CN105637611A - 用于监测等离子体处理部中的放电的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于监测等离子体处理部中的放电的装置和方法，具体而言，涉及用于监测阴极溅射器件(13)的电极之间的放电的装置和方法，电力发生器利用电力发生器的周期性变化的输出信号向等离子体处理部供给功率，具有以下步骤：a.检测至少一个等离子体源信号(19)的在等离子体源信号的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径(2)，b.检测至少一个等离子体源信号(19)的在等离子体源信号的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径(6)，该第二时间范围位于与第一时间范围相对应的点处，c.如果第二信号路径偏离第一信号路径至少一距离，那么生成识别信号，其中，所述距离具有最小时间差(22)和最小信号振幅差(21)。特别地，由此可以以非常可靠和非常快速的方式识别电弧。

Description

用于监测等离子体处理部中的放电的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于监测等离子体处理部(plasmaprocess)中的放电的装置和方法，具体而言，涉及用于监测在阴极溅射器件的电极之间的放电的装置和方法，电力发生器利用电力发生器的周期性变化的输出信号向等离子体处理部供给功率。
背景技术
例如从建筑玻璃涂层获知以反应的方式和以常规方式两者在等离子体处理部中通过阴极溅射对衬底(例如，玻璃面)的涂覆。为此，产生具有电流源或电压源的等离子体，其从靶将沉积在衬底(例如，玻璃板)上的材料运送离开。在沉积之前，根据期望的涂层，在反应过程中，原子仍然可以连接到气体原子或分子。
特别是在反应过程中，常常使用通常在从10kHz至500kHz的频率下工作的中频发生器(MF发生器)。也存在公知的脉冲发生器，具体而言双极性脉冲发生器。术语电力发生器包括所有这些发生器，该电力发生器具有用于功率供给的电力发生器的周期性变化的输出信号。常常利用等离子体处理腔中的两个电极来导引这些发生器的输出电压，该两个电极交替地操作为阴极和阳极并且两者都连接到相应的靶。存在所谓的自激发生器或者以受控频率工作的发生器。特别是在反应过程中，在这些发生器中也产生了在下一个电压反转的情况下或至少在几个周期之后常常自己熄灭的飞弧(所谓的微电弧)。然而，更剧烈且持续时间更长的飞弧(所谓的电弧)也可能出现。安全、可靠且快速地识别这些电弧很重要。通常，通过针对电压击穿检查输出电压或者通过针对电压增大检查输出电流来识别电弧。替代地，可以通过到个体电极的电流之间的差异来识别电弧。可以由操作员来调节用于识别电弧的极限值。问题在于，对于电力发生器的周期性变化的输出信号，不可能针对电压击穿或电流增大确定固定值，因为原则上电流和电压旨在连续地变化。在过去，已经开发了用于进行识别的不同方法。在一个方法中，确定了电流和电压的有效值。由于必须在多个周期内执行这种确定，所以对电弧的这种类型的识别通常实质上太慢并且常常在几百毫秒左右。
然而，当发生器用于半导体生产过程(特别是平板显示器(FPD)生产)中时，对发生器提出了提高的要求。在此，电弧旨在在几微妙或者甚至小于一微妙的时间内被识别。
EP1801946A1公开了一种用于识别电弧的方法，其中，存在确定的时间范围，在该时间范围内评估信号超过参考值或降到参考值以下。在随后相同极性的半波中重复这个步骤。如果相应的时间范围相差大于预先确定容差，那么电弧被识别。在这个方法中，为了可靠地识别电弧必须提供多个参考值，并且必须针对各个参考值设定多个容差，这较为复杂。在很大数量的参考值和经很好地调节的容差的情况下，这个方法还可能导致错误地识别的电弧。
发明内容
本发明的目的在于提供用于监测等离子体处理部中的放电的方法和装置，该方法操作更快速和可靠，该装置易于建立。
通过具有权利要求1以及其它独立权利要求的特征的主题来实现这个目的。在从属权利要求中阐述了本发明的有利实施例。
提供了用于监测等离子体处理部中的放电的监测装置，具体而言，提供了用于监测阴极溅射器件的电极之间的放电的监测装置，电力发生器利用周期性变化的输出信号向等离子体处理部供给功率，其中，该监测装置具有：
a.信号检测装置，该信号检测装置用于对至少一个等离子体源信号的在等离子体源信号的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径进行检测，
b.信号检测装置，该信号检测装置用于对至少一个等离子体源信号的在等离子体源信号的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径进行检测，该至少第二时间范围位于与第一时间范围相对应的点处，以及
c.识别信号发生装置，该识别信号发生装置被配置为如果第二信号路径偏离第一信号路径至少一距离，则生成识别信号，其中，该识别信号发生装置具有距离确定装置，该距离确定装置被配置为通过结合最小时间差和最小信号振幅差来确定距离。
如果上述装置具有识别信号发生装置，则也实现了该目的，该识别信号发生装置被配置为借助于阈值线确定装置根据第一信号路径确定阈值线，并且在第二信号路径达到阈值线时生成识别信号，其中，阈值线确定装置被配置为将最小时间差和最小信号振幅差加到第一信号路径以便确定阈值线。
进一步通过上述类型的方法来实现该目的，该方法包括以下方法步骤：
a.检测至少一个等离子体源信号的在等离子体源信号的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径，
