DE102024104008A1

DE102024104008A1 - HF-Generator für ein Plasmabearbeitungssystem und ein solches Plasmabearbeitungssystem

Info

Publication number: DE102024104008A1
Application number: DE102024104008.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Thome; Florian Maier; Peter Raut; Krzysztof Gedroyc; Adam KRUPA
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2024-02-13
Filing date: 2024-02-13
Publication date: 2025-08-14
Also published as: WO2025172346A1

Abstract

Ein HF-Generator (3) für ein Plasmabearbeitungssystem (1) umfasst eine Verstärkereinheit (10), die dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal zu verstärken. Weiterhin gibt es eine Spannungsversorgungseinheit (12), die dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung (20) zu generieren und der Verstärkereinheit (10) zuzuführen. Die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst einen im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14), wobei der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler (14) dazu ausgebildet ist, eine ihm zugeführte Eingangsgleichspannung in eine erste Ausgangsspannung (18a) umzuwandeln. Die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst einen im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15), wobei der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler (15) dazu ausgebildet ist, eine ihm zugeführte Eingangsgleichspannung in eine zweite Ausgangsspannung (18b) umzuwandeln. Die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst eine Spannungsausgabeeinheit (19), wobei der Spannungsausgabeeinheit (19) die erste und die zweite Ausgangsspannung (18a, 18b) zuführbar sind und wobei die Spannungsausgabeeinheit (19) dazu ausgebildet ist, aus der ersten und zweiten Ausgangsspannung (18a, 18b) die Versorgungsspannung (20) zu erzeugen und/oder auszugeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen HF-Generator für ein Plasmabearbeitungssystem und ein solches Plasmabearbeitungssystem.
Die Oberflächenbehandlung von Werkstücken mit Hilfe von Plasma sowie Gaslasern sind industrielle Verfahren, bei denen insbesondere in einer Plasmakammer, ein Plasma mit Gleichstrom oder mit einem hochfrequenten Wechselsignal mit einer Arbeitsfrequenz im Bereich von einigen 10 kHz bis in den GHz-Bereich erzeugt wird.
Die Plasmakammer wird über weitere elektronische Bauteile wie Spulen, Kondensatoren, Leitungen oder Transformatoren, an einen Hochfrequenzgenerator (HF-Generator) angeschlossen. Diese weiteren Bauteile können Schwingkreise, Filter oder Impedanzanpassungsschaltungen darstellen.
Plasmaprozesse stellen für einen Hochfrequenzgenerator eine stark variable Last dar, die von den Zuständen in der Plasmakammer abhängt. Insbesondere gehen die Eigenschaften von Werkstück, Elektroden und Gasverhältnissen ein.
Hochfrequenzgeneratoren weisen einen eingeschränkten Arbeitsbereich bezüglich der Impedanz der angeschlossenen elektrischen Last auf. Verlässt die Lastimpedanz einen zulässigen Bereich, so kann die geforderte Energie/Leistung nicht an den Verbraucher abgegeben werden. Auch eine Beschädigung des HF-Generators ist möglich.
Aus diesem Grund wird häufig eine Impedanzanpassungsschaltung, auch genannt: „Matchbox“, eingesetzt, die die Impedanz der Last auf eine Nennimpedanz des Generatorausgangs transformiert.
Die technischen Anforderungen an den HF-Generator steigen ebenfalls immer weiter an. Der Zweck des HF-Generators ist es, Hochfrequenzenergie in die Plasmakammer zu übertragen. Diese HF-Energie wird genutzt, um Gase in der Kammer zu ionisieren und somit das Plasma zu erzeugen. Weiterhin hilft die HF-Energie, das Plasma stabil zu halten und seine Dichte und Temperatur zu kontrollieren. Durch Anpassung der HF-Leistung können unterschiedliche Plasmazustände erreicht werden, die für verschiedene Anwendungen benötigt werden. In der Halbleiterfertigung und Materialbearbeitung werden Plasmakammern oft für Sputter-Prozesse verwendet. Hierbei werden Ionen aus dem Plasma auf ein Target (Zielmaterial) gerichtet, wodurch Atome aus dem Target herausgeschlagen werden und sich auf einem Substrat absetzen. Der HF-Generator ermöglicht die Kontrolle des Energieeintrags in das Plasma und damit die Kontrolle des Sputter-Prozesses. Auch bei CVD-Prozessen (Chemische Gasphasenabscheidung) werden reaktive Gase in die Plasmakammer eingeführt. Die Energie des HF-Generators hilft dabei, diese Gase zu zersetzen und reaktive Teilchen zu bilden, die sich dann auf einem Substrat absetzen und feste Schichten bilden. Die Energie des Plasmas kann auch genutzt werden, um Oberflächen von Verunreinigungen zu reinigen, da die reaktiven Teilchen im Plasma mit den Verunreinigungen auf der Oberfläche reagieren und diese entfernen. Der HF-Generator ist also ein entscheidendes Instrument zur Erzeugung und Kontrolle von Plasma in einer Plasmakammer und ermöglicht eine Vielzahl von industriellen und wissenschaftlichen Prozessen.
Plasmabearbeitungssysteme werden seit langem eingesetzt, um Substrate, z.B. Halbeiter-Wafer oder Flachbildschirme zu integrierten Schaltkreisen oder anderen elektronischen Produkten zu verarbeiten. Gängige Plasmaverarbeitungssysteme können unter anderem kapazitiv gekoppelte Plasmaverarbeitungssysteme (CCP) oder induktiv gekoppelte Plasmaverarbeitungssysteme (ICP) umfassen.
Im Allgemeinen beinhaltet die Verarbeitung von Plasmasubstraten ein Gleichgewicht von Ionen und Radikalen. Da elektronische Bauelemente immer kleiner und/oder komplexer werden, sind die Anforderungen an das Ätzen wie Selektivität, Gleichmäßigkeit, hohes Aspektverhältnis, aspektabhängiges Ätzen usw. gestiegen. Während es möglich war, Ätzungen an bisherigen Generationen von Produkten durchzuführen, indem bestimmte Parameter wie Druck, HF-Vorspannung, Leistung usw. geändert wurden, erfordert die nächste Generation kleinerer und/oder anspruchsvollerer Produkte andere Ätzfähigkeiten. Die Tatsache, dass Ionen und Radikale beim gegenwärtigen Stand der Technik nicht effektiver entkoppelt und unabhängig voneinander gesteuert werden können, hat die Durchführung einiger Ätzprozesse zur Herstellung dieser kleineren und/oder anspruchsvolleren elektronischen Vorrichtungen in einigen Plasmaverarbeitungssystemen eingeschränkt und in einigen Fällen unpraktisch gemacht.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, einen HF-Generator für ein Plasmabearbeitungssystem zu schaffen, mit dem die oben beschriebenen Anforderungen auch für die nächste Generation von Produkten erfüllt werden können.
Die Aufgabe wird durch den HF-Generator für ein Plasmabearbeitungssystem gemäß dem Anspruch 1 und durch das Plasmabearbeitungssystem gemäß dem Anspruch 20 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 19 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen des HF-Generators und der Anspruch 21 beschreibt eine vorteilhafte Weiterbildung des Plasmabearbeitungssystems.
Der HF-Generator für ein Plasmabearbeitungssystem umfasst eine Verstärkereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal zu verstärken. Weiterhin umfasst der HF-Generator eine Spannungsversorgungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zu generieren und der Verstärkereinheit zuzuführen. Die Spannungsversorgungseinheit umfasst einen im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler, der einen Ausgangsanschluss umfasst, wobei der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler dazu ausgebildet ist, eine ihm zugeführte Eingangsgleichspannung in eine erste Ausgangsspannung umzuwandeln und diese an dem Ausgangsanschluss auszugeben. Der Ausgangsanschluss des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers kann auch als erster Ausgangsanschluss bezeichnet werden. Die Spannungsversorgungseinheit umfasst außerdem einen im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler, der einen Ausgangsanschluss umfasst, wobei der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler dazu ausgebildet ist, eine ihm zugeführte Eingangsgleichspannung in eine zweite Ausgangsspannung umzuwandeln und diese an dem Ausgangsanschluss auszugeben. Der Ausgangsanschluss des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers kann auch als zweiter Ausgangsanschluss bezeichnet werden. Die Spannungsversorgungseinheit umfasst zudem eine Spannungsausgabeeinheit, die einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss aufweist. Der Ausgangsanschluss des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers ist mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden und der Ausgangsanschluss des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden. Der Spannungsausgabeeinheit sind dadurch die erste Ausgangsspannung und die zweite Ausgangsspannung zuführbar, wobei die Spannungsausgabeeinheit dazu ausgebildet ist, aus der ersten Ausgangsspannung und der zweiten Ausgangsspannung die Versorgungsspannung zu erzeugen und/oder auszugeben und die Versorgungsspannung der Verstärkereinheit zuzuführen.
