EP4673966A1

EP4673966A1 - Impedanzanpassungsschaltung, plasmaprozessversorgungssystem und plasmaprozesssystem

Info

Publication number: EP4673966A1
Application number: EP24708707.5A
Authority: EP
Inventors: Birger NORDMANN
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2023-02-28
Filing date: 2024-02-27
Publication date: 2026-01-07
Also published as: CN120770062A; DE102023104942A1; US20250391642A1; WO2024180090A1; JP2026506809A

Abstract

Impedanzanpassungsschaltung (1) für ein Plasmaprozessversorgungssystem und ein Plasmaprozesssystem ausgelegt für Leistungen ≥ 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz, aufweisend: a) eine Anpassungseinheit (2, 2a-2f), aufweisend eine oder mehrere Reaktanzen (C4a, L4a, C4b, C4b'; L4b, C5a, C5a', L5a, C5b, C5b', C5d, C5d', L5d, L5e, C5f', L5f), b) einen Resonator (3), c) wobei die Impedanzanpassungsschaltung (1) ausgelegt ist für den Betrieb bei einem vorgegebenen HF-Leistungssignal mit einer vorgegebenen Grundfrequenz (f0) und AFT-Bandbreite (20), begrenzt durch eine vorgegebene obere AFT-Frequenz (f2) und eine vorgegebene untere AFT- Frequenz (f1), wobei der Resonator (3) ausgelegt ist, das HF-Leistungssignal bei der Grundfrequenz (f0) geringfügig, insbesondere nicht, zu beeinflussen und zumindest bei einer der beiden AFT-Frequenzen (f1, f2), insbesondere bei beiden AFT-Frequenzen (f1, f2), zu bedämpfen und/oder in der Phase zu beeinflussen.

Description

Impedanzanpassungsschaltung, Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem

Die Erfindung betrifft eine Impedanzanpassungsschaltung für ein Plasmaprozessversorgungssystem und ein Plasmaprozesssystem ausgelegt für Leistungen > 500 W, insbesondere > 2 kW und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz, insbesondere im Bereich von 10 MHz bis 50 MHz, ein Plasmaprozessversorgungssystem sowie ein Plasmaprozesssystem.

Eine solche Impedanzanpassungsschaltung kann in Systemen eingesetzt werden, in denen eine Last mit einer elektrischen Leistung, insbesondere einer Hochfrequenzleistung versorgt wird. , Hochfrequenz' wird im Folgenden auch mit ,HF' abgekürzt. Mit HF sind hier Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz, insbesondere im Bereich von 10 MHz bis 50 MHz gemeint.

In einem solchen System sollte die Impedanz der Last auf die Impedanz der Leistungsversorgung angepasst werden, da es sonst zur Reflexion von Leistung kommen kann. Die Reflexion von Leistung hat direkten Einfluss auf die Effizienz eines Systems; sie vermindert den Wirkungsgrad eines Systems.

Ein beispielhaftes System, in dem eine Impedanzanpassungsschaltung eingesetzt werden kann, kann ein Plasmaprozesssystem sein.

Ein solches Plasmaprozesssystem kann z. B. ein System sein, in dem eine Last, z. B. eine Plasmaprozessanordnung, mit elektrischer Leistung versorgt wird.

Eine solche Plasmaprozessanordnung kann beispielsweise eine Plasmaprozesskammer sein, die für industrielle Plasmaverfahren wie z. B. die Oberflächenbehandlung von Werkstücken, die Halbleiterfertigung mit Plasma oder die Bearbeitung von Werkstücken mit Gaslaser zum Einsatz kommt.

In einer solchen Anwendung dient die Plasmaprozessanordnung der Erzeugung von Plasma.

Dafür kann eine Plasmaprozessanordnung eine Elektrode aufweisen, die mit einem Hochfrequenz-Leistungssignal zur Erzeugung des Plasmas, im Folgenden als HF-Leistungssignal bezeichnet, gespeist wird.

Üblicherweise ist eine Speisung mit hoher Leistung und insbesondere hoher Spannung erforderlich, wofür die Plasmaprozessanordnung mit einer Hochfrequenz-Leistungsversorgung, im Folgenden als HF-Leistungsversorgung bezeichnet, verbunden werden kann.

Der in der Plasmaprozessanordnung ablaufende Plasmaprozess hat das Problem, dass die elektrische Lastimpedanz der Plasmaprozessanordnung, die während des Prozesses auftritt, von den Zuständen in der Plasmaprozessanordnung abhängt und stark variieren kann. Insbesondere gehen die Eigenschaften von Werkstück, Elektrode und Gasverhältnissen ein.

