漿系統之點燃序列，將電子分佈於腔室周圍，從而增大導致電漿點燃的電離事件之可能性。在一個實例中，約1毫托之腔室壓力為在習知DC系統之情況下電漿點燃變得有挑戰性之等級。在一個特定實例中，可應用用以減輕能量放電或電起弧之同一電路以開始或重新開始電漿之點燃。經由與電路耦接之控制器，可使用電路以及電弧減輕來執行低壓電漿點燃常式，但藉由不同控制方案。

圖1說明包括耦接至一腔室之一電源供應器的系統之例示性方塊圖。圖1之系統可為更擴大的電漿處理系統之部分。詳言之，圖1包括電源供應器110（例如，DC、脈寬調製式電壓源），其可經安置以藉由一供應器電纜將脈衝式DC電力施加至電漿腔室120，以有助於熟習此項技術者已知之多種電漿處理應用中之任一者。如所描繪，電源供應器110亦可控制地連接至電壓改變反向電路130。

圖1中說明之組件可藉由各種構件實施，且一實施在外觀上可與圖1中之描繪不同。舉例而言，描繪之功能可由共用組件實施，使得此等離散功能可不具有對應的離散硬體或軟體建構。此外，描繪之功能組件可由在空間上分佈於電源供應器周圍之硬體及軟體組件實現。圖1亦包括電感器L1以及電感L2，電感L2可包括離散分量或電纜之電感（或「電纜電感」）。注意，電源供應器110包括一第一輸出端110A及一第二輸出端110B。電感器L1可用以藉由在電源供應器110之第一端子110A與其他組件之間提供一阻抗來將電源供應器110與其他組件隔離。如上所提到的電感L2可為與附接至腔室120之輸入端子1之電纜相關聯的一電感。保護組件140耦接至腔室120之端子2以提供腔室120之端子2與電源供應器110及電壓改變反向電路130之間的隔離。

如所展示，圖1之組件包括一電壓改變反向組件130，其通常操作以更可靠地點燃腔室120中之電漿。另外，電壓改變反向組件130可用以當偵測到電弧時將在腔室120中出現之電弧加以熄滅。電壓改變反向組件130可在控制器150之控制下操作，其中控制器150控制上部幹線耦接至腔室還是耦接至下部幹線以提供分流脈衝，或是否將一反向電壓（例如，正電壓）施加至上部幹線。因而，控制器150可控制在一給定時刻將多少電壓施加至腔室120。此等電壓可大於、小於跨電源供應器110之端子110A及110B供應之標稱電壓，或具有與該標稱電壓相反的極性。電壓改變反向組件130可對供電電壓加脈衝或使該電壓反向至與由電源供應器110在腔室120之正常操作期間施加的標稱電壓相同或幾乎相同之電壓（具有相反極性）。加脈衝或電壓反向可在電漿點燃過程期間發生，或可在熄滅腔室120中偵測到之電弧時發生。

亦展示為一保護組件140，其操作以防止可由電壓改變反向組件130賦予之相對高反向電壓被施加至腔室120中之電漿負載。與本發明一致之保護組件可由各種構件實施且將典型地作為一電流控制式開關操作，基於當一反向電壓由電壓改變反向組件130施加時保護組件140防止電流流動至腔室120之端子2，該電流控制式開關可幫助防止大反向電弧處置電壓被施加至腔室120。

控制組件150可由硬體、軟體結合硬體、韌體或其組合實現。控制組件可包括習知電腦、處理器、數位信號處理器（DSP）、圖形處理器、數位邏輯或類比器件。舉例而言，控制組件可由包括特殊應用積體電路（ASIC）或場可程式化閘陣列（FPGA）之器件實施。與本發明一致的系統及方法之應用未必限於電漿製造系統，因為其可有益於在依賴於受控制電漿之系統中出現起弧之其他應用。舉例而言，本發明之系統及方法可幫助使電漿火箭引擎之效能或效用最佳化。

圖2為與本發明一致的一例示性電力供應電路之電路圖。圖2描繪圖1之電力供應電路之一特定實例實施；然而，應認識到，圖2中之特定實施僅為更一般描繪之例示性實施，且可利用替代方法來實現圖1中說明之組件，以及本文中所揭示之方法。電源供應器210將電力自第一接點210A及第二接點210B提供至腔室220之電力接點1及2。在電源供應器210與腔室220之間的為一控制電路250、一電壓改變反向電路230及一保護二極體D3。電源供應器及相關聯之第一及第二接點可為正及負（或接地），且亦可經組態以在上部幹線提供負電壓，在下部幹線具有較小電壓。

