WO2023217739A1 - Stromversorgungsanordnung, plasmaerzeugungseinrichtung und verfahren zur steuerung mehrerer plasmaprozesse - Google Patents

Stromversorgungsanordnung, plasmaerzeugungseinrichtung und verfahren zur steuerung mehrerer plasmaprozesse Download PDF

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WO2023217739A1
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power
plasma
power supply
supply arrangement
output
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PCT/EP2023/062199
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Jan Peter ENGELSTÄDTER
Michael Ehinger
Felix Reichenbach
Wojciech Gajewski
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TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a power supply arrangement for several plasma generators, a plasma generation device with such a power supply arrangement and a method for controlling several plasma processes with such a power supply arrangement.
  • the plasma generating devices can here in particular be designed to excite a gas locally away from a plasma processing to form a gas plasma.
  • Such plasma generators are also known as “remote plasma sources”.
  • Such a plasma generator is described, for example, in WO2014/016335 Al or US2007/0103092 Al.
  • the power supply arrangement is often offered as a unit with the plasma generator, i.e. the plasma chamber in which the gas plasma is generated.
  • the plasma generator i.e. the plasma chamber in which the gas plasma is generated.
  • several such locally remote gas-plasma generators are often required. These can be used, for example, to excite gas, whereby the excited gas is used during processing. These can also be used, for example, to excite gas, whereby the gas emerging from the processing chamber is excited.
  • the object of the present invention is to provide a power supply arrangement, a plasma generation device and/or a method for controlling several plasma processes in which these disadvantages are overcome.
  • a power supply arrangement for several plasma generators which are in particular designed to excite a gas locally away from a plasma processing to form a gas plasma, with: a) a power input connection for connecting a supply power, b) a Data connection for connection to a controller, c) wherein the power supply arrangement is designed to convert power from the power input connection into an alternating voltage power with an AC voltage generator stage, d) wherein the power supply arrangement is set up, via the data connection:
  • first and second AC voltage power can have different characteristics at least for one or more of the following control values:
  • “Characteristics for control values” means concrete predetermined values for one or more of the control values.
  • the output power can be 3 kW, the output frequency can be 30 kHz, and the output current curve can be rectangular pulses with a pulse-space ratio of 70% and 100 Hz repetition rate.
  • the output power can be 4 kW, the output frequency can be 35 kHz, and the output current curve can be rectangular pulses with a pulse-space ratio of 70% and 100 Hz repetition rate, just like in the first alternating voltage power.
  • An extreme value i.e. a value that should not be exceeded, can also be specified as a control value characteristic additionally or alternatively for one or more of the control values, e.g. a maximum current of 10 A or a minimum power of 100 W.
  • the first and second AC power differ in at least one of these control value characteristics.
  • control value characteristics differ in at least two of these control value characteristics, particularly preferably in at least three.
  • impedance matching device is a device that can convert an output impedance that is connected at its output, for example in the direction of the load, in such a way that a predeterminable impedance can be set at its input.
  • impedance matching devices There are many types of impedance matching devices. Descriptions of such can be found, for example, in WO 2016/177766 Al, WO 2017/072087 Al, WO 2019/185423 Al, WO 2021/255250 Al. They often have both variable and non-variable reactances, i.e. inductances and capacitances.
  • Impedance-changing elements such as line sections (transmission lines), resistors, transformers, baluns, couplers are also known.
  • the variable elements can be electronically controllable and variable. Included For example, vacuum capacitors can be changed using motors, or reactances can be switched on and off.
  • alternating voltage generator stage an electronic circuit that is set up to convert a first electrical power, for example direct current power, into alternating current power.
  • AC power is characterized by the fact that the voltage and current change their sign periodically.
  • Current and voltage can have different curves.
  • the voltage and/or the current can, for example, be approximately sinusoidal, or approximately rectangular. In the latter case, one often speaks of a bipolar voltage generator stage.
  • Such an alternating voltage generator stage often has a bridge circuit made of switching elements, in particular transistors, preferably MOSFET or IGBT.
  • the power supply arrangement further comprises: a) a first power output terminal for supplying the first AC power to the first load, b) a second power output terminal for supplying the second AC power to the second load remote from the first.
  • the power supply arrangement further has a switching unit, which is in particular part of the power supply arrangement, wherein the power supply arrangement is set up to be controllable via the data connection in such a way that the switching unit connects the alternating voltage power generated by the alternating voltage generator stage to one of the power output connections and/or loads can, and thereby adjust the different characteristics of the respective alternating voltage power.
  • switching unit here is meant an electronic component that is set up to pass an electrical signal in a first setting from a first of its contacts to a second of its contacts and to hinder, in particular to prevent, this transmission in a second setting.
  • the switching unit in the second setting, can pass the electrical signal in the second position from the first contact to a third contact and, in the first setting, hinder this transmission, in particular prevent.
  • a switching unit can be a transistor, in particular a power transistor, advantageously an IGBT or MOSFET.
  • Other embodiments such as PIN diodes or electromechanical switches are also conceivable.
  • a power supply arrangement for several plasma generators, which are in particular designed to excite a gas locally away from a plasma processing to form a gas plasma, with: a) a power input connection for connecting a supply power, b) a data connection for connecting to a Control, which can be arranged in particular inside or outside the power supply arrangement, c) wherein the power supply arrangement is designed to convert power from the power input connection with an alternating voltage generator stage into a first and a second alternating voltage power, d) a first power output connection for supplying the first alternating voltage power to a first load, e) a second power output connection for supplying the second alternating voltage power to a second load that is locally distant from the first, f) the power supply arrangement being set up to be controllable via the data connection in such a way that the first and the second alternating voltage power are at least at one or more
  • the following control values may have different characteristics:
  • control signal(s) is provided for the impedance matching device(s) assigned to the plasma generator(s), these can also be provided individually adapted to the respective alternating voltage power on the respective plasma generator.
  • the power supply arrangement can have one, in particular several, switching unit(s), wherein the power supply arrangement is set up to ensure via the data connection that the switching unit(s) switches the alternating voltage power generated by the AC voltage generator stage to one of the power output connections, and the The power supply arrangement can also be set up to be able to adjust the different characteristics of the respective AC voltage power.
  • the one power supply arrangement can supply the individual plasma generators with an alternating voltage generator stage. This saves considerable costs.
  • one, in particular several, switching unit(s) can be arranged outside the power supply arrangement, wherein the power supply arrangement is set up to be able to control them via the data connection in such a way that the switching unit(s) transmits the alternating voltage power generated by the alternating voltage generator stage to one in each case of the power output connections and can thereby adjust the different characteristics of the respective alternating voltage power.
  • the one power supply arrangement can supply the individual plasma generators with an alternating voltage generator stage. This saves considerable costs and can also be adapted very flexibly to the relevant application.
  • a connecting line for transmitting the alternating voltage power with a length of 1 m or more, in particular a length of 3 m or more, can be arranged between the impedance matching device(s) and a power supply arrangement. This makes the use of the power supply arrangement particularly flexible and therefore cost-effective.
  • the power supply arrangement can be designed so that the nominal powers of all that can be delivered to the loads, in particular that can be output, AC power added together is greater than the nominal power of the AC voltage generator stage.
  • An AC voltage generator stage with a relatively low nominal power can be used to supply several plasma generators, each of which individually does not require more nominal power than the AC voltage generator stage can provide in terms of nominal power and at the same time, when added together, all of which would require a significantly higher nominal power. This works because the plasma generators can be supplied sequentially, i.e. never all at the same time.
  • the power supply arrangement can be set up to output different control signals for a plurality of impedance matching devices, each of which is assigned to one of the AC voltage powers.
  • the power supply arrangement can be set up to receive one and/or more plasma signals, in particular one and/or more plasma voltages, from one of the plasma generators.
  • plasma signal is meant a signal that is detected, e.g. measured, in or in the immediate vicinity of the generated plasma.
  • This can be, for example, a signal that is measured on the winding side of the excitation transformer with which the plasma is excited. It can also be a measured light signal, electromagnetic wave in the non-visible range, e.g. UV, X-ray range, electric or magnetic field, noise, vibration, ultrasonic signal.
  • a plasma voltage that can be measured in particular on or on the winding side of the excitation transformer.
  • the power supply arrangement can be set up to assign one or more of the transmitted plasma signals to the characteristics of the alternating voltage power, in particular to adjust the characteristics of the alternating voltage power depending on the respective plasma signals. This means that all plasma generators can be individually controlled very precisely and reliably by a power supply arrangement.
  • the power supply arrangement can be set up to receive one and/or more voltages and/or current intensities from a current and/or voltage sensor which is arranged and set up, To measure the current and/or voltage of the alternating voltage power, to be transmitted.
  • the power supply arrangement can also be set up to assign one or more of the transmitted voltages and/or current intensities to the characteristics of the alternating voltage power, in particular to set the characteristics of the alternating voltage power as a function of the respective voltages and/or current intensities.
  • the power supply arrangement may be configured to transmit one and/or more voltages and/or current intensities from a current and/or voltage sensor arranged and configured to measure current and/or voltage in or on an impedance matching device to get.
  • the power supply arrangement can also be set up to assign one or more of the transmitted voltages and/or current intensities to the characteristics of the alternating voltage power, in particular to set the characteristics of the alternating voltage power as a function of the respective voltages and/or current intensities. This means that all plasma generators can be individually controlled very precisely and reliably by a power supply arrangement.
  • the controller may be integrated into the power supply arrangement. This enables further cost savings and means that all plasma generators can be individually controlled very precisely and reliably by a power supply arrangement.
  • a plasma generation device can have: a) a power supply arrangement as described above and b) a plurality of plasma generators which are connected to the power supply arrangement, in particular to the power output connections thereof, and which can each be operated in accordance with the control value characteristics.
  • the plasma generating device can have a first transformer arrangement, in particular a transformer arrangement for each plasma generator, for coupling the alternating voltage power to the load, the transformer arrangement preferably being in the immediate vicinity of the load is arranged.
  • transformer arrangement means an electrical inductive component that has a first winding and a second winding and can transmit alternating power applied to the first winding (primary winding) to the second winding (secondary winding).
  • the windings can, for example, be wound on a magnetic core, they can be arranged planar on a circuit board or represent a combination of both construction methods, although further variants are possible.
  • a possible second 'turn' can also be the plasma itself, for example.
  • An example of such a transformer arrangement is disclosed, for example, in US 9,368,328 B2 as “transformer 35”.
  • the plasma generation device can have an impedance matching device, in particular a plurality of impedance matching devices, with one impedance matching device preferably being arranged between the power supply arrangement and the plasma generator. This enables further cost savings and means that all plasma generators can be individually controlled very precisely and reliably by a power supply arrangement.
  • the plasma generating device between the impedance matching device and the power supply arrangement can have a connecting line of 1 m length or more, in particular 3 m length or more. This makes the plasma generation device particularly flexible to use.
  • the plasma generation device can be used for post-treatment of a gas exiting from a plasma processing device.
  • the plasma generating device can be used to pretreat a gas that is introduced into a plasma processing device.
  • plasma generation devices can have both plasma generators.
  • the impedance matching device(s) may include one or more of the following components: a) inductors, b) Capacitances, whereby the inductances and/or capacitances can be adjustable, controlled by a signal with a connection to the data connection. This enables further cost savings and means that all plasma generators can be individually controlled very precisely and reliably by a power supply arrangement.
  • one, in particular several, of the plasma generators can be designed to excite a gas locally away from a plasma processing to form a gas plasma. So they can be used advantageously as so-called remote plasma sources.
  • a method for controlling multiple plasma processes which are in particular each designed to excite a gas locally away from a plasma processing to a gas plasma, can be provided with the following steps: a) supplying a power supply arrangement with electrical supply power, b) converting the electrical supply power into a first alternating voltage power and supplying the first alternating voltage power to a first load of a first plasma generator, c) converting the electrical supply power into a second alternating voltage power and supplying the second alternating voltage power to a second load of a second plasma generator, in particular step b) and c ) do not take place at the same time, d) controlling the AC voltage power according to different characteristics for one or more of the following control values:
  • control signal(s) is/are provided for the impedance matching device(s) assigned to the plasma generator(s), these can also be provided individually adapted to the respective alternating voltage power on the respective plasma generator. All previously described features of the device(s) can also further develop the method.
  • the method can deliver a plurality of alternating voltage powers to a load of an associated plasma generator, whereby the alternating voltage powers are not delivered to the loads at the same time and each load is operated with its associated control characteristic and in particular a plurality of control signals for impedance matching devices which are one of the AC voltage services are assigned, generated and output.
  • the first and/or second alternating voltage power can each be transmitted via a connecting line with a length of 1 m or more, in particular a length of 3 m or more. This makes the process very flexible and therefore cost-effective.
  • a computer program product can be provided for controlling a previously described power supply arrangement, in particular for features g) and f) and/or for method steps d) and e).
  • a non-volatile storage medium can be provided, with instructions stored thereon for execution with a processor or for configuring a programmable logic module to carry out the control of a previously described power supply arrangement, in particular for the features g) and f), and / or for the Process steps d) and e).
  • FIG. 1 shows a first plasma generation device with a first power supply arrangement
  • FIG. 2 shows a second plasma generation device with a second power supply arrangement
  • Fig. 5 shows a rectifier bridge circuit
  • FIG. 7 shows a first embodiment of a switching unit
  • Fig. 9 is a flow chart for a process.
  • the plasma generation units 17a, 17b, 17n each include a load 9a, 9b, ... 9n, each of which has an impedance matching device 15a, 15b, ... 15n with a power output connection 3a, 3b, . . 3n is connected.
