TWI810604B - 電源、半導體處理系統及具離子電流下垂補償之脈衝產生器 - Google Patents

電源、半導體處理系統及具離子電流下垂補償之脈衝產生器 Download PDF

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康納 利斯頓
堤摩西 奇巴
肯尼斯 米勒
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Abstract

本發明的一些實施例揭示一種高壓電源，其提供多個高壓脈衝且在兩個接續的脈衝之間沒有任何壓降。本發明的另一些實施例揭示一種高壓電源，其提供具有多個高壓脈衝的電壓對時間之波形，所述高壓脈衝的電壓大於1kV且脈衝之間具有基本平坦的部分。本發明的又一些實施例揭示一種高壓電源，其包括緩衝器，所述緩衝器包括具有約7.5mΩ~1.25Ω的電阻值之緩衝電阻器，以及具有約2μF~35μF的電容值之緩衝電容器。

Description

電源、半導體處理系統及具離子電流下垂補償之脈衝產 生器
本案係關於一種電源、半導體處理系統及具離子電流下垂補償之脈衝產生器。
一些電漿系統包括至少兩個電源。一種產生高頻波形，可用於在電漿室產生電漿。另一種產生高壓脈衝，加速帶電電漿粒子流向電漿室內的晶片。
一些實施例包括一電源，其提供在兩個接續的脈衝之間沒有實質上壓降的多個高壓脈衝。
一些實施例包括：一種電源，其提供具有多個高壓脈衝的電壓對時間的波形，該高壓脈衝的電壓大於1kV且脈衝之間具有基本平坦的部分。
一些實施例包括：一種電源，包括：一RF驅動器，產生具有RF頻率的RF訊號；一奈秒脈衝器，產生高壓脈衝，該高壓脈衝具有一脈衝重複頻率，該脈衝重複頻率小於該RF頻率，且該高壓脈衝具有一脈衝寬度與大於2kV 的一峰值電壓，該奈秒脈衝器包括一緩衝電路以及一濾波電路，設置在該RF驅動器與電漿室之間。該緩衝電路可包括：一電阻約為7.5mΩ~1.25Ω的緩衝電阻器；及一電容約為2μF~35μF的緩衝電容器。
在一些實施例中，該濾波電路包括一濾波電感器，該濾波電感器具有約0~2.5μH的電感。
在一些實施例中，該電源具有小於約800nH之一雜散電感。
在一些實施例中，該脈衝寬度的持續時間約為100~250ns。
在一些實施例中，RF訊號的電壓大於100V。
在一些實施例中，該奈秒脈衝器包括電壓大於500V的一DC電源。
在一些實施例中，該兩個連續脈衝之間的電壓變化小於1V/ns。
在一些實施例中，無RF訊號的兩個連續脈衝之間的電壓變化小於1V/ns。
在一些實施例中，該兩個連續脈衝之間的平均電壓變化小於1V/ns。
在一些實施例中，該電源輸出一波形，且該波形在多個高壓脈衝中之每一個之間具有RF訊號。
一些實施例包括：一半導體處理系統包括：一電漿室；以及一本案公開之電源，其與該電漿室耦接以將RF訊號及驅動脈衝引入電漿室。
在一些實施例中，該電漿室具有小於約20nH之一電感。
在一些實施例中，該電漿室包括一夾盤，該夾盤具有小於約10nF的一電容。
一些實施例包括：一種脈衝產生器，包括：一電源，提供大於2kV的電壓；一變壓器，包括具有變壓器芯、圍繞變壓器芯的至少一部分纏繞的初級繞組、具有第一引線和第二引線的初級繞組、以及圍繞變壓器芯的至少一部分纏繞的次級繞組。脈衝產生器還可包括與初級繞組的第一引線電耦接的下垂補償電路；第一開關與下垂補償電路及電源電性連接；第二開關與初級繞組的第二引線及電源電性連接；脈衝輸出端與變壓器的次級繞組電耦接，輸出方波脈衝。例如，第一開關與第二開關可以不同的時間間隔開啟及關閉。
在一些實施例中，脈衝輸出係輸出大於約2kV的電壓及脈衝頻率大於1kHz的脈衝。
在一些實施例中，下垂補償電路包括下垂二極體，該下垂二極體被偏置以允許電流從第一開關流向變壓器。
在一些實施例中，下垂補償電路包括串聯配置的第一電感器及第一電阻器，第一電感器及第一電阻器橫跨下垂二極體的兩端且電耦接該下垂二極體。就該第一個電感器而言，例如，具有小於約50μH的電感。就該第一電阻器而言，例如，具有小於約1Ω的電阻。就該下垂電路而言，例如，還可包括與下垂二極體及初級繞組的第一引線電耦接的第二電感器。例如，第二電感器具有小於約50nH的電感。
脈衝產生器還可包括串聯配置在第二開關及初級繞組的第二引線之間的第三電阻器及第三電感器。例如，第三電感器可具有小於約35nH的電感。例如，第三電阻器可具有小於約1Ω的電阻。
一些實施例包括：一種脈衝產生器，包括：一DC電源，提供大於2kV的電壓、以及變壓器，包括：變壓器芯、纏繞在變壓器芯的至少一部分上 的初級繞組，且該初級繞組具有第一引線和第二引線、以及圍繞變壓器芯的至少一部分纏繞的次級繞組。脈衝產生器可包括以全橋方式配置的多個開關、與下垂補償電路及電源電性連接的多個開關的第一部分、以及與初級繞組及電源的第二引線電性連接的多個開關的第二部分。例如，該多個開關的該第一部分與該多個開關的該第二部分以不同的時間間隔開啟及關閉；脈衝產生器可包括一阻尼電路，電性設置在該多個開關的該第一部分及/或該多個開關的該第二部分與該變壓器之間。該阻尼電路可包括：二極體，從該多個開關的該第一部分向第一引線偏置；第一電阻器，設置在該二極體與該第一引線之間；第一電感器；及第二電阻器，與第一電感器串聯配置，該第二電阻器與該第一電感器橫跨且電耦接該二極體。脈衝產生器亦可包含一脈衝輸出，該脈衝輸出電耦接該變壓器的次級繞組，且輸出具有大於約2kV的電壓和大於1kHz的脈衝頻率的脈衝。
在一些實施例中，第一電感器具有小於約35nH的電感。在一些實施例中，第一電阻器具有小於約1Ω的電阻。在一些實施例中，第二電阻器具有小於約1Ω的電阻。
在一些實施例中，脈衝產生器包括串聯配置在多個開關的第二部分及第二引線之間的第二電感器及第三電阻器。
本案之請求標的及範圍並不受限於提供在摘要及本說明書中的各種實施例。
100:電漿系統
1100:電源系統
1200:電漿系統
1300:電漿系統
1400:電漿系統
101:脈衝產生器級
103:濾波電路
104:DC偏置電路
105:電路
106:電漿室
108:RF產生器
110:能量回收電路
115:能量回收電感器
120:能量回收二極體
121:電路點
122:電路點
123:電路點
124:電路點
125:電路點
130:撬棒二極體
1305:脈衝驅動器
1310:下垂補償電路
1311:電阻器
1312:電感器
1313:二極體
1314:電感器
1315:電阻器
1316:電感器
1345:變壓器
135:二極體
140:電感器
165:下垂補償電路
170:下垂電容器
171:開關
172:電感器
173:二極體
174:電源
175:二極體
180:濾波電感器
181:開關
182:負直流電源
183:限流電阻器
184:限流電感器
185:濾波電容器
190:下垂補償電路
200:電源系統
220:電阻輸出級
305、405、505、605、705、805、905:夾盤波形
310、410、510、610、710、810、910、920:晶片波形
661、662、663、664:橋式開關
11:電容器
12:電容器
13:電容器
18:電容器
20:偏置電容器
40:電感器
56:電阻器
57:電阻器
63:電阻器
71、72、73、74:橋式二極體