Aus diesem Grund ist in der Regel eine Impedanzanpassungsschaltung erforderlich, die die Impedanz der Last auf eine Nennimpedanz der HF- Leistungsversorgung transformiert. Eine solche Impedanzanpassungsschaltung wird üblicherweise zwischen eine HF-Leistungsversorgung und die Plasmaprozessanordnung, in der Regel in unmittelbarer Nähe der Plasmaprozessanordnung angeordnet.

Eine Impedanzanpassungsschaltung ist in der Regel eine Anordnung, die Induktivitäten und/oder Kapazitäten aufweisen kann.

Für komplexe Problemstellungen, in denen es darauf ankommt, schnell die Impedanz verändern zu können, kommen oftmals halbleitergeschaltete Impedanzanpassungsschaltungen zum Einsatz. Über diese Halbleiterschaltelemente können Induktivitäten und/oder Kapazitäten in Impedanzanpassungsschaltungen zu- und weggeschaltet werden. Für das Steuern des Zu- und Wegschaltens der Halbleiterschaltelemente können Ansteuerschaltungen eingesetzt werden. In DE 20 2020 102 084 Ul ist ein Beispiel für eine solche halbleitergeschaltete Impedanzanpassungsschaltung offenbart und beschrieben.

Prinzipbedingt weisen solche halbleitergeschalteten Impedanzanpassungsschaltungen bei einer Frequenz nur eine diskrete Menge an möglichen Ausgangsimpedanzen auf.

Durch den Einsatz einer AFT-(Auto-Frequency-Tuning)-fähigen HF- Leistungsversorgung kann die Menge möglicher Ausgangsimpedanzen erhöht werden, da der HF-Leistungsversorgung statt einer einzelnen Frequenz ein Frequenzband möglicher Frequenzen zur Verfügung steht, was als ihre Bandbreite bezeichnet wird.

Dadurch ergibt sich über der Frequenz für jede diskrete Ausgangsimpedanz eine Trajektorie möglicher Ausgangsimpedanzen. Die Länge dieser Trajektorie gilt als Qualitätsmerkmal für eine Impedanzanpassungsschaltung. Je länger die Trajektorie ist, umso mehr mögliche Ausgangsimpedanzen sind einstellbar. Die Bandbreite der AFT-fähigen HF-Leistungsversorgung begrenzt die Menge möglicher Ausgangsimpedanzen jedoch weiterhin.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Impedanzanpassungsschaltung bereitzustellen, die die Länge der Trajektorie möglicher Ausgangsimpedanzen über der Frequenz vergrößert und damit die Menge möglicher Ausgangsimpedanzen erhöht.

Diese Aufgabe wird durch eine Impedanzanpassungsschaltung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und/oder der Beschreibung.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird demnach eine Impedanzanpassungsschaltung für Leitungen > 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz offenbart, insbesondere für ein Plasmaprozessversorgungssystem und Plasmaprozesssystem, aufweisend: a) eine Anpassungseinheit, aufweisend eine oder mehrere Reaktanzen, z. B. Spulen und/oder Kondensatoren, b) einen Resonator, c) wobei die Impedanzanpassungsschaltung ausgelegt ist für den Betrieb bei einem vorgegebenen HF-Leistungssignal mit einer vorgegebenen Grundfrequenz und AFT-Bandbreite, begrenzt durch eine vorgegebene obere AFT-Frequenz und eine vorgegebene untere AFT-Frequenz, d) wobei der Resonator ausgelegt ist, das HF-Leistungssignal bei der Grundfrequenz geringfügig, insbesondere nicht, zu beeinflussen und zumindest bei einer der beiden AFT-Frequenzen, insbesondere bei beiden AFT-Frequenzen, zu bedämpfen und/oder in der Phase zu beeinflussen. Somit ist es möglich, die Anzahl möglicher Ausgangsimpedanzen der Impedanzanpassungsschaltung für Frequenzen im Bereich der Bandbreite der AFT-fähigen HF-Leistungsversorgung zu erhöhen und eine Impedanzanpassungsschaltung zu erhalten, die die Länge der Trajektorie möglicher Ausgangsimpedanzen über der Frequenz verbessert. So kann auch die Anzahl der Bauteile, also beispielsweise der Reaktanzen, z. B. Spulen und/oder Kondensatoren geringer gehalten werden, womit eine kompaktere Bauform erreicht werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Resonator ausgelegt ist, das HF- Leistungssignal bei der Grundfrequenz geringfügig, insbesondere nicht, zu beeinflussen und zumindest bei einer der beiden AFT-Frequenzen, insbesondere bei beiden AFT-Frequenzen, sowohl zu bedampfen als auch in der Phase zu beeinflussen.

