真空等离子体发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种真空等离子体发生器（１，１ａ，６０），用于处理真空室（１７）中的工件，包括：电源连接端（２），用于连接到电压供应网络；至少一个电源整流器（３），其连接到至少一个第一转换器（４，４ａ），用于产生至少一个中间电路电压；第一射频信号发生器（６，７，２０，４０，５０），其连接到该至少一个中间电路电压，用于产生具有基频和第一相位位置的第一信号，该第一信号尤其是在１至３０ＭＨｚ范围内；第二射频信号发生器（６，７，２０，４０，５０），其连接到中间电路电压，用于产生具有基频和第二相位位置的第二信号；至少一个３ｄＢ耦合器（１３，７７－９１），用于将该第一和第二信号耦合成输出信号，并将该输出信号间接或直接传送到发生器输出端（１４，９２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种真空等离子体发生器，用于处理真空室中的工件。
技术介绍
该类型的真空等离子体发生器可用于例如半导体生产中的涂覆和蚀刻。该过程常常需要从1到30MHz范围、几千瓦的射频(RF)功率。等离子体加载，也就是在真空室中的等离子体处理是高度动态的且容易产生飞弧，这导致了失配并因此在射频应用中引起反射。大多数真空等离子体发生器包括至少一个放大器，用于产生高能量的射频信号。如果不匹配，则能量被负载反射。只有部分(通常很小一部分)反射能量在真空等离子体发生器的放大器中被吸收，转换成热量。大部分能量通常也被放大器反射，该放大器产生多次反射并从而产生驻波。这会产生很大的能量，这些能量在放大器和等离子体负载之间振荡，能导致等离子体负载和放大器的损害。US 6,703,080 B2公开了一种发生器，该发生器可以连接到开关电源，并被连接到驱动级。该驱动级向放大级提供射频信号，在该放大级中，射频信号先被分配到几个路径上，然后在这些路径上被放大，最后在3dB耦合器中重新耦合成一个放大的射频信号。带有循环器的绝缘级用来消除负载阻抗变化对放大级的影响。真空等离子体发生器应该有最小的尺寸，以便它们能够紧靠真空室安装，以避免需要长而昂贵的电缆。在半导体生产中，这些发生器必须满足洁净室(clean room)的要求。发生器内部和周围空气之间，不宜有使用通风设备的强迫空气交换。这些真空等离子体发生器使用在电源电压和频率不一样的不同国家中。它们主要用于工业，因此必须满足高抗干扰能力的要求，其中高干扰电压主要存在于供电网络和负载中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种真空等离子体发生器，其运行损耗小且几乎不受外部干扰影响，并且只需要最小数量的元件，尺寸小并提供多种用途(在尽可能多的国家和领域使用)。上述目的根据本专利技术得以实现，本专利技术的真空等离子体发生器包括电源连接端，用于连接到电压供应网络；至少一个电源整流器，其连接到至少一个第一转换器，该第一转换器用于产生至少一个中间电路电压；第一射频信号发生器，其连接到所述至少一个中间电路电压，用于产生具有基频和第一相位位置的第一信号，该第一信号尤其是在1至30MHz范围内；第二射频信号发生器，其连接到中间电路电压，用于产生具有基频和第二相位位置的第二信号；至少一个3dB耦合器，用于将所述第一和第二信号耦合成输出信号，并将该输出信号间接或直接传送到发生器输出端。电源整流器和转换器的优点是对来自电源的干扰不敏感。具体而言，利用可控制的中间电路电压，能够补偿临时的电源故障和/或电源电压下降。尤其是对于在半导体生产中使用的发生器来说，这是一个重要的条件。当使用电源整流器时，电压供应网络可能是具有不同频率的交流电压网，也可能是直流电压网。尤其在直流电压网络中，电源整流器要具有反极性保护功能。3dB耦合器是一个四重门极(quadruple gate)，在理想情况下当信号经过该3dB耦合器时，会发生45°相移。事实上，由于传输时间而存在一定程度的偏差。当两个相移90°的射频信号进入门极A和B时，一个射频信号在到达门极C的过程中发生+45°相移，另一个信号发生-45°相移，所以分别由第一和第二射频信号发生器提供给门极A和B的信号在门极C相互抵消，因而在门极C没有功率。因为该第一和第二信号发生器的信号在该3dB耦合器中分别发生-45°和+45°的相移，从而在门极D是同相的，所以这两个射频信号发生器的合成功率出现在门极D。当在门极C提供一个负载补偿电阻时，这个位置不会有任何功率消耗，100％的功率都被传输给与门极D相连的等离子体负载。3dB耦合器有一个超过许多其它耦合器的决定性优势。3dB耦合器将反射功率分成两路送回射频信号发生器。