JP7324326B2 - ナノ秒パルサーのバイアス補償 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年７月２７日に出願された、「ナノ秒パルサーシステム（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＳＹＳＴＥＭ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，４６４号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年７月２７日に出願された、「ナノ秒パルサー熱管理（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＴＨＥＲＭＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，３３４号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年７月２７日に出願された、「ナノ秒パルサーパルス発生（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＰＵＬＳＥ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，４５７号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年７月２７日に出願された、「ナノ秒パルサーＡＤＣシステム（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＡＤＣ ＳＹＳＴＥＭ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，３４７号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年７月２７日に出願された、「エッジリングパワーシステム（ＥＤＧＥ ＲＩＮＧ ＰＯＷＥＲ ＳＹＳＴＥＭ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，４６７号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年７月２７日に出願された、「ナノ秒パルサーバイアス補償（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＢＩＡＳ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，４０６号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年７月２７日に出願された、「ナノ秒パルサー制御モジュール（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＯＤＵＬＥ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，４６８号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年８月１０日に出願された、「ＲＦプラズマ反応器の為のプラズマシース制御（ＰＬＡＳＭＡ ＳＨＥＡＴＨ ＣＯＮＴＲＯＬ ＦＯＲ ＲＦ ＰＬＡＳＭＡ ＲＥＡＣＴＯＲＳ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７１１，５２３号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１月１日に出願された、「プラズマ制御用途向けのソース及びシンク能力を備えた効率的ナノ秒パルサー（ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＷＩＴＨ ＳＯＵＲＣＥ ＡＮＤ ＳＩＮＫ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ ＦＯＲ ＰＬＡＳＭＡ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７８９，５２３号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１月１日に出願された、「ナノ秒パルサー回路における効率的なエネルギー回収（ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＥＮＥＲＧＹ ＲＥＣＯＶＥＲＹ ＩＮ Ａ ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＣＩＲＣＵＩＴ）」という名称の米国仮特許出願第６２／７８９，５２６号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年７月２６日に出願された、「ナノ秒パルサーバイアス補償（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＢＩＡＳ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ）」という名称の米国特許出願第１６／５２３，８４０号の優先権を主張すると共に、その一部継続出願であり、この特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、ナノ秒パルサーのバイアス補償に関する。

プラズマ成膜装置では、多くの場合、ウェハをチャンバ内のチャックで静電的に固定する。チャンバ内でプラズマが生成され、高電圧パルスが導入され、プラズマ内のイオンがウェハ上に加速される。チャックとウェハの間の電位が或る電圧閾値（例えば、約±２ｋＶ）を超えると、ウェハに掛かる力がウェハを損傷又は破壊するのに十分な程の大きさになる場合がある。

本発明の実施形態は、例えば、プラズマ成膜システム、半導体製造システム、プラズマスパッタリングシステム等のような高電圧プラズマチャンバ内でバイアス補償を行うための方法及び回路を含む。

高電圧電力システムを開示する。幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、高電圧パルス電源（例えば、ナノ秒パルサー）と、高電圧パルス電源に電気的に結合されたトランスと、トランスに電気的に結合された出力を含む。高電圧電力システムの出力は、１ｋＶ、２ｋＶ、５ｋＶ、１０ｋＶ、２５ｋＶ等を超える振幅及び１ｋＨｚを超える周波数を有する高圧パルスを出力するように構成され得、バイアス補償回路が、出力と並列に配置されている。幾つかの実施形態では、バイアス補償回路は、ブロッキングダイオード、及びブロッキングダイオードと直列に配置された直流電源を含み得る。幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、少なくとも直流電源を跨いで配置されたバイアスコンデンサを含み得る。幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、高電圧スイッチと直列に配置されたバイアス補償インダクタを含んでもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧パルス電源は、ナノ秒パルサーとトランスを備えている。幾つかの実施形態では、高電圧電源は、直列に配置された複数のスイッチと１つのトランスを備えている。幾つかの実施形態では、高電圧電源は、例えば、ＲＦ発生器等の高周波電源を含む。

幾つかの実施形態では、バイアス補償回路は、ブロッキングダイオードを跨いで配置された高電圧スイッチを含み、高電圧スイッチは、高電圧パルス電源がパルシングしているときに開状態になるように構成され、高電圧スイッチは、高電圧パルス電源がパルシングしていないときに閉状態になるように構成されている。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチは、直列に配置された複数のスイッチを備えている。幾つかの実施形態では、バイアス補償インダクタは、約１００μＨ未満のインダクタンスを有する。幾つかの実施形態では、出力は、例えば、プラズマと容量的に結合された電極を介して等で、プラズマと結合される。

幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、高電圧パルス電源と、トランスと電気的に結合され、２ｋＶを超える振幅及び２ｋＨｚを超える周波数を有する高圧パルスを出力するように構成された出力と、ブロッキングダイオードと、ブロッキングダイオードと並列に配置された直流電源とを含んでもよく、ブロッキングダイオードと直流電源は、出力と並列に配置され、更に、ブロッキングダイオードを横切って結合された高電圧スイッチを含み、高電圧スイッチは、高電圧スイッチング電源がパルシングしているとき（例えば、バースト中）にオフになるように構成され、高電圧スイッチは、高電圧スイッチング電源がパルシングしていないとき（例えばバースト間）にオンになる。

幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、約５００μＦ未満、２５０μＦ未満、１００μＦ未満、５０μＦ未満、２５μＦ未満、１０μＦ未満等のキャパシタンスを有する少なくとも直流電源を跨いで配置されたバイアス補償コンデンサをも含んでもよい。

幾つかの実施形態では、ブロッキングダイオード、直流電源、及び高電圧スイッチは、出力を跨いで高電圧電力システムに配置されたバイアス補償回路を備えている。

幾つかの実施形態では、出力は、プラズマ負荷を含んでもよい。幾つかの実施形態では、直流電源は、約±５ｋＶ、±４ｋＶ、±３ｋＶ、±２ｋＶ、±１ｋＶ等を供給する。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチは、高電圧パルス電源がパルシングしているときに開状態となるように構成され、高電圧スイッチは、高電圧パルス電源がパルシングしていないときに閉状態となるように構成されている。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチは、スナバ回路を含む。

幾つかの実施形態は方法を含み、方法は、直流電源と直列に配置されたバイアス補償スイッチを開くことを含み、バイアス補償スイッチ及び直流電源は負荷を挟んで配置され、更に、高電圧及び高周波数の高電圧電源を負荷にパルシングし、バイアス補償スイッチを閉じ、高電圧電源をパルシングしないことを含む。

幾つかの実施形態は、複数のスイッチと、トランスと、振幅が２ｋＶを超え、周波数が１ｋＨｚを超える高電圧パルスを出力するように構成された出力と、ブロッキングダイオードと、及びバイアスコンデンサとを備えた高電圧電力システムを含む。

幾つかの実施形態は、高電圧スイッチング電源と、振幅が２ｋＶを超え、周波数が１ｋＨｚを超える高電圧パルスを出力するように構成された出力と、ブロッキングダイオード、バイアスコンデンサと、ブロッキングダイオードを跨いで結合された高電圧スイッチを備えた高電圧電力システムを含み、高電圧スイッチング電源がパルシングしているときには高電圧スイッチはオフであり、高電圧スイッチング電源がパルシングしていないときには高電圧スイッチはオンである。

幾つかの実施形態は、高電圧電力システムがパルシングしている期間とパルシングしていない期間との間にウェハとチャックとの間の電圧電位が約２ｋＶとなるように、ウェハ成膜チャンバ内でプラズマを生成する出力を生成する高電圧電力システムを含む。

これらの例示的な実施形態は、本開示を限定したり定義したりする為に言及されているのではなく、その理解を助ける為の例示を提供する為に言及されている。追加の実施形態は、「発明を実施するための形態」で議論され、そこでは更なる説明が提供される。様々な実施形態のうち１つ以上によって提供される利点は、本明細書を検討するか、又は提示された１つ以上の実施形態を実践することによって更に理解され得る。

本開示のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むとより良く理解される。
幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムからの例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムからの例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムからの例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。 幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。スナバ及び電圧分割抵抗器を示す図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムの回路図である。 幾つかの実施形態による、絶縁された電力を有する高電圧スイッチのブロック図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムからの例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムからの例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、高電圧電力システムからの例示的な波形を示す図である。 幾つかの実施形態による、プラズマ負荷を有する高電圧電力システムの回路図である。

プラズマ成膜システムでは、多くの場合、ウェハを成膜チャンバ内のチャックで静電的に固定する。チャンバ内でプラズマが生成され、高電圧パルスが導入され、プラズマ内のイオンをウェハ上に加速する。チャックとウェハとの間の電位が或る電圧閾値（例えば、約２ｋＶ）を超えると、ウェハに掛かる力は、ウェハを損傷又は破壊するのに十分な程大きくなり得る。更に、トレンチの深さを増加させ、品質を向上させ、又はエッチングプロセスを高速化する為に、より高い電圧パルスをチャンバ内に導入することは有益であり得る。成膜チャンバ内のプラズマへの高電圧パルス及びより高い電圧パルスの導入は、チャックとウェハとの間の電位に影響を与え、ウェハを損傷又は破損させる可能性がある。

高電圧パルシング期間中及び高電圧パルシングのない期間中に、ウェハとチャックとの間の電圧が閾値（例えば、約２ｋＶ）に近いか、又は閾値未満であることを確実にするためのシステム及び方法が開示されている。これらのシステムは、例えば、高電圧高周波電源を使用する場合に、ウェハの自己バイアスも制限する場合がある。これらのシステム及び方法は、例えば、チャックとウェハとの間の電圧が電圧閾値を超えないように、電圧変化を補償してもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、約１ｋＶ、２ｋＶ、５ｋＶ、１０ｋＶ、１５ｋＶ、２０ｋＶ、３０ｋＶ、４０ｋＶ等の振幅でプラズマに導入されるパルス電圧を生成してもよい。幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、約５００ｋＨｚまでの周波数でスイッチングしてもよい。幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、約５０ナノ秒から約１ナノ秒までの変化するパルス幅の単一パルスを提供してもよい。幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、約１０ｋＨｚを超える周波数でスイッチングしてもよい。幾つかの実施形態では、高電圧電力システムは、約２０ｎｓ未満の立上り時間で動作してもよい。