C5:緩衝電容器
C7:儲能電容器
C11:電容器
D2:續流二極體
D4:緩衝二極體
I1:電流源
I2:電流源
L1:雜散電感
L3:緩衝電感器
L11:電感器
R1:雜散電阻
R2:電阻器
R3:緩衝電阻器
R10:電阻器
R11:電阻器
S6:開關
Sig6+:控制器
Sig6-:控制器
T1:變壓器
V1:電壓源
V5:電壓源
[圖1]表示一些實施例之驅動負載級的電源系統的電路圖。
[圖2]表示一些實施例之驅動負載級的具有電阻輸出級的電源系統的電路圖。
[圖3]表示一些實施例之由無RF功率的電源系統產生的兩個波形的示例圖。
[圖4]表示一些實施例之由有RF功率的電源系統產生的兩個波形的示例圖。
[圖5]表示一些實施例之由無RF功率的電源系統產生的兩個波形的示例圖。
[圖6]表示一些實施例之由有RF功率的電源系統產生的兩個波形的示例圖。
[圖7]表示一些實施例之由無RF功率的電源系統產生的兩個波形的示例圖。
[圖8]表示一些實施例之由有RF功率的電源系統產生的兩個波形的示例圖。
[圖9]表示一些實施例之由無系統的該奈秒脈衝器產生的有或無下垂補償的並排波形的示例圖。
[圖10A]及[圖10B]表示一些實施例之有或無下垂校正的晶片電勢的直方圖。
[圖11]表示一些實施例之驅動負載電路的有下垂補償電路的電源系統的電路圖。
[圖12]表示一些實施例之驅動負載電路的有下垂補償電路的電源系統的電路圖。
[圖13]表示一些實施例之脈衝產生器與電漿系統的電路圖。
[圖14]表示脈衝產生器與電漿系統的電路圖，包括脈衝產生器與電漿系統及能量回收電路的組合。
一些實施例，包括一電源系統，該電源系統包括一奈秒脈衝器，該奈秒脈衝器會產生因電漿室內的電漿被驅動而得的脈衝(例如，方波脈衝)。該電源系統可包括一緩衝電路，該緩衝電路包括一電路元件，其會將脈衝完成後出現的電漿內的離子電流抵消。
圖1是一些實施例之脈衝產生器及電漿系統100驅動脈衝至電漿室106的電路圖。例如，這些脈衝可包括方波脈衝。脈衝產生器級101可產生多個可被引入電漿室106的脈衝。該RF產生器108可產生RF訊號，例如，正弦訊號。該濾波電路103可確保RF訊號及脈衝不相互干擾。該緩衝電路中的元件之值，例如，緩衝電阻器R3、緩衝電感器L3及/或緩衝電容器C5，可被選擇來降低所引入電漿室106的脈衝的下垂。
例如，該緩衝電阻器R3可具有小於約100mΩ的電阻，例如75、50、25、10、5、1、0.5mΩ等。可替代地或附加地，該緩衝電阻器R3可具有約為7.5mΩ~1.25Ω的電阻。例如，該緩衝電容器可具有小於約50μF的電容，例如，約2μF~35μF。
在一些實施例中，該電漿室106可代表用於半導體處理室的理想化或有效電路，例如，電漿沉積系統、半導體製造系統、電漿濺射系統等。就電容器12而言，例如，可代表用來表示半導體製程晶片可置於何處的靜電夾盤的電容。例如，夾盤可包括介電材料(例如，氧化鋁、或其他陶瓷材料及容納 在介電材料內的導體)。例如，該電容器11可具有小電容(例如，約10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
就該電容器13而言，例如，可代表該電漿到該晶片之間的該鞘電容。就電阻器56而言，例如，可代表該電漿與該晶片之間的該鞘電阻。就電感器40而言，例如，可代表該電漿與該晶片之間的該鞘層電感。就電流源I2而言，例如，可代表通過該鞘的該離子電流。例如，該電容器11或該電容器13可具有小電容(例如，約10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
就電容器18而言，例如，可代表至該電漿室壁的該電漿鞘電容。就電阻器57而言，例如，可代表該電漿與該室壁之間的電阻。就電流源I1而言，例如，可代表該電漿中的該離子電流。就電容器11或電容器18而言，例如，可具有小電容(例如，約10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
在一些實施例中，該電漿電壓可為從接地至電路點123測量而得的電壓；該晶片電壓為從接地至電路點122測量而得的電壓，且可代表該晶片表面處的電壓；該夾盤電壓為從接地至電路點121測量而得的電壓；該電極電壓為從接地至標記為124的電路點(例如，在電極上)的電壓測量值；且該輸入電壓為從接地至電路點125測量而得的電壓。
在一些實施例中，該脈衝產生器及電漿系統100可包括如圖11所示的DC偏置電路104。
在一些實施例中，該偏置電容器20可將DC偏置電壓與其他電路元件隔離(或分離)。例如，該偏置電容器20可允許從電路的一部分到另一部分的電位偏移。在一些實施例中，該電位偏移可確保將晶片保持在夾盤上就位 的靜電力能夠維持在低於電壓閾值。該電阻器R2可將該DC偏置電源與來自脈衝產生器級101的高壓脈衝輸出隔離。
就該偏置電容器20而言，例如，可具有小於約100pF、10pF、1pF、100μF、10μF、1μF等的電容。就電阻器R2而言，例如，可具有高電阻，例如，約1kΩ、10kΩ、100kΩ、1MΩ、10MΩ、100MΩ等的電阻。
電路105可代表從電路到電漿室106的傳輸線。例如，該電阻器63可代表從高壓電源系統的輸出連接到電極的引線或傳輸線的該電阻(例如，電漿室106)。就電容器11而言，例如，可代表引線或傳輸線中的雜散電容。
在一些實施例中，該脈衝產生器級101可產生具有高脈衝電壓(例如，大於1kV、10kV、20kV、50kV、100kV等)的脈衝、高頻(例如，大於1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等)、快速上升時間(例如，上升時間小於約1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等)、快速下降時間(例如，下降時間小於約1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等)及/或短脈衝寬度(例如，脈衝寬度小於約1,000ns、500ns、250ns、100ns、20ns等)。
例如，該脈衝產生器級101可包括發明名稱為「高壓奈秒脈衝器」之美國專利申請號14/542,487中所述的任何裝置的全部或任何部分，該專利申請出於所有目的而併入本說明書；抑或發明名稱為「電流隔離輸出可變脈衝產生器」之美國專利申請號14/635,991中所述的任何設備的全部或任何部分，該專利申請出於所有目的而併入本說明書；抑或發明名稱為「具有可變脈衝寬度和脈衝重複頻率的高壓納秒脈衝產生器」之美國專利申請號14/798,154中所述的任何設備的全部或任何部分，該專利申請出於所有目的而併入本說明書。
在一些實施例中，該脈衝產生器級101可包括一個或多個奈秒脈衝器以任意數量的方式耦接在一起。
在一些實施例中，該脈衝產生器級101可包括提供一致DC電壓的DC電源，該DC電壓由開關S6切換且向該變壓器Tl提供切換的功率。該DC電源可包括電壓源V5及儲能電容器C7。若該變壓器T1的匝數比為1：10，則該變壓器將會在負載上產生10kV的電壓。
在一些實施例中，若負載電容(例如，電容器13及電容器18)與該儲能電容器C7的電容相比較小，則在變壓器輸入處可能(或可能不)發生倍壓。例如，若該儲能電容器C7提供500V，則在該變壓器T1的輸入端可測量到1kV。