Mit der Bereitstellung einer Versorgungsspannung, sowie einer ersten oder zweiten Ausgangsspannung ist jeweils die Bereitstellung einer Spannungsquelle gemeint.
Die Bereitstellung einer Spannungsquelle hat den Vorteil, dass die Spannung zumindest in vorgegebenen Grenzen lastunabhängig stabil bleibt. Eine Spannung kann dabei sehr präzise, effizient und schnell eingestellt werden.
Es ist besonders vorteilhaft, dass die Spannungsversorgungseinheit einen im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und einen im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler umfasst, und dass die Ausgangsspannung, die durch beide DC-Wandler erzeugt wird, zur Versorgung der Verstärkereinheit verwendet wird. Der Einsatz dieser unterschiedlichen Topologien erlaubt, dass die Versorgungsspannung besonders schnell und mit einer guten Effizienz erzeugt werden kann. Der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler kann die gewünschte Ausgangsspannung besonders schnell einstellen, wohingegen der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler die Versorgungsspannung sehr effizient erzeugt.
Die Amplitude eines HF-Signals, welches der Verstärkereinheit zugeführt und durch die Verstärkereinheit verstärkt und als verstärktes HF-Signal ausgegeben wird, kann dadurch auf besonders effiziente Weise sehr schnell eingestellt werden. Diese schnelle Einstellung ist notwendig, um neue Plasmaprozesse sicher zu beherrschen. In diesem Fall kann der Pegel des HF-Signals, welches der Verstärkereinheit zugeführt wird, konstant gelassen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verstärkereinheit stets im linearen Bereich betrieben wird. Die Änderung der Amplitude des verstärkten HF-Signals findet in diesem Fall lediglich über eine schnelle Änderung der Versorgungsspannung der Verstärkereinheit durch die Spannungsversorgungseinheit statt. Dadurch können sehr einfach Multilevelpulse oder eine Arbitrary-Waveform erzeugt werden.
Mit einem Arbitrary-Waveform-Signal ist ein Signal gemeint, dessen Einhüllende einer beliebigen Kurvenform folgen kann. Im Gegensatz zu Multi-Level-Pulsen sind hierbei nicht nur einzelne Stufen und die Übergänge von einer Stufe zur nächsten als Einhüllende einstellbar, sondern ein beliebiger Verlauf, der sich kontinuierlich verändern kann, aber auch zwischen zwei Werten springen kann.
Derartige Multilevelpulse oder eine Arbitrary-Waveform bringen verschiedene Vorteile mit sich. So kann durch das Pulsieren des Plasmas die Wärmeentwicklung reduziert werden. Dies ist besonders wichtig für temperatursensible Proben oder Substrate. Durch unterschiedliche Pulsmodi kann die Temperatur des Substrats oder der Probe während des Prozesses reguliert werden . Auch kann durch derartige HF-Signale die Schichtqualität in Abscheidungsprozessen oder die Selektivität in Ätzprozessen positiv beeinflusst werden. Außerdem kann bei manchen Materialien eine kontinuierliche Plasmabehandlung zu Beschädigungen führen. Durch das Pulsieren kann das Plasma „sanfter“ agieren und mögliche Beschädigungen minimieren. In bestimmten Anwendungen kann durch verschiedene Pulsmodi eine höhere Prozesseffizienz erzielt werden, indem das Plasma in optimalen Intervallen aktiviert und deaktiviert wird. Verschiedene Pulsmodi können bei Prozessen, die auf chemischen Reaktionen basieren, wie z. B. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), helfen, die Reaktionsdynamik und die Bildung bestimmter Spezies zu steuern. Der Begriff „Spezies“ bezieht sich in diesem Kontext auf die verschiedenen reaktiven Teilnehmer, die im Plasma erzeugt werden und für die chemische Abscheidung auf dem Substrat verantwortlich sind. In Summe bietet die Fähigkeit, unterschiedliche Pulsmuster und -frequenzen zu verwenden, dem Anwender eine größere Flexibilität bei der Anpassung des Plasmaprozesses an spezifische Bedürfnisse oder Materialien.
Der Einsatz des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers erlaubt ein sehr schnelles Einstellen der gewünschten Versorgungsspannung. Ein im Schaltbetrieb betreibbarer DC-Wandler, beispielsweise in Form eines Tiefsetzstellers, kann nur bei einer kleinen Ausgangskapazität schnell die gewünschte Ausgangsspannung einstellen. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung allerdings mit Rippeln behaftet. Um diese zu glätten und dennoch ein schnelles Einschwingverhalten zu realisieren, müsste die Schaltfrequenz erhöht werden, was wiederum zu höheren Schaltverlusten und einer niederen Effizienz führt. Die hier vorliegende Entwicklung adressiert dieses Problem durch den gemeinsamen Einsatz des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers und des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers, um dadurch die Versorgungspannung schnell und effizient einstellen zu können.
In einem Aspekt ist die Verstärkereinheit dazu ausgebildet, Multilevelpulse und/oder eine Arbitrary-Waveform zu erzeugen und auszugeben.
In einem Aspekt ist die Verstärkereinheit dazu ausgebildet, ein in der Höhe der Amplitude konstantes HF-Signal zu empfangen und dieses (?) lediglich durch eine Variation in der Amplitude der Versorgungsspannung in einen Multilevelpuls und/oder eine Arbitrary-Waveform umzuwandeln und auszugeben.
In einem Aspekt erreicht der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler seine vorgebbare zweite Ausgangsspannung schneller als der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler seine vorgebbare erste Ausgangsspannung. Dies gilt insbesondere, wenn beide Ausgangsspannungen gleich hoch sind.
In einem Aspekt ist die Frequenz des HF-Signals, welches der Verstärkereinheit zuführbar ist, mindestens um den Faktor 10, 50, 100, 1000 höher als die Frequenz, mit welcher die Versorgungsspannung durch die Spannungsversorgungseinheit in ihrer Amplitude geändert wird.
In einem Aspekt umfasst der HF-Generator eine Signalerzeugungseinheit, um ein HF-Signal zu erzeugen, welches der Verstärkereinheit zuführbar ist. Die Signalerzeugungseinheit umfasst eine Signalquelle und optional einen Mischer und/oder Filter und/oder Teiler. Die Signalquelle kann beispielsweise ein Oszillator, wie beispielsweise ein LC-Oszillator, Quarzoszillator, Gunn-Dioden-Oszillator oder ein YIG-Oszillator sein. Es kann auch ein Direkter Digitaler Synthesizer (DDS) verwendet werden, der mittels Phasenakkumulator, Look-Up-Tabelle und Digital-Analog-Wandler das entsprechende HF-Signal erzeugt.
In einem Aspekt sind der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler und der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler parallel zueinander angeordnet, also parallel geschaltet. Dadurch können der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler und der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler unabhängig voneinander betrieben werden.
In einem Aspekt ist die Spannungsausgabeeinheit dazu ausgebildet, die Höhere der ersten und der zweiten Ausgangsspannung als Versorgungsspannung auszugeben. Dadurch kann auf sehr einfache Art und Weise erreicht werden, dass der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler, der schneller regelbar ist, zuerst die Versorgungsspannung generiert, wobei der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler übernimmt, sobald er eine ausreichend hohe Spannungshöhe erzeugt. Dadurch liegt die notwendige Versorgungsspannung sehr schnell vor, wobei später, insbesondere automatisch, auf den effizienter arbeitenden im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler umgeschaltet wird, wodurch der Stromverbrauch und die Anforderung an die Kühlung des HF-Generators reduziert werden.
In einem Aspekt umfasst die Spannungsausgabeeinheit eine erste Diodeneinheit mit zumindest einer ersten Diode und eine zweite Diodeneinheit mit zumindest einer zweiten Diode. Der Einsatz einer solchen Diodeneinheit erlaubt, dass auf sehr einfache Art und Weise die Höhere der ersten und der zweiten Ausgangsspannung als Versorgungsspannung ausgegeben wird. Hat die erste Ausgangsspannung eine Höhe von 40 V und die zweite Ausgangsspannung eine Höhe von 41 V, so ist die zumindest eine erste Diode sperrend, wohingegen die zumindest eine zweite Diode leitend ist. In diesem Fall wird die Versorgungsspannung lediglich aus der zweiten Ausgangsspannung gebildet. Steigt die erste Ausgangsspannung später auf 42 V an, so wird die zumindest eine erste Diode leitend, wohingegen die zumindest eine zweite Diode sperrend ist. In diesem Fall wird die Versorgungsspannung lediglich aus der ersten Ausgangsspannung gebildet.