Mit einer „geringfügigen Beeinflussung" ist eine Beeinflussung gemeint, die im Rahmen des technisch vernünftigerweise Realisierbaren sehr gering ist und auf jeden Fall kleiner, insbesondere um den Faktor 10, bevorzugt um den Faktor 100 kleiner als die bei der oberen oder unteren AFT-Frequenz.

Die Impedanzanpassungsschaltung kann dabei entweder mit festen Reaktanzen oder mit diskreten Reaktanzen, die halbleitergeschaltet zu- und weggeschaltet werden können, ausgeführt sein. Dabei kann die Ausgangsimpedanz einer Impedanzanpassungsschaltung mit festen Reaktanzen über die Frequenz verändert werden. Bei einer halbleitergeschalteten Impedanzanpassungsschaltung kann die Ausgangsimpedanz zusätzlich durch Zu- und Wegschalten von Reaktanzen verändert werden. Für dieses Zu- und Wegschalten können Halbleiterschalter, wie z. B. PIN-Dioden oder Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), eingesetzt werden, die über eine Ansteuerschaltung gesteuert werden können.

Impedanzanpassungsschaltungen mit festen Reaktanzen bieten den Vorteil, dass sie in ihrer Ausführung einfach und günstig sind und auf teure Bauteile wie Halbleiterschaltelemente verzichten. Halbleitergeschaltete Impedanzanpassungsschaltungen bieten deutlich mehr Variabilität in ihrer Ausgangsimpedanz und können die Ausgangsimpedanz zudem sehr schnell verändern. Beides zusammen führt zu einem deutlich größeren Spektrum an Einsatzmöglichkeiten für halbleitergeschaltete Impedanzanpassungsschaltungen.

Der Resonator der Impedanzanpassungsschaltung kann als Bandpassfilter ausgelegt sein. So kann der Resonator besonders einfach bauteilsparend aufgebaut werden.

Der Resonator der Impedanzanpassungsschaltung kann einen Serien- und/oder Parallel-Resonator aufweisen. Damit ist der Aufbau der Impedanzanpassungsschaltung variabel und kann auf verschiedene Gegebenheiten angepasst werden. Für die genaue Umsetzung des Resonators können eine oder mehrere diskrete Kapazitäten und/oder eine oder mehrere diskrete Induktivitäten eingesetzt werden. Die Kapazitäten und/oder Induktivitäten können jeweils einzeln oder in Kombination durch Leitungsanordnungen ersetzt werden. Ein Resonator kann z. B. durch eine X/4- Leitung realisiert sein, die am Ende offen ist oder mit einem Kurzschluss abgeschlossen ist. ist dabei die zu der Resonanzfrequenz zugehörige Wellenlänge.

In einem Aspekt ist der Resonator der Anpassungseinheit nachgeschaltet. Das kann die Eigenschaften der Trajektorie verbessern.

In einem Aspekt sind der Resonator und die Anpassungseinheit unabhängig voneinander aufgebaut. Damit ist gemeint, dass Resonator und Anpassungseinheit keine gemeinsamen Bauteile aufweisen. So können die Eigenschaften des Resonators besonders gut eingestallt werden.

Für die Umsetzung mit diskreten Reaktanzen können z. B. eine planare Induktivität auf einer Leiterplatte und/oder ein Vakuum- oder Keramikkondensator und/oder ein Kondensator ausgebildet durch beanstandete leitfähige Flächen auf einer Leiterplatte eingesetzt werden. Die Bauteile können dabei seriell oder parallel verschaltet werden. Bei einer Umsetzung des Resonators durch eine Leitungsanordnung kann das zusätzliche Einspeisen einer zweiten Frequenz am Ende der Impedanzanpassungsschaltung ermöglicht werden. Auch bei Umsetzung durch eine Leitungsanordnung kann ein Resonator bereitgestellt werden, der effektiv entweder wie ein Parallel- oder wie ein Serien- Resonator wirkt.

Weiterhin kann die Impedanzanpassungsschaltung in einem Plasmaprozessversorgungssystem oder einem Plasmaprozesssystem eingesetzt werden. Ein solches Plasmaprozessversorgungssystem kann neben der Impedanzanpassungsschaltung eine AFT-fähige HF-Leistungsversorgung für die Bereitstellung des HF-Leistungssignals aufweisen. Die Impedanzanpassungsschaltung kann zum einen mit der AFT-fähigen HF- Leistungsversorgung elektrisch verbunden und zum anderen dafür ausgelegt sein, mit einer Plasmaprozessanordnung verbunden zu sein.

