WO2025223929A1 - Rf generator for a plasma generating system, such a plasma generating system and a method for operating the rf generator - Google Patents
Rf generator for a plasma generating system, such a plasma generating system and a method for operating the rf generatorInfo
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Definitions
- RF generator for a plasma production system, such a plasma production system and a method for operating the RF generator
- the invention relates to an RF generator for a plasma generation system, such a plasma generation system and a method for operating the RF generator.
- An RF generator refers to an electrical power converter that converts electrical power of any frequency into a high frequency (RF).
- RF in this context, refers to frequencies greater than or equal to 100 kHz, and specifically greater than or equal to 1 MHz. Various terms are used for such RF generators.
- a plasma is generated with direct current or with a high-frequency alternating signal with a working frequency in the range of a few tens of kHz to the GHz range.
- the plasma chamber is connected to a high-frequency generator (HF generator) via additional electronic components such as coils, capacitors, wires, or transformers. These additional components can be resonant circuits, filters, or impedance matching circuits. Plasma processes represent a highly variable load for an RF generator, depending on the conditions in the plasma chamber. In particular, the properties of the workpiece, electrodes, and gas conditions play a role.
- HF generator high-frequency generator
- RF generators have a limited operating range with respect to the impedance of the connected electrical load. If the load impedance deviates from a permissible range, the required energy/power cannot be delivered to the consumer. Damage to the RF generator is also possible.
- an impedance matching circuit also called a “matchbox”
- a matchbox transforms the impedance of the load to a nominal impedance of the generator output.
- the technical requirements for the RF generator are constantly increasing.
- the purpose of the RF generator is to transfer RF energy into the plasma chamber. This RF energy is used to ionize gases in the chamber, thus generating the plasma. Furthermore, the RF energy helps to stabilize the plasma and control its density and temperature. By adjusting the RF power, different plasma states can be achieved, which are required for various applications.
- plasma chambers are often used for sputtering processes. In this process, ions from the plasma are directed onto a target, also called the "target material,” causing atoms to be knocked out of the target and deposited onto a substrate.
- the RF generator enables control of the energy input into the plasma and thus control of the sputtering process.
- Reactive gases are also introduced into the plasma chamber in CVD (Chemical Vapor Deposition) processes.
- the energy from the RF generator helps to decompose these gases and form reactive particles that then deposit onto a substrate and form solid layers.
- the energy of the plasma It can also be used to clean surfaces of contaminants, as the reactive particles in the plasma react with and remove the contaminants on the surface.
- the RF generator is therefore a crucial instrument for generating and controlling plasma in a plasma chamber and enables a wide variety of industrial and scientific processes.
- the object of the present invention is therefore to create an RF generator for a plasma generation system with which the plasma is to be kept in a more stable state.
- Claim 24 describes a method for operating the RF generator.
- Claims 2 to 22 describe advantageous embodiments of the RF generator.
- the RF generator described here is intended for use in a plasma generation system.
- the RF generator comprises a signal generation unit and a waveform generation unit.
- the waveform generation unit is designed to generate waveforms and transmit them to the signal generation unit.
- a waveform preferably refers to the amplitude profile of an RF signal.
- the term refers to signals.
- the RF signal is then amplitude-modulated with the waveform.
- the waveform has lower frequency components than the unmodulated RF signal.
- the waveform can also be described as an "envelope.”
- a waveform generation device is an electronic unit that has an output at which, during operation, a signal is applied to control other components, such as the signal generator and/or the signal generation unit.
- a waveform generation device can also have a control input, such as an electrical input, for receiving data, for example, from an operating unit and/or central control device.
- the waveform generation device can output an analog and/or digital signal, from which the signal generator and/or the signal generation unit generates a desired signal.
- the signal generation unit is designed to generate an RF signal, depending on the waveform used, which contains setpoint data for different power levels, and to output it at a single output terminal. A corresponding plasma can then be generated from the RF signal.
- the signal generation unit is configured to use a start waveform within a start period comprising several pulse periods, wherein the start waveform includes start setpoints for several different power levels.
- the start waveform can contain the start setpoints for the different power levels for several or all pulse periods.
- the start waveform contains the start setpoints for exactly one pulse period, with the start waveform being reused for each pulse period within the start period.
- the signal generation unit is configured to use an end waveform within a final period comprising several pulse periods, wherein the end waveform includes end setpoints for several different power levels.
- the end waveform can contain the end setpoints for the different power levels for several or all pulse periods.
- the final waveform contains the final setpoints for exactly one pulse period, with the final waveform being reused for each pulse period in the final time period.
- the waveform generation device is designed to
- the signal generation unit is designed to generate at least one intermediate waveform based on the start setpoints of the start waveform and the end setpoints of the end waveform, wherein the at least one intermediate waveform includes intermediate setpoints for several different power levels.
- the signal generation unit is configured to use the at least one intermediate waveform and output a corresponding RF signal according to the at least one intermediate waveform during an intermediate period comprising one or more pulse periods and positioned between the start period and the end period. It is particularly advantageous that the transition between the start waveform and the end waveform does not occur abruptly, but rather that one or more intermediate waveforms are used to "smooth" this transition. This gradual change in the setpoint curves prevents the formation of instabilities in the plasma due to an overly abrupt transition in the RF signal. This allows the process parameters to be continuously adjusted during operation. It has been found that this method improves plasma stability.
- a power level can be a constant value of a signal, such as power.
- a power level can also be a continuously changing value of a signal, such as power.
- the transition from the initial waveform to the intermediate waveform can be initiated after a specific time or upon the presence of a signal, such as a trigger signal set by the user or received by an external device. Until then, the initial waveform can be continuously repeated in a loop. During the transition, i.e., the intermediate period, the initial waveform is transformed into the final waveform. This transformation, also known as "morphing," can encompass a varying number of pulse periods within the intermediate period, depending on the magnitude of the difference between the initial and final waveforms. This allows the plasma to be kept particularly stable. In one aspect of the development, the initial waveform and the final waveform differ in the amplitude of at least one of the different power levels.
- the initial waveform and the final waveform can comprise ten different power levels, such as power plateaus, with the amplitude of at least one power level differing from at least one other power level.
- the jump in the amplitude of the corresponding power level from the initial waveform to the amplitude of the corresponding power level in the final waveform is mitigated by the amplitude of the corresponding power level in at least one intermediate waveform.
- the differing power level can be higher or lower in the final waveform than the corresponding power level in the initial waveform. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the number of power levels in the initial waveform can differ from the number of power levels in the final waveform.
- the intermediate waveform attempts to mitigate this change by, for example, successively introducing or removing additional power levels over several pulse periods during the intermediate time. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the duration of at least one of the power levels in the initial waveform can differ from the duration of the corresponding power level in the final waveform. If a power level in the initial waveform has a duration of, for example, 1 ms and in the final waveform a duration of, for example, 3 ms, then the power level in the at least one intermediate waveform can have a duration of, for example, 2 ms. This results in a gradual transition between the duration of the power level in the initial waveform and the duration of the intermediate waveform. The corresponding power level in the final waveform is not quite as large. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to compare the respective power level of the start waveform with the respective power level of the end waveform, which is located at the same position in the respective waveform or occurs at the same time in the respective waveform, for any differences. For example, if there are ten different power levels in the start waveform and ten different power levels in the end waveform, the first power level of the start waveform and the first power level of the end waveform are compared for differences, such as amplitude or duration. The same applies to the respective second, third, etc., power levels. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation unit is an integral part of the RF generator.
- the waveform generation unit it would be conceivable to implement the waveform generation unit's functionality via an external operating unit and/or central control device.
- this approach cannot achieve the required response speeds. Therefore, such functionality has previously been considered of little use. Integrating this functionality into the RF generator now allows for sufficiently fast response times if an intermediate waveform is specified for the transition from the start waveform to the final waveform. This enables particularly stable plasma flow.
- the waveform generation device is designed to determine at which position or at which time at least one further power stage is required.
- the waveform generation device can determine when a power stage was added or at what position or time it was removed. This is done particularly with regard to the other power stages, which preferably do not all change from the start waveform to the end waveform. For example, if the start waveform comprises ten power stages and the end waveform nine power stages, and power stages one to six and eight to ten of the start waveform correspond to power stages one to nine of the end waveform, then the waveform generation device can determine that the seventh power stage of the start waveform no longer appears in the end waveform.
- the respective intermediate waveforms can include the seventh power stage, for example, with an increasingly shorter time interval from the first intermediate waveform to the last intermediate waveform, so that the "disappearance" of the seventh power stage is gradual. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- each power stage remains constant. This means that the power output at that stage does not change over time, for example, always remaining at 600 W.
- the level of each power stage is also characterized by a corresponding start, intermediate, or final setpoint. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to correlate the start and end waveforms to determine any differences.
- Various algorithms such as cross-correlation, can be used for this purpose.
- the result is the identification of power levels in the start and end waveforms that differ in amplitude or duration from their corresponding power levels (e.g., same position or time within the waveform).
- the occurrence of newly added or removed power levels between the start and end waveforms can thus be reliably detected. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the waveform generation device includes an AI module, which is designed to generate at least one intermediate waveform based on the start and end waveforms.
- the current plasma process can also be fed to the AI module. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the AI module is an interacting unit of software and hardware, e.g., computer components, processing units, memory, and input/output devices, designed to achieve and/or utilize results according to at least one of the routines of so-called artificial intelligence (AI).
- AI artificial intelligence
- routines can include, for example:
- GANs - Generative Adversarial Networks
- Supervised learning describes a method in which models are provided with training data consisting of input-output pairs. This allows the models to learn the relationship between inputs and outputs.
- Unsupervised learning is an approach in which models learn independently from a data pool without being provided with predefined categories or labels. Methods such as clustering and dimensionality reduction are used in this process. In reinforcement learning, models acquire the ability to make decisions by performing actions and receiving feedback in the form of rewards or sanctions.