Die Spannungsausgabeeinheit und der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler und/oder der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler müssen keine klar voneinander abgegrenzten Module sein. So kann es sein, dass die erste Diodeneinheit in dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler angeordnet ist und dass die zweite Diodeneinheit in dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler angeordnet ist. In diesem Fall würde die Spannungsausgabeeinheit lediglich einen gemeinsamen Knoten umfassen, an dem die Versorgungsspannung anliegt.
In einem Aspekt ist die erste Diodeneinheit mit ihrem Eingang mit dem Ausgangsanschluss des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers verbunden. Die zweite Diodeneinheit ist mit ihrem Eingang mit dem Ausgangsanschluss des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers verbunden. Die erste Diodeneinheit und die zweite Diodeneinheit sind mit ihrem jeweiligen Ausgang mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden, der wiederum mit der Verstärkereinheit verbunden ist. An dem Sternpunkt liegt dabei die auszugebende Versorgungsspannung an. Bevorzugt ist die zumindest eine erste Diode der ersten Diodeneinheit mit ihrer Anode mit dem Ausgangsanschluss des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers verbunden. Mit ihrer Kathode ist die zumindest eine erste Diode der ersten Diodeneinheit bevorzugt mit dem Sternpunkt verbunden. Bevorzugt ist die zumindest eine zweite Diode der zweiten Diodeneinheit mit ihrer Anode mit dem Ausgangsanschluss des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers verbunden. Mit ihrer Kathode ist die zumindest eine zweite Diode der zweiten Diodeneinheit bevorzugt mit dem Sternpunkt verbunden.
In einem Aspekt umfasst die Spannungsausgabeeinheit eine Schalteinheit, wobei die Schalteinheit je nach Schalterstellung dazu ausgebildet ist, entweder den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler oder den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler mit der Verstärkereinheit zu verbinden. Die Schalteinheit umfasst dabei insbesondere aktive Schalter, also Halbleiterschalter. Ein aktiver Schalter umfasst bevorzugt zumindest einen Transistor.
In einem Aspekt ist ein erster aktiver Schalter mit seinem Eingang mit dem Ausgangsanschluss des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers verbunden. Ein zweiter aktiver Schalter ist mit seinem Eingang mit dem Ausgangsanschluss des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers verbunden. Der erste und der zweite aktive Schalter sind mit ihrem jeweiligen Ausgang mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden, der wiederum mit der Verstärkereinheit verbunden ist.
In einem Aspekt ist eine, insbesondere lokale, Steuereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Spannung am Ausgangsanschluss des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers und die Spannung am Ausgangsanschluss des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers zu messen und in Abhängigkeit der Spannungshöhe die Schalteinheit der Spannungsausgabeeinheit entsprechend anzusteuern, insbesondere derart anzusteuern, dass derjenige DC-Wandler mit der Verstärkereinheit verbunden wird, dessen Ausgangsspannung näher an einem Sollwert für die Versorgungsspannung liegt.
In einem Aspekt ist die Spannungsausgabeeinheit dazu ausgebildet, bei einer Änderung, insbesondere bei einer Erhöhung, eines Sollwerts für die Versorgungsspannung, die Versorgungsspannung zuerst aus der zweiten Ausgangsspannung zu erzeugen, bzw. die zweite Ausgangsspannung zuerst als Versorgungsspannung auszugeben, um zu einem späteren Zeitpunkt die Versorgungsspannung aus der ersten Ausgangsspannung zu erzeugen, bzw. die erste Ausgangsspannung als Versorgungsspannung auszugeben.
In einem Aspekt ist die Spannungsversorgungseinheit dazu ausgebildet, die Verstärkereinheit zur selben Zeit lediglich über den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler oder über den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler zu versorgen. Dadurch wird erreicht, dass die Versorgungsspannung durch den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler sehr schnell anliegt und dass im weiteren Betrieb die Versorgungsspannung über den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler sehr effizient erzeugt wird. In diesem Fall dient lediglich einer der zwei DC-Wandler zur Versorgung der Verstärkereinheit zur selben Zeit.
In einem Aspekt ist die Spannungsversorgungseinheit dazu ausgebildet, den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler abzuschalten, wenn die Verstärkereinheit über den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler versorgt wird. Bevorzugt kann über eine Schalteinheit, die dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler zugeführte Eingangsgleichspannung von diesem weggeschaltet werden. Es ist auch denkbar, dass eine Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler derart anzusteuern, dass er eine zweite Ausgangsspannung erzeugt, die bei 0 V oder in etwa bei 0 V liegt. Dadurch wird weitere Energie gespart.
In einem Aspekt ist die Spannungsversorgungseinheit dazu ausgebildet, den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler derart anzusteuern, dass dieser die zweite Ausgangsspannung erzeugt, die unterhalb eines Sollwerts für die gewünschte Versorgungsspannung liegt. Dadurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, dass der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler die Versorgung der Verstärkereinheit übernimmt, sobald die erste Ausgangsspannung näher am Sollwert für die gewünschte Versorgungsspannung liegt.
In einem Aspekt liegt die zweite Ausgangsspannung im Bereich von 90% bis 95%, 97% oder 98%% des Sollwerts für die gewünschte Versorgungsspannung.
In einem Aspekt ist die Spannungsversorgungseinheit dazu ausgebildet, den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler derart anzusteuern, dass dieser die erste Ausgangsspannung erzeugt, die in etwa dem Sollwert für die gewünschte Versorgungsspannung entspricht und/oder die sich um eine Differenz vom Sollwert für die gewünschte Versorgungsspannung unterscheidet, die kleiner ist als eine Differenz zwischen der zweiten Ausgangsspannung und dem Sollwert für die gewünschte Versorgungsspannung und/oder die größer ist als die zweite Ausgangsspannung. Dadurch wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass die Versorgungsspannung lediglich durch den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler erzeugt wird, sobald dessen zweite Ausgangsspannung eine bestimmte Höhe erreicht.
In einem Aspekt umfasst die Spannungsversorgungseinheit eine Entladeeinheit. Die Entladeeinheit ist dazu ausgebildet, für den Fall, dass der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler die erste Ausgangsspannung verringert, Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler zu und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator entnehmen und in zumindest einen Entladewiderstand abzuführen, also z.B. in Wärme umzusetzen oder in ein Energienetz zurückzuspeisen. Dadurch wird erreicht, dass der neue Sollwert für die Versorgungsspannung, der unterhalb eines vorherigen Sollwerts liegt, möglichst schnell erreicht wird. Insbesondere wird über die Entladeeinheit ein Zwischenkreis-Kondensator innerhalb des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers entladen.
In einem Aspekt umfasst die Entladeeinheit eine Schalteinheit und zumindest den Entladewiderstand, wobei die Schalteinheit dazu ausgebildet ist, den Entladewiderstand hinzuzuschalten, um so Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator in Richtung einer Bezugsmasse, beispielsweise über einen Widerstand, abzuführen. Alternativ hierzu umfasst die Entladeeinheit eine Schalteinheit, wobei die Schalteinheit dazu ausgebildet ist, den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler mit dem Ausgangsanschluss des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers elektrisch zu verbinden, sodass der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator entnimmt und vorzugsweise in das Energienetz zurückspeist oder in Richtung einer Bezugsmasse, beispielsweise über einen Widerstand, abführt.
In einem Aspekt umfasst die Entladeeinheit einen weiteren im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler, der dazu ausgebildet ist, Energie aus dem Zwischenkreis-Kondensator zu entnehmen. Ergänzend oder alternativ umfasst die Entladeeinheit einen weiteren im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler, der dazu ausgebildet ist, Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator zu entnehmen.
In einem Aspekt handelt es sich bei dem weiteren im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler um einen Tiefsetzsteller. Ergänzend oder alternativ ist der weitere im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler ein Linearregler.
In einem Aspekt entnimmt die Entladeeinheit die Energie am Sternpunkt, an dem die Versorgungsspannung anliegt.
In einem Aspekt ist die Eingangsgleichspannung, die dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler zuführbar ist, dieselbe Eingangsgleichspannung, die dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler zuführbar ist. Alternativ ist die Eingangsgleichspannung, die dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler zuführbar ist, eine andere Eingangsgleichspannung als diejenige, die dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler zuführbar ist.