In einem Plasmaprozesssystem kann eine solche Plasmaprozessanordnung vorhanden und mit dem Plasmaprozessversorgungssystem verbunden sein. Die Plasmaprozessanordnung kann über das Plasmaprozessversorgungssystem mit Leistung des HF-Leistungssignals versorgt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Plasmaprozesssystems mit einer erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsschaltung;

Fig. 2a,b,c,d verschiedene Schaltbilder von Resonatoren;

Fig. 3a eine AFT-fähige HF-Leistungsversorgung und ihre Ausgangsleistung in einem Diagramm;

Fig. 3b einen Resonator als Bandpassfilter und seine Übertragungsfunktion; Fig. 4a, b verschiedene Schaltbilder von Anpassungseinheiten ohne Halbleiterschaltelement;

Fig. 5a bis f verschiedene Schaltbilder von Anpassungseinheiten mit Halbleiterschaltelement.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines beispielhaften Plasmaprozesssystems 9. Das Plasmaprozesssystem 9 weist ein Plasmaprozessversorgungssystem 6 und eine Plasmaprozessanordnung 8 auf. Das Plasmaprozessversorgungssystem 6 umfasst eine erfindungsgemäße Impedanzanpassungsschaltung 1 und eine AFT- fähige HF-Leistungsversorgung 7. Die Impedanzanpassungsschaltung 1 weist eine Anpassungseinheit 2 und einen Resonator 3 auf. Die Anpassungseinheit 2 weist eine oder mehrere Reaktanzen auf. Bei den Reaktanzen kann es sich um Spulen und/oder Kondensatoren handeln. Beispiele solcher Anpassungseinheiten 2 sind in den Figuren 4a bis 4b beispielhaft gezeigt. Zusätzlich kann die Impedanzanpassungsschaltung 1 Halbleiterschaltelemente 4 und eine Ansteuerschaltung 5 aufweisen, die Reaktanzen zu- und wegschalten können, um die Ausgangsimpedanz zu verändern. Beispiele solcher Anpassungseinheiten 2 sind in den Figuren 5a bis 5f gezeigt.

Der Resonator 3 kann in unterschiedlicher Weise umgesetzt sein. In Fig. 2a bis 2d sind mehrere Möglichkeiten für den Resonator 3 dargestellt.

Fig. 2a bis 2d zeigen eine Auswahl an Möglichkeiten für den Resonator 3 der erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsschaltung 1. Die Resonatoren 3 weisen jeweils zwei Anschlussmöglichkeiten 12a, 12b auf, über welche ein Resonator 3 in die Impedanzanpassungsschaltung 1 integriert werden kann.

In Fig. 2a ist ein Serien-Resonator als Resonator 3 dargestellt, der eine Induktivität L3a und eine Kapazität C3a aufweist, die in Serie geschaltet sind. Dieser Serien-Resonator ist zwischen die zwei Anschlussmöglichkeiten 12a, 12b geschaltet. Bei entsprechender Auslegung der Induktivität L3a und der Kapazität C3a kann er eine Übertragungsfunktion wie in Fig. 3b gezeigt aufweisen.

Fig. 2b zeigt einen Parallel-Resonator, der eine Induktivität L3b und eine Kapazität C3b aufweist, die parallelgeschaltet sind. Dieser Parallel-Resonator ist zwischen die zwei Anschlussmöglichkeiten 12a, 12b und Masse geschaltet. Bei entsprechender Auslegung der Induktivität L3b und der Kapazität C3b kann er eine Übertragungsfunktion wie in Fig. 3b gezeigt aufweisen.

In Fig. 2c ist Parallel-Resonator dargestellt, der durch eine Leitungsanordnung 10c realisiert ist. Die Leitungsanordnung 10c kann eine Koax- oder Microstrip- Leitung aufweisen. Sie kann auf den Wellenwiderstand an dieser Stelle abgestimmt sein, also z.B. 50 Q. Ihre Länge kann bevorzugt X/4 betragen, wobei die Wellenlänge der Grundfrequenz fO (in Fig. 3 gezeigt) ist. Die Leitungsanordnung 10c hat einen Außenleiter 13c, der mit Masse verbunden ist. Die Leitungsanordnung 10c hat einen Signalleiter 14c, der an seinem Ende ebenfalls mit Masse verbunden ist und mit dem anderen Ende mit den beiden zwei Anschlussmöglichkeiten 12a, 12b. So entsteht ein Parallelschwingkreis, der bei der Grundfrequenz fO das zwischen den zwei Anschlussmöglichkeiten 12a, 12b fließende Signal nicht beeinflusst, aber bei daneben liegenden Frequenzen eine Dämpfung und/oder Phasenverschiebung verursacht.

