專利名稱：Rf功率放大器穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于穩(wěn)定等離子體處理系統(tǒng)中的射頻(RF)功率放大器的 系統(tǒng)和方法。
背景4支術(shù)
本部分的描述僅提供與本發(fā)明有關(guān)的背景信息，而不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。 等離子體處理系統(tǒng)被使用在半導(dǎo)體制造中。該系統(tǒng)采用改變原料(例如 硅)的電特性的等離子體室以制造半導(dǎo)體部件。這種部件的實(shí)例包括晶體管、 介質(zhì)和大規(guī)模電感器、微處理器及隨機(jī)存取存儲器。等離子體室在制造過程 中能執(zhí)行賊射、等離子體蝕刻、等離子體沉積和/或反應(yīng)離子蝕刻。
在操作中，等離子體室容納半導(dǎo)體工件。然后氣體在低壓下被導(dǎo)入等離 子體室。RF功率發(fā)生器向等離子體室施加RF功率。RF功率改變氣體的氣 態(tài)為等離子體。等離子體包括與半導(dǎo)體工件的曝光區(qū)域反應(yīng)的帶電離子。這
現(xiàn)在參考圖1,典型的等離子體處理系統(tǒng)10的部分被示出。RF功率發(fā) 生器包括一個或多個輸出晶體管12。直流(DC)電源向晶體管12提供電能 B+。在一些實(shí)施例中，DC電源包括開關(guān)式電源或功率放大器(PA)。輸出 晶體管12 #4居RF驅(qū)動信號14產(chǎn)生RF功率。RF功率與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)16 連通。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)16的輸出與等離子體室20的輸入連通，典型地，等離 子體室20具有50歐姆的輸入阻抗。 一些裝置包括連接在晶體管12與顯示 為等離子體室20的負(fù)載之間的饋給線中的一個或多個耗散帶通濾波器22。
典型地，晶體管12在單個中心頻率fo產(chǎn)生RF功率。在操作期間，因 為等離子體的固有特性，等離子體室20的輸入阻抗連續(xù)且自發(fā)地變化。這些輸入阻抗變化引起晶體管12與等離子體室20之間的功率耦合效率的下
降。輸入阻抗變化還引起RF能量從等離子體室20反射回晶體管12。反射 的RF能量可引起功率傳輸系統(tǒng)不穩(wěn)定并且損壞晶體管12。濾波器22可用 于耗散反射的能量，該能量在以中心頻率fG為中心的通頻帶之外的頻率發(fā) 生。濾波器22的實(shí)例被若拉(Chawla)等人在No. 5,187,457、名為"諧波 和分諧波濾波器(Harmonic and Subharmonic Filter )，，的美國專利中公開， 其中該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的專利權(quán)受讓人。
在B+由開關(guān)式電源提供的應(yīng)用中，反射的RF能量還可引起電源不穩(wěn) 定。解決該問題的濾波器22的實(shí)例被波特(Porter)等人在No. 5，747，935、 名為"用于穩(wěn)定開關(guān)式電源的RF等離子體處理的方法和裝置(Method and Apparatus for Stabilizing Switch Mode Powered RF Plasma Processing )，'的美 國專利中公開。
現(xiàn)在參考圖2,試驗(yàn)測量結(jié)果的非限制性實(shí)例示出等離子體的阻抗的變 化對系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響。水平軸表示中心在頻率fo周圍的范圍上的頻率。 垂直軸表示耦合到等離子體室20中的功率。峰值44表示在中心頻率f。耦合 的期望功率。等離子體室輸入阻抗變化導(dǎo)致在高于中心頻率fo的頻率的峰值 46,以及在低于中心頻率f。的頻率的峰值48。峰值46和48表示除了基本 頻率44之外的通常不被期望的頻率的功率。圖3繪出了表示晶體管12與等 離子體20之間的阻抗匹配的變化特性的史密斯(Smith)圓圖50。阻抗匹配 的曲線51在點(diǎn)53和55上穿過史密斯圓圖50的實(shí)際(水平)軸。相交點(diǎn)表 示室20中的諧振。
現(xiàn)在參考圖4，試驗(yàn)測量結(jié)果的非限制性實(shí)例示出諧波失真的實(shí)例，該 諧波失真引起RF功率在頻率范圍上的保真度的丟失。保真度通常指從晶體 管12到等離子體室20的輸入之間的RF功率的非失真?zhèn)鞑ァＫ捷S表示頻 率，垂直軸表示功率放大器輸出的功率。第一峰值54發(fā)生在中心頻率f0。 第二峰值56、第三峰值58及第四峰值60發(fā)生在中心頻率f。的遞增的整數(shù) 倍。第二峰值56、第三峰值58及第四峰值60的大小遞增地小于第一峰值54的大小。第二峰值56、第三峰值58及第四峰值60處的能量表示RF功 率會在沒有另外的濾波的情況下在等離子體室20中失真。所以保真度是小 于理想情況的。

發(fā)明內(nèi)容
一種向等離子體室施加RF功率的射頻(RF)發(fā)生器包括DC電源。射 頻晶體管在中心頻率產(chǎn)生所述RF功率。低通耗散終接網(wǎng)絡(luò)連接在所述DC 電源與所述晶體管之間，并包括小于所述中心頻率的第一截止頻率。
一種向等離子體室施加RF功率的RF發(fā)生器也可包括DC電源、在中 心頻率產(chǎn)生所述RF功率的射頻晶體管以及與所述RF功率串聯(lián)的高通濾波 器。所述高通濾波器包括小于所述中心頻率的截止頻率。
應(yīng)用性的另外方面通過此處提供的描述將變得明顯。應(yīng)當(dāng)理解的是，描 述和特定實(shí)例僅是用于示意，而并不意在限制本發(fā)明的范圍。


