(57)【要約】過電圧保護のためのシステムおよび方法が説明される。本発明の一実施形態において、装置は、プラズマを点火するためにプラズマチャンバーに電力を送達するように構成される出力ポートを含む。装置はまた、出力ポートと並列なシャントスイッチと、プラズマの中のアークのインジケーターを受信するように構成されるプロセッサーとを含む。プロセッサーは、アークから電流を分流するためにある期間の間、シャントスイッチを閉鎖するように構成される。プロセッサーはまた、アークに関連した電圧が上昇する条件の電圧を制限するために、シャントスイッチのパルスをトリガーするように構成される。
2010519708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
プラズマを点火するためにプラズマチャンバーに電力を送達するように構成される出力ポートと、
該出力ポートと並列なシャントスイッチと、
該プラズマ内のアークのインジケーターを受信するように構成されるプロセッサーであって、該プロセッサーは、電流を該アークから分流するためにある期間の間、該シャントスイッチを閉鎖するように構成され、該プロセッサーは、該アークに関連した電圧が上昇する条件の電圧を制限するために該シャントスイッチのパルスをトリガーするようにさらに構成される、プロセッサーと
を備えている、装置。
【請求項２】
前記電圧が上昇する条件は、前記アークに関連したアーク回復期間の間に生じる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電圧が上昇する条件は、前記シャントスイッチが前記期間の間、閉鎖された後で開放されるときにトリガーされ、該シャントスイッチは、該アークの開始時に実質的に閉鎖される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記シャントスイッチの前記パルスは、パルスパラメーター値に基づき、該パルスパラメーター値は、パルス幅、パルス期間、パルスの数、またはオフ時間のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記シャントスイッチの前記パルスは、パルスパラメーター値に基づき、前記プロセッサーは、プラズマシステムパルスパラメーター値に基づいて該パルスパラメーター値を計算するように構成され、該プラズマシステムパルスパラメーター値は、電力供給ユニットの出力インダクタンス、該電力供給ユニットの出力キャパシタンス、該電力供給ユニットの出力電流、または該電力供給ユニットの出力電圧のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パルスに関連したパルスパラメーター値を格納するように構成されるメモリーをさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記出力ポート、前記シャントスイッチおよび前記プロセッサーは、電力供給ユニットに含まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記電圧が上昇する条件は、マイクロアークタイマーの期限が来た後で前記シャントスイッチが開放されるときにトリガーされる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
装置であって、
プラズマチャンバー内のアークから電流を分流するように構成されるシャントスイッチであって、該シャントスイッチは、パルスパラメーター値に従ってパルス化するように構成され、該シャントスイッチのパルスは、該アークに関連した電圧が上昇する条件の電圧を制限する、シャントスイッチと、
プラズマシステムパラメーター値を受信するように構成されるプロセッサーであって、該シャントスイッチおよび該プロセッサーは、電力供給ユニットに関連し、該プラズマシステムパラメーター値は、該電力供給ユニットに関連し、該プロセッサーは、該プラズマシステムパラメーター値に基づいて該パルスパラメーター値を計算するようにさらに構成される、プロセッサーと
を備えている、装置。
【請求項１０】
前記シャントスイッチは、第一のシャントスイッチであり、前記電力供給ユニットは、第一の電力供給ユニットであり、前記プロセッサーは、第二の電力供給ユニットに関連した第二のシャントスイッチのパルスをトリガーするように構成され、該第二のシャントスイッチは、該第一のシャントスイッチと直列であるかまたは実質的に並列であるうちの少なくとも一つである、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記電力供給ユニットは、第一の電力供給ユニットであり、前記プラズマシステムパラメーター値は、該第一の電力供給ユニットに関連し、前記プロセッサーは、第二の電力供給ユニットを検出するように構成され、該プロセッサーは、該第二の電力供給ユニットに関連したプラズマシステムパラメーター値に基づいて前記パルスパラメーター値を計算するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記プラズマシステムパラメーター値は、パルス幅であり、該プラズマシステムパラメーター値は、電力供給ユニットの電力レベルである、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記シャントスイッチは、第一のシャントスイッチであり、前記プロセッサーは、第二のシャントスイッチに対するパルスパラメーター値を計算するように構成され、該第二のシャントスイッチは、該第一のシャントスイッチと並列である、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記シャントスイッチは、第一のシャントスイッチであり、前記プロセッサーは、第二のシャントスイッチのパルスをトリガーするように構成され、該第二のシャントスイッチは、該第一のシャントスイッチと並列であり、該第一のシャントスイッチの該パルスの少なくとも一部分と、該第二のシャントスイッチの該パルスの少なくとも一部分とは、位相が異なる、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記電力供給ユニットは、第一の電力供給ユニットであり、前記プロセッサーは、第二の電力供給ユニットに関連したプラズマシステムパラメーター値を受信するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記電力供給ユニットは、第一の電力供給ユニットであり、前記パルスパラメーター値は、第一のパルスパラメーター値であり、前記プロセッサーは、第二の電力供給ユニットに第二のパルスパラメーター値を送信するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
