CN113906677A - 纳秒脉冲发生器电路中的高效能量恢复 - Google Patents
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Abstract
一些实施例包括一种纳秒脉冲发生器电路。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器电路可以包括：高电压电源；纳秒脉冲发生器，其与所述高电压电源电耦合并且以高频率对来自所述高电压电源的电压进行开关；变压器，其具有初级侧和次级侧，所述纳秒脉冲发生器与所述变压器的所述初级侧电耦合；和能量恢复电路，其与所述变压器的所述次级侧电耦合。在一些实施例中，所述能量恢复电路包括：电感器，其与所述高电压电源电耦合；消弧二极管，其布置为与所述变压器的所述次级侧并联；和第二二极管，其部署为与所述电感器串联，并且布置为将电流从负载传导到所述高电压电源。
Description
背景技术
产生具有快速上升时间和/或快速下降时间的高电压脉冲是有挑战性的。例如，为了实现用于(例如，大于大约5kV的)高电压脉冲的快速上升时间和/或快速下降时间(例如，小于大约50ns)，脉冲上升和/或下降的斜率必须不可思议地是陡峭的(例如，大于10-11V/s)。尤其是在驱动容性负载的电路中,这种陡峭的上升时间和/或下降时间非常难以产生。这种脉冲可能在以下情况下尤其难以产生：通过紧凑方式使用标准电子组件；和/或带有具有可变脉冲宽度、电压和重复率的脉冲；和/或在具有电容性负载(例如，比如等离子体)的应用内。
发明内容
一些实施例包括一种纳秒脉冲发生器电路。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器电路可以包括：高电压电源；纳秒脉冲发生器，其与所述高电压电源电耦合并且以高频率对来自所述高电压电源的电压进行开关；变压器，其具有初级侧和次级侧，所述纳秒脉冲发生器与所述变压器的所述初级侧电耦合；和能量恢复电路，其与所述变压器的所述次级侧电耦合。在一些实施例中，所述能量恢复电路包括：电感器，其与所述高电压电源电耦合；消弧二极管(Crowbar diode)，其布置为与所述变压器的所述次级侧并联；和第二二极管，其部署为与所述电感器串联，并且布置为将电流从负载传导到所述高电压电源。
在一些实施例中，所述能量恢复电感器包括大于大约50μH的电感。
在一些实施例中，所述纳秒脉冲发生器以大于大约100kHz的频率对来自所述高电压电源的电压进行开关。在一些实施例中，所述纳秒脉冲发生器以从大约0kHz至大约500kHz的频率对来自所述高电压电源的电压进行开关。在一些实施例中，所述纳秒脉冲发生器电路向负载提供大于大约5kV的电压。
在一些实施例中，所述能量恢复电路包括开关。在一些实施例中，所述能量恢复电路还包括高电压开关，其与所述第二二极管和所述电感器串联。在一些实施例中，所述高电压开关对大于大约5kV的电压进行开关。
在一些实施例中，所述负载包括电容性负载。在一些实施例中，所述负载包括等离子体沉积室。
在一些实施例中，所述高电压电源提供具有大于500V、750V、1kV、1.5kV等的电压的DC功率。
一些实施例包括电路，其包括：存储电容器；开关电路，其与所述存储电容器耦合，所述开关电路输出具有大于1kV的电压并且具有大于1kHz的频率的波形；变压器，其具有初级侧和次级侧，所述开关电路与所述变压器的所述初级侧电耦合；和能量恢复电路，其与所述变压器的所述次级侧(例如，通过能量恢复二极管)和所述存储电容器电耦合。在一些实施例中，所述能量恢复电路包括：电感器，其与所述高电压电源电耦合；和第二二极管，其部署为与所述电感器串联，并且布置为将电流从负载传导到所述高电压电源。
在一些实施例中，所述能量恢复电路包括消弧二极管，其布置为与次级变压器并联。
在一些实施例中，所述电感器包括大于大约50μH的电感。
在一些实施例中，所述开关电路包括纳秒脉冲发生器。在一些实施例中，所述开关电路包括RF驱动器。在一些实施例中，所述RF驱动器包括半桥驱动器、全桥驱动器、高频率固态开关、RF发生器、基于放大器管的RF发生器或基于管的RF发生器。
在一些实施例中，所述电路还包括：偏置补偿电路包括：偏置补偿二极管，其与偏置补偿开关并联；和DC电源，其布置为与所述偏置补偿二极管和所述偏置补偿开关串联。
一些实施例包括一种用于创建高电压脉冲的方法。所述方法可以包括：在闭合脉冲发生器开关的同时打开偏置补偿电路内的偏置补偿开关，所述偏置补偿电路与变压器的次级耦合；闭合纳秒脉冲发生器的脉冲发生器开关以创建脉冲，所述纳秒脉冲发生器与变压器的初级侧和DC电源耦合，所述脉冲在变压器的次级侧具有大于1kV的电压；在闭合所述脉冲发生器开关的同时打开能量恢复电路内的能量恢复开关，所述能量恢复电路与所述变压器的所述次级侧和所述DC电源耦合；暂停达少于大约100纳秒的时间段；闭合所述纳秒脉冲发生器的所述脉冲发生器开关；以及在闭合所述脉冲发生器开关的同时打开所述能量恢复电路内的所述能量恢复开关。
在一些实施例中，所述能量恢复电路包括电感器和二极管，其与所述能量恢复开关串联。
在一些实施例中，所述能量恢复开关包括多个开关，其布置为串联并且具有多个电压分配电阻器，以使得所述多个电压分配电阻器中的每个电压分配电阻器布置为跨越所述多个开关中的对应开关。
在一些实施例中，所述偏置补偿电路包括：偏置补偿二极管，其与所述偏置补偿开关并联；和DC电源，其布置为与所述偏置补偿二极管和所述偏置补偿开关串联。
一些实施例包括一种用于创建高电压脉冲的方法。所述方法可以包括：在脉冲突发之前，打开通过变压器与纳秒脉冲发生器耦合的偏置补偿电路内的偏置补偿开关，所述偏置补偿电路与所述变压器的次级耦合；在脉冲突发期间，重复地打开并且闭合纳秒脉冲发生器的脉冲发生器开关，以在所述脉冲突发内创建多个脉冲，所述纳秒脉冲发生器与所述变压器的初级侧和DC电源耦合，所述打开并且闭合所述脉冲发生器开关按大于大约1kHz的脉冲重复频率发生，并且所述闭合所述脉冲发生器开关在所述变压器的所述次级侧产生具有大于1kV的电压的脉冲；在所述脉冲突发期间，重复地闭合并且打开能量恢复电路内的能量恢复开关，以使得当所述脉冲发生器开关打开时所述能量恢复开关闭合，并且当所述脉冲发生器开关闭合时所述能量恢复开关闭合，所述能量恢复电路与所述变压器的次级侧和所述DC电源耦合；以及在所述脉冲突发之后，闭合偏置补偿电路内的偏置补偿开关。
在一些实施例中，所述方法还包括：暂停达少于大约100微秒的时间段；在第二脉冲突发之前，打开所述偏置补偿开关；在所述第二脉冲突发期间，打开并且闭合所述脉冲发生器开关；以及在所述第二脉冲突发期间，闭合打开能量恢复开关；以及在所述第二突发之后，闭合所述偏置补偿开关。
在一些实施例中，所述能量恢复电路包括电感器和二极管，其与所述能量恢复开关串联。
在一些实施例中，所述能量恢复开关包括多个开关，其布置为串联并且具有多个电压分配电阻器，以使得所述多个电压分配电阻器中的每个电压分配电阻器布置为跨越所述多个开关中的对应开关。
在一些实施例中，所述偏置补偿电路包括：偏置补偿二极管，其与所述偏置补偿开关并联；和DC电源，其布置为与所述偏置补偿二极管和所述偏置补偿开关串联。
一些实施例包括一种纳秒脉冲发生器电路，其包括：高电压电源；纳秒脉冲发生器，其与所述高电压电源电耦合并且以高频率对来自所述高电压电源的电压进行开关；变压器，其具有初级侧和次级侧；和能量恢复电路，其布置为与所述变压器的所述次级侧并联。在一些实施例中，所述能量恢复电路包括：开关；电感器；第一二极管，其布置为与所述开关和所述电感器串联，以使得当所述开关闭合时，所述第一二极管将电流从所述开关传导到所述电感器；和第二二极管，其布置为：当所述开关闭合时，将电流从所述开关与所述第一二极管之间的所述纳秒脉冲发生器电路中的点传导到所述高电压电源与所述纳秒脉冲发生器之间的所述纳秒脉冲发生器电路中的点。
一些实施例包括一种纳秒脉冲发生器电路，其包括：高电压电源；纳秒脉冲发生器，其与所述高电压电源电耦合并且以高频率对来自所述高电压电源的电压进行开关；变压器，其具有初级侧和次级侧，所述纳秒脉冲发生器与所述变压器的所述初级侧电耦合；和能量恢复电路，其与并联于所述变压器的所述初级侧的所述变压器的第二侧电耦合。在一些实施例中，所述能量恢复电路包括：电感器，其与所述高电压电源电耦合；消弧二极管，其布置为与所述变压器的所述次级侧并联；和第二二极管，其部署为与所述电感器串联，并且布置为将电流从负载传导到所述高电压电源。
在一些实施例中，所述电感器包括小于大约1,000nH的电感。在一些实施例中，所述纳秒脉冲发生器以大于大约100kHz的频率对来自所述高电压电源的电压进行开关。在一些实施例中，所述纳秒脉冲发生器以从大约0kHz至大约500kHz的频率对来自所述高电压电源的电压进行开关。在一些实施例中，所述纳秒脉冲发生器电路向负载提供大于大约5kV的电压。在一些实施例中，所述变压器的所述次级侧与电容性负载耦合。在一些实施例中，所述变压器的所述次级侧与产生或操控等离子体的一个或多个电极耦合。在一些实施例中，所述能量恢复电路包括开关。
提及这些说明性实施例并非限制或限定本公开，而是提供示例以协助理解它。在具体实施方式中讨论附加实施例，并且在此提供进一步的描述。通过检查本说明书或通过实践所提出的一个或多个实施例，可以进一步理解由各个实施例中的一个或多个提供的优点。
一些实施例包括一种高电压、高频率开关电路。在一些实施例中，所述高电压、高频率开关电路包括：高电压开关电源，其产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率(或任何频率)的脉冲；变压器，其具有初级侧和次级侧；输出，其与所述变压器的所述次级侧电耦合；和初级吸收器，其与所述变压器的所述初级侧电耦合并且与所述高电压开关电源并联，所述初级吸收器包括至少一个电阻器，其对与所述输出耦合的负载进行放电。
在一些
所述初级吸收器中的电阻器具有小于大约400欧姆的值。
在一些实施例中，所述高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器配置为耗散超过大约1千瓦的功率。在一些实施例中，所述初级吸收器配置为耗散30W-30kW的平均功率。
在一些实施例中，所述初级吸收器包括至少一个电感器，其与所述至少一个电阻器串联。
在一些实施例中，所述初级吸收器包括开关，其与所述至少一个电阻器串联。
在一些实施例中，所述输出与主要是电容性的等离子体负载耦合。
在一些实施例中，所述输出与包括介质阻挡放电的等离子体负载耦合。
在一些实施例中，所述电阻大于100kW。
在一些实施例中，所述初级吸收器中的所述电阻器包括电阻R，并且所述输出与具有电容C的负载耦合，以使得
其中，tf是脉冲下降时间，并且
在一些实施例中，所述负载本质上是电容性的，其具有小于50nF的电容，其中，所述负载电容不保持电荷达大于1μs的时间。
在一些实施例中，其中，所述负载本质上是电容性的，并且所述高电压、高频率开关电路对所述负载电容快速地进行充电而且对所述负载电容进行放电。
在一些实施例中，当所述高电压开关电源不提供高电压脉冲时，所述输出产生大于-2kV的与电极、基板或晶圆相对于地的负偏置电压。在一些实施例中，所述偏置电压可以是正的。
在一些实施例中，所述输出可以产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的高电压脉冲，其中，脉冲下降时间小于大约400ns、40ns、4ns等。
一些实施例包括一种高电压、高频率开关电路。在一些实施例中，所述高电压、高频率开关电路包括：高电压开关电源，其产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的脉冲；变压器，其具有初级侧和次级侧；输出，其与所述变压器的所述次级侧电耦合；和初级吸收器，其电耦合到所述变压器的所述初级侧并且与所述高电压开关电源的输出并联，所述初级吸收器包括：至少一个电阻器，其对与耦合于所述变压器的所述次级的所述输出耦合的负载进行放电；和至少一个电感器，其与所述至少一个电阻器串联。
在一些实施例中，所述初级吸收器包括开关，其与所述至少一个电阻器和/或所述至少一个电感器串联。
在一些实施例中，所述输出可以产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率而且具有小于大约400ns的脉冲下降时间的高电压脉冲。
在一些实施例中，所述初级吸收器配置为耗散超过大约1千瓦的功率。
在一些实施例中，所述高电压开关电源包括电源、至少一个开关和升压变压器。
在一些实施例中，所述初级吸收器处理大于10kW的峰值功率。
在一些实施例中，所述初级吸收器中的所述电阻器的电阻小于大约400欧姆。
在一些实施例中，所述初级吸收器包括电感器和电阻器，并且其中，所述电感器的电感L和所述电阻器的电阻R设置为满足L/R≈tp，其中，tp是所述脉冲的脉冲宽度。
在一些实施例中，所述初级吸收器中的所述电阻器包括电阻R，并且所述输出与具有电容C的负载耦合，以使得
其中，tf是脉冲下降时间，并且
在一些实施例中，所述高电压开关电源建立用以将离子加速到表面中的等离子体内的电势。
在一些实施例中，当所述高电压开关电源不提供高电压脉冲时，所述输出产生大于-2kV的与电极或基板(或晶圆和等离子体)相对于地的负电势差。
一些实施例包括一种高电压、高频率开关电路。在一些实施例中，所述高电压、高频率开关电路包括：高电压开关电源，其产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的脉冲；变压器，其具有初级侧和次级侧；输出，其与所述变压器的所述次级侧电耦合；和初级吸收器，其与所述变压器的所述初级侧电耦合并且与所述高电压开关电源的输出并联，所述初级吸收器包括布置为串联的至少一个电阻器、至少一个电感器和开关。在一些实施例中，所述输出可以产生具有大于1kV的电压具有大于10kHz的频率并且具有小于大约400ns的脉冲下降时间的高电压脉冲，并且其中，所述输出电耦合到等离子体类型负载。
