具有基于功率的宽限控制的电镀控制器

相关申请的交叉引用

本申请案主张2020年9月9日所申请的名称为“具有基于功率的宽限控制的电镀控制器(ELECTROPLATING CONTROLLER WITH POWER BASED HEAD-ROOM CONTROL)”的美国非临时申请案第17/015,612号的权益及优先权，为了所有目的将其全文以引用方式并入本文。

技术领域

本技术与半导体处理中的清洁操作相关。更特定而言，本技术与控制电镀系统中的电压或电流的系统及方法相关。

背景技术

通过在基板表面上产生错综复杂地图案化的材料层的工艺使得集成电路成为可能。在基板上进行形成、蚀刻及其他处理之后，通常沉积或形成金属或其他的导电材料来提供部件之间的电连接。因为此金属化可能在许多制造操作之后执行，所以在金属化期间造成的问题可能会浪费昂贵的基板或晶片。

在晶片或基板上形成金属材料的期间，可以将基板浸没在电镀浴内，然后通过电镀工艺在基板上进行金属形成。随后，可以升起晶片或以其他方式移动晶片，然后在腔室处进行冲洗。在此工艺期间，可能会发生几个问题。例如，当前的电镀控制器可能使用电压控制的宽限(head room)来管理控制电路中的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的加热，该控制电路控制电镀工艺期间的电压及电流。无论MOSFET中耗散的功率如何，生成的宽限电压都被控制为相同的值。这在用来产生向电镀系统的电流或电压供应的干线电压的可变电压源的响应速率方面产生了相依性。

因此，需要改进的系统及方法，其可以用来更高效地控制电镀控制器中的宽限电压。本技术解决了这些及其他的需要。

发明内容

在一些实施方式中，一种用于控制电镀系统的晶体管级(transistor stage)的宽限电压以维持跨该晶体管级的目标功率耗散的电路可以包括为电镀系统中的负载提供宽限电压的晶体管级。该电路也可以包括耦接到该晶体管级的功率测量电路。该功率测量电路可以提供代表该晶体管级中的瞬时功率耗散的信号。该电路可以附加地包括差分电路，该差分电路从该功率测量电路接收代表该晶体管级中的该瞬时功率耗散的该信号并接收代表该晶体管级中的该目标功率耗散的信号以产生差分输出。该电路可以进一步包括可调整电压源，该可调整电压源提供跨该晶体管级及该负载的电压。该可调整电压源可以被配置为使用该差分输出来调整该宽限电压以维持该晶体管级中的该目标功率耗散。

在一些实施方式中，一种控制电镀系统的晶体管级的宽限电压以维持跨该晶体管级的目标功率耗散的方法可以包括：针对该电镀系统中的负载维持该晶体管级中的宽限电压；及测量该晶体管级中的瞬时功率耗散。该方法也可以包括：产生代表该晶体管级中的该瞬时功率耗散与该晶体管级中的该目标功率耗散之间的差异的差分输出。该方法可以进一步包括：使用该差分输出来调整跨该晶体管级及该负载的电压，使得该晶体管级中的该宽限电压被调整以维持该晶体管级中的该目标功率耗散。

在一些实施方式中，一种用于控制晶体管级的宽限电压以维持跨该晶体管级的目标功率耗散的电路可以包括为负载提供宽限电压的晶体管级。该电路也可以包括耦接到该晶体管级的功率测量电路。该功率测量电路可以提供代表该晶体管级中的瞬时功率耗散的信号。该电路可以附加地包括可调整电压源，该可调整电压源提供跨该晶体管级及负载的电压。该可调整电压源可以被配置为响应于该晶体管级中的该瞬时功率耗散而调整该晶体管级中的该宽限电压以维持该晶体管级中的该目标功率耗散。

在任何实施方式中，可以以任何组合且没有限制地实施以下特征中的任一者及/或全部。也可以将此揭示内容中所描述的其他特征以任何组合且没有限制地添加在任何实施方式中。该功率测量电路可以包括电压测量电路，该电压测量电路耦接到该晶体管级以提供代表跨该晶体管级的电压的测量。该功率测量电路也可以包括电流测量电路，该电流测量电路耦接到该晶体管级以提供代表通过该晶体管级的电流的测量。该功率测量电路也可以包括乘法器电路，该乘法器电路接收代表跨该晶体管级的电压的该测量及代表通过该晶体管级的电流的该测量，以产生代表该晶体管级中的瞬时功率耗散的该信号。该差分电路可以包括运算放大器，该运算放大器向AC到DC转换器提供输出。该电路可以包括差分放大器，该差分放大器接收代表通过该晶体管级的目标电流的信号并接收通过该晶体管级的瞬时电流。该差分放大器可以向该晶体管级提供栅极电压以实现通过该晶体管级的该目标电流。代表该晶体管级中的该瞬时功率耗散的该信号可以包括与该瞬时功率耗散成比例的电压。该方法/这些操作也可以包括：确定跨该晶体管级的电压及/或确定通过该晶体管级的电流。该方法/这些操作也可以包括：将代表跨该晶体管级的电压的信号与代表通过该晶体管级的电流的信号相乘，以确定该晶体管级中的该瞬时功率耗散。该方法/这些操作也可以包括：随着通过该晶体管级的电流增大，减少该晶体管级中的该宽限电压。该方法/这些操作也可以包括：按比例缩小代表该晶体管级中的该瞬时功率耗散的信号。该方法/这些操作也可以包括：产生跨该晶体管级及该负载的电压的过渡，该过渡具有小于10ms的下降时间。该目标功率耗散可以由形成分压器的多个串联电阻器所代表。该可调整电压源可以包括AC到DC功率转换器。该功率测量电路可以使用微处理器或微控制器来实施。该电路也可以包括串行接口，该串行接口从控制器接收串行命令并将这些串行命令转换成多个模拟和数字信号以控制用于控制该晶体管级的该宽限电压的该电路。

附图说明

可以通过参照本说明书的其余部分及附图来实现对各种实施方式的本质及优点的进一步了解，其中在所有附图内使用类似的附图标记来指称类似的部件。在一些情况下，将子标签与附图标记相关联以指示多个类似部件中的一者。在不指定现有子标签的情况下引用附图标记时，是要指称所有此类多个类似的部件。

