專利名稱：用于管理供應(yīng)到等離子體腔室的電力的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明一般地涉及等離子體工藝處理應(yīng)用的電源，并且更具 體地涉及限制其上的電弧(arcing)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
0002在等離子體工藝處理應(yīng)用中，當在陰極上積聚電荷的一點和 陽極上的一點之間發(fā)生放電時，公知的是將產(chǎn)生電弧。如果不盡快熄滅， 則電弧可能對被處理的薄膜的工藝處理和質(zhì)量非常有害。
0003從前用于等離子體工藝處理中的電弧控制的方法著重于減少 由電源供應(yīng)到電弧中的能量。在一些電源中，在檢測到電弧后通過電源的 斷開而熄滅。在這些過去的方法的變型中，并聯(lián)開關(guān)被置于電源兩端并且 用于使電感器電流在電源內(nèi)部循環(huán)，并且當電弧熄滅時，并聯(lián)開關(guān)斷幵。 這些類型的系統(tǒng)在一定程度上是有效的，但不能提供在目前的工藝處理環(huán) 境中經(jīng)常需要的有利的電弧減緩(arc mitigation)。
0004在一些系統(tǒng)中，采用了第二電源，從而在電弧事件期間，從 等離子體腔室中去除來自第一電源的電力、并且將來自第二電源的電力按 照與第一電源相反的極性提供到等離子體腔室(plasma chamber)。雖然這些
系統(tǒng)能夠使電弧相對快速地熄滅，但第二電源因?qū)嵸|(zhì)上增大了故障風(fēng)險而 顯著地增大了系統(tǒng)的成本。
0005另一種在等離子體工藝處理應(yīng)用中被證實有效的(例如使用相 對低電力和低電流)的方法包括使抽頭電感器與電源的輸出和并聯(lián)開關(guān)串 聯(lián)。抽頭電感器作為自耦變壓器并提供反向電壓，該反向電壓是抽頭電感 器的匝數(shù)比的函數(shù)。抽頭電感器可以處理更大的電流并且提供期望的低漏 電感，但抽頭電感器相對昂貴。并且以充分低的電感實現(xiàn)電纜是同樣昂貴 的，特別是在大電流時。
0006隨著工藝處理電流的增大，處理電弧能量中的最大問題之一是存儲在輸出電纜中的能量，該能量與由電纜運載的電流的平方成比例。 問題是，這種被存儲的能量不由電源控制并且對于從所存儲的能量中生成 的電流的唯一可用路徑是進入電弧。因此，來自所存儲的能量的電流可能 實際上延長了電弧的壽命并且增添了由電弧引起的損壞(例如對工件和/或 腔室)。并且當平衡諸如長度、絕緣、電線尺寸和成本之類的這種約束時， 構(gòu)建這種(例如通過最小化電纜的電感)最小化被存儲的能量的電纜設(shè)計會 迅速地變得昂貴和不切實際。
0007雖然目前的設(shè)備對許多應(yīng)用是實用的，但其對許多實現(xiàn)方式 是不足的或不令人滿意的。因此，需要一種系統(tǒng)和方法來解決目前技術(shù)的 缺點并提供其他的新穎性和創(chuàng)造性的特征。

發(fā)明內(nèi)容
0008以下概述附圖中顯示的本發(fā)明的示例性實施例。這些和其他 實施例將在具體實施方式
部分中進行更全面的說明。然而，應(yīng)該理解不旨 在將本發(fā)明限制在本發(fā)明的這個發(fā)明內(nèi)容部分或具體實施方式
部分中說明 的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到存在落入權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精
神和范圍內(nèi)的多種修改、等價物和可替換的構(gòu)造。
0009本發(fā)明可以提供一種用于管理傳送到工藝處理腔室(processing
chamber)的電力的系統(tǒng)和方法。在一個示例性實施例中，通過電纜將電力傳 送到工藝處理腔室，所述電纜存儲能量并且包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，第 一導(dǎo)體具有相對于第二導(dǎo)體的第一電壓極性。在本實施例中，第一導(dǎo)體相 對于第二導(dǎo)體的電壓極性被反向，并且在第一電纜的極性被反向的同時，
電纜中存儲的能量的至少一部分被提供到等離子體腔室。
