EP4302399A1 - Method for impedance matching, impedance matching arrangement and plasma system - Google Patents

Method for impedance matching, impedance matching arrangement and plasma system

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Publication number
EP4302399A1
EP4302399A1 EP22712893.1A EP22712893A EP4302399A1 EP 4302399 A1 EP4302399 A1 EP 4302399A1 EP 22712893 A EP22712893 A EP 22712893A EP 4302399 A1 EP4302399 A1 EP 4302399A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
impedance
matching
stages
input
model
Prior art date
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Pending
Application number
EP22712893.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Florian Maier
Christian Bock
Marcin Morkowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Original Assignee
Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Huettinger GmbH and Co KG filed Critical Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Publication of EP4302399A1 publication Critical patent/EP4302399A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32926—Software, data control or modelling

Definitions

  • Impedance matching method impedance matching arrangement and plasma system
  • the invention relates to a method for impedance matching with an impedance matching network with an input for connecting an HF power generator and an output for connecting to a load, which has at least a first and a second series-connected matching stage, each with a variable reactance.
  • the invention also relates to an impedance matching arrangement, a computer program product and a non-volatile storage medium.
  • the invention also relates to a plasma system with such an impedance matching arrangement or with such an impedance matching network.
  • the load can be a plasma process device, in particular an HF-excited plasma process device, ie a device for carrying out plasma processes.
  • An impedance matching network is often used in an RF excited plasma process.
  • An arrangement designed for a procedure for impedance matching and/or having such an impedance matching network and a plasma process device connected thereto is referred to as a plasma system in the following.
  • the frequencies are typically 1 MHz or higher, in particular in the range from 1 MHz to 200 MHz.
  • An HF-excited plasma process is used, for example, for coating (sputtering) and/or etching of substrates, in the production of architectural glass, semiconductors, photovoltaic elements, flat screens, displays, etc.
  • the impedance of such a process often changes very quickly, which is why the impedance matching should often be adjusted very quickly (within a few milliseconds or less).
  • the electrical power with which such a process is usually supplied is a few 100 W, for example 300 W and greater, but not infrequently also one kilowatt or more, often 10 kW and more.
  • the voltage within the impedance matching arrangements is often several 100 V, for example 300 V and more, not infrequently 1000 V and more.
  • the currents in such circuits can be a few amperes, often 10 A and more, sometimes 100 A and more. Realizing an impedance matching network with such voltages and currents has always been a major challenge.
  • Such impedance matching networks are in DE 10 2015 220 847 A1 , DE 10 2011 076 404 A1, DE 10 2009 001 355 A1, DE 10 2011 007 598 A1, DE 10 2011 007 597 A1, DE 10 2014 209 469 A1, DE 20 2021 100 710 A1, DE 20 2021 100 710 A1 or in DE 20 391 3020 A1 Ul revealed.
  • An impedance matching network is typically used to match the impedance of a load to the impedance of a power generator.
  • an impedance matching network is used to transform the load impedance to 50 ohms.
  • An impedance matching network may include one or more variable reactances, such as capacitors, for example in an L configuration. The capacity of the capacitors can be changed via motor drives.
  • the input impedance of the impedance matching network can be determined by a measuring device.
  • a Matching algorithm attempts to find correct motor positions or switch positions or other control options to achieve impedance matching.
  • Matching stage from the intermediate impedance Zmter and a model of the impedance matching network d.) Changing the state of at least one of the adjustment stages based on the change setpoint; e.) Repeat steps a.) to d.).
  • a variable reactance can be in the form of inductance and/or capacitance.
  • a capacitor is preferred because it is easy to manufacture and operate.
  • an adjustment stage can have a series connection of inductance and capacitance. The matching stage then acts both capacitively and inductively.
  • Measuring an input impedance Z m can mean that the impedance is measured into the input of the impedance matching network.
  • the impedance can be recorded according to amount and phase and/or real and imaginary part.
  • Measuring an input impedance Z can also mean that the reflection factor is measured and then Z m is derived.
  • Intermediate impedance is the impedance measured into a matching stage that precedes the output of the impedance matching network.
  • the intermediate impedance can also be recorded or determined according to amount and phase and/or real and imaginary part.
  • a model of the impedance matching network is also to be understood as a model for each of the matching stages, since the models of the matching stages are each part of the model of the impedance matching network.
  • Faster and more robust control of mechanical and/or electronic impedance matching networks can be achieved with this method.
  • Known algorithms often do not converge, so they do not lead to the desired point or cannot utilize the mechanical dynamics of the drives used.
  • a position of a mechanically variable reactance or a circuit state of an electronically variable reactance can be detected as a state value.
  • the position of a drive of a mechanically variable capacity can be detected as a state.
  • the intermediate impedance can be determined based on an assignment of the input impedance to the intermediate impedance as a function of the state. This assignment can be determined during a calibration depending on the detected state.
  • a lookup table can be generated for each adjustment stage in this way during a calibration.
  • the calibration and the creation of the lookup tables for each adjustment level is carried out independently of the other adjustment level(s).
  • the change target value is determined on the basis of an intermediate impedance target value Zi ntersoii .
  • Measuring the input impedance is orders of magnitude faster than the motor speed of the capacitor drives in mechanical impedance matching networks.
  • the determination of an intermediate impedance is not exact due to various errors (model, measurement, variable plasma impedance). At the beginning, however, it specifies an approximate target position for the drives. This allows them to accelerate fully. While the reactance is changing, the determination of Z in and Z inter is continuously continued and Z in tersoii is corrected as a result.
  • the state of at least one of the adaptation stages can be changed around the desired change value or in the direction of the desired change value. As already described, it is advantageous to make relative adjustments. It is therefore not necessary to determine any absolute values for the changed state. It is sufficient to determine how much the state of one adaptation stage must be changed in order for the state of the other adaptation stage to be changed so that adaptation occurs. This is done with the help of the intermediate impedance.
  • the states of two adjustment stages can be changed at the same time. As a result, the impedance matching can be accelerated.
  • a circuit model can be used as a model of the impedance matching network. This has particular advantages when the impedance matching network has a simple structure, for example an L configuration.
  • a transmission parameter model, a scattering parameter model or a parameter model derived from a transmission parameter model or scattering parameter model is used as the model of the impedance matching network.
  • Z, Y, M, X parameters can be determined from the scattering parameters.
  • An L, T, inverse L or n configuration can be used as an impedance matching network. Particularly fast impedance matching can be achieved with an L configuration. Such a configuration can also be mapped relatively easily in a model.
  • a change setpoint can be determined for each reactance of two matching stages from the intermediate impedance and a model of each of the matching stages.
  • the states of both adjustment stages can be changed based on the change setpoint.
  • the change setpoints can be linearly independent. This makes it possible to carry out the adjustment in the adjustment levels independently of one another.
  • the scope of the invention also includes an impedance matching arrangement with a.) an impedance matching network with an input for connecting an HF power generator and an output for connecting to a load, in particular to an HF-excited plasma process device, which has at least two matching stages, each with a variable reactance has, b.) a model of the impedance matching network, c.) an impedance measuring device for measuring the input impedance, d.) at least one lookup table containing values that allow an input impedance to be inferred from an intermediate impedance, wherein the intermediate impedance is in particular the impedance that occurs between the matching stages, f.) a determination device for determining an intermediate impedance using a measured input impedance and the lookup table and for determining at least one change setpoint for at least one reactance of a matching stage from the intermediate impedance and a Model of the impedance matching network, g.) an adjustment device for changing the state of at least one
  • Adjustment level based on the determined change target value.
  • the lookup table preferably has only one dimension. In the simplest case, it has the impedance value of the adjustable reactance. With the help of a model, in particular a circuit model, the intermediate impedance can be calculated from this impedance using a voltage divider calculation.
  • T-parameter model for example, at least parts of the T-parameters of the adaptation stage can be stored in the lookup table. It is sufficient to store parts of the T-parameters if symmetry considerations can be carried out. Otherwise it is also conceivable to store all T-parameters of the matching level in the lookup table.
  • the intermediate impedance can be deduced from the T parameters (depending on the state of the matching stage) and the input impedance.
  • the model of the impedance matching network and/or the lookup tables can be stored in a memory as a digital model.
  • the scope of the invention includes a computer program product for controlling an impedance matching network with an input for connecting an HF power generator and an output for connecting to a load, which has at least a first and a second series-connected matching stage, each with a variable reactance , comprising commands that at the execution of the program by a computer, carry out the following method steps: a.) determining an intermediate impedance from a measured input impedance and at least one current state value of at least one of the matching stages, the intermediate impedance being in particular the impedance that occurs between the matching stages, b .) Determining a change setpoint for at least one reactance of a
  • Adjustment stages based on the change target value, d.) repeating steps a.) to c.).
  • non-volatile storage medium with instructions stored on it for execution with a processor or for configuring a programmable logic module, for example an FPGA, for carrying out steps a.) to d.) of the computer program product.
  • non-volatile storage medium non-volatile, non-transitory
  • non-volatile, non-transitory is used to describe various data storage media whose stored information is retained over the long term, i.e. even when the computer is not in operation or is not supplied with power.
  • the invention it is provided to create a model of the impedance matching network. This serves to divide a two-dimensional problem into two one-dimensional (rule) problems. With the knowledge of the input impedance (is measured) and the state of a matching stage, it can be of the model determine the complex load impedance between the two matching stages (intermediate impedance). The mapped impedance trajectories of the matching stages must intersect at this intermediate impedance in order to achieve matching. A target position (intermediate impedance reference value) can be determined from this condition.
  • a manipulated variable for the reactances of the matching stages is set in such a way that matching occurs at the input of the impedance matching network.
  • a suitable calibration procedure can be used to determine lookup tables for each matching stage, which contain the individual impedances of the variable reactances over the current state of the matching stage.
