CN101056495A - 高频等离子体源装置 - Google Patents

高频等离子体源装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101056495A
CN101056495A CNA2006101309893A CN200610130989A CN101056495A CN 101056495 A CN101056495 A CN 101056495A CN A2006101309893 A CNA2006101309893 A CN A2006101309893A CN 200610130989 A CN200610130989 A CN 200610130989A CN 101056495 A CN101056495 A CN 101056495A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
high frequency
frequency power
plasma
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006101309893A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101056495B (zh
Inventor
托马斯·基希迈尔
米夏埃多·格吕克
克里斯托夫·格哈特
埃克哈德·曼
克里斯托夫·霍夫施泰特尔
格尔德·欣茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Original Assignee
Huettinger Elektronik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huettinger Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Huettinger Elektronik GmbH and Co KG
Publication of CN101056495A publication Critical patent/CN101056495A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101056495B publication Critical patent/CN101056495B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155—Frequency modulation
    • H01J37/32165—Plural frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53878—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current by time shifting switching signals of one diagonal pair of the bridge with respect to the other diagonal pair

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于控制和/或调节一个高频等离子体源装置(1、21)的输出功率的方法，包括：a.分别通过一个高频发生器(6、7、24－26)产生至少一个第一和一个第二高频功率信号；b.根据高频功率信号的相位和/或电平，将至少两个高频功率信号耦合为一个已耦合高频功率；c.使已耦合高频功率分成一个输送到等离子体负载(2)的等离子体功率和一个输送到补偿负载(10、32)的补偿功率；d.这样控制和/或调节高频功率信号的电平和/或相位，即，对于在预给定的下功率极限与预给定的额定功率之间范围内的等离子体功率，已耦合高频功率的一个非主要部分构成补偿功率，而对于在预给定的下功率极限以下的等离子体功率，已耦合高频功率的一个主要部分构成补偿功率。