就開關S6而言，例如，可包括一個或多個固態開關，例如，IGBT、MOSFET、SiC MOSFET、SiC結晶體管、FET、SiC開關、GaN開關、光電導開關等。該開關S6可基於來自標記為Sig6+與Sig6-的控制器的訊號來切換。
在一些實施例中，該開關S6可快速切換以致於該切換電壓可能不會處於全電壓(例如，該儲能電容器C7及/或該電壓源V1的電壓)。在一些實施例中，與開關S6耦接的柵極電阻器可設置有短導通脈衝。
在一些實施例中，該脈衝產生器級101可包括續流二極體D2。在一些實施例中，該續流二極體D2可與電感負載組合使用，以確保當開關S6因允許電流保持在相同方向上通過電感器而打開時可允許存儲於電感負載中的能量耗散，且能量是耗散在電路的電阻元件中。若不包含續流二極體D2，則例如可能導致開關S6上的反向電壓。
在一些實施例中，該脈衝產生器級101可包括雜散電感L1及/或雜散電阻R1。就該雜散電感L1而言，例如，可小於約10nH、100nH、1,000nH、10,000nH等。就該雜散電阻R1而言，例如，可小於約1Ω、100mΩ、10mΩ等。
在一些實施例中，該能量回收電路110可與變壓器的次級側及/或與儲能電容器C7電耦接。就能量回收電路110而言，例如，可包括橫跨變壓器T1的次級側的撬棒二極體130。就能量回收電路110而言，例如，可包括能量回收二極體120及能量回收電感器115(串聯配置)，該等可允許電流從變壓器T1的次級側流動以使儲能電容器C7充電。該能量回收二極體120及該能量回收電感器115可與該變壓器T1的次級側及該儲能電容器C7電連接。在一些實施例中，該能量回收電路110可包括與變壓器T1的次級電耦接的撬棒二極體130及/或電感器140。該電感器140可代表該雜散電感及/或可包括該變壓器T1的該雜散電感。
在一些實施例中，該能量回收電感器115可包括任何類型的電感器，例如，鐵氧體磁芯電感器或空心電感器。在一些實施例中，該能量回收電感器115可具有任何類型的幾何形狀，例如，螺線管繞組、環形繞組等。在一些實施例中，該能量回收電感器115可具有大於約10μH、50μH、100μH、500μH等的電感。在一些實施例中，該能量回收電感器115可具有約1μH至約100mH的電感。
在一些實施例中，該能量回收電感器115及該能量回收二極體120的順序可以互換。例如，該能量回收二極體120可在能量回收電感器115之後或該能量回收電感器115可在能量回收二極體120之後。
在一些實施例中，當該奈秒脈衝器打開時，電流可是電漿室106充電(例如，使電容器13、電容器12或電容器18充電)。例如，當變壓器T1的 次級側的電壓上升到儲能電容器C7上的充電電壓以上時，一些電流可以流過能量回收電感器115。當該奈秒脈衝器關閉時，電流可從電容器(例如，電容器11)內流過能量回收電感器115以使儲能電容器C7充電，直到能量回收電感器115兩端的電壓為零。該撬棒二極體130可防止電漿室106內的電容器隨著電漿室106或DC偏置電路104中的電感而振鈴。
就該能量回收二極體120而言，例如，可防止電荷從儲能電容器C7流到電漿室106內的電容器。
可選擇能量回收電感器115的值來控制電流下降時間。在一些實施例中，該能量回收電感器115可具有介於1μH~600μH之間的電感值。在一些實施例中，該能量回收電感器115可具有大於50μH的電感值。在一些實施例中，該能量回收電感器115可具有小於約50μH、100μH、150μH、200μH、250μH、300μH、350μH、350μH、400μH、400μH、500μH等的電感。
例如，若儲能電容器C7提供500V，則可在變壓器Tl的輸入處測量到1kV(例如，如上述因電壓加倍)。當開關S6開啟時，變壓器T1處的1kV可被分配至能量回收電路110的元件之間。若適當地選擇該值(例如，緩衝電感器L3的電感小於能量回收電感器115的電感)，則能量回收二極體120及能量回收電感器115兩端的電壓可能大於500V。之後，電流可流過能量回收二極體120及/或使儲能電容器C7充電。電流亦可能流過二極體120和能量回收電感器115。一旦儲能電容器C7被充電，電流可能不再流經二極體120及能量回收電感器115。
在一些實施例中，該能量回收電路110可從電漿室106轉移能量(或轉移電荷)，例如，以快時標(例如，1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的時標)。該能量回收電路的雜散電阻可較低以確保穿過電漿室106的 脈衝具有快速下降時間tf。就該能量回收電路110的雜散電阻而言，例如，可具有小於約1Ω、100mΩ、10mΩ等的電阻。在一些實施例中，來自電漿室106的能量傳輸效率可較高，例如，例如，大於約60%、70%、80%、或90%等。
圖1所示的任何數量的元件並非必要，可視需要使用且亦也不使用，例如，二極體135、或撬棒二極體130或電感器140。
在一些實施例中，二極體可放置在電壓源Vl與一定點之間，該定點為能量回收電路110與電壓源Vl及/或儲能電容器C7連接的點。例如，該二極體可被設置為允許電流從電壓源V1流向儲能電容器C7，但不允許電流從能量回收電路流向儲能電容器C7。
在一些實施例中，可移除能量回收電路110。在一些實施例中，可包括電阻輸出級或偏置補償電路。亦可包括其他各種電路或電路元件。
在一些實施例中，該脈衝產生器及電漿系統100可包括濾波電路103。在該示例中，濾波電路包括濾波電容器185及/或濾波電感器180。就該濾波電容器185而言，例如，濾波可來自脈衝產生器級101的低頻訊號。就該等低頻訊號而言，例如，可具有約100kHz及10MHz的頻率(例如，大部分的頻譜內容)，如約10MHz。就該濾波電容器185而言，例如，可具有約1pF到1nF的值，例如，小於約100pF。
在一些實施例中，就該濾波電感器180而言，例如，可過濾來自RF產生器108的高頻訊號。例如，該等高頻訊號可具有從約1MHz到200MHz的頻率，例如，於約1MHz或10MHz。例如，該濾波電感器180可具有從約10nH到10μH的值，如大於約1μH。在一些實施例中，濾波電感器180可具有橫跨其兩端的低耦合電容。在一些實施例中，該耦合電容可小於1nF。
在一些實施例中，濾波電容器185及濾波電感器180中的任一或兩者可將RF產生器108產生的脈衝與脈衝產生器級101產生的脈衝隔離(或反之亦然)。例如，濾波電容器185可將脈衝產生器級101產生的脈衝與RF產生器108產生的脈衝隔離。濾波電感器180可以將RF產生器108產生的脈衝與脈衝產生器級101產生的脈衝隔離。
圖2是根據一些實施例之具有驅動負載級的電阻輸出級220的電源系統200的電路圖。在該示例中，能量回收電路110從脈衝產生器和電漿系統100中被移除，並由電阻輸出級220代替。
電阻輸出級220可包括本領域已知的任何電阻輸出級。例如，電阻輸出級220可包括發明名稱為「高壓電阻輸出級電路」的美國專利申請號16/178,538中所述的任何電阻輸出級，該專利申請出於所有目的而整體併入本說明書。