In einem Aspekt ist der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler ein Tiefsetzsteller, ein Hochsetzsteller, eine Kombination aus Tiefsetz- und Hochsetzsteller, ein Cuk-Wandler oder ein SEPIC-Wandler. Ein Tiefsetzsteller (engl. „buck converter“) ist ein elektronischer Schaltkreis, der eine höhere Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung umwandelt. Ein Hochsetzsteller (engl. „boost converter“) ist eine Art von Gleichspannungswandler, der eine Eingangsspannung auf eine höhere Ausgangsspannung anhebt. Der Cuk-Wandler ist ein Spannungswandler, der sowohl höhere als auch niedrigere Ausgangsspannungen als die Eingangsspannung erzeugen kann, während er einen invertierten Spannungspegel liefert. Der SEPIC-Wandler (engl. „Single Ended Primary Inductance Converter“) ist ein Spannungswandler, der eine Eingangsspannung auf eine Ausgangsspannung transformieren kann, die entweder höher oder niedriger als die Eingangsspannung ist, ohne sie zu invertieren.
In einem Aspekt umfasst die Spannungsversorgungseinheit eine Gleichrichtereinheit, um aus einer Wechselspannung die jeweilige Eingangsgleichspannung für den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler zu erzeugen. Der Gleichrichtereinheit ist dabei eine 1-phasige Wechselspannung, z.B. 230 V, oder eine 3-phasige Wechselspannung, z.B. 400 V, zuführbar.
In einem Aspekt ist die Versorgungsspannung von ihrem Spannungsverlauf derart gewählt, dass die Verstärkereinheit dazu ausgebildet ist, ein verstärktes HF-Signal in Form eines Multilevelpulses oder einer Arbitrary-Waveform auszugeben. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn der Verstärkereinheit ein konstantes zu verstärkendes HF-Signal zugeführt wird, bei dem die Amplitude immer das gleich hohe Maximum aufweist.
In einem Aspekt umfasst die Verstärkereinheit zumindest einen ersten und einen zweiten Verstärker, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei beiden Verstärkern dieselbe Versorgungsspannung zuführbar ist. Alternativ hierzu umfasst die Verstärkereinheit zumindest einen ersten und einen zweiten Verstärker, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler und der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler dazu ausgebildet sind, den ersten Verstärker mit elektrischer Energie, also mit einer ersten Versorgungsspannung zu versorgen und wobei die Spannungsversorgungseinheit einen zusätzlichen im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und einen zusätzlichen im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler umfassen, die dazu ausgebildet sind, den zweiten Verstärker mit elektrischer Energie, also mit einer zweiten Versorgungsspannung versorgen. Die erste und zweite Versorgungsspannung können gleich oder unterschiedlich sein.
Das offenbarte Plasmabearbeitungssystem umfasst zumindest einen eingangs beschriebenen HF-Generator. Weiterhin ist eine Impedanzanpassungsschaltung vorgesehen, die an den Ausgangsanschluss des HF-Generators angeschlossen ist. Es ist außerdem eine zentrale Steuerungsvorrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den HF-Generator derart anzusteuern, dass dieser die Versorgungsspannung für die Verstärkereinheit auf einen bestimmten Wert einstellt. Die Versorgungsspannung kann dabei fortlaufend geändert werden, sodass die Verstärkereinheit bestimmte Pulsmuster oder eine Arbitrary-Waveform erzeugt.
Nachfolgend wird die Entwicklung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1: ein Ausführungsbeispiel des Plasmabearbeitungssystems mit einem HF-Generator;
2: ein Ausführungsbeispiel des HF-Generators;
3: ein Ausführungsbeispiel einer Spannungsversorgungseinheit mit einem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler, einem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler und einer Spannungsausgabeeinheit;
4A: ein Ausführungsbeispiel des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers mit einer Entladeeinheit;
4B: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Entladeeinheit; und
5: anhand von Diagrammen von Signalen die Funktionsweise der Spannungsversorgungseinheit mit dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler.

1 zeigt ein Plasmabearbeitungssystem 1, welches eine zentrale Steuerungsvorrichtung 2 umfasst. Das Plasmabearbeitungssystem 1 umfasst weiterhin einen HF-Generator 3, eine Impedanzanpassungsschaltung 4 und zumindest einen Verbraucher 5, insbesondere in Form einer Plasmakammer. Der HF-Generator 3 ist dazu ausgebildet, ein Hochfrequenzsignal 21, insbesondere in Form eines gepulsten Hochfrequenzsignals 21 und/oder eines arbiträr modulierten Hochfrequenzsignals 21, mit einer Nennleistung P_Nenn und einer Frequenz f₀ bereitzustellen und an einem Ausgangsanschluss 3a auszugeben. Die Impedanzanpassungsschaltung 4 umfasst einen Eingangsanschluss 4a, wobei der HF-Generator 3 mit seinem Ausgangsanschluss 3a mit dem Eingangsanschluss 4a über eine erste Kabelverbindung 6a verbunden ist. Die Impedanzanpassungsschaltung 4 umfasst weiterhin einen Ausgangsanschluss 4b. Der Ausgangsanschluss 4b ist mit dem zumindest einen Verbraucher 5 über eine zweite Kabelverbindung 6b verbunden. Die erste und/oder zweite Kabelverbindung 6a, 6b kann ein oder mehrere, beispielsweise seriell und/oder parallel geschaltete Kabel umfassen. Vorzugsweise werden Koaxialkabel verwendet.
Der Verbraucher 5, also die Plasmakammer, umfasst zumindest eine Elektrode 7 zur Erzeugung eines Plasmas 8. Die Elektrode 7 ist mit dem Ausgangsanschluss 4b der Impedanzanpassungsschaltung 4 verbunden. In der Plasmakammer 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Kamerasystem 91 angeordnet, welches dazu ausgebildet ist, das Plasma 8 zu beobachten.
Bei der zentralen Steuerungsvorrichtung 2 handelt es sich vorzugsweise um einen Prozessor und/oder FPGA und/oder Mikrocontroller und/oder ASIC, der entsprechend der Eignung oder Ausgestaltung programmiert ist. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 kann unter anderem dafür auch eine Speichervorrichtung umfassen.
Die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 ist dazu ausgebildet, den HF-Generator 3 anzusteuern, insbesondere diesen zu aktivieren oder zu deaktivieren. Ergänzend oder alternativ ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 auch dazu ausgebildet, die Leistung und/oder Frequenz des HF-Signals durch entsprechende Ansteuerung des HF-Generators 3 zu verändern. Ergänzend oder alternativ ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 dazu ausgebildet, die Wellenform 22 des Hochfrequenzsignals 21 durch entsprechende Ansteuerung des HF-Generators 3 zu verändern. Das kann z.B. betreffen: Art des Hochfrequenzsignals 21, Modulation des HF-Signals 21, Pulsdauern, Pulswiederholrate. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 ist auch dazu ausgebildet, dem HF-Generator 3 eine Arbitrary-Waveform vorzugeben, die dieser erzeugt und an seinem Ausgangsanschluss 3a ausgibt.
Die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 ist bevorzugt ebenfalls dazu ausgebildet, die Impedanzanpassungsschaltung 4 anzusteuern. Insbesondere ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 dazu ausgebildet, das Transformationsverhältnis innerhalb der Impedanzanpassungsschaltung 4 zu verändern und/oder eine Impedanz am Ausgangsanschluss 4b vorzugeben. Ergänzend oder alternativ ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 dazu ausgebildet, die Impedanz am Eingangsanschluss 4a, die auf den HF-Generator 2 wirkt, vorzugeben.
Das Plasmabearbeitungssystem 1 umfasst außerdem eine Ausgangsmesseinheit 92. Die Ausgangsmesseinheit 92 ist vorzugsweise zwischen dem HF-Generator 3 und der Impedanzanpassungsschaltung 4 angeordnet. Die Ausgangsmesseinheit 92 ist dazu ausgebildet, beispielsweise eine Leistung Pi zu messen, die vom HF-Generator 3 in Richtung der Impedanzanpassungsschaltung 4 übertragen wird, und eine Leistung Pr zu messen, die zurück in Richtung des HF-Generators 3 reflektiert wird. Grundsätzlich kann die Ausgangsmesseinheit 92 auch dazu ausgebildet sein, einen Wert für die Impedanz am Eingangsanschluss 4a der Impedanzanpassungsschaltung 4 zu messen.