此處描述的附圖僅用于示意，而不意在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的等離子體處理系統(tǒng)的功能框圖； 圖2為由于輸出晶體管與負(fù)載之間的帶外交互而導(dǎo)致的功率擾動的試 驗(yàn)測量結(jié)果；
圖3為等離子體處理系統(tǒng)中的功率反射的實(shí)例的史密斯圓圖； 圖4為由于諧波失真而導(dǎo)致的功率耦合的試驗(yàn)測量結(jié)果； 圖5為包括穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)的等離子體處理系統(tǒng)的功能框圖； 圖6為圖5的等離子體處理系統(tǒng)的功能框圖，其中穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)包括高通 終接網(wǎng)絡(luò)和低通諧波負(fù)載隔離濾波器； 圖7為穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)的示意圖8為在具有穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)的等離子體處理系統(tǒng)中的功率反射的史密斯 圓圖；圖9為由于具有穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)的等離子體室中的寄生輸入阻抗變化而導(dǎo)
致的功率干擾的試驗(yàn)測量結(jié)果；
圖10為具有連線方式隔離和離線諧波終接的大負(fù)載諧波失真的試驗(yàn)測
量結(jié)果；
圖II為推拉等離子體處理系統(tǒng)的功能框圖12為第二推拉等離子體處理系統(tǒng)的功能框圖；以及
圖13繪出具有多個功率放大器的等離子體處理系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
各實(shí)施例的下列描述本質(zhì)上僅是示例性的，決不意圖限制本發(fā)明的啟 示、應(yīng)用或用途。整個申請文件中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件。
現(xiàn)在參考圖5,等離子體處理系統(tǒng)100的若干實(shí)施例中的一個被示出。 直流(DC)電壓B+可由半橋和/或全橋開關(guān)式電源產(chǎn)生。與DC饋給連線的 低通終接DC饋給網(wǎng)絡(luò)(low-pass terminated DC feed network ) ( LPT網(wǎng)絡(luò)) 101連接B+至RF晶體管102的漏極和集電極。LPT網(wǎng)絡(luò)101在頻帶中是電 抗性的，并耗散在第一截止頻率fd以下發(fā)生的RF功率。在各個實(shí)施例中， 第一截止頻率fd通常小于中心頻率fo。下面將更詳細(xì)描述LPT網(wǎng)絡(luò)101。
晶體管102被示出為單個金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET),然而 應(yīng)當(dāng)理解的是，其它的晶體管布置和類型也可以被使用。例如，晶體管102 可以是任何三個端子的半導(dǎo)體器件，端子中的一個控制通過其它兩個端子的 電導(dǎo)和/或其它兩個端子上的電壓。晶體管102也可以被實(shí)施為單芯片和/或 單片MOSFET晶體管。在一些實(shí)施例中，晶體管102可以^C實(shí)施為多片千 瓦功率晶體管(KPT)。晶體管102還可以被實(shí)施為一個或多個絕緣柵雙極 性晶體管(IGBT)?；谥T如期望的RF功率大小、B+電壓、RF功率的頻 率范圍以及耗散反射的能量的能力之類的因素，可以選擇晶體管102的具體 的布置和類型。
晶體管102的柵極或基極在中心頻率fo接收RF驅(qū)動信號103。當(dāng)系統(tǒng)100使用FM時，驅(qū)動信號103的頻率調(diào)制為高于和低于中心頻率fQ。在一 些實(shí)施例中，調(diào)制的范圍大約在中心頻率fo的+/-5%與+/-10%之間，但根 據(jù)不同的實(shí)施例，它能包括較大的范圍。晶體管102的源極或發(fā)射極104接 地。其漏極連接至輸出網(wǎng)絡(luò)106的輸入端。在一些實(shí)施例中，輸出網(wǎng)絡(luò)106 保持在晶體管102的漏極上產(chǎn)生的RF功率的保真度。下面提供輸出網(wǎng)絡(luò)106 的細(xì)節(jié)。輸出網(wǎng)絡(luò)106與高通分諧波負(fù)載隔離濾波器(high-pass sub-harmonic load isolation filter ) ( HPSH濾波器)108的輸入端通4言。HPSH濾波器108
傳輸大于第二預(yù)定截止頻率fc2的頻率分量。在各個實(shí)施例中，第二預(yù)定截 止頻率fe2通常小于中心頻率fG,并且大約可以等于fd。下面提供HPSH濾
波器108的細(xì)節(jié)。
晶體管102的漏極還與離線短路器(offline short) 112連通。典型地， 離線短路器112在小于中心頻率fo的頻率工作，而且在一些實(shí)施例中，在頻 率fG/2下工作。下面將更詳細(xì)地描述離線短3各器112。 HPSH濾波器108的 輸出端與等離子體室110的輸入端連通。在一些實(shí)施例中，如圖l所示的阻 抗匹配網(wǎng)絡(luò)可與等離子體室110的輸入端串聯(lián)連接。