图1示出电镀系统的示意等轴视图，可以依据实施方式将方法及清洁系统使用于及实行于该电镀系统。

图2示出依据一些实施方式包括电镀装置的多个方面的腔室的部分截面图。

图3示出依据一些实施方式可以包括用户界面计算机的电镀装置。

图4示出依据一些实施方式的图3中所示出的一个或多个电镀通道中的一者的方块图。

图5示出依据一些实施方式用于维持功率调节的宽限电压的电路。

图6示出依据一些实施方式的电压差分放大器的示例电路图，该电压差分放大器被配置为产生代表通过晶体管级的电流的电压。

图7示出依据一些实施方式的与恒定电压宽限控制系统相关联的下降时间的示例。

图8示出依据一些实施方式的与维持恒定功率耗散的可变电压宽限相关联的下降时间的示例。

图9示出依据一些实施方式的调节用于恒定功率耗散的宽限电压的方法。

图10示出示例性计算机系统，在该计算机系统中可以实施各种实施方式。

具体实施方式

电镀是使用电流或电压信号来控制基板的表面上的金属或金属化合物的沉积的工艺。电镀被用在许多应用中，包括例如集成电路的制造。在此类应用中，需要精确地控制金属沉积速率及几何形状。这需要准确地控制电镀电流，尤其是随着半导体基板部件上的微电子部件不断变小。

电镀电流可以有利地以数字方式控制或经由可编程控制器来控制。可编程输出可以用来最佳化电镀速率。半导体制造设备可以用来制造各种产品。可编程控制器允许设备容易用来对不同的产品进行电镀。制造设备具有两个或更多个阳极、连接到晶片或基板的阴极及可选的窃电电极(thief electrode)。此设备中的可编程控制器同时控制多个通道，带来了进一步的工程挑战。

电镀设备也可以优选地具有准确地控制具有高动态范围的输出电流的能力。通常期望电镀系统提供宽范围的输出电流以提供对电镀的有效控制。电镀工艺所需的电流可能在很宽的范围内变化，例如在几毫安培到几十安培之间变化。

可以执行电镀操作以将导电材料提供到基板上的过孔及其他特征中。电镀利用含有导电材料的离子的电解质浴来将导电材料电化学地沉积到基板上并电化学地沉积到基板上所界定的特征中。正在其上被电镀金属的基板用作阴极。电接点(例如环或销)可以允许电流流过系统。在电镀期间，可以将基板夹在头部并浸没在电镀浴中以形成金属化。在如下面所述的系统中，也可以将基板卡在密封件内，该密封件在处理期间可以与头部耦接。在基板在电镀之后被移动或升起时，可以在将该基板发送到另一个电镀腔室或一些其他的处理位置之前用水(例如去离子水)冲洗该基板。

可以通过数字控制器来控制向电镀工艺提供的电压及/或电流。此控制器可以跨串联的电镀负载及控制晶体管提供可变的电压源。可以在晶体管级上维持宽限电压以提供电压缓冲以适应跨负载的电压分布的突然改变。常规技术可能使用恒定的宽限电压，该恒定的宽限电压在跨负载的电压改变时被维持。然而，这些技术限制了跨负载的电压/电流能够改变的速度。上升时间及下降时间为100ms的数量级，且通常在输出中产生不连续性。其他的技术可能使用非常大的电压宽限来适应更快的上升时间。然而，这些技术在控制系统中产生呈热的形式的非常高的功率耗散。

本技术通过使用动态宽限电压克服了这些问题。这些技术可以在晶体管级中维持目标功率耗散水平，而不是维持恒定的宽限电压。在电镀工艺的初始阶段期间在电流非常小的时候，宽限电压可以非常大。这种大的宽限电压可以适应非常快的上升时间。随着通过晶体管级的电流增大，可以减小宽限电压以维持恒定的功率耗散水平。这些技术平衡了功率耗散和维持足够的宽限电压以实现1ms的数量级的上升时间及/或下降时间。

图1示出电镀系统100的示意等轴视图，可以依据实施方式将方法及清洁系统使用于及实行于该电镀系统。电镀系统100可以包括系统头部110及盆115。在电镀操作期间，可以将晶片夹到系统头部110、倒转并延伸到盆115中以执行电镀操作。电镀系统100可以包括头部升降器120，其可以被配置为升起及旋转系统头部110，或以其他方式在系统内移动或定位头部，包括倾斜操作。头部及盆可以附接到甲板125或附接到可以是合并多个电镀系统100的更大系统的一部分的其他结构，且这些电镀系统可以共用电解质、电压控制系统及/或其他材料。

转子可以允许夹到头部的基板在盆内旋转，或在不同的操作中在盆外部旋转。转子可以包括接触环，其可以提供与基板的导电接触。密封件130可以与系统头部110连接。密封件130可以包括要处理的卡紧的晶片。图1示出可以包括要直接在平台上清洁的部件的电镀系统100。其他配置是可能的，包括系统头部110在其上移动到附加模块且密封件130或其他部件在其上被清洁的平台。此外，可以将一个或多个部件(例如密封件130)从相应的腔室移除并安置在维护系统或清洁系统中以进行清洁。可以执行提供或暴露用于清洁的部件的任何数量的其他操作。也与系统100一起示出了示例性原位冲洗系统135。

图2示出依据一些实施方式包括电镀装置200的方面的腔室的部分截面图。可以将电镀装置200与电镀系统(包括上述的电镀系统100)合并。如图2中所示出，电镀系统的电镀浴容器205与头部210一起示出，头部210具有与头部210耦接的基板215。在一些实施方式中，基板可以与合并在头部210上的密封件212耦接。冲洗框架220可以耦接在电镀浴容器205上方，且可以被配置为在电镀期间将头部210接收到电镀浴容器205中。冲洗框架220可以包括围绕电镀浴容器205的上表面周向地延伸的轮缘225。可以在轮缘225与电镀浴容器205的上表面之间界定冲洗通道227。例如，轮缘225可以包括由倾斜轮廓所表征的内部侧壁230。如上所述，来自基板的冲洗流体可以接触侧壁230且可以被接收在气室235中，气室235围绕轮缘225延伸以用于收集来自电镀装置200的冲洗流体。堰240可以围绕电镀浴容器205延伸，且可以与气室235或冲洗通道227流体耦接以进一步限制冲洗流体以免返回电镀浴。堰240可以界定跨电镀装置200的平面245，头部210可以延伸通过平面245而进入电镀浴容器205，且头部210可以通过平面245返回以执行冲洗操作。