例如，電阻輸出級220可包括電感器L11、電阻器R10、電阻器R11、及電容器C11。在一些實施例中，電感器L11可包括約5μH到約25μH的電感。在一些實施例中，電阻器R11可包括約50Ω到約250Ω的電阻。在一些實施例中，電阻器R10可包括電阻輸出級220中的雜散電阻。
在一些實施例中，該電阻器R11可包括串聯及/或並聯設置的多個電阻器。該電容器C11可代表電阻器R11的雜散電容，包括排列串聯及/或並聯電阻器的電容。就該雜散電容C11的電容而言，例如，可小於500pF、250pF、100pF、50pF、10pF、1pF等。例如，雜散電容C11的電容可小於負載電容，例如小於12、13、及/或18的電容。
在一些實施例中，該電阻器R11可使負載(例如，電漿鞘電容)放電。在一些實施例中，該電阻輸出級220可被設置為在每個脈衝週期期間放電超過約1千瓦的平均功率及/或在每個脈衝週期中放出焦耳或更少的能量。在一些實施例中，該電阻輸出級220中的電阻器R11的電阻可小於200Ω。在一些實施例中，該電阻器R11可包括串聯或並聯設置的具有小於約200pF(例如，111)的組合電容的多個電阻器。
在一些實施例中，該電阻輸出級220可包括能夠用於控制負載上的電壓波形的形狀的電路元件的集合。在一些實施例中，該電阻輸出級220可僅包括被動元件(例如，電阻器、電容器、電感器等)。在一些實施例中，電阻輸出級220可包括主動電路元件(例如，開關)以及被動電路元件。在一些實施例中，就該電阻輸出級220而言，例如，可用於控制波形的電壓上升時間及/或波形的電壓下降時間。
在一些實施例中，該電阻輸出級220可對電容負載(例如，晶片及/或電漿)放電。例如，該等電容負載可能具有小電容(例如，約10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
在一些實施例中，電阻輸出級220可用於具有高脈衝電壓(例如，電壓大於1kV、10kV、20kV、50kV、100kV等)及/或高頻(例如，大於1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等)及/或約400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等的頻率之電路。
在一些實施例中，可選擇電阻輸出級220來處理高平均功率、高峰值功率、快速上升時間及/或快速下降時間。例如，平均額定功率可能大於約 0.5kW、1.0kW、10kW、25kW等；及/或峰值額定功率可能大於約1kW、10kW、100kW、1MW等。
在一些實施例中，該電阻輸出級220可包括被動元件的串聯或並聯網路。例如，該電阻輸出級220可包括一系列電阻器、電容器和電感器。作為另一個示例，電阻輸出級220可包括與電感器並聯的電容器及與電阻器串聯的電容器-電感器組合。例如，可選擇足夠大的L11，使得當整流器有電壓輸出時，不會有過大能量輸入該電阻輸出級220。可選擇R10及R11的值，以便L/R時間可比RF頻率更快地消耗負載中適當的電容器。
在一些實施例中，脈衝產生器及電漿系統100或電源系統200的脈衝產生器級101可包括緩衝電路。在一些實施例中，緩衝電路可包括緩衝電容器C5。在一些實施例中，緩衝電路可包括緩衝電容器C5及緩衝電阻器R3。在一些實施例中，緩衝電路可包括緩衝電容器C5、緩衝電感器L3、及緩衝電阻器R3。
在一些實施例中，緩衝電路可包括緩衝電阻器R3及/或緩衝電感器L3可與緩衝二極體D4設置在並聯電路中。緩衝電感器L3及緩衝電阻器R3以及緩衝二極體D4的設置可為與緩衝電容器C5串聯配置。在一些實施例中，緩衝電阻器R3及/或緩衝二極體D4可放置在開關S6的集電極及變壓器T1的初級繞組之間。緩衝二極體D4可用於緩衝開關中的任何過壓。較大及/或較快速的緩衝電容器C5可耦接在開關S6的發射極側或集電極側。續流二極體D2亦可與開關S1的發射極側耦接。可包括圖式中未表示的各種其他元件。一個或多個開關及/或電路可並聯或串聯配置。
在一些實施例中，為了對抗電漿室內的離子電流，可在脈衝結束之後使正電流流出脈衝產生器級101。例如，此可通過調整緩衝電感器L3的電感 (例如可以被移除)、緩衝電阻器R3的電阻及/或緩衝電容器C5的電容值來實現，使得緩衝電容器C5可在一個脈衝期間放電及/或在下一個脈衝之前不會充電完全。例如，此可允許衰減電流以與脈衝期間電流流動的方向相同的方向流出儲能電容器C7及/或電壓源V1。此可在晶片上產生不包括下垂的波形形狀。
下垂可表現為由脈衝產生器級101產生的脈衝之間的電壓上升。降壓可由上升0.2V/ns的電壓組成(例如，對於具有約5nF電容及1Amp之夾盤)或1V/ns(例如，對於具有約5nF電容及5Amp離子電流之夾盤)。
RF產生器108可與電漿室106電耦接。RF產生器108可將如高頻RF訊號引入電漿室，此可使電漿室內的成分產生電漿。
該RF產生器108可包括產生施加到陰極的RF功率的任何類型的裝置。就該RF產生器108而言，例如，可包括：奈秒脈衝器、由半橋或全橋電路驅動的諧振系統、RF放大器、非線性傳輸線、RF電漿產生器等。在一些實施例中，RF產生器108可包括阻抗匹配網路。
在一些實施例中，該RF產生器108可包括一個或多個RF驅動器，其可產生具有多個不同RF頻率的RF功率訊號，例如，2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz、及800MHz。就典型的RF頻率而言，例如，可包括200kHz與800MHz之間的頻率。在一些實施例中，該RF產生器108可在電漿室內產生並維持電漿。就RF產生器108而言，例如，向陰極(及/或天線)提供RF訊號以激發電漿室內的各種氣體及/或離子以產生電漿。
在一些實施例中，該RF產生器108可與阻抗匹配電路耦接或可包括阻抗匹配電路，該阻抗匹配電路可將RF產生器108的非標準輸出阻抗與50Ωs或任何電纜的同軸電纜的工業標準特性阻抗進行匹配。
在一些實施例中，該RF產生器108可產生具有RF頻率的脈衝，且該脈衝大於脈衝產生器級101產生的脈衝重複頻率的脈衝。
在一些實施例中，該脈衝產生器及電漿系統100可包括濾波電容器185及/或濾波電感器180。就該濾波電容器185而言，例如，可過濾來自脈衝產生器級101的低頻訊號。就該等低頻訊號而言，例如，可具有約100kHz及10MHz的頻率(例如，大部分頻譜內容)，如約10MHz。就濾波電容器185而言，例如，可具有約1pF到1nF的值，如小於約100pF。
在一些實施例中，就濾波電感器180而言，例如，可過濾來自RF產生器108的高頻訊號。例如，該等高頻訊號可以具有從約1MHz到200MHz的頻率，如於約1MHz或10MHz。就濾波電感器180而言，例如，可具有從約10nH到10μH的值，如大於約1μH。在一些實施例中，該濾波電感器180可具有橫跨其兩端的低耦合電容。在一些實施例中，該耦合電容可小於1nF。
在一些實施例中，濾波電容器185及濾波電感器180中的任一或兩者可將RF產生器108產生的脈衝與脈衝產生器級101產生的脈衝隔離(或反之亦然)。例如，濾波電容器185可將脈衝產生器級101產生的脈衝與RF產生器108產生的脈衝隔離。濾波電感器180可以將RF產生器108產生的脈衝與脈衝產生器級101產生的脈衝隔離。