- Deep learning is a machine learning method based on artificial neural networks with numerous layers. This technology makes it possible to recognize complex patterns and hierarchies in data.
- Transfer learning uses models that have already been trained on large datasets to quickly tackle similar but new tasks. This approach significantly accelerates the training process and allows models to be adapted with less data.
- GANs Generative Adversarial Networks
- the waveform generation device is designed to adopt those power levels from the start waveform or those power levels from the end waveform for the at least one intermediate waveform that are identical in both the start and end waveforms. For example, if the third power level in the start waveform is identical with respect to the level of the corresponding start setpoint to the corresponding, for example, also third, power level in the end waveform with respect to the level of the corresponding end setpoint, then this power level is also used in the at least one intermediate waveform with the same level of the corresponding intermediate setpoint.
- the starting setpoint for the third power stage in the starting waveform is 600 W
- the final setpoint of the corresponding (e.g., third) power stage in the final waveform is also 600 W
- the corresponding (e.g., third) power stage of the intermediate waveform will also have its intermediate setpoint set to 600 W.
- the wording "identical" also includes minor deviations of preferably no more than two percent, and in particular no more than one percent. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to generate an intermediate waveform for each pulse period within the interval.
- each intermediate waveform differs from the preceding and subsequent intermediate waveforms.
- the difference can lie in the magnitude of the intermediate setpoint for the respective power level, for example, an increase from 600 W to 650 W.
- the difference can also lie in the duration of a power level, for example, from 1 ms to 1.5 ms.
- the difference can also lie in the number of power levels, for example, from ten power levels in one intermediate waveform to eleven power levels in the adjacent intermediate waveform. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the number of intermediate waveforms can be specified by the user. Additionally or alternatively, the number of intermediate waveforms depends on the number of pulse periods of the intermediate period, specifically on the duration of the transition from the start period to the end period. Additionally or alternatively, the number of intermediate waveforms depends on the magnitude of the difference between the start waveform and the end waveform, specifically on the difference in the setpoint values and/or the duration of the power levels and/or the number of power levels. A small difference preferably results in a shorter intermediate period, and a larger difference preferably results in a longer intermediate period. For example, the difference in the setpoint values for each individual power level between the start waveform and the end waveform can be summed.
- This summed amount can then determine the number of pulse periods in the intermediate period and thus the The duration of the intermediate period can be determined or corresponded to.
- the greatest difference between the initial setpoint of a power stage in the initial waveform and the final setpoint of the corresponding power stage in the final waveform can also be used to determine the number of pulse periods in the intermediate period.
- the greatest difference between the duration of a power stage in the initial waveform and the duration of the corresponding power stage in the final waveform can be used to determine the number of pulse periods in the intermediate period.
- the difference between the summed durations of all power stages in the initial waveform and the summed durations of all power stages in the final waveform can also be used. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to generate a first set of intermediate waveforms when the difference between a power level in the start waveform and a corresponding power level in the end waveform exceeds a first threshold. Furthermore, the waveform generation device is designed to generate a second set of intermediate waveforms when the difference between a power level in the start waveform and a corresponding power level in the end waveform is less than a second threshold. The first threshold is higher than the second, and the first set of intermediate waveforms is higher than the second. This ensures that the transition from the start waveform to the end waveform is not too abrupt. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to generate at least one intermediate waveform in such a way that At least one intermediate setpoint for a power stage lies between at least one intermediate waveform, a start setpoint for the corresponding power stage in the start waveform, and a final setpoint for the corresponding power stage in the final waveform.
- the intermediate setpoint for a power stage of the first intermediate waveform can be, for example, 600 W.
- the intermediate setpoint for a power stage of the second intermediate waveform can be, for example, 700 W.
- the intermediate setpoint for a power stage of the third intermediate waveform can be, for example, 800 W.
- the intermediate setpoint for a power stage of the fourth, i.e., last, intermediate waveform can be, for example, 800 W. This ensures that the transition from the start waveform to the final waveform is linear. It can also be exponential, asymptotic, or quadratic. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the intermediate setpoint for the power stage of at least one intermediate waveform lies midway between the starting setpoint of the corresponding power stage in the starting waveform and the final setpoint of the corresponding power stage in the final waveform. For example, if the starting setpoint of a power stage in the starting waveform is 500 W and the final setpoint of the corresponding power stage in the final waveform is 1000 W, then the intermediate setpoint for a power stage of at least one intermediate waveform would be 750 W. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- At least two successive intermediate waveforms are identical.
- the waveform generation device is designed to generate several intermediate waveforms in such a way that an intermediate setpoint of a first intermediate waveform for a power stage is approached more closely.
- the intermediate setpoint of the first intermediate waveform is closer to the starting setpoint of the corresponding power stage of the starting waveform than to the ending setpoint of the corresponding power stage of the ending waveform.
- the starting setpoint is 500 W and the ending setpoint is 1000 W
- the intermediate setpoint of the first intermediate waveform is closer to 500 W than to 1000 W. It can be, for example, 600 W or 700 W, but not 800 W.
- the waveform generation device is designed to generate several intermediate waveforms such that the intermediate setpoint of the last intermediate waveform for a power stage is closer to the ending setpoint of the corresponding power stage of the ending waveform than to the starting setpoint of the corresponding power stage of the starting waveform. If the starting setpoint is, for example, 500 W and the final setpoint is, for example, 1000 W, then the intermediate setpoint of the last intermediate waveform is closer to 1000 W than to 500 W. It can be, for example, 700 W or 900 W, but not 400 W. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- a transition occurs from the intermediate setpoint of at least one power stage of the first intermediate waveform to the intermediate setpoint of at least the same power stage of the last intermediate waveform, with a multitude of further intermediate waveforms in between, linearly, exponentially, or quadratically. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation device is configured to generate multiple intermediate waveforms such that the number of intermediate setpoints increases or decreases from a first intermediate waveform to a final intermediate waveform by adding or removing further intermediate setpoints. Preferably, this increase occurs or decrease uniformly across the various intermediate waveforms. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to generate at least one intermediate waveform such that the length of at least one power stage of this intermediate waveform lies between the length of the corresponding power stage in the start waveform and the length of the corresponding power stage in the final waveform. For example, if the first power stage of the start waveform has a length of 1 ms and the first power stage of the final waveform has a length of 3 ms, the length of the first power stage for the intermediate waveform can be set to 2 ms. The same applies if multiple intermediate waveforms are used.
- the first power stage of the first intermediate waveform might have a duration of, say, 1.5 ms
- the first power stage of the second intermediate waveform might have a duration of, say, 2 ms
- the first power stage of the third and final intermediate waveform might have a duration of, say, 2.5 ms. This significantly smooths the transition from the first power stage of the starting waveform to the first power stage of the final waveform. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to increase the length of a power stage of at least one intermediate waveform compared to the length of the corresponding power stage in the start waveform by adding at least one additional intermediate setpoint value, which defines the power stage of the at least one intermediate waveform.
- a power controller to which the corresponding setpoint values are supplied, reads the setpoint values at a specific clock rate and regulates the RF signal accordingly. If, for example, the power controller reads a new setpoint every millisecond and each power level is defined by a setpoint, the duration of the power level would double if a second setpoint for the power level were added.
- the waveform generation device is designed to reduce the length of a power level in at least one intermediate waveform compared to the length of the corresponding power level in the start waveform by removing at least one intermediate setpoint that defines the power level of that intermediate waveform.
- the RF signal is preferably controlled significantly faster than the clock rate at which new setpoints are read.
- each setpoint for the same power level is identical. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to arrange the intermediate setpoints of all power stages of the intermediate waveform in such a way that the intermediate setpoints are spaced equally in time within the intermediate waveform as the start setpoints of all power stages in the start waveform or as the end setpoints of all power stages in the end waveform.
- the power controller would receive the corresponding setpoint at the point in time at which it is located within the respective waveform. If the setpoints are all spaced equally in time, the power controller always receives a new setpoint at the same interval, to which it subsequently regulates the RF signal.
- the waveform generation device is designed to arrange the subsequent intermediate setpoints within the intermediate waveform in such a way that they All of them should be equidistant from each other and preferably also have the same spacing as the initial setpoints in the initial waveform and/or the final setpoints in the final waveform. This ensures that the plasma remains particularly stable.
- the initial setpoint values of the initial waveform are evenly distributed over time.
- Each performance level is defined by at least one initial setpoint value.
- each power stage of the start waveform is initiated with a start setpoint.
- the power controller which receives this start setpoint, regulates the RF signal to the corresponding start setpoint.
- the power stage has a constant power output.
- each power stage of the start waveform is initiated and terminated with a start setpoint.
- the power controller preferably receives both start setpoints of a power stage and is configured to interpolate the power between the two start setpoints, in particular linearly, exponentially, or using a quadratic function. If both start setpoints are identical, the power stage has a constant power output. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the final setpoint values of the final waveform are evenly distributed over time.
- Each performance level is defined by at least one final setpoint value.
- each power stage of the final waveform is introduced with a final setpoint.
- the power controller which receives this final setpoint, regulates the RF signal to the corresponding final setpoint.
- the power stage has a constant power output.
- each power stage of the final waveform is introduced and terminated with a final setpoint.
- the power controller preferably receives both final setpoints of a power stage and is configured to interpolate the power between the two final setpoints, in particular linearly, exponentially, or using a quadratic formula. Function. If both final setpoints are identical, the power stage has a constant power output.
- the intermediate setpoints of at least one intermediate waveform are evenly distributed over time.
- Each performance level is defined by at least one intermediate setpoint.
- each power stage of at least one intermediate waveform is introduced with an intermediate setpoint.
- the power controller which receives this intermediate setpoint, regulates the RF signal to the corresponding intermediate setpoint.
- the power stage has a constant power output.
- each power stage of at least one intermediate waveform is introduced and terminated with an intermediate setpoint.