图3示出依据一些实施方式的可以包括用户界面计算机312的电镀装置。用户界面计算机312可以使用例如乙太网络接口322与电镀控制计算机320耦接。乙太网络接口322可以用于对时间要求不高的设备通信，例如对用户界面计算机312的通信。单个电镀控制计算机320可以经由例如EtherCAT接口324与一个或多个电镀子系统360通信。该一个或多个电镀子系统360中的每一者可以控制电镀腔室中的一个或多个阳极。

每个电镀子系统360可以具有一个或多个通道330，通道330中的每一者可以连接到电镀腔室370中的一区域。多个电镀腔室区域可以用来控制基板上的径向电镀均匀性。为了简明起见，电镀子系统360部件在本文中称为PPS(电镀功率供应组件)。图3示出三个不同的样本PPS配置。第一PPS配置示出四个通道，这些通道被连接为支持两个电镀腔室370，每个电镀腔室使用两个通道。第二示例示出具有两个通道而支持单个电镀腔室的PPS配置。第三样本示出具有三个通道而以每个电镀腔室三个通道的方式支持一电镀腔室的PPS配置。

图4示出依据一些实施方式的图3中所示出的一个或多个电镀通道330中的一者的方块图。电镀通道330可以连接到控制板440。虽然为了明确起见，在图4中单独示出对单个电镀通道330的连接，但控制板440也可以与多于一个的电镀通道耦接。控制板440可以包括用来在AC到DC功率块432与EtherCAT接口324之间界接的电路。操作AC到DC功率块432可以包括经由EtherCAT接口324从电镀控制计算机320传递控制信息以控制AC到DC功率块432的操作。AC到DC功率块432可以包括AC到DC功率转换器。控制信息可以包括数字控制信息以及模拟控制信息，该数字控制信息指定输出电控制信号是电压还是电流，该模拟控制信息指定目标输出电控制信号值及对应的持续时间。

控制板440可以包括一个或多个电流传感器。为了实现更宽范围的电镀电流，可以提供高范围电流传感器441及低范围电流传感器442。然而，在一些实施方式中，可以不受限地使用单个电流传感器或多于两个电流中心来接收附加的电流测量。

控制板440也可以包括一个或多个电流开关元件443以使电流通过高范围电流传感器441。电流开关元件443可以包括由数字信号DO2p所控制的一个或多个MOSFET，数字信号DO2p硬导通所述MOSFET以用于该一个或多个电流开关元件443中的低功率耗散。控制板440也可以包括一个或多个电流开关元件444以使电流通过低范围电流传感器442。这些多个电流开关元件444可以由模拟输出Olp及一控制电路所控制，该控制电路将该多个电流开关元件444与AC到DC功率块432串联。在一些实施方式中，该多个电流开关元件444可以用作线性降压调节器。

控制板440也可以包括I/O接口445中的EtherCAT数字和模拟输入和输出电路系统。在电镀控制计算机320中运行的软件可以通过导通数字输出、设定模拟输出以控制电镀电流或电压设定点及读回数字输入及模拟输入以报告及记录电镀工艺传感器测量(例如电流及电压)，来控制对应的电镀子系统360。I/O接口445可以被配置为在整个控制板440内分配这些模拟信号及数字信号。

控制板440也可以包括隔离电路446。可选的隔离电路446可以用来防止电镀功率递送电路与接口/控制电路之间的电气交互作用。此外，控制板440可以包括运算放大器电路(op amp circuit)447及/或运算放大器电路448以提供闭环控制。例如，运算放大器电路447可以控制AC到DC功率块432。运算放大器电路448可以控制可以包括低范围晶体管的该一个或多个开关元件444。AC到DC功率块432一般可以具有开/关控制，该开/关控制可以由电镀控制计算机320中运行的软件使用数字输出DO1p来控制。

电镀装置310可以进一步包括阻断二极管433以防止在AC到DC功率块432与其他通道中的其他AC到DC功率块在电镀腔室中连接在一起时AC到DC功率块432与其他通道中的其他AC到DC功率块之间的交互作用。例如，有时可能需要同时在一些区域中进行电镀且在不同的区域中进行去电镀。若一区域被设计为用于去电镀，则二极管433会被反转，且来自AC到DC功率块432的电压的极性会被反转。

为了起动电镀操作，操作员可以将期望的或目标的电镀工艺输入到用户界面计算机412中。这可以包括要由电镀系统的通道所使用的期望的模式(例如电压或电流)、期望的设定点(例如2.5A)及期望的持续时间(例如1分钟)。可以向电镀控制计算机320发送输入的工艺参数，电镀控制计算机320可以控制设备的时间敏感的电镀操作。

接下来，一般经由机器手，半导体处理设备可以将基板带到电镀腔室370并将其浸入电镀溶液中。电镀控制计算机320中的软件可以通过发送EtherCAT命令来控制PPS 360以导通PPS 360中的数字输出及模拟输出以传递期望的设定。数字输出DO控制操作模式(例如电流或电压)、范围(例如高范围电流或低范围电流)及功率递送状态(例如开或关)。模拟输出AO可以代表PPS 360应递送的期望的设定点电流或电压。电镀控制计算机320可以具有用于每个PPS 360的每个通道、模式及范围的校准表，考虑到每个特定通道的校准结果，这些校准表可以用来传递期望的设定点(例如以安培为单位的电镀电流)。所描述的方法可以包括查找校准表以根据在EtherCAT接口上接收的控制信息获得产生输出电控制信号的电路的对应操作点。储存在电镀控制计算机320或电镀子系统360中的任一者中的校准表可以用来将以安培或伏特为单位的用户编程的设定点转换为控制电路的对应操作设定点。这种转换可以在电镀控制计算机320中进行，其中EtherCAT接口信息是校准的设定点(例如DAC计数)，或者这种转换可以在电镀子系统中进行，其中EtherCAT接口信息是目标安培数或伏特数。