0010如前所述，上述實施例和實現(xiàn)方式僅用于說明目的。通過以 下說明和權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到本發(fā)明的多種其他實施 例、實現(xiàn)方式和細節(jié)。


0011通過結(jié)合所附的附圖，參考以下具體實施方式
部分和所附權(quán)
利要求，本發(fā)明的多個目的和優(yōu)點以及更完整的闡述將清楚和更加顯而易見，在附圖中-
圖1是描述了本發(fā)明的示例性實施例的框圖2是描述了本發(fā)明的另一個示例性實施例的框圖3是描述了圖1和圖2的電弧管理模塊的一個實施例的框圖； 圖4是描述了圖1和圖2的電弧管理模塊的另一實施例的框圖5A-5H是描述了圖3和圖4的電壓反向模塊的示例性實施例的示意 圖；以及
圖6是描述了根據(jù)許多實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式
0012現(xiàn)在參考附圖，在各個附圖中，以相同參考標記表示相同或 類似的元件，具體參考圖1，圖1示出了描述本發(fā)明的示例性實施例的框圖 100。所顯示的是電源單元102，其通過供電電纜106連接到等離子體腔室 104。如所述，電源單元102包括連接到電弧管理模塊110的電力模塊108, 并且電弧管理模塊110被連接到供電電纜106的第一導(dǎo)體112和第二導(dǎo)體 114。同樣描述了控制模塊122，其被連接到電力模塊108和電弧管理模塊 IIO兩者上。
0013在許多實施例中，電力模塊108是開關(guān)電源，該開關(guān)電源被 構(gòu)造為以足夠電平提供直流(DC)電壓以點燃并維持包含在等離子體腔室 104中的等離子體。等離子體一般用于處理工件，所述工件未示出但卻是本 領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。在一個實施例中，根據(jù)降壓拓撲(bucktopology)配置 電力模塊108，但這當然不是必須的，并且在其他實施例中，電力模塊108 可以包括任意其他可行的電源拓撲。如所示，電力模塊108經(jīng)由第一線路 118將負電壓提供到電弧管理模塊110，并且經(jīng)由第二線路120將正電壓提 供到電弧管理模塊110。并且在第一操作模式期間，電弧管理模塊110將負 電壓提供到電源102的第一輸出端111并且將正電壓提供到電源102的第 二端121。
0014為了簡化，電纜106被描述為一對導(dǎo)體112、 114，但在許多 實施例中，電纜106被實現(xiàn)為連接電源單元102和等離子體腔室104的兩 個導(dǎo)體同軸電纜的集合。并且在其他實施例中，電纜106被實現(xiàn)為一個或多個雙絞線對電纜。在另外的實施例中，電纜106可以實現(xiàn)為任意的電纜 網(wǎng)絡(luò)，包括但肯定不限于簡單的導(dǎo)體聯(lián)結(jié)器(hookup)和四極(quadrapole)連 接。如所示，電纜106包括電感，為了方便描述為單個電感器116，并且因 此，電纜106能夠響應(yīng)運載電流到等離子體的導(dǎo)體112和114而存儲能量。
0015通常，示例性實施例中的電弧管理模塊110被配置為使用由 電纜電感U6存儲的能量來將施加到腔室104的電壓反向，從而將正電壓 施加到第一端111并且將負電壓施加到第二端121。這樣，電弧管理模塊 110避免了在第一位置上產(chǎn)生電弧和/或比僅從等離子體腔室去除電力的系 統(tǒng)更快地熄滅電弧。
0016在一些實施例中，例如，電弧管理模塊110被配置為檢測腔 室104中的電弧，并且響應(yīng)于檢測到的電弧而從電纜106接收能量以生成 反向極性，并且將反向極性提供到所述腔室104以熄滅檢測到的電弧。在 其他實施例中，電弧管理模塊110適于周期性地反向在電源102的輸出端 提供的極性，以便有助于避免產(chǎn)生電弧。
0017在本實施例中的控制模塊122被配置為控制電力模塊108和 電弧管理模塊110的一個或多個方面。例如，在第一操作模式期間，控制 模塊122允許電力模塊108以第一極性(例如在第一輸出端111的負電壓和 在第二輸出端121的正電壓)傳送電力。當轉(zhuǎn)換到第二操作模式(例如響應(yīng)于 檢測到的電弧或周期性的時鐘信號)時，在本實施例中的控制模塊122暫時 使電力模塊108無效，并且促使電弧管理模塊IIO接收來自電纜106和域 在來自腔室的電流路徑中的其他感應(yīng)元件的能量，并且使用所述能量來設(shè) 置反向極性電壓(例如在第一輸出端111的正電壓和在第二輸出端121的負 電壓)。