  • the plasma generation units 17a, 17b, 17n, each with an impedance matching device 15a, 15b, ... 15n were shown.
  • measuring sensors CTla, CTlb, ... CTln for example for current and/or voltage measurements.
  • the signals determined there are fed via a data bus 16 to a data connection 13, which is connected to the controller 4.
  • Measuring sensors for frequency, phase, power, in particular forward and/or reflected power, are also possible here.
  • the loads 9a, 9b, ... 9n are here in particular so-called 'remote plasma sources', RPS. These are special plasma generators 17a, lb, ... 17n, which are set up to excite a gas to a gas plasma at a location away from plasma processing. Transformer arrangements Tla, Tlb, ... Tin are advantageously used for plasma excitation of this type. On the secondary side of these transformer arrangements facing the plasma, several plasma signals CT4a, CT4b, CT4n can be detected, in particular one and/or several plasma voltages. These can also be transmitted to the data connection 13 via the data bus 16.
  • At least one plasma generator 17a is connected to a power output connection 3a of the power supply arrangement 10 via an impedance matching device 15a.
  • all plasma generators 17a, 17b, ... 17n are each connected to a power output connection 3a, 3b, ... 3n of the power supply arrangement 10 via an impedance matching device 15a, 15b, ... 15n.
  • the impedance matching devices 15a, 15b, ... 15n have, for example, several switchable inductors Lia, L2a, L3a, Llb, L2b, L3b, Lin, L2n, L3n. These are provided in particular in parallel to the connecting lines between the plasma generator 17a, 17b, ... 17n and the power output connection 3a, 3b, ... 3n of the power supply arrangement 10. This means that the impedance adjustment can be carried out very quickly in stages.
  • the current through these inductors Lia, L2a, L3a, Llb, L2b, L3b, Lin, L2n, L3n can be determined with measuring sensors CT2a, CT2b, ... CT2n. These determined signals can also be supplied to the data bus 16.
  • the impedance matching devices 15a, 15b, ... 15n each have, for example, a capacitance Cla, Clb, ... Cln.
  • This can in particular be an adjustable capacity, for example by means of an adjustable vacuum capacitor.
  • the capacitances can be provided in series between the plasma generator 17a, 17b, ... 17n and the power output connection 3a, 3b, ... 3n of the power supply arrangement 10. This means that the impedance adjustment can be carried out very reliably.
  • a further inductor L4a, L4b, L4n can also be provided in series, as shown here, between the plasma generator 17a, 17b, ... 17n and the power output connection 3a, 3b, ... 3n of the power supply arrangement 10. This can be realized at least in part by the leakage inductance of the transformer arrangements Tla, Tlb, Tin.
  • further measuring sensors CT4a, CT4b, CT4n can be provided, which are suitable for detecting current, voltage, phase, impedance and/or power. These detected signals can also be supplied to the data bus 16.
  • the power supply arrangement 10 includes a power input connection 2 for connection to an electrical supply power 7.
  • the power supply arrangement 10 further comprises a first power converter stage 5, which is configured such that it converts the input power at the power input connection 2 into an intermediate power, preferably into a DC intermediate circuit power 12.
  • a plurality of first power converter stages 5 for converting the input power at the power input connection 2 into an intermediate power, preferably into intermediate circuit power 12, can also be part of the power supply arrangement 10 and can preferably be connected in parallel.
  • the power supply arrangement 10 in particular further comprises an AC voltage generator stage 6, which is connected downstream of the first power converter stage 5 and is configured to convert the intermediate power from the first power converter stage into a bipolar output power.
  • an energy storage element such as an inductor or a capacitor, for smoothing the current or voltage can be implemented between the power converter stage 5 and the further AC voltage generator stage 6.
  • the power supply arrangement 10 further comprises a plurality of switching units 8a, 8b, . . . 8n arranged here, for example, between the AC voltage generator stage 6 and the power output connections 3a, 3b,. . 3n.
  • One or more switching units can also be arranged outside the power supply arrangement 10, in particular in the vicinity, immediately before or after or internally in one of the impedance matching devices 15a, 15b, ... 15n (not shown). Since the data bus 16 already has a connection outside the power supply arrangement 10, the switching units can also be controlled outside the power supply arrangement 10.
  • the power supply arrangement 10 further comprises a controller 4, which is designed to adjust the power supply arrangement 10 to deliver the bipolar output power to the power output connections 3a, 3b, 3n using at least one of the following control parameters: power, voltage, current, excitation frequency or threshold value for Protective measures so that at least one of the control parameters at a first power output connection 3a differs from the corresponding control parameter at another power output connection 3b,. . . 3n differs.
  • a controller 4 which is designed to adjust the power supply arrangement 10 to deliver the bipolar output power to the power output connections 3a, 3b, 3n using at least one of the following control parameters: power, voltage, current, excitation frequency or threshold value for Protective measures so that at least one of the control parameters at a first power output connection 3a differs from the corresponding control parameter at another power output connection 3b,. . . 3n differs.
  • the controller has 4 connections to the power converter stages 5 and the switching units 8a, 8b, . . . 8n. Some of these ports may be optional, such as: B. the connection to the power converter stage 5.
  • the controller 4 can be configured so that it has a switching unit 8a, 8b,. . . 8n switches from a closed state to an open state only when the absolute value of the current through the switch is less than one ampere, preferably zero. This has the advantage that switching units 8a, 8b,. . . 8n can be used, which do not have to be designed for switching higher currents. This makes the device even cheaper.
  • the plasma generating device 1 can include a control outside the power supply arrangement 10. This external control can also control the plasma process in the loads 9a, 9b, . . 9n control.
  • the controller 4 can also be configured so that it has a switching unit 8a, 8b,. . . 8n switches from an open state to a closed state only when the absolute value of the voltage across the open switch is less than 20 volts, preferably zero. This has the advantage that a switching unit can be used that does not have to be designed for switching higher voltages. This makes the device even cheaper.
  • the power supply arrangement 10 is capable of converting an electrical input power into a bipolar output power and supplying this output power to at least two independent loads 9a, 9b, ... 9n, the power supply arrangement comprising:
  • controller 4 configured to control the power supply arrangement to deliver the bipolar output power to the power output terminals using at least one of the following control parameters:
  • Power, voltage, current, excitation frequency, or threshold for protective measures by obtaining a complete set of setpoints for the parameters of the power output connections, the controller 4 in particular being further adapted to calculate whether the power supply arrangement is capable of supplying each setpoint to each power output connection and, if applicable, calculate a sequence of pulses for power delivery to the power output terminals to provide the power to the plasma process.
  • the controller 4 may be configured to control the power supply arrangement 10 so that at least one of the Control parameter at a first power output connection 3a, 3b, ... 3n is different from the corresponding control parameter of another power output connection. This allows a single power supply arrangement with a given maximum power to be used instead of several.
  • bipolar output power in this disclosure is meant an output power with an alternating current in which the current changes direction at a frequency that can excite the plasma process (excitation frequency).
  • Control parameters can be measured values or setpoints of the parameters mentioned.
  • the measurement and setpoint values can be absolute value, instantaneous value, effective value, such as an RMS (root mean square) value, or extreme value (e.g. maximum or minimum value).
  • RMS root mean square
  • extreme value e.g. maximum or minimum value
  • the input power may be electrical power supplied from an AC network. It can also be a DC power line (AC: alternating current; DC: direct current).
  • AC alternating current
  • DC direct current
  • the controller 4 can consist of a microcontroller on which a software program runs when the power supply arrangement is in operation.
  • the controller 4 can have several interfaces, such as. B. Data connections to external components, monitors, keyboards that can be connected wired or wirelessly.
  • the control can have a computing part and a storage part.
  • the storage part can be divided for different purposes, e.g. B. as monitor memory, RAM, data memory, program memory.
  • a threshold may be a value used to detect ignition or collapse of the plasma. It can be set differently for each output port and can change over time.
  • the bipolar output power can be a power value of more than 1 kW, preferably more than 10 kW.
  • the bipolar output power can have a frequency of more than 1 kHz, preferably more than 10 kHz, preferably more than 50 kHz.
  • the power supply arrangement 10 may include a power converter stage 5, which is designed to convert the input power into an intermediate power, preferably into a DC intermediate circuit power.
  • the power supply arrangement can comprise at least one AC voltage generator stage 6, which is designed to convert the intermediate power from the first power converter stage 5 into the bipolar output power.
  • the power supply arrangement 10 can comprise at least two further AC voltage generator stages 6a, 6b,... 6n, which are designed to convert the intermediate power from the first power converter stage 5 into a plurality of bipolar output power signals and to lead these powers to the power output connections.
  • the controller 4 can be designed to control the power converter stage 5 and/or AC voltage generator stages 6, 6a, 6b, ... 6n such that, during use, the power supply arrangement 10 produces a first power output signal in particular at a first time at a first power output connection for a first time frame and at a second time a second power output signal, in particular at a second power output connection for a second time frame, wherein the first time is different from the second time and/or the first time frame is different from the second time frame.
  • the power supply arrangement may comprise one or more switching units 8a, 8b,... 8n between the power converter stage(s) and the power output connections 3a, 3b,... 3n.
  • the switching units 8a, 8b, ... 8n are controlled by the controller 4.
  • the controller 4 can be designed to control the power converter stage 5 and/or AC voltage generator stages 6, 6a, 6b,... 6n and/or the switching units 8a, 8b,... 8n in such a way that the power supply arrangement in operation, at a first time, delivers a first output power signal at the first power output connection for a first time frame and at a second time, a second power signal at the second power output connection for a second time frame, the first time being different from the second time and/or the first Time frame is different from the second time frame.
  • the switching units 8a, 8b, ... 8n are designed so that they can conduct current in two opposite directions.
  • the controller 4 can be configured so that it switches a switching unit 8a, 8b, ... 8n from a closed state to an open state only when the amount of current through the switch is less than one ampere, preferably zero, is.
  • the controller 4 may be configured to activate a switching unit from an open state to a closed state only when the magnitude of the voltage across the open switch is lower than 20 volts, preferably zero.
  • At least one of the power converter stage 5 and/or AC voltage generator stages 6, 6a, 6b, ... 6n comprises a bridge circuit, preferably a full bridge circuit.
  • a bridge circuit can be a rectifier bridge circuit capable of rectifying AC power.
  • a bridge circuit can be a switching bridge circuit that generates bipolar output power.
  • the power supply assembly 10 may include a housing that encloses all other parts of the unit.
  • the input connections can be connected directly to the control cabinet.
  • the power output connections 3a, 3b, ... 3n may be directly connected to the housing.
  • a plasma processing device 1 may include:
  • Each load 9a, 9b, ... 9n can be connected to one of the power output terminals 3a, 3b, ... 3n of the power supply arrangement.
  • the object of the invention is also achieved by a controller 4 for controlling multiple plasma processes in multiple loads by converting an electrical input power into a bipolar output power and delivering this output power to the loads, the controller being designed to have a power supply arrangement for delivering the bipolar output power to the Control power outputs using at least one of the following control parameters:
  • the controller further being adapted to calculate whether the power supply arrangement is capable of delivering each setpoint to each power output port, and , if applicable, a sequence of pulses for power delivery to the Calculate power output connections to provide the power for the plasma process.
  • the complete set of setpoints can be provided by an interface connection, preferably from a controller outside the power supply arrangement, with the external controller also controlling the plasma process in the plasma chambers.
  • the calculation can include determining the maximum target power at all times and comparing it to the maximum power of the power supply arrangement.
  • an error message can be given if the result of the calculation shows that there is no possibility of delivering power of the setpoint to each power output connection.
  • one or more options for changing the process with a new set of setpoints may be given in the event that the result of the calculation is that there is no possibility of power delivery of the setpoint to each power output port.
  • the controller can control the power supply arrangement in such a way that at least one control parameter of a first plasma chamber is unequal to a corresponding control parameter of another plasma chamber.
  • the plasma processes in the different loads 9a, 9b, ... 9n can be different or the same. They can be the same but in a different state, ie the plasma process in a first load is, for example, in a first gas excitation state, while the plasma process in another load is initially in the gas conversion state.
  • bipolar transistors 81, 82, 91, 92 can be used, as shown in Figs. 7 and 8. These bipolar transistors are significantly cheaper than MOSFETs.
  • the bipolar transistors 81, 82, 91, 92 can be IGBTs, which are inexpensive transistors that carry high currents with low energy loss. This makes the power supply arrangement 1 even cheaper, since no expensive cooling devices are required.
  • additional diodes 83, 84, 93, 94 are connected to conduct current in the desired direction and to block current in the undesired direction.
  • the power converter stage 5 may include a rectifier circuit, preferably a rectifier bridge circuit 50, as shown in Fig. 5.
  • a rectifier circuit preferably a rectifier bridge circuit 50, as shown in Fig. 5.
  • Four rectifier diodes 52, 53, 54, 55 are connected in a bridge circuit to rectify the alternating current from the first connection 51 to the second connection 56.
  • At least one of the following elements can additionally be connected to the first connection 51: a filter, an overvoltage protection circuit, an overcurrent protection circuit.
  • a filter can consist of one or more energy-storing elements such as capacitors or inductors.
  • the alternating voltage generator stage 6 may comprise a switching bridge, preferably a full bridge circuit 60, as shown in FIG. 6.
  • This full bridge circuit 60 includes four switching units 62, 63, 64, 65. These switching units can be transistors, bipolar transistors, IGBTs and particularly preferably MOSFETs.
