WO2015049213A1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer entladung in einem plasmaprozess - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer entladung in einem plasmaprozess Download PDF

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plasma
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Daniel Leypold
Ulrich Richter
Fabian Wunn
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    • H01J37/32944—Arc detection

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for monitoring a discharge in a plasma process, in particular between electrodes of a sputtering arrangement, which is supplied with power by a power generator with a periodically changing output signal of the power generator.
  • a plasma is generated with a current or voltage source, which removes material from a target, which is located on the substrate, for. B. the glass, deposits.
  • the atoms can still combine with gas atoms or molecules in a reactive process, depending on the desired coating.
  • MF generators medium frequency generators
  • pulsed generators in particular bipolar pulsed generators. All these generators are combined with the term power generator with a periodically changing output signal of the power generator for power supply.
  • the output voltage of these generators is often fed to two electrodes in a plasma processing chamber, which work alternately as cathode and anode and which are each connected to a respective target.
  • free-running generators or generators that operate at a controlled frequency.
  • EP1801946A1 a method for arc detection is described in which time intervals are determined within which an evaluation signal exceeds or falls below reference values. This step is repeated at a following half cycle of the same polarity. An Are is recognized if respective time intervals differ by more than a specified tolerance.
  • multiple reference values must be provided for reliable detection of ares and multiple tolerances set for each reference, which is laborious. Even with a very high number of reference values and very well adjusted tolerances, this method can lead to erroneously detected ares.
  • the object of the present invention is to provide a method and apparatus for monitoring a discharge in a plasma process that operates faster and more reliably and is easy to set up. This object is achieved by an article having the features of claim 1 and further independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • a monitoring device for monitoring a discharge in a plasma process, in particular between electrodes of a sputtering arrangement to which a power generator with a periodically changing output signal supplies power, the monitoring device comprising:
  • a signal detection device for detecting at least one first signal waveform of at least one plasma supply signal within at least a first time interval within at least one period of the plasma supply signal
  • a signal detection device for detecting at least one second signal waveform of at least one plasma supply signal within at least a second time interval which is located at the position corresponding to the first time interval in at least one further period of the plasma supply signal
  • a detection signal generating device configured to generate a detection signal when the second waveform deviates by at least one distance from the first waveform, wherein the detection signal generating device comprises a distance determining device configured to determine the distance by merging a minimum time difference and minimum signal amplitude difference.
  • the object is also achieved if the above-mentioned device has a detection signal generating device which is designed to determine a threshold curve from the first signal curve by means of a threshold curve determination device and to generate a detection signal when the threshold curve is reached by the second signal curve, wherein the threshold curve determination device is designed to Determining the threshold curve to add both a minimum time difference and a minimum signal amplitude difference to the first waveform.
  • a detection signal generating device which is designed to determine a threshold curve from the first signal curve by means of a threshold curve determination device and to generate a detection signal when the threshold curve is reached by the second signal curve
  • the threshold curve determination device is designed to Determining the threshold curve to add both a minimum time difference and a minimum signal amplitude difference to the first waveform.
  • the distance has a minimum time difference and a minimum signal amplitude difference.
  • the distance to each time point of the second and / or the first signal curve may have a minimum time difference and a minimum signal amplitude difference.
  • the predeterminable distance can be determined by providing a minimum time difference and a minimum signal amplitude difference, in particular by adding a minimum time difference and a minimum signal amplitude difference to the first signal waveform.
  • the threshold curve is determined by adding both a minimum time difference and a minimum signal amplitude difference to the first waveform.
  • ares can be detected very reliably and very quickly in this way.
  • the distance can be a predefinable distance.
  • the monitoring device may have an input interface for specifying the minimum time difference and the minimum signal amplitude difference.
  • the monitoring device can have an input interface for specifying an amount for determining a constant minimum distance.
  • this amount may be the sum of minimum time difference squared and minimum signal amplitude difference squared.
  • the amount can be calculated by also the square root of the sum is formed.
  • the flowing distance can then be determined by means of this amount and a calculation rule.
  • the calculation rule could be: Determine the slope to a point of the first signal curve and map the amount perpendicular to this slope and thus determine a distance or a point of the threshold curve.
  • the calculation rule could be: Determine the slope to a point of the second signal curve and map the amount perpendicular to this slope and thus determine a distance. Repeat the calculation rule for each selected additional point.
  • the monitoring device can have preset values for the minimum time difference and / or the minimum signal amplitude difference and / or the magnitude and in particular have preset values for the minimum time difference and / or the minimum signal amplitude difference for different plasma process steps.
  • the monitoring device can also have an automatic tracking of the minimum time difference and / or the minimum signal amplitude difference and / or the amount as a function of the number of detected plasma states. The distance can therefore also be determined.
  • the second time interval lying at the point corresponding to the first time interval in a second period of the plasma supply signal may have the same phase position as the first time interval. It may have the same time interval to zero crossing with a positive and negative alternating signal.
  • the distance can be determined by the minimum distance from the first signal curve in the time direction has the minimum time difference and the minimum distance from the first waveform in the signal amplitude direction has the minimum signal amplitude difference.
  • the determination of the threshold curve can be carried out by performing a calculation from the first signal waveform, minimum time difference and minimum signal amplitude difference such that the threshold curve has the minimum time difference as the minimum distance from the first signal waveform in the time direction and the minimum signal amplitude ends as the minimum distance from the first signal waveform in the signal amplitude direction - has renz.
  • the determination of the distance or the threshold curve can be carried out by performing a calculation from the first signal waveform, minimum time difference and minimum signal amplitude difference such that the distance in the time direction is at least the minimum time difference and the distance in the signal amplitude direction is at least the minimum signal amplitude difference.
  • the determination of the distance or the threshold curve can be effected by adding and / or subtracting the minimum time difference and the minimum signal amplitude difference to or from the first signal course.
  • the addition or the subtraction can be vectorial. This should mean: the minimum time difference is in the time direction and the minimum signal amplitude difference is added or subtracted in the signal amplitude direction. Addition or subtraction can be adjusted to de or falling edge or positive or negative sections of the waveform.
  • the method and apparatus ensure that the distance to the first waveform at each point of the first waveform is at a minimum distance, regardless of how steep or flat the plasma supply signal is.
  • the "first distance” is located between the first signal curve and the threshold curve.
  • This distance has the minimum time difference during the signal progression in the time direction as the minimum width.
  • this distance also has the minimum signal amplitude difference as a minimum height during the signal course in the signal amplitude direction.
  • This distance can also be the amount.
  • an equally large circle is drawn with the center at the point of the first or second signal curve. The radius of the circle then corresponds to the amount.
  • the distance to be determined in time direction can be greater than the minimum time difference but not smaller.
  • the distance to be determined in the signal amplitude direction may be greater than the minimum signal amplitude difference but not smaller.
  • the detection signal may indicate any condition or error in the plasma process. In particular, it may be an arc detection signal.
  • the detection of the first signal profile can be effected by detecting at least one plasma supply signal within a first time interval within exactly one period of the plasma supply signal. Then the capture is very easy.
  • the detection of the first signal profile can also be effected by detecting at least one plasma supply signal within a plurality of time intervals within a plurality of periods of the plasma supply signal.
  • the first signal curve can then represent a mean course over the time intervals.
  • disturbances in the capture of the first waveform can be reduced.
  • the first signal curve can also represent a maximum or a minimum profile over the time intervals. This can influence the sensitivity of the monitoring. The same applies to the acquisition of the second signal curve.
  • the additional period (s) for acquiring the second waveform need not but may immediately follow the first period (s). Then the monitoring is very fast.
  • the plasma supply signal may be a signal related to a plasma supply voltage, a plasma supply current, a plasma supply impedance, a plasma supply power, a plasma reflected power, or another quantity related to the plasma supply. It can also be a combination of several of these sizes. It is also possible to detect a plurality of plasma supply signals and to combine them into a signal course. In particular, however, with this method and this device, the plasma supply signal may be a single signal, in particular a signal which is related to a plasma supply voltage, in particular the plasma supply voltage itself.
  • the detection of the first signal curve can also be effected by detecting at least one plasma supply signal within a plurality of first time intervals within a period of the plasma supply signal. For example, a period can be divided into several time intervals, which are monitored individually. For each time interval, it can be individually determined or specified whether the distance is determined by the minimum time difference, by the minimum signal amplitude difference or by merging the minimum time difference and the minimum signal amplitude difference. The same applies to the acquisition of the second signal waveform.
  • the signal detection device for detecting the at least second signal waveform may be the same, in particular, the same signal detection device for detecting the at least first signal waveform.
  • a device or a method of the described type has the advantage that only two values have to be specified, namely the minimum signal amplitude difference and the minimum time difference, and the detection signal generation can then be detected with high reliability over the complete course of the periodically changing output signal , In the areas in which the slope of the periodically changing output signal is high, it is ensured with the minimum time difference that small fluctuations which are not generated by an error, eg an arc in the plasma, do not lead to false detection, in particular error detection , In the areas in which the periodically changing output signal assumes a flat course, it is ensured with the minimum signal amplitude difference that small fluctuations that are not caused by an error, eg. As an are generated in the plasma, not lead to a false detection, in particular error detection.
  • the voltage between the power generator and the plasma process can be measured.
  • two lines run from the power generator to the plasma process and connect the plasma process to the power generator and power is supplied to the plasma via these lines.
  • One of each of these lines is connected to one electrode each in the plasma chamber.
  • the plasma chamber itself is usually connected to reference ground.
  • the two electrodes each have a voltage curve relative to this mass.
  • the voltage between an electrode and reference ground can be measured.
  • the voltage with respect to reference ground can be measured at several electrodes.
  • the voltage to reference ground can be measured at each electrode.
  • the measurement of the voltage with reference ground can be done by means of a resistor-voltage divider.
  • the resistance voltage divider can be designed with high-voltage withstand-proof impedances. Then a subsequent voltage measuring device provided safe low voltage. In particular, several such protective impedances can be connected in series. Then, a safe low voltage is provided to a subsequent voltage measuring device, even if the high voltage protection fails a protective impedance.
  • the resistor voltage divider may be additionally capacitively tuned in particular. As a result, rapid voltage changes are not damped but fed to a voltage measuring device with little loss of time. This increases the speed of detecting changes in the plasma.
  • the measurement of the voltage with reference ground can be done by means of a capacitive voltage divider. Then the voltage measurement can be done galvanically separated from the plasma chamber voltage. Even so, safe low voltage can be provided to a subsequent voltage measuring device.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the ADC can work with a time resolution greater than or equal to 10 megasample / s, in particular greater than or equal to 40 megasample / s, particularly preferably with a resolution greater than or equal to 80 megasample / s.
  • the ADC can work with an amplitude resolution greater than or equal to 8 bits, in particular greater than or equal to 10 bits, more preferably 12 bits, particularly preferably with a resolution greater than or equal to 14 bits.
  • a SAR converter can be used, which is a converter with successive approximation register. Then the error detection becomes particularly fast.
  • the detection signal generating device may be housed in a programmable logic device (PLD) and the generation of the detection signal may be performed therein.
  • PLD programmable logic device
  • the detection signal generation device can be accommodated in an FPGA (Field Programmable Gate Array) and the generation of the detection signal can take place in it. This allows the distance or the threshold curve to be calculated very quickly.
  • the data digitized by the ADC can be fed to the PLD or the FPGA using a parallel bus. This can be done very quickly with relatively low transfer rates.
  • the data digitized by the ADC can be fed to the PLD or the FPGA via serial data transmission. This can be done for example by means of high-speed data transmission z. B. with LVDS (Low Voltage Differential Signaling). PLD or FPGA devices often have a special input for such a serial data interface. Thus, the number of lines can be reduced and connections on the PLD or FPGA are released.
  • LVDS Low Voltage Differential Signaling
  • the determination of the threshold curve can be done in the following steps:
  • the highest value can also be determined in each case.
  • an addition of the minimum signal amplitude difference to the extreme value amplitude can take place in particular. That makes z. B. sense of a negative half wave. It also makes sense for a positive half-wave, if the monitoring is to be done with a signal to be detected when the signal causes an increase, such. B. when monitoring a current waveform at Arcerkennung.
  • the object is also achieved by a plasma power supply system having a power generator which is designed to supply power with a periodically changing output signal of the power generator to a plasma process, wherein the plasma power supply system has a monitoring device of the type mentioned above.
  • the object is also achieved by a plasma processing system having a power generator configured to supply power to a plasma process with a periodically varying output of the power generator, the plasma processing system having a monitoring device of the above type.
  • the periodically changing output signal of the power generator may be an alternating signal.
  • it may be an alternating signal with positive and negative half-wave.
  • the alternating signal can be an alternating signal with current source characteristic.
  • the power generator can be a free-running MF generator.