b.检测至少一个等离子体源信号的在等离子体源信号的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径，该至少第二时间范围位于与第一时间范围相对应的点处，
c.如果第二信号路径偏离第一信号路径至少一距离，则生成识别信号，
其中，该距离具有最小时间差和最小信号振幅差。
该距离可以具有第二信号路径和/或第一信号路径的任意时刻的最小时间差和最小信号振幅差。
可以通过所提供的最小时间差和最小信号振幅差来确定可预先确定的距离，具体而言，通过将最小时间差和最小信号振幅差加到第一信号路径来确定可预先确定的距离。
还通过上述类型的方法来实现该目的，该方法包括以下方法步骤：
a.检测至少一个等离子体源信号的在等离子体源信号的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径，
b.检测至少一个等离子体源信号的在等离子体源信号的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径，该至少第二时间范围位于与第一时间范围相对应的点处，
c.根据第一信号路径确定阈值线，
d.如果第二信号路径达到阈值线，则生成识别信号，
其中，通过将最小时间差和最小信号振幅差两者加到第一信号路径来确定阈值线。
特别地，由此可以以非常可靠和非常快速的方式来识别电弧。
该距离可以是可预先确定的距离。特别地，监测装置可以具有用于指定最小时间差和最小信号振幅差的输入界面。
替代地或另外地，监测装置可以具有用于指定用于确定恒定的最小距离的值的输入界面。这个值例如可以是包括最小时间差的平方和最小信号振幅差的平方的总和。具体而言，可以通过也是进一步由该总和构成的平方根来计算该值。然后，可以借助于这个值和计算规则来确定流动间隔(flowinginterval)。该计算规则可以是：在第一信号线的点处确定间距并且标记垂直地相对于这个间距的值，并且由此确定阈值线的距离或点。替代地，计算规则可以是：在第二信号线的点处确定间距并且标记垂直地相对于这个间距的值，并且由此确定距离。针对每个所选择的附加点重复该计算规则。
监测装置可以具有最小时间差和/或最小信号振幅差的预设值和/或该值，并且具体而言可以针对不同的等离子体处理步骤具有最小时间差和/或最小信号振幅差的预设值。
监测装置还可以根据识别的等离子体态的数量具有对最小时间差和/或最小信号振幅差和/或值的自动跟踪。因此，也能够确定距离。
等离子体源信号的第二周期中的第二时间范围，可以具有与第一时间范围相同的相长度，该第二时间范围位于与第一时间范围相对应的点处。从具有正的部分和负的部分的交变信号的交叉点开始，该第二时间范围可以具有相同的时间间隔。
可以通过具有最小时间差的在时间方向上离第一信号路径的最小距离以及具有最小信号振幅差的在信号振幅方向上离第一信号路径的最小距离，来确定该距离。
阈值线的确定可以通过计算来执行，该计算是按照以下方式根据第一信号路径、最小时间差和最小信号振幅差来执行的：阈值线具有在时间方向上离第一信号路径为最小距离的最小时间差，以及在信号振幅方向上离第一信号路径为最小距离的最小信号振幅差。
距离或阈值线的确定可以通过计算来执行，该计算是按照以下方式根据第一信号路径、最小时间差和最小信号振幅差来执行的：在时间方向上的距离为至少最小时间差，并且在信号振幅方向上的距离为至少最小信号振幅差。
可以通过将最小时间差和最小信号振幅差加到第一信号路径和/或从第一信号路径减去最小时间差和最小信号振幅差，来执行距离或阈值线的确定。在这种情况下，可以矢量地执行该加法或减法。其旨在表示：分别在时间方向上加上或减去最小时间差，以及在信号振幅方向上加上或减去最小信号振幅差。可以在适于信号路径的上升边缘或下降边缘或者正的部分或负的部分的状态中执行该加法或减法。该方法和装置确保，离第一信号路径的距离在第一信号路径的每个点处都具有最小距离，而不论等离子体源信号多么陡峭地或平缓地延伸。
在图中清晰地阐述了第一信号路径与阈值线之间的“距离”，在该图中示出了等离子体源信号的检测到的信号路径随时间的变化。该距离具有为最小宽度的在时间方向上在信号路径期间的最小时间差。然而，该距离同时也具有在信号振幅方向上在信号路径期间为最小幅值的最小信号振幅差。该距离也可以是所述值。然后在第一信号路径或第二信号路径的每个点处清晰地标示了具有位于第一信号路径或第二信号路径的点处的中心点的相同尺寸的圆圈。该圆圈的半径则对应于所述值。
通常适用于本发明的是，讲要确定的距离在时间方向上可以大于最小时间差，但不是小于最小时间差。以相同的方式，将要确定的距离在信号振幅方向上可以大于最小信号振幅差，但不是小于最小信号振幅差。
识别信号可以指示等离子体处理部中的任何状态或误差。特别地，识别信号可以是电弧识别信号。
可以通过检测至少一个等离子体源信号，来在等离子体源信号的精确的一个周期内的第一时间范围内执行对第一信号路径的检测。该检测则特别地简单。
也可以通过检测至少一个等离子体源信号，来在等离子体源信号的多个周期内的多个时间范围内执行对第一信号路径的检测。第一信号路径则例如可以构成该时间范围期间的平均路径。因此，可以减小在第一信号路径的检测中的误差。第一信号路径例如也可以构成该时间范围期间的最大路径或最小路径。因此，可以影响到监测的灵敏度。这同样适用于对第二信号路径的检测。
用于检测第二信号路径的一个或多个附加周期不必但是可以直接在一个或多个第一周期之后。监测则非常快速。