- the power controller preferably receives both intermediate setpoints of a power stage and is configured to interpolate the power between the two intermediate setpoints, in particular linearly, exponentially, or using a quadratic function. If both intermediate setpoints are identical, the power stage has a constant power output. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- all power levels of the initial waveform are defined by the same number of initial setpoints. Additionally or alternatively, all power levels of at least one intermediate waveform are defined by the same number of intermediate setpoints. Additionally or alternatively, all power levels of at least one final waveform are defined by the same number of final setpoints. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the signal generation unit includes a power controller, the power controller being designed to regulate the output power.
- the RF signal is controlled to the start setpoints of the corresponding power stages of the start waveform, the end setpoints of the corresponding power stages of the end waveform, and the intermediate setpoints of the corresponding power stages of at least one intermediate waveform. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the power controller is configured to maintain or interpolate the output power between two initial setpoints of the corresponding power stages of the initial waveform.
- the power controller is also configured to maintain or interpolate the output power between two final setpoints of the corresponding power stages of the final waveform.
- the power controller is configured to maintain or interpolate the output power between two intermediate setpoints of the corresponding power stages of at least one intermediate waveform. Interpolation can be linear, exponential, or quadratic. This allows for particularly stable plasma operation.
- the signal generation unit is designed to change the clock rate at which the power controller reads the start setpoints, intermediate setpoints, and/or final setpoints. This allows a corresponding waveform to be longer or shorter, i.e., distorted. If the only difference between the start and final waveforms is that each power stage in the final waveform lasts twice as long as the corresponding power stage in the start waveform, then the clock rate at which the power controller reads the setpoints can be changed.
- the power controller can be set to read a corresponding intermediate setpoint of the intermediate waveform every 2 ms for at least one intermediate waveform.
- the heights can be adjusted for the The corresponding power levels in the start waveform, at least one intermediate waveform, and the final waveform remain unchanged, as only the duration of the respective power level is adjusted by changing the clock rate of the power controller.
- the control speed i.e., the time the power controller needs to set the corresponding target value, can remain unchanged. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation unit is configured to load the start waveform into the ring buffer for each pulse period of the start waveform. Additionally or alternatively, the waveform generation unit is configured to load the end waveform into the ring buffer for each pulse period of the end waveform. Additionally or alternatively, the waveform generation unit is configured to load at least one intermediate waveform corresponding to each pulse period into the ring buffer. This allows the required waveforms to be provided quickly and efficiently. Supplying the current waveforms via external interfaces, such as a PLC, would be too slow for the desired operation of the RF generator.
- the signal generation unit is configured to load the start waveform from the ring buffer for each pulse period of the start waveform. Additionally or alternatively, the signal generation unit is configured to load the end waveform from the ring buffer for each pulse period of the end waveform. Additionally or alternatively, the signal generation unit is configured to load at least one intermediate waveform belonging to each pulse period from the ring buffer.
- the waveform generation device can directly load a portion of the new waveform into the ring buffer, while the signal generation unit simultaneously loads a portion of the previous waveform from the ring buffer.
- the ring buffer charges the plasma and generates the corresponding RF signal from it. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the waveform generation device is designed to display a temporal sequence of the start waveform, at least one intermediate waveform, and the final waveform on the visualization device for the user. This allows the user to verify, in particular, whether the corresponding intermediate waveform represents a smooth transition between the start and final waveforms. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
- the waveform generation unit is configured to determine the number of intermediate waveforms based on this input. Additionally or alternatively, the input can specify the differences in power levels between each intermediate waveform and the next. Additionally or alternatively, the duration of each power level for each intermediate waveform can also be specified. Additionally or alternatively, the input can specify the function used to transition each intermediate waveform to the next. For example, linear, exponential, and/or quadratic functions could be selected. This allows for particularly stable plasma operation.
- the waveform generation unit, the signal generation unit, the power controller, and the ring buffer are integrated, for example, into a common signal processor, specifically a common programmable logic device (PLD), particularly a so-called “field programmable gate array” (FPGA).
- PLD common programmable logic device
- FPGA field programmable gate array
- the memory can also be located externally from the processor or PLD and be connected to it via data transmission.
- the signal generation unit includes an amplifier unit.
- An amplifier unit is an electronic amplifier unit designed to amplify an electrical input signal with a first power level to produce an electrical output signal with a second, higher power level.
- Such an amplifier unit can include one or more transistors to amplify the input signal. It can also include other electronic components, such as capacitors, resistors, inductors, diodes, transformers, filters, and resonant elements. It can be at least partially integrated into a circuit (IC). This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the signal generation unit is designed to generate the RF signal output by the RF generator by providing an amplifier unit with a corresponding RF signal to be amplified, according to the appropriate waveform, and/or by varying the supply voltage and/or current of the amplifier unit so that the amplifier unit outputs the desired RF signal. This allows the plasma to be kept particularly stable.
- the signal generation unit includes a signal generator.
- a signal generator is an electronic unit with an output that can output an electrical signal during operation. This can be a small signal, meaning a signal with a power of less than 1 W and/or a voltage of less than 10 V.
- the signal can have any waveform.
- Such a signal generator can, for example, include a digital-to-analog converter (DAC). This is designed to convert a sequence of digital values into an analog signal. to convert the signal applied to the output.
- DAC digital-to-analog converter
- Such a signal generator can include other electronic components, such as capacitors, resistors, inductors, diodes, transformers, filters, and resonant elements. It can be at least partially integrated into a circuit (IC). It can be integrated together with the amplifier unit in a single circuit.
- the signal generation unit includes a power supply unit.
- the power supply unit is an electronic unit with an output that, during operation, provides electrical power to supply other components, such as the amplifier unit or the signal generator.
- the power supply unit can, for example, include a voltage source.
- the supply unit can, for example, include a power source.
- Such a power supply unit may contain other electronic components, such as capacitors, resistors, inductors, diodes, transformers, filters, and resonant elements. It may be at least partially integrated into a circuit (IC).
- IC circuit
- the signal generation unit includes a power regulator.
- a power regulator is an electronic unit with an output that carries a signal during operation to control other components.
- a power regulator may also have an electrical input for receiving an electrical measurement signal.
- the power regulator is designed to drive the signal generator, the amplifier unit, and/or the power supply unit in such a way that the desired RF signal is output at the amplifier unit.
- the plasma generation system described here can be configured as follows, for example: It comprises an RF generator as described above. Furthermore, an impedance matching device with an input and an output connection can be provided. The input connection of the impedance matching device is connectable to the output connection of the RF generator, preferably via a first cable connection.
- the output connection of the impedance matching device is connectable to a load, in particular an electrode in a plasma chamber, preferably via a second cable connection.
- a control device is also provided.
- a first measuring unit and/or a second measuring unit is provided, wherein the first measuring unit is arranged between the RF generator and the impedance matching device and is configured to determine the power and/or complex values for the current and voltage of the generated RF signal, preferably on the first cable connection.
- the second measuring unit is arranged between the impedance matching device and the load and is configured to determine power and/or complex values for a current and voltage of the RF signal, preferably on the second cable connection.
- the control device is configured to use measurement results from the first measuring unit and/or the second measuring unit and/or the generated RF signal to control the impedance matching device such that it adjusts the impedance at the output terminal to a predetermined value.
- the plasma generation system described here can also be configured as follows, for example: It includes an RF generator as described above, but no additional impedance matching device. The impedance matching can then be integrated into the RF generator. This allows the RF generator to be connected directly to a load, in particular an electrode in a plasma chamber, preferably via a second cable connection.
- a measuring unit can also be provided here, whereby the measuring unit can be arranged at the output of the RF generator and is configured to measure power and/or complex values for current. and to determine the voltage of the generated RF signal.
- a control device which is designed to control the impedance matching in the RF generator based on measurement results from the measuring unit and/or on the generated RF signal, such that it sets the impedance at the output terminal to a predetermined value.
- the method described here can be used to generate an RF signal, particularly with an RF generator.
- the RF signal is generated from a start waveform within a start time period, which comprises several pulse periods and includes start setpoints for several different power levels.
- the RF signal is generated from an end waveform within a final time period, which also comprises several pulse periods and includes final setpoints for several different power levels.
- at least one intermediate waveform is generated based on the start setpoints of the start waveform and the end setpoints of the end waveform.
- the waveform generation device is specifically configured to generate at least one intermediate waveform based on these setpoints.
- This intermediate waveform includes intermediate setpoints for several different power levels.
- the RF signal is generated from the intermediate waveform within an intermediate time period. This intermediate time period comprises one or more pulse periods and is positioned between the start period and the end period.
- Figure 1 an embodiment of the plasma generation system with a
- Figure 2 another embodiment of the plasma generation system with the RF generator
- Figure 3 an embodiment of how the waveforms are generated from which the RF generator produces the desired RF signal
- Figure 4A a transition from a starting waveform through several intermediate waveforms to a final waveform
- Figure 4B a temporal sequence of several start waveforms through several intermediate waveforms to several final waveforms
- Figures 5A, 5B, 5C a first, second and third intermediate waveform, with the duration of the intermediate waveforms increasing;
- Figures 6A, 6B, 6C a first, second and third intermediate waveform, with an additional power stage inserted.
- Figure 7 an embodiment of the method for generating an RF-
- Figures 8A, 8B, 8C a first, second and third intermediate waveform, with continuously changing power levels.
- Figure 1 shows a plasma generation system 100 comprising an RF generator 1, a central control device 50, an impedance matching circuit 60, and a load, which can also be referred to as a load 70, in particular in the form of a plasma chamber.
- the RF generator 1 is configured to provide an RF signal, in particular in the form of a pulsed high-frequency signal, with a nominal power PN ⁇ sub>ent ⁇ /sub> and a frequency fo, and to output it at an output terminal 2.
- the impedance matching circuit 60 comprises an input terminal 60a, wherein the RF generator 1 is connected to the input terminal 60a via a first cable connection 61 at its output terminal 2.
- the impedance matching circuit 60 further comprises an output terminal 60b.
- the output terminal 60b is connected to the at least one load 70 via a second cable connection 62.