两路反射信号的振幅相同，而信号发生90°相移。当要合成的射频信号发生器具有相同结构时，它们的反射系数也相同。被负载反射的功率因此又被射频信号发生器反射。由于反射过程中的相位旋转，被反射的功率没有送回给负载，而是传输给门极C的负载补偿电阻。如果后者端接一个吸收电阻R＝Z0＝特性波阻抗，则由负载反射的功率在该吸收电阻里被完全消耗，不会再被反射。该反射射频信号在门极D互相抵消。这是通过3dB耦合器合成两个射频信号发生器的最重要优点之一，消除了多次反射。因此3dB耦合器形成了一个保护电路，在由于不同负载条件而发生反射的情况下，该电路能防止所连接的射频信号发生器遭到破坏，因而允许晶体管化的射频信号发生器在这种应用中也能安全运行。因此，负载的阻抗变化仅对发生器的稳定性有极小的影响。该发生器的特点还在于它的结构特别简单。特别是与现有技术相比，它不需要分路器先将射频功率分成至少两路。循环器也可省略。可以将第二射频信号发生器连接到相同的中间电路电压是尤其有好处的。在一个优选实施例中，第一和第二信号发生器每个都可以被设计为由开环和/或闭环控制装置驱动的逆变器(inverter)。尤其是通过适当地驱动逆变器，可以便于该逆变器输出信号的相位调整。这使相位调整尤其灵活。当包含不同逆变器的信号路径具有不同长度时，所产生的相位差可以用一种简单的方式来补偿。该逆变器的另一个优点在于，它可以作为放大器运行。射频信号的频率，尤其是射频交流电压，可以通过合适的驱动来改变。然后能够基本保持调整后的相位位置。当无须改变阻抗匹配网络，使真空等离子体发生器的阻抗与等离子体阻抗相匹配时，频率变化是有利的。射频等离子体处理通常利用不能动态调节的固定阻抗匹配网络，也就是所谓的固定匹配装置。为了匹配阻抗，基频应在预定限度内变化。残余的失配可以接受，这在传统真空等离子体发生器中会产生多次反射。本专利技术的真空等离子体发生器消除了多次反射。每个逆变器最好包含至少一个按照基频切换为开和关的开关元件。开关元件可以是晶体管，尤其是MOS-FET晶体管。对于每个逆变器，闭环和/或开环控制装置优选地有一个同步驱动控制输出端，用于幅度调制，尤其是对射频功率的脉冲调制。在现代的真空等离子体处理中，越来越需要幅度调制，尤其是脉冲调制。对于这种情况，本专利技术的发生器具有明显的优点。在幅度调制过程中，主要是脉冲调制过程中，负载会发生变化，尤其是动态改变。在大多数情况下，利用脉冲频率不可能实现阻抗匹配。脉冲频率通常在100Hz到100kHz之间。在这些频率上不可能获得阻抗匹配，因为阻抗匹配网络反应太慢，也就是发生了反射。本专利技术的发生器能够防止多次反射，尤其是防止反射功率被反射回等离子体处理中。在与逆变器连接时，使用3dB耦合器的优点尤其明显。反射功率会干扰逆变器的运行。尤其是在具有脉冲整形网络的电路中，反射，尤其是多次反射会干扰逆变器，该脉冲整形网络在逆变器的后端，用于以最小的损耗操作开关元件(当最小的电压作用在开关元件上时，该元件切换为开)。因此，3dB耦合器为这些逆变器电路的运行提供了更多的安全保障。通过控制中间电路电压，可以控制这些逆变器电路的功率。在这种情况下，可使用损耗低又易实现的逆变器，例如那些只包含一个开关元件的逆变器。在优选的进一步改进中，每个逆变器可以包括半桥或全桥。桥电路的功率可使用脉宽调制和相移调制来控制。那么就不再需要通过中间电压来控制功率。发生器输出端的功率也可以通过两个逆变器间的相位差来控制。当这两个逆变器的信号的相位变化不是9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空等离子体发生器（１，１ａ，６０），用于处理真空室（１７）中的工件，包括：电源连接端（２），用于连接到电压供应网络；至少一个电源整流器（３），其连接到至少一个第一转换器（４，４ａ），该第一转换器用于产生至少一个 中间电路电压；第一射频信号发生器（６，７，２０，４０，５０），其连接到所述至少一个中间电路电压，用于产生具有基频和第一相位位置的第一信号，该第一信号尤其是在１至３０ＭＨｚ范围内；第二射频信号发生器（６，７，２０，４０，５０） ，其连接到中间电路电压，用于产生具有所述基频和第二相位位置的第二信号；至少一个３ｄＢ耦合器（１３，７７－９１），用于将所述第一和第二信号耦合成输出信号，并将该输出信号间接或直接传送到发生器输出端（１４，９２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：米夏埃多格吕克，克里斯托夫霍夫施泰托尔，格尔德欣茨，
申请(专利权)人：许廷格电子有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]