在一些实施例中，所述等离子体类型负载可以建模为具有小于20nF、10nF、100pF、10pF、1pF、0.5pF等的电容性元件。
在一些实施例中，所述等离子体类型负载设计为将离子加速到表面中。
在一些实施例中，通过所述高电压高频率开关电源的动作建立电势以将离子加速到表面中。
在一些实施例中，所述等离子体类型本质上主要是电容性的。
在一些实施例中，所述等离子体类型负载包括介质阻挡放电。
在一些实施例中，所述高电压高频率开关电源交付大于100kW的峰值功率。
在一些实施例中，所述高电压开关电源包括电源、至少一个开关和升压变压器。
提及这些说明性实施例并非限制或限定本公开，而是提供示例以协助理解它。在具体实施方式中讨论附加实施例，并且在此提供进一步的描述。通过检查本说明书或通过实践所提出的一个或多个实施例，可以进一步理解由各个实施例中的一个或多个提供的优点。
附图说明
当参照附图阅读以下具体实施方式时，更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。
图1是根据一些实施例的具有驱动电容性负载的能量恢复电路的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图2示出图1所示的电路图内的电压和电流的波形。
图3是根据一些实施例的包括具有带有能量恢复开关的能量恢复电路的纳秒脉冲发生器的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图4是根据一些实施例的包括具有能量恢复电路的无源偏置补偿电路的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图5是根据一些实施例的包括具有能量恢复电路的有源偏置补偿电路的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图6是根据一些实施例的包括具有能量恢复电路的有源偏置补偿电路的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图7是根据一些实施例的包括RF驱动器、有源偏置补偿电路和能量恢复电路的RF驱动器系统的电路图。
图8是纳秒脉冲发生器系统内的电压和电流的波形。
图9是根据一些实施例的空间可变晶圆偏置系统的示意图。
图10是根据一些实施例的具有能量恢复电路的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图11示出纳秒脉冲发生器系统内的电压和电流的波形。
图12是根据一些实施例的具有驱动电容性负载的能量恢复电路的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图13示出纳秒脉冲发生器系统内的电压和电流的波形。
图14是根据一些实施例的具有隔离的功率的高电压开关的框图。
图15是根据一些实施例的用于操作具有有源能量恢复电路和有源偏置补偿电路的纳秒脉冲发生器系统的过程的框图。
图16示出用于执行功能以促进实现本文描述的实施例的说明性计算系统。
图17是根据一些实施例的空间可变晶圆偏置系统的示意图。
图18是根据一些实施例的包括RF驱动器、有源偏置补偿电路和能量恢复电路的RF驱动器系统的电路图。
图19是根据一些实施例的具有初级吸收器的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图20是根据一些实施例的具有初级吸收器的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图21是根据一些实施例的具有初级吸收器的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图22是根据一些实施例的具有初级吸收器的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图23是由纳秒脉冲发生器系统产生的波形。
图24是根据一些实施例的具有初级吸收器、偏置补偿电路和等离子体负载的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图25是根据一些实施例的具有初级吸收器、偏置补偿电路和等离子体负载的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图26是根据一些实施例的具有初级吸收器、偏置补偿电路和等离子体负载的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图27是根据一些实施例的具有初级吸收器、偏置补偿电路和等离子体负载的纳秒脉冲发生器系统的电路图。
图28是由纳秒脉冲发生器系统产生的波形。
具体实施方式
一些实施例包括一种纳秒脉冲发生器系统，其使用能量恢复电路从负载(例如，电容性负载)提供能量恢复。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器系统可以包括高电压、高频率纳秒脉冲发生器，其可以例如驱动等离子体沉积系统、等离子体蚀刻系统、等离子体溅射系统、电子束系统、离子束系统等(负载)。
在一些实施例中，能量恢复电路可以从负载恢复电荷，以对能量存储电容器进行充电。例如，能量恢复电路可以恢复由包括电容器或电感器的各种电路元件存储的能量或保持的电荷。例如，这些元件可以包括可以正常地被耗散或浪费的杂散或寄生电容或电感。例如，能量恢复电路可以通过进行动作以对能量存储电容器和/或电感器进行再充电恢复能量。该能量可由电路获得和/或再利用。
图1是纳秒脉冲发生器系统100的电路图，其包括具有能量恢复电路110的纳秒脉冲发生器级101、变压器T1、引线级103、DC偏置电路104和负载级106。
在一些实施例中，负载级106可以表示用于半导体处理室(例如，比如等离子体沉积系统、半导体制造系统、等离子体溅射系统等)的理想化或有效电路。例如，电容C2可以表示半导体工艺晶片可以坐落的静电卡夹的电容。例如，卡夹可以包括介电材料(例如，氧化铝或其他陶瓷材料和容纳于介电材料内的导体)。例如，电容器C1可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
例如，电容器C3可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电容。例如，电阻器R6可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电阻。例如，电感器L2可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电感。例如，电流源I2可以表示通过鞘的离子电流。例如，电容器C1或电容器C3可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
例如，电容器C9可以表示室壁与晶圆的顶表面之间的等离子体内的电容。例如，电阻器R7可以表示室壁与晶圆的顶表面之间的等离子体内的电阻。例如，电流源I1可以表示等离子体中的离子电流。例如，电容器C1或电容器C9可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
在一些实施例中，等离子体电压可以是从地到电路点123测量的电压；晶圆电压是从地到电路点122测量的电压，并且可以表示晶圆的表面处的电压；卡夹电压是从地到电路点121测量的电压；电极电压是(例如，电极上的)从地到标记为124的电路点测量的电压；并且输入电压是从地到电路点125测量的电压。
在该示例中，DC偏置电路104不包括任何偏置补偿。DC偏置电路104包括偏移供电电压V5，其可以例如正向地或负向地偏置输出电压。在一些实施例中，可以调整偏移供电电压V5以改变晶圆电压与卡夹电压之间的电势。在一些实施例中，偏移供电电压V5可以具有大约±5kV、±4kV、±3kV、±2kV、±1kV等kV的电压。
在一些实施例中，偏置电容器C12可以将DC偏置电压与其他电路元件隔离(或分离)。例如，偏置电容器C12可以允许从电路的一个部分到另一部分的电势转移。在一些实施例中，这种电势转移可以确保将晶圆在卡夹上保持到位的静电力停留在电压阈值以下。电阻器R2可以将DC偏置电源与来自脉冲发生器级101高电压脉冲化输出隔离。
例如，偏置电容器C12可以具有小于大约100pF、10pF、1pF、100μF、10μF、1μF等的电容。例如，电阻器R2可以具有高电阻(例如，比如大约1k欧姆、10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆等的电阻)。
例如，电阻器R13可以表示从高电压功率系统的输出连接到电极(例如，负载级106)的引线或传输线的电阻。例如，电容器C1可以表示引线或传输线中的杂散电容。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器级101可以产生具有高脉冲电压(例如，大于1kV、10kV、20kV、50kV、100kV等的电压)、高频率(例如，大于1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的频率)、快速上升时间(例如，小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns，1,000ns等的上升时间)、快速下降时间(例如，小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的下降时间)和/或短脉冲宽度(例如，小于大约1,000ns、500ns、250ns、100ns、20ns等的脉冲宽度)的脉冲。
例如，纳秒脉冲发生器级101可以包括：题为“High Voltage NanosecondPulser”的美国专利申请序列号14/542,487中描述的任何设备的所有或任何部分，其出于所有目的并入本公开；题为“Galvanically Isolated Output VariablePulse GeneratorDisclosure”的美国专利申请序列号14/635,991中描述的任何设备的所有或任何部分，其出于所有目的并入本公开；或题为“High VoltageNanosecond Pulser With VariablePulse Width and Pulse Repetition Frequency”的美国专利申请序列号14/798,154中描述的任何设备的所有或任何部分，其出于所有目的并入本公开。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器级101可以包括以多种方式耦合在一起的一个或多个纳秒脉冲发生器。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器级101可以包括提供一致DC电压的DC电源，其由开关S6进行开关并且将所开关的功率提供给变压器T1。DC电源可以包括电压源V5和能量存储电容器C7。如果变压器T1具有1:10匝数比，则变压器可以在负载C1上产生10kV。
在一些实施例中，如果负载电容(例如，电容C3和电容C9)与能量存储电容器C7的电容相比较小，则电压加倍可以发生在变压器输入处。例如，如果能量存储电容器C7提供500V，则在变压器T1的输入处可以测量到1kV。
例如，开关S6可以包括一个或多个固态开关(例如，比如IGBT、MOSFET、SiCMOSFET、SiC结晶体管、FET、SiC开关、GaN开关、光导开关等)。开关S6可以基于标记为Sig6+和Sig6-的来自控制器的信号进行开关。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器级101可以包括缓冲电路，其可以包括与缓冲二极管D4并联的缓冲电阻器R3和缓冲电容器C5。缓冲电路可以还包括杂散电感。在一些实施例中，缓冲电阻器R3和/或缓冲二极管D4可以放置在开关S6的集电极与变压器T1的初级绕组之间。缓冲二极管D4可以用以缓冲掉开关动作中的任何过压。大的和/或快速的电容器C5可以耦合在开关S6的发射极侧。续流二极管D2也与开关S1的发射极侧耦合。可以包括图中未示出的各种其他组件。可以按并联或串联布置一个或多个开关和/或电路。
在一些实施例中，开关S6可以很快地进行开关，以使得所开关的电压可以从不处于全电压(例如，能量存储电容器C7和/或电压源V5的电压)。在一些实施例中，与开关S6耦合的栅极电阻器可以设置有短开启脉冲。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器级101可以包括续流二极管D2。在一些实施例中，续流二极管D2可以与电感性负载组合使用，以确保通过允许电流保持在相同方向上流动通过电感器可以允许电感性负载中存储的能量在开关S6打开之后耗散，并且能量在电路的电阻性元件中得以耗散。如果不包括续流二极管D2，则这例如可能导致开关S6上的大反向电压。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器级101可以包括杂散电感L1和/或杂散电阻R1。例如，杂散电感L1可以小于大约10nH、100nH、1,000nH、10,000nH等。例如，杂散电阻R1可以小于大约1欧姆、100m欧姆、10m欧姆等。
在一些实施例中，能量恢复电路110可以与变压器的次级侧和/或与能量存储电容器C7电耦合。例如，能量恢复电路110可以包括跨越变压器T1的次级侧的二极管130(例如，消弧(crowbar)二极管)。例如，能量恢复电路110可以包括(布置为串联的)能量恢复二极管120和能量恢复电感器115，其可以允许电流从变压器T1的次级侧流动以对能量存储电容器C7进行充电。能量恢复二极管120和能量恢复电感器115可以与变压器T1的次级侧和存储电容器C7电连接。在一些实施例中，能量恢复电路110可以包括与变压器T1的次级电耦合的二极管130和/或电感器140。电感器140可以表示杂散电感，和/或可以包括变压器T1的杂散电感。
