WO2020011668A1 - Leistungsversorgungseinrichtung und betriebsverfahren hierfür - Google Patents

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WO2020011668A1
WO2020011668A1 PCT/EP2019/068111 EP2019068111W WO2020011668A1 WO 2020011668 A1 WO2020011668 A1 WO 2020011668A1 EP 2019068111 W EP2019068111 W EP 2019068111W WO 2020011668 A1 WO2020011668 A1 WO 2020011668A1
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plasma
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power supply
power
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Christian Bock
Christian Thome
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Definitions

  • Power supply device for generating at least one electrical high-frequency power signal for a plasma, the at least a first plasma state and a second
  • the disclosure also relates to a corresponding method for operating such a method
  • RF radio frequency
  • High-frequency power signal and pulsed direct current (DC) or a pulsed further high-frequency power signal are conventional plasma systems, impedance matching does not work optimally, so that part of the high-frequency power signal is reflected back from the plasma process to the power supply device.
  • Power supply device for generating at least one electrical high-frequency power signal for a plasma, the at least a first plasma state and a second
  • Power supply device is designed to determine a first, in particular two-dimensional or complex, variable which characterizes a power reflected in the first plasma state by the plasma, a second,
  • Plasma reflected power characterizes to form a third variable depending on the first and second variable, and a frequency and / or a power of the To influence high-frequency power signal depending on the third variable.
  • Complex sizes can be in one level in one
  • Coordinate system are shown in which the imaginary part extends perpendicular to the real part.
  • Complex sizes can e.g. also in shape
  • r is the amount of the complex size, ie the length of the resulting vector from the real part and the imaginary part and f is the phase angle between the resulting vector
  • Complex sizes can e.g. the impedance, power or the reflection factor.
  • influencing the frequency of the high-frequency power signal comprises at least temporarily increasing the frequency of the
  • High-frequency power signal and / or at least temporarily reducing the frequency of the high-frequency power signal can be carried out comparatively quickly and accordingly allows in particular efficient control or regulation of the power supply device, in particular in the sense of an impedance matching to the impedance of the plasma.
  • influencing the power of the high-frequency power signal comprises at least temporarily increasing the electrical power of the
  • Operation of the plasma can be characterized and evaluated more precisely by determining the first and second quantity and forming the third quantity as a function thereof. This can also result in an actual load on the power supply device or its components
  • the principle according to the embodiments enables, for example, efficient power control even in those plasma systems in which the plasma has at least two different plasma states.
  • the principle according to the embodiments is also advantageous for such
  • a first plasma state can be characterized, for example, by the plasma being supplied by the power supply device, in particular alone, with the electrical one
  • the electrical high-frequency power signal can be a first
  • the first frequency between about 10 MHz, megahertz, and about 190 MHz, wherein in particular the first frequency has at least about one of the following values: 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40.68 MHz, 60 MHz , 81 MHz, 161 MHz. In other embodiments, other values for the first frequency are also possible.
  • a second plasma state of the plasma can be characterized in that, in addition to the exposure to the high-frequency electrical signal, the plasma first frequency with another signal that a
  • High-frequency signal may be, which may have the same or a different frequency than the first, or the one
  • a change in time between the first plasma state and the second plasma state is predetermined, for example, by a pulse frequency that determines the times at which the plasma
  • the additional signal is (additionally) applied.
  • Has high-frequency signal For an operation of the power supply device according to the embodiments, in particular for a power control, for example with the aim of reducing and / or limiting a power reflected by the plasma, this can advantageously be done efficiently by considering the third variable or using the third variable for influencing the frequency and / or the power of the high-frequency power signal are taken into account.
  • the first variable is an average over time
  • the first variable is a complex impedance or a complex reflection factor of the plasma during the first plasma state. In further preferred embodiments it is provided that the first variable is the time average of the
  • Complex-value power can be calculated from an absolute power and a phase angle. Likewise, a conversion between the ratio of emitted and reflected high-frequency power and the phase angle between the forward and returning high-frequency wave on the one hand and the complex impedance or the complex
  • the second variable is an average over time
  • High frequency power signal and the phase angle between corresponds to forward and returning high-frequency wave during the second plasma state.
  • Impedance matching device in particular a
  • Matching network to which the plasma or to a plasma chamber containing the plasma can be connected, which impedance matching of the electrical load of the plasma
  • Pulsma load for example based on the frequency of the at least one electrical high-frequency power signal.
  • the aforementioned first variable and / or second variable each have a temporal mean value of an instantaneous value of which the plasma and the
  • impedance matching device which represents a complex load impedance for the power supply device
  • reflected power in particular over
  • the power supply device is designed to calculate the third variable as a weighted complex mean of the first variable and the second variable or one from the
  • variables characterizing different plasma states namely the first size and the second size, are made possible, further degrees of freedom being made possible by the weighting mentioned.
  • the power supply device is designed to a) a first assigned to the first variable
  • the power supply device is designed to define a time duration of the first plasma state and / or a
  • first size and / or the second size for example depending on the first size and / or the second size or a size derived from the first size and / or the second size.
  • the power supply device is designed to receive at least one time characteristic of the first plasma state and / or a time characterizing the time period of the second plasma state from an external unit, for example from a further power supply device, which is also used to supply the plasma is designed at least one pulsed high-frequency power signal or a pulsed direct current signal.
  • the power supply device is designed to select the first and second weighting factors such that a ratio of the first and second weighting factors to one another is at least approximately (deviations of up to 10
  • Percent corresponds to a ratio of the first and second time periods to one another, which can also be referred to as “natural weighting”.
  • the power supply device is designed to adapt the third variable as a function of at least one of the
  • Power supply means The electricity or
  • Component of the power supply device for example, by changing at least one of the above-mentioned weighting factors for the formation of the weighted average.
  • embodiments can also directly include the third variable depending on the operating variable and / or the property of at least one component of the
  • Power supply device influenced, in particular changed.
  • the power supply device has at least one of the following elements: a controllable oscillator, for example a voltage-controlled oscillator (VCO), a first controllable amplifier, in particular a driver device, and a second one
  • a controllable oscillator for example a voltage-controlled oscillator (VCO)
  • VCO voltage-controlled oscillator
  • first controllable amplifier in particular a driver device
  • second one a controllable oscillator
  • controllable amplifier in particular power amplifier
  • operation of the controllable oscillator and / or the first controllable amplifier and / or the second controllable amplifier can be influenced as a function of the third variable.
  • controllable amplifier in particular power amplifier
  • operation of the controllable oscillator and / or the first controllable amplifier and / or the second controllable amplifier can be influenced as a function of the third variable.
  • a high-frequency mixer for power control can also be provided in the amplifier.
  • Power supply device is designed to:
  • Output display device one or the instantaneous value of the power reflected by the plasma and / or one of the instantaneous value of the power reflected by the plasma
  • derivable quantity e.g. the first quantity and / or the second quantity
  • the third quantity e.g. the third quantity
  • a reflection factor of the plasma e.g. the first quantity and / or the second quantity
  • the power supply device is designed to control the frequency and / or the power of the
  • High frequency power signal depending on the third variable to regulate. This enables efficient frequency and / or power control of the high-frequency power signal, which advantageously different plasma states
  • Power supply device designed to determine a fourth variable, which is an absolute at the plasma
  • Power supply device designed to regulate the frequency and / or the power of the high-frequency power signal as a function of the third variable and the fourth variable mentioned.
  • the third variable in particular can be used for power control (and / or frequency control).
  • High-frequency power signal for a plasma which has at least a first plasma state and a second plasma state
  • the power supply device determining a first variable which characterizes a power reflected in the first plasma state, a second variable which determines one in the second plasma state of the Characterizes plasma reflected power, forms a third variable depending on the first and second variable, and a frequency and / or a power of the
  • High-frequency power signal influenced depending on the third variable.
  • the first variable is an average over time
  • the second variable is an average over time
  • the power supply device determines the third variable as a weighted average or one from the weighted
  • Average derived size of the first size and the second size determined.
  • the power supply device a) has a first weighting factor assigned to the first variable as a function of at least one time period of the first plasma state
  • the power supply device selects the first and second weighting factors such that a ratio of the first and second weighting factors to one another corresponds at least approximately to a ratio of the first and second time periods to one another.
  • Power supply device b) property, in particular current carrying capacity and / or voltage carrying capacity, of at least one component of the power supply device.
  • the power supply device has at least one of the following elements: a controllable oscillator, a first controllable amplifier, a second controllable amplifier, in particular power amplifier, the
  • Power supply device influences the operation of the controllable oscillator and / or the first controllable amplifier and / or the second controllable amplifier as a function of the third variable.
  • Power supply device outputs at least one of the following variables via the display device: one or the instantaneous value of the power reflected by the plasma
  • reflected power derivable size the third size, a reflection factor of the plasma and / or one of those
  • the power supply device regulates the frequency and / or the power of the high-frequency power signal as a function of the third variable.
  • the power supply device controls the frequency and / or the power of the high-frequency power signal as a function of the third variable and a fourth variable, the fourth variable characterizing an absolute power reflected on the plasma.
  • High-frequency power signal is determined as a linear combination of the third variable and the fourth variable.
  • a value Prr for controlling the power of the high-frequency power signal can be determined according to the following equation as a linear combination of the third variable G3 and the fourth variable G4:
  • Prr kl * G3 + k2 * G4, where kl is a coefficient assigned to the third variable G3 and k2 is a coefficient assigned to the fourth variable G4, and where the
  • Impedance matching device especially one
  • Impedance matching device is executed at least depending on the third variable.
  • Figure 1 schematically shows a simplified block diagram of a
  • Figure 2 schematically shows a simplified block diagram of a
  • Figure 6 is a state diagram according to another
  • Figure 7 schematically shows a configuration of a
  • Figure 10A schematically shows a time course of
  • Figure 10B schematically shows a simplified block diagram of the
  • FIG. 11A schematically shows a simplified flow diagram of a
  • FIG. 11B schematically shows a simplified flow diagram of a
  • FIG. 1 schematically shows a simplified block diagram of a power supply device 100 according to one
  • Embodiment in a target system 10 which in the present case is a plasma system 10 with a plasma chamber PC and a plasma P that can be generated therein.
  • the plasma P can be used for material processing, e.g. to the
  • Power supply device 100 a high-frequency power signal LS, which has a first frequency that is, for example, between about 10 MHz, megahertz, and about 190 MHz, the first frequency in particular having at least about one of the following values: 13.56 MHz, 27.12 MHz , 40.68 MHz, 60 MHz, 81 MHz, 161 MHz. In other embodiments, other values for the first frequency are also possible.
  • the high-frequency power signal LS can be fed to the plasma chamber PC and thus to the plasma P via a corresponding high-frequency line 20. Optionally, you can choose between the
  • Power supply device 100 and the plasma chamber PC an impedance matching device 200, e.g. on
  • Adaptation network be arranged, the one
  • Impedance matching of the impedance of the plasma P preferably causes such that an electrical power reflected by the plasma P in the direction of the power supply device 100 is reduced or reduced, in particular at the first frequency. If available, forms the optional
  • electrical load for power supply device 100 which represents an impedance Z L , in particular time-varying and complex value.
  • High-frequency power signal LS corresponds, is also shown in Figure 1, also one from the plasma P to the
  • Power supply device 100 corresponds to reflected electrical power.
  • Power supply device 300 may be provided for at least temporarily applying the plasma P.
  • Power supply device 300 generates, for example, a pulsed DC voltage or a pulsed DC current, cf. the further signal LS ', with which the plasma P - in addition to the high-frequency power signal LS - can be supplied.
  • a pulsed DC voltage or a pulsed DC current cf.
  • the further signal LS ' with which the plasma P - in addition to the high-frequency power signal LS - can be supplied.
  • the plasma P is acted upon from the first time t1 to the second time t2 with a direct current signal LS 'in addition to the high-frequency power signal LS, as a result of which a first pulse duration Tl is defined.
  • a first pulse duration Tl is defined.
  • the plasma P is only supplied with the high-frequency power signal LS, and from the third point in time t3 the plasma P is additionally subjected to the pulsed direct current signal LS ', and so on.
  • a pulse pause T2 thus corresponds to the time difference between the third time t3 and the second time t2.
  • the plasma P (FIG. 1) therefore alternately takes a first plasma state, identified by the number “1” in FIG. 4A, and a second one
  • Plasma state characterized by the number “2”, the sequence mentioned being repeated periodically in the present example.
  • FIG. 6 shows an example of a state diagram in which the first plasma state is designated by the reference symbol S1 and the second plasma state by the reference symbol S2.