圖2之電壓改變反向電路可對至腔室之電壓加脈衝，或可使電壓反向。為了點燃腔室220中之電漿，可根據不同控制序列將開關S1及S2開關。此等序列可改變施加至腔室220之電壓。開關S1及/或S2之閉合可以不同方式改變施加至腔室之一電壓。為了將脈衝分流，可閉合S1或S2以將上部幹線連接至下部幹線，從而使腔室電壓下降。一分流脈衝具體實例可僅包括一個或另一二極體開關對（例如，僅S1及D2或僅D1及S2），且不包含電容器。為了減小組件上之應力，S1/D2脈衝傳導可與S2/D1脈衝傳導交錯（例如，藉由在閉合開關S1且接著閉合開關S2且回到S1等等之間開關來啟動每隔一個脈衝）。

對於電壓反向，該電路包括電容器C1，其可由電源供應器210之正210A及負210B幹線經由二極體D1及D2充電以提供用於由電壓改變反向電路230使用之電壓。電壓改變反向電路230亦可包括開關S1及S2。對電容器C1充電，因為當開關S1及S2斷開時，電流將流過二極體D1及D2及電容器C1，直至對電容器C1充電至由電源供應器210經由端子/幹線210A及210B供應之一電壓或該電壓附近。藉由閉合兩個開關，藉由將電容器連接至下部幹線而使電壓反向至腔室。藉由斷開兩個開關，對電容器再充電，且供電電壓經返回至上部幹線電壓。可重複該序列達一時間週期，或直至辨識到電漿點燃。

如上所提到，電壓改變反向電路系統230亦可用以熄滅電弧。在偵測到電弧之一實例中，電源供應器210可關閉，或圖2中未說明之開關可用以將電源供應器210與電連接至腔室220斷開。在電弧偵測後，開關S1及S2可閉合，使得電容器C1將施加一反向電壓至腔室220連接器1及2。開關S1及S2之閉合使施加至腔室220之電壓反向，因為連接至二極體D1的電容器C1之側現在電連接至保護組件D3，且連接至二極體D2的電容器C1之側現在電連接至腔室220之端子1。此外，當開關S1及S2閉合時，由於反向電壓，二極體D1及D2停止傳導。該反向電壓在施加至腔室220時將迅速地使與在腔室220內偵測到的起弧相關聯之電子之流動停止，此係因為起弧需要具有與反向電壓相反之一極性的電壓存在。

當將反向電壓提供至腔室220時，由於反向電壓，保護組件二極體D3可停止傳導電流，因而可防止一定量之反向電流流過腔室220。此係因為在彼時，可對保護二極體D3加反向偏壓。作為此等保護組件，圖1之相似保護組件140或圖2之例示性二極體D3可作為一電流控制式開關操作，當流過腔室之一負載電流接近零安培時，該電流控制式開關開放或停止傳導。此處再次，與本發明一致之保護組件可作為一電流控制式開關操作，該電流控制式開關可幫助防止大反向電弧處置電壓直接施加跨於腔室220之兩個端子1及2。

在電漿點燃之初始開始期間或在電弧處置關閉完成且必須重新開始電漿點燃之後，可利用電壓改變反向電路230改良在較低壓力下之電漿點燃，其中點燃可習知地具挑戰性。在低壓力下之點燃困難可與以下事實有關：腔室內之氣體以一低密度存在，其中可能存在可用於碰撞的相對較少氣體離子及中性原子。此種碰撞被叫作產生一電離等級之電離碰撞；在無充分碰撞之情況下，可能達不成點燃電漿必要的電離程度。在較低壓力下點燃電漿之困難亦可與處理腔室之拓樸有關，對於點燃電漿，離子及中性原子之移動可能並不是最佳。此外，與一特定製造製程相關聯之其他限制可防止大於一臨限位準之電壓被提供至一電漿腔室，此係因為高於臨限位準之電壓會與損壞正使用電漿製造之產品相關聯。

