为在活性气体发生器中点燃和维持等离子体的供电方法和装置的制作方法

专利名称：为在活性气体发生器中点燃和维持等离子体的供电方法和装置的制作方法
为在活性气体发生器中点燃和维持等离子体的供电方法和装置 发明领域本发明总地涉及产生含离子、自由基、原子和分子的活性气体的领域，以及 为在活性气体发生器中点燃等离子体供电的装置和方法。发明背景等离子体放电可用来激发气体以产生含离子、自由基、原子和分子的活性气 体。活性气体用于多种工业和科学场合，包括加工例如半导体晶片的固体材料、粉 末和其它气体。活性气体的一个实例是原子氟，它用来清洗将薄膜沉积在衬底表面上的化学气相沉积(CVD)腔室。CVD腔室需要被例行清洗以去除建立在除衬底表面以外 的腔室部分的表面上的沉积物。腔室的湿洗对工作人员而言是高强度并且危险的， 而用等离子体源产生的原子氟清洗腔室则允许不向大气开启腔室地去除沉积物，提 高工具生产力和改善工作条件。原子氟的典型源气体包括诸如NF3、 CF4、 CHF3、 C2F6和QF8全氟化物(PFC)。活性气体的另一实例是原子氧，它可用于微电子制造中的光阻材料去除。在 布图形成后，通过将晶片表面暴露在通过等离子体源产生的原子氧而去除光阻材 料。原子氧快速并有选择地与光阻材料反应，从而允许在真空和相对低温状态下进 行处理。发明概述可通过将来自电源的能量电感耦合于能被转化成等离子体的气体来产生等离子体。供电以点燃并维持等离子体的己知技术包括防止一旦点燃等离子体后对供电半导体器件造成损坏的电路。然而，这些技术一般是高成本的并且不可靠。本发明的特征是在活性气体发生器中点燃和维持等离子体的供电方法和电 源。具体实施例的优势包括以削减的成本和提高的可靠性和性能防止对供电半导体器件的损坏。根据本发明的第一方面，提供一种供电以在活性气体发生器中点燃等离子体 的电源和方法，包括(i)将包括谐振电感和谐振电容的串联谐振电路耦合在开关电源和具有变压器主动部分(primary)和等离子体继发部分(secondary)的变压 器之间；(ii)对变压器主动部分两端的谐振电容提供基本谐振的AC电压，由此在 变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分。以及(iii)一旦 产生等离子体继发部分，谐振电感限制流至开关电源的电流。具体实施例还包括横跨串联的谐振电路从开关电源提供第一 AC电压，第一 AC电压具有串联谐振电路的基本谐振频率的频率；响应第一AC电压，从横跨变 压器主动部分的谐振电容提供基本谐振的AC电压，由此在变压器主动部分中感应 出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分；并将来自开关电源的第一 AC电压的 频率调制到大于串联谐振电路的基本谐振频率的一个频率以进一步限制在产生等离子体继发部分后流至开关电源的电流。具体实施例可包括对串联谐振电路一个或多个与谐振电容串联的谐振电感， 谐振电容并联于变压器主动部分；并一旦产生等离子体继发部分后通过一个或多个 电感限制流至开关电源的电流。在这些实施例中，该方法包括横跨串联谐振电路从 开关电源提供第一AC电压，第一AC电压具有串联谐振电路的基本谐振频率的一 个频率；响应第一AC电压，横跨变压器主动部分从谐振电容提供基本谐振的AC 电压，由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分； 并将来自开关电源的第一 AC电压的频率调制到大于串联谐振电路的基本谐振频 率的一个频率以进一步限制在产生等离子体继发部分后通过一个或多个电感流至 开关电源的电流。具体实施例还包括提供串联的谐振电路，该谐振电路进一步包括在一个或 多个谐振电感和谐振电容之间或在谐振电容和变压器之间串联耦合的第二电容，第 二电容作为隔直电容或第二谐振电容。