可靠的等离子体点火和再点火的制作方法
【专利说明】可靠的等离子体点火和再点火
[0001]相关申请
[0002]本申请要求享有于2013年2月27日提交的名称为“RELIABLE PLASMA IGNIT1NAND REIGNIT1N”的美国专利申请序列号N0.61/770，119的优先权。此申请的细节以引用方式将其全部内容并入本文中。
技术领域
[0003]本公开内容总体上涉及等离子体处理。具体而言，但非限制性地，本公开内容涉及用于在等离子体点火和再点火期间提供更可靠的功率的系统、方法和装置。
【背景技术】
[0004]平衡放大器，如例如在K.Kurokawa 的 “Design theory of balanced transistoramplifiers”(Bell System Technical Journal, Oct.1965)中所述的，常常用于等离子体处理室的电源系统中。与传统单极放大器不同，平衡放大器在使用脉冲功率来维持等离子体时提供更期望的脉冲形状。平衡放大器还提供更好的等离子体稳定性，并进一步产生与负载阻抗无关的正向功率。换句话说，对于到功率放大器的给定控制输入，正向功率不由于负载阻抗变化(例如，由于等离子体密度或其它等离子体特性中的变化)而变化。
[0005]然而，平衡放大器还产生并放大了与传统单极放大器相关的问题。例如，当存在负载不匹配时(例如，在其中阻抗急剧变化的等离子体点火或再点火期间)，功耗在构成平衡放大器的两个放大器之间变得不均匀分布，这会损坏消耗更多功率的一个放大器。对此问题的传统解决方案是降低平衡放大器的功率分布(例如，降低在高负载反射系数量值的负载功率)，以使得消耗更多功率的放大器不受损。在等离子体点火应用中，这是主要的缺点，因为等离子体点火通常需要放大器将相当大的功率传送到不匹配的负载中。
[0006]因此本领域中存在对操作平衡放大器的系统和方法的需要，该平衡放大器在等离子体点火和再点火期间向等离子体提供与使用传统单极放大器可实现的电平接近的传送的功率的电平。
【发明内容】
[0007]以下概述了附图中所示的本发明的示范性实施例。在【具体实施方式】部分中更充分地描述了这些及其它实施例。但应理解，其并非旨在将本发明局限于在此
【发明内容】
或在【具体实施方式】中所述的形式。本领域技术人员会认识到，存在落入本发明的如在权利要求书中表述的精神和范围内的许多修改、等同和替代结构。
[0008]本公开内容的一些实施例可以表征为一种向等离子体处理室提供功率的方法。该方法可以包括从平衡放大器向等离子体处理室提供功率。该方法还可以包括监控等离子体处理系统的第一特性。该方法还可以包括将第一特性与可变保护限制相比较。该方法再还可以包括如果受监控的第一特性超过可变保护限制，就降低功率。该方法还可以包括在开始向等离子体进行功率传送时升高可变保护限制。最后，该方法可以包括降低可变保护限制。
[0009]本公开内容的其它实施例还可以表征为一种用于向等离子体处理室提供功率的电源。电源可以包括功率调节部件、平衡放大器、输出传感器和测量与控制系统。测量与控制系统可以包括比较模块和功率输出控制模块。功率调节部件可以接收到电源的输入功率。平衡放大器可以耦合到功率调节部件，并可以向电源的输出提供输出功率。输出传感器可以测量输出功率的第一特性。测量与控制系统可以与输出传感器进行通信。比较模块可以将输出功率的第一特性的测量结果与可变保护限制相比较，其中，在等离子体点火时期暂时升高可变保护限制。如果受监控的第一特性超过可变保护限制，功率输出控制模块可以降低输出功率。
[0010]本公开内容的其它实施例还可以表征为一种被编码有处理器可读指令的非暂时性有形计算机可读储存介质，该处理器可读指令用以执行用于经由等离子体处理系统向等离子体处理室提供功率的方法。该方法可以包括从平衡放大器向等离子体处理室提供功率。该方法还可以包括监控等离子体处理系统的第一特性。该方法还可以包括将第一特性与可变保护限制相比较。该方法再还可以包括如果受监控的第一特性超过可变保护限制，就降低功率。该方法再还可以包括在开始向等离子体进行功率传送时升高可变保护限制。该方法还可以包括在一段时间段后降低可变保护限制。
【附图说明】
[0011]通过结合附图参考以下的【具体实施方式】和所附权利要求书，本发明的各个目的和优点及更完整的理解会显而易见并更易于理解:
[0012]图1示出了平衡放大器的功率分布和传统单极放大器的功率分布；
[0013]图2示出了根据本公开内容的一个实施例的传统的固定功率分布和暂时升高的功率分布；
[0014]图3A示出了针对具有传统的固定保护限制的连续波(CW)功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图；
[0015]图3B示出了针对在点火时期期间具有暂时增大的保护限制的CW功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图；
[0016]图4A示出了针对具有传统的固定保护限制的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图；