等离子体源信号可以是与下列变量有关的信号：等离子体源电压、等离子体源电流、等离子体源阻抗、等离子体源功率、由等离子体反射的功率或者与等离子体源有关的不同变量。等离子体源信号还可以是多个这些变量的组合。多个等离子体源信号也可以被检测，并被组合以形成信号路径。然而，特别地，借助于这个方法和装置，等离子体源信号可以是单个信号，具体而言与等离子体源电压有关的信号，具体而言等离子体源电压本身。
也可以通过检测等离子体源信号的周期内的多个第一时间范围内的至少一个等离子体源信号，来执行对第一信号路径的检测。因此，例如可以将周期划分为多个时间范围，其中单独地监测每个时间范围。对于每个时间范围，可以单独地确定或预先确定对该距离的确定是否是通过最小时间差、最小信号振幅差或者是通过结合最小时间差和最小信号振幅差来执行的。这同样适用于对第二信号路径的检测。
用于检测至少第二信号路径的信号检测装置可以是完全相同的信号检测装置，具体而言，用于检测至少第一信号路径的相同的信号检测装置。
所述类型的装置或方法具有仅必须预先确定两个值(即，最小信号振幅差和最小时间差)的优点，并且然后可以以高可靠性在周期性变化的输出信号的完整路径上对识别信号发生进行识别。在其中周期性变化的输出信号的边缘陡度很高的区域中，最小时间差确保并非由误差产生的小波动(例如，等离子体中的电弧)不会导致错误识别，具体而言对误差的识别。在其中周期性变化的输出信号占据平坦路径的区域中，最小信号振幅差确保并非由误差产生的小波动(例如，等离子体中的电弧)不会导致错误识别，具体而言对误差的识别。
为了检测信号路径，可以测量在电力发生器与等离子体处理部之间的电压。通常，两条线路从电力发生器延伸至等离子体处理部并将等离子体处理部连接到电力发生器，并且经由这些线路向等离子体供给功率。这些线路中的每条线路都连接到等离子体腔中的一个电极，等离子体腔自身通常连接到参考地。两个电极各自具有相对于该地的电压进程。为了检测信号路径，可以测量电极与参考地之间的电压。
特别地，可以在多个电极处测量相对于参考地的电压。
特别地，可以在每个电极处测量相对于参考地的电压
可以借助于电阻分压器执行对相对于参考地的电压的测量。
电阻分压器可以被构造为使得具有耐击穿的高电压保护阻抗。然后，安全的低电压可用于后续电压测量装置。特别地，多个这种保护阻抗可以串联连接。然后，安全的低电压可用于后续电压测量装置，即使保护阻抗的高电压保护失败。
特别地，电阻分压器还可以电容性地适用。快速的电压变化不会由此衰减，而是替代地以微小的时间损耗而被供给至电压测量装置。这增大了对等离子体体中的变化的识别的速度。
可以借助于电容分压器来执行相对于参考地的电压的测量。然后，可以在与等离子体腔电压电隔离的状态下执行电压测量。因此，安全低电压也可用于后续电压测量装置。
为了检测信号路径，可以使用高分辨率模拟/数字转换器(ADC)。ADC可以操作具有大于或等于10兆样本每秒的时间分辨率，特别地，大于或等于40兆样本每秒，特别优选地大于或等于80兆样本每秒。
ADC可以操作具有大于或等于8位的振幅分辨率，特别地，大于或等于10位，更优选地12位，特别优选地大于或等于14位的分辨率。
SAR转换器可以用作ADC，即，具有逐次逼近寄存器的转换器。然后，误差识别变得特别快速。
识别信号发生装置可以容纳在可编程逻辑模块(PLD)中，并且可以在其中执行识别信号的生成。特别地，识别信号发生装置可以容纳在FPGA(现场可编程门阵列)中，并且可以在其中执行识别信号的生成。因此，可以以特别快速的方式来计算距离或阈值线。
由ADC数字化的数据可以借助于并行总线被供给至PLD或FPGA。这可以以相对低的传输速率特别快速地执行。
由ADC数字化的数据可以借助于串行数据传输被供给至PLD或FPGA。这例如可以借助于高速数据传输(例如，利用LVDS(低电压差分信令))来执行。PLD或FPGA模块常常具有用于这种串行数据接口的特殊输入端。因此，可以减少线路的数量，并且至PLD或FPGA的连接变得不受限制。
可以按照以下步骤来执行对阈值线的确定：
a)从检测到的第一信号路径中选择第一选择点，
b)确定从第一时刻延伸至第二时刻的第三时间范围，该第一时刻是将选择点的时刻减去最小时间差计算而来的，且第二时刻是将选择点的时刻加上最小时间差计算而来的，
c)通过在第三时间范围内形成第一信号路径的最小值来确定极值振幅，
d)通过从极值振幅减去最小信号振幅差来确定第一阈值线点，并且传输在阈值线点的时刻的选择点的时刻，
e)对于来自检测到的第一路径的附加选择点，继续步骤a)至d)。
代替确定最低值，也可以确定最高值。代替从极值振幅中减去最小信号振幅差，然后特别地可以执行将最小信号振幅差加到极值振幅。
这例如对于负半波是有利的。如果旨在利用信号来执行监测，那么这在正半波的情况下也是有利的，其中，例如当电路路径在电弧识别期间被监测时，如果信号产生增量，那么识别旨在被执行。
还通过具有电力发生器的等离子体电源系统来实现该目的，该电力发生器被配置为利用电力发生器的周期性变化的输出信号来向等离子体处理部供给功率，该等离子体电源系统具有上述类型的监测装置。
还通过具有电力发生器的等离子体处理系统来实现该目的，该电力发生器被配置为利用电力发生器的周期性变化的输出信号来向等离子体处理部供给功率，该等离子体处理系统具有上述类型的监测装置。
电力发生器的周期性变化的输出信号可以是交变信号。特别地，其可以是具有正半波和负半波的交变信号。
特别地，交变信号可以是具有电流源特性的交变信号。
电力发生器可以是自激MF发生器。
电力发生器可以是双极性脉冲发生器。特别地，可以针对这种发生器单独地调节正半波和负半波的持续时间和振幅。
电力发生器可以具有用于产生交变电压的桥接电路。
电力发生器可以是具有输出振荡电路的MF发生器。