- the first and/or second cable connection 61, 62 can comprise one or more cables, for example, connected in series and/or in parallel. Coaxial cables are preferably used.
- the consumer 70 i.e., the plasma chamber, comprises at least one electrode 71 for generating a plasma 72.
- the electrode 71 is connected to the output terminal 60b of the impedance matching circuit 60.
- a camera system 73 is also arranged in the plasma chamber, which is configured to observe the plasma 72.
- the central control device 50 is preferably a processor and/or FPGA and/or microcontroller and/or ASIC programmed according to its suitability or configuration.
- the central control device 50 may also include a storage device, among other things.
- the central control device 50 is designed to control the RF generator 1, in particular to activate or deactivate it. Additionally Alternatively, the central control device 50 is also configured to change the power and/or frequency of the RF signal by appropriately controlling the RF generator 1. Additionally or alternatively, the central control device 50 is configured to change the waveform of the high-frequency signal by appropriately controlling the RF generator 1. This can include, for example: the type of high-frequency signal, the modulation of the RF signal, pulse durations, and pulse repetition rate. The central control device 50 is also configured to provide the RF generator 1 with an arbitrary waveform, which it generates and outputs at its output terminal 2.
- the central control device 50 is preferably also configured to control the impedance matching circuit 60.
- the central control device 50 is configured to change the transformation ratio within the impedance matching circuit 60 and/or to specify an impedance at the output terminal 60b. Additionally or alternatively, the central control device 50 is configured to specify the impedance at the input terminal 60a, which acts on the RF generator 1.
- the plasma generation system 100 also includes a first measuring unit 80.
- the first measuring unit 80 is preferably arranged between the RF generator 1 and the impedance matching circuit 60.
- the first measuring unit 80 is configured, for example, to measure power transmitted from the RF generator 1 towards the impedance matching circuit 60 and power reflected back towards the RF generator 1.
- the first measuring unit 80 can also be configured to measure the impedance at the input terminal 60a of the impedance matching circuit 60.
- the first measuring unit 80 includes, for example, a directional coupler unit.
- the first measuring unit 80 can measure the power of a device via the directional coupler unit.
- the first measuring unit 80 measures the forward and reverse high-frequency signal on the first cable connection 61 in order to calculate the respective power or impedance at the input terminal 60a.
- the first measuring unit 80 can alternatively also include a current sensor and a voltage sensor.
- the central control device 50 is configured to calculate the respective power or impedance at the input terminal 60a, to which the RF generator 1 is connected with its output, based on the measurement result of the directional coupler unit or the current and voltage sensors.
- the plasma generation system 100 preferably also includes a second measuring unit 81.
- the second measuring unit 81 is preferably arranged between the impedance matching circuit 60 and the load 70.
- the second measuring unit 81 is configured, for example, to measure the power transmitted from the impedance matching circuit 60 to the load 70 and to measure the power reflected back towards the impedance matching circuit 60.
- the second measuring unit 81 can also be configured to measure the impedance at the output terminal 60b of the impedance matching circuit 60.
- the second measuring unit 81 includes, for example, a directional coupler unit. Using the directional coupler unit, the second measuring unit 81 can measure the power of a forward and reverse high-frequency signal on the second cable connection 62 in order to calculate the respective power or impedance at the output terminal 60b. Alternatively, the second measuring unit 81 can also include a current sensor and a voltage sensor. The central control device 50 is configured to calculate the respective power or impedance at the output terminal 60b, to which the load 70 is connected with its input, based on the measurement result of the directional coupler unit or the current and voltage sensors. Naturally, the first measuring unit 80 and/or the second measuring unit 81 can also be arranged within the impedance matching circuit 60. The first measuring unit 80 is located at the input terminal 60a and the second measuring unit 81 at the output terminal 60b.
- the plasma generation system 100 preferably includes an operating unit 90.
- the operating unit 90 may have a visualization device 20.
- the visualization device 20 is preferably a screen, in particular a touchscreen.
- the operating unit 90 may also include input devices such as a keyboard and/or mouse.
- the operating unit 90 may also be a web server that provides data and receives user input.
- the central control device 50 is configured to receive input from the operating unit 90.
- the central control device 50 is preferably configured to receive setpoint specifications, for example for the power of the high-frequency signal, from the operating unit 90. Additionally or alternatively, the frequency and/or waveform of the high-frequency signal and/or the pulse rate and/or the pulse duration of the high-frequency signal can be received from the operating unit 90. A desired impedance at the output terminal 60b of the impedance matching circuit 60 can also be received via the operating unit 90. From this, corresponding control variables for the RF generator 1 and control data for the impedance matching circuit 60 can be generated and transmitted to it.
- the control unit 90 is directly connected to the RF generator 1.
- the RF generator 1 comprises a waveform generation unit 3 and a signal generation unit 4, which is shown as a dotted line in Figure 1.
- Signal generation unit 4 comprises an amplifier unit 5, a power controller 27, a signal generator 6, and a power supply unit 7.
- the amplifier unit 5 can have one or more power amplifiers.
- the power controller 27 is configured to control the signal generator 6, the amplifier unit 5, and/or the power supply unit 7 such that the desired RF signal is output at the end of the amplifier unit 5.
- the signal generator 6 is configured to generate an RF signal to be amplified and to feed it to the amplifier unit 5.
- the amplifier unit 5 is configured to amplify the RF signal to be amplified and to output it at the output terminal 2 of the RF generator 1.
- the power supply unit 7 is configured to supply the amplifier unit 5 with electrical energy.
- the RF generator 1 is configured to generate a pulsed RF signal or an RF signal with an arbitrary waveform. To ensure that the RF signal follows the specified parameters, the power supply unit 7 can modulate the supply current and/or the supply voltage of the amplifier unit 5 accordingly, for example, by applying pulse patterns.
- a multitude of waveforms are fed to the signal generation unit 4. These waveforms consist of a start waveform 8, at least one intermediate waveform 9, and at least one final waveform 10.
- the signal generation unit 4 is designed to generate the RF signal, depending on the waveform 8, 9, or 10 used, which contains setpoint data for different power levels, and to output it at the output terminal 2.
- the first intermediate waveform 9a is more similar to the start waveform 8 than to the final waveform 10
- the third, in this case final, intermediate waveform 9c is more similar to the final waveform 10 than to the start waveform 8.
- the first intermediate waveform 9a differs from the start waveform 8.
- Waveform 8 and the third, in this case last, intermediate waveform 9c differ from the final waveform 10.
- Figure 2 shows another embodiment of the plasma generation system 100 with the RF generator 1.
- the central control device 50 is arranged in the RF generator 1 and, in particular, in the waveform generation unit 3. Accordingly, the first and second measuring units 80, 81 are connected to the RF generator 1.
- Figure 3 shows an embodiment of how the RF generator 1 can be controlled via the control unit 90 so that it outputs an RF signal according to the corresponding waveforms.
- the start waveform 8 and the end waveform 10 are supplied to the waveform generation unit 3, or the start waveform 8 and the end waveform 10 are stored in a memory which the waveform generation unit 3 accesses.
- the start waveform 8 comprises start setpoints 11, which define different power levels 12.
- the start setpoints 11 define a power Pi and are spaced apart from each other on a time axis t.
- the power of the start setpoints 11 corresponds to the output power of the RF signal.
- the first start setpoint 11 is higher than the second start setpoint 11.
- the respective power levels 12 have a constant power over time.
- the final waveform 10 comprises final setpoints 15, which define different power levels 16.
- the final setpoints 15 define a power Pi and are spaced apart from each other on a time axis t.
- the power of the final setpoints 15 corresponds to the output power of the RF signal.
- the first final setpoint 15 is lower than the second final setpoint 15.
- the respective power levels 16 have a constant power output over time.
- the waveform generation device 3 comprises a memory, in particular a ring buffer 17, and a processing unit 18.
- the processing unit 18 is preferably configured for signal processing, in particular a processor unit, microprocessor unit and/or digital signal processing unit, and may optionally include a K-module 19.
- the memory, in particular the ring buffer 17, may also be arranged in the signal generation unit 4 or as a separate element within the RF generator 1 between the waveform generation device 3 and the signal generation unit 4.
- the waveform generation device 3 is configured to generate at least one intermediate waveform 9 based on the start setpoints 11 of the start waveform 8 and the end setpoints 15 of the end waveform 10, wherein the at least one intermediate waveform 9 comprises intermediate setpoints 13 for several different power levels 14.
- the intermediate waveform 9 is generated, in particular, based on differences between the start waveform 8 and the end waveform 10. These differences can be determined by the waveform generation device 3.
- the diagram shows that the first intermediate setpoint 13 is lower than the first initial setpoint 11, and that the second intermediate setpoint 13 is higher than the second initial setpoint 11.
- the first power level 14 of the intermediate waveform 9 decreases, and the second power level 14 of the intermediate waveform 9 increases. Therefore, the intermediate waveform 9 represents an average of the initial waveform 8 and the final waveform 10.
- this embodiment shows only one intermediate waveform 9.
- the waveform generation device 3 is preferably configured to display a temporal sequence of the start waveform 8, the at least one intermediate waveform 9, and the final waveform 10 on a visualization device for a user. The user sees the entire transition from the start waveform 8 to the final waveform 10.
- the user can preferably also set or select how the respective setpoint values 11, 13, 15 transition from the start waveform 8, through the at least one intermediate waveform 9, to the final waveform 10.
- the transition can thus be described according to a linear, exponential, or quadratic function.
- the user can preferably also manually adjust the magnitude of the individual setpoint values 11, 13, 15 in the respective waveforms 8, 9, and 10.
- a visualization device 20 This can be, for example, a screen, a projection, a display, or a comparable device.
- the waveform generation device is designed to display a temporal sequence of the start waveform 8, at least one intermediate waveform 9, 9a, 9b, 9c, and the final waveform 10 on the visualization device 20 for a user.
- Figure 4A shows a transition from a start waveform 8 through several intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c to a final waveform 10.