  • the variation of the individual reactances results in a single line/trajectory in the impedance, admittance or reflection factor level.
  • the impedance determined at the input of the second adjustment level results. This is the intermediate impedance.
  • the model makes it known on which trajectory this intermediate impedance should lie so that the first matching stage can transform this impedance to a target value, for example 50 ohms.
  • the reciprocal of all adjustable impedances of the intermediate impedance must have a real part of 0.02S.
  • the intermediate impedance can now be shifted along a defined trajectory. In the case of a series element of an L topology, this trajectory is described by a constant real part of the intermediate impedance and a variable imaginary part.
  • a setting can now be found through the variance of the reactance of the second matching stage, so that the intermediate impedance will come to rest on the trajectory of the first reactance.
  • This new intermediate impedance forms the intersection of the two trajectories. At the same time, it is possible to predict which position (state) the first matching stage will have to take in order to match the new intermediate impedance.
  • the calibration in particular the generation of lookup tables, can take place as follows.
  • the first matching stage is a parallel-connected tank circuit with a variable capacitor
  • the second matching stage is a tank circuit in series with the output of the impedance matching network.
  • the output of the impedance matching network is first terminated with an open circuit. Only the impedance of the parallel element is then measured at the input of the impedance matching network. This is changed by varying the capacitor and the values are stored in the table. For the table of the series element, the output is short-circuited and the parallel element is set to the lowest value (maximum impedance).
  • a parallel circuit consisting of a parallel element and a series element is measured at the input of the impedance matching network. Since the impedance of the parallel element is known, the series element can be calculated and the table for it determined.
  • the intermediate impedance can be calculated directly from the input impedance of the first matching stage and the lookup table of the parallel element.
  • An ideal capacitor varies only the imaginary part of the admittance at the input of the impedance matching network. 1/Zinter must therefore have a real part of 0.02S in order to be able to be adjusted.
  • the series element allows the imaginary part of the intermediate impedance to be varied directly. An ellipse results in the admittance plane. This potentially intersects the 0.02S line at two points (depending on the setting range of the capacitors). Equating the corresponding results in a quadratic equation, which results in the new series impedance. The complete new intermediate impedance can then also be calculated from this.
  • the scope of the invention also includes a plasma system designed for a method for impedance matching and/or having an impedance matching arrangement as described above and having a plasma process device as a load, in particular an HF-excited plasma process device, i.e. a device for carrying out plasma processes.
  • the plasma process device preferably serves for coating (sputtering) and/or etching of substrates. It is preferably suitable for use in the production of architectural glass, semiconductors, photovoltaic elements, flat screens or displays.
  • the high frequency of the high frequency power signal can be 1 MHz or higher, in particular in the range from 1 MHz to 200 MHz.
  • the electrical power that is necessary to supply the plasma process and for the supply of which the power supply device is designed can be 300 W and more, in particular 1 kilowatt and more.
  • the plasma process device can be designed for the connection of additional power supplies, of which one or more of the following can be used, for example: HF power supply with the same or different high frequency.
  • 3 shows an admittance plane to explain a first method step of the method according to the invention
  • 4 shows an admittance plane to explain a second method step of the method according to the invention
  • Fig. 6 is a block diagram to explain the procedural inventive method.
  • FIG. 1 shows an impedance matching arrangement 1 with an impedance matching network 2 which has an input 3 and an output 4 .
  • An HF power generator 5 can be connected to the input 3 and a load 6 , in particular a plasma processing device, can be connected to the output 4 .
  • the HF power generator 5 can generate high-frequency power at a frequency greater than or equal to 1 MHz, in particular in the range from 1 MHz to 200 MHz.
  • the input impedance Z m at the input 3 of the impedance matching network 2 can be detected by an impedance measuring device 7 .
  • the impedance measuring device 7 can be designed to measure a complex input impedance Z, n .
  • the impedance measuring device 7 can be designed, for example, as a V/I probe, ie for measuring voltage and current, in particular for measuring voltage and current including their phase relationship to one another.
  • the impedance matching network 2 shown has an L configuration with a first matching stage 10 and a second matching stage 12 arranged in series therewith.
  • the first matching stage 10 has a variable reactance XP, which is designed as a capacitor in the exemplary embodiment shown.
  • the variable reactance XP is arranged in series with an inductance LI.
  • the second matching stage 12 also has a variable reactance XS, which is designed as a capacitor. This is connected in series with an inductance L2.
  • An intermediate impedance Zi nter is the impedance at the input of the second matching stage 12.
  • the input impedance Z m of the impedance matching network 2 can be measured by the impedance measuring device 7 .
  • the measured input impedance Zi n can be used by a determination device 14 in order to determine an intermediate impedance Zi nter based on the measured input impedance Z m and at least one lookup table 16 , 18 .
  • the lookup tables 16, 18 were created in a calibration process.
  • the lookup tables 16, 18 can have the impedance values of the adjustable reactances XP, XS for different states of the reactances XP, XS and thus different states of the matching stages 10, 12.
  • the determination device 14 is also designed to determine at least one change setpoint for at least one reactance XP, XS of a matching stage 10 , 12 from the intermediate impedance Zi nter and a model 20 of the impedance matching network 2 .
  • An adjustment device 22 is designed to change the state of at least one adjustment stage 10, 12 based on the determined desired change value.
  • FIG. 2 shows the admittance level of the input admittance, ie 1/Z m .
  • the impedance Z in measured at the input of the impedance matching network 2 is denoted by Z ⁇ , n .
  • Z in target denotes the admittance that is to be achieved by impedance matching.
  • the reactance XS of the second matching stage 12 allows the input admittance to be moved along an elliptical trajectory, which is indicated by the arrow 32 .
  • Figure 3 shows that if the input admittance (reciprocal of Zi n ) and the value of XP are known, based on the lookup table 16 (with knowledge of the current state of the second adaptation stage 12, i.e. in particular the motor position of the drive, the reactance XP ) an intermediate impedance Z nter can be determined. This shows on which ellipse an admittance change occurs due to a change in reactance XS.
  • a step 100 the input impedance Z m of the impedance matching network is measured. Subsequently, an intermediate impedance determined in step 101 from the measured input impedance Z m and at least one current state value of at least one of the matching stages of the impedance matching network. In step 102, a desired change value for at least one reactance of a matching stage is determined from the intermediate impedance and a model of the impedance matching network.
  • step 103 the state of at least one of the adjustment stages is changed based on the change setpoint.
  • step 104 it is checked whether the now determined input impedance exceeds or falls below a predetermined value. If the specified value is not exceeded or undershot, the system returns to step 100. Otherwise adaptation is achieved.

Abstract

The invention relates to a method for impedance matching using an impedance matching network (2) comprising an input (3) for connecting an RF power generator (5) and an output (4) for connection to a load (6) that has at least one first and one second series-connected matching stage (10, 12) each having a variable reactance (XP, XS), the method comprising the following steps: a) measuring an input impedance (Zin), b) ascertaining an intermediate impedance (Zinter) from the measured input impedance (Zin) and at least one current state value of at least one of the matching stages, c) ascertaining a target change value (dXP, dXS) for at least one reactance (XP, XS) of a matching stage (10, 12) from the intermediate impedance (Zinter) and a model of the impedance matching network (2), d) changing the state of at least one of the matching stages (10, 12) based on the target change value (dXP, dXS), e) repeating steps a) to d).

Description

Verfahren zur Impedanzanpassuna, Impedanzanpassunasanordnuna und Plasmasvstem Impedance matching method, impedance matching arrangement and plasma system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Impedanzanpassung mit einem Impe danzanpassungsnetzwerk mit einem Eingang zum Anschluss eines HF-Leistungs- generators und einem Ausgang zum Anschluss an eine Last, welches zumindest eine erste und eine zweite in Serie geschaltete Anpassstufe mit jeweils einer va riablen Reaktanz aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Impedanzanpas sungsanordnung, ein Computerprogrammprodukt und ein nicht flüchtiges Spei chermedium. Die Erfindung betrifft auch ein Plasmasystem mit einer solchen Im pedanzanpassungsanordnung bzw. mit einem solchen Impedanzanpassungsnetz- werk. The invention relates to a method for impedance matching with an impedance matching network with an input for connecting an HF power generator and an output for connecting to a load, which has at least a first and a second series-connected matching stage, each with a variable reactance. The invention also relates to an impedance matching arrangement, a computer program product and a non-volatile storage medium. The invention also relates to a plasma system with such an impedance matching arrangement or with such an impedance matching network.