LPT網(wǎng)絡(luò)101和HPSH濾波器108通常提供圍繞晶體管102的 一對網(wǎng)絡(luò)， 他們協(xié)作以幫助提供不因負(fù)載即等離子體室110中的變化而受影響的受控 式帶外頻率響應(yīng)。LPT網(wǎng)絡(luò)101提供與RF通路離線的低通結(jié)構(gòu)，這能為晶 體管102提供低頻阻抗控制。LPT網(wǎng)絡(luò)101與HPSH濾波器108結(jié)合工作。 HPSH濾波器108提供與RF連線的高通電路，以在受控制的分諧波頻率使 負(fù)載隔離。LPT網(wǎng)絡(luò)101和HPSH濾波器108的組合允許晶體管102承受 LPT網(wǎng)絡(luò)101呈現(xiàn)給它的阻抗。這允許分諧波阻抗的控制獨(dú)立于負(fù)載變化。 因此LPT網(wǎng)絡(luò)101和HPSH濾波器108以贈送方式工作以提高處理系統(tǒng)100 的穩(wěn)定性。在一些實(shí)施例中，不需要通過LPT網(wǎng)絡(luò)101饋給向晶體管102 施加的DC分量。進(jìn)一步地，為了提供阻抗匹配功能，HPSH濾波器108可 以一皮部分或全部集成在輸出網(wǎng)絡(luò)106中。
由于阻抗根據(jù)頻率變化，因此圖5的結(jié)構(gòu)使晶體管102能在分諧波區(qū)域中的受控式負(fù)載獨(dú)立的實(shí)際阻抗下工作。這防止負(fù)載即等離子體室110產(chǎn)生 的高頻和分諧波諧振被傳輸?shù)骄w管102的輸出節(jié)點(diǎn)。這有效地在工作頻率
以下就將負(fù)載即等離子體室110與晶體管102隔離。因此，LPT 101和.HPSH
濾波器108協(xié)作以提高處理系統(tǒng)100的穩(wěn)定性。離線短路器112能進(jìn)一步地 與LPT 101和HPSH濾波器108協(xié)作以進(jìn)一步地調(diào)節(jié)晶體管102在分諧波頻 率的阻抗，從而進(jìn)一步提高處理系統(tǒng)100的穩(wěn)定性。
現(xiàn)在參考圖6,處理系統(tǒng)100的若干實(shí)施例中的一個被示為具有高通終 接網(wǎng)絡(luò)(high-pass terminated network ) ( HPT網(wǎng)絡(luò))120和低通諧波負(fù)載隔 離濾波器(low-pass harmonic load isolation filter) ( LPHI濾波器)122。 HPT 網(wǎng)絡(luò)120連接至輸出網(wǎng)絡(luò)106的輸出端。LPHI濾波器122連4妾在輸出網(wǎng)絡(luò) 106與HPSH濾波器108之間。HPT網(wǎng)絡(luò)120耗散在第三預(yù)定截止頻率fc3 以上的頻率發(fā)生的RF功率。在一些實(shí)施例中，第三預(yù)定截止頻率&通常在 f0至2f0的頻率范圍內(nèi)。LPHI濾波器122傳輸在第四預(yù)定截止頻率ft4以下 發(fā)生的RF能量。在各個實(shí)施例中，第四預(yù)定截止頻率&4大于f。且通常可以 大約等于fc3。 LPT網(wǎng)絡(luò)101、輸出網(wǎng)絡(luò)106、 HPSH濾波器108、 HPT網(wǎng)絡(luò) 120以及LPHI濾波器122總起來被稱為穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解的是，圖6的部件可以被布置為不同的結(jié)構(gòu)。也應(yīng)當(dāng)理解的是，圖6的 部件的布置可能導(dǎo)致各部件的不同拓樸結(jié)構(gòu)。
如上所述，當(dāng)LPT網(wǎng)絡(luò)101和HPSH濾波器108向晶體管102提供分 諧波隔離時，HPT網(wǎng)絡(luò)120和LPHI濾波器122協(xié)作以在工作頻率以上向晶 體管120提供隔離。該協(xié)作提高處理系統(tǒng)100的輸出的保真度同時需要最小 的另外的濾波器部件。在一些實(shí)施例中，HPT網(wǎng)絡(luò)120和LPHI濾波器122 以贈送方式工作以提供高頻阻抗調(diào)節(jié)和終接。圖6的系統(tǒng)在工作頻率以上和 工作頻率以下都將負(fù)載與晶體管隔離，并在工作帶寬內(nèi)向晶體管10 2提供受 控制的實(shí)際阻抗。在 一 些實(shí)施例中，連線電路(inline circuit) 、 LPHI濾波 器122和HPSH濾波器108能被配置成彼此補(bǔ)償，從而允許放大器系統(tǒng)在工 作頻率以下和工作頻率以下都實(shí)現(xiàn)寬帶操作和的高度負(fù)載隔離。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，連線部件、LPHI濾波器122和HPSH濾波器108可以被 設(shè)計(jì)成例如通過相位補(bǔ)償來彼此補(bǔ)償，以便工作頻帶下的阻抗作為頻率的函 數(shù)仍保持恒定。這種贈送式網(wǎng)絡(luò)使處理系統(tǒng)100能夠在頻率的寬范圍上保持 通常一致的效率。
現(xiàn)在參考圖7,該示意圖示出穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)的各個實(shí)施例。LPT網(wǎng)絡(luò)lOl 包括串聯(lián)連接的電感器Ll、電感器L2、電感器L3及電感器L4。 B+與電感 器Ll的一端和電容器Cl的一端連通。電容器Cl的另一端接地。電阻器 Rl與電容器C2的串聯(lián)組合連接在地與電感器Ll和L2的結(jié)點(diǎn)之間。在一 些實(shí)施例中，電阻器Rl可以被工作在預(yù)先選擇的頻率的合適的耗散元件代 替。這些耗散元件可通過合適地選擇LPT網(wǎng)絡(luò)101中的電抗性元件被提供。 電容器C3連接在地與電感器L2和L3的結(jié)點(diǎn)之間。電容器C4連接在地與 電感器L3和L4的結(jié)點(diǎn)之間。電感器L4的另一端是LPT網(wǎng)絡(luò)101的輸出端， 并與晶體管102的漏極相連。電感器Ll-L4和電容器Cl-C4的值能根據(jù)fcl 的選褲"故確定。