若PPS 360具有多个电流传感器，则在电镀控制计算机320中运行的软件可以基于期望的设定点及AC到DC功率块432的最小操作范围来针对工艺的每个步骤确定应使用哪个范围。例如，在使用高范围适当时，可以选择使电流通过高范围电流传感器441的控制，且可以关断使电流通过低范围传感器442的控制输入。

控制板440上的电路可以使用成熟的技术(例如比例-积分-微分控制(PID))来驱动AC到DC功率块432的控制引脚以使得反馈信号与设定点信号匹配。例如，为了实施用于高范围电流控制模式的PID控制的I项，可以将运算放大器电路447配置为产生控制输出02i＝k.sub.2f(A0-FBi)，其中FBi＝FB2i，来自高范围电流传感器441的高范围电流反馈信号，且A0是来自电镀控制计算机320的设定点信号。若数字输出(DO)发信号表示应使用电压控制模式而不是电流模式，则FBi＝FB3i，来自反馈感测电路450的电压反馈信号FB3i。运算放大器电路447可以使用运算放大器及模拟多路复用器来产生期望的控制信号。第一电流传感器及第二电流传感器(或高范围电流传感器及低范围电流传感器)可以产生分别指示在高范围操作及低范围操作期间的输出电控制信号的大小的反馈信号。

运算放大器电路447及运算放大器电路448可以实施在隔离电路446的任一侧上。

在PPS 360被要求递送具有小于AC到DC功率块432的最小操作范围的电流的电流模式时，或在期望低范围电流控制电路提供更准确的电镀结果时，选择使电流通过低范围电流传感器442的PPS控制信号，并关断使电流通过高范围电流传感器441的控制信号DO2p。在此模式下，可以使用两个单独的控制回路。一个回路可以包括运算放大器电路447，运算放大器电路447控制AC到DC功率块432向该一个或多个开关元件444中的低范围晶体管提供固定的漏极到源极电压(称为“宽限电压”)。在此模式下，运算放大器电路447可以使用宽限电压感测电路449来向AC到DC功率块432提供输出02i＝k.sub.hrf(k.sub.HRnorm-HRi)控制信号。k.sub.HRnorm的值可以是该一个或多个开关元件444正常操作的期望宽限电压，且HRi可以是来自宽限电压感测电路449的测得的宽限电压。

第二回路可以包括运算放大器电路448，运算放大器电路448可以控制该一个或多个开关元件444中的低范围晶体管，且运算放大器电路448可以充当AC到DC功率块432的后调节器以向针对较低电流最佳化的电流传感器引导其输出。电路运算放大器电路448可以使用成熟的控制技术进行控制。例如，为了实施用于低范围电流控制模式的PID控制的I项，01i＝k.sub.1f(A0-FBi)，其中FBi＝FB1i，低范围电流传感器读数，且A0是来自电镀控制计算机420的设定点信号。

控制板可以包含用来在范围之间转移时最小化瞬变的电路系统。对于在电镀工艺期间改变速率的半导体电镀而言，处理通常可以从较低的电镀电流开始，然后在工艺后期转移到较高的电镀电流。AC到DC功率块432可以为两个范围产生功率，但该一个或多个开关元件444可能需要一定压降(“宽限”)以进行正确的操作。举例来说，该一个或多个开关元件444可以由一个或多个晶体管(例如MOSFET晶体管)来实施。因此，出于此示例的目的，该一个或多个开关元件444也可以可互换地称为低范围晶体管。在低范围下操作时，这允许该一个或多个开关元件444中的低范围晶体管作出调整以将电流调节在期望的值，即使在AC到DC功率块不能准确地操作(或根本无法操作)于期望的输出时也是如此。AC到DC功率块432调整速度一般比该一个或多个开关元件444慢，所以在从低范围切换到高范围时，可能会设定低范围操作所需的宽限，使得AC到DC功率块432产生比后续的高范围步骤所需的电流高的电流。例如，若低范围电流是2.0安培且高范围电流是2.5安培，其中负载为1欧姆且宽限为3伏特，则所需的PPS输出电压是2×1＝2V。实现3V宽限的AC到DC功率块432的输出会是2V+3V＝5V。若单元立即切换到高范围，则预期的电流会是5V/1欧姆＝5A，这比期望的2.5A设定点还高。这会导致大于期望设定点的电流尖峰，直到AC到DC功率块432将其输出向下调整到高范围电流步骤所需的水平为止。

许多半导体电镀工艺对于大于设定点的电流比小于设定点的电流更敏感。为了减少在范围过渡期间的大于期望设定点的电流的可能性，可以使用用于高范围及低范围的电流控制的单独的控制DAC及电路。并且，可以提供用来选择低范围模式的期望宽限的电路。正常宽限设定k.sub.HRnorm为低范围晶体管提供了更多的裕度来控制输出。就在改变为高范围模式之前，可以选择较低的宽限设定k.sub.HRmin。这将AC到DC功率块432的输出减少到最小宽限水平(响应于负载改变而减少低范围晶体管的裕度而控制输出)。然后，在PPS控制器改变为高范围时，系统不太可能超越期望的设定点。

在低范围模式下，与AC到DC功率块相比，低范围晶体管可以对改变更快速地响应。可以将电路设计为与“小于设定点”条件相比对“大于设定点”条件更快速地反应，通常从工艺的角度来看，以及亦为了保护低范围晶体管免于由功率耗散极限引起的损伤，这都是合乎需要的。此外，在宽限降低到小于阈值水平时，控制电路的I项(积分项)响应速度会自动减慢。这允许在足够的宽限可用时快速响应，但会在宽限不足时减慢响应以遵循AC到DC功率块的响应。这可以防止在低范围控制电路中累积I项及在没有此特征的情况下会导致的后续过冲。