  • At the input of the second AC voltage generator stage 6 there can be a filter circuit with one or more energy storage elements such as a capacitor 61 and / or inductors 66, 67.
  • the full bridge circuit 60 may further include some diodes as shown.
  • the power supply assembly 10 may include a housing that encloses all other parts of the power supply assembly 10. It can be made of metal and therefore offers good protection against electromagnetic interference waves.
  • the power input connection 2 can be connected directly to the housing.
  • the power output connections 3a, 3b,. . . 3n can also be connected directly to the housing 10.
  • the current-carrying capability of all switching units 8a, 8b. . . 8n together be higher than the maximum current delivery capabilities of the power converter stage 5.
  • the second power supply arrangement 10' is an alternative to the first power supply arrangement 10, as shown in FIG. All elements that correspond to those in Fig. 1 have the same reference numbers.
  • the power supply arrangement 10' shown in FIG. 2 contains instead of the switching unit(s) 8a, 8b, . . . 8n several power converter stages 6a, 6b,. . 6n, which are designed to convert the DC intermediate power 12 from the first power converter stage 5 into a plurality of bipolar output power signals and to supply these powers to the power output connections 3a, 3b, . . 3n to lead. All power converter stages 6a, 6b,. . 6n can be controlled by the controller 4. All power converter stages 6a, 6b,. . 6n can consist of full bridges 60 and filter elements 61, 66, 67, as shown in FIG.
  • Measuring sensors CTla, CTlb, CTln for detecting voltage, current, frequency or power can be connected to the power output connections 3a, 3b, ... 3n.
  • the power supply arrangement 1 can also include several power converter stages 5, which are designed to convert the input power at the power input connection 2 into an intermediate power, preferably into DC intermediate circuit power 12, and are preferably connected in parallel.
  • the connecting lines for transmitting the alternating voltage power between the voltage supply arrangement 10 and one or more impedance matching devices 15a, 15b, ... 15n can be 1 m long or more, in particular 3 m long or more.
  • These cables can in particular have a predetermined impedance, which can preferably be a real impedance without an imaginary part and can particularly preferably be in the range from 45 to 80 Q. In such cases, one or more impedance matching devices 15a, 15b, ... 15n and the control signal(s) are particularly helpful for them.
  • Fig. 3 shows a timing diagram of the output power at a first power output terminal 3a.
  • the axis t is the time axis and the axis S30 can be, for example, the voltage, current or power axis.
  • axis S30 stands for the actual values of these parameters
  • axis S31 stands for an effective value of these parameters.
  • the bipolar signal is shown in two signal sequences 31, 32.
  • the signal sequence 31 has an excitation frequency with a period of 2/11 of the time window, which begins at time T31 and ends at time T32.
  • the signal sequence 32 has an excitation frequency with a period of 2/11 of the time window, which begins at time T33 and ends at time T34. In this example, these frequencies are the same, but it is possible that these frequencies can be different.
  • the effective values of the two signal sequences 31, 32 are shown in two signal sequences 33, 34.
  • Two threshold lines 35, 36 are also shown in this diagram. They can be used to detect plasma collapse, such as: B. an arc or an ignition of the plasma, can be used if the effective value of one of the parameters power, voltage or current exceeds such a threshold.
  • the current carrying capacity of all power converter stages 6a, 6b,... 6n together can be higher than the maximum current supply capabilities of all power converter stages 5 together.
  • Fig. 4 shows a timing diagram of the output power at another power output terminal 3b, . 3n.
  • the axis t is the time axis and the axis S40 can be, for example, the voltage, current or power axis. While axis S40 stands for the actual values of these parameters, axis S41 stands for an effective value of these parameters.
  • the bipolar signal is shown in two signal sequences 41, 42.
  • the signal sequence 41 has an excitation frequency with a period of 1/7 of the time window, which begins at time T41 and ends at time T42.
  • a second pulse 44 begins, the end of which cannot be seen in this diagram.
  • the second signal sequence 42 begins at time T43. From this example it can be seen that the frequencies of the signal sequences 31, 32 and the Signal sequences 41, 42 are different, the frequency of the signal sequences 41, 42 being higher than the frequency of the signal sequences 31, 32.
  • the power, the voltage, the current or the threshold value for protective measures can also be set between two different power output connections 3a, 3b, . 3n or on two different loads 9a, 9b,. . 9n be different.
  • Two threshold lines 45, 46 are also shown in this diagram. They can be used to detect plasma collapse, such as: B. an arc or an ignition of the plasma, can be used if the effective value of one of the parameters power, voltage or current exceeds such a threshold value.
  • the invention operates in such a way that it has multiple plasma processes in the multiple loads 9a, 9b, . . . 9n controls with the controller 4 by converting an electrical input power into a bipolar output power, as shown in the signal sequences 31, 32, 41, 42, and sending this output power to the loads 9a, 9b, . . 9n is delivered.
  • the controller 4 controls the power supply arrangement 1 to deliver the bipolar output power to the power output connections 3a, 3b, . 3n using at least one of the following control parameters: power, voltage, current, excitation frequency or threshold for protection measures, by obtaining a complete set of setpoints for the parameters of the power output connections 3a, 3b, ...
  • the controller 4 being further designed to do so , to calculate whether the power supply arrangement 1, 1' is capable of delivering each setpoint to each power output terminal 3a, 3b, ... 3n and, if so, a sequence of pulses for power delivery to the power output terminals 3a , 3b, ... 3n to calculate the power for the plasma process.
  • the controller 4 can use the power converter stages 6, 6a, 6b,. . .6n or the switching units 8a, 8b, . . . 8n control so that the unit 1 in operation at a first time T31 a first output power signal at the first Power output connection 3a for a first time frame T31-T32 and at a second time T41 a second power signal at a second power output connection 3b,. 3n for a second time frame T41-T42, wherein the first time T31, T41 differs from the second time T32, T42 and / or the first time frame T31-T32 differs from the second time frame T41-T42.
  • a plasma generating device 1 as in Fig. 1 and a plasma generating device 1' as in Fig. 2 impose restrictions on the simultaneous operation of more than one power output terminal 3a, 3b, ... 3n.
  • these restrictions arise if, for example, the total power or processing capacity of the output stage connected to an input stage exceeds the power or the instantaneous capacity of this input stage, so that the maximum output power is not simultaneously available at all power output connections 3a, 3b, ... 3n can be provided.
  • the maximum output power can only be provided at one power output connection 3a, 3b, ...
  • 3n or part of the power can be provided at more than one power output connection 3a, 3b, ... 3n. In the event that independent operation of different plasma processes is necessary, this can be achieved as long as the total duty cycle of all processes plus the time for switching between outputs is less than the total cycle time.
  • a sequence control 14 can be part of the control 4. Their algorithm determines the output power to be delivered for each of the power output connections for each request for the power supply arrangement 1 or for a request to change one or more parameters, whether the demand is within the possible operating range. For a process as shown in Figs. 3 and 4, in which power is supplied to the power output terminals 3a, 3b, ... 3n is delivered, with the different power output connections 3a, 3b, ... 3n being operated with different powers, with different pulse duty cycles or different pulse frequencies, the sequence control ensures that:
  • the pulse frequencies are integer multiples of each other in order to avoid pulse overlaps (for plasma devices 1 'as in Fig. 2)
  • a newly requested output pulse pattern is activated in a particular output at a correct time to fit into existing pulse patterns of other outputs (for plasma devices 1 as in Fig. 1)
  • a warning is issued to the user if the requested sequence is outside the possible range
  • the method can be characterized in particular by its suitability for controlling several plasma processes, which are in particular designed to excite a gas locally away from a plasma processing to form a gas plasma, i.e. for controlling several so-called “remote plasma sources” RPS, with the following steps :
  • Step 71 Supplying a power supply arrangement 10 with electrical supply power
  • Step 72 Converting the electrical supply power into a first alternating voltage power and supplying the first alternating voltage power to a first load 9a of a first plasma generator 17a
  • Step 73 Converting the electrical supply power into a second alternating voltage power and supplying the second alternating voltage power to a second load 9b of a second plasma generator 17b, with steps 73 and 72 not occurring at the same time
  • Step 74 Controlling the alternating voltage powers according to different characteristics at one or more the following tax values:
  • Step 75 Generation and output of a control signal for an impedance matching device 15a, 15b, 15n, which is assigned to one of the AC voltage powers.

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Abstract

Stromversorgungsanordnung (10) für mehrere Plasmaerzeuger (17a, 17b, 17n), die insbesondere jeweils ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen, mit: f) einem Leistungseingangsanschluss (2) zum Anschluss einer Versorgungsleistung (7), g) einem Datenanschluss (13) zum Anschluss an eine Steuerung (4), h) wobei die Stromversorgungsanordnung ausgelegt ist, Leistung von dem Leistungseingangsanschluss (2) mit einer Wechselspannungserzeugerstufe (6) in eine Wechselspannungsleistung umzuwandeln, i) wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, über den Datenanschluss (13) - sicherzustellen, dass die Wechselspannungsleistung an eine erste Last (9a) als eine erste Wechselspannungsleistung und an eine zweite von der ersten örtlich entfernten Last (9b) als eine zweite Wechselspannungsleistung geliefert werden kann, wobei insbesondere die beiden Lasten nicht gleichzeitig versorgt werden, und - derart ansteuerbar zu sein, dass die erste und die zweite Wechselspannungsleistung zumindest bei einem oder mehreren der folgenden Steuerwerte unterschiedliche Charakteristika einstellt: - Ausgangsstrom, -Ausgangsspannung, - Ausgangsfrequenz, - Ausgangsleistung, - Ausgangs-Verlauf von Strom und/oder Spannung, und wobei die Stromversorgungsanordnung (10) eingerichtet ist, ein Ansteuersignal für eine Impedanzanpassungsvorrichtung (15a, 15b, 15n), die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet ist, auszugeben.

Description

Stromversorgungsanordnung, Plasmaerzeugungseinrichtung und Verfahren zur Steuerung mehrerer Plasmaprozesse
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanordnung für mehrere Plasmaerzeuger, eine Plasmaerzeugungseinrichtung mit einer solchen Stromversorgungsanordnung und ein Verfahren zur Steuerung mehrerer Plasmaprozesse mit einer solchen Stromversorgungsanordnung.
Die Plasmaerzeugungseinrichtungen können hier insbesondere jeweils ausgelegt sein, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen. Solche Plasmaerzeuger sind auch als „Remote Plasma Source" bekannt. Ein solcher Plasmaerzeuger ist z.B. in WO2014/016335 Al oder US2007/0103092 Al beschrieben.
Die Stromversorgungsanordnung wird häufig als Einheit mit dem Plasmaerzeuger, also der Plasmakammer angeboten, in der das Gas-Plasma erzeugt wird. Bei der Bearbeitung und/oder Herstellung von Materialien in einer Bearbeitungskammer werden oftmals mehrere solcher örtlich entfernter Gas-Plasma-Erzeuger benötigt. Diese können z.B. zur Anregung von Gas eingesetzt werden, wobei das angeregte Gas bei der Bearbeitung eingesetzt wird. Ebenso können diese z.B. zur Anregung von Gas eingesetzt werden, wobei das aus der Bearbeitungskammer austretende Gas angeregt wird.
Mehrere Einheiten bestehend aus Stromversorgungsanordnung und Plasmaerzeuger sind kostspielig und die Gefahr, dass eine der Einheiten ausfällt, ist bei zunehmender Anzahl solcher Einheiten ansteigend. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromversorgungsanordnung, eine Plasmaerzeugungseinrichtung und/oder ein Verfahren zur Steuerung mehrerer Plasmaprozesse zur Verfügung zu stellen, bei dem diese Nachteile überwunden werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, eine Plasmaerzeugungseinrichtung nach Anspruch 11 und/oder ein Verfahren nach Anspruch 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und/oder in der Beschreibung offenbart.
Demnach ist in einem Aspekt zur Lösung der Aufgabe eine Stromversorgungsanordnung für mehrere Plasmaerzeuger offenbart, die insbesondere jeweils ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas- Plasma anzuregen, mit: a) einem Leistungseingangsanschluss zum Anschluss einer Versorgungsleistung, b) einem Datenanschluss zum Anschluss an eine Steuerung, c) wobei die Stromversorgungsanordnung ausgelegt ist, Leistung von dem Leistungseingangsanschluss mit einer Wechselspannungserzeugerstufe in eine Wechselspannungsleistung umzuwandeln, d) wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, über den Datenanschluss:
• sicherzustellen, dass die Wechselspannungsleistung an eine erste Last als eine erste Wechselspannungsleistung und an eine zweite von der ersten örtlich entfernten Last als eine zweite Wechselspannungsleistung geliefert werden kann, wobei insbesondere die beiden Lasten nicht gleichzeitig versorgt werden, und
• derart ansteuerbar zu sein, dass die erste und die zweite Wechselspannungsleistung zumindest bei einem oder mehreren der folgenden Steuerwerte unterschiedliche Charakteristika aufweisen kann:
• Ausgangsstrom,
• Ausgangsspannung,
• Ausgangsfrequenz,
• Ausgangsleistung,
• Ausgangs-Verlauf von Strom und/oder Spannung, und e) wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, ein Ansteuersignal für eine Impedanzanpassungsvorrichtung, die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet ist, auszugeben.
Mit , Charakteristika für Steuerwerte' sind konkrete vorgegebene Werte für einen oder mehrere der Steuerwerte gemeint.