Die Last kann dabei eine Plasmaprozessvorrichtung, insbesondere HF-angeregte Plasmaprozessvorrichtung, also einer Vorrichtung zum Durchführen von Plasma prozessen sein. Ein Impedanzanpassungsnetzwerk wird häufig bei einem HF-an- geregten Plasmaprozess verwendet. Eine Anordnung ausgelegt für ein Verfahren zur Impedanzanpassung und/oder aufweisend ein solches Impedanzanpassungs netzwerk und eine daran angeschlossene Plasmaprozessvorrichtung wird im Fol genden als Plasmasystem bezeichnet. Die Frequenzen liegen dabei typischerweise bei 1 MHz oder darüber, insbesondere im Bereich von 1 MHz bis 200 MHz. Ein HF- angeregter Plasmaprozess wird beispielsweise zum Beschichten (Sputtern) und/oder Ätzen von Substraten, in der Fertigung von Architekturglas, Halbleitern, Photovoltaikelementen, Flachbildschirmen, Displays, etc. eingesetzt. Die Impe danz eines solchen Prozesses ändert sich häufig sehr schnell, weshalb die Impe danzanpassung oftmals sehr schnell (innerhalb weniger Millisekunden oder weni- ger) angepasst werden sollte. Die elektrische Leistung, mit der ein solcher Prozess üblicherweise versorgt wird, liegt bei einigen 100 W, zum Beispiel 300 W und grö ßer, nicht selten aber auch bei einem Kilowatt oder mehr, oftmals auch bei 10 kW und mehr. Bei solchen Leistungen beträgt die Spannung innerhalb der Impe danzanpassungsanordnungen oftmals mehrere 100 V, zum Beispiel 300 V und mehr, nicht selten auch 1000 V und mehr. Die Ströme in solchen Schaltungen können einige Ampere, häufig 10 A und mehr, mitunter auch 100 A und mehr betragen. Ein Impedanzanpassungsnetzwerk bei solchen Spannungen und Strö men zu realisieren, stellte schon immer eine große Herausforderung dar. Die schnelle Veränderbarkeit von Reaktanzen in einem solchen Impedanzanpassungs- netzwerk stellt eine zusätzliche sehr hohe Herausforderung dar. Beispiele solcher Impedanzanpassungsnetzwerke sind in der DE 10 2015 220 847 Al, DE 10 2011 076 404 Al, DE 10 2009 001 355 Al, DE 10 2011 007 598 Al, DE 10 2011 007 597 Al, DE 10 2014 209 469 Al, DE 20 2021 100 710 Ul oder in der DE 20 2020 103 539 Ul offenbart. The load can be a plasma process device, in particular an HF-excited plasma process device, ie a device for carrying out plasma processes. An impedance matching network is often used in an RF excited plasma process. An arrangement designed for a procedure for impedance matching and/or having such an impedance matching network and a plasma process device connected thereto is referred to as a plasma system in the following. The frequencies are typically 1 MHz or higher, in particular in the range from 1 MHz to 200 MHz. An HF-excited plasma process is used, for example, for coating (sputtering) and/or etching of substrates, in the production of architectural glass, semiconductors, photovoltaic elements, flat screens, displays, etc. The impedance of such a process often changes very quickly, which is why the impedance matching should often be adjusted very quickly (within a few milliseconds or less). The electrical power with which such a process is usually supplied is a few 100 W, for example 300 W and greater, but not infrequently also one kilowatt or more, often 10 kW and more. With such services, the voltage within the impedance matching arrangements is often several 100 V, for example 300 V and more, not infrequently 1000 V and more. The currents in such circuits can be a few amperes, often 10 A and more, sometimes 100 A and more. Realizing an impedance matching network with such voltages and currents has always been a major challenge. The ability to quickly change reactances in such an impedance matching network represents an additional, very high challenge. Examples of such impedance matching networks are in DE 10 2015 220 847 A1 , DE 10 2011 076 404 A1, DE 10 2009 001 355 A1, DE 10 2011 007 598 A1, DE 10 2011 007 597 A1, DE 10 2014 209 469 A1, DE 20 2021 100 710 A1, DE 20 2021 100 710 A1 or in DE 20 391 3020 A1 Ul revealed.
Ein Impedanzanpassungsnetzwerk wird in der Regel verwendet, um die Impe danz einer Last an die Impedanz eines Leistungsgenerators anzupassen. Übli cherweise wird ein Impedanzanpassungsnetzwerk verwendet, um die Impedanz der Last auf 50 Ohm zu transformieren. Ein Impedanzanpassungsnetzwerk kann eine oder mehrere variable Reaktanzen, beispielsweise Kondensatoren, beispiels weise in einer L-Konfiguration aufweisen. Die Kapazität der Kondensatoren kann über motorische Antriebe verändert werden. Durch eine Messeinrichtung kann die Eingangsimpedanz des Impedanzanpassungsnetzwerks ermittelt werden. Ein Anpassungsalgorithmus versucht, die richtigen Motorpositionen oder Schalters tellungen oder andere Kontrollmöglichkeiten zu finden, um Impedanzanpassung zu erreichen. An impedance matching network is typically used to match the impedance of a load to the impedance of a power generator. Typically, an impedance matching network is used to transform the load impedance to 50 ohms. An impedance matching network may include one or more variable reactances, such as capacitors, for example in an L configuration. The capacity of the capacitors can be changed via motor drives. The input impedance of the impedance matching network can be determined by a measuring device. A Matching algorithm attempts to find correct motor positions or switch positions or other control options to achieve impedance matching.
Wenn es sich bei der Last um eine Last handelt, deren Impedanz sich ändert, insbesondere schnell ändert, erweist sich die Impedanzanpassung durch ein Im pedanzanpassungsnetzwerk häufig als schwierig. Um die Zielpositionen der An triebe für die Kondensatoren zu finden, ist es bekannt, auf Betrag und Phase der Eingangsimpedanz zu regeln. Beide Größen hängen jedoch von den Kapazitäts werten der Kondensatoren ab. Dies kann zu einer langsamen Regelung führen. Vorzeichenwechsel der Impedanz kann zu Instabilitäten führen, ebenso ein Vor zeichenwechsel der Beziehung dPhase/dC, d|(Z)|/dC, dRe(Z)/dC oder dIm(Z)/dC für beide Kondensatoren. Dabei ist C die Kapazität, Z die Impedanz, Re() ein Re alteil sowie Im() ein Imaginärteil und |( )| ein Betrag von einer komplexen Vari ablen in der Klammer. When the load is one whose impedance changes, particularly one that changes rapidly, impedance matching through an impedance matching network often proves difficult. In order to find the target positions of the drives for the capacitors, it is known to regulate the amount and phase of the input impedance. However, both sizes depend on the capacitance values of the capacitors. This can lead to slow regulation. Changing the sign of the impedance can lead to instabilities, as can changing the sign of the relationship dPhase/dC, d|(Z)|/dC, dRe(Z)/dC or dIm(Z)/dC for both capacitors. Where C is the capacitance, Z is the impedance, Re() is a real part, Im() is an imaginary part and |( )| an absolute value of a complex variable in the brackets.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Impedanzan passung anzugeben, mit dem schnell und zuverlässig eine Impedanzanpassung durchgeführt werden kann. It is therefore the object of the present invention to provide a method for impedance matching with which impedance matching can be carried out quickly and reliably.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Impe danzanpassung mit einem Impedanzanpassungsnetzwerk mit einem Eingang zum Anschluss eines HF-Leistungsgenerators und einem Ausgang zum Anschluss an eine Last, insbesondere an eine HF-angeregte Plasmaprozessvorrichtung, wel ches zumindest eine erste und eine zweite in Serie geschaltete Anpassstufe mit jeweils einer variablen Reaktanz aufweist, mit den folgenden Schritten: a.) Messen einer Eingangsimpedanz Zin; b.) Ermitteln einer Zwischenimpedanz Zmter aus der gemessenen Eingangsim pedanz Zin und zumindest einem aktuellen Zustandswert zumindest einer der Anpassstufen, wobei die Zwischenimpedanz insbesondere die Impedanz ist, die zwischen den Anpassstufen auftritt; c.) Ermitteln eines Veränderungssollwerts für zumindest eine Reaktanz einerThis object is achieved according to the invention by a method for impedance matching with an impedance matching network with an input for connecting an HF power generator and an output for connecting to a load, in particular to an HF-excited plasma process device, which has at least a first and a second in series has a switched matching stage, each with a variable reactance, with the following steps: a.) measuring an input impedance Zi n ; b.) determining an intermediate impedance Z mter from the measured input impedance Zi n and at least one current state value of at least one of the matching stages, the intermediate impedance being in particular the impedance that occurs between the matching stages; c.) Determining a change target value for at least one reactance of a
Anpassstufe aus der Zwischenimpedanz Zmter und einem Modell des Impe danzanpassungsnetzwerks; d.) Verändern des Zustands zumindest einer der Anpassstufen, basierend auf dem Veränderungssollwert; e.) Wiederholung der Schritte a.) bis d.). Matching stage from the intermediate impedance Zmter and a model of the impedance matching network; d.) Changing the state of at least one of the adjustment stages based on the change setpoint; e.) Repeat steps a.) to d.).
Eine variable Reaktanz kann als Induktivität und/oder Kapazität ausgebildet sein. Eine Kapazität ist bevorzugt, da sie einfach in der Herstellung und im Betrieb ist. Beispielsweise kann eine Anpassstufe eine Serienschaltung von Induktivität und Kapazität aufweisen. Dann wirkt die Anpassstufe sowohl kapazitiv als auch in duktiv. A variable reactance can be in the form of inductance and/or capacitance. A capacitor is preferred because it is easy to manufacture and operate. For example, an adjustment stage can have a series connection of inductance and capacitance. The matching stage then acts both capacitively and inductively.
Das Messen einer Eingangsimpedanz Zm kann bedeuten, dass die Impedanz in den Eingang des Impedanzanpassungsnetzwerks gemessen wird. Die Impedanz kann nach Betrag und Phase und/oder Real- und Imaginärteil erfasst werden. Measuring an input impedance Z m can mean that the impedance is measured into the input of the impedance matching network. The impedance can be recorded according to amount and phase and/or real and imaginary part.
Das Messen einer Eingangsimpedanz Z kann auch bedeuten, dass der Reflexi onsfaktor gemessen werden und Zm dann hergeleitet wird. Measuring an input impedance Z can also mean that the reflection factor is measured and then Z m is derived.
Die Zwischenimpedanz ist die Impedanz gemessen in eine Anpassstufe, die vor dem Ausgang des Impedanzanpassungsnetzwerks liegt. Auch die Zwischenimpe danz kann nach Betrag und Phase und/oder Real- und Imaginärteil erfasst oder bestimmt werden. Intermediate impedance is the impedance measured into a matching stage that precedes the output of the impedance matching network. The intermediate impedance can also be recorded or determined according to amount and phase and/or real and imaginary part.