基于功率的宽限电压

如上所述地在低范围晶体管上维持宽限电压允许电路对跨负载的电压分布的改变作出响应。例如，若跨负载的电压分布开始于2V并上升到7V，则在低范围晶体管上维持足够的宽限电压因维持在低范围晶体管的宽限中的额外电压而允许电路通过允许负载上的电压比正常可能的情况还快地增大来响应。因此，宽限电压提供了允许电压响应曲线快速上升的益处。

若在低范围晶体管的宽限中维持额外电压是唯一的考量，则AC到DC功率块432可以单纯将跨低范围晶体管444的电压设定为最大值(例如24V)，这会允许负载上的电压快速上升到该范围中的任何电压水平。然而，使低范围晶体管444在非常高的电压下运作必定会产生耗散在低范围晶体管444中的大量功率。例如，在通过低范围晶体管444的电流开始增加时，可以将由低范围晶体管444耗散的功率定义为瞬时电流乘以瞬时电压。在低范围晶体管444上的宽限电压一直最大化时，随着电流增大，由低范围晶体管444耗散的生成功率可能非常高。这种功率可能耗散为控制板440中的热。在宽限电压不必要地高时，由低范围晶体管444耗散的热可能损伤低范围晶体管444、印刷电路板及/或其他邻近的部件。

在一些实施方式中，将在低范围晶体管上维持的宽限电压维持在大于负载上的操作电压的恒定水平下。例如，一些实施方式可以将AC到DC功率块432编程为在低范围晶体管444上维持比负载电压至少大3V的宽限电压。若负载上的电压为2V，则会将晶体管的电压维持在大约5V以维持3V的恒定宽限电压。若负载电压从2V上升到5V，则对于100ms的数量级的上升时间而言，3V的宽限电压会足以允许电压在不滞后的情况下增大。通过维持这种最小的恒定宽限电压，可以最小化由低范围晶体管444耗散的功率，同时仍然为跨负载的缓慢电压增大提供足够的宽限。

虽然维持恒定的宽限电压会减小低范围晶体管444中耗散的功率，但这通常不会提供足以支持跨负载的电压分布的快速增大的宽限电压。例如，上述的固定宽限电压不能支持明显小于100ms的上升时间。低范围晶体管444的输出会滞后于输出上期望的电压分布曲线，从而导致输出曲线中的不连续性。因此，难以在维持恒定的宽限电压的同时支持1ms的数量级的快速上升时间。

为了克服此技术挑战，本文中所述的实施方式在低范围晶体管中维持恒定的功率耗散。可以对通过低范围晶体管的电流及跨低范围晶体管的电压进行实时监测并将其相乘以产生低范围晶体管中的瞬时功率耗散。可以向用作对可调整电压源的反馈输入的电压差分放大器提供此功率耗散。宽限电压可以随着通过低范围晶体管的电流改变而动态地改变，而不是维持恒定的宽限电压。例如，在非常低的电流下，可以维持非常高的宽限电压，这是因为这两个项的乘积将导致相对较低的功率耗散。随着电流开始上升，宽限电压可以减小以维持此恒定的功率耗散。因为初始电压宽限大到足以支持负载上的输出电压的快速初始上升，所以此解决方案提供1ms的数量级的上升时间。

图5示出依据一些实施方式用于维持功率调节的宽限电压的电路。此电路可以在许多不同的应用中作为独立电路来操作以调节跨晶体管或开关级的宽限电压以维持该晶体管级中的恒定功率耗散。在一个特定的实施方式中，图5中所描绘的此电路的某些元件可以用来实施图4中所示出的控制板440的电路元件。该电路可以包括晶体管级544，且图4中的该一个或多个开关元件444可以使用晶体管级544中的一个或多个晶体管来实施。举例来说，可以使用诸如来自International

可以提供电压测量电路以测量跨晶体管级544的电压。在一些实施方式中，可以使用电压差分放大器549来实施电压测量电路以测量跨晶体管级544的电压。例如，电压差分放大器549可以接收两个输入，其中第一输入耦接到晶体管级544中的最后晶体管的漏极，且第二输入耦接到晶体管级544的起始源极。电压差分放大器549的输出可以是与跨晶体管级544的电压差成比例的缩放值，因此代表跨晶体管级544的电压。

除了测量跨晶体管级544的电压以外，该电路还可以包括测量通过晶体管级544的电流的电流测量电路。电流测量电路可以使用配置为产生与通过晶体管级544的电流成比例的电压的电压差分放大器542来实施。图6示出依据一些实施方式的电压差分放大器542的示例电路图，电压差分放大器542被配置为产生代表通过晶体管级544的电流的电压。可以将相对较小的电阻器602与晶体管级544串联安置。在图6的示例实施方式中，电阻器的值可以大约为0.1欧姆，且可以由来自Vishay的Y08560R10000F9W

回到图5，在电压差分放大器549的输出代表跨晶体管级544的瞬时电压，且电压差放大器542的电压输出代表通过晶体管级544的瞬时电流的情况下，电路中具备了测量标准功率的两个部件。可以向乘法器电路提供电压测量及电流测量，该乘法器电路产生这两个输入的乘积。在此特定示例中，乘法器电路可以由模拟乘法器575实施。模拟乘法器575可以使用诸如来自Analog

如本文中所使用的，在信号与电压、电流、功率或电路的其他电气特性成正比、成反比或可以以其他方式转换成电压、电流、功率或电路的其他电气特性时，该信号可以“代表”所指的电压、电流、功率或其他电气特性。例如，模拟乘法器575的缩放的电压输出可以是可以转换成瞬时功率耗散的电压。在另一个示例中，电压差分放大器549的输出可以代表跨晶体管级544的电压。即使电压差分放大器549的输出不会是跨晶体管级544的精确电压，它也与该电压成比例。类似地，电压差分放大器542的输出可以将通过晶体管级544的电流代表为与该电流成比例的电压。