輸出網(wǎng)絡(luò)106包括連接在地與晶體管102的漏極之間的電容器C5。電 感器L6連接在晶體管102的漏極與電容器C7和C8的第一端之間。電容器 C7的第二端接地。電容器C8的第二端連接至電感器L7的一端，并提供輸 出網(wǎng)絡(luò)106的輸出端。電感器L7的另一端接地。
離線短路器112包括連接在地與晶體管102的輸出之間的電感器L5和 電容器C6的串聯(lián)諧振組合。電感器L5和電容器C6形成分流網(wǎng)絡(luò)以在分諧 波帶中的特定頻率，例如分諧波0.5*&分流RF電流到地。預(yù)定頻率根據(jù)各 種設(shè)計(jì)考慮被選擇。例如， 一些功率放大器系統(tǒng)顯示特定的預(yù)定頻率的不期 望結(jié)果，并且期望清除這些頻率。因此，在一些實(shí)施例中，電感器L5和電 容器C6的值能被選擇以便電感器L5和電容器C6在0.5*&下諧振。圖8示 出了史密斯圓圖114，該圖以示例的方式示出了離線短路器112的效果。曲 線116示出離線短路器112通常將分諧波0.5 + fo短路至地。
現(xiàn)在回到圖7， HPT網(wǎng)絡(luò)120包括串聯(lián)連接的電容器C12、電容器C13及電容器C14。電阻器R2連接在地與電容器C14的另 一端之間。電感器Lll 連接在地與電容器C13和電容器C14的結(jié)點(diǎn)之間。在一些實(shí)施例中，電阻 器R2可以被工作在預(yù)選選擇的頻率的合適的耗散元件代替。這種耗散元件 可以通過合適地選擇HPT網(wǎng)絡(luò)120中的電抗性元件被提供。電感器10連接 在地與電容器C12和電容器C13的結(jié)點(diǎn)之間。電容器C12的另 一端是HPT 網(wǎng)絡(luò)120的輸入端。在一些實(shí)施例中，電感器L10-L12和電容器C12-14的 值能基于fe3和R2被確定。
HPSH濾波器108包括由電容器ClO和電容器Cll的串聯(lián)連接形成的T 型網(wǎng)絡(luò)。串聯(lián)連接的中心接頭與電感器L9的一端相連。電感器L9的另一 端接地。電容器C10的另一端是HPSH濾波器108的輸入端。電容器Cll 的另一端是HPSH濾波器108的輸出端。
LPHI濾波器122包括電感器L8、電容器C9、電感器L7及電容器C12。 因此，電感器L7是輸出網(wǎng)絡(luò)濾波器122和HPSH濾波器108的部件。因此， 類似地，電容器C12是LPHI濾波器122和HPT20的部件。電感器L8的第 一端與電感器L7連通，且是LPHI濾波器122的輸入端。電感器L8的第二 端連接至電容器C9的一端和HPLI 108的輸入端。電容器C9的另一端接地。
仿真結(jié)果證明了通過晶體管102所示的此處描述系統(tǒng)對于穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò) 的輸入阻抗(Z)的有效性。仿真可包括用具有O:i、 1/81、 1/4人、1/2X及3/4入 的長度的相應(yīng)非終接饋給線(unterminated feed line)分別代替等離子體室 110。拉姆達(dá)(入)是中心頻率fo的波長。在一些仿真中，第一和第二截止頻
率fcl和fc2可以被設(shè)置為0.6*fQ，第三和第四截止頻率fd和fe4可以被設(shè)置為
1.66*fo。移除等離子體室110在HPSH濾波器108的輸出端提供無窮到1的 電壓駐波比(VSWR)。無窮到1的VSWR表示具有最壞情況負(fù)載的穩(wěn)定
根據(jù)各種仿真，在最低頻率，由于LPT網(wǎng)絡(luò)101提供的耗散負(fù)載，阻 抗Z保持相對恒定。HPSH濾波器108也在最低頻率幫助隔離非終接負(fù)載和 晶體管102。由于離線短路器112的影響，阻抗Z在0.5 + fo處急劇下降。又由于LPT網(wǎng)絡(luò)101和HPSH濾波器108,阻抗Z在0.5*&與0.6*&之間又上 升。在0.6叮0與1.66*&之間，阻抗Z根據(jù)頻率和非終接饋給線的長度變化。 在該頻率范圍內(nèi)變化的阻抗Z表示RF功率被連接至負(fù)載。
由于HPT網(wǎng)絡(luò)120提供的耗散負(fù)載，阻抗Z又在1.66Ko以上的頻率穩(wěn) 定。LPHI濾波器122還在1.66+fo以上的頻率幫助隔離非終接負(fù)載與晶體管 102。因此，各種仿真證明，穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)在fd以下與&3以上的頻率范圍內(nèi) 向RF晶體管102提供未調(diào)節(jié)的穩(wěn)定負(fù)載。在&與fc3之間的頻率，穩(wěn)定性 網(wǎng)絡(luò)連接晶體管102至等離子體室110。
現(xiàn)在參考圖9，采用非限制性的實(shí)例，各個實(shí)施例的試驗(yàn)測量結(jié)果示出 缺少能引起RF功率中的保真度丟失的偽失真。水平軸表示頻率。垂直軸表 示連接到等離子體室20內(nèi)的功率。第一峰值156發(fā)生在中心頻率f。。在除 了 fo之外的頻率的能量表示RF功率在等離子室20被失真。圖9中的保真 度表示相對于圖4的試驗(yàn)測量結(jié)果的保真度的提高。
現(xiàn)在參考圖10，采用非限制性的實(shí)例，各個實(shí)施例的試驗(yàn)測量結(jié)果示 出具有連線負(fù)載隔離和離線諧波終接的匹配負(fù)載諧波失真。水平軸表示頻 率。垂直軸表示連接到等離子體室20內(nèi)的功率。如圖10所示，第一峰值 162出現(xiàn)在中心頻率f0。第二峰值164出現(xiàn)在f。的諧波頻率，而第三峰值166 出現(xiàn)在中心頻率fo的另外的諧波處。因此，圖IO證明組合的連線負(fù)載隔離 和離線諧波終接的有效性。因此，圖10證明具有組合的連線負(fù)載隔離和離 線諧波終接的匹配負(fù)載諧波失真的提高。