在一些实施例中，能量恢复电感器115可以包括任何类型的电感器(例如，比如铁氧体电感器或空气芯电感器)。在一些实施例中，能量恢复电感器115可以具有大于大约10μH、50μH、100μH、500μH等的电感。在一些实施例中，能量恢复电感器115可以具有大约1μH至大约100mH的电感。
当纳秒脉冲发生器开启时，电流可以对负载级106进行充电(例如，对电容器C3、电容器C2或电容器C9进行充电)。例如，当变压器T1的次级侧的电压上升到能量存储电容器C7上的充电电压以上时，一些电流可以流动通过能量恢复电感器115。当纳秒脉冲发生器关闭时，电流可以从负载级106内的电容器(例如，电容器C1)流动通过能量恢复电感器115，以对能量存储电容器C7进行充电，直到跨越能量恢复电感器115的电压为零。二极管130可以防止负载级106内的电容器与负载级106或DC偏置电路104中的电感成环。
例如，能量恢复二极管120可以防止电荷从能量存储电容器C7流动到负载级106内的电容器。
可以选择能量恢复电感器115的值，以控制电流下降时间。在一些实施例中，能量恢复电感器115可以具有1μH-600μH之间的电感值。在一些实施例中，能量恢复电感器115可以具有大于50μH的电感值。在一些实施例中，能量恢复电感器115可以具有小于大约50μH、100μH、150μH、200μH、250μH、300μH、350μH、350μH、400μH、400μH、500μH等的电感。
例如，如果能量存储电容器C7提供500V，则(例如，如上所述，归因于电压加倍)在变压器T1的输入处将测量到1kV。当开关S6打开时，变压器T1处的1kV可以在能量恢复电路110的组件之间分派。如果适当地选取值(例如，电感器L3具有小于能量恢复电感器115的电感的电感)，则跨越能量恢复二极管120和能量恢复电感器115的电压可以大于500V。电流可以然后流动通过能量恢复二极管120和/或对能量存储电容器C7进行充电。电流也可以流动通过二极管D3和电感器L6。一旦能量存储电容器C7受充电，电流就可以不再流动通过二极管D3和能量恢复电感器115。
在一些实施例中，能量恢复电路110可以(例如，以快速时间尺度(例如，1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等时间尺度))从负载级106转移能量(或转移电荷)。能量恢复电路的杂散电阻可以是低的，以确保跨越负载级106的脉冲具有快速下降时间tf。例如，能量恢复电路110的杂散电阻可以具有小于大约1欧姆、100m欧姆、10m欧姆等的电阻。在一些实施例中，来自负载级106的能量的电阻性耗散可以是低的(例如，比如小于大约60％、70％、80％或90％等)。
可以需要或可以不需要图1所示的任何数量的组件(例如，二极管135或二极管130或电感器140)。
在一些实施例中，二极管可以放置在电压源V1与能量恢复电路110连接于电压源V1和/或能量存储电容器C7的点之间。例如，这种二极管可以布置为允许电流从电压源V1流动到能量存储电容器C7，但可以不允许电流从能量恢复电路流动到能量存储电容器C7。
图2示出图1所示的纳秒脉冲发生器系统100内的电压和电流的波形。波形205表示纳秒脉冲发生器系统100中标记为124的点处(例如，电极上)测量的进入负载级106中的电压。波形220表示标记为122的点处(例如，晶圆上)的电压)。波形215表示通过能量恢复电感器115的电流。波形215示出当纳秒脉冲发生器级101开启时通过能量恢复电感器115的电流(例如，如浅蓝色波形上升所示)。当纳秒脉冲发生器级101关闭时，通过能量恢复电感器115的电流继续上升到最大值然后下降。当跨越能量恢复电感器115的电压变为零时，电流应停止流动通过能量恢复电感器115；然而，在该示例中，在跨越能量恢复电感器115的电压变为零之前，纳秒脉冲发生器级101再次开启。
在一些实施例中，图1中标记为121的点处的电势示出为负，然而，卡夹电势也可以为正。
图3是根据一些实施例的具有带有能量恢复开关S5的有源能量恢复电路111的包括纳秒脉冲发生器级101的纳秒脉冲发生器系统300的电路图。开关S6可以基于标记为Sig5+和Sig5-的来自控制器的信号进行开关。
在图3中，有源能量恢复电路111可以包括能量恢复开关S5，其可以用以控制通过能量恢复电感器115的电流的流动。在一些实施例中，能量恢复开关S5可以包括布置为跨越能量恢复开关的续流二极管。例如，能量恢复开关S5可以放置得与能量恢复电感器115串联。在一些实施例中，能量恢复开关S5可以基于来自开关输入V5的信号打开并且闭合。在一些实施例中，当开关S1打开和/或不再发生脉冲时，开关输入V5可以闭合能量恢复开关，以允许电流从负载级106流动回到高电压负载C7。在一些实施例中，当开关S1闭合和/或发生脉冲时，开关输入V5可以打开能量恢复开关，以限制电流流动到高电压负载C7。
图3中的能量恢复开关S5示出为与能量恢复二极管120和能量恢复电感器115串联并且放置在变压器T1的次级侧与能量恢复二极管120和能量恢复电感器115二者之间。在一些实施例中，能量恢复二极管120和能量恢复电感器115二者可以放置在能量恢复开关S5与变压器T1的次级侧之间。在一些实施例中，能量恢复开关S5可以放置在能量恢复二极管120与能量恢复电感器115之间。可以按任何顺序布置能量恢复二极管120、能量恢复电感器115和能量恢复开关S5。
例如，能量恢复开关S5可以包括高电压开关(例如，比如高电压开关1400)。
在一些实施例中，当能量恢复开关S5打开时，负载级106可以由纳秒脉冲发生器级101充电。(例如，比如以(例如，小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的)快速时间尺度)从负载级106移除电荷可能是有益的。为了从负载级106移除电荷，可以闭合能量恢复开关S5。
图4是根据一些实施例的具有能量恢复电路110的包括无源偏置补偿电路114的纳秒脉冲发生器系统400的电路图。
在该示例中，无源偏置补偿电路114是无源偏置补偿电路，并且可以包括偏置补偿二极管405和偏置补偿电容器410。偏置补偿二极管405可以布置为与偏移供电电压V5串联。偏置补偿电容器410可以布置为跨越偏移供电电压V5和电阻器R2之一或二者。偏置补偿电容器410可以具有小于100nF至100μF(例如，大约100μF、50μF、25μF、10μF、2μF、500nF、200nF等)的电容。
在一些实施例中，偏置补偿二极管405可以按10Hz至500kHz之间的频率传导10A至1kA之间的电流。
在一些实施例中，偏置电容器C12可以允许(例如，标记为125的位置处的)纳秒脉冲发生器级101的输出与(例如，标记为124的位置处的)电极上的电压之间的电压偏移。在操作中，例如，电极可以在突发期间处于-2kV的DC电压(突发可以包括多个脉冲)，而纳秒脉冲发生器的输出在脉冲期间的+6kV与脉冲之间的0kV之间交变。
例如，偏置电容器C12是100nF、10nF、1nF、100μF、10μF、1μF等。例如，电阻器R2可以具有高电阻(例如，比如大约1k欧姆、10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆等的电阻)。
在一些实施例中，偏置补偿电容器410和偏置补偿二极管405可以允许在每个突发的开始建立(例如，标记为125的位置处的)纳秒脉冲发生器级101的输出与(例如，标记为124的位置处的)电极上的电压之间的电压偏移，达到所需的平衡状态。例如，电荷经过多个脉冲(例如，可以是大约5-100个脉冲)在每个突发的开始从电容器C12转移到偏置补偿电容器410中，在电路中建立正确的电压。
在一些实施例中，脉冲重复频率(例如，突发内的脉冲频率)可以处于200kHz至800MHz之间(例如，比如2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz和80MHz等)。在一些实施例中，突发重复频率(例如，突发的频率)可以是大约10kHz、50Hz、100kHz、500kHz、1MHz等(例如，比如400kHz)。
能量恢复电路110可以包括或可以不包括如图3所示的能量恢复开关。
图5是根据一些实施例的具有能量恢复电路110的包括有源偏置补偿电路134的纳秒脉冲发生器系统500的电路图。
有源偏置补偿电路134可以包括本领域已知的任何偏置和/或偏置补偿电路。例如，有源偏置补偿电路134可以包括题为“NANOSECOND PULSER BIAS COMPENSATION”的美国专利申请No.16/523,840中描述的任何偏置和/或偏置补偿电路，其出于所有目的完整并入本公开。
在一些实施例中，图5所示的纳秒脉冲发生器系统500的有源偏置补偿电路134可以包括偏置电容器C7、阻流电容器C12、阻流二极管D8、偏置补偿偏置补偿开关S8(例如，高电压开关)、偏移供电电压V5、电阻R2和/或电阻R4。在一些实施例中，例如，开关S8可以包括高电压开关(例如，比如图14所示的高电压开关1400)。开关S6可以基于标记为Sig8+和Sig8-的来自控制器的信号进行开关。
在一些实施例中，偏移供应电压V5可以包括DC电压源，其可以使输出电压要么正向偏置要么负向偏置。在一些实施例中，电容器C12可以隔离/分离偏移供电电压V5与其他电路元件。在一些实施例中，有源偏置补偿电路134可以允许功率从电路的一个部分到另一部分的电势转移。在一些实施例中，可以使用有源偏置补偿电路134，维持工艺晶圆与静电卡夹之间的恒定卡夹力。例如，电阻R2可以保护/隔离DC偏置供电与驱动器。作为另一示例，电阻R2可以用以确保DC供电V5不进入过流故障。
在一些实施例中，偏置补偿开关S8可以在纳秒脉冲发生器级101并未正以大于10kHz主动地产生脉冲或正提供脉冲突发的同时打开，而当纳秒脉冲发生器级101并未正发生脉冲时闭合。在闭合的同时，例如，偏置补偿开关S8可以允许由阻流二极管D8阻止的方向上的电流。使该电流短路可以允许晶圆与卡夹之间的偏置小于2kV，其可以处于可接受的公差内。
在一些实施例中，负载级106可以与有源偏置补偿电路134耦合。在一些实施例中，能量恢复电路110可以包括或可以不包括如图3所示的能量恢复开关。
图6是根据一些实施例的具有有源能量恢复电路111的包括有源偏置补偿电路134的纳秒脉冲发生器系统600的电路图。
图7是根据一些实施例的包括RF驱动器705、有源偏置补偿电路134和能量恢复电路110的无匹配驱动器系统700的电路图。
在该示例中，无匹配驱动器系统700可以包括RF驱动器705而不是纳秒脉冲发生器级101。例如，RF驱动器705可以是半桥驱动器或全桥驱动器。RF驱动器705可以包括可以是DC电压源(例如，电容性源、AC-DC转换器等)的电压源V1。在一些实施例中，RF驱动器705可以包括四个开关S1、S2、S3和S4。在一些实施例中，RF驱动器705可以包括串联或并联的多个开关S1、S2、S3和S4。例如，这些开关S1、S2、S3和S4可以包括任何类型的固态开关(例如，比如IGBT、MOSFET、SiC MOSFET、SiC结晶体管、FET、SiC开关、GaN开关、光导开关等)。这些开关S1、S2、S3和S4可以按高频进行开关，和/或可以产生高电压脉冲。例如，这些频率可以包括大约400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等的频率。
开关S1、S2、S3和S4中的每个开关可以与相应二极管D1、D2、D3和D4并联耦合，并且可以包括由电感器L1、L2、L3和L4表示的杂散电感。在一些实施例中，电感器L1、L2、L3和L4的电感可以是相等的。在一些实施例中，电感器L1、L2、L3和L4的电感可以小于大约50nH、100nH、150nH、500nH、1,000nH等。开关(S1、S2、S3、或S4)和相应二极管(D1、D2、D3或D4)的组合可以与相应电感器(L1、L2、L3或L4)串联耦合。电感器L3和L4与地连接。电感器L1与开关S4和谐振电路710连接。并且电感器L2与开关S3和谐振电路710的相对侧连接。
开关S1、S2、S3和S4可以包括高电压开关(例如，比如图14所示的高电压开关1400)。
在一些实施例中，RF驱动器705可以与谐振电路710耦合。谐振电路710可以包括与变压器T1耦合的谐振电感器L5和/或谐振电容器C2。谐振电路710可以包括谐振电阻R5，例如，其可以包括RF驱动器705与谐振电路710之间的任何引线和/或谐振电路710内的任何组件(例如，比如变压器T1、电容器C2和/或电感器L5)的杂散电阻。在一些实施例中，谐振电阻R5仅包括导线、迹线或电路元件的杂散电阻。虽然其他电路元件的电感和/或电容可以影响驱动频率，但可以很大程度上通过选取谐振电感器L5和/或谐振电容器C2设置驱动频率。鉴于杂散电感或杂散电容，可能需要进一步精细化和/或调谐，以创建正确的驱动频率。此外，可以通过改变L5和/或C2调整跨越变压器T1的上升时间，前提是：
在一些实施例中，用于L5的大电感值可能导致更慢或更短的上升时间。这些值也可能影响突发包络。如图17所示，每个突发可以包括瞬时和稳定状态脉冲。每个突发内的瞬时脉冲可由系统的L5和/或Q设置，直到在稳定状态脉冲期间达到全电压。
如果RF驱动器705中的开关以谐振频率fresonant进行开关，则变压器T1处的输出电压将受放大。在一些实施例中，谐振频率可以是大约400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等。
