DE102017128402A1

DE102017128402A1 - Method for preventing arcing in plasma nitriding plants

Info

Publication number: DE102017128402A1
Application number: DE102017128402.8A
Authority: DE
Inventors: Ralf Bernhardt; Gunnar Gillessen; Stefan Wolff
Original assignee: PVA TePla AG
Current assignee: PVA TePla AG
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Um die Ausbildung eines Lichtbogens in einer Puls-Plasma-Anlage, die mit Gleichstrom betrieben wird, zu unterbinden, sieht die Erfindung ein Strommessgerät in einer der Leitungen eines Pulsgenerators (4) zu der Elektrode in der Plasmakammer der Anlage vor.
Mit Hilfe des Strommessgerätes (7) kann der Anstieg des Stromes erfasst werden. Wenn dieser über einem Schwellenwert liegt, ist dies ein Hinweis auf die Ausbildung eines Lichtbogens. Daher wird der Puls unterbrochen und die vollständige Ausbildung eines Lichtbogens in der Plasmakammer verhindert.

In order to prevent the formation of an arc in a pulsed plasma system, which is operated with direct current, the invention provides a current measuring device in one of the lines of a pulse generator (4) to the electrode in the plasma chamber of the system.
With the help of the current measuring device (7), the increase of the current can be detected. If this is above a threshold, this is an indication of the formation of an arc. Therefore, the pulse is interrupted and prevents the complete formation of an arc in the plasma chamber.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtbogenunterdrückende Puls-Plasma-Anlage mit einer Kathode und einer Anode in einer Vakuumkammer, wobei die Kathode und die Anode zur Erzeugung eines Plasmas in der Vakuumkammer an einen Generator angeschlossen sind, der eine gepulste Gleichspannung liefert, mit einem Strommessgerät zur Bestimmung des elektrischen Stromes, der über die Kathode und die Anode fließt, und mit einem Generatorschalter zum Ein- und Ausschalten des Generators, sowie mit einer Auswerteschaltung, an die das Strommessgerät angeschlossen ist, um dessen Messsignale zu empfangen, sowie der Generatorschalter angeschlossen ist, um an diesen ein Schaltsignal auszugeben.The invention relates to an arc-suppressing pulse-plasma system having a cathode and an anode in a vacuum chamber, wherein the cathode and the anode are connected to generate a plasma in the vacuum chamber to a generator which supplies a pulsed DC voltage, with a current measuring device for determining the electric current that flows through the cathode and the anode, and a generator switch for turning on and off the generator, as well as an evaluation circuit to which the ammeter is connected to receive its measurement signals, and the generator switch is connected to output to this a switching signal.

Eine mögliche Verwendung einer Puls-Plasma-Anlage mit einem gepulsten Gleichstrom ist in der DE 198 15 019 B4 beschrieben. Die Anlage dient zur Herstellung von Aluminiumnitridschichten auf einem Bauteil. Das Plasma wird durch eine gepulste Gleichspannung zwischen 420 und 1.000 V im Frequenzbereich zwischen 5 und 50 kHz erzeugt. Diese Methode wird auch als Plasmanitrierung bezeichnet.One possible use of a pulse-plasma system with a pulsed direct current is in the DE 198 15 019 B4 described. The plant is used to produce aluminum nitride layers on a component. The plasma is generated by a pulsed DC voltage between 420 and 1,000 V in the frequency range between 5 and 50 kHz. This method is also called plasma nitriding.

Generell besteht bei Plasma-Anlagen das Problem, dass sich die Kathode durch das Plasma stark erhitzt, so dass aus ihr Elektronen durch Glühemission austreten, was zur Ausbildung eines Lichtbogens führt.In general, there is a problem in plasma systems in that the cathode is strongly heated by the plasma, so that electrons emanate from it by annealing emission, which leads to the formation of an arc.

Die Ausbildung eines Lichtbogens ist aber nicht erwünscht, da er die Anlage bzw. ein Substrat, das im Plasma behandelt werden soll, schädigen kann.The formation of an arc is not desirable because it can damage the system or a substrate to be treated in the plasma.