プラズマを点火して維持するために、電力供給ユニットからプラズマチャンバーに電力を送達することと、
該プラズマにおいてアークを検出することと、
該電力供給ユニット内のシャントスイッチをある期間の間の第一の時刻に閉鎖することによって、実質的に該アークの開始時に該アークに関連した電流を該プラズマから分流することであって、該シャントスイッチは、該期間の最後の第二の時刻に開放され、電圧が上昇する条件は、該シャントスイッチが開放されるときにトリガーされる、ことと、
該電圧が上昇する条件の電圧を制限するために、該シャントスイッチが該第二の時刻に開放された後で該シャントスイッチをパルス化することと
を包含する、方法。
【請求項１８】
前記アークは、マイクロアークである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記パルス化することは、パルスパラメーター値に従ってパルス化することを含み、該パルスパラメーター値は、パルス幅、パルス期間、パルスの数、またはオフ時間のうちの少なくとも一つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記パルス化することは、パルスパラメーター値に従ってパルス化することを含み、前記方法は、プラズマシステムパラメーター値に基づいて該パルスパラメーター値を計算することをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記電力供給ユニットは、第一の電力供給ユニットであり、前記シャントスイッチは、第一のシャントスイッチであり、前記方法は、第二の電力供給ユニットからプラズマシステムパラメーター値を受信することであって、該プラズマシステムパラメーター値は、該第一のシャントスイッチに対するパルスパラメーター値と、該第二のシャントスイッチに対するパルスパラメーター値とのうちの少なくとも一つを計算するために用いられる、ことをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記シャントスイッチは、第一のシャントスイッチであり、前記パルス化することは、第二のシャントスイッチのパルスの少なくとも一部分と位相をずらしてパルス化することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記シャントスイッチの前記パルスは、パルスパラメーター値に基づき、前記プロセッサーは、プラズマシステムパラメーター値に基づいて該パルスパラメーター値を計算するように構成され、該プラズマシステムパラメーター値は、該電力供給ユニットの出力インダクタンス、該電力供給ユニットの出力キャパシタンス、該電力供給ユニットの出力電流、または該電力供給ユニットの出力電圧のうちの少なくとも一つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記アークが消失されたか否かを第三の時刻に検出することであって、前記第二の時刻は、パルス化することの中の少なくとも一つのパルスの後である、ことと、
該アークが消失されていないときに第四の時刻に前記シャントスイッチを閉鎖することであって、該第三の時刻は、該第二の時刻の後である、ことと
をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、プラズマチャンバー電力供給に関する。特に、しかし、限定としてでなく、本発明は、プラズマチャンバー電力供給に対する過電圧保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
プラズマチャンバーのための多くの電力供給は、インダクターおよびキャパシタのような、エネルギー蓄積コンポーネントからなる出力フィルターステージを含む。これらの出力フィルターステージは、しばしば、例えば電力供給の出力電圧におけるリプルを低減するために用いられる。プラズマアークが、このタイプの電力供給から電力を受け取るプラズマチャンバー内に生じる場合には、プラズマアークを消失するために、エネルギーは、ある期間の間、シャントスイッチを用いて電力供給のエネルギー蓄積コンポーネント内で循環され得る。しかしながら、プラズマアークが消失された後に、電力供給内を循環するエネルギーは、例えば、エネルギーがプラズマチャンバーに解放される場合には、電力供給および／またはプラズマチャンバーを損傷し得る過電圧条件をもたらし得る。
【０００３】
多くのタイプの過電圧保護回路が、プラズマアークが消失された後に、電力供給および／またはプラズマチャンバーを過電圧条件から保護するために、電力供給において用いられてきた。一部の単純な過電圧保護回路設計は、例えば、エネルギーを分散させるために用いられるＲＣスナッバー回路、過渡電圧抑制回路、または金属酸化物のバリスターのような、受動コンポーネントを含む。しかし、これらのコンポーネントの多くは、生じ得る多数のプラズマアークを扱うために大きくなければならず、一つ以上のプラズマアークに関連したエネルギーは、電力供給によって用いられずに分散される。一部の回路は、電力供給の入力バスに返すようにエネルギーを伝達することによって、プラズマアークに関連したエネルギーを用いるように設計され得るが、これらの設計は、しばしばかなり複雑で高価である。言い換えれば、多くの現行の電力供給設計は、機能的であるが、複雑すぎるか、高価すぎるか、および／または非効率的すぎるか、のいずれかである。したがって、本技術の不足している点に取り組み、他の新しく革新的な特徴を提供するために、方法および装置が必要である。したがって、改善されたプラズマチャンバー電力供給の過電圧保護の方法および装置に対して必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下の図面に示される本発明の例示的な実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、詳細な説明セクションにおいてより十分に説明される。しかしながら、本発明を、発明の概要または詳細な説明において説明される形態に限定する意図がないことは、理解されるべきである。当業者は、特許請求の範囲に表現されるような本発明の精神および範囲の内に収まる、多数の修正、均等物および代替の構造があることを認識し得る。