現(xiàn)在參考圖11, 一對穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)被示為應(yīng)用于推拉結(jié)構(gòu)的RF等離子體 處理系統(tǒng)。第一晶體管102-1提供RF功率，并與穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)的笫一個相連。 第二晶體管102-2提供超出第一晶體管102-1的相位180度的RF功率。第 二晶體管102-2與穩(wěn)定'i生網(wǎng)絡(luò)的第二個相連。不平衡變壓器160組合在穩(wěn)定 性網(wǎng)絡(luò)的輸出端出現(xiàn)的RF功率，并向等離子體室IIO施加組合的RF功率。 在一些實(shí)施例中，不平衡變壓器160可包括變壓器。
現(xiàn)在參考圖12,穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)被示為應(yīng)用于第二推拉結(jié)構(gòu)的RF等離子體處理系統(tǒng)。第一晶體管102-1與第一輸出網(wǎng)絡(luò)106-1相連。第二晶體管102-2 與第二輸出網(wǎng)絡(luò)106-2相連。第一、第二輸出網(wǎng)絡(luò)106的各個輸出被施加于 不平衡變壓器160的輸入端。不平衡變壓器160的輸出端與HPT網(wǎng)絡(luò)120 和LPHI濾波器122的輸入端連通。LPHI濾波器122的輸出端與HPSH濾 波器108的輸入端連通。HPSH濾波器108的輸出端與等離子體室110的輸 入端連通。第一晶體管102-1和第二晶體管102-2的漏極通過各個LPT網(wǎng)絡(luò) 101接收B+。
圖13示出利用多個功率放大器172a、 172b和172c向等離子體室110 提供功率的功率發(fā)生系統(tǒng)170。如同利用圖5和/或圖6的附圖標(biāo)記100和/ 或圖11和/或圖12的結(jié)構(gòu)所描述的那樣，功率放大器172a、 172b和172c 通常能被具體實(shí)現(xiàn)。輸入電壓/電流模塊174向功率放大器172a、172b和172c 的每個提供輸入電壓/電流。各個功率放大器172a、 172b和172c分別接收輸 入電壓/電流，并》t大輸入以產(chǎn)生》文大的輸出施加到組合器176。組合器176 組合放大器172a、 172b和172c的各自的功率輸出，并且給等離子體室110 產(chǎn)生驅(qū)動輸入。系統(tǒng)控制器178產(chǎn)生控制信號以至少控制功率放大器172a、 172b和172c，并且在一些實(shí)施例中，提供控制輸入和/或從各個功率放大器 172a、 172b和172c、專餘入電壓/電流模塊174以及組合器176中的每個接收 監(jiān)控信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，圖13通常意在示出圖5、 6、 ll和 /或12中描繪的各個電路的組合，以給等離子體室110提供用于產(chǎn)生功率的 另外的選擇。
此處的描述本質(zhì)是僅為示例性的，因此，不違背描述要點(diǎn)的變化意在包 含在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)。這些變化不被認(rèn)為是背離本教導(dǎo)的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種向負(fù)載施加RF功率的射頻發(fā)生器，包括DC電源；在中心頻率產(chǎn)生所述RF功率的至少一個開關(guān)；和被連接在所述DC電源與所述開關(guān)之間并具有小于所述中心頻率的第一截止頻率的低通終接網(wǎng)絡(luò)，所述低通終接網(wǎng)絡(luò)在小于所述中心頻率的頻率提供離線阻抗控制；以及被插置在所述開關(guān)的輸出端與所述負(fù)載之間的高通濾波器，所述高通濾波器具有小于所述中心頻率的第二截止頻率，所述高通濾波器在小于所述中心頻率的頻率提供所述開關(guān)與所述負(fù)載的連線隔離。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，其中所述低通終接網(wǎng)絡(luò)和所述 高通濾波器適于使得所述RF發(fā)生器能夠在所述中心頻率或者低于所述中心 頻率的頻帶工作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述高通濾波器 串聯(lián)布置的輸出網(wǎng)絡(luò)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的RF發(fā)生器，其中所述輸出網(wǎng)絡(luò)被插置在所 述開關(guān)與所述高通濾波器之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的RF發(fā)生器，其中所述輸出網(wǎng)絡(luò)和所述高通 濾波器包括共用部件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，其中所述低通終接網(wǎng)絡(luò)包括耗 散元件。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，其中所述低通終接網(wǎng)絡(luò)向所述 晶體管呈現(xiàn)電感負(fù)載。'