In der DE 41 27 504 A1 ist daher für eine Plasma-Anlage, die mit einem kontinuierlichen Gleichstrom betrieben wird, schon vorgeschlagen, die Spannung an den Elektroden (Kathode, Anode) laufend zu ermitteln, und dass bei einem vorgegebenen unteren Grenzwert für den Gradienten des Spannungsabfalls und bei einer festgelegten Mindestzeitdauer des Spannungsabfalls der Generator kurzzeitig abgeschaltet wird. Die Anlage besitzt eine Drossel mit einer hohen Induktivität, so dass sie bei einer starken Stromänderung eine Gegenspannung aufbaut, die einen auftretenden Lichtbogen rasch löscht. Um die dazu notwendige Induktivität bereit zu stellen, ist die Drossel ein relativ großes und auch teures Bauteil.In the DE 41 27 504 A1 Therefore, it is proposed for a plasma system, which is operated with a continuous direct current, to continuously determine the voltage at the electrodes (cathode, anode), and that at a predetermined lower limit for the gradient of the voltage drop and at a fixed minimum period of time the voltage drop of the generator is temporarily switched off. The system has a choke with a high inductance, so that it builds up against a strong current change counter-voltage, which quickly erases an occurring arc. In order to provide the necessary inductance, the throttle is a relatively large and expensive component.

Gemäß der DE 100 34 895 A1 wird bei einer Plasma-Anlage, an deren Elektroden mittels eines Schwingkreiswechselrichters eine Wechselspannung angelegt wird, durch Differenzieren des zeitlichen Verlaufes der Spannung Zeitpunkt und Wert der Zündspannung für jede Halbwelle bestimmt, wobei die Zündspannung der Wert ist, bei dem ein Lichtbogen gezündet wird. Der aktuelle Wert der Zündspannung wird mit dem Wert der Zündspannung in der vorangegangenen Halbwelle oder mit einem Mittelwert der Zündspannung über eine bestimmte Anzahl von Perioden verglichen. Durch die wiederholte Bestimmung der Zündspannung kann ein Überschlag sehr schnell erkannt werden, da sich die Zündspannung in diesem Fall erhöht.According to the DE 100 34 895 A1 is determined in a plasma system, at the electrodes by means of a resonant circuit inverter, an alternating voltage, by differentiating the time course of the voltage time and value of the ignition voltage for each half-wave, the ignition voltage is the value at which an arc is ignited. The actual value of the ignition voltage is compared with the value of the ignition voltage in the previous half cycle or with an average of the ignition voltage over a certain number of periods. By repeated determination of the ignition voltage, a flashover can be detected very quickly, since the ignition voltage increases in this case.

Die DE 10 2006 043 900 A1 beschäftigt sich mit der Frage, wann nach einem Abschalten des Generators eine erneute Zündung erfolgen soll. Dazu wird nach dem Abschalten des Generators der abklingende Strom durch die Elektroden betrachtet. Sobald dieser unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt, wird dies als Zeichen dafür gewertet, dass der Lichtbogen erloschen ist. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens kann die Unterbrechung der Energiezufuhr zum Generator nach einer gewissen Karenzzeit wieder aufgenommen werden.The DE 10 2006 043 900 A1 deals with the question of when after a shutdown of the generator, a re-ignition should take place. For this purpose, after switching off the generator, the decaying current through the electrodes is considered. As soon as it is below a specified limit, this is interpreted as a sign that the arc has gone out. After the arc has been extinguished, the interruption of the energy supply to the generator can be resumed after a certain waiting period.

Die DE 10 2006 043 898 A1 beschäftigt sich ebenfalls mit der Frage, wann der Generator nach einem Auftreten eines Lichtbogens wieder eingeschaltet werden kann.The DE 10 2006 043 898 A1 also deals with the question of when the generator can be turned on again after an arc occurs.

Die DE 43 26 100 A1 bezieht sich ebenfalls auf eine Plasma-Anlage, die mit einem Wechselstrom betrieben wird. In jeder Halbwelle wird überprüft, ob ein Zustand vorliegt, bei dem die Spannung auf einen kleinen Wert absinkt, nämlich der Lichtbogenspannung, und der Strom auf einem Niveau bleibt bzw. noch ansteigt. Werden mehrere solche Signale gemessen, folgt eine Abschaltung des Generators.The DE 43 26 100 A1 also refers to a plasma system which is operated with an alternating current. In each half-wave, it is checked whether there is a state in which the voltage drops to a small value, namely the arc voltage, and the current remains at a level or rises. If several such signals are measured, the generator is shut down.

Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, eine Puls-Plasma-Anlage zu schaffen, bei der die Ausbildung von Lichtbögen frühzeitig erkannt wird und durch kurzzeitiges Abschalten des Generators unterbunden wird.The invention is thus based on the object to provide a pulse-plasma system in which the formation of arcs is detected early and is prevented by short-term shutdown of the generator.

Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass die Auswerteschaltung einen Speicher zur Speicherung eines Gradientenschwellenwertes, ein Modul zur Bestimmung der zeitlichen Änderung der Stromstärke und eine Auswerteeinheit aufweist, die die zeitliche Änderung der Stromstärke mit dem Gradientenschwellenwert vergleicht, wobei die Auswerteschaltung so eingerichtet ist, dass beim Überschreiten des Gradientenschwellenwertes ein Ausschaltsignal für den Generatorschalter generiert wird.To solve the problem, the invention provides that the evaluation circuit has a memory for storing a gradient threshold value, a module for determining the temporal change of the current intensity and an evaluation unit which compares the temporal change of the current intensity with the gradient threshold value, the evaluation circuit being set up in this way in that a switch-off signal for the generator switch is generated when the gradient threshold value is exceeded.

Im Gegensatz zu den bisherigen Vorschlägen wird also nicht die Spannung an den Elektroden betrachtet, sondern der durch sie fließende Strom. Da dadurch die Ausbildung eines Lichtbogens sehr früh erkannt werden kann und seine vollständige Ausbildung verhindert wird, wird keine Drossel mit einer hohen Induktivität benötigt.In contrast to the previous proposals, therefore, not the voltage at the electrodes is considered, but the current flowing through them. As a result, the formation of an arc can be detected very early and its complete training is prevented, no choke is required with a high inductance.

Wie schon angedeutet, stammen bei einem Lichtbogen die Elektroden aus der Kathode, wobei sich die Anzahl der Elektronen auf dem Weg zur Anode durch Stoßionisation stark erhöht. As already indicated, in the case of an arc, the electrodes originate from the cathode, the number of electrons greatly increasing on the way to the anode as a result of impact ionization.

Dadurch entsteht in kurzer Zeit ein starker Strom, wobei sowohl die Stromstärke als auch der Stromstärkegradient charakteristisch sind für die Ausbildung eines Lichtbogens.This results in a strong current in a short time, with both the current and the current gradient are characteristic of the formation of an arc.

Wenn also die Stromstärke mit hinreichend kleinen Taktzeiten gemessen wird und daraus der Stromstärkegradient - die Geschwindigkeit des Stromstärkeanstieges - bestimmt wird, kann durch Vergleich mit entsprechenden Schwellenwerten erkannt werden, ob sich ein Lichtbogen ausbildet bzw. droht, sich auszubilden.Thus, if the current is measured with sufficiently short cycle times and the current gradient - the speed of the current increase - is determined from this, it can be detected by comparison with corresponding threshold values as to whether an arc is forming or threatening to form.

Mit der Unterbrechung der Stromversorgung der Elektroden kann dann eine vollständige Ausbildung eines Lichtbogens frühzeitig unterbunden werden.With the interruption of the power supply of the electrodes then complete formation of an arc can be prevented early.

Die Taktzeiten, mit denen die Stromstärke gemessen werden soll, richten sich auch nach der Größe der Vakuumkammer, die die Länge eines voll ausgebildeten Lichtbogens bestimmt. Da dieser sich mit ca. 10 cm/ps ausbreitet, liegt ein voll ausgebildeter Lichtbogen bei üblichen Vakuumkammergrößen schon nach wenigen µs vor. Die Taktzeiten zur Messung der Stromstärke müssen daher deutlich darunter liegen. Typischerweise liegt sie bei nicht mehr als 8 ns, was einer Frequenz von 125 MHz entspricht. Die kurze Taktzeit erlaubt eine hinreichend genaue Bestimmung des Stromstärkegradienten.The cycle times with which the current intensity is to be measured also depend on the size of the vacuum chamber, which determines the length of a fully developed arc. As this propagates at approx. 10 cm / ps, a fully developed arc is already present after a few μs with usual vacuum chamber sizes. The cycle times for measuring the current must therefore be significantly lower. Typically, it is no more than 8 ns, which corresponds to a frequency of 125 MHz. The short cycle time allows a sufficiently accurate determination of the current gradient.

