WO2011063787A1 - Self-balancing rf plasma power supply - Google Patents

Self-balancing rf plasma power supply Download PDF

Info

Publication number
WO2011063787A1
WO2011063787A1 PCT/DE2010/001346 DE2010001346W WO2011063787A1 WO 2011063787 A1 WO2011063787 A1 WO 2011063787A1 DE 2010001346 W DE2010001346 W DE 2010001346W WO 2011063787 A1 WO2011063787 A1 WO 2011063787A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
impedance
inverter
plasma
matching circuit
Prior art date
Application number
PCT/DE2010/001346
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rolf Merte
Original Assignee
Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg filed Critical Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg
Publication of WO2011063787A1 publication Critical patent/WO2011063787A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38Impedance-matching networks
    • H03H7/40Automatic matching of load impedance to source impedance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183Matching circuits

Definitions

  • the invention relates to an RF process energy supply for connection to a plasma excitation.
  • An RF plasma excitation is usually done from one or more RF power supplies.
  • RF stands for "radio-frequency" and in plasma technology it usually means frequencies higher than 3 MHz, RF power supplies often become RF in plasma technology
  • Process energy supply is used as a synonym. They usually have an output impedance of 50 ⁇ . This is due to the fact that the commercial cable and plug contacts for this
  • Impedance are designed. When generating the RF voltage within the RF power supply, the impedance is initially not usually 50 ⁇ but lower in magnitude. This absolute low impedance is converted within the RF power supply with a fixed impedance conversion to a 50 ⁇ output impedance. The energy is transferred to the RF plasma process on the 50 ⁇ cables. The RF plasma process itself usually also has a much lower impedance than 50 ⁇ , in addition, this impedance is variable. In order to match the 50 ⁇ to the impedance of the RF plasma process, an impedance matching network (matchbox) is usually used, which is automatically tunable. Is known
  • the object of the invention is to provide an improved RF process power supply with increased matching speed and increased reliability for increased reliability of the plasma process.
  • an RF process energy supply having an output impedance for connection to a plasma excitation arrangement with a dynamic plasma impedance, the RF process energy supply comprising: connection to a power supply network,
  • At least one DC power supply connected downstream of the terminal, at least one RF inverter connected downstream of the DC power supply for generating RF power with frequencies greater than 3 MHz
  • Output impedance of the RF process power supply is adjustable to the value of the plasma impedance and / or during the plasma excitation magnitude not equal to 50 ⁇ , in particular less than 30 ⁇ , and wherein the RF inverter is an RF cantilever.
  • RF cantilever is meant a circuit arrangement that automatically operates without additional external control to one of the output impedance
  • Such a cantilever arrangement has particular advantages in use together with an electronically variable impedance matching circuit.
  • Impedanzanpassungsscnies an impedance matching circuit whose reactances so usually capacitors and / or inductors can be changed electronically, that means without mechanical drives. Such Electronically variable reactances can be gradually adjustable.
  • the RF cantilever adjusts itself then within a period or within a few periods on a modified impedance matching circuit and runs within a very short time optimally adjusted. With the combination of RF cantilever and electronically variable impedance matching circuit, which adapts directly to the plasma impedance without adjustment to a 50 ⁇
  • Interim impedance results in a variety of advantages: Thus, can be dispensed with a measurement and additional control for frequency adjustment. Costly components can be dispensed with. The fitting speed increases. From an operator's point of view, increased process stability results. By saving components also reduces the risk of failure of these components, which further increases the reliability. With RF inverters are
  • Circuitry that generates high power RF signals from low power RF signals. Since the RF inverters of this invention are always RF cantilevers, the low power RF signals are generated by self-resonance, which depend on the one connected to the RF inverter
  • Impedance adjusted, so the impedance matching circuit.
  • inverters can be used to switch DC power to RF power
  • Transistors or tubes have. When using transistors that operate in switching mode.
  • An RF power supply can be located in close proximity to the
  • Plasma excitation be arranged. Reflections on poorly adapted Reflections on poorly adapted
  • Connecting line is connected to a plasma excitation arrangement, can be provided in the process energy supply a Ausretes reactance for this line, e.g. a capacity to compensate for a line inductance.
  • a Ausretes reactance for this line, e.g. a capacity to compensate for a line inductance.
  • Several RF process power supplies may be connected to a plasma excitation via multiple coupling electrodes or antennas.
  • sensors can be provided for determining voltage and current and the phase between voltage and current phase as well as an evaluation device for determining the RF power and / or plasma impedance.
  • the high-resolution real-time measurement of current, voltage and Phase between current and voltage results in an increased control speed and process reliability over the conventionally used measurement of forward and reverse power.
  • sensors for determining the RF power and / or
  • Plasma impedance to be provided to the DC power supply simplifies the design and saves costly components and costly calibration.
  • the process power supply may include a controller for controlling the RF power to the DC power supply. Especially at
  • Inverters that operate in switching mode such an arrangement can be provided.
  • RF power supply techniques for supplying a RF power plasma excitation array, the method comprising the steps of:
  • Inverter automatically adjusts to the impedance matching circuit.
  • Impedanzanpassungsscaria or the inverter circuit may be together with the impedance matching circuit. This self-regulation is usually done in less than one period or less
  • the output impedance can be controlled directly on the plasma impedance.
  • the RF power and / or the plasma impedance can be made from a measurement of the current, the voltage and the phase between current and voltage.
  • the RF power and / or the plasma impedance can be determined by measuring signals exclusively at terminals of the DC energy.
  • a regulation of the RF power can be done by controlling the DC power.