0018現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)第二電源以將反向電壓提供到等離子體，有益 的是，與現(xiàn)有技術(shù)不同，本實施例使用來自供電電纜116的現(xiàn)有能量來生 成反向電壓；因此減少了材料成本同時增加可靠性。此外，在本文進一步 說明的一些變化中，電弧管理模塊110使用在典型的電源內(nèi)已經(jīng)可獲得的 一個或多個保護組件，從而使實現(xiàn)的電弧管理模塊110對現(xiàn)有的電源設(shè)計 增加相對小的成本。
0019此外，本發(fā)明的實施例實際使用了存儲在輸出電纜和在到達/來自腔室的電流路徑中的其他感應(yīng)元件中的能量，這在現(xiàn)有技術(shù)方案中是 顯著的問題。在一些工藝處理應(yīng)用中，提供到腔室的電流可以達到或者甚
至超過IOOO安培，并且因為存儲在感應(yīng)元件中的能量與電流的平方成比例，
所以如果不恰當?shù)夭僮?，在這些大電流應(yīng)用中存儲的能量則可能引起對工 件和/或腔室的損壞。有益地，本發(fā)明的許多實施例實際上使用了所存儲的 能量來生成反向極性電壓，該反向極性電壓施加到腔室從而在實質(zhì)上降低 了熄滅電弧的比率。并且因為存儲在輸出電纜中的能量不再是有害的，所 以所使用的輸出電纜的類型不再被關(guān)注。例如，與之前所述的抽頭電感器
方法相反，輸出電纜的電感不需要被最小化；因此允許更多的設(shè)計選擇， 并且由此，相對于抽頭電感器方法在實質(zhì)上節(jié)約了成本。
0020如圖1所述，在許多實施例中的電弧管理模塊110被集成為 電源102的組件，但這當然不是必須的，并且如圖2所示，在其他實施例 中的電弧管理模塊200可以作為附件201的一部分(例如作為改型翻新)被添 加到現(xiàn)有的電源202。如圖2所述，附件201中的電感器204被置為與電源 202的第一輸出端218串聯(lián)以便利于電源202和電弧管理模塊200之間的互 用性。
0021從例如電源202的角度看，電感器204有助于避免電源202 將電弧管理模塊200的工作"視為"能夠引起電源202停止工作的電弧。 如本文進一步的說明，例如，在多個實施例中，電弧管理模塊200包括置 于節(jié)點219和電源202的第二輸出端220之間的并聯(lián)開關(guān)。在這些實施例 中，電感器204有助于避免電源202在并聯(lián)開關(guān)閉合時的短路。并且從電 弧管理模塊200的角度看，電感器204提供了阻抗，該阻抗有助于限制在 電弧管理模塊200提供反向極性電壓到腔室104時，電弧管理模塊200從 電源202接收的電流量。此外，圖1中所示的電感器204和電感器130是 各自的感應(yīng)電壓分配器的一部分，這允許了通過電壓檢測方式進行電弧管 理模塊IIO、 200內(nèi)部的快速電弧檢測。
0022接下來參考圖3，顯示了圖1和圖2中描述的電弧管理模塊 110、 210的一個實施例的框圖300。如所示，在本實施例中的電弧管理模 塊300包括連接在第一輸入端304和第二輸入端306之間的并聯(lián)開關(guān)302， 以及在第一輸入端304和第一輸出端307之間串聯(lián)連接的電壓反向模塊308。并且如圖所示，在本實施例中的第一輸入端304包括用于示例性目的 的相對于第二輸入端306的負電壓，并且第二輸入端306還連接到第二輸 出端310。雖然電壓反向模塊308被描述為沿電弧管理模塊300的負極引線 設(shè)置(例如沿第一輸入端304和第一輸出端307之間的路徑)，但這當然不是 必須的，并且在其他實施例中，電壓反向模塊308被配置為在電弧管理模 塊的正極引線上工作(例如沿第二輸入端306和第二輸出端310之間的路 徑)。
0023同樣在圖3中描述了與并聯(lián)開關(guān)302和電壓反向模塊308兩 者連通的控制模塊312。所示出的這些組件的布置是邏輯上的，而并不意味 著是實際硬件圖示。在一些實施例中的控制模塊312的組件例如是分布式 的，并且在一種變化中，控制模塊312通過參考圖1所述的控制模塊122 而部分或全部地實現(xiàn)。