具体实施例还包括步骤提供包含等离子体继发部分的等离子体腔室；将来 自变压器主动部分的磁通通过围绕一部分等离子体腔室和变压器主动部分的磁心 耦合于等离子体继发部分；并使进入气体流过等离子体继发部分以将进入气体转化成活性气体。根据本发明的第二方面，提供一种在活性气体发生器中点燃等离子体的电源和供电方法，成包括(i)提供具有变压器主动部分的变压器，所述变压器主动部分具有中心抽头或基本中心抽头；(ii)使变压器主动部分的中心抽头接地以提供变压器主动部分的第一引线和第二引线；(iii)将第一引线耦合于位于等离子体周围的第一位置的第一点燃电极，并将第二引线耦合于在等离子体周围的第二位置处与第 一点燃电极对置的第二点燃电极；以及(iv)将第一极性电压施加于第一引线并将 第二极性电压施加于第二引线，导致电场磁通横贯通过第一电极和第二电极之间的 横截面积以产生等离子体。具体实施例还可包括(V )提供包含等离子体继发部分的等离子体腔室； (Vi)将第一引线耦合于等离子腔室外表面上的第一点燃电极并将第二引线耦合于 等离子体腔室的外表面上与第一点燃电极对置的第二点燃电极；以及(Vii)将第一 极性电压施加于第一引线并将第二极性电压施加于第二引线，导致电场磁通横贯通 过第一电极和第二电极之间的等离子腔室的横截面积以产生等离子体。附图简述如附图所示，本发明前述和其它目的、特征和优势通过后面对本发明较佳实 施例的更详细说明将变得明瞭，在附图中相同的附图标记在不同附图中表示相同的 部件。附图不一定按比例绘制、强调绘制，而是旨在示出本发明的原理。

图1是本发明的实施例所适用的活性气体发生器的图。 图2A和2B是示出供电以点燃并维持等离子体的己知电源配置的电路图。 图3A是示出根据一个实施例的供电以在活性气体发生器中点燃和维持等离 子体的电源的电路图；图3B是示出根据另一实施例的供电以在活性气体发生器中点燃和维持等离 子体的电源的电路图；图4A和4B是示出根据现有技术的高电压点燃控制器和相应点燃电极结构的示图；图5A和5B是示出根据一个实施例的高电压点燃控制器和相应点燃电极结构 的示图；图6A和6B是示出在等离子体腔室周围的点燃电极的具体结构的示意图。 详细说明本发明的特征在于，供电以在活性气体发生器中点燃和维持等离子体的方法 和电源。具体实施例的优势包括以削减的成本和提高的可靠性和性能防止电源半导 体器件的损坏。9图1是示出本发明诸实施例所适用的活性气体发生器的图。如图所示，活性气体发生器1包括电源10和等离子体腔室20。等离子体腔室20包括用于容纳转 化成等离子体(例如Ar+)的气体(例如氩)的入口 40。 一旦产生，可直接使用 等离子体，或将其用来激发一种或多种其它的源气体成为相应的活性气体，这些活 性气体在出口 42排出发生器并进入例如加工腔室45。为了点燃等离子体，电源10包括变压器30。变压器主动部分包括缠绕在一部 分磁心34上的初级绕组32。来自电源10的能量经由变压器主动部分电感耦合于 流过腔室20的气体以点燃、或产生等离子体。等离子体腔室20内经点燃的等离子 体充当变压器继发部分。具体地说，电源10横跨变压器的初级绕组32施加高量级 激励电压。该高激励电压在绕组32中感应出高电压电流，由此产生横跨气体路径 通过磁心34的交流磁场。结果，在气体中感应出电流，使气体点燃成等离子体。 一旦产生等离子体，等离子体用来激发其它源气体，针对具体场合产生所需的活性 气体。图2A和2B是表示供电以点燃和维持等离子体的己知电源配置的电路图。变 压器的等离子体继发部分36被表示为具有电感L和电抗Z的等效电路。在两种配 置中，电源包括一串联谐振电路50以向变压器的初级绕组32提供高激励电压。具 体地说，串联谐振电路50将初级绕组32作为谐振电感并将谐振电容54串联在开 关电源60和初级绕组32之间而形成。响应来自开关电源60的频率等于或接近谐 振电路50谐振频率的激励电压Vs，横跨变压器30的初级绕组32施加谐振电压或基本谐振电压VREs，在初级绕组32中感应出高电压、谐振电流IRES以触发等离子体的点燃，如前所述那样。