- the intermediate setpoints 13 of the different intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c are further apart where the corresponding start and final setpoints 11, 15 are also further apart.
- the RF generator 1 outputs not only the start waveform 8 and the final waveform 10, but also the three intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c, the transition from the start waveform 8 to the final waveform 10 is not so abrupt. This results in a more stable plasma 72.
- the duration of the start waveform 8 and the end waveform 10 remains unchanged.
- the number of power levels between start waveform 8 and end waveform 10 also remains unchanged. Only the values of the corresponding setpoints 11 and 15 change.
- Figure 4B shows a temporal sequence of several start waveforms 8 through several intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c to several final waveforms 10.
- the start waveform 8 is periodically repeated by the RF generator 1 over several pulse periods, in this case over three pulse periods. This occurs within a start period 21. Within the start period 21, only the start waveform 8 is output.
- the waveform generation unit 3 is configured in this case to write only the start waveform 8 to the ring buffer 17, while the signal generation unit 4 is configured to successively load this start waveform 8 from the ring buffer 17 for each pulse period and generate a corresponding RF signal from it. It would also be conceivable that the signal generation unit 4 loads the start waveform 8 only once from the ring buffer 17 and periodically "plays it back".
- an intermediate period 22 follows.
- the RF signal is generated according to the intermediate waveforms 9.
- the intermediate period 22 comprises as many pulse periods as there are intermediate waveforms 9.
- the waveform generation device 3 is configured to write the respective intermediate waveforms 9a, 9b, 9c belonging to the corresponding pulse period into the ring buffer 17.
- the signal generation unit 4 is configured to successively load the respective intermediate waveforms 9a, 9b, 9c from the ring buffer 17 for each pulse period and then generate the corresponding RF signal from them. It is also conceivable that the same intermediate waveform 9, 9a, 9b, 9c is present over several pulse periods.
- the final waveform 10 is periodically output by the RF generator 1 over several pulse periods, in this case over three pulse periods. This occurs within a final period 23. Within this final period 23, only the final waveform 10 is output.
- the waveform generation unit 3 is configured to write only the final waveform 10 to the ring buffer 17, while the signal generation unit 4 is configured to successively load this final waveform 10 from the ring buffer 17 for each pulse period and generate a corresponding RF signal from it. It would also be conceivable that the signal generation unit 4 loads the final waveform 10 only once from the ring buffer 17 and periodically "plays it back".
- Figures 5A, 5B, and 5C show a first, second, and third (here, the last) intermediate waveform 9a, 9b, 9c, with the duration of the intermediate waveforms 9 increasing from the first intermediate waveform 9a to the third, i.e., last, intermediate waveform 9c.
- the duration of each intermediate waveform 9a, 9b, 9c can be modified by various means.
- the waveform generation device 3 can be configured to increase the duration of a power stage 14 of at least one intermediate waveform 9a, 9b, 9c compared to the duration of the corresponding power stage 12 in the start waveform 8 by adding at least one additional intermediate setpoint 13, which defines the power stage 14 of the at least one intermediate waveform 9a, 9b, 9c.
- the signal generation unit 4 would read in such an additional intermediate setpoint 13 and supply it to the power controller there.
- This supply of the corresponding intermediate setpoints 13 occurs periodically, so that the time duration
- the duration of the corresponding intermediate waveform 9a, 9b, 9c is increased accordingly by the additionally inserted intermediate setpoint 13.
- the time period that describes how often a corresponding intermediate setpoint 13 is passed to the power controller of the signal generation unit 4 can be increased.
- This also lengthens the individual intermediate waveforms 9a, 9b, 9c relative to each other. The above would also apply if the duration of the individual intermediate waveforms 9a, 9b, 9c were to decrease from the first intermediate waveform 9a to the third and, in this case, last intermediate waveform 9c.
- Figures 6A, 6B, and 6C show a first, second, and third, here the last, intermediate waveform 9a, 9b, 9c, wherein an additional power level 14a is inserted into intermediate waveform 9.
- the amplitude of this additional power level 14a differs only minimally from the preceding and/or subsequent power level 14 at the beginning.
- the amplitude of this additional power level 14a which is defined by at least one corresponding additional intermediate setpoint 13a, increases successively from the first intermediate waveform 9a to the third, in this case last, intermediate waveform 9c.
- the duration of this additional power level 14a is initially shorter and increases successively from the first intermediate waveform 9a to the third, in this case last, intermediate waveform 9c.
- This additional power stage 14a can be inserted into an existing power stage 14, as shown in Figure 6B, or between two existing power stages 14.
- Figure 7 shows a method used to generate an RF signal with the RF generator 1.
- the RF signal is generated from a start waveform 8 in a start period 21, wherein the start period 21 comprises several pulse periods and wherein the start waveform 8 includes start setpoints 11 for several different power levels 12.
- the RF signal is generated from a final waveform 10 within a final time period 23, wherein the final time period 23 comprises several pulse periods and wherein the final waveform 10 includes final setpoints 15 for several different power levels 16.
- a first intermediate process step Sia at least one intermediate waveform 9 is generated based on the start setpoints 11 of the start waveform 8 and the final setpoints 15 of the final waveform 10, wherein the waveform generation device 3 is configured to generate at least one intermediate waveform 9 based on the start setpoints 11 of the start waveform 8 and the final setpoints 15 of the final waveform 10, and wherein the at least one intermediate waveform 9 includes intermediate setpoints 13 for several different power levels 14.
- the RF signal is generated from the at least one intermediate waveform 9 in an intermediate period 22, wherein the intermediate period 22 comprises one or more pulse periods and wherein the intermediate period 22 is arranged between the start period 21 and the end period 23.
- Figures 8A, 8B, and 8C show a first, second, and third intermediate waveform, here the last intermediate waveform 9a, 9b, 9c, whereby, in contrast to the first, second, and third intermediate waveforms 9a, 9b, 9c of Figures 6A, 6B, 6C, the power levels 14 change continuously and are not fixed levels. Furthermore, an arbitrary curve of a power level 16 is also shown, which adapts from a first, through a second, to a third, here the last intermediate waveform 9a, 9b, 9c.
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Abstract
Description
HF-Generator für ein Plasmaerzeuqunqssystem, ein solches Plasmaerzeu- qunqssystem und ein Verfahren zum Betrieb des HF-Generators RF generator for a plasma production system, such a plasma production system and a method for operating the RF generator
Die Erfindung betrifft einen HF-Generator für ein Plasmaerzeugungssystem, ein solches Plasmaerzeugungssystem und ein Verfahren zum Betrieb des HF-Generators. The invention relates to an RF generator for a plasma generation system, such a plasma generation system and a method for operating the RF generator.
Mit einem HF-Generator ist hier ein elektrischer Leistungswandler gemeint, der elektrische Leistung egal welcher Frequenz in eine Hochfrequenz (HF) umwandelt. Mit HF sind hier Frequenzen größer oder gleich 100 kHz, insbesondere größer oder gleich 1 MHz gemeint. Für solche HF-Generatoren werden unterschiedliche Bezeichnungen verwendet. An RF generator, as used here, refers to an electrical power converter that converts electrical power of any frequency into a high frequency (RF). RF, in this context, refers to frequencies greater than or equal to 100 kHz, and specifically greater than or equal to 1 MHz. Various terms are used for such RF generators.
Solche HF-Generatoren sind z.B. beschrieben in einem der folgenden Dokumente: US 8, 129,653 B2, dort bezeichnet als „plasma supply device“, Such RF generators are described, for example, in one of the following documents: US 8, 129,653 B2, there referred to as "plasma supply device",
US 7,452,443 B, dort bezeichnet als „vacuum plasma generator“, oder US 7,452,443 B, there referred to as "vacuum plasma generator", or
US 10,354,839 B, dort bezeichnet als „power converter“. US 10,354,839 B, there referred to as "power converter".
Die Oberflächenbehandlung von Werkstücken mit Hilfe von Plasma sowie Gaslasern sind industrielle Verfahren, bei denen insbesondere in einer Plasmakammer, ein Plasma mit Gleichstrom oder mit einem hochfrequenten Wechselsignal mit einer Arbeitsfrequenz im Bereich von einigen 10 kHz bis in den GHz-Bereich erzeugt wird. Surface treatment of workpieces using plasma and gas lasers are industrial processes in which, particularly in a plasma chamber, a plasma is generated with direct current or with a high-frequency alternating signal with a working frequency in the range of a few tens of kHz to the GHz range.
Die Plasmakammer wird über weitere elektronische Bauteile wie Spulen, Kondensatoren, Leitungen oder Transformatoren an einen Hochfrequenzgenerator (HF- Generator) angeschlossen. Diese weiteren Bauteile können Schwingkreise, Filter oder Impedanzanpassungsschaltungen darstellen. Plasmaprozesse stellen für einen HF-Generator eine stark variable Last dar, die von den Zuständen in der Plasmakammer abhängt. Insbesondere gehen die Eigenschaften von Werkstück, Elektroden und Gasverhältnissen ein. The plasma chamber is connected to a high-frequency generator (HF generator) via additional electronic components such as coils, capacitors, wires, or transformers. These additional components can be resonant circuits, filters, or impedance matching circuits. Plasma processes represent a highly variable load for an RF generator, depending on the conditions in the plasma chamber. In particular, the properties of the workpiece, electrodes, and gas conditions play a role.
HF-Generatoren weisen einen eingeschränkten Arbeitsbereich bezüglich der Impedanz der angeschlossenen elektrischen Last auf. Verlässt die Lastimpedanz einen zulässigen Bereich, so kann die geforderte Energie/Leistung nicht an den Verbraucher abgegeben werden. Auch eine Beschädigung des HF-Generators ist möglich. RF generators have a limited operating range with respect to the impedance of the connected electrical load. If the load impedance deviates from a permissible range, the required energy/power cannot be delivered to the consumer. Damage to the RF generator is also possible.