在一實例中，低壓點燃電路及相關聯之技術可在將DC動力源用於電漿腔室之系統中特別良好地工作。在一個實施中，控制器250可操作開關S1或S2以啟動電力供應電路之分流操作以分流或更改施加至腔室之幹線電壓。對於一分流操作，如在下文論述之圖3A中所展示，可針對分流而閉合S1或S2，或閉合開關S1可與閉合開關S2交替以分佈及減小在任一組件上之應力。在圖2之開關電路之一修改之實例中，僅S1與D2或D1與S2之組合可用作分流電路。分流操作涉及可控制地斷開及閉合該或該等開關，此可按一較佳頻率。在一個實例中，分流脈衝處於約-1900伏特，具有約1300微秒（μsec）之停留時間，及1400 μsec之間隔，但取決於腔室及電漿特性、製程要求等，存在無數之其他可能性。此可產生待施加至腔室120的一變化之點燃功率及電壓，該變化之電壓可與在點燃循環期間具有多個邊緣之一波形相關聯。每一上升或下降沿可增大足夠產生必要之電離程度以點燃電漿的電離碰撞之機率。與上升或下降沿有關的隨著時間的過去之較高電壓改變（dV/dt）可增大移動離子可碰撞（撞擊）以引起電漿點燃之機率。詳言之，按一給定頻率斷開及閉合開關提供供應到腔室220之較低電壓與供應到腔室220之較高電壓之間的點燃功率之多個轉變。藉由跨腔室220施加不同電壓，電子可在腔室之輸入端之間流動，此提供腔室中電漿點燃之較高機率。使用DC電力之習知電源供應器系統會達不到經由開關器件之操作以將變化之輸入點燃波形（電壓）施加至另外DC點燃信號（電壓）獲得的在該等輸入端之間的電子流動。換言之，藉由經由開關器件（例如，電壓改變反向電路230）之操作變化施加至腔室220之DC電壓，電漿點燃可在比利用不具有此開關點燃系統之DC電力之系統低的壓力下發生。當在點燃過程期間閉合開關S1或S2時，圖2之電感器L1可幫助隔離電源供應器210與施加至腔室220之電壓，且亦可利用電弧處置能力。

圖3A為說明在電漿點燃序列期間至腔室及電漿之點燃電壓之改變之一例示性時序圖。圖3A之改變電壓為一例示性波形，其中可變化施加至電漿腔室之電壓以點燃電漿。圖3A之波形可藉由按一給定頻率開關之一開關器件（諸如，圖2之電力供應電路之開關S1或S2）來達成。當斷開開關器件時，在時間T2或「停留時間」將點燃電壓施加至腔室。在時間T1（點燃脈衝分流時間）期間，可閉合開關器件以進入電路之分流操作（將施加電壓減小至比幹線電壓低之電壓）。注意，一開始，可將施加至電漿腔室之電壓設定在圖3B之偏移電壓。此偏移電壓可處於亦在圖3A中說明的低於零伏特（0 V）之負電壓。分流操作之一實例為當圖2之開關S1或S2中之任一者按在一時間框上改變施加至腔室之電壓的一序列閉合時。此時，圖2之電感器L1可將電源供應器210與此改變電壓隔離。基於與電感L2相關聯之一阻抗且基於與電感L2相關聯之一時間常數，分流操作開關序列可允許跨電感L2之一電壓降持續。在分流操作期間，可對二極體D1及D2加偏壓，從而允許當按一序列閉合開關S1或S2時修改跨腔室之電壓。可重複此過程（斷開開關器件以施加點燃電壓及閉合開關器件以用於分流操作），直至電漿點燃發生。注意，圖3A說明腔室電壓在時間T2（停留時間）期間自初始偏移電壓改變至可為負1975伏特（-1975 V）之一高的負電壓，且在時間T1期間自彼-1975 V改變至零伏特（0 V）。注意，時間T2可對應於1300微秒（μsec）之一時間，且時間T2可為（例如）1400 μsec。經由此操作，電漿點燃得以改良，此係因為點燃可比不具有此開關組件之系統快地發生且在比該系統低的壓力下發生。注意，施加至電漿產生器之電壓多次自較高電壓轉變至較低電壓且若干次地轉變回，直至在時間T3發生電漿點燃。在圖3A中，開關S1或開關S2之閉合可使腔室電壓在時間T2減小至-1975伏特，接著當開關S1斷開時，腔室電壓可改變至（例如）零伏特（0 V）。開關S1及S2之閉合及斷開可用以控制高脈衝式負電壓將施加至一電漿腔室多久，且可用以控制施加之腔室電壓將設定為零伏特多久。舉例而言，取決於特定實施，開關S1及S2之閉合獨立地可具有導致相同電壓施加至電漿腔室之一類似分流效應。替代地，可使用不同開關根據電壓改變電路之特定組態設定在電漿點燃過程期間之不同時間施加至電漿腔室之第一電壓位準及第二電壓位準。