Unter einem Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks ist auch ein Modell für jede der Anpassstufen zu verstehen, da die Modelle der Anpassstufen jeweils Teil des Modells des Impedanzanpassungsnetzwerks sind. Mit diesem Verfahren kann eine schnellere und robuste Regelung von mechani schen und/oder elektronischen Impedanzanpassungsnetzwerken erreicht werden. Bekannte Algorithmen konvergieren häufig nicht, führen also nicht zu dem ge wünschten Punkt oder können die mechanische Dynamik der verwendeten An triebe nicht ausnutzen. A model of the impedance matching network is also to be understood as a model for each of the matching stages, since the models of the matching stages are each part of the model of the impedance matching network. Faster and more robust control of mechanical and/or electronic impedance matching networks can be achieved with this method. Known algorithms often do not converge, so they do not lead to the desired point or cannot utilize the mechanical dynamics of the drives used.
Die oben genannten Schritte a.) bis d.) können wiederholt werden, bis die Ein gangsimpedanz einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet. Es hat sich herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich weniger Ite rationen notwendig sind als mit herkömmlichen Verfahren. Somit kann eine viel schnellere Impedanzanpassung erfolgen. The above steps a.) to d.) can be repeated until the input impedance exceeds or falls below a predetermined value. It has been found that significantly fewer iterations are necessary with the method according to the invention than with conventional methods. Thus, a much faster impedance matching can take place.
Als Zustandswert kann eine Position einer mechanisch veränderbaren Reaktanz oder ein Schaltungszustand einer elektronisch veränderbaren Reaktanz erfasst werden. Beispielsweise kann die Position eines Antriebs einer mechanisch verän derbaren Kapazität als Zustand erfasst werden. A position of a mechanically variable reactance or a circuit state of an electronically variable reactance can be detected as a state value. For example, the position of a drive of a mechanically variable capacity can be detected as a state.
Die Zwischenimpedanz kann aufgrund einer Zuordnung der Eingangsimpedanz zu der Zwischenimpedanz in Abhängigkeit des Zustands ermittelt werden. Diese Zu ordnung kann bei einer Kalibrierung in Abhängigkeit des erfassten Zustands er mittelt werden. Insbesondere kann auf diese Art und Weise während einer Kalib rierung eine Lookup-Tabelle für jede Anpassstufe erzeugt werden. Vorzugsweise erfolgt die Kalibrierung und das Erstellen der Lookup-Tabellen für jede Anpass stufe unabhängig von der oder den anderen Anpassstufen. The intermediate impedance can be determined based on an assignment of the input impedance to the intermediate impedance as a function of the state. This assignment can be determined during a calibration depending on the detected state. In particular, a lookup table can be generated for each adjustment stage in this way during a calibration. Preferably, the calibration and the creation of the lookup tables for each adjustment level is carried out independently of the other adjustment level(s).
Vorteile ergeben sich, wenn der Veränderungssollwert aufgrund eines Zwischen impedanzsollwerts Zintersoii ermittelt wird. Um Varianten oder Ungenauigkeiten der Lookup-Tabellen zu kompensieren, ist es von Vorteil, relativ zu rechnen. Wenn beispielsweise für einen aktuellen erfassten Wert j40 Ohm des Imaginärteils von Zinter ein Zwischenimpedanzsollwert von j45 Ohm ermittelt wird, kann vom aktu ellen Eintrag der Lookup-Tabelle der Wert gesucht werden, der j5 Ohm mehr ergibt. Dies ist dann die Zielposition bzw. der Veränderungssollwert und hat den Vorteil, dass ein Offsetfehler dadurch kompensiert wird und ein Skalierungsfehler kleiner wird, je näher man der gewünschten Anpassung kommt. There are advantages if the change target value is determined on the basis of an intermediate impedance target value Zi ntersoii . In order to compensate for variants or inaccuracies in the lookup tables, it is advantageous to calculate relatively. For example, if an intermediate impedance setpoint of j45 ohms is determined for a current sensed value j40 ohms of the imaginary part of Zinter , the value that gives j5 ohms more can be searched from the current entry in the lookup table. This is then the target position or the change setpoint and has the The advantage is that an offset error is compensated and a scaling error becomes smaller the closer you get to the desired adjustment.
Die Messung der Eingangsimpedanz ist bei mechanischen Impedanzanpassungs netzwerken um Größenordnungen schneller als die Motorgeschwindigkeit der An triebe der Kondensatoren. Die Ermittlung einer Zwischenimpedanz ist aufgrund diverser Fehler (Modell, Messung, variable Plasmaimpedanz) nicht exakt. Sie gibt zu Beginn aber eine ungefähre Zielposition der Antriebe vor. Dadurch können diese voll beschleunigen. Während der Veränderung der Reaktanz wird die Er mittlung von Zin und Zinter kontinuierlich weitergeführt und dadurch Zintersoii korri giert. Measuring the input impedance is orders of magnitude faster than the motor speed of the capacitor drives in mechanical impedance matching networks. The determination of an intermediate impedance is not exact due to various errors (model, measurement, variable plasma impedance). At the beginning, however, it specifies an approximate target position for the drives. This allows them to accelerate fully. While the reactance is changing, the determination of Z in and Z inter is continuously continued and Z in tersoii is corrected as a result.
Der Zwischenimpedanzsollwert kann anhand von zumindest einer vorgegebenen Randbedingung, zum Beispiel Realteil von Zm = 50 Ohm, ermittelt werden. Sol che Randbedingungen erleichtern die Ermittlung des Zwischenimpedanzsollwerts. The intermediate impedance reference value can be determined using at least one specified boundary condition, for example the real part of Z m =50 ohms. Such boundary conditions make it easier to determine the intermediate impedance setpoint.
Das Verändern des Zustands zumindest einer der Anpassstufen kann um den Veränderungssollwert oder in Richtung des Veränderungssollwerts erfolgen. Wie bereits beschrieben, ist es vorteilhaft, relative Anpassungen vorzunehmen. Es müssen also keine Absolutwerte für den veränderten Zustand ermittelt werden. Es ist ausreichend, zu ermitteln, um wieviel der Zustand einer Anpassstufe ver ändert werden muss, damit der Zustand der anderen Anpassstufe so verändert werden kann, dass Anpassung erfolgt. Die geschieht mit Hilfe der Zwischenimpe danz. The state of at least one of the adaptation stages can be changed around the desired change value or in the direction of the desired change value. As already described, it is advantageous to make relative adjustments. It is therefore not necessary to determine any absolute values for the changed state. It is sufficient to determine how much the state of one adaptation stage must be changed in order for the state of the other adaptation stage to be changed so that adaptation occurs. This is done with the help of the intermediate impedance.
Die Zustände von zwei Anpassstufen können gleichzeitig verändert werden. Dadurch kann die Impedanzanpassung beschleunigt werden. The states of two adjustment stages can be changed at the same time. As a result, the impedance matching can be accelerated.
Als Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks kann ein Schaltungsmodell ver wendet werden. Dies hat besondere Vorteile, wenn das Impedanzanpassungs netzwerk einfach aufgebaut ist, beispielsweise eine L-Konfiguration aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass als Modell des Impedanzanpassungsnetz werks ein Transmissionsparametermodell, ein Streuparametermodell oder ein aus einem Transmissionsparametermodell oder Streuparametermodell abgeleite tes Parametermodell verwendet wird. Aus den Streuparametern können bei spielsweise Z-, Y-, M-, X- Parameter ermittelt werden. A circuit model can be used as a model of the impedance matching network. This has particular advantages when the impedance matching network has a simple structure, for example an L configuration. Alternatively, it can be provided that a transmission parameter model, a scattering parameter model or a parameter model derived from a transmission parameter model or scattering parameter model is used as the model of the impedance matching network. For example, Z, Y, M, X parameters can be determined from the scattering parameters.
Als Impedanzanpassungsnetzwerk kann eine L-, T-, invers L- oder n-Konfigura- tion verwendet werden. Besonders schnelle Impedanzanpassung kann mit einer L-Konfiguration erreicht werden. Eine solche Konfiguration kann auch relativ ein fach in einem Modell abgebildet werden. An L, T, inverse L or n configuration can be used as an impedance matching network. Particularly fast impedance matching can be achieved with an L configuration. Such a configuration can also be mapped relatively easily in a model.
Ein Veränderungssollwert kann für jeweils eine Reaktanz zweier Anpassstufen aus der Zwischenimpedanz und einem Modell jeder der Anpassstufen ermittelt werden. Die Zustände beider Anpassstufen können basierend auf dem Verände rungssollwert verändert werden. A change setpoint can be determined for each reactance of two matching stages from the intermediate impedance and a model of each of the matching stages. The states of both adjustment stages can be changed based on the change setpoint.
Die Veränderungssollwerte können linear unabhängig sein. Dadurch ist es mög lich, die Anpassung in den Anpassstufen unabhängig voneinander durchzuführen. The change setpoints can be linearly independent. This makes it possible to carry out the adjustment in the adjustment levels independently of one another.