Beispielsweise kann für die erste Wechselspannungsleistung die Ausgangsleistung 3 kW, die Ausgangsfrequenz 30 kHz, und der Ausgangsverlauf von Strom rechteckförmige Pulse mit einem Pulspausenverhältnis von 70% und 100 Hz Wiederholrate sein. Und beispielsweise kann für die zweite Wechselspannungsleistung die Ausgangsleistung 4 kW, die Ausgangsfrequenz 35 kHz, und der Ausgangsverlauf von Strom so wie bei der ersten Wechselspannungsleistung rechteckförmige Pulse mit einem Pulspausenverhältnis von 70% und 100 Hz Wiederholrate sein.
Es kann als Steuerwert-Charakteristikum auch zusätzlich oder alternativ für eine oder mehrere der Steuerwerte ein Extremwert, also ein Wert, der nicht überschritten werden soll, vorgegeben werden, z.B. ein Maximalstrom von 10 A oder eine Minimalleistung von 100 W.
In zumindest einem dieser Steuerwert-Charakteristika unterscheiden sich die erste und die zweite Wechselspannungsleistung.
In einem Aspekt unterscheiden sich die Steuerwert-Charakteristika in mindestens zwei dieser Steuerwert-Charakteristika, besonders bevorzugt in mindestens drei.
Mit Impedanzanpassungsvorrichtung ist hier eine Vorrichtung gemeint, die eine Ausgangsimpedanz, die an ihrem Ausgang z.B. in Richtung Last angeschlossen ist, so umwandeln kann, dass an ihrem Eingang eine vorgebbare Impedanz einstellbar ist. Es gibt viele Arten von Impedanzanpassungsvorrichtungen. Beschreibungen von solchen finden sich z.B. in WO 2016/177766 Al, WO 2017/072087 Al, WO 2019/185423 Al, WO 2021/255250 Al Häufig weisen sie sowohl variable als auch nicht variable Reaktanzen, also Induktivitäten und Kapazitäten auf. Bekannt sind auch Impedanz-verändernde Elemente wie Leitungsabschnitte (transmission lines), Widerstände, Übertrager, Balun, Koppler. Die variablen Elemente können elektronisch ansteuerbar variabel sein. Dabei können z.B. Vakuumkondensatoren mittels Motoren veränderbar sein, oder Reaktanzen zu und wegschaltbar sein.
Mit Wechselspannungserzeugerstufe ist ein elektronischer Schaltkreis gemeint, der eingerichtet ist, eine erste elektrische Leistung, z.B. eine Gleichstromleistung, in eine Wechselstromleistung umzuwandeln. Die Wechselstromleistung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannung und der Strom ihr Vorzeichen periodisch ändern. Dabei können Strom- und Spannung unterschiedliche Verläufe aufweisen. Die Spannung und/oder der Strom können z.B. näherungsweise sinusförmig sein, oder näherungsweise rechteckförmig. Im letzteren Fall spricht man auch häufig von einer Bipolar-Spannungserzeugerstufe. Eine solche Wechselspannungserzeugerstufe weist häufig eine Brückenschaltung aus Schaltelementen, insbesondere Transistoren, bevorzugt MOSFET oder IGBT auf.
In einem Aspekt weist die Stromversorgungsanordnung ferner auf: a) einen ersten Leistungsausgangsanschluss zur Lieferung der ersten Wechselspannungsleistung an die erste Last, b) einen zweiten Leistungsausgangsanschluss zur Lieferung der zweiten Wechselspannungsleistung an die zweite von der ersten örtlich entfernten Last.
In einem Aspekt weist die Stromversorgungsanordnung ferner eine Umschalteinheit auf, die insbesondere Teil der Stromversorgungsanordnung ist, wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, über den Datenanschluss derart ansteuerbar zu sein, dass die Umschalteinheit die von der Wechselspannungserzeugerstufe erzeugte Wechselspannungsleistung jeweils einem der Leistungsausgangsanschlüsse und/oder Lasten zuschalten kann, und dabei die unterschiedlichen Charakteristika der jeweiligen Wechselspannungsleistung einstellen kann. Mit Umschalteinheit ist hier ein elektronisches Bauelement gemeint, das eingerichtet ist, ein elektrisches Signal in einer ersten Einstellung von einem ersten seiner Kontakte zu einem zweiten seiner Kontakte durchzuleiten und in einer zweiten Einstellung diese Durchleitung zu behindern, insbesondere zu unterbinden. Vorteilhafterweise kann die Umschalteinheit in der zweiten Einstellung das elektrische Signal in der zweiten Stellung vom ersten Kontakt an einen dritten Kontakt durchleiten und in der ersten Einstellung diese Durchleitung behindern, insbesondere unterbinden. Eine Umschalteinheit kann ein Transistor, insbesondere ein Leistungstransistor, vorteilhafterweise ein IGBT oder MOSFET sein. Auch andere Ausführungsformen wie PIN-Dioden, oder elektromechanische Schalter sind denkbar.
In einem Aspekt ist eine Stromversorgungsanordnung offenbart für mehrere Plasmaerzeuger, die insbesondere jeweils ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen, mit: a) einem Leistungseingangsanschluss zum Anschluss einer Versorgungsleistung, b) einem Datenanschluss zum Anschluss an eine Steuerung, die insbesondere innerhalb oder außerhalb der Stromversorgungsanordnung angeordnet sein kann, c) wobei die Stromversorgungsanordnung ausgelegt ist, Leistung von dem Leistungseingangsanschluss mit einer Wechselspannungserzeugerstufe in eine erste und eine zweite Wechselspannungsleistung umzuwandeln, d) einem ersten Leistungsausgangsanschluss zur Lieferung der ersten Wechselspannungsleistung an eine erste Last, e) einem zweiten Leistungsausgangsanschluss zur Lieferung der zweiten Wechselspannungsleistung an eine zweite von der ersten örtlich entfernten Last, f) wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, über den Datenanschluss derart ansteuerbar zu sein, dass die erste und die zweite Wechselspannungsleistung zumindest bei einem oder mehreren der folgenden Steuerwerte unterschiedliche Charakteristika aufweisen kann:
• Ausgangsstrom,
• Ausgangsspannung,
• Ausgangsfrequenz,
• Ausgangsleistung,
• Ausgangs-Verlauf von Strom und/oder Spannung, und g) wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, ein Ansteuersignal, insbesondere mehrere Ansteuersignale, für eine, insbesondere für je eine, Impedanzanpassungsvorrichtung, die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet ist, auszugeben.
So können mehrere Plasmaprozesse oder mehrere Plasmaerzeuger mit einer Stromversorgungsanordnung betrieben werden. Das erhöht die Ausfallsicherheit und reduziert die Kosten erheblich. Dadurch dass ein oder mehrere Ansteuersig- nal(e) für die den Plasmaerzeuger(n) zugeordneten Impedanzanpassungsvorrich- tung(en) vorgesehen ist, kann/können auch diese individuell angepasst für die jeweilige Wechselspannungsleistung an dem jeweiligen Plasmaerzeuger bereitgestellt werden.
In einem Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung eine, insbesondere mehrere, Umschalteinheit(en) aufweisen, wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, über den Datenanschluss sicherzustellen, dass die Umschaltein- heit(en) die von der Wechselspannungserzeugerstufe erzeugte Wechselspannungsleistung jeweils einem der Leistungsausgangsanschlüsse zuschaltet, und die Stromversorgungsanordnung kann ferner eingerichtet sein, die unterschiedlichen Charakteristika der jeweiligen Wechselspannungsleistung einstellen zu können. So kann die eine Stromversorgungsanordnung die einzelnen Plasmaerzeuger mit einer Wechselspannungserzeugerstufe versorgen. Das spart erheblich Kosten.
In einem Aspekt kann/können außerhalb der Stromversorgungsanordnung eine, insbesondere mehrere, Umschalteinheit(en) angeordnet sein, wobei die Stromversorgungsanordnung eingerichtet ist, diese über den Datenanschluss derart ansteuern zu können, dass die Umschalteinheit(en) die von der Wechselspannungserzeugerstufe erzeugte Wechselspannungsleistung jeweils einem der Leistungsausgangsanschlüsse zuschaltet und dabei die unterschiedlichen Charakteristika der jeweiligen Wechselspannungsleistung einstellen kann. So kann die eine Stromversorgungsanordnung die einzelnen Plasmaerzeuger mit einer Wechselspannungserzeugerstufe versorgen. Das spart erheblich Kosten und ist zudem sehr flexibel auf den entsprechenden Anwendungsfall anpassbar.
Zwischen Impedanzanpassungsvorrichtung(en) und einer Stromversorgungsanordnung können jeweils eine Verbindungsleitung zur Übertragung der Wechselspannungsleistung mit 1 m Länge oder mehr, insbesondere 3 m Länge oder mehr angeordnet sein. Das macht den Einsatz der Stromversorgungsanordnung besonders flexibel und damit kostengünstig.
In einem Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung ausgelegt sein, dass die Nennleistungen aller an die Lasten lieferbaren, insbesondere ausgebbaren, Wechselspannungsleistungen addiert größer ist als die Nennleistung der Wechselspannungserzeugerstufe. So kann eine Wechselspannungserzeugerstufe mit relativ niedriger Nennleistung verwendet werden, um mehrere Plasmaerzeuger zu versorgen, die alle jeweils einzeln nicht mehr Nennleistung benötigen als die Wechselspannungserzeugerstufe an Nennleistung zur Verfügung stellen kann und zugleich aber die alle addiert zusammengenommen eine deutlich höhere Nennleistung benötigen würden. Das funktioniert deshalb, weil die Plasmaerzeuger zeitlich sequenziell versorgt werden können, also niemals alle gleichzeitig.
In einem Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung eingerichtet sein, unterschiedliche Ansteuersignale für mehrere Impedanzanpassungsvorrichtungen, die jeweils einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet sind, auszugeben.
In einem Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung eingerichtet sein, ein und/oder mehrere Plasma-Signale, insbesondere ein und/oder mehrere Plasma- Spannungen, von einem der Plasmaerzeuger übermittelt zu bekommen.
Mit Plasma-Signal ist ein Signal gemeint, das in oder in unmittelbarer Nähe des erzeugten Plasmas ermittelt, also z.B. gemessen, wird. Dies kann z.B. ein Signal sein, dass auf der Windungsseite des Anregungs-Transformators gemessen wird, mit der das Plasma angeregt wird. Es kann auch ein gemessenes Lichtsignal, elektromagnetische Welle im nicht-sichtbaren Bereich, z.B. UV-, Röntgen-Bereich, elektrisches oder magnetisches Feld, Geräusch-, Vibrations-, Ultraschall- Signal sein. Besonders bevorzugt ist es eine Plasma-Spannung, die insbesondere an oder auf der Windungsseite des Anregungs-Transformators messbar ist.
In einem Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung eingerichtet sein, eine oder mehrere der übermittelten Plasma-Signale den Charakteristika der Wechselspannungsleistungen zuzuordnen, insbesondere die Charakteristika der Wechselspannungsleistungen in Abhängigkeit der jeweiligen Plasma-Signale einzustellen. Damit lassen sich alle Plasmaerzeuger sehr genau und zuverlässig individuell von einer Stromversorgungsanordnung steuern.
In einem Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung eingerichtet sein, eine und/oder mehrere Spannungen und/oder Stromstärken von einem Strom- und/oder Spannungs-Messaufnehmer, der angeordnet und eingerichtet ist, Strom und/oder Spannung der Wechselspannungsleistung zu messen, übermittelt zu bekommen. Insbesondere kann dabei die Stromversorgungsanordnung ferner eingerichtet sein, eine oder mehrere der übermittelten Spannungen und/oder Stromstärken den Charakteristika der Wechselspannungsleistungen zuzuordnen, insbesondere die Charakteristika der Wechselspannungsleistungen in Abhängigkeit der jeweiligen Spannungen und/oder Stromstärken einzustellen.
Damit lassen sich alle Plasmaerzeuger sehr genau und zuverlässig individuell von einer Stromversorgungsanordnung steuern.
In einem Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung eingerichtet sein, eine und/oder mehrere Spannungen und/oder Stromstärken von einem Strom- und/oder Spannungs-Messaufnehmer, der angeordnet und eingerichtet ist, Strom und/oder Spannung in oder an einer Impedanzanpassungsvorrichtung zu messen, übermittelt zu bekommen. Insbesondere kann dabei die Stromversorgungsanordnung ferner eingerichtet sein, eine oder mehrere der übermittelten Spannungen und/oder Stromstärken den Charakteristika der Wechselspannungsleistungen zuzuordnen, insbesondere die Charakteristika der Wechselspannungsleistungen in Abhängigkeit der jeweiligen Spannungen und/oder Stromstärken einzustellen. Damit lassen sich alle Plasmaerzeuger sehr genau und zuverlässig individuell von einer Stromversorgungsanordnung steuern.
In einem Aspekt kann die Steuerung in der Stromversorgungsanordnung integriert sein. Das ermöglicht eine weiteren Kostenersparnis und damit lassen sich alle Plasmaerzeuger sehr genau und zuverlässig individuell von einer Stromversorgungsanordnung steuern.
In einem Aspekt kann eine Plasmaerzeugungseinrichtung aufweisen: a) eine Stromversorgungsanordnung wie zuvor beschrieben sowie b) mehrere Plasmaerzeuger, die an die Stromversorgungsanordnung, insbesondere an die Leistungsausgangsanschlüsse derselben, angeschlossen sind, und die jeweils gemäß der Steuerwert-Charakteristika betrieben werden können.