施加之腔室電壓可變正，例如，當兩個開關S1及開關S2在一時間週期內閉合時，否則，可將施加至腔室之電壓控制在（例如）零伏特與高脈衝式負電壓位準之間的一點。在時間T3及之後（在點燃電漿之時間後），跨電漿腔室之電壓可為（例如）負300至負400伏特。在某些情況下，跨腔室下降之電壓可為電漿自身之一函數。因而，當在一電漿狀態中時，操作電漿電壓可由氣體設定。可藉由提供至腔室的電流之增大來偵測電漿點燃。

圖3B為說明與本發明一致之一電壓反向點燃序列之一例示性時序圖。詳言之，舉例而言，當控制器閉合圖2之開關器件S1及開關器件S2兩者時，電力供應電路之反向操作狀態出現。與本發明一致之點燃開關器件可改變跨腔室之電力端子之電壓，其中電壓係從高於與電漿點燃相關聯之一標稱操作電壓的一電壓處變化。在某些情況下，此等點燃可使用反向電壓來激勵電漿點燃。與一反向電壓一致之一波形展示於圖3B中。當藉由閉合S1及S2兩者來使C1反向且將與電容器C1相關聯之電壓施加至腔室時，建立反向電壓，使得腔室220端子1暴露於具有供電電壓之反向極性的電壓，此反向（正）電壓可接近圖3B中說明之負電壓，但將正脈衝高度說明為在量值上比負脈衝高度小。注意，點燃開關器件亦可執行如先前所描述的熄滅電弧之功能。關於圖2之開關S1及S2，可按適合於修改施加至腔室之電壓的任一序列開關此等開關。舉例而言，此等開關序列包括在不同時間開關S1及S2，開關S1或S2，或同時開關S1及S2。二極體D1及D2可防止電容器C1在其不意欲放電時（當開關S1及S2斷開時）放電。開關S1及S2之開關可用以改變跨腔室提供之電壓。此可導致施加至腔室220之電壓自一偏移電壓改變至圖3B中說明之高的負脈衝式電壓。當閉合兩個開關S1及S2時，該腔室將具備一反向電壓，且此可導致施加至腔室220之電壓在高的負脈衝式電壓至圖3B中說明之正電壓之間開關。因而，當閉合開關S2時，可將跨腔室之電壓驅動至圖3B之高的負脈衝式電壓位準（在時間T2）。替代地，一控制器可使用圖中未說明之不同電路來控制高的負脈衝式電壓之施加。可藉由閉合兩個開關S1及S2將反向電壓之施加施加至一電漿腔室，從而導致腔室電壓在時間T1改變至圖3B中說明之正電壓。可藉由反向電容器C1閉合開關S1及S2按一反向電壓使腔室電壓反向。替代地，電容器C1可以用提供反向電壓之一電源供應器來替換。在某些實例中，一反向電壓可對應於與由電源供應器端子/幹線210A及201B施加之電壓相同的量值但不同極性之一電壓。

因而，使用與本發明一致之開關組件將比DC電力僅僅在點燃電壓下接通且一直開著直至點燃發生之替代性方法高效地啟動電漿點燃。一般而言，操作開關器件之頻率可為任一頻率。然而，觀測到，較高頻率提供腔室中之較高電子流動，且可導致較快之電漿點燃。如上回顧，當時間T2為1300 μsec且時間T1為1400 μsec時，接著可藉由公式1/(T2+T2) = 1/2700 μsec = 370.37赫茲來計算開關頻率。另外，圖3A中提供之波形僅為開關器件以此方式之操作可造成的波形之類型之一個實例。一般熟習此項技術者將意識到可經由本文中描述的開關器件之頻率開關而出現的波形中之變數，且該波形可不包含如圖3A及圖3B中所說明的方波之銳邊緣。此外，圖3A及圖3B中說明之開關可使用與關於圖1及圖2說明之電路或組件不同的電路或組件來實施。