In den Rahmen Erfindung fällt außerdem eine Impedanzanpassungsanordnung mit a.) einem Impedanzanpassungsnetzwerk mit einem Eingang zum Anschluss eines HF-Leistungsgenerators und einem Ausgang zum Anschluss an eine Last, insbesondere an eine HF-angeregte Plasmaprozessvorrichtung, das zumin dest zwei Anpassstufen mit jeweils einer veränderbaren Reaktanz auf weist, b.) einem Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks, c.) einer Impedanzmesseinrichtung zur Messung der Eingangsimpedanz, d.) zumindest einer Lookup-Tabelle, die Werte enthält, die es erlauben, von einer Eingangsimpedanz auf eine Zwischenimpedanz zu schließen, wobei die Zwischenimpedanz insbesondere die Impedanz ist, die zwischen den Anpass stufen auftritt, f.) einer Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Zwischenimpedanz an hand einer gemessenen Eingangsimpedanz und der Lookup-Tabelle und zur Ermittlung zumindest eines Veränderungssollwerts für zumindest eine Reaktanz einer Anpassstufe aus der Zwischenimpedanz und einem Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks, g.) einer Einstelleinrichtung zur Veränderung des Zustands zumindest einerThe scope of the invention also includes an impedance matching arrangement with a.) an impedance matching network with an input for connecting an HF power generator and an output for connecting to a load, in particular to an HF-excited plasma process device, which has at least two matching stages, each with a variable reactance has, b.) a model of the impedance matching network, c.) an impedance measuring device for measuring the input impedance, d.) at least one lookup table containing values that allow an input impedance to be inferred from an intermediate impedance, wherein the intermediate impedance is in particular the impedance that occurs between the matching stages, f.) a determination device for determining an intermediate impedance using a measured input impedance and the lookup table and for determining at least one change setpoint for at least one reactance of a matching stage from the intermediate impedance and a Model of the impedance matching network, g.) an adjustment device for changing the state of at least one
Anpassstufe anhand des ermittelten Veränderungssollwerts. Adjustment level based on the determined change target value.
Die Lookup-Tabelle weist vorzugsweise nur eine Dimension auf. Im einfachsten Fall weist sie den Impedanzwert der einstellbaren Reaktanz auf. Mithilfe eines Modells, insbesondere eines Schaltungsmodells, kann aus dieser Impedanz über eine Spannungsteilerrechnung die Zwischenimpedanz ausgerechnet werden. The lookup table preferably has only one dimension. In the simplest case, it has the impedance value of the adjustable reactance. With the help of a model, in particular a circuit model, the intermediate impedance can be calculated from this impedance using a voltage divider calculation.
Im Falle beispielsweise eines T-Parametermodells können in der Lookup-Tabelle zumindest Teile der T-Parameter der Anpassstufe abgelegt sein. Es genügt, Teile der T-Parameter abzulegen, wenn Symmetriebetrachtungen durchgeführt werden können. Ansonsten ist es auch denkbar, alle T-Parameter der Anpassstufe in der Lookup-Tabelle abzulegen. Mit den T-Parametern (in Abhängigkeit des Zustands der Anpassstufe) und der Eingangsimpedanz kann auf die Zwischenimpedanz ge schlossen werden. In the case of a T-parameter model, for example, at least parts of the T-parameters of the adaptation stage can be stored in the lookup table. It is sufficient to store parts of the T-parameters if symmetry considerations can be carried out. Otherwise it is also conceivable to store all T-parameters of the matching level in the lookup table. The intermediate impedance can be deduced from the T parameters (depending on the state of the matching stage) and the input impedance.
Das Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks und/oder die Lookup-Tabellen können als digitales Modell in einem Speicher abgelegt sein. The model of the impedance matching network and/or the lookup tables can be stored in a memory as a digital model.
Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung eines Impedanzanpassungsnetzwerks mit einem Eingang zum An schluss eines HF-Leistungsgenerators und einem Ausgang zum Anschluss an eine Last, welches zumindest eine erste und eine zweite in Serie geschaltete Anpass stufe mit jeweils einer variablen Reaktanz aufweist, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer die folgenden Verfahrens schritte ausführen: a.) Ermitteln einer Zwischenimpedanz aus einer gemessenen Eingangsimpe danz und zumindest einem aktuellen Zustandswert zumindest einer der Anpassstufen, wobei die Zwischenimpedanz insbesondere die Impedanz ist, die zwischen den An passstufen auftritt, b.) Ermitteln eines Veränderungssollwerts für zumindest eine Reaktanz einerFurthermore, the scope of the invention includes a computer program product for controlling an impedance matching network with an input for connecting an HF power generator and an output for connecting to a load, which has at least a first and a second series-connected matching stage, each with a variable reactance , comprising commands that at the execution of the program by a computer, carry out the following method steps: a.) determining an intermediate impedance from a measured input impedance and at least one current state value of at least one of the matching stages, the intermediate impedance being in particular the impedance that occurs between the matching stages, b .) Determining a change setpoint for at least one reactance of a
Anpassstufe aus der Zwischenimpedanz und einem Modell des Impe danzanpassungsnetzwerks, c.) Ausgabe eines Signals zum Verändern des Zustands zumindest einer derMatching stage from the intermediate impedance and a model of the impedance matching network, c.) Outputting a signal to change the state of at least one of
Anpassstufen, basierend auf dem Veränderungssollwert, d.) Wiederholung der Schritte a.) bis c.). Adjustment stages based on the change target value, d.) repeating steps a.) to c.).
Außerdem fällt in den Rahmen der Erfindung ein nicht flüchtiges Speicherme dium, mit auf ihm abgelegten Instruktionen zur Ausführung mit einem Prozessor oder zum Konfigurieren eines programmierbaren Logikbausteins, beispielsweise eines FPGA, zur Durchführung der Schritte a.) bis d.) des Computerprogramm produkts. Also within the scope of the invention is a non-volatile storage medium with instructions stored on it for execution with a processor or for configuring a programmable logic module, for example an FPGA, for carrying out steps a.) to d.) of the computer program product.
Als nicht flüchtiges Speichermedium (non-volatile, non-transitory) werden in der Datenverarbeitung verschiedene Datenspeicher bezeichnet, deren gespeicherte Informationen auf Dauer erhalten bleiben, also auch während der Rechner nicht in Betrieb ist oder nicht mit Strom versorgt wird. In data processing, the term non-volatile storage medium (non-volatile, non-transitory) is used to describe various data storage media whose stored information is retained over the long term, i.e. even when the computer is not in operation or is not supplied with power.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks zu erstellen. Dies dient dazu, ein zweidimensionales Problem in zwei eindimensi onale (Regel-)probleme aufzuteilen. Mit dem Wissen über die Eingangsimpedanz (wird gemessen) und den Zustand einer Anpassstufe lässt sich durch Anwendung des Modells die komplexe Lastimpedanz zwischen den beiden Anpassstufen (Zwi schenimpedanz) bestimmen. An dieser Zwischenimpedanz müssen sich die ab bildbaren Impedanztrajektorien der Anpassstufen schneiden, um Anpassung zu erreichen. Aus dieser Bedingung kann eine Zielposition (Zwischenimpedanzsoll wert) bestimmt werden. According to the invention it is provided to create a model of the impedance matching network. This serves to divide a two-dimensional problem into two one-dimensional (rule) problems. With the knowledge of the input impedance (is measured) and the state of a matching stage, it can be of the model determine the complex load impedance between the two matching stages (intermediate impedance). The mapped impedance trajectories of the matching stages must intersect at this intermediate impedance in order to achieve matching. A target position (intermediate impedance reference value) can be determined from this condition.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass anhand der ermittelten Eingangsimpedanz und dem aktuellen Zustand der Anpassstufen eine Stellgröße der Reaktanzen der Anpassstufen so eingestellt werden, dass sich Anpassung am Eingang des Impe danzanpassungsnetzwerks einstellt. Durch ein geeignetes Kalibrationsverfahren können Lookup-Tabellen für jede Anpassstufe bestimmt werden, die die Einzelim pedanzen der variablen Reaktanzen über dem aktuellen Zustand der Anpassstufe beinhalten. According to the invention, based on the input impedance determined and the current state of the matching stages, a manipulated variable for the reactances of the matching stages is set in such a way that matching occurs at the input of the impedance matching network. A suitable calibration procedure can be used to determine lookup tables for each matching stage, which contain the individual impedances of the variable reactances over the current state of the matching stage.
Die Variation der einzelnen Reaktanzen ergibt ausgehend von der Impedanz am Eingang der jeweiligen Anpassstufe eine einzelne Linie/T rajektorie in der Impe danz-, Admittanz- oder Reflexionsfaktorebene. Während der Anpassung werden ausgehend von der Eingangsimpedanz und dem Stellwert der ersten variablen Reaktanz der ersten Anpassstufe in Verbindung mit der Lookup-Tabelle und des Modells der Anpassstufe, welches Teil des Modells des Impedanzanpassungsnetz werks ist, die Impedanz ermittelt, die sich am Eingang der zweiten Anpassstufe ergibt. Dabei handelt es sich um die Zwischenimpedanz. Durch das Modell ist es bekannt, auf welcher Trajektorie diese Zwischenimpedanz liegen müsste, damit die erste Anpassstufe diese Impedanz auf einen Zielwert, beispielsweise 50 Ohm transformieren kann. Im Falle eines parallelen Kondensator als Reaktanz gilt bei spielsweise, dass der Kehrwert aller anpassbaren Impedanzen der Zwischenim pedanz einen Realteil von 0,02S besitzen muss. Durch die Variation der zweiten Reaktanz der zweiten Anpassstufe lässt sich die Zwischenimpedanz nun auf einer definierten Trajektorie verschieben. Bei einem Serienelement einer L-Topologie ist diese Trajektorie durch einen konstanten Realteil der Zwischenimpedanz und einem variablen Imaginärteil beschrieben. Durch Varianz der Reaktanz der zwei ten Anpassstufe lässt sich also nun eine Einstellung finden, sodass die Zwischen impedanz auf der Trajektorie der ersten Reaktanz zu liegen kommen wird. Diese neue Zwischenimpedanz bildet den Schnittpunkt der beiden Trajektorien. Zu gleich lässt sich Vorhersagen, welche Position (Zustand) die erste Anpassstufe einnehmen werden muss, um die neue Zwischenimpedanz anzupassen. Starting from the impedance at the input of the respective matching stage, the variation of the individual reactances results in a single line/trajectory in the impedance, admittance or reflection factor level. During the matching, based on the input impedance and the control value of the first variable reactance of the first matching stage in connection with the lookup table and the model of the matching stage, which is part of the model of the impedance matching network, the impedance determined at the input of the second adjustment level results. This is the intermediate impedance. The model makes it known on which trajectory this intermediate impedance should lie so that the first matching stage can transform this impedance to a target value, for example 50 ohms. In the case of a parallel capacitor as reactance, for example, the reciprocal of all adjustable impedances of the intermediate impedance must have a real part of 0.02S. By varying the second reactance of the second matching stage, the intermediate impedance can now be shifted along a defined trajectory. In the case of a series element of an L topology, this trajectory is described by a constant real part of the intermediate impedance and a variable imaginary part. A setting can now be found through the variance of the reactance of the second matching stage, so that the intermediate impedance will come to rest on the trajectory of the first reactance. This new intermediate impedance forms the intersection of the two trajectories. At the same time, it is possible to predict which position (state) the first matching stage will have to take in order to match the new intermediate impedance.