Description

高频等离子体源装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制和/或调节一个高频等离子体源装置的输出功率的方法，包括以下方法步骤：
a.分别通过一个高频发生器产生至少一个第一和一个第二高频功率信号；
b.根据高频功率信号的相位和/或电平(振幅)，将至少两个高频功率信号耦合为一个已耦合高频功率；
c.使已耦合高频功率分成一个输送到等离子体负载的等离子体功率和一个输送到补偿负载的补偿功率；
本发明还涉及一种高频等离子体源装置。
背景技术
对于等离子体源装置和/或设置在其中的高频发生器，由制造者给出了额定功率，其中各个高频发生器的额定功率之和构成等离子体源装置的额定功率。
已知高频发生器及由此高频等离子体源装置在其额定功率的一个非主要部分的情况下难于运行。它们倾向于发生不可控的振荡并且难以调节到一个精确的输出功率。通常由高频发生器的制造者也给出一个下功率极限，在该下功率极限以下时高频发生器不再能可靠地或者不能以所需的精度运行。这个下功率极限例如为额定功率的10％，但是也可以位于更低的数值，例如1％。在此高频发生器的下功率极限之和给出等离子体源装置的下功率极限。
已知为了使等离子体源装置在下功率极限以下运行，将功率的第一部分输送到一个附加的电阻并且将功率的其余部分输送到负载并且由此使高频发生器在其下功率极限以上运行。为此可以使电阻与负载串联或并联。对于在下功率极限以下的小功率，这个解决方案大多提供一个可利用的结果。当供给所述负载的功率在额定范围方向上提高时，必需断开这个电阻，因为否则可能将一个非常高的功率输送到该电阻，这意味着大的损失和高的冷却耗费。因为在已知的实施例中的该电阻不可调节，它必需冲击式地断开，因此不能连续地越过一个宽泛的功率范围。
对于高频等离子体源装置要求它们能够在一个宽的功率范围中非常精确地调整。这个功率范围应该可以连续地被越过。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种方法和一个装置，通过它们可以实现与此相关的改良。
这个任务通过本文开头所述类型的方法得以解决，其中这样实现高频功率信号的电平和/或相位的控制和/或调节，即，对于在预给定的下功率极限与预给定的额定功率之间范围内的等离子体功率，已耦合高频功率的一个非主要部分构成补偿功率(Ausgleichsleistung)，而对于在预给定的下功率极限以下的等离子体功率，已耦合高频功率的一个主要部分构成补偿功率。通过这种方法能够使等离子体源装置在宽的功率范围上、尤其是在下功率极限以下运行时也能稳定地运行。大的功率范围可以没有问题地被覆盖并且基本连续地被越过。在此优选这样控制高频功率发生器，使得所有高频功率发生器给出基本相同的高频功率。
一个等离子体负载可以是一个真空等离子体处理室、例如用于涂层、蚀刻或借助于等离子体加工基片或者在真空等离子体处理室中运行的等离过程或者在一个气体激光器中激励激光。
在本发明的范围中对于高频应理解为1至30MHz之间的频率范围内的频率。对于等离子体负载的优选频率为13MHz和27MHz。
优选对于在预给定的下功率极限与预给定的额定功率之间范围的等离子体功率调节一个比对于在预给定的下功率极限以下的等离子体功率小的补偿功率。下功率极限例如可以根据额定功率预给定。例如作为下功率极限可以是在额定功率的0.1％至20％范围中预给定的功率。下功率极限优选预给定为额定功率的约10％。
一个这样的方案是特别优选的，其中高频功率信号的电平/或相位(Phasen)尤其是当高频等离子体源装置在额定功率范围内运行时被调节，其方式是控制和/或调节高频功率发生器的直流电流源和/或直流电压源。通过这种方式能够特别简单地调节尤其是在下功率极限以上的功率范围内的等离子体功率电平。在最简单情况下正好存在两个高频发生器与一个用于使高频功率信号相加的耦合单元。每个高频发生器的额定功率例如为1.5kW，它们都例如以13.56MHz工作。如果高频等离子体源装置在大于其额定功率10％的范围中工作，则这样调节两个高频发生器的相位和电平，使得尽可能使所有已耦合高频功率提供给等离子体负载。它在额定功率时则是3kW。功率控制例如通过控制高频发生器的直流电流-或直流电压输入实现。如果高频等离子体源装置在小于其额定功率10％的范围中工作，即小于300W等离子体功率，则等离子体功率的控制优选不再强制地需要通过控制高频发生器的高频功率信号的电平实现(例如通过控制直流电压源或直流电流源)，而是优选主要通过控制两个高频发生器相互间的相位来实现。
有利的是，通过控制高频发生器中的开关元件来产生高频功率信号。以间歇模式工作的高频发生器损耗特别少并因此优选用于较大的功率。已知以间歇模式运行的高频发生器，例如等级D(全桥或半桥)或等级E，F放大器或者其混合形式。这些形式的高频发生器具有一个或多个开关元件和一个输出回路。开关元件通过一个开关信号的开关频率接通和断开。
所述输出回路主要具有两个任务：首先对高频功率信号进行滤波，由此基本只有开关频率到达输出。其次输出回路能够实现开关元件的少损失的开关。各高频发生器的输出功率例如可以通过直流电压输入或直流电流输入控制。以间歇模式运行的高频发生器在1MHz以上的频率工作时一般以MOSFET作为开关元件。这些MOSFET具有输出电容Coss，它非线性地取决于漏极与源极接头之间的MOSFET的输出上的电压。所述电容对于高输出电压(例如大于100V)只略微随着电压的增加缓慢下降，而电容对于低输出电压(例如小于40V)在电压下降时非常剧烈地上升并且可以以幂级(例如系数100，1000)大于高电压时的数值。主要是当高频发生器实际上被设计用于在高电压下运行时，这使得以间歇模式工作的高频发生器的运行在低电压时复杂化，因为电容总是作用于以间歇模式工作的高频发生器的输出回路。但是如果电路中的一个数值非常剧烈地变化，则这将改变输出回路的特性并且使输出回路可能不再或不再正确地承担其两个任务。由此在与额定功率相比较低的输出功率的情况下，功率调节的变得非常复杂。但是对于许多在真空等离子体工艺中的使用要求在一个非常宽的功率范围上进行非常精确地功率调节，尤其是对于远小于高频等离子体源装置的额定功率的功率。一个附加的问题是，在小电压的情况下，dC/dU的变化是非常大的。这导致输出回路特性的非线性。