【０００５】
本発明は、プラズマチャンバー電力供給の過電圧保護のためのシステムおよび方法を提供し得る。本発明の一実施形態において、装置は、プラズマを点火するために、プラズマチャンバーに電力を送達するように構成される出力ポートを含む。装置はまた、出力ポートと並列なシャントスイッチと、プラズマの中のアークのインジケーターを受信するように構成されるプロセッサーとを含む。プロセッサーは、電流をアークから分流するために、ある期間の間、シャントスイッチを閉鎖するように構成される。プロセッサーはまた、アークに関連した電圧が上昇する条件の電圧を制限するために、シャントスイッチのパルスをトリガーするように構成される。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、プラズマチャンバーの中のアークから電流を分流するように構成されるシャントスイッチを含む装置である。シャントスイッチは、パルスパラメーター値に従って、パルス化するように構成される。シャントスイッチのパルスは、アークに関連した電圧が上昇する条件の電圧を制限する。装置はまた、プラズマシステムパラメーター値を受信するように構成されるプロセッサーを含む。シャントスイッチおよびプロセッサーは、電力供給ユニットと関連している。プラズマシステムパラメーター値は、電力供給ユニットと関連し、プロセッサーは、プラズマシステムパラメーター値に基づいてパルスパラメーター値を計算するように構成される。
【０００７】
さらに別の実施形態において、方法は、プラズマを点火して維持するために、電力供給ユニットからプラズマチャンバーに電力を送達することと、プラズマの中のアークを検出することとを含む。アークに関連した電流は、電力供給ユニット内のシャントスイッチをある期間の間の第一の時刻に閉鎖することによって、実質的にアークの開始時にプラズマから分流される。シャントスイッチは、その期間の最後の第二の時刻に開放され、電圧が上昇する条件は、シャントスイッチが開放されるときにトリガーされる。シャントスイッチは、シャントスイッチが第二の時刻に開放された後にパルス化されて、電圧が上昇する条件の電圧を制限する。
【０００８】
先に述べたように、上記の実施形態および実装は、説明目的のみのためにある。本発明の多数の他の実施形態、実装、および詳細は、当分野における当業者によって、以下の説明および特許請求の範囲から容易に認識される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の詳細な説明および特許請求の範囲を、添付の図面とともに参照することによって、本発明の多様な目的および利点およびより完全な理解が明らかとなり、より容易に認識される。
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、電力供給ユニットを図示している。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバー内のプラズマ電圧を図示する概略的なグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバー内のプラズマ電流を図示する概略的なグラフである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバーに電力を供給するために用いられる、電力供給ユニット内のシャントスイッチのスイッチ状態を図示する概略的なグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従った、シャントスイッチをパルス化するための方法を図示するフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバーに電力を供給し、プラズマチャンバーの中のアークを消失するように構成される、複数の電力供給ユニットを図示する概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバー内のプラズマ電圧を図示する概略的なグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施形態に従った、電力供給ユニットのシャントスイッチのスイッチ状態を図示する概略的なグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施形態に従った、電力供給ユニットのシャントスイッチのスイッチ状態を図示する概略的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（詳細な説明）
ここで図面を参照すると、同様または類似の要素がいくつかの図面にわたって同一の参照番号によって指示され、特に図１を参照すると、図１は、本発明の一実施形態に従った電力供給ユニット１５０を図示している。示されているように、電力供給ユニット１５０内の直流（ＤＣ）電力供給１１０は、（出力ポートとも呼ばれる）出力１４０を介して電力を供給し、ケーブル１２０を経由してプラズマチャンバー１８０内のプラズマを点火および／または維持するように構成される。一部の実施形態において、プラズマチャンバー１８０が、例えば、半導体プロセスステップ中にシリコン半導体基板上に薄膜を堆積させるために用いられる。
【００１１】