  • the power generator may be a bipolar pulsed generator.
  • the duration and the amplitude for the positive and the negative half-wave can be set individually.
  • the power generator may include a bridge circuit for generating the AC voltage.
  • the power generator may be an MF generator with an output tank circuit.
  • the output resonant circuit may have a parallel resonant circuit.
  • the parallel resonant circuit may have a capacitance and an inductance, the both are connected in parallel to the output of the bridge circuit have.
  • An additional series capacity may be connected in series between the parallel resonant circuit and the plasma process.
  • the output resonant circuit may have a series resonant circuit.
  • the series resonant circuit may have a capacitance and an inductance connected in series between the output of the bridge circuit and the plasma process.
  • An additional capacitance may be connected in parallel between the two lines connecting the series resonant circuit and the plasma process.
  • Fig. 1 shows a plasma processing system with a power generator and a monitoring device according to the invention
  • Fig. 2 shows the steps of the method for monitoring a plasma discharge
  • FIG. 3 shows method steps for determining a threshold value curve point according to a first method variant
  • Fig. 5 shows a plasma processing system with an embodiment of a power generator
  • Fig. 6 shows a first embodiment of an output resonant circuit
  • Fig. 7 shows a second embodiment of an output resonant circuit
  • Fig. 8 shows an embodiment of an AC voltage generating device
  • Fig. 9 shows an embodiment for an arcuating device.
  • Fig. 10 shows a plasma processing system as in Fig. 5 with an embodiment of a signal detecting device
  • Fig. 11 shows the time course of the voltage at a cathode during the ignition of the plasma
  • Fig. 12 shows the voltage waveform between the electrodes in the
  • Fig. 1 shows a plasma process system 1 with a power generator 14 and a monitoring device 7 according to the invention.
  • the power generator 14 supplies power to the plasma process with a periodically varying output signal.
  • this output signal is the plasma supply signal 19.
  • the output signal of the power generator 14 in the present example is a positive and negative half-wave alternating signal.
  • the power generator 14 may be a free-running MF generator.
  • the power generator 14 may also be a bipolar pulsed generator. In particular, the positive and the negative half-wave can then be set individually.
  • the power generator 14 may include a bridge circuit for generating the AC voltage.
  • the power is supplied via two lines 15, 16 to one electrode 11, 12 in the plasma chamber, which may be designed, for example, as cathode sputtering device 13.
  • the voltage on the lines 15, 16 is measured with a signal detection device 8.
  • the voltage is tapped by means of voltage measuring devices 8a, 8b on the lines 15, 16.
  • the signal detection device 8 has an ADC. Via a data bus 9, the digitized measurement results of the monitoring device 7 are transferred.
  • the signal detection device 8 can also be arranged locally remote from the rest of the monitoring device 7.
  • the signal detection device 8 detects a first waveform 2 of a plasma supply signal 19 within a first time interval within a first period of the plasma supply signal 19 and a second waveform of a plasma supply signal within a second time interval located at the position corresponding to the first time interval in a second period of the plasma supply signal.
  • the monitoring device 7 outputs a detection signal 5. This may be provided to the power supply 14 or other components, such as an arcing device 4.
  • the detection signal 5 is then activated when the detection signal generation device 17 determines a deviation of the second signal profile 6 by more than a distance from the first signal course 2.
  • the detection signal generation device 17 has for this purpose a distance determination device 18 which is designed to determine the distance by combining a minimum time difference 22 (TIME MARGIN) and minimum signal amplitude difference 21 (SIGNAL MARGIN).
  • the detection signal 5 is also activated when the detection signal generation device 17 detects that a threshold curve 3 has been reached by the second signal waveform.
  • the threshold value curve 3 is determined from the first signal profile 2 by means of a threshold value determining device 18 ⁇ , the threshold value curve ⁇ ⁇ both a minimum time difference 22 (TIME MARGIN) and a minimum signal amplitude difference 21 (SIGNAL MARGIN) adds to the first waveform.
  • the minimum time difference 22 is set to 1.5 ⁇ , which represents a practical value that gives very good results for many plasma processes.
  • Good values are from 0.5 ⁇ to 5 ⁇ , particularly preferred are values between 0.7 ⁇ and 2 ⁇ .
  • the minimum signal amplitude difference 21 is set to 150 V, which is also a practical value that provides very good results for many plasma processes.
  • Good values are from 50 V up to 200 V, values between 100 V and 150 V are particularly preferred.
  • the minimum time difference 22 may be indicated as a proportion of the duration of a half-wave or period, e.g. B. 0.3%. Then the minimum time difference 22 does not have to be readjusted in the event of a frequency change.
  • the minimum signal amplitude difference 21 may be indicated as a proportion of the effective value or the peak value of the output signal, e.g. 20%. Then, in the case of an amplitude change, the minimum signal amplitude difference 21 does not have to be readjusted.
  • Fig. 2 shows the steps of the method for monitoring a plasma discharge.
  • a first signal waveform 2 of a plasma supply signal is detected within a first time interval within a first period of the plasma supply signal.
  • a second signal profile 6 of a plasma supply signal within a second time interval, that at the first time interval corresponding point in a second period of the plasma supply signal detected.
  • a detection signal 5 is generated when the second signal profile 6 deviates by more than a distance from the first signal profile 2, wherein the distance has a minimum time difference 22 and a minimum signal amplitude difference 21.
  • the method step 33 can also be described divided into several sub-method steps.
  • a threshold value curve 3 is determined from the first signal profile 2. In this case, both a minimum time difference 22 and a minimum signal amplitude difference 21 are added to the first signal course 2. This step is illustrated with the minimum time difference distance 23 and the minimum signal amplitude difference distance 20, as described above.
  • the second signal profile 6 is compared with the threshold curve 3.
  • a detection signal 5 is generated at the time when the second signal profile 6 falls below the threshold curve.
  • Fig. 3 is a possible course of the procedure for determining the
  • Threshold curve 3 described.
  • a plurality of selection points PI, P2, P3, P4, P5 and P6 are selected by a first signal profile 2.
  • the time interval between these points is equidistant in this case. This is not mandatory. It is not necessary to select each sample point of the first waveform 2. Every tenth or every hundredth or every thousandth sample point can be chosen. It must be found a good balance between high accuracy and speed of generation of the detection signal.
  • the minimum time difference distance 23 is added once in the time direction at the time of point P2 and subtracted once. This results in two new points that set a third time interval. This is shown by means of two vertical lines Gl, G2 in step 42. At both times a value of the signal amplitude of the first waveform 2 is determined. This is shown in method step 45.
  • the first signal course 2 is a positive half-wave of a measured voltage. This course should be observed here to fall below the threshold curve 3. Therefore, the smaller of the two determined values of the signal amplitude is determined.
  • this is the value that the signal profile 2 reaches at the amplitude point D2.
  • Essential here is only the amplitude value of the amplitude point D2.
  • the point in time of the amplitude point D2 is not needed for the further steps.
  • the minimum signal amplitude difference distance 20 is subtracted from this amplitude value.
  • the first determined threshold curve point S2 of the threshold curve 3 is now calculated. He calculates to:
  • Time (S2) time of the selected selection point P2
  • Amplitude (S2) amplitude of the amplitude point D2 minus the
  • FIG. 4 shows the determination of a plurality of threshold curve points S2-S5 of the threshold curve 3 according to the method of FIG. 3.
  • the method steps 41 to 44 from FIG. 3 are combined to determine the threshold curve point S2 from the selection point P2.
  • the threshold value curve points S3 to S5 are determined from the selection points P3 to P5 according to the same principle.
  • the threshold curve 3 can be interpolated between the threshold curve points S3 to S5 and possibly preceding and following threshold curve points.
  • FIG. 5 shows a plasma processing system 1 including a power generator 14 and a monitoring device 7, having an embodiment and a detailed view of the power generator 14.
  • the power generator 14 includes an AC-to-DC converter 51 (AC-DC converter) including the AC voltage supplied by the network converts to DC voltage.
  • AC-DC converter 51 AC-DC converter
  • the AC voltage supplied by the network usually has a frequency of 50 Hz or 60 Hz. It can be provided by the network two-phase or multi-phase, in particular three-phase. For high power, several AC-DC converter modules can be provided in particular in parallel.
  • AC-DC converters 51 may include passive filters and active power factor correction (PFC) elements to minimize harmonic interference from AC power supplied by the grid.
  • PFC active power factor correction
  • the AC voltage supplied by the network is usually in the range of 200 to 500 V rms voltage. To ignite the plasma and to maintain mostly higher voltages and higher frequencies are necessary. Therefore, in an AC voltage generating device 52, the DC voltage is converted to AC voltage.
  • the AC voltage generating device 52 often has a bridge circuit. For high power and multiple bridge circuits can be provided and in particular operated in parallel.
  • the power generator 14 may be an MF generator having an output resonant circuit 53. Possible embodiments of the output resonant circuit 53 are described below.
  • a power generator 14 usually has a higher-level controller 54. This may be a common control for the AC-DC converter 51 and the AC generating device 52.
  • the controller 54 may also include one or more controls, for example, to regulate the output voltage, the output frequency, the output current, or the output power.
  • the input current can also be regulated.
  • For regulation can one or more Transducer may be provided which detect the actual values of the variables to be controlled.
  • one or more user interfaces may be provided for setting desired values for the regulation and / or for monitoring and / or for controlling the power generator 14.
  • the arcuator 4 may be external to the power generator 14 or may be part of an extended power generator 14a.
  • the Arclösch Hughes 4 can then be controlled by the controller 54 in particular.
  • the voltage measuring devices 8a, 8b may be located externally of the power generator 14 or 14a or may be part of an extended power generator 14b.
  • the monitoring device 7 may be external to the power generator 14, 14a or 14b or may be part of a power generator system 14c. The monitoring device 7 may then be part of the controller 54.
  • FIG. 6 shows a first embodiment of an output resonant circuit 53a, as may be provided in FIG. 1 and FIG. 5 as output resonant circuit 53.
  • the output resonant circuit 53 a may have a parallel resonant circuit 60.
  • the parallel resonant circuit 60 may have a capacitance 61 and an inductance 62, both of which are connected in parallel to the output of the bridge circuit.
  • the inductor 62 may be part of a transformer.
  • An additional series capacitance 63 may be connected in series between parallel resonant circuit 60 and plasma process.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of an output resonant circuit 53b, as may be provided in FIG. 1 and FIG. 5 as output resonant circuit 53.
  • the output resonant circuit 53b may include a series resonant circuit 64.
  • the series resonant circuit 64 may include a capacitor 66 and an inductor 65 connected in series between the output of the bridge circuit and plasma process.
  • An additional parallel capacitor 67 may be connected in parallel between the two lines connecting the series resonant circuit and plasma process.
  • FIG. 8 shows an embodiment of an AC voltage generating device 52a as may be provided in FIG. 1 and FIG. 5 as AC voltage generating device 52. It has a bridge circuit 70, which in this embodiment is equipped as a full-bridge circuit with four switching elements 72, 73, 74, 75.
  • the switching elements may preferably be transistors. Particularly preferred are IGBT or MOS-FET.
  • the bridge circuit 70 is supplied with a uniform voltage via two lines to which a capacitor 71 is connected. This is the typical structure for a voltage-controlled bridge circuit. It is also possible to provide a current-controlled bridge circuit instead of a voltage-controlled bridge circuit. For a current-carrying bridge circuit, instead of the capacitance 71 connected in parallel, a series-connected inductance would be connected in one or both of the DC-supplying lines.
  • FIG. 9 shows an embodiment for an arcuating device 4, as it may be provided in FIGS. 1 and 5 as an arcuating device 4.
  • An energy store 85 is embodied as a capacitor in the exemplary embodiment.
  • the energy store 85 is connected to a feeder section 16.2 via a switch 81 designed as an IGBT and a diode 84 connected in antiparallel thereto.
  • a switch 81 designed as an IGBT and a diode 84 connected in antiparallel thereto.
  • the switch 82 embodied as an IGBT and the diode 83 connected in antiparallel thereto.
  • Particularly preferred for the switches in addition to IGBT and MOS-FET can be used.
  • the other terminal of the energy storage 85 is connected on the one hand via the diode 86 to the supply line section 16.2 and via the diode 87 to the supply line section 16.3.
  • the diodes 86, 87 are connected in antiseries.
  • the switch 81 forms a switch arrangement with the diode 84, and the switch 82 forms a switch arrangement with the diode 83.
  • the energy storage 85 is connected between the connection point of the diodes 86, 87 and the connection point of the switch arrangements.
  • the cathodes of the diodes 86, 87 are connected at a connection point.
  • the anode of the diode 86 is connected to the lead portion 16.2.
  • the anode of the diode 87 is connected to the lead portion 16.3.