Eine noch bessere Erkennbarkeit ist gegeben, wenn nicht nur der Stromstärkegradient, sondern auch ein Maximalwert der Stromstärke beobachtet wird. Wenn dieser über dem Wert des ungestörten Plasmastromes liegt, soll eine Abschaltung erfolgen.An even better recognizability is given when not only the current gradient, but also a maximum value of the current is observed. If this is above the value of the undisturbed plasma current, a shutdown should take place.

Dazu besitzt die Auswerteschaltung einen Speicher zur Speicherung eines Strommaximalschwellenwertes und eine weitere Auswertungseinheit, die die aktuelle Stromstärke mit dem Strommaximalschwellenwert vergleicht, wobei die Auswerteschaltung so eingerichtet ist, dass beim Überschreiten des Gradientenschwellenwertes und des Strommaximalschwellenwertes ein Ausschaltsignal für den Generatorschalter generiert wird.For this purpose, the evaluation circuit has a memory for storing a maximum current threshold value and a further evaluation unit which compares the current intensity with the maximum current threshold value, wherein the evaluation circuit is set up such that when the gradient threshold value and the maximum current threshold value are exceeded, a switch-off signal for the generator switch is generated.

Die oben genannten Schwellenwerte müssen natürlich an eine spezifische Anlage individuell angepasst werden. Dazu weist die Auswerteschaltung ein Eingabemodul auf, um die gespeicherten Werte für den Gradientenschwellenwert und für den Strommaximalschwellenwert manuell ändern zu können.Of course, the above thresholds have to be individually adapted to a specific installation. For this purpose, the evaluation circuit has an input module in order to be able to manually change the stored values for the gradient threshold value and for the current maximum threshold value.

Um falsch-positiv Werte zu vermeiden, ist vorgesehen, dass die gespeicherten Werte für den Gradientenschwellenwert und den Strommaximalschwellenwert dynamisch an den Pulsverlauf anpassbar sind. Unter Pulsverlauf wird der Zeitverlauf innerhalb eines Pulses betrachtet. Insbesondere kann der Schwellenwert am Anfang des Pulses gesenkt werden, da auch hier bei einem normalen Betrieb sich die Stromstärke relativ rasch auf den sich im ausgebildeten Plasma vorliegenden Strom erhöht. Eine Berücksichtigung des Stromstärkeanstieges zum Anfang eines Pulses hätte zur Folge, dass fälschlicherweise die Ausbildung eines Lichtbogens erkannt wird.In order to avoid false-positive values, it is provided that the stored values for the gradient threshold and the maximum current threshold are dynamically adaptable to the pulse progression. Under pulse progression, the time course within a pulse is considered. In particular, the threshold value can be lowered at the beginning of the pulse, since the current strength increases relatively quickly to the present in the formed plasma current here in a normal operation. A consideration of the increase in current at the beginning of a pulse would result in the erroneous recognition of the formation of an arc.