Fig. 2d zeigt den gleichen Parallel-Resonator wie Fig. 2c, nur dass hier eine Möglichkeit besteht, über eine zweite Frequenzeinspeisung 11 eine zweite zusätzliche Frequenz einzuspeisen. Dafür weist der Resonator 3 eine, insbesondere diskrete, Kapazität C3d auf, die in Serie zur Leitungsanordnung lOd geschaltet ist und groß genug dimensioniert ist, dass der Resonator 3 für die Grundfrequenz fO wie ein Kurzschluss wirkt. Soweit diese Wirkung als Kurzschluss nicht ausreicht, kann dies durch eine Längenanpassung der Leitungsanordnung lOd ausgeglichen werden. Damit kann auch dieser Resonator 3 bei der Grundfrequenz fO das zwischen den zwei Anschlussmöglichkeiten 12a, 12b fließende Signal nicht beeinflussen, aber bei daneben liegenden Frequenzen eine Dämpfung und/oder Phasenverschiebung verursachen. Die Leitungsanordnung lOd weist einen Außenleiter 13d und einen Signalleiter 14d auf.

Es ist auch möglich, den Serienresonanzkreis aus Fig. 2a mit einer /4-Leitung zu realisieren (nicht gezeigt).

In Fig. 3a ist eine AFT-fähige HF-Leistungsversorgung 7 und ihre Ausgangsleistung P in einem Diagramm gezeigt, das die Leistung über die Frequenz f darstellt. Die mögliche Ausgangsleitung der AFT-fähigen HF- Leistungsversorgung 7 ist über die gesamte AFT-Bandbreite 20 konstant. Das bedeutet, die HF-Leistungsversorgung 7 kann von der unteren AFT-Frequenz fl bis zur oberen AFT-Frequenz f2 ein Ausgangssignal mit einer Leistung abgeben, die innerhalb des Rechtecks von fl, f2 aufgespannt ist.

In Fig. 3b sind zwei mögliche Ausführungsformen des Resonators 3 aus Fig 2a, 2b gezeigt. Da dieser als Bandpassfilter wirkt, kann für ihn eine Übertragungsfunktion dargestellt werden. Die Funktion 22 zeigt den Dämpfungsverlauf in dB. Bei der Grundfrequenz fO ist die Dämpfung nahe oder gleich Null, es erfolgt also eine vergleichsweise geringe oder keine Dämpfung. Bei der unteren AFT-Frequenz fl und bei der oberen AFT-Frequenz f2 steigt die Dämpfung an. Gleichzeitig wird die Phase beeinflusst, was in der gestrichelten Linie 23 gezeigt ist. Bei der Grundfrequenz fO ist die Phasenbeeinflussung Null oder nahe Null. Hin zu der oberen AFT-Frequenz f2 steigt die Phasenverschiebung an. Hin zur unteren AFT-Frequenz fl fällt die Phasenverschiebung ab. Demnach ist der Resonator 3 ausgelegt, das HF- Leistungssignal bei der Grundfrequenz fO geringfügig, insbesondere nicht, zu beeinflussen und zumindest bei einer der beiden AFT-Frequenzen fl, f2, insbesondere bei beiden AFT-Frequenzen fl, f2, zu bedampfen und/oder in der Phase zu beeinflussen. Der Bereich zwischen den beiden AFT-Frequenzen fl, f2 stellt die AFT-Bandbreite 20 dar.

In Fig. 4a, und Fig. 4b sind zwei verschiedene Schaltbilder von Anpassungseinheiten 2 gezeigt, die in diesen Ausführungsbeispielen kein Halbleiterschaltelement 4 aufweisen.

In Fig. 4a ist eine typische Anpassungseinheit 2 in L-Form gezeigt, die eine Induktivität L4a und einen Kondensator C4a aufweist. Die Induktivität L4a ist vom Eingang 15 nach Masse geschaltet. Der Kondensator C4a ist zwischen Eingang 15 und Ausgang 16 geschaltet. Diese Anpassungseinheit 2 ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz Z0 zu wandeln.

In Fig. 4b ist eine typische Anpassungseinheit in n-Form gezeigt, die eine Induktivität L4b und zwei Kondensatoren C4b, C4b' aufweist. Die Induktivität L4b ist vom Eingang 15 nach Masse geschaltet. Der Kondensator C4b ist zwischen Eingang 15 und Ausgang 16 geschaltet. Der Kondensator C4b' ist vom Ausgang 16 nach Masse geschaltet.

Diese Anpassungseinheit 2 ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz ZO zu wandeln.