  • FIG. 1 Schematic representation of a process energy supply with a
  • FIG. 1 shows an RF process energy supply 1 with an output impedance 10 for connection to a plasma excitation arrangement 5 with a dynamic plasma impedance 6.
  • a connection 3 to a power supply network 2, and an output connection 9 to which the plasma excitation system 5 is connected.
  • any interconnector reactance 16 may be an inherent inductance or capacitance, or a combination of both. It may be compensated by an optional equalization reactance 15 which may be located in the RF process power supply 1. If the RF process power supply 1 directly to the plasma excitation arrangement. 5 connected or at least arranged in the immediate vicinity, the Ausretes reactance 15 can be omitted.
  • the DC power supply 4 is connected downstream of the terminal 3. It may be a regulated or unregulated DC power supply, preferably it can be controlled with the control device 14 and takes place in this way one
  • sensors 13 are provided for connection to any connection in the DC power supply.
  • the impedance and / or the power can be determined. This measurement can also be used to control the power.
  • the DC power supply 4 is followed by an RF inverter 7 for generating RF power.
  • the RF Inverter is a cantilever that varies its frequency depending on it
  • the connected circuit adjusts. It has an RF inverter impedance 17, which is indicated by an arrow in FIG.
  • the RF inverter 7 is followed by an electronically variable impedance matching circuit 8, which may have electrically variable capacitances. It can also have electrically variable inductances. Electrically variable means in this
  • connection variable by electrical signals without the aid of mechanical drives is the gradual connection of inductors or capacitors via PIN diodes or comparable means.
  • One possibility is also the use of capacitance diodes, whose capacitance is controlled by a coupled DC voltage.
  • Another possibility is to influence inductors with saturable nuclei via an injection of magnetic fields, e.g. by means of a DC-powered coil.
  • an evaluation device 12 Connected to it is an evaluation device 12, which determines the power and / or the plasma impedance. This can optionally be supplied to the control 14. This can also be a connection to the electrically variable
  • Impedance matching circuit 8 have. Likewise, the controller 14 may have a connection to the electrically variable impedance matching circuit 8.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

The invention relates to an RF process energy supply (1) having an output impedance (10) for connecting to a plasma excitation arrangement (5) having a dynamic plasma impedance (6), the RF process energy supply comprising: a connection (3) to an electricity supply network (2), at least one direct-current supply (4) connected downstream of the connection (3), at least one RF inverter (7) connected downstream of the direct-current supply for producing RF power having frequencies greater than 3 MHz, an electronically variable impedance adaptation circuit (8) connected downstream of the RF inverter, an output connection (9) that is connected downstream of the impedance adaptation circuit and to which the plasma excitation arrangement is connected, the RF process energy supply being characterized in that the output impedance of the RF process energy supply can be set to the value of the plasma impedance or has a magnitude less than 30 Ω during a plasma excitation, and the RF inverter is a free oscillator.

Description

Selbstabgleichende RF Plasmastromversorauna  Self-balancing RF plasma stromal sauna
Die Erfindung betrifft eine RF Prozessenergieversorgung zum Anschluss an eine Plasmaanregung. Eine RF Plasmaanregung erfolgt üblicherweise ausgehend von einer oder mehreren RF Stromversorgungen. RF steht für„radio-frequency" und in der Plasmatechnik sind hier üblicherweise Frequenzen größer 3 MHz gemeint. Die RF Stromversorgungen werden in der Plasmatechnik häufig auch RF The invention relates to an RF process energy supply for connection to a plasma excitation. An RF plasma excitation is usually done from one or more RF power supplies. RF stands for "radio-frequency" and in plasma technology it usually means frequencies higher than 3 MHz, RF power supplies often become RF in plasma technology
Generatoren genannt, sie versorgen den Plasmaprozess mit Prozessenergie, deswegen wird der Begriff Prozessenergieversorgung als Synonym verwendet. Sie haben in der Regel eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω. Das ist darin begründet, dass die handelsüblichen Kabel und Steckkontakte für diese Generators called, they provide the plasma process with process energy, so the term process energy supply is used as a synonym. They usually have an output impedance of 50 Ω. This is due to the fact that the commercial cable and plug contacts for this
Impedanz ausgelegt sind. Bei der Erzeugung der RF Spannung innerhalb der RF Stromversorgung liegt die Impedanz zunächst in der Regel nicht auf 50 Ω sondern bei betragsmäßig niedrigeren Werten. Diese betragsmäßig niedrige Impedanz wird innerhalb der RF Stromversorgung mit einer fest eingestellten Impedanzwandlung zu einer 50 Ω Ausgangsimpedanz gewandelt. Auf den 50 Ω Kabeln wird die Energie zum RF Plasma Prozess geführt. Der RF Plasma Prozess selbst hat zumeist ebenfalls eine deutlich niedrigere Impedanz als 50 Ω, zudem ist diese Impedanz veränderlich. Um die 50 Ω auf die Impedanz des RF Plasma Prozesses anzupassen wird in der Regel ein Impedanzanpassungsnetzwerk (matchbox) verwendet, das automatisch abstimmbar ist. Bekannt ist Impedance are designed. When generating the RF voltage within the RF power supply, the impedance is initially not usually 50 Ω but lower in magnitude. This absolute low impedance is converted within the RF power supply with a fixed impedance conversion to a 50 Ω output impedance. The energy is transferred to the RF plasma process on the 50 Ω cables. The RF plasma process itself usually also has a much lower impedance than 50 Ω, in addition, this impedance is variable. In order to match the 50Ω to the impedance of the RF plasma process, an impedance matching network (matchbox) is usually used, which is automatically tunable. Is known
beispielsweise aus US5654679, die Frequenz zu verändern um eine Anpassung mit festem Impedanzanpassungsnetzwerk zu erreichen. Dazu wird beispielsweise die Frequenz über eine Regelung verändert, um die Vorwärtsleistung P, zu vergrößern oder die Rückwärtsleistung Pr zu verkleinern. Eine aufwendige Regelung ist dafür erforderlich, die sich zudem mit anderen Regelungen überlagert, was zu Stabilitätsproblemen führen kann. Aus DE3519489 ist ein Beispiel für einen freischwingenden Oszillator bekannt, für Anwendung in der Induktionserwärmung. for example from US5654679, to change the frequency to achieve a fixed impedance matching network matching. For this purpose, for example, the frequency is changed via a control in order to increase the forward power P, or to reduce the reverse power P r . A complex regulation is required for this, which is also superimposed with other regulations, which can lead to stability problems. From DE3519489 an example of a free-running oscillator is known, for use in induction heating.