本明細書全体で使用される場合、「高電圧」という用語は、約１ｋＶ、１０ｋＶ、２０ｋＶ、５０ｋＶ、１００ｋＶ、１，０００ｋＶ等を超える電圧を含んでもよく、「高周波数」という用語は、約１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等を超える周波数であってもよく、「高繰返し率」という用語は、約１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等を超える率であってもよく、「高速立上り時間」という用語は、約１ｎｓ未満、１０ｎｓ未満、５０ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、２５０ｎｓ未満、５００ｎｓ未満、１，０００ｎｓ未満等の立上り時間を含んでもよく、「高速立下り時間」という用語は、約１ｎｓ未満、１０ｎｓ未満、５０ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、２５０ｎｓ未満、５００ｎｓ未満、１，０００ｎｓ未満等の立下り時間を含んでもよく、「低キャパシタンス」という用語は、約１．０ｐＦ未満、１０ｐＦ未満、１００ｐＦ未満、１，０００ｐＦ未満等のキャパシタンスを含んでもよく、「低インダクタンス」という用語は、約１０ｎＨ未満、１００ｎＨ未満、１，０００ｎＨ未満、１０，０００ｎＨ未満等のインダクタンスを含んでもよく、「短パルス幅」という用語は、約１０，０００ｎｓ未満、１，０００ｎｓ未満、５００ｎｓ未満、２５０ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、２０ｎｓ未満等のパルス幅を含んでもよい。

図１は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷１００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷１００を有する高電圧電力システムは、６つの段に一般化され得る（これらの段は、他の段に分解されてもよいし、より少ない段に一般化されてもよいし、図示の構成要素を含んでもよいし、含んでいなくてもよい）。プラズマ負荷１００を有する高電圧電力システムは、パルサー段１０１、抵抗出力段１０２、リード段１０３、直流バイアス回路１０４、第２のリード段１０５、及び負荷段１０６を含む。パルサー段１０１、抵抗出力段１０２、又は直流バイアス回路１０４は、高電圧電源系を含んでもよい。リード段１０３又は第２のリード段１０５は高電圧電力系統に含まれてもよい。一方、負荷段１０６は、プラズマ負荷を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、プラズマ負荷１００（又はパルサー段１０１）を有する高電圧電力システムは、電圧が１ｋＶ、１０ｋＶ、２０ｋＶ、５０ｋＶ、１００ｋＶ、１０００ｋＶ等を超え、立上り時間が約１ｎｓ未満、１０ｎｓ未満、５０ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、２５０ｎｓ未満、５００ｎｓ未満、１，０００ｎｓ未満等であり、立下り時間が約１ｎｓ未満、１０ｎｓ未満、５０ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、２５０ｎｓ未満、５００ｎｓ未満、１，０００ｎｓ未満等であり、周波数が約１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等を超えるパルスを負荷段に導入することができる。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、例えば、５００Ｖを超えるパルス、１０アンペアを超えるピーク電流、又は約１０，０００ｎｓ未満、１，０００ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、１０ｎｓ未満等のパルス幅を生成することができる任意の装置を含んでもよい。別の例として、パルサー段１０１は、１ｋＶ、５ｋＶ、１０ｋＶ、５０ｋＶ、２００ｋＶ等を超える振幅のパルスを生成してもよい。別の例として、パルサー段１０１は、約５ｎｓ未満、５０ｎｓ未満、又は３００ｎｓ未満等の立上り時間又は立下り時間を有するパルスを生成してもよい。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、複数の高電圧バーストを生成することができる。各バーストは、例えば、高速の立上り時間及び高速の立下り時間を有する複数の高電圧パルスを含み得る。複数の高電圧バーストは、例えば、約１０Ｈｚ～約１０ｋＨｚのバースト繰返し周波数を有し得る。より具体的には、例えば、複数の高電圧バーストは、約１０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、５．０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ等のバースト繰返し周波数を有し得る。

複数の高電圧バーストのそれぞれの中で、高電圧パルスは、約１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等のパルス繰返し周波数を有し得る。

幾つかの実施形態では、バースト繰返し周波数は、１つのバーストから、バイアス補償スイッチが操作される次のバースト周波数までの時間である。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、電圧源Ｖ２に結合された１つ以上の固体スイッチＳ１（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ接合トランジスタ、ＦＥＴ、ＳｉＣスイッチ、ＧａＮスイッチ、光導電性スイッチ等の固体スイッチ）を含み得る。幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、１つ以上のソーススナバ抵抗Ｒ３、１つ以上のソーススナバダイオードＤ４、１つ以上のソーススナバコンデンサＣ５、又は１つ以上のソースフリーホイールダイオードＤ２を含み得る。１つ以上のスイッチ及び／又は回路は、並列又は直列に配置され得る。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、高周波数、高速立上り時間、高速立下り時間、高周波数等で複数の高電圧パルスを生成することができる。パルサー段１０１は、１つ以上のナノ秒パルサーを含んでもよい。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、高電圧パルス電源を備えてもよい。

パルサー段１０１は、例えば、「高電圧ナノ秒パルサー（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｐｕｌｓｅｒ）」という名称の米国特許出願第１４／５４２，４８７号に記載された任意のパルサーを含んでもよく、同出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれる。パルサー段１０１は、例えば、「高効率ＩＧＢＴスイッチング（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＩＧＢＴ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）」という名称の米国特許第９，６０１，２８３号に記載された任意のパルサーを含んでもよく、同出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれる。パルサー段１０１は、例えば、「高電圧トランス（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）」という名称の米国特許出願第１５／３６５，０９４号に記載された任意のパルサーを含んでもよく、同出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれる。

パルサー段１０１は、例えば、高電圧スイッチ（例えば、図３参照）を含んでもよい。例えば、パルサー段１０１は、図１５に記載の高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。別の例として、パルサー段１０１は、例えば、２０１８年１１月１日に出願された、「絶縁された電力を有する高電圧スイッチ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）」という名称の米国特許出願第１６／１７８，５６５号に記載されている任意のスイッチを含んでもよく、同出願は、その全体が全ての目的の為に本開示に組み込まれる。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１はトランスＴ２を含み得る。トランスＴ２は、トランスコア（例えば、トロイド又は非トロイドコア）、トランスコアの周りに１回又はそれより少ない回数巻かれた少なくとも１つの１次巻線、及びトランスコアの周りに複数回巻かれた２次巻線を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、トランスＴ２は、トランスコアの周りにシングルターン一次巻線及びマルチターン二次巻線を含んでもよい。シングルターン一次巻線は、例えば、トランスコアの周りに１回又はそれより少ない回数巻かれた１本以上の巻線を含んでもよい。シングルターン一次巻線は、例えば、２、１０、２０、５０、１００、２５０、１２００等を超える個別のシングルターン一次巻線を含んでもよい。幾つかの実施形態では、一次巻線は、導電性シートを含んでもよい。

マルチターン二次巻線は、例えば、トランスコアの周りに複数回巻かれた単線を含んでもよい。マルチターン二次巻線は、例えば、トランスコアの周りに２回、１０回、２５回、５０回、１００回、２５０回、５００回等より多く巻かれてもよい。幾つかの実施形態では、複数のマルチターン二次巻線がトランスコアの周りに巻かれてもよい。幾つかの実施形態では、二次巻線は、導電性シートを含んでもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧トランスは、１５０ナノ秒未満、又は５０ナノ秒未満、又は５ナノ秒未満の高速立上り時間で１０００ボルトを超える電圧を出力する為に使用されてもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧トランスは、低インピーダンス及び／又は低キャパシタンスを有してもよい。例えば、高電圧トランスは、一次側で測定される１００ｎＨ未満、５０ｎＨ未満、３０ｎＨ未満、２０ｎＨ未満、１０ｎＨ未満、２ｎＨ未満、１００ｐＨ未満の漂遊インダクタンスを有し、及び／又は、トランスは、二次側で測定される１００ｐＦ未満、３０ｐＦ未満、１０ｐＦ未満、１ｐＦ未満の漂遊キャパシタンスを有する。

トランスＴ２は、「高電圧トランス（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）」という名称の米国特許出願第１５／３６５，０９４号に開示されているようなトランスを構成してもよく、同出願は全ての目的の為に本明細書に組み込まれる。

幾つかの実施形態では、複数のパルサーは、並列又は直列の何れか又は両方で結合されてもよい。幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、インダクタＬ１及び／又は抵抗器Ｒ１を跨いで抵抗出力段１０２と結合されてもよい。幾つかの実施形態では、インダクタＬ１は、約５μＨ～約２５μＨのインダクタンスを含んでもよい。幾つかの実施形態では、抵抗器Ｒ１は、約５０オームから約２５０オームの抵抗を含んでもよい。複数のパルサー段１０１の各々は、それぞれ、ブロッキングダイオードＤ４又はダイオードＤ６の何れか一方又は両方を含んでもよい。幾つかの実施形態では、コンデンサＣ４は、ダイオードＤ６の漂遊キャパシタンスを表し得る。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、容量性負荷（例えば、ウェハ及び／又はプラズマ）を放電してもよい。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、インダクタＬ１及び／又はインダクタＬ５で表される１つ以上の誘導要素を含んでもよい。インダクタＬ５は、例えば、抵抗出力段１０２のリードの漂遊インダクタンスを表してもよく、約５００ｎＨ未満、２５０ｎＨ未満、１００ｎＨ未満、５０ｎＨ未満、２５ｎＨ未満、１０ｎＨ未満等のインダクタンスを有してもよい。インダクタＬ１は、例えば、パルサー段１０１から抵抗器Ｒ１に流れる電力を最小にするように設定されてもよい。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、少なくとも１つの抵抗器Ｒ１を含んでもよく、この抵抗器Ｒ１は、例えば、負荷（例えば、プラズマシースキャパシタンス）を放電することができる直列又は並列の複数の抵抗器を備えてもよい。

幾つかの実施形態では、抵抗器Ｒ１は、例えば、高速の時間スケール（例えば、１ｎｓ、１０ｎｓ、５０ｎｓ、１００ｎｓ、２５０ｎｓ、５００ｎｓ、１０００ｎｓ等の時間スケール）で、負荷段１０６から電荷を放散してもよい。負荷段１０６を跨ぐパルスが高速立下り時間ｔ_ｆを有することを確実にする為に、抵抗器Ｒ１の抵抗値は低くてもよい。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、各パルスサイクル中に約１キロワットを超える平均電力及び／又は１ジュール以下のエネルギーを放電するように構成されてもよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段の抵抗器Ｒ１の抵抗は２００オーム未満であってもよい。

