WO2011110652A1

WO2011110652A1 - Plasmaversorgungsanordnung mit mehreren leistungskopplungsstufen

Info

Publication number: WO2011110652A1
Application number: PCT/EP2011/053661
Authority: WO
Inventors: Michael Glück; Anton Labanc
Original assignee: Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-09-15
Also published as: DE102010002753A1; EP2545647A1; DE102010002753B4

Abstract

Bei einer Plasmaversorgungsanordnung (100, 200, 300) zur Leistungsversorgung einer Plasmalast (130, 230, 340) mit mehreren jeweils ein HF-Leistungssignal mit einer Leistung > 500W erzeugenden HF-Leistungsquellen (101-108, 201-208, 301-308), sowie zumindest zwei Leistungskopplungsstufen (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) zum Zusammenführen von HF-Leistungen, wobei in zumindest einer Leistungskopplungsstufe (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) ein als Hybridkoppler ausgebildeter Leistungskoppler (121, 211-214, 311-314) angeordnet ist, der mit einem Abschlusswiderstand (123, 215-218, 315-318) verbunden sein kann, ist in zumindest einer Leistungskopplungsstufe (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) wenigstens ein einfacher Leistungskoppler (111, 112, 221, 321, 322, 331) angeordnet.

Description

Plasmaversoraunasanordnung mit mehreren Leistunaskoppfunasstufen

Die Erfindung betrifft eine Plasmaversorgungsanordnung zur Leistungsversorgung einer Plasmalast mit mehreren jeweils ein HF-Leistungssignal mit einer Leistung > 500 W erzeugenden HF-Leistungsquellen, sowie zumindest zwei Lelstungskopplungsstufen zum Zusammenführen von HF-Leistungen, wobei in zumindest einer Leistungskopplungsstufe ein als Hybridkoppler ausgebildeter Leistungskoppler angeordnet ist der vorzugsweise mit einem Abschlusswiderstand verbunden ist. Industrielle Plasmaprozesse dienen zur Materialbearbeitung (z. B. Beschichten oder Ätzen von Oberflächen) sowie zum Betrieb von Gaslasern. Sie sind gekennzeichnet durch plötzliche Impedanzänderungen, insbesondere beim Zünden, beim Verlöschen oder bei Bogenentladungen (Ares). Solche für Plasmaprozesse typischen

Impedanzänderungen fuhren zu Fehlanpassung und damit zu Reflexion von

Hochfrequenzleistung. Zur Erzeugung der für den Plasmaprozess geforderten hohen Hochfrequenzleistung im Kilowattbereich werden oft die HF-Leistungssignale mehrerer HF-Leistungsquellen zusammengekoppelt.

Hybridkoppler, insbesondere Quadraturhybridkoppler, sind lange bekannt Bei korrekter Dimensionierung und korrektem Abschluss des Quadraturhybridkopplers wird ein an einem Tor, zum Beispiel am Tor 3 eingespeistes Hochfrequenzsignal um einen Phasenwinkel φ nachlaufend, bzw. um einen Phasenwinkel -90° + <p voreilend, auf die Tore 1 und 2 aufgeteilt, an denen die Teil-Hochfrequenzsignale somit mit einer Phasenverschiebung von 90° zueinander austreten. Umgekehrt treten zwei um 90° phasenverschobene Hochfrequenzsignale, die an den Toren 1 und 2 anliegen, an Tor 3 überlagert aus. An Tor 4 liegt nur dann ein Ausgangssignal an, wenn die Phasenbeziehung der eingespeisten Hochfrequenzsignale zueinander nicht exakt eingehalten wird. In vielen Anwendungen wird dieses Tor mit einem

Abschlusswiderstand mit dem Nennwert der Systemimpedanz (oft 50 Ω) versehen. Ein Abschlusswiderstand in diesem Sinn umfasst jede Schaltungsanordnung, die die eingespeiste Hochfrequenzleistung nicht wieder reflektiert

Im Mikrowellenbereich ist es üblich, Hybridkoppler als orthogonal

aufeinanderstellende Hohlleiter (.Magic T) oder als Streifenleitungen mit

verschiedener Länge oder Impedanz als Phasenleitungen auszuführen.

