DE102011076404A1

DE102011076404A1 - Verfahren zur Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung an die Impedanz einer Plasmalast und Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung

Info

Publication number: DE102011076404A1
Application number: DE201110076404
Authority: DE
Inventors: Rolf Merte
Original assignee: Huettinger Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: US20140145636A1; EP2719262A2; US9111718B2; DE102011076404B4; WO2012159620A2; WO2012159620A3

Abstract

Ein Verfahren zur Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1) an die Impedanz einer Plasmalast (2) umfasst die Verfahrensschritte: a. Erzeugen eines Hochfrequenzsignals mittels eines Hochfrequenzsignalerzeugers (6); b. In einem ersten Impedanzanpassungsmodus Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1) ausschließlich durch Veränderung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals; c. Überwachen der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals dahingehend, ob sie sich in einem vorgegebenen Frequenzbereich befindet; c. wenn sich die Frequenz außerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs befindet, in einem zweiten Impedanzanpassungsmodus Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1) durch mechanische und/oder elektrische Veränderung einer dem Hochfrequenzsignalerzeuger (6) nachgeschalteten Schaltung (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung an die Impedanz einer Plasmalast und eine Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung.
Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnungen erzeugen in der Regel ein hochfrequentes Leistungssignal bei einer Frequenz > 3 MHz, um damit ein Plasma in einer Plasmakammer anzuregen und aufrecht zu erhalten. Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnungen weisen in der Regel einen Hochfrequenzgenerator bzw. Hochfrequenzsignalerzeuger auf. Dem Hochfrequenzsignalerzeuger ist häufig ein Impedanzanpassungsnetzwerk nachgeschaltet, um die Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzsignalerzeugers auf die Impedanz der Plasmalast anzupassen.
Impedanzanpassungsnetzwerke sind in der Regel außerhalb des Hochfrequenzsignalerzeugers angeordnet. In der Regel wird die Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzsignalerzeugers auf 50 Ω eingestellt, so dass dieser über übliche Hochfrequenzkabel an das Impedanzanpassungsnetzwerk angeschlossen werden kann. Das Impedanzanpassungsnetzwerk passt die Impedanz der Plasmalast an den 50 Ω Anschluss des Hochfrequenzsignalerzeugers an.
Impedanzanpassungsnetzwerke weisen häufig Kondensatoren auf, deren Kapazitätswert mechanisch verstellbar ist, indem eine Kondensatorplatte bewegt wird. Eine Impedanzanpassung erfolgt daher relativ langsam.
Außerdem ist im Stand der Technik der Aufwand relativ hoch, um die Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzsignalerzeugers auf 50 Ω einzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Impedanzanpassung bereit zu steilen, welches zum einen mit wenigen Bauteilen durchgeführt werden kann und zum anderen eine schnelle Impedanzanpassung ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung an die Impedanz einer Plasmalast, umfassend die Verfahrensschritte:

a. Erzeugen eines Hochfrequenzsignals mittels eines Hochfrequensignalerzeugers;
b. In einem ersten Impedanzanpassungsmodus Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung ausschließlich durch Veränderung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals;
c. Überwachen der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals dahingehend, ob sie sich in einem vorgegebenen Frequenzbereich befindet;
d. wenn sich die Frequenz außerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs befindet, in einem zweiten Impedanzanpassungsmodus Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung durch mechanische und/oder elektrische Veränderung einer dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschalteten Schaltung.

Erfindungsgemäß erfolgt die Impedanzanpassung also zweistufig. Die Veränderung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals führt zu einer Veränderung der Ausgangsimpedanz. Durch Veränderung Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung der Frequenz des Hochfrequenzsignals kann eine sehr schnelle Änderung der Ausgangsimpedanz bewirkt werden. Solange sich die Frequenz des Hochfrequenzsignals in einem vorgegebenen Frequenzbereich befindet, der geeignet ist, ein Plasma zu erzeugen und aufrecht zu erhalten, kann daher alleine durch die Veränderung der Frequenz des Hochfrequenzsignals eine Impedanzanpassung durchgeführt werden. Wenn die Frequenz jedoch so verändert werden muss, dass für eine Impedanzanpassung an die Plasmalast die Frequenz außerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegt, wird eine zweite Stufe der Impedanzanpassung durchgeführt. In diesem Fall wird durch eine dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschaltete Schaltung eine Impedanzanpassung durchgeführt. Diese Art der Impedanzanpassung muss relativ selten durchgeführt werden, weshalb diese Art der Impedanzanpassung auch etwas langsamer erfolgen kann. Wenn durch die Veränderung der nachgeschalteten Schaltung bewirkt wird, dass eine Impedanzanpassung wieder (ausschließlich) durch Frequenzvariation in einem für die Plasmaerzeugung oder -aufrechterhaltung geeigneten Frequenzbereich durchgeführt werden kann, erfolgt die Impedanzanpassung wieder ausschließlich über Veränderung der Frequenz des Hochfrequenzsignals.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ohne die zwischengeschaltete Impedanzanpassung auf einen Wert von 50 Ω auszukommen. Eine ausschließliche Impedanzanpassung durch Frequenzveränderung und bedarfsweiser Veränderung der nachgeschalteten Schaltung, kann eine Impedanzanpassung durchgeführt werden.