Die Messgeräte und die Auswerteschaltung müssen so ausgelegt sein, dass eine Messung in kurzen Zeitfenstern erfolgt, die deutlich kleiner sind als die Pulsdauer. Dazu sieht die Erfindung vor, dass die Auswerteschaltung eine Reaktionszeit von 200-600 ns aufweist.The measuring instruments and the evaluation circuit must be designed in such a way that a measurement takes place in short time windows that are significantly smaller than the pulse duration. For this purpose, the invention provides that the evaluation circuit has a reaction time of 200-600 ns.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Unterdrückung eines sich ausbildenden Lichtbogens in einer Puls-Plasma-Anlage, wobei das Verfahren vorsieht, dass beim sich Ausbilden eines Lichtbogens der Generator der Puls-Plasma-Anlage ausgeschaltet wird. Die Erfindung sieht insbesondere vor, dass der über die Elektroden der Puls-Plasma-Anlage fließende Strom gemessen, eine zeitliche Änderung in einem Zeitfenster bestimmt und mit einem Gradientenschwellenwert verglichen wird, wobei ein Überschreiten des Gradientenschwellenwertes als Hinweis auf die Ausbildung eines Lichtbogens bewertet und daher der Generator der Puls-Plasma-Anlage kurzzeitig ausgeschaltet wird.The invention further relates to a method for suppressing a developing arc in a pulse-plasma system, wherein the method provides that when forming an arc, the generator of the pulse-plasma system is turned off. In particular, the invention provides that the current flowing across the electrodes of the pulse-plasma system is measured, a temporal change in a time window is determined and compared with a gradient threshold, whereby exceeding the gradient threshold evaluates as an indication of the formation of an arc and therefore the generator of the pulse-plasma system is switched off for a short time.

Weiterhin wird ebenso die aktuelle Stromstärke in einem Zeitfenster gemessen und mit einem Strommaximalschwellenwert verglichen, wobei ein Überschreiten des Gradientenschwellenwertes und des Strommaximalschwellenwertes als Hinweis auf die Ausbildung eines Lichtbogens bewertet und daher der Generator der Puls-Plasma-Anlage ausgeschaltet wird.Furthermore, the current intensity is also measured in a time window and compared with a maximum current threshold, wherein exceeding the gradient threshold and the maximum current threshold value is evaluated as an indication of the formation of an arc and therefore the generator of the pulse plasma system is turned off.

Die genannten Schwellenwerte können dynamisch an den Pulsverlauf angepasst werden.The mentioned threshold values can be adapted dynamically to the pulse progression.

Die Größe des Zeitfensters liegt zwischen 200-600 ns.The size of the time window is between 200-600 ns.

Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert. Dazu zeigt die

1 einen Schaltplan einer Puls-Plasma-Anlage, die mit Gleichstrom betrieben wird,
2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Stromstärkeverlaufes in der Ausbildung eines Plasmas während eines Pulses,
3 den Verlauf der Stromstärke bei einem Lichtbogen, der sich am Beginn eines Pulses ausbildet,
4 ein Diagramm mit dem Stromstärkeverlauf eines Lichtbogens, der im Verlauf eines Pulses entsteht, und
5 einen Schaltplan zur Detektion von Lichtbögen.

In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. This shows the

1 a circuit diagram of a pulsed plasma system, which is operated with direct current,
2 a diagram for illustrating the course of the current intensity in the formation of a plasma during a pulse,
3 the course of the current in an arc, which forms at the beginning of a pulse,
4 a diagram with the current waveform of an arc, which arises in the course of a pulse, and
5 a circuit diagram for the detection of arcs.

Zunächst wird sich auf 1 bezogen: In einer Plasmakammer 1 befinden sich eine Kathode 2 und eine Anode 3, zwischen denen sich ein Plasma ausbildet, wenn bei einem Vakuum in der Plasmakammer 1 eine genügend hohe Spannung an die Elektroden 2, 3 angelegt wird. Hierfür ist ein Pulsgenerator 4 vorgesehen, dessen Pole über je eine Leitung 5, 6 mit der Kathode 2 bzw. der Anode 3 in der Plasmakammer 1 verbunden sind.First, it will be up 1 Related: In a plasma chamber 1 there is a cathode 2 and an anode 3 between which a plasma forms when at a vacuum in the plasma chamber 1 a sufficiently high voltage to the electrodes 2 . 3 is created. This is a pulse generator 4 provided, whose poles each have a line 5 . 6 with the cathode 2 or the anode 3 in the plasma chamber 1 are connected.

Die beiden Leitungen 5, 6 bilden inhärente, nicht zu vermeidende Induktivitäten, die durch das Schaltsymbol für Induktivität in den Leitungen dargestellt sind. Es handelt sich hierbei nicht um eine gesonderte Drossel hoher Induktivität, wie sie oben zum Stand der Technik beschrieben worden ist.The two lines 5 . 6 form inherent, unavoidable inductances represented by the inductor switching symbol in the lines. This is not a separate choke high inductance, as has been described above in the prior art.