0024在本實施例中的并聯(lián)開關(guān)302被布置和配置為在閉合時短路 第一輸入端304和第二輸入端306，以便將電壓反向模塊308放置在輸出端 307、 310的兩端，并且限制或避免來自電力模塊108或電源202的額外電 流流入腔室104。在一些實施例中的并聯(lián)開關(guān)302被實現(xiàn)為絕緣柵極雙極型 晶體管(IGBT)，并且在其他實施例中為場效應(yīng)晶體管(FET)。在另外的實施 例中，并聯(lián)開關(guān)302可以實現(xiàn)為集成柵極換流晶閘管(IGCT)、金屬氧化物半 導(dǎo)體可控晶閘管(MCT)、雙極型開關(guān)或可控硅整流器。
0025雖然本文描述的多個實施例包括并聯(lián)開關(guān)以管理(例如來自電 力模塊108的電感130的)電感器電流，但肯定可以預(yù)計的是也可以使用其 他裝置以減輕電感器電流的作用和/或避免電感器電流全部到達腔室。
0026通常，電壓反向模塊308被配置為在第一操作模式期間提供 具有第一極性的電壓(例如相對于第二輸出端310在第一輸出端307上是負 電壓)，并且在第二操作模式期間提供反向電壓(例如相對于第二輸出端310 第一輸出端307上是正電壓)。更具體地，在第一操作模式中，當具有第一 極性的等離子體維持電壓被置于第一輸出端307和第二輸出端310兩端時， 電壓反向模塊308被配置為在從腔室104經(jīng)過第一輸出端307到第一輸入 端304的返回路徑上運載電流。并且在第二操作模式期間，電壓反向模塊 308被配置接收來自供電電纜106的存儲能量并且使用該存儲能量來生成反向電壓，該反向電壓被施加到輸出端307、 310兩端，以助于避免和/或助于 熄滅腔室104內(nèi)的電弧。
0027本實施例中的控制模塊312 —般被配置為控制并聯(lián)開關(guān)302 和電壓反向模塊308以使電弧管理模塊300在第一操作模式期間將具有第 一極性的電壓提供到供電電纜106，并且在第二操作模式期間將反向電壓提 供到供電電纜106。在參考圖l所述的實施例中，例如，在第一操作模式期 間，來自電力模塊108的電力以第一極性被提供到腔室104，并且在參考圖 2所述的實施例中，來自電源202的電力以第一極性被提供到腔室104。
0028為了啟動第二操作模式(例如響應(yīng)于檢測到的電弧或響應(yīng)于時 鐘信號)，控制模塊312被配置為閉合并聯(lián)開關(guān)302。并且在閉合并聯(lián)開關(guān) 302的同吋或隨后，控制模塊312被配置為促使電壓反向模塊308接收來自 供電電纜106的能量并且將施加到輸出端307、 310兩端的電荷構(gòu)建為具有 與第一極性相反的極性的電壓。在可替換的實施例中，電壓反向模塊308 被配置為在并聯(lián)開關(guān)斷開之前接收來自供電電纜106的能量。
0029在一些實施例中，控制模塊312實現(xiàn)為存儲在存儲器中的處 理器可讀指令，并且結(jié)合配置為執(zhí)行所述指令的處理器，但是這肯定不是 必須的，并且在其他實施例中，控制模塊312實現(xiàn)為硬件。在變化中，控 制模塊312還包括電弧檢測組件(未示出)，該電弧檢測組件可包括電流變換 器和/或電壓變換器以及相關(guān)的控制邏輯。
0030在其他實施例中，控制模塊312包括頻率生成組件以使能控 制模塊312發(fā)送周期性時鐘信號，該周期性時鐘信號用于在第一操作模式 和第二操作模式之間對開關(guān)并聯(lián)開關(guān)302和電壓反向模塊308進行計時。 在一些實施例中，例如，控制模塊312被配置為根據(jù)例如具體應(yīng)用而以約 500Hz至500kHz之間的速率提供開關(guān)脈沖到并聯(lián)開關(guān)302和電壓反向模塊 308。
0031在另外的實施例中，控制模塊312被配置為響應(yīng)檢測到的電 弧并且提供周期性開關(guān)脈沖到并聯(lián)開關(guān)302和電壓反向模塊308。在這些實 施例中，電壓反向模塊308工作以避免電弧并且如果產(chǎn)生電弧，則響應(yīng)所 述電弧。