Bei der Realisierung des Hybridkopplers in Streifenleitungstechnik betragen die Phasenverschiebungen eines aufgeteilten Signals (Teil-Hochfrequenzslgnale) oft 90° und 180° bzw. - 90° und 180°, bei Ausführungen mit diskreten Bauelementen sind übliche Werte für die Phasenverschiebung +45° und - 45° bzgl. des Eingangssignals.

Durch Kopplung (Kombination, Zusammenführen) von Einzelleistungen

(Hochfrequenzquellsignalen) zweier Hochfrequenzquellen mit Hybridkopplern lassen sich höhere Gesamtausgangsleistungen erzielen. Weitere Leistungssteigerungen ergeben sich durch die Kaskadierung von Kopplern. Diese Art der

Zusammenschaltung von Hochfrequenzquellen durch Quadraturhybridkoppler oder Kaskaden von Quadraturhybrldkopplern ist zum Beispiel in EP1701376B1

beschrieben.

Dabei ist die Leistungskopplung durch Quadraturhybrldkoppler insbesondere in Plasmaleistungsversorgungen vorteilhaft. Reflexionen, die von der Last

zurückkommen und Tor 3 erreichen, werden durch den Hybridkoppler wieder in Teil- Signale aufgespaltet und über zwei Pfade an die Hochfrequenzquellen weitergeleitet, die an den Toren 1 und 2 angeschlossenen sind. Dabei wirken die Phasengänge im Hybridkoppler auf die Reflexionen gleichartig wie auf die Hochfrequenzquellsignale. Eilt zum Beispiel die Phase das Hochfrequenquellslgnal auf dem Weg von Tor 1 nach Tor 3 um 45° vor, so ist das auch auf dem Weg von Tor 3 nach Tor 1 der Fall. Entsprechend wird die Phase auf dem Weg von Tor 3 nach Tor 2 und umgekehrt um je 45° verzögert werden. Sind die beiden Hochfrequenzquellen gleich aufgebaut, so sind auch deren Reflexionsfaktoren gleich. Die von der Last reflektierte Leistung wird somit wieder von den Hochfrequenzquellen rereflektiert Verursacht durch die neuerliche Phasenverschiebung löschen sich diese rereflektierten Signale an Tor 3 aus und werden daher nicht an die Last zurückgeleitet; vielmehr überlagern sie sich konstruktiv an Tor 4 und treffen so auf den Abschlusswiderstand. Entspricht dieser der Systemimpedanz (z. B. 50 Ω bei Koaxialsystemen oder Absorber bei Hohlleitern), so wird die von der Last reflektierte Hochfrequenzleistung vollständig absorbiert und nicht nochmals reflektiert; es kommt nicht mehr zu Mehrfachreflexionen.

Dem Hybridkoppler kommt damit eine Schutzfunktion zu, die bei auftretenden

Reflexionen durch unterschiedliche Lastzustände ein Zerstören der angeschlossenen Hochfrequenzquellen verhindert und so auch bei Plasmaanwendungen einen sicheren Betrieb von empfindlichen Hochfrequenzquellen, z. B. von transistorisierten Invertem, ermöglicht. In den folgenden Ausführungen ist mit„Hybridkoppler" solch ein Lelstungskoppler mit Schutzfunktion gemeint, also ein Leistungskoppler, der bei entsprechender Phasenlage seiner Eingangssignale HF-Leistung absorbiert oder irgendwohin verschwinden lässt, z.B. in einen an den Hybridkoppler

angeschlossenen Abschlusswiderstand. Leistungskoppler, die diese Schutzfunktion nicht erfüllen können, weil sie beispielsweise Hochfrequenzleistungen nicht phasenabhängig umleiten können oder weil sie beispielsweise unerwünschte Hochfrequenzleistungen nicht unschädlich absorbieren oder absorbieren lassen können, werden aJs »einfache Leistungskoppler" bezeichnet.

Sollen zum Erreichen höherer Leistungen mehrere Leistungskopplungsstufen kaskadiert werden, fällt allerdings der Aufwand an notwendigen Bauteilen (Anzahl der diskreten Bauelementen oder Leiterkartenplatz bzw. Substratfläche bei integrierten Bauelementen) zur Realisierung der Hybridkoppler ins Gewicht.