Die Impedanzanpassung kann im zweiten Impedanzanpassungsmodus durchgeführt werden, bis die Frequenz des Hochfrequenzsignals in einem zulässigen Frequenzbereich ist und anschließend kann die Impedanzanpassung im ersten Impedanzanpassungsmodus durchgeführt werden. Hierbei wird wieder überwacht, ob die Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals in einem vorgegebenen Frequenzbereich liegt. Der vorgegebene Frequenzbereich kann dabei derselbe Frequenzbereich sein, der verwendet wurde, ehe die Impedanzanpassung im zweiten Impedanzanpassungsmodus durchgeführt wurde. Es kann aber auch ein anderer Frequenzbereich vorgegeben werden. Beispielsweise kann der Frequenzbereich vorgegeben werden, der im zweiten Impedanzanpassungsmodus als zulässiger Frequenzbereich verwendet wurde. Der zulässige Frequenzbereich kann auch dem vorgegebenen Frequenzbereich entsprechen, der verwendet wurde, ehe der zweite Impedanzanpassungsmodus durchgeführt wurde.
Das Hochfrequenzsignal kann mittels eines sich selbst anregenden Hochfrequenzsignalerzeugers erzeugt werden, wobei sich die Frequenz des Hochfrequenzsignals automatisch in Abhängigkeit von der Plasmalast einstellt. Bei einem sich selbst anregenden Hochfrequenzsignalerzeuger kann der Ausgang des Hochfrequenzsignalerzeugers über ein Rückkoppelnetzwerk auf den Eingang des Hochfrequenzsignalerzeugers gekoppelt sein. Das Rückkoppelnetzwerk leitet einen Teil der Leistung des erzeugten Hochfrequenzsignals am Ausgang des Hochfrequenzsignalerzeugers an seinen Eingang zurück. Die Phasenlage und Amplitude des Rückkoppelsignals kann so eingestellt werden, dass es zu einer positiven Rückkopplung kommt und der Hochfrequenzsignalerzeuger eine Leistung mit stabiler Amplitude erzeugt. Die Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals kann also in Abhängigkeit von der Impedanz der Plasmalast automatisch, d. h. unabhängig von einem externen Taktsignal, eingestellt werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, über eine Regelung oder Steuerung die Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals aktiv einzustellen. Dies wäre jedoch mit erhöhtem Schaltungs- und Regelaufwand verbunden.
Wie erwähnt, kann ein Teil der vom Hochfrequenzsignalerzeuger erzeugten Hochfrequenzleistung über ein Rückkoppelnetzwerk an den Eingang des Hochfrequenzsignalerzeugers gekoppelt werden. Auf diese Weise kann sich der Hochfrequenzsignalerzeuger sehr schnell auf die erforderliche Frequenz einstellen. Insbesondere erfolgt diese Einstellung viel schneller im Vergleich zu einer Messung und Digitalisierung von die Impedanz der Plasmalast beschreibenden Signalen und nachfolgender digitaler Steuerung des Hochfrequenzsignalerzeugers. Beispiele für sich selbst anregende Hochfrequenzsignalerzeuger sind beschrieben in: „Tietze, Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik", 9. Auflage 1991, Seiten 459 bis 466. Dort werden die Hochfrequenzsignalerzeuger auch als „Signalgeneratoren-LC-Oszillatoren” bezeichnet.