Aus diesem Grund wird häufig eine Impedanzanpassungsschaltung, auch genannt: "Matchbox", eingesetzt, die die Impedanz der Last auf eine Nennimpedanz des Generatorausgangs transformiert. For this reason, an impedance matching circuit, also called a "matchbox", is often used, which transforms the impedance of the load to a nominal impedance of the generator output.
Die technischen Anforderungen an den HF-Generator steigen ebenfalls immer weiter an. Der Zweck des HF-Generators ist es HF-Energie in die Plasmakammer zu übertragen. Diese HF-Energie wird genutzt, um Gase in der Kammer zu ionisieren und somit das Plasma zu erzeugen. Weiterhin hilft die HF-Energie, das Plasma stabil zu halten und seine Dichte und Temperatur zu kontrollieren. Durch Anpassung der HF-Leistung können unterschiedliche Plasmazustände erreicht werden, die für verschiedene Anwendungen benötigt werden. In der Halbleiterfertigung und Materialbearbeitung werden Plasmakammern oft für Sputter-Prozesse verwendet. Hierbei werden Ionen aus dem Plasma auf ein Target, auch genannt: „Zielmaterial“, gerichtet, wodurch Atome aus dem Target herausgeschlagen werden und sich auf einem Substrat absetzen. Der HF-Generator ermöglicht die Kontrolle des Energieeintrags in das Plasma und damit die Kontrolle des Sputter-Pro- zesses. Auch bei CVD-Prozessen (Chemische Gasphasenabscheidung) werden reaktive Gase in die Plasmakammer eingeführt. Die Energie des HF-Generators hilft dabei, diese Gase zu zersetzen und reaktive Teilchen zu bilden, die sich dann auf einem Substrat absetzen und feste Schichten bilden. Die Energie des Plasmas kann auch genutzt werden, um Oberflächen von Verunreinigungen zu reinigen, da die reaktiven Teilchen im Plasma mit den Verunreinigungen auf der Oberfläche reagieren und diese entfernen. Der HF-Generator ist also ein entscheidendes Instrument zur Erzeugung und Kontrolle von Plasma in einer Plasmakammer und ermöglicht eine Vielzahl von industriellen und wissenschaftlichen Prozessen. The technical requirements for the RF generator are constantly increasing. The purpose of the RF generator is to transfer RF energy into the plasma chamber. This RF energy is used to ionize gases in the chamber, thus generating the plasma. Furthermore, the RF energy helps to stabilize the plasma and control its density and temperature. By adjusting the RF power, different plasma states can be achieved, which are required for various applications. In semiconductor manufacturing and materials processing, plasma chambers are often used for sputtering processes. In this process, ions from the plasma are directed onto a target, also called the "target material," causing atoms to be knocked out of the target and deposited onto a substrate. The RF generator enables control of the energy input into the plasma and thus control of the sputtering process. Reactive gases are also introduced into the plasma chamber in CVD (Chemical Vapor Deposition) processes. The energy from the RF generator helps to decompose these gases and form reactive particles that then deposit onto a substrate and form solid layers. The energy of the plasma It can also be used to clean surfaces of contaminants, as the reactive particles in the plasma react with and remove the contaminants on the surface. The RF generator is therefore a crucial instrument for generating and controlling plasma in a plasma chamber and enables a wide variety of industrial and scientific processes.
In der Vergangenheit wurde der HF-Generator derart betrieben, dass er ein HF- Signal mit einer konstanten Frequenz und einer konstanten Amplitude erzeugt (CW-Signal). Allerdings haben auch hier die Anforderungen an den HF-Generator zugenommen und so soll dieser unterschiedliche Pulsmuster und Arbitrary-Wave- form-Signale erzeugen können. Dieser Sachverhalt trifft insbesondere auf moderne Ätzanwendungen für große Seitenverhältnisse zu. Hier werden Prozessparameter zur Laufzeit regelmäßig geändert. Dabei kann das Plasma instabil werden, was zu schlechteren Prozessergebnissen führen kann. In the past, RF generators were operated to produce an RF signal with a constant frequency and amplitude (CW signal). However, the demands placed on RF generators have increased, and they are now expected to generate various pulse patterns and arbitrary waveform signals. This is particularly relevant for modern etching applications with large aspect ratios, where process parameters are frequently changed during operation. This can cause plasma instability, leading to poorer process results.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung einen HF-Generator für ein Plasmaerzeugungssystem zu schaffen, mit dem das Plasma in einem stabileren Zustand gehalten werden soll. The object of the present invention is therefore to create an RF generator for a plasma generation system with which the plasma is to be kept in a more stable state.
Die Aufgabe wird durch den HF-Generator für ein Plasmaerzeugungssystem gemäß dem Anspruch 1 und durch das Plasmaerzeugungssystem gemäß dem Anspruch 23 gelöst. Anspruch 24 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb des HF-Ge- nerators. Die Ansprüche 2 bis 22 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen des HF-Generators. The problem is solved by the RF generator for a plasma generation system according to claim 1 and by the plasma generation system according to claim 23. Claim 24 describes a method for operating the RF generator. Claims 2 to 22 describe advantageous embodiments of the RF generator.
Der hier beschriebene HF-Generator dient zum Einsatz in einem Plasmaerzeugungssystem. Der HF-Generator umfasst eine Signalgenerierungseinheit und eine Wellenformerzeugungseinrichtung. Die Wellenformerzeugungseinrichtung ist dazu ausgebildet, um Wellenformen zu erzeugen und an die Signalgenerierungseinheit zu übertragen. Mit Wellenform ist vorzugsweise der Amplitudenverlauf eines HF- Signals gemeint. Das HF-Signal ist dann so mit der Wellenform amplitudenmoduliert. Die Wellenform weist niedrigere Frequenzanteile als das nichtmodulierte HF- Signal auf. Man kann die Wellenform auch als „Einhüllende" bezeichnen. Mit Wel- lenformerzeugungseinrichtung ist eine elektronische Einheit gemeint, die einen Ausgang aufweist, an dem im Betrieb ein Signal zur Steuerung anderer Komponenten, z.B. des Signalgenerators und/oder der Signalgenerierungseinheit, anliegt. Eine Wellenformerzeugungseinrichtung kann auch einen Steuereingang, also z.B. einen elektrischen Eingang, aufweisen zur Entgegennahme von Daten, z.B. von einer Bedieneinheit und/oder zentralen Steuerungsvorrichtung. Die Wellenformerzeu- gungseinrichtung kann am Ausgang ein analoges und/oder digitales Signal ausgeben, aus dem der Signalgenerator und/oder die Signalgenerierungseinheit ein gewünschtes Signal erzeugt. Die Signalgenerierungseinheit ist dazu ausgebildet, um ein HF-Signal in Abhängigkeit der verwendeten Wellenform, die Sollwertdaten für unterschiedliche Leistungsstufen beinhaltet, zu erzeugen und an einem Ausgangsanschluss auszugeben. Aus dem HF-Signal ist dann ein entsprechendes Plasma erzeugbar. Die Signalgenerierungseinheit ist dazu ausgebildet, in einem Start-Zeit- raum, der mehrere Impulsperioden umfasst, eine Start-Wellenform zu verwenden, wobei die Start-Wellenform Start-Sollwerte für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen umfasst. Dabei kann die Start-Wellenform die Start-Sollwerte für die unterschiedlichen Leistungsstufen für mehrere oder alle Impulsperioden beinhalten. Alternativ beinhaltet die Start-Wellenform die Start-Sollwerte für genau eine Impulsperiode, wobei die Start-Wellenform für jede Impulsperiode im Start-Zeitraum von neuem verwendet wird. Die Signalgenerierungseinheit ist dazu ausgebildet, in einem End-Zeitraum, der mehrere Impulsperioden umfasst, eine End-Wellenform zu verwenden, wobei die End-Wellenform End-Sollwerte für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen umfasst. Dabei kann die End-Wellenform die End-Sollwerte für die unterschiedlichen Leistungsstufen für mehrere oder alle Impulsperioden beinhalten. Alternativ beinhaltet die End-Wellenform die End-Sollwerte für genau eine Impulsperiode, wobei die End-Wellenform für jede Impulsperiode im End-Zeitraum von neuem verwendet wird. Die Wellenformerzeugungseinrichtung ist dazu ausgebildet, zumindest eine Zwischen-Wellenform anhand den Start-Sollwerten der Start-Wel- lenform und den End-Sollwerten der End-Wellenform zu generieren, wobei die zumindest eine Zwischen-Wellenform Zwischen-Sollwerte für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen umfasst. Die Signalgenerierungseinheit ist dazu ausgebildet, in einem Zwischen-Zeitraum, der eine oder mehrere Impulsperioden umfasst und zwischen dem Start-Zeitraum und dem End-Zeitraum angeordnet ist, die zumindest eine Zwischen-Wellenform zu verwenden und ein entsprechendes HF-Signal gemäß der zumindest einen Zwischen-Wellenform auszugeben. Es ist besonders vorteilhaft, dass der Übergang zwischen der Start-Wellenform und der End-Wellenform nicht schlagartig stattfindet, sondern dass noch eine oder mehrere Zwischen-Wellenformen verwendet werden, um diesen Übergang zu "glätten". Diese graduelle Veränderung der Sollwertkurven verhindert die Bildung von Instabilitäten im Plasma durch einen zu abrupten Übergang im HF-Signal. Dadurch können die Prozessparameter im Betrieb fortlaufend angepasst werden. Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise das Plasma besser stabil gehalten werden kann. The RF generator described here is intended for use in a plasma generation system. The RF generator comprises a signal generation unit and a waveform generation unit. The waveform generation unit is designed to generate waveforms and transmit them to the signal generation unit. A waveform preferably refers to the amplitude profile of an RF signal. The term refers to signals. The RF signal is then amplitude-modulated with the waveform. The waveform has lower frequency components than the unmodulated RF signal. The waveform can also be described as an "envelope." A waveform generation device is an electronic unit that has an output at which, during operation, a signal is applied to control other components, such as the signal generator and/or the signal generation unit. A waveform generation device can also have a control input, such as an electrical input, for receiving data, for example, from an operating unit and/or central control device. The waveform generation device can output an analog and/or digital signal, from which the signal generator and/or the signal generation unit generates a desired signal. The signal generation unit is designed to generate an RF signal, depending on the waveform used, which contains setpoint data for different power levels, and to output it at a single output terminal. A corresponding plasma can then be generated from the RF signal. The signal generation unit is configured to use a start waveform within a start period comprising several pulse periods, wherein the start waveform includes start setpoints for several different power levels. The start waveform can contain the start setpoints for the different power levels for several or all pulse periods. Alternatively, the start waveform contains the start setpoints for exactly one pulse period, with the start waveform being reused for each pulse period within the start period. The signal generation unit is configured to use an end waveform within a final period comprising several pulse periods, wherein the end waveform includes end setpoints for several different power levels. The end waveform can contain the end setpoints for the different power levels for several or all pulse periods. Alternatively, the final waveform contains the final setpoints for exactly one pulse period, with the final waveform being reused for each pulse period in the final time period. The waveform generation device is designed to The signal generation unit is designed to generate at least one intermediate waveform based on the start setpoints of the start waveform and the end setpoints of the end waveform, wherein the at least one intermediate waveform includes intermediate setpoints for several different power levels. The signal generation unit is configured to use the at least one intermediate waveform and output a corresponding RF signal according to the at least one intermediate waveform during an intermediate period comprising one or more pulse periods and positioned between the start period and the end period. It is particularly advantageous that the transition between the start waveform and the end waveform does not occur abruptly, but rather that one or more intermediate waveforms are used to "smooth" this transition. This gradual change in the setpoint curves prevents the formation of instabilities in the plasma due to an overly abrupt transition in the RF signal. This allows the process parameters to be continuously adjusted during operation. It has been found that this method improves plasma stability.