Insbesondere In der letzten Leistungskopplungsstufe, wo ein Koppler die

Gesamtleistung verarbeiten muss, sind die benötigten Bauteile teuer.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den erforderlichen Aufwand an Bauteilen deutlich zu reduzieren, ohne die genannten Eigenschaften, insbesondere die Schutzfunktion, durch den Einsatz von Hybridkopplern aufgeben zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine

Plasmaversorgungsanordnung der eingangs genannten Art, wobei in zumindest einer Leistungskopplungsstufe wenigstens ein einfacher Leistungskoppler

angeordnet ist.

Dabei ist die Leistungskopplungsstufe, die den Hybridkoppler mit 4 Toren und vorzugsweise mit Abschlusswiderstand aufweist, vorzugsweise möglichst nahe an den Hochfrequenzquellen (HF-Quellen) anzuordnen, also beispielsweise als erste oder zweite Leistungskopplungsstufe in Signalflussrichtung von den

Hochfrequenzquellen zur Plasmalast. Je weiter eine Leistungskopplungsstufe von den HF-Quellen entfernt ist, desto höhere Leistungen müssen durch die

Leistungskoppler der Jeweiligen Leistungskopplungsstufe zusammengeführt werden. Dies bedeutet bei den hohen Frequenzen und Leistungen, die bei der

erfindungsgemäßen Plasmaversorgungsanordnung verwendet werden sollen, dass die Bauteile sehr groß und teuer werden. Die HF-Quellen einer erfindungsgemäßen Plasmaversorgungsanordnung erzeugen vorzugsweise alle dieselbe HF-Leistung. Es ist daher vorteilhaft, den Hybridkoppler möglichst nahe an den HF-Quellen anzuordnen. Der Abschlusswiderstand, der an den zumindest einen Hybridkoppler angeschlossen sein kann, entspricht vorzugsweise der Systemimpedanz.

Unter einem„einfachen Leistungskoppler" wird ein Leistungskoppter verstanden, wie er oben definiert wurde, also insbesondere ein Leistungskoppler ohne

Schutzfunktion.

Ein einfacher Leistungskoppler kann zum Beispiel ein .Wilkinson-Combiner", ein „Weatstone-Bridge Combiner", ein _»Widerstands-Combiner" oder„Transmissiorvline Combiner" sein.

Ein einfacher Leistungskoppler kann ein phasengleicher oder gegenphasig koppelnder Leistungskoppler sein, aJso derart ausgestaltet sein, dass die

einspeisenden Hochfrequenzsignale phasengleich oder gegenphasig an den

Leistungskoppler angelegt werden, um zusammengekoppelt zu werden.

Ein einfacher Leistungskoppler kann ein Leistungskoppler ohne Leistung

abführendes oder absorbierendes Element sein.

Der Hybridkoppler kann für Frequenzen kleiner 30 MHz mit Abmessungen kleiner 1/10 der Wellenlänge, mit der er betrieben wird, ausgelegt sein.

Der Hybridkoppler kann aus diskreten Induktivitäten und Kapazitäten aufgebaut sein. Die diskreten Kapazitäten und/oder diskreten Induktivitäten können zumindest teilweise als planare Strukturen auf einer gedruckten mehrlagigen Leiterkarte realisiert sein. Die planaren Strukturen der diskreten Kapazitäten und die der diskreten Induktivitäten können zumindest teilweise identisch sein. Die einfachen Leistungskoppler können ebenfalls zumindest teilweise diskrete Induktivitäten und/oder diskrete Kapazitäten aufweisen. Auch bei den einfachen Leistungskopplern können die diskreten Kapazitäten und/oder die diskreten Induktivitäten zumindest teilweise als planare Strukturen auf einer gedruckten mehrlagigen Leiterkarte realisiert sein. Die planaren Strukturen der diskreten Kapazitäten und die der diskreten Induktivitäten der einfachen Leistungskoppler können zumindest teilweise Identisch sein. Die kaskadierten Hybrid- und einfachen Leistungskoppier können zusammen auf einer gedruckten mehrlagigen Leiterkarte realisiert sein.