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，其中所述第一截止頻率大約等 于所述中心頻率的0.6倍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，其中所述第二截止頻率大約等于所述中心頻率的0.6倍。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述RF功率離 線連接并具有大于所述中心頻率的第三截止頻率的高通終接網(wǎng)絡(luò)，所述高通 終接網(wǎng)絡(luò)在大于所述中心頻率的頻率為所述開關(guān)提供離線阻抗控制。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的RF發(fā)生器，其中所述高通終接網(wǎng)絡(luò)包括 耗散元件。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的RF發(fā)生器，其中所述高通終接網(wǎng)絡(luò)在預(yù) 定的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)電抗。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的RF發(fā)生器，其中所述第三截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被插置在所述負(fù)載 與所述開關(guān)之間的低通濾波器，所述低通濾波器具有大于所述中心頻率的第 四截止頻率，所述低通濾波器在大于所述中心頻率的頻率提供所述開關(guān)與所 述負(fù)載的連線隔離。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的RF發(fā)生器，其中所述第四截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述RF功率離 線并包括帶通頻率的分流網(wǎng)絡(luò)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的RF發(fā)生器，其中所述帶通頻率是所述中 心頻率的0.5倍。
18、 一種向等離子體室施加RF功率的射頻發(fā)生器，包括 DC電源；在中心頻率產(chǎn)生所述RF功率的射頻晶體管；以及 穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)，所述穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)包括與所述DC電源和所迷晶體管連線連接的低通終接網(wǎng)絡(luò)，所述低通 終4妻網(wǎng)絡(luò)具有小于所述中心頻率的第 一截止頻率；和與所述RF功率連線的高通濾波器，所述高通濾波器具有小于所述中心頻率的第二截止頻率，低通終接網(wǎng)絡(luò)和高通濾波器與所述低通終接網(wǎng)絡(luò) 協(xié)作以在低于所述中心頻率的預(yù)定工作頻率上控制所述晶體管處的阻抗。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的RF發(fā)生器，其中所述第二截止頻率大約 等于所述中心頻率的0.6倍。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 包括耗散元件。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括保真性網(wǎng)絡(luò)，所 述保真性網(wǎng)絡(luò)包括與所述RF功率離線連接并具有大于所述中心頻率的第三截止頻率的高 通終4妻網(wǎng)全各；以及與所述RF功率連線的低通濾波器，所述低通濾波器具有大于所述中心 頻率的第四截止頻率，所述高通終接網(wǎng)絡(luò)和所述低通濾波器協(xié)作以在高于所 述中心頻率的預(yù)定工作頻率上控制所述晶體管處的阻抗。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 在預(yù)定的工作頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)電抗。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的RF發(fā)生器，其中所述第三截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
24、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的RF發(fā)生器，其中所述第四截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
25、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至所述RF 功率并包括小于所述中心頻率的帶通中心頻率的帶通濾波器。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的RF發(fā)生器，其中所述帶通中心頻率是所 述中心頻率的0.5倍。
27、 一種向等離子體室施加RF功率的射頻發(fā)生器，包括 在中心頻率產(chǎn)生RF功率的射頻晶體管；被連接在所述晶體管中的相應(yīng)晶體管與相關(guān)聯(lián)的DC電源之間的低通耗 散終接網(wǎng)絡(luò)；以及基于來自所述射頻晶體管的所述RF功率產(chǎn)生RF功率信號的組合器， 其中所述RF功率信號被施加到所述負(fù)載；并且其中所述低通耗散終接網(wǎng)絡(luò)具有小于所述中心頻率的第一截止頻率。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，其中所述低通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 包括相應(yīng)的耗散元件。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，其中所述低通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)電抗。