输出振荡电路可以具有并联振荡电路。并联振荡电路可以具有电容器和电感器，该电容器和电感器都以并联的方式连接到桥接电路的输出端。
附加串联电容器可以在并联振荡电路与等离子体处理部之间串联连接。
输出振荡电路可以具有串联振荡电路。串联振荡电路可以具有电容器和电感器，该电容器和电感器在桥接电路的输出端与等离子体处理部之间串联连接。
附加电容器可以在两条线路之间并联连接，该两条线路连接串联振荡电路和等离子体处理部。
当电弧被识别时，可以断开产生电力发生器的周期性变化的输出信号的电路器件的所有开关元件。特别地，可以断开产生交变信号的桥接电路的所有开关元件。
附图说明
图1示出了根据本发明的具有电力发生器和监测装置的等离子体处理系统；
图2示出了用于监测等离子体放电的方法的步骤；
图3示出了用于根据第一方法变型确定阈值线点的方法步骤；
图4示出了用于确定多个阈值线点的方法步骤，该多个阈值线点用于确定阈值线；
图5示出了具有电力发生器的实施例的等离子体处理系统；
图6示出了输出振荡电路的第一实施例；
图7示出了输出振荡电路的第二实施例；
图8示出了交变电压产生装置的实施例；
图9示出了灭弧装置的实施例；
图10示出了如图5中具有信号检测装置的实施例的等离子体处理系统；
图11示出了当等离子体被点燃时在阴极处的电压的时间进程；
图12示出了当校正不对称时在等离子体腔中的电极之间的电压进程；
图13示出了用于根据另一方法变型确定多个阈值线点的方法步骤，该多个阈值线点用于确定阈值线；
图14示出了用于确定第二信号路径离第一信号路径至少一距离的偏离的方法步骤。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的具有电力发生器14和监测装置7的等离子体处理系统1。电力发生器14利用周期性变化的输出信号向等离子体处理部供给功率。在当前情况下，这个输出信号是等离子体源信号19。在当前示例中，电力发生器14的输出信号是具有正半波和负半波的交变信号。
电力发生器14可以是自激MF发生器。
电力发生器14还可以是双极性脉冲发生器。特别地，然后可以单独地调节正半波和负半波。
电力发生器14可以具有用于产生交变电压的桥接电路。
分别经由两条线路15、16将功率供给至等离子体腔中的电极11、电极12，该等离子体腔例如可以被构造为阴极溅射器件13。
利用信号检测装置8来测量线路15、线路16上的电压。借助于电压测量装置8a、电压测量装置8b从线路15、线路16分接电压。信号检测装置8具有ADC。经由数据总线9将经数字化的测量结果传输至监测装置7。信号检测装置8还可以被布置为使得在空间上远离监测装置7的剩余部分。
信号检测装置8检测等离子体源信号19的在等离子体源信号19的第一周期内的第一时间范围内的第一信号路径2，以及等离子体源信号的在等离子体源信号的第二周期中的第二时间范围内的第二信号路径，该第二时间范围位于与第一时间范围相对应的点处。
监测装置7输出识别信号5。这个信号例如可以用于电源14或其它部件(例如，灭弧装置4)。
当识别信号发生装置17确定第二信号路径6偏离第一信号路径2超过一距离时，激活识别信号5。出于这个目的，识别信号发生装置17具有距离确定装置18，其被配置为通过结合最小时间差22(时间裕量)和最小信号振幅差21(信号裕量)来确定距离。
当识别信号发生装置17确定第二信号路径已经达到阈值线3时，也激活识别信号5。借助于阈值线确定装置18’根据第一信号路径2确定阈值线3，阈值线确定装置18’将最小时间差22(时间裕量)和最小信号振幅差21(信号裕量)加到第一信号路径。
出于例示的目的，例示了在阈值线确定装置18’内的半波的电压V随时间t变化的图。这个图例示了第一信号路径2。还例示了阈值线3。距离是第一信号路径2与阈值线3之间的最小距离。在图中通过最小时间差距离23和最小信号振幅差距离20再次例示了该距离。
在当前示例中，将最小时间差22调节为1.5μs，1.5μs是为许多等离子体处理部提供非常好的结果的实践值。良好的值从0.5μs至5μs，特别优选的是该值在0.7μs与2μs之间。
在当前示例中，将最小信号振幅差21调节为150V，其也是为许多等离子体处理部提供非常好的结果的实践值。
良好的值从50V至200V，特别优选的是该值在100V与150V之间。
也可以以相对的方式来阐述所述值。例如，最小时间差22可以被阐述为半波的持续时间或周期的比例，例如0.3％。如果频率改变则随后不必调节最小时间差22。例如，最小信号振幅差21可以被阐述为输出信号的有效值或峰值的比例，例如20％。如果振幅改变则不必随后调节最小信号振幅差21。
图2示出了用于监测等离子体放电的方法的步骤。在方法步骤31中，对等离子体源信号的在等离子体源信号的第一周期内的第一时间范围内的第一信号路径2进行检测。在方法步骤32中，对等离子体源信号的在等离子体源信号的第二周期中的第二时间范围内的第二信号路径6进行检测，该第二时间范围位于与第一时间范围相对应的点处。在方法步骤33中，如果第二信号路径6偏离第一信号路径2超过一距离，则生成识别信号5，其中，该距离具有最小时间差22和最小信号振幅差21。
可以将方法步骤33划分为多个方法子步骤来对方法步骤33进行说明。在方法子步骤34中，根据第一信号路径2确定阈值线3。将最小时间差22和最小信号振幅差21加到第一信号路径2。利用最小时间差距离23和最小信号振幅差距离20来例示这个步骤，如上所述。在方法子步骤35中，将第二信号路径6与阈值线3进行比较。在方法子步骤36中，在当第二信号路径6降到阈值线以下时的时候生成识别信号5。