詳言之，舉例而言，當控制器閉合圖2之開關器件S1及開關器件S2兩者時，電力供應電路之反向操作狀態出現。此可藉由按一反向極性跨腔室220應用電容器C1使電壓之極性之反向施加至電漿負載。如上所提到，反向電壓之施加可使腔室電壓自圖3B之高的負脈衝式電壓切換至圖3B中說明之正電壓。類似於以上，可以相同頻率操作兩個開關以同時閉合。此時，電源供應器210可嘗試將腔室電壓維持在電源供應器210之幹線電壓，且當執行腔室點燃過程時，與電感L1相關聯之一阻抗可使電壓跨電感器L1下降。因而，電感器L1可將電源供應器210與施加至一電漿腔室之經開關電壓隔離。開關之操作可導致與在圖3A中展示之波形類似的一波形。然而，在此實例中，施加至腔室220之電壓脈衝不在較低或零電壓與點燃電壓之間交替，而是該等脈衝可在一較高電壓與一較低電壓之間變化，其中在一點燃過程期間，電漿腔室之標稱操作電壓可在施加至該電漿腔室之第一電壓與第二電壓之間。換言之，藉由操作一反向電壓序列，當在操作狀態與反向操作狀態之間切換時，獲得較高峰間電壓。此較高峰間差可提供在腔室220內之甚至更多電子激發，以引起在較低壓力腔室中之電漿點燃且將腔室電壓驅動為負。此激發可使離子被產生，且可使彼等離子在電漿腔室中移動。不管利用分流操作還是反向操作，開關器件可由圖2之控制器250控制以藉由控制改變多少腔室電壓來改良在需要較低壓力點燃之過程或腔室中之電漿點燃。注意，圖3B包括圖3A之許多相同特徵，但在電壓反向點燃序列之情況下。圖3B包括一初始偏移電壓（其可為不同於零伏特之一電壓）、在時間T2（停留時間）之一高電壓負脈衝式電壓、在時間T1點燃脈衝分流時間之一正電壓及在時間T3之電漿點燃。此處，再次，電漿電壓可為似負400伏特之一電壓，且此電壓可取決於電漿之特性及電漿產生器之特性而變化。

圖4說明可用以控制電漿過程之操作的一電腦系統之一例示性方塊圖。圖4包括可在實施與本發明一致的用於控制系統或裝置之方法時使用的計算器件/電腦系統400。舉例而言，圖4之計算系統400可為上文所論述的圖2之控制器件250。電腦系統（系統）可包括一或多個處理器402、404、406（402-406）。處理器402-406可包括一或多個內部快取層級（圖中未示）及一匯流排控制器或匯流排介面單元以引導與處理器匯流排412之互動。處理器匯流排412亦可為「主機匯流排」或「前側匯流排」，其可用以將處理器402-406與系統介面414耦接。系統介面414可連接至處理器匯流排412將系統400之其他組件與處理器匯流排412介面連接。舉例而言，系統介面414可包括一記憶體控制器418用於將主記憶體416與處理器匯流排412介面連接。主記憶體416典型地包括一或多個記憶卡及一控制電路（圖中未示）。系統介面414亦可包括一輸入/輸出（I/O）介面420以將一或多個I/O橋接器或I/O器件與處理器匯流排412介面連接。一或多個控制器及/或I/O器件可與I/O匯流排426連接，諸如，I/O控制器428及I/O器件430，如所說明。系統介面414可進一步包括一匯流排控制器422以與處理器匯流排412及/或I/O匯流排426互動。

I/O器件430亦可包括一輸入器件（圖中未示），諸如字符數字輸入器件，包括用於將資訊及/或命令選擇傳達至處理器402-406之字符數字及其他密鑰。另一類型之使用者輸入器件包括用於將方向資訊及命令選擇傳達至處理器402-406且用於控制顯示器件上之游標移動的游標控制器，諸如，滑鼠、軌跡球或游標方向鍵。

系統400可包括一動態儲存器件（被稱作主記憶體416），或一隨機存取記憶體（RAM）或用於儲存資訊及待由處理器402-406執行之指令的耦接至處理器匯流排412之其他電腦可讀器件。主記憶體416亦可用於在由處理器402-406進行的指令之執行期間儲存臨時變數或其他中間資訊。系統400可包括一唯讀記憶體（ROM）及/或用於儲存用於處理器402-406之靜態資訊及指令的耦接至處理器匯流排412之其他靜態儲存器件。圖4中闡述之系統僅為可根據本發明之態樣使用或組態的一電腦系統之一個可能實例。