0032雖然電壓反向模塊308 —般說明為使用來自供電電纜106的能量來生成反向電壓，但在一些實現(xiàn)方式(例如大電流實現(xiàn)方式)中，大量的
能量同樣存儲在形成在并聯(lián)開關(guān)302的正極端和負極端之間的回路的電感 中，所述回路包括供電電纜106、等離子體腔室104和電壓反向模塊308。 此外，可以預(yù)計采用其他實現(xiàn)方式以使用由于電流流入/流出等離子體腔室 而存儲的能量。
0033接下來參考圖4，例如，顯示了圖l和圖2中描述的電弧管理 模塊IIO、 210的另一實施例的框圖300。如圖所示，以與參考圖3所述的 電弧管理模塊非常相似的方式配置本實施例中的電弧管理模塊400,但不同 的是，電感器402被設(shè)置在電壓反向模塊308和第一輸出端307之間。
0034在操作中，當電流從腔室104通過電壓反向模塊308流回第一 輸入端304時，電感器402在第一操作模式期間存儲能量。并且在第二操 作模式期間，電壓反向模塊308使用來自電感器402和116的存儲能量以 生成反向電壓，該反向電壓被施加到輸出端307、 310兩端以有助于避免和 /或有助于熄滅腔室104內(nèi)的電弧。
0035在本實施例的一個變化中，電感器402的尺寸被設(shè)計為使得存 儲在電感器402中的能量基本大于在電纜106中存儲的能量，并且因此， 用于生成反向電壓的能量的相對一小部分來自供電電纜106。
0036接下來參考圖5A-5H，示出了描述圖3和圖4的電壓反向模 塊的示例性實施例的示意圖。在圖5A中描述的實施例中，串聯(lián)開關(guān)S2顯 示為與電容器Cl和二極管Dl的串聯(lián)組合相并聯(lián)。此外，串聯(lián)幵關(guān)S2還 被布置為與第一電阻器R1、第二電阻器R2和第二二極管D2的串聯(lián)組合相 并聯(lián)。如圖所示，第一電阻器R1被布置在電容器C1的兩端并且第二電阻 器R2和第二二極管D2的串聯(lián)組合被布置在第一二極管的兩端。
0037在一些實施例中，串聯(lián)開關(guān)S2被實現(xiàn)為絕緣柵極雙極型晶體 管(IGBT)，并且在其他實施例中為場效應(yīng)晶體管(FET)。在另外的實施例中， 串聯(lián)開關(guān)S2可以實現(xiàn)為集成柵極換流晶閘管(IGCT)、金屬氧化物半導(dǎo)體可 控晶閘管(MCT)、雙極型開關(guān)或可控硅整流器。在示例性實施例中的二極管 Dl、 D2是快恢復(fù)二極管。
0038在本實施例中的電容器C1的尺寸被設(shè)計為足夠大以存儲來自 供電電纜106的能量并且在不引起串聯(lián)開關(guān)S2兩端的危險電壓的情況下產(chǎn)生輸出端307、 310兩端的電壓反向。此外，電容器C1的尺寸還被設(shè)計為 使得電容器C1和供電電纜106的電感116之間的共振頻率幫助將電纜電流 圈定為零。 一般地，電容器C1兩端的電壓被允許上升的越高，電弧被熄滅 得越快，并且電弧能量越低。
0039關(guān)于電容器C1的值，最小值可以被計算為
其中^_是最大期望反向電壓并且/_是經(jīng)過輸出電纜106的最大輸出電 流。假設(shè)電纜的電感116決定回路的電感，則使電纜電流達到零安培的時
間大致是
7Wwg = O / 2) * CaWe)
0040其中7W"g是輸出環(huán)(ring out)時間并且丄—CaWe是供電電纜106 的電感116。因此，可以基于包括^_的多種因素設(shè)計Cl的尺寸，所述^_ 可以被建立以在腔室中應(yīng)用有效的反向電壓從而避免逆向濺射(sputtering)。 在一些實施例中，例如^_被限制為約小于150伏特的電壓。雖然Cl、 /max 和^皿的特定值可以基于包括但不限于特定應(yīng)用、所使用的電纜類型和腔 室類型等一些因素而變化，但在一個實施例中，Cl實現(xiàn)為13微法的電容 器，而/_為1000安培并且^_小于150—伏。
0041在操作中，當并聯(lián)開關(guān)302(顯示在圖3和4中)閉合時，電容 器C1置于輸出端307、 310兩端，從而當串聯(lián)開關(guān)S2斷開時，來自供電電 纜106的能量開始通過D1給電容器C1充電。在一些實施例中，串聯(lián)開關(guān) S2恰好在并聯(lián)開關(guān)302閉合后斷開，并且在其他實施例中，串聯(lián)開關(guān)S2 的斷幵與并聯(lián)開關(guān)302的閉合同時進行。在另外的實施例中，串聯(lián)開關(guān)S2 恰好在并聯(lián)開關(guān)302閉合之前斷開。