Eine Leistungsstufe kann ein konstanter Wert eines Signals, also z.B. einer Leistung, sein. Eine Leistungsstufe kann aber auch ein sich kontinuierlich verändernder Wert eines Signals, also z.B. einer Leistung, sein. A power level can be a constant value of a signal, such as power. However, a power level can also be a continuously changing value of a signal, such as power.
Der Übergang von der Start-Wellenform hin zu der Zwischen-Wellenform kann nach Ablauf einer bestimmten Zeit oder bei Vorliegen eines Signals, zum Beispiel eines Triggersignals, welches beispielsweise der Benutzer setzt oder von einem externen Gerät empfangen wird, eingeleitet werden. Bis dahin kann die Start-Wellenform in einer Schleife fortlaufend wiederholt werden. Im Übergang, also im Zwischen-Zeitraum, wird die Start-Wellenform hin zur End-Wellenform überführt. Diese Überführung, die auch als "Morphen" bezeichnet werden kann, kann beispielsweise je nach Höhe des Unterschieds zwischen der Start-Wellenform und der End-Wellenform, unterschiedlich viele Impulsperioden im Zwischen-Zeitraum umfassen. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In einem Aspekt der Entwicklung unterscheiden sich die Start-Wellenform und die End-Wellenform in der Höhe von zumindest einer der unterschiedlichen Leistungsstufen. Beispielsweise können die Start-Wellenform und die End-Wellenform zehn verschiedene Leistungsstufen, z.B. Leistungsplateaus, umfassen, wobei sich die Höhe von zumindest einer Leistungsstufe gegenüber zumindest einer anderen Leistungsstufe unterscheidet. Der Sprung in der Höhe der entsprechenden Leistungsstufe von der Start-Wellenform hin zu der Höhe der entsprechenden Leistungsstufe in der End-Wellenform wird durch die Höhe der entsprechenden Leistungsstufe in der zumindest einen Zwischen-Wellenform abgemildert. Die sich unterscheidende zumindest eine Leistungsstufe kann in der End-Wellenform höher oder niedriger sein als die entsprechende Leistungsstufe in der Start-Wellenform. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. The transition from the initial waveform to the intermediate waveform can be initiated after a specific time or upon the presence of a signal, such as a trigger signal set by the user or received by an external device. Until then, the initial waveform can be continuously repeated in a loop. During the transition, i.e., the intermediate period, the initial waveform is transformed into the final waveform. This transformation, also known as "morphing," can encompass a varying number of pulse periods within the intermediate period, depending on the magnitude of the difference between the initial and final waveforms. This allows the plasma to be kept particularly stable. In one aspect of the development, the initial waveform and the final waveform differ in the amplitude of at least one of the different power levels. For example, the initial waveform and the final waveform can comprise ten different power levels, such as power plateaus, with the amplitude of at least one power level differing from at least one other power level. The jump in the amplitude of the corresponding power level from the initial waveform to the amplitude of the corresponding power level in the final waveform is mitigated by the amplitude of the corresponding power level in at least one intermediate waveform. The differing power level can be higher or lower in the final waveform than the corresponding power level in the initial waveform. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
Ergänzend oder alternativ kann sich die Anzahl der Leistungsstufen in der Start- Wellenform von der Anzahl der Leistungsstufen in der End-Wellenform unterscheiden. Die Zwischen-Wellenform versucht diesen Sprung abzumildern und führt beispielsweise sukzessive, also über mehrere Impulsperioden im Zwischen-Zeitraum, zusätzliche Leistungsstufen ein oder entfernt diese. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Additionally or alternatively, the number of power levels in the initial waveform can differ from the number of power levels in the final waveform. The intermediate waveform attempts to mitigate this change by, for example, successively introducing or removing additional power levels over several pulse periods during the intermediate time. This allows the plasma to be kept particularly stable.
Ergänzend oder alternativ kann sich die zeitliche Länge von zumindest einer der Leistungsstufen in der Start-Wellenform von der zeitlichen Länge von der zumindest einen, hierzu korrespondierenden, Leistungsstufe in der End-Wellenform unterscheiden. Hat eine Leistungsstufe in der Start-Wellenform eine Zeitdauer von beispielsweise 1 ms und in der End-Wellenform eine Zeitdauer von beispielsweise 3 ms, so kann die Leistungsstufe in der zumindest einen Zwischen-Wellenform eine Zeitdauer von beispielsweise 2 ms umfassen. Dadurch ist der Sprung zwischen der Zeitdauer der Leistungsstufe in der Start-Wellenform hin zu der Zeitdauer der, hierzu korrespondierenden, Leistungsstufe in der End-Wellenform nicht ganz so groß. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Additionally or alternatively, the duration of at least one of the power levels in the initial waveform can differ from the duration of the corresponding power level in the final waveform. If a power level in the initial waveform has a duration of, for example, 1 ms and in the final waveform a duration of, for example, 3 ms, then the power level in the at least one intermediate waveform can have a duration of, for example, 2 ms. This results in a gradual transition between the duration of the power level in the initial waveform and the duration of the intermediate waveform. The corresponding power level in the final waveform is not quite as large. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausbildet, die jeweilige Leistungsstufe der Start-Wellenform mit der jeweiligen Leistungsstufe der End-Wellenform, die an derselben Position in der jeweiligen Wellenform angeordnet ist oder zum selben Zeitpunkt in der jeweiligen Wellenformauftritt, auf einen Unterschied hin zu vergleichen. Gibt es beispielsweise in der Start-Wel- lenform zehn verschiedene Leistungsstufen und in der End-Wellenform zehn verschiedene Leistungsstufen, so werden die erste Leistungsstufe der Start-Wellen- form und die erste Leistungsstufe der End-Wellenform auf einen Unterschied, zum Beispiel Höhe bzw. Zeitdauer, miteinander verglichen. Selbiges gilt dann auch für die jeweilige zweite, dritte, usw. Leistungsstufe. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to compare the respective power level of the start waveform with the respective power level of the end waveform, which is located at the same position in the respective waveform or occurs at the same time in the respective waveform, for any differences. For example, if there are ten different power levels in the start waveform and ten different power levels in the end waveform, the first power level of the start waveform and the first power level of the end waveform are compared for differences, such as amplitude or duration. The same applies to the respective second, third, etc., power levels. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung integraler Bestandteil des HF-Generators. Es wäre theoretisch denkbar, dass die Funktionalität der Wellenformerzeugungseinrichtung auch durch eine externe Bedieneinheit und/oder zentrale Steuerungsvorrichtung ausgeführt würde. Es hat sich aber herausgestellt, dass dieser Ansatz nicht die erforderlichen Reaktionsgeschwindigkeiten erzielen kann. Deswegen wurde eine solche Funktionalität bisher als wenig hilfreich angesehen. Mit der Integration dieser Funktionalität in den HF-Generator kann nun schnell genug reagiert werden, wenn für den Übergang von Start-Wellen- form zu End-Wellenform eine Zwischen-Wellenform vorgegeben wird. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation unit is an integral part of the RF generator. Theoretically, it would be conceivable to implement the waveform generation unit's functionality via an external operating unit and/or central control device. However, it has been found that this approach cannot achieve the required response speeds. Therefore, such functionality has previously been considered of little use. Integrating this functionality into the RF generator now allows for sufficiently fast response times if an intermediate waveform is specified for the transition from the start waveform to the final waveform. This enables particularly stable plasma flow.