電力供給ユニット１５０のプロセッサー１２０は、プラズマチャンバー１８０内のマイクロアークがシャントスイッチ１０６を用いて消失された後で過電圧の可能性を減らすために、シャントスイッチ１０６の一つ以上のパルスサイクルをトリガー（例えばトグル）するように構成される。パルスサイクルの各々は、一つ以上のパルスパラメーター値（例えば、所定の時刻に、所定の持続時間またはオン時間（ｏｎ−ｔｉｍｅ）の間、所定のオフ時間（ｏｆｆ−ｔｉｍｅ）によって、所定の間隔で）に従ってトリガーされる。シャントスイッチ１０６の一つ以上のパルスは、例えばインダクター１０２および／またはキャパシタ１０４に蓄積されたマイクロアークからのエネルギーの解放から結果として生じ得る電圧の増加を低減する。シャントスイッチ１０６のパルスが実行された後で、電力供給ユニット１５０は、別のマイクロアークが生じるまで正常な動作モードに戻る。
【００１２】
（アークまたはカソードアークとも呼ばれ得る）マイクロアークは、プラズマチャンバー１８０において（例えば、電荷が蓄積している絶縁器上の点と、プラズマ源／カソード上の点との間で）正常な動作中に放電が生じるときには、プラズマチャンバー１８０内で正常な動作中に発達し得る。マイクロアークが十分に短い期間に消えない場合には、マイクロアークは、カスケージング効果によってハードアーク(ｈａｒｄ  ａｒｃ)に発達し得る。ハードアークの電力密度は、マイクロアークの電力密度よりも大きいが、両方のタイプのアークは、例えば、プラズマチャンバー１００および／またはプラズマチャンバー１００内の対象物（例えば、半導体基板）に対する有害な影響を有し得る。
【００１３】
電力供給ユニット１５０は、本実施形態において、ＤＣ電力供給１１０内のインダクター１０２およびキャパシタ１０４とともに構成される。本実施形態において、電力供給ユニット１５０における高いコンプライアンスは、当業者に公知である技術に従った、出力１４０と直列のインダクタンス１０２を用いて達成される。いくつかの実施形態において、ケーブル１２０のインダクタンスが、ＤＣ電力供給１１０におけるインダクター１０４の代わりに活用される。（出力キャパシタ１０４とも呼ばれる）キャパシタ１０４は、ＤＣ電力供給１１０と並列に接続され、電力供給ユニット１５０に対し依然として適切なフィルタリングを提供しながら比較的小量のエネルギーを蓄積するように設計されている。一部の実施形態において、キャパシタ１０４は、マイクロアークが生じてマイクロアークがハードアークに発達する可能性を低減するときには、電力供給ユニット１５０出力の増加を制限するのに十分小さいように設計されている。
【００１４】
電力供給ユニット１５０のプロセッサー１２０は、プラズマチャンバー１８０のプラズマ内のマイクロアーク（またはハードアーク）の開始を検出するように構成され、シャントスイッチ１０６を用いてマイクロアークを消失するために電流をマイクロアークから一時的に分流するように構成される。電流は、マイクロアークが電流をマイクロアークを介してゼロ（例えば、実質的にゼロ）または何らかの所定の低い閾値まで低減することによって消失され得るので、分流される。分流された電流は、ＤＣ電力供給１１０のインダクター１０２と、電力供給ユニット１５０のシャントスイッチ１０６との中を循環する。
【００１５】
電力供給ユニット１５０のプロセッサー１２０は、まずシャントスイッチ１０６の閉鎖をトリガーすることによって電流を分流し、電流をプラズマからＤＣ電力供給１１０の中に分路するように構成される。シャントスイッチ１０６が、ある期間の間、閉鎖された後で、シャントスイッチ１０６は、プラズマチャンバー１８０内のプラズマに電流を再供給するために後で開放される。検出の後にマイクロアークを消失するためのこの最初の閉鎖と、プラズマチャンバー１８０に電流を再供給するための開放とは、消失サイクルと呼ばれ得る。
【００１６】
アークが消失され、シャントスイッチ１０６が開放された後で、インダクター１０２および／またはキャパシタ１０４に蓄積されたエネルギーは、プラズマに解放される。このエネルギーの解放は、短い期間での電流の非常に大きな変化の結果として、出力１４０上に非常に大きな出力電圧を発生させ得る。短い期間でのこの電流の変化は、結果として過電圧になり得、電力供給ユニット１５０および／またはプラズマチャンバー１８０に損害をもたらし得る。
【００１７】
消失サイクルが実行された後で、プロセッサー１２０は、電力供給の出力電圧を制限することによって過電圧条件の可能性を防ぐか、または低減するために、シャントスイッチ１０６のパルス（例えば、開放および閉鎖）をトリガーするように構成される。特に、シャントスイッチ１０６を用いてトリガーされたパルス（例えば、パルスサイクル）は、シャントスイッチ１０６が消失サイクルの最後に閉鎖された後で、インダクター１０２に蓄積されたエネルギーが開放されるときに、出力１４０の出力電圧を低減する。シャントスイッチ１０６のパルスが定義されたパルスパラメーター値に従って実行された後に、電力供給ユニット１５０は、シャントスイッチ１０６が引き続き開放された状態で正常な動作モードに戻る。一部の実施形態において、シャントスイッチ１０６は、絶縁ゲート二極トランジスター（ＩＧＢＴ）、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）、または他の適切なスイッチである。消失サイクルおよびシャントスイッチのパルシングの具体例は、図２Ａから図２Ｃ、および図５Ａから図５Ｃに示されている。
【００１８】
本実施形態には示されていないが、電力供給ユニット１５０はまた、過電圧条件が生じた場合に電力供給ユニット１５０および／またはプラズマチャンバー１８０の保護を提供するように用いられ得る、過電圧保護回路を含むように構成され得る。一部の実施形態において、プロセッサー１２０は、シャントスイッチ１０６が開放および閉鎖することを直接もたらすように構成され、他の実施形態において、プロセッサー１２０は、（示されていない）分離したコンポーネントによってシャントスイッチ１０６を開放および閉鎖するために用いられるトリガー信号を送信するように構成される。
【００１９】
図１に描かれた実施形態において、電力供給ユニット１５０は、一つ以上の消失サイクルおよび／または一つ以上のパルスサイクルをトリガーするために、プロセッサー１２０によって用いられる情報を格納するように構成されるメモリー１３０を含む。メモリー１３０は、消失サイクルをトリガーおよび定義するために用いられる限界およびパラメーターを含む。例えば、メモリー１３０は、消失サイクルの持続持間を定義するために用いられる閾値条件（例えば、電圧レベル、持続時間）を含み得る。メモリー１３０はまた、シャントスイッチ１０６のパルスをトリガーおよび定義するために用いられる限界値および／またはパルスパラメーター値を、それぞれ含む。パルスパラメーター値は、例えば、パルス幅（例えば、オン時間）、パルス期間、パルスの数、および／またはオフ時間を含む。