Der zweite Impedanzanpassungsmodus kann durchgeführt werden, wenn die Frequenz mehr als 10% von einer vorgegebenen Grundfrequenz abweicht. Auf diese Art und Weise kann die Grundfrequenz relativ konstant gehalten werden. Frequenzänderungen bleiben gering. Somit bleibt die Beeinflussung des Plasmaprozesses durch eine Änderung der Frequenz des Hochfrequenzsignals gering. Dies führt zu homogenen Plasmaprozessen.
Im zweiten Impedanzanpassungsmodus kann zumindest eine Reaktanz der nachgeordneten Schaltung mechanisch zu- oder von dieser weg geschaltet werden. Dies ist vorteilhaft für große Kapazitätsänderungen der nachgeordneten Schaltung. Dies kann insbesondere bei großen, jedoch eher seltenen Lastwechseln vorteilhaft sein.
Weiterhin kann im zweiten Impedanzanpassungsmodus zumindest eine Reaktanz der nachgeordneten Schaltung elektronisch zu- oder von dieser weg geschaltet werden. Dieses Vorgehen ist besonders vorteilhaft für kleine Kapazitätsänderungen. Durch das elektronische Zu- oder Wegschalten kann die Kapazitätsänderung sehr viel schneller herbeigeführt werden. Wenn sowohl eine mechanische als auch eine elektronische Zu- oder Wegschaltung einer Reaktanz vorgesehen ist, ergeben sich besondere Vorteile. Sowohl große als auch geringe Lastwechsel kommen bei Plasmalasten häufig vor. Für beide Fälle kann eine optimale Impedanzanpassung durchgeführt werden.
Im zweiten Impedanzanpassungsmodus kann die Kapazität zumindest eines Kondensators der nachgeordneten Schaltung verändert werden. Beispielsweise kann dies durch eine mechanische Verstellung zumindest einer Kondensatorplatte des Kondensators erfolgen. Hierdurch wird eine stufenlose Änderung der Kapazität und damit der Ausgangsimpedanz ermöglicht. Dadurch kann ein sehr enger Frequenzbereich des Hochfrequenzsignals gehalten werden. Insbesondere kann der Frequenzbereich nahezu konstant gehalten werden.
Das durch den Hochfrequenzsignalerzeuger erzeugte Hochfrequenzsignal kann direkt, ohne Verwendung eines auf 50 Ω abgestimmten Hochfrequenzkabels, der Last zugeführt werden. Dadurch ist es möglich, die Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung sehr nahe an der Plasmakammer zu montieren bzw. anzuordnen. Dies ist insbesondere durch niedrige Verluste und damit geringere Kühlungsmaßnahmen möglich. Auch die kleinere Bauweise begünstigt eine solche Anordnung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere eine Mehrfach-Impedanz-Wandlung vermieden werden. Insbesondere muss nicht von einer Kochfrequenzsignalerzeugerimpedanz auf eine Kabelimpedanz und dann auf eine Plasmaimpedanz transformiert werde. Die Ausgangsimpedanz des der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung kann direkt auf die Plasmaimpedanz transformiert werden.
Der Hochfrequenzsignalerzeuger kann elektrische Schalter aufweisen und im Schaltbetrieb betrieben werden, Dadurch können geringe Verluste gegenüber im Verstärkerbetrieb arbeitenden Hochfrequenzsignalerzeugern realisiert werden. Dies ermöglicht auch die Anbringung der Hochfrequenzsignalanregungsanordnung nahe an der Plasmakammer. Dadurch kann die Mehrfachimpedanzwandlung vermieden werden.
Der Hochfrequenzsignalerzeuger kann im Schaltbetrieb betrieben werden. Das bedeutet, es werden anstatt verstärkender Vakuumröhren oder verstärkender Transistoren, schaltende Elemente (Schalter), insbesondere im Schaltbetrieb arbeitende Transistoren oder Transistormodule, eingesetzt. Dadurch kann die Verlustenergie verkleinert werden. Eine Montage nah an der Plasmakammer kann so vereinfacht werden, weil weniger Verlustenergie abgeführt werden muss. Die Schalter können bei Spannungen < 50% der den Hochfrequenzsignalerzeuger versorgenden Spannung eingeschaltet werden. Hochfrequenzsignalerzeuger werden in der Regel durch eine Gleichspannung mit Leistung versorgt. Diese Spannung, die auch Zwischenkreisspannung genannt wird, liegt bei Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnungen zur Versorgung von Plasmalasten häufig zwischen 100 und 800 V. Durch Reaktanzen der Last zusammen mit der Impedanzanpassung und eventuell weiteren Reaktanzen, liegt an den Schalten aber häufig eine deutlich höhere und bei geeigneter Ansteuerung auch deutlich niedrigere Spannung an. Sorgt man durch die richtige Einstellung dafür, dass beim Einschalten die Spannung < 50% als die Zwischenkreisspannung ist, so können die Verluste in den Schaltern gering gehalten werden. Dadurch werden die Schalter wenig beansprucht, was die Lebensdauer erhöht. Außerdem muss ein geringerer Aufwand für die Kühlung betrieben werden.