In einem Aspekt der Entwicklung gilt selbiges auch, wenn sich die Anzahl der Leistungsstufen zwischen der Start-Wellenform und der End-Wellenform unterscheiden. So ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, festzustellen, an welcher Position oder zu welchem Zeitpunkt zumindest eine weitere Leistungsstufe hinzugefügt oder an welcher Position oder zu welchem Zeitpunkt eine Leistungsstufe entfernt wurde. Dies erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung der weiteren Leistungsstufen, die sich vorzugsweise nicht alle von der Start-Wellenform hin zur End-Wellenform verändert haben. Umfasst die Start-Wellenform beispielsweise zehn Leistungsstufen und die End-Wellenform neun Leistungsstufen und korrespondieren die Leistungsstufen eins bis sechs und acht bis zehn der Start-Wellen- form zu den Leistungsstufen eins bis neun der End-Wellenform, so ist durch die Wellenformerzeugungseinrichtung feststellbar, dass die siebte Leistungsstufe der Start-Wellenform nicht mehr in der End-Wellenform auftritt. Die jeweiligen Zwischen-Wellenformen können die siebte Leistungsstufe, beispielsweise mit einer immer kürzeren Zeitdauer von der ersten Zwischen-Wellenform hin zur letzten Zwischen-Wellenform beinhalten, sodass das "Verschwinden" der siebten Leistungsstufe "gleitend" erfolgt. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the same applies if the number of power stages differs between the start waveform and the end waveform. The waveform generation device is designed to determine at which position or at which time at least one further power stage is required. The waveform generation device can determine when a power stage was added or at what position or time it was removed. This is done particularly with regard to the other power stages, which preferably do not all change from the start waveform to the end waveform. For example, if the start waveform comprises ten power stages and the end waveform nine power stages, and power stages one to six and eight to ten of the start waveform correspond to power stages one to nine of the end waveform, then the waveform generation device can determine that the seventh power stage of the start waveform no longer appears in the end waveform. The respective intermediate waveforms can include the seventh power stage, for example, with an increasingly shorter time interval from the first intermediate waveform to the last intermediate waveform, so that the "disappearance" of the seventh power stage is gradual. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist jede Leistungsstufe für sich konstant. Dies bedeutet, dass sich die Leistung über die Zeit in dieser Leistungsstufe nicht ändert, also z.B. immer 600 W beträgt. Die Höhe der jeweiligen Leistungsstufe wird auch über einen entsprechenden Start-Sollwert, Zwischen-Sollwert oder End-Sollwert charakterisiert. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, each power stage remains constant. This means that the power output at that stage does not change over time, for example, always remaining at 600 W. The level of each power stage is also characterized by a corresponding start, intermediate, or final setpoint. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, um die Start-Wellenform und die End-Wellenform miteinander zu korrelieren, um einen Unterschied zu bestimmen. Hierzu können verschiedene Algorithmen, wie beispielsweise eine Kreuzkorrelation verwendet werden. Als Ergebnis werden die Leistungsstufen in der Start-Wellenform bzw. in der End-Wellenform identifiziert, die sich von der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe, z.B. selbe Position oder selber Zeitpunkt innerhalb der Wellenform, in der End-Wellenform bzw. in der Start-Wellenform in Höhe bzw. Zeitdauer unterscheiden. Auch das Auftreten von neu hinzugekommenen oder weggefallenen Leistungsstufen zwischen der Start-Wellenform und der End-Wellenform kann so sicher erkannt werden. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to correlate the start and end waveforms to determine any differences. Various algorithms, such as cross-correlation, can be used for this purpose. The result is the identification of power levels in the start and end waveforms that differ in amplitude or duration from their corresponding power levels (e.g., same position or time within the waveform). The occurrence of newly added or removed power levels between the start and end waveforms can thus be reliably detected. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung umfasst die Wellenformerzeugungseinrichtung ein Kl-Modul, welches dazu ausgebildet ist, anhand der Start-Wellenform und der End- Wellenform die zumindest eine Zwischen-Wellenform zu erzeugen. Dem Kl-Modul kann auch der aktuelle Plasmaprozess übergeben werden. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Mit Kl-Modul ist eine zusammenspielende Einheit aus Software und Hardware, z.B. Computerelemente, Recheneinheiten, Speicher, Ein- und Ausgabevorrichtungen, gemeint, die ausgestaltet ist, nach zumindest einer der Routinen der so genannten künstlichen Intelligenz (Kl) mit Nutzung dieser Einheit Ergebnisse zu erzielen und/oder zu nutzen. Solche Routinen können z.B. sein: In one aspect of the development, the waveform generation device includes an AI module, which is designed to generate at least one intermediate waveform based on the start and end waveforms. The current plasma process can also be fed to the AI module. This allows the plasma to be kept particularly stable. The AI module is an interacting unit of software and hardware, e.g., computer components, processing units, memory, and input/output devices, designed to achieve and/or utilize results according to at least one of the routines of so-called artificial intelligence (AI). Such routines can include, for example:
- Supervised Learning (überwachtes Lernen), - Supervised Learning
- Unsupervised Learning (unüberwachtes Lernen), - Unsupervised Learning
- Reinforcement Learning (bestärkendes Lernen), - Reinforcement Learning
- Deep Learning (tiefes Lernen), - Deep Learning
- Transfer Learning (Transferlernen), - Transfer Learning,
- Generative Adversarial Networks (GANs). - Generative Adversarial Networks (GANs).
Supervised Learning (überwachtes Lernen) beschreibt eine Methode, bei der Modellen Trainingsdaten mit Eingabe-Ausgabe-Paaren zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise können die Modelle die Beziehung zwischen Eingaben und Ausgaben erlernen. Supervised learning describes a method in which models are provided with training data consisting of input-output pairs. This allows the models to learn the relationship between inputs and outputs.
Unsupervised Learning (unüberwachtes Lernen) ist ein Ansatz, bei dem Modelle eigenständig aus einem Datenpool lernen, ohne dass ihnen vorgegebene Kategorien oder Labels zur Verfügung stehen. Hierbei werden Methoden wie Clustering und Dimensionsreduktion angewendet. Beim Reinforcement Learning (bestärkendes Lernen) erwerben Modelle die Fähigkeit, Entscheidungen zu treffen, indem sie Handlungen ausführen und Rückmeldungen in Form von Belohnungen oder Sanktionen erhalten. Unsupervised learning is an approach in which models learn independently from a data pool without being provided with predefined categories or labels. Methods such as clustering and dimensionality reduction are used in this process. In reinforcement learning, models acquire the ability to make decisions by performing actions and receiving feedback in the form of rewards or sanctions.
Deep Learning (tiefes Lernen) ist eine Methode des maschinellen Lernens, die auf künstlichen neuronalen Netzen mit zahlreichen Schichten basiert. Diese Technologie ermöglicht es, komplexe Muster und Hierarchien in Daten zu erkennen. Deep learning is a machine learning method based on artificial neural networks with numerous layers. This technology makes it possible to recognize complex patterns and hierarchies in data.
Transfer Learning (Transferlernen) nutzt Modelle, die bereits durch umfangreiche Datenmengen trainiert wurden, um schnell ähnliche, aber neue Aufgaben zu bewältigen. Dieser Ansatz beschleunigt den Trainingsprozess erheblich und ermöglicht es, Modelle mit weniger Daten anzupassen. Transfer learning uses models that have already been trained on large datasets to quickly tackle similar but new tasks. This approach significantly accelerates the training process and allows models to be adapted with less data.
Generative Adversarial Network (GANs) ist eine Methode, bei der zwei neuronale Netze in einem Wettstreit gegeneinander antreten. Während eines der Netze künstliche Daten kreiert, ist es die Aufgabe des anderen Netzes, die Authentizität dieser Daten zu evaluieren. Generative Adversarial Networks (GANs) are a method in which two neural networks compete against each other. While one of the networks creates artificial data, the other network's task is to evaluate the authenticity of this data.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, um diejenigen Leistungsstufen von der Start-Wellenform bzw. diejenigen Leistungsstufen von der End-Wellenform für die zumindest eine Zwischen-Wellenform zu übernehmen, die in der Start-Wellenform und in der End-Wellenform identisch sind. Ist beispielsweise die dritte Leistungsstufe in der Start- Wellenform bezüglich einer Höhe des entsprechenden Start-Sollwerts identisch zu der hierzu korrespondierenden, beispielsweise ebenfalls dritten, Leistungsstufe in der End- Wellenform bezüglich der Höhe des entsprechenden End-Sollwerts, so wird diese Leistungsstufe auch in der zumindest einen Zwischen-Wellenform mit identischer Höhe des entsprechenden Zwischen-Sollwerts verwendet. Beträgt beispielsweise der Start-Sollwert für die dritte Leistungsstufe in der Start-Wellenform 600 W und beträgt der End-Sollwert der hierzu korrespondierenden, beispielsweise dritten, Leistungsstufe in der End-Wellenform ebenfalls 600 W, so wird die hierzu korrespondierende, beispielsweise dritte, Leistungsstufe der Zwischen-Wellenform bezüglich ihres Zwischen-Sollwerts ebenfalls auf 600 W gesetzt. Der Wortlaut "identisch" umfasst auch geringe Abweichungen von vorzugsweise höchstens zwei, insbesondere von höchstens einem Prozent. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to adopt those power levels from the start waveform or those power levels from the end waveform for the at least one intermediate waveform that are identical in both the start and end waveforms. For example, if the third power level in the start waveform is identical with respect to the level of the corresponding start setpoint to the corresponding, for example, also third, power level in the end waveform with respect to the level of the corresponding end setpoint, then this power level is also used in the at least one intermediate waveform with the same level of the corresponding intermediate setpoint. For example, if the starting setpoint for the third power stage in the starting waveform is 600 W, and the final setpoint of the corresponding (e.g., third) power stage in the final waveform is also 600 W, then the corresponding (e.g., third) power stage of the intermediate waveform will also have its intermediate setpoint set to 600 W. The wording "identical" This also includes minor deviations of preferably no more than two percent, and in particular no more than one percent. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, um für jede Impulsperiode im Zwischen-Zeitraum eine Zwischen-Wellenform zu generieren. Dabei unterscheidet sich vorzugsweise jede Zwischen-Wellenform von der vorherigen bzw. nachfolgenden Zwischen-Wellenform. Der Unterschied kann in der Höhe des Zwischen-Sollwerts für die jeweilige Leistungsstufe liegen. Beispielsweise eine Erhöhung von 600 W auf 650 W. Der Unterschied kann auch in