Hierzu umfasst die Ausgangsmesseinheit 92 beispielsweise eine Richtkopplereinheit. Über die Richtkopplereinheit kann die Ausgangsmesseinheit 92 eine Leistung eines hin- und rücklaufenden Hochfrequenzsignals auf der ersten Kabelverbindung 6a messen, um hieraus die jeweilige Leistung bzw. die Impedanz am Eingangsanschluss 4a zu berechnen. Die Ausgangsmesseinheit 92 kann alternativ auch einen Stromsensor und einen Spannungssensor umfassen. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 ist dazu ausgebildet, anhand des Messergebnisses der Richtkopplereinheit oder des Stromsensors und des Spannungssensors die jeweilige Leistung bzw. die Impedanz am Eingangsanschluss 4a zu berechnen, die der HF-Generator 3 sieht.
Das Plasmabearbeitungssystem 1 umfasst vorzugsweise eine Bedieneinheit 93. Bei der Bedieneinheit 93 handelt es sich vorzugsweise um einen Bildschirm, insbesondere um einen berührungsempfindlichen Bildschirm. Die Bedieneinheit 93 kann neben einem Bildschirm auch Eingabemittel wie Tastatur und/oder Maus umfassen. Die Bedieneinheit 93 kann auch ein Webserver sein, der Daten bereitstellt und Benutzereingaben entgegennimmt. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 ist dazu ausgebildet, auf der Bedieneinheit 93 aktuelle Einstellungen des HF-Generators 3 und/oder der Impedanzanpassungsschaltung 4 darzustellen.
Die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Sollwertvorgaben, zum Beispiel für die Leistung des Hochfrequenzsignals 21, von der Bedieneinheit 93 zu empfangen. Ergänzend oder alternativ können die Frequenz des Hochfrequenzsignals 21 und/oder die Wellenform 22 des Hochfrequenzsignals und/oder die Pulsrate und/oder die Pulsdauer für das Hochfrequenzsignal 21 von der Bedieneinheit 93 empfangen werden. Auch eine gewünschte Impedanz am Ausgangsanschluss 4b der Impedanzanpassungsschaltung 4 kann über die Bedieneinheit 93 empfangen werden. Hieraus können entsprechende Stellgrößen für den HF-Generator 3 und Steuerdaten für die Impedanzanpassungsschaltung 4 generiert und an diese übertragen werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des HF-Generators 3. Der HF-Generator 3 umfasst eine Verstärkereinheit 10, eine Signalerzeugungseinheit 11 und eine Spannungsversorgungseinheit 12.
Die Verstärkereinheit 10 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Verstärker 10a und einen zweiten Verstärker 10b. Bei dem ersten Verstärker 10a und dem zweiten Verstärker 10b handelt sich vorzugsweise um Transistorverstärker. Der erste Verstärker 10a und der zweite Verstärker 10b sind parallel geschaltet. Der Ausgang des ersten Verstärkers 10a und der Ausgang des zweiten Verstärkers 10b sind mit einem Combiner 13 verbunden, der beide Ausgangssignale zusammenfasst und als verstärktes HF-Signal ausgibt. Der Ausgang des Combiners 13 ist über die erste Kabelverbindung 6a mit der Impedanzanpassungsschaltung 4 verbunden.
Bei dem Combiner 13 handelt es sich bevorzugt um einen Wilkinson-Combiner oder einen Hybrid-Combiner.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Verstärkereinheit 10 mehr als zwei Verstärker 10a, 10b umfasst.
Vorzugsweise ist der erste Verstärker 10a identisch zum zweiten Verstärker 10b aufgebaut.
Die Signalerzeugungseinheit 11 ist dazu ausgebildet, das durch die Verstärkereinheit 10 zu verstärkende HF-Signal zu erzeugen. Die Signalerzeugungseinheit 11 umfasst eine Signalquelle und optional einen Mischer und/oder Filter und/oder Teiler. Die Signalquelle kann beispielsweise ein Oszillator, wie beispielsweise ein LC-Oszillator, Quarzoszillator, Gunn-Dioden-Oszillator oder ein YIG-Oszillator sein. Es kann auch ein Direkter Digitaler Synthesizer (DDS) verwendet werden, der mittels Phasenakkumulator, Look-Up-Tabelle und Digital-Analog-Wandler das entsprechende HF-Signal erzeugt.
Vorzugsweise werden dem ersten Verstärker 10a und dem zweiten Verstärker 10b dasselbe HF-Signal zugeführt. Die Signalerzeugungseinheit 11 umfasst in diesem Fall den Teiler, insbesondere in Form eines Wilkinson-Teilers oder Hybrid-Teilers.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Signalerzeugungseinheit 11 für jeden Verstärker 10a, 10b eine eigene Signalquelle umfasst.
Die Signalquelle der Signalerzeugungseinheit 11 ist bevorzugt dazu ausgebildet, ein HF-Signal in einer beliebigen Form und einer beliebigen Frequenz und/oder Amplitude zu erzeugen. Wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann die Art des zu erzeugenden HF-Signals über die zentrale Steuerungsvorrichtung eingestellt werden, die wiederum eine Eingabe der Bedieneinheit 12 entgegennimmt.
Die Spannungsversorgungseinheit 12 umfasst einen im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 und einen im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15.
Sowohl dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 als auch dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 ist eine Eingangsgleichspannung zuführbar. Der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 14 wandelt diese Eingangsgleichspannung in eine erste Ausgangsspannung 18a um. Der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler 15 wandelt diese Eingangsgleichspannung in eine zweite Ausgangsspannung 18b um. Die erste und/oder zweite Ausgangsspannung 18a, 18b kann niedriger oder höher als die jeweilige Eingangsgleichspannung sein.
Um die entsprechende Eingangsgleichspannung zu erzeugen, umfasst die Spannungsversorgungseinheit 12 eine Gleichrichtereinheit 16. Der Gleichrichtereinheit 16 ist in diesem Fall eine 3-phasige Wechselspannung 17, insbesondere in Höhe von 400 V, zuführbar. Bevorzugt handelt es sich bei der Gleichrichtereinheit 16 um einen Vollbrückengleichrichter mit 6 Dioden, um die 3-phasige Wechselspannung 17 gleichzurichten. Dabei werden sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen jeder Phase gleichgerichtet. Zur Glättung des Gleichstroms und zur Verringerung der Spannungsrippel kann die Gleichrichtereinheit 16 zumindest ein Filter, insbesondere einen Zwischenkreis-Kondensator, umfassen.
Die Spannungsversorgungseinheit 12 umfasst außerdem eine Spannungsausgabeeinheit 19. Die Spannungsausgabeeinheit 19 ist am Ausgang des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 14 und am Ausgang des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 15 angeordnet. Die erste Ausgangsspannung 18a und die zweite Ausgangsspannung 18b der jeweiligen DC-Wandler 14, 15 wird der Spannungsausgabeeinheit 19 zugeführt. Die Spannungsausgabeeinheit 19 ist dazu ausgebildet, aus der ersten und zweiten Ausgangsspannung 18a, 18b die Versorgungsspannung 20 zu erzeugen und/oder auszugeben.
Ein Ausgang der Spannungsausgabeeinheit 19 ist mit einem jeweiligen Versorgungseingang des ersten Verstärkers 10a und des zweiten Verstärkers 10b der Verstärkereinheit 10 verbunden. Dadurch kann dem ersten Verstärker 10a und dem zweiten Verstärker 10b der Verstärkereinheit 10 die Versorgungsspannung 20 zugeführt werden.
Durch entsprechende Ansteuerung des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 14 und des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 15 kann die Versorgungsspannung gepulst sein bzw. eine Arbitrary-Waveform aufweisen, wodurch das verstärkte HF-Signal am Ausgang des HF-Generators 3 ebenfalls ein Multilevelpuls-Signal oder ein Arbitrary-Waveform-Signal ist.
Der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 14 und der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler 15 sind parallel zueinander angeordnet.
Die Spannungsausgabeeinheit 19 ist dazu ausgebildet, die höhere der ersten und der zweiten Ausgangsspannung 18a, 18b als Versorgungsspannung 20 auszugeben.
Die Spannungsausgabeeinheit 19 ist auch dazu ausgebildet, bei einer Änderung, insbesondere bei einer Erhöhung, eines Sollwerts für die Versorgungsspannung 20, die Versorgungsspannung 20 zuerst aus der zweiten Ausgangsspannung 18b zu erzeugen, bzw. die zweite Ausgangsspannung 18b zuerst als Versorgungsspannung 20 auszugeben, um zu einem späteren Zeitpunkt die Versorgungsspannung 20 aus der ersten Ausgangsspannung 18a zu erzeugen, bzw. die erste Ausgangsspannung 18a als Versorgungsspannung 20 auszugeben.