在一些实施例中，谐振电容器C2可以包括变压器T1和/或实体电容器的杂散电容。在一些实施例中，谐振电容器C2可以具有大约10μF、1μF、100nF、10nF等的电容。在一些实施例中，谐振电感器L5可以包括变压器T1和/或实体电感器的杂散电感。在一些实施例中，谐振电感器L5可以具有大约50nH、100nH、150nH、500nH、1,000nH等的电感。在一些实施例中，谐振电阻器R5可以具有大约10欧姆、25欧姆、50欧姆、100欧、150欧姆、500欧姆等的电阻。
在一些实施例中，谐振电阻器R5可以表示实体电路内的导线、迹线和/或变压器绕组的杂散电阻。在一些实施例中，谐振电阻器R5可以具有大约10m欧姆、50m欧姆、100m欧姆、200m欧姆、500m欧姆等的电阻。
在一些实施例中，变压器T1可以包括如题为“High Voltage Transformer”的美国专利申请No.15/365,094中公开的变压器，其出于所有目的并入本文件。在一些实施例中，可以通过改变开关S1、S2、S3和/或S4的占空比(例如，开关“接通”时间或开关正导通的时间)改变谐振电路710的输出电压。例如，占空比越长，输出电压就越高；占空比越短，输出电压就越低。在一些实施例中，可以通过调整RF驱动器705中开关动作的占空比改变或调谐谐振电路710的输出电压。
例如，可以通过以下操作调整开关的占空比：改变打开并且闭合开关S1的信号Sig1的占空比；改变打开并且闭合开关S6的信号Sig2的占空比；改变打开并且闭合开关S3的信号Sig3的占空比；以及改变打开并且闭合开关S4的信号Sig4的占空比。例如，通过调整开关S1、S2、S3或S4的占空比，可以控制谐振电路710的输出电压。
在一些实施例中，谐振电路710中的每个开关S1、S2、S3或S4可以独立地或结合其他开关中的一个或多个进行开关。例如，信号Sig1可以是与信号Sig3相同的信号。作为另一示例，信号Sig2可以是与信号Sig4相同的信号。作为另一示例，每个信号可以是独立的，并且可以独立地或分离地控制每个开关S1、S2、S3或S4。
在一些实施例中，谐振电路710可以与可以包括阻流二极管D7的半波整流器715耦合。
有源偏置补偿电路134可以包括结合图5描述的有源偏置补偿电路。
无匹配驱动器系统700不包括传统匹配网络(例如，50欧姆匹配网络或外部匹配网络或独立匹配网络)。在一些实施例中，无匹配驱动器系统700不需要50欧姆匹配网络以调谐施加到晶圆室的开关功率。在一些实施例中，无匹配驱动器系统700可以包括没有传统匹配网络的可变输出阻抗RF发生器。这样可以允许由等离子体室抽取的功率的快速改变。典型地，匹配网络的这种调谐至少花费100μs-200μs。在一些实施例中，功率改变可以发生在一个或两个RF周期(例如，在400kHz时，2.5μs-5.0μs)内。
在该示例中，能量恢复电路110可以定位在变压器T1的次级侧或与之电耦合。例如，能量恢复电路110可以包括跨越变压器T1的次级侧的二极管130(例如，消弧(crowbar)二极管)。例如，能量恢复电路110可以包括(布置为串联的)能量恢复二极管120和能量恢复电感器115，其可以允许电流从变压器T1的次级侧流动以对存储电容器C7进行充电，并且允许电流流动到负载级106。能量恢复二极管120和能量恢复电感器115可以与变压器T1的次级侧电连接，并且与能量存储电容器C7耦合。在一些实施例中，能量恢复电路110可以包括与变压器T1的次级电耦合的二极管130和/或电感器140。能量恢复电感器115可以表示变压器T1的杂散电感，和/或可以包括杂散电感。
当纳秒脉冲发生器开启时，电流可以对负载级106中的电容器进行充电(例如，对电容器C3、电容器C2或电容器C9进行充电)。例如，当变压器T1的次级侧的电压上升到能量存储电容器C7上的充电电压以上时，一些电流可以流动通过能量恢复电感器115。当纳秒脉冲发生器关闭时，电流可以从负载级106内的电容器(例如，电容器C1)流动通过能量恢复电感器115，以对能量存储电容器C7进行充电，直到跨越能量恢复电感器115的电压为零。二极管130可以防止负载级106内的电容器与着负载级106或有源偏置补偿电路134中的电感成环。
例如，能量恢复二极管120可以防止电荷从能量存储电容器C7流动到负载级106内的电容器。
可选择能量恢复电感器115的值以控制电流下降时间。在一些实施例中，能量恢复电感器115可以具有1μH-500μH之间的电感值。
在一些实施例中，能量恢复电路110可以包括可以用以控制通过能量恢复电感器115的电流的流动的开关。例如，该开关可以放置得与能量恢复电感器115串联。在一些实施例中，当开关S1打开和/或不再发生脉冲时，开关可以闭合，以允许电流从负载级106流动回到能量存储电容器C7。
例如，能量恢复电路110中的开关可以包括高电压开关(例如，比如图14所示的高电压开关1400)。
图8是无匹配驱动器系统700内的电压和电流的波形。波形805表示标记为124的点处(例如，电极上)测量的晶圆上的电压。波形810表示标记为122的位置处(例如，晶圆上)测量的进入负载级106中的电压。波形815表示通过能量恢复二极管120的电流。
图9是根据一些实施例的空间可变晶圆偏置系统900的示意图。空间可变晶圆偏置系统900可以包括：第一高电压脉冲发生器925，其与第一能量恢复电路926耦合；和第二高电压脉冲发生器930，其与耦合于等离子体室935的第二能量恢复电路耦合。第一能量恢复电路926和第二能量恢复电路931之一或二者可以包括能量恢复电路110或有源能量恢复电路111的所有或一些组件。
在该示例中，第一高电压脉冲发生器925与第一能量恢复电路926和第一偏置电容器915耦合，和/或第二高电压脉冲发生器930与第二能量恢复电路931和第二偏置电容器921耦合。
第一电极950和第二电极955可以部署在等离子体室935中。在该示例中，第一电极950是盘形的，并且部署在第二电极955的中心孔径内。第一高电压脉冲发生器925与第一电极950电耦合，并且第二高电压脉冲发生器930与第二电极955电耦合。在一些实施例中，杂散耦合电容965可存在于第一高电压脉冲发生器925与第二高电压脉冲发生器930之间。例如，杂散耦合电容965可以小于大约100pF、大约1nF、大约10nF等。
在一些实施例中，第一高电压脉冲发生器925和第二高电压脉冲发生器930之一或二者可以与偏置电路(例如，比如DC偏置电路104、无源偏置补偿电路114或有源偏置补偿电路134)耦合。
在一些实施例中，第一纳秒脉冲发生器925中的能量存储电容器C7可以与第一DC电源耦合，并且第二纳秒脉冲发生器930中的能量存储电容器C7可以与第二DC电源耦合。
在一些实施例中，第一纳秒脉冲发生器925中的能量存储电容器C7和第二纳秒脉冲发生器930中的能量存储电容器C7可以与单个DC电源耦合。
在一些实施例中，第一纳秒脉冲发生器925和第二纳秒脉冲发生器930二者可以与可以耦合于DC电源的同一能量存储电容器耦合。
在一些实施例中，开关S6可以开启达与开关S7不同的时间段。开关闭合的时间量可以对应于施加到相应电极的电压。为了向不同的电极提供不同的电压，每个开关可以开启达不同的时间段。
第一纳秒脉冲发生器925和第二纳秒脉冲发生器930之一或二者可以包括无源偏置补偿电路114、有源偏置补偿电路134或DC偏置电路104。
图10是根据一些实施例的具有能量恢复电路110的纳秒脉冲发生器系统1000的电路图。在该示例中，纳秒脉冲发生器系统1005相似于纳秒脉冲发生器系统100，其中，纳秒脉冲发生器级101对能量存储电容器C7的另一极性进行开关。当开关S6打开时，电容C1上的电荷通过能量恢复电路110流动到高电压能量存储电容器C7，并且可以对高电压能量存储电容器C7进行充电。当电容器C1上的电荷小于高电压能量存储电容器C7上的电荷时，电流停止流动通过能量恢复电路110。在一些实施例中，可以用无源偏置补偿电路114或有源偏置补偿电路134代替DC偏置电路104。在一些实施例中，可以用有源能量恢复电路111代替能量恢复电路110。
在一些实施例中，包括对接地侧(参见例如图1)或电源V1和/或C7的正侧(参见例如图10)进行开关的纳秒脉冲发生器(或开关)。可以使用任一布置。可以用一种布置代替示出另一种布置的图。
图11示出图10所示的纳秒脉冲发生器系统1000内的电压和电流的波形。波形1105表示通过能量恢复电感器115的电流。波形1110表示标记为124的位置处(例如，电极上)测量的进入负载级106的电压。波形1115表示标记为122的位置处(例如，晶圆上)测量的晶圆电压。如图所示，当脉冲关闭时，电流流动通过能量恢复电感器115，其对高电压能量存储电容器C7进行充电。在该具体示例中，电容性负载是500pF，能量恢复电感器115是10μH。
图12是根据一些实施例的具有驱动电容性负载1205的能量恢复电路110的纳秒脉冲发生器系统1200的电路图。在该示例中，纳秒脉冲发生器系统1200相似于纳秒脉冲发生器系统100，而没有DC偏置电路104，并且正驱动电容性负载1205。电容性负载1205可以包括任何类型的负载(例如，比如等离子体负载、多个网格、多个电极等)。
图13示出图12所示的纳秒脉冲发生器系统1200内的电压和电流的波形。波形1305表示电容性负载1205处的电压；并且波形1310表示通过能量恢复电感器115的电流。如图所示，当脉冲关闭时，电流流动通过能量恢复电感器115，以对高电压能量存储电容器C7进行充电。在该具体示例中，负载C1是500pF，能量恢复电感器115是10μH。
图14是根据一些实施例的具有所隔离的功率的高电压开关1400的框图。高电压开关1400可以包括多个开关模块1405(共同地或单独地1405，以及单独地1405A、1405B、1405C和1405D)，其可以通过快速上升时间和/或高频率和/或可变脉冲宽度对来自高电压源1460的电压进行开关。每个开关模块1405可以包括开关1410(例如，比如固态开关)。
在一些实施例中，开关1410可以与栅极驱动器电路1430电耦合，栅极驱动器电路1430可以包括电源1440和/或隔离光纤触发器1445(也称为栅极触发器或开关触发器)。例如，开关1410可以包括集电极、发射极和栅极(或漏极、源极和栅极)，并且电源1440可以经由栅极驱动器电路1430驱动开关1410的栅极。例如，栅极驱动器电路1430可以与高电压开关1400的其他组件隔离。
在一些实施例中，例如，可以使用隔离变压器隔离电源1440。隔离变压器可以包括低电容变压器。例如，隔离变压器的低电容可以允许电源1440在不需要显著电流的情况下以快速时间尺度进行充电。例如，隔离变压器可以具有小于大约100pF的电容。作为另一示例，隔离变压器可以具有小于大约30-100pF的电容。在一些实施例中，隔离变压器可以提供上至1kV、5kV、10kV、25kV、50kV等的电压隔离。
在一些实施例中，隔离变压器可以具有低杂散电容。例如，隔离变压器可以具有小于大约1,000pF、100pF、10pF等的杂散电容。在一些实施例中，低电容可以使对低电压组件(例如，输入控制功率的源)的电耦合最小化，和/或可以减少EMI生成(例如，电噪声生成)。在一些实施例中，隔离变压器的变压器杂散电容可以包括初级绕组与次级绕组之间测量的电容。
在一些实施例中，隔离变压器可以是DC到DC转换器或AC到DC变压器。在一些实施例中，例如，变压器可以包括110V AC变压器。无论如何，隔离变压器可以提供与高电压开关1400中的其他组件隔离的电源。在一些实施例中，隔离可以是流电的(galvanic)，以使得隔离变压器的初级侧的导体不穿过隔离变压器的次级侧或与之进行接触。
在一些实施例中，变压器可以包括可以紧密地缠绕或缠卷在变压器芯周围的初级绕组。在一些实施例中，初级绕组可以包括缠卷在变压器芯周围的导电片。在一些实施例中，初级绕组可以包括一个或多个绕组。
在一些实施例中，次级绕组可以尽可能地距芯远离地缠绕在芯周围。例如，包括次级绕组的绕组束可以缠绕通过变压器芯中的孔径的中心。在一些实施例中，次级绕组可以包括一个或多个绕组。在一些实施例中，包括次级绕组的导线束可以包括圆形或正方形的横截面，例如，以使杂散电容最小化。在一些实施例中，绝缘体(例如，油或空气)可以被部署在初级绕组、次级绕组或变压器芯之间。
在一些实施例中，保持次级绕组距变压器芯远离可以具有一些益处。例如，其可以减少隔离变压器的初级侧与隔离变压器的次级侧之间的杂散电容。作为另一示例，其可以允许隔离变压器的初级侧与隔离变压器的次级侧之间的高电压孤立，以使得在操作期间不形成电晕和/或击穿。
在一些实施例中，隔离变压器的初级侧(例如，初级绕组)与隔离变压器的次级侧(例如，次级绕组)之间的间距可以是大约0.1″、0.5″、1″、5″，或10″。在一些实施例中，隔离变压器的芯与隔离变压器的次级侧(例如，次级绕组)之间的典型间距可以是大约0.1″、0.5″、1″、5″或10″。在一些实施例中，绕组之间的间隙可以填充有可能的最低介电材料(例如，比如真空、空气、任何绝缘气体或液体、或具有小于3的相对介电常数的固体材料)。
在一些实施例中，电源1440可以包括可以提供高电压孤立(隔离)或具有(例如，小于大约1,000pF、100pF、10pF等的)低电容的任何类型的电源。在一些实施例中，控制电压电源可以按60Hz提供1420V AC或240V AC。
在一些实施例中，每个电源1440可以与单个控制电压电源以电感方式电耦合。例如，电源1440A可以经由第一变压器与功率源电耦合；电源1440B可以经由第二变压器与功率源电耦合；电源1440C可以经由第三变压器与功率源电耦合；并且电源1440D可以经由第四变压器与功率源电耦合。例如，可以使用可以在各种电源之间提供电压隔离的任何类型的变压器。
在一些实施例中，第一变压器、第二变压器、第三变压器和第四变压器可以包括单个变压器的芯周围的不同次级绕组。例如，第一变压器可以包括第一次级绕组，第二变压器可以包括第二次级绕组，第三变压器可以包括第三次级绕组，并且第四变压器可以包括第四次级绕组。这些次级绕组中的每一个可以缠绕在单个变压器的芯周围。在一些实施例中，第一次级绕组、第二次级绕组、第三次级绕组、第四次级绕组或初级绕组可以包括缠绕在变压器芯周围的单个绕组或多个绕组。