在等离子体点燃之前，图2A和2B中的初级绕组32的电感限制高电压、谐 振电流lREs至一安全工作水平以回到开关电源60。然而， 一旦等离子体点燃，初 级绕组32的电感降低(例如效率上短路)，以使额外的电流流至开关电源60。另 外，由于降低的电感，在该工作频率下的负载变为容性的，如本领域内技术人员所 知，这将在AC源中造成紧迫的剧烈跃变。高电流和剧烈跃变两者都是造成对电源 的组成半导体器件(例如FET、 MOSFET、 IGBT等)的损坏的潜在危险。这里釆 用的短路电流指由于等离子体点燃后绕组电感降低所引起的流过初级绕组的电流 的任何增加。为了在等离子体点燃后限制高电路电流，图2A的电路包括桥接在谐 振电容54两侧的可控继电器56。在工作中，继电器56在等离子体点燃期间断开 以使谐振电容54耦合于电路并在等离子体点燃后闭合以从电路断开电容54。通过从电路断开电容54，在初级绕组32两侧的谐振电压Vres下降至源激发电压Vs， 这导致初级绕组中感应出的电流和流回电源60的电流降低。另外，由于继电器从 有源电路除去了电容，负载不再是容性的。由此，开关电源中半导体损坏的可能性 降低。然而，这种电源配置的缺点包括由于需要继电器56造成的与电路相关的高成 本和继电器56和等离子体点燃检测电路(未示出)的延迟或潜在故障。如果等离子体点燃的检测失效或延迟，短路电流iRES+可能回到电源并造成损坏。这种电路需要非常快的电子器件响应以避免提供激励电压的功率半导体的毁灭性损坏。参照图2B，其中使用源激励电压的频率调制来限制高电路电流lREs+。具体地 说，开关电源60利用频率调制以提供频率变化的激励电压Vs，从而控制返回至开 关电源的电流。在等离子体点燃前，开关电源60提供频率等于或接近串联谐振电 路50的谐振频率的源激励电压Vs。 一旦检测到等离子体点燃，频率调制控制器 80调整激励电压Vs的频率，使其偏离谐振频率，以减少施加于初级绕组32的电 压VreS的大小并因此减少回到开关电源60的电流。通过控制源激励电压的频率，这种电路可控制通过初级绕组32的电流而不需 要继电器。然而，与图2A的电路一样，如果等离子体点燃的检测失效或延迟而使 高电路电流iREs+返回至电源，半导体损坏仍会发生。安全操作所需的频率范围可 能超出电路元件的能力。这种电路还需要非常快的电子器件响应以避免对提供激励 电压的功率半导体的毁灭性损坏。本发明的特征是供电以在活性气体发生器中点燃和维持等离子体的方法和电 源。具体实施例的优势包括以削减的成本和提高的可靠性和性能防止对电源半导体 器件的损坏。图3A是示出供电以在活性气体发生器中点燃和维持等离子体的电源的电路 图。在该实施例中，电源包括开关电源60、含初级绕组32的变压器30、磁心34 和等离子体继发部分36。串联谐振电路100由开关电源60驱动并且其电容并联耦 合于开关电源60和变压器30。串联谐振电路包括具有与谐振电容120串联的谐振 电感110的LC电路。谐振电容120又并联耦合于初级绕组32。谐振电感110和谐 振电容120形成低通滤波器网络。在工作中，开关电源60可以是题为"Control Circuit for Switching Power Supply"的11/077,555号美国专利申请所述或现有技术的半桥或全桥功率变换器， 该文献的全部内容被援引包含于此。电源60提供频率等于或基本等于串联谐振电路谐振频率的AC激励电压VS。在一个实施例中，激励电压的频率高于谐振电感 和电容的谐振频率。电流和功率越高，频率越接近谐振。电流和功率越低，频率越 远离谐振。典型地，频率在要求范围内偏移少于谐振频率的50%。对于无点燃的 品质因数为10的电路，电流偏移最大值的一小部分(远小于10%)。在实践中，谐振电流在点燃期间的指定值较佳为稳定状态等离子体工作所需值的1.5至3倍。