  • a first state transition stl2 from the first plasma state S1 to the second plasma state S2 occurs, for example, at the second time t2 according to FIG. 4A, and a second
  • State transition st21 from the second plasma state S2 to the first plasma state S1 occurs, for example, at the third time t3 according to FIG. 4A. Further plasma states S3 are also possible in further embodiments.
  • the power supply device 100 (FIG. 1) is designed to determine a first variable which is different from the plasma P in the first plasma state S1 (FIG. 6)
  • characterized reflected power to determine a second variable that characterizes a power reflected in the second plasma state S2 by the plasma P, to form a third variable as a function of the first and second variable, and a frequency and / or a power of the
  • High-frequency power signal LS (Fig. 1) to influence depending on the third variable.
  • the principle according to the embodiments advantageously enables the plurality of plasma states S1, S2 to be taken into account, as a result of which the problems known from the prior art with regard to impedance matching of the
  • Power supply device 100 to the plasma can be reduced or avoided.
  • FIG. 2 schematically shows a simplified block diagram of a further preferred embodiment 100a.
  • the power supply device 100 according to FIG. 1 can have the configuration shown in FIG. 2 - or at least parts thereof.
  • the in Figure 2
  • the illustrated power supply device 100a has a preferably controllable oscillator, for example
  • VCO voltage controlled oscillator 110
  • a first preferably controllable
  • Amplifier 120 in particular a driver device, and a second controllable amplifier 130, in particular a power amplifier.
  • the controllable oscillator 110 generates a first signal sl, in particular a high-frequency signal, of a predeterminable first frequency, for example with a frequency of about 13.56 MHz. Via the control signal RI
  • Control unit 102 of power supply device 100a influence the first frequency, so that frequency tuning (setting the frequency) in particular also during the
  • the driver device 120 amplifies the first signal sl and outputs a correspondingly amplified second signal s2, which is further amplified by the power amplifier 130, as a result of which the high-frequency power signal LSI, which in preferred embodiments is shown in FIG.
  • High-frequency power signal LSI have an electrical power in the range up to several kilowatts, kW, at the first frequency. If the driver device 120 is controllable
  • Signal amplification can be controlled, for example, by the control unit 102 via the control signal R2.
  • an impedance matching device 200 see FIG. 1, is provided, this can also be controlled by the control unit 102 in further preferred embodiments, compare the control signal R4.
  • a directional coupler 140 which in the present case provides signals A1 that the incoming
  • V sample a voltage / Current coupling
  • the signals A1 can be provided from this
  • the control unit 102 can advantageously determine the signals A1 from the above-mentioned first variable G1 and / or the second variable G2 and / or the third variable G3, preferably all three variables G1, G2, G3
  • a first function block FBI determines the first variable Gl and the second variable G2 as a function of the signals A1.
  • a second function block FB2 determines the third variable G3 as a function of the first and second variables G1, G2.
  • the control unit 102 (FIG. 2) can then advantageously influence a frequency and / or a power of the high-frequency power signal LSI as a function of the third variable G3, for example in the sense of regulating, in particular reducing and / or limiting, the electrical power reflected by the plasma P. ,
  • influencing the frequency of the high frequency power signal includes LS, LSI
  • High-frequency power signal and / or at least temporarily reducing the frequency of the high-frequency power signal can be carried out comparatively quickly and accordingly allows, in particular, efficient control or regulation of the power supply device 100a, in particular in the sense of an impedance matching to the impedance of the plasma P.
  • this includes
  • Influencing the power of the high-frequency power signal LSI at least temporarily increasing the electrical power of the high-frequency power signal LSI and / or at least temporarily reducing the electrical power of the high-frequency power signal LSI. This is also an efficient control or regulation of the
  • Power supply device 100a enables.
  • An operation of the plasma P (FIG. 1) can be characterized and evaluated more precisely by determining the first and second variables G1, G2 and forming the third variable G3 as a function thereof. This can also be a
  • the principle according to the embodiments enables, for example, efficient power control even in those plasma systems in which the plasma P has at least two different plasma states S1, S2 (FIG. 6).
  • the principle according to the embodiments can advantageously also be applied to those plasma systems in which the plasma P has more than two different plasma states S1, S2, S3 (FIG. 6) or alternates between these different plasma states.
  • Embodiments in particular for a power control, for example with the aim of reducing and / or
  • High-frequency power signal LS, LSI are taken into account.
  • FIG. 5A shows an example of a Smith diagram of an impedance plane, in which a first impedance ZS1 is shown, which corresponds to the impedance of the plasma P (FIG. 1) in the first plasma state S1, also compare the reference symbol 1 according to FIG. 4A. Also shown in FIG. 5A is a second impedance ZS2, which compares the impedance of the plasma P in the second plasma state S2
  • Impedance matching does not have the required dynamics.
  • a power control of the power supply device 100, 100a can be provided to a setpoint, which in
  • the first variable Gl has a temporal mean value of an instantaneous value of the power reflected by the plasma P, in particular over at least one period of the
  • Plasma state is S1.
  • the first variable Gl is the temporal average of the instantaneous value of the power reflected by the plasma P, in particular over at least one period of the
  • Plasma state corresponds to S1.
  • the second variable G2 is an average over time of an instantaneous value of the power reflected by the plasma P, in particular over at least one period of the
  • the second variable G2 is an impedance or a Reflection factor of the plasma P during the second
  • Plasma state is S2.
  • the second variable G2 is the time average of the
  • Plasma state corresponds to S2.
  • the power supply device 100a (FIG. 2) or its control unit 102 is designed to determine the third variable G3 as a weighted average of the first variable G1 and the second variable G2. This calculation can be carried out, for example, by the second function block FB2 according to FIG. 3A. This is advantageously an efficient one
  • the third size G3 corresponds to i.w. a complex impedance averaged over the different plasma states S1, S2.
  • FIG. 3B schematically shows a simplified block diagram, from which it can be seen that the first variable G1 is multiplied by a first weighting factor a1 and the second variable G2 by a second weighting factor a2, the third function block FB3 being used as a function of the products obtained in this way Size G3 as
  • the power supply device 100, 100a a) a first weighting factor al (FIG. 3B) assigned to the first variable G1 as a function
  • Weighting factor a2 depending on at least one
  • the power supply device 100, 100a is designed to determine a time period TI of the first plasma state S1 and / or a time period T2 of the second plasma state S2, for example as a function of the first variable Gl and / or the second variable G2 or a respective size derived from the first size Gl and / or the second size G2.
  • the power supply device 100, 100a is designed to at least one time period of the first plasma state S1 and / or one time period of the second
  • the power supply device 100, 100a is designed to select the first and second weighting factors a1, a2 such that a ratio of the first and second weighting factors to one another is at least approximately (deviations of up to 10 percent are conceivable ) a ratio of corresponds to the first and second time period to one another, which can also be referred to as "natural weighting".
  • the power supply device 100, 100a is designed to influence the third variable G3 (FIG. 3A) as a function of at least one of the following elements: a) operating variable, in particular temperature and / or operating time of at least one component 110 , 120, 130 (Fig. 2) of
  • Voltage capacity at least one component 110, 120, 130 of the power supply device 100a depending on the complex reflected power.
  • the third variable G3 can alternatively or additionally also be a function of the operating variable and / or the property of at least one
  • Components 110, 120, 130 of the power supply device 100a are influenced, in particular changed.
  • Power supply device for forming the third variable G3 are included, as a result of which an influencing of the frequency and / or the power of the High-frequency power signal, in particular in the sense of a power control, further particularly in the sense of a
  • the power supply device 100a has at least one display device 104, the
  • Power supply device 100a is designed to transmit at least one of the following variables
  • Output display device 104 a or the instantaneous value of the power reflected by the plasma and / or a variable that can be derived from the instantaneous value of the power reflected by the plasma, the third variable, a reflection factor of the plasma and / or a variable that can be derived from the reflection factor of the plasma ,
  • the configuration according to FIG. 2 four values by means of the four are exemplary
  • Display units 104a, 104b, 104c, 104d can be displayed. Alternatively or in addition to a display of numerical or
  • a graphical display is also conceivable for alphanumeric values, for example the representation of a Smith chart with values drawn therein, for example for an impedance or a reflection factor and the like, similar to FIG. 5A.
  • the plasma is acted upon periodically simultaneously with the two signals LS, LS 'in the time intervals (t4, t5), (t6, t7), etc., as a result of which overall a single plasma state and a corresponding impedance value ZS1 (FIG. 5B) results.
  • the — in the present case pulsed — high-frequency power signal LS is a non-vanishing first time offset DT1 with respect to the pulsed
  • DC signal LSI 'shifted which in turn results in two different plasma states, identified in FIG. 4C by the numbers “1”, “2”, which correspond to the two impedance values ZS1, ZS2 shown in FIG. 5C.
  • the third plasma state is designated by the reference symbol S3 in the state diagram according to FIG. 6, as are corresponding state transitions st23, st31 from the second plasma state S2 or to the first plasma state S1.
  • control unit 102 has, for example, at least the configuration 1000 shown in FIG. 7.
  • the configuration 1000 has a computing device 1010, e.g. a microcontroller and / or microprocessor
  • DSP digital signal processor
  • FPGA programmable logic module
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • At least one of the computer programs PRG1, PRG2 can be used to control an operation of the
  • Power supply device 100, 100a in particular for executing the method according to the embodiments, may be provided.
  • the memory device 1020 may preferably be volatile memory 1022 such as e.g. have a working memory (“RAM”) and / or a non-volatile memory 1024 (e.g. read-only memory (“ROM”) and / or EEPROM, in particular flash EEPROM or the like).
  • RAM working memory
  • ROM read-only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • the configuration 1000 can have a peripheral device 1030 which has at least one signal processing device 1032 which is at least partially implemented in hardware (analog filter device is also possible) and / or ADC
  • Control unit 102 is designed to determine the first variable Eq and / or second size G2 and / or the third size G3 to an external display device (not shown) and / or a machine-readable interface (not shown), in particular for distinguishable representation and / or processing of the first size and / or the second size and / or the third size, to convey what is exemplary about the
  • Data interface 1036 can be done.
  • Reference numeral 1040 in FIG. 7 denotes an optional display device for outputting one or more values.
  • the display device 1040 can preferably have one or more display units 1042, 1044, 1046, 1048, each of which outputs or displays numerical values or
  • FIG. 8 schematically shows a simplified block diagram of a further embodiment.
  • the configuration shown can be used to advantage, complex value
  • the first variable G1, the second variable G2 and the third variable G3 can be determined from this.
  • the directional coupler 140 is shown as well as part of the
  • the signals A1 are provided by means of the directional coupler 140, that characterize the incoming voltage wave Ui and the returning voltage wave Ur.
  • the signal slO is provided by means of the directional coupler 140, that characterize the incoming voltage wave Ui and the returning voltage wave Ur.
  • the signals sl0, s20 are each bandpass filtering or, as shown by way of example, lowpass filtering by means of the filter units fl, f2,
  • Analog / digital converters ADC are time-discrete digital
  • Downconversion whereby the complex signals sl3, s23 are obtained.
  • a further low-pass filtering can be provided by means of the filter units f3, f4 (e.g. half-band filter), whereby the complex signals sl4, s24 are obtained.
  • Signal processing according to FIG. 8 can be carried out, for example, by the control unit 102, e.g. through her
  • Digital signals sl2, s22, sl3, s23, sl4, s24 can also be used, for example, in other embodiments
  • Computing unit 1010 can be processed by means of corresponding computer programs PRG1, PRG2. The same applies to the function blocks FBI, FB2, FB3 according to FIGS. 3A, 3B.
  • One or more of the following variables can advantageously be determined from the complex-valued baseband signals sl4, s24, for example by the function block FB5 according to FIG. 9 are: a power ("forward power") Pi delivered by the power supply device 100 to the plasma P, a power Pr reflected by the plasma P, an average reflected power Prm, a phase angle cp between the incoming and the returning Stress wave, a, especially complex,
  • Reflection factor G and optionally further variables that can be derived from the signals sl4, s24, such as, for example, the first variable Gl and / or the second variable G2 and / or the third variable G3.
  • the further blocks m3, m4 are optional and can be used in some embodiments for preprocessing the signals sl4, s24 before the block FB5. In further preferred embodiments, the blocks m3, m4 can also be omitted.