Der Hochfrequenzsignalerzeuger kann im Schaltbetrieb betrieben werden und die Schalter können bei Spannungen > 5% der den Hochfrequenzsignalerzeuger versorgenden Spannung eingeschaltet werden. Insbesondere bei Plasmalasten kann es zu sehr schnellen Lastwechseln kommen. Wenn im abgestimmten Bereich genau bei einer Spannung von Null Volt über den Schaltern geschaltet würde, wären die Verluste minimal. Allerdings könnte es bei einem Lastwechsel zu einem Schalten bei negativer Spannung kommen. Das kann unter Umständen für die Schalter schädlich sein oder zu sehr viel höherer Verlustenergieerzeugung in den Schaltern führen. Um eine ausreichende Reserve und sichere Beherrschung solcher Lastwechsel sicherzustellen, ist es vorteilhaft, bei Spannungen > 0 Volt, insbesondere > 5% der den Hochfrequenzsignalerzeuger versorgenden Gleichspannung einzuschalten.
Der vorgegebene Frequenzbereich kann durch einen Benutzer einstellbar sein. Dadurch wird das Verfahren besonders bedienerfreundlich. Auch eine den Plasmaprozessen sehr gut angepasste Einstellung, insbesondere bei der Inbetriebnahme neuer Plasmaprozesse, ist möglich.
Außerdem ist es denkbar, dass der vorgegebene Frequenzbereich automatisch eingestellt wird. Dies ist insbesondere bei der Inbetriebnahme bekannter Plasmaprozesse vorteilhaft.
Der vorgegebene Frequenzbereich kann in Abhängigkeit der nachgeschalteten Schaltung automatisch eingestellt werden. Dadurch können Erkenntnisse über die Plasmalast und die nachgeschaltete Schaltung in die Einstellung des Frequenzbereichs einfließen. Hierdurch wird eine verbesserte Prozessführung möglich.
Weiterhin kann der vorgegebene Frequenzbereich fuzzy-geregelt werden. Dadurch kann sowohl auf langsame als auch schnelle Laständerungen entsprechend sanft reagiert werden.
Der vorgegebene Frequenzbereich kann mit Hysterese geregelt werden. Insbesondere, wenn die Veränderung der nachgeschalteten Schaltung durch Umschalten von Reaktanzen erfolgt, ist eine Hystereseregelung vorteilhaft, um bei einer Plasmalast, die einen Betrieb nahe an einem Ende des vorgegebenen Frequenzbereichs bewirkt, ein zu häufiges Wechseln zwischen erstem und zweitem Impedanzanpassungsmodus zu verhindern.
Die Last kann zusammen mit der nachgeschalteten Schaltung eine Resonanzfrequenz aufweisen und die Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals kann gleich oder unterhalb der Resonanzfrequenz eingestellt werden. Dadurch kann eine besonders verlustarme und wenig belastende Ansteuerung der Schaltelemente des Hochfrequenzsignalerzeugers erfolgen.
Die Überwachung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals und die mechanische und/oder elektrische Veränderung der dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschalteten Schaltung kann mittels eines Reglers erfolgen, bei dem über eine elektronische Schnittstelle die Einstellung des Frequenzbereichs erfolgt. Dadurch ergibt sich eine besondere Bedienerfreundlichkeit. Außerdem ist eine Anpassung auf eine Vielzahl von vielen unterschiedlichen Plasmalasten möglich.