激励电压Vs被施加在串联谐振电路100两侧，使谐振电路在变压器主动部分 两侧提供基本谐振的'AC电压VreS，从而在变压器主动部分中感应出基本谐振电 流Ires以点燃等禽子体。所产生的等离子体36充当变压器30的继发部分。等离子体继发部分可用具 有电感L和电抗Z的等效电路表示。然而，应当理解等离子体继发部分36实际上 是充斥等离子体腔室内的体积的等离子体。等离子体腔室20可制造成提供气体环 形流动的圆环形或其它形状。一旦等离子体点燃，短路电流不流至开关电源60。而是，尽管变压器30的初 级绕组32的电感在等离子体点燃后减小，然而串联谐振电路100的谐振电感110 继续充当将通过初级绕组32的电流限制在安全工作水平以回到开关电源60的低通 滤波器。另外，通过横跨电容120的变压器反映出的降低的等离子体阻抗效果导致 感性负载，避免紧迫的急剧跃变。因此，能够显著防止由高电流引起的电源60中 的组成半导体器件的损坏。本实施例的优势包括由于缺少继电器件所导致的成本降 低以及由于电路不管是否检测到等离子体点燃的限流能力所导致的可靠性增加。图3B是示出根据另一实施例的供电以在活性气体发生器中点燃和维持等离 子体的电源的电路图。在所示电路图中的电源与图3A的电源相同，除了该电路包 括与谐振电容120串联的一个或多个附加电容122。这些附加电容或者设置在电感 和原始谐振电容之间或者设置在原始谐振电容和变压器之间，可充当隔直电容或附 加谐振电容。电路还包括与谐振电容120串联耦合附加谐振电感112，从而在等离 子体点燃期间提供帮助并在等离子体点燃后限制流回到电源的电流。根据另一实施例，图3A和3B的电源包括控制器140，用来进一步响应等离 子体点燃的检测来控制电流和功率进入等离子体气体。在所示实施例中，控制器 140将信号提供给开关电源60，该信号使电源调制AC激励电压Vs的频率和/或占 空因数(例如脉宽调制，即PWM)，从而在电源电路中造成理想电流。可通过设 定输入至控制器140的基准电流REF来配置理想电流。控制器140( i)检测在电 路中一个或多个预定位置(例如位置A、 B)的电流，(ii)将检测出的电流与基准)将控制信号发送至开关电源60以使用已知的频率调制或脉宽 调制技术来对电源的工作频率或占空因数作出调整。例如， 一旦气体点燃成等离子体，变压器的电感减小以驱动额外的电流通过 初级绕组。这种情况是通过电流传感器在点A或点B检测出的，它反馈给控制器 140以使远离谐振频率的频率移至保持等离子体流和电源安全工作的频率。该频率 增加，通过谐振电感的作用减小电流量。这通过在电路中的任何位置检测该参数并 调整该频率以取得理想水平的气体激发来提供调整电流或功率通量的手段。可采用 脉宽调制(PWM)代替频率调制或与频率调制结合来调节开关电源的占空因数以 获得更宽的动态调整范围。根据具体实施例，低输出电流可用脉宽调制(PWM) 调整，而功率可用脉冲频率调制(PFM)调整，反之亦然。结合使用PFM和PWM 导致整个功率转换系统更宽的动态调整范围。与调整频率必须接近兆赫范围的单独 用PFM调整的情况相反，结合使用PFM和PWM的另一优势是低电流或功率下开 关电源中对MOSFET的体二极管的反向恢复应力降低了。根据本发明的另一方面，可将双极型高电压点燃电极与感性能量耦合协同使 用以帮助等离子体点燃。较佳地，点燃电极被设置在等离子体腔室内或周围以将能 量容性耦合至在腔室内流动的气体以点燃和维持等离子体。施加于点燃电极以点燃 和维持等离子体的电压一般由高电压点燃控制器控制。如结合图l-3B所述那样， 一旦产生等离子体，通过电感耦合的能量足以维持等离子体状态并且点燃电极被禁 用，或被"切断"。图4A和4B是示出根据现有技术的高电压点燃控制器和相应点燃电极结构的 示图。具体地说，高电压点燃控制器200包括以缠绕在变压器30的一部分磁心34 周围的绕组210形式出现的第二变压器主动部分。当电源10横跨初级绕组32提供 激励电压时，根据匝数比在第二初级绕组210内感应出电流。