通过这个解释表明，对于下功率极限的值在调整情况下不固定地为额定功率的10％，而是根据所期望的额定功率和所期望的最低要被调整的功率在额定功率的0.1％至20％的范围中变化。对于以间歇模式工作的高频发生器重要的是输出电容的非线性和电路容差，它也取决于开关元件上的最大电压、频率、功率等。
高频功率信号的电平和/或相位可被以特别简单的方式和方法调节，其方式是以相移方法控制开关元件。例如一个高频发生器可以具有两个半桥，它们分别由两个交替接通的元件组成。通过控制开关元件来调节半桥的相位并由此调节高频发生器输出上的功率。即使使用功率调节的这个原理，非常小的功率也不能足够精确地被调节。当以这种形式产生高频功率信号时，输送到补偿负载(Ausgleichslast)的功率的控制和/或调节也是有利的，以便使整个高频等离子体源装置可以可靠地运行。
特别优选的是，通过控制和/或调节高频发生器的直流电流源和/或直流电压源来实现已耦合高频功率的粗调节，通过高频发生器的相移控制来实现已耦合高频功率的精调节。由此为了使高频等离子体源装置不仅在下功率极限以下而且在下功率极限以上运行，可以以非常高的精度调节电路功率。附加地还能够关断单个的高频发生器并且使其余的高频发生器在其自己的下功率极限以上运行。尤其是能够使在下功率极限以下运行时的高频等离子体源装置的输出功率仅仅通过功率划分来调节。
在一个有利的方法方案中规定，所述高频功率信号在一个90°混合电路(Hybrid)、尤其是在一个3dB耦合器中耦合。通过使用这些耦合单元可以避免在与等离子体负载错误匹配时多次反射。这意味着，有效地保护前置于90°混合电路的发生器。此外通过90°混合电路可以在小功率时实现一个功率调节。对于一个功率耦合器、例如90°混合电路，高频功率(输入)信号的耦合意味着一些高频功率信号被相加为一个已相加的高频功率作为已耦合高频功率。然后根据高频功率信号的电平和/或相位使相加后的高频功率分成两个高频功率(输出)信号。
如果产生多于两个高频功率信号，可以产生更大的等离子体功率，其中，每两个高频功率信号耦合为一个已耦合高频功率信号。高频功率信号的耦合或相加优选在一个耦合单元中实现，由此也以有利的方式设置多个补偿负载并且相应地产生多个补偿功率。在此在耦合单元中优选分别耦合两个高频功率信号。多个耦合单元可以串联，由此在串联的端部上产生高频功率信号，它构成待被输送到等离子体负载的等离子体功率。
有利的是，测量至少一个描述高频功率的参数。在此可以设想，在至少一个高频发生器的输出上测量高频功率信号或者所述描述这个高频功率信号的参数。选择或附加地，也可以检测描述等离子体功率和/或补偿功率的参数。可以检测或者是功率本身或者是电压和/或电流来作为描述高频功率的参数。
在一个方法方案中可以规定，所述描述高频功率的参数用于调节所测量的高频功率或另一高频功率。由此例如可以使用一个在高频发生器中测量到的参数，用于调节由这个发生器给出的高频功率。此外可以设想，使用所检测到的等离子体功率，用于调节一个或多个高频发生器的高频功率。在此所测量的描述高频功率的参数优选输送到一个控制-和/或调节装置。
在本发明的一个扩展构型中可以规定，进行一个阻抗匹配。该阻抗匹配优选在等离子体负载与等离子体源装置之间进行。
在本发明的范围中还涉及一个高频等离子体源装置，用于对等离子体负载供给等离子体功率，该装置包括至少两个用于产生一个第一和第二高频功率信号的高频发生器和至少一个耦合单元，在该耦合单元中由两个高频功率信号产生一个已耦合高频功率，其中在所述至少一个耦合单元上可连接或连接了所述等离子体负载和一个补偿负载，并且具有一个用于控制和/或调节高频发生器的控制-和/或调节装置，其中所述控制-和/或调节装置被设置用于执行如上述方法或方法变型方案。通过这种装置能够实现上述的优点。
在此特别优选的是，所述方法在硬件、固件和/或软件中执行。在硬件中执行的优点是，可以实现一个快速的无级的功率调节。对于在固件或软件中执行的情况下，可以易于配置、可靠且成本有利地以小的护理耗费来调节所述控制或调整。
在一个有利的实施形式中，控制-和/或调节装置具有一个用于对于在下功率极限以上的已耦合高频功率控制功率分配的第一控制单元和一个用于对于在下功率极限以下的已耦合高频功率控制功率分配的第二控制单元。在此第一控制单元尤其对于高频发生器的直流电流源的控制和/或相移控制起作用而第二控制单元对于高频发生器的相位控制起作用。
在此可以规定，第二控制单元使已耦合高频功率的主要分量分配到补偿负载上，它尤其是在已耦合高频功率的10％、优选20％以上。
特别优选的是，所述耦合单元被构造为90°混合电路、尤其是构造为3dB耦合器。通过这种耦合单元可以省去本文开头所述的电阻接通和断开。此外通过一个90°混合电路可以避免消极地作用于高频发生器上的多次反射。
如果具有多于两个高频发生器和至少两个尤其是串联的耦合单元，可以覆盖更大的功率频谱并且实现更高的额定功率。此外在与等离子体负载错误地匹配时，通过每个串联的90°混合电路大大提高了干扰抑制。
如果设置至少一个用于测量一个描述高频功率的参数的测量装置，不仅可以根据预给定功率值进行功率控制而且可以进行调节，因为能够实现反馈。因此所述测量装置优选与控制-和/或调节装置处于连接。
在本发明的另一优选扩展构型中，可以设置至少一个用于高频发生器的DC电流源，它通过控制-和/或调节装置来控制和/或调节。由此能够特别简单地调节高频功率信号的电平。在此一个DC电流源可以用于多个高频发生器或者可以对于每个高频发生器设置一个自己的DC电流源。
本发明的其它特征和优点由下面借助于附图所示的本发明的实施例的说明和其他申请文件给出，附图示出对于本发明重要的细节。各个特征可以单独地或者多个任意组合地在本发明的变型方案中实现。
附图说明