根據一個具體實例，以上技術可由電腦系統400回應於處理器404執行主記憶體416中含有的一或多個指令之一或多個序列而執行。此等指令可經自諸如儲存器件之另一機器可讀媒體讀取至主記憶體416內。主記憶體416中含有的指令序列之執行可使處理器402-406執行本文中所描述之過程步驟。在替代性具體實例中，電路系統可用來代替軟體指令，或與軟體指令結合使用。因此，本發明之具體實例可包括硬體及軟體組件兩者。

一機器可讀媒體包括用於按可由一機器（例如，一電腦）讀取之一形式（例如，軟體、處理應用程式）儲存或傳輸資訊之任一機構。此等媒體可呈（但不限於）非揮發性媒體及揮發性媒體之形式。非揮發性媒體包括光碟或磁碟。揮發性媒體包括動態記憶體，諸如，主記憶體416。常見形式之機器可讀媒體可包括（但不限於）：磁性儲存媒體；光學儲存媒體（例如，CD-ROM）；磁-光儲存媒體；唯讀記憶體（ROM）；隨機存取記憶體（RAM）；可抹除可程式化記憶體（例如，EPROM及EEPROM）；快閃記憶體、硬碟機；或適合於儲存電子指令的其他類型之媒體。與本發明一致之控制系統亦可包括使用包括但不限於WiFi或BLUETOOTH™之任一標準無線通信技術無線通信之器件。

本發明之具體實例包括在此說明書中描述之各種步驟。該等步驟可由硬體組件執行或可以機器可執行指令體現，該等機器可執行指令可用以使用該等指令程式化之通用或專用處理器執行該等步驟。替代地，該等步驟可由硬體、軟體及/或韌體之組合執行。控制組件可包括習知電腦、處理器、數位信號處理器（DSP）、圖形處理器、數位邏輯或類比器件。控制組件可由包括特殊應用積體電路（ASIC）或現場可程式化閘陣列（FPGA）之器件實施。

以上描述包括體現本發明之技術的實例系統、方法、技術、指令序列及/或電腦程式產品。然而，應理解，所描述之揭示內容可在無此等具體細節之情況下加以實踐。在本發明中，揭示之方法可實施為可由一器件讀取的指令或軟體之集合。另外，應理解，揭示之方法中的步驟之特定次序或階層為實例方法之例子。基於設計偏好，應理解，方法中的步驟之次序或階層可重新排列，同時保持在揭示之主題內。隨附方法技術方案以樣本次序呈現各種步驟之要素，且未必意謂限於所呈現之特定次序或階層。

咸信，本發明及其許多伴隨優勢應藉由前述描述被理解，且應顯而易見的是，可在不脫離所揭示之主題或不犧牲其所有材料優勢的情況下對組件之形式、構造及配置進行各種改變。所描述之形式僅為解釋性的，且以下申請專利範圍之意圖為涵蓋且包括此等改變。

雖然已參考各種具體實例描述本發明，但應理解，此等具體實例為說明性的且本發明之範圍不限於其。許多變化、修改、添加及改良係可能的。更通常地，根據本發明之具體實例已在特定實施之情況下描述。功能性可在本發明之各種具體實例中不同地按區塊分開或組合，或用不同術語描述。此等及其他變化、修改、添加及改良可屬於如以下之申請專利範圍中所定義的本發明之範圍。

110‧‧‧電源供應器110A‧‧‧第一輸出端/第一端子110B‧‧‧第二輸出端120‧‧‧電漿腔室130‧‧‧電壓改變反向電路140‧‧‧保護組件150‧‧‧控制器210‧‧‧電源供應器210A‧‧‧第一接點210B‧‧‧第二接點220‧‧‧腔室230‧‧‧電壓改變反向電路250‧‧‧控制電路/控制器/控制器件400‧‧‧計算器件/電腦系統402‧‧‧處理器404‧‧‧處理器406‧‧‧處理器412‧‧‧處理器匯流排414‧‧‧系統介面416‧‧‧主記憶體418‧‧‧記憶體控制器420‧‧‧輸入/輸出（I/O）介面422‧‧‧匯流排控制器426‧‧‧I/O匯流排428‧‧‧I/O控制器430‧‧‧I/O器件S1‧‧‧開關S2‧‧‧開關C1‧‧‧電容器D1‧‧‧二極體D2‧‧‧二極體D3‧‧‧保護二極體L1‧‧‧電感器L2‧‧‧電感