コンデンサＣ１１は、抵抗器Ｒ１（又は、抵抗器Ｒ１によって表される直列又は並列に配置された複数の抵抗器）の漂遊キャパシタンスを、直列及び／又は並列に配置された抵抗器の配列のキャパシタンスを含めて表し得る。漂遊キャパシタンスＣ１１のキャパシタンスは、例えば、５００ｐＦ未満、２５０ｐＦ未満、１００ｐＦ未満、５０ｐＦ未満、１０ｐＦ未満、１ｐＦ未満等であってもよい。漂遊キャパシタンスＣ１１のキャパシタンスは、例えば、Ｃ２、Ｃ３、及び／又はＣ９の合計キャパシタンス未満、或いはＣ２、Ｃ３、又はＣ９の個々のキャパシタンス未満等の、負荷キャパシタンス未満であってよい。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、負荷上の電圧波形の形状を制御する為に使用され得る回路素子の集合体を含んでもよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、受動素子（例えば、抵抗器、コンデンサ、インダクタ等）のみを含んでもよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、能動回路要素（例えば、スイッチ）並びに受動回路要素を含んでもよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、例えば、波形の電圧立上り時間及び／又は波形の電圧立下り時間を制御する為に使用され得る。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、高いパルス電圧（例えば、１ｋＶ、１０ｋＶ、２０ｋＶ、５０ｋＶ、１００ｋＶ等を超える電圧）又は高い周波数（例えば、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等を超える周波数）の何れか又は両方を有するパルスを有する回路で使用され得る。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、高平均電力、高ピーク電力、高速立上り時間高速立下り時間を処理するように選択されてもよい。例えば、平均電力定格は、約０．５ｋＷ、１．０ｋＷ、１０ｋＷ、２５ｋＷ等よりも大きい場合があり、ピーク電力定格は、約１ｋＷ、１０ｋＷ、１００ｋＷ、１ＭＷ等よりも大きい場合がある。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、受動構成要素の直列又は並列ネットワークを含んでもよい。例えば、抵抗出力段１０２は、直列の抵抗器、コンデンサ、及びインダクタを含んでもよい。別の例として、抵抗出力段１０２は、インダクタと並列に配置されたコンデンサと、抵抗器と直列に配置されたコンデンサ及びインダクタの組み合わせとを含んでもよい。

幾つかの実施形態では、例えばブロッキングダイオードＤ１は、抵抗器Ｒ１を通る電流の流れを確実にし得る。コンデンサＣ８は、例えば、ブロッキングダイオードＤ１の漂遊キャパシタンスを表し得る。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２は、高速時間スケールでプラズマから電荷を迅速にシンクすることができるエネルギー回収回路又は任意の他のシンク段又は任意の他の回路によって置き換えられてもよい。

幾つかの実施形態では、リード段１０３は、抵抗性出力段１０２と直流バイアス回路１０４との間のリード又はトレースの何れか又は両方を表し得る。インダクタＬ２又はインダクタＬ６の何れか一方又は両方が、リード又はトレースの何れか一方又は両方を有するインダクタンスを表し得る。

この例では、直流バイアス回路１０４はバイアス補償を含まない。直流バイアス回路１０４は、例えば、出力電圧を正又は負の何れかにバイアスすることができるオフセット供給電圧Ｖ１を含む。幾つかの実施形態では、オフセット供給電圧Ｖ１は、ウェハ電圧とチャック電圧との間のオフセットを変化させるように調整され得る。幾つかの実施形態では、オフセット供給電圧Ｖ１は、約±５ｋＶ、±４ｋＶ、±３ｋＶ、±２ｋＶ、±１ｋＶ等の電圧を有し得る。

幾つかの実施形態では、バイアスコンデンサＣ１２は、直流バイアス電圧を抵抗出力段又は他の回路要素の何れか又は両方から絶縁（又は分離）することができる。バイアスコンデンサＣ１２は、例えば、回路の或る部分から別の部分への電位シフトを可能にしてもよい。幾つかの実施形態では、この電位シフトは、ウェハをチャック上の所定の位置に保持する静電気力が電圧閾値以下に留まることを確実にし得る。抵抗器Ｒ２は、パルサー段１０１からの高電圧パルス出力から直流バイアス電源を絶縁してもよい。

バイアスコンデンサＣ１２は、例えば１００ｐＦ、１０ｐＦ、１ｐＦ、１００μＦ、１０μＦ、１μＦ等である。抵抗器Ｒ２は、例えば、約１ｋオーム、約１０ｋオーム、約１００ｋオーム、約１Ｍオーム、約１０Ｍオーム、約１００Ｍオーム等の高抵抗を有してもよい。

第２のリード段１０５は、高電圧電力系統と負荷段１０６との間の回路素子を表す。抵抗器Ｒ１３は、例えば、高電圧電力システムの出力から電極（例えば、負荷段１０６）に接続するリード線又は伝送線の抵抗を表し得る。コンデンサＣ１は、例えば、リード線又は伝送線の漂遊キャパシタンスを表し得る。

幾つかの実施形態では、負荷段１０６は、例えば、プラズマ成膜装置、半導体製造装置、プラズマスパッタリング装置等の半導体処理チャンバのための理想化された又は有効な回路を表し得る。キャパシタンスＣ２は、例えば、ウェハが着座し得るチャックのキャパシタンスを表し得る。チャックは、例えば、誘電体材料を含んでもよい。例えば、コンデンサＣ１は、小キャパシタンス（例えば、約１０ｐＦ、１００ｐＦ、５００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等）を有してもよい。

コンデンサＣ３は、例えば、プラズマとウェハとの間のシースキャパシタンスを表し得る。抵抗器Ｒ６は、例えば、プラズマとウェハとの間のシース抵抗を表し得る。インダクタＬ２は、例えば、プラズマとウェハとの間のシースインダクタンスを表し得る。電流源Ｉ２は、例えば、シースを流れるイオン電流を表し得る。例えば、コンデンサＣ１又はコンデンサＣ３は、小キャパシタンス（例えば、約１０ｐＦ、１００ｐＦ、５００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等）を有してもよい。

コンデンサＣ９は、例えば、チャンバ壁とウェハ上面との間のプラズマ内のキャパシタンスを表し得る。抵抗器Ｒ７は、例えば、チャンバ壁とウェハ上面との間のプラズマ内の抵抗を表し得る。電流源Ｉ１は、例えば、プラズマ内のイオン電流を表し得る。例えば、コンデンサＣ１又はコンデンサＣ９は、小さいキャパシタンス（例えば、約１０ｐＦ、１００ｐＦ、５００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等）を有してもよい。

本明細書で使用される場合のプラズマ電圧は、接地から回路点１２３まで測定された電圧であり、ウェハ電圧は、接地から回路点１２２まで測定された電圧であり、ウェハの表面の電圧を表し得るものであり、チャッキング電圧は、接地から回路点１２１まで測定された電圧であり、電極電圧は、接地から回路点１２４まで測定された電圧であり、入力電圧は、接地から回路点１２５まで測定された電圧である。

図２は、プラズマ負荷１００を有する高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す。これらの例示的な波形において、パルス波形２０５は、負荷段１０６に供給される電圧を表し得る。図示のように、回路点１２４における電圧であるパルス波形２０５は、高電圧（例えば、波形に示されているように約４ｋＶを超える）、高速立上り時間（例えば、波形に示されているように約２００ｎｓ未満）、高速立下り時間（例えば、波形に示されているように約２００ｎｓ未満）、及び短いパルス幅（例えば、波形に示されているように約３００ｎｓ未満）という品質を有するパルスを生成する。波形２１０は、回路点１２２における電圧、例えばウェハの表面における電圧を表し得る。波形２１５は、プラズマを流れる電流、例えば、インダクタＬ２を流れる電流を表す。

過渡状態中（例えば、図示しない初期の幾つかのパルス中）、パルサー段１０１からの高電圧パルスはコンデンサＣ２を充電する。コンデンサＣ２のキャパシタンスは、コンデンサＣ３又はコンデンサＣ１の何れか一方又は両方のキャパシタンスと比較して大きい為、又はパルスの短いパルス幅の為、コンデンサＣ２が完全に充電されるには、高電圧パルサーからの幾つかのパルスが必要となる場合がある。コンデンサＣ２が完全に充電されると、回路は、図２の波形で示されるように、定常状態に達する。

定常状態であり且つスイッチＳ１が開いているとき、コンデンサＣ２は充電され、波形２１０の僅かに立ち上がる傾きによって示されるように、抵抗出力段１０２を介して緩慢に散逸する。コンデンサＣ２が充電され、スイッチＳ１が開いている間、ウェーバーの表面（コンデンサＣ２とコンデンサＣ３との間の点）の電圧は負である。この負の電圧は、パルサー段１０１から供給されるパルスの電圧の負の値であってもよい。例えば、図２に示す例示的な波形では、各パルスの電圧は約４ｋＶであり、ウェハにおける定常状態の電圧は約－４ｋＶである。これにより、プラズマを跨ぐ（例えば、コンデンサＣ３を跨ぐ）負の電位が発生し、プラズマからウェハの表面に正のイオンを加速する。スイッチＳ１が開いている間、コンデンサＣ２上の電荷は抵抗出力段を介して緩慢に散逸する。

スイッチＳ１が開状態から閉状態に変化すると、コンデンサＣ２の充電に伴って、コンデンサＣ２の両端電圧が反転する（波形２０５に示すようにパルサーからのパルスが高くなる）ことがある。更に、コンデンサＣ２が充電されると、波形２１０に示すように、回路点１２３（例えば、ウェハの表面）の電圧が約０に変化する。このように、高電圧パルサーからのパルスは、負の高電圧からゼロまで上昇し、高周波数で負の高電圧に戻るプラズマ電位（例えば、プラズマ中の電位）を、高速立上り時間、高速立下り時間、又は短パルス幅の何れか又は全てで発生させることができる。