【００２０】
パルスパラメーター値は、例えば、電力供給ユニット１５０の出力インダクタンス、電力供給ユニット１５０の出力キャパシタンス、電力供給ユニット１５０の出力電圧、または電力供給ユニット１５０の出力電流のような、プラズマシステムパラメーター値に基づいて定義され得る。例えば、狭いパルスのためのパルスパラメーター値が、電力供給１５０が大きい出力電流を有するか、および／またはＤＣ電力供給１１０の出力キャパシタンスが小さいときに、過電圧を排除するか、または過電圧条件の可能性を低減するために定義され、用いられ得る。逆に、広いパルスのためのパルスパラメーター値は、電力供給１５０が小さい出力電流を有するか、および／またはＤＣ電力供給１１０の出力キャパシタンスが大きいときに、過電圧を排除するか、または過電圧条件の可能性を低減するために定義され、用いられ得る。一部の実施形態において、電圧上昇のレートは、例えば電力供給ユニット１５０の出力電流、および／または、例えば電力供給ユニット１５０の出力キャパシタンスの大きさに基づいて、予測／計算され得る。一部の実施形態において、パルスパラメーター値は、電圧上昇のレートの計算／予測に基づいて定義される。
【００２１】
一部の実施形態において、メモリー１３０は、一組以上のパルスパラメーター値に基づいて定義される一つ以上のパルスをトリガーするために用いられる閾値条件（例えば期間）を含む。一部の変形において、限界、消失サイクルに関連したパラメーター値、プラズマシステムパラメーター値、および／またはパルスパラメーター値が、例えば、プロセッサー１２０によって取り出され、処理され得る表またはテキストファイルとして、メモリー１３０に格納される。
【００２２】
一部の実施形態において、プロセッサー１２０によって実行される機能は、二つ以上のプロセッサー、および／またはハードウェアの組み合わせ、および／または電力供給ユニット１５０の中に含まれるソフトウェアモジュールの上で実行され得る。メモリー１３０は、一部の実施形態において、例えば小さなキャッシュとして、プロセッサー１２０の中に埋め込まれるか、または他の実施形態においては、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）もしくはリムーバブルストレージデバイスのような別個のメモリーデバイスである。
【００２３】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の実施形態に従った、アーク（例えばマイクロアーク）の消失と、図１に示されるような電力供給ユニットを用いる過電圧条件の防止とを図示する概略的なグラフである。特に、図２Ａは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバー内のプラズマ電圧を図示する概略的なグラフであり、図２Ｂは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバー内のプラズマ電流を図示する概略的なグラフである。図２Ｃは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバーに電力を供給するために用いられる電力供給ユニット内の、シャントスイッチのスイッチ状態を図示する概略的なグラフである。時間は、各グラフのｘ−軸上で右に向かって増加する。
【００２４】
図２Ａは、プラズマチャンバー内でのアークの形成に応答して、時刻ｔ０で始まり電圧がＸの電圧値からほぼゼロに降下することを図示している。電圧値Ｘは、電力供給ユニットの出力電圧セットポイントである。この電圧の降下は、やはり時刻ｔ０で始まる図２Ｂに示されるプラズマ電流の増加に応答している。時刻ｔ１で、アークは、プラズマ電流限界値を超えるプラズマ電流の測定値に基づいて、またはプラズマ電圧限界値を下回るプラズマ電圧測定値に基づいて、例えば電力供給ユニットによって検出される。一部の実施形態において、アークの検出の遅延は、プラズマチャンバーを電力供給ユニットに接続するケーブルのインダクタンスによってもたらされる。
【００２５】
図２Ｂは、図１に示されるもののような、プラズマチャンバーと並列な電力供給ユニットのキャパシタと、インダクター（例えば、電力供給ユニットとプラズマチャンバーとを接続するケーブルのインダクタンス）とを用いて、アークの自然なリングアウト（ｒｉｎｇ−ｏｕｔ）が生じることを図示している。期間２５０は、リングアウト期間と呼ばれ得る。リングアウト期間の間、プラズマ電流は、アーク曲線２１２によって描かれているように、（図２Ａに示されるような）出力電圧セットポイントＸにおいて電力供給ユニットによって生成される（図２Ｂに示されるような）プラズマ電流Ｙから、短い間、増加する。アークのリングアウトに関するさらなる詳細は、共有に係る同一人に譲渡された米国特許第６，９４３，３１７号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆａｓｔ  Ａｒｃ  Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｅａｒｌｙ  Ｓｈｕｎｔｉｎｇ  ｏｆ  Ａｒｃ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎ  Ｐｌａｓｍａ」に述べられ、同特許は、本明細書で参照によりその全体において援用される。
【００２６】
検出されるアークに応答して、電力供給ユニットは、時刻ｔ２で始まるアーク消失サイクル２２２を開始する。時刻ｔ２と時刻ｔ３との間のアーク消失サイクル２２２の間、プラズマチャンバー内のアークは、電力供給ユニットのシャントスイッチを用いて電流をアークから分流することによって、実質的にまたは完全に消失される。図２Ｂに示されるように、プラズマ電流は、アーク消失サイクル２２２の間、オンにされる（例えば、閉鎖される、係合される）シャントスイッチに応答して、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間で降下する。一部の実施形態において、消失サイクル２２２のオン時間の持続時間は、例えば、所定の電流のレベルによって特定のタイプのアークを消失するか、または実質的に消失するように定義される。