在附图中示出本发明的优选实施例，在下面借助于附图详细说明。附图中：
图1按照本发明的高频等离子体源装置的第一实施例，
图2高频等离子体源装置的第二实施例，
图3用于表示相移控制的高频发生器的图示。
具体实施方式
在图1中示出一个高频等离子体源装置1，在其中产生一个用于供给等离子体负载2的等离子体功率。所示的高频等离子体源装置1通过一个电源接头3一个单相或多相的供电网连接。该电源接头3可以作为插接触头构成。该电源接头3与直流电源4、5连接。这些直流电源分别配置给一个高频发生器6、7并且分别以直流电流或直流电压为所述高频发生器供电。替代地，也可对于两个高频发生器6、7设置一个共同的直流电源。由高频发生器6、7分别产生一个高频功率信号，后者被输送到一个作为90°混合电路构成的耦合单元8。所述高频功率信号在耦合单元8中耦合为一个已耦合高频功率。该耦合单元8将已耦合高频功率分配到输出9和11。一个供入等离子体负载2的等离子体功率被输送到输出9而一个供入补偿负载10的补偿功率被输送到输出11。视高频功率信号的相位而定，已耦合高频功率被不同地分配到输出9、11上。当高频发生器6、7的高频功率信号相移90°时，已耦合高频功率几乎完全地供入输出9。
所述高频等离子体源装置1的核心部件是一个控制-和/或调节装置12，它不仅调节和/或控制直流电流源4、5而且调节和/或控制高频发生器6、7。在此这样实现所述控制和/或调节，使得在用于位于下功率极限与预给定的额定功率之间范围中的等离子体功率的高频等离子体源装置运行时，已耦合高频功率的绝大部分输送到输出9并由此输送到等离子体负载2上并且仅将已耦合高频功率的小部分输送到补偿负载10上。在这个运行范围中，高频发生器6、7也在其下功率极限与其额定功率之间运行。为了该目的，可以通过控制或调节直流电源4、5来调节高频发生器6、7输出上的信号电平。替代或附加地，被构造为在间歇模式中工作的高频发生器6、7的高频发生器可被以相移方法的途径控制，用于影响高频功率信号的电平。
当高频等离子体源装置1在下功率极限以下的功率范围中运行时，高频发生器6、7可以通过所述控制-和/或调节装置12这样控制，使得高频功率信号具有一个相位，在该相位中，将已耦合高频功率的绝大部分输送到补偿负载10上而只将已耦合高频功率的微少部分输送到等离子体负载2上。
在所示实施例中，设有一些用于检测描述高频功率的参数的测量装置13、14、15，它们将所述参数传输到控制-和/或调节装置12，由此能够实现一个或多个高频功率的调节。该控制-和/或调节装置12在本实施例中具有一个第一控制单元16及一个第二控制单元17，第一控制单元用于控制所述在下功率极限与额定功率之间的功率范围中的等离子体功率和补偿功率，而第二控制单元用于在位于上述功率范围下的功率范围中的功率调节。在输出8与等离子体负载2之间设置一个阻抗匹配单元18。
在图2的高频等离子体源装置21中，一个直流电源22连接在电网接头23上。该直流电源22对三个高频发生器24、25、26供给直流电流和/或直流电压。在高频发生器24、25中产生的高频功率信号在第一耦合单元27中耦合为第一已耦合高频功率。已耦合高频功率的第一分量输送到第二耦合单元28上，而已耦合高频功率的其余部分输送到第一补偿负载29上。已耦合高频功率的分配取决于由高频发生器24、25产生的高频功率信号的相位。在第二耦合单元28中使输出功率或在第一耦合单元27的输出上给出的高频功率信号耦合到在高频发生器26中产生的高频功率或者由这个高频发生器给出的高频功率信号上，由此产生第二已耦合高频功率。根据由第一耦合单元27给出的高频功率信号和由高频发生器26给出的高频功率信号的相位，第二已耦合高频功率被分成一个通过第二耦合单元28的输出30输送到等离子体负载2上的等离子体功率和一个通过输出31输送到第二补偿负载32的补偿功率。
在这种情况下，控制-和/或调节装置12控制或调节直流电源22和高频发生器24-26。出于清晰的原因在图2中未示出测量装置。在所示实施例中，耦合单元28后置于耦合单元27。因此耦合单元27、28是串联的。
在图3中详细示出高频发生器6。该高频发生器6具有两个部分40、41，它们按照一个全桥电路设置。按照图3的电路能够允许对输出42上的功率进行调整，其方式是，通过改变输送到两个半部40、41的开关信号之间的相位。第一半部包括一对开关元件43、44，它们接收一对由信号源45给出的开关信号。开关元件43、44在直流电源22的负与正端子之间串联。开关元件43、44的输出与一个电感46连接，后者是输出振荡电路的一部分。该输出振荡电路由一个电感46和一个电容47构成。第一半部40的输出与变压器48的第一抽头连接。
第二半部41包括开关元件49、50。一个信号源51给出一对开关信号，它们被输送到开关元件49、50。所述信号源45、51也可以组合成一个单个的单元。
第二半部41也包括一个输出振荡电路，后者具有一个电感52和一个电容53。第二半部41与变压器48的第二抽头连接。通过变压器48在半部40、41与输出42之间实现一个电分离。所述半部40、41通过变压器48的初级绕组54串联。
所述半部40、41是串联的，因此在控制每个半部40、41的开关信号之间的相位改变引起输出42上的功率改变。当开关元件43、49在相同的时刻起作用或不起作用时，则它们在相位中工作。而如果当开关元件49接通时开关元件43总是断开，及如果当开关元件49断开时开关元件43总是接通，则开关元件不在相位中或者相移180°。
在半部40、41之间的相位通过相控单元60确定，其中，相控单元60可以是控制-和/或调节装置12、尤其是控制单元16的一部分。该相控单元60控制信号源45、51，以便调整两个半部40、41之间的相移或相位。当半部40、41以180°的相移运行时，将在输出42上实现最大功率或高频功率信号的最高水平。当半部40、41在相位中运行时，将实现最小的输出功率。在这种情况下，每个半部40、41与负载阻抗无关地空载运行。借助于图3描述的在输出42上的功率调节是以相位移动方法的功率调节。