幾つかの実施形態では、抵抗出力段１０２によって表される要素の作用は、漂遊キャパシタンスＣ１を急速に放電してもよく、コンデンサＣ２とコンデンサＣ３との間の点の電圧が、波形２１０によって示されるように、約－４ｋＶのその定常負の値に急速に戻ることを可能にしてもよい。抵抗出力段は、コンデンサＣ２とコンデンサＣ３との間の点での電圧がその時間の約％の間存在することを可能にしてもよく、従って、イオンがウェハ内に加速される時間を最大化する。幾つかの実施形態では、抵抗出力段内に含まれる構成要素は、イオンがウェハ内に加速される時間を最適化し、この時間の間の電圧をほぼ一定に保持するように特別に選択されてもよい。従って、例えば、速い立上り時間及び速い立下り時間を有する短いパルスが有用であり、それにより、かなり均一な負の電位の長い期間が存在し得る。

幾つかの実施形態では、バイアス補償サブシステムは、半導体製造ウェハチャンバ内のチャッキング電圧を調整する為に使用され得る。例えば、チャッキング電圧は、チャック上の一定の電圧を確実にする為に、バーストのオン／オフパターンを追跡する為にチャックに印加され得る。

幾つかの実施形態では、様々な高電圧電力システムの何れかも、本明細書に開示された抵抗出力段を含んでもよく、本明細書に開示された抵抗出力段は、２０１８年３月３０日に出願された「高電圧抵抗出力段回路（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｔａｇｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）」という名称の米国特許出願第１５／９４１，７３１号に図示又は記載されている任意の又は全ての構成要素、配置、機能性等を含んでもよく、同出願は全ての目的の為にその全体が本明細書に組み込まれている。

図３は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷３００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷３００を有する高電圧電力システムは、プラズマ負荷１００を有する高電圧電力システムに類似している。本実施例のパルサー段１１０は、高電圧スイッチＳ１を含む。幾つかの実施形態では、高電圧スイッチＳ１は、高電圧を包括的に開閉する為に直列に配置された複数のスイッチを含んでもよい。例えば、高電圧スイッチＳ１は、図１５に記載された高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。別の例として、高電圧スイッチＳ１は、例えば、２０１８年１１月１日に出願された、「絶縁された電力を有する高電圧スイッチ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）」という名称の米国特許出願第１６／１７８，５６５号明細書に記載された任意のスイッチを含んでもよく、この出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれる。

いずれの実施形態においても、パルサー段１０１又はパルサー段１１０は、高電圧パルスを生成する為に使用されてもよい。更に、パルサー段１０１及びパルサー段１１０は交換可能であってもよい。

この例では、直流バイアス回路１０４は、バイアス補償を含まない。

幾つかの実施形態では、パルサー段１１０は、電圧が１ｋＶ、１０ｋＶ、２０ｋＶ、５０ｋＶ、１００ｋＶ、１０００ｋＶ等を超え、立上り時間が約１ｎｓ、１０ｎｓ、５０ｎｓ、１００ｎｓ、２５０ｎｓ、５００ｎｓ、１，０００ｎｓ等未満であり、立下り時間が約１ｎｓ、１０ｎｓ、５０ｎｓ、１００ｎｓ、２５０ｎｓ、５００ｎｓ、１，０００ｎｓ等未満であり、周波数が約１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等を超えるパルスを生成してもよい。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、例えば、ＲＦジェネレータ等の高周波電源を含んでもよい。

図４は、高電圧電力システム（例えば、プラズマ負荷１００を有する高電圧電力システム又はプラズマ負荷３００を有する高電圧電力システム）によって生成される例示的な波形を示す。ウェハ波形４０５はウェハ上の電圧を表し、チャック波形４１０はチャック上の電圧である。ウェハ波形４０５は、図３の回路図上に１２２と標記される位置で測定される。チャック波形４１０は、図３の回路図上で１２１と標記される位置で測定される。図示のように、パルシング中、チャック波形４１０とウェハ波形４０５との差は約４ｋＶである。ピーク電圧が２ｋＶを超える場合、これはチャンバ内のチャック上のウェハにダメージを与える可能性がある。

図４の波形は、各バースト内に複数のパルスを有する約１０秒の６つのバーストを示している。

図５は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷５００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷５００を有する高電圧電力システムは、プラズマ負荷３００を有する高電圧電力システムに類似している。

この例では、バイアス補償回路１１４はパッシブバイアス補償回路であり、バイアス補償ダイオード５０５及びバイアス補償コンデンサ５１０を含み得る。バイアス補償ダイオード５０５は、オフセット供給電圧Ｖ１と直列に配置され得る。バイアス補償コンデンサ５１０は、オフセット供給電圧Ｖ１と抵抗器Ｒ２の何れか一方又は両方に跨って配置され得る。バイアス補償コンデンサ５１０は、例えば、約１００μＦ、５０μＦ、２５μＦ、１０μＦ、２μＦ、５００ｎＦ、２００ｎＦ等のような、１００ｎＦ～１００μＦ未満のキャパシタンスを有し得る。

幾つかの実施形態では、バイアス補償ダイオード５０５は、１０Ｈｚ～１０ｋＨｚの間の周波数で、１０Ａ～１ｋＡの間の電流を導通することができる。

幾つかの実施形態では、バイアスコンデンサＣ１２は、パルサー段１０１の出力（例えば、１２５と標記される位置）と電極上の電圧（例えば、１２４と標記される位置）との間の電圧オフセットを可能にしてもよい。動作中、電極は、例えば、バースト中に－２ｋＶの直流電圧であってもよく、一方、ナノ秒パルサーの出力は、パルス中の＋６ｋＶとパルス間の０ｋＶとの間で交互に変化する。

バイアスコンデンサＣ１２、例えば、１００ｎＦ、１０ｎＦ、１ｎＦ、１００μＦ、１０μＦ、１μＦ等。抵抗器Ｒ２は、例えば、約１ｋオーム、１０ｋオーム、１００ｋオーム、１Ｍオーム、１０Ｍオーム、１００Ｍオーム等の抵抗のような高抵抗を有し得る。

幾つかの実施形態では、バイアス補償コンデンサ５１０及びバイアス補償ダイオード５０５は、パルサー段１０１の出力（例えば、１２５と標記される位置）と電極上の電圧（例えば、１２４と標記される位置）との間の電圧オフセットを各バーストの開始時に確立し、必要とされる平衡状態に到達させることを可能にしてもよい。例えば、電荷は、複数のパルスに亘って（例えば、約５～１００であり得る）、各バーストの開始時にコンデンサＣ１２からコンデンサ５１０に転送され、回路内の正しい電圧を確立する。

図６は、プラズマ負荷５００を有する高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す。図示されているように、ウェハ波形６０５とチャック波形６１０との間の電圧バイアスは、パルスバースト中は固定された状態であるが、バースト後は充電された状態である。この例では、パルス中のウェハ波形６０５とチャック波形６１０との間の差は約２ｋＶ未満であり、これは許容範囲内であり得る。しかしながら、この例では、パルス間のウェハ波形６０５とチャック波形６１０との間の差は約７ｋＶを超えており、これは許容範囲内ではあり得ない。

図６の波形は、各バースト内に複数のパルスを有する約１０秒の６つのバーストを示す。

図７は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷７００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷７００を有する高電圧電力システムは、プラズマ負荷５００を有する高電圧電力システムに類似しており、第２のパルサー回路７０５を含む。

第２のパルサー回路７０５は、バイアス補償回路１１４、又はバイアス補償回路１１４に類似した構成要素を含んでもよい。

第２のパルサー回路７０５は第２のパルサー７０１を含んでもよい。第２のパルサー７０１は、例えば、図１乃至図３の何れかに示されたパルサー段１１０の構成要素のうち１つ以上又は全てを含んでもよい。例えば、パルサー段１１０は、本明細書に（例えば、図１５及び関連する段落に）開示されているようなナノ秒パルサー又は高電圧スイッチを含んでもよい。幾つかの実施形態では、第２のパルサー７０１は、パルサー段１０１がパルシングしているとき（例えば、バースト中）にオフになるように構成されてもよく、第２のパルサー７０１は、パルサー段１０１がパルシングしていないとき（例えば、バースト間）にオンになるように構成されてもよい。

第２のパルサー回路７０５は更に、トランスＴ２の二次側にインダクタＬ９を含んでもよく、スイッチ７１０は電圧源Ｖ６に結合されてもよい。インダクタＬ９は、第２のパルサー回路７０５の漂遊インダクタンスを表し得るものであり、例えば、約５００ｎＨ、２５０ｎＨ、１００ｎＨ、５０ｎＨ、２５ｎＨ等未満の低インダクタンスを有してもよい。幾つかの実施形態では、電圧源Ｖ６は、スイッチ７１０のトリガを表し得る。

幾つかの実施形態では、第２のパルサー回路７０５はブロッキングダイオードＤ７を含んでもよい。ブロッキングダイオードＤ７は、例えば、スイッチ７１０から負荷段１０６への電流の流れを確実にし得る。コンデンサＣ１４は、例えば、ブロッキングダイオードＤ７の漂遊キャパシタンスを表し得る。コンデンサＣ１４のキャパシタンスは、例えば、約１ｎＦ未満、５００ｐＦ未満、２００ｐＦ未満、１００ｐＦ未満、５０ｐＦ未満、２５ｐＦ未満等の低キャパシタンスを有し得る。

幾つかの実施形態では、スイッチ７１０は、パルサー段１１０がパルシングしている間は開き、パルサー段１１０がパルシングしていないときは閉じて、パルサー段によって提供される電圧をオフセット（又はバイアス）するようにしてもよい。

幾つかの実施形態では、スイッチ７１０は、高電圧を包括的に開閉する為に直列に配置された複数のスイッチを含んでもよい。幾つかの実施形態では、スイッチ７１０は、図１５で説明する高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。別の例として、高電圧スイッチ９０５は、例えば、２０１８年１１月１日に出願された、「絶縁された電力を有する高電圧スイッチ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）」という名称の米国特許出願第１６／１７８，５６５号に記載されている任意のスイッチを含んでもよく、同出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれている。

図８は、プラズマ負荷７００を有する高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す。ウェハ波形８０５はウェハ上の電圧を表し、チャック波形８１０はチャック上の電圧を表す。ウェハ波形８０５は、図７の回路図上で１２２と標記される位置で示すウェハで測定される。チャック波形８１０は、図７の回路図上の位置１２１で示すチャックで測定される。バイアス波形８１５は、図７の回路図上で１２４と標記される位置１２４で測定される。この例では、バイアスコンデンサ５１０は放電中であり、例えば、数キロワットの電力を必要とし得るバイアスコンデンサを再充電する為に、第２のパルサー回路７０５がＶ２よりも高い電源を含むことを必要とする可能性がある。