[0017]图4B示出了针对在一个或多个点火时期期间具有暂时增大的保护限制的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图；
[0018]图5A示出了针对具有传统的固定保护限制的连续波(CW)功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图；
[0019]图5B示出了针对在点火时期期间具有一个或多个暂时增大的保护限制连同功率的高频脉冲的CW功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图；
[0020]图6A示出了针对具有传统的固定保护限制的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图；
[0021]图6B示出了针对在点火时期期间具有暂时增大的保护限制连同功率的高频脉冲的脉冲功率传送方案的功率与时间的关系的曲线图，其中，经由低频脉冲进一步控制功率;
[0022]图7示出了平衡放大器的电路图的实施例；
[0023]图8示出了用于向等离子体处理室提供功率的系统；
[0024]图9示出了用于向等离子体处理室提供功率的方法；
[0025]图10示出了用于向等离子体处理室提供功率的另一个方法；
[0026]图11示出了计算机系统的示范性形式的机器的一个实施例的图解表示；以及
[0027]图12示出了用于向等离子体处理室提供功率的另一个系统。
【具体实施方式】
[0028]本文使用词语“示范性的”来意指“充当示例、实例或例证”。本文描述为“示范性的”的任何实施例不必解释为相对于其它实施例是优选的或有利的。
[0029]出于本公开内容的目的，“点火”包括在其中等离子体在功率脉冲之间或脉冲转换期间是“熄灭的”的脉冲操作期间的等离子体的点火和再点火。
[0030]出于本公开内容的目的，“保护限制”意指用于保护放大器免于经历可以损坏放大器的功率电平的任何参数。反射功率限制和晶体管结温度限制是保护限制的两个示例。
[0031]出于本公开内容的目的，“点火时期”是在到等离子体室的功率开始斜升时开始并在等离子体在室内已经点火或再点火后的短时间结束的时间段。
[0032]本文公开了用于在功率脉冲开始时暂时升高平衡放大器的功率分布以便实现更期望的等离子体点火的系统、方法和装置。这可以经由使用暂时较高的保护限制来实现，该暂时较高的保护限制实现了在点火或再点火时期由平衡放大器传送的功率高于在稳态功率传送期间所允许的功率。实现此的第二种方式是通过连同暂时增大保护限制一起在点火时期使功率进行脉冲，并且以此方式，在点火时期期间的平均功率对放大器具有较小的危险。
[0033]平衡放大器
[0034]图7示出了平衡放大器的电路图的实施例。平衡放大器的每一级都可以包括一对放大器702和704(示出为晶体管，但也可以设想包括多个有源和无源部件的其它类型的放大器)，该一对放大器702和704具有连接到构成第一定向耦合器708的共轭对(例如，3-dB)的两个端口的输入，并且该一对放大器702和704的输出类似地连接到第二定向耦合器706的共轭端口。每一个定向親合器的第四端口终止于适合的终端，典型地是50ohm电阻器。如公知的，借助适当选择的几何结构的一对耦合的平行传输线获得优异电气特性的耦合器。进入输入端口 712的信号将被分为幅度近似相等且彼此90°相对相位偏移的两个信号，该两个信号以相对于输入信号有一定衰减的功率(例如，每一个都是_3dB)从端口714和720出现。
[0035]假定放大器702和704是相同的的时刻，将在输出耦合器706中放大并重组来自端口 714和720的两个信号，其中该两个信号作为单一输出信号从端口 710出现。端口 712与710之间的插入增益是任一放大器702、704的增益。输入和输出阻抗分别在端口 712和710匹配，仅取决于输入和输出耦合器708和706特性以及耦合器终端。原则上，可以将耦合器708、710构造为使得这些阻抗匹配在适合的频率范围上与频率无关。
[0036]出于各个原因，平衡放大器700可以与上述的操作有偏差，仅举几例，诸如非理想耦合器708、706、非理想耦合器终端和在放大器702、704之间的不平衡。实验显示3_dB耦合器展示了在30%的相对带宽上近乎理想的特性。
[0037]增大的保护限制
[0038]用于平衡放大器的典型的保护限制导致与传统单极放大器相比降低的功率分布，如图1中所见的。如所见的，相比于单极放大器，对于平衡放大器来说，用于未点火的等离子体的最大可接受负载反射系数量值是显著较低的。因而，当使用平衡放大器时，等离子体处理系统设计者必须实现较低的等离子体负载阻抗反射系数。
[0039]但这些功率限制基于平衡放大器在长时间段期间经受高功率的能力，该时期可以认为是“稳态”。对于短持续时间，诸如在等离子体点火时期期间，平衡放大器可以经受比典型保护限制所允许的更高的功率。
[0040]图2示出了根据本公开内容的一个实施例的用于平衡放大器的传统稳态功率分布和短期功率分布。在点火时期期间，将一个或多个保护限制升高到在稳态操作期间所经历的那些保护限制以上。这些暂时升高的保护限制可以称为点火时期保护限制。图2示出了在使用平衡放大器的点火时期期间，可以施加比在传统固定保护限制下更大的功率，从而有助于在存在负载不匹配时