Die Verstärkereinheit 10 und damit der erste und der zweite Verstärker 10a, 10b werden zur selben Zeit lediglich über den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 oder über den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 mit elektrischer Energie, also der Versorgungsspannung 20, versorgt.
Der aktuelle Sollwert für die erste Ausgangsspannung 18a und die zweite Ausgangsspannung 18b ist dem HF-Generator 3 über die zentrale Steuerungsvorrichtung 2 zuführbar. Grundsätzlich kann ein entsprechender Verlauf für die erste Ausgangsspannung 18a und die zweite Ausgangsspannung 18b auch in einer Speichereinheit im HF-Generator 3 gespeichert sein, wobei dieser Verlauf durch den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 und den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 nachgefahren wird. Für diesen Zweck kann der HF-Generator 3 eine lokale Steuereinheit aufweisen. Diese lokale Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Signalerzeugungseinheit 11 und/oder den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 und/oder den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 anzusteuern.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Spannungsversorgungseinheit 12 mit dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14, dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 und der Spannungsausgabeeinheit 19.
Bei dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 handelt es sich um einen Tiefsetzsteller. Der Tiefsetzsteller umfasst einen Schalter 25, eine Diode 26, zumindest eine Induktivität 27 und zumindest einen Zwischenkreis-Kondensator 28. Der Schalter 25, bei dem es sich vorzugsweise um einen Transistor, insbesondere um einen MOSFET, handelt, ist mit einem Eingangsanschluss 14a des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 14 verbunden. Über diesen Eingangsanschluss 14a ist die Eingangsgleichspannung von der Gleichrichtereinheit 16 zuführbar. Der Schalter 25 ist andererseits sowohl mit der zumindest einen Induktivität 27 als auch mit der Diode 26 verbunden. Die Diode 26 ist wiederum mit einer Bezugsmasse verbunden, wohingegen die zumindest eine Induktivität 27 mit einem Ausgangsanschluss 14b des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 14 verbunden ist. Der Ausgangsanschluss 14b ist außerdem über den zumindest einen Zwischenkreis-Kondensator 28 mit der Bezugsmasse verbunden. Selbstverständlich können mehrere Induktivitäten 27 verwendet werden, die in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Selbstverständlich können auch mehrere Zwischenkreis-Kondensatoren 28 verwendet werden, die in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Am Ausgangsanschluss 14b liegt die erste Ausgangsspannung 18a an.
In einer Einschaltphase des Tiefsetzstellers ist der Schalter 25 geschlossen, also durchgeschaltet. Ein Eingangsstrom fließt durch die zumindest eine Induktivität 27, und Energie wird in der zumindest einen Induktivität 27 gespeichert. Die Diode 26 ist in dieser Phase sperrend. In einer Ausschaltphase des Tiefsetzstellers ist der Schalter 25 offen, also für den Eingangsstrom sperrend. Die in der zumindest einen Induktivität 27 gespeicherte Energie wird über die Diode 26 an die Last abgegeben. Der zumindest eine Zwischenkreis-Kondensator 28 sorgt dafür, dass die erste Ausgangsspannung 18a weitgehend konstant bleibt und nicht durch die Schaltvorgänge des Schalters 25 beeinflusst wird. Die erste Ausgangsspannung 18a kann durch das Tastverhältnis, also das Verhältnis der Einschaltzeit zur Gesamtzeit des Schalters 25, gesteuert werden. Ist der Schalter 25 länger geschlossen, so nähert sich die erste Ausgangsspannung 18a der Eingangsspannung an.
Ein derartiger Tiefsetzsteller arbeitet sehr effizient, insbesondere auch bei niedrigen Ausgangsspannungen. Er ist ebenfalls sehr kompakt und die erste Ausgangsspannung 18a kann sehr einfach durch Ändern des Tastverhältnisses variiert werden. Eine Regelung erfolgt vorzugsweise über ein zeitdiskretes Regelrechengerät, welches beispielsweise in der lokalen Steuereinheit implementiert ist. Hier werden insbesondere die Totzeiten des Mikrocontrollers und/oder des FPGAs berücksichtigt.
Vorzugsweise umfasst der Tiefsetzsteller auch einen Überstromschutz, einen Übertemperaturschutz und/oder einen Unterspannungsschutz.
Soll die erste Ausgangsspannung 18a möglichst glatt sein, so ist die Einschwingzeit für moderne Plasmaprozesse häufig nicht mehr ausreichend. Die Spannungsversorgungseinheit 12 umfasst daher hier den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15. Bei dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen Linearregler.
Der Linearregler umfasst einen Transistor 30 und vorzugsweise einen Operationsverstärker 31. Ein Kollektor des Transistors 30 ist mit einem Eingangsanschluss 15a des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 15 verbunden. Die Eingangsgleichspannung wird dem Eingangsanschluss 15a zugeführt. Ein Emitter des Transistors 30 ist mit einem Ausgangsanschluss 15b des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 15 verbunden. Ein erster Eingang des Operationsverstärkers 31 dient zur Zufuhr einer Steuerspannung. Ein zweiter Eingang, insbesondere ein invertierender Eingang, des Operationsverstärkers 31 ist mit dem Emitter des Transistors 30 verbunden. Durch Änderung der Steuerspannung kann die zweite Ausgangsspannung 18b am Emitter auf einen bestimmten Sollwert geregelt werden. Der Linearregler regelt schneller auf die gewünschte Ausgangsspannung 18b als der Tiefsetzsteller. Allerdings sind die Schaltverluste höher als beim Tiefsetzsteller, insbesondere für niedrige Ausgangsspannungen 18b im Verhältnis zur zugeführten Eingangsgleichspannung.
Die Spannungsausgabeeinheit 19 umfasst eine erste Diodeneinheit mit zumindest einer ersten Diode 35 und eine zweite Diodeneinheit mit zumindest einer zweiten Diode 36. Die erste Diode 35 ist mit ihrer Anode mit dem Ausgangsanschluss 14b des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 14 verbunden. Die erste Diode 35 ist mit ihrer Katode mit einem Sternpunkt 37 verbunden. Die zweite Diode 36 ist mit ihrer Anode mit dem Ausgangsanschluss 15b des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 15 verbunden. Die zweite Diode 36 ist mit ihrer Katode mit dem Sternpunkt 37 verbunden. An dem Sternpunkt 37 wird die Versorgungsspannung 20 ausgegeben. Der Sternpunkt 37 ist mit der Verstärkereinheit 10 und damit bevorzugt mit dem ersten Verstärker 10a und dem zweiten Verstärker 10b verbunden. An dem Sternpunkt 37 liegt daher immer die höhere Spannung der ersten Ausgangsspannung 18a und der zweiten Ausgangsspannung 18b an.
Dadurch, dass der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler 15 schneller den Sollwert für die zweite Ausgangsspannung 18b erreicht als der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 14, wird, bei einer gewünschten Änderung der Versorgungsspannung 20, die Versorgungsspannung 20 zu Beginn aus der zweiten Ausgangsspannung 18b gebildet. Zu einem späteren Zeitpunkt überschreitet dann die erste Ausgangsspannung 18a die Höhe der zweiten Ausgangsspannung 18b, wodurch ab diesem Zeitpunkt der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 14 die Versorgung der Verstärkereinheit 10 übernimmt und die Versorgungsspannung 20 aus der ersten Ausgangsspannung 18a gebildet wird.
Dies wird dadurch erreicht, weil die Spannungsversorgungseinheit 12 dazu ausgebildet ist, den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 derart anzusteuern, dass dieser die erste Ausgangsspannung 18a erzeugt, die insbesondere größer ist als die zweite Ausgangsspannung 18b. Vorzugsweise ist der Sollwert für die zweite Ausgangsspannung 18b geringfügig niedriger als der Sollwert für die einzustellende Versorgungsspannung 20, sodass der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 14 die Versorgung der Verstärkereinheit 10 dann übernimmt, wenn die erste Ausgangsspannung 18a dem Sollwert der einzustellenden Versorgungsspannung 20 in etwa entspricht.