図８の波形は、各バースト内に複数のパルスを有する約１０秒の６つのバーストを示す。

図９は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷９００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷５００を有する高電圧電力システムは、プラズマ負荷９００を有する高電圧電力システムに類似している。

この実施形態では、バイアス補償回路９１４は、バイアス補償ダイオード５０５を跨いで結合され、電源Ｖ１に結合された高電圧スイッチ９０５を含んでもよい。幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ９０５は、高電圧を包括的に開閉する為に直列に配置された複数のスイッチ９０５を含み得る。例えば、高電圧スイッチ９０５は、図１５に記載の高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ９０５は、スイッチトリガＶ４に結合されてもよい。

高電圧スイッチ５０５は、インダクタＬ９及び抵抗器Ｒ１１の何れか一方又は両方と直列に結合されてもよい。インダクタＬ９は、高電圧スイッチ９０５を通るピーク電流を制限してもよい。インダクタＬ９は、例えば、約２５０μＨ、１００μＨ、５０μＨ、２５μＨ、１０μＨ、５μＨ、１μＨ等の約１００μＨ未満のインダクタンスを有してもよい。抵抗器Ｒ１１は、例えば、抵抗出力段１０２への電力散逸をシフトさせてもよい。抵抗器Ｒ１１の抵抗は、例えば、約１０００オーム未満、５００オーム未満、２５０オーム未満、１００オーム未満、５０オーム未満、１０オーム未満等の抵抗を有してもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ９０５はスナバ回路を含んでもよい。スナバ回路は、抵抗器Ｒ９、スナバダイオードＤ８、スナバコンデンサＣ１５及びスナバ抵抗器Ｒ１０を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、抵抗器Ｒ８は、オフセット供給電圧Ｖ１の漂遊抵抗を表し得る。抵抗器Ｒ８は、例えば、約１０ｋオーム、１００ｋオーム、１Ｍオーム、１０Ｍオーム、１００Ｍオーム、１Ｇオーム等のような高い抵抗を有していてもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ９０５は、高電圧を包括的に開閉するように直列に配置された複数のスイッチを含んでもよい。例えば、高電圧スイッチ９０５は、図１５で説明した高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。別の例として、高電圧スイッチ９０５は、例えば、２０１８年１１月１日に出願された、「絶縁された電力を有する高電圧スイッチ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）」という名称の米国特許出願第１６／１７８，５６５号に記載された任意のスイッチを含んでもよく、同出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれる。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ９０５は、パルサー段１１０がパルシングしている間は開状態であってもよく、パルサー段１１０がパルシングしていないときは閉状態であってもよい。高電圧スイッチ９０５が閉じている場合、例えば、電流は、バイアス補償ダイオード５０５を跨いで短絡してもよい。この電流を短絡させることにより、ウェハとチャックとの間のバイアスが２ｋＶ未満になることがあるが、これは許容可能な公差内であり得る。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ９０５は、電極電圧（１２４と標記される位置）及びウェハ電圧（１２２と標記される位置）をチャック電位（１２１と標記される位置）に迅速に（例えば、約１００ｎｓ未満、２００ｎｓ未満、５００ｎｓ未満、１μｓ未満で）復元することを可能にし得る。これは、例えば図１０、１１Ａ及び１１Ｂに示されている。

図１０は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷９００を有する高電圧電力システムによって生成される例示的な波形を示す。ウェハ波形１００５はウェハ上の電圧を表し、チャック波形１０１０はチャック上の電圧を表し、バイアス波形１０１５はバイアス補償回路１１４からの電圧を表す。ウェハ波形１００５は、図９の回路図上で１２２と標記される位置で測定される。チャック波形１０１０は、図９の回路図上で１２１と標記される位置で測定される。バイアス波形１０１５は、図９の回路図上で１２４と標記される位置で測定される。

図１０の波形は、各バースト内に複数のパルスを有する約１０秒の６つのバーストを示す。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷９００を有する高電圧電力システムからの例示的な波形を示す。図１１Ａは、３４０個のパルスを有する単一のバーストを示し、図１１Ｂは、バースト内の数個のパルスを示す。波形１１０５は、電極（図９で１２４と標記される位置）における電圧を示し、波形１１１０は、ウェハ（図９で１２２と標記される位置）における電圧を示す。電極上の電圧とウェハ上の電圧は、約２ｋＶの一定のオフセットで追跡する傾向があることに留意されたい。波形は又、パルサーがオフの間であり暫く経ってから次のバーストが始まるまでに、電圧が直流値に戻る様子を示している。

図１２は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷１２００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷１２００を有する高電圧電力システムは、プラズマ負荷９００を有する高電圧電力システムに類似している。

幾つかの実施形態では、バイアス補償回路１２１４は、バイアス補償ダイオード５０５を跨いで又は並列に配置された４つの高電圧スイッチ段（スイッチ１２２０、１２２５、１２３０、及び１２３５を含む）を含み得る。各スイッチ段は、スイッチ（例えば、スイッチ１２２０、１２２５、１２３０、１２３５）と電圧共有抵抗器（例えば、抵抗器Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８）とを含む。抵抗器Ｒ１１及びインダクタＬ７の何れか一方又は両方が、スイッチ段と直列に配置されている。インダクタＬ９は、例えば、約１ｍＨ、約５００μＨ、約２５０μＨ、約１００μＨ、約５０μＨ、約２５μＨ、約１０μＨ、約５μＨ等の、約１μＨ未満等のインダクタンスを有してもよい。幾つかの実施形態では、スイッチ１２２０、１２２５、１２３０及び１２３５は、パルサー段１１０がパルシングしている間は開状態であってもよく、パルサー段１１０がパルシングしていないときは閉状態であってもよい。スイッチ１２２２０、１２２５、１２３０及び１２３５が閉じているとき、例えば、電流は、バイアス補償ダイオード５０５を跨いで短絡してもよい。この電流を短絡させることにより、ウェハとチャックとの間のバイアスが２ｋＶ未満になることがあるが、これは許容可能な公差内であり得る。

各スイッチ１２２０、１２２５、１２３０及び１２３５は、高電圧を包括的に開閉するように直列に配置された複数のスイッチを含んでもよい。例えば、各スイッチ１２２０、１２２５、１２３０及び１２３５は、包括的に又は個別に、例えば、図１５に記載された高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。別の例として、各スイッチ１２２０、１２２５、１２３０及び１２３５は、例えば、２０１８年１１月１日に出願された、「絶縁された電力を有する高電圧スイッチ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）」という名称の米国特許出願第１６／１７８，５６５に記載されている任意のスイッチを包括的に又は個別に含んでもよく、同出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれる。

幾つかの実施形態では、電圧共有抵抗器（例えば、抵抗器Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、及びＲ１８）は、例えば、約１ｋオーム、１０ｋオーム、１００ｋオーム、１Ｍオーム、１０Ｍオーム、１００Ｍオーム等の高抵抗を有してもよい。

この例では、４個の高電圧スイッチ段が示されているが、任意の個数の高電圧スイッチ段が使用されてもよい。

図１３は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷１３００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷１３００を有する高電圧電力システムは、プラズマ負荷１２００を有する高電圧電力システムに類似している。

この例では、バイアス補償回路１３１４は、バイアス補償回路１２１４に類似している。この例では、バイアス補償回路１３１４を有する各スイッチモジュール（１２２０、１２２５、１２３０及び１２３５）は、対応するスナバ回路を含んでもよい。各スナバ回路は、スナバダイオード及びスナバコンデンサを含み得る。幾つかの実施形態では、スナバダイオードは、スナバダイオードを跨いで配置されたスナバ抵抗器を含んでもよい。各スイッチモジュールは、直列に配置されたスイッチの各々の間で電圧が均等に共有されることを確実にする抵抗器を含んでもよい。

図１４は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷１４００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷１４００を有する高電圧電力システムは、プラズマ負荷９００を有する高電圧電力システムに類似している。この例では、バイアス補償回路１４１４はスナバ回路を含まない。この例では、バイアス補償回路１４１４は、スイッチＳ４と直列に配置されたバイアス補償インダクタ１４２０を含む。インダクタ１４２０は、約３００ｎＨ未満、１００ｎＨ未満、１０ｎＨ未満、１ｎＨ未満等のインダクタンスを有してもよい。

幾つかの実施形態では、スイッチＳ４は、図１５に記載された高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。別の例として、スイッチＳ４は、例えば、２０１８年１１月１日に出願された、「絶縁された電力を有する高電圧スイッチ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）」という名称の、米国特許出願第１６／１７８，５６５号に記載された任意のスイッチを含んでもよく、同出願は、全ての目的の為にその全体が本開示に組み込まれる。

図１５は、幾つかの実施形態による絶縁された電力を有する高電圧スイッチ１５００のブロック図である。高電圧スイッチ１５００は、高速立上り時間及び／又は高周波数及び／又は可変パルス幅を有する高電圧源１５６０からの電圧を切り替えることができる複数のスイッチモジュール１５０５（包括的又は個別に１５０５、及び個別に１５０５Ａ、１５０５Ｂ、１５０５Ｃ及び１５０５Ｄ）を含んでもよい。各スイッチモジュール１５０５は、例えばソリッドステートスイッチ等のスイッチ１５１０を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、スイッチ１５１０は、電源１５４０及び／又は絶縁ファイバトリガ１５４５（ゲートトリガ又はスイッチトリガとも呼ばれる）を含み得るゲートドライバ回路１５３０と電気的に結合されてもよい。例えば、スイッチ１５１０は、コレクタ、エミッタ、及びゲート（又はドレイン、ソース、及びゲート）を含んでもよく、電源１５４０は、ゲートドライバ回路１５３０を介してスイッチ１５１０のゲートを駆動してもよい。ゲートドライバ回路１５３０は、例えば、高電圧スイッチ１５００の他の構成要素から絶縁されていてもよい。

幾つかの実施形態では、電源１５４０は、例えば、絶縁トランスを使用して絶縁されていてもよい。絶縁トランスは低キャパシタンストランスを含んでもよい。絶縁トランスの低キャパシタンスは、例えば、電源１５４０が、有意な電流を必要とせずに高速タイムスケールで充電することを可能にし得る。絶縁トランスは、例えば約１００ｐＦ未満のキャパシタンスを有してもよい。別の例として、絶縁トランスは、約３０～１００ｐＦ未満のキャパシタンスを有してもよい。幾つかの実施形態では、絶縁トランスは、１ｋＶ、５ｋＶ、１０ｋＶ、２５ｋＶ、５０ｋＶ等までの電圧絶縁を提供してもよい。