【００２７】
図２Ａに示されるように、プラズマチャンバー内の電圧は、図２Ｃに示されるようにシャントスイッチがアーク消失サイクル２２２の最後でオフにされる（すなわち、開放される）ときには、時刻ｔ３で劇的に上昇する。この電圧の劇的な上昇は、電圧が上昇する条件と呼ばれ得る。プラズマチャンバー内の電圧の上昇は、例えば、消失サイクル２２２の間にエネルギーを蓄積する電力供給ユニット内のインダクターから、（図２Ｂに示されるように）時刻ｔ３でプラズマチャンバーに解放される電流の結果である。
【００２８】
図２Ｃに示されるように、シャントスイッチは、パルス２２４およびパルス２２６の二つのパルスの間、オフにされ、プラズマチャンバーの電圧の上昇を低減する。第一のパルス２２４は、時刻ｔ４で始まって時刻ｔ５で終わり、第二のパルス２２６は、時刻ｔ６で始まって時刻ｔ７で終わる。プラズマチャンバー内の電圧は、図２Ａに示されるように、時刻ｔ４と時刻ｔ５との間、また時刻ｔ６と時刻ｔ７との間、それぞれパルス２２４の間およびパルス２２６の間、低下する。時刻ｔ５と時刻ｔ６との間のように、シャントスイッチがパルスどうしの間でオフにされるとき、プラズマチャンバーの電圧は上昇する。また、図２Ｂに示されるように、パルス２２４およびパルス２２６のオン時間の間、プラズマ電流は、２１４および２１６で減少する。
【００２９】
図２Ｃに示されるパルス２２４およびパルス２２６のオン時間とオフ時間との持続時間は、特定の方法で、（図２Ａに示される）プラズマ電圧と（図２Ｂに示される）プラズマ電流とに影響を与えるように定義され得る。例えば、パルス２２４およびパルス２２６のオン時間の一つ以上の増加は、パルス２２４およびパルス２２６のいずれかがトリガーされるとき、プラズマ電圧のより大きな低下をもたらすように定義され得る。オン時間の増加は、プラズマチャンバー内で用いられ得るプラズマ電流の減少をもたらし得る。一部の実施形態において、図２Ｃに描かれるパルス２２４およびパルス２２６は、プラズマ電圧が図２Ａに示されるようなＺの電圧値における電圧限界２７０を超えないように定義され得る。一部の実施形態において、パルス２２４および／またはパルス２２６のオン時間は、数マイクロ秒であり、パルス２２４およびパルス２２６のオフ時間は、数マイクロ秒である。
【００３０】
図２Ａ〜図２Ｃには二つのパルスが示されているが、一部の実施形態において、異なる数のパルスがトリガーされる。例えば、一部の実施形態において、三つ以上または一つのパルスがトリガーされる。一部の実施形態において、パルスおよび／またはパルスパラメーター値の組の数が、消失サイクル（例えば、消失サイクル２２２）の持続時間、消失されるアークのレベル（例えば、電流のレベル）、アークが消失された後の電圧上昇のレートなどに基づいて決定される。一組のパルスパラメーター値は、一部の実施形態において、一つ以上の定義された条件に基づいてメモリー（例えば、メモリー１３０）に格納されるパルスパラメーター値のライブラリーから選択される、および／または取り出される。
【００３１】
時刻ｔ７で、電力供給ユニットは、図２Ｃに示されるように、シャントスイッチがオフにされた状態で正常な動作モードに戻る。プラズマ電圧は、図２Ａに示されるように、時刻ｔ７で始まり、出力電圧がセットポイントＸに達するまで、電力供給ユニットによって制御される。図２Ａに示されるように、出力電圧セットポイントが達せられるときには、図２Ｂに示されるように、電力供給ユニットによって生成されるプラズマ電流はＹである。一部の実施形態において、電力供給ユニットは、最後のパルス（例えば、パルス２２６）のオン時間の後の所定の期間の後に、正常な動作モードに戻される。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態に従って、プラズマチャンバー（例えば、プラズマチャンバー１８０）内のアークが消失された後に、過電圧条件の確率を排除および／または低減するために、シャントスイッチ（例えば、シャントスイッチ１０６）をパルス化する方法を図示するフローチャートである。
【００３３】
図３に示されるように、電力は、電力供給ユニット（例えば、電力供給ユニット１５０）内の電力供給（例えば、電力供給１１０）からプラズマチャンバーに送達され、プラズマチャンバー内のアークを点火および／または維持する（ブロック３１０）。一部の実施形態において、電力供給ユニットは、プラズマチャンバーの電力レベル、電流レベル、または電圧レベルを制御するように構成される。
【００３４】
図３に示されるように、アークがプラズマチャンバー内で検出されるとき（ブロック３２０）、電流は、ある期間の間、シャントスイッチをオンにする（例えば、係合する）ことによって、プラズマチャンバー内のプラズマから分流される（ブロック３３０）。一部の実施形態において、アークは、電荷が蓄積した絶縁器上の点とプラズマチャンバー内のカソード上の点との間で放電が生じるときに、プラズマチャンバー内で発達するマイクロアークである。アークは、一部の実施形態において、電力供給ユニットのプロセッサーに接続された電流センサーおよび／または電圧センサーを用いて検出される。
【００３５】
図２Ａ〜図２Ｃを参照して論じられるように、アークへの電流が最初に分流される期間は、アーク消失サイクルと呼ばれ得る（例えば、アーク消失サイクル２２２）。一部の実施形態において、電流がプラズマから分流される間、電流は、電力供給ユニットのＤＣ電力供給の中を循環する。
【００３６】
アーク消失サイクルの最後に、シャントスイッチがオフにされ（例えば、係合を外され）、プラズマチャンバー内の電圧が上昇する（ブロック３４０）（例えば、アーク消失サイクル中に蓄積されたエネルギーが、プラズマチャンバー内への電流として解放されるように）。アーク消失サイクルの最後にシャントスイッチが開放された後の電圧の上昇は、電圧が上昇する条件と呼ばれ得る。シャントスイッチは、電圧が上昇する条件の電圧の上昇を制限するようにパルス化される（ブロック３５０）。電圧が上昇する条件の電圧は、過電圧条件の可能性を低減する、および／または過電圧条件の進展を防ぐように制限される。