  • Function block FB5 for example, also as a squarer designed as a hardware circuit, one or more CORDIC (COordinate Rotation Digital Computer) calculation units for the efficient calculation of trigonometric functions, in particular for determining the phase angle cp, and
  • CORDIC Coordinat Rotation Digital Computer
  • FIG. 10A schematically shows a time course of
  • a pulsed DC voltage LS ' is shown as well as a time course of the incoming voltage wave Ui
  • FIG. 10B schematically shows a simplified block diagram of a configuration for processing signals that occur in the operating situation according to FIG. 10A. Shown on the left in FIG. 10B are the complex-valued baseband signals sl4, s24, as are, for example, those in FIG. 8
  • FIG. 9 Also shown are three function blocks FB6a, FB6b, FB6c, each of which, for example, is at least essentially the one described above with reference to FIG. 9
  • the switches SW1, SW2 can be used to supply the complex signals sl4, s24 - controlled depending on a respective measurement phase m A or m B - to different filter units f5, f6, f7, f8, which preferably filter the signals supplied to them one or more pulse durations
  • Function blocks FB6a, FB6b, FB6c fed which determine one or more of the variables Pi, Pr, Prm, f, G described above with reference to FIG.
  • the function block FB6a determines one or more of the variables Pi, Pr, Prm, f, G for the first measurement phase m A
  • the function block FB6c determines one or more of the variables Pi, Pr, Prm, f, G for the second measurement phase m B
  • Function block FB6b one or more of the quantities Pi, Pr, Prm, f, G as quantities weighted over both measurement phases m A , m B.
  • the weighting logic GL applies a first weighting factor k for the first measurement phase and a second weighting factor (1-k) for the second measurement phase.
  • the first variable G1 for example by means of the function block FB6a, and / or the second variable G2, for example by means of the
  • the coefficients k, (1-k) correspond e.g. with the weighting factors al, a2 according to FIG. 3B.
  • FIG. 11A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to an embodiment.
  • the power supply device 100, 100a or its control unit 102 determines the first variable Gl (FIG. 3A), in step 410 it determines
  • Control unit 102 the second size G2 (Fig. 3A), in
  • Step 420 determines the power supply device 100, 100a or its control unit 102 the third variable G3 as a function of the first variable G1 and the second variable G2. Then, in step 430, the
  • Control unit 102 a frequency and / or a power of the high-frequency power signal LS, LSI. This can be done at
  • Control signals RI, R2, R3, R4 are used, but preferably at least one of the control signals RI, R2, R3, because these control signals are comparatively fast
  • FIG. 11B schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a further embodiment. Steps 400, 410, 420 correspond to the method according to FIG 11A. In step 422, the
  • Control unit 102 a fourth variable G4, which characterizes an absolute power reflected on the plasma P.
  • the power supply device 100, 100a or its control unit 102 regulates the frequency and / or the power of the high-frequency power signal LS, LSI in
  • FIG. 3C schematically shows a simplified block diagram from which it can be seen that a functional unit FB4 receives the third variable G3 and the fourth variable G4 as input variables and as a function thereof determines a value Prr for a power control for the high-frequency line signal LS, LSI.
  • the value Prr for the power control is determined as a linear combination of the third variable G3 and the fourth variable G4.
  • High frequency power signal LS, LSI according to the following
  • the coefficient k1 can be selected to be approximately 0.6, and the coefficient k2 can be selected to be approximately 0.4.
  • control unit 102 may
  • Power regulation higher reflected powers may be permissible than in plasma systems with only one (stationary) plasma state. This can be done by the principle according to the
  • Embodiments are advantageously taken into account in the form of the third variable G3. Therefore, at preferred
  • Embodiments in particular the third variable G3 can be used for power control (and / or frequency control), possibly in combination with the fourth variable already described above.
  • Impedance matching device 200 (FIG. 1), in particular a matching network, the regulation of the
  • Impedance matching device 200 is executed at least depending on the third variable G3. In other words, it can the method according to the embodiments in addition to influencing the frequency and / or power of the
  • High-frequency power signal LS, LSI for example by virtue of the control signals RI, R2, R3, can also advantageously be used, for example by means of the control signal R4, to control or regulate an impedance matching device 200 that may be present.

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Abstract

Leistungsversorgungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines elektrischen Hochfrequenzleistungssignals für ein Plasma, das wenigstens einen ersten Plasmazustand und einen zweiten Plasmazustand aufweist, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln, die eine in dem ersten Plasmazustand von dem Plasma reflektierte Leistung charakterisiert, eine zweite Größe zu ermitteln, die eine in dem zweiten Plasmazustand von dem Plasma reflektierte Leistung charakterisiert, eine dritte Größe in Abhängigkeit der ersten und zweiten Größe zu bilden, und eine Frequenz und/oder eine Leistung des Hochfrequenzleistungssignals in Abhängigkeit der dritten Größe zu beeinflussen.

Description

Titel: Leistungsversorgungseinrichtung und
Betriebsverfahren hierfür
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Offenbarung bezieht sich auf eine
Leistungsversorgungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines elektrischen Hochfrequenzleistungssignals für ein Plasma, das wenigstens einen ersten Plasmazustand und einen zweiten
Plasmazustand aufweist.
Die Offenbarung bezieht sich ferner auf ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer derartigen
LeistungsVersorgungseinrichtung .
Stand der Technik Es ist bekannt, konventionelle Plasmasysteme, wie sie beispielsweise für Ätzprozesse in der Halbleiterherstellung verwendbar sind, so zu betreiben, insbesondere mittels
wenigstens einer Leistungsversorgungseinrichtung so mit
Hochfrequenzenergie zu versorgen, dass sich wenigstens zwei verschiedene Plasmazustände einstellen. Beispielsweise werden manche Hochfrequenz (HF) -Plasmaprozesse zwischen zwei oder noch mehr Zuständen hin- und hergeschaltet, z.B. durch
gleichzeitiges Anlegen des wenigstens einen
Hochfrequenzleistungssignals und von gepulstem Gleichstrom (DC) oder einem gepulsten weiteren Hochfrequenzleistungs signal. Bei diesen konventionellen Plasmasystemen arbeitet eine Impedanzanpassung nicht optimal, so dass ein Teil des Hochfrequenzleistungssignals vom Plasmaprozess zurück zur Leistungsversorgungseinrichtung reflektiert wird.
Beschreibung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine
Leistungsversorgungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines elektrischen Hochfrequenzleistungssignals für ein Plasma, das wenigstens einen ersten Plasmazustand und einen zweiten
Plasmazustand aufweist, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine erste, insbesondere zweidimensionale oder komplexe, Größe zu ermitteln, die eine in dem ersten Plasmazustand von dem Plasma reflektierte Leistung charakterisiert, eine zweite,
insbesondere zweidimensionale oder komplexe, Größe zu
ermitteln, die eine in dem zweiten Plasmazustand von dem
Plasma reflektierte Leistung charakterisiert, eine dritte Größe in Abhängigkeit der ersten und zweiten Größe zu bilden, und eine Frequenz und/oder eine Leistung des Hochfrequenzleistungssignals in Abhängigkeit der dritten Größe zu beeinflussen.
Mit komplexen Größen werden hier Größen verstanden, die in Erweiterung des linearen Wertebereichs mit ausschließlich reellen Größen auf den zweidimensionalen Werteberich mit komplexen Größen definiert sind. Diese Erweiterung erfolgt durch Einführung der imaginären Zahl j mit der Eigenschaft j2 = -1. Komplexe Größen können z.B. in der Form z = a + b * j dargestellt werden, wobei a und b reelle Größen sind und j die imaginäre Einheit ist. „a" wird der Realteil der komplexen Größe genannt und „b" der Imaginärteil der komplexen Größe. Komplexe Größen können in einer Ebene in einem
Koordinatensystem dargestellt werden, in der der Imaginärteil senkrecht zum Realteil erstreckt. Komplexe Größen können z.B. auch in der Form
z= r * e dargestellt werden. Dabei gilt zwischen a, b, r und f die folgende Beziehung:
a = r * cos f und b = r * sin cp,
wobei r der Betrag der komplexen Größe, also die Länge des resultierenden Vektors aus Realteil und Imaginärteil ist und f der Phasenwinkel zwischen dem resultierenden Vektor aus
Realteil und Imaginärteil gegenüber der Realteilachse ist.
Komplexe Größen können z.B. die Impedanz, Leistung oder der Reflexionsfaktor sein.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft die Berücksichtigung der mehreren Plasmazustände, wodurch die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme hinsichtlich einer Impedanzanpassung der Leistungsversorgungseinrichtung an das Plasma vermindert bzw. vermieden werden können. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Beeinflussen der Frequenz des Hochfrequenzleistungssignals ein zumindest zeitweises Erhöhen der Frequenz des
Hochfrequenzleistungssignals und/oder ein zumindest zeitweises Verringern der Frequenz des Hochfrequenzleistungssignals. Eine derartige Frequenzänderung des Hochfrequenzleistungssignals kann vergleichsweise schnell ausgeführt werden und erlaubt demnach insbesondere eine effiziente Steuerung bzw. Regelung der Leistungsversorgungseinrichtung, insbesondere im Sinne einer Impedanzanpassung an die Impedanz des Plasmas.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Beeinflussen der Leistung des Hochfrequenzleistungssignals ein zumindest zeitweises Erhöhen der elektrischen Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals und/oder ein zumindest zeitweises Verringern der elektrischen Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals. Hierdurch ist ebenfalls eine effiziente Steuerung bzw. Regelung der
Leistungsversorgungseinrichtung ermöglicht .
Durch die Ermittlung der ersten und zweiten Größe und die Bildung der dritten Größe in Abhängigkeit hiervon kann ein Betrieb des Plasmas präziser charakterisiert und ausgewertet werden. Ferner kann hierdurch eine tatsächliche Belastung der Leistungsversorgungseinrichtung bzw. ihrer Komponenten
präziser ermittelt und/oder beeinflusst werden als bei
konventionellen Systemen. Das erhöht auch ganz erheblich die Sicherheit und Zuverlässigkeit solcher Plasmasysteme z.B. vor Ausfall und Zerstörung. Dabei ist wichtig zu berücksichtigen, dass zum einen die Plasmasysteme selbst sehr aufwändig und teuer sind, und dies in ständig steigendem Maße. So rechnet man alle 1 bis 2 Jahre mit einer Verdopplung der Komplexität in der Halbleiterherstellung, was noch schneller ansteigende Preise in den Herstellungsanlagen verursacht. Zudem ist ein Ausfall der Anlagen auch sehr teuer, da durch die ständig anwachsende Komplexität immer mehr Bausteine auf einem Wafer vorgesehen werden. Bei einem Ausfall oder einer Fehlmessung können ganze Wafer zerstört werden. In zunehmenden Maße ist dies nicht nur unerwünscht, sondern muss mit einer ständig wachsenden Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden.
Insgesamt ermöglicht das Prinzip gemäß den Ausführungsformen beispielsweise eine effiziente Leistungsregelung auch bei solchen Plasmasystemen, bei denen das Plasma wenigstens zwei verschiedene Plasmazustände aufweist. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ist vorteilhaft auch auf solche
Plasmasysteme anwendbar, bei denen das Plasma mehr als zwei verschiedene Plasmazustände aufweist bzw. zwischen diesen verschiedenen Plasmazuständen wechselt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann ein erster Plasmazustand beispielsweise dadurch charakterisiert sein, dass das Plasma durch die Leistungsversorgungseinrichtung, insbesondere allein, mit dem elektrischen
Hochfrequenzleistungssignal versorgt wird. Beispielhaft kann das elektrische Hochfrequenzleistungssignal eine erste
Frequenz aufweisen, wobei die erste Frequenz zwischen etwa 10 MHz, Megahertz, und etwa 190 MHz beträgt, wobei insbesondere die erste Frequenz zumindest etwa einen der folgenden Werte aufweist: 13,56 MHz, 27,12 MHz, 40,68 MHz, 60 MHz, 81 MHz, 161 MHz. Bei weiteren Ausführungsformen sind auch andere Werte für die erste Frequenz möglich.
Demgegenüber kann ein zweiter Plasmazustand des Plasmas dadurch charakterisiert sein, dass das Plasma zusätzlich zu der Beaufschlagung mit dem elektrischen Hochfrequenzsignal der ersten Frequenz mit einem weiteren Signal, das ein
Hochfrequenzsignal sein kann, das dieselbe oder eine andere als die erste Frequenz aufweisen kann, oder das ein
Gleichstromsignal sein kann, beaufschlagt wird. Ein zeitlicher Wechsel zwischen dem ersten Plasmazustand und dem zweiten Plasmazustand ist beispielsweise durch eine Pulsfrequenz vorgegeben, die bestimmt, zu welchen Zeiten das Plasma
(zusätzlich) mit dem weiteren Signal beaufschlagt wird.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass das Plasma in den unterschiedlichen Plasmazuständen üblicherweise jeweils eine unterschiedliche Impedanz für das erste
Hochfrequenzsignal aufweist. Dies kann für einen Betrieb der Leistungsversorgungseinrichtung gemäß den Ausführungsformen, insbesondere für eine Leistungsregelung, beispielsweise mit dem Ziel einer Reduzierung und/oder Begrenzung einer von dem Plasma reflektierten Leistung, vorteilhaft effizient durch die Betrachtung der dritten Größe bzw. der Verwendung der dritten Größe zur Beeinflussung der Frequenz und/oder der Leistung des Hochfrequenzleistungssignals berücksichtigt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe einen zeitlichen Mittelwert eines
Momentanwerts der von dem Plasma reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals, sowie den Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des ersten Plasmazustands charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe eine komplexe Impedanz oder ein komplexer Reflexionsfaktor des Plasmas während des ersten Plasmazustands ist . Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe dem zeitlichen Mittelwert des
Momentanwerts der von dem Plasma reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals, sowie dem Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des ersten Plasmazustands entspricht.