4A zeigt ein Ausführungsbeispiel des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 14 mit einer Entladeeinheit 40. Die Entladeeinheit 40 ist dazu ausgebildet, für den Fall, dass der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 14 die erste Ausgangsspannung 18a verringert, Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator 28 zu entnehmen. Hierzu umfasst die Entladeeinheit 40 eine Schalteinheit 41 und einen Widerstand 42. Über die Schalteinheit 41 kann der Widerstand 42 mit dem Schwingkreis des im Schaltbetrieb arbeitenden DC-Wandlers 14 verbunden werden. Insbesondere ist die Schalteinheit 41 mit dem Ausgangsanschluss 14b verbunden. Der Widerstand 42 selbst ist vorzugsweise mit der Bezugsmasse verbunden. Dadurch kann die erste Ausgangsspannung 18a deutlich schneller in ihrer Höhe reduziert werden, als dies ohne eine solche Entladeeinheit möglich wäre. Anstatt die Energie aus dem Schwingkreis in den Widerstand 42 abzuführen, kann die Energie natürlich auch in ein Energienetz zurückgespeist werden.
4B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel wie die Entladeeinheit 40 aufgebaut sein kann. Die Entladeeinheit 40 umfasst einen weiteren im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 45, der dazu ausgebildet ist, Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren ersten DC-Wandler 14 und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator 28 zu entnehmen. Der weitere im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 45 ist ebenfalls in Form eines Tiefsetzstellers ausgebildet. Dieser DC-Wandler 45 umfasst einen Schalter 46, eine Diode 47 und zumindest eine Induktivität 48. Optional umfasst der DC-Wandler 45 zumindest einen Glättungs-Kondensator 49. Der Schalter 46, bei dem es sich vorzugsweise um einen Transistor, insbesondere um einen MOSFET, handelt, ist mit dem Sternpunkt 37 verbunden. Er kann auch mit dem Ausgangsanschluss 14b des im Schaltbetrieb betreibbaren ersten DC-Wandlers 14 verbunden sein. Der Schalter 46 ist andererseits sowohl mit der zumindest einen Induktivität 48 als auch mit der Diode 47 verbunden. Die Diode 47 ist wiederum mit einer Bezugsmasse verbunden, wohingegen die zumindest eine Induktivität 48 mit einem Ausgangsanschluss 45b des Weiteren im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 45 verbunden ist. Der Ausgangsanschluss 45b ist außerdem über den zumindest einen Glättungs-Kondensator 49 mit der Bezugsmasse verbunden. Am Ausgangsanschluss 45b ist vorzugsweise ein Widerstand gegen Bezugsmasse geschaltet, über den die Entladung stattfindet. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Spannungsausgabeeinheit 19 eine dritte Diode 38, die zwischen Sternpunkt 37 und dem weiteren im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 45 geschaltet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Entladeeinheit 40 einen weiteren im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 50, der dazu ausgebildet ist, Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator 28 zu entnehmen. Bei diesem weiteren im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 50 handelt es sich vorzugsweise um einen Linearregler. Der Linearregler umfasst einen Transistor 51 und vorzugsweise einen Operationsverstärker 52. Ein Kollektor des Transistors 51 ist mit dem Sternpunkt 37 verbunden. Er kann auch mit dem Ausgangsanschluss 14b des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 14 verbunden sein. Ein Emitter des Transistors 51 ist mit einem Ausgangsanschluss 50b des weiteren im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers 50 verbunden. Ein erster Eingang des Operationsverstärkers 52 dient zu Zufuhr einer Steuerspannung. Ein zweiter Eingang, insbesondere ein invertierender Eingang, des Operationsverstärkers 52 ist mit dem Kollektor des Transistors 51 verbunden. Durch Änderung der Steuerspannung kann eine Ausgangsspannung am Emitter auf einen bestimmten Sollwert geregelt werden. Der Linearregler regelt schneller auf die gewünschte Ausgangsspannung als der Tiefsetzsteller. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Spannungsausgabeeinheit 19 eine vierte Diode 39, die zwischen Sternpunkt 37 und dem weiteren im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 50 geschaltet ist. Der Transistor 51 kann auch z.B. als FET, z.B. als MOSFET, ausgeführt sein, dann wäre der Emitteranschluss und der Kollektoranschluss jeweils zu ersetzen durch einen Drain- bzw. Source-Anschluss.
Für den Fall, dass möglichst schnell Energie durch die Entladeeinheit 40 entnommen werden soll, können sowohl der weitere im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler 45 als auch der weitere im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler 50 Energie aus dem Sternpunkt 37 bzw. Energie von dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 entnehmen. Durch die dritte und vierte Diode 38, 39 kann dies parallel erfolgen, wobei der weitere im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler 50 schneller auf die entsprechende Ausgangsspannung regelt.
5 zeigt anhand von Diagrammen von Signalen, insbesondere einer Spannung U über der Zeit t, die Funktionsweise der Spannungsversorgungseinheit 12 mit dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 und dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 zur Erzeugung der Versorgungsspannung 20. Ein gewünschter Verlauf der Versorgungsspannung 20 ist in der ersten Abbildung (a) der 5 dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine typische Versorgungsspannung 20 für einen Multilevel-Pulsbetrieb.
Ein beispielhafter Verlauf einer Arbitrary-Waveform ist in der fünften Abbildung (e) dargestellt, sowie auch schon in 1 und 2. Zu erkennen ist die Wellenform 22 als Einhüllende eines Hochfrequenzsignals 21 mit dem arbiträren Verlauf über der Zeit t.
Für ein HF-Signal 21 mit einer Wellenform 22 als Einhüllende sähe die Versorgungspannung 20 anders aus als in der Abbildung (a), nämlich so, dass sie der Wellenform 22 folgen würde.
Ein Teilbereich der ersten Abbildung (a) ist vergrößert in der zweiten Abbildung (b) dargestellt. Die Versorgungsspannung 20 soll zum Zeitpunkt t₁ auf einen bestimmten Wert ansteigen. Um dies zu erreichen aktiviert der HF-Generator 3, insbesondere die lokale Steuereinheit des HF-Generators 3, sowohl den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler 15 als auch den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14. Ein beispielhafter Verlauf der zweiten Ausgangsspannung 18b ist in der dritten Abbildung (c) dargestellt. Zum Zeitpunkt t₁ steigt die zweite Ausgangsspannung 18b sehr rasch auf einen bestimmten Sollwert an. Ein beispielhafter Verlauf der ersten Ausgangsspannung 18a ist in der vierten Abbildung (d) dargestellt. Zum Zeitpunkt t₁ steigt die erste Ausgangsspannung 18a langsamer auf einen bestimmten Sollwert an als die zweite Ausgangsspannung 18b. In diesem Fall ist die zweite Diode 36 der Spannungsausgabeeinheit 19 leitend und die erste Diode 35 der Spannungsausgabeeinheit 19 sperrend und die Versorgungsspannung 20 wird einzig durch die zweite Ausgangsspannung 18b gebildet. Zum Zeitpunkt t₂ überschreitet die Höhe der ersten Ausgangsspannung 18a die Höhe der zweiten Ausgangsspannung 18b. In diesem Fall ist die erste Diode 35 der Spannungsausgabeeinheit 19 leitend und die zweite Diode 36 der Spannungsausgabeeinheit 19 sperrend und die Versorgungsspannung 20 wird einzig durch die erste Ausgangsspannung 18a gebildet. Zum Zeitpunkt t₂ wird der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler 15 abgeschaltet und die Versorgung der Verstärkereinheit 10 findet einzig über den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler 14 statt.
Dadurch kann eine sehr schnelle Änderung der Versorgungsspannung 20 erreicht werden, wobei die Verstärkereinheit 10 gleichermaßen sehr effizient arbeitet.
Die Entwicklung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Entwicklung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar, sofern nicht etwas Gegenteiliges angegeben ist.

Claims

HF-Generator (3) für ein Plasmabearbeitungssystem (1) mit den folgenden Merkmalen: - eine Verstärkereinheit (10), die dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal zu verstärken; - eine Spannungsversorgungseinheit (12), die dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung (20) zu generieren und der Verstärkereinheit (10) zuzuführen; - die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst einen im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14), der einen Ausgangsanschluss (14b) umfasst, wobei der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler (14) dazu ausgebildet ist, eine ihm zugeführte Eingangsgleichspannung in eine erste Ausgangsspannung (18a) umzuwandeln und diese an dem Ausgangsanschluss (14b) auszugeben; - die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst einen im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15), der einen Ausgangsanschluss (15b) umfasst, wobei der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler (15) dazu ausgebildet ist, eine ihm zugeführte Eingangsgleichspannung in eine zweite Ausgangsspannung (18b) umzuwandeln und diese an dem Ausgangsanschluss (15b) auszugeben; - die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst eine Spannungsausgabeeinheit (19), die einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss aufweist, wobei der Ausgangsanschluss (14b) des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers (14) mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist und wobei der Ausgangsanschluss (15b) des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers (14) mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, sodass der Spannungsausgabeeinheit (19) die erste und die zweite Ausgangsspannung (18a, 18b) zuführbar sind und wobei die Spannungsausgabeeinheit (19) dazu ausgebildet ist, aus der ersten und zweiten Ausgangsspannung (18a, 18b) die Versorgungsspannung (20) zu erzeugen und/oder auszugeben.