幾つかの実施形態では、絶縁トランスは、低い漂遊キャパシタンスを有してもよい。例えば、絶縁トランスは、約１０００ｐＦ未満、１００ｐＦ未満、１０ｐＦ未満等の漂遊キャパシタンスを有してもよい。幾つかの実施形態では、低キャパシタンスは、低電圧構成要素（例えば、入力制御電力の源）への電気的結合を最小化してもよく、及び／又はＥＭＩ発生（例えば、電気的ノイズ発生）を低減してもよい。幾つかの実施形態では、絶縁トランスのトランス漂遊キャパシタンスは、一次巻線と二次巻線との間で測定されたキャパシタンスを含んでもよい。

幾つかの実施形態では、絶縁トランスは、直流／直流コンバータ又は交流／直流トランスであってもよい。幾つかの実施形態では、絶縁トランスは、例えば、１１０Ｖの交流トランスを含んでもよい。それにも拘らず、絶縁トランスは、高電圧スイッチ１５００の他の構成要素から絶縁された電力を提供することができる。幾つかの実施形態では、絶縁は、絶縁トランスの一次側の導体が絶縁トランスの二次側の導体を通過しないように、又は絶縁トランスの二次側の導体と接触しないように、ガルバニックであってもよい。

幾つかの実施形態では、トランスは、トランスコアの周りに緊密に巻かれた又はトランスコアを包囲し得る一次巻線を含んでもよい。幾つかの実施形態では、一次巻線は、トランスコアの周りを包囲する導電性シートを含んでもよい。幾つかの実施形態では、一次巻線は１つ以上の巻線を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、二次巻線は、コアの周りのコアから可能な限り離れた位置に巻かれていてもよい。例えば、二次巻線を含む巻線の束は、トランスコアの開口部の中心を通って巻かれていてもよい。幾つかの実施形態では、二次巻線は１つ以上の巻線を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、二次巻線を含む巻線の束は、漂遊キャパシタンスを最小化する為に、例えば円形又は正方形である断面を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、一次巻線と、二次巻線又はトランスコアとの間に、絶縁体（例えば、油又は空気）が配置されていてもよい。

幾つかの実施形態では、二次巻線をトランスコアから遠ざけることは幾つかの利点を有し得る。例えば、それにより、絶縁トランスの一次側と絶縁トランスの二次側との間の漂遊キャパシタンスを減少させる可能性がある。別の例として、動作中にコロナ及び／又は故障が形成されないように、絶縁トランスの一次側と絶縁トランスの二次側との間の高電圧のスタンドオフが可能になり得る。

幾つかの実施形態では、絶縁トランスの一次側（例えば、一次巻線）と絶縁トランスの二次側（例えば、二次巻線）との間の間隔は、約０．１インチ、０．５インチ、１インチ、５インチ、又は１０インチであり得る。幾つかの実施形態では、絶縁トランスのコアと絶縁トランスの二次側（例えば、二次巻線）との間の典型的な間隔は、約０．１インチ、０．５インチ、１インチ、５インチ又は１０インチであり得る。幾つかの実施形態では、巻線間のギャップは、例えば、真空、空気、任意の絶縁性ガス又は液体、或いは比誘電率が３未満の固体材料のような、可能な限り最も低い誘電体材料で満たされていてもよい。

幾つかの実施形態では、電源１５４０は、高電圧のスタンドオフ（絶縁）を提供することが可能な、又は、低キャパシタンス（例えば、約１，０００ｐＦ未満、１００ｐＦ未満、１０ｐＦ未満等）を有し得る任意のタイプの電源を含んでもよい。幾つかの実施形態では、制御電圧電源は、６０Ｈｚで交流１５２０Ｖ又は交流２４０Ｖを供給してもよい。

幾つかの実施形態では、各電源１５４０は、単一の制御電圧電源と誘導的に電気結合されていてもよい。例えば、電源１５４０Ａは、第１のトランスを介して電源と電気結合されてもよく、電源１５４０Ｂは、第２のトランスを介して電源と電気結合されてもよく、電源１５４０Ｃは、第３のトランスを介して電源と電気結合されてもよく、電源１５４０Ｄは、第４のトランスを介して電源と電気結合されてもよい。任意のタイプのトランス、例えば、様々な電源の間に電圧絶縁を提供することができる任意のタイプのトランスが使用されてもよい。

幾つかの実施形態では、第１のトランス、第２のトランス、第３のトランス及び第４のトランスは、単一のトランスのコアの周りに異なる二次巻線を備えていてもよい。例えば、第１のトランスは第１の二次巻線を含んでもよく、第２のトランスは第２の二次巻線を含んでもよく、第３のトランスは第３の二次巻線を含んでもよく、第４のトランスは第４の二次巻線を含んでもよい。これら二次巻線夫々は単一のトランスのコアに巻かれていてもよい。幾つかの実施形態では、第１の二次巻線、第２の二次巻線、第３の二次巻線、第４の二次巻線、又は一次巻線は、トランスコアに巻かれた単一の巻線を含んでも、又は複数の巻線を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、電源１５４０Ａ、電源１５４０Ｂ、電源１５４０Ｃ、及び／又は電源１５４０Ｄは、リターン基準接地又はローカル接地を共有しないことがある。

絶縁ファイバトリガ１５４５は、例えば、高電圧スイッチ１５００の他の構成要素から絶縁されていてもよい。絶縁ファイバトリガ１５４５は光ファイバレシーバを含んでもよく、光ファイバレシーバは、各スイッチモジュール１５０５が、他のスイッチモジュール１５０５に対して、及び／又は高電圧スイッチ１５００の他の構成要素に対して、及び／又は、例えば、各スイッチモジュール１５０５のゲートの能動的な制御を可能にしながら、漂遊することを可能にする。

幾つかの実施形態では、各スイッチモジュール１５０５のリターン基準設置又はローカル接地又は共通接地は、例えば、絶縁トランスを使用して、互いに絶縁されてもよい。

各スイッチモジュール１５０５を共通接地から電気的に絶縁することにより、例えば、複数のスイッチを直列構成で配置して累積高電圧スイッチングを可能にし得る。幾つかの実施形態では、スイッチモジュールのタイミングにおける幾分のラグを許容又は設計してもよい。例えば、各スイッチモジュール１５０５は、１ｋＶをスイッチングするように構成又は定格されていてもよく、各スイッチモジュールは、互いに電気的に絶縁されていてもよく、及び／又は、各スイッチモジュール１５０５を閉じるタイミングは、スナバコンデンサのキャパシタンス及び／又はスイッチの電圧定格によって定義される期間に亘り必ずしも完全に揃わなくてもよい。

幾つかの実施形態では、電気的絶縁は多くの利点を提供し得る。例えば、１つの可能な利点は、ジッタを切り替えるスイッチを最小化する、及び／又は任意のスイッチタイミングを可能にすることを含んでもよい。例えば、各スイッチ１５１０は、約５００ｎｓ未満、５０ｎｓ未満、２０ｎｓ未満、５ｎｓ未満等のスイッチ遷移ジッタを有してもよい。

幾つかの実施形態では、２つの構成要素（又は回路）間の電気的絶縁は、２つの構成要素間の極めて高い抵抗を意味し得る、及び／又は、２つの構成要素間の小さなキャパシタンスを意味し得る。

各スイッチ１５１０は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ接合トランジスタ、ＦＥＴ、ＳｉＣスイッチ、ＧａＮスイッチ、光導電性スイッチ等の任意のタイプのソリッドステートスイッチング素子を含んでもよい。スイッチ１５１０は、例えば、高電圧（例えば、約１ｋＶを超える電圧）、高周波数（例えば、１ｋＨｚを超える）、高速（例えば、約５００ｋＨｚを超える繰返し周波数）及び／又は高速立上り時間（例えば、約２５ｎｓ未満の立上り時間）及び／又は長いパルス長（例えば、約１０ｍｓを超える）のスイッチングが可能であってよい。幾つかの実施形態では、各スイッチは個別に１，２００Ｖ～１，７００Ｖのスイッチング用に定格されている場合があるが、組み合わせにより４，８００Ｖ～６，８００Ｖ以上のスイッチングが可能である（４個のスイッチの場合）。他にも様々な電圧定格のスイッチが使用され得る。

少数の高電圧スイッチを使用するよりも、多数の低電圧スイッチを使用する方が有利な場合がある。例えば、低電圧スイッチは、典型的には、より良い性能を有し、低電圧スイッチは、高電圧スイッチよりも高速にスイッチングでき、より高速な遷移時間を有することができ、及び／又は高電圧スイッチよりも効率的にスイッチングできる可能性がある。しかしながら、スイッチの数が多いほど、必要とされるタイミングの問題が大きくなる可能性がある。

図１５に示す高電圧スイッチ１５００は４個のスイッチモジュール１５０５を含む。この図では４個を示しているが、例えば、２個、８個、１２個、１６個、２０個、２４個等、任意の個数のスイッチモジュール１５０５を使用してもよい。例えば、各スイッチモジュール１５０５内の各スイッチの定格が１２００Ｖで、１６個のスイッチを使用した場合、高電圧スイッチは１９．２ｋＶまでスイッチングできる。別の例として、各スイッチモジュール１５０５の各スイッチの定格が１７００Ｖで、１６個のスイッチを使用した場合、高電圧のスイッチは２７．２ｋＶまでスイッチングできる。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ１５００は高速コンデンサ１５５５を含んでもよい。高速コンデンサ１５５５は、例えば、直列及び／又は並列に配置された１つ以上のコンデンサを含んでもよい。これらのコンデンサは、例えば、１つ以上のポリプロピレンコンデンサを含んでもよい。高速コンデンサ１５５５は、高電圧源１５６０からのエネルギーを蓄えてもよい。