Claims (19)

1.一种用于控制和/或调节一个高频等离子体源装置(1、21)的输出功率的方法，包括以下方法步骤：
a.分别通过一个高频发生器(6、7、24-26)产生至少一个第一和一个第二高频功率信号；
b.根据这些高频功率信号的相位和/或电平，将至少两个高频功率信号耦合为一个已耦合高频功率；
c.使已耦合高频功率分成一个输送到等离子体负载(2)的等离子体功率和一个输送到补偿负载(10、32)的补偿功率；
其特征在于，
d.这样控制和/或调节高频功率信号的电平和/或相位，即，对于在预给定的下功率极限与预给定的额定功率之间范围内的等离子体功率，已耦合高频功率的一个非主要部分是补偿功率，而对于在给定的下功率极限以下的等离子体功率，已耦合高频功率的一个主要部分是补偿功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于在预给定的下功率极限与预给定的额定功率之间范围中的等离子体功率调节出一个比对于在预给定的下功率极限以下的等离子体功率小的补偿功率。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，高频功率信号的电平/或相位尤其是当高频等离子体源装置(1、21)在额定功率范围内运行时通过控制和/或调节高频功率发生器(6、7、24-26)的直流电流源和/或直流电压源来调节出。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，高频功率信号通过控制高频发生器(6、7、24-26)中的开关元件(43、44、49、50)来产生。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过以相移方法控制这些开关元件(43、44、49、50)来调节出高频功率信号的电平和/或相位。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过控制和/或调节高频发生器(6、7、24-26)的直流电流源和/或直流电压源来实现已耦合高频功率的粗调节，通过对高频发生器(6、7、24-26)的相移控制来实现已耦合高频功率的精调节。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述高频功率信号在一个90°混合电路、尤其是在一个3dB耦合器中被耦合。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，产生多于两个高频功率信号，其中，每两个高频功率信号耦合为一个已耦合高频功率信号。
9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于多个补偿负载(29、32)产生多个补偿功率。
10.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，高频功率信号的相加在一些耦合单元(8、27、28)中实现，其中，多个耦合单元(27、28)串联。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量一个描述高频功率的参数。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述描述高频功率的参数用于调节所测量的高频功率或另一高频功率。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，进行一个阻抗匹配操作。
14.一种高频等离子体源装置(1、21)，用于对一个等离子体负载(2)供给等离子体功率，该高频等离子体源装置包括至少两个用于产生一个第一和一个第二高频功率信号的高频发生器(6、7、24-26)和至少一个耦合单元(8、27、28)，在所述耦合单元中由两个高频功率信号产生一个已耦合高频功率，其中，在所述至少一个耦合单元(8、28)上可连接或连接了所述等离子体负载(2)和一个补偿负载(10、32)，它还具有一个控制和/或调节高频发生器(6、7、24-26)的控制-和/或调节装置(12)，其特征在于，所述控制-和/或调节装置(12)被构造用于执行如上述权利要求中任一项所述的方法。
15.如权利要求14所述的高频等离子体源装置，其特征在于，所述方法在硬件、固件和/或软件中执行。
16.如权利要求14或15中任一项所述的高频等离子体源装置，其特征在于，所述耦合单元(8、27、28)被构造为90°混合电路、尤其是3dB耦合器。
17.如权利要求14至16中任一项所述的高频等离子体源装置，其特征在于，设有多于两个高频发生器(6、7、24-26)和至少两个、尤其是串联的耦合单元(27、28)。
18.如权利要求14至17中任一项所述的高频等离子体源装置，其特征在于，设有至少一个测量装置(13-15)，用于测量一个描述高频功率的参数。
19.如权利要求14至18中任一项所述的高频等离子体源装置，其特征在于，设有至少一个用于高频发生器(6、7、24-26)的DC电流源(4、5、22)，它通过控制-和/或调节装置(12)来控制和/或调节。
CN2006101309893A 2005-10-17 2006-10-17 高频等离子体源装置 Expired - Fee Related CN101056495B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05022558.0 2005-10-17
EP20050022558 EP1783904B1 (de) 2005-10-17 2005-10-17 HF-Plasmaversorgungseinrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101056495A true CN101056495A (zh) 2007-10-17
CN101056495B CN101056495B (zh) 2011-01-12