  • the non-linear components represent, and the arrangement of the diodes 83, 84, 86, 87, a backflow of energy from the energy storage 85 in the leads 15, 16 and in particular in the cathode sputtering 13 is prevented ,
  • only two identical modules can be used, each having a switch 81 and 82 and two diodes 83, 84 and 86, 87.
  • the transhipment of energy into the energy store 85 functions independently of which half-wave of the AC voltage is currently applied to the cathode sputtering arrangement 13 or independently of the direction of the current flow in the cathode sputtering arrangement 13.
  • the monitoring device 7 outputs a detection signal 5. This can be used to drive the switches 81, 82.
  • a charging device 88 is arranged. This may have a DC or DC power source to precharge the energy storage 85 can. Furthermore, it can have a discharge circuit parallel to the energy store 85, for example a switch and a resistor, via which the energy store 85 can be discharged. It may further include a voltage monitor which monitors the charge state of the energy storage 85 and activates the discharge device when a predetermined voltage value is reached, or also deactivates it again when a second predetermined voltage value is reached.
  • the discharge device can also be designed to at least partially transfer the energy to be discharged via a transformer, a DC-DC converter or similar circuit parts of the supply voltage to make available again.
  • the Arclösch prepared 4 can also be operated without energy storage 85 and without diodes 86, 87 and without charging device 88.
  • one transistor can be used for each transistor
  • Voltage limiter circuit may be provided, which is indicated in each case with a Zener diode 89a, 89b.
  • the transistors are turned on.
  • the Zener diodes 89a, 89b become conductive and thus also turn the transistors on again, so that the transistors are protected against overvoltage.
  • all the switching elements of a circuit that generates the periodically changing output of the power generator can be turned off.
  • all the switching elements of a bridge circuit which generates the alternating signal can be switched off.
  • connecting element 80 When recognizing an are additionally a connecting element 80, such. As described in EP1720195, are turned on.
  • FIG. 10 shows a plasma process system as in FIG. 5 with an embodiment of a signal detection device 8.
  • the voltage is measured with respect to reference ground 92 by a respective measurement data acquisition device 91, 90 with respect to each of the two electrodes 11, 12.
  • Each of these voltages can be recorded as a plasma supply signal for further detection of signal waveforms.
  • the first voltage of the first measurement data acquisition device 91 can be subtracted from the second voltage of the second measurement data acquisition device 90.
  • the result of the subtraction can also be recorded as a plasma supply signal for the further detection of signal curves. This result is particularly low in interference, because in particular common mode noise is reduced by the subtraction.
  • the method and the device can also be used for plasma detection. It is necessary for the monitoring device to In the case of a discharge in a plasma process, it is important to know whether a plasma has been ignited or not yet ignited. In particular, in the case of non-ignited plasma, an are treatment can also be suppressed in the case of detection by the method described above.
  • the detection as to whether a plasma has been ignited can be carried out, for example, with the first voltage of the first measurement data acquisition device 91. For this purpose, the DC component of this voltage is monitored. Upon reaching a certain Gleichanteilschwell warmths a ignited plasma is detected. This will be explained by means of a sine AC voltage at the output of the power generator.
  • Fig. 11 shows the time course 95 of the voltage at a cathode during the ignition of the plasma. Plotted is the voltage V over time t. For example, for the activation of the ignition aid or an arsenal detection in MF generators must be recognized whether the plasma is already ignited or not.
  • FIG. 12 shows a voltage curve 100 between the electrodes 11, 12 in a plasma chamber, in particular of the sputtering arrangement 13, when correcting asymmetries. Plotted is the voltage V over time t.
  • a cathode sputtering arrangement 13 in particular in the case of a dual magnetron cathode sputtering arrangement, asymmetries of the two cathodes 11, 12, in particular of the targets connected thereto, may occur. As a result, the sputtering result of the two cathodes will be different, due to unequal stoichiometry.
  • the mean value of the voltages of the cathodes relative to ground can be regulated.
  • the AC voltage generating device 52, 52 a can be influenced in a targeted manner; in particular, the switching elements 72 to 75 of a bridge circuit 70 can be influenced in a targeted manner.
  • the voltage across one or both cathodes 11, 12, as shown in FIG. 10, may be measured against reference ground 92 to monitor the balancing.
  • FIG. 13 shows method steps for determining a plurality of threshold curve points 116 for determining a threshold curve 3 according to a further method variant.
  • a first method step 110 as in method step 41 in FIG. 3, a plurality of selection points PI, P2, P3, P4, P5 and P6 are selected by a first signal profile 2.
  • a second method step 111 circles 114 having a determined or predetermined amount are placed around these selection points. The center of the circle 114 lies on the respective selection point. The circles may also be elliptical.
  • a vector 115 with the length of the magnitude, ie, up to the edge of the circle 114 is inserted perpendicularly to the slope of the first signal profile 2 in a first selection point.
  • the top of the arrow or vector 115 now points to the determined threshold curve point 116. This is carried out for all selection points. In this way one obtains a threshold curve point for each selection point. The threshold curve points are now connected with an interpolation. In this way one obtains the threshold curve 3.
  • a first method step 120 the first signal profile 2 is detected.
  • a second method step 121 the second signal profile 6 is detected.
  • a geometric body 126 a to 126 e is placed around each selection point 125 a, 125 b, 125 c, 125 d, 125 e, which represents the minimum time difference distance 23 and a minimum signal amplitude difference distance 20.
  • This can be, for example, a rectangle or, as in the present case, an ellipse.
  • the geometric body 126 has dimensions in the time direction of twice the minimum time difference distance 23 and dimensions in the amplitude direction of twice the minimum signal amplitude difference distance 20.
  • the determination of a deviation of the second signal profile 6 by at least the above-described distance from the first signal profile 2 is detected at the selection point 125e, in which the geometric body 126 no longer encloses the parts of the first signal course 2.
  • the distance determination device which is designed to determine the distance by merging a minimum time difference and minimum signal amplitude difference, can thus be designed to determine the merging by means of vectorial addition of the minimum time difference and minimum signal amplitude difference.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess, insbesondere zwischen Elektroden einer Kathodenzerstäubungsanordnung (13), dem von einem Leistungsgenerator mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators Leistung zugeführt wird, mit den folgenden Schritten: a. Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs (2) zumindest eines Plasmaversorgungssignals (19) innerhalb zumindest eines ersten Zeitintervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals, b. Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs (6) zumindest eines Plasmaversorgungssignals (19) innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals liegt, c. Generierung eines Erkennungssignals, wenn der zweite Signalverlauf um mindestens einen Abstand vom ersten Signalverlauf abweicht, wobei der Abstand eine Mindestzeitdifferenz (22) und eine Mindestsignalamplitudendifferenz (21) aufweist. Insbesondere Arcs können auf diese Weise sehr zuverlässig und sehr schnell erkannt werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess, insbesondere zwischen Elektroden einer Kathodenzerstäubungsanordnung, dem von einem Leistungsgenerator mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators Leistung zugeführt wird.
Die Beschichtung von Substraten, z. B. von Glasflächen mittels Katho- denzerstäuben (Sputtern) in Plasmaprozessen, und zwar sowohl reaktiv als auch konventionell, ist z. B. aus der Architekturglasbeschichtung bekannt. Dazu wird mit einer Strom- oder Spannungsquelle ein Plasma erzeugt, das von einem Target Material abträgt, welches sich auf dem Substrat, z. B. der Glasscheibe, ablagert. Vor der Ablagerung können sich die Atome je nach gewünschter Beschichtung in einem reaktiven Prozess noch mit Gasatomen oder -molekülen verbinden.
Insbesondere bei reaktiven Prozessen werden häufig Mittelfrequenzgeneratoren (MF-Generatoren) eingesetzt, die üblicherweise bei einer Frequenz von 10 - 500 kHz arbeiten. Bekannt sind auch gepulste Generato- ren, insbesondere bipolar gepulste Generatoren. All diese Generatoren werden mit dem Begriff Leistungsgenerator mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators zur Leistungszufuhr zusammengefasst. Die Ausgangsspannung dieser Generatoren wird häufig an zwei Elektroden in einer Plasmaprozesskammer geführt, die wech- selseitig als Kathode und Anode arbeiten und die beide mit je einem Target verbunden sind. Es gibt sogenannte frei schwingende Generatoren oder Generatoren, die mit einer gesteuerten Frequenz arbeiten. Insbesondere bei reaktiven Prozessen kommt es auch bei diesen Generatoren zu Überschlägen, die oft mit der nächsten Spannungsumkehr oder zumin- dest nach wenigen Perioden von selbst verlöschen, zu sogenannten Mikro- Arcs. Es können aber auch energiereichere und länger andauernde Überschläge, sogenannte Ares auftreten. Es ist wichtig, solche Ares sicher, zuverlässig und schnell zu erkennen. Häufig werden Ares erkannt durch Überprüfen der Ausgangsspannung auf einen Spannungseinbruch oder durch Überprüfen des Ausgangsstroms auf einen Stromanstieg. Alternativ kann ein Are an der Differenz zwischen den Strömen zu den einzelnen Elektroden erkannt werden. Ein Grenzwert für die Erkennung von Ares kann vom Betreiber eingestellt werden. Problematisch ist, dass sich bei sich periodisch veränderndem Ausgangssignal des Leistungsgenerators kein fester Wert für einen Spannungseinbruch oder Stromanstieg festlegen lässt, da sich Strom und Spannung prinzipbedingt ständig ändern sollen. Für die Erkennung wurden in der Vergangenheit unterschiedliche Me- thoden entwickelt. Bei einer Methode wird der Effektivwert von Strom und Spannung ermittelt. Da eine solche Ermittlung über mehrere Perioden erfolgen muss, ist diese Art der Erkennung eines Ares in der Regel deutlich zu langsam und liegt häufig im Bereich einiger hundert Millisekunden.
Bei der Verwendung der Generatoren im Halbleiterfertigungsprozess, insbesondere in der Flat-Panel-Display (FPD) - Herstellung, werden aber erhöhte Anforderungen an die Generatoren gestellt. Hier sollen Ares innerhalb weniger Mikrosekunden oder sogar unterhalb einer Mikrosekunde erkannt werden.
In EP1801946A1 wird ein Verfahren zur Arcerkennung beschrieben, bei dem Zeitintervalle bestimmt werden, innerhalb derer ein Auswertesignal Referenzwerte über- bzw. unterschreitet. Dieser Schritt wird bei einer folgenden Halbwelle der gleichen Polarität wiederholt. Ein Are wird erkannt, wenn sich jeweils entsprechende Zeitintervalle um mehr als eine vorgegebene Toleranz unterscheiden. Bei diesem Verfahren müssen für eine zu- verlässige Erkennung von Ares mehrere Referenzwerte vorgesehen werden und für jeden Referenzwert mehrere Toleranzen eingestellt werden, was aufwändig ist. Auch bei einer sehr hohen Anzahl von Referenzwerten und sehr gut eingestellten Toleranzen kann dieses Verfahren zu fälschlicherweise erkannten Ares führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess bereitzustellen, die schneller und zuverlässiger arbeitet und einfach einzurichten ist. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und weiterer nebengeordneter Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorgesehen ist eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess, insbesondere zwischen Elektroden einer Kathodenzerstäubungsanordnung, dem ein Leistungsgenerator mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal Leistung zuführt, wobei die Überwachungsvorrichtung aufweist:
a. eine Signalerfassungsvorrichtung zum Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb zumindest eines ersten Zeitintervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals,
b. eine Signalerfassungsvorrichtung zum Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals liegt, und
c. eine Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung ausgelegt zur Generierung eines Erkennungssignals bei Abweichung des zweiten Signalverlaufs um mindestens einen Abstand vom ersten Signalverlauf, wobei die Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung eine Abstands- ermittlungsvorrichtung aufweist, die ausgelegt ist, den Abstand mittels Zusammenführen einer Mindestzeitdifferenz und Mindestsignal- amplitudendifferenz zu ermitteln.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst, wenn die oben genannte Vorrichtung eine Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung aufweist, die ausgelegt ist zur Ermittlung einer Schwellwertkurve aus dem ersten Signalverlauf mittels einer Schwellwertkurvenermittlungsvorrichtung und zur Generierung eines Erkennungssignals beim Erreichen der Schwellwertkurve durch den zweiten Signalverlauf, wobei die Schwellwertkurvenermittlungsvorrichtung ausgelegt ist, zur Ermittlung der Schwellwertkurve sowohl eine Mindestzeitdifferenz als auch eine Mindestsignalamplitudendifferenz zum ersten Signalverlauf hinzuzufügen. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren der oben genannten Art umfassend die Verfahrensschritte:
a. Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb zumindest eines ersten Zeitin- tervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals,
b. Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stel- le in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals liegt,
c. Generierung eines Erkennungssignals, wenn der zweite Signalverlauf um mindestens einen Abstand vom ersten Signalverlauf abweicht,
wobei der Abstand eine Mindestzeitdifferenz und eine Mindestsig- nalamplitudendifferenz aufweist.
Dabei kann der Abstand zu jedem Zeitpunkt des zweiten und/oder des ersten Signalverlaufs eine Mindestzeitdifferenz und eine Mindestsignal- amplitudendifferenz aufweisen.
Der vorgebbare Abstand kann ermittelt werden, indem eine Mindestzeitdifferenz und eine Mindestsignalamplitudendifferenz vorgesehen werden, insbesondere indem eine Mindestzeitdifferenz und eine Mindest- signalamplitudendifferenz zum ersten Signalverlauf hinzugefügt werden.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren der oben genann- ten Art umfassend die Verfahrensschritte:
a. Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb zumindest eines ersten Zeitintervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals,
b. Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stel- le in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals liegt,
c. Ermittlung einer Schwellwertkurve aus dem ersten Signalverlauf, d. Generierung eines Erkennungssignals, wenn der zweite Signalver- lauf die Schwellwertkurve erreicht,
wobei die Schwellwertkurve ermittelt wird, indem sowohl eine Mindestzeitdifferenz als auch eine Mindestsignalamplitudendifferenz zum ersten Signalverlauf hinzugefügt werden.
Insbesondere Ares können auf diese Weise sehr zuverlässig und sehr schnell erkannt werden.
Der Abstand kann ein vorgebbarer Abstand sein. Insbesondere kann die Überwachungsvorrichtung eine Eingabeschnittstelle aufweisen zur Vorgabe der Mindestzeitdifferenz und der Mindestsignalamplitudendifferenz.
Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungsvorrichtung eine Ein- gabeschnittstelle aufweisen zur Vorgabe eines Betrags zur Ermittlung eines gleichbleibenden Minimalabstands. Dieser Betrag kann beispielsweise die Summe aus Mindestzeitdifferenz im Quadrat und Mindestsignalampli- tudendifferenz im Quadrat betragen. Insbesondere kann sich der Betrag berechnen, indem auch noch die Quadratwurzel aus der Summe gebildet wird. Der fließende Abstand kann dann mittels dieses Betrages und einer Rechenvorschrift ermittelt werden. Die Rechenvorschrift könnte lauten : Ermittle zu einem Punkt der ersten Signalkurve die Steigung und bilde den Betrag senkrecht zu dieser Steigung ab und ermittle so einen Abstand bzw. einen Punkt der Schwellwertkurve. Alternativ könnte die Rechenvor- schrift lauten : Ermittle zu einem Punkt der zweiten Signalkurve die Steigung und bilde den Betrag senkrecht zu dieser Steigung ab und ermittle so einen Abstand. Wiederhole die Rechenvorschrift für jeden gewählten weiteren Punkt.
Die Überwachungsvorrichtung kann voreingestellte Werte für die Min- destzeitdifferenz und/oder die Mindestsignalamplitudendifferenz und/oder den Betrag aufweisen und insbesondere für unterschiedliche Plasmaprozessschritte voreingestellte Werte für die Mindestzeitdifferenz und/oder die Mindestsignalamplitudendifferenz aufweisen. Die Überwachungsvorrichtung kann auch eine automatische Nachführung der Mindestzeitdifferenz und/oder der Mindestsignalamplitudendiffe- renz und/oder des Betrags abhängig von der Anzahl erkannter Plasmazustände aufweisen. Der Abstand kann also auch ermittelbar sein.
Das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in einer zweiten Periode des Plasmaversorgungssignals liegende zweite Zeitintervall kann die gleiche Phasenlage wie das erste Zeitintervall aufweisen. Es kann bei einem Wechselsignal mit positivem und negativem Anteil den gleichen zeitlichen Abstand zum Nulldurchgang aufweisen.
Der Abstand kann ermittelt werden, indem der minimale Abstand vom ersten Signalverlauf in Zeitrichtung die Mindestzeitdifferenz aufweist und der minimale Abstand vom ersten Signalverlauf in Signalamplitudenrichtung die Mindestsignalamplitudendifferenz aufweist.
Die Ermittlung der Schwellwertkurve kann erfolgen, indem eine Berech- nung aus erstem Signalverlauf, Mindestzeitdifferenz und Mindestsignal- amplitudendifferenz dergestalt durchgeführt wird, dass die Schwellwertkurve als minimalen Abstand vom ersten Signalverlauf in Zeitrichtung die Mindestzeitdifferenz aufweist und als minimalen Abstand vom ersten Signalverlauf in Signalamplitudenrichtung die Mindestsignalamplitudendiffe- renz aufweist.
Die Ermittlung des Abstands oder der Schwellwertkurve kann erfolgen indem eine Berechnung aus erstem Signalverlauf, Mindestzeitdifferenz und Mindestsignalamplitudendifferenz dergestalt durchgeführt wird, dass der Abstand in Zeitrichtung mindestens die Mindestzeitdifferenz beträgt und der Abstand in Signalamplitudenrichtung mindestens die Mindestsignal- amplitudendifferenz beträgt.
Die Ermittlung des Abstands bzw. der Schwellwertkurve kann durch Addition und/oder Subtraktion der Mindestzeitdifferenz und der Mindestsig- nalamplitudendifferenz zu oder von dem ersten Signalverlauf erfolgen. Dabei kann die Addition bzw. die Subtraktion vektoriell erfolgen. Das soll bedeuten : die Mindestzeitdifferenz wird in Zeitrichtung und die Mindest- signalamplitudendifferenz wird in Signalamplitudenrichtung addiert bzw. subtrahiert. Addition bzw. Subtraktion kann jeweils angepasst an steigen- de oder fallende Flanke bzw. positive oder negative Abschnitte des Signalverlaufs erfolgen. Das Verfahren und die Vorrichtung stellen sicher, dass der Abstand zum ersten Signalverlauf in jedem Punkt des ersten Signalverlaufs einen Minimalabstand aufweist, unabhängig davon, wie steil oder flach das Plasmaversorgungssignal verläuft.
Anschaulich befindet sich in einer Grafik, in der ein erfasster Signalverlauf des Plasmaversorgungssignals über die Zeit aufgetragen wird, zwischen erstem Signalverlauf und Schwellwertkurve der , Abstand'. Dieser Abstand weist während des Signalverlaufs in Zeitrichtung als Mindestbrei- te die Mindestzeitdifferenz auf. Dieser Abstand weist aber gleichzeitig auch während des Signalverlaufs in Signalamplitudenrichtung als Mindesthöhe die Mindestsignalamplitudendifferenz auf. Dieser Abstand kann auch der Betrag sein. Anschaulich wird dann in jedem Punkt des ersten oder zweiten Signalverlaufs ein gleichgroßer Kreis mit Mittelpunkt im Punkt des ers- ten bzw. zweiten Signalverlaufs gezeichnet. Der Radius des Kreises entspricht dann dem Betrag.
Allgemein gilt für die Erfindung, dass der zu ermittelnde Abstand in Zeitrichtung größer sein kann als die Mindestzeitdifferenz aber nicht kleiner. Genauso kann der zu ermittelnde Abstand in Signalamplitudenrich- tung größer sein als die Mindestsignalamplitudendifferenz aber nicht kleiner.
Das Erkennungssignal kann einen beliebigen Zustand oder Fehler im Plasmaprozess anzeigen. Insbesondere kann es ein Arcerkennungssignal sein.
Die Erfassung des ersten Signalverlaufs kann durch Erfassen zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb eines ersten Zeitintervalls innerhalb genau einer Periode des Plasmaversorgungssignals erfolgen. Dann ist die Erfassung besonders einfach.
Das Erfassen des ersten Signalverlaufs kann auch durch Erfassen zu- mindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb mehrerer Zeitintervalle innerhalb mehrerer Perioden des Plasmaversorgungssignals erfolgen. Dann kann der erste Signalverlauf beispielsweise einen mittleren Verlauf über die Zeitintervalle darstellen. So können Störungen bei der Erfassung des ersten Signalverlaufs vermindert werden. Der erste Signalverlauf kann beispielsweise auch einen maximalen oder einen minimalen Verlauf über die Zeitintervalle darstellen. So kann die Empfindlichkeit der Überwachung beeinflusst werden. Das gleiche gilt für die Erfassung des zweiten Signal- Verlaufs.
Die weitere(n) Periode(n) zur Erfassung des zweiten Signalverlaufs müssen nicht, können aber unmittelbar auf die erste(n) Periode(n) folgen. Dann ist die Überwachung sehr schnell.
Das Plasmaversorgungssignal kann ein Signal sein, das in Beziehung steht zu einer Plasmaversorgungsspannung, zu einem Plasmaversorgungsstrom, zu einer Plasmaversorgungsimpedanz, zu einer Plasmaversorgungsleistung, zu einer vom Plasma reflektierten Leistung oder zu einer anderen Größe, die mit der Plasmaversorgung in Zusammenhang steht. Es kann auch eine Kombination aus mehreren dieser Größen dar- stellen. Es können auch mehrere Plasmaversorgungssignale erfasst werden und zu einem Signalverlauf kombiniert werden. Insbesondere kann aber mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung das Plasmaversorgungssignal ein einziges Signal sein, insbesondere ein Signal, das in Beziehung steht zu einer Plasmaversorgungsspannung, insbesondere die Plasmaversorgungsspannung selbst.
Die Erfassung des ersten Signalverlaufs kann auch durch Erfassen zumindest eines Plasmaversorgungssignals innerhalb mehrerer ersten Zeitintervalle innerhalb einer Periode des Plasmaversorgungssignals erfolgen. So kann beispielsweise eine Periode in mehrere Zeitintervalle aufgeteilt werden, die jeweils einzeln überwacht werden. Für jedes Zeitintervall kann individuell ermittelt oder vorgegeben werden, ob die Ermittlung des Ab- stands durch Mindestzeitdifferenz, durch Mindestsignalamplitudendifferenz oder durch Zusammenführen der Mindestzeitdifferenz und der Mindestsig- nalamplitudendifferenz erfolgt. Das gleiche gilt für die Erfassung des zwei- ten Signalverlaufs.
Die Signalerfassungsvorrichtung zum Erfassen des zumindest zweiten Signalverlaufs kann die gleiche insbesondere dieselbe Signalerfassungsvorrichtung zum Erfassen des zumindest ersten Signalverlaufs sein. Eine Vorrichtung oder ein Verfahren der beschriebenen Art hat den Vorteil, dass nur zwei Werte vorgegeben werden müssen, nämlich die Min- destsignalamplitudendifferenz und die Mindestzeitdifferenz, und die Er- kennungssignalgenerierung dann über den vollständigen Verlauf des sich periodisch verändernden Ausgangssignals mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden kann. In den Bereichen, in der die Flankensteilheit des sich periodisch verändernden Ausgangssignals hoch ist, wird mit der Mindestzeitdifferenz sichergestellt, dass geringe Schwankungen, die nicht durch einen Fehler, z.B. einen Are im Plasma, erzeugt werden, nicht zu einer falschen Erkennung, insbesondere Fehlererkennung führen. In den Bereichen, in denen das sich periodisch verändernde Ausgangssignal einen flachen Verlauf einnimmt, wird mit der Mindestsignalamplitudendifferenz sichergestellt, dass geringe Schwankungen, die nicht durch einen Fehler, z. B. einen Are im Plasma, erzeugt werden, nicht zu einer falschen Erken- nung, insbesondere Fehlererkennung führen.
Zur Erfassung der Signalverläufe kann die Spannung zwischen Leistungsgenerator und Plasmaprozess gemessen werden. Üblicherweise laufen zwei Leitungen vom Leistungsgenerator zum Plasmaprozess und verbinden den Plasmaprozess mit dem Leistungsgenerator und Leistung wird dem Plasma über diese Leitungen zugeführt. Je eine dieser Leitungen ist mit je einer Elektrode in der Plasmakammer verbunden. Die Plasmakammer selbst ist üblicherweise an Bezugsmasse angeschlossen. Die beiden Elektroden weisen jeweils einen Spannungsverlauf gegenüber dieser Masse auf. Zur Erfassung der Signalverläufe kann die Spannung zwischen ei- ner Elektrode und Bezugsmasse gemessen werden.
Insbesondere kann an mehreren Elektroden die Spannung gegenüber Bezugsmasse gemessen werden.
Insbesondere kann an jeder Elektrode die Spannung gegenüber Bezugsmasse gemessen werden.
Die Messung der Spannung gegen Bezugsmasse kann mittels eines Widerstands-Spannungsteilers erfolgen.
