高频等离子体源装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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；本专利技术还涉及一种高频等离子体源装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
因此本专利技术的任务是，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。在本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：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，
申请(专利权)人：许廷格电子两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]