0042當電容器C1充電時，其在輸出端307、 310兩端置有反向電 壓(例如第一輸出端307處相對于第二輸出端310的正電壓)，并且所述反向 電壓通過供電電纜106施加到腔室104;因此相對于僅限制供應(yīng)到腔室的電流的系統(tǒng)以更快的速度減小了腔室電流。本實施例中的第一電阻器R1在串 聯(lián)開關(guān)S2仍斷開時便開始耗散存儲在供電電纜106中的能量，并且一旦串 聯(lián)開關(guān)S2閉合，則第二電阻器使電容器Cl放電。
0043接下來參考圖5B，顯示了電壓反向模塊的另一實施例，其中 該電壓反向模塊包括阻塞二極管D3，其被配置為在基本不影響電弧能量的 情況下限制在輸出端307、 308處出現(xiàn)的電壓反向。雖然肯定不是必須的， 但在可替換的實施例中，阻塞二極管D3還被添加到圖5C-5H中所述的電 壓反向模塊中。添加阻塞二極管促使更高的^_被施加到腔室，這降低了 電弧能量并且減小了:rw"g;因此有助于避免腔室的正極上的反向濺射。
0044如圖5C所示，在一個實施例中，電壓反向模塊實現(xiàn)為不具有 參考圖5A所描述的第二電阻器R2和第二二極管D2。因此，在本實施例中， 電容器C1通過R1放電。
0045參考圖5D，示出了去除了參考圖5A所述的第一電阻器R1的 電壓反向模塊，從而使電容器Cl通過第二電阻器R2和第二二極管D2放 電。
0046轉(zhuǎn)到圖5E，示出了包括與電阻器R1串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管D4的 電壓反向模塊，所述穩(wěn)壓二極管D4被配置為保持電容器Cl兩端的電壓為 基本恒定的電壓，并且在一些實施例中為峰值電壓。
0047參考圖5F，描述了僅包括電容器C1和二極管D1的串聯(lián)組合 的電壓反向模塊，所述電容器C1被布置為與串聯(lián)開關(guān)S2并聯(lián)。
0048如圖5G所示，在一個實施例中，放電模塊連接在電容器Cl 兩端以將存儲在Cl上的能量放回到電源(例如電源202)的輸出端。
0049接下來參考圖5H，示出了電壓反向模塊的實施例，該電壓反 向模塊與參考圖5A所描述的電壓反向模塊類似，不同的是穩(wěn)壓二極管放置 為與C1和R1并聯(lián)以限制C1兩端的電壓。在一個變化中，例如，Cl兩端 的電壓被限制為小于150伏的電壓。
0050接下來參考圖6，示出了描述根據(jù)用于傳送電力到等離子體腔 室的方法而進行的步驟的流程圖。在參考圖6的同時，將參考為了示例性 目的參考圖1-5所述的實施例，但圖6中描述的方法肯定不限于前述具體的 實施例。如圖6所示，通過具有第一極性的供電電纜(例如供電電纜106)將電力傳送到等離子體腔室(例如等離子體腔室104)(塊602)，并且如果期望減 弱電弧或防止電弧(塊604)，則限制傳送到腔室的具有第一極性的電流(塊 606)。
0051在一些實施例中，電弧檢測使得按期望減弱了電弧，并且因此， 當在這些實施例中檢測到電弧時，傳送到腔室的具有第一極性的電流受限。 在可替換的實施例中，為了避免電弧形成，期望周期性地限制傳送到腔室 的具有第一極性的電流。在這些可替換的實施例中，可以每秒多次執(zhí)行塊
606-610(例如在500Hz和500kHz之間)。
0052除了限制流入等離子體腔室的電流，還使用來自供電電纜的能 量而在等離子體腔室中生成，至少是臨時地生成反向極性電壓(塊608)，并 且具有反向極性的電壓被施加到等離子體腔室(塊610)。如所述，在具有反 向極性的電流被傳送到腔室后(塊610)，具有第一極性的電力被再次傳送到 所述腔室(塊602)。