Der Widerstands-Spannungsteiler kann mit durchschlagfesten Hoch- spannungs-Schutzimpedanzen ausgeführt sein. Dann wird einer nachfol- genden Spannungsmessvorrichtung sichere Niedrigspannung zur Verfügung gestellt. Insbesondere können mehrere solcher Schutzimpedanzen in Reihe geschaltet werden. Dann wird einer nachfolgenden Spannungsmessvorrichtung sichere Niedrigspannung zur Verfügung gestellt, auch wenn der Hochspannungsschutz einer Schutzimpedanz versagt.
Der Widerstands-Spannungsteiler kann insbesondere zusätzlich kapazitiv abgestimmt sein. Dadurch werden schnelle Spannungsänderungen nicht bedämpft sondern mit geringem Zeitverlust einer Spannungsmessvorrichtung zugeführt. Das erhöht die Geschwindigkeit der Erkennung von Änderungen im Plasma.
Die Messung der Spannung gegen Bezugsmasse kann mittels eines kapazitiven Spannungsteilers erfolgen. Dann kann die Spannungsmessung galvanisch getrennt von der Plasmakammerspannung erfolgen. Auch so kann einer nachfolgenden Spannungsmessvorrichtung sichere Niedrig- Spannung zur Verfügung gestellt werden.
Zur Erfassung der Signalverläufe kann ein hochauflösender Analog- Digitalwandler (ADC) verwendet werden. Der ADC kann mit einer zeitlichen Auflösung größer gleich 10 Megasample / s, insbesondere größer gleich 40 Megasample / s, besonders bevorzugt mit einer Auflösung grö- ßer gleich 80 Megasample / s arbeiten.
Der ADC kann mit einer Amplitudenauflösung größer gleich 8 bit insbesondere größer gleich 10 bit, weiter bevorzugt 12 bit, besonders bevorzugt mit einer Auflösung größer gleich 14 bit arbeiten.
Als ADC kann ein SAR Wandler zum Einsatz kommen, das ist ein Wandler mit Successive Approximation Register. Dann wird die Fehlererkennung besonders schnell.
Die Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung kann in einem programmierbaren Logikbaustein (PLD) untergebracht sein und die Generierung des Erkennungssignals kann in diesem erfolgen. Insbesondere kann die Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung in einem FPGA (Field Program- mable Gate Array) untergebracht sein und die Generierung des Erkennungssignals kann in diesem erfolgen. Damit lässt sich der Abstand bzw. die Schwellwertkurve besonders schnell berechnen. Die vom ADC digitalisierten Daten können mit Hilfe eines Parallelbusses dem PLD oder dem FPGA zugeführt werden. Das kann dann besonders schnell mit relativ niedrigen Übertragungsraten erfolgen.
Die vom ADC digitalisierten Daten können mittels serieller Datenüber- tragung dem PLD oder dem FPGA zugeführt werden. Das kann zum Beispiel mittels Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung z. B. mit LVDS (Low Voltage Differential Signaling) erfolgen. PLD oder FPGA Bausteine besitzen oftmals einen speziellen Eingang für eine solche serielle Datenschnittstelle. So können die Anzahl von Leitungen reduziert werden und es werden Anschlüsse am PLD bzw. FPGA frei.
Die Ermittlung der Schwellwertkurve kann in den folgenden Schritten erfolgen :
a) Auswahl eines ersten Auswahlpunktes aus dem erfassten ersten Signalverlauf,
b) Ermitteln eines dritten Zeitintervalls das sich erstreckt von einem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt wobei der erste Zeitpunkt sich errechnet zum Zeitpunkt des Auswahlpunktes abzüglich der Mindestzeitdifferenz und wobei der zweite Zeitpunkt sich errechnet zum Zeitpunkt des Auswahlpunktes zuzüglich der Mindestzeitdif- ferenz,
c) Ermitteln einer Extremwertamplitude durch Bilden des Minimalwerts des ersten Signalverlaufs innerhalb des dritten Zeitintervalls, d) Ermitteln des ersten Schwellwertkurvenpunktes durch Subtraktion der Mindestsignalamplitudendifferenz von der Extremwertamplitude und Übertragen des Zeitpunkts des Auswahlpunktes zum Zeitpunkt des Schwellwertkurvenpunktes,
e) Fortführen der Schritte a) bis d) für weitere Auswahlpunkte aus dem erfassten ersten Signalverlauf.
Anstatt der Ermittlung des niedrigsten Wertes kann auch jeweils der höchste Wert ermittelt werden. Anstelle der Subtraktion der Mindestsig- nalamplitudendifferenz von der Extremwertamplitude kann insbesondere dann eine Addition der Mindestsignalamplitudendifferenz zur Extremwertamplitude erfolgen. Das macht z. B. Sinn für eine negative Halbwelle. Es macht auch Sinn bei einer positiven Halbwelle, wenn die Überwachung mit einem Signal erfolgen soll, bei der eine Erkennung erfolgen soll, wenn das Signal einen Anstieg erzeugt, wie z. B. bei Überwachung eines Stromverlaufs bei Arcerkennung.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Plasmaleistungsversorgungssystem mit einem Leistungsgenerator, der ausgelegt ist, mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators einem Plasmaprozess Leistung zuzuführen, wobei das Plasmaleistungsversor- gungssystem eine Überwachungsvorrichtung der oben genannten Art aufweist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Plasmaprozesssystem mit einem Leistungsgenerator, der ausgelegt ist, mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators einem Plasmaprozess Leistung zuzuführen, wobei das Plasmaprozesssystem eine Überwachungsvorrichtung der oben genannten Art aufweist.
Beim dem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators kann es sich um ein Wechselsignal handeln. Insbesondere kann es sich um ein Wechselsignal mit positiver und negativer Halbwelle handeln.
Insbesondere kann es sich bei dem Wechselsignal um ein Wechselsignal mit Stromquellencharakteristik handeln.
Der Leistungsgenerator kann ein freischwingender MF-Generator sein. Der Leistungsgenerator kann ein bipolar gepulster Generator sein. Ins- besondere kann bei solchen Generatoren die Dauer und die Amplitude für die positive und die negative Halbwelle individuell eingestellt werden.
Der Leistungsgenerator kann eine Brückenschaltung zur Erzeugung der Wechselspannung aufweisen.
Der Leistungsgenerator kann ein MF-Generator mit einem Ausgangs- Schwingkreis sein.
Der Ausgangsschwingkreis kann einen Parallelschwingkreis aufweisen. Der Parallelschwingkreis kann eine Kapazität und eine Induktivität, die beide parallel an den Ausgang der Brückenschaltung angeschlossen sind, aufweisen.
Eine zusätzliche Serienkapazität kann in Reihe zwischen Parallelschwingkreis und Plasmaprozess geschaltet sein.
Der Ausgangsschwingkreis kann einen Serienschwingkreis aufweisen. Der Serienschwingkreis kann eine Kapazität und eine Induktivität, die in Reihe zwischen den Ausgang der Brückenschaltung und Plasmaprozess angeschlossen sind, aufweisen.
Eine zusätzliche Kapazität kann parallel zwischen die beiden Leitungen geschaltet sein, die den Serienschwingkreis und Plasmaprozess verbinden.
Beim Erkennen eines Ares können alle schaltenden Elemente einer Schaltungsanordnung, die das sich periodisch verändernde Ausgangssignal des Leistungsgenerators erzeugt, ausgeschaltet werden. Insbesondere können alle schaltenden Elemente einer Brückenschaltung, die das Wech- selsignal erzeugt, ausgeschaltet werden.
Figurenbeschreibung
Fig. 1 zeigt ein Plasmaprozesssystem mit einem Leistungsgenerator und einer Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt die Schritte des Verfahrens zur Überwachung einer Plasmaentladung;
Fig. 3 zeigt Verfahrensschritte zur Ermittlung eines Schwellwertkur- venpunkts nach einer ersten Verfahrensvariante;
Fig. 4 zeigt Verfahrensschritte zur Ermittlung mehrerer Schwellwert- kurvenpunkte zur Ermittlung einer Schwellwertkurve;
Fig. 5 zeigt ein Plasmaprozesssystem mit einer Ausführungsform eines Leistungsgenerators;
Fig. 6 zeigt eine erste Ausführungsform eines Ausgangsschwingkreises; Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Ausgangsschwingkreises;
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Wechselspannungserzeu- gungsvorrichtung;
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform für eine Arclöscheinrichtung.
Fig. 10 zeigt ein Plasmaprozesssystem wie in Fig. 5 mit einer Ausführungsform einer Signalerfassungsvorrichtung;
Fig. 11 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung an einer Kathode beim Zünden des Plasmas;
Fig. 12 zeigt den Spannungsverlauf zwischen den Elektroden in der
Plasmakammer bei Korrektur von Asymmetrien;
Fig. 13 zeigt Verfahrensschritte zur Ermittlung mehrerer Schwellwert- kurvenpunkte zur Ermittlung einer Schwellwertkurve nach einer weiteren Verfahrensvariante;
Fig. 14 zeigt Verfahrensschritte zur Ermittlung einer Abweichung des zweiten Signalverlaufs um mindestens einen Abstand vom ersten Signalverlauf;
Fig. 1 zeigt ein Plasmaprozesssystem 1 mit einem Leistungsgenerator 14 und einer Überwachungsvorrichtung 7 gemäß der Erfindung. Der Leistungsgenerator 14 führt dem Plasmaprozess Leistung mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal zu. Dieses Ausgangssignal ist im vorliegenden Fall das Plasmaversorgungssignal 19. Das Ausgangssignal des Leistungsgenerators 14 ist im vorliegenden Beispiel ein Wechselsignal mit positiver und negativer Halbwelle.
Der Leistungsgenerator 14 kann ein freischwingender MF-Generator sein.
Der Leistungsgenerator 14 kann auch ein bipolar gepulster Generator sein. Insbesondere kann dann die positive und die negative Halbwelle in- dividuell eingestellt werden. Der Leistungsgenerator 14 kann eine Brückenschaltung zur Erzeugung der Wechselspannung aufweisen.
Die Leistung wird über zwei Leitungen 15, 16 zu jeweils einer Elektrode 11, 12 in der Plasmakammer, die zum Beispiel als Kathodenzerstäu- bungsanordnung 13 ausgeführt sein kann, zugeführt.
Die Spannung auf den Leitungen 15, 16 wird mit einer Signalerfassungsvorrichtung 8 gemessen. Die Spannung wird mittels Spannungsmessvorrichtungen 8a, 8b an den Leitungen 15, 16 abgegriffen. Die Signalerfassungsvorrichtung 8 weist einen ADC auf. Über einen Datenbus 9 werden die digitalisierten Messergebnisse der Überwachungsvorrichtung 7 übergeben. Die Signalerfassungsvorrichtung 8 kann auch örtlich entfernt vom Rest der Überwachungsvorrichtung 7 angeordnet sein.
Die Signalerfassungsvorrichtung 8 erfasst einen ersten Signalverlauf 2 eines Plasmaversorgungssignals 19 innerhalb eines ersten Zeitintervalls innerhalb einer ersten Periode des Plasmaversorgungssignals 19 und einen zweiten Signalverlauf eines Plasmaversorgungssignals innerhalb eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in einer zweiten Periode des Plasmaversorgungssignals liegt.
Die Überwachungsvorrichtung 7 gibt ein Erkennungssignal 5 aus. Die- ses kann der Leistungsversorgung 14 oder anderen Komponenten, wie zum Beispiel einer Arclöscheinrichtung 4, zur Verfügung gestellt werden.
Das Erkennungssignal 5 wird dann aktiv geschaltet, wenn die Erken- nungssignalgenerierungsvorrichtung 17 eine Abweichung des zweiten Signalverlaufs 6 um mehr als einen Abstand vom ersten Signalverlauf 2 er- mittelt. Die Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung 17 weist dafür eine Abstandsermittlungsvorrichtung 18 auf, die ausgelegt ist den Abstand mittels Zusammenführen einer Mindestzeitdifferenz 22 (TIME MARGIN) und Mindestsignalamplitudendifferenz 21 (SIGNAL MARGIN) zu ermitteln.
Das Erkennungssignal 5 wird auch dann aktiv geschaltet, wenn die Er- kennungssignalgenerierungsvorrichtung 17 ein Erreichen einer Schwellwertkurve 3 durch den zweiten Signalverlauf feststellt. Die Schwellwertkurve 3 wird aus dem ersten Signalverlauf 2 mittels einer Schwellwertkur- venermittlungsvorrichtung 18λ ermittelt, wobei die Schwellwertkurvener- mittlungsvorrichtung 18λ sowohl eine Mindestzeitdifferenz 22 (TIME MARGIN) als auch eine Mindestsignalamplitudendifferenz 21 (SIGNAL MARGIN) zum ersten Signalverlauf hinzufügt.