Family

ID=36581650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006101309893A Expired - Fee Related CN101056495B (zh) 2005-10-17 2006-10-17 高频等离子体源装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7745955B2 (zh)
EP (1) EP1783904B1 (zh)
JP (1) JP4755566B2 (zh)
KR (1) KR100842243B1 (zh)
CN (1) CN101056495B (zh)
AT (1) ATE392742T1 (zh)
DE (1) DE502005003768D1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105830195A (zh) * 2013-12-18 2016-08-03 通快许廷格两合公司 电源***以及用于产生功率的方法
CN105830196A (zh) * 2013-12-18 2016-08-03 通快许廷格两合公司 具有多个放大器路径的电源***以及用于激发等离子体的方法

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100799175B1 (ko) * 2006-04-21 2008-02-01 주식회사 뉴파워 프라즈마 플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 제어 방법
KR100915613B1 (ko) * 2007-06-26 2009-09-07 삼성전자주식회사 펄스 플라즈마 매칭시스템 및 그 방법
US8528498B2 (en) * 2007-06-29 2013-09-10 Lam Research Corporation Integrated steerability array arrangement for minimizing non-uniformity
US9105449B2 (en) * 2007-06-29 2015-08-11 Lam Research Corporation Distributed power arrangements for localizing power delivery
US20090000738A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Neil Benjamin Arrays of inductive elements for minimizing radial non-uniformity in plasma
EP2097920B1 (de) 2007-07-23 2017-08-09 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Plasmaversorgungseinrichtung
US20100123502A1 (en) * 2008-07-09 2010-05-20 Bhutta Imran A System for providing a substantially uniform potential profile
EP2202776B1 (de) * 2008-12-23 2012-02-15 HÜTTINGER Elektronik GmbH + Co. KG Messverfahren und Messeinrichtung für eine Plasmaversorgungseinrichtung
US7825719B2 (en) * 2008-12-29 2010-11-02 Advanced Energy Industries, Inc. System and method for wideband phase-adjustable common excitation
DE212009000140U1 (de) * 2009-02-13 2012-04-05 Hüttinger Elektronik Gmbh + Co. Kg Plasmaversorgungseinrichtung
KR101051048B1 (ko) 2009-03-03 2011-07-22 서용운 전원의 최종 출력단과 플라즈마 발생전극을 일체화한 플라즈마 발생장치
US9197196B2 (en) * 2012-02-22 2015-11-24 Lam Research Corporation State-based adjustment of power and frequency
US10821542B2 (en) 2013-03-15 2020-11-03 Mks Instruments, Inc. Pulse synchronization by monitoring power in another frequency band
US9697991B2 (en) 2014-01-10 2017-07-04 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US10455729B2 (en) 2014-01-10 2019-10-22 Reno Technologies, Inc. Enclosure cooling system
US10431428B2 (en) 2014-01-10 2019-10-01 Reno Technologies, Inc. System for providing variable capacitance
US9865432B1 (en) 2014-01-10 2018-01-09 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US9496122B1 (en) 2014-01-10 2016-11-15 Reno Technologies, Inc. Electronically variable capacitor and RF matching network incorporating same
US9196459B2 (en) 2014-01-10 2015-11-24 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US9755641B1 (en) 2014-01-10 2017-09-05 Reno Technologies, Inc. High speed high voltage switching circuit
US9844127B2 (en) 2014-01-10 2017-12-12 Reno Technologies, Inc. High voltage switching circuit
DE102014212439A1 (de) 2014-06-27 2015-12-31 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Verfahren zum Betrieb eines Leistungsgenerators und Leistungsgenerator
DE102015202317A1 (de) * 2015-02-10 2016-08-11 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Leistungsversorgungssystem für einen Plasmaprozess mit redundanter Leistungsversorgung
US9306533B1 (en) 2015-02-20 2016-04-05 Reno Technologies, Inc. RF impedance matching network
US10340879B2 (en) 2015-02-18 2019-07-02 Reno Technologies, Inc. Switching circuit
US11017983B2 (en) 2015-02-18 2021-05-25 Reno Technologies, Inc. RF power amplifier
US9525412B2 (en) 2015-02-18 2016-12-20 Reno Technologies, Inc. Switching circuit
US9729122B2 (en) 2015-02-18 2017-08-08 Reno Technologies, Inc. Switching circuit
US11150283B2 (en) 2015-06-29 2021-10-19 Reno Technologies, Inc. Amplitude and phase detection circuit
US11081316B2 (en) 2015-06-29 2021-08-03 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11342160B2 (en) 2015-06-29 2022-05-24 Reno Technologies, Inc. Filter for impedance matching
US11342161B2 (en) 2015-06-29 2022-05-24 Reno Technologies, Inc. Switching circuit with voltage bias
US11335540B2 (en) 2015-06-29 2022-05-17 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US10984986B2 (en) 2015-06-29 2021-04-20 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US10692699B2 (en) 2015-06-29 2020-06-23 Reno Technologies, Inc. Impedance matching with restricted capacitor switching
DE102015212149A1 (de) 2015-06-30 2017-01-05 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Leistungsversorgungssystem und Verfahren zur Einstellung einer Ausgangsgröße der Verstärkerstufe eines Leistungsversorgungssystems
US9577516B1 (en) * 2016-02-18 2017-02-21 Advanced Energy Industries, Inc. Apparatus for controlled overshoot in a RF generator
DE102016110141A1 (de) * 2016-06-01 2017-12-07 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Verfahren und Vorrichtung zum Zünden einer Plasmalast
DE102017206132B3 (de) 2017-04-10 2018-07-12 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Verfahren zur Erzeugung einer Hochfrequenzleistung mit einer vorgegebenen Frequenz und Leistungswandler
US11393659B2 (en) 2017-07-10 2022-07-19 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11398370B2 (en) 2017-07-10 2022-07-26 Reno Technologies, Inc. Semiconductor manufacturing using artificial intelligence
US11114280B2 (en) 2017-07-10 2021-09-07 Reno Technologies, Inc. Impedance matching with multi-level power setpoint
US11101110B2 (en) 2017-07-10 2021-08-24 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US11476091B2 (en) 2017-07-10 2022-10-18 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network for diagnosing plasma chamber
US10483090B2 (en) 2017-07-10 2019-11-19 Reno Technologies, Inc. Restricted capacitor switching
US11521833B2 (en) 2017-07-10 2022-12-06 Reno Technologies, Inc. Combined RF generator and RF solid-state matching network
US10714314B1 (en) 2017-07-10 2020-07-14 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US10727029B2 (en) 2017-07-10 2020-07-28 Reno Technologies, Inc Impedance matching using independent capacitance and frequency control
US11315758B2 (en) 2017-07-10 2022-04-26 Reno Technologies, Inc. Impedance matching using electronically variable capacitance and frequency considerations
US11289307B2 (en) 2017-07-10 2022-03-29 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method
US10896808B2 (en) * 2018-07-25 2021-01-19 Lam Research Corporation Maintenance mode power supply system
US11538662B2 (en) 2019-05-21 2022-12-27 Reno Technologies, Inc. Impedance matching network and method with reduced memory requirements
KR20220164042A (ko) * 2020-04-06 2022-12-12 램 리써치 코포레이션 플라즈마 시스 안정화를 위한 무선 주파수 펄스-개시 전력 스파이크를 제어하기 위한 방법들 및 시스템들
KR102381756B1 (ko) 2020-04-16 2022-04-01 주식회사 뉴파워 프라즈마 이중 출력을 가진 무선 주파수 제너레이터
KR102369880B1 (ko) 2020-04-16 2022-03-03 주식회사 뉴파워 프라즈마 이중 출력 감시 기능을 가진 고주파 제너레이터
DE102022108631A1 (de) 2022-04-08 2023-10-12 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Verfahren zur Versorgung eines Lasers oder Plasmas mit Leistung und Plasma- oder Lasersystem
DE102022119156A1 (de) * 2022-07-29 2024-02-01 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Verfahren zur Zündung und Versorgung eines Lasers oder Plasmas mit Leistung und Plasma- oder Lasersystem