Die Berechnung einer komplexwertigen Leistung kann aus einer absoluten Leistung und einem Phasenwinkel erfolgen. Ebenso kann eine Umrechnung zwischen dem Verhältnis von ausgesendeter und reflektierter Hochfrequenzleistung sowie dem Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle einerseits und der komplexen Impedanz oder auch dem komplexen
Reflexionsfaktor andererseits erfolgen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die zweite Größe einen zeitlichen Mittelwert eines
Momentanwerts der von dem Plasma reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals, sowie den Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des zweiten Plasmazustands charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die zweite Größe eine komplexe Impedanz oder ein
komplexer Reflexionsfaktor des Plasmas während des zweiten Plasmazustands ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die zweite Größe dem zeitlichen Mittelwert des
Momentanwerts der von dem Plasma reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals, sowie dem Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des zweiten Plasmazustands entspricht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die
Leistungsversorgungseinrichtung auch über eine
Impedanzanpassungsvorrichtung, insbesondere ein
Anpassungsnetzwerk („Matchbox"), mit dem Plasma bzw. mit einer das Plasma enthaltenden Plasmakammer verbunden sein, die eine Impedanzanpassung der elektrischen Last des Plasmas
(„Plasmalast") beispielsweise bezogen auf die Frequenz des wenigstens einen elektrischen Hochfrequenzleistungssignals ermöglicht .
Sofern eine derartige Impedanzanpassungsvorrichtung vorgesehen ist, kann bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen
vorgesehen sein, dass die vorstehend genannte erste Größe und/oder zweite Größe jeweils einen zeitlichen Mittelwert eines Momentanwerts der von dem das Plasma und die
Impedanzanpassungsvorrichtung umfassenden System (das eine komplexe Lastimpedanz für die Leistungsversorgungseinrichtung darstellt) reflektierten Leistung, insbesondere über
wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals, sowie dem Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des ersten bzw. zweiten Plasmazustands charakterisiert. Mit anderen
Worten kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen zwischen der Leistungsversorgungseinrichtung und dem Plasma eine Impedanzanpassungsvorrichtung vorgesehen ist, anstelle der komplexen Impedanz des Plasmas die resultierende komplexe Impedanz des Systems umfassend das Plasma und die Impedanzanpassungsvorrichtung bzw. eine diese resultierende komplexe Impedanz charakterisierende Größe betrachtet werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen gilt dies entsprechend für eine Hochfrequenzleitung, die die
Plasmakammer und/oder die Impedanzanpassungsvorrichtung und/oder die Leistungsversorgungseinrichtung miteinander verbindet, und die insbesondere eine Impedanztransformation ausführt, was nachfolgend jedoch nicht betrachtet wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die dritte Größe als gewichteten komplexen Mittelwert der ersten Größe und der zweiten Größe oder eine aus dem
gewichteten komplexen Mittelwert abgeleitete Größe wie
beispielsweise den Betrag oder das Betragsquadrat des
gewichteten komplexen Mittelwerts zu ermitteln. Dadurch ist vorteilhaft eine effiziente Berücksichtigung von die
unterschiedlichen Plasmazustände charakterisierenden Größen, nämlich der ersten Größe und der zweiten Größe, ermöglicht, wobei weitere Freiheitsgrade durch die genannte Gewichtung ermöglicht sind.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, a) einen der ersten Größe zugeordneten ersten
Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer des ersten Plasmazustands zu ermitteln, und/oder b) einen der zweiten Größe zugeordneten zweiten Gewichtungsfaktor in
Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer des zweiten
Plasmazustands zu ermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer des ersten Plasmazustands und/oder eine
Zeitdauer des zweiten Plasmazustands zu ermitteln,
beispielsweise in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe oder einer von der ersten Größe und/oder der zweiten Größe abgeleiteten Größe.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Zeitdauer des ersten Plasmazustands und/oder eine Zeitdauer des zweiten Plasmazustands charakterisierende Größe von einer externen Einheit zu empfangen, beispielsweise von einer weiteren Leistungsversorgungseinrichtung, welche ebenfalls zur Versorgung des Plasmas mit wenigstens einem gepulsten Hochfrequenzleistungssignal oder einem gepulsten Gleichstromsignal ausgelegt ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, den ersten und zweiten Gewichtungsfaktor so zu wählen, dass ein Verhältnis des ersten und zweiten Gewichtungsfaktors zueinander zumindest in etwa (Abweichungen von bis zu 10
Prozent sind denkbar) einem Verhältnis der ersten und zweiten Zeitdauer zueinander entspricht, was auch als „natürliche Gewichtung" bezeichnet werden kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die dritte Größe in Abhängigkeit wenigstens eines der
folgenden Elemente zu beeinflussen: a) Betriebsgröße,
insbesondere Temperatur und/oder Betriebsdauer wenigstens einer Komponente der Leistungsversorgungseinrichtung, b)
Eigenschaft, insbesondere Strombelastbarkeit und/oder
Spannungsbelastbarkeit, wenigstens einer Komponente der
Leistungsversorgungseinrichtung. Die Strom- oder
Spannungsbelastung der einzelnen Komponenten der
Leistungsversorgungseinrichtung durch die reflektierte Leistung hängt stark vom Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Leistung ab.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die
Beeinflussung der dritten Größe in Abhängigkeit der
Betriebsgröße und/oder der Eigenschaft wenigstens einer
Komponente der Leistungsversorgungseinrichtung beispielsweise durch eine Veränderung wenigstens eines der der vorstehend genannten Gewichtungsfaktoren für die Bildung des gewichteten Mittelwerts ausgeführt werden. Bei weiteren bevorzugten
Ausführungsformen kann alternativ oder ergänzend auch direkt die dritte Größe in Abhängigkeit der Betriebsgröße und/oder der Eigenschaft wenigstens einer Komponente der
Leistungsversorgungseinrichtung beeinflusst, insbesondere verändert, werden. Dadurch könnten vorteilhaft ein oder mehrere Betriebsgrößen und/oder der Eigenschaften wenigstens einer Komponente der Leistungsversorgungseinrichtung zur Bildung der dritten Größe mit einbezogen werden, wodurch eine individuell auf eine bestimmte Leistungsversorgungseinrichtung angepasste Beeinflussung der Frequenz und/oder der Leistung des Hochfrequenzleistungssignals weiter insbesondere im Sinne einer Reduzierung einer an dem Plasma reflektierten Leistung oder deren Wirkung auf die Leistungsversorgungseinrichtung, ermöglicht ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: einen steuerbaren Oszillator, beispielsweise spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, voltage controlled oscillator) , einen ersten steuerbaren Verstärker, insbesondere eine Treibereinrichtung, einen zweiten
steuerbaren Verstärker, insbesondere Leistungsverstärker, wobei ein Betrieb des steuerbaren Oszillators und/oder des ersten steuerbaren Verstärkers und/oder des zweiten steuerbaren Verstärkers in Abhängigkeit der dritten Größe beeinflussbar ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann alternativ oder ergänzend zu dem ersten steuerbaren
Verstärker auch ein Hochfrequenzmischer zur Leistungssteuerung vorgesehen sein.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung wenigstens eine
Anzeigevorrichtung aufweist, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist,
mindestens eine der folgenden Größen über die
Anzeigevorrichtung auszugeben: einen bzw. den Momentanwert der von dem Plasma reflektierten Leistung und/oder eine von dem Momentanwert der von dem Plasma reflektierten Leistung
ableitbare Größe (z.B. die erste Größe und/oder die zweite Größe) , die dritte Größe, einen Reflexionsfaktor des Plasmas und/oder eine von dem Reflexionsfaktor des Plasmas ableitbare Größe .
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu
ausgebildet ist, die erste Größe und/oder zweite Größe
und/oder dritte Größe an eine externe Anzeigevorrichtung und/oder eine maschinenlesbare Schnittstelle, insbesondere zur unterscheidbaren Darstellung und/oder Verarbeitung der ersten Größe und/oder der zweiten Größe und/oder der dritten Größe, zu übermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Frequenz und/oder die Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals in Abhängigkeit der dritten Größe zu regeln. Dadurch ist eine effiziente Frequenz- und/oder Leistungsregelung des Hochfrequenzleistungssignals ermöglicht, die vorteilhaft die verschiedenen Plasmazustände
berücksichtigt .
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die
Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet, eine vierte Größe zu ermitteln, die eine absolute an dem Plasma
reflektierte Leistung charakterisiert. Bei weiteren
bevorzugten Ausführungsformen ist die
Leistungsversorgungseinrichtung dazu ausgebildet, die Frequenz und/oder die Leistung des Hochfrequenzleistungssignals in Abhängigkeit der dritten Größe und der genannten vierten Größe zu regeln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens eine Größe, die eine an dem Plasma
reflektierte elektrische Leistung charakterisiert, zur
Leistungsregelung der Leistungsversorgungseinrichtung
verwendet wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Leistungsversorgungseinrichtung vor unzulässigen
Betriebszuständen (unerwünschte Verlust-Wärme und/oder
Überspannungen) geschützt wird. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann sich eine Belastung der
Leistungsversorgungseinrichtung bei zeitlich
aufeinanderfolgenden verschiedenen Plasmazuständen mit
entsprechenden, insbesondere verschiedenen, Impedanzen über verschiedene Komponenten der Leistungsversorgungseinrichtung verteilen, weswegen beispielsweise für eine Leistungsregelung höhere reflektierte Leistungen zulässig sein können, als bei Plasmasystemen mit nur einem stationären Plasmazustand. Dies kann durch das Prinzip gemäß den Ausführungsformen vorteilhaft in Form der dritten Größe berücksichtigt werden. Daher kann bei bevorzugten Ausführungsformen insbesondere die dritte Größe für eine Leistungsregelung (und/oder Frequenzregelung) genutzt werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungsversorgungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines elektrischen
Hochfrequenzleistungssignals für ein Plasma, das wenigstens einen ersten Plasmazustand und einen zweiten Plasmazustand aufweist, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung eine erste Größe ermittelt, die eine in dem ersten Plasmazustand von dem Plasma reflektierte Leistung charakterisiert, eine zweite Größe ermittelt, die eine in dem zweiten Plasmazustand von dem Plasma reflektierte Leistung charakterisiert, eine dritte Größe in Abhängigkeit der ersten und zweiten Größe bildet, und eine Frequenz und/oder eine Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals in Abhängigkeit der dritten Größe beeinflusst .
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe einen zeitlichen Mittelwert eines
Momentanwerts der von dem Plasma reflektierten Leistung über wenigstens eine Periodendauer des Hochfrequenzleistungssignals sowie dem Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender
Hochfrequenzwelle während des ersten Plasmazustands
charakterisiert .
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die zweite Größe einen zeitlichen Mittelwert eines
Momentanwerts der von dem Plasma reflektierten Leistung über wenigstens eine Periodendauer des Hochfrequenzleistungssignals sowie dem Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des zweiten Plasmazustands charakterisiert .
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung die dritte Größe als gewichteten Mittelwert oder eine aus dem gewichteten
Mittelwert abgeleitete Größe der ersten Größe und der zweiten Größe ermittelt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung a) einen der ersten Größe zugeordneten ersten Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer des ersten Plasmazustands
ermittelt, und/oder b) einen der zweiten Größe zugeordneten zweiten Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer des zweiten Plasmazustands ermittelt, wobei
insbesondere die Leistungsversorgungseinrichtung den ersten und zweiten Gewichtungsfaktor so wählt, dass ein Verhältnis des ersten und zweiten Gewichtungsfaktors zueinander zumindest in etwa einem Verhältnis der ersten und zweiten Zeitdauer zueinander entspricht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung die dritte Größe in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Elemente
beeinflusst: a) Betriebsgröße, insbesondere Temperatur
und/oder Betriebsdauer wenigstens einer Komponente der
Leistungsversorgungseinrichtung, b) Eigenschaft, insbesondere Strombelastbarkeit und/oder Spannungsbelastbarkeit, wenigstens einer Komponente der Leistungsversorgungseinrichtung.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: einen steuerbaren Oszillator, einen ersten steuerbaren Verstärker, einen zweiten steuerbaren Verstärker, insbesondere Leistungsverstärker, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung den Betrieb des steuerbaren Oszillators und/oder des ersten steuerbaren Verstärkers und/oder des zweiten steuerbaren Verstärkers in Abhängigkeit der dritten Größe beeinflusst.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung wenigstens eine
Anzeigevorrichtung aufweist, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung mindestens eine der folgenden Größen über die Anzeigevorrichtung ausgibt: einen bzw. den Momentanwert der von dem Plasma reflektierten Leistung
und/oder eine von dem Momentanwert der von dem Plasma
reflektierten Leistung ableitbare Größe, die dritte Größe, einen Reflexionsfaktor des Plasmas und/oder eine von dem
Reflexionsfaktor des Plasmas ableitbare Größe.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung die Frequenz und/oder die Leistung des Hochfrequenzleistungssignals in Abhängigkeit der dritten Größe regelt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung die Frequenz und/oder die Leistung des Hochfrequenzleistungssignals in Abhängigkeit der dritten Größe und einer vierten Größe regelt, wobei die vierte Größe eine absolute an dem Plasma reflektierte Leistung charakterisiert .
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein Wert für die Regelung der Frequenz und/oder Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals als Linearkombination der dritten Größe und der vierten Größe ermittelt wird. Beispielsweise kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ein Wert Prr für die Regelung der Leistung des Hochfrequenzleistungssignals gemäß der folgenden Gleichung als Linearkombination der dritten Größe G3 und der vierten Größe G4 ermittelt werden:
Prr = kl * G3 + k2 * G4, wobei kl ein der dritten Größe G3 zugeordneter Koeffizient und wobei k2 ein der vierten Größe G4 zugeordneter Koeffizient ist, und wobei der
Multiplikationsoperator ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die
Leistungsversorgungseinrichtung eine Steuerungseinheit
aufweisen, die beispielsweise zur Steuerung eines Betriebs der Leistungsversorgungseinrichtung, insbesondere zur Ermittlung der ersten Größe und/oder zweiten Größe und/oder dritten Größe ausgebildet ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung einer Leistungsversorgungseinrichtung gemäß den Ausführungsformen und/oder eines Verfahrens gemäß den
Ausführungsformen zur Regelung einer
Impedanzanpassungsvorrichtung, insbesondere eines
Anpassungsnetzwerks, wobei die Regelung der
Impedanzanpassungsvorrichtung wenigstens in Abhängigkeit der dritten Größe ausgeführt wird.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer
Leistungsversorgungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform in einem Zielsystem,
Figur 2 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer
Leistungsversorgungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 3A,
3B, 3C jeweils schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm weiterer Aspekte bevorzugter Ausführungsformen,
Figur 4A
bis 4E jeweils schematisch einen zeitlichen Verlauf von
Betriebsgrößen weiterer bevorzugter
Ausführungsformen,
Figur 5A
bis 5E jeweils schematisch Impedanzen eines Plasmas, wie sie sich beispielhaft entsprechend dem zeitlichen Verlauf der Betriebsgrößen gemäß Figur 4A bis 4E ergeben,
Figur 6 ein Zustandsdiagramm gemäß weiterer
Ausführungsformen,
Figur 7 schematisch eine Konfiguration einer
Steuerungseinrichtung gemäß weiterer
Ausführungsformen, Figur 8,
9 schematisch jeweils ein vereinfachtes Blockdiagramm gemäß weiterer Ausführungsformen,
Figur 10A schematisch einen zeitlichen Verlauf von
Betriebsgrößen gemäß weiterer Ausführungsformen,
Figur 10B schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm zu den
Betriebsgrößen gemäß Figur 10A,
Figur 11A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines
Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, und
Figur 11B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines
Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Figur 1 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Leistungsversorgungseinrichtung 100 gemäß einer
Ausführungsform in einem Zielsystem 10, bei dem es sich vorliegend um ein Plasmasystem 10 mit einer Plasmakammer PC und einem darin erzeugbaren Plasma P handelt. Das Plasma P kann beispielsweise zur Materialbearbeitung wie z.B. zum
Beschichten oder Ätzen von Halbleiterbauelementen usw.
eingesetzt werden und kann dabei verschiedene Plasmazustände annehmen .
Zur Versorgung des Plasmas P erzeugt die
Leistungsversorgungseinrichtung 100 ein Hochfrequenzleistungs signal LS, das eine erste Frequenz aufweist, die beispielhaft zwischen etwa 10 MHz, Megahertz, und etwa 190 MHz beträgt, wobei insbesondere die erste Frequenz zumindest etwa einen der folgenden Werte aufweist: 13,56 MHz, 27,12 MHz, 40,68 MHz, 60 MHz, 81 MHz, 161 MHz. Bei weiteren Ausführungsformen sind auch andere Werte für die erste Frequenz möglich. Das Hochfrequenzleistungssignal LS ist der Plasmakammer PC und damit dem Plasma P über eine entsprechende Hochfrequenzleitung 20 zuführbar. Optional kann zwischen der
Leistungsversorgungseinrichtung 100 und der Plasmakammer PC eine Impedanzanpassungsvorrichtung 200, z.B. ein
Anpassungsnetzwerk, angeordnet sein, das eine
Impedanzanpassung der Impedanz des Plasmas P vorzugsweise derart bewirkt, dass eine von dem Plasma P in Richtung der Leistungsversorgungseinrichtung 100 reflektierte elektrische Leistung insbesondere bei der ersten Frequenz reduziert bzw. reduziert wird. Sofern vorhanden, bildet das optionale
Anpassungsnetzwerk 200 zusammen mit dem Plasma P eine
elektrische Last für Leistungsversorgungseinrichtung 100, die eine, insbesondere zeitlich veränderliche und komplexwertige, Impedanz ZL darstellt.
Eine von der Leistungsversorgungseinrichtung 100 zu dem Plasma P hinlaufende Spannungswelle Ui, die mit dem
Hochfrequenzleistungssignal LS korrespondiert, ist ebenfalls in Figur 1 gezeigt, ebenso eine von dem Plasma P zu der
Leistungsversorgungseinrichtung 100 zurücklaufende
Spannungswelle Ur, die mit der von dem Plasma P zu der
Leistungsversorgungseinrichtung 100 reflektierten elektrischen Leistung korrespondiert.
Optional kann wenigstens eine weitere
Leistungsversorgungseinrichtung 300 vorgesehen sein zur zumindest zeitweisen Beaufschlagung des Plasmas P mit
zusätzlicher elektrischer Energie. Die weitere
Leistungsversorgungseinrichtung 300 erzeugt beispielhaft eine gepulste Gleichspannung bzw. einen gepulsten Gleichstrom, vgl. das weitere Signal LS', mit dem das Plasma P - zusätzlich zu dem Hochfrequenzleistungssignal LS - versorgbar ist. Ein zeitlicher Verlauf der Signale LS, LS' ist beispielhaft in Fig. 4A angegeben.
Aus Figur 4A ist ersichtlich, dass das Plasma P ab dem ersten Zeitpunkt tl bis zu dem zweiten Zeitpunkt t2 zusätzlich zu dem Hochfrequenzleistungssignal LS mit einem Gleichstromsignal LS ' beaufschlagt wird, wodurch eine erste Pulsdauer Tl definiert ist. Von dem zweiten Zeitpunkt t2 bis zu dem dritten Zeitpunkt t3 wird das Plasma P nur mit dem Hochfrequenzleistungssignal LS versorgt, und ab dem dritten Zeitpunkt t3 erfolgt erneut zusätzlich eine Beaufschlagung des Plasmas P mit dem gepulsten Gleichstromsignal LS', und so fort. Damit entspricht eine Pulspause T2 der Zeitdifferenz zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und dem zweiten Zeitpunkt t2.
Bei dem Betrieb gemäß Figur 4A nimmt das Plasma P (Fig. 1) demnach abwechselnd einen ersten Plasmazustand, gekennzeichnet durch die Ziffer „1" in Fig. 4A, und einen zweiten
Plasmazustand, gekennzeichnet durch die Ziffer „2" an, wobei sich die genannte Abfolge vorliegend beispielhaft periodisch wiederholt .
Figur 6 zeigt hierzu beispielhaft ein Zustandsdiagramm, in dem der erste Plasmazustand mit dem Bezugszeichen S1 und der zweite Plasmazustand mit dem Bezugszeichen S2 bezeichnet ist. Ein erster Zustandsübergang stl2 von dem ersten Plasmazustand S1 zu dem zweiten Plasmazustand S2 tritt beispielsweise zu dem zweiten Zeitpunkt t2 gemäß Figur 4A auf, und ein zweiter
Zustandsübergang st21 von dem zweiten Plasmazustand S2 zu dem ersten Plasmazustand S1 tritt beispielsweise zu dem dritten Zeitpunkt t3 gemäß Figur 4A auf. Weitere Plasmazustände S3 sind bei weiteren Ausführungsformen ebenfalls möglich. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100 (Fig. 1) dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln, die eine in dem ersten Plasmazustand S1 (Fig. 6) von dem Plasma P
reflektierte Leistung charakterisiert, eine zweite Größe zu ermitteln, die eine in dem zweiten Plasmazustand S2 von dem Plasma P reflektierte Leistung charakterisiert, eine dritte Größe in Abhängigkeit der ersten und zweiten Größe zu bilden, und eine Frequenz und/oder eine Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals LS (Fig. 1) in Abhängigkeit der dritten Größe zu beeinflussen.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft die Berücksichtigung der mehreren Plasmazustände Sl, S2, wodurch die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme hinsichtlich einer Impedanzanpassung der
Leistungsversorgungseinrichtung 100 an das Plasma vermindert bzw. vermieden werden können.
Figur 2 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform 100a.
Beispielsweise kann die Leistungsversorgungseinrichtung 100 gemäß Figur 1 die in Figur 2 gezeigte Konfiguration - oder wenigstens Teile hiervon - aufweisen. Die in Figur 2
abgebildete Leistungsversorgungseinrichtung 100a weist einen, bevorzugt steuerbaren, Oszillator, beispielsweise
spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, voltage controlled oscillator) 110, einen ersten, bevorzugt steuerbaren,
Verstärker 120, insbesondere eine Treibereinrichtung, und einen zweiten steuerbaren Verstärker 130, insbesondere einen Leistungsverstärker, auf. Der steuerbare Oszillator 110 erzeugt ein erstes Signal sl, insbesondere Hochfrequenzsignal, vorgebbarer erster Frequenz, beispielsweise mit einer Frequenz von etwa 13,56 MHz. Über das Steuersignal RI kann eine
Steuerungseinheit 102 der Leistungsversorgungseinrichtung 100a die erste Frequenz beeinflussen, sodass ein Frequenztuning (Einstellung der Frequenz) insbesondere auch während des
Betriebs der Leistungsversorgungseinrichtung 100a möglich ist.
Die Treibereinrichtung 120 verstärkt das erste Signal sl und gibt ein entsprechend verstärktes zweites Signal s2 aus, das durch den Leistungsverstärker 130 weiter verstärkt wird, wodurch schließlich das Hochfrequenzleistungssignal LSI erhalten wird, das bei bevorzugten Ausführungsformen im
Wesentlichen dem Hochfrequenzleistungssignal LS gemäß Figur 1 entspricht. Beispielsweise kann das
Hochfrequenzleistungssignal LSI eine elektrische Leistung im Bereich bis zu mehreren Kilowatt, kW, bei der ersten Frequenz aufweisen. Sofern die Treibereinrichtung 120 steuerbar
ausgelegt wird, kann eine durch sie bewirkbare
Signalverstärkung beispielsweise über das Steuersignal R2 durch die Steuerungseinheit 102 gesteuert werden.
Vergleichbares gilt für eine weitere einstellbare
Signalverstärkung mittels des Leistungsverstärkers 130, vergleiche das Steuersignal R3.
Sofern eine Impedanzanpassungsvorrichtung 200, vergleiche Figur 1, vorgesehen ist, kann diese bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ebenfalls durch die Steuerungseinheit 102 gesteuert werden, vergleiche das Steuersignal R4.
Ebenfalls in Figur 2 abgebildet ist ein Richtkoppler 140, der vorliegend Signale Al bereitstellt, die die hinlaufende
Spannungswelle Ui und die zurücklaufende Spannungswelle Ur charakterisieren. Anstelle des Richtkopplers 140 kann bei weiteren Ausführungsformen auch eine Spannungs- /Stromauskopplung („Vl-Probe", nicht gezeigt) vorgesehen sein, und die Signale Al können aus hiervon bereitgestellten
Spannungs- und Stromsignalen abgeleitet werden. Aus den
Signalen Al kann die Steuerungseinheit 102 vorteilhaft die vorstehend genannte erste Größe Gl und/oder die zweite Größe G2 und/oder die dritte Größe G3, vorzugsweise alle drei Größen Gl, G2, G3, ermitteln, vergleiche hierzu auch das
Blockdiagramm gemäß Figur 3A. Ein erster Funktionsblock FBI ermittelt in Abhängigkeit der Signale Al die erste Größe Gl und die zweite Größe G2. Ein zweiter Funktionsblock FB2 ermittelt in Abhängigkeit der ersten und zweiten Größe Gl, G2 die dritte Größe G3. Sodann kann die Steuerungseinheit 102 (Fig. 2) vorteilhaft eine Frequenz und/oder eine Leistung des Hochfrequenzleistungssignals LSI in Abhängigkeit der dritten Größe G3 beeinflussen, beispielsweise im Sinne einer Regelung, insbesondere Reduzierung und/oder Begrenzung, der von dem Plasma P reflektierten elektrischen Leistung.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Beeinflussen der Frequenz des Hochfrequenzleistungssignals LS, LSI ein
zumindest zeitweises Erhöhen der Frequenz des
Hochfrequenzleistungssignals und/oder ein zumindest zeitweises Verringern der Frequenz des Hochfrequenzleistungssignals. Eine derartige Frequenzänderung des Hochfrequenzleistungssignals kann vergleichsweise schnell ausgeführt werden und erlaubt demnach insbesondere eine effiziente Steuerung bzw. Regelung der Leistungsversorgungseinrichtung 100a, insbesondere im Sinne einer Impedanzanpassung an die Impedanz des Plasmas P.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen umfasst das
Beeinflussen der Leistung des Hochfrequenzleistungssignals LSI ein zumindest zeitweises Erhöhen der elektrischen Leistung des Hochfrequenzleistungssignals LSI und/oder ein zumindest zeitweises Verringern der elektrischen Leistung des Hochfrequenzleistungssignals LSI. Hierdurch ist ebenfalls eine effiziente Steuerung bzw. Regelung der
Leistungsversorgungseinrichtung 100a ermöglicht.
Durch die Ermittlung der ersten und zweiten Größe Gl, G2 und die Bildung der dritten Größe G3 in Abhängigkeit hiervon kann ein Betrieb des Plasmas P (Fig. 1) präziser charakterisiert und ausgewertet werden. Ferner kann hierdurch eine
tatsächliche Belastung der Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a bzw. ihrer Komponenten 110, 120, 130 präziser ermittelt werden als bei konventionellen Systemen. Das erhöht auch ganz erheblich die Sicherheit und Zuverlässigkeit solcher Plasmasysteme z.B. vor Ausfall und Zerstörung.
Insgesamt ermöglicht das Prinzip gemäß den Ausführungsformen beispielsweise eine effiziente Leistungsregelung auch bei solchen Plasmasystemen, bei denen das Plasma P wenigstens zwei verschiedene Plasmazustände Sl, S2 (Fig. 6) aufweist. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ist vorteilhaft auch auf solche Plasmasysteme anwendbar, bei denen das Plasma P mehr als zwei verschiedene Plasmazustände Sl, S2, S3 (Fig. 6) aufweist bzw. zwischen diesen verschiedenen Plasmazuständen wechselt .
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass das Plasma P in den unterschiedlichen Plasmazuständen üblicherweise jeweils eine unterschiedliche, insbesondere komplexwertige, Impedanz aufweist. Dies kann für einen Betrieb der
Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a gemäß den
Ausführungsformen, insbesondere für eine Leistungsregelung, beispielsweise mit dem Ziel einer Reduzierung und/oder
Begrenzung einer von dem Plasma P reflektierten Leistung, vorteilhaft effizient durch die Betrachtung der dritten Größe G3 bzw. der Verwendung der dritten Größe G3 zur Beeinflussung der Frequenz und/oder der Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals LS, LSI berücksichtigt werden.
Figur 5A zeigt hierzu beispielhaft ein Smith-Diagramm einer Impedanzebene, in der eine erste Impedanz ZS1 eingezeichnet ist, welche der Impedanz des Plasmas P (Figur 1) in dem ersten Plasmazustand Sl, vergleiche auch das Bezugszeichen 1 gemäß Figur 4A, entspricht. Ebenfalls ist in Figur 5A eine zweite Impedanz ZS2 eingezeichnet, die der Impedanz des Plasmas P in dem zweiten Plasmazustand S2, vergleiche auch das
Bezugszeichen 2 gemäß Figur 4A, entspricht. Mit dem Wechsel zwischen aufeinanderfolgenden ersten und zweiten
Plasmazuständen Sl, S2, vergleiche Figur 6, alterniert die Impedanz des Plasmas P demnach zwischen den beispielhaft in Figur 5A angegebenen Werten ZS1, ZS2.
Daher gestaltet es sich bei konventionellen Plasmasystemen und konventionellen Leistungsversorgungseinrichtungen hierfür schwierig, eine optimale Impedanzanpassung an die Impedanz des Plasmas P zu erzielen, weil der Wechsel zwischen den
verschiedenen Plasmazuständen Sl, S2 mitunter sehr rasch (z.B. in weniger als 1 s) erfolgen kann und konventionelle
Impedanzanpassungseinrichtungen die für eine optimale
Impedanzanpassung erforderliche Dynamik nicht aufweisen.
Dementsprechend ist es vorteilhaft, gemäß dem Prinzip der Ausführungsformen die dritte Größe G3 zu berücksichtigen, welche Einflüsse sowohl der in dem ersten Plasmazustand Sl reflektierten Leistung bzw. der entsprechenden Impedanz ZS1 als auch der in dem zweiten Plasmazustand S2 reflektierten Leistung bzw. der entsprechenden Impedanz ZS2 widerspiegelt. Beispielsweise kann bei bevorzugten Ausführungsformen eine Leistungsregelung der Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a auf einen Sollwert hin vorgesehen sein, der in
Abhängigkeit der dritten Größe G3 ermittelt wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe Gl einen zeitlichen Mittelwert eines Momentanwerts der von dem Plasma P reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals LS, während des ersten
Plasmazustands S1 charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe Gl eine Impedanz oder ein
Reflexionsfaktor des Plasmas P während des ersten
Plasmazustands S1 ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe Gl dem zeitlichen Mittelwert des Momentanwerts der von dem Plasma P reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals LS, während des ersten
Plasmazustands S1 entspricht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die zweite Größe G2 einen zeitlichen Mittelwert eines Momentanwerts der von dem Plasma P reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals LS, während des zweiten
Plasmazustands S2 charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die zweite Größe G2 eine Impedanz oder ein Reflexionsfaktor des Plasmas P während des zweiten
Plasmazustands S2 ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die zweite Größe G2 dem zeitlichen Mittelwert des
Momentanwerts der von dem Plasma P reflektierten Leistung, insbesondere über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals LS, während des zweiten
Plasmazustands S2 entspricht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100a (Fig. 2) bzw. ihre Steuerungseinheit 102 dazu ausgebildet ist, die dritte Größe G3 als gewichteten Mittelwert der ersten Größe Gl und der zweiten Größe G2 zu ermitteln. Diese Berechnung kann beispielhaft durch den zweiten Funktionsblock FB2 gemäß Figur 3A erfolgen. Dadurch ist vorteilhaft eine effiziente
Berücksichtigung von die unterschiedlichen Plasmazustände Sl, S2 charakterisierenden Größen, nämlich der ersten Größe Gl und der zweiten Größe G2, ermöglicht, wobei weitere Freiheitsgrade durch die genannte Gewichtung ermöglicht sind. Die dritte Größe G3 entspricht dabei i.w. einer über die verschiedenen Plasmazustände Sl, S2 gemittelten komplexen Impedanz.
Figur 3B zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm, aus dem ersichtlich ist, dass die erste Größe Gl mit einem ersten Gewichtungsfaktor al und die zweite Größe G2 mit einem zweiten Gewichtungsfaktor a2 multipliziert wird, wobei in Abhängigkeit der hierbei erhaltenen Produkte mittels des dritten Funktionsblocks FB3 die dritte Größe G3 als
gewichteter Mittelwert ermittelt wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a dazu ausgebildet ist, a) einen der ersten Größe Gl zugeordneten ersten Gewichtungsfaktor al (Fig. 3B) in Abhängigkeit
wenigstens einer Zeitdauer TI (Fig. 4A) des ersten
Plasmazustands S1 (Fig. 6) zu ermitteln, und/oder b) einen der zweiten Größe G2 (Fig. 3B) zugeordneten zweiten
Gewichtungsfaktor a2 in Abhängigkeit wenigstens einer
Zeitdauer T2 des zweiten Plasmazustands S2 zu ermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer TI des ersten Plasmazustands S1 und/oder eine Zeitdauer T2 des zweiten Plasmazustands S2 zu ermitteln, beispielsweise in Abhängigkeit der ersten Größe Gl und/oder der zweiten Größe G2 oder einer jeweiligen von der ersten Größe Gl und/oder der zweiten Größe G2 abgeleiteten Größe .
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a dazu ausgebildet ist, wenigstens eine eine Zeitdauer des ersten Plasmazustands S1 und/oder eine Zeitdauer des zweiten
Plasmazustands S2 charakterisierende Größe von einer externen Einheit 300 (Fig. 1) zu empfangen, beispielsweise von einer weiteren Leistungsversorgungseinrichtung, welche ebenfalls zur Versorgung des Plasmas P mit wenigstens einem (weiteren) Leistungssignal LS' ausgelegt ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a dazu ausgebildet ist, den ersten und zweiten Gewichtungsfaktor al, a2 so zu wählen, dass ein Verhältnis des ersten und zweiten Gewichtungsfaktors zueinander zumindest in etwa (Abweichungen von bis zu 10 Prozent sind denkbar) einem Verhältnis der ersten und zweiten Zeitdauer zueinander entspricht, was auch als „natürliche Gewichtung" bezeichnet werden kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a dazu ausgebildet ist, die dritte Größe G3 (Fig. 3A) in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Elemente zu beeinflussen: a) Betriebsgröße, insbesondere Temperatur und/oder Betriebsdauer wenigstens einer Komponente 110, 120, 130 (Fig. 2) der
Leistungsversorgungseinrichtung 100a, b) Eigenschaft,
insbesondere Strombelastbarkeit und/oder
Spannungsbelastbarkeit, wenigstens einer Komponente 110, 120, 130 der Leistungsversorgungseinrichtung 100a in Abhängigkeit von der komplexen reflektierten Leistung.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die
Beeinflussung der dritten Größe G3 in Abhängigkeit der
Betriebsgröße und/oder der Eigenschaft wenigstens einer
Komponente der Leistungsversorgungseinrichtung 100a
beispielsweise durch eine Veränderung wenigstens eines der vorstehend genannten Gewichtungsfaktoren al, a2 für die
Bildung des gewichteten Mittelwerts ausgeführt werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann alternativ oder ergänzend auch direkt die dritte Größe G3 in Abhängigkeit der Betriebsgröße und/oder der Eigenschaft wenigstens einer
Komponente 110, 120, 130 der Leistungsversorgungseinrichtung 100a beeinflusst, insbesondere verändert, werden. Dadurch könnten vorteilhaft ein oder mehrere Betriebsgrößen und/oder der Eigenschaften wenigstens einer Komponente der
Leistungsversorgungseinrichtung zur Bildung der dritten Größe G3 mit einbezogen werden, wodurch eine individuell auf eine bestimmte Leistungsversorgungseinrichtung 100a angepasste Beeinflussung der Frequenz und/oder der Leistung des Hochfrequenzleistungssignals, insbesondere im Sinne einer Leistungsregelung, weiter insbesondere im Sinne einer
Reduzierung und/oder Begrenzung einer an dem Plasma P
reflektierten Leistung, ermöglicht ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Leistungsversorgungseinrichtung 100a wenigstens eine Anzeigevorrichtung 104 aufweist, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung 100a dazu ausgebildet ist, mindestens eine der folgenden Größen über die
Anzeigevorrichtung 104 auszugeben: einen bzw. den Momentanwert der von dem Plasma reflektierten Leistung und/oder eine von dem Momentanwert der von dem Plasma reflektierten Leistung ableitbare Größe, die dritte Größe, einen Reflexionsfaktor des Plasmas und/oder eine von dem Reflexionsfaktor des Plasmas ableitbare Größe. Beispielhaft sind bei der Konfiguration gemäß Figur 2 vorliegend vier Werte mittels der vier
Anzeigeeinheiten 104a, 104b, 104c, 104d anzeigbar. Alternativ oder ergänzend zu einer Anzeige von numerischen bzw.
alphanumerischen Werten ist beispielsweise auch eine grafische Anzeige denkbar, beispielsweise die Darstellung eines Smith- Diagramms mit darin eingezeichneten Werten beispielsweise für eine Impedanz bzw. einen Reflexionsfaktor und dergleichen, ähnlich zu Figur 5A.
Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die Figuren 4B bis 5E beispielhaft weitere mögliche Plasmazustände beschrieben, die das Plasma P (Figur 1) bei unterschiedlichen Ausführungsformen annehmen kann.
Gemäß Figur 4B wird das Plasma in den Zeitintervallen (t4, t5) , (t6, t7) usw. periodisch jeweils gleichzeitig mit den beiden Signalen LS, LS' beaufschlagt, wodurch sich insgesamt ein einziger Plasmazustand und ein dementsprechender Impedanzwert ZS1 (Figur 5B) ergibt.
Demgegenüber ist gemäß Figur 4C das - vorliegend gepulste - Hochfrequenzleistungssignal LS um einen nichtverschwindenden ersten zeitlichen Offset DT1 gegenüber dem gepulsten
Gleichstromsignal LSI ' verschoben, wodurch sich wiederum zwei verschiedene Plasmazustände, in Fig. 4C gekennzeichnet durch die Ziffern „1", „2" ergeben, die mit den beiden in Figur 5C dargestellten Impedanzwerten ZS1, ZS2 korrespondieren.
Bei der in Figur 4D abgebildeten Situation überlappt das gepulste Hochfrequenzleistungssignal LS die Gleichstrompulse LS ' wie aus der Zeichnung ersichtlich in den beiden
Zeitbereichen Bl, B2, sodass sich wiederum zwei verschiedene Plasmazustände 1, 2 mit entsprechend korrespondierenden
Impedanzen ZS1, ZS2, vergleiche Figur 5D, ergeben.
Bei den schematisch in Figur 4E abgebildeten Zeitverläufen der Signale LS, LS' ergeben sich insgesamt drei verschiedene
Plasmazustände 1, 2, 3 mit drei entsprechenden Impedanzwerten ZS1, ZS2, ZS3, vergleiche die Darstellung gemäß Figur 5E . Der dritte Plasmazustand ist in dem Zustandsdiagramm gemäß Figur 6 mit dem Bezugszeichen S3 bezeichnet, ebenso wie entsprechende Zustandsübergänge st23, st31 aus dem zweiten Plasmazustand S2 bzw. zu dem ersten Plasmazustand Sl.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann vorteilhaft bei allen vorstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren 4A - 4E gezeigten Szenarien eingesetzt werden und ermöglicht vorteilhaft die Ermittlung der dritten Größe G3, welche eine von dem Plasma während der verschiedenen Plasmazustände reflektierte elektrische Leistung charakterisiert. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Steuerungseinheit 102 (Figur 2) beispielsweise zumindest i.w. die in Figur 7 abgebildete Konfiguration 1000 auf.
Die Konfiguration 1000 weist eine Recheneinrichtung 1010 auf wie z.B. einen Mikrocontroller und/oder Mikroprozessor
und/oder digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder einen programmierbaren Logikbaustein (z.B. FPGA) und/oder einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) und eine Speichereinrichtung 1020 zur zumindest zeitweisen
Speicherung von einem oder mehreren Computerprogrammen PRG1, PRG2, .... Wenigstens eines der Computerprogramme PRG1, PRG2 kann zur Steuerung eines Betriebs der
Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens gemäß den den Ausführungsformen, vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Ermittlung wenigstens einer der Größen Gl, G2, G3 unter Steuerung eines der
Computerprogramme PRG1, PRG2 erfolgen. Die Speichereinrichtung 1020 kann bevorzugt einen flüchtigen Speicher 1022 wie z.B. einen Arbeitsspeicher („RAM") und/oder einen nichtflüchtigen Speicher 1024 (z.B. nur-lese-Speicher („ROM") und/oder EEPROM, insbesondere Flash-EEPROM oder dergleichen) aufweisen.
Weiter kann die Konfiguration 1000 eine Peripherieeinrichtung 1030 aufweisen, die wenigstens eine zumindest teilweise in Hardware ausgeführte Signalverarbeitungseinrichtung 1032 (auch analoge Filtereinrichtung ist möglich) und/oder ADC
(Analog/Digital-Wandler) 1034 und/oder Datenschnittstelle 1036 aufweisen kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Leistungsversorgungseinrichtung bzw. die
Steuerungseinheit 102 dazu ausgebildet ist, die erste Größe Gl und/oder zweite Größe G2 und/oder die dritte Größe G3 an eine externe Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) und/oder eine maschinenlesbare Schnittstelle (nicht gezeigt) , insbesondere zur unterscheidbaren Darstellung und/oder Verarbeitung der ersten Größe und/oder der zweiten Größe und/oder der dritten Größe, zu übermitteln, was beispielhaft über die
Datenschnittstelle 1036 erfolgen kann.
Das Bezugszeichen 1040 in Figur 7 bezeichnet eine optionale Anzeigevorrichtung zur Ausgabe einer oder mehrerer Werte.
Bevorzugt kann die Anzeigevorrichtung 1040 ein oder mehrere Anzeigeeinheiten 1042, 1044, 1046, 1048 aufweisen, die jeweils zur Ausgabe bzw. Anzeige von numerischen Werten bzw.
alphanumerischen Werten bzw. zur Darstellung von Grafik ausgebildet sind.
Figur 8 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform. Die abgebildete Konfiguration kann vorteilhaft dazu genutzt werden, komplexwertige
Basisbandsignale sl4, s24 zu ermitteln, die die vorlaufende Spannungswelle Ui und die rücklaufende Spannungswelle Ur auf der Hochfrequenzleitung 20 (Figur 1) charakterisieren, mithin u.a. Informationen über die von dem Plasma P reflektierte elektrische Leistung enthalten. Hieraus sind bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die erste Größe Gl, die zweite Größe G2, und die dritte Größe G3 ermittelbar.
Abgebildet ist der Richtkoppler 140 sowie ein Teil der
Hochfrequenzleitung 20, über die das
Hochfrequenzleistungssignal LS, LSI von der
Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a an die Plasmakammer
PC übertragen werden kann. Mittels des Richtkopplers 140 werden die Signale Al (vergleiche auch Figur 2) bereitstellt, die die hinlaufende Spannungswelle Ui und die zurücklaufende Spannungswelle Ur charakterisieren. Das Signal slO
charakterisiert dabei die zurücklaufende Spannungswelle Ur, und das Signal s20 charakterisiert dabei die hinlaufende
Spannungswelle Ui. Die Signale slO, s20 werden jeweils einer Bandpassfilterung oder, wie beispielhaft abgebildet, einer Tiefpassfilterung mittels der Filtereinheiten fl, f2,
unterzogen, wodurch die gefilterten Signale sll, s21 erhalten werden. Nach einer Analog/-Digital-Wandlung mittels der
Analog/-Digital-Wandler ADC liegen zeitdiskrete digitale
Signale sl2, s22 vor, die unter Verwendung eines
Lokaloszillatorsignals LO mittels der Multiplizierer ml, m2 einer Frequenztransformation in die Basisbandlage
(„downconversion" ) unterzogen werden, wodurch die komplexen Signale sl3, s23 erhalten werden. Optional kann eine weitere Tiefpassfilterung mittels der Filtereinheiten f3, f4 (z.B. Halbbandfilter) vorgesehen sein, wodurch die komplexen Signale sl4, s24 erhalten werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können ein oder mehrere der vorstehend beschriebenen Schritte der
Signalverarbeitung gemäß Figur 8 beispielsweise durch die Steuerungseinheit 102 ausgeführt werden, z.B. durch ihre
Signalverarbeitungseinrichtung 1032. Zeitdiskrete
Digitalsignale sl2, s22, sl3, s23, sl4, s24 können bei weiteren Ausführungsformen beispielsweise auch durch die
Recheneinheit 1010 mittels entsprechender Computerprogramme PRG1, PRG2 verarbeitet werden. Vergleichbares gilt für die Funktionsblöcke FBI, FB2, FB3 gemäß den Figuren 3A, 3B.
Vorteilhaft können aus den komplexwertigen Basisbandsignalen sl4, s24, beispielsweise durch den Funktionsblock FB5 gemäß Figur 9, ein oder mehrere der folgenden Größen ermittelt werden: eine von der Leistungsversorgungseinrichtung 100 an das Plasma P abgegebene, zu dem Plasma P hinlaufende Leistung („Vorwärtsleistung") Pi, eine von dem Plasma P reflektierte Leistung Pr, eine mittlere reflektierte Leistung Prm, ein Phasenwinkel cp zwischen der hinlaufenden und der rücklaufenden Spannungswelle, ein, insbesondere komplexwertiger,
Reflexionsfaktor G, und optional weitere aus den Signalen sl4, s24 ableitbare Größen wie beispielsweise die erste Größe Gl und/oder die zweite Größe G2 und/oder die dritte Größe G3.
Die weiteren Blöcke m3, m4 sind optional und können bei manchen Ausführungsformen für eine Vorverarbeitung der Signale sl4, s24 vor dem Block FB5 verwendet werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die Blöcke m3, m4 auch entfallen .
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann der
Funktionsblock FB5 beispielsweise auch als Hardwareschaltung ausgebildete Quadrierer, ein oder mehrere CORDIC (COordinate Rotation Digital Computer) -Berechnungseinheiten für die effiziente Berechnung von trigonometrischen Funktionen, insbesondere zur Ermittlung des Phasenwinkels cp, und
dergleichen aufweisen.
Figur 10A zeigt schematisch einen zeitlichen Verlauf von
Betriebsgrößen gemäß weiterer Ausführungsformen. Dargestellt ist eine gepulste Gleichspannung LS ' sowie ein zeitlicher Verlauf von einem die hinlaufende Spannungswelle Ui
charakterisierenden Signal Ui ' und von einem die rücklaufende Spannungswelle Ur charakterisierenden Signal Ur ' . Ebenfalls dargestellt ist eine erste Messphase mA entsprechend einem ersten Zeitintervall tA sowie eine zweite Messphase mB
entsprechend einem zweiten Zeitintervall tB . Figur 10B zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Konfiguration zur Verarbeitung von Signalen, die in der Betriebssituation gemäß Figur 10A auftreten. In Figur 10B links dargestellt sind die komplexwertigen Basisbandsignale sl4, s24, wie sie beispielsweise durch die in Figur 8
abgebildete Konfiguration erhalten werden können. Ebenfalls abgebildet sind drei Funktionsblöcke FB6a, FB6b, FB6c, von denen jeder beispielsweise zumindest im Wesentlichen die vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 9 beschriebene
Konfiguration aufweisen kann. Über die Schalter SW1, SW2 können die komplexwertigen Signale sl4, s24 - gesteuert in Abhängigkeit einer jeweils vorliegenden Messphase mA bzw. mB - wahlweise verschiedenen Filtereinheiten f5, f6, f7, f8 zugeführt werden, die bevorzugt eine Filterung der ihnen zugeführten Signale über eine oder mehrere Pulsdauern
ausführen. Die durch die Filtereinheiten f5 bis f8 gefilterten Signale werden sodann wie aus Figur 10B ersichtlich entweder direkt oder über eine Gewichtungslogik GL den drei
Funktionsblöcken FB6a, FB6b, FB6c zugeführt, die hieraus ein oder mehrere der vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 9 beschriebene Größen Pi, Pr, Prm, f, G ermitteln. Dabei ermittelt der Funktionsblock FB6a ein oder mehrere der genannten Größen Pi, Pr, Prm, f, G für die erste Messphase mA, der Funktionsblock FB6c ein oder mehrere der genannten Größen Pi, Pr, Prm, f, G für die zweite Messphase mB, und der
Funktionsblock FB6b ein oder mehrere der genannten Größen Pi, Pr, Prm, f, G als über beide Messphasen mA, mB gewichtete Größen. Die Gewichtungslogik GL wendet hierbei einen ersten Gewichtungsfaktor k für die erste Messphase an, und einen zweiten Gewichtungsfaktor (1-k) für die zweite Messphase. Beispielsweise kann mit der vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 10B beschriebenen Konfiguration effizient die erste Größe Gl, beispielsweise mittels des Funktionsblocks FB6a, und/oder die zweite Größe G2, beispielsweise mittels des
Funktionsblocks FB6c, und/oder die dritte Größe G3
beispielsweise mittels des Funktionsblocks FB6b, ermittelt werden. Die Koeffizienten k, (1-k) korrespondieren dabei z.B. mit den Gewichtungsfaktoren al, a2 gemäß Fig. 3B.