Zur Veranschaulichung ist innerhalb der Schwellwertkurvenermittlungs- Vorrichtung 18λ ein Graf mit der Spannung V über der Zeit t einer Halbwelle dargestellt. In diesem Graf ist der erste Signalverlauf 2 dargestellt. Weiter ist die Schwellwertkurve 3 dargestellt. Der Abstand ist der minimale Abstand zwischen dem ersten Signalverlauf 2 und der Schwellwertkurve 3. Das ist im Grafen nochmals veranschaulicht durch den Mindestzeitdiffe- renzabstand 23 und den Mindestsignalamplitudendifferenzabstand 20.
Im vorliegenden Beispiel ist die Mindestzeitdifferenz 22 auf 1,5 με eingestellt, was einen praktikablen Wert darstellt, der für viele Plasmaprozesse sehr gute Ergebnisse liefert. Gute Werte liegen von 0,5 με bis zu 5 με, besonders bevorzugt sind Werte zwischen 0,7 με und 2 με.
Im vorliegenden Beispiel ist die Mindestsignalamplitudendifferenz 21 auf 150 V eingestellt, was ebenfalls einen praktikablen Wert darstellt, der für viele Plasmaprozesse sehr gute Ergebnisse liefert.
Gute Werte liegen von 50 V bis zu 200 V, besonders bevorzugt sind Werte zwischen 100 V und 150 V.
Die Werte können auch relativ angegeben werden. Beispielsweise kann die Mindestzeitdifferenz 22 als Anteil der Dauer einer Halbwelle oder Periode angeben werden, z. B. 0,3%. Dann muss bei einer Frequenzveränderung die Mindestzeitdifferenz 22 nicht nachgeregelt werden. Beispielsweise kann die Mindestsignalamplitudendifferenz 21 als Anteil des Effektiv- werts oder des Spitzenwerts des Ausgangssignals angeben werden, z. B. 20%. Dann muss bei einer Amplitudenveränderung die Mindestsignalamp- litudendifferenz 21 nicht nachgeregelt werden.
Fig. 2 zeigt die Schritte des Verfahrens zur Überwachung einer Plasmaentladung. In Verfahrensschritt 31 wird ein erster Signalverlauf 2 eines Plasmaversorgungssignals innerhalb eines ersten Zeitintervalls innerhalb einer ersten Periode des Plasmaversorgungssignals erfasst. In Verfahrensschritt 32 wird ein zweiter Signalverlauf 6 eines Plasmaversorgungssignals innerhalb eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in einer zweiten Periode des Plasmaversorgungssignals liegt, erfasst. In Verfahrensschritt 33 wird ein Erkennungssignal 5 generiert, wenn der zweite Signalverlauf 6 um mehr als einen Abstand vom ersten Signalverlauf 2 abweicht, wobei der Abstand eine Mindestzeit- differenz 22 und eine Mindestsignalamplitudendifferenz 21 aufweist.
Der Verfahrensschritt 33 kann auch in mehrere Unterverfahrensschritte aufgeteilt beschrieben werden. In Unterverfahrensschritt 34 wird aus dem ersten Signalverlauf 2 eine Schwellwertkurve 3 ermittelt. Dabei werden sowohl eine Mindestzeitdifferenz 22 als auch eine Mindestsignalamplitu- dendifferenz 21 zum ersten Signalverlauf 2 hinzugefügt. Veranschaulicht ist dieser Schritt mit dem Mindestzeitdifferenzabstand 23 und dem Min- destsignalamplitudendifferenzabstand 20, wie oben beschrieben. In Unterverfahrensschritt 35 wird der zweite Signalverlauf 6 mit der Schwellwertkurve 3 verglichen. In Unterverfahrensschritt 36 wird ein Erkennungssig- nal 5 zu dem Zeitpunkt generiert, wenn der zweite Signalverlauf 6 die Schwellwertkurve unterschreitet.
In Fig. 3 ist ein möglicher Verfahrensverlauf zur Ermittlung der
Schwellwertkurve 3 beschrieben. In Verfahrensschritt 41 werden von einem ersten Signalverlauf 2 mehrere Auswahlpunkte PI, P2, P3, P4, P5 und P6 ausgewählt. Der zeitliche Abstand dieser Punkte ist im vorliegenden Fall äquidistant. Das ist nicht zwingend erforderlich. Es ist nicht erforderlich jeden Sample-Punkt des ersten Signalverlaufs 2 zu wählen. Jeder zehnte oder jeder hundertste oder jeder tausendste Sample-Punkt kann gewählt werden. Es muss eine gute Balance zwischen hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit der Generierung des Erkennungssignals gefunden werden. Zu jedem der Auswahlpunkte PI - PN (N = 2, 3, 4, 5 . . .) wird nun ein Schwellwertkurvenpunkt Sl - SN (N = 2, 3, 4, 5 . . .) für die Schwellwertkurve 3 ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt z.B. in einem FPGA. Sie muss besonders schnell erfolgen. Deswegen wird eine Berechnungs- methode gewählt, die in einem FPGA möglichst einfach, sicher und schnell zu einem Ergebnis führt. Dazu wird in Verfahrensschritt 42 der Mindestzeitdifferenzabstand 23 in Zeitrichtung zu dem Zeitpunkt des Punktes P2 einmal hinzuaddiert und einmal abgezogen. Das ergibt zwei neue Zeit- punkte, die ein drittes Zeitintervall festlegen. Dieses ist mittels zweier senkrechter Geraden Gl, G2 in Verfahrensschritt 42 dargestellt. Bei beiden Zeitpunkten wird je ein Wert der Signalamplitude des ersten Signalverlaufs 2 ermittelt. Dies ist in Verfahrensschritt 45 dargestellt. Der erste Signalverlauf 2 ist im vorliegenden Beispiel eine positive Halbwelle einer gemessenen Spannung. Dieser Verlauf soll hier auf Unterschreiten der Schwellwertkurve 3 beobachtet werden. Deswegen wird nun der kleinere der beiden ermittelten Werte der Signalamplitude ermittelt. Im vorliegenden Fall ist das der Wert, den der Signalverlauf 2 beim Amplitudenpunkt D2 erreicht. Wesentlich ist hier nur der Amplitudenwert des Amplitudenpunkts D2. Der Zeitpunkt des Amplitudenpunkts D2 wird für die weiteren Schritte nicht benötigt. In dem darauf folgenden Verfahrensschritt 44 wird von diesem Amplitudenwert der Mindestsignalamplitudendifferenzabstand 20 subtrahiert. Der erste ermittelte Schwellwertkurvenpunkt S2 der Schwellwertkurve 3 ist nun errechnet. Er errechnet sich zu :
Zeit (S2) = Zeit des gewählten Auswahlpunkts P2, und
Amplitude (S2) = Amplitude des Amplitudenpunkts D2 abzüglich des
Mindestsignalamplitudendifferenzabstands 20, wobei für den Amplitudenpunkt D2 gilt:
Minimal- bzw. Maximalwert in einem Zeitbereich, der sich erstreckt von der Zeit des gewählten Auswahlpunkts P2 abzüglich des Mindestzeitdifferenzabstands 23 bis zur Zeit des gewählten Auswahlpunkts P2 zuzüglich des Mindestzeitdifferenzabstands 23.
Fig. 4 zeigt die Ermittlung mehrerer Schwellwertkurvenpunkte S2 - S5 der Schwellwertkurve 3 nach dem Verfahren aus Fig. 3. Als erster Verfahrensschritt 45 sind die Verfahrensschritte 41 bis 44 aus Fig. 3 zusammen- gefasst zur Bestimmung des Schwellwertkurvenpunkts S2 aus dem Auswahlpunkt P2. In den Verfahrensschritten 46 bis 48 werden nach dem gleichen Prinzip die Schwellwertkurvenpunkte S3 bis S5 aus den Auswahl- punkten P3 bis P5 ermittelt. Die Schwellwertkurve 3 kann zwischen den Schwellwertkurvenpunkten S3 bis S5 und gegebenenfalls vorhergehenden und folgenden Schwellwertkurvenpunkten interpoliert werden. Fig. 5 zeigt ein Plasmaprozesssystem 1 mit einem Leistungsgenerator 14 und einer Überwachungsvorrichtung 7, mit einer Ausführungsform und einer detaillierten Sicht auf den Leistungsgenerator 14. Der Leistungsgenerator 14 weist einen Wechselstrom-Gleichstromwandler-Wandler 51 (AC-DC-Wandler) auf, der die vom Netz gelieferte Wechselspannung in Gleichspannung wandelt.
Die vom Netz gelieferte Wechselspannung weist üblicherweise eine Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz auf. Sie kann zweiphasig oder mehrphasig, insbesondere dreiphasig vom Netz zur Verfügung gestellt werden. Für ho- he Leistungen können mehrere AC-DC-Wandlermodule vorgesehen insbesondere parallel geschaltet werden. AC-DC-Wandler 51 können passive Filter und aktive Power Factor Correction Glieder (PFC-Glieder) aufweisen, um die vom Netz gelieferte Wechselspannung möglichst geringfügig mit Oberwellen zu stören.
Die vom Netz gelieferte Wechselspannung liegt üblicherweise im Bereich von 200 bis 500 V Effektivspannung. Zum Zünden des Plasmas und zur Aufrechterhaltung sind zumeist höhere Spannungen und höhere Frequenzen notwendig. Deswegen wird in einer Wechselspannungserzeu- gungsvorrichtung 52 die Gleichspannung in Wechselspannung gewandelt. Die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung 52 weist häufig eine Brückenschaltung auf. Für hohe Leistungen können auch mehrere Brückenschaltungen vorgesehen werden und insbesondere parallel betrieben werden.
Der Leistungsgenerator 14 kann ein MF-Generator mit einem Ausgangs- Schwingkreis 53 sein. Mögliche Ausgestaltungen des Ausgangsschwingkreises 53 sind weiter unten beschrieben.
Üblicherweise weist ein Leistungsgenerator 14 eine übergeordnete Steuerung 54 auf. Diese kann eine gemeinsame Steuerung für den AC- DC-Wandler 51 und die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung 52 sein. Die Steuerung 54 kann auch eine oder mehrere Regelungen aufweisen, zum Beispiel zur Regelung der Ausgangsspannung, der Ausgangsfrequenz, des Ausgangsstroms oder der Ausgangsleistung. Auch der Eingangsstrom kann geregelt werden. Zur Regelung können eine oder mehrere Messwertaufnehmer vorgesehen sein, die die Istwerte der zu regelnden Größen erfassen. Außerdem kann eine oder mehrere Benutzerschnittstellen vorgesehen sein, zur Einstellung von Sollwerten für die Regelung und / oder zur Überwachung und /oder zur Steuerung des Leistungsgenerators 14.
Die Arclöscheinrichtung 4 kann extern von dem Leistungsgenerator 14 angeordnet sein oder Bestandteil von einem erweiterten Leistungsgenerator 14a sein. Die Arclöscheinrichtung 4 kann insbesondere dann von der Steuerung 54 mit angesteuert werden.
Die Spannungsmessvorrichtungen 8a, 8b können extern von dem Leistungsgenerator 14 oder 14a angeordnet sein oder Bestandteil von einem erweiterten Leistungsgenerator 14b sein. Die Überwachungsvorrichtung 7 kann extern von dem Leistungsgenerator 14, 14a oder 14b angeordnet sein oder Bestandteil von einem Leistungsgeneratorsystem 14c sein. Die Überwachungsvorrichtung 7 kann dann Bestandteil von der Steuerung 54 sein.
Fig. 6 zeigt eine erste Ausführungsform eines Ausgangschwingkreises 53a wie er in Fig 1 und Fig. 5 als Ausgangsschwingkreis 53 vorgesehen sein kann. Der Ausgangsschwingkreis 53a kann einen Parallelschwingkreis 60 aufweisen. Der Parallelschwingkreis 60 kann eine Kapazität 61 und eine Induktivität 62, die beide parallel an den Ausgang der Brückenschaltung angeschlossen sind, aufweisen. Die Induktivität 62 kann Teil eines Transformators sein.