在图3中，描述了用于确定阈值线3的可能的方法序列。在方法步骤41中，从第一信号路径2选择多个选择点P1、P2、P3、P4、P5和P6。这些点的时间间隔在当前情况下是等间距的。这并不是绝对必要的。不必选择第一信号路径2中的每个样本点。可以选择每十个或每一百个或每一千个样本点。在高精确度与识别信号的生成速度之间必须找到良好的平衡。在选择点P1-PN(N＝2、3、4、5…)中的每个选择点处，确定阈值线3的阈值线点S1-SN(N＝2、3、4、5…)。例如在FPGA中执行此确定。该确定必须特别快速地被执行。出于这个原因，选择的了一种计算方法，该计算方法尽可能简单、可靠和快速地在FPGA中得到结果。为此，在方法步骤42中，在时间方向上将最小时间差距离23加到点P2的时刻一次，并且在时间方向上从点P2的时刻减去最小时间差距离23一次。这导致了确定第三时间范围的两个新的时刻。在方法步骤42中借助于两条垂直的直线G1、G2对此进行阐述。在两个时刻处，确定了第一信号路径2的信号振幅的值。在方法步骤45中对此进行了阐述。第一信号路径2在当前示例中是所测量的电压的正半波。在此，旨在针对降到阈值线3以下的值来观察这个路径。出于这个原因，确定信号振幅的两个所确定的值中的较小值。在当前情况下，这就是信号路径2达到振幅点D2的值。在此，唯一重要的方面是振幅点D2的振幅。对于其它步骤不需要振幅点D2的时刻。在随后的方法步骤44中，从这个振幅中减去最小信号振幅差距离20。现在计算阈值线3的第一被确定的阈值线点S2。其被计算为：
时刻(S2)＝所选择的选择点P2的时刻，以及
振幅(S2)＝振幅点D2的振幅减去最小信号振幅差距离20，
其中，以下适用于振幅点D2：
在从所选择的选择点P2的时刻减去最小时间差距离23延伸直到所选择的选择点P2的时刻加上最小时间差距离23为止的时间范围中的最小值或最大值。
图4示出了根据来自图3的方法对阈值线3的多个阈值线点S2-S5的确定。作为第一方法步骤45，结合来自图3的方法步骤41至44，以根据选择点P2来确定阈值线点S2。在方法步骤46至48中，依据相同的原理根据选择点P3至P5来确定阈值线点S3至S5。阈值线3可以插入在阈值线点S3至阈值线点S5之间，并且在适当的情况下，插入在前阈值线点与后阈值线点之间。
图5示出了具有电力发生器14和监测装置7的等离子体处理系统1，其具有电力发生器14的实施例和详细视图。电力发生器14具有将由网络供给的交流电压变换为直流电压的交流/直流变换器51(AC/DC变换器)。
由网络供给的交流电压通常具有50Hz或60Hz的频率。其可以由网络供给为两相或多相，特别地为三相电源。对于高功率，可以提供(特别地以并联方式连接的)多个AC/DC变换器模块。AC/DC变换器51可以具有无源滤波器和有源功率因数校正构件(PFC构件)，以使得由网络供给的交流电压尽可能少地被谐波干扰。
由网络供给的交流电压通常在从200V至500V有效电压的范围中。通常需要较高的电压和较高的频率，以点燃等离子体并对其进行维持。出于这个原因，在交流电压产生装置52中将直流电压变换为交流电压。交流电压产生装置52通常具有桥接电路。对于高功率，可以提供多个桥接电路并且特别地使其以并联方式运行。
电力发生器14可以是具有输出振荡电路53的MF发生器。以下描述了输出振荡电路53的可能的实施例。
通常，电力发生器14具有上级控制单元54。这可以是用于AC/DC变换器51和交流电压产生装置52的常见控制单元。控制单元54还可以具有一个或多个调整单元，例如用于调整输出电压、输出频率、输出电流或输出功率。还可以调整输入电流。可以为该调整提供一个或多个测量值记录器，其对旨在被调整的变量的实际值进行检测。此外，可以提供一个或多个用户界面，以便调节用于调整和/或用于监测和/或用于控制电力发生器14的期望值。
可以相对于电力发生器14在外部布置灭弧装置4，或者其可以是扩展的电力发生器14a的部件。然后，灭弧装置4可以特别地由控制单元54来控制。
可以相对于电力发生器14或电力发生器14a在外部布置电压测量装置8a、电压测量装置8b，或者其可以是扩展的电力发生器14b的部件。可以相对于电力发生器14、电力发生器14a或电力发生器14b在外部布置监测装置7，或者其可以是电力发生器系统14c的部件。监测装置7则可以是控制单元54的部件。
图6示出了如可以在图1和图5中被提供为输出振荡电路53的输出振荡电路53a的第一实施例。输出振荡电路53a可以具有并联振荡电路60。并联振荡电路60可以具有电容器61和电感器62，其两者都并联连接到桥接电路的输出端。电感器62可以是变换器的部分。
另外的串联电容器63可以在并联振荡电路60与等离子体处理部之间串联连接。
图7示出了如可以在图1和图5中被提供为输出振荡电路53的输出振荡电路53b的第二实施例。输出振荡电路53b可以具有串联振荡电路64。串联振荡电路64可以具有电容器66和电感器65，其在桥接电路的输出端与等离子体处理部之间串联连接。
另外的并联电容器67可以在连接串联振荡电路和等离子体处理部的两条线路之间并联连接。
图8示出了如可以在图1和图5中被提供为交流电压产生装置52的交流电压产生装置52a的实施例。其具有桥接电路70，桥接电路70在这个实施例中被提供为具有四个开关元件72、73、74、75的全桥接电路。开关元件可以优选地是晶体管。尤其优选IGBT或MOS-FET。经由两条线路(电容器71连接到该两条线路)将统一电压供给至桥接电路70。这是电压运行(voltage-operated)的桥接电路的典型构造。也可以代替电压运行的桥接电路，而提供电流运行(current-operated)的桥接电路。对于电流运行的桥接电路，串联连接的电感器将代替并联连接的电容器71连接在线路中的一条或两者中，以供给直流电压。