幾つかの実施形態では、高速コンデンサ１５５５は低キャパシタンスを有してよい。幾つかの実施形態では、高速コンデンサ１５５５は、約１μＦ、約５μＦ、約１μＦ～約５μＦ、約１００ｎＦ～約１，０００ｎＦ等のキャパシタンス値を有してもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ１５００は、クローバーダイオード１５５０を含んでもよいし、含んでいなくてもよい。クローバーダイオード１５５０は、例えば、直列又は並列に配置された複数のダイオードを含んでもよく、それは誘導負荷を駆動する為に有益であり得る。幾つかの実施形態では、クローバーダイオード１５５０は、例えば、炭化ケイ素ショットキーダイオード等の１つ以上のショットキーダイオードを含んでもよい。クローバーダイオード１５５０は、例えば、高電圧スイッチからの電圧が所定の閾値を超えているかを感知してもよい。所定の閾値を超えている場合、クローバーダイオード１５５０はスイッチモジュールからの電力を接地に短絡してもよい。クローバーダイオードは、例えば、スイッチング後に誘導負荷に蓄積されたエネルギーを散逸させる為の交流電流経路を可能にしてもよい。これは、例えば、大きな誘導電圧スパイクを防止し得る。幾つかの実施形態では、クローバーダイオード１５５０は、例えば、１ｎＨ、１０ｎＨ、１００ｎＨ等の低インダクタンスを有してもよい。幾つかの実施形態では、クローバーダイオード１５５０は、例えば、１００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等のような低いキャパシタンスを有してもよい。

幾つかの実施形態では、負荷１５６５が主に抵抗性である場合等、クローバーダイオード１５５０は使用されない場合がある。

幾つかの実施形態では、各ゲートドライバ回路１５３０は、約１０００ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、１０．０ｎｓ未満、５．０ｎｓ未満、３．０ｎｓ未満、１．０ｎｓ未満等のジッタを発生してもよい。幾つかの実施形態では、各スイッチ１５１０は、最小スイッチオン時間（例えば、約１０μｓ未満、１μｓ未満、５００ｎｓ未満、１００ｎｓ未満、５０ｎｓ未満、１０ｎｓ未満、５ｎｓ未満等）と、最大スイッチオン時間（例えば、２５ｓ超、１０ｓ超、５ｓ超、１ｓ超、５００ｍｓ超等）とを有してもよい。

幾つかの実施形態では、動作中に高電圧スイッチ夫々を互いに１ｎｓ以内でオン及び／又はオフに切り替えてもよい。

幾つかの実施形態では、各スイッチモジュール１５０５は、同じ又は実質的に同じ（±５％）漂遊インダクタンスを有してもよい。漂遊インダクタンスは、例えば、リード、ダイオード、抵抗器、スイッチ１５１０、及び／又は回路基板トレース等のインダクタに関連しない任意のインダクタンスをスイッチモジュール１５０５内に含んでもよい。各スイッチモジュール１５０５内の漂遊インダクタンスは、例えば、約３００ｎＨ未満、１００ｎＨ未満、１０ｎＨ未満、１ｎＨ未満等のような低インダクタンスを含んでもよい。各スイッチモジュール１５０５間の漂遊インダクタンスは、例えば、約３００ｎＨ未満、１００ｎＨ未満、１０ｎＨ未満、１ｎＨ未満等のインダクタンス等の低インダクタンスを含んでもよい。

幾つかの実施形態では、各スイッチモジュール１５０５は、同じ又は実質的に同じ（±５％）漂遊キャパシタンスを有してもよい。漂遊キャパシタンスは、例えば、リード、ダイオード、抵抗器、スイッチ１５１０及び／又は回路基板のトレース等のコンデンサに関連しないスイッチモジュール１５０５内の任意のキャパシタンスを含んでもよい。各スイッチモジュール１５０５内の漂遊キャパシタンスは、例えば、約１０００ｐＦ未満、１００ｐＦ未満、１０ｐＦ未満等のような低キャパシタンスを含んでもよい。各スイッチモジュール１５０５間の漂遊キャパシタンスは、例えば、約１０００ｐＦ未満、１００ｐＦ未満、１０ｐＦ未満等の低キャパシタンスを含んでもよい。

電圧共有の不完全性は、例えば、パッシブスナバ回路（例えば、スナバダイオード１５１５、スナバコンデンサ１５２０、及び／又はフリーホイールダイオード１５２５）を用いて対処され得る。例えば、スイッチ１５１０の夫々がオン又はオフになるタイミングの少しの差異、或いはインダクタンス又はキャパシタンスの差異によって、電圧スパイクが発生することがある。これらのスパイクは、様々なスナバ回路（例えば、スナバダイオード１５１５、スナバコンデンサ１５２０、及び／又はフリーホイールダイオード１５２５）によって緩和され得る。

スナバ回路は、例えば、スナバダイオード１５１５、スナバコンデンサ１５２０、スナバ抵抗器１１６、及び／又はフリーホイールダイオード１５２５を含んでもよい。幾つかの実施形態では、スナバ回路は、スイッチ１５１０と並列に纏めて配置されていてもよい。幾つかの実施形態では、スナバコンデンサ１５２０は、例えば、約１００ｐＦ未満のキャパシタンス等の低キャパシタンスを有してもよい。

幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ１５００は、負荷１５６５（例えば、抵抗性負荷又は容量性負荷又は誘導性負荷）と電気的に結合されるか、又は負荷１５６５を含んでいてもよい。負荷１５６５は、例えば、５０オームから５００オームまでの抵抗を有してもよい。代替的又は付加的に、負荷１５６５は、誘導性負荷又は容量性負荷であってもよい。

図１６は、幾つかの実施形態による高電圧電力システムからの例示的な波形１６００を示す。波形１６００は、正の２ｋＶバイアスを生成し（例えば、オフセット供給電圧Ｖ１が２ｋＶを生成する）、７ｋＶのピーク電圧を有する信号を出力する高電圧電力システムから生成されたものである。この例では、高電圧スイッチ（例えば、高電圧スイッチ９０５）が高電圧電力システムに含まれており、パルサー段がパルシングしている間は閉状態であり、パルサー段がパルシングしていない間は開状態である。

波形１６０５は、パルサー段１０１からの電圧を表す。波形１６１０は、接地から回路点１２４まで測定された電極電圧を表す。波形１６１５は、接地から回路点１２２まで測定されたウェハ電圧を表す。波形１６２０は、バイアス補償回路１１４を通る電流を表す。

波形１６００は、バーストの最後のパルスと、バースト後に定常状態に戻る回路とを示す。波形１６００は、電極電圧とウェハ電圧との間の連続的な２ｋＶオフセットを示す。このオフセット電圧はチャッキング電圧であり、図示のような連続した２ｋＶのチャッキング電圧を維持することは、ウェハへの損傷を回避する為に必要な閾値の範囲内にあり得る。

図１７は、幾つかの実施形態による高電圧電力システムからの例示的な波形１７００を示す。波形１７００は、正の２ｋＶバイアスを生成し（例えば、オフセット供給電圧Ｖ１が２ｋＶを生成する）、６ｋＶのピーク電圧を有する信号を出力する高電圧電力システムから生成されたものである。この例では、高電圧スイッチ（例えば、高電圧スイッチ９０５）が高電圧電力システムに含まれ、パルサー段がパルシングしている間は閉じており、パルサー段がパルシングしていない間は開いている。

波形１７０５は、パルサー段１０１からの電圧を表す。波形１７１０は、接地から回路点１２４まで測定された電極電圧を表す。波形１７１５は、接地から回路点１２２まで測定されたウェハ電圧を表す。波形１７２０は、バイアス補償回路１１４を通る電流を表す。

波形１７００は、バースト内の全てのパルスを示す。

図１８は、幾つかの実施形態による高電圧電力システムからの例示的な波形１８００を示す。波形１７００は、正の２ｋＶバイアスを生成し（例えば、オフセット供給電圧Ｖ１が２ｋＶを生成する）、６ｋＶのピーク電圧を有する信号を出力する高電圧電力システムから生成されたものである。この例では、高電圧スイッチ（例えば、高電圧スイッチ９０５）は使用されない。高電圧スイッチがバイアス補償を可能にしない場合、波形１８００は、バーストの最後に一定の２ｋＶのチャッキング電圧が維持されていないことを示す。

波形１８０５は、パルサー段１０１からの電圧を表す。波形１８１０は、接地から回路点１２４まで測定された電極電圧を表す。波形１８１５は、接地から回路点１２２まで測定されたウェハ電圧を表す。波形１８２０は、バイアス補償回路１１４を通る電流を表す。

波形１８００は、バースト内の全てのパルスを示す。

図１９は、幾つかの実施形態によるプラズマ負荷１９００を有する高電圧電力システムの回路図である。プラズマ負荷１９００を有する高電圧電力システムは、図５に示すプラズマ負荷５００を有する高電圧電力システムに類似している。この例では、抵抗出力段１０２が取り除かれ、エネルギー回収回路１９０５が追加されている。

この例では、エネルギー回収回路１９０５は、トランスＴ１の二次側に配置されるか、又はトランスＴ１の二次側に電気的に結合されていてもよい。エネルギー回収回路１９０５は、例えば、トランスＴ１の二次側を跨ぐダイオード１９３０（例えば、クローバーダイオード）を含んでもよい。エネルギー回収回路１９０５は、例えば、ダイオード１９１０及びインダクタ１９１５（直列に配置されている）を含んでもよく、それでトランスＴ１の二次側から電源Ｃ７を充電する為に電流を流すことができる。ダイオード１９１０及びインダクタ１９１５は、トランスＴ１の二次側と電源Ｃ７と電気的に接続されていてもよい。幾つかの実施形態では、エネルギー回収回路１９０５は、トランスＴ１の二次側に電気的に結合されたダイオード１９３５及び／又はインダクタ１９４０を含んでもよい。インダクタ１９４０は、漂遊インダクタンスを表してもよく、及び／又はトランスＴ１の漂遊インダクタンスを含んでもよい。

ナノ秒パルサーが起動されると、電流が負荷段１０６を充電してもよい（例えば、コンデンサＣ３、コンデンサＣ２、又はコンデンサＣ９を充電してもよい）。一部の電流は、例えば、トランスＴ１の二次側の電圧が電源Ｃ７の充電電圧よりも上昇したときに、インダクタ１９１５を通って流れてもよい。ナノ秒パルサーがオフになると、電流は、負荷段１０６内のコンデンサからインダクタ１９１５を通って流れて、インダクタ１９１５を跨ぐ電圧がゼロになるまで電源Ｃ７を充電してもよい。ダイオード１９３０は、負荷段１０６内のコンデンサが、負荷段１０６内のインダクタンス又はバイアス補償回路１０ｏａｄ４のインダクタンスによってリンギングするのを防止してもよい。