绕组的第一引线210a 接地，而第二引线可转接地连接于设置在等离子体腔室30内或周围的一个或多个 电极230。在等离子体点燃期间，控制器200的继电器220闭合，使来自第二引线 210b的电压施加于一个或多个点燃电极230。一旦等离子体点燃，继电器220断开， 从而禁止容性放电。图4B示出在腔室250内位于等离子体腔室或通道的横截面周围的点燃电极的 典型结构。具体地说，点燃电极230a、 230b位于等离子体腔室250的相对侧并可 转接地连接于第二初级绕组210b的第二引线，导致两电极具有相同的极性。接地 电极240a、 240b也位于等离子体腔室或通道250的相对侧，位于点燃电极230a、230b之间的不重合处。当高电压点燃控制器200引导继电器220连接点燃电极时，第二引线210b处 的电压被施加于两电极230，如图所示地在点燃电极230和接地电极240之间产生 一空间受到限制的电场。该受限的电场或散射场在腔室内一定的气体流量和压力条 件下可能无法点燃等离子体，或无法将点燃引入等离子体的体积中。因此，在那些 情形下，需要更强的电场来点燃等离子体。现有技术将更高的电压施加于点燃电极 230以产生必要的电通量，从而导致绝缘增大及其相关成本的增加。本发明的第二方面通过使用连接于第二初级绕组的中心接地抽头而解决这个 问题。中心接地抽头的使用导致从第二初级绕组延伸出的引线是双极的，并因此允 许产生正点燃极和负点燃极。通过将正点燃极和负点燃极设置成彼此对置，可使横 跨等离子体腔室或通道的电通量增加。这使用来产生点燃等离子体气体的必要电通 量所需的接地电压较小。图5A和5B是示出根据一个实施例的高电压点燃控制器和相应点燃电极结构 的示图。具体地说，高电压点燃控制器300包括以缠绕在变压器30的一部分磁心 34周围的绕组310形式出现的第二变压器主动部分。第二变压器主动部分310包 括接地的中心抽头或基本中心抽头310c以提供具有第一极性的第一引线310a和具 有与第一极性不同的第二极性的第二引线310b。例如，当电源10横跨初级绕组32提供激励电压时，在第二初级绕组310中 感应出电流，以将负极性电压-V施加于第一引线310a并将正极性电压+V施加于 第二引线310b。第一引线310a和第二引线310b通过继电器320a、 320b可转接地 连接于各点燃电极330a、 330b，如果这是延长电极寿命所希望的。在示出的实施例中，第一引线310a耦合于等离子体腔室350外表面上的第一 点燃电极330a，而第二引线310b耦合于等离子体腔室350外表面上与第一点燃电 极330a对置的第二点燃电极330b。接地电极240a、 240b也可位于等离子体腔室 或通道300的相对侧点燃电极230a、 230b之间的不重合处。在等离子体点燃期间，控制器300的继电器320a、320b闭合以使第一引线310a 的正电压和第二引线310b的负电压被施加于各点燃电极330a、 330b，从而使强的 电场通量横跨第一和第二电极之间等离子体腔室或通道350的横截面积以产生等 离子体继发部分。 一旦等离子体点燃，继电器320a、 320b被断开，从而禁止容性 放电。图6A和6B是示出在等离子体腔室周围点燃电极的具体结构的示意图。图6A表示具有点燃电极415a、 415b、 415c和415d的等离子体腔室的外表面410的图。 每个电极联接于正极性或负极性。参照图6B，等离子体腔室的三维图示出具有相 对外表面420的图6A的外表面410。图6B示出腔室450的相对表面420包括点 燃电极425a、 425b、 425c和425d，这些电极具有与表面电极的极性正好相反的极 性。根据这些结构，在等离子体点燃期间，强的电场通量被产生在相对表面410、 420上的双极型电极之间的等离子体腔室内。结果，可实现点燃等离子体气体必要 的电通量而不会相应增加施加于点燃电极的电压。尽管已针对范例电路图对本发明的实施例进行了说明。但本发明并不局限于 此。此外，本发明的其它实施例可给出可供选择的实施细节，包括釆用混合电路、 分立电路、MOSFET、 IGBT和本领域内技术人员公知的其它技术。尽管已结合其较佳实施例特别示出和阐述了本发明，然而本领域内技术人员 应当理解可不脱离由所附权利要求书涵盖的本发明范围地在形式和细节上对本发 明作出各种改变。