圖3是根據一些實施例之由無RF功率(例如，無來自RF產生器108的RF訊號)的電源系統產生的兩個波形的示例圖。在該示例中，該夾盤波形305為夾盤電壓(例如，電路點121)且晶片波形310為晶片上測量的電壓(例如，電路點122)。在此示例中，該緩衝電阻器R3的電阻值為75mΩ，緩衝電容器C5的電容為12μF、脈衝寬度為100ns、且濾波電感器180的電感可例如約100nH。電 壓源V1提供的DC電壓為500V。如圖所示，該晶片波形310在脈衝之間基本為平坦的。例如，在脈衝之間，該晶片波形310具有小於1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。
圖4是根據一些實施例之由具有RF(例如，具有來自RF產生器108的RF訊號)功率的功率系統產生的兩個波形的示例圖。在此示例中，夾盤波形405為夾盤電壓(例如，電路點121)且晶片波形410為晶片上測量的電壓(例如，電路點122)。在此示例中，緩衝電阻器R3的電阻值為75mΩ、緩衝電容器C5的電容為12μF、脈衝寬度為100ns、且濾波電感器180的電感為100nH。電壓源V1提供的DC電壓為500V。如圖所示，晶片波形410在脈衝之間基本為平坦的。例如，晶片波形410可通過在連續脈衝之間小於1V/ns的較少連續脈衝變化而變化。
圖5是根據一些實施例之由無RF功率(例如，無來自RF產生器108的RF訊號)的電源系統產生的兩個波形的示例圖。在該示例中，夾盤波形505為夾盤電壓(例如，電路點121)且晶片波形510為晶片上測量的電壓(例如，電路點122)。在該示例中，緩衝電阻器R3的電阻值為10mΩ、緩衝電容器C5的電容為35μF、脈衝寬度為150ns、濾波電感器180的電感為0nH。電壓源V1提供的DC電壓為750V。如圖所示，該晶片波形510在脈衝之間基本為平坦的。例如，在脈衝之間，該晶片波形510具有小於1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。
圖6是根據一些實施例的由具有RF(例如，具有來自RF產生器108的RF訊號)功率的功率系統產生的兩個波形的示例圖。在該示例中，夾盤波形605為夾盤電壓(例如，電路點121)且晶片波形610為晶片上測量的電壓(例如，電路點122)。在該示例中，緩衝電阻器R3的電阻值為10mΩ、緩衝電容器C5的 電容為35μF、脈衝寬度為150ns、且濾波電感器180的電感為0nH。電壓源V1提供的DC電壓為750V。如圖所示，該晶片波形610在脈衝之間基本為平坦的。例如，在脈衝之間，該晶片波形610具有小於1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。
圖7是根據一些實施例之由無RF功率(例如，無來自RF產生器108的RF訊號)的電源系統產生的兩個波形的示例圖。在該示例中，夾盤波形705為夾盤電壓(例如，電路點121)且晶片波形710為晶片上測量的電壓(例如，電路點122)。在該示例中，緩衝電阻器R3的電阻值為10mΩ、緩衝電容器C5的電容為35μF、脈衝寬度為250ns、且濾波電感器180的電感為0nH。電壓源V1提供的DC電壓為700V。如圖所示，該晶片波形710在脈衝之間基本為平坦的。例如，在脈衝之間，該晶片波形710具有小於1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。
圖8是根據一些實施例之由具有RF(例如，具有來自RF產生器108的RF訊號)功率的功率系統產生的兩個波形的示例圖。在該示例中，夾盤波形805為夾盤電壓(例如，電路點121)且晶片波形810為晶片上測量的電壓(例如，電路點122)。在該示例中，緩衝電阻器R3的電阻值為10mΩ、緩衝電容器C5的電容為35μF、脈衝寬度為250ns、且濾波電感器180的電感為0nH。電壓源V1提供的DC電壓為800V。如圖所示，該晶片波形810在脈衝之間基本為平坦的。例如，在脈衝之間，該晶片波形810具有小於1V/ns、0.5V/ns、0.2V/ns、0.1V/ns等的斜率。
圖9是根據一些實施例之由無系統的奈秒脈衝器產生的有或無下垂補償的並排波形的示例圖。在該示例中，夾盤波形905為無下垂補償的夾盤電 壓，而夾盤波形915為有下垂補償的夾盤電壓。在該示例中，晶片波形910為無下垂補償的晶片電壓，而晶片波形920為有下垂補償的晶片電壓。在該示例中，無下垂補償之緩衝電阻器R3的電阻值為1.25Ω、緩衝電容器C5的電容為2μF，有下垂補償之緩衝電阻器R3會降低至75Ω，緩衝電容器C5的電容為12μF。
圖10A是根據一些實施例之無下垂校正的晶片電勢的直方圖。圖10B是根據一些實施例之有下垂校正的晶片電勢的直方圖。
圖11是根據一些實施例之具有驅動電漿室106的下垂補償電路165的電源系統1100的電路圖。在一些實施例中，下垂補償電路165可包括撬棒二極體130及下垂電容器170。下垂電容器170可具有約1nF到約100nF的電容器。在該示例中，隨著下垂電容器170的添加，流過撬棒二極體130和能量回收電路110的電流可引起下垂電容器170兩端的電壓變化，此可以抵消任意的下垂。下垂電容器170可限制電流的流動直到下垂電容器170被充電以抵消下垂。開關171可用於在脈衝期間將電荷從下垂電容器170放出至地。開關171可由與開關S6相同的開關頻率及/或週期進行開關，如使用相同的訊號。例如，當開關171關閉時，脈衝產生器級101產生脈衝，並且消耗下垂電容器170而使開關171關閉。
在一些實施例中，視需要，電源174可允許DC偏移或偏置。在一些實施例中，當電荷從下垂電容器170流出時，電源174亦可被充電。
在一些實施例中，電感器172可為限流電感器。例如，電感器172可具有約10nH到約500nH的電感。二極體173及/或二極體175可為撬棒二極體。例如，二極體175可在開關171開啟時允許電流流動並且可允許電壓尖峰流至接地。
在一些實施例中，該電感器172、該二極體173及/或該二極體175可用電阻器代替。
開關171可包括能夠以高頻切換高電壓的任何類型的開關。在一些實施例中，開關171包括發明名稱為「用於奈米脈衝的高壓開關」的美國專利申請號62/717,637及/或發明名稱為「用於奈米脈衝的高壓開關」的美國專利申請號16/178,565中描述的高壓開關，該等專利申請出於所有目的而整體併入本公開。
在一些實施例中，能量回收電路110可被移除或替換為初級吸收電路及/或電阻輸出級。在一些實施例中，能量回收電路110可在能量回收電感器115之後接地。
該示例中，DC偏置電路104不包括任何偏置補償。DC偏置電路104包括電壓源V5時，可例如正或負偏置輸出電壓。在一些實施例中，可調整電壓源V5以改變晶片電壓和夾盤電壓之間的電勢。在一些實施例中，電壓源V5可具有約±5kV、±4kV、±3kV、±2kV、±1kV等kV電壓。DC偏置電路104可包括或不包括在電源系統1100中。
電源系統1100可包括RF產生器108及濾波電感器180。就濾波電感器180而言，例如，可過濾來自RF產生器108的高頻訊號。就該等高頻訊號而言，例如，可具有約1MHz至200MHz的頻率，如大於約1MHz或10MHz。就該濾波電感器180而言，例如，可具有約10nH到10μH的值，如大於約1μH。在一些實施例中，該濾波電感器180可具有橫跨其兩端的低耦合電容。在一些實施例中，耦合電容可小於1nF。