0053總之，本發(fā)明尤其提供了一種用于管理提供到等離子體工藝 處理腔室的電力的系統(tǒng)和方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地認識到可以對 本發(fā)明、其使用和其配置做出多種變化和替換以獲得與本文所述的實施例 獲得的結(jié)果基本相同的結(jié)果。因此，不旨在將本發(fā)明限制在所公開的示例 性形式中。許多變化、修改和可替換的構(gòu)造均落入權(quán)利要求所述的所公開 的發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于管理傳送到工藝處理腔室的電力的方法，包括通過電纜將電力傳送到所述工藝處理腔室，所述電纜存儲能量并且包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體具有相對于所述第二導(dǎo)體的第一電壓極性；以及相對于所述第二導(dǎo)體對所述第一導(dǎo)體的電壓極性進行反向，并且在所述第一導(dǎo)體的極性被反向的同時，將所述電纜中存儲的能量的至少一部分提供到等離子體腔室。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括檢測所述等離子體腔室中的電弧，其中響應(yīng)于檢測到所述電弧而啟動 所述反向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括相對于所述第二導(dǎo)體周期性地對所述第一導(dǎo)體的電壓極性進行反向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反向包括-使用所述電纜存儲的能量來相對于所述第二導(dǎo)體對所述第一導(dǎo)體的電壓極性進行反向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括斷開設(shè)置為與所述第一導(dǎo)體串聯(lián)的第一開關(guān)，其中所述第一開關(guān)在斷 開時使所存儲的能量的至少一部分能夠積累電荷，所述電荷的特征在于其 極性與所述第一極性相反。
6. —種裝置，包括第一輸出端和第二輸出端；電力模塊，其被配置為將具有第一極性的電壓提供到所述第一輸出端 和所述第二輸出端，所述第一輸出端和所述第二輸出端中的每一個均適于耦合等離子體腔室供電電纜的兩個導(dǎo)體中對應(yīng)的一個；以及與所述第一輸出端和所述第二輸出端相連接的電弧管理模塊，所述電 弧管理模塊被配置為使用存儲在所述等離子體腔室供電電纜中的能量而在 所述第一輸出端和所述第二輸出端兩端提供反向電壓，所述反向電壓具有 與所述第一極性相反的極性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述電弧管理模塊被配置為在將 所述反向電壓提供到所述第一輸出端和所述第二輸出端時，從所述電力模 塊分流電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述電弧管理模塊被配置為響應(yīng) 于接收到電弧指示信號而將所述反向電壓提供到所述第一輸出端和所述第 二輸出端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述電弧管理模塊被配置為周期 性地提供所述反向電壓到所述第一輸出端和所述第二輸出端。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述電弧管理模塊包括 并聯(lián)開關(guān)，其被連接在所述第一輸出端和所述第二輸出端之間，并且被布置為與所述電力模塊并聯(lián)，從而能夠在所述并聯(lián)開關(guān)閉合時從所述電 力模塊分流電流；電壓反向模塊，其被布置為與所述第一導(dǎo)體串聯(lián)，所述電壓反向模塊 被配置為當所述第一輸出端和所述第二輸出端具有所述第一極性時，通過 串聯(lián)開關(guān)將電流從所述電力模塊輸送到所述第一導(dǎo)體，并且當所述串聯(lián)開 關(guān)斷開時接收在所述等離子體腔室供電電纜中存儲的能量，從而能夠生成 所述反向電壓；以及控制模塊，其被配置為閉合所述并聯(lián)開關(guān)并且斷開所述串聯(lián)開關(guān)，以 使所述電壓反向模塊能夠生成所述反向電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其中所述電壓反向模塊包括電容器，所述電容器被布置為與所述串聯(lián)開關(guān)并聯(lián)，并且被配置為響應(yīng)于接收到在 所述等離子體腔室供電電纜中存儲的能量而積累電荷，所述電荷使得在所 述第一輸出端和所述第二輸出端兩端存在所述反向電壓。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的裝置，包括與所述電容器串聯(lián)的二極管， 所述二極管被配置為使所述電容器能夠在所述串聯(lián)開關(guān)斷開時積累電荷到 達峰值。