30、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，其中所述第一截止頻率大約 等于所述中心頻率的0.6倍。
31、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與來自所述晶體 管的相應(yīng)RF功率串聯(lián)并具有小于所述中心頻率的第二截止頻率的高通濾波 器。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的RF發(fā)生器，其中所述第二截止頻率大約 等于所述中心頻率的0.6倍。
33、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至來自所 述晶體管的相應(yīng)RF功率并包括大于所述中心頻率的第三截止頻率的高通耗 散終接網(wǎng)絡(luò)。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 包括相應(yīng)的耗散元件。
35、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 在預(yù)定的頻率范圍呈現(xiàn)電抗。
36、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的RF發(fā)生器，其中所述第三截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
37、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與來自所述晶體 管的相應(yīng)RF功率串聯(lián)并包括大于所述中心頻率的第四截止頻率的低通濾波 器。
38、 根據(jù)權(quán)利要求37所述的RF發(fā)生器，其中所述第四截止頻率大約等于所述中心頻率的1.66倍。
39、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至來自所 述晶體管的相應(yīng)RF功率并包括小于所述中心頻率的帶通中心頻率的帶通濾波器。
40、 根據(jù)權(quán)利要求39所述的RF發(fā)生器，其中所述帶通中心頻率是所 述中心頻率的0.5倍。
41、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述RF功率信 號串聯(lián)并包括小于所述中心頻率的第二截止頻率的高通濾波器。
42、 根據(jù)權(quán)利要求41所述的RF發(fā)生器，其中所述第二截止頻率大約 等于所述中心頻率的0.6倍。
43、 根據(jù)權(quán)利要求.27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至所述RF 功率信號并包括大于所述中心頻率的第三截止頻率的高通耗散終接網(wǎng)絡(luò)。
44、 根據(jù)權(quán)利要求43所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 包括耗散元件。
45、 根據(jù)權(quán)利要求43所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)電抗。
46、 根據(jù)權(quán)利要求43所述的RF發(fā)生器，其中所述第三截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
47、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述RF功率信 號串聯(lián)并包括大于所述中心頻率的第四截止頻率的低通濾波器。
48、 根據(jù)權(quán)利要求.47所述的RF發(fā)生器，其中所述第四截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
49、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至所述RF 功率信號并包括小于所述中心頻率的帶通中心頻率的帶通濾波器。
50、 根據(jù)權(quán)利要求49所述的RF發(fā)生器，其中所述帶通中心頻率是所 述中心頻率的0.5倍。
51、 一種向等離子體室施加RF功率的射頻發(fā)生器，包括在中心頻率產(chǎn)生RF功率的射頻晶體管；與來自所述晶體管.的相應(yīng)RF功率串聯(lián)并包括小于所述中心頻率的第一 截止頻率的高通濾波器；以及基于來自所述射頻晶體管的所述RF功率產(chǎn)生RF功率信號的組合器， 其中所述RF功率信號被施加到所述等離子體發(fā)生器。
52、 根據(jù)權(quán)利要求51所述的RF發(fā)生器，其中所述第一截止頻率大約 等于所述中心頻率的0.6倍。
53、 根據(jù)權(quán)利要求51所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至來自相 應(yīng)晶體管的所述RF功率并包括大于所述中心頻率的第二截止頻率的高通耗 散終接網(wǎng)絡(luò)。
54、 根據(jù)權(quán)利要求53所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 包括相應(yīng)的耗散元件。