圖12是根據一些實施例之具有驅動電漿室106的下垂補償電路190的脈衝產生器及電漿系統1200的電路圖。下垂補償電路190可包括負直流電源182、開關181、及限流電阻器183或限流電感器184。就限流電阻器183而言，例如，可具有大約0.1Ω的電阻至約50Ω或約10mΩ至約500Ω。就限流電感器184而言，例如，可具有約1nH至約100nH的電感。當開關181關閉時，負直流電源182可下拉電壓以移除並限制下垂。
該開關181可包括能夠以高頻切換高電壓的任何類型的開關。在一些實施例中，開關181包括發明名稱為「用於奈米脈衝的高壓開關」的美國專利申請號62/717,637及/或發明名稱為「用於奈米脈衝的高壓開關」的美國專利申請號16/178,565中描述的高壓開關，該等專利申請出於所有目的而整體併入本公開。
在一些實施例中，該脈衝產生器及電漿系統1200可包括能量回收電路(例如，能量回收電路110)而不是電阻輸出級220。
脈衝產生器及電漿系統1200可包括RF產生器108及濾波電感器180。就該濾波電感器180而言，例如，可過濾來自RF產生器108的高頻訊號。就該等高頻訊號而言，例如，可具有從約1MHz至200MHz的頻率，如大於約1MHz或10MHz。就該濾波電感器180而言，例如，可具有從約10nH到10μH的值，如大於約1μH。在一些實施例中，濾波電感器180可具有橫跨其兩端的低耦合電容。在一些實施例中，耦合電容可小於1nF。
圖13是根據一些實施例之脈衝產生器及電漿系統1300的電路圖。就該脈衝產生器及電漿系統1300而言，例如，可包括脈衝驅動器1305，圖 中表示全橋配置，但也可為半橋配置；下垂補償電路1310、變壓器1345；或電壓源V1。就下垂補償電路1310而言，例如，可減輕或降低電壓的下降。
在該示例中，脈衝產生器及電漿系統1300可包括脈衝驅動器1305。就該脈衝驅動器1305而言，例如，可為半橋驅動器或全橋驅動器。脈衝驅動器1305可包括電壓源V1，其可為DC電壓源(例如，電容源、AC-DC轉換器等)。在一些實施例中，脈衝驅動器1305可包括四個橋式開關661、662、664、664。在一些實施例中，脈衝驅動器1305可包括串聯或並聯的多個開關661、662、664、及664。就該等開關661、662、664、及664而言，例如，可包括任何類型的固態開關，例如，IGBTs、MOSFETs、SiC MOSFETs、SiC結晶體管、FETs、SiC開關、GaN開關、光導開關等。該等開關661、662、664、及664可高頻切換及/或可產生高電壓脈衝。例如，該等頻率可包括約400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等的頻率。
開關661、662、664、及664中的各開關可分別與相應的橋式二極體71、72、73、及74並聯耦接且可包括雜散電感。在一些實施例中，橋式開關的雜散電感可相等。在一些實施例中，橋式開關的雜散電感可小於約50nH、100nH、150nH、500nH、1,000nH等。開關(661、662、664、或664)與一個相應的橋式二極體71、72、73、及74的組合可與相應的橋式電感器串聯耦接。例如，與開關663及664相聯的橋式電感器可接地。例如，與開關661相聯的橋式電感器可與橋式開關664以及下垂補償電路1310的電阻器1315及/或電感器1316電性連接。此外，就與開關662相聯的橋式電感器而言，例如，可與橋式開關663及下垂補償電路1310的二極體1313電性連接。
若脈衝驅動器1305中的開關以諧振頻率fresonant進行切換，則變壓器1345處的輸出電壓將會被放大。在一些實施例中，諧振頻率可約400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等。
在一些實施例中，該變壓器1345(或變壓器Tl)可包括發明名稱為「高壓變壓器」的美國專利申請號15/365,094中所述的變壓器，該專利申請出於所有目的而併入本說明書。
例如，可通過改變可開啟及關閉橋式開關661之訊號Sig1的負載循環來調整開關的負載循環；可通過改變可開啟及關閉橋式開關662之訊號Sig2的負載循環來調整開關的負載循環；可通過改變可開啟及關閉橋式開關663之訊號Sig3的負載循環來調整開關的負載循環；且可通過改變可開啟及關閉橋式開關664之訊號Sig4的負載循環來調整開關的負載循環。
在一些實施例中，脈衝驅動器1305中的各橋式開關661、662、664、或664可獨立地開啟或關閉或結合一或多個其他開關來開啟或關閉。例如，訊號Sig1可能係與訊號Sig3相同的訊號。作為另一示例，訊號Sig2可能係與訊號Sig4相同的訊號。作為另一示例，各訊號可為獨立的，並且可獨立地或分別地控制每個橋式開關661、662、664、或664。
在一些實施例中，下垂補償電路1310的輸出可與能夠包括阻隔二極體的半波整流器耦接，該阻隔二極體可以位於變壓器1345的次級側或變壓器1345的初級側。
在一些實施例中，下垂補償電路1310的輸出可與電阻輸出級，例如，與圖12所示的電阻輸出級220耦接。電阻輸出級可包括本發明所屬技術領域中已知的任何電阻輸出級。例如，電阻輸出級可包括發明名稱為「高壓電阻輸 出級電路」之美國專利申請號16/178,538中所述的任何電阻輸出級，該專利申請出於所有目的而整體併入本說明書。
脈衝產生器及電漿系統1300不包括傳統匹配網路，例如，50Ω匹配網路或外部匹配網路或獨立匹配網路。實際上，本說明書中所述的實施例不需要50Ω匹配網路來調整施加到晶片室的開關功率。此外，本說明書中所述的實施例提供了一種沒有傳統匹配網路的可變輸出阻抗RF產生器。此可允許電漿室汲取的功率的快速變化。通常，匹配網路的此種調整至少需要花費100μs~200μs。在一些實施例中，功率變化可在一個或兩個RF週期內發生，例如，在400kHz為2.5μs~5.0μs。
在一些實施例中，脈衝驅動器1305可包括以如圖所示的全橋式拓撲或具有兩個開關的半橋式拓撲設置的開關。開關661、662、663、664可切換存儲在儲能電容器C7內的DC電荷。電壓源V1可為直流電壓源(例如，電容源、AC-DC轉換器等)，可使儲能電容器C7充電。例如，脈衝驅動器1305可或可不以基本上等於或不等於下垂補償電路1310的諧振頻率的脈衝頻率來驅動下垂補償電路1310。
在一些實施例中，脈衝驅動器1305可用具有兩個開關的半橋拓撲代替。
下垂補償電路1310可包括二極體1313、電感器1312、電感器1314、電感器1316、電阻器1315、及/或電阻器1311。二極體1313可在脈衝驅動器1305及變壓器1345之間被正向偏置。就而言，該電阻器1315可能非常小。就該電阻器1315而言，例如，可具有小於約1Ω的電阻，如約50、25、10、5等mΩ。作為另一個示例，電阻器1315可低至0Ω。例如，電阻器1311可能非常小。例如， 電阻器1311可具有小於約5Ω的電阻，如約10、5、2、1、0.75、0.5、0.25Ω等。就電感器1316及/或電感器1314而言，例如，可具有小於約100nH的電感，如約75、50、25、10、5nH等。