In der einen Leitung 5, hier vom Pluspol des Generators 4 zur Kathode 2, ist ein Strommessgerät 7 angeordnet, das den Strom in der Leitung 5 misst.In one line 5 , here from the plus pole of the generator 4 to the cathode 2 , is a power meter 7 arranged the current in the pipe 5 measures.

Bei dem Strommessgerät 7 handelt es sich um ein schnell auf Änderungen ansprechendes Gerät. Dies bedeutet, dass Stromstärken in Taktzeiten von wenigstens 6 ns gemessen werden.In the current meter 7 is a quick-to-change-responsive device. This means that currents are measured in cycle times of at least 6 ns.

Durch eine Rückkopplung 8 soll angedeutet werden, dass die Messung des Strommessgerätes 7 Einfluss auf den Schaltzustand des Generators 4 nimmt, also dass dieser insbesondere ggf. kurzzeitig ausgeschaltet wird, um das Ausbilden eines Lichtbogens zu verhindern. Die Rückkopplung weist eine Reaktionszeit von 200-600 ns auf.Through a feedback 8th it should be indicated that the measurement of the ammeter 7 Influence on the switching state of the generator 4 takes, so that this particular, if necessary, temporarily switched off to prevent the formation of an arc. The feedback has a response time of 200-600 ns.

Um die Wirkungsweise der Erfindung zu verdeutlichen, zeigt die 2 anhand der Linie 10 den Stromverlauf während eines Spannungspulses 11, der nicht durch einen Lichtbogen gestört wird. Die Stromstärke ist negativ dargestellt. Da aber letztlich die absoluten Werte zählen, werden abfallende Flanken der Linie 10 der Stromstärke als Stromanstieg und aufsteigende Flanken als Stromabfall angesprochen.To illustrate the operation of the invention, the shows 2 by the line 10 the current flow during a voltage pulse 11 which is not disturbed by an electric arc. The current is shown negative. However, since the absolute values ultimately count, falling edges of the line become 10 the current strength as a current increase and rising edges addressed as a power drop.

Mit Anlegung einer Spannung werden freie Elektroden in der Plasmakammer beschleunigt, wodurch durch Stoßionisation weitere Elektronen freigesetzt werden. Dies führt zu einem raschen Stromanstieg, der aber durch Rekombinationen im Plasma begrenzt ist. Mit Ende des Pulses fällt der Strom wieder auf einen minimalen Wert. Dieser Vorgang wiederholt sich im Takt der Pulse des Pulsgenerators.When a voltage is applied, free electrodes in the plasma chamber are accelerated, whereby additional electrons are released by impact ionization. This leads to a rapid increase in current, but is limited by recombinations in the plasma. With the end of the pulse, the current drops back to a minimum value. This process is repeated in time with the pulses of the pulse generator.

Die 3 zeigt den Stromverlauf 20 bei Ausbildung eines Lichtbogens. Dieser kann unter Umständen schon am Beginn 22 eines Pulses entstehen. Die Stromstärke steigt dabei rasch an, geht aber nicht - wie in der 2 dargestellt - in eine „Sättigung“, sondern läuft nahezu gradlinig, begrenzt lediglich durch die Kabelinduktivitäten, auf einen maximalen Wert zu, gleichzeitig fällt die Spannung an den Elektroden 2, 3 schlagartig ab.The 3 shows the current flow 20 when forming an arc. This may possibly already at the beginning 22 of a pulse. The current strength increases rapidly, but does not work - as in the 2 shown in a "saturation", but runs almost straight, limited only by the cable inductances, to a maximum value, at the same time the voltage drops at the electrodes 2 . 3 abruptly.

Der rasche Anstieg der Stromstärke ist ein eindeutiger Hinweis auf die Ausbildung eines Lichtbogens. Wird ein solcher Anstieg beobachtet, wird der Pulsgenerator sofort abgeschaltet und der Puls unterbrochen.The rapid increase in current strength is a clear indication of the formation of an arc. If such an increase is observed, the pulse generator is switched off immediately and the pulse is interrupted.