Bei einer L-Konfiguration eines Impedanzanpassungsnetzwerks kann die Kalibra tion, insbesondere Erzeugung von Lookup-Tabellen, folgendermaßen erfolgen.In the case of an L configuration of an impedance matching network, the calibration, in particular the generation of lookup tables, can take place as follows.
Die erste Anpassstufe ist ein parallel geschalteter Schwingkreis mit variablem Kondensator, die zweite Anpassstufe ist ein Schwingkreis in Serie zum Ausgang des Impedanzanpassungsnetzwerks. Für die Kalibration der Lookup-Tabellen wird zunächst der Ausgang des Impedanzanpassungsnetzwerks mit einem Leerlauf terminiert. Am Eingang des Impedanzanpassungsnetzwerks wird dann nur die Impedanz des Parallelelements gemessen. Durch Variation des Kondensator wird diese verändert und die Werte in der Tabelle abgelegt. Für die Tabelle des Se rienelements wird der Ausgang kurzgeschlossen und das Parallelelement auf den kleinsten Wert eingestellt (Höchstimpedanz). Am Eingang des Impedanzanpas sungsnetzwerks wird eine Parallelschaltung aus Parallelelement und Serienele ment gemessen. Da die Impedanz des Parallelelements bekannt ist, lässt sich das Serienelement berechnen und die Tabelle für dieses bestimmen. The first matching stage is a parallel-connected tank circuit with a variable capacitor, the second matching stage is a tank circuit in series with the output of the impedance matching network. For the calibration of the lookup tables, the output of the impedance matching network is first terminated with an open circuit. Only the impedance of the parallel element is then measured at the input of the impedance matching network. This is changed by varying the capacitor and the values are stored in the table. For the table of the series element, the output is short-circuited and the parallel element is set to the lowest value (maximum impedance). A parallel circuit consisting of a parallel element and a series element is measured at the input of the impedance matching network. Since the impedance of the parallel element is known, the series element can be calculated and the table for it determined.
Aus der Eingangsimpedanz der ersten Anpassstufe und der Lookup-Tabelle des Parallelelements lässt sich direkt die Zwischenimpedanz berechnen. Ein idealer Kondensator variiert nur den Imaginärteil der Admittanz am Eingang des Impe danzanpassungsnetzwerks. 1/Zinter muss also einen Realteil von 0,02S aufweisen, um angepasst werden zu können. Das Serienelement erlaubt es, den Imaginär teil der Zwischenimpedanz direkt zu variieren. In der Admittanzebene ergibt sich eine Ellipse. Diese schneidet die 0,02S-Linie potentiell (abhängig vom Einstellbe reich der Kondensatoren) an zwei Punkten. Entsprechendes gleichsetzen ergibt eine quadratische Gleichung, woraus die neue Serienimpedanz resultiert. Aus dieser lässt sich dann auch die vollständige neue Zwischenimpedanz berechnen. Zusammen mit dem aktuellen Wert der Parallelimpedanz kann bestimmt werden, wie viel diese verändert werden muss, um zu einer Eingangsimpedanz von 50 Ohm zu gelangen. In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Plasmasystem ausgelegt für ein Verfahren zur Impedanzanpassung, und/oder aufweisend eine Impedanzanpas sungsanordnung wie zuvor beschrieben und aufweisend eine Plasmaprozessvor richtung als Last, insbesondere HF-angeregten Plasmaprozessvorrichtung, also ei- ner Vorrichtung zum Durchführen von Plasmaprozessen. Die Plasmaprozessvor richtung dient bevorzugter Weise zum Beschichten (Sputtern) und/oder Ätzen von Substraten. Sie ist vorzugsweise zur Verwendung in der Fertigung von Architek turglas, Halbleitern, Photovoltaikelementen, Flachbildschirmen oder Displays ge eignet. The intermediate impedance can be calculated directly from the input impedance of the first matching stage and the lookup table of the parallel element. An ideal capacitor varies only the imaginary part of the admittance at the input of the impedance matching network. 1/Zinter must therefore have a real part of 0.02S in order to be able to be adjusted. The series element allows the imaginary part of the intermediate impedance to be varied directly. An ellipse results in the admittance plane. This potentially intersects the 0.02S line at two points (depending on the setting range of the capacitors). Equating the corresponding results in a quadratic equation, which results in the new series impedance. The complete new intermediate impedance can then also be calculated from this. Together with the current value of the parallel impedance, it can be determined how much this must be changed in order to arrive at an input impedance of 50 ohms. The scope of the invention also includes a plasma system designed for a method for impedance matching and/or having an impedance matching arrangement as described above and having a plasma process device as a load, in particular an HF-excited plasma process device, i.e. a device for carrying out plasma processes. The plasma process device preferably serves for coating (sputtering) and/or etching of substrates. It is preferably suitable for use in the production of architectural glass, semiconductors, photovoltaic elements, flat screens or displays.
Die Hochfrequenz des Hochfrequenzleistungssignals kann bei 1 MHz oder darüber, insbesondere im Bereich von 1 MHz bis 200 MHz, liegen. The high frequency of the high frequency power signal can be 1 MHz or higher, in particular in the range from 1 MHz to 200 MHz.
Die elektrische Leistung, die zur Versorgung des Plasmaprozess notwendig ist, und für dessen Lieferung die Leistungsversorgungseinrichtung ausgelegt ist, kann bei 300 W und größer, insbesondere bei 1 Kilowatt und mehr liegen. The electrical power that is necessary to supply the plasma process and for the supply of which the power supply device is designed can be 300 W and more, in particular 1 kilowatt and more.
- Die Plasmaprozessvorrichtung kann zum Anschluss von weiteren Leistungs versorgungen ausgelegt sein, davon können beispielsweise eine oder meh- rere der Folgenden eingesetzt werden: HF-Leistungsversorgung mit der glei chen oder anderen Hochfrequenz. - The plasma process device can be designed for the connection of additional power supplies, of which one or more of the following can be used, for example: HF power supply with the same or different high frequency.
- DC Leistungsversorgung, insbesondere gepulste DC Leistungsversorgung- DC power supply, especially pulsed DC power supply
- MF Leistungsversorgung mit Frequenzen unterhalb 1 MHz. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen den detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maß stäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Beson- derheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merk male können je einzelnen für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen: - MF power supply with frequencies below 1 MHz. Further features and advantages of the invention emerge from the following detailed description of exemplary embodiments of the invention, based on the figures of the drawing, which shows details essential to the invention, and from the claims. The features shown there are not necessarily to be understood to scale and are presented in such a way that the special features according to the invention can be made clearly visible. The various features can be realized individually or collectively in any combination in variants of the invention. In the schematic drawing, embodiments of the invention are Darge provides and explained in the following description. Show it:
Fig. 1 eine Impedanzanpassungsanordnung; 1 shows an impedance matching arrangement;
Fig. 2 eine Admittanzebene zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens; 2 shows an admittance level to explain the method according to the invention;
Fig. 3 eine Admittanzebene zur Erläuterung eines ersten Verfahrensschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 4 eine Admittanzebene zur Erläuterung eines zweiten Verfahrens schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 shows an admittance plane to explain a first method step of the method according to the invention; 4 shows an admittance plane to explain a second method step of the method according to the invention;
Fig. 5 eine Admittanzebene zur Erläuterung eines dritten Verfahrens schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens; 5 shows an admittance plane to explain a third method step of the method according to the invention;
Fig. 6 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfah rens. Fig. 6 is a block diagram to explain the procedural inventive method.
Die Figur 1 zeigt eine Impedanzanpassungsanordnung 1 mit einem Impedanzan- passungsnetzwerk 2, welches einen Eingang 3 und einen Ausgang 4 aufweist. An den Eingang 3 kann ein HF-Leistungsgenerator 5 angeschlossen werden und an den Ausgang 4 kann eine Last 6, insbesondere eine Plasmaprozessvorrichtung, angeschlossen werden. Der HF-Leistungsgenerator 5 kann eine Hochfrequenz- Leistung bei einer Frequenz größer gleich 1 MHz, insbesondere im Bereich von 1 MHz bis 200 MHz, erzeugen. Die Eingangsimpedanz Zm am Eingang 3 des Impedanzanpassungsnetzwerks 2 kann durch eine Impedanzmesseinrichtung 7 erfasst werden. Die Impedanzmes seinrichtung 7 kann zur Messung einer komplexen Eingangsimpedanz Z,n ausge legt sein. Die Impedanzmesseinrichtung 7 kann beispielsweise als V/I -Probe ausgebildet sein, also zum Messen von Spannung und Strom, insbesondere zum Messen von Spannung und Strom inklusive deren Phasenbeziehung zueinander. FIG. 1 shows an impedance matching arrangement 1 with an impedance matching network 2 which has an input 3 and an output 4 . An HF power generator 5 can be connected to the input 3 and a load 6 , in particular a plasma processing device, can be connected to the output 4 . The HF power generator 5 can generate high-frequency power at a frequency greater than or equal to 1 MHz, in particular in the range from 1 MHz to 200 MHz. The input impedance Z m at the input 3 of the impedance matching network 2 can be detected by an impedance measuring device 7 . The impedance measuring device 7 can be designed to measure a complex input impedance Z, n . The impedance measuring device 7 can be designed, for example, as a V/I probe, ie for measuring voltage and current, in particular for measuring voltage and current including their phase relationship to one another.