测量晶体管级544的瞬时电压及电流的电压差分放大器542、549以及模拟乘法器575可以统称为功率测量电路581。然而，图5及图6中所示出的用于实施功率测量电路581的电路元件仅是通过示例的方式来提供的，且并不意味着是限制。可以使用许多其他类型的模拟/数字电路来测量晶体管级544中的瞬时功率耗散。例如，微控制器或微处理器可以从晶体管级544接收模拟电压/电流信号，并将那些信号转换成数字值。然后，微控制器或微处理器可以产生输出信号以控制可调整电压源532。在另一个示例中，功率测量集成电路可以从晶体管级544接收电压信号及/或电流信号，且可以输出可以用来直接控制可调整电压源532的信号。实施功率测量电路581的其他方法也落在此揭示内容的范围之内。

如本文中所使用的，用语“耦接到”可以描述彼此发送及接收电信号的电路元件。在将基于一个部件的输出的信号提供为对另一个部件的输入时，两个部件可以是电耦接的。例如，电压差分放大器549通过从晶体管级544接收电压信号而耦接到晶体管级544。类似地，电压差分放大器542通过从晶体管级544接收电流信号输出而耦接到晶体管级544。注意，两个部件可以通过附加部件耦接在一起。例如，电压差分放大器549耦接到电压差分放大器547，即使模拟乘法器575处理这两个部件之间的信号也是如此。

可以向计算两个信号之间的差异的差分电路提供模拟乘法器575的输出。可以使用另一个电压差分放大器547来实施不同的电路。电压差分放大器547的另一输入可以接收固定电压源580。固定电压源580可以代表要在晶体管级544中维持的目标功率耗散。可以将目标功率耗散表示为被缩放为与模拟乘法器575的缩放输出相应的电压。在图4的示例中，电压差分放大器547可以代表向AC到DC功率块432提供控制信号的运算放大器电路447，AC到DC功率块432可以实施图5中的可调整电压源532。电压差分放大器547的输出可以提供误差信号，该误差信号被转换成跨晶体管级544及负载576的输出DC电压。电压差分放大器547可以使用诸如来自Texas

可以从电压差分放大器548接收向晶体管级544施加的栅极电压。电压差分放大器548可以从I/O接口445接收代表通过负载576的目标电流的命令。可以向电压差分放大器548提供从电压差分放大器542接收的瞬时电流测量，电压差分放大器548的输出可以提供晶体管级544的栅极电压。调整晶体管级544上的栅极电压可以调节通过晶体管级544的电流量，直到它与命令中的目标电流值匹配为止。在图4的示例中，负载576可以代表上述的电镀腔室。

图7示出依据一些实施方式与恒定电压宽限控制系统相关联的下降时间的示例。在此示例中，如上面的先前实施方式中所描述，可以将晶体管上的电压的宽限维持在恒定值。在以0.9A下降大约15V时，测量上的下降时间704约为52.9ms。此外，电压的下降产生明显的过冲702。过冲702的不连续性可能导致电镀工艺中的异常效应。

图8示出依据一些实施方式与维持恒定功率耗散的可变电压宽限相关联的下降时间的示例。在此示例中，使用上面在图5中所描述的电路来将晶体管的宽限电压维持在恒定的功率耗散。在此情况下，在以1.0A下降大约15V时，下降时间804约为2.5ms。值得注意的是，这种较快的电压下降几乎不导致明显的过冲。因此，由图5的电路所提供的恒定功率耗散可以相关于快速的上升/下降时间有效减少电镀工艺中的不连续性。

图9示出依据一些实施方式的调节用于恒定功率耗散的宽限电压的方法900。该方法可以包括针对电镀系统中的负载维持晶体管级中的宽限电压(902)。如上所述，晶体管级可以包括一个或多个开关元件，例如串联及/或并联的MOSFET晶体管。负载可以代表向电镀系统提供以向基板或晶片添加金属层的电压/电流。宽限电压可以代表维持在比跨负载的电压还大的电压的跨晶体管级的电压。可以维持宽限电压以允许跨负载的电压以最小的上升时间及/或下降时间快速上升/下降。

该方法也可以包括测量晶体管级中的瞬时功率耗散(904)。晶体管级中的瞬时功率耗散可以使用如上面在图5及图6中详细描述的功率测量电路来测量。例如，瞬时功率耗散可以通过以下步骤来测量：测量跨晶体管级的电压，测量通过晶体管级的电流，及将这些值相乘以产生代表晶体管级中的瞬时功率耗散的信号。此信号可以是缩放电压，该缩放电压可以在数学上被转换成用于耗散的功率的值。瞬时功率耗散可以使用个别的IC部件、离散的板级部件、微处理器或微控制器及/或使用其他方法来测量/计算。

该方法可以附加性地包括产生代表晶体管级中的瞬时功率耗散与晶体管级中的目标功率耗散之间的差异的差异输出(906)。不同的信号可以由如上面在图5中所述的电压差分放大器所产生。目标功率耗散可以由固定电压源所代表，可以将该固定电压源与代表瞬时功率耗散的信号进行比较。也可以将目标功率耗散提供为可编程的输入，使得可以在运行时改变瞬时功率耗散。

该方法可以进一步包括使用差异输出来调整跨晶体管级及负载的电压，使得晶体管级中的宽限电压被调整以维持晶体管级中的目标功率耗散(908)。可以通过向可编程的AC到DC转换器提供差异输出来调整电压，该可编程的AC到DC转换器产生如上所述的跨负载及晶体管级的DC输出。

应理解，图9中所示出的特定步骤提供了依据各种实施方式控制电镀系统的晶体管级的宽限电压以维持目标功率耗散的特定方法。也可以依据替代性实施方式执行其他的步骤序列。例如，替代性实施方式可以以不同的顺序执行上面所概述的步骤。并且，图9中所示出的个别步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤可以以适合于个别步骤的各种序列执行。并且，可以取决于特定的应用而添加或移除额外的步骤。许多变型、变体及替代方案也落在此揭示内容的范围之内。

上述系统的各种部件可以通过包括用户界面计算机312及/或电镀控制计算机320的计算系统来实施。图10绘示示例性计算机系统1000，在该计算机系统中可以实施各种部件。系统1000可以用来实施上述计算机系统中的任一者。如图式中所示，计算机系统1000包括处理单元1004，处理单元1004经由总线子系统1002与多个周边子系统通信。这些周边子系统可以包括处理加速单元1006、I/O子系统1008、储存子系统1018及通信子系统1024。储存子系统1018包括有形的计算机可读取储存介质1022及系统存储器1010。