Da - wie die 2 zeigt - auch bei Ausbildung eines Plasmas zunächst ein starker Stromanstieg erfolgt, ist die Anwendung des Schwellenwertes zur Beurteilung, ob ein lichtbogeninduzierter schneller Stromstärkeanstieg vorliegt, auf einen Zeitraum begrenzt, der um eine Offset-Zeit gegenüber dem Beginn 22 eines Pulses versetzt ist.There - like the 2 shows - even when a plasma initially a strong increase in current takes place, the application of the threshold for assessing whether an arc-induced rapid increase in current is present, limited to a period of time by an offset time from the beginning 22 a pulse is offset.

Die 4 zeigt die typische Stromkurve 30, wenn sich der Lichtbogen im Verlauf eines Pulses ausbildet.The 4 shows the typical current curve 30 when the arc forms in the course of a pulse.

Die Stromkurve 30 folgt zunächst dem Verlauf, wie er in der 2 zu erkennen ist. Mit der Ausbildung zum Zeitpunkt 32 eines Lichtbogens steigt die Stromstärke stark an.The current curve 30 follows first the course, as he in the 2 can be seen. With the training at the time 32 of an arc, the current strength increases sharply.

Um einen solchen Anstieg rechtzeitig erkennen zu können, ist es natürlich notwendig, dass das Strommessgerät ein kleines Messzeitfenster aufweist und in rascher Taktfolge eine Messung vorgenommen wird. Auch eine Auswerteschaltung, die weiter unten beschrieben werden soll, muss diesem Takt folgen können.In order to be able to detect such an increase in good time, it is of course necessary for the current measuring device to have a small measuring time window and for a measurement to be taken in a rapid cycle. Also, an evaluation circuit, which will be described below, must be able to follow this clock.

In 5 soll abschließend eine Schaltung erläutert werden, die der Detektion eines Lichtbogens dient.In 5 Finally, a circuit will be explained, which serves to detect an arc.

Die Auswerteschaltung 40 besitzt eine Auswerteeinheit 41, einen Speicher 42 für einen Gradientenschwellenwert und einen Speicher 43 für einen Maximalstromschwellenwert. Der Auswerteeinheit 41 werden die Messwerte des Strommessgerätes 7 über eine Signalleitung zur Verfügung gestellt.The evaluation circuit 40 owns an evaluation unit 41 , a store 42 for a gradient threshold and a memory 43 for a maximum current threshold. The evaluation unit 41 become the measured values of the ammeter 7 provided via a signal line.

In einer Differenzierungsschaltung 44 werden die Stromstärkemesswerte zeitlich differenziert, um einen Stromgradientenwert zu erhalten. Dieser wird mit dem Gradientenschwellenwert des Speichers 42 verglichen. Ist der tatsächliche Stromgradientenwert größer als der Schwellenwert, wird ein Schaltsignal am Ausgang 45 ausgegeben, mit dem der Generatorschalter 46 einen Befehl bekommt, den Generator 4 kurzzeitig zu unterbrechen. In a differentiation circuit 44 The current measurement values are differentiated in time to obtain a current gradient value. This is calculated with the gradient threshold of the memory 42 compared. If the actual current gradient value is greater than the threshold, a switching signal will be output 45 output, with which the generator switch 46 gets a command, the generator 4 to interrupt briefly.

Die Schwellenwerte in den Speichern 42, 43 können mittels eines Eingabemoduls 47 manuell verändert werden und an die jeweilige Anlage angepasst werden.The thresholds in the stores 42 . 43 can by means of an input module 47 be changed manually and adapted to the respective system.