Bei kaskadierten Leistungskopplern, also kaskadierten Leistungskopplungsstufen, ist es ausreichend, eine Stufe in der Kaskade mit Hybridkopplem auszustatten, solange die Phasenbeziehungen zwischen den Zweigen der den Hochfrequenzquellen zugewandten Seite dieser Stufe bestehen bleiben bzw. sich nur um 360° oder ganzzahlige Vielfache davon unterscheiden. Auf dieser den HF-Quelten

zugewandten Seite der Leistungskopplungsstufe, die den Hybridkoppler aufweist, sind daher vorzugsweise Leistungskoppier einzusetzen, die Teilleistungen

gleichphasig kombinieren bzw. zusammenführen. Diese Leistungskoppier können einfache Leistungskoppier sein und brauchen an keinen Abschlusswiderstand angeschlossen sein. Es ist auch denkbar, dass die Leistungskopplungsstufe, die den zumindest einen Hybridkoppler aufweist, unmittelbar auf die Hochfrequenzquellen folgt.

Als einfache Leistungskoppier kommen beispielsweise impedanztransformierende Koppler oder Parallelschaltungen von HF-Quellen in Frage.

Durch die erfindungsgemäße Plasmaversorungsanordnung können Bauelemente bzw. Platinen- oder Substratplatz eingespart werden, da in einigen

Leistungskopplungsstufen einfache Leistungskoppier, insbesondere solche ohne Abschlusswklerstand, eingesetzt werden können. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei hoher HF-Leistung, da damit immer teure Bauelemente und teures

Platinenmaterial einhergehen. Außerdem können HF-Quellen eingesetzt werden, von denen jede nur eine geringe Leistung erzeugen muss; durch die Kaskadierung der Leistungskopplungsstufen kann dennoch eine hohe Ausgangsleistung erzielt werden.

Es Ist grundsätzlich denkbar, einen Hybridkoppler und einen einfachen

Leistungskoppier in derselben Leistungskopplungsstufe zu verwenden. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wenn der zumindest eine Hybridkoppler und der zumindest eine einfache Leistungskoppier In unterschiedlichen

Leistungskopplungsstufen angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn In jeder

Leistungskopplungsstufe lediglich gleichartige Koppler angeordnet sind. So sind in zumindest einer Leistungskopplungsstufe zumindest ein Hybridkoppler oder mehrere Hybridkoppler angeordnet. Die übrigen Leistungskopplungsstufen brauchen keinen Hybridkoppler aufzuweisen. Um die durch Reflexionen von Signalen entstehenden Probleme zu vermeiden und die Schutzfunktion zu gewährleisten, ist es ausreichend, wenn nur eine Leistungskopplungsstufe ausschließlich Hybridkoppler aufweist. Durch geeignete Anordnung der Hybridkoppler in unterschiedlichen

Leistungskopplungsstufen ist es jedoch auch denkbar, Hybridkoppler und einfache Leistungskoppler in derselben Leistungskopplungsstufe zu kombinieren. Für die Schutzfunktion ist lediglich darauf zu achten, dass in jedem Signalpfad von jeder HF- Quelle bis zum Ausgang der Plasmaversorgungseinrichtung, die an die Plasmalast angeschlossen ist, zumindest ein Hybridkoppler angeordnet ist.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Leistungskopplungsstufen aus diskreten Bauelementen aufgebaut sind. Durch diese Maßnahme kann die

Plasmaversorgungsanordnung besonders gut für Frequenzen im Bereich von 3 MHz bis 300 MHz und hohe Leistungen ausgelegt werden. Unter diskreten Bauelementen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung diskrete Reaktanzen verstanden, die beispielsweise in T- oder p-Form als Phasenleitungen eingesetzt werden können, wobei der Ausdruck .diskrete Reaktanzen" sowohl diskrete Bauelemente als auch Reaktanzen umfasst, die in Planartechnik auf einer Art Leiterkarte realisiert sind. Dabei können parallel oder seriell geschaltete Reaktanzen nach den bekannten Regeln der Elektrotechnik zusammengefasst werden, um die Gesamtschaltung zu vereinfachen. Eine weitere Schaltungsvereinfachung ist durch die Kopplung der verwendeten Induktivitäten zu einem Übertrager möglich.