55、 根據(jù)權(quán)利要求53所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)電抗。
56、 根據(jù)權(quán)利要求53所述的RF發(fā)生器，其中所述第二截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
57、 根據(jù)權(quán)利要求51所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與來自相應(yīng)晶體 管的所述RF功率串聯(lián)并包括大于所述中心頻率的第三截止頻率的低通濾波 器。
58、 根據(jù)權(quán)利要求57所述的RF發(fā)生器，其中所述第三截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
59、 根據(jù)權(quán)利要求51所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至來自相 應(yīng)晶體管的所述RF功率并包括小于所述中心頻率的帶通中心頻率的帶通濾波器。
60、 根據(jù)權(quán)利要求59所述的RF發(fā)生器，其中所述帶通中心頻率是所 述中心頻率的0.5倍。
61、 一種向等離子體室施加RF功率的射頻發(fā)生器，包括在中心頻率產(chǎn)生RF功率的射頻晶體管；基于來自所述射頻晶體管的所述RF功率產(chǎn)生RF功率信號的組合器；以及穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)，所述穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)包括與所述RF功率連線并緊密接近所述 射頻晶體管的輸出端被設(shè)置的高通濾波器，所述高通濾波器具有小于所述中 心頻率的第一截止頻率。
62、 根據(jù)權(quán)利要求61所述的射頻發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述DC電源 和所述晶體管連線連接的低通終接網(wǎng)絡(luò)，所述低通終接網(wǎng)絡(luò)具有小于所述中 心頻率的第二截止頻率，所述低通終接網(wǎng)絡(luò)和所述高通濾波器與所述低通終 接網(wǎng)絡(luò)協(xié)作以在低于所述中心頻率的預(yù)定工作頻率上控制所述晶體管處的 阻抗。
63、 根據(jù)權(quán)利要求61所述的RF發(fā)生器，其中所述第一截止頻率大約 等于所述中心頻率的0.6倍。
64、 根據(jù)權(quán)利要求61所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述RF功率信 號離線連接并包括大于所述中心頻率的第三截止頻率的高通耗散終接網(wǎng)絡(luò)。
65、 根據(jù)權(quán)利要求64所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 包括耗散元件。
66、 根據(jù)權(quán)利要求64所述的RF發(fā)生器，其中所述高通耗散終接網(wǎng)絡(luò) 在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)電抗。
67、 根據(jù)權(quán)利要求64所述的RF發(fā)生器，其中所述第三截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
68、 根據(jù)權(quán)利要求62所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括與所述RF功率信 號連線并包括大于所述中心頻率的第四截止頻率的低通濾波器。
69、 根據(jù)權(quán)利要求68所述的RF發(fā)生器，其中所述第四截止頻率大約 等于所述中心頻率的1.66倍。
70、 根據(jù)權(quán)利要求62所述的RF發(fā)生器，進(jìn)一步包括被連接至所述RF 功率信號并包括小于所述中心頻率的帶通中心頻率的帶通濾波器。
71、根據(jù)權(quán)利要求70所述的RF發(fā)生器，其中所述帶通中心頻率是所述中心頻率的0.5倍。
全文摘要
一種向等離子體室施加RF功率的射頻(RF)發(fā)生器包括DC電源(B+)。射頻開關(guān)在中心頻率f₀產(chǎn)生所述RF功率。低通耗散終接網(wǎng)絡(luò)連接在所述DC電源(B+)與所述開關(guān)之間，并包括在第一截止頻率工作。所述開關(guān)向改進(jìn)系統(tǒng)保真度的輸出網(wǎng)絡(luò)輸出信號。所述輸出網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生饋給高通分諧波負(fù)載隔離濾波器的輸出信號，所述濾波器傳輸預(yù)定頻率以上的RF功率。低通諧波負(fù)載隔離濾波器可被插在所述輸出網(wǎng)絡(luò)與所述高通分諧波負(fù)載隔離濾波器之間，高通終接網(wǎng)絡(luò)可以連接至所述輸出網(wǎng)絡(luò)的輸出端。所述高通終接網(wǎng)絡(luò)耗散在預(yù)定頻率以上的RF功率。離線短路器或分流網(wǎng)絡(luò)可連接在所述開關(guān)的輸出端與所述輸出網(wǎng)絡(luò)的輸入端之間，以用于在預(yù)定的頻率將所述開關(guān)的輸出端短路。
文檔編號H05H1/36GK101536615SQ200780041062
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
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