在一些实施例中，电源1440A、电源1440B、电源1440C和/或电源1440D可以不共享返回参考地或局部地。
例如，隔离光纤触发器1445也可以与高电压开关1400的其他组件隔离。隔离光纤触发器1445可以包括光纤接收机，其允许每个开关模块1405相对于高电压开关1400的其他开关模块1405和/或其他组件浮置，和/或，例如，同时允许每个开关模块1405的栅极的有源控制。
在一些实施例中，例如，可以例如使用隔离变压器将用于每个开关模块1405的返回参考地或局部地或公共地彼此隔离。
例如，每个开关模块1405与公共地的电隔离可以允许多个开关以串联配置布置，以用于累积高电压开关。在一些实施例中，可以允许或设计开关模块定时中的某种滞后。例如，每个开关模块1405可以配置或额定为对1kV进行开关，每个开关模块可以与彼此电隔离，和/或闭合每个开关模块1405的定时可以无需完全对齐达由缓冲电容器的电容和/或开关的额定电压定义的时间段。
在一些实施例中，电隔离可以提供许多优点。例如，一个可能的优点可以包括：使开关到开关抖动最小化，和/或允许任意开关定时。例如，每个开关1410可以具有小于大约500ns、50ns、20ns、5ns等的开关过渡抖动。
在一些实施例中，两个组件(或电路)之间的电隔离可以暗指两个组件之间的极度高电阻，和/或可以暗指两个组件之间的小电容。
每个开关1410可以包括任何类型的固态开关设备(例如，IGBT、MOSFET、SiCMOSFET、SiC结晶体管、FET、SiC开关、GaN开关、光导开关等)。例如，开关1410可以能够以(例如，大于1kHz的)高频率、以(例如，大于大约500kHz的重复率的)高速度和/或以(例如，小于大约25ns的上升时间的)快速上升时间和/或以(例如，大于大约10ms的)长脉冲长度对高电压(例如，大于大约10ms的电压)进行开关。在一些实施例中，每个开关可以单独地受额定以用于对1,200V-1,700V进行开关，而以组合方式可以对大于4,800V-6,800V进行开关(对于四个开关)。可以使用具有各种其他电压额定的开关。
使用大数量的较低电压开关而不是少数较高电压开关可以存在一些优点。例如，低电压开关典型地具有更好的性能：比之高电压开关，低电压开关可以更快地进行开关，可以具有更快的过渡时间和/或可以更高效地进行开关。然而，例如，开关的数量越多，对于开关定时精度的需求就越大。
图14所示的高电压开关1400包括四个开关模块1405。虽然在该图中示出四个，但可以使用任何数量的开关模块1405(例如，，比如两个、八个、十二个、十六个、二十个、二十四个等)。例如，如果每个开关模块1405中的每个开关受额定在1200V，并且使用十六个开关，则高电压开关可以进行开关高达19.2kV。作为另一示例，如果每个开关模块1405中的每个开关受额定在1700V，并且使用十六个开关，则高电压开关可以进行开关高达27.2kV。
在一些实施例中，高电压开关1400可以对大于5kV、10kV、14kV、20kV、25kV等的电压进行开关。
在一些实施例中，高电压开关1400可以包括快速电容器1455。例如，快速电容器1455可以包括布置为串联和/或并联的一个或多个电容器。例如，这些电容器可以包括一个或多个聚丙烯电容器。快速电容器1455可以存储来自高电压源1460的能量。
在一些实施例中，快速电容器1455可以具有低电容。在一些实施例中，快速电容器1455可以具有大约1μF、大约5μF、大约1μF至大约5μF之间、大约100nF至大约1,000nF之间等的电容值。
在一些实施例中，高电压开关1400可以包括或可以不包括消弧二极管1450。消弧二极管1450可以包括布置为串联或并联的多个二极管，其例如对于驱动电感性负载可以是有益的。在一些实施例中，消弧二极管1450可以包括一个或多个肖特基二极管(例如，比如碳化硅肖特基二极管)。例如，消弧二极管1450可以感测来自高电压开关中的开关的电压是否高于特定阈值。如果是，则消弧二极管1450可以将来自开关模块的功率短接到地。例如，消弧二极管可以允许交变电流路径在进行开关之后耗散电感性负载中存储的能量。例如，这样可以防止大电感性电压尖峰。在一些实施例中，消弧二极管1450可以具有低电感(例如，比如1nH、10nH、100nH等)。在一些实施例中，消弧二极管1450可以具有低电容(例如，比如100pF、1nF、10nF、100nF等)。
在一些实施例中，例如，比如，当负载1465主要是电阻性的时，可以不使用消弧二极管1450。
在一些实施例中，每个栅极驱动器电路1430可以产生小于大约1000ns、100ns、10.0ns、5.0ns、3.0ns、1.0ns等的抖动。在一些实施例中，每个开关1410可以具有(例如，小于大约10μs、1μs、500ns、100ns、50ns、10ns、5ns等的)最小接通时间和(例如，大于25秒、10秒、5秒、1秒、500毫秒等的)最大接通时间。
在一些实施例中，在操作期间，高电压开关中的每一个可以在彼此的1ns内接通和/或断开。
在一些实施例中，每个开关模块1405可以具有相同或实质上相同(±5％)的杂散电感。杂散电感可以包括与电感器无关联的开关模块1405内任何电感(例如，比如引线、二极管、电阻器、开关1410和/或电路板迹线等中的电感)。每个开关模块1405内的杂散电感可以包括低电感(例如，比如小于大约300nH、100nH、10nH、1nH等的电感)。每个开关模块1405内的杂散电感可以包括低电感(例如，比如小于大约300nH、100nH、10nH、1nH等的电感)。
在一些实施例中，每个开关模块1405可以具有相同或实质上相同(±5％)的杂散电容。杂散电容可以包括与电容器无关联的开关模块1405内的任何电容(例如，比如引线、二极管、电阻器、开关1410和/或电路板迹线等中的电容)。每个开关模块1405内的杂散电容可以包括(例如，比如小于大约1,000pF、100pF、10pF等的)低电容。每个开关模块1405内的杂散电容可以包括(例如，比如小于大约1,000pF、100pF、10pF等的)低电容。
例如，可以通过无源缓冲电路(例如，缓冲二极管14 15、缓冲电容器1420和/或续流二极管1425)解决电压共享中的缺陷。例如，开关1410中的每一个开启或关闭之间的定时的小差异或电感或电容的差异可能导致电压尖峰。可以通过各种缓冲电路(例如，缓冲二极管1415、缓冲电容器1420和/或续流二极管1425)减轻这些尖峰。
例如，缓冲电路可以包括缓冲二极管1415、缓冲电容器1420、缓冲电阻器1416和/或续流二极管1425。在一些实施例中，缓冲电路可以与开关1410并联布置在一起。在一些实施例中，缓冲电容器1420可以具有低电容(例如，比如小于大约100pF的电容)。
在一些实施例中，高电压开关1400可以与负载1465(例如，电阻性或电容性或电感性负载)电耦合或包括负载1465。例如，负载1465可以具有从50欧姆到500欧姆的电阻。替代地或附加地，负载1465可以是电感性负载或电容性负载。
在一些实施例中，能量恢复电路110或有源能量恢复电路111可以通过与没有能量恢复电路的系统相同的能量输出性能降低高电压纳秒脉冲发生器系统的能量消耗和/或驱动给定负载所需的电压。例如，对于与没有能量恢复电路的系统相同的能量输出性能，能量消耗可以减少多达10％、15％、20％、25％、30％、40％、45％、50％等或更多。
在一些实施例中，二极管130、二极管135和/或能量恢复二极管120可以包括高电压二极管。
图15是根据一些实施例的用于操作具有有源能量恢复电路和有源偏置补偿电路的纳秒脉冲发生器系统的过程1500的框图。过程1500可以包括附加块。可以移除、替换、跳过或以任何顺序执行过程1500所示的块。
例如，可以使用具有有源能量恢复电路111和有源偏置补偿电路134或相似电路的纳秒脉冲发生器系统600执行过程1500。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可以用以产生多个突发，其中，每个突发包括多个脉冲。可以通过开启并且关闭纳秒脉冲发生器的开关产生脉冲。例如，每个脉冲的脉冲宽度可以从10秒到10ns变化。例如，脉冲频率可以从10kHz到1MHz(例如，400kHz)变化。每个突发可以包括所设定的数量的脉冲。每个突发可以具有用于限定完成多个脉冲的时间的突发宽度。
过程1500可以开始于块1505，其中，计数器n设置为初始化为1。计数器n对给定突发中的脉冲的数量进行计数。
在块1510，可以打开偏置补偿开关(例如，开关S8)。
在块1515，可以闭合纳秒脉冲发生器开关(例如，开关S6)。
在块1520，可以打开能量恢复开关(例如，开关S5)。
在一些实施例中，块1510、1515和1520可以实质上同时或者在10ns或100ns内等发生。在一些实施例中，块1515和1520可以实质上同时发生。
在块1525，过程1500可以暂停(例如，脉冲)达限定每个脉冲的脉冲宽度的时间段。在一些实施例中，脉冲的脉冲宽度可以通过限定负载受充电到特定电压的时间量而限定负载(例如，比如电容性负载)处的脉冲的电压。例如，由脉冲产生的电容性负载处的输出电压可以取决于纳秒脉冲发生器开关闭合的时间量和因此脉冲对电容性负载正进行充电的时间量。因此，脉冲的负载处的输出电压可以由高达纳秒脉冲发生器的最大输出电压或纳秒脉冲发生器的最大输出电压的某个倍数(如果它正发生脉冲进入电感器和/或的电容器，产生某种电压成环)的电压暂停时间段限定。例如，电压暂停可以是大约10ns——大约500ns纳秒或大约50ns至大约200ns、或500ns、73.75ns、27ns、16ns或12.5ns。
在块1530，可以打开纳秒脉冲发生器开关(例如，开关S6)。
在块1535，可以闭合能量恢复开关(例如，开关S5)。
在一些实施例中，块1530和1535可以实质上同时发生。
在块1540，可以确定计数器n是否等于期望脉冲数量N。虽然不存在对突发内的脉冲数量的限制，但期望脉冲的数量N例如可以是5——1,000。在一些实施例中，脉冲可以连续地运行。故此，N可以是几乎是无限的。如果计数器n不等于期望脉冲数量N(即，少于期望脉冲数量已经发生在突发中)，则过程1500进行到块1545。
在块1545，过程1500可以暂停达可以部分地限定脉冲频率的时间段(例如，脉冲暂停)。例如，脉冲暂停时间段可以小于500ns、250ns、100ns、50ns、10ns、5ns等。例如，脉冲暂停时间段可以包括任何时间段。
在块1550，计数器n递增，并且过程1500的部分可以通过进行到块1515而重复，以创建附加脉冲。在块1540，如果计数器n等于期望脉冲数量N(即，期望数量的脉冲已经得以创建)，则过程1500进行到块1555。在块1555，可以闭合偏置补偿开关(例如，开关S8)。
在块1560，过程1500暂停达限定突发之间的时间量的时间段(例如，突发暂停)。例如，突发暂停时间段可以短达1ms或长达20秒。例如，脉冲暂停可以包括2.5微秒(200Hz的脉冲频率)至100ms之间的时间段。作为另一示例，脉冲暂停可以是从10ms到数小时。可以使用任何其他时间段。在时间段已经过去之后，过程1500可以返回块1505，其中，计数器n初始化，并且可以重复过程1500以创建具有附加脉冲的附加突发。
当纳秒脉冲发生器开关闭合，能量恢复开关打开，并且偏置补偿开关打开时，在电路位置124处可以产生(例如，大于1kV的)高电压脉冲。
在一些实施例中，脉冲暂停时间段可以小于突发暂停时间段。
在一些实施例中，可以从过程1500消除块1520和块1535。在这些实施例中，当不使用能量恢复开关，纳秒脉冲发生器开关闭合，并且偏置补偿开关打开时，在电路位置124处可以产生(例如，大于1kV的)高电压脉冲。
在一些实施例中，可以使用控制器(或处理器)(例如，比如图16所示的计算系统1600)执行过程1500的块。例如，控制器可以与开关S6经由Sig6+和Sig6-、与偏置补偿开关S8经由Sig8+和Sig8-、和/或与能量恢复开关S5经由Sig5+和Sig5-进行通信。控制器可以提供打开并且闭合纳秒脉冲发生器开关、能量恢复开关和/或偏置补偿开关的信号。
图16所示的计算系统1600可以用以执行本发明的任何实施例。例如，计算系统1600可以用以执行过程1500。作为另一示例，计算系统1600可以用以执行这里描述的任何计算、识别和/或确定。计算系统1600包括可以经由总线1605电耦合(或者在适当的情况下，可以通过其他方式进行通信)的硬件元件。硬件元件可以包括：一个或多个处理器1610，其包括但不限于一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器(例如，数字信号处理芯片、图形加速芯片等)；一个或多个输入设备1615，其可以包括但不限于鼠标、键盘等；和一个或多个输出设备1620，其可以包括但不限于显示设备、打印机等。
计算系统1600可以还包括一个或多个存储设备1625(和/或与之进行通信)，存储设备625可以包括但不限于本地和/或网络可存取存储，和/或可以包括但不限于盘驱动器、驱动器阵列、光学存储设备、固态存储设备(例如，随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”))，它们可以是可编程的、可闪速更新的等。计算系统1600可以还包括通信子系统1630，其可以包括但不限于调制解调器、网卡(无线或有线)、红外通信设备、无线通信设备和/或芯片集(例如，蓝牙设备、802.6设备、Wi-Fi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等)等。通信子系统1630可以允许与网络(例如，以下描述的网络，仅举一个示例)和/或本文描述的任何其他设备交换数据。在许多实施例中，如上所述，计算系统1600将还包括工作存储器1635，其可以包括RAM或ROM设备。