图9示出了如可以在图1和图5中被提供为灭弧装置4的灭弧装置4的实施例。在实施例中，能量储存器85采用电容器的形式。能量储存器85经由IGBT和二极管84(IGBT和二极管84以反向并联的方式连接)形式的开关81连接到线路部分16.2。能量储存器85还经由IGBT和二极管83(IGBT和二极管83以反向并联的方式连接)形式的开关82连接到线路部分16.3。以特别优选的方式，除了IGBT之外，MOS-FET也可以用作开关。能量储存器85的其它连接端一方面经由二极管86连接到线路部分16.2，并且经由二极管87连接到线路部分16.3。二极管86、二极管87以非串联的方式连接。开关81与二极管84形成开关器件，并且开关82与二极管83形成开关器件。能量储存器85连接在二极管86、二极管87的连接位置与开关器件的连接位置之间。二极管86、二极管87的阴极在连接位置处连接。二极管86的阳极连接到线路部分16.2。二极管87的阳极连接到线路部分16.3。
在电弧识别的情况下，接通在正常运行期间闭合的开关81、开关82。由此电流不再经由二极管83、二极管84和开关81、开关82，而是经由二极管86、二极管87流动至二极管83、二极管84。在线路15、线路16中的和在阴极溅射器件13中的能量被充电至能量储存器85。由于开关81、开关82(开关81、开关82为非线性部件)的开关状态以及二极管83、二极管84、二极管86、二极管87的布置，阻止了能量从能量储存器85回流至线路15、线路16以及特别地阴极溅射器件13中。特别地，仅可以使用两个结构上完全相同的模块，并且每个模块都具有开关81和开关82以及二极管83、二极管84和二极管86、二极管87。独立于交流电压的半波当前被施加在阴极溅射器件13两端或者独立于阴极溅射器件13中的电流流动的方向，来进行至能量储存器85的能量的传送。
监测装置7输出识别信号5。识别信号5可以用于控制开关81、开关82。
充电装置88被布置为与能量储存器85并联。这个装置可以具有直流电压源或直流电流源，以便能够对能量储存器85进行预先充电。充电装置88还可以具有与能量储存器85并联的放电电路(例如，开关和电阻器)，能量储存器85可以经由该放电电路进行放电。充电装置88还可以具有电压监测单元，其监测能量储存器85的充电状态，并且在达到预先确定的电压值的情况下激活放电装置，或者还在达到第二预先确定电压值的情况下再次将放电装置去激活。放电装置还可以被配置为再次至少部分地经由变换器、直流电压变换器或类似的开关部件为电源电压提供待放电的能量。
灭弧装置4还可以在没有能量储存器85和没有二极管86、二极管87和没有充电装置88的情况下运行。特别是在这种情形下，可以为每个晶体管提供电压限制电路，该晶体管以齐纳二极管89a、齐纳二极管89b表示。在正常运行期间，晶体管以导通方式连接。一旦电压限制电路确定电压超过预先确定的值，则齐纳二极管89a、齐纳二极管89b变为导通，并且还因此再次以导通方式连接晶体管，从而保护晶体管防止过电压。
当电弧被识别时，可以断开产生电力发生器的周期性变化的输出信号的电路器件的所有开关元件。特别地，可以断开产生交变信号的桥接电路的所有开关元件。
当电弧被识别时，还可以接通如例如在EP1720195中描述的连接元件80。
图10示出了如图5中具有信号检测装置8的实施例的等离子体处理系统。利用测量数据检测装置91、测量数据检测装置90在两个电极11、12中的每个电极处测量相对于参考地92的电压。可以认为这些电压中的每个电压都是用于信号路径的附加检测的等离子体源信号。为了确定被施加在两个电极11、12两端的电压，可以从第二测量数据检测装置90的第二电压中减去第一测量数据检测装置91的第一电压。也可以认为该减法的结果是用于信号路径的附加检测的等离子体源信号。这个结果在错误方面特别低，因为特别地通过相减减少了共模错误。
该方法和装置还可以用于识别等离子体。对于用于监测等离子体处理部中的放电的监测装置，识别等离子体被点燃了或者尚未被点燃是很重要的。特别地，在未点燃的等离子体的情况下根据上述方法，还可以在电弧识别的情况下防止电弧处理操作。例如可以利用第一测量数据检测装置91的第一电压，来执行对等离子体是否被点燃的识别。为此，对这个电压的直流分量进行监测。当达到特定的直流分量阈值时，识别出经点火的等离子体。旨在参照在电力发生器的输出端处的正弦交流电压来对此进行解释。
图11示出了当等离子体被点燃时在阴极处的电压的时间进程95。示出了电压V随时间t的变化。例如，为了辅助点燃装置的激活或MF发生器中的电弧识别，必须识别等离子体是否已经被点燃。
也可以想到其它应用。例如，与等离子体是否被点燃有关的对等离子体处理部操作员的指示，以控制其过程。
通过评估在等离子体电极处的相对于地的电压的算术平均值，可以区分点燃操作与非点燃操作。在燃烧等离子体的情况下，在电极处产生了相对于地的电压的负的算术平均值。如果没有等离子体在燃烧，则电压的算术平均值近似为零。替代地或另外地，可以就电压的峰值来研究电压的时间进程95。正电压的峰值的减小还指示等离子体识别。正峰值与负峰值之间的差还可以用于等离子体识别。在图11中示出了在未点燃等离子体的情况下和在电力发生器的输出端处的正弦交流电压的情况下所确定的在测量数据检测装置90处的电压。电压的算术平均值的确定导致近似为线型进程97。将这个线型进程与阈值99进行比较。如果达到了这个阈值，则识别出已经点燃等离子体。在图11中，等离子体在区域96中被点燃。这可以从变化的线型进程看出。算术平均值缓慢地减小至负值。在时刻98，线型进程97达到阈值99。为了识别等离子体已经被熄灭，可以提供另一阈值99a。因此，在识别“等离子体未被点燃”到时刻98的“等离子体被点燃”以及进一步到“等离子体熄灭”的情况下产生了滞后。这可以利用具有滞后的比较器产生。