例如，電感器1312可具有小於約50μH的電感，如25、10、5、2.5、1μH等。
脈衝產生器及電漿系統1300可包括RF產生器108及濾波電感器180。就濾波電感器180而言，例如，可過濾來自RF產生器108的高頻訊號。例如，該等高頻訊號可具有從約1MHz至200MHz的訊號，如大於約1MHz或10MHz。就濾波電感器180而言，例如，可具有從約10nH到10μH的值，如大於約1μH。在一些實施例中，濾波電感器180可具有橫跨其兩端的低耦合電容。在一些實施例中，耦合電容可小於1nF。
圖14是脈衝產生器及電漿系統1400的電路圖，其包括脈衝產生器與電漿系統1300及能量回收電路110的組合。作為另一示例，代替能量回收電路110與脈衝產生器和電漿系統1300的組合，下垂補償電路190可與脈衝產生器及電漿系統1300組合。
除非另有說明，否則術語「基本上」意指在所提及之值的5%或10%內或在製造公差內。除非另有說明，否則術語「約」意指在參考值的5%或10%內或在製造公差內。
連接詞「或」具包含性。
術語「第一」、「第二」、「第三」等係用於區分各個元件且不用於表示該等元件的特定順序，除非另有說明或明確描述或特別要求順序。
本說明書闡述許多具體細節使本案申請標的能夠被清楚理解。然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解，本案申請標的即使無此等具體細節仍可據以實現。在其他情況下，未詳細說明通常知識者已知的方法、裝置或系統，以免混淆本案申請標的。
本說明書中方法的實施例可操作如此之計算設備來執行。上述示例中呈現的區塊順序可進行變化一例如，區塊可重新排序、組合及/或分解為子區塊。某些區塊或程序可並行執行。
使用「適合」或「設置為」係意旨開放式和包括性的用語，適合或設置為不排除為進一步附加的特徵或步驟。此外，使用「基於」係意旨開放式和包括性的用語，因「基於」一個或多個所列舉的條件或值而進行的過程、步驟、計算或其他動作，實際上，基於所列舉的條件或值之外的附加條件或值。標題、列表及編號僅用來便於進行說明，並非用來加以限制。
上述藉由特定之實施例而詳細說明本案，惟本發明所屬領域中具有通常知識者在獲得對前述內容的理解後，可輕易地對於本案進行更改、變化及等效置換。因此，應當理解地，本說明書之內容僅用於示例而非出於限制之目的而呈現，且不排除包括對通常知識者而言可顯而易見之對本案進行的任何修改、變更及/或添加。
100:電漿系統
101:脈衝產生器級
103:濾波電路
104:DC偏置電路
105:電路
106:電漿室
108:RF產生器
110:能量回收電路
115:能量回收電感器
120:能量回收二極體
121:電路點
122:電路點
123:電路點
124:電路點
125:電路點
130:撬棒二極體
135:二極體
140:電感器
180:濾波電感器
185:濾波電容器
11:電容器
12:電容器
13:電容器
18:電容器
20:偏置電容器
40:電感器
56:電阻器
57:電阻器
63:電阻器
C5:緩衝電容器
C7:儲能電容器
D2:續流二極體
D4:緩衝二極體
I1:電流源
I2:電流源
L1:雜散電感
L3:緩衝電感器
R1:雜散電阻
R2:電阻器
R3:緩衝電阻器
S6:開關
Sig6+:控制器
Sig6-:控制器
T1:變壓器
V1:電壓源
V5:電壓源

Claims (27)

  1. 一種電源，包括：一RF驅動器，產生具有一RF頻率的一RF訊號；一奈秒脈衝器，產生多個高壓脈衝，該多個高壓脈衝具有小於該RF頻率的一脈衝重複頻率，且該多個高壓脈衝具有一脈衝寬度與大於2kV的一峰值電壓，該奈秒脈衝器包括一緩衝電路，該緩衝電路包括：一緩衝電阻器，具有約7.5mΩ~1.25Ω的電阻值；以及一緩衝電容器，具有約2μF~35μF的電容值；以及一濾波電路，設置在該RF驅動器與一電漿室之間。
  2. 如請求項1所述之電源，其中，該奈秒脈衝器產生多個方波。
  3. 如請求項1所述之電源，其中，該濾波電路具有一濾波電感器，該濾波電感器具有約0~2.5μH之電感值。
  4. 如請求項1所述之電源，其中，該電源具有小於約800nH之一雜散電感值。
  5. 如請求項1所述之電源，其中，該脈衝寬度具有約100~250ns之一持續時間。
  6. 如請求項1所述之電源，其中，無RF訊號的兩個連續脈衝之間的電壓變化小於1V/ns。
  7. 如請求項1所述之電源，其中，兩個連續脈衝之間的一平均電壓變化小於1V/ns。
  8. 如請求項1所述之電源，其中，該電源輸出一波形，且該波形在該多個高壓脈衝中的每一個之間具有一RF訊號。
  9. 一種半導體處理系統，包括：一電漿室；以及一如請求項1所述之電源，該電源與該電漿室耦接以將該RF訊號及該高壓脈衝引入該電漿室。
  10. 如請求項9所述之半導體處理系統，其中，該電漿室具有小於約20nH之一電感。
  11. 如請求項9所述之半導體處理系統，其中，該電漿室包括一夾盤，該夾盤具有小於約10nF的一電容。
  12. 一種脈衝產生器，包括：一電源，提供2kV以上的電壓；一變壓器，包括：一變壓器芯；一初級繞組，纏繞在該變壓器芯的至少一部分，該初級繞組具有一第一引線及一第二引線；及一次級繞組，纏繞在該變壓器芯的至少一部分；一下垂補償電路，電耦接於該初級繞組的該第一引線；一第一開關，電連接於該下垂補償電路及該電源；一第二開關，電連接於該初級繞組的該第二引線及該電源，其中，該第一開關與該第二開關以不同的時間間隔開啟及關閉；以及一脈衝輸出，電耦接於輸出方波脈衝的該變壓器的該次級繞組。
  13. 如請求項12所述之脈衝產生器，其中，該脈衝輸出係輸出具有大於約2kV的電壓及大於1kHz的脈衝頻率的脈衝。
  14. 如請求項12所述之脈衝產生器，其中，該下垂補償電路包括一下垂二極體，該下垂二極體被偏置以允許電流從該第一開關流向該變壓器。
  15. 如請求項14所述之脈衝產生器，其中，該下垂補償電路包括一第一電感器及一第一電阻器，該第一電感器及該第一電阻器串聯配置，且該第一電感器與該第一電阻器橫跨且電耦接該下垂二極體。
  16. 如請求項15所述之脈衝產生器，其中，該第一電感器具有小於約50μH之電感值。
  17. 如請求項15所述之脈衝產生器，其中，該第一電阻器具有小於約1Ω之電阻值。
  18. 如請求項15所述之脈衝產生器，其中，該下垂補償電路更包括一第二電感器，其電耦接該下垂二極體及該初級繞組的該第一引線。
  19. 如請求項18所述之脈衝產生器，其中，該第二電感器具有小於約50nH之電感值。
  20. 如請求項18所述之脈衝產生器，更包括一第三電阻器及一第三電感器，該第三電阻器及該第三電感器係串聯配置在該第二開關與該初級繞組的該第二引線之間。
  21. 如請求項20所述之脈衝產生器，其中，該第三電感器具有小於約35nH之電感值。
  22. 如請求項20所述之脈衝產生器，其中，該第三電阻器具有小於約1Ω之電阻值。