Der zumindest eine einfache Leistungskoppler kann auf der den HF-Quellen abgewandten Seite des zumindest einen Hybridkopplers angeordnet sein. Diese Anordnung ist nicht notwendig räumlich zu verstehen, sondern in Signalftussrichtung der Signale von den HF-Quellen bis zum Ausgang der

Plasmaversorgungsanordnung. In einer Leistungskopplungsstufe, die einer Leistungskopplungsstufe mit zumindest einem Hybridkoppler vor- oder nachgelagert ist, kann zumindest ein phasengleich oder mit einem Phasenunterschied n · 360° (n ganzzahlig) koppelnder einfacher Leistungskoppler angeordnet sein.

Weiterhin kann in einer Leistungskopplungsstufe, die einer Leistungskopplungsstufe mit zumindest einem Hybridkoppler vor- oder nachgelagert ist, zumindest ein phasenverschoben koppelnder einfacher Leistungskoppler angeordnet sein.

Vorzugsweise ist die Leistungskopplungsstufe mit einem phasenverschoben koppelnden einfachen Leistungskoppler der Leistungskopplungsstufe mit

Hybridkoppler nachgelagert.

Einer Leistungskopplungsstufe mit zumindest einem Hybridkoppler kann jeweils eine Leistungskopplungsstufe ohne Hybridkoppler vor- und nachgelagert sein.

Zumindest ein einfacher Leistungskoppler kann als Impedanztransformierender Koppler (Matching Combiner) ausgebildet sein, der bei phasenglelcher Kopplung auch eine geeignete Impedanztransformation vornimmt

Um die Phasenlage der Signale, die an den Eingängen des Hybrldkopplers anliegen, korrekt einstellen zu können, so dass eine optimale Leistungskopplung bzw.

Zusammenführung von Kopplung erfolgt, kann ein Phasenschieber vorgesehen sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Hochfrequenzquellen so gesteuert werden, dass ihre Ausgangssignale die für einen Hybridkoppler notwendige

Phasenverschiebung schon aufweisen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelhelten zeigen, sowie aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Variationen der Erfindung verwirklicht sein.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Εε zeigen: Flg. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Hybridkopplereinsatzes;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise

eines Hybridkopplers;

Fig. 3 eine Plasmaversorgungsanordnung mit zwei Leistungskopplungsstufen, wobei ein Hybridkoppler in der zweiten Leistungskopplungsstufe angeordnet ist;

Fig. 4 eine Plasmaversorgungsanordnung mit zwei Leistungskopplungsstufen, wobei Hybridkoppler in der ersten Leistungskopplungsstufe angeordnet sind;

Fig. 5 eine Plasmaversorgungsanordnung mit drei Leistungskopplungsstufen.

Die Figur 1 zeigt beispielhaft einen als Quadraturkoppler ausgebildeten

Hybridkoppler 50 mit vier Toren 1 , 2, 3, 4. An die Tore 1 , 2 ist jeweils eine

Hochfrequenzquelle 10, 20 angeschlossen. Haben die Hochfrequenzquellsignale der Hochfrequenzquellen 10, 20 eine Phasenverschiebung von 90°, so überlagern sich diese konstruktiv am Tor 3 und löschen sich am Tor 4 aus. Somit liegt am Tor 3 die Summe der beiden Einzelleistungen zum Verbrauch in der Senke 30 an. Die Senke 30 kann eine Plasmalast beispielsweise eine Plasmakammer oder ein Gaslaser sein. Zwischen dem Tor 3 und der Senke 30 kann eine Impedanzanpassungsschaltung 60 angeordnet sein.

Ist die Phasenverschiebung der Hochfrequenzquellsignale -90°, überlagern sich die Hochfrequenzquellsignale konstruktiv am Tor 4 und löschen sich am Tor 3 aus.

Da der Hybridkoppler 50 ein reziprokes Bauteil ist, wird Hochfrequenzleistung, die von der Senke 30, beispielsweise einer Plasmakammer, zurückkommt, da sie dort wegen Fehlanpassung reflektiert wird, auf die beiden Tore 1 und 2 aufgeteilt. Diese beiden Signale sind in Quadratur zueinander (90° Phasenverschiebung). Am Tor 4, an das der Abschlusswfclerstand 40 angeschlossen ist, kommt zunächst kein Signal an. Die reflektierten und aufgeteilten Signale laufen zu den Hochfrequenzquellen 10, 20, wo sie wiederum reflektiert werden. Sie laufen dann zurück zu den Toren 1 und 2. Allerdings hat sich durch die Reflexion an den HF-Quellen 10, 20 die Phasenlage so verändert, dass sich die Signale konstruktiv am Tor 4 überlagern und somit in den Abschlusswiderstand 40 geleitet werden. Dadurch wird verhindert, dass die reflektierte Leistung wieder zurück zur Senke 30 geleitet wird.