Aufgabe der Erfindung ist die zur Verfügungstellung einer verbesserten RF Prozessenergieversorgung mit erhöhter Anpassgeschwindigkeit und erhöhter Zuverlässigkeit für eine erhöhte Betriebssicherheit des Plasma prozesses. The object of the invention is to provide an improved RF process power supply with increased matching speed and increased reliability for increased reliability of the plasma process.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine RF Prozessenergieversorgung mit einer Ausgangsimpedanz zum Anschluss an eine Plasmaanregungsanordnung mit einer dynamischen Plasmaimpedanz, wobei die RF Prozessenergieversorgung aufweist: Anschluss an ein Stromversorgungsnetz, The object is achieved by an RF process energy supply having an output impedance for connection to a plasma excitation arrangement with a dynamic plasma impedance, the RF process energy supply comprising: connection to a power supply network,
zumindest eine dem Anschluss nachgeschaltete Gleichstromversorgung, zumindest einem der Gleichstromversorgung nachgeschalteten RF Inverter zur Erzeugung von RF-Leistung mit Frequenzen größer 3 MHz at least one DC power supply connected downstream of the terminal, at least one RF inverter connected downstream of the DC power supply for generating RF power with frequencies greater than 3 MHz
eine dem RF-Inverter nachgeschaltete elektronisch variierbare a downstream of the RF inverter electronically variable
Impedanzanpassungsschaltung, Impedance matching circuit,
eine der Impedanzanpassungsschaltung nachgeschalteter Ausgangsanschluss an den die Plasmaanregungsanordnung angeschlossen ist, wobei die an output terminal connected downstream of the impedance matching circuit to which the plasma excitation array is connected, the
Ausgangsimpedanz der RF Prozessenergieversorgung einstellbar auf den Wert der Plasmaimpedanz ist und/oder während der Plasmaanregung betragsmäßig ungleich 50 Ω, insbesondere kleiner als 30 Ω ist, und wobei der der RF Inverter ein RF-Freischwinger ist. Output impedance of the RF process power supply is adjustable to the value of the plasma impedance and / or during the plasma excitation magnitude not equal to 50 Ω, in particular less than 30 Ω, and wherein the RF inverter is an RF cantilever.
Die Bauteilintensive Impedanzwandlung von Inverterimpedanz auf 50 Ω und anschließende Rücktransformation auf Plasmaimpedanz wird auf diese Weise vermieden. Damit wird die RF Prozessenergieversorgung günstiger und  The component-intensive impedance transformation of inverter impedance to 50 Ω and subsequent back transformation to plasma impedance is avoided in this way. This makes the RF process energy supply cheaper and cheaper
zuverlässiger und zeigt ein beschleunigtes Anpassungsverhalten. Für den more reliable and shows an accelerated adaptation behavior. For the
Betreiber wird der Gesamtprozess zuverlässiger. Operator becomes the whole process more reliable.