In Fig. 5a bis f sind verschiedene Schaltbilder von Anpassungseinheiten 2a-2f, die in diesen Ausführungsbeispielen mit einem oder mehreren Halbleiterschaltelementen 4a-4f und einem oder mehreren Ansteuerschaltungen 5a-5f ausgeführt sind.

In Fig. 5a ist eine typische Anpassungseinheit in L-Form gezeigt, die eine Induktivität L5a und zwei Kondensatoren C5a, C5a' aufweist. Die Induktivität L5a ist zwischen Eingang 15 und Ausgang 16 geschaltet. Die Kondensatoren C5a, C5a' sind in Serie geschaltet und diese Serienschaltung ist vom Eingang 15 nach Masse geschaltet. Der Kondensator C5a' ist direkt an Masse geschaltet. Parallel zum Kondensator C5a' ist ein Halbleiterschaltelement 4a geschaltet. Dieses Halbleiterschaltelement 4a ist an eine Ansteuerschaltung 5a angeschlossen, die eingerichtet ist, das Halbleiterschaltelement 4a ein- und ausschalten zu können. Wenn das Halbleiterschaltelement 4a eingeschaltet ist, dann ist der Kondensator C5a' kurzgeschlossen und der resultierende Kapazitätswert der Serienschaltung ist gleich dem Kapazitätswert des Kondensators C5a. Wenn das Halbleiterschaltelement 4a ausgeschaltet ist, dann ist der Kondensator C5a' nicht kurzgeschlossen und der resultierende Kapazitätswert der Serienschaltung ist gleich dem einer Serienschaltung der beiden Kondensatoren C5a, C5a'.

Diese Anpassungseinheit 2a ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz Z0 zu wandeln und kann dabei durch die Ansteuerschaltung 5a verändert werden.

In Fig. 5b ist eine typische Anpassungseinheit 2b gezeigt, die zwei Kondensatoren C5b, C5b' aufweist. Der Kondensator C5b ist mit einem Halbleiterschaltelement 4b in Serie geschalten. Diese Serienschaltung aus Kondensator C5b und Halbleiterschaltelement 4b ist zwischen Eingang 15 und Ausgang 16 geschaltet. Parallel zum Halbleiterschaltelement 4b ist der Kondensator C5b' geschaltet. Das Halbleiterschaltelement 4b ist an eine Ansteuerschaltung 5b angeschlossen, die eingerichtet ist, das Halbleiterschaltelement 4b ein- und ausschalten zu können. Wenn das Halbleiterschaltelement 4b eingeschaltet ist, dann ist der Kondensator C5b' kurzgeschlossen und die resultierende Kapazitätswert der Anpassungseinheit 2b ist gleich dem des Kondensators C5b. Wenn das Halbleiterschaltelement 4b ausgeschaltet ist, dann ist der Kondensator C5b' nicht kurzgeschlossen und der resultierende Kapazitätswert der Anpassungseinheit 2b ist gleich dem einer Serienschaltung der beiden Kondensatoren C5b, C5b'.

Diese Anpassungseinheit 2b ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz Z0 zu wandeln und kann dabei durch die Ansteuerschaltung 5b verändert werden.

In Fig. 5c ist eine typische Anpassungseinheit 2c gezeigt, die eine Serienschaltung der beiden Anpassungseinheiten 2a, 2b aus Fig. 5a und Fig. 5b aufweist. Diese Serienschaltung ist zwischen Eingang 15 und Ausgang 16 geschaltet. Die Funktion der Anpassungseinheit 2c, also der Serienschaltung der Anpassungseinheiten 2a, 2b, ergibt sich aus den in den Beschreibungen zu Fig. 5a und Fig. 5b beschriebenen Funktionsweisen der einzelnen Anpassungseinheiten 2a, 2b nur kombiniert als Serienschaltung. Diese Anpassungseinheit 2c ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz Z0 zu wandeln und kann dabei durch die Ansteuerschaltung 5a, 5b verändert werden.