Das gezeigte Impedanzanpassungsnetzwerk 2 weist eine L-Konfiguration mit ei ner ersten Anpassstufe 10 und einer dazu in Serie angeordneten zweiten Anpass- stufe 12 auf. Die erste Anpassstufe 10 weist eine variable Reaktanz XP auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kondensator ausgebildet ist. Die variable Reaktanz XP ist in Serie zu einer Induktivität LI angeordnet. The impedance matching network 2 shown has an L configuration with a first matching stage 10 and a second matching stage 12 arranged in series therewith. The first matching stage 10 has a variable reactance XP, which is designed as a capacitor in the exemplary embodiment shown. The variable reactance XP is arranged in series with an inductance LI.
Die zweite Anpassstufe 12 weist ebenfalls eine variable Reaktanz XS auf, die als Kondensator ausgebildet ist. Diese ist in Serie zu einer Induktivität L2 geschaltet. The second matching stage 12 also has a variable reactance XS, which is designed as a capacitor. This is connected in series with an inductance L2.
Eine Zwischenimpedanz Zinter ist die Impedanz am Eingang der zweiten Anpass stufe 12. Durch die Impedanzmesseinrichtung 7 kann die Eingangsimpedanz Zm des Impe danzanpassungsnetzwerks 2 gemessen werden. Die gemessene Eingangsimpe danz Zin kann von einer Ermittlungseinrichtung 14 verwendet werden, um an hand der gemessenen Eingangsimpedanz Zm und zumindest einer Lookup-Tabelle 16, 18 eine Zwischenimpedanz Zinter zu ermitteln. Die Lookup-Tabellen 16, 18 wurden in einem Kalibrationsverfahren erstellt. Die Lookup-Tabellen 16, 18 kön nen die Impedanzwerte der einstellbaren Reaktanzen XP, XS für unterschiedliche Zustände der Reaktanzen XP, XS und damit unterschiedliche Zustände der An passstufen 10, 12 aufweisen. Die Ermittlungseinrichtung 14 ist ferner ausgebildet, zumindest einen Verände rungssollwert für zumindest eine Reaktanz XP, XS einer Anpassstufe 10,12 aus der Zwischenimpedanz Zinter und einem Modell 20 des Impedanzanpassungsnetz werks 2 zu ermitteln. Eine Einstelleinrichtung 22 ist zur Veränderung des Zustands zumindest einer An passstufe 10, 12 anhand des ermittelten Veränderungssollwerts ausgebildet. An intermediate impedance Zi nter is the impedance at the input of the second matching stage 12. The input impedance Z m of the impedance matching network 2 can be measured by the impedance measuring device 7 . The measured input impedance Zi n can be used by a determination device 14 in order to determine an intermediate impedance Zi nter based on the measured input impedance Z m and at least one lookup table 16 , 18 . The lookup tables 16, 18 were created in a calibration process. The lookup tables 16, 18 can have the impedance values of the adjustable reactances XP, XS for different states of the reactances XP, XS and thus different states of the matching stages 10, 12. The determination device 14 is also designed to determine at least one change setpoint for at least one reactance XP, XS of a matching stage 10 , 12 from the intermediate impedance Zi nter and a model 20 of the impedance matching network 2 . An adjustment device 22 is designed to change the state of at least one adjustment stage 10, 12 based on the determined desired change value.
Die Figur 2 zeigt die Admittanzebene der Eingangsadmittanz, also 1/Zm. Mit Z-,n ist die am Eingang des Impedanzanpassungsnetzwerks 2 gemessene Impedanz Zin bezeichnet. Mit Zintarget ist die Admittanz bezeichnet, die durch eine Impe danzanpassung erreicht werden soll. Durch eine Variation der Reaktanz XP der ersten Anpassstufe 10 kann lediglich der Imaginärteil der Eingangsadmittanz verändert werden, was durch den vertikalen Doppelpfeil 30 angedeutet ist. FIG. 2 shows the admittance level of the input admittance, ie 1/Z m . The impedance Z in measured at the input of the impedance matching network 2 is denoted by Z−, n . Z in target denotes the admittance that is to be achieved by impedance matching. By varying the reactance XP of the first matching stage 10, only the imaginary part of the input admittance can be changed, which is indicated by the vertical double arrow 30.
Durch die Reaktanz XS der zweiten Anpassstufe 12 kann die Eingangsadmittanz auf einer ellipsenförmigen Trajektorie bewegt werden, was durch den Pfeil 32 . The reactance XS of the second matching stage 12 allows the input admittance to be moved along an elliptical trajectory, which is indicated by the arrow 32 .
Anhand der Figur 3 ist zu erkennen, dass bei bekannter Eingangsadmittanz (Kehrwert von Zin) und bekanntem Wert von XP aufgrund der Lookup-Tabelle 16 (in Kenntnis des aktuellen Zustands der zweiten Anpassstufe 12, also insbeson dere der Motorposition des Antriebs der Reaktanz XP) kann eine Zwischenimpe danz Zinter ermittelt werden. Daraus ergibt sich, auf welcher Ellipse eine Admit- tanzveränderung durch Veränderung der Reaktanz XS erfolgt. Figure 3 shows that if the input admittance (reciprocal of Zi n ) and the value of XP are known, based on the lookup table 16 (with knowledge of the current state of the second adaptation stage 12, i.e. in particular the motor position of the drive, the reactance XP ) an intermediate impedance Z nter can be determined. This shows on which ellipse an admittance change occurs due to a change in reactance XS.
Nun kann ermittelt werden, um wie viel die Reaktanz XS verändert werden muss, sodass die Ellipse bzw. Trajektorie T die Ziellinie ZL schneidet, also der Realteil von Zinter einen Wert von 0,02 S einnimmt. Daraus ergibt sich ein Veränderungs sollwert dXS. It can now be determined by how much the reactance XS has to be changed so that the ellipse or trajectory T intersects the target line ZL, ie the real part of Zinter has a value of 0.02S. This results in a change target value dXS.
In einem weiteren Schritt, der anhand der Figur 4 erläutert wird, kann nun ermit telt werden, um wieviel XP verändert werden muss, um bei Zintarget anzukommen. Somit ergibt sich ein weiterer Veränderungssollwert dXP. In a further step, which is explained with reference to FIG. 4, it can now be determined by how much XP has to be changed in order to arrive at Z ntarget . This results in a further change target value dXP.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin anhand des Blockschaubilds der Figur 6 erläutert. In einem Schritt 100, wird die Eingangsimpedanz Zm des Impe danzanpassungsnetzwerks gemessen. Anschließend wird eine Zwischenimpedanz im Schritt 101 aus der gemessenen Eingangsimpedanz Zm und zumindest einem aktuellen Zustandswert zumindest einer der Anpassstufen des Impedanzanpas sungsnetzwerks ermittelt. Im Schritt 102 wird ein Veränderungssollwert für zumindest eine Reaktanz einer Anpassstufe aus der Zwischenimpedanz und einem Modell des Impedanzanpas sungsnetzwerks ermittelt. The method according to the invention is further explained using the block diagram in FIG. In a step 100, the input impedance Z m of the impedance matching network is measured. Subsequently, an intermediate impedance determined in step 101 from the measured input impedance Z m and at least one current state value of at least one of the matching stages of the impedance matching network. In step 102, a desired change value for at least one reactance of a matching stage is determined from the intermediate impedance and a model of the impedance matching network.