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5866702A (ja) 1981-10-19 1983-04-21 川崎重工業株式会社 ボイラドラムの水位制御装置
JPH03133216A (ja) * 1989-10-18 1991-06-06 Nec Corp 送信出力制御回路
JPH07123212B2 (ja) * 1991-02-14 1995-12-25 日本無線株式会社 電力合成装置の制御方法及び制御装置
FR2693058A1 (fr) * 1992-06-26 1993-12-31 Thomson Csf Etage d'excitation d'un tube d'émission pour émetteur à ondes courtes.
US5712592A (en) * 1995-03-06 1998-01-27 Applied Materials, Inc. RF plasma power supply combining technique for increased stability
US5925212A (en) * 1995-09-05 1999-07-20 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for attaining repeatable temperature versus time profiles for plasma heated interactive parts used in mass production plasma processing
JPH1074018A (ja) * 1996-08-30 1998-03-17 Minolta Co Ltd 誘導加熱定着装置
JPH1189242A (ja) * 1997-09-08 1999-03-30 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置
JP2000091862A (ja) 1998-09-08 2000-03-31 Kairora Hadidi 可変利得増幅器
US6222718B1 (en) * 1998-11-12 2001-04-24 Lam Research Corporation Integrated power modules for plasma processing systems
US6259334B1 (en) * 1998-12-22 2001-07-10 Lam Research Corporation Methods for controlling an RF matching network
JP2000200677A (ja) * 1999-01-08 2000-07-18 Seta Giken:Kk 電磁誘導加熱装置
JP2000261253A (ja) * 1999-03-08 2000-09-22 Japan Radio Co Ltd フィードフォワード歪補償回路
EP1272014B1 (en) 1999-07-22 2009-09-09 MKS Instruments, Inc. Plasma power supply having a protection circuit
JP2001068770A (ja) 1999-08-27 2001-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd マイクロ波励起ガスレーザ発振装置
JP4181292B2 (ja) * 2000-07-13 2008-11-12 株式会社東芝 電力変換装置
KR100391063B1 (ko) 2000-11-06 2003-07-16 주식회사 플라즈마트 유도결합으로 보강된 축전결합형 플라즈마 발생장치 및플라즈마 발생방법
US6703080B2 (en) 2002-05-20 2004-03-09 Eni Technology, Inc. Method and apparatus for VHF plasma processing with load mismatch reliability and stability
JP3641785B2 (ja) 2002-08-09 2005-04-27 株式会社京三製作所 プラズマ発生用電源装置
KR100459135B1 (ko) * 2002-08-17 2004-12-03 엘지전자 주식회사 유기 ｅｌ 디스플레이 패널 및 구동방법
JP3811670B2 (ja) 2002-08-22 2006-08-23 株式会社ダイヘン アーク加工用電源装置
KR20040079127A (ko) 2003-03-06 2004-09-14 삼성전자주식회사 플라즈마 에처 챔버 시스템
JP4346391B2 (ja) 2003-09-17 2009-10-21 独立行政法人科学技術振興機構 位相シフト型高周波インバータ装置
US7512422B2 (en) * 2004-05-28 2009-03-31 Ixys Corporation RF generator with commutation inductor
PL1701376T3 (pl) * 2005-03-10 2007-04-30 Huettinger Elektronik Gmbh Co Kg Próżniowy generator plazmowy
US7451839B2 (en) * 2005-05-24 2008-11-18 Rearden, Llc System and method for powering a vehicle using radio frequency generators