图12示出了在校正不对称时在等离子体腔(特别是阴极溅射器件13)中的电极11、电极12之间的电压路径100。示出了电压V随着时间t的变化。在阴极溅射器件13(特别是双磁控管阴极溅射器件)的情况下，可能产生两个阴极11、12的(特别是连接到两个阴极11、12的靶的)不对称性。由于不等的化学计量，因此两个阴极的阴极溅射结果将不同。
由于被供给至等离子体处理部的交流电压信号的直流电压部分的主动位移，可以再次产生阴极的对称性。借助于灭弧装置4的预先确定的影响，可以调整相对于地的阴极的电压的平均值。
可以进一步选择性地影响交流电压产生装置52、交流电压产生装置52a，特别地，可以选择性地影响桥接电路70的开关元件72至75。
特别地，可以测量在如图10中所示的阴极11、阴极12中的一个或两者处的相对于参考地92的电压，以便对平衡进行监测。
为了产生位移，借助于灭弧装置4抑制在阴极处的半波。为此，仅断开开关81或开关82中的一个。这例如可以在半波的持续时间内执行。然而，其还可以针对多个半波执行。在所示的示例中，其在时刻101与时刻102之间的时间范围中被执行。同时，可以选择性地影响桥接电路70，以使得在一个或多个半波期间没有能量传导至振荡电路中。这个操作可以在约一百个波内重复高达几十次。在平均值高于一百个波的情况下，因而可以实现几个10％的直流电压校正。
图13示出了用于根据另一方法变型确定多个阈值线点116的方法步骤，该多个阈值线点116用于确定阈值线3。在第一方法步骤110中，如在图3中的方法步骤41中，从第一信号路径2中选择多个选择点P1、P2、P3、P4、P5以及P6。在第二方法步骤111中，圆圈114位于具有所确定的或预先确定的值的这些选择点周围。圆圈114的中心分别位于选择点处。圆圈也可以是椭圆形的。在第三方法步骤112中，与第一选择点中的第一信号路径2的斜率垂直地插入具有该值的长度的矢量115(即，直至圆圈114的边缘)。箭头或矢量115的尖端指向所确定的阈值线点116。针对所有选择点执行这一步骤。以这种方式，针对每个选择点获得阈值线点。现在将阈值线点连接成插值线(interpolation)。以这种方式，获得阈值线3。
图14示出了用于确定第二信号路径6离第一信号路径2至少一距离的偏离的方法步骤，该距离具有最小时间差距离23和最小信号振幅差距离20。在第一方法步骤120中，检测第一信号路径。在第二方法步骤121中，检测第二信号路径6。对于第二信号路径6，选择多个选择点125a、125b、125c、125d、125e。在当前情况下这些点的时间间隔是等间距的。这并不是绝对必要的。也不必选择第二信号路径6的每个样本点。可以选择每十个或每一百个或每一千个样本点。在高精确度与识别信号的生成的速度之间必须找到良好的平衡。在第三方法步骤121中，几何构件126a至126e位于每个选择点125a、125b、125c、125d、125e周围，并且表示最小时间差距离23和最小信号振幅差距离20。这例如可以是长方形的或者如在当前情况下是椭圆形的。几何构件126在时间方向上的尺寸是最小时间差距离23的两倍，并且在振幅方向上的尺寸是最小信号振幅差距离20的两倍。在几何构件126不再包括第一信号路径2的部分的选择点125e处，识别出第二信号路径6离第一信号路径2至少上述距离的偏离的确定。
被设计用于通过将最小时间差和最小信号振幅差结合在一起来确定距离的距离确定装置，因此可以被设计为通过将最小时间差和最小信号振幅差矢量相加来建立这种结合。

Claims (16)

1.一种用于监测等离子体处理部中的放电的监测装置(7)，具体而言，一种用于监测在阴极溅射器件(13)的电极(11，12)之间的放电的监测装置(7)，电力发生器(14)利用所述电力发生器的周期性变化的输出信号(19)向所述等离子体处理部供给功率，其中，所述监测装置(7)具有：
a.信号检测装置(8)，所述信号检测装置(8)用于检测至少一个等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径(2)，
b.信号检测装置(8)，所述信号检测装置(8)用于检测至少一个等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径(6)，所述第二时间范围位于与所述第一时间范围相对应的点处，以及
c.识别信号发生装置(17)，所述识别信号发生装置(17)被配置为如果所述第二信号路径偏离所述第一信号路径至少一距离，那么生成识别信号(5)，其中，所述识别信号发生装置具有距离确定装置，所述距离确定装置被配置为通过结合最小时间差(22)和最小信号振幅差(21)来确定所述距离。
2.一种用于监测等离子体处理部中的放电的监测装置(7)，具体而言，一种用于监测在阴极溅射器件(13)的电极(11，12)之间的放电的监测装置(7)，电力发生器(14)利用所述电力发生器的周期性变化的输出信号(19)向所述等离子体处理部供给功率，其中，所述监测装置(7)具有：
a.信号检测装置(8)，所述信号检测装置(8)用于检测至少一个等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径(2)，
b.信号检测装置(8)，所述信号检测装置(8)用于检测等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径(6)，所述第二时间范围位于与所述第一时间范围相对应的点处，以及