Eine zusätzliche Serienkapazität 63 kann in Reihe zwischen Parallel- Schwingkreis 60 und Plasmaprozess geschaltet sein.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Ausgangschwingkreises 53b wie er in Fig. 1 und Fig. 5 als Ausgangsschwingkreis 53 vorgesehen sein kann. Der Ausgangsschwingkreis 53b kann einen Serienschwingkreis 64 aufweisen. Der Serienschwingkreis 64 kann eine Kapazität 66 und eine Induktivität 65, die in Reihe zwischen den Ausgang der Brückenschaltung und Plasmaprozess angeschlossen sind, aufweisen. Eine zusätzliche Parallelkapazität 67 kann parallel zwischen die beiden Leitungen geschaltet sein, die den Serienschwingkreis und Plasmaprozess verbinden.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Wechselspannungserzeugungs- Vorrichtung 52a wie sie in Fig. 1 und Fig. 5 als Wechselspannungserzeu- gungsvorrichtung 52 vorgesehen sein kann. Sie weist eine Brückenschaltung 70 auf, die bei dieser Ausführungsform als Vollbrückenschaltung mit vier schaltenden Elementen 72, 73, 74, 75 ausgestattet ist. Die schaltenden Elemente können vorzugsweise Transistoren sein. Besonders bevor- zugt sind IGBT oder MOS-FET. Der Brückenschaltung 70 wird über zwei Leitungen, an die eine Kapazität 71 angeschlossen ist, eine gleichförmige Spannung zugeführt. Das ist der typische Aufbau für eine spannungsge- führte Brückenschaltung. Es ist auch möglich anstatt einer spannungsge- führten Brückenschaltung eine stromgeführte Brückenschaltung vorzuse- hen. Für eine stromgeführte Brückenschaltung würde anstatt der parallel angeschlossenen Kapazität 71 eine in Serie geschaltete Induktivität in einer oder beiden der Gleichstrom zuführenden Leitungen geschaltet sein.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform für eine Arclöscheinrichtung 4, wie sie in Fig. 1 und Fig. 5 als Arclöscheinrichtung 4 vorgesehen sein kann. Ein Energiespeicher 85 ist im Ausführungsbeispiel als Kondensator ausgebildet Der Energiespeicher 85 ist über einen als IGBT ausgebildeten Schalter 81 und eine dazu antiparallel geschaltete Diode 84 mit einem Zuleitungsabschnitt 16.2 verbunden. Weiterhin ist er über den als IGBT ausgebildeten Schalter 82 und die dazu antiparallel geschaltete Diode 83 mit dem Zulei- tungsabschnitt 16.3 verbunden. Besonders bevorzugt sind für die Schalter neben IGBT auch MOS-FET verwendbar. Der andere Anschluss des Energiespeichers 85 ist zum einen über die Diode 86 mit dem Zuleitungsabschnitt 16.2 und über die Diode 87 mit dem Zuleitungsabschnitt 16.3 verbunden. Die Dioden 86, 87 sind antiseriell geschaltet. Der Schalter 81 bil- det mit der Diode 84 eine Schalteranordnung und der Schalter 82 bildet mit der Diode 83 eine Schalteranordnung. Der Energiespeicher 85 ist zwischen den Verbindungspunkt der Dioden 86, 87 und den Verbindungspunkt der Schalteranordnungen geschaltet. Die Kathoden der Dioden 86, 87 sind in einem Verbindungspunkt verbunden. Die Anode der Diode 86 ist mit dem Zuleitungsabschnitt 16.2 verbunden. Die Anode der Diode 87 ist mit dem Zuleitungsabschnitt 16.3 verbunden.
Im Falle einer Are-Erkennung werden die im Normalbetrieb geschlosse- nen Schalter 81, 82 geöffnet. Dadurch fließt ein Strom nicht mehr über die Dioden 83, 84 und Schalter 81, 82 sondern über die Dioden 86, 87 zu den Dioden 83, 84. Energie in den Zuleitungen 15, 16 und in der Kathodenzerstäubungsanordnung 13 wird in den Energiespeicher 85 geladen. Aufgrund des Schaltzustands der Schalter 81, 82, die nichtlineare Bau- elemente darstellen, und der Anordnung der Dioden 83, 84, 86, 87 wird ein Rückfluss von Energie aus dem Energiespeicher 85 in die Zuleitungen 15, 16 und insbesondere in die Kathodenzerstäubungsanordnung 13 verhindert. Dabei können insbesondere nur zwei baugleiche Module verwendet werden, die je einen Schalter 81 und 82 und je zwei Dioden 83, 84 und 86, 87 aufweisen. Die Umladung von Energie in den Energiespeicher 85 funktioniert unabhängig davon, welche Halbweile der Wechselspannung gerade an der Kathodenzerstäubungsanordnung 13 anliegt bzw. unabhängig von der Richtung des Stromflusses in der Kathodenzerstäubungsanordnung 13.
Die Überwachungsvorrichtung 7 gibt ein Erkennungssignal 5 aus. Dies kann zur Ansteuerung der Schalter 81, 82 verwendet werden.
Parallel zum Energiespeicher 85 ist eine Ladungsvorrichtung 88 angeordnet. Diese kann eine Gleichspannungs- oder Gleichstromquelle aufweisen, um den Energiespeicher 85 vorladen zu können. Weiterhin kann sie parallel zum Energiespeicher 85 eine Entladeschaltung aufweisen, zum Beispiel einen Schalter und einen Widerstand, über die der Energiespeicher 85 entladen werden kann. Sie kann weiter eine Spannungsüberwachung aufweisen, die den Ladungszustand des Energiespeichers 85 überwacht und die Entladungsvorrichtung aktiviert, wenn ein vorgegebener Spannungswert erreicht wird, oder sie auch wieder deaktiviert, wenn ein zweiter vorgegebener Spannungswert erreicht wird. Die Entladungsvorrichtung kann auch ausgelegt sein, die zu entladende Energie zumindest teilweise über einen Transformator, einen Gleichspannungswandler oder ähnliche Schaltungsteile der Versorgungsspannung wieder zur Verfügung zu stellen.
Die Arclöscheinrichtung 4 kann auch ohne Energiespeicher 85 und ohne Dioden 86, 87 und ohne Ladungsvorrichtung 88 betrieben werden. Insbe- sondere in diesem Fall kann für jeden Transistor eine
Spannungsbegrenzerschaltung vorgesehen sein, die mit jeweils einer Z- Diode 89a, 89b angedeutet ist. Im Normalbetrieb sind die Transistoren leitend geschaltet. Sobald die Spannungsbegrenzerschaltung eine Spannung feststellt, die einen vorgegebenen Wert überschreitet, werden die Z- Dioden 89a, 89b leitend und schalten damit auch die Transistoren wieder leitend, so dass die Transistoren vor Überspannung geschützt werden.
Beim Erkennen eines Are können alle schaltenden Elemente einer Schaltungsanordnung, die das sich periodisch verändernde Ausgangssignal des Leistungsgenerators erzeugt, ausgeschaltet werden. Insbesondere können alle schaltenden Elemente einer Brückenschaltung, die das Wechselsignal erzeugt, ausgeschaltet werden.
Beim Erkennen eines Are kann zusätzlich ein Verbindungselement 80, wie z. B. in EP1720195 beschrieben, eingeschaltet werden.
Fig. 10 zeigt ein Plasmaprozesssystem wie in Fig. 5 mit einer Ausfüh- rungsform einer Signalerfassungsvorrichtung 8. An jeder der beiden Elektroden 11, 12 wird die Spannung mit je einer Messdatenerfassungsvorrichtung 91, 90 gegenüber Bezugsmasse 92 gemessen. Jede dieser Spannungen kann als Plasmaversorgungssignal zur weiteren Erfassung von Signalverläufen aufgenommen werden. Um die Spannung, die zwischen den bei- den Elektroden 11, 12 anliegt, zu ermitteln, kann die erste Spannung der ersten Messdatenerfassungsvorrichtung 91 von der zweiten Spannung der zweiten Messdatenerfassungsvorrichtung 90 subtrahiert werden. Das Ergebnis der Subtraktion kann auch als Plasmaversorgungssignal zur weiteren Erfassung von Signalverläufen aufgenommen werden. Dies Ergebnis ist besonders störungsarm, weil insbesondere Gleichtaktstörungen durch die Subtraktion vermindert werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung können auch zur Plasmaerkennung eingesetzt werden. Es ist für die Überwachungsvorrichtung zur Überwa- chung einer Entladung in einem Plasmaprozess wichtig zu erkennen, ob ein Plasma gezündet ist oder noch nicht gezündet ist. Insbesondere kann bei nichtgezündetem Plasma eine Are-Behandlung auch bei Are-Erkennung nach dem oben beschriebenen Verfahren unterdrückt werden. Die Erken- nung, ob ein Plasma gezündet ist, kann beispielsweise mit der ersten Spannung der ersten Messdatenerfassungsvorrichtung 91 durchgeführt werden. Dazu wird der Gleichanteil dieser Spannung überwacht. Beim Erreichen eines bestimmten Gleichanteilschwellwertes wird ein gezündetes Plasma erkannt. Dies soll anhand einer Sinuswechselspannung am Aus- gang des Leistungsgenerators erläutert werden.
Fig. 11 zeigt den zeitlichen Verlauf 95 der Spannung an einer Kathode beim Zünden des Plasmas. Aufgetragen ist die Spannung V über der Zeit t. Beispielsweise für die Aktivierung der Zündhilfe oder einer Are- Erkennung bei MF-Generatoren muss erkannt werden, ob das Plasma schon gezündet ist oder nicht.
Ebenso sind andere Anwendungen denkbar. Beispielsweise Meldung an den Plasmaprozessbetreiber, ob das Plasma gezündet ist für die Steuerung seines Prozesses.
Durch die Auswertung des arithmetischen Mittelwertes der Spannung an einer Plasmaelektrode gegen Erde kann der gezündete vom
ungezündeteten Betreib unterschieden werden. Bei brennendem Plasma ergibt sich an einer Elektrode ein negativer arithmetischer Mittelwert der Spannung gegen Erde. Brennt kein Plasma ist der arithmetische Mittelwert der Spannung ungefähr Null. Alternativ oder zusätzlich kann der zeitliche Verlauf 95 der Spannung auf die Spitzenwerte der Spannung untersucht werden. Ein Abnehmen der Spitzenwerte der positiven Spannung deutet ebenfalls auf eine Plasmaerkennung hin. Auch der Unterschied zwischen den positiven und negativen Spitzenwerten kann zur Plasmaerkennung genutzt werden. Die an der Messdatenerfassungsvorrichtung 90 ermittelte Spannung bei nicht gezündetem Plasma und bei einer Sinuswechselspannung am Ausgang des Leistungsgenerators ist in Fig. 11 gezeigt. Die Ermittlung eines arithmetischen Mittelwerts der Spannung ergibt in etwa einen Kurvenverlauf 97. Dieser Kurvenverlauf wird mit einer Schwelle 99 verglichen. Beim Erreichen dieser Schwelle wird erkannt, dass das Plasma gezündet hat. In Fig. 11 zündet das Plasma im Bereich 96. Das ist an der veränderten Kurvenverlauf zu erkennen. Der arithmetische Mittelwert sinkt langsam auf negative Werte. Zum Zeitpunkt 98 erreicht der Kurven- verlauf 97 die Schwelle 99. Zur Erkennung, dass das Plasma erloschen ist, kann eine weitere Schwelle 99a vorgesehen sein. So ergibt sich eine Hysterese bei Erkennung„Plasma nicht gezündet" zu„Plasma gezündet" im Zeitpunkt 98 und weiter zu„Plasma erloschen". Realisieren lässt sich das mit einem Vergleicher mit Hysterese.
Fig. 12 zeigt einen Spannungsverlauf 100 zwischen den Elektroden 11, 12 in einer Plasmakammer insbesondere der Kathodenzerstäubungsanordnung 13 bei Korrektur von Asymmetrien. Aufgetragen ist die Spannung V über der Zeit t. Bei einer Kathodenzerstäubungsanordnung 13 insbesondere bei einer Dual-Magnetron Kathodenzerstäubungsanordnung kann es zu Asymmetrien der beiden Kathoden 11, 12 insbesondere der daran angeschlossenen Targets kommen. Dadurch wird das Kathodenzerstäu- bungs- (Sputter-) Ergebnis der beiden Kathoden unterschiedlich sein, begründet durch ungleiche Stöchiometrie.
Durch das aktive Verschieben des Gleichspannungsanteils eines Wech- selspannungssignals, das an den Plasmaprozess geliefert wird, kann die Symmetrie der Kathoden wieder hergestellt werden. Mit Hilfe einer vorgegebenen Beeinflussung einer Arclöscheinrichtung 4, kann der Mittelwert der Spannungen der Kathoden gegen Erde geregelt werden.
Zusätzlich kann die Wechselspannungserzeugungsvorrichtung 52, 52a gezielt beeinflusst werden, insbesondere können die schaltenden Elemente 72 bis 75 einer Brückenschaltung 70 gezielt beeinflusst werden.
Insbesondere kann die Spannung an einer oder an beiden Kathoden 11, 12, wie in Fig. 10 gezeigt gegen Bezugsmasse 92 gemessen werden, um die Symmetrierung zu überwachen.