Es kann eine Erkennung der Impedanz der Plasmalast erfolgen und der vorgegebene Frequenzbereich kann abhängig von der Plasmalast automatisch verändert werden. Dadurch kann ein nicht oder teilweise gezündetes Plasma erkannt werden. Der Frequenzbereich kann dann so eingestellt werden, dass ein vollständiges Zünden des Plasmas erreicht werden kann.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zum Zünden und Betreiben einer Plasmalast mit einer Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung, bei dem bei Erkennung eines gezündeten Plasmas ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Impedanzanpassung durchgeführt wird und beim Erkennen eines nicht gezündeten Plasmas die mechanische und/oder elektrische Veränderung einer dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschalteten Schaltung unterbunden wird und/oder die Frequenz des Hochfrequenzsignals auf eine bestimmte Frequenz eingestellt wird. Erfolgt dann weiterhin kein Zünden des Plasmas, können sequentiell weitere Frequenzen für das erzeugte Hochfrequenzsignal eingestellt werden, bis ein Zünden erfolgt. So kann ein sicheres Zünden ermöglicht werden. Gleichzeitig kann verhindert werden, dass die Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung vergeblich nach einer geeigneten Anpassung sucht, während das Plasma noch nicht gezündet ist. Die bestimmten Frequenzen können fest vorgegeben sein oder vom Benutzer vorgegeben werden. Es ist auch möglich, die Frequenzen automatisch in Abhängigkeit einer ermittelten Impedanz, reflektierten Leistung oder eines Oberwellenspektrums einzustellen. Diese Maßnahmen können ein sicheres Zünden und eine anschließend sichere und schnelle Impedanzanpassung sicherstellen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung zur Versorgung einer Plasmalast mit einem Hochfrequenzsignal, umfassend einen Hochfrequenzsignalerzeuger zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals, eine dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschaltete Schaltung und eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals, wobei die Überwachungseinrichtung die nachgeschaltete Schaltung zur Veränderung der Impedanz der nachgeschalteten Schaltung ansteuert, wenn die Frequenz des Hochfrequenzsignals einen vorgegebenen Frequenzbereich verlässt. Mit einer solchen Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung kann das erfindungsgemäße Verfahren implementiert werden.
Der Ausgang des Hochfrequenzsignalerzeugers kann insbesondere über ein Rückkoppelnetzwerk auf den Eingang des Hochfrequenzsignalerzeugers gekoppelt sein, Das Rückkoppelnetzwerk leitet einen Teil der Leistung des erzeugten Hochfrequenzsignals am Ausgang des Hochfrequenzsignalerzeugers an seinen Eingang zurück. Die Phasenlage und Amplitude des Rückkoppelsignals kann so eingestellt werden, dass es zu einer positiven Rückkopplung kommt und der Hochfrequenzsignalerzeuger eine Leistung mit stabiler Amplitude erzeugt. Eine externe Einstellung der Frequenz des Hochfrequenzsignals ist nicht notwendig.
Der Hochfrequenzsignalerzeuger kann an eine Gleichstromquelle angeschlossen und im Schaltbetrieb betrieben sein. Dadurch kann die Verlustleistung reduziert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine stark schematisierte Darstellung einer an eine Plasmalast angeschlossenen Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung;
2 ein erstes Flussdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein zweites Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Zünden und Betreiben einer Plasmalast.
Die 1 zeigt eine Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung 1, die an eine Plasmalast 2 angeschlossen ist. Die Verbindung 3 ist eine sehr kurze Verbindung. Insbesondere handelt es sich bei der Verbindung 3 nicht um ein auf 50 Ω abgestimmtes Hochfrequenzkabel. Die Plasmalast 2 ist direkt, d. h. unmittelbar, an die Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung 1 angeschlossen.
Die Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung 1 weist eine Gleichstromquelle 4 auf, die an einen Netzanschluss 5 angeschlossen ist. Die Gleichstromquelle 4 versorgt einen Hochfrequenzsignalerzeuger 6 mit einer Gleichspannung. Der Hochfrequenzsignalerzeuger 6 weist vorzugsweise ein oder mehrere schaltende Elemente (Schalter) auf und kann im Schaltbetrieb betrieben werden. Weiterhin ist vorteilhafterweise der Ausgang 7 des Hochfrequenzsignalerzeugers auf den Eingang 8 rückgekoppelt. Dadurch ist eine Selbstanregung möglich. Insbesondere kann auf diese Art und Weise eine automatische Einstellung der Frequenz des vom Hochfrequenzsignalerzeuger 6 erzeugten Hochfrequenzsignals erfolgen.