Im Schritt 103 wird der Zustand zumindest einer der Anpassstufen, basierend auf dem Veränderungssollwert verändert. Im Schritt 104 wird überprüft, ob die nun ermittelte Eingangsimpedanz einen vorgegebenen Wert über- oder unter schreitet. Wird der vorgegebene Wert nicht über- oder unterschritten, wird in Schritt 100 zurückgekehrt. Andernfalls ist Anpassung erreicht. In step 103, the state of at least one of the adjustment stages is changed based on the change setpoint. In step 104 it is checked whether the now determined input impedance exceeds or falls below a predetermined value. If the specified value is not exceeded or undershot, the system returns to step 100. Otherwise adaptation is achieved.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Impedanzanpassung mit einem Impedanzanpassungsnetz werk (2) mit einem Eingang (3) zum Anschluss eines HF-Leistungsgenera- tors (5) und einem Ausgang (4) zum Anschluss an eine Last (6), insbeson dere an eine HF-angeregte Plasmaprozessvorrichtung, welches zumindest eine erste und eine zweite in Serie geschaltete Anpassstufe (10, 12) mit jeweils einer variablen Reaktanz (XP, XS) aufweist, mit den folgenden Schritten: a) Messen einer Eingangsimpedanz (Zin), b) Ermitteln einer Zwischenimpedanz (Zmter) aus der gemessenen Ein gangsimpedanz (Zin) und zumindest einem aktuellen Zustandswert zu mindest einer der Anpassstufen, wobei die Zwischenimpedanz (Zmter) die Impedanz ist, die zwischen den Anpassstufen (10, 12) auftritt, c) Ermitteln eines Veränderungssollwerts (dXP, dXS) für zumindest eine Reaktanz (XP, XS) einer Anpassstufe (10, 12) aus der Zwischenimpe danz (Zinter) und einem Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks 1. Method for impedance matching with an impedance matching network (2) with an input (3) for connecting an HF power generator (5) and an output (4) for connecting to a load (6), in particular to an HF Excited plasma process device, which has at least a first and a second series-connected matching stage (10, 12), each with a variable reactance (XP, XS), with the following steps: a) measuring an input impedance (Z in ), b) determining a Intermediate impedance (Z mt e r ) from the measured input impedance (Zi n ) and at least one current state value for at least one of the matching stages, the intermediate impedance (Z mt e r ) being the impedance that occurs between the matching stages (10, 12). , c) determining a change setpoint (dXP, dXS ) for at least one reactance (XP, XS) of a matching stage (10, 12) from the intermediate impedance (Zi nter ) and a model of the impedance matching network
(2), d) Verändern des Zustands zumindest einer der Anpassstufen (10, 12) ba sierend auf dem Veränderungssollwert (dXP, dXS) e) Wiederholung der Schritte a) bis d) 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte la) bis ld) wiederholt werden, bis die Eingangsimpedanz (Zin) einen vorgege benen Wert über- oder unterschreitet. (2), d) changing the state of at least one of the adaptation stages (10, 12) based on the change setpoint (dXP, dXS) e) repeating steps a) to d) 2. The method according to claim 1, characterized in that the Steps la) to ld) are repeated until the input impedance ( Zin ) exceeds or falls below a predetermined value.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass als Zustandswert eine Position einer mechanisch veränder baren Reaktanz (XP, XS) oder ein Schaltungszustand einer elektronisch veränderbaren Reaktanz erfasst wird. 3. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that a position of a mechanically variable reactance (XP, XS) or a circuit state of an electronically variable reactance is detected as the state value.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Zwischenimpedanz (Zmter) aufgrund einer Zuordnung der Eingangsimpedanz (Zm) zu der Zwischenimpedanz (Zinter) in Abhängigkeit des Zustands ermittelt wird. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate impedance (Zmter) is determined on the basis of an assignment of the input impedance (Zm) to the intermediate impedance (Zinter) as a function of the state.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Veränderungssollwert (dXP, dXS) aufgrund eines Zwi schenimpedanzsollwerts (Zintersoii) ermittelt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the change setpoint (dXP, dXS) is determined on the basis of an intermediate impedance setpoint (Zintersoii).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischen impedanzsollwert (Zintersoii) anhand von zumindest einer vorgegebenen Randbedingung ermittelt wird. 6. The method as claimed in claim 5, characterized in that the intermediate impedance setpoint (Zintersoii) is determined on the basis of at least one predefined boundary condition.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Verändern des Zustands zumindest einer der Anpass stufen um den Veränderungssollwert oder in Richtung des Veränderungs sollwerts erfolgt. 7. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the changing of the state of at least one of the adaptation stages takes place around the desired change value or in the direction of the desired change value.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Zustand von zwei Anpassstufen (10, 12) gleichzeitig verändert wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the state of two matching stages (10, 12) is changed simultaneously.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass als Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks (2) ein Schaltungsmodell verwendet wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a circuit model is used as a model of the impedance matching network (2).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass als Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks (2) ein Transmissionsparametermodell, ein Streuparametermodell oder ein aus ei nem Transmissionsparametermodell oder Streuparametermodell ableitba res Parametermodell verwendet wird. 10. The method according to any one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that as a model of the impedance matching network (2). transmission parameter model, a scattering parameter model or a parameter model that can be derived from a transmission parameter model or scattering parameter model.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass als Impedanzanpassungsnetzwerk (2) eine L-, T, invers L oder n-Konfiguration verwendet wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an L, T, inverse L or n configuration is used as the impedance matching network (2).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Veränderungssollwerts (dXP, dXS) für jeweils eine Reak tanz (XP, XS) zweier Anpassstufen(10, 12) aus der Zwischenimpedanz (Zinter) und einem Modell jeder der Anpassstufen (10, 12)ermittelt wird und dass der Zustand beider Anpassstufen (10, 12) basierend auf den Verän derungs-Sollwerten (dXP, dXS) verändert wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a change setpoint (dXP, dXS) for a respective reactance (XP, XS) of two matching stages (10, 12) from the intermediate impedance (Zinter) and a model of each of the matching stages (10, 12) is determined and that the state of both adaptation stages (10, 12) is changed based on the change setpoints (dXP, dXS).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verände rungssollwerte (dXS, dXP) linear unabhängig sind. 13. The method according to claim 12, characterized in that the change setpoints (dXS, dXP) are linearly independent.
14. Impedanzanpassungsanordnung (1) mit a. einem Impedanzanpassungsnetzwerk (2) mit einem Eingang (3) zum Anschluss eines HF-Leistungsgenerators (5) und einem Aus gang (4) zum Anschluss an eine Last (6), insbesondere an eine HF- angeregte Plasmaprozessvorrichtung, das zumindest zwei Anpass stufen (10, 12) mit jeweils einer veränderbaren Reaktanz (XP, XS) aufweist, b. einem Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks (2), c. einer Impedanzmesseinrichtung zur Messung der Eingangsimpe danz, d. zumindest einer Lookup-Table (16, 18), die Werte enthält, die es er lauben, von einer Eingangsimpedanz (Zm) auf eine Zwischenimpe danz (Zinter) zu schließen, wobei die Zwischenimpedanz (Zinter) die Impedanz ist, die zwischen den Anpassstufen (10, 12) auftritt, e. einer Ermittlungseinrichtung (14) zur Ermittlung einer Zwischenim pedanz (Zinter) anhand einer gemessenen Eingangsimpedanz (Zin) und zur Ermittlung zumindest eines Veränderungssollwerts (dXP, dXS) für zumindest eine Reaktanz (XP, XS) einer Anpassstufe (10, 12) aus der Zwischenimpedanz (Zinter) und einem Modell des Impe danzanpassungsnetzwerks (2), f. einer Einstelleinrichtung (22) zur Veränderung des Zustands zumin dest einer Anpassstufe (10, 12) anhand des ermittelten Verände rungssollwerts (dXP, dXS). 14. Impedance matching arrangement (1) with a. an impedance matching network (2) with an input (3) for connecting an HF power generator (5) and an output (4) for connecting to a load (6), in particular to an HF-excited plasma process device, which has at least two matching stages ( 10, 12) each having a variable reactance (XP, XS), b. a model of the impedance matching network (2), c. an impedance measuring device for measuring the input impedance, d. at least one lookup table (16, 18) containing values that allow an input impedance (Z m ) to be inferred from an intermediate impedance (Zinter), the intermediate impedance (Zinter) being the impedance between the adjustment levels (10, 12) occurs, e. a determination device (14) for determining an intermediate impedance (Zinter) based on a measured input impedance (Z in ) and for determining at least one desired change value (dXP, dXS) for at least one reactance (XP, XS) of a matching stage (10, 12) from the Intermediate impedance (Zinter) and a model of the impedance matching network (2), f. a setting device (22) for changing the state of at least one matching stage (10, 12) using the determined change setpoint (dXP, dXS).
15. Computerprogrammprodukt zur Steuerung eines Impedanzanpassungs netzwerks (2) mit einem Eingang (3) zum Anschluss eines HF-Leistungs- generators (5) und einem Ausgang (4) zum Anschluss an eine Last (6), welches zumindest eine erste und eine zweite in Serie geschaltete Anpass stufe (10, 12) mit jeweils einer variablen Reaktanz (XP, XS) aufweist, um fassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Com puter die folgenden Verfahrensschritte ausführen: a) Ermitteln einer Zwischenimpedanz (Zinter) aus einer gemessenen Ein gangsimpedanz (Zin ) und zumindest einem aktuellen Zustandswert zumin dest einer der Anpassstufen (10, 12), wobei die Zwischenimpedanz (Zinter) die Impedanz ist, die zwischen den Anpassstufen (10, 12) auftritt, b) Ermitteln eines Veränderungs-Sollwerts (dXP, dXS) für zumindest eine Re aktanz (XP, XS) einer Anpassstufe (10, 12) aus der Zwischenimpedanz (Zinter) und einem Modell des Impedanzanpassungsnetzwerks (2), c) Ausgabe eines Signals zum Verändern des Zustands zumindest einer der Anpassstufen (10, 12) basierend auf dem Veränderungs-Sollwert (dXP, dXS) d) Wiederholung der Schritte a) bis c). 15. Computer program product for controlling an impedance matching network (2) with an input (3) for connecting an HF power generator (5) and an output (4) for connecting to a load (6), which has at least a first and a second series-connected matching stage (10, 12), each with a variable reactance (XP, XS), comprising instructions that execute the following process steps when the program is executed by a computer: a) determining an intermediate impedance (Zinter) from a measured input impedance (Zin) and at least one current state value of at least one of the matching stages (10, 12), the intermediate impedance (Zinter) being the impedance that occurs between the matching stages (10, 12), b) determining a change Desired value (dXP, dXS) for at least one reactance (XP, XS) of a matching stage (10, 12) from the intermediate impedance (Zinter) and a model of the impedance matching network (2), c) outputting a signal for changing d the state of at least one of the adjustment stages (10, 12) based on the change setpoint (dXP, dXS) d) repetition of steps a) to c).
16. Nichtflüchtiges Speichermedium, mit auf ihm abgelegten Instruktionen zur Ausführung mit einem Prozessor oder zum Konfigurieren eines pro grammierbaren Logikbausteins zur Durchführung der Schritte a) bis d) des Anspruchs 15. 16. Non-volatile storage medium with instructions stored on it for execution with a processor or for configuring a programmable logic module for carrying out steps a) to d) of claim 15.
17. Plasmasystem ausgelegt für ein Verfahren zur Impedanzanpassung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, und/oder aufweisend eine Impedanzanpas sungsanordnung nach Anspruch 14, und aufweisend eine Plasmaprozess vorrichtung als Last (6), insbesondere HF-angeregte Plasmaprozessvor- richtung. 17. Plasma system designed for a method for impedance matching according to one of claims 1 to 13, and/or having an impedance matching arrangement according to claim 14, and having a plasma process device as the load (6), in particular an HF-excited plasma process device.
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