Um eine Verschiebung zu erzeugen, würde mit Hilfe der
Arclöscheinrichtung 4 eine Halbwelle an einer Kathode ausgeblendet. Dazu würde nur ein Schalter 81 oder 82 ausgeschaltet. Das kann zum Beispiel für die Dauer einer Halbwelle erfolgen. Das kann aber auch für mehrere Halbwellen erfolgen. Im gezeigten Beispiel erfolgt es im Zeitbereich zwischen den Zeitpunkten 101 und 102. Gleichzeitig kann die Brückenschaltung 70 so gezielt beeinflusst werden, dass für die Halbwelle(n) keine Energie in den Schwingkreis geleitet wird. Dieser Vorgang kann innerhalb von ca. hundert Wellen bis zu einigen zehnmal wiederholt werden. Im Mittelwert über die hundert Wellen könnte so eine Gleichspannungskorrektur von einigen 10 % erreicht werden.
Fig. 13 zeigt Verfahrensschritte zur Ermittlung mehrerer Schwellwert- kurvenpunkte 116 zur Ermittlung einer Schwellwertkurve 3 nach einer weiteren Verfahrensvariante. In einem ersten Verfahrensschritt 110 werden wie in Verfahrensschritt 41 in Fig. 3 von einem ersten Signalverlauf 2 mehrere Auswahlpunkte PI, P2, P3, P4, P5 und P6 ausgewählt. In einem zweiten Verfahrensschritt 111 werden um diese Auswahlpunkte Kreise 114 mit einem ermittelten oder vorgegebenen Betrag gelegt. Der Mittel- punkt des Kreises 114 liegt auf dem jeweiligen Auswahlpunkt. Die Kreise können auch ellipsenförmig sein. In einem dritten Verfahrensschritt 112 wird senkrecht zu der Steigung des ersten Signalverlaufs 2 in einem ersten Auswahlpunkt ein Vektor 115 mit der Länge des Betrags also bis zum Rand des Kreises 114 eingefügt. Die Spitze des Pfeiles bzw. Vektors 115 zeigt nun auf den ermittelten Schwellwertkurvenpunkt 116. Dies wird für alle Auswahlpunkte durchgeführt. Auf diese Weise erhält man für jeden Auswahlpunkt einen Schwellwertkurvenpunkt. Die Schwellwertkurven- punkte werden nun mit einer Interpolation verbunden. Auf diese Weise erhält man die Schwellwertkurve 3.
Fig. 14 zeigt Verfahrensschritte zur Ermittlung einer Abweichung des zweiten Signalverlaufs 6 um mindestens einen Abstand vom ersten Signalverlauf 2, wobei der Abstand einen Mindestzeitdifferenzabstand 23 und einen Mindestsignalamplitudendifferenzabstand 20 aufweist. In einem ersten Verfahrensschritt 120 wird der erste Signalverlauf 2 erfasst. In einem zweiten Verfahrensschritt 121 wird der zweite Signalverlauf 6 erfasst. Für den zweiten Signalverlauf 6 werden mehrere Auswahlpunkte 125a, 125b, 125c, 125d, 125e ausgewählt. Der zeitliche Abstand dieser Punkte ist im vorliegenden Fall äquidistant. Das ist nicht zwingend erforderlich. Es ist auch nicht erforderlich, jeden Sample-Punkt des zweiten Signalverlaufs 6 zu wählen. Jeder zehnte oder jeder hundertste oder jeder tausendste Sample-Punkt kann gewählt werden. Es muss eine gute Balance zwischen hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit der Generierung des Erkennungssignals gefunden werden. In einem dritten Verfahrensschritt 121 wird um jeden Auswahlpunkt 125a, 125b, 125c, 125d, 125e ein geometrischer Körper 126a bis 126e gelegt, der den Mindestzeitdifferenzabstand 23 und einen Mindestsignalamplitudendifferenzabstand 20 repräsentiert. Das kann beispielsweise ein Rechteck oder wie im vorliegenden Fall eine Ellipse sein. Der geometrische Körper 126 weist Abmessungen in Zeitrichtung von zweimal Mindestzeitdifferenzabstand 23 und Abmessungen in Amplitudenrichtung von zweimal Mindestsignalamplitudendifferenzabstand 20 auf. Die Ermittlung einer Abweichung des zweiten Signalverlaufs 6 um mindestens den oben beschriebenen Abstand vom ersten Signalverlauf 2 wird beim Auswahlpunkt 125e erkannt, bei dem der geometrische Körper 126 die Teile des ersten Signalverlaufs 2 nicht mehr einschließt.
Die Abstandsermittlungsvorrichtung, die ausgelegt ist, den Abstand mittels Zusammenführen einer Mindestzeitdifferenz und Mindestsignal- amplitudendifferenz zu ermitteln, kann demnach ausgelegt sein das Zusammenführen mittels vektorieller Addition der Mindestzeitdifferenz und Mindestsignalamplitudendifferenz zu ermitteln.

Claims

Ansprüche
1. Überwachungsvorrichtung (7) zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess, insbesondere zwischen Elektroden (11, 12) einer Kathodenzerstäubungsanordnung ( 13), dem ein Leistungsgenerator (14) mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal (19) des Leistungsgenerators Leistung zuführt, wobei die Überwachungsvorrichtung (7) aufweist:
a. eine Signalerfassungsvorrichtung (8) zum Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs (2) zumindest eines Plasmaversorgungssignals ( 19) innerhalb zumindest eines ersten Zeitintervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals ( 19), b. eine Signalerfassungsvorrichtung (8) zum Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs (6) zumindest eines Plasmaversorgungssignals ( 19) innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals (19) liegt, und c. eine Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung (17) ausgelegt zur Generierung eines Erkennungssignals (5) bei Abweichung des zweiten Signalverlaufs um mindestens einen Abstand vom ersten Signalverlauf, wobei die Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung eine Abstandsermittlungsvorrichtung aufweist, die ausgelegt ist, den Abstand mittels Zusammenführen einer Mindestzeitdifferenz (22) und Mindestsignalamplitudendifferenz (21) zu ermitteln.
2. Überwachungsvorrichtung (7) zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess, insbesondere zwischen Elektroden ( 11, 12) einer Kathodenzerstäubungsanordnung ( 13), dem ein Leistungsgenerator (14) mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal (19) des Leistungsgenerators Leistung zuführt, wobei die Überwachungsvorrichtung (7) aufweist:
a. eine Signalerfassungsvorrichtung (8) zum Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs (2) zumindest eines Plasmaversorgungssig- nals ( 19) innerhalb zumindest eines ersten Zeitintervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals ( 19), b. eine Signalerfassungsvorrichtung (8) zum Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs (6) eines Plasmaversorgungssignals (19) innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals (19) liegt, und
c. eine Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung ( 17), die ausgelegt ist zur Ermittlung einer Schwellwertkurve (3) aus dem ersten Signalverlauf (2) mittels einer Schwellwertkurvenermittlungsvorrich- tung und zur Generierung eines Erkennungssignals beim Erreichen der Schwellwertkurve durch den zweiten Signalverlauf, wobei die Schwellwertkurvenermittlungsvorrichtung ausgelegt ist, zur Ermittlung der Schwellwertkurve sowohl eine Mindestzeitdifferenz (22) als auch eine Mindestsignalamplitudendifferenz (21) zum ersten Signalverlauf hinzuzufügen.
Überwachungsvorrichtung (7) nach Anspruch 1, wobei die Abstands- ermittlungsvorrichtung dergestalt ausgelegt ist, dass der Abstand als minimalen Abstand vom ersten Signalverlauf (2) in Zeitrichtung die Mindestzeitdifferenz (22) aufweist und als minimalen Abstand vom ersten Signalverlauf (2) in Signalamplitudenrichtung die Mindestsig- nalamplitudendifferenz (21) aufweist.
Überwachungsvorrichtung (7) nach Anspruch 2, wobei die Schwell- wertkurvenermittlungsvorrichtung dergestalt ausgelegt ist, dass die Schwellwertkurve (3) als einen minimalen Abstand vom ersten Signalverlauf (2) in Zeitrichtung die Mindestzeitdifferenz (22) aufweist und als einen minimalen Abstand vom ersten Signalverlauf (2) in Signalamplitudenrichtung die Mindestsignalamplitudendifferenz (21) aufweist.
5. Überwachungsvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Überwachungsvorrichtung (7) eine Eingabeschnittstelle aufweist zur Vorgabe der Mindestzeitdifferenz (22) und der Mindestsig- nalamplitudendifferenz (21) oder eine Eingabeschnittstelle aufweist zur Vorgabe eines Betrags zur Ermittlung eines fließenden Abstands.
6. Verfahren zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess, insbesondere zwischen Elektroden einer Kathodenzerstäubungsanordnung (13), dem von einem Leistungsgenerator (14) mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators Leistung zugeführt wird, umfassend die Verfahrensschritte:
a. Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs (2) zumindest eines Plasmaversorgungssignals ( 19) innerhalb zumindest eines ersten Zeitintervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals ( 19),
b. Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs (6) zumindest eines Plasmaversorgungssignals ( 19) innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals ( 19) liegt,
c. Generierung eines Erkennungssignals, wenn der zweite Signalverlauf (6) um mindestens einen Abstand vom ersten Signalverlauf abweicht,
wobei der Abstand eine Mindestzeitdifferenz (22) und eine Mindest- signalamplitudendifferenz (21) aufweist.
7. Verfahren zur Überwachung einer Entladung in einem Plasmaprozess, insbesondere zwischen Elektroden einer Kathodenzerstäubungsanordnung (13), dem von einem Leistungsgenerator (14) mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators Leistung zugeführt wird, umfassend die Verfahrensschritte: a. Erfassen zumindest eines ersten Signalverlaufs (2) eines Plasmaversorgungssignals (19) innerhalb zumindest eines ersten Zeitintervalls innerhalb zumindest einer Periode des Plasmaversorgungssignals (19),
b. Erfassen zumindest eines zweiten Signalverlaufs (6) eines Plasmaversorgungssignals (19) innerhalb zumindest eines zweiten Zeitintervalls, das an der dem ersten Zeitintervall entsprechenden Stelle in zumindest einer weiteren Periode des Plasmaversorgungssignals ( 19) liegt,
c. Ermittlung einer Schwellwertkurve (3) aus dem ersten Signalverlauf (2),
d. Generierung eines Erkennungssignals, wenn der zweite Signalverlauf (6) die Schwellwertkurve (3) erreicht,
wobei die Schwellwertkurve ermittelt wird, indem sowohl eine Mindestzeitdifferenz (22) als auch eine Mindestsignalamplituden- differenz (21) zum ersten Signalverlauf (2) hinzugefügt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Ermittlung des Abstands oder der Schwellwertkurve (3) durch Addition und/oder Subtraktion der Mindestzeitdifferenz (22) und der Min- destsignalamplitudendifferenz (21) zu oder von dem ersten Signalverlauf (2) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Ermittlung des Abstands oder der Schwellwertkurve (3) erfolgt, indem eine Berechnung aus erstem Signalverlauf (2), Mindestzeitdifferenz (22) und Mindestsignalamplitudendifferenz (21) dergestalt durchgeführt wird, dass der Abstand in Zeitrichtung mindestens die Mindestzeitdifferenz (22) beträgt und der Abstand in Signalamplitudenrichtung mindestens die Mindestsignalamplitudendifferenz (21) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Mindestzeitdifferenz (22) und Mindestsignalamplitudendifferenz (21) von einem Benutzer vorgebbar sind. Plasmaprozesssystem (1) mit einem Leistungsgenerator (14), der ausgelegt ist, mit einem sich periodisch verändernden Ausgangssignal des Leistungsgenerators ( 14) einem Plasmaprozess Leistung zuzuführen, wobei das Plasmaprozesssystem (1) eine Überwachungsvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Plasmaprozesssystem (1) nach Anspruch 11, wobei der Leistungsgenerator ( 14) ein freischwingender Mittelfrequenz- (MF-) Generator ist.
Plasmaprozesssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei der Leistungsgenerator (14) eine Brückenschaltung (70) zur Erzeugung einer Wechselspannung aufweist.
Plasmaprozesssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, aufweisend eine Signalerfassungsvorrichtung (8), die geeignet ist, an jeder von zwei Elektroden ( 11, 12) des Plasmaprozesses die Spannung mit je einer Messdatenerfassungsvorrichtung (91, 90) gegenüber Bezugsmasse (92) zu messen.
Überwachungsvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Signalerfassungsvorrichtung (8) einen Analog- Digitalwandler (ADC) aufweist, der eine zeitliche Auflösung größer gleich 10 Megasample / s, insbesondere größer gleich 40 Mega- sample / s, besonders bevorzugt größer gleich 80 Megasample / s und eine Amplitudenauflösung größer gleich 8 bit, insbesondere größer gleich 10 bit, weiter bevorzugt größer gleich 12 bit, besonders bevorzugt gleich 14 bit aufweist.
Überwachungsvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 15, wobei die Erkennungssignalgenerierungsvorrichtung ( 17) in einem programmierbaren Logikbaustein (PLD) untergebracht ist.
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