In einem Aspekt kann die Plasmaerzeugungseinrichtung eine erste Transformatoranordnung, insbesondere für jeden Plasmaerzeuger je eine Transformatoranordnung, aufweisen zum Koppeln der Wechselspannungsleistung an die Last, wobei bevorzugt die Transformatoranordnung in unmittelbarer Nähe der Last angeordnet ist. Das ermöglicht eine weitere Kostenersparnis und damit lassen sich alle Plasmaerzeuger sehr genau und zuverlässig individuell von einer Stromversorgungsanordnung steuern. Dabei ist mit Transformatoranordnung ein elektrisches induktives Bauelement gemeint, das eine erste Windung und eine zweite Windung aufweist und eine an die erste Windung (Primärwindung) angelegte Wechselleistung auf die zweite Windung (Sekundärwindung) übertragen kann. Es gibt viele unterschiedliche Aufbaumöglichkeiten für eine solche Transformatoranordnung, die Windungen können z.B. auf einen magnetischen Kern gewickelt sein, sie können planar auf eine Leiterkarte angeordnet sein oder eine Kombination von beiden Konstruktionsweisen darstellen, wobei noch weitere Varianten möglich sind. Eine mögliche zweite , Windung' kann z.B. auch selbst das erzeugte Plasma sein. Ein Beispiel für eine solche Transformatoranordnung ist z.B. in US 9,368,328 B2 als „transformer 35" offenbart.
In einem Aspekt kann die Plasmaerzeugungseinrichtung eine Impedanzanpassungsvorrichtung aufweisen, insbesondere mehrere Impedanzanpassungsvorrichtungen, wobei bevorzugt jeweils eine Impedanzanpassungsvorrichtung zwischen Stromversorgungsanordnung und Plasmaerzeuger angeordnet ist. Das ermöglicht eine weitere Kostenersparnis und damit lassen sich alle Plasmaerzeuger sehr genau und zuverlässig individuell von einer Stromversorgungsanordnung steuern.
In einem Aspekt kann die Plasmaerzeugungseinrichtung zwischen Impedanzanpassungsvorrichtung und Stromversorgungsanordnung eine Verbindungsleitung von 1 m Länge oder mehr, insbesondere 3 m Länge oder mehr aufweisen. Das macht die Plasmaerzeugungseinrichtung besonders flexibel einsetzbar.
In einem Aspekt kann die Plasmaerzeugungseinrichtung einen Plasmaerzeuger zur Nachbehandlung eines Gases, das aus einer Plasmabearbeitungseinrichtung austritt, verwendet werden. In einem Aspekt kann die Plasmaerzeugungseinrichtung einen Plasmaerzeuger zur Vorbehandlung eines Gases, das in eine Plasmabearbeitungseinrichtung eingeleitet wird, verwendet werden. Insbesondere kann Plasmaerzeugungseinrichtung beider Plasmaerzeuger aufweisen.
In einem Aspekt kann/können die Impedanzanpassungsvorrichtung(en) ein oder mehrere der folgenden Bauteile aufweisen: a) Induktivitäten, b) Kapazitäten, wobei die Induktivitäten und/oder Kapazitäten einstellbar sein können, angesteuert durch ein Signal mit Verbindung zum Datenanschluss. Das ermöglicht eine weitere Kostenersparnis und damit lassen sich alle Plasmaerzeuger sehr genau und zuverlässig individuell von einer Stromversorgungsanordnung steuern.
In einem Aspekt kann ein, insbesondere können mehrere der Plasmaerzeuger ausgelegt sein, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen. Also vorteilhaft als sogenannte Remote Plasma Sources eingesetzt werden.
In einem Aspekt kann ein Verfahren zur Steuerung mehrerer Plasmaprozesse, die insbesondere jeweils ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen, mit den folgenden Schritten vorgesehen sein: a) Versorgen einer Stromversorgungsanordnung mit elektrischer Versorgungsleistung, b) Umwandeln der elektrischen Versorgungsleistung in eine erste Wechselspannungsleistung und Lieferung der ersten Wechselspannungsleistung an eine erste Last eines ersten Plasmaerzeugers, c) Umwandeln der elektrischen Versorgungsleistung in eine zweite Wechselspannungsleistung und Lieferung der zweiten Wechselspannungsleistung an eine zweite Last eines zweiten Plasmaerzeugers, wobei insbesondere Schritt b) und c) nicht zur gleichen Zeit erfolgen, d) Steuern der Wechselspannungsleistungen nach unterschiedlichen Charakteristika bei einem oder mehreren der folgenden Steuerwerte:
• Ausgangsstrom,
• Ausgangsspannung,
• Ausgangsfrequenz,
• Ausgangsleistung,
• Ausgangs-Verlauf von Strom und/oder Spannung, und e) Generierung und Ausgabe eines Ansteuersignals für eine Impedanzanpassungsvorrichtung, die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet ist.
So können mehrere Plasmaprozesse oder mehrere Plasmaerzeuger mit einer Stromversorgungsanordnung betrieben werden. Das erhöht die Ausfallsicherheit und reduziert die Kosten erheblich. Dadurch dass ein oder mehrere Ansteuersig- nal(e) für die den Plasmaerzeuger(n) zugeordneten Impedanzanpassungsvorrich- tung(en) vorgesehen ist/sind, kann/können auch diese individuell angepasst für die jeweilige Wechselspannungsleistung an dem jeweiligen Plasmaerzeuger bereitgestellt werden. Alle zuvor beschriebenen Merkmale der Vorrichtung(en) können sinngemäß auch das Verfahren weiterbilden.
In einem Aspekt kann das Verfahren mehrere Wechselspannungsleistungen an jeweils eine Last eines zugehörigen Plasmaerzeugers liefern, wobei die Lieferung der Wechselspannungsleistungen an die Lasten nicht zeitgleich erfolgt und jede Last mit dem ihr zugehörigen Steuerungs-Charakteristikum betrieben wird und insbesondere mehrere Ansteuersignale für Impedanzanpassungsvorrichtungen, die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet sind, generieren und ausgeben.
In einem Aspekt kann die erste und/oder zweite Wechselspannungsleistung jeweils über eine Verbindungsleitung mit 1 m Länge oder mehr, insbesondere 3 m Länge oder mehr übertragen werden. Das macht das Verfahren sehr flexibel und damit kostengünstig.
In einem Aspekt kann ein Computerprogrammprodukt vorgesehen sein zur Steuerung einer zuvor beschriebenen Stromversorgungsanordnung, insbesondere für die Merkmale g) und f), und/oder für die Verfahrensschritte d) und e).
In einem Aspekt kann ein nichtflüchtiges Speichermedium vorgesehen sein, mit auf ihm abgelegten Instruktionen zur Ausführung mit einem Prozessor oder zum Konfigurieren eines programmierbaren Logikbausteins zur Durchführung der Steuerung einer zuvor beschriebenen Stromversorgungsanordnung, insbesondere für die Merkmale g) und f), und/oder für die Verfahrensschritte d) und e).
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Plasmaerzeugungseinrichtung mit einer ersten Stromversorgungsanordnung;
Fig. 2 eine zweite Plasmaerzeugungseinrichtung mit einer zweiten Stromversorgungsanordnung;
Fig. 3 Zeitdiagramme der Ausgangsleistung an einem ersten Leistungsausgangsanschluss ;
Fig. 4 Zeitdiagramme der Ausgangsleistung an einem zweiten Leistungsausgangsanschluss ;
Fig. 5 eine Gleichrichter-Brückenschaltung;
Fig. 6 eine bipolare Leistungswandlerbrücke;
Fig. 7 eine erste Ausführungsform einer Umschalteinheit;
Fig. 8 eine zweite Ausführungsform einer Umschalteinheit;
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm für einen Verfahrensverlauf.
In Fig. 1 ist eine erste Plasmaerzeugungseinrichtung 1 mit einer ersten Stromversorgungsanordnung 10 und beispielhaft drei Plasmaerzeugern 17a, 17b, ... 17n dargestellt. Die Plasmaerzeugungseinheiten 17a, 17b, 17n umfassen jeweils eine Last 9a, 9b, ... 9n, die jeweils über eine Impedanzanpassungsvorrichtung 15a, 15b, ... 15n mit einem Leistungsausganganschluss 3a, 3b, . . 3n verbunden ist. Für die Übersicht wurden nur jeweils drei Plasmaerzeugungseinheiten 17a, 17b, 17n mit jeweils einer Impedanzanpassungsvorrichtung 15a, 15b, ... 15n dargestellt. Selbstverständlich können das auch mehr als drei solcher Vorrichtungen sein. Dies wird durch die drei Punkte z.B. zwischen den Leistungsausganganschlüssen 3b und 3n angedeutet. An den Leistungsausganganschlüssen 3a, 3b, ... 3n befinden sich jeweils Messaufnehmer CTla, CTlb, ... CTln, z.B. für Strom- und/oder Spannungs-Messungen. Über einen Datenbus 16 werden die dort ermittelten Signale einem Datenanschluss 13 zugeführt, der mit der Steuerung 4 verbunden ist. Möglich sind hier auch Messaufnehmer für Frequenz, Phase, Leistung, insbesondere Vorwärts- und/oder reflektierte Leistung.
Die Lasten 9a, 9b, ... 9n sind hier insbesondere sogenannte , Remote Plasma Sources', RPS. Das sind spezielle Plasmaerzeuger 17a, lb, ... 17n, die eingerichtet sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas- Plasma anzuregen. Vorteilhaft werden für die Plasmaanregung dieser Art Transformatoranordnungen Tla, Tlb, ... Tin eingesetzt. An der dem Plasma zugewandten Sekundärseite dieser Transformatoranordnungen können mehrere Plasma-Signale CT4a, CT4b, CT4n erfasst werden, insbesondere ein und/oder mehrere Plasma-Spannungen. Auch diese können über den Datenbus 16 dem Datenanschluss 13 übermittelt werden.
Zumindest ein Plasmaerzeuger 17a ist über eine Impedanzanpassungsvorrichtung 15a mit einem Leistungsausganganschluss 3a der Stromversorgungsanordnung 10 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Plasmaerzeuger 17a, 17b, ... 17n über jeweils eine Impedanzanpassungsvorrichtung 15a, 15b, ... 15n mit je einem Leistungsausganganschluss 3a, 3b, .. 3n der Stromversorgungsanordnung 10 verbunden.
Die Impedanzanpassungsvorrichtungen 15a, 15b, ... 15n weisen beispielhaft mehrere zuschaltbare Induktivitäten Lia, L2a, L3a, Llb, L2b, L3b, Lin, L2n, L3n auf. Diese sind insbesondere parallel zu den Verbindungsleitungen zwischen Plasmaerzeuger 17a, 17b, ... 17n und dem Leistungsausganganschluss 3a, 3b, .. 3n der Stromversorgungsanordnung 10 zuschaltbar vorgesehen sind. Damit kann die Impedanzanpassung sehr schnell in Stufen vorgenommen werden. Der Strom durch diese Induktivitäten Lia, L2a, L3a, Llb, L2b, L3b, Lin, L2n, L3n kann mit Messaufnehmern CT2a, CT2b, ... CT2n ermittelt werden. Diese ermittelten Signale können ebenfalls dem Datenbus 16 zugeführt werden.
Die Impedanzanpassungsvorrichtungen 15a, 15b, ... 15n weisen beispielhaft je eine Kapazität Cla, Clb, ... Cln auf. Diese kann insbesondere eine einstellbare Kapazität sein, z.B. mittels eines Verstellbaren Vakuumkondensators. Die Kapazitäten können, wie hier dargestellt, seriell zwischen Plasmaerzeuger 17a, 17b, ... 17n und dem Leistungsausganganschluss 3a, 3b, .. 3n der Stromversorgungsanordnung 10 vorgesehen sein. Damit kann die Impedanzanpassung sehr zuverlässig vorgenommen werden.
Eine weitere Induktivität L4a, L4b, L4n kann ebenfalls, wie hier dargestellt seriell zwischen Plasmaerzeuger 17a, 17b, ... 17n und dem Leistungsausganganschluss 3a, 3b, .. 3n der Stromversorgungsanordnung 10 vorgesehen sein. Dies kann zumindest teilweise durch die Streuinduktivität der Transformatoranordnungen Tla, Tlb, Tin realisiert sein.
Am Ausgang oder innerhalb der Impedanzanpassungsvorrichtungen 15a, 15b, ... 15n können weitere Messaufnehmer CT4a, CT4b, CT4n vorgesehen sein, die geeignet sind Strom, Spannung, Phase, Impedanz, und/oder Leistung zu erfassen. Diese erfassten Signale können ebenfalls dem Datenbus 16 zugeführt werden.
Die Stromversorgungsanordnung 10 umfasst einen Leistungseingangsanschluss 2 zum Anschluss an eine elektrische Versorgungsleistung 7.
Die Stromversorgungsanordnung 10 umfasst ferner eine erste Leistungswandlerstufe 5, die so konfiguriert ist, dass sie die Eingangsleistung an dem Leistungseingangsanschluss 2 in eine Zwischenleistung, vorzugsweise in eine DC- Zwischenkreisleistung 12, umwandelt. Es können auch mehrere erste Leistungswandlerstufen 5 zur Umwandlung der Eingangsleistung am Leistungseingangsanschluss 2 in eine Zwischenleistung, vorzugsweise in Zwischenkreisleistung 12, Teil der Stromversorgungsanordnung 10 sein und vorzugsweise parallel geschaltet werden.