计算系统1600可以还包括示出为当前位于工作存储器1635内的软件元件，包括操作系统1640和/或其他代码(例如，一个或多个应用程序1645，其可以包括本发明的计算机程序，和/或可以设计为实现本发明的方法和/或配置本发明的系统)，如本文所描述的那样。例如，关于以上讨论的方法描述的一个或多个过程可以实现为可由计算机(和/或计算机内的处理器)执行的代码和/或指令。这些指令和/或代码的集合可以存储在计算机可读存储介质(例如，上述存储设备1625)上。
在一些情况下，存储介质可以合并于计算系统1600内或与计算系统1600进行通信。在其他实施例中，存储介质可以与计算系统600分离(例如，可拆卸介质(例如，致密盘等))，和/或提供于安装包中，以使得存储介质可以用以对具有其上存储的指令/代码的通用计算机进行编程。这些指令可以采取可由计算系统1600执行的可执行代码的形式，和/或可以采取在(例如，使用各种通常可用的编译器、安装程序，压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)在计算系统1600上的编译和/或安装时于是采取可执行代码的形式的源代码和/或可安装代码的形式。
图17是根据一些实施例的空间可变晶圆偏置系统1700的示意图。空间可变晶圆偏置系统1700可以包括第一高电压脉冲发生器1725、第二高电压脉冲发生器1730、第一能量恢复电路1726和第二能量恢复电路1731。第一能量恢复电路1726和第二能量恢复电路1731二者与单个能量存储电容器C7耦合。在一些实施例中，能量恢复电路1726或能量恢复电路1731中的每一个可以包括与每个变压器的次级侧耦合的一个或多个二极管和/或电感器。在一些实施例中，能量恢复电路1726或能量恢复电路1731可以包括(例如，如上所述的)开关，以允许在每个脉冲之后电流流动通过能量恢复电路。
图18是根据一些实施例的包括RF驱动器1805、有源偏置补偿电路134和能量恢复电路110的RF驱动器系统1800的电路图。在该示例中，RF驱动器系统1800相似于无匹配RF系统700，其中，RF驱动器705和谐振电路710由RF驱动器1805代替。以RF驱动器1805代替的图7所示的RF驱动器705包括全波整流器和谐振电路710。
在一些实施例中，RF驱动器1805可以包括多个高频率固态开关、RF发生器、基于放大器管的RF发生器或基于管的RF发生器。
RF驱动器系统1800可以不包括传统匹配网络(例如，比如50欧姆匹配网络或外部匹配网络或独立匹配网络)。在一些实施例中，RF驱动器系统1800不需要50欧姆匹配网络以调谐施加到晶圆室的开关功率。没有传统匹配网络的射频发生器可以允许等离子体室抽取的功率的快速改变。典型地，匹配网络的这种调谐至少花费100μs-200μs。在一些实施例中，功率改变可以发生在一个或两个RF周期(例如，在400kHz时，2.5μs-5.0μs)内。
在一些实施例中，RF驱动器1805可以按大约400kHz、0.5MHz、2.0MHz、4.0MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、50MHz等的频率进行操作。
第一纳秒脉冲发生器1725和第二纳秒脉冲发生器1730之一或二者可以包括无源偏置补偿电路114、有源偏置补偿电路134或DC偏置电路104。
图19是根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统1900的电路图。纳秒脉冲发生器系统1900包括纳秒脉冲发生器105、初级吸收器1906、变压器T1和负载级1915。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器105可以产生具有高脉冲电压(例如，大于1kV、10kV、20kV、50kV、100kV等的电压)、高频率(例如，大于1kHz、10kHz、100kHz、200kHz、500kHz、1MHz等的频率)、快速上升时间(例如，小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns，1,000ns等的上升时间)、快速下降时间(例如，小于大约1ns、10ns、50ns、100ns、250ns、500ns、1,000ns等的下降时间)和/或短脉冲宽度(例如，小于大约1,000ns、500ns、250ns、100ns、20ns等的脉冲宽度)的脉冲。
例如，纳秒脉冲发生器105可以包括：题为“High Voltage Nanosecond Pulser”的美国专利申请序列号14/542,487中描述的任何设备的所有或任何部分，其出于所有目的并入本公开；题为“Galvanically Isolated Output Variable Pulse GeneratorDisclosure”的美国专利申请序列号14/635,991中描述的任何设备的所有或任何部分，其出于所有目的并入本公开；或题为“High Voltage Nanosecond Pulser With VariablePulse Width and Pulse Repetition Frequency”的美国专利申请序列号14/798,154中描述的任何设备的所有或任何部分，其出于所有目的并入本公开。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器105包括开关S1，其与电源C7(例如，可以与电源耦合的能量存储电容器)耦合，电源C7可以提供由开关S1进行开关的一致DC电压并将所开关的功率提供给变压器T1。例如，开关S1可以包括一个或多个固态开关(例如，比如IGBT、MOSFET、SiC MOSFET、SiC结晶体管、FET、SiC开关、GaN开关、光导开关等)。在一些实施例中，与开关S1耦合的栅极电阻器可以设置有短开启脉冲。
在一些实施例中，电阻器R8和/或电阻器R5可以表示纳秒脉冲发生器105内的杂散电阻。在一些实施例中，电感器L3和/或电感器L1可以表示纳秒脉冲发生器105内的杂散电感。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器105可以包括缓冲电路，其可以包括缓冲电阻器R1和缓冲电感器L3，缓冲电阻器R1和缓冲电感器L3二者可以布置为与缓冲二极管D2并联。缓冲电路可以还包括缓冲电容器C5。在一些实施例中，缓冲电阻器R1和缓冲电感器L3和/或缓冲二极管D2可以放置在开关S1的集电极与变压器T1的初级绕组之间。缓冲二极管D2可以用以缓冲掉开关动作中的任何过压。大的和/或快速的电容器C5可以耦合在开关S1的发射极侧。续流二极管D1也可以与开关S1的发射极侧耦合。可以包括图中未示出的各种其他组件。
在一些实施例中，续流二极管D1可以与电感性负载结合使用，以确保通过允许电流保持在相同方向上流动通过电感器可以允许电感器中存储的能量在开关S1打开之后耗散，并且能量在电路的电阻性元件中得以耗散。如果不使用它们，则这可能例如导致开关S1上的大反向电压。
在一些实施例中，初级吸收器1906可以部署为与开关S1(和缓冲电路)并联。例如，初级吸收器1906可以包括布置为串联的吸收器二极管D6、电阻器R2和吸收器电感器L6。在一些实施例中，电阻器R2可以包括具有大约100欧姆的电阻的一个或多个电阻器。在一些实施例中，吸收器电感器L6可以包括具有大约100μH的电感的一个或多个电感器。在一些实施例中，电阻器R2可以包括布置为并联和/或串联的多个电阻器。在一些实施例中，吸收器电感器L6可以包括布置为并联和/或串联的多个电感器。
在一些实施例中，吸收器二极管D6可以布置为允许电流从变压器T1流动到地。
在一些实施例中，吸收器二极管D6、电阻器R2和吸收器电感器L6布置为与变压器T1并联。
在一些实施例中，电阻器R2和吸收器电感器L6部署在变压器T1的初级侧。
使用初级吸收器以实现具有快速上升/下降时间和/或短脉冲宽度的处于高频率的高电压脉冲可以约束电阻性输出级中电路元件(例如，R2和L6)的选择。可以选择初级吸收器以处理高平均功率、高峰值功率、快速上升时间和/或快速下降时间。例如，平均额定功率可以大于大约10W、50W、100W、0.5kW、1.0kW、10kW、25kW等，峰值额定功率可以大于大约1kW、10kW、100kW、1MW等，和/或上升和下降时间可以小于1000ns、100ns、10ns或1ns。
高平均功率和/或峰值功率要求可能源于对于快速地耗散负载级1915中存储的能量的需要，和/或对于以高频率进行该操作的需要。例如，如果负载级1915本质上是电容性的(如图1所示，具有电容C12)，具有需要在20ns内放电的1nF电容，并且如果初级吸收器可以是纯电阻性的(例如，L6的最小值)，则初级吸收器可以具有大约12.5m欧姆的电阻值。如果施加到负载的高电压脉冲在20kV是100ns长，则每个脉冲将耗散在100ns脉冲宽度期间大约2J(例如，E＝tpVp 2/R)和从1nF电容性负载耗尽所存储的能量的附加0.2J(例如E＝1/2tpCVs 2)，其中，tp是脉冲宽度，V是脉冲电压，R2是初级吸收器的电阻，C是负载的电容，Vp是变压器的初级侧的电压，Vs是变压器的次级侧的电压，并且E是能量。如果操作在10kHz，则2.2J的每脉冲总能量耗散可能导致进入初级吸收器中的22kW的平均功率耗散。在脉冲期间初级吸收器中的峰值功率耗散可以是大约20MW，并且可以根据Power＝V2/R计算。
例如，与对于初级吸收器中的电阻较小的需求结合的高频率和高电压操作可能导致初级吸收器内具有高峰值功率和高平均功率耗散之一或二者的示例。用在TTL类型电路和/或数据获取类型电路中的标准下拉电阻器(例如，5伏左右)关于平均和峰值功率耗散二者通常远低于1W进行操作。
在一些实施例中，例如，初级吸收器1906耗散的功率与由负载级1915耗散的总功率相比的比率可以是10％、20％、30％或更大。在标准低电压电子电路中，下拉电阻器耗散少于所消耗的功率的1％，并且典型地远更少。
快速上升时间和/或快速下降时间要求可以约束初级吸收器内的可允许的杂散电感和/或杂散电容二者。在上述示例中，对于待在20ns左右内放电的1nF电容性负载，初级吸收器中的串联杂散电感可以小于大约1,000nH、500nH、300nH、100nH、30nH等。在一些实施例中，L6/R2<tf。在一些实施例中，关于初级吸收器不归因于其杂散电容而浪费显著附加能量的L/R时间，例如小于负载电容中存储的电容性能量的10％，那么初级吸收器的杂散电容的L/R时间初级吸收器可以小于100pF。由于初级吸收器可能归因于其高功率耗散要求而趋于在实体上是大的，因此实现这种低杂散电感和杂散电容二者可能是有挑战性的。该设计通常需要使用大量分立元件(例如，电阻器)的大量并联和串联操作，其中，组件紧密地组合在一起，和/或距可能显著地增加杂散电容的任何接地表面间隔得很远。
在一些实施例中，负载级1915可以包括介质阻挡放电设备。介质阻挡放电中的负载级1915可以主要是电容性的。在一些实施例中，负载可以建模为纯电容性负载CL(例如，类似于介质阻挡放电)。例如，当电源P接通时，电容性负载CL可以受充电，当电源P未接通时，电容性负载CL上的电荷可以通过电阻R得以耗尽。此外，归因于高电压和/或高处和/或快速下降时间要求，初级吸收器可能需要对来自电容性负载CL的显著量的电荷进行放电，而低电压应用(例如，标准5V逻辑电平和/或低电压数据脉冲发生器)可能不是这种情况。
例如，典型介质阻挡放电设备可以具有大约10pF的电容和/或可以在大约20ns上升时间和/或大约20ns下降时间的情况下受驱动到大约20kV。在一些实施例中，期望的脉冲宽度可以是80ns长。为了使下降时间匹配于上升时间，电阻R2可以是大约12.5欧姆，可以用以创建期望的下降时间。取决于负载和/或其他电路元件和/或要求上升时间、下降时间和/或脉冲宽度等，可以使用用于电路元件电阻器R2的各种其他值。
在一些实施例中，对于类似电容性的负载、或具有有效电容C(例如，电容C12)的负载，特征脉冲下降时间可以指定为tf并且脉冲上升时间可以指定为tr。在一些实施例中，上升时间tr可以由驱动电源的规格设置。在一些实施例中，通过选择电阻R2，脉冲下降时间tf可以近似匹配于脉冲上升时间tr，其中，
在一些实施例中，可以具体地选择R2，以提供脉冲上升时间tr与脉冲下降时间tf之间的特定关系。这与下拉电阻器的概念不同，其中，通常，选择下拉电阻以按某更长的时间尺度并且以远更低的功率电平承载/耗散电压/电荷。在一些实施例中，电阻器R2可以具体地用作下拉开关的替代物，以建立脉冲上升时间tr与脉冲下降时间tf之间的特定关系。
在一些实施例中，可以从P＝V2/R得到在具有脉冲宽度tp和驱动电压V的脉冲期间电阻器R2中耗散的功率。因为下降时间tf直接与电阻R成正比(例如，
)，因此随着对于下降时间tf的要求降低，于是对于电阻R的要求也降低，并且电阻器R2中耗散的功率P根据P＝V2C/tf增加。因此，电阻器R2可以设计为确保正确的下降时间tf但能够处理高功率(例如，比如大于大约1.0kW或100kW的功率)。在一些实施例中，电阻器可以处理平均功率要求以及峰值功率要求。导致低电阻值和所得高功率耗散的对于快速下降时间tf的需要是挑战，这可能使初级吸收器作为用于从电容性负载C2快速地移除电荷的方式是不期望的。在一些实施例中，电阻器R可以包括具有低电阻的电阻器，但仍具有高平均额定功率和峰值额定功率。
在一些实施例中，电阻器R2可以包括共同具有所需电阻和额定功率的电阻器的串联和/或并联堆叠。在一些实施例中，电阻器R2可以包括具有小于大约2,000欧姆、500欧姆、250欧姆、100欧姆、50欧姆、25欧姆、10欧姆、1欧姆、0.5欧姆、0.25欧姆、等的电阻并且具有大于大约0.5kW、1.0kW、10kW、25kW等的平均额定功率而且具有大于大约1kW、10kW、100kW、1MW等的峰值额定功率的电阻器。
使用上述示例，其中，tp＝80ns，V＝500kV，并且电阻器R2为12.5k欧姆，一旦负载中的电容完全充电，施加到负载的每个脉冲就可以耗散16mJ。一旦脉冲关闭，来自负载的电荷就由电阻器R2耗散。如果以100kHz进行操作，则电阻器R2可以耗散1.6kW。如果已经选择电阻器R2以创建10ns tf，则电阻器R2中的耗散的功率将是3.2kW。在一些实施例中，高电压脉冲宽度可以延伸至500ns。在500ns，其中，tf＝20ns，电阻器R2将耗散10kW。
在一些实施例中，如果电阻器R2中消耗的功率超过由负载级1915消耗的功率的10％或20％，则可以认为它很大。
当需要快速下降时间tf时，功率耗散可能很大(例如，比如所消耗的总功率的大约三分之一)。例如，如果电阻器R2包括与吸收器电感器L6串联的电阻器R2，则吸收器电感器L6可以例如在电压V存在的同时减少进入电阻器R的功率和/或加速下降时间超越由RC衰减设置的下降时间。
例如，时间常数L6/R2可以设置为近似脉冲宽度tp(例如，L6/R2≈tp)。例如，这可以减少能量耗散和/或缩短下降时间tf(例如，降低tf)。在一些实施例中，R2≈C/tf≈C/tr，假设我们想要将tf与tr匹配。在本申请、公开和/或权利要求中，符号“≈”表示在十倍以内。
在一些实施例中，变压器T1可以是纳秒脉冲发生器105的部分。
图20是根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统2000的电路图。纳秒脉冲发生器系统2000包括纳秒脉冲发生器105、初级吸收器2006、变压器T1和负载级1915。
在一些实施例中，代替吸收器二极管D6或除了吸收器二极管D6之外，初级吸收器2006可以还包括吸收器开关S2。在一些实施例中，吸收器开关S2可以布置为与吸收器电感器L6和/或吸收器电阻器R2串联。
在一些实施例中，例如，当负载电容C2待通过吸收器电阻器R2和/或吸收器电感器L6排放时，吸收器开关S2可以闭合。例如，吸收器开关S2可以在每个脉冲之后接通和/或切断以从负载电容器C2排放电荷。例如，在每个脉冲期间，吸收器开关S2可以是打开的。在每个脉冲的结束，吸收器开关S2可以闭合，以将负载电容排放到电阻器R2中。例如，当开关S1打开时，吸收器开关S2可以闭合，和/或当开关S1闭合时，吸收器开关S2可以打开。
在一些实施例中，吸收器开关S2可以包括图14中描述的高电压开关1400。
图21是根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统2100的电路图。纳秒脉冲发生器系统2100包括纳秒脉冲发生器2105、初级吸收器2106、变压器T1和负载级1915。
在一些实施例中，纳秒脉冲发生器2105可以包括部署在吸收器开关S2与初级吸收器2106之间的二极管D9。二极管D9可以布置为允许电流通过开关S1流动朝向变压器T1并且限制电流从变压器T1流动朝向开关S1。
初级吸收器2106可以包括除了吸收器二极管D6之外的初级吸收器1906的组件。在一些实施例中，初级吸收器2106可以包括吸收器二极管D6和/或吸收器开关S2。
图22是根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统2200的电路图。纳秒脉冲发生器系统2200包括纳秒脉冲发生器105、初级吸收器2206、变压器T1和负载级1915。
在一些实施例中，初级吸收器2206可以包括吸收器开关S2和吸收器二极管D6。在一些实施例中，吸收器开关S2可以布置为与吸收器电感器L6和/或吸收器电阻器R2串联。在一些实施例中，可以跨越吸收器开关S2包括消弧二极管D8。
在一些实施例中，例如，当负载电容C2待通过吸收器电阻器R2和/或吸收器电感器L6排放时，吸收器开关S2可以闭合。例如，吸收器开关S2可以在每个脉冲之后接通和/或切断以从负载电容器C2排放电荷。例如，在每个脉冲期间，吸收器开关S2可以是打开的。在每个脉冲的结束，吸收器开关S2可以闭合，以将负载电容排放到电阻器R2中。例如，当开关S1打开时，吸收器开关S2可以闭合，和/或当开关S1闭合时，吸收器开关S2可以打开。
图23示出使用图21所示的纳秒脉冲发生器系统2100的示出变压器T1的输入处的电压的波形2305和示出负载级1915处的电压的波形2310。
图24示出根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统2400。纳秒脉冲发生器系统2400包括纳秒脉冲发生器105、初级吸收器1906、变压器T1、偏置补偿电路2410和负载级2415。
在一些实施例中，偏置补偿电路2410可以包括高电压开关S3，其跨越偏置补偿二极管D8耦合并且布置为与偏置电源V1和偏置补偿电阻器R9串联。在一些实施例中，高电压开关S3可以包括多个开关，其布置为串联以共同地打开并且闭合高电压。例如，高电压开关S3可以包括图14中描述的高电压开关1400。在一些实施例中，高电压开关S3可以基于信号Sig3+和Sig3-打开并且闭合。
高电压开关S3可以与电感器L9和电阻器R11之一或二者串联耦合。电感器L9可以限制通过高电压开关S3的峰值电流。例如，电感器L9可以具有小于大约100μH(例如，比如大约250μH、100μH、50μH、25μH、10μH、5μH、1μH等)的电感。例如，电阻器R11可以将功率耗散转移到初级吸收器。例如，电阻器R11的电阻可以具有小于大约1000欧姆、500欧姆、250欧姆、100欧姆、50欧姆、10欧姆等的电阻。
在一些实施例中，高电压开关S3可以包括缓冲电路。缓冲电路可以包括电阻器R9、缓冲二极管D8、缓冲电容器C15和缓冲电阻器R10。
在一些实施例中，电阻器R8可以表示偏移供电电压V1的杂散电阻。例如，电阻器R8可以具有高电阻(例如，比如大约10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆、1G欧姆等的电阻)。
在一些实施例中，偏置补偿电容器C8可以具有小于100nF至100μF(例如，比如大约100μF、50μF、25μF、10μF、2μF、500nF、200nF等)的电容。
在一些实施例中，偏置补偿电容器C8和偏置补偿二极管D8可以允许在每个突发的开始建立(例如，标记为125的位置处的)脉冲发生器级101的输出与(例如，标记为124的位置处的)电极上的电压之间的电压偏移，达到所需的均衡状态。例如，电荷经过多个脉冲(例如，可以是大约5-100个)在每个突发的开始从电容器C12转移到电容器C8中，在电路中建立正确的电压。
在一些实施例中，偏置电容器C12可以允许(例如，标记为125的位置处的)纳秒脉冲发生器级101的输出与(例如，标记为124的位置处的)电极上的电压之间的电压偏移。在操作中，例如，电极可以在突发期间处于-2kV的DC电压，而纳秒脉冲发生器的输出在脉冲期间的+6kV与脉冲之间的0kV之间交变。
例如，偏置电容器C12可以具有大约100nF、10nF、1nF、100μF、10μF、1μF等的电容。例如，电阻器R9可以具有高电阻(例如，比如大约1k欧姆、10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆、10M欧姆、100M欧姆等的电阻)。
偏置补偿电路2410可以包括任何数量的其他元件或以任何数量的方式布置。
在一些实施例中，高电压开关S3可以在纳秒脉冲发生器105正发生脉冲的同时打开，而当纳秒脉冲发生器105并非正发生脉冲时闭合。例如，当高电压开关S3闭合时，电流跨越偏置补偿二极管D8短路。使该电流短路可以允许晶圆与卡夹之间的偏置小于2kV(或另一电压值)，其可以处于可接受的公差内。在一些实施例中，偏置补偿二极管D8可以在10Hz至10kHz之间的频率传导10A至1kA之间的电流。
在一些实施例中，高电压开关S3可以包括图14中描述的高电压开关1400。
在一些实施例中，负载级2415可以表示用于半导体处理室(例如，比如等离子体沉积系统、半导体制造系统、等离子体溅射系统等)的理想化或有效电路。例如，电容C2可以表示晶圆可以坐落的卡夹的电容。例如，卡夹可以包括介电材料。例如，电容器C1可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
例如，电容器C3可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电容。例如，电阻器R6可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电阻。例如，电感器L2可以表示等离子体与晶圆之间的鞘电感。例如，电流源I2可以表示通过鞘的离子电流。例如，电容器C1或电容器C3可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
例如，电容器C9可以表示室壁与晶圆的顶表面之间的等离子体内的电容。例如，电阻器R7可以表示室壁与晶圆的顶表面之间的等离子体内的电阻。例如，电流源I1可以表示等离子体中的离子电流。例如，电容器C1或电容器C9可以具有小电容(例如，大约10pF、100pF、500pF、1nF、10nF、100nF等)。
如本文中所用，等离子体电压是从地到电路点123测量的电压；晶圆电压是从地到电路点122测量的电压，并且可以表示晶圆的表面处的电压；卡夹电压是从地到电路点121测量的电压；电极电压是从地到电路点124测量的电压；并且输入电压是从地到电路点125测量的电压。
图25示出根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统2500。纳秒脉冲发生器系统2500包括纳秒脉冲发生器105、初级吸收器2006、变压器T1、偏置补偿电路2410和负载级2415。
图26示出根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统2600。纳秒脉冲发生器系统2600包括纳秒脉冲发生器2105、初级吸收器1906、变压器T1、偏置补偿电路2410和负载级2415。
图27示出根据一些实施例的纳秒脉冲发生器系统2700。纳秒脉冲发生器系统2700包括纳秒脉冲发生器105、初级吸收器2206、变压器T1、偏置补偿电路2410和负载级2415。
图28示出使用纳秒脉冲发生器系统2700的变压器T1的输入处的电压的波形2805、卡夹(标记为121的点)处的电压的波形2810和晶圆(标记为122的点)处的电压的波形2815。
在一些实施例中，卡夹电势示出为负的，然而，卡夹电势也可以是正的。
在一些实施例中，初级吸收器1906、初级吸收器2006或初级吸收器2206可以降低高电压纳秒脉冲发生器系统的能量消耗和/或驱动给定负载所需的电压。例如，能量消耗可以减少多达10％、15％、20％、25％、30％、40％、45％、50％等或更多。
在一些实施例中，二极管D9和/或二极管D6可以包括高电压二极管。
除非另外指定，否则术语“实质上”表示所指代的值的5％或10％内或制造公差内。除非另外指定，否则术语“大约”表示所指代的值的5％或10％内或制造公差内。
术语“或”是包括式的。
本文阐述大量具体细节以提供所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其他实例中，尚未详细描述本领域普通技术人员公知的方法、装置或系统，以使得不模糊所要求保护的主题。
可以在这些计算设备的操作中执行本文公开的方法的实施例。以上示例中呈现的块的顺序可以改变，例如，块可以重新排序、组合和/或分解为子块。可以并行执行特定块或过程。
本文中“适用于”或“配置为”的使用表示不排除适用于或配置为执行附加任务或步骤的设备的开放式和包括式语言。此外，“基于”的使用表示是开放式和包括式的，在于：“基于”一个或多个所陈述的条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可以基于超出所陈述的条件或值的附加条件或值。本文包括的标题、列表和编号仅是为了易于解释，而非表示限制。
虽然已经关于本主题的特定实施例详细描述本主题，但应理解，本领域技术人员在实现前述内容的理解时可以容易地产生对这些实施例的更改、变型和等同。相应地，应理解，本公开已经出于示例而非限制的目的得以提出，并且不排除包括对本主题这些修改、变型和/或添加，如对于本领域普通技术人员将容易地显而易见那样。
Claims (59)
1.一种纳秒脉冲发生器电路，包括：
高电压电源；
纳秒脉冲发生器，其与所述高电压电源电耦合并且以高频率对来自所述高电压电源的电压进行开关；
变压器，其具有初级侧和次级侧，所述纳秒脉冲发生器与所述变压器的所述初级侧电耦合；和
能量恢复电路，其与所述变压器的所述次级侧电耦合，所述能量恢复电路包括：
能量恢复电感器，其与所述高电压电源电耦合；
消弧二极管，其布置为与所述变压器的所述次级侧并联；和
第二二极管，其部署为与所述能量恢复电感器串联，并且布置为将电流从负载通过所述能量恢复电感器传导到所述高电压电源。
2.如权利要求1所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述能量恢复电感器包括大于大约50μH的电感。
3.如权利要求1所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述纳秒脉冲发生器以大约400kHz的频率对来自所述高电压电源的电压进行开关。
4.如权利要求1所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述纳秒脉冲发生器电路向负载提供大于5kV的电压。
5.如权利要求1所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述负载包括电容性负载。
6.如权利要求1所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述负载包括等离子体沉积室。
7.如权利要求1所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述能量恢复电路还包括高电压开关，其与所述第二二极管和所述能量恢复电感器串联。