In Fig. 5d ist eine typische Anpassungseinheit 2d in L-Form gezeigt, die eine Induktivität L5d, eine Kapazität C5d sowie drei weitere Kapazitäten C5d' und drei Halbleiterschaltelemente 4d aufweist. Die Induktivität L5d ist zwischen Eingang 15 und Ausgang 16 geschaltet. Die Kapazität C5d ist in Serie mit einer Parallelschaltung aus den drei weiteren Kapazitäten C5d' und den drei Halbleiterschaltelementen 4d geschaltet. Diese Parallelschaltung weist drei parallelgeschaltete Serienschaltungen aus einer Kapazität C5d' und einem Halbleiterschaltelement 4d auf. Jedes Halbleiterschaltelement 4d ist an eine Ansteuerschaltung 5d angeschlossen, die eingerichtet ist, die Halbleiterschaltelemente 4d ein- und ausschalten zu können. Wenn eines der drei Halbleiterschaltelemente 4d eingeschaltet ist, dann ist die Kapazität C5d in Serie mit einer der drei Kapazitäten C5d' geschaltet. Diese Serienschaltung ist vom Eingang 15 nach Masse geschaltet. Sind ein weiteres oder die beiden weiteren Halbleiterschaltelemente 4d auch eingeschaltet, so wird die Kapazität C5d in Serie mit einer Parallelschaltung aus zwei oder drei der Kapazitäten C5d' geschaltet. Diese Parallelschaltung kann durch weitere parallelgeschaltete Serienschaltungen erweitert werden, aber auch nur zwei parallelgeschaltete Serienschaltungen aufweisen. Wenn alle Halbleiterschaltelemente 4d ausgeschaltet sind, haben die Kapazitäten C5d, C5d' keinen Einfluss auf die Impedanz der Anpassungseinheit 2d. Die Impedanz ergibt sich in diesem Fall allein durch die Induktivität L5d.

Diese Anpassungseinheit 2d ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz ZO zu wandeln und kann dabei durch die Ansteuerschaltung 5d verändert werden.

In Fig. 5e ist eine typische Anpassungseinheit 2e in L-Form gezeigt, die die Anpassungseinheit 2d aus Fig. 5d aufweist. Neben der in der Beschreibung von Fig. 5d beschriebenen Anpassungseinheit 2d weist diese Anpassungseinheit 2e hier eine zusätzliche Induktivität L5e und ein zusätzliches Halbleiterschaltelement 4e auf. Die Induktivität L5e ist in Serie mit dem Halbleiterschaltelement 4e geschaltet. Die Serienschaltung ist parallel zur Induktivität L5d geschaltet. Das Halbleiterschaltelement 4e ist an eine Ansteuerschaltung 5e angeschlossen, die eingerichtet ist, das Halbleiterschaltelement 4e ein- und ausschalten zu können. Wenn das Halbleiterschaltelement 4e eingeschaltet ist, dann sind die beiden Induktivitäten L5e, L5d parallelgeschaltet. Wenn das Halbleiterschaltelement 4e ausgeschaltet ist, dann hat die Induktivität L5e keinen Einfluss auf die Impedanz der Anpassungseinheit 2e und die Anpassungseinheit 2e entspricht der Anpassungseinheit 2d aus Fig. 5d.

Diese Anpassungseinheit 2e ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz Z0 zu wandeln und kann dabei durch die Ansteuerschaltungen 5d, 5e verändert werden.

In Fig. 5f ist eine typische Anpassungseinheit 2f in L-Form gezeigt, die eine Induktivität L5f sowie drei weitere Kapazitäten C5f und drei Halbleiterschaltelemente 4f aufweist. Die drei Halbleiterschaltelemente 4f sind ausgestaltet als PIN-Dioden. Die Induktivität L5f ist zwischen Eingang 15 und Ausgang 16 geschaltet. Die Halbleiterschaltelemete 4f sind jeweils mit einer Kapazität C5f in Serie geschaltet. Diese drei Serienschaltungen sind parallelgeschaltet. Diese Parallelschaltung kann durch weitere parallelgeschaltete Serienschaltungen erweitert werden, aber auch nur zwei parallelgeschaltete Serienschaltungen aufweisen. Jedes Halbleiterschaltelement 4f ist an eine Ansteuerschaltung 5f angeschlossen, die eingerichtet ist, die Halbleiterschaltelemente 4f ein- und ausschalten zu können. Wenn eines der drei Halbleiterschaltelemente 4f eingeschaltet ist, dann ist eine der drei Kapazitäten C5f vom Eingang 15 nach Masse geschaltet. Sind ein oder die weiteren beiden Halbleiterschaltelemente 4f auch eingeschaltet, so wird eine Parallelschaltung von zwei oder drei Kapazitäten C5f vom Eingang nach Masse geschaltet. Wenn alle Halbleiterschaltelemente 4f ausgeschaltet sind, haben die Kapazitäten C5f keinen Einfluss auf die Impedanz der Anpassungseinheit 2f. Die Impedanz ergibt sich in diesem Fall allein durch die Induktivität L5f.

Diese Anpassungseinheit 2f ist ausgelegt, die Impedanz ZI in die Impedanz ZO zu wandeln und kann dabei durch die Ansteuerschaltungen 5f verändert werden.