Denkbar ist auch eine dynamische Anpassung der Schwellenwerte an den Pulsverlauf. Unter Pulsverlauf soll der zeitliche Verlauf innerhalb eines Pulses verstanden werden. Insbesondere werden die Schwellenwerte zu Beginn eines Pulses angehoben, so dass auch bei starken Stromanstiegswerten kein Abschaltsignal generiert wird. Im weiteren Verlauf des Pulses, nämlich wenn sich bei einem lichtbogenfreien Plasma ein konstanter Plasmastrom ausgebildet hat, werden die Schwellenwerte gesenkt.Also conceivable is a dynamic adaptation of the threshold values to the pulse progression. Pulse progression should be understood as the time course within a pulse. In particular, the threshold values are raised at the beginning of a pulse, so that no shutdown signal is generated even with strong current increase values. In the further course of the pulse, namely when a constant plasma current has formed in an arc-free plasma, the threshold values are lowered.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Plasmakammerplasma chamber
22: Kathodecathode
33: Anodeanode
44: Pulsgeneratorpulse generator
55: Leitung management
66: Leitungmanagement
77: Strommessgerätammeter
88th: Rückkopplungfeedback
1010: Linie line
1111: Spannungspulsvoltage pulse
2020: Stromverlaufcurrent profile
2222: Pulsbeginnpulse start
3030: Stromkurvecurrent curve
3232: Zeitpunkttime
4040: Auswerteschaltung evaluation
4141: Auswerteeinheitevaluation
4242: Speicher (Gradient)Memory (Gradient)
4343: Speicher (Absolut)Memory (Absolutely)
4444: Differenzierungsschaltungdifferentiating circuit
4545: Ausgang exit
4646: Generatorschaltergenerator switch
4747: Eingabemodulinput module

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19815019 B4 [0002]
DE 4127504 A1 [0005]
DE 10034895 A1 [0006]
DE 102006043900 A1 [0007]
DE 102006043898 A1 [0008]
DE 4326100 Al [0009]

Claims

Arc suppressing pulse plasma system having a cathode (2) and an anode (3) in a vacuum chamber, wherein the cathode and the anode are connected in the vacuum chamber to a generator (4) providing a pulsed DC voltage to generate a plasma, with a current measuring device (7) for determining the electric current which flows via the cathode (2) and the anode (3), and with a generator switch (46) for switching the generator (4) on and off, as well as with an evaluation circuit ( 40) to which the current measuring device (7) is connected in order to receive its measuring signals, and the generator switch (46) is connected to output a switching signal thereto, characterized in that the evaluation circuit (40) has a memory (42) for Storage of a Gradientenschwellenwertes, a module for determining the time change of the current and an evaluation unit (41) having the temporal change of the current intensity with the gradient The evaluation circuit (40) is set up in such a way that when the gradient threshold value is exceeded, a switch-off signal for the generator switch (46) is generated.

Pulse plasma plant after Claim 1 , characterized in that the evaluation circuit (40) has a memory (43) for storing a maximum current threshold value and a further evaluation unit (41) which compares the current intensity with the current maximum value, wherein the evaluation circuit (40) is arranged so that when exceeded of the gradient threshold value and of the maximum current threshold value, a switch-off signal for the generator switch (46) is generated.

Pulse plasma plant after Claim 1 , characterized in that the evaluation circuit (40) has an input module in order to be able to manually change the stored values for the gradient threshold value and the current maximum threshold value.

Pulse plasma plant after Claim 1 , characterized in that the stored values for the gradient threshold and the current maximum threshold value are dynamically adaptable to the pulse progression.

Pulse plasma plant after Claim 1 , characterized in that the evaluation circuit (40) has a reaction time of 200 to 600 ns.

A method for suppressing a forming arc in a pulse-plasma system, wherein the method provides that when forming an arc of the generator (4) of the pulse-plasma system is turned off, characterized in that the above the electrodes of the pulse Plasma system measured flowing current, its temporal change in a time window is determined and compared with a gradient threshold, wherein exceeding the gradient threshold is evaluated as an indication of the formation of an arc and therefore the generator (4) of the pulse-plasma system is turned off ,

Method according to Claim 6 , characterized in that the current intensity is measured in a time window and compared with a maximum current threshold, wherein exceeding the gradient threshold and the maximum current threshold value is evaluated as an indication of the formation of an arc and therefore the generator (4) of the pulse-plasma system is turned off ,

Method according to Claim 6 or 7 , characterized in that the gradient threshold value and the maximum current threshold value are dynamically adapted to the pulse progression.

Method according to Claim 6 . 7 or 8th , characterized in that the size of the time window is between 200 to 600 ns.