Mit RF-Freischwinger ist eine Schaltungsanordnung gemeint, die sich selbsttätig ohne zusätzliche Steuerung von außen auf eine der Ausgangsimpedanz  With RF cantilever is meant a circuit arrangement that automatically operates without additional external control to one of the output impedance
besonders angepasste Frequenz einstellt. Eine solche Freischwingeranordnung hat besondere Vorteile im Einsatz zusammen mit einer elektronisch variierbaren Impedanzanpassungsschaltung. Mit einer elektronisch variierbaren adjusted frequency. Such a cantilever arrangement has particular advantages in use together with an electronically variable impedance matching circuit. With an electronically variable
Impedanzanpassungsschaltung ist eine Impedanzanpassungsschaltung gemeint, deren Reaktanzen also in der Regel Kapazitäten und/oder Induktivitäten sich elektronisch verändern lassen, das bedeutet ohne mechanische Antriebe. Solche elektronisch veränderbaren Reaktanzen können stufenweise verstellbar sein. Der RF Freischwinger stellt sich dann innerhalb einer Periode oder innerhalb weniger Perioden auf eine veränderte Impedanzanpassungsschaltung ein und läuft innerhalb sehr kurzer Zeit wieder optimal angepasst. Mit der Kombination aus RF Freischwinger und elektronisch variierbaren Impedanzanpassungsschaltung, die direkt auf die Plasmaimpedanz anpasst ohne Anpassung auf eine 50 Ω Impedanzanpassungsschaltung is meant an impedance matching circuit whose reactances so usually capacitors and / or inductors can be changed electronically, that means without mechanical drives. Such Electronically variable reactances can be gradually adjustable. The RF cantilever adjusts itself then within a period or within a few periods on a modified impedance matching circuit and runs within a very short time optimally adjusted. With the combination of RF cantilever and electronically variable impedance matching circuit, which adapts directly to the plasma impedance without adjustment to a 50 Ω
Zwischenimpedanz ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen : So kann auf eine Messung und zusätzliche Regelung zur Frequenzeinstellung verzichtet werden. Auf kostenintensive Bauteile kann verzichtet werden. Die Anpassgeschwindigkeit erhöht sich. Aus Betreibersicht ergibt sich eine erhöhte Prozessstabilität. Durch die Einsparung von Bauteilen vermindert sich auch die Gefahr des Ausfalls dieser Bauteile, was die Zuverlässigkeit weiter erhöht. Mit RF-Invertern sind Interim impedance results in a variety of advantages: Thus, can be dispensed with a measurement and additional control for frequency adjustment. Costly components can be dispensed with. The fitting speed increases. From an operator's point of view, increased process stability results. By saving components also reduces the risk of failure of these components, which further increases the reliability. With RF inverters are
Schaltungsanordnungen gemeint, die RF Signale hoher Leistung aus RF Signalen kleiner Leistung erzeugen. Da die RF-Inverter dieser Erfindung immer RF- Freischwinger sind, werden die RF Signale kleiner Leistung durch Eigenresonanz erzeugt, die sich in Abhängigkeit der an den RF-Inverter angeschlossenen Circuitry that generates high power RF signals from low power RF signals. Since the RF inverters of this invention are always RF cantilevers, the low power RF signals are generated by self-resonance, which depend on the one connected to the RF inverter
Impedanz verstellt, also der Impedanzanpassungsschaltung. Solche Inverter können zur Umschaltung der Gleichspannungsleistung zur RF-Leistung Impedance adjusted, so the impedance matching circuit. Such inverters can be used to switch DC power to RF power
Transistoren oder Röhren aufweisen. Wenn Transistoren eingesetzt werden, die im Schaltbetrieb arbeiten. Transistors or tubes have. When using transistors that operate in switching mode.
Zur Realisierung der elektronisch variierbaren Impedanzanpassung können einzelne Reaktanzen mittels PIN Dioden zugeschaltet werden.  To implement the electronically variable impedance matching individual reactances can be switched by means of PIN diodes.
Eine RF Prozessenergieversorgung kann in unmittelbarer Nähe der An RF power supply can be located in close proximity to the
Plasmaanregung angeordnet sein. Reflexionen auf schlecht angepassten Plasma excitation be arranged. Reflections on poorly adapted
Anschlüssen und Kabeln können so vermieden werden. Connections and cables can be avoided.
Wenn eine RF Prozessenergieversorgung mit einer kurzen oder langen If an RF process power supply with a short or long
Verbindungsleitung an eine Plasmaanregungsanordnung angeschlossen ist, kann in der Prozessenergieversorgung eine Ausgleichsreaktanz für diese Leitung vorgesehen sein, z.B. eine Kapazität zum Ausgleich einer Leitungsinduktivität. Mehrere RF Prozessenergieversorgungen können an eine Plasmaanregung über mehrere Einkoppelelektroden oder Antennen angeschlossen sein. Connecting line is connected to a plasma excitation arrangement, can be provided in the process energy supply a Ausgleichs reactance for this line, e.g. a capacity to compensate for a line inductance. Several RF process power supplies may be connected to a plasma excitation via multiple coupling electrodes or antennas.
Am Ausgangsanschluss können Messaufnehmer zur Ermittlung von Spannung und Strom und der zwischen Spannung und Strom liegenden Phase so wie eine Auswertevorrichtung zur Bestimmung der RF-Leistung und/oder Plasmaimpedanz vorgesehen sein. Die hochauflösende Echtzeitmessung von Strom, Spannung und Phase zwischen Strom und Spannung ergibt eine erhöhte Regelgeschwindigkeit und Prozesssicherheit gegenüber der herkömmlich verwendeten Messung von Vorwärts- und Rückwärtsleistung. At the output terminal sensors can be provided for determining voltage and current and the phase between voltage and current phase as well as an evaluation device for determining the RF power and / or plasma impedance. The high-resolution real-time measurement of current, voltage and Phase between current and voltage results in an increased control speed and process reliability over the conventionally used measurement of forward and reverse power.
Es können Messaufnehmer zur Ermittlung der RF-Leistung und/oder  There may be sensors for determining the RF power and / or
Plasmaimpedanz an der Gleichstromversorgung vorgesehen sein. Die Messung von RF-Leistung und/oder Plasmaimpedanz an den Signalen der Gleichspannung vereinfacht den Aufbau und spart kostenintensive Bauteile und kostenintensive Kalibrierung.  Plasma impedance to be provided to the DC power supply. The measurement of RF power and / or plasma impedance on the DC voltage signals simplifies the design and saves costly components and costly calibration.
Die Prozessenergieversorgung kann eine Regelungsvorrichtung zur Regelung der RF-Leistung an der Gleichstromversorgung aufweisen. Insbesondere bei  The process power supply may include a controller for controlling the RF power to the DC power supply. Especially at
Invertern, die im Schaltbetrieb arbeiten, kann eine solche Anordnung vorgesehen werden.  Inverters that operate in switching mode, such an arrangement can be provided.