权利要求
1.一种供电以在活性气体发生器中点燃等离子体的方法，包括将包括谐振电感和谐振电容的串联谐振电路耦合在开关电源和变压器之间，所述变压器具有变压器主动部分和等离子体继发部分；从横跨变压器主动部分的谐振电容提供基本谐振的AC电压，由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分；以及一旦产生等离子体继发部分，谐振电感限制流至开关电源的电流。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括横跨串联谐振电路提供来自开关电源的第一AC电压，所述第一^C电压的频 率等于串联谐振电路的基本谐振频率；响应第一 AC电压，从横跨变压器主动部分的谐振电容提供基本谐振的AC电 压，由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分；将来自开关电源的第一 AC电压的频率调制到大于串联谐振电路的基本谐振 频率的一个频率以进一步限制在产生等离子体继发部分后流至开关电源的电流。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括提供一个或多个谐振电感与谐振电容串联的串联谐振电路，所述谐振电容并 联耦合于变压器主动部分；一旦产生等离子体继发部分后通过一个或多个电感限制流至开关电源的电流。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括提供串联谐振电路，所述串联谐振电路进一步包括在一个或多个谐振电感和 谐振电容之间或在谐振电容和变压器之间串联耦合的第二电容，所述第二电容作为 隔直电容或第二谐振电容。一
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括横跨串联谐振电路提供来自开关电源的第一AC电压，所述第一AC电压的频 率等于串联谐振电路的基本谐振频率；响应第一AC电压，横跨变压器主动部分从谐振电容提供基本谐振的AC电压， 由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分；将来自开关电源的第一 AC电压的频率调制到大于串联谐振电路的基本谐振频率的一个频率以进一步限制在产生等离子体继发部分后通过一个或多个电感流 至开关电源的电流。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述开关电源是半桥逆变器。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述开关电源是全桥逆变器。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括将第二变压器主动部分耦合于变压器，所述第二变压器主动部分具有中心抽 头或基本中心抽头；将所述第二变压器主动部分的中心抽头接地以提供第二变压器主动部分的第 一引线和第二引线；将第一引线耦合至位于等离子体继发部分周围的第一位置的第一点燃电极， 并将第二引线耦合至位于等离子体继发部分周围的第二位置、与所述第一点燃电极对置的第二点燃电极；以及将第一极性的电压施加于第一引线并将第二极性的电压施加于第二引线，从 而导致横跨第一和第二电极之间横截面的电场通量以产生等离子体继发部分。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括 提供包容等离子体继发部分的等离子体腔室；以及将第一引线耦合于等离子体腔室外表面上的第一点燃电极并将第二引线耦合 于等离子体腔室的外表面上与所述第一点燃电极对置的第二点燃电极；以及将第一极性的电压施加于第一引线并将第二极性的电压施加于第二引线，导 致电场通量横贯通过第一电极和第二电极之间等离子体腔室的横截面以产生等离 子体继发部分。
10. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括 提供包容等离子体继发部分的等离子体腔室；以及将来自变压器主动部分的通量通过围绕一部分等离子体腔室和变压器主动部 分的磁心耦合于等离子体继发部分；使进入气体流过等离子体继发部分以将进入气体转化成活性气体。
11. 一种在活性气体发生器中点燃等离子体的电源，包括 开关电源；变压器，所述变压器包括变压器主动部分和等离子体继发部分；以及 串联谐振电路，所述串联谐振电路包括耦合在开关电源和变压器主动部分之 间的谐振电感和谐振电容，所述谐振电容横跨变压器主动部分提供基本谐振AC电压，由此在变压器主动部分内感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分； 一旦产生等离子体继发部分，谐振电感限制流至开关电源的电流。
12. 如权利要求ll所述的电源，其特征在于，还包括 控制器；开关电源，所述开关电源横跨串联的谐振电路提供第一 AC电压，所述第一 AC电压具有串联谐振电路的基本谐振频率的频率；响应第一 AC电压，所述谐振电容横跨变压器主动部分提供基本谐振的AC电 压，由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以点燃等离子体继发部分；所述控制器提供信号给开关电源，将第一 AC电压的频率调制到大于串联谐 振电路的基本谐振频率的频率以进一步限制在产生等离子体继发部分后流至开关 电源的电流。
13. 如权利要求ll所述的电源，其特征在于，所述串联谐振电路包括 与谐振电容串联的一个或多个谐振电感，所述谐振电容并联耦合于变压器主动部分；一旦产生等离子体继发部分，所述一个或多个电感限制流至开关电源的电流。
14. 如权利要求13所述的电源，其特征在于，所述串联谐振电路还包括 串联耦合在一个或多个谐振电感和谐振电容之间或谐振电容和变压器之间的第二电容，所述第二电容是隔直电容或第二谐振电容。
15. 如权利要求13所述的电源，其特征在于，还包括 控制器；开关电源，所述开关电源横跨串联的谐振电路提供第一 AC电压，所述第一 AC电压具有串联谐振电路的基本谐振频率的频率；响应第一 AC电压，所述谐振电容横跨变压器主动部分提供基本谐振的AC电 压，由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分；所述控制器将来自开关电源的第一 AC电压的频率调制到大于串联谐振电路 的基本谐振频率的频率以进一步限制在产生等离子体继发部分后通过一个或多个 电感流至开关电源的电流。
16. 如权利要求11所述的电源，其特征在于，所述开关电源包括半桥逆变器。
17. 如权利要求11所述的电源，其特征在于，所述开关电源包括全桥逆变器。
18. 如权利要求ll所述的电源，其特征在于，还包括耦合于变压器的第二变压器主动部分，所述第二变压器主动部分具有接地以提供第二变压器主动部分的第一引线和第二引线的中心抽头或基本中心抽头；位于等离子体继发部分周围的第一位置的第一点燃电极，所述第一点燃电极耦合于第一引线；以及位于等离子体继发部分周围的第二位置、与所述第一点燃电极对置的第二点燃电极，所述第二点燃电极耦合于第二引线；第二变压器主动部分，所述第二变压器主动部分将第一极性的电压施加于第 一引线并将第二极性的电压施加于第二引线，从而导致横跨第一和第二电极之间的 横截面的电场通量以产生等离子体继发部分。