Die vorhergehend beschriebenen Anpassungseinheiten 2, 2a-2f können variiert werden, so können anstatt von Kondensatoren, je nach gewünschter Anpassung auch Induktivitäten oder anstatt von Induktivitäten, je nach gewünschter Anpassung auch Kondensatoren verwendet werden. Die vorhergehend beschriebenen Anpassungseinheiten 2, 2a-2f können einzeln oder in Kombination zu zweien oder mehreren eingesetzt werden.

Mit den oben beschriebenen Merkmalen kann auch die Anzahl der Bauteile, also beispielsweise der Halbleiterschaltelemente oder der Reaktanzen, z. B. Spulen und/oder Kondensatoren sowie Kapazitäten und/oder Induktivitäten geringer gehalten werden, womit eine kompaktere Bauform erreicht werden kann.

Claims

Ansprüche

1. Impedanzanpassungsschaltung (1), insbesondere für ein Plasmaprozessversorgungssystem (6) und ein Plasmaprozesssystem (9), ausgelegt für Leistungen > 500 W und Frequenzen im Bereich von 2 MHz bis 100 MHz, aufweisend: a) eine Anpassungseinheit (2, 2a-2f), aufweisend eine oder mehrere Reaktanzen (C4a, L4a, C4b, C4b'; L4b, C5a, C5a', L5a, C5b, C5b', C5d, C5d', L5d, L5e, C5f , L5f), b) einen Resonator (3), c) wobei die Impedanzanpassungsschaltung (1) ausgelegt ist für den Betrieb bei einem vorgegebenen HF-Leistungssignal mit einer vorgegebenen Grundfrequenz (fO) und AFT-Bandbreite (20), begrenzt durch eine vorgegebene obere AFT-Frequenz (f2) und eine vorgegebene untere AFT- Frequenz (fl), d) wobei der Resonator (3) ausgelegt ist, das HF-Leistungssignal bei der Grundfrequenz (fO) geringfügig, insbesondere nicht, zu beeinflussen und zumindest bei einer der beiden AFT-Frequenzen (fl, f2), insbesondere bei beiden AFT-Frequenzen (fl, f2), zu bedampfen und/oder in der Phase zu beeinflussen.

2. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach vorgehendem Anspruch 1, wobei die Impedanzanpassungsschaltung (1) als Impedanzanpassungsschaltung (1) mit festen Reaktanzen umgesetzt ist.

3. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impedanzanpassungsschaltung (1) als halbleitergeschaltete Impedanzanpassungsschaltung umgesetzt ist und dafür Halbleiterschaltelemente (4a-4f) und eine Ansteuerschaltung (5a-5f) aufweist, die ausgelegt sind, Reaktanzen (C5a', C5b', C5d', C5f, L5e') zu- und wegzuschalten.

4. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3)) als Bandpassfilter ausgelegt ist.

5. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3) einen Serien-Resonator aufweist.

6. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3) einen Parallel-Resonator aufweist.

7. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3) eine diskrete Kapazität und eine diskrete Induktivität aufweist.

8. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3) durch eine Leitungsanordnung (10) realisiert ist, die effektiv wie ein Parallel- oder Serien-Resonator wirkt.

9. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3) der Anpassungseinheit (2, 2a-2f) nachgeschaltet ist.

10. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3) und die Anpassungseinheit (2, 2a-2f) unabhängig voneinander aufgebaut sind.

11. Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (3) ausgelegt ist, das HF-Leistungssignal bei der Grundfrequenz (fO) geringfügig, insbesondere nicht, zu beeinflussen und zumindest bei einer der beiden AFT-Frequenzen (fl, f2), insbesondere bei beiden AFT-Frequenzen (fl, f2), zu bedämpfen und in der Phase zu beeinflussen.

12. Plasmaprozessversorgungssystem (6) aufweisend eine AFT-fähige HF- Leistungsversorgung (7) zur Bereitstellung des HF-Leistungssignals und eine Impedanzanpassungsschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impedanzanpassungsschaltung (1) mit der AFT-fähigen HF- Leistungsversorgung (7) elektrisch verbunden ist und ausgelegt ist, mit einer Plasmaprozessanordnung (8) verbunden zu werden.

13. Plasmaprozesssystem (9) aufweisend ein Plasmaprozessversorgungsystem

(6) nach vorhergehendem Anspruch 12 und eine Plasmaprozessanordnung (8), wobei die Plasmaprozessanordnung (8) mit dem

Plasmaprozessversorgungsystem (6) verbunden ist und das Plasmaprozessversorgungsystem (6) eingerichtet ist, die Plasmaprozessanordnung (8) mit Leistung des HF-Leistungssignals zu versorgen.