Ändert sich die Impedanz der Plasmalast 2, so kann in einem ersten Impedanzanpassungsmodus eine Impedanzanpassung lediglich dadurch erfolgen, dass die Frequenz des vom Hochfrequenzsignalerzeuger 6 erzeugten Hochfrequenzsignals verändert wird. Dadurch ändert sich nämlich die Ausgangsimpedanz am Ausgang 9 der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung 1. Durch eine Überwachungseinrichtung 10, die als Regler ausgebildet sein kann, wird die Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals überwacht. Stellt die Überwachungseinrichtung 10 fest, dass die Frequenz des Hochfrequenzsignals einen vorgegebenen Frequenzbereich verlässt, so wird eine dem Hochfrequenzsignalerzeuger 6 nachgeschaltete Schaltung 11, die auch als Impedanzanpassungsnetzwerk bezeichnet werden kann, mechanisch und/oder elektrisch verändert, so dass sich auch die Impedanz am Ausgang 9 verändert. Dies erfolgt so lange, bis durch eine Frequenzänderung des Hochfrequenzsignals wieder eine ausschließliche Impedanzanpassung an die Impedanz der Plasmalast 2 erfolgen kann.
Diese Verfahrensweise ist nachfolgend mit Bezug zu der 2 nochmals erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird ein Hochfrequenzsignal mittels eines Hochfrequenzsignalerzeugers erzeugt.
In einem ersten Impedanzanpassungsmodus wird im Verfahrensschritt 101 eine Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung ausschließlich durch Veränderung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals durchgeführt. Im Verfahrensschritt 102 wird überwacht, ob die Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals in einem vorgegebenen Frequenzbereich liegt. Liegt sie in einem vorgegebenen Frequenzbereich, wird zum Verfahrensschritt 101 zurückgesprungen. Liegt die Frequenz jedoch außerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs, wird in den Verfahrensschritt 103 übergegangen. Dort wird in einem zweiten Impedanzanpassungsmodus eine Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung durch mechanische und/oder elektrische Veränderung einer dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschalteten Schaltung durchgeführt, bis sich die Frequenz des Hochfrequenzsignals wieder in einem zulässigen Frequenzbereich findet. Ist dies der Fall, wird wieder in den Verfahrensschritt 101 übergegangen.
In der 3 wird ein Verfahren zum Zünden und Betreiben einer Plasmalast mit einer Hochfrequenzversorgungsanordnung erläutert. Zunächst wird in einem Verfahrensschritt 200 ein Hochfrequenzsignal erzeugt. Im Verfahrensschritt 201 wird überprüft, ob das Plasma in der Plasmakammer gezündet ist, also eine Plasmalast vorliegt. Wird dies bejaht, so wird dem Pfeil 202 folgend in das Verfahren gemäß Block 203 übergegangen, wobei das Verfahren im Block 203 dem in der 2 beschriebenen Verfahren ab dem Verfahrensschritt 101 entspricht. Wird im Verfahrensschritt 201 jedoch erkannt, dass ein Plasma nicht gezündet ist, wird zum Verfahrensschritt 204 übergegangen. Dort wird die nachgeschaltete Schaltung mechanisch und/oder elektrisch verändert, so dass diese eine andere Impedanz aufweist und/oder es wird die Frequenz des Hochfrequenzsignals auf eine bestimmte Frequenz eingestellt wird. Im Schritt 205 wird erneut geprüft, ob das Plasma gezündet ist oder nicht. Ist es gezündet, wird in den Block 203 übergegangen. Ist es nicht gezündet, wird erneut in den Verfahrensschritt 204 übergegangen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Tietze, Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik”, 9. Auflage 1991, Seiten 459 bis 466 [0012]

Claims

Verfahren zur Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz einer Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1) an die Impedanz einer Plasmalast (2), umfassend die Verfahrensschritte: a. Erzeugen eines Hochfrequenzsignals mittels eines Hochfrequenzsignalerzeugers (6); b. In einem ersten Impedanzanpassungsmodus Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1) ausschließlich durch Veränderung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals; c. Überwachen der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals dahingehend, ob sie sich in einem vorgegebenen Frequenzbereich befindet; d. wenn sich die Frequenz außerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs befindet, in einem zweiten Impedanzanpassungsmodus Impedanzanpassung der Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1) durch mechanische und/oder elektrische Veränderung einer dem Hochfrequenzsignalerzeuger (6) nachgeschalteten Schaltung (11).