HF-Generator (3) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler (14) und der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler (15) sind parallel zueinander angeordnet.
HF-Generator (3) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Spannungsausgabeeinheit (19) ist dazu ausgebildet, die höhere der ersten und der zweiten Ausgangsspannung (18a, 18b) als Versorgungsspannung (20) auszugeben.
HF-Generator (3) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Spannungsausgabeeinheit (19) umfasst eine erste Diodeneinheit mit zumindest einer ersten Diode (35) und eine zweite Diodeneinheit mit zumindest einer zweiten Diode (36); oder - die Spannungsausgabeeinheit (19) umfasst aktive Schalter.
HF-Generator (3) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die erste Diodeneinheit ist mit ihrem Eingang mit dem Ausgangsanschluss (14b) des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers (14) verbunden; die zweite Diodeneinheit ist mit ihrem Eingang mit dem Ausgangsanschluss (15b) des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers (15) verbunden; die erste Diodeneinheit und die zweite Diodeneinheit sind mit ihrem jeweiligen Ausgang mit einem gemeinsamen Sternpunkt (37) verbunden, der wiederum mit der Verstärkereinheit (10) verbunden ist; und/oder - ein erster aktiver Schalter ist mit seinem Eingang mit dem Ausgangsanschluss (14b) des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers (14) verbunden; ein zweiter aktiver Schalter ist mit seinem Eingang mit dem Ausgangsanschluss (15b) des im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandlers (15) verbunden; der erste und der zweite aktive Schalter sind mit ihrem jeweiligen Ausgang mit einem gemeinsamen Sternpunkt (37) verbunden, der wiederum mit der Verstärkereinheit (10) verbunden ist.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Spannungsausgabeeinheit (19) ist dazu ausgebildet, bei einer Änderung, insbesondere bei einer Erhöhung, eines Sollwerts für die Versorgungsspannung (20), die Versorgungsspannung (20) zuerst aus der zweiten Ausgangsspannung (18b) zu erzeugen bzw. die zweite Ausgangsspannung (18b) zuerst als Versorgungsspannung (20) auszugeben, um zu einem späteren Zeitpunkt die Versorgungsspannung (20) aus der ersten Ausgangsspannung (18a) zu erzeugen bzw. die erste Ausgangsspannung (18a) als Versorgungsspannung (20) auszugeben.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Spannungsversorgungseinheit (12) ist dazu ausgebildet, die Verstärkereinheit (10) zur selben Zeit lediglich über den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) oder über den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15) zu versorgen.
HF-Generator (3) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Spannungsversorgungseinheit (12) ist dazu ausgebildet, den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15) abzuschalten, wenn die Verstärkereinheit (10) über den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) versorgt wird.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Spannungsversorgungseinheit (12) ist dazu ausgebildet, den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15) derart anzusteuern, dass dieser die zweite Ausgangsspannung (18b) erzeugt, die unterhalb eines Sollwerts für die gewünschte Versorgungsspannung (20) liegt.
HF-Generator (3) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die zweite Ausgangsspannung (18b) liegt im Bereich von 90% bis 97% des Sollwerts für die gewünschte Versorgungsspannung (20).
HF-Generator (3) nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Spannungsversorgungseinheit (12) ist dazu ausgebildet, den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) derart anzusteuern, dass dieser die erste Ausgangsspannung (18a) erzeugt, die: a) in etwa dem Sollwert für die gewünschte Versorgungsspannung (20) entspricht; und/oder b) sich um eine Differenz vom Sollwert für die gewünschte Versorgungsspannung (20) unterscheidet, die kleiner ist als eine Differenz zwischen der zweiten Ausgangsspannung (18b) und dem Sollwert für die gewünschte Versorgungsspannung (20); und/oder c) größer ist als die zweite Ausgangsspannung (18b).
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst eine Entladeeinheit (40); - die Entladeeinheit (40) ist dazu ausgebildet, für den Fall, dass der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler (14) die erste Ausgangsspannung (18a) verringert, Energie aus dem Zwischenkreis-Kondensator (28) zu entnehmen und in zumindest einen Entladewiderstand (42) abzuführen oder in ein Energienetz zurückzuspeisen.
HF-Generator (3) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Entladeeinheit (40) umfasst eine Schalteinheit (41) und zumindest einen Entladewiderstand (42), wobei die Schalteinheit (41) dazu ausgebildet ist, den Entladewiderstand (42) hinzuzuschalten, um so Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator (28) in Richtung Bezugsmasse abzuführen; oder - die Entladeeinheit (40) umfasst eine Schalteinheit (41), wobei die Schalteinheit (41) dazu ausgebildet ist, den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15) mit dem Ausgangsanschluss (14b) des im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandlers (14) zu verbinden, sodass der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler (15) Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator (28) entnimmt.
HF-Generator (3) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Entladeeinheit (40) umfasst einen weiteren im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (45), der dazu ausgebildet ist, Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator (28) zu entnehmen; und/oder - die Entladeeinheit (40) umfasst einen weiteren im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (50), der dazu ausgebildet ist, Energie aus dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) und/oder einem in ihm angeordneten Zwischenkreis-Kondensator (28) zu entnehmen.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Eingangsgleichspannung, die dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) zuführbar ist, ist dieselbe Eingangsgleichspannung, die dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15) zuführbar ist; oder - die Eingangsgleichspannung, die dem im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) zuführbar ist, ist eine andere Eingangsgleichspannung als diejenige, die dem im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15) zuführbar ist.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler (14) ist ein Tiefsetzsteller oder ein Hochsetzsteller oder eine Kombination aus Tiefsetz- und Hochsetzsteller oder ein Cuk-Wandler oder ein SEPIC-Wandler.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Spannungsversorgungseinheit (12) umfasst eine Gleichrichtereinheit (16), um aus einer Wechselspannung die jeweilige Eingangsgleichspannung für den im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler (14) und den im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler (15) zu erzeugen.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Versorgungsspannung (20) ist von ihrem Spannungsverlauf derart gewählt, dass die Verstärkereinheit (10) dazu ausgebildet ist, ein HF-Signal in Form eines Multilevelpulses oder einer Arbitrary-Waveform auszugeben.
HF-Generator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Verstärkereinheit (10) umfasst zumindest einen ersten und einen zweiten Verstärker (10a, 10b), die parallel zueinander angeordnet sind, wobei beiden Verstärkern (10a, 10b) dieselbe Versorgungsspannung (20) zuführbar ist; oder - die Verstärkereinheit (10) umfasst zumindest einen ersten und einen zweiten Verstärker (10a, 10b), die parallel zueinander angeordnet sind, wobei der im Schaltbetrieb betreibbare DC-Wandler (14) und der im Linearbetrieb betreibbare DC-Wandler (15) dazu ausgebildet sind, den ersten Verstärker (10a) mit elektrischer Energie zu versorgen und wobei die Spannungsversorgungseinheit (12) einen zusätzlichen im Schaltbetrieb betreibbaren DC-Wandler und einen zusätzlichen im Linearbetrieb betreibbaren DC-Wandler umfassen, die die dazu ausgebildet sind, den zweiten Verstärker (10b) mit elektrischer Energie versorgen.
Plasmabearbeitungssystem (1) mit zumindest einem HF-Generator (3), der gemäß einem der vorherigen Ansprüche aufgebaut ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine Impedanzanpassungsschaltung (4) vorgesehen, die an den Ausgangsanschluss (3a) des HF-Generators (3) angeschlossen ist; - es ist eine zentrale Steuerungsvorrichtung (2) vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den HF-Generator (3) derart anzusteuern, dass dieser die Versorgungsspannung (20) für die Verstärkereinheit (10) auf einen bestimmten Wert einstellt.
Plasmabearbeitungssystem nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine Ausgangsmesseinheit (92) vorgesehen und dazu ausgebildet, um: a) eine Leistung zu messen, die der HF-Generator (3) ausgibt; oder b) eine Leistung zu messen, die die Impedanzanpassungsschaltung vom HF-Generator (3) aufnimmt; - die zentrale Steuerungsvorrichtung (2) ist dazu ausgebildet, den Sollwert für den Versorgungsstrom (20) in Abhängigkeit der Leistung einzustellen.