ダイオード１９１０は、例えば、電源Ｃ７から負荷段１０６内のコンデンサに電荷が流れるのを防止してもよい。

インダクタ１９１５の値は、電流立下り時間を制御する為に選択されてもよい。幾つかの実施形態では、インダクタ１９１５は、１μＨ～５００μＨの間のインダクタンス値を有してもよい。

幾つかの実施形態では、エネルギー回収回路１９０５は、インダクタ１９１５を通る電流の流れを制御する為に使用され得るスイッチを含んでもよい。スイッチは、例えば、インダクタ１９１５と直列に配置されてもよい。幾つかの実施形態では、スイッチＳ１が開いている場合及び／又はもはやパルシングしていない場合、スイッチが閉じて、負荷段１０６から高電圧負荷Ｃ７に戻る電流の流れを可能にしてもよい。スイッチは、例えば、高電圧スイッチ１５００のような高電圧スイッチを含んでもよい。

エネルギー回収回路１９０５は、プラズマ負荷７００を有する高電圧電力システム、プラズマ負荷９００を有する高電圧電力システム、プラズマ負荷１２００を有する高電圧電力システム、プラズマ負荷１３００を有する高電圧電力システム、又はプラズマ負荷１４００を有する高電圧電力システムに追加されてもよい、及び／又は抵抗出力段１０２は、これらの回路の何れかから取り除かれてもよい。

幾つかの実施形態では、パルサー段１０１は、パルサー段１０１に示された様々な構成要素の代わりに、又はそれに加えて、高電圧スイッチ１５００を含んでもよい。幾つかの実施形態では、高電圧スイッチ１５００を使用することにより、少なくともトランスＴ１及びスイッチＳ１を除去することを可能にし得る。

別段の定めがない限り、用語「実質的に」とは、言及された値の５％又は１０％以内、又は製造公差内を意味する。別段の定めがない限り、用語「約」とは、言及された値の５％又は１０％以内、又は製造公差内を意味する。

数多くの具体的な詳細が、請求項に記載の主題の完全な理解を提供する為に本明細書に記載されている。しかしながら、当業者であれば、請求項に記載の主題は、このような特定の詳細がなくても実施され得ることを理解するであろう。他の例では、通常の技術者であれば知り得る方法、装置、又はシステムが、主張される主題を不明瞭にしない為に、詳細に記述されていない場合がある。

本明細書での、「適応された」又は「構成された」の使用は、オープン且つ包括的であることを意図しており、追加のタスクやステップを実行するように適応又は構成された装置を否定するものではない。更に、「に基づいて」の使用は、１つ以上の言及された条件や値「に基づく」プロセス、ステップ、計算、又はその他のアクションが、実際には、これらの条件や値を超えた追加の条件や値に基づいている可能性があるという意味で、オープン且つ包括的な表現であることを意図している。本明細書に含まれる見出し、リスト及び番号は、説明を容易にする為のものであり、限定的であることを意図していない。

本開示の主題は、その特定の実施形態に関して詳細に記載されているが、当業者であれば、上記の理解を得た上で、そのような実施形態の変更、変形、及び同等物を容易に作り出すことができることが理解されるであろう。従って、本開示は、限定ではなく例示の為に提示されたものであり、そのような変更、変形及び／又は追加を含めることを排除するものではなく、そのことは、当業者には自明であろう。
〔付記１〕
高電圧電力システムであって、
高電圧パルス電源と、
前記高電圧パルス電源に電気的に結合されたトランスと、
前記トランスと電気的に結合され、振幅が１ｋＶを超え、パルスの繰返し周波数が１ｋＨｚを超える高電圧パルスを出力するように構成された出力と、
前記出力と並列に配置されたバイアス補償回路とを備え、前記バイアス補償回路が、
バイアス補償ダイオードと、
前記バイアス補償ダイオードと直列に配置された直流電源とを備えている、高電圧電力システム。
〔付記２〕
更に、少なくとも前記直流電源を跨いで配置され、約１０μＦ未満のキャパシタンスを有するバイアス補償コンデンサを含む、付記１に記載の高電圧電力システム
〔付記３〕
前記高電圧パルス電源がナノ秒パルサーとトランスを含む、付記１に記載の高電圧電力システム。
〔付記４〕
前記高電圧電源が、直列に配置された複数のスイッチと１つのトランスを含む、付記１に記載の高電圧電力システム。
〔付記５〕
前記バイアス補償回路が、前記バイアス補償ダイオードを跨いで配置された高電圧スイッチを含み、前記高電圧スイッチは、前記高電圧パルス電源がパルシングしているときに開状態になるように構成され、前記高電圧スイッチは、前記高電圧パルス電源がパルシングしていないときに閉状態になるように構成されている、付記１に記載の高電圧電力システム。
〔付記６〕
前記高電圧スイッチが、直列に配置された複数のスイッチを含む、付記５に記載の高電圧電力システム。
〔付記７〕
更に、前記高電圧スイッチと直列に配置され、約１ｍＨ未満のインダクタンスを有するインダクタを含む、付記５に記載の高電圧電力システム。
〔付記８〕
前記出力が、プラズマと容量的に結合された電極と結合されている、付記１に記載の高電圧電力システム。
〔付記９〕
高電圧電力システムであって、
高電圧パルス電源と、
前記高電圧パルス電源と電気的に結合され、振幅が１ｋＶを超え、パルスの繰返し周波数が２ｋＨｚを超える高電圧パルスを出力するように構成された出力と、
バイアス補償ダイオードと、
前記バイアス補償ダイオードと直列に配置された直流電源を備え、前記バイアス補償ダイオードと前記直流電源は前記出力と並列に配置されており、更に、
前記バイアス補償ダイオードを跨いで結合された高電圧スイッチを備え、前記高電圧スイッチは、前記高電圧スイッチング電源がパルシングしているときにオフになるように構成され、前記高電圧スイッチは、前記高電圧スイッチング電源がパルシングしていないときにオンになるように構成されている、高電圧電力システム。
〔付記１０〕
更に、少なくとも前記直流電源を跨いで配置されたバイアス補償コンデンサを含む、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１１〕
前記バイアス補償ダイオード、前記直流電源、及び前記高電圧スイッチが、前記出力を跨いで高電圧電力システムに配置されたバイアス補償回路を含む、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１２〕
前記出力がプラズマと容量的に結合された電極と結合される、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１３〕
前記高電圧スイッチが、前記高電圧パルス電源がパルシングしているときに開状態であるように構成され、前記高電圧スイッチが、前記高電圧パルス電源がパルシングしていないときに閉状態であるように構成されている、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１４〕
前記直流電源が－５ｋＶ～＋５ｋＶを供給するように構成されている、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１５〕
前記高電圧スイッチがスナバ回路を含む、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１６〕
前記高電圧スイッチが、直列に配置された複数のスイッチを含み、又、複数の電圧共有抵抗器を有し、その結果、前記複数の電圧共有抵抗器の各電圧共有抵抗器が前記複数のスイッチの対応するスイッチを跨いで配置される、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１７〕
前記バイアス補償ダイオードが、１０Ｈｚ～１０ｋＨｚの周波数で１０Ａ～１ｋＡの電流を伝導するように構成されている、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１８〕
前記高電圧パルス電源と前記バイアス補償ダイオードとに電気的に結合されたバイアスコンデンサを更に備え、前記バイアスコンデンサは約１０μＦ未満の値を有する、付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記１９〕
前記高電圧スイッチと直列に配置され、約１ｍＨ未満のインダクタンスを有するインダクタを更に備えた付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記２０〕
更に、前記高電圧スイッチと直列に配置され、約１，０００オーム未満の抵抗値を有する抵抗器を備えた付記９に記載の高電圧電力システム。
〔付記２１〕
方法であって、
直流電源と直列に配置されたバイアス補償スイッチを開き、前記バイアス補償スイッチと前記直流電源は負荷を跨いで配置され、
１ｋＶを超える電圧と２０ｋＨＺを超えるパルス繰返し周波数を有する高電圧電源を負荷にパルシングし、
前記バイアス補償スイッチを閉じ、
前記高電圧電源をパルシングしないことを含む方法。
〔付記２２〕
前記負荷が、プラズマと容量的に結合された電極を含む、付記２１に記載の方法。

１００、３００、５００、７００、９００、１２００、１３００、１４００、１９００ プラズマ負荷
１０１ パルサー段
１０２ 抵抗出力段
１０３ リード段
１０４ 直流バイアス回路
１０６ 負荷段
５０５ バイアス補償ダイオード
５１０ バイアス補償コンデンサ
７０１ 第２のパルサー
７０５ 第２のパルサー回路
７１０ スイッチ
９０５ 高電圧スイッチ
１２１４、１３１４、１４１４ バイアス補償回路
１２２０、１２２５、１２３０、１２３５ スイッチ
１４２０ バイアス補償インダクタ
１５０５ スイッチモジュール
１５１０ スイッチ
１５２０ スナバコンデンサ
１５２５ フリーホイールダイオード
１５３０ ゲートドライバ回路
１５４０ 電源
１５６０ 高電圧源
１５６５ 負荷
１９０５ エネルギー回収回路
１９１０ ダイオード
１９１５ インダクタ
Ｃ１ 漂遊キャパシタンス
Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ９、Ｃ１１、Ｃ１４ コンデンサ
Ｃ５ ソーススナバコンデンサ
Ｃ１２ バイアスコンデンサ
Ｃ１５ スナバコンデンサ
Ｄ２ ソースフリーホイールダイオード
Ｄ４ ソーススナバダイオード
Ｄ７ ブロッキングダイオード
Ｄ８ スナバダイオード
Ｌ９ インダクタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ６、Ｒ９、Ｒ１１、Ｒ１３ 抵抗器
Ｒ１０ スナバ抵抗器
Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８ 電圧共有抵抗器
Ｓ１、Ｓ４ スイッチ
Ｔ１、Ｔ２ トランス

Claims (1)

1. 高電圧電力システムであって、
   高電圧パルス電源と、
   前記高電圧パルス電源に電気的に結合されたトランスと、
   前記トランスと電気的に結合され、振幅が１ｋＶを超え、パルスの繰返し周波数が１ｋＨｚを超える高電圧パルスを出力するように構成された出力と、
   前記出力と並列に配置されたバイアス補償回路とを備えている、
   高電圧電力システム。

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