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzanpassung im zweiten Impedanzanpassungsmodus durchgeführt wird, bis die Frequenz des Hochfrequenzsignals in einem zulässigen Frequenzbereich ist und anschließend die Impedanzanpassung im ersten Impedanzanpassungsmodus durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzsignal mittels eines sich selbst anregenden Hochfrequenzsignalerzeugers (6) erzeugt wird, wobei sich die Frequenz des Hochfrequenzsignals automatisch in Abhängigkeit von der Plasmalast (2) einstellt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der vom Hochfrequenzsignalerzeuger (6) erzeugten Hochfrequenzleistung über ein Rückkoppelnetzwerk an den Eingang (8) des Hochfrequenzsignalerzeugers (6) gekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Impedanzanpassungsmodus durchgeführt wird, wenn die Frequenz mehr als 10% von einer vorgegebenen Grundfrequenz abweicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Impedanzanpassungsmodus zumindest eine Reaktanz der nachgeordneten Schaltung (11) mechanisch zu- oder von dieser weggeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Impedanzanpassungsmodus zumindest eine Reaktanz der nachgeordneten Schaltung (11) elektronisch zu- oder von dieser weggeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Impedanzanpassungsmodus die Kapazität zumindest eines Kondensators der nachgeordneten Schaltung (11) verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Hochfrequenzsignalerzeuger (6) erzeugte Hochfrequenzsignal direkt ohne Verwendung eines auf 50 Ω abgestimmten Hochfrequenzkabels der Plasmalast (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsignalerzeuger (6) im Schaltbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsignalerzeuger (6) im Schaltbetrieb betrieben wird und die Schalter bei Spannungen kleiner 50% der den Hochfrequenzsignalerzeuger (6) versorgenden Spannung eingeschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsignalerzeuger (6) im Schaltbetrieb betrieben wird und die Schalter bei Spannungen größer 5% der den Hochfrequenzsignalerzeuger versorgenden Spannung eingeschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbereich durch einen Benutzer eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbereich automatisch eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbereich in Abhängigkeit der nachgeschalteten Schaltung (11) automatisch eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbereich fuzzy-regelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbereich mit Hysterese regelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmalast (2) zusammen mit der nachgeschalteten Schaltung (11) eine Resonanzfrequenz aufweist und die Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals gleich oder unterhalb der Resonanzfrequenz eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals und die mechanische und/oder elektrische Veränderung der dem Hochfrequenzsignalerzeuger (6) nachgeschalteten Schaltung (11) mittels eines Reglers erfolgt, bei dem über eine elektronische Schnittstelle die Einstellung des Frequenzbereichs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennung der Impedanz der Plasmalast (2) erfolgt und der vorgegebene Frequenzbereich abhängig von der Plasmalast (2) automatisch verändert wird.
Verfahren zum Zünden und Betreiben einer Plasmalast (2) mit einer Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1), bei dem bei Erkennung eines gezündeten Plasmas ein Verfahren zur Impedanzanpassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird und beim Erkennen eines nicht gezündeten Plasmas die mechanische und/oder elektrische Veränderung einer dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschalteten Schaltung unterbunden wird und/oder die Frequenz des Hochfrequenzsignals auf eine bestimmte Frequenz eingestellt wird.
Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung (1) zur Versorgung einer Plasmalast mit einem Hochfrequenzsignal, umfassend einen Hochfrequenzsignalerzeuger (6) zur Erzeugung des Hochfrequenzsignals, eine dem Hochfrequenzsignalerzeuger nachgeschaltete Schaltung (11) und eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Frequenz des erzeugten Hochfrequenzsignals, wobei die Überwachungseinrichtung die nachgeschaltete Schaltung zur Veränderung der Impedanz der nachgeschalteten Schaltung ansteuert, wenn die Frequenz des Hochfrequenzsignals einen vorgegebenen Frequenzbereich verlässt.
Hochfrequenzleitungsversorgungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (7) des Hochfrequenzsignalerzeugers (6) auf einen Eingang (8) des Hochfrequenzsignalerzeugers (6) rückgekoppelt ist.
Hochfrequenzleistungsversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzsignalerzeuger (6) an eine Gleichstromquelle (4) angeschlossen ist und im Schaltbetrieb betrieben ist.