圖1為用於一電漿處理系統的一電力供應電路之方塊圖。 圖2為與本發明一致的一例示性方塊電力供應電路之電路圖。 圖3A為說明在一電漿點燃序列期間的電壓之改變之一例示性時序圖。 圖3B為說明在與本發明一致之一電壓反向操作期間之一電漿點燃序列期間的電壓之改變之一例示性時序圖。 圖4為說明可在實施本發明之具體實例中使用的一計算系統之一實例之圖。

110‧‧‧電源供應器

110A‧‧‧第一輸出端/第一端子

110B‧‧‧第二輸出端

120‧‧‧電漿腔室

130‧‧‧電壓改變反向電路

140‧‧‧保護組件

150‧‧‧控制器

L1‧‧‧電感器

L2‧‧‧電感

Claims (16)

1. 一種用於點燃一直流電漿系統中之電漿之方法，所述方法包含：在一第一電壓位準下將一施加電壓提供至該直流電漿系統之一電漿腔室，該第一電壓位準與該電漿腔室之一操作直流電壓不同；將提供至該電漿腔室之該施加電壓改變至一第二電壓位準，其中該第二電壓位準與該電漿腔室之該操作直流電壓不同，且該操作直流電壓在該第一電壓位準與該第二電壓位準之間；及將至該電漿腔室之該施加電壓返回至該第一電壓位準，其中至該電漿腔室之該施加電壓在該第一電壓位準與該第二電壓位準之間改變，直到一電漿在該電漿腔室中點燃，其中：該電漿腔室電連接至一上部幹線及一下部幹線，該上部幹線及該下部幹線分別連接至一電源供應器之一第一輸出端及一第二輸出端，該上部幹線處於該第一電壓位準；該第二電壓位準係藉由閉合一第一開關以對一第一二極體加偏壓以供傳導來加以提供，該第一二極體之該傳導在該下部幹線與該上部幹線之間形成一導電路徑；且該第一電壓位準係藉由斷開該第一開關以移除該第一二極體上之傳導偏壓來加以提供，其中進一步藉由閉合及斷開該第一開關來使得至該電漿腔室之該施加電壓在該第一電壓位準與該第二電壓位準之間改變，直到該電漿在該電漿腔室中點燃。
2. 如請求項1所述之方法，其中該第一電壓位準對應於一負電壓位準，且該第二電壓位準對應於比該負電壓位準更低之一電壓位準。
3. 如請求項1所述之方法，其中該第一電壓位準之提供及該施加電壓之改變是由一控制器按一識別之頻率來控制。
4. 如請求項3所述之方法，進一步包含從該控制器接收一或多個控制信號以將該施加電壓切換於該第一電壓位準和該第二電壓位準之間。
5. 如請求項1所述之方法，其中該第二電壓位準具有與該第一電壓位準相同之量值且相對於一參考電壓相反之一極性。
6. 如請求項1所述之方法，進一步包含：當電耦接至一電壓反向電路之該第一開關及一第二開關斷開時，對一電容器充電，該電容器之充電係基於當該第一二極體及一第二二極體被正向偏壓時該第一二極體及該第二二極體的傳導，其中：該第一二極體電連接至該直流電漿系統之該上部幹線及至該電容器之一第一側，且該第二二極體電連接至該直流電漿系統之該下部幹線及至該電容器之一第二側，基於將該電容器之該第二側電連接至該直流電漿系統之該上部幹線且基於將該電容器之該第一側電連接至該直流電漿系統之該下部幹線，閉合該第一開關及該第二開關以使至該電漿腔室之該施加電壓反向，及斷開該第一開關及該第二開關以使該施加電壓返回至該第一電壓位準。
7. 如請求項6所述之方法，進一步包含：識別與該電漿腔室相關聯之一起弧條件；及基於將該電容器之該第二側電連接至該直流電漿系統之該上部幹線且基於將該電容器之該第一側電連接至該直流電漿系統之該下部幹線，閉合該第一開關及該第二開關以使至該電漿腔室之該施加電壓反向。
8. 一種用於啟動一直流電漿系統中之電漿點燃之裝置，該裝置包 含：一控制器；該控制器將至該直流電漿系統之一電漿腔室的一施加電壓控制在一第一電壓位準下，該控制器藉由影響一上部供應幹線至該直流電漿系統的連接而將提供至該電漿腔室的該施加電壓改變至一第二電壓位準，該控制器藉由該上部供應幹線至該直流電漿系統之受控制的連接而在該第一電壓位準與該第二電壓位準之間改變提供至該電漿腔室之該施加電壓，且將該施加電壓返回至該第一電壓位準且執行該施加電壓的位準在該第一電壓位準與該第二電壓位準之間的改變，直到在該電漿腔室中點燃電漿，其中該裝置進一步包含：一上部幹線及一下部幹線，其分別電連接至該電漿腔室之一第一電壓輸入端及一第二電壓輸入端；一第一開關；及一第一二極體，其中：該第二電壓位準係藉由閉合該第一開關以對該第一二極體加偏壓以供傳導來加以提供，該第一二極體之該傳導在該上部幹線與該下部幹線之間形成一導電分流路徑；且當該第一開關斷開時，該第一電壓位準係提供於該上部幹線處。