【００３７】
アークが消失される（ブロック３６０）場合には、電力供給ユニットは、正常な動作を再開する（ブロック３８０）。正常な動作モードにおいて、シャントスイッチは、別のアークが検出されるまでオフにされる（例えば、開放される）。
【００３８】
図３に示されるように、アークが検出される場合には、シャントスイッチは、ある期間の間オフにされるか、またはシャントスイッチは、１回以上パルス化される（ブロック３７０）。一部の実施形態において、アーク消失サイクルは、アークが検出される場合には開始される。そして、一部の実施形態において、シャントスイッチは、過電圧条件が検出されなくなるまで継続的にパルス化されるが、他の実施形態において、シャントスイッチは、電圧が上昇する条件がブロック３６０で検出されるか否かにかかわらずパルス化される。シャントスイッチのパルスのオン時間および／またはオフ時間の持続時間は、一部の実施形態において、電圧が上昇する条件の電圧のレベルに基づいて定義される。
【００３９】
図４は、本発明の実施形態に従って、プラズマチャンバー４００に電力を供給し、アーク管理を提供するように構成される、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０を図示する概略図である。電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０は、プラズマチャンバー４００に電力を供給するように並列に接続される。電力供給ユニット４２０は、ＤＣ電力供給４２２、プロセッサー４２４、メモリー４２６、およびシャントスイッチ４２８を含む。同様に、電力供給ユニット４３０は、ＤＣ電力供給４３２、プロセッサー４３４、メモリー４３６、およびシャントスイッチ４３８を含む。一部の実施形態において、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０は、異なる電力供給ユニットである。例えば、電力供給ユニット４２０が、２５キロワットの電力供給ユニットであり得、電力供給ユニット４３０は、５０キロワットの電力供給ユニットであり得る。
【００４０】
電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０の各々は、アーク消失サイクルにおいて、それぞれ、シャントスイッチ４２８およびシャントスイッチ４３８を用いて、アークがプラズマチャンバー４００の中で検出されるときに、アークを消失するように構成される。電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０はまた、アークが消失された後で、両ユニットそれぞれのシャントスイッチ４２８およびシャントスイッチ４３８をパルス化することによって、プラズマチャンバー４００に関連した電圧が上昇する条件を制限するように構成される。
【００４１】
一部の実施形態において、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０に関連したアーク消失サイクルおよび／またはパルスサイクルは、連携されている。例えば、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０の各々のアーク消失サイクルは、同時に実施され得るか、または異なる時刻に始まり得る。一部の実施形態において、電力供給ユニット４２０は、スレーブ電力供給ユニットとしての電力供給ユニット４３０のアーク消失サイクルおよび／またはパルスサイクルを直接制御および／またはトリガーするマスター電力供給ユニットである。
【００４２】
一部の実装において、電力供給ユニット４３０は、例えば、電力供給ユニット４２０に関連した、電力出力能力、アーク消失能力、および／または過電圧防止能力のような、プラズマシステムパラメーター値を検出するように構成されるマスター電力供給ユニットである。電力供給ユニット４３０は、電力供給ユニット４２０および／または電力供給ユニット４３０の消失サイクルおよび／またはパルスサイクル（例えば、パルスパラメーター値）を定義、直接制御および／またはトリガーするために、これらのプラズマシステムパラメーター値を用い得る。
【００４３】
一つ以上のアーク消失サイクルおよび／または一つ以上のパルスサイクルの定義（例えば、持続時間および／またはタイミング）は、一組のルールに基づいて、および／または電力供給ユニット４２０および／または電力供給ユニット４３０に関連したアルゴリズムに基づいて計算される。例えば、マスター電力供給ユニットとしての電力供給ユニット４２０は、電力供給ユニット４３０（例えば、電力定格および／または電力供給ユニット４３０のコンポーネント）に関連したプラズマシステムパラメーター値（例えば、タイミングおよび／または持続時間）に基づいて、電力供給ユニット４３０によって実装されるパルスのパルスパラメーター値を計算しうる。パルスパラメーター値の定義に基づいて、電力供給ユニット４２０は、プラズマチャンバー４００の電圧が上昇する条件に関連した電圧を低減するために、電力供給ユニット４３０のシャントスイッチ４３８をトリガーしてパルス化する。
【００４４】
一部の実施形態において、電力供給ユニット４３０および／または電力供給ユニット４２０に関連した一つ以上のアーク消失サイクルおよび／または一つ以上のパルスサイクルの定義（例えば、持続時間および／またはタイミング）は、電力供給ユニット４３０のメモリー４３６に格納される、および／または電力供給ユニット４３０のメモリー４３６からアクセスされる。電力供給ユニット４３０は、一部の変形において、電力供給ユニット４３０および／または電力供給ユニット４２０に直列または並列に追加された（示されていない）電力供給ユニットに関連したプラズマシステムパラメーター値（例えば、電力出力能力、アーク消失能力、および／または過電圧防止能力）を検出するように構成される。