Figur 11A zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In einem ersten Schritt 400 ermittelt die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a bzw. ihre Steuerungseinheit 102 die erste Größe Gl (Fig. 3A) , in Schritt 410 ermittelt die
Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a bzw. ihre
Steuerungseinheit 102 die zweite Größe G2 (Fig. 3A) , in
Schritt 420 ermittelt die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a bzw. ihre Steuerungseinheit 102 die dritte Größe G3 in Abhängigkeit der ersten Größe Gl und der zweiten Größe G2. Sodann beeinflusst in Schritt 430 die
Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a bzw. ihre
Steuerungseinheit 102 eine Frequenz und/oder eine Leistung des Hochfrequenzleistungssignals LS, LSI. Hierzu kann bei
bevorzugten Ausführungsformen wenigstens eines der
Steuersignale RI, R2, R3, R4 verwendet werden, vorzugsweise jedoch mindestens eines der Steuersignale RI, R2, R3, weil diese Steuersignale eine vergleichsweise schnelle
Beeinflussung der Frequenz und/oder Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals LS, LSI ermöglichen.
Figur 11B zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Schritte 400, 410, 420 entsprechend dem Verfahren gemäß Figur 11A. In Schritt 422 ermittelt die
Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a bzw. ihre
Steuerungseinheit 102 eine vierte Größe G4, die eine absolute an dem Plasma P reflektierte Leistung charakterisiert. In Schritt 432 regelt die Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a bzw. ihre Steuerungseinheit 102 die Frequenz und/oder die Leistung des Hochfrequenzleistungssignals LS, LSI in
Abhängigkeit der dritten Größe G3 und der vierten Größe G4.
Figur 3C zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm, aus dem ersichtlich ist, dass eine Funktionseinheit FB4 die dritte Größe G3 und die vierte Größe G4 als Eingangsgrößen erhält und in Abhängigkeit hiervon einen Wert Prr für eine Leistungsregelung für das Hochfrequenzleitungssignal LS, LSI ermittelt .
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Wert Prr für die Leistungsregelung als Linearkombination der dritten Größe G3 und der vierten Größe G4 ermittelt wird.
Beispielsweise kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Wert Prr für die Regelung der Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals LS, LSI gemäß der folgenden
Gleichung als Linearkombination der dritten Größe G3 und der vierten Größe G4 ermittelt werden: Prr = kl * G3 + k2 * G4, wobei kl ein der dritten Größe G3 zugeordneter Koeffizient und wobei k2 ein der vierten Größe G4 zugeordneter Koeffizient ist, und wobei der Multiplikationsoperator ist.
Beispielhaft kann der Koeffizient kl etwa zu 0,6 gewählt sein, und der Koeffizient k2 kann etwa zu 0,4 gewählt sein.
Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 102 die
Steuersignale RI und/oder R2 und/oder R3 und/oder R4 in
Abhängigkeit der Größe Prr einstellen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens eine Größe, die eine an dem Plasma
reflektierte elektrische Leistung charakterisiert, zur
Leistungsregelung der Leistungsversorgungseinrichtung
verwendet wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Leistungsversorgungseinrichtung vor unzulässigen
Betriebszuständen (unerwünschte Verlust-Wärme und/oder
Überspannungen) geschützt wird. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann sich eine Belastung der
Leistungsversorgungseinrichtung bei zeitlich
aufeinanderfolgenden verschiedenen Plasmazuständen Sl, S2 mit entsprechenden, insbesondere verschiedenen, Impedanzen über verschiedene Komponenten der Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a verteilen, weswegen beispielsweise für eine
Leistungsregelung höhere reflektierte Leistungen zulässig sein können, als bei Plasmasystemen mit nur einem (stationären) Plasmazustand. Dies kann durch das Prinzip gemäß den
Ausführungsformen vorteilhaft in Form der dritten Größe G3 berücksichtigt werden. Daher kann bei bevorzugten
Ausführungsformen insbesondere die dritte Größe G3 für eine Leistungsregelung (und/oder Frequenzregelung) genutzt werden, gegebenenfalls in Kombination mit der vorstehend bereits beschriebenen vierten Größe.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung einer Leistungsversorgungseinrichtung 100, 100a gemäß den Ausführungsformen und/oder eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen zur Regelung einer
Impedanzanpassungsvorrichtung 200 (Fig. 1), insbesondere eines Anpassungsnetzwerks, wobei die Regelung der
Impedanzanpassungsvorrichtung 200 wenigstens in Abhängigkeit der dritten Größe G3 ausgeführt wird. Mit anderen Worten kann das Verfahren gemäß den Ausführungsformen neben einer Beeinflussung der Frequenz und/oder Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals LS, LSI, beispielsweise vermöge der Steuersignale RI, R2, R3 vorteilhaft auch dazu genutzt werden, beispielsweise mittels des Steuersignals R4, eine gegebenenfalls vorhandene Impedanzanpassungsvorrichtung 200 zu steuern bzw. zu regeln.

Claims

Patentansprüche
1. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) zur Erzeugung wenigstens eines elektrischen Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) für ein Plasma (P) , das wenigstens einen ersten Plasmazustand (Sl) und einen zweiten Plasmazustand (S2) aufweist, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, eine erste, insbesondere
zweidimensionale oder komplexe, Größe (Gl) zu ermitteln (400), die eine in dem ersten Plasmazustand (Sl) von dem Plasma (P) reflektierte Leistung charakterisiert, eine zweite, insbesondere zweidimensionale oder komplexe, Größe (G2) zu ermitteln (410), die eine in dem zweiten
Plasmazustand (S2) von dem Plasma (P) reflektierte Leistung charakterisiert, eine dritte Größe (G3) in Abhängigkeit der ersten und zweiten Größe (Gl, G2) zu bilden (420), und eine Frequenz und/oder eine Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) zu beeinflussen (430).
2. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach Anspruch 1, wobei die erste Größe (Gl) einen zeitlichen Mittelwert eines Momentanwerts der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals (LS) sowie den Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des ersten Plasmazustands (Sl) charakterisiert, und/oder wobei die zweite Größe (G2) einen zeitlichen Mittelwert eines Momentanwerts der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung über wenigstens eine Periodendauer des Hochfrequenzleistungssignals (LS) sowie den Phasenwinkel zwischen vor- und rücklaufender Hochfrequenzwelle während des zweiten Plasmazustands (S2) charakterisiert.
3. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, die dritte Größe (G3) als gewichteten Mittelwert der ersten Größe (Gl) und der zweiten Größe (G2) zu ermitteln.
4. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach Anspruch 3, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, a) einen der ersten Größe (Gl) zugeordneten ersten Gewichtungsfaktor (al) in Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer (TI) des ersten Plasmazustands (Sl) zu ermitteln, und/oder b) einen der zweiten Größe (G2)
zugeordneten zweiten Gewichtungsfaktor (a2) in Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer (T2) des zweiten Plasmazustands (S2) zu ermitteln.
5. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach Anspruch 4, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, den ersten und zweiten Gewichtungsfaktor (al, a2) so zu wählen, dass ein Verhältnis des ersten und zweiten Gewichtungsfaktors (al, a2) zueinander zumindest in etwa einem Verhältnis der ersten und zweiten Zeitdauer (TI, T2) zueinander entspricht.
6. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, die dritte Größe (G3) in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Elemente zu beeinflussen:
a) Betriebsgröße, insbesondere Temperatur und/oder Betriebsdauer wenigstens einer Komponente (110, 120, 130) der Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a),
b) Eigenschaft, insbesondere Strombelastbarkeit und/oder Spannungsbelastbarkeit, wenigstens einer Komponente (110, 120, 130) der Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a).
7. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: einen steuerbaren
Oszillator (110), einen ersten steuerbaren Verstärker (120), einen zweiten steuerbaren Verstärker (130), insbesondere Leistungsverstärker, wobei ein Betrieb des steuerbaren
Oszillators (110) und/oder des ersten steuerbaren
Verstärkers (120) und/oder des zweiten steuerbaren
Verstärkers (130) in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) beeinflussbar ist.
8. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) wenigstens eine Anzeigevorrichtung (104) aufweist, und wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, mindestens eine der folgenden Größen über die
Anzeigevorrichtung (104) auszugeben: einen bzw. den
Momentanwert der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung und/oder eine von dem Momentanwert der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung ableitbare Größe, die dritte Größe (G3) , einen Reflexionsfaktor des Plasmas (P) und/oder eine von dem Reflexionsfaktor des Plasmas (P) ableitbare Größe.
9. Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, die Frequenz und/oder die Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) zu regeln, wobei insbesondere die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, die Frequenz und/oder die Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) und einer vierten Größe (G4) zu regeln (432), wobei die vierte Größe (G4) eine absolute von dem Plasma (P) reflektierte Leistung charakterisiert.
10. Verfahren zum Betreiben einer
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) zur Erzeugung wenigstens eines elektrischen Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) für ein Plasma (P) , das wenigstens einen ersten Plasmazustand (Sl) und einen zweiten Plasmazustand (S2) aufweist, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) eine erste Größe (Gl) ermittelt (400), die eine in dem ersten Plasmazustand (Sl) von dem Plasma (P) reflektierte Leistung charakterisiert, eine zweite Größe (G2) ermittelt (410), die eine in dem zweiten Plasmazustand (S2) von dem Plasma (P) reflektierte Leistung charakterisiert, eine dritte Größe (G3) in Abhängigkeit der ersten und zweiten Größe (Gl, G2) bildet (420), und eine Frequenz und/oder eine Leistung des Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) in
Abhängigkeit der dritten Größe (G3) beeinflusst (430).
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erste Größe (Gl) einen zeitlichen Mittelwert eines Momentanwerts der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung über wenigstens eine
Periodendauer des Hochfrequenzleistungssignals (LS) während des ersten Plasmazustands (Sl) charakterisiert, und/oder wobei die zweite Größe (G2) einen zeitlichen Mittelwert eines Momentanwerts der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung über wenigstens eine Periodendauer des
Hochfrequenzleistungssignals (LS) während des zweiten
Plasmazustands (S2) charakterisiert.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) die dritte Größe (G3) als gewichteten Mittelwert der ersten Größe (Gl) und der zweiten Größe (G2) ermittelt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) a) einen der ersten Größe (Gl) zugeordneten ersten Gewichtungsfaktor (al) in Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer (TI) des ersten Plasmazustands (Sl) ermittelt, und/oder b) einen der zweiten Größe (G2) zugeordneten zweiten Gewichtungsfaktor (a2) in Abhängigkeit wenigstens einer Zeitdauer (T2) des zweiten Plasmazustands (S2) ermittelt, wobei insbesondere die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) den ersten und zweiten Gewichtungsfaktor (al, a2) so wählt, dass ein
Verhältnis des ersten und zweiten Gewichtungsfaktors (al, a2) zueinander zumindest in etwa einem Verhältnis der ersten und zweiten Zeitdauer (TI, T2) zueinander entspricht.
14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) die dritte Größe (G3) in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Elemente beeinflusst: a) Betriebsgröße,
insbesondere Temperatur und/oder Betriebsdauer wenigstens einer Komponente (110, 120, 130) der
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a), b) Eigenschaft, insbesondere Strombelastbarkeit und/oder Spannungsbelastbarkeit, wenigstens einer Komponente (110, 120, 130) der Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a).
15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: einen steuerbaren Oszillator (110), einen ersten steuerbaren
Verstärker (120), einen zweiten steuerbaren Verstärker
(130), insbesondere Leistungsverstärker, und wobei die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) den Betrieb des steuerbaren Oszillators (110) und/oder des ersten
steuerbaren Verstärkers (120) und/oder des zweiten
steuerbaren Verstärkers (130) in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) beeinflusst.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) wenigstens eine Anzeigevorrichtung (104) aufweist, und wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) mindestens eine der folgenden Größen über die Anzeigevorrichtung (104) ausgibt: einen bzw. den Momentanwert der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung und/oder eine von dem Momentanwert der von dem Plasma (P) reflektierten Leistung ableitbare Größe, die dritte Größe (G3) , einen Reflexionsfaktor des Plasmas (P) und/oder eine von dem Reflexionsfaktor des
Plasmas (P) ableitbare Größe.
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) die Frequenz und/oder die Leistung des
Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) regelt, wobei insbesondere die
Leistungsversorgungseinrichtung (100; 100a) die Frequenz und/oder die Leistung des Hochfrequenzleistungssignals (LS; LSI) in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) und einer vierten Größe (G4) regelt, wobei die vierte Größe (G4) eine absolute an dem Plasma (P) reflektierte Leistung
charakterisiert.
18. Verwendung einer Leistungsversorgungseinrichtung (100;
100a) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 17 zur Regelung einer Impedanzanpassungsvorrichtung (200), insbesondere eines Anpassungsnetzwerks (200), wobei die
Regelung der Impedanzanpassungsvorrichtung (200) wenigstens in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) ausgeführt wird.
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