Die Stromversorgungsanordnung 10 umfasst insbesondere ferner eine Wechselspannungserzeugerstufe 6, die der ersten Leistungswandlerstufe 5 nachgeschaltet ist und dazu konfiguriert ist, die Zwischenleistung von der ersten Leistungswandlerstufe in eine bipolare Ausgangsleistung umzuwandeln. Zwischen der Leistungswandlerstufe 5 und der weiteren Wechselspannungserzeugerstufe 6 kann insbesondere ein Energiespeicherelement, wie z.B. eine Induktivität oder ein Kondensator, zur Glättung des Stroms bzw. der Spannung implementiert sein.
Die Stromversorgungsanordnung 10 umfasst ferner mehrere Umschalteinheiten 8a, 8b, . . . 8n angeordnet hier beispielsweise zwischen der Wechselspannungserzeugerstufe 6 und den Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, . . 3n.
Eine oder mehrere Umschalteinheiten können auch außerhalb der Stromversorgungsanordnung 10 angeordnet sein, insbesondere in der Nähe, unmittelbar vor oder nach oder intern in einer der Impedanzanpassungsvorrichtungen 15a, 15b, ... 15n (nicht gezeigt). Da der Datenbus 16 ohnehin eine Verbindung außerhalb der Stromversorgungsanordnung 10 aufweist, ist die Ansteuerung der Umschalteinheiten auch außerhalb der Stromversorgungsanordnung 10 möglich.
Die Stromversorgungsanordnung 10 umfasst ferner eine Steuerung 4, die dazu ausgebildet ist, die Stromversorgungsanordnung 10 zur Abgabe der bipolaren Ausgangsleistung an die Leistungsausgangsanschlüsse 3a, 3b, 3n unter Verwendung von mindestens einem der folgenden Steuerparametern einzustellen: Leistung, Spannung, Strom, Erregerfrequenz oder Schwellenwert für Schutzmaßnahmen, so dass mindestens einer der Steuerparameter an einem ersten Leistungsausgangsanschluss 3a sich von dem entsprechenden Steuerparameter an einem anderen Leistungsausgangsanschluss 3b, . . . 3n unterscheidet.
In diesem Beispiel hat die Steuerung 4 Verbindungen zu den Leistungswandlerstufen 5 und den Umschalteinheiten 8a, 8b, . . . 8n. Einige dieser Anschlüsse können optional sein, wie z. B. der Anschluss an die Leistungswandlerstufe 5. Die Steuerung 4 kann so konfiguriert sein, dass sie eine Umschalteinheit 8a, 8b, . . . 8n nur dann von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand umschaltet, wenn der Absolutwert des Stroms durch den Schalter kleiner als ein Ampere, vorzugsweise null, ist. Dies hat den Vorteil, dass Umschalteinheiten 8a, 8b, . . . 8n verwendet werden können, die nicht für das Schalten höherer Ströme ausgelegt sein müssen. Dadurch wird das Gerät noch preiswerter. Die Plasmaerzeugungseinrichtung 1 kann eine Steuerung außerhalb der Stromversorgungsanordnung 10 umfassen. Diese externe Steuerung kann auch den Plasmaprozess in den Lasten 9a, 9b, . . 9n steuern.
Die Steuerung 4 kann auch so konfiguriert sein, dass sie eine Umschalteinheit 8a, 8b, . . . 8n nur dann von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand umschaltet, wenn der Absolutwert der Spannung entlang des offenen Schalters kleiner als 20 Volt, vorzugsweise null, ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Umschalteinheit verwendet werden kann, die nicht zum Schalten höherer Spannungen ausgelegt sein muss. Dies macht das Gerät noch preiswerter.
Die Stromversorgungsanordnung 10 ist in der Lage, eine elektrische Eingangsleistung in eine bipolare Ausgangsleistung umzuwandeln und diese Ausgangsleistung an mindestens zwei unabhängige Lasten 9a, 9b, ... 9n zu liefern, wobei die Stromversorgungsanordnung Folgendes umfasst:
- einen Leistungseingangsanschluss 2 zum Anschluss an eine elektrische Versorgungsleistung 7,
- mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei, Leistungsausgangsanschlüsse 31, 3b, ... 3n, jeweils zum Anschluss an eine der Lasten 9a, 9b, ... 9n,
- eine Steuerung 4, die so konfiguriert ist, dass sie die Stromversorgungsanordnung steuert, um die bipolare Ausgangsleistung an die Leistungsausgangsanschlüsse zu liefern, unter Verwendung von mindestens einem der folgenden Steuerparamatern:
Leistung, Spannung, Strom, Anregungsfrequenz, oder Schwellenwert für Schutzmaßnahmen durch Erhalten einer vollständigen Menge Sollwerte für die Parameter der Leistungsausgangsanschlüsse, wobei die Steuerung 4 insbesondere ferner dazu ausgelegt ist, zu berechnen, ob die Stromversorgungsanordnung in der Lage ist jeden Sollwert zu jedem Leistungsausgangsanschluss zu liefern, und, wenn das zutreffend ist, eine Sequenz von Pulsen für die Leistungslieferung zu den Leistungsausgangsanschlüssen zu errechnen, um die Leistung für den Plasmaprozess bereitzustellen.
In einem weiteren Aspekt kann die Steuerung 4 konfiguriert sein, um die Stromversorgungsanordnung 10 so zu steuern, dass mindestens einer der Steuerparameter an einem ersten Leistungsausgangsanschluss 3a, 3b, ... 3n ungleich ist vom entsprechenden Steuerparameter eines anderen Leistungsausgangsanschlusses. Dadurch kann eine einzelne Stromversorgungsanordnung mit gegebener Maximalleistung anstatt mehrerer verwendet werden.
Mit bipolarer Ausgangsleistung ist in dieser Offenlegung eine Ausgangsleistung mit einem Wechselstrom gemeint, bei dem der Strom seine Richtung mit einer Frequenz ändert, die den Plasmaprozess anregen kann (Anregungsfrequenz). Regelparameter können Messwerte oder Sollwerte der genannten Parameter sein.
Die Mess- und Sollwerte können Absolutwert, Momentanwert, Effektivwert, wie z.B. ein RMS (root mean square)-Wert, oder Extremwert (z. B. Maximal- oder Minimalwert) sein.
Die Eingangsleistung kann eine elektrische Leistung sein, die aus einem AC-Netz geliefert wird. Es kann auch eine DC-Leistungsleitung sein (AC: Wechselstrom; DC: Gleichstrom).
Die Steuerung 4 kann aus einem Mikrocontroller bestehen, auf dem ein Softwareprogramm läuft, wenn die Stromversorgungsanordnung in Betrieb ist.
Die Steuerung 4 kann mehrere Schnittstellen haben, wie z. B. Datenverbindungen zu externen Komponenten, Monitoren, Tastaturen, die drahtgebunden oder drahtlos angeschlossen werden können.
Die Steuerung kann einen Rechenteil und einen Speicherteil haben. Der Speicherteil kann für verschiedene Zwecke unterteilt sein, z. B. als Monitorspeicher, RAM, Datenspeicher, Programmspeicher.
Ein Schwellenwert kann ein Wert sein, der zur Erkennung der Zündung oder des Zusammenbruchs des Plasmas verwendet wird. Er kann für jeden Ausgangsport unterschiedlich festgelegt werden und sich über die Zeit ändern.
Die bipolare Ausgangsleistung kann ein Leistungswert von mehr als 1 kW, vorzugsweise mehr als 10 kW sein. Die bipolare Ausgangsleistung kann eine Frequenz von mehr als 1 kHz, vorzugsweise mehr als 10 kHz, vorzugsweise mehr als 50 kHz, aufweisen.
In einem weiteren Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung 10 eine Leistungswandlerstufe 5 umfassen, die dazu ausgebildet ist, dass sie die Eingangsleistung in eine Zwischenleistung, vorzugsweise in eine DC-Zwischenkreisleis- tung, umwandelt.
In einem weiteren Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung mindestens eine Wechselspannungserzeugerstufe 6 umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Zwischenleistung von der ersten Leistungswandlerstufe 5 in die bipolare Ausgangsleistung umzuwandeln.
In einem weiteren Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung 10 mindestens zwei weitere Wechselspannungserzeugerstufen 6a, 6b,... 6n umfassen, die dazu ausgebildet sind, die Zwischenleistung von der ersten Leistungswandlerstufe 5 in mehrere bipolare Ausgangsleistungssignale umzuwandeln und diese Leistungen zu den Leistungsausgangsanschlüssen zu führen.
In einem weiteren Aspekt kann die Steuerung 4 dazu ausgebildet sein, die Leistungswandlerstufe 5 und/oder Wechselspannungserzeugerstufen 6, 6a, 6b, ... 6n so zu steuern, dass, während der Benutzung, die Stromversorgungsanordnung 10 zu einem ersten Zeitpunkt ein erstes Leistungsausgangssignal insbesondere an einem ersten Leistungsausgangsanschluss für einen ersten Zeitrahmen und zu einem zweiten Zeitpunkt ein zweites Leistungsausgangssignal insbesondere an einem zweiten Leistungsausgangsanschluss für einen zweiten Zeitrahmen liefert, wobei der erste Zeitpunkt anders ist als der zweite Zeitpunkt und/oder der erste Zeitrahmen anders als der zweite Zeitrahmen.
In einem weiteren Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung eine oder mehrere Umschalteinheit(en) 8a, 8b,... 8n zwischen der/den Leistungswandlerstufe(n) und den Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b,... 3n umfassen. In einem weiteren Aspekt werden die Umschalteinheiten 8a, 8b, ... 8n von der Steuerung 4 gesteuert.
In einem weiteren Aspekt kann die Steuerung 4 so ausgebildet sein, die Leistungswandlerstufe 5, und/oder Wechselspannungserzeugerstufen 6, 6a, 6b, ... 6n und/oder die Umschalteinheiten 8a, 8b, ... 8n derart zu steuern, dass die Stromversorgungsanordnung im Betrieb zu einem ersten Zeitpunkt ein erstes Ausgangsleistungssignal an dem ersten Leistungsausgangsanschluss für einen ersten Zeitrahmen und zu einem zweiten Zeitpunkt ein zweites Leistungssignal an dem zweiten Leistungsausgangsanschluss für einen zweiten Zeitrahmen liefert, wobei der erste Zeitpunkt von dem zweiten Zeitpunkt verschieden ist und/oder der erste Zeitrahmen von dem zweiten Zeitrahmen verschieden ist.
In einem weiteren Aspekt sind die Umschalteinheiten 8a, 8b, ... 8n so ausgestaltet, dass sie Strom in zwei entgegengesetzte Richtungen leiten können.
In einem weiteren Aspekt kann die Steuerung 4 so konfiguriert sein, dass sie eine Umschalteinheit 8a, 8b, ... 8n nur dann von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand umschaltet, wenn der Betrag des Stroms durch den Schalter kleiner als ein Ampere, vorzugsweise null, ist.
In einem weiteren Aspekt kann die Steuerung 4 so konfiguriert sein, dass sie eine Umschalteinheit von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand nur dann aktiviert, wenn der Betrag der Spannung entlang des offenen Schalters niedriger als 20 Volt, vorzugsweise null, ist.
In einem weiteren Aspekt umfasst mindestens eine der Leistungswandlerstufe 5 und/oder Wechselspannungserzeugerstufen 6, 6a, 6b, ... 6n eine Brückenschaltung, vorzugsweise eine Vollbrückenschaltung.
Eine Brückenschaltung kann eine Gleichrichter-Brückenschaltung sein, die in der Lage ist, eine Wechselstromleistung gleichzurichten. Eine Brückenschaltung kann eine bipolare Ausgangsleistung erzeugende Schaltbrückenschaltung sein.
In einem weiteren Aspekt kann die Stromversorgungsanordnung 10 ein Gehäuse umfassen, das alle anderen Teile der Einheit umschließt.
In einem weiteren Aspekt können die Eingangsanschlüsse direkt mit dem Schaltschrank verbunden sein.
In einem weiteren Aspekt können die Leistungsausgangsanschlüsse 3a, 3b, ... 3n direkt mit dem Gehäuse verbunden sein.
In einem weiteren Aspekt kann eine Plasmabearbeitungseinrichtung 1 umfassen:
- zwei, vorzugsweise mehr als zwei, Lasten 9a, 9b, ... 9n,
- eine elektrische Stromversorgungsanordnung 10 wie oben beschrieben.
Jede Last 9a, 9b, ... 9n kann mit einem der Leistungsausgangsanschlüsse 3a, 3b, ... 3n der Stromversorgungsanordnung verbunden sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Steuerung 4 zur Steuerung mehrerer Plasmaprozesse in mehreren Lasten durch Umwandlung einer elektrischen Eingangsleistung in eine bipolare Ausgangsleistung und Abgabe dieser Ausgangsleistung an die Lasten, wobei die Steuerung ausgelegt ist, eine Stromversorgungsanordnung zur Abgabe der bipolaren Ausgangsleistung an die Leistungsausgänge zu steuern, unter Verwendung von mindestens einem der folgenden Steuerparametern :
Leistung, Spannung, Strom, Anregungsfrequenz oder Schwellenwert für Schutzmaßnahmen durch Erhalten einer vollständigen Menge Sollwerte für die Parameter der Leistungsausgangsanschlüsse, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist zu berechnen, ob die Stromversorgungsanordnung in der Lage ist, jeden Sollwert zu jedem Leistungsausgangsanschluss zu liefern, und, wenn das zutreffend ist, eine Sequenz von Pulsen für die Leistungslieferung zu den Leistungsausgangsanschlüssen zu errechnen, um die Leistung für den Plasmaprozess bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Steuerung 4 kann die vollständige Menge Sollwerte durch eine Schnittstellenverbindung bereitgestellt werden, bevorzugt von einer Steuerung außerhalb der Stromversorgungsanordnung, wobei die externe Steuerung auch den Plasmaprozess in den Plasmakammern steuert.