19. 如权利要求18所述的电源，其特征在于，还包括' 包容等离子体继发部分的等离子体腔室；耦合于等离子体腔室的外表面上的第一点燃电极的第一引线，以及耦合于等离子体腔室的外表面上的与所述第一点燃电极对置的第二点燃电极的第二引线；第二变压器主动部分，所述第二变压器主动部分将第一极性的电压施加于第 一引线并将第二极性的电压施加于第二引线，导致横跨第一和第二电极之间的等离 子体腔室的横截面的电场通量以产生等离子体继发部分。
20. 如权利要求ll所述的电源，其特征在于，所述等离子体继发部分包含在 等离子体腔室内。
21. 如权利要求20所述的电源，其特征在于，还包括围绕一部分等离子体腔室和变压器主动部分以将来自变压器主动部分的通量 耦合于等离子体继发部分的磁心。
22. —种供电以在活性气体发生器中点燃等离子体的方法，包括 提供具有变压器主动部分的变压器，所述变压器主动部分具有中心抽头或基本中心抽头；将所述变压器主动部分的中心抽头接地以提供所述变压器主动部分的第一引 线和第二引线；将第一引线耦合到位于等离子体周围的第一位置的第一点燃电极，将第二引线耦合到等离子体周围的第二位置的、与所述第一点燃电极对置的第二点燃电极； 以及将第一极性的电压施加于第一引线并将第二极性的电压施加于第二引线，导 致电场通量横贯第一电极和第二电极之间的横截面以产生等离子体。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括提供包容等离子体继发部分的等离子体腔室；以及将第一引线耦合于等离子体腔室外表面上的第一点燃电极，将第二引线耦合于等离子体腔室的外表面上与所述第一点燃电极对置的第二点燃电极；以及将第一极性的电压施加于第一引线并将第二极性的电压施加于第二引线，导 致电场通量横贯通过第一电极和第二电极之间的等离子体腔室的横截面以产生等离子体。
24. 如权利要求ll所述的电源，其特征在于，还包括 控制器；开关电源，所述开关电源横跨串联的谐振电路提供第一 AC电压，所述第一 AC电压具有串联谐振电路的基本谐振频率的频率；响应第一 AC电压，所述谐振电容横跨变压器主动部分提供基本谐振的AC电 压，由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以点燃等离子体继发部分；所述控制器提供信号至开关电源以调制第一 AC电压的占空因数，从而进一 步限制在产生等离子体继发部分后流至开关电源的电流。
25. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括横跨串联谐振电路从开关电源提供第一 AC电压，所述第一AC电压具有串联谐振电路的基本谐振频率的频率；响应第一AC电压，横跨变压器主动部分从谐振电容提供基本谐振的AC电压， 由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分；调制来自开关电源的第一 AC电压的占空因数，从而进一步限制在产生等离 子体继发部分后流至开关电源的电流。
全文摘要
根据第一方面，提供一种供电以在活性气体发生器中点燃等离子体的电源和方法，包括(i)将包括谐振电感和谐振电容的串联谐振电路耦合在开关电源和变压器之间，所述变压器具有变压器主动部分和等离子体继发部分；(ii)横跨变压器主动部分提供来自谐振电容的基本谐振的AC电压，由此在变压器主动部分中感应出基本谐振的电流以产生等离子体继发部分；以及(iii)一旦产生等离子体继发部分，谐振电感限制流至开关电源的电流。根据另一方面，可将双极型高电压点燃电极与感性能量耦合协同使用以帮助等离子体点燃。
文档编号H01J37/32GK101331579SQ200680047252
公开日2008年12月24日 申请日期2006年11月3日 优先权日2005年11月7日
发明者A·米尔纳, I·贝斯特亚克, K·泰兰, M·约什, T·亚历山大 申请人:Mks仪器股份有限公司