Die Funktionsweise des Hybridkopplers 50 soll anhand der Figur 2 erläutert werden. Um eine Phasenverschiebung von 90° zu erhalten, kann ein Signal von Tor 1 nach Tor 3 in der Phase um 45° verzögert werden, von Tor 1 nach Tor 4 in der Phase um 45° vorauseilen. Gleiches gilt für die gegenüberliegenden Torpaare. Für die

Phasenleitungen 5-8 können beispielsweise Reaktanzen in T- oder Π-Anordnung eingesetzt werden. Bei der einfachsten Realisierung werden die beiden Zweige mit +45° Phasenverschiebung je durch eine Induktivität die beiden Zweige mit -45° Phasenverschiebung je durch eine Kapazität realisiert

In der Figur 3 ist eine Plasmaversorgungseinrichtung 100 dargestellt. Im

Ausführungsbeispiel sind acht HF-Quellen 101 bis 108 vorgesehen, durch die parallel jeweils eine Hochfrequenzleistung erzeugt wird. Von jeder

Hochfrequenzquelle 101 bis 108 wird die erzeugte Hochfrequenzleistung an die erste Leistungskopplungsstufe 110 gegeben. In der Leistungskopplungsstufe 110 sind zwei als impedanztransformierende Koppler (matching combiner) ausgebildete einfache Leistungskoppler 111, 112 ohne Abschlusswiderstand angeordnet. Die Leistungskoppler 111 , 112 weisen jeweils vier Spulen L und einen Kondensator C auf, wobei der Kondensator C an einen Knotenpunkt angeschlossen ist, an dem die Spulen L des jeweiligen Leistungskopplers 111 , 112 miteinander verbunden sind. Der erste Leistungskoppler 111 koppelt die HF-Leistungen der HF-Quellen 101 bis 104 phasengleich. Ebenso koppelt der Leistungskoppler 112 die Ausgangsleistungen der HF-Quellen 105 bis 108 phasengleich. Unter der Annahme, dass alle HF-Quellen 101 bis 108 dieselbe Ausgangsleistung P erzeugen und dass die HF-Quellen 105 bis 108 gegenüber den HF-Quellen 101 bis 104 eine geeignete Phasenlage haben, bedeutet dies, dass am Ausgang 113 des Leistungskopplers 111 eine Leistung 4 P anliegt. Entsprechend liegt am Ausgang 114 des Leistungskopplers 112 eine

Leistung 4 P an. In der zweiten Leistungskopplungsstufe 120 Ist ein Hybridkoppler 121 angeordnet. Im H bridkoppler 121 werden die Ausgangsleistungen der einfachen Lelstungskoppler 111, 112 zusammengeführt und kombiniert. Am Ausgang 122 des Hybridkopplers 121 ist eine Rasmalast 130 angeschlossen. An die Plasmalast 130 wird demnach eine Leistung 8 P geliefert.

Von der Plasmalast 130 reflektierte Leistung wird im Hybridkoppler 121 aufgeteilt. Die aufgeteilten Leistungen gelangen wiederum an die einfachen Leistungskoppler 111 , 112, wo sie erneut jeweils in vier Teile aufgeteilt werden und phasengleich an die Hochfrequenzquellen 101 bis 108 geleitet werden. Bei Reflexion an den HF- Quellen 101 bis 108 bleibt innerhalb der Zweige (Pfad von einem Eingang zu einem Ausgang) des Leistungskopplers 111 bzw. innerhalb der Zweige des

Leistungskoppiers 112 die Phasenbeziehung erhalten. Die von Hochfrequenzquellen rereflektierten Leistungen werden wiederum in den einfachen Leistungskopplern 111, 112 zusammengeführt und an den Hybridkoppler 121 geleitet Dort werden die Leistungen aufgrund ihrer Phasenbeziehung nun so zusammengeführt, dass sie In den Abschlusswiderstand 123 geleitet werden und dort absorbiert werden.