In einer weiteren Ausführungsform der Steuerung 4 kann die Berechnung die Ermittlung der maximalen Sollleistung zu allen Zeitpunkten und den Vergleich zur Maximalleistung der Stromversorgungsanordnung umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform der Steuerung 4 kann eine Fehlermeldung gegeben werden, wenn das Ergebnis der Berechnung ergibt, dass es keine Möglichkeit der Leistungslieferung des Sollwerts zu jedem Leistungsausgangsanschluss gibt.
In einer weiteren Ausführungsform der Steuerung 4 kann eine oder mehrere Möglichkeiten, den Prozess mit einer neuen Menge Sollwerte zu ändern, gegeben werden für den Fall, dass das Ergebnis der Berechnung ist, dass es keine Möglichkeit der Leistungslieferung des Sollwerts zu jedem Leistungsausgangsanschluss gibt.
In einer weiteren Ausführungsform der Steuerung 4 kann die Steuerung die Stromversorgungsanordnung so ansteuern, dass mindestens ein Steuerparameter einer ersten Plasmakammer ungleich einem entsprechenden Steuerparameter einer anderen Plasmakammer ist.
Die Plasmaprozesse in den verschiedenen Lasten 9a, 9b, ... 9n können unterschiedlich oder gleich sein. Sie können gleich sein, aber in einem unterschiedlichen Status, d.h. der Plasmaprozess in einer ersten Last befindet sich z.B. in einem ersten Gas-Anregungs-Status, während der Plasmaprozess in einer anderen Last zu Beginn im Gas-Umwandlungs-Status ist. Für die Umschalteinheiten 8a, 8b, . . . 8n können bipolare Transistoren 81, 82, 91, 92 verwendet werden, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt. Diese Bipolartransistoren sind wesentlich preiswerter als MOSFETs. Die bipolaren Transistoren 81, 82, 91, 92 können IGBTs sein, das sind kostengünstige Transistoren, die hohe Ströme mit geringem Energieverlust führen. Dies macht die Stromversorgungsanordnung 1 noch preiswerter, da keine teuren Kühlgeräte benötigt werden.
In Fig. 7 und 8 sind zusätzliche Dioden 83, 84, 93, 94 zur Stromführung in die gewünschte Richtung und zur Stromsperre in die unerwünschte Richtung angeschlossen.
Die Leistungswandlerstufe 5 kann eine Gleichrichterschaltung, vorzugsweise eine Gleichrichter-Brückenschaltung 50, wie in Fig. 5 gezeigt, umfassen. Vier Gleichrichterdioden 52, 53, 54, 55 sind in einer Brückenschaltung geschaltet, um den Wechselstrom vom ersten Anschluss 51 zum zweiten Anschluss 56 gleichzurichten. Am ersten Anschluss 51 kann zusätzlich mindestens eines der folgenden Elemente angeschlossen sein: ein Filter, eine Überspannungsschutzschaltung, eine Überstromschutzschaltung. Ein Filter kann aus einem oder mehreren energiespeichernden Elementen wie Kondensatoren oder Induktivitäten bestehen.
Die Wechselspannungserzeugerstufe 6 kann eine Schaltbrücke, vorzugsweise eine Vollbrückenschaltung 60, wie in Fig. 6 dargestellt, umfassen. Diese Vollbrückenschaltung 60 umfasst vier Umschalteinheiten 62, 63, 64, 65. Diese Umschalteinheiten können Transistoren, Bipolartransistoren, IGBTs und besonders bevorzugt MOSFETs sein. Am Eingang der zweiten Wechselspannungserzeugerstufe 6 kann eine Filterschaltung mit einem oder mehreren Energiespeicherelementen wie einem Kondensator 61 und/oder Induktivitäten 66, 67 liegen. Die Vollbrückenschaltung 60 kann weiterhin einige Dioden in der gezeigten Weise umfassen.
Die Stromversorgungsanordnung 10 kann ein Gehäuse umfassen, das alle anderen Teile der Stromversorgungsanordnung 10 umschließt. Es kann aus Metall bestehen und somit einen guten Schutz gegen elektromagnetische Störwellen bieten. Der Leistungseingangsanschluss 2 kann direkt mit dem Gehäuse verbunden sein. Die Leistungsausgangsanschlüsse 3a, 3b, . . . 3n können ebenfalls direkt mit dem Gehäuse 10 verbunden sein. In einer Stromversorgungsanordnung 10 kann die Stromführungsfähigkeit aller Umschalteinheiten 8a, 8b . . . 8n zusammen höher sein als die maximale Stromlieferfähigkeiten der Leistungswandlerstufe 5 .
In Fig. 2 ist eine zweite Plasmaerzeugungseinrichtung 1' mit einer zweiten Stromversorgungsanordnung 10' dargestellt. Die zweite Stromversorgungsanordnung 10' ist eine Alternative zur ersten Stromversorgungsanordnung 10, wie in Fig. 1 gezeigt. Alle Elemente, die mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, haben die gleichen Bezugsziffern. Die in Fig. 2 dargestellte Stromversorgungsanordnung 10' enthält anstelle der Umschalteinheit(en) 8a, 8b, . . . 8n mehrere Leistungswandlerstufen 6a, 6b, . . 6n, die dazu ausgebildet sind, die DC-Zwischenleistung 12 aus der ersten Leistungswandlerstufe 5 in mehrere bipolare Ausgangsleistungssignale umzuwandeln und diese Leistungen zu den Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, . . 3n zu führen. Alle Leistungswandlerstufen 6a, 6b, . . 6n sind durch die Steuerung 4 steuerbar. Alle Leistungswandlerstufen 6a, 6b, . . 6n können aus Vollbrücken 60 und Filterelementen 61, 66, 67 bestehen, wie in Fig. 6 dargestellt.
An den Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, ... 3n können Messaufnehmer CTla, CTlb, CTln zur Erfassung von Spannung, Strom, Frequenz oder Leistung angeschlossen sein. Zur Stromversorgungsanordnung 1 können auch mehrere Leistungswandlerstufen 5 gehören, die zur Umwandlung der Eingangsleistung am Leistungseingangsanschluss 2 in eine Zwischenleistung, vorzugsweise in DC-Zwi- schenkreisleistung 12, ausgebildet sind und vorzugsweise parallel geschaltet sind.
Die Verbindungsleitungen zur Übertragung der Wechselspannungsleistung zwischen Spannungsversorgungsanordnung 10 und einer oder mehrerer Impedanzanpassungsvorrichtungen 15a, 15b, ... 15n können 1 m Länge oder mehr, insbesondere 3 m Länge oder mehr aufweisen. Diese Kabel können insbesondere eine vorgegebene Impedanz aufweisen, die bevorzugt eine reelle Impedanz ohne Imaginärteil sein kann und besonders bevorzugt im Bereich von 45 bis 80 Q liegen kann. Für solche Fälle sind eine oder mehrere Impedanzanpassungsvorrich- tung(en) 15a, 15b, ... 15n und das bzw. die Ansteuersignal(e) für diese besonders hilfreich. Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm der Ausgangsleistung an einem ersten Leistungsausgangsanschluss 3a. Die Achse t ist die Zeitachse und die Achse S30 kann zum Beispiel die Spannungs-, Strom- oder Leistungsachse sein. Während die Achse S30 für die Ist-Werte dieser Parameter steht, steht die Achse S31 für einen Effektivwert dieser Parameter. Im ersten Diagramm von Fig. 3 mit der Achse S30 ist das bipolare Signal in zwei Signalfolgen 31, 32 dargestellt. Die Signalfolge 31 hat eine Anregungsfrequenz mit einer Periode von 2/11 des Zeitfensters, das zum Zeitpunkt T31 beginnt und zum Zeitpunkt T32 endet. Die Signalfolge 32 hat eine Anregungsfrequenz mit einer Periode von 2/11 des Zeitfensters, das zum Zeitpunkt T33 beginnt und zum Zeitpunkt T34 endet. In diesem Beispiel sind diese Frequenzen gleich, aber es ist möglich, dass diese Frequenzen unterschiedlich sein können. Im zweiten Diagramm von Fig. 3 mit der Achse S31 sind die Effektivwerte der beiden Signalfolgen 31, 32 in zwei Signalfolgen 33, 34 dargestellt. In diesem Diagramm sind auch zwei Schwellwertlinien 35, 36 eingezeichnet. Sie können zur Erkennung eines Plasmazusammenbruchs, wie z. B. eines Lichtbogens oder einer Zündung des Plasmas, verwendet werden, wenn der Effektivwert eines der Parameter Leistung, Spannung oder Strom eine solche Schwelle überschreitet.
In einer Stromversorgungsanordnung 1' kann die Stromführungsfähigkeit aller Leistungswandlerstufen 6a, 6b,... 6n zusammen höher sein als die maximalen Stromlieferfähigkeiten aller Leistungswandlerstufen 5 zusammen.
Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm der Ausgangsleistung an einem anderen Leistungsausgangsanschluss 3b, . 3n. Die Achse t ist die Zeitachse und die Achse S40 kann zum Beispiel die Spannungs-, Strom- oder Leistungsachse sein. Während die Achse S40 für die Istwerte dieser Parameter steht, steht die Achse S41 für einen Effektivwert dieser Parameter. Im ersten Diagramm von Fig. 4 mit der Achse S40 ist das bipolare Signal in zwei Signalfolgen 41, 42 dargestellt. Die Signalfolge 41 hat eine Anregungsfrequenz mit einer Periode von 1/7 des Zeitfensters, das zum Zeitpunkt T41 beginnt und zum Zeitpunkt T42 endet. Zum Zeitpunkt T43 beginnt ein zweiter Impuls 44, dessen Ende in diesem Diagramm nicht zu sehen ist. Zum Zeitpunkt T43 beginnt die zweite Signalfolge 42. Aus diesem Beispiel ist zu erkennen, dass die Frequenzen der Signalfolgen 31, 32 und der Signalfolgen 41, 42 unterschiedlich sind, wobei die Frequenz der Signalfolgen 41, 42 höher ist als die Frequenz der Signalfolgen 31, 32.
Zusätzlich oder alternativ zur Anregung mit unterschiedlichen Frequenzen kann auch die Leistung, die Spannung, der Strom oder der Schwellenwert für Schutzmaßnahmen zwischen zwei verschiedenen Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, . 3n oder an zwei verschiedenen Lasten 9a, 9b, . . 9n unterschiedlich sein.
In diesem Diagramm sind auch zwei Schwellwertlinien 45, 46 dargestellt. Sie können zur Erkennung eines Plasmazusammenbruchs, wie z. B. eines Lichtbogens oder einer Zündung des Plasmas, verwendet werden, wenn der Effektivwert eines der Parameter Leistung, Spannung oder Strom einen solchen Schwellenwert überschreitet.
Die Erfindung arbeitet dergestalt, dass sie mehrere Plasmaprozesse in den mehreren Lasten 9a, 9b, . . . 9n mit der Steuerung 4 steuert, indem eine elektrische Eingangsleistung in eine bipolare Ausgangsleistung, wie in den Signalfolgen 31, 32, 41, 42 dargestellt, umgewandelt wird und diese Ausgangsleistung an die Lasten 9a, 9b, . . 9n abgegeben wird. Die Steuerung 4 steuert die Stromversorgungsanordnung 1 zur Abgabe der bipolaren Ausgangsleistung an die Leistungsausgangsanschlüsse 3a, 3b, . 3n unter Verwendung von mindestens einem der folgenden Steuerparameter: Leistung, Spannung, Strom, Anregungsfrequenz oder Schwellenwert für Schutzmaßnahmen, durch Erhalten einer vollständigen Menge Sollwerte für die Parameter der Leistungsausgangsanschlüsse 3a, 3b, ... 3n, wobei die Steuerung 4 ferner dazu ausgelegt ist, zu berechnen, ob die Stromversorgungsanordnung 1,1' in der Lage ist, jeden Sollwert zu jedem Leistungsausgangsanschluss 3a, 3b, ... 3n zu liefern, und, wenn das zutreffend ist, eine Sequenz von Pulsen für die Leistungslieferung zu den Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, ... 3n zu errechnen, um die Leistung für den Plasmaprozess bereitzustellen.
Dazu kann die Steuerung 4 die Leistungswandlerstufen 6, 6a, 6b, . . .6n oder die Umschalteinheiten 8a, 8b, . . . 8n so steuern, dass die Einheit 1 im Betrieb zu einem ersten Zeitpunkt T31 ein erstes Ausgangsleistungssignal an dem ersten Leistungsausgangsanschluss 3a für einen ersten Zeitrahmen T31-T32 und zu einem zweiten Zeitpunkt T41 ein zweites Leistungssignal an einem zweiten Leistungsausgangsanschluss 3b, . 3n für einen zweiten Zeitrahmen T41-T42 liefert, wobei der erste Zeitpunkt T31, T41 sich von dem zweiten Zeitpunkt T32, T42 unterscheidet und/oder der erste Zeitrahmen T31-T32 sich von dem zweiten Zeitrahmen T41-T42 unterscheidet.