c.识别信号发生装置(17)，所述识别信号发生装置(17)被配置为借助于阈值线确定装置根据所述第一信号路径(2)来确定阈值线(3)，并且当所述第二信号路径达到所述阈值线时生成识别信号，其中，所述阈值线确定装置被配置为将最小时间差(22)和最小信号振幅差(21)加到所述第一信号路径，以便确定所述阈值线。
3.根据权利要求1所述的监测装置(7)，其中，所述距离确定装置被设计为使得所述距离具有所述最小时间差(22)作为在时间方向上与所述第一信号路径(2)的最小距离，并且具有所述最小信号振幅差(21)作为在信号振幅方向上与所述第一信号路径(2)的最小距离。
4.根据权利要求2所述的监测装置(7)，其中，阈值线确定装置被设计为使得所述阈值线(3)具有所述最小时间差(22)作为在时间方向上与所述第一信号路径(2)的最小距离，并且具有所述最小信号振幅差(21)作为在信号振幅方向上与所述第一信号路径(2)的最小距离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的监测装置(7)，其中，所述监测装置(7)具有用于指定所述最小时间差(22)和所述最小信号振幅差(21)的输入界面，或者具有用于指定用于确定流动间隔的值的输入界面。
6.一种用于监测等离子体处理部中的放电的方法，具体而言，一种用于监测在阴极溅射器件(13)的电极之间的放电的方法，电力发生器(14)利用所述电力发生器的周期性变化的输出信号向所述等离子体处理部供给功率，所述方法包括以下方法步骤：
a.检测至少一个等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径(2)，
b.检测至少一个等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径(6)，所述第二时间范围位于与所述第一时间范围相对应的点处，
c.如果所述第二信号路径(6)偏离所述第一信号路径至少一距离，那么生成识别信号，其中，所述距离具有最小时间差(22)和最小信号振幅差(21)。
7.一种用于监测等离子体处理部中的放电的方法，具体而言，一种用于监测在阴极溅射器件(13)的电极之间的放电的方法，电力发生器(14)利用所述电力发生器的周期性变化的输出信号向所述等离子体处理部供给功率，所述方法包括以下方法步骤：
a.检测等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少一个周期内的至少第一时间范围内的至少第一信号路径(2)，
b.检测至少一个等离子体源信号(19)的在所述等离子体源信号(19)的至少另外一个周期中的至少第二时间范围内的至少第二信号路径(6)，所述第二时间范围位于与所述第一时间范围相对应的点处，
c.根据所述第一信号路径(2)确定阈值线(3)，
d.如果所述第二信号路径(6)达到所述阈值线(3)，那么生成识别信号，其中，通过将最小时间差(22)和最小信号振幅差(21)两者都加到所述第一信号路径(2)来确定所述阈值线。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过将所述最小时间差(22)和所述最小信号振幅差(21)加到所述第一信号路径(2)和/或从所述第一信号路径(2)中减去所述最小时间差(22)和所述最小信号振幅差(21)，来执行对所述距离或所述阈值线(3)的确定。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，通过执行一计算来执行对所述距离或所述阈值线(3)的确定，所述计算以在时间方向上的距离为至少所述最小时间差(22)并且在信号振幅方向上的距离为至少所述最小信号振幅差(21)的方式、根据第一信号路径(2)、最小时间差(22)和最小信号振幅差(21)来执行。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述最小时间差(22)和所述最小信号振幅差(21)可以由用户预先确定。
11.一种具有电力发生器(14)的等离子体处理系统(1)，所述电力发生器(14)被配置为利用所述电力发生器(14)的周期性变化的输出信号向等离子体处理部供给功率，所述等离子体处理系统具有根据权利要求1至6中的一项权利要求所述的监测装置(7)。
12.根据权利要求11所述的等离子体处理系统(1)，其中，所述电力发生器(14)是自激MF发生器。
13.根据权利要求11或12所述的等离子体处理系统(1)，其中，所述电力发生器(14)具有用于产生交变电压的桥接电路(70)。
14.根据权利要求11至13中任一项权利要求所述的等离子体处理系统(1)，包括信号检测装置(8)，所述信号检测装置(8)适用于利用相应的测量数据检测装置(91，90)测量在所述等离子体处理部的所述两个电极(11，12)中的每个电极处的相对于参考地(92)的电压。
15.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的监测装置(7)，其中，所述信号检测装置(8)具有模拟-数字转换器(ABC)，所述模拟-数字转换器(ABC)具有≥兆样本/s的时间分辨率以及≥8位的振幅分辨率，特别地所述时间分辨率≥40兆样本/s，优选地所述时间分辨率≥80兆样本/s，特别地所述振幅分辨率≥10位，优选地所述振幅分辨率≥12位，特别优选地所述振幅分辨率14位。
16.根据权利要求1至6或权利要求15中任一项权利要求所述的监测装置(7)，其中，所述识别信号发生装置(17)容纳在可编程逻辑组件(PLD)中。
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