13. —種裝置，包括第一輸入端和第二輸入端，其適于接收電壓，所接收到的電壓的特征在于在所述第一輸入端和所述第二輸入端兩端具有第一極性；第一輸出端和第二輸出端，所述第二輸出端連接到所述第二輸入端，所述第一輸出端適于耦合等離子體腔室t共電電纜的第一導(dǎo)體，并且所述第二輸出端適于耦合所述等離子體腔室供電電纜的第二導(dǎo)體；并聯(lián)開關(guān)，其被設(shè)置以能夠在所述并聯(lián)開關(guān)閉合時從至少兩個輸出端分流電流；電壓反向模塊，其連接在所述第一輸入端和所述第一輸出端之間，所 述電壓反向模塊被配置為當工作在第一操作模式下時將電流從所述第一輸 入端輸送到所述第一輸出端，從而在所述第一輸出端和所述第二輸出端兩 端提供具有所述第一極性的電壓，并且其中在第二操作模式下，所述電壓 反向模塊被配置為當所述并聯(lián)開關(guān)閉合時使用來自所述等離子體腔室供電 電纜的能量而在所述第一輸出端和所述第二輸出端兩端生成反向電壓，所 述反向電壓具有與所述第一極性相反的極性；以及控制部分，其被配置為閉合所述并聯(lián)開關(guān)并且促使所述電壓反向模塊 工作在所述第二操作模式下，從而使所述電壓反向模塊能夠在所述第一輸 出端和所述第二輸出端兩端生成所述反向電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述控制部分被配置為閉合所 述并聯(lián)開關(guān)，并且促使所述電壓反向模塊響應(yīng)于在所述等離子體腔室供電 電纜的所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體兩端檢測到電弧而工作在所述第二操作模式下。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述控制部分被配置為周期性 地閉合所述并聯(lián)開關(guān)并且促使所述電壓反向模塊工作在所述第二操作模式 下。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述電壓反向模塊包括.-串聯(lián)開關(guān)，其被布置為串聯(lián)在所述第一輸入端和所述第一輸出端之間，并且被配置為在所述第一操作模式期間被閉合，從而將所述電流從所述第一輸入端輸送到所述第一輸出端；電容器，其被配置為當所述串聯(lián)開關(guān)在所述第二操作模式下斷開時接收來自所述第一等離子體腔室供電電纜的能量，從而積累電荷，所述電荷 使得在所述第一輸出端和所述第二輸出端兩端存在所述反向電壓。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其包括連接在所述并聯(lián)開關(guān)和所述 第一輸入端之間的電感器，所述電感器的電感使在電源不短路的情況下所 述并聯(lián)開關(guān)能夠閉合，所述電源將所述電壓提供到所述第一輸入端和所述 第二輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于管理傳送到工藝處理腔室的電力的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，通過電纜將電力傳送到所述工藝處理腔室，所述電纜存儲能量并且包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，第一導(dǎo)體具有相對于第二導(dǎo)體的第一電壓極性。所述第一導(dǎo)體的電壓極性相對于第二導(dǎo)體被反向，并且當?shù)谝浑娎|的極性被反向時，將電纜中所存儲的能量的至少一部分提供到等離子體腔室。
文檔編號H01H9/50GK101517682SQ200780034098
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者J·潘克拉茨 申請人:先進能源工業(yè)公司