Anhand der Figur 3 ist zu erkennen, dass die einfachen Leistungskoppler 111, 112 In einer Leistungskopplungsstufe 110 angeordnet sind, die der

Leistungskopplungsstufe 120 mit Hybridkoppler 121 mit Abschlusswiderstand 123 vorgelagert ist. Außerdem ist zu erkennen, dass im Signalpfad von jeder HF-Quelle 101 bis 108 zur Rasmalast 130 der Hybridkoppler 121 angeordnet ist, der damit die genannte Schutzfunktion übernimmt

Im Ausführungsbetepiel der Figur 4 ist eine Plasmaversorgungsanordnung 200 mit wiederum acht HF-Quellen 201 bis 208 gezeigt. Die von der jeweiligen HF-Quelle 201 bis 208 mit geeigneter Phasenlage erzeugte HF-Leistung gelangt in eine erste Leistungskopplungsstufe 210. In der Leistungskopplungsstufe 210 sind insgesamt vier Hybridkoppler 211 bis 214, mit AbschlusswkJerstand 215 bis 218 angeordnet. Jeder Hybridkoppler 21 bis 214 führt die Ausgangsleistung zweier HF-Quellen 201 bis 208 zusammen. In der nachgelagerten Leistungskopplungsstufe 220 ist ein einfacher

Leistungskoppler 221 ohne Abschlusswiderstand vorgesehen, der die

Ausgangsleistungen der HybrkJkoppler 211 bis 214 phasengleich zusammenführt Der einfache Leistungskoppler 221 weist vier Spulen L und einen Kondensator C auf. An dem Ausgang 222 ist die Plasmalast 230 angeschlossen.

Von der Plasmalast 130 reflektierte Hochfrequenzleistung wird über den einfachen Leistungskoppler 221 phasengleich auf alle Hybridkoppler 2 1 bis 214 verteilt und dort aufgeteilt und an die jeweils angeschlossenen HF-Quellen 201 bis 208 gegeben. Die Hochfrequenzleistung wird an den HF-Quellen 201 bis 208 rereflektiert und mit der neuen Phasenbeziehung jeweils am Tor 4 konstruktiv überlagert, also dem jeweiligen Abschlusswkjerstand 215 bis 218 zugeführt und somit dem System entzogen. Damit erfüllt die Leistungskopplungsstufe 210 die Schutzfunktion.

In der Figur 5 ist eine Plasmaversorungsanordnung 300 mit den

Hochfrequenzquellen 301 bis 308 gezeigt. In einer ersten Leistungskopplungsstufe 310 sind vier Hybridkoppler 311 bis 314 mit Abschlusswiderstand 315 bis 318 angeordnet, die jeweils die Leistung und somit die HF-Signale je zweier HF-Quellen 301 bis 308 zusammenführen. In der zweiten Leistungskopplungsstufe 320 sind zwei einfache Leistungskoppler 321 , 322 vorgesehen, die jeweils als Quadraturkoppler ohne viertes Tor ausgebildet sind und somit keinen zugeordneten

Abschlusswiderstand aufweisen. HF-Leistung kann durch sie nicht absorbiert oder abgeleitet werden. Jeder Leistungskoppler 321 , 322 koppelt die Leistung der

Ausgänge zweiter Leistungskoppler 311 bis 314 der ersten Leistungskopplungsstufe 310.

Die einfachen Leistungskoppler 321 , 322 sind jeweils mit einer Spule L und einem Kondensator C aufgebaut

In der Leistungskopplungsstufe 330 ist nochmals ein einfacher Leistungskoppler 331 ohne Abschlusswiderstand vorgesehen, der analog zu den Leistungskoppiern 321 , 322 mit einer Spule L und einem Kondensator C aufgebaut ist An den

Leistungskoppiern 331 ist die Plasmalast 340 angeschlossen. Die von der

Plasmalast 340 reflektierte HF-Leistung wird in unterschiedlichen Phasenlagen an die Hybridkoppler 311 bis 314 geleitet Dort wird die Leistung erneut aufgeteilt und gelangt an die HF-Quellen 301 bis 308, wo sie rereflektiert wird. Die rereflektierte Leistungen überlagern sich konstruktiv jeweils am Tor 4 und gelangen somit in die Abschlusswiderstände 315 bis 318. Hier übernimmt die Leistungskopplungsstufe 310 die Schutzfunktion.