8.如权利要求7所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述高电压开关对大于5kV的电压进行开关。
9.如权利要求1所述的纳秒脉冲发生器电路，其中，所述高电压电源提供具有大于1kV的电压的DC功率。
10.一种电路，包括：
存储电容器；
开关电路，其与所述存储电容器耦合，所述开关电路输出具有大于1kV电压并且具有大于1kHz频率的波形；
变压器，其具有初级侧和次级侧，所述开关电路与所述变压器的所述初级侧电耦合；和
能量恢复电路，其与所述变压器的所述次级侧和所述存储电容器电耦合，所述能量恢复电路包括：
能量恢复电感器，其与所述高电压电源电耦合；和
第二二极管，其部署为与所述能量恢复电感器串联，并且布置为将电流从负载通过所述能量恢复电感器传导到所述高电压电源。
11.如权利要求10所述的电路，其中，所述能量恢复电路包括消弧二极管，其布置为与所述变压器的所述次级侧并联。
12.如权利要求10所述的电路，其中，所述开关电路包括纳秒脉冲发生器。
13.如权利要求10所述的电路，其中，所述开关电路包括RF驱动器，其以高于大约400kHz的频率进行操作。
14.如权利要求13所述的电路，其中，所述RF驱动器包括半桥驱动器或全桥驱动器。
15.如权利要求10所述的电路，还包括：偏置补偿电路包括：偏置补偿二极管，其与偏置补偿开关并联；和DC电源，其布置为与所述偏置补偿二极管和所述偏置补偿开关串联。
16.如权利要求10所述的电路，其中，所述能量恢复电感器包括大于50μH的电感。
17.一种用于创建高电压脉冲的方法，所述方法包括：
当闭合脉冲发生器开关时，打开偏置补偿电路内的偏置补偿开关，所述偏置补偿电路与变压器的次级耦合；
闭合纳秒脉冲发生器的脉冲发生器开关以创建脉冲，所述纳秒脉冲发生器与变压器的初级侧和DC电源耦合，所述脉冲在变压器的次级侧具有大于1kV的电压；
当闭合所述脉冲发生器开关时，打开能量恢复电路内的能量恢复开关，所述能量恢复电路与所述变压器的所述次级侧和所述DC电源耦合；
暂停少于大约100纳秒的时间段；
闭合所述纳秒脉冲发生器的所述脉冲发生器开关；以及
当闭合所述脉冲发生器开关时，打开所述能量恢复电路内的所述能量恢复开关。
18.如权利要求17所述的用于创建高电压脉冲的方法，其中，所述能量恢复电路包括电感器和二极管，其与所述能量恢复开关串联。
19.如权利要求17所述的用于创建高电压脉冲的方法，其中，所述能量恢复开关包括多个开关，其布置为串联并且具有多个电压分配电阻器，以使得所述多个电压分配电阻器中的每个电压分配电阻器布置为跨越所述多个开关中的对应开关。
20.如权利要求17所述的用于创建高电压脉冲的方法，其中，所述偏置补偿电路包括：偏置补偿二极管，其与所述偏置补偿开关并联；和DC电源，其布置为与所述偏置补偿二极管和所述偏置补偿开关串联。
21.一种用于创建高电压脉冲的方法，所述方法包括：
在脉冲突发之前，打开通过变压器与纳秒脉冲发生器耦合的偏置补偿电路内的偏置补偿开关，所述偏置补偿电路与所述变压器的次级耦合；
在所述脉冲突发期间，重复地打开并且闭合纳秒脉冲发生器的脉冲发生器开关，以在所述脉冲突发内创建多个脉冲，所述纳秒脉冲发生器与所述变压器的初级侧和DC电源耦合，所述打开并且闭合所述脉冲发生器开关按大于大约1kHz的脉冲重复频率发生，并且所述闭合所述脉冲发生器开关在所述变压器的所述次级侧产生具有大于1kV的电压的脉冲；
在所述脉冲突发期间，重复地闭合并且打开能量恢复电路内的能量恢复开关，以使得当所述脉冲发生器开关打开时所述能量恢复开关闭合，并且当所述脉冲发生器开关闭合时所述能量恢复开关闭合，所述能量恢复电路与所述变压器的次级侧和所述DC电源耦合；以及
在所述脉冲突发之后，闭合偏置补偿电路内的偏置补偿开关。
22.如权利要求21所述的用于创建高电压脉冲的方法，还包括：
暂停少于大约100微秒的时间段；
在第二脉冲突发之前，打开所述偏置补偿开关；
在所述第二脉冲突发期间，打开并且闭合所述脉冲发生器开关；
在所述第二脉冲突发期间，闭合并且打开能量恢复开关；以及
在所述第二突发之后，闭合所述偏置补偿开关。
23.如权利要求21所述的用于创建高电压脉冲的方法，其中，所述能量恢复电路包括电感器和二极管，其与所述能量恢复开关串联。
24.如权利要求21所述的用于创建高电压脉冲的方法，其中，所述能量恢复开关包括多个开关，其布置为串联并且具有多个电压分配电阻器，以使得所述多个电压分配电阻器中的每个电压分配电阻器布置为跨越所述多个开关中的对应开关。
25.如权利要求21所述的用于创建高电压脉冲的方法，其中，所述偏置补偿电路包括：偏置补偿二极管，其与所述偏置补偿开关并联；和DC电源，其布置为与所述偏置补偿二极管和所述偏置补偿开关串联。
26.一种用于创建高电压脉冲的方法，所述方法包括：
在第一脉冲突发之前，打开通过变压器与纳秒脉冲发生器耦合的偏置补偿电路内的偏置补偿开关，所述偏置补偿电路与所述变压器的次级耦合；
在所述第一脉冲突发期间，重复地打开并且闭合纳秒脉冲发生器的脉冲发生器开关，以在所述脉冲突发内创建多个脉冲，所述纳秒脉冲发生器与所述变压器的初级侧和DC电源耦合，所述打开并且闭合所述脉冲发生器开关按大于大约1kHz的脉冲重复频率发生，并且所述闭合所述脉冲发生器开关在所述变压器的所述次级侧产生具有大于1kV的电压的脉冲；
在所述脉冲突发之后，闭合偏置补偿电路内的偏置补偿开关。
暂停达少于大约100微秒的时间段；
在第二脉冲突发之前，打开所述偏置补偿开关；
在所述第二脉冲突发期间，打开并且闭合所述脉冲发生器开关；以及
在所述第二突发之后，闭合所述偏置补偿开关。
27.如权利要求26所述的用于创建高电压脉冲的方法，还包括：
在所述第一脉冲突发期间，重复地闭合并且打开能量恢复电路内的能量恢复开关，以使得当所述脉冲发生器开关打开时所述能量恢复开关闭合，并且当所述脉冲发生器开关闭合时所述能量恢复开关闭合，所述能量恢复电路与所述变压器的次级侧和所述DC电源耦合。
28.如权利要求27所述的用于创建高电压脉冲的方法，在所述第二脉冲突发期间，打开并且闭合所述能量恢复开关。
29.一种高电压、高频率开关电路，包括：
高电压开关电源，其产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的脉冲；
变压器，其具有初级侧和次级侧；
输出，其与所述变压器的所述次级侧电耦合；和
初级吸收器，其与所述变压器的所述初级侧电耦合并且与所述高电压开关电源并联，所述初级吸收器包括至少一个电阻器，其对与所述输出耦合的负载进行放电。
30.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器配置为耗散超过大约1千瓦的平均功率。
31.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器包括至少一个电感器，其与所述至少一个电阻器串联。
32.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器包括开关，其与所述至少一个电阻器串联。
33.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述输出与主要是电容性的等离子体负载耦合。
34.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述输出与包括介质阻挡放电的等离子体负载耦合。
35.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器中的所述电阻器的电阻小于大约400欧姆。
36.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述高电压高频率开关电源提供大于100kW的峰值功率。
37.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器中的所述电阻器包括电阻R，并且所述输出与具有电容C的负载耦合，以使得
其中，tf是脉冲下降时间。
38.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述负载本质上是电容性的，其具有小于50nF的电容，其中，所述负载电容不保持电荷达大于10μs的时间。
39.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述负载本质上是电容性的，并且所述高电压、高频率开关电路对所述负载电容快速地进行充电而且对所述负载电容进行放电。
40.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，当所述高电压开关电源不提供高电压脉冲时，所述输出产生产生大于-2kV的等离子体内的负偏置电压。
41.如权利要求29所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述输出可以产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的高电压脉冲，其中，脉冲下降时间小于大约400ns。
42.一种高电压、高频率开关电路，包括：
高电压开关电源，其产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的脉冲；
变压器，其具有初级侧和次级侧；
输出，其与所述变压器的所述次级侧电耦合；和
初级吸收器，其电耦合到所述变压器的所述初级侧并且与所述高电压开关电源的输出并联，所述初级吸收器包括：至少一个电阻器，其对与所述输出耦合的负载进行放电；和至少一个电感器，其与所述至少一个电阻器串联。
43.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器包括开关，其与所述至少一个电阻器和/或所述至少一个电感器串联。
44.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述输出可以产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的高电压脉冲，其中，脉冲下降时间小于大约400ns。
45.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器配置为耗散超过大约1千瓦的功率。
46.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述高电压开关电源包括电源、至少一个开关和升压变压器。
47.如权利要求12所述的高电压、高频开关电路，其中，所述初级吸收器处理大于10kW的峰值功率。
48.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器中的所述电阻器的电阻小于大约400欧姆。
49.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器包括电感器和电阻器，并且其中，所述电感器的电感L和所述电阻器的电阻R设置为满足L/R≈tp，其中，tp是所述脉冲的脉冲宽度。
50.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述初级吸收器中的所述电阻器包括电阻R，并且所述输出与具有电容C的负载耦合，以使得
其中，tf是脉冲下降时间。
51.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述输出产生用以将离子加速到表面中的等离子体内的负偏置电压。
52.如权利要求12所述的高电压、高频率开关电路，其中，当所述高电压开关电源不提供高电压脉冲时，所述输出产生大于-2kV的与电极或基板(或晶圆和等离子体)相对于地的负电势差。
53.一种高电压、高频率开关电路，包括：
高电压开关电源，其产生具有大于1kV的电压并且具有大于10kHz的频率的脉冲；
变压器，其具有初级侧和次级侧；
输出，其与所述变压器的所述次级侧电耦合；和
初级吸收器，其与所述变压器的所述初级侧电耦合并且与所述高电压开关电源的输出并联，所述初级吸收器包括布置为串联的至少一个电阻器、至少一个电感器和开关，
其中，所述输出可以产生具有大于1kV的电压、具有大于10kHz的频率并且具有小于大约400ns的脉冲下降时间的高电压脉冲，并且，其中，所述输出电耦合到等离子体类型负载。
54.如权利要求53所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述等离子体类型负载可以建模为在大小方面具有小于20nF的电容性元件。
55.如权利要求53所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述等离子体类型负载设计为将离子加速到表面中。
56.如权利要求53的高电压、高频率开关电路，其中，通过所述高电压高频率开关电源的动作建立电势以将离子加速到表面中。
57.如权利要求53所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述等离子体类型本质上主要是电容性的。
如权利要求53所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述等离子体类型负载包括介质阻挡放电。
58.如权利要求53所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述高电压高频率开关电源交付大于100kW的峰值功率。
59.如权利要求53所述的高电压、高频率开关电路，其中，所述高电压开关电源包括电源、至少一个开关和升压变压器。
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