Eine Plasmaerzeugungseinrichtung 1, wie in Fig. 1 und eine Plasmaerzeugungseinrichtung 1' wie in Fig. 2 erlegen dem simultanen Betrieb von mehr als einem Leistungsausgangsanschluss 3a, 3b, ... 3n Beschränkungen auf. Für Plasmaerzeugungseinrichtungen l' wie in Fig. 2 entstehen diese Beschränkungen, wenn z.B. die Gesamtleistung oder Verarbeitungskapazität der Ausgangsstufe verbunden mit einer Eingangsstufe die Leistung oder die momentane Kapazität dieser Eingangsstufe überschreiten, sodass die Maximalausgangsleistung nicht zeitgleich an allen Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, ... 3n bereitgestellt werden kann. Für Plasmaerzeugungseinrichtungen wie in Fig. 1 kann die Maximalausgangsleistung nur an einem Leistungsausgangsanschluss 3a, 3b, ... 3n, oder ein Teil der Leistung an mehr als einem Leistungsausgangsanschluss 3a, 3b, ... 3n bereitgestellt werden. Für den Fall, dass der unabhängige Betrieb von verschiedenen Plasmaprozessen notwendig ist, kann dies so lange erreicht werden, wie der gesamte Arbeitszyklus aller Prozesse plus die Zeit für den Wechsel zwischen Ausgängen kleiner als die gesamte Zykluszeit ist.
Diese Beschränkungen definieren Bereiche, in denen Betrieb möglich ist, und Bereiche, in denen kein Betrieb möglich ist, im Raum der oben genannten Parameter. Für jede Nachfrage, bei der Stromversorgung Leistung bei einem Ausgang oder einer Menge von Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, ... 3n bereitzustellen, ist die Lage im oder außerhalb des Bereichs, in denen Betrieb möglich ist, festzulegen. Daraus resultiert der Bedarf einer Ablaufsteuerung.
Eine Ablaufsteuerung 14 kann Teil der Steuerung 4 sein. Deren Algorithmus legt für jede Nachfrage zur Stromversorgungsanordnung 1 oder für eine Nachfrage zur Änderung von einem oder mehreren Parametern, ob die Nachfrage im möglichen Betriebsbereich liegt, die zu liefernde Ausgangsleistung für jeden der Leistungsausgangsanschlüsse fest. Für einen wie in Fig. 3 und 4 gezeigten Prozess, bei dem Leistung zu den Leistungsausgangsanschlüssen 3a, 3b, ... 3n geliefert wird, wobei die verschiedenen Leistungsausgangsanschlüsse 3a, 3b, ... 3n mit unterschiedlichen Leistungen betrieben, mit unterschiedlichen Pulsarbeitszyklen oder unterschiedlichen Pulsfrequenzen werden, stellt die Ablaufsteuerung sicher, dass:
- die Pulsfrequenzen ganzzahlige Vielfache voneinander sind, um Pulsüberlappungen zu vermeiden (für Plasmaeinrichtungen 1' wie in Fig. 2)
- für überlappende Pulse die gesamt nachgefragte Leistung und Strom nicht das mögliche Maximum übertrifft (für Plasmaeinrichtungen l' wie in Fig. 2)
- falls mögliche Maxima für einen begrenzten Zeitraum im Zyklus übertroffen werden, ein Muster ohne dieses Übertreffen gefunden wird (für Plasmaeinrichtungen l' wie in Fig. 2)
- die Summe der Pulse in Zeitpunkten plus die Zeit für das Wechseln zwischen Ausgängen kleiner ist als die kleinste Pulszyklusfrequenz (für Plasmaeinrichtungen 1 wie in Fig. 1)
- ein neu nachgefragtes Ausgangspulsmuster in einem bestimmten Ausgang zu einer richtigen Zeit aktiviert ist, um in existierende Pulsmuster anderer Ausgänge zu passen (für Plasmaeinrichtungen 1 wie in Fig. 1)
- Gesamtdurchschnittsleistungslimits und -Ströme nicht überschritten werden
- Eine Warnung dem Benutzer ausgegeben wird, wenn die nachgefragte Sequenz außerhalb des möglichen Bereichs liegt
- Eine mögliche modifizierte Sequenz dem Benutzer empfohlen wird.
In Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm für einen Verfahrensverlauf dargestellt. Das Verfahren kann sich insbesondere auszeichnen durch seine Eignung zur Steuerung mehrerer Plasmaprozesse, die insbesondere jeweils ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen, also zur Steuerung mehrerer sogenannter , Remote Plasma Sources' RPS, mit den folgenden Schritten:
Schritt 71 : Versorgen einer Stromversorgungsanordnung 10 mit elektrischer Versorgungsleistung,
Schritt 72: Umwandeln der elektrischen Versorgungsleistung in eine erste Wechselspannungsleistung und Lieferung der ersten Wechselspannungsleistung an eine erste Last 9a eines ersten Plasmaerzeugers 17a, Schritt 73: Umwandeln der elektrischen Versorgungsleistung in eine zweite Wechselspannungsleistung und Lieferung der zweiten Wechselspannungsleistung an eine zweite Last 9b eines zweiten Plasmaerzeugers 17b, wobei Schritt 73 und 72 nicht zur gleichen Zeit erfolgen, Schritt 74: Steuern der Wechselspannungsleistungen nach unterschiedlichen Charakteristika bei einem oder mehreren der folgenden Steuerwerte:
• Ausgangsstrom,
• Ausgangsspannung,
• Ausgangsfrequenz, • Ausgangsleistung,
• Ausgangs-Verlauf von Strom und/oder Spannung, und
Schritt 75: Generierung und Ausgabe eines Ansteuersignals für eine Impedanzanpassungsvorrichtung 15a, 15b, 15n, die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Stromversorgungsanordnung (10) für mehrere Plasmaerzeuger (17a, 17b, 17n), die insbesondere jeweils ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen, mit: a) einem Leistungseingangsanschluss (2) zum Anschluss einer Versorgungsleistung (7), b) einem Datenanschluss (13) zum Anschluss an eine Steuerung (4), c) wobei die Stromversorgungsanordnung (10) ausgelegt ist, Leistung von dem Leistungseingangsanschluss (2) mit einer Wechselspannungserzeugerstufe (6) in eine Wechselspannungsleistung umzuwandeln, d) wobei die Stromversorgungsanordnung (10) eingerichtet ist, über den Datenanschluss (13)
• sicherzustellen, dass die Wechselspannungsleistung an eine erste Last (9a) als eine erste Wechselspannungsleistung und an eine zweite von der ersten örtlich entfernten Last (9b) als eine zweite Wechselspannungsleistung geliefert werden kann, wobei insbesondere die beiden Lasten nicht gleichzeitig versorgt werden, und
• derart ansteuerbar zu sein, dass die erste und die zweite Wechselspannungsleistung zumindest bei einem oder mehreren der folgenden Steuerwerte unterschiedliche Charakteristika aufweisen kann:
• Ausgangsstrom,
• Ausgangsspannung,
• Ausgangsfrequenz,
• Ausgangsleistung,
• Ausgangs-Verlauf von Strom und/oder Spannung, und e) wobei die Stromversorgungsanordnung (10) eingerichtet ist, ein Ansteuersignal für eine Impedanzanpassungsvorrichtung (15a, 15b, 15n), die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet ist, auszugeben. Stromversorgungsanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei diese aufweist: a) einen ersten Leistungsausgangsanschluss (3a) zur Lieferung der ersten Wechselspannungsleistung an die erste Last (9a), b) einen zweiten Leistungsausgangsanschluss (3b) zur Lieferung der zweiten Wechselspannungsleistung an die zweite von der ersten örtlich entfernten Last (9b). Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner eine Umschalteinheit (8a, 8b) vorgesehen ist, die insbesondere Teil der Stromversorgungsanordnung (10) ist, wobei die Stromversorgungsanordnung (10) eingerichtet ist, über den Datenanschluss (13) sicherzustellen, dass die Umschalteinheit (8a, 8b) die von der Wechselspannungserzeugerstufe (6) erzeugte Wechselspannungsleistung jeweils einem der Leistungsausgangsanschlüsse (3a, 3b) und/oder Lasten (9a/9b) zuschalten kann, und dabei eingerichtet ist, die unterschiedlichen Charakteristika der jeweiligen Wechselspannungsleistung einstellen zu können. Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese ausgelegt ist, dass alle Nennleistungen aller an die Lasten (9a, 9b, ... 9n) lieferbaren Wechselspannungsleistungen addiert größer ist als die Nennleistung der Wechselspannungserzeugerstufe (6). Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eingerichtet ist, unterschiedliche Ansteuersignale für mehrere Impedanzanpassungsvorrichtungen (15a, 15b), die jeweils einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet sind, auszugeben. Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eingerichtet ist, ein und/oder mehrere Plasma-Signale (CT4a, CT4b, CT4n), insbesondere ein und/oder mehrere Plasma-Spannungen, von einem der Plasmaerzeuger (17a, 17b, 17n) übermittelt zu bekommen. Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eingerichtet ist, eine oder mehrere der übermittelten Plasma-Signale (CT4a, CT4b, CT4n) den Charakteristika der Wechselspannungsleistungen zuzuordnen, insbesondere die Charakteristika der Wechselspannungsleistungen in Abhängigkeit der jeweiligen Plasma-Signale (CT4a, CT4b, CT4n) einzustellen. Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eingerichtet ist, ein und/oder mehrere Spannungen und/oder Stromstärken, von einem Strom- und/oder Spannungs-Messaufnehmer (CTla, CTlb, CTln), der angeordnet und eingerichtet ist, Strom und/oder Spannung der Wechselspannungsleistung zu messen, übermittelt zu bekommen und wobei die Stromversorgungsanordnung (10) insbesondere ferner eingerichtet ist, eine oder mehrere der übermittelten Spannungen und/oder Stromstärken den Charakteristika der Wechselspannungsleistungen zuzuordnen, insbesondere die Charakteristika der Wechselspannungsleistungen in Abhängigkeit der jeweiligen Spannungen und/oder Stromstärken einzustellen. Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eingerichtet ist, ein und/oder mehrere Spannungen und/oder Stromstärken, von einem Strom- und/oder Spannungs-Messaufnehmer (CT2a, CT2b, CT2n, CT3a, CT3b, CT3n), der angeordnet und eingerichtet ist, Strom und/oder Spannung in oder an einer Impedanzanpassungsvorrichtung (15a, 15b, 15n) zu messen, übermittelt zu bekommen, und wobei die Stromversorgungsanordnung (10) insbesondere ferner eingerichtet ist, eine oder mehrere der übermittelten Spannungen und/oder Stromstärken den Charakteristika der Wechselspannungsleistungen zuzuordnen, insbesondere die Charakteristika der Wechselspannungsleistungen in Abhängigkeit der jeweiligen Spannungen und/oder Stromstärken einzustellen. Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (4) in der Stromversorgungsanordnung (10) integriert ist. 11. Plasmaerzeugungseinrichtung (1), aufweisend: a) eine Stromversorgungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche sowie b) mehrere Plasmaerzeuger (17a, 17b, 17n), die an die Stromversorgungsanordnung (10), insbesondere an die Leistungsausgangsanschlüsse (3a, 3b, 3n) derselben, angeschlossen sind, und die jeweils gemäß der Steuerwert- Charakteristika betrieben werden können.
12. Plasmaerzeugungseinrichtung (1), nach Anspruch 11, weiter aufweisend eine erste Transformatoranordnung (Tla), insbesondere für jeden Plasmaerzeuger (17a, 17b, 17n) je eine Transformatoranordnung (Tla, Tlb, Tin), zum Koppeln der Wechselspannungsleistung an die Last (9a, 9b, 9n), wobei bevorzugt die Transformatoranordnung (Tla, Tlb, Tin) in unmittelbarer Nähe der Last (9a, 9b, 9n) angeordnet ist.
13. Plasmaerzeugungseinrichtung (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, weiter aufweisend eine Impedanzanpassungsvorrichtung (15a), insbesondere mehrere Impedanzanpassungsvorrichtungen (15a, 15b, 15n), wobei bevorzugt jeweils eine Impedanzanpassungsvorrichtung (15a, 15b, 15n) zwischen Stromversorgungsanordnung (10) und Plasmaerzeuger (17a, 17b, 17n) angeordnet ist.
14. Plasmaerzeugungseinrichtung (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, wobei eine, insbesondere mehrere der Plasmaerzeuger (17a, 17b, 17n), (als sogenannte Remote Plasma Sources) ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen.
15. Verfahren zur Steuerung mehrerer Plasmaprozesse, die insbesondere jeweils ausgelegt sind, ein Gas örtlich entfernt von einer Plasmabearbeitung zu einem Gas-Plasma anzuregen, mit den folgenden Schritten: a) Versorgen einer Stromversorgungsanordnung (10) mit elektrischer Versorgungsleistung, b) Umwandeln der elektrischen Versorgungsleistung in eine erste Wechselspannungsleistung und Lieferung der ersten Wechselspannungsleistung an eine erste Last (9a) eines ersten Plasmaerzeugers (17a), c) Umwandeln der elektrischen Versorgungsleistung in eine zweite Wechsel- Spannungsleistung und Lieferung der zweiten Wechselspannungsleistung an eine zweite Last (9b) eines zweiten Plasmaerzeugers (17b), wobei insbesondere Schritt b) und c) nicht zur gleichen Zeit erfolgen, d) Steuern der Wechselspannungsleistungen nach unterschiedlichen Charakteristika bei einem oder mehreren der folgenden Steuerwerte: • Ausgangsstrom,
• Ausgangsspannung,
• Ausgangsfrequenz,
• Ausgangsleistung,
• Ausgangs-Verlauf von Strom und/oder Spannung, und e) Generierung und Ausgabe eines Ansteuersignals für eine Impedanzanpassungsvorrichtung (15a, 15b, 15n), die einer der Wechselspannungsleistungen zugeordnet ist.
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