  23. 一種脈衝產生器，包括：一DC電源，提供大於2kV的電壓； 一變壓器，包括：一變壓器芯；一初級繞組，纏繞在該變壓器芯的至少一部分，該初級繞組具有一第一引線及一第二引線；及一次級繞組，纏繞在該變壓器芯的至少一部分；多個開關，以全橋方式配置，該多個開關的一第一部分電性連接一下垂補償電路及該DC電源；該多個開關的一第二部分電性連接該初級繞組的該第二引線及該DC電源，其中，該多個開關的該第一部分與該多個開關的該第二部分以不同的時間間隔開啟及關閉；一阻尼電路，電性配置在該多個開關的該第一部分及/或該多個開關的該第二部分與該變壓器之間，該阻尼電路包括：一二極體，從該多個開關的該第一部分向該第一引線偏置；一第一電阻器，配置在該二極體與該第一引線之間；一第一電感器；及一第二電阻器，與該第一電感器串聯配置，該第二電阻器與該第一電感器橫跨且電耦接該二極體；以及一脈衝輸出，電耦接該變壓器的該次級繞組，且輸出具有大於約2kV之電壓及大於1kHz之脈衝頻率之脈衝。
  24. 如請求項23所述之脈衝產生器，其中，該第一電感器具有小於約35nH之電感值。
  25. 如請求項23所述之脈衝產生器，其中，該第一電阻器具有小於約1Ω的電阻。
  26. 如請求項23所述之脈衝產生器，其中，該第二電阻器具有小於約1Ω的電阻。
  27. 如請求項23所述之脈衝產生器，還包括：一第二電感器及一第三電阻器，該第二電感器及該第三電阻器係串聯配置在該多個開關的該第二部分與該第二引線之間。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL271448A (en) * 2019-12-15 2021-06-30 Visic Tech Ltd Overvoltage protection circuit
JP7301794B2 (ja) * 2020-06-29 2023-07-03 シャープ株式会社 電力回生スナバ回路および電源装置
US11967484B2 (en) 2020-07-09 2024-04-23 Eagle Harbor Technologies, Inc. Ion current droop compensation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201801224A (zh) * 2016-06-13 2018-01-01 應用材料股份有限公司 用於在電漿處理期間控制在基板的電壓波形的系統與方法
WO2020023964A1 (en) * 2018-07-27 2020-01-30 Eagle Harbor Technologies, Inc. Spatially variable wafer bias power system
US20200144030A1 (en) * 2018-07-27 2020-05-07 Eagle Harbor Technologies, Inc. Efficient energy recovery in a nanosecond pulser circuit

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6885535B2 (en) * 2000-01-19 2005-04-26 Club Car, Inc. Non-linear snubber circuit
JP2006042410A (ja) 2004-07-22 2006-02-09 Toshiba Corp スナバ装置
DE102010026518A1 (de) * 2010-07-08 2012-01-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Leuchtdiodenchip und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips
US8963377B2 (en) 2012-01-09 2015-02-24 Eagle Harbor Technologies Inc. Efficient IGBT switching
US9706630B2 (en) 2014-02-28 2017-07-11 Eagle Harbor Technologies, Inc. Galvanically isolated output variable pulse generator disclosure
CN109873621B (zh) 2013-11-14 2023-06-16 鹰港科技有限公司 高压纳秒脉冲发生器
US10020800B2 (en) * 2013-11-14 2018-07-10 Eagle Harbor Technologies, Inc. High voltage nanosecond pulser with variable pulse width and pulse repetition frequency
US11017983B2 (en) * 2015-02-18 2021-05-25 Reno Technologies, Inc. RF power amplifier
CN115410804A (zh) 2015-11-30 2022-11-29 鹰港科技有限公司 高压变压器
CN110771041B (zh) 2017-03-31 2023-10-03 鹰港科技有限公司 高压电阻性输出级电路
US10555412B2 (en) * 2018-05-10 2020-02-04 Applied Materials, Inc. Method of controlling ion energy distribution using a pulse generator with a current-return output stage
US10607814B2 (en) 2018-08-10 2020-03-31 Eagle Harbor Technologies, Inc. High voltage switch with isolated power
JP7451540B2 (ja) * 2019-01-22 2024-03-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド パルス状電圧波形を制御するためのフィードバックループ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201801224A (zh) * 2016-06-13 2018-01-01 應用材料股份有限公司 用於在電漿處理期間控制在基板的電壓波形的系統與方法
WO2020023964A1 (en) * 2018-07-27 2020-01-30 Eagle Harbor Technologies, Inc. Spatially variable wafer bias power system
US20200144030A1 (en) * 2018-07-27 2020-05-07 Eagle Harbor Technologies, Inc. Efficient energy recovery in a nanosecond pulser circuit
TW202020926A (zh) * 2018-07-27 2020-06-01 美商鷹港科技股份有限公司 高壓電力系統及其方法

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