In der Figur 5 ist zu sehen, dass die einfachen Leistungskoppler 321 , 322, 331 ohne Abschlusswiderstand in Leistungskopplungsstufen 320, 330 angeordnet sind, die der Leistungskopplungsstufe 310, die ausschließlich Hybridkoppler 311 bis 314 mit Abschlusswiderstand 315 bis 318 aufweist, nachgelagert sind.

Grundsätzlich wäre es auch denkbar, anstelle der Hybridkoppler 313, 314 jeweils einen analog zu einem einfachen Leistungskoppler 322 ausgebildeten

Leistungskoppler vorzusehen und anstelle des einfachen Leistungskopplers 322 einen Hybridkoppler anzuordnen. In diesem Fall wären in der ersten

Leistungskopplungsstufe 310 sowohl Hybridkoppler als auch einfache

Leistungskoppler angeordnet. Auch in der Leistungskopplungsstufe 320 kämen unterschiedliche Leistungskoppler zum Einsatz. Dennoch wäre in jedem Signalpfad zwischen jeder HF-Quelle 301 bis 308 zur Plasmalast 340 wenigstens ein

Hybridkoppler mit Abschlusswiderstand vorgesehen. Die Schutzfunktion wäre auf die Leistungskopplungsstufen 310 und 320 verteilt

Claims

Patentansprüche Plasmaversorgungsanordnung (100, 200, 300) zur Leistungsversorgung einer Plasmalast (130, 230, 340) mit mehreren jeweils ein HF-Leistungssignal mit einer Leistung > 500W erzeugenden HF-Leistungsquellen (101-108, 201-208, 301-308), sowie zumindest zwei Leistungskopplungsstufen (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) zum Zusammenführen von HF-Leistungen, wobei in zumindest einer Leistungskopplungsstufe (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) ein als Hybridkoppler ausgebildeter Leistungskoppler (121 , 211-214, 311-314) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer

Leistungskopplungsstufe (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) wenigstens ein einfacher Leistungskoppler (111 , 112, 221 , 321 , 322, 331 ) angeordnet ist. Plasmaversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridkoppler (121, 308-314) und der einfache Leistungskoppler (111 , 112, 221 , 321 , 322, 331 ) in unterschiedlichen Leistungskopplungsstufen (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) angeordnet sind. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Leistungskopplungsstufe (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) lediglich gleichartige Koppler angeordnet sind. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungskopplungsstufen (110, 120, 210, 220, 310, 320, 330) aus diskreten Bauteilen aufgebaut sind. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschlusswiderstand (123, 215-218,315- 318) des zumindest einen Hybrid kopplers (121, 308-314) der

Systemimpedanz entspricht. RasmaversorgungsarKjrdnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine einfache Leistungskoppler (111 , 112, 221 , 321 , 322, 331), auf der den HF-Quellen (101-108, 201-208, 301-308) abgewandten Seite des zumindest einen Hybridkopplers (121 , 311- 314) angeordnet ist. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Leistungskopplungsstufe (110, 220), die einer Leistungskopplungsstufe (120, 210) mit zumindest einem

Hybridkoppler (121 , 211-214) vor- oder nachgelagert ist, zumindest ein phasengleich oder mit einem Phasenunterschied n · 360° (n ganzzahlig) koppelnder einfacher Leistungskoppler (111 , 112, 221 ) angeordnet ist. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Leistungskopplungsstufe (320, 330), die einer Leistungskopplungsstufe (310) mit zumindest einem Hybridkoppler (311-314) vor- oder nachgelagert ist, zumindest ein phasenverschoben koppelnder einfacher Leistungskoppler (321 , 322, 331 ) angeordnet ist. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Leistungskopplungsstufe (310) mit zumindest einem Hybridkoppler (311-314) jeweils eine Leistungskopplerstufe (320, 330) ohne Hybridkoppler (321 , 322, 331) vor- und nachgelagert Ist. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein einfacher Leistungskoppler als impedanztransformierender Koppler (111 , 112, 221 ) ausgebildet ist. Plasmaversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Weg der HochfrequenzJeistung von jeder HF-Quelle zur Plasmalast mindestens ein Hybridkoppler liegt.