9. 如請求項8所述之裝置，其中該第一電壓位準對應於一負電壓位準。
10. 如請求項8所述之裝置，其中該控制器包括執行來自一記憶體之指令的一處理器、一現場可編程閘陣列(FPGA)、一特殊應用積體電路(ASIC)、數位邏輯或類比組件中之至少一者。
11. 如請求項8所述之裝置，進一步包含：一電容器；該第一開關及該第一二極體，其耦接於該上部幹線與該下部幹線之間；及一第二開關及一第二二極體，其耦接於該上部幹線與該下部幹線之間，其中：當電耦接至一電壓反向電路之該第一開關及該第二開關斷開時，對該電容器充電，該第一二極體電連接至該直流電漿系統之該上部幹線及至該電容器之一第一側，該第二二極體電連接至該直流電漿系統之該下部幹線及至該電容器之一第二側，基於將該電容器之該第二側電連接至該直流電漿系統之該上部幹線且基於將該電容器之該第一側電連接至該直流電漿系統之該下部幹線，閉合該第一開關及該第二開關以使至該電漿腔室之該施加電壓反向，且斷開該第一開關及該第二開關以使該施加電壓返回至該第一電壓位準。
12. 如請求項11所述之裝置，其中：識別與該電漿腔室相關聯之一起弧條件，基於將該電容器之該第二側電連接至該直流電漿系統之該上部幹線且基於將該電容器之該第一側電連接至該直流電漿系統之該下部幹線，閉合該第一開關及該第二開關以使至該電漿腔室之該施加電壓反向。
13. 如請求項12所述之裝置，其中藉由按一識別之頻率將該施加電壓返回至該第一電壓位準且執行該施加電壓的位準在該第一電壓位準與該第二電壓位準之間的改變，直到在該電漿腔室中點燃該電漿，來重新啟動該電漿腔室。
14. 如請求項8所述之裝置，進一步包含一電壓源，其由一或多個開關以可控制的方式來開關以將與該電壓源相關聯之一電壓提供至該電漿腔室之一或多個端子。
15. 一種用於啟動一直流電漿系統中之電漿點燃之裝置，該裝置包含：一上部幹線及一下部幹線，其經安置以分別形成在一電漿腔室與一電源供應器的一第一輸出端和該電源供應器的一第二輸出端之間的電連結；複數個開關，其在該複數個開關中之至少一者閉合時將一電壓改變電路電耦接至該電源供應器之該上部幹線或該下部幹線中之至少一者；及一控制組件，其耦接至控制在至少一第一開關組態與一第二開關組態之間的切換之該複數個開關，其中該控制組件控制：該複數個開關中之至少一第一開關之閉合以將該電壓改變電路電耦接至該電源供應器之該上部幹線或該下部幹線中之至少一者以將一第一電壓提供至該電漿腔室，該第一開關之閉合對應於該第一開關組態，該複數個開關中之該第一開關及一第二開關根據該第二開關組態斷開或閉合，該第二開關組態將一第二電壓提供至該電漿腔室，在該第一開關組態與該第二開關組態之間切換，直到基於提供至該電漿腔室的施加電壓在該第一電壓與該第二電壓之間切換而在該電漿腔室中點燃電漿；其中該裝置進一步包含：一電容器；一第一二極體，其與該第一開關在該上部幹線與該下部幹線之間串聯耦接；及一第二二極體，其與該第二開關在該上部幹線與該下部幹線之間串聯耦 接，其中：該電容器經定位以當該第一開關及該第二開關斷開時提供經由該第一二極體及該第二二極體之一電荷路徑，基於將該電容器電連接至該直流電漿系統之該上部幹線及該下部幹線，閉合該第一開關及該第二開關以使提供至該電漿腔室之該施加電壓反向。
16. 如請求項15所述之裝置，其中該電壓改變電路為一電壓改變反向電路。

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