总线子系统1002提供让计算机系统1000的各种部件及子系统按预期彼此通信的机构。虽然将总线子系统1002示意性地示为单个总线，但总线子系统的替代性实施方式也可以利用多个总线。总线子系统1002可以是几种类型的总线结构中的任一者，其包括使用各种总线架构中的任一者的存储器总线或存储器控制器、周边总线及本地总线。例如，此类架构可以包括工业标准架构(ISA)总线、微通道架构(MCA)总线、增强的ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)本地总线、及周边元件互连(PCI)总线，可以将其实施为按照IEEEP1386.1标准制造的夹层(Mezzaninine)总线。

可以实施为一或更多个集成电路(例如常规的微处理器或微控制器)的处理单元1004控制计算机系统1000的操作。可以将一或更多个处理器包括在处理单元1004中。这些处理器可以包括单核心或多核心处理器。在某些实施方式中，可以将处理单元1004实施为一或更多个独立的处理单元1032及/或1034，其中每个处理单元中包括单核心或多核心处理器。在其他的实施方式中，也可以将处理单元1004实施为四核心处理单元，该四核心处理单元是通过将两个双核心处理器集成到单个芯片中来形成的。

在各种实施方式中，处理单元1004可以响应于程序代码执行各种程序，且可以维持多个并行执行的程序或过程。在任何给定的时间，要执行的程序代码中的一些或全部可以驻留在处理器1004中及/或储存子系统1018中。通过合适的编程设计，处理器1004可以提供上述的各种功能性。计算机系统1000可以附加性地包括处理加速单元1006，处理加速单元1006可以包括数字信号处理器(DSP)、特殊用途处理器及/或类似处理器。

I/O子系统1008可以包括用户界面输入元件及用户界面输出元件。用户界面输入元件可以包括键盘、诸如鼠标或轨迹球之类的指示元件、合并到显示器中的触控板或触控屏幕、滚轮、点选轮、拨号盘、按钮、开关、键板、具有语音命令辨识系统的音频输入元件、扬声器及其他类型的输入元件。用户界面输入元件可以包括例如诸如Microsoft

用户界面输入元件也可以包括但不限于三维(3D)鼠标、摇杆或指点杆、游戏手把和图形输入板及诸如扬声器、数字摄影机、数字摄录影机、可携式媒体播放器、网路摄影机、影像扫描器、指纹扫描器、条码读取器3D扫描器、3D打印机、激光测距仪及视线追踪元件之类的音频/视觉元件。此外，用户界面输入元件还可以包括例如诸如计算断层扫描、磁共振成像、正电子发射断层扫描、医疗超声波扫描元件之类的医疗成像输入元件。用户界面输入元件也可以包括例如诸如MIDI键盘、数字乐器等等之类的音频输入元件。

用户界面输出元件可以包括显示子系统、指示灯或诸如音频输出元件之类的非视觉显示器等等。显示子系统可以是阴极射线管(CRT)、平板元件(例如使用液晶显示器(LCD)或电浆显示器的平板元件)、投影元件、触控屏幕等等。一般而言，用语“输出元件”的使用旨在包括所有用于从计算机系统1000向使用者或其他计算机输出信息的可能类型的元件及机构。例如，用户界面输出元件可以包括但不限于在视觉上传达文字、图形及音频/视频信息的各种显示元件，例如监视器、打印机、扬声器、耳机、汽车导航系统、绘图仪、语音输出元件及调制解调器。

计算机系统1000可以包括储存子系统1018，储存子系统1018包括示为当前位在系统存储器1010内的软件构件。系统存储器1010可以储存在处理单元1004上可加载且可执行的程序指令以及在执行这些程序的期间产生的数据。

取决于计算机系统1000的配置及类型，系统存储器1010可以是易失性的(例如随机存取存储器(RAM))及/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、快闪存储器等等)。RAM一般包含数据及/或程序模块，其是处理单元1004立即可存取的及/或当前正由处理单元1004操作及执行。在一些实施方式中，系统存储器1010可以包括多个不同类型的存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)或动态随机存取存储器(DRAM)。在一些实施方式中，一般可以将包含例如在开机期间帮助在计算机系统1000内的元件之间传输信息的基本程序的基本输入/输出系统(BIOS)储存在ROM中。通过示例且非限制的方式，系统存储器1010也示出应用程序1012(其可以包括客户端应用程序、网页浏览器、中间层应用程序、关系数据库管理系统(RDBMS)等等)、程序数据1014及操作系统1016。通过示例的方式，操作系统1016可以包括各种版本的Microsoft

储存子系统1018也可以提供有形的计算机可读取储存介质以供储存提供一些实施方式的功能性的基本程序设计和数据构造。可以将在由处理器执行时提供上述功能性的软件(程序、代码模块、指令)储存在储存子系统1018中。可以由处理单元1004执行这些软件模块或指令。储存子系统1018也可以提供用于储存依据一些实施方式使用的数据的储存库。

储存子系统1000也可以包括计算机可读取储存介质读取器1020，其可以进一步连接到计算机可读取储存介质1022。与系统存储器1010一起且可选地与该系统存储器组合，计算机可读取储存介质1022可以综合表示远程、本地、固定及/或可移除的储存元件加上用于暂时地及/或更永久地容纳、储存、传送及撷取计算机可读取信息的储存介质。

包含代码、或代码的部分的计算机可读取储存介质1022也可以包括任何适当的介质，包括储存介质及通信介质，例如但不限于以用于储存及/或传输信息的在任何方法或技术中实施的易失性及非易失性、可移除及不可移除的介质。这可以包括有形的计算机可读取储存介质，例如RAM、ROM、电子可抹除可编程ROM(EEPROM)、快闪存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)或其他光学储存器、磁盒、磁带、磁盘储存器或其他磁性储存元件或其他有形的计算机可读取介质。这也可以包括无形的计算机可读取介质，例如数据信号、数据传输或可以用来传送期望的信息且可以由计算系统1000所存取的任何其他介质。