【００４５】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の実施形態に従った、アーク（例えば、マイクロアーク）の消失と、図４に示される電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０を用いる過電圧条件の防止とを図示する概略的なグラフである。特に、図５Ａは、本発明の実施形態に従った、プラズマチャンバー４００内のプラズマ電圧５００を図示する概略的なグラフである。図５Ｂは、本発明の実施形態に従った、電力供給ユニット４２０のシャントスイッチ４２８のスイッチ状態を図示する概略的なグラフであり、図５Ｃは、本発明の実施形態に従った、電力供給ユニット４３０のシャントスイッチ４３８のスイッチ状態を図示する概略的なグラフである。時間は、各グラフのｘ−軸上で右に向かって増加する。
【００４６】
図５Ａは、時刻ｔ０で始まり、プラズマ電圧が、電圧Ｐが電力供給ユニットの出力電圧セットポイントであるプラズマチャンバー内でのアークの形成に応答して、電圧Ｐからほぼゼロに降下することを図示している概略的なグラフである。時刻ｔ１で、アークは、例えば、プラズマ電流限界値を超えるプラズマ電流の測定値に基づいて、またはプラズマ電圧限界値を下回るプラズマ電圧の測定値に基づいて、電力供給ユニット４２０によって検出される。
【００４７】
図５Ｂおよび図５Ｃに示されるように、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０のアーク消失サイクル５１０およびアーク消失サイクル５２０は、それぞれ、アークが検出されるとき、時刻ｔ１で同時に始められ、時刻ｔ２で同時に終わる。他の実施形態において、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０のアーク消失サイクル５１０およびアーク消失サイクル５２０は、異なる時刻に始まり、異なる持続時間を有し、および／または異なる時刻に終わる。
【００４８】
図５Ｂおよび図５Ｃに示されるように、電力供給ユニット４２０に関連したパルス５１２およびパルス５１４と、電力供給ユニット４３０に関連したパルス５２２およびパルス５２４とが、交互配置（ｓｔａｇｇｅｒ）される。例えば、パルス５１２が時刻ｔ３で始められ、パルス５１２が時刻ｔ４で終わった後に、パルス５２２が始められる。また、パルス５１２およびパルス５１４は、パルス５２２およびパルス５２４とは異なるオン時間を有する。図５Ａに示される時刻ｔ２とｔ１０との間のプラズマ電圧５００の低下は、それぞれ、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０のシャントスイッチ４２８およびシャントスイッチ４３８の各々のスイッチ状態（例えばパルス）に対応している。
【００４９】
一部の実施形態において、電力供給ユニット４２０および電力供給ユニット４３０の各々に関連した一つ以上のパルスは、同時にトリガーされ得る、および／または重なり合うオン時間を有し得る。また、一部の実施形態において、例えば、電力供給ユニット４２０および／または電力供給ユニット４３０に対して、各パルスサイクルのオン時間および／またはオフ時間は異なる。
【００５０】
本発明の一部の実施形態は、多様なコンピューター実装動作を実行するためにその上に命令またはコンピューターコードを有する、コンピューター可読な媒体を有するコンピューターストレージ製品に関する。媒体およびコンピューターコードは、所定の一つまたは複数の目的のために特別に設計および構築されるものであり得る。コンピューター可読な媒体の例は、例えばハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープのような磁気記憶媒体、例えばＣｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ／Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ（「ＣＤ／ＤＶＤ」）、Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、およびホログラフィーデバイスのような光学記憶媒体、例えばフロプティカル（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ）ディスクのような磁気光学記憶媒体、搬送波信号、ならびに、例えばＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ（「ＡＳＩＣ」）、Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ（「ＰＬＤ」）、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ（「ＦＰＧＡ」）、およびＲＯＭデバイスとＲＡＭデバイスとのような、プログラムコードを格納し実行するように特別に構成されるハードウェアデバイスを含むが、これらに限定されない。
【００５１】
コンピューターコードの例は、コンパイラー、およびインタープリターを用いるコンピューターによって実行されるより高レベルの命令を収容するファイルによって生成されるような、マイクロコードまたはマイクロ命令、機械命令を含むが、これらに限定されない。例えば、本発明の実施形態は、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ＋＋、または他のオブジェクト指向プログラム言語および開発ツールを用いて実装され得る。コンピューターコードのさらなる例は、制御信号、暗号化コード、圧縮コードを含むが、これらに限定されない。
【００５２】
最後に、本発明は、とりわけ、電力供給の過電圧保護のためのシステムおよび方法に対し、プラズマに電力を供給する電力供給の出力を横断してシャントスイッチを提供する。当業者は、本明細書に説明される実施形態によって達成されるのと実質的に同じ結果を達成するために、多くの変形および代用が、本発明、その使用、およびその構成において行われ得ることを容易に認識し得る。したがって、本発明を開示された例示的な形態に限定する意図はない。多くの変形、修正および代替の構成が、特許請求の範囲に表現されるような開示された発明の範囲および精神の内に収まる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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