Die Aufgabe wird außerdem durch Verfahren zur RF Prozessenergieversorgung zur Versorgung einer Plasmaanregungsanordnung mit RF Leistung gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:  The object is also achieved by RF power supply techniques for supplying a RF power plasma excitation array, the method comprising the steps of:
Aufnahme von elektrischer Leistung aus einem Stromversorgungsnetz,  Absorption of electrical power from a power supply network,
Gleichrichtung der elektrischen Leistung aus dem Stromversorgungsnetz in eine Gleichspannungleistung,  Rectification of the electrical power from the power supply network into a DC power,
Wandlung der Gleichspannungsleistung in eine RF- Leistung mit einer Frequenz größer 3 MHz mittels eines RF Inverters mit einer RF-Inverterimpedanz,  Converting the DC power into an RF power with a frequency greater than 3 MHz by means of an RF inverter with an RF inverter impedance,
Wandlung der RF-Inverterimpedanz in eine Ausgangsimpedanz mittels einer elektronisch variierbaren Impedanzanpassungsschaltung,  Conversion of the RF inverter impedance into an output impedance by means of an electronically variable impedance matching circuit,
Lieferung der RF Leistung über die Impedanzanpassungsschaltung über einen Ausgangsanschluss an eine Plasmaanregung,  Supplying the RF power through the impedance matching circuit via an output terminal to a plasma excitation,
wobei die Ausgangsimpedanz auf Werte betragsmäßig ungleich 50 Ω,  wherein the output impedance amounts to values not equal to 50 Ω,
' insbesondere kleiner als 30 Ω eingestellt wird und sich die Frequenz des eines RF'is set in particular less than 30 Ω and the frequency of a RF
Inverters automatisch an die Impedanzanpassungsschaltung anpasst. Inverter automatically adjusts to the impedance matching circuit.
- Mit der Anpassung der Frequenz auf die Impedanzanpassungsschaltung ist eine automatische Selbstregelung der Frequenz des RF-Inverters auf eine optimale Betriebsfrequenz gemeint, die in der Nähe der Resonanzfrequenz der By adapting the frequency to the impedance matching circuit is meant an automatic self-regulation of the frequency of the RF inverter to an optimum operating frequency which is close to the resonance frequency of the RF
Impedanzanpassungsschaltung oder der Inverterschaltung zusammen mit der Impedanzanpassungsschaltung liegen kann. Diese Selbstregulierung erfolgt in der Regel in weniger als einer Periodendauer oder innerhalb weniger  Impedanzanpassungsschaltung or the inverter circuit may be together with the impedance matching circuit. This self-regulation is usually done in less than one period or less
Periodendauern.  Periods.
Ein solches Verfahren weist die oben beschriebenen Vorteile auf. Die Ausgangsimpedanz kann direkt auf die Plasmaimpedanz geregelt werden. Bei dem Verfahren können die RF-Leistung und/oder die Plasmaimpedanz aus einer Messung des Stroms, der Spannung und der Phase zwischen Strom und Spannung erfolgen. Such a method has the advantages described above. The output impedance can be controlled directly on the plasma impedance. In the method, the RF power and / or the plasma impedance can be made from a measurement of the current, the voltage and the phase between current and voltage.
Bei dem Verfahren kann die RF-Leistung und/oder die Plasmaimpedanz durch Messung von Signalen ausschließlich an Anschlüssen der Gleichspannungsenergie ermittelt werden.  In the method, the RF power and / or the plasma impedance can be determined by measuring signals exclusively at terminals of the DC energy.
Bei dem Verfahren kann eine Regelung der RF-Leistung durch die Regelung der Gleichspannungsenergie erfolgen.  In the method, a regulation of the RF power can be done by controlling the DC power.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der  Other features and advantages of the invention will become apparent from the
nachfolgenden 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 maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen The following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, the essential features of the invention shows, and from the claims. The features shown there are not necessarily to scale and presented in such a way that the features of the invention can be made clearly visible. The different features can each individually for themselves or to several in any
Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Combinations in variants of the invention be realized.
In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : In the schematic drawing embodiments of the invention are illustrated and explained in more detail in the following description. Show it :
Fig. 1 Schematische Darstellung einer Prozessenergieversorgung mit einer Fig. 1 Schematic representation of a process energy supply with a
Plasmaanregungsanordnung  Plasma excitation arrangement
In Fig. 1 ist eine RF Prozessenergieversorgung 1 mit einer Ausgangsimpedanz 10 zum Anschluss an eine Plasmaanregungsanordnung 5 mit einer dynamischen Plasmaimpedanz 6 gezeigt. An der RF Prozessenergieversorgung 1 befinden sich ein Anschluss 3 an ein Stromversorgungsnetz 2, und ein Ausgangsanschluss 9, an den die Plasmaanregungsanordnung 5 angeschlossen ist. Eine eventuell vorhandene Verbindungsleitungsreaktanz 16 kann zum Beispiel eine inhärente Induktivität oder Kapazität oder auch eine Kombination aus beidem sein. Sie kann durch eine optionale Ausgleichsreaktanzen 15 kompensiert werden, die in der der RF Prozessenergieversorgung 1 angeordnet sein kann. Wird die RF Prozessenergieversorgung 1 direkt an die Plasmaanregungsanordnung 5 angeschlossen oder zumindest in unmittelbarer Nähe angeordnet, kann die Ausgleichsreaktanz 15 entfalllen. FIG. 1 shows an RF process energy supply 1 with an output impedance 10 for connection to a plasma excitation arrangement 5 with a dynamic plasma impedance 6. At the RF process power supply 1 there are a connection 3 to a power supply network 2, and an output connection 9 to which the plasma excitation system 5 is connected. For example, any interconnector reactance 16 may be an inherent inductance or capacitance, or a combination of both. It may be compensated by an optional equalization reactance 15 which may be located in the RF process power supply 1. If the RF process power supply 1 directly to the plasma excitation arrangement. 5 connected or at least arranged in the immediate vicinity, the Ausgleichs reactance 15 can be omitted.
Die Gleichstromversorgung 4 ist dem Anschluss 3 nachgeschaltet. Sie kann eine geregelte oder ungeregelte Gleichstromversorgung sein, bevorzugt lässt sie sich mit der Regelungseinrichtung 14 steuern und erfolgt auf diese weise eine  The DC power supply 4 is connected downstream of the terminal 3. It may be a regulated or unregulated DC power supply, preferably it can be controlled with the control device 14 and takes place in this way one
Steuerung oder Regelung der RF-Leistung. Control or regulation of the RF power.
Optional sind Messaufnehmer 13 zum Anschluss an einen beliebeigen Anschluss in der Gleichspannungsversorgung vorgesehen. Hiermit kann die Impedanz und/oder die Leistung bestimmt werden. Diese Messung kann auch zur Regelung der Leistung verwendet werden. Der Gleichstromversorgung 4 ist ein RF- Inverter 7 zur Erzeugung von RF-Leistung nachgeschaltet. Der RF Inverter ist ein Freischwinger, der seine Frequenz in Abhängigkeit der an ihn  Optionally, sensors 13 are provided for connection to any connection in the DC power supply. Hereby the impedance and / or the power can be determined. This measurement can also be used to control the power. The DC power supply 4 is followed by an RF inverter 7 for generating RF power. The RF Inverter is a cantilever that varies its frequency depending on it
angeschlossenen Schaltung einstellt. Er besitzt eine RF Inverterimpedanz 17, was durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeutet ist. Dem RF-Inverter 7 nachgeschaltet ist eine elektronisch variierbare Impedanzanpassungsschaltung 8, die elektrisch variierbare Kapazitäten aufweisen kann. Sie kann auch elektrisch variierbare Induktivitäten aufweisen. Elektrisch variierbar bedeutet in diesem connected circuit adjusts. It has an RF inverter impedance 17, which is indicated by an arrow in FIG. The RF inverter 7 is followed by an electronically variable impedance matching circuit 8, which may have electrically variable capacitances. It can also have electrically variable inductances. Electrically variable means in this
Zusammenhang variierbar durch elektrische Signale ohne Zuhilfenahme von mechanischen Antrieben. Eine Möglichkeit ist das stufenweise Zuschalten von Induktivitäten oder Kapazitäten über PIN-Dioden oder vergleichbare Mittel. Eine Möglichkeit ist auch die Verwendung von Kapazitätsdioden, deren Kapazität über eine eingekoppelte Gleichspannung gesteuert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Beeinflussung von Induktivitäten mit sättigbaren Kernen über eine Einkopplung von magnetischen Feldern z.B. mittels einer Gleichstromgespeisten Spule. Im Bereich der Impedanzanpassungsschaltung 8, vorzugsweise nach der Impedanzanpassungsschaltung 8 und vor dem Ausgangsanschluss 9 befindet sich ein optionaler Messwertaufnehmer 11 für Strom und Spannung. An ihn angeschlossen ist eine Auswertevorrichtung 12, die die Leistung und/oder die Plasmaimpedanz bestimmt. Diese kann optional der Regelung 14 zugeführt werden. Diese kann auch einen Anschluss auf die elektrisch variierbare Connection variable by electrical signals without the aid of mechanical drives. One possibility is the gradual connection of inductors or capacitors via PIN diodes or comparable means. One possibility is also the use of capacitance diodes, whose capacitance is controlled by a coupled DC voltage. Another possibility is to influence inductors with saturable nuclei via an injection of magnetic fields, e.g. by means of a DC-powered coil. In the area of the impedance matching circuit 8, preferably after the impedance matching circuit 8 and before the output terminal 9, there is an optional current and voltage sensor 11. Connected to it is an evaluation device 12, which determines the power and / or the plasma impedance. This can optionally be supplied to the control 14. This can also be a connection to the electrically variable
Impedanzanpassungsschaltung 8 aufweisen. Ebenso kann die Regelung 14 einen Anschluss auf die elektrisch variierbare Impedanzanpassungsschaltung 8 aufweisen. Impedance matching circuit 8 have. Likewise, the controller 14 may have a connection to the electrically variable impedance matching circuit 8.
Ersatzblatt replacement blade

Claims

Ansprüche: Claims:
1. RF Prozessenergieversorgung (1) mit einer Ausgangsimpedanz (10) zum Anschluss an eine Plasmaanregungsanordnung (5) mit einer dynamischen Plasmaimpedanz (6), wobei die RF Prozessenergieversorgung aufweist: Anschluss (3) an ein Stromversorgungsnetz (2), An RF power supply (1) having an output impedance (10) for connection to a plasma excitation array (5) having a dynamic plasma impedance (6), the RF power supply comprising: terminal (3) to a power grid (2),
zumindest eine dem Anschluss (3) nachgeschaltete  at least one of the connection (3) downstream
Gleichstromversorgung (4),  DC power supply (4),
zumindest einem der Gleichstromversorgung nachgeschalteten RF- Inverter (7) zur Erzeugung von RF-Leistung mit Frequenzen größer 3 MHz eine dem RF-Inverter nachgeschaltete elektronisch variierbare  at least one of the DC power supply downstream RF inverter (7) for generating RF power with frequencies greater than 3 MHz downstream of the RF inverter electronically variable
Impedanzanpassungsschaltung (8),  Impedance matching circuit (8),
eine der Impedanzanpassungsschaltung nachgeschalteter  one of the impedance matching circuit downstream
Ausgangsanschluss (9) an den die Plasmaanregungsanordnung  Output terminal (9) to the plasma excitation arrangement
angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsimpedanz der RF Prozessenergieversorgung einstellbar auf den Wert der Plasmaimpedanz ist oder während einer Plasmaanregung betragsmäßig ungleich 50 Ω, insbesondere kleiner als 30 Ω ist, und dass der RF-Inverter ein  is connected, characterized in that the output impedance of the RF process power supply is adjustable to the value of the plasma impedance or during a plasma excitation magnitude not equal to 50 Ω, in particular less than 30 Ω, and that the RF inverter on
Freischwinger ist.  Cantilever is.
2. RF Prozessenergieversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgangsanschluss Messaufnehmer (11) zur Ermittlung von 2. RF process energy supply according to claim 1, characterized in that at the output terminal measuring sensor (11) for determining
Spannung und Strom und der zwischen Spannung und Strom liegenden Phase so wie eine Auswertevorrichtung (12) zur Bestimmung der RF- Leistung und/oder Plasmaimpedanz vorgesehen sind.  Voltage and current and the phase between voltage and current as well as an evaluation device (12) are provided for determining the RF power and / or plasma impedance.
3. RF Prozessenergieversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messaufnehmer (13) zur Ermittlung der RF- Leistung und/oder Plasmaimpedanz an einem Anschluss der 3. RF process energy supply according to one of the preceding claims, characterized in that sensor (13) for determining the RF power and / or plasma impedance at a terminal of the
Gleichstromversorgung vorgesehen sind.  DC power supply are provided.
4. RF Prozessenergieversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsvorrichtung (14) zur 4. RF process energy supply according to one of the preceding claims, characterized in that a control device (14) for
Regelung der RF-Leistung an der Gleichstromversorgung vorgesehen ist.  Regulation of the RF power is provided to the DC power supply.
Ersatzblatt replacement blade
5. RF Prozessenergieversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der RF Prozessenergieversorgung 5. RF process energy supply according to one of the preceding claims, characterized in that in the RF process energy supply
Ausgleichsreaktanz (15) zum Kompensieren von  Equalization reactance (15) to compensate for
Verbindungsleitungreaktanzen (16) zwischen Ausgangsanschluss und Plasmanregungsanordnung vorgesehen ist.  Verbindungsleitungreaktanzen (16) between the output terminal and Plasmanregungsanordnung is provided.
6. Verfahren zur RF Prozessenergieversorgung zur Versorgung einer 6. Method for RF process energy supply for supplying a
Plasmaanregungsanordnung mit RF Leistung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:  A plasma excitation assembly with RF power, the method comprising the steps of:
Aufnahme von elektrischer Leistung aus einem Stromversorgungsnetz, Gleichrichtung der elektrischen Leistung aus dem Stromversorgungsnetz in eine Gleichspannungsleistung,  Recording electrical power from a power grid, rectifying the electrical power from the power grid into a DC power,
Wandlung der Gleichspannungsleistung in eine RF- Leistung mit einer Frequenz größer 3 MHz mittels eines RF Inverters mit einer RF- Inverterimpedanz (17),  Conversion of the DC power into an RF power with a frequency greater than 3 MHz by means of an RF inverter with an RF inverter impedance (17),
Wandlung der RF-Inverterimpedanz in eine Ausgangsimpedanz mittels einer elektronisch variierbaren Impedanzanpassungsschaltung,  Conversion of the RF inverter impedance into an output impedance by means of an electronically variable impedance matching circuit,
Lieferung der RF Leistung über die Impedanzanpassungsschaltung über einen Ausgangsanschluss an eine Plasmaanregung,  Supplying the RF power through the impedance matching circuit via an output terminal to a plasma excitation,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsimpedanz auf werte  characterized in that the output impedance to values
betragsmäßig ungleich 50 Ω, insbesondere kleiner als 30 Ω eingestellt wird und dass sich die Frequenz des eines RF-Inverters automatisch an die in terms of magnitude not equal to 50 Ω, in particular less than 30 Ω is set and that the frequency of an RF inverter automatically to the
Impedanzanpassungsschaltung anpasst. Adjusts impedance matching circuit.
7. Verfahren zur RF Prozessenergieversorgung zur Versorgung einer 7. Method for RF process energy supply for supplying a
Plasmaanregungsanordnung mit RF Leistung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:  A plasma excitation assembly with RF power, the method comprising the steps of:
Aufnahme von elektrischer Leistung aus einem Stromversorgungsnetz, Gleichrichtung der elektrischen Leistung aus dem Stromversorgungsnetz in eine Gleichspannungsleistung,  Recording electrical power from a power grid, rectifying the electrical power from the power grid into a DC power,
Wandlung der Gleichspannungsleistung in eine RF- Leistung mit einer Frequenz größer 3 MHz mittels eines RF Inverters mit einer RF- Inverterimpedanz (17),  Conversion of the DC power into an RF power with a frequency greater than 3 MHz by means of an RF inverter with an RF inverter impedance (17),
Wandlung der einer RF-Inverterimpedanz in eine Ausgangsimpedanz mittels einer elektronisch variierbaren Impedanzanpassungsschaltung,  Conversion of an RF inverter impedance into an output impedance by means of an electronically variable impedance matching circuit,
Ersatzblatt Lieferung der RF Leistung über die Impedanzanpassungsschaltung über einen Ausgangsanschluss an eine Plasmaanregung, replacement blade Supplying the RF power through the impedance matching circuit via an output terminal to a plasma excitation,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsimpedanz auf Werte die Plasmaimpedanz eingestellt wird und dass sich die Frequenz des eines RF- Inverters automatisch an die Impedanzanpassungsschaltung anpasst.  characterized in that the output impedance is set to values of plasma impedance and that the frequency of an RF inverter automatically adapts to the impedance matching circuit.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Leistung und/oder die Plasmaimpedanz aus einer Messung des Stroms, der Spannung und der Phase zwischen Strom und Spannung erfolgen. 8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the RF power and / or the plasma impedance from a measurement of the current, the voltage and the phase between current and voltage.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Leistung und/oder die Plasmaimpedanz durch Messung von Signalen ausschließlich an Anschlüssen der Gleichspannungsenergie ermittelt werden. 9. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the RF power and / or the plasma impedance are determined by measuring signals exclusively at terminals of the DC energy.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der RF-Leistung durch die Regelung der Gleichspannungsenergie erfolgt. 10. The method according to claim 9, characterized in that a regulation of the RF power takes place by the regulation of the DC energy.
Ersatzblatt replacement blade
PCT/DE2010/001346 2009-11-25 2010-11-16 Self-balancing rf plasma power supply WO2011063787A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009054449.6 2009-11-25
DE200910054449 DE102009054449A1 (en) 2009-11-25 2009-11-25 Self-balancing RF plasma power supply

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011063787A1 true WO2011063787A1 (en) 2011-06-03

Family

ID=43797503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2010/001346 WO2011063787A1 (en) 2009-11-25 2010-11-16 Self-balancing rf plasma power supply

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009054449A1 (en)
WO (1) WO2011063787A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011076404B4 (en) 2011-05-24 2014-06-26 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG A method of impedance matching the output impedance of a high frequency power supply arrangement to the impedance of a plasma load and high frequency power supply arrangement
CN111417248B (en) * 2020-04-14 2021-12-31 深圳市恒运昌真空技术有限公司 Impedance adjusting method and device for input end of matching box and radio frequency power supply system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3519489A1 (en) 1985-05-31 1986-12-04 Fritz Hüttinger Elektronik GmbH, 7800 Freiburg Oscillator
US5654679A (en) 1996-06-13 1997-08-05 Rf Power Products, Inc. Apparatus for matching a variable load impedance with an RF power generator impedance
WO2005031790A1 (en) * 2003-09-22 2005-04-07 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for preventing instabilities in radio-frequency plasma processing
US20060196426A1 (en) * 2005-03-05 2006-09-07 Michael Gluck Vacuum plasma generator
US20080179948A1 (en) * 2005-10-31 2008-07-31 Mks Instruments, Inc. Radio frequency power delivery system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3519489A1 (en) 1985-05-31 1986-12-04 Fritz Hüttinger Elektronik GmbH, 7800 Freiburg Oscillator
US5654679A (en) 1996-06-13 1997-08-05 Rf Power Products, Inc. Apparatus for matching a variable load impedance with an RF power generator impedance
WO2005031790A1 (en) * 2003-09-22 2005-04-07 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for preventing instabilities in radio-frequency plasma processing
US20060196426A1 (en) * 2005-03-05 2006-09-07 Michael Gluck Vacuum plasma generator
US20080179948A1 (en) * 2005-10-31 2008-07-31 Mks Instruments, Inc. Radio frequency power delivery system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009054449A1 (en) 2011-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3069158B1 (en) Method and inverter for determining capacitance values of capacitances of an energy supply system
EP1258978B1 (en) Current supply system
EP2867629B1 (en) Method of controlling a solenoid current of an electromagnetic flowmeter
DE102011076404B4 (en) A method of impedance matching the output impedance of a high frequency power supply arrangement to the impedance of a plasma load and high frequency power supply arrangement
EP2011218B1 (en) Boost power factor correction circuit (boost pfc)
DE10310361A1 (en) Control circuit for switched mode power supply has circuit arrangement with sampling time point determined on basis of duration of voltage pulse induced in auxiliary transformer winding
EP2365601B1 (en) Method for compensating for system tolerances in inductive couplers
DE102010055696A1 (en) A system for contactless energy transfer, use of a system for contactless energy transfer and vehicle with a system for contactless energy transfer between a first vehicle part and a second vehicle part
DE102005041927A1 (en) Active line filter
DE102013219534A1 (en) Charging station for an electrically driven vehicle
WO2010031650A1 (en) Device and method for operating an electrical load
DE112018001155T5 (en) MAGNETIC FIELD GENERATION CIRCUIT
EP2457316B1 (en) Method and device to control a boost converter for a pfc circuit
EP2367272A2 (en) Inverter
WO2011063787A1 (en) Self-balancing rf plasma power supply
DE102013224586A1 (en) Frequency generation for a resonant converter
EP2945245B1 (en) Method and device for reducing power fluctuations in a power supply network
DE602004009766T2 (en) DC-DC switching converter device
EP2388603A1 (en) Method and device for monitoring contacts of a photovoltaic assembly
EP3043461B1 (en) Supply circuit for supplying a welding device
DE112015000065T5 (en) Voltage control device and voltage control method
EP3351880A1 (en) Refrigeration and/or freezer device
EP3490130B1 (en) Method for controlling a voltage applied to an electric fan
EP1703355B1 (en) Control device, in particular a pressure switch
DE102011086988B3 (en) Method for avoiding resonance states in reactive power compensation or overcompensation of wind turbine, involves varying adjustment of capacitor when unwanted resonance states exist in reactive power compensation or overcompensation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10809132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10809132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1