通过示例的方式，计算机可读取储存介质1022可以包括从不可移除、非易失性的磁性介质读取或向该磁性介质写入的硬盘驱动器、从可移除、非易失性的磁盘读取或向该磁盘写入的磁盘驱动器及从诸如CD ROM、DVD、及

通信子系统1024提供对其他计算机系统及网络的接口。通信子系统1024用作用于从其他系统接收数据及从计算机系统1000向其他系统传送数据的接口。例如，通信子系统1024可以允许计算机系统1000经由互联网连接到一或更多个元件。在一些实施方式中，通信子系统1024可以包括用于存取无线语音及/或数据网络(例如使用蜂窝电话技术、先进数据网络技术(例如3G、4G、或EDGE(用于全球演进的增强数据速率))、WiFi(IEEE 802.11家族标准)或其他的移动通信技术、或上述项目的任何组合来存取)的射频(RF)收发器部件、全球定位系统(GPS)接收器部件、及/或其他的部件。在一些实施方式中，通信子系统1024可以附加于或替代无线接口提供有线网络连通性(例如乙太网)。

在一些实施方式中，通信子系统1024也可以代表可以使用计算机系统1000的一或更多个使用者接收呈结构化及/或未结构化的数据馈送1026、事件流1028、事件更新1030等等的形式的输入通信。

通过示例的方式，可以将通信子系统1024配置为从社群网络的使用者及/或诸如

此外，还可以将通信子系统1024配置为接收呈可以包括实时事件的事件流1028及/或事件更新1030的连续数据流的形式的数据，该数据的本质可以是连续或无界的且没有明确的终点。产生连续数据的应用程序的示例可以包括例如传感器数据应用程序、金融股票、网络性能测量工具(例如网络监测和交通管理应用程序)、点选流分析工具、汽车交通监测等等。

也可以将通信子系统1024配置为向一或更多个数据库输出结构化及/或未结构化的数据馈送1026、事件流1028、事件更新1030等等，该一或更多个数据库与耦接到计算机系统1000的一或更多个串流数据源计算机通信。

计算机系统1000可以是各种类型中的一者，包括手持可携式元件(例如

由于计算机及网络不断改变的本质，图中所描绘的计算机系统1000的说明仅旨在作为特定的示例。与图中所描绘的系统相比具有更多或更少的部件的许多其他配置是可能的。例如，也可以使用定制的硬件及/或可以用硬件、固件、软件(包括小应用程序)或组合来实施特定的元件。进一步地，可以采用对其他计算元件(例如网络输入/输出元件)的连接。基于本文中所提供的揭示内容及教示，应可以理解实施各种实施方式的其他方式及/或方法。

在前述说明中，可以将用语“约”解读为意味着所述的值的10％以内。例如，可以将约10.0V解读为9.0V与11.0V之间的范围。可以将用语“实质上”解读为意味着值的至少约90％。例如，可以将实质填充区域解读为填充区域的约90％。

在前述说明中，出于解释的目的，阐述了许多具体的细节以提供对各种实施方式的透彻了解。然而，将理解，可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实行一些实施方式。在其他的情况下，用方块图的形式示出众所周知的结构及元件。

前述说明仅提供了示例性实施方式，且不旨在限制本揭示内容的范围、可适用性或配置。而是，各种实施方式的前述说明将提供用于实施至少一个实施方式的可行揭示内容。应了解，在不脱离如随附权利要求书中所阐述的一些实施方式的精神及范围的情况下，可以对元件的功能及布置作出各种改变。

在前述说明中给定了具体的细节以提供对实施方式的透彻了解。然而，将了解，可以在没有这些具体细节的情况下实行实施方式。例如，可能将电路、系统、网络、过程、及其他元件用方块图的形式示为元件以便不会用不必要的细节使实施方式模糊。在其他的情况下，可能在没有不必要的细节的情况下示出众所周知的电路、过程、演算法、结构、及技术以避免使实施方式模糊。

并且，应注意，可能将个别的实施方式描述为过程，该过程被描绘为流程图、数据流程图、结构图、或方块图。虽然流程图可能将操作描述为顺序的过程，但也可以平行或并行地执行许多操作。此外，可以重新布置操作的顺序。在过程的操作完成时，过程终止，但可以具有不包括在图中的额外步骤。过程可以与方法、函数、程序、子例程、子程式等等对应。在过程与函数对应时，过程的终止可以与该函数向调用函数或主函数进行回传对应。

用语“计算机可读取介质”包括但不限于可携式或固定的储存元件、光学储存元件、无线通道、及能够储存、容纳、或携带指令及/或数据的各种其他介质。代码段或机器可执行指令可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类别、或指令、数据结构、或程序语句的任何组合。可以通过传递及/或接收信息、数据、自变量、参数、或存储器内容将代码段耦接到另一个代码段或硬件电路。可以经由包括存储器共用、信息传递、令牌传递、网络传输等等的任何合适的手段传递、递送、或传送信息、自变量、参数、数据等等。

并且，可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或上述项目的任何组合来实施实施方式。在用软件、固件、中间件或微代码实施时，可以将用来执行必要任务的程序代码或代码段储存在机器可读取介质中。处理器可以执行必要的任务。

在前述说明书中，参照其特定实施方式来描述特征，但应认识到，并非所有实施方式都限于此。可以个别地或共同地使用一些实施方式的各种特征及方面。进一步地，在不脱离本说明书的较广精神及范围的情况下，可以在本文中所述的那些环境及应用之外的任何数量的环境及应用中利用实施方式。因此，要将本说明书及附图认为是说明性而不是限制性的。

此外，出于说明的目的，以特定的顺序描述方法。应理解，在替代实施方式中，可以以与所述的顺序不同的顺序执行方法。也应理解，上述的方法可以由硬件元件执行或可以用机器可执行指令的序列来实施，这些机器可执行指令可以用来使机器(例如用指令编程的通用或特殊用途处理器或逻辑电路)执行方法。可以将这些机器可执行指令储存在一或更多个机器可读取介质(例如CD-ROM或其他类型的光盘、软盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光学卡、闪存或适于储存电子指令的其他类型的机器可读取介质)上。或者，可以通过硬件与软件的组合来执行方法。