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105830195A (zh) * 2013-12-18 2016-08-03 通快许廷格两合公司 电源***以及用于产生功率的方法
CN105830196A (zh) * 2013-12-18 2016-08-03 通快许廷格两合公司 具有多个放大器路径的电源***以及用于激发等离子体的方法
CN105830196B (zh) * 2013-12-18 2019-03-26 通快许廷格两合公司 具有多个放大器路径的电源***以及用于激发等离子体的方法
CN105830195B (zh) * 2013-12-18 2019-05-07 通快许廷格两合公司 电源***以及用于产生功率的方法
US10354839B2 (en) 2013-12-18 2019-07-16 Trumpf Huettinger Gmbh + Co. Kg Power supply systems and methods for generating power with multiple amplifier paths

Also Published As

Publication number Publication date
CN101056495B (zh) 2011-01-12
KR20070042085A (ko) 2007-04-20
ATE392742T1 (de) 2008-05-15
EP1783904A1 (de) 2007-05-09
EP1783904B1 (de) 2008-04-16
US7745955B2 (en) 2010-06-29
JP4755566B2 (ja) 2011-08-24
US20070145900A1 (en) 2007-06-28
JP2007115688A (ja) 2007-05-10
KR100842243B1 (ko) 2008-06-30
DE502005003768D1 (de) 2008-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101056495A (zh) 高频等离子体源装置
CN1122361C (zh) 使可变负载阻抗与rf能量发生器阻抗相匹配的方法和装置
CN100409727C (zh) 真空等离子体发生器
US11277027B2 (en) VAR control for inductive power transfer systems
EP2174337B1 (en) Plasma supply device
KR102110846B1 (ko) Dc 전압 소스 사이에서의 전력의 무선 전송을 위한 장치 및 방법
KR101877943B1 (ko) 유도 전력 전송 픽업 회로들
US6642661B2 (en) Method to affect spatial distribution of harmonic generation in a capacitive discharge reactor
WO2010129398A2 (en) Multi-feed rf distribution systems and methods
CN108878240B (zh) 阻抗匹配装置及半导体加工设备
CN102595761A (zh) Rf功率放大器稳定性网络
RU2461908C2 (ru) Высокочастотный генератор для ионных и электронных источников
JP2022530078A (ja) プラズマ処理装置用電圧波形生成装置
EP3878002B1 (en) Voltage waveform generator for plasma processing apparatuses
CN1863428A (zh) 等离子体激发***
WO2004091069A1 (en) Decoupling circuits
Alex et al. Fast switching, modular high-voltage DC/AC-power supplies for RF-amplifiers and other applications
CN111293874B (zh) 一种功率因数矫正***
CN114069886B (zh) 一种一对多无线电能传输***及其控制方法
US20210351618A1 (en) Wireless Power Transfer System With Open Loop Reactance Matching Circuitry
CN1925710A (zh) Sepic变换器的电隔离
KR101706775B1 (ko) 공진 컨버터를 갖는 플라즈마 발생기용 전원 장치
CN1656664A (zh) 用于修正电功率因数的电路
JP7318114B2 (ja) プラズマ安定性を改善するための同調方法
CN103152971B (zh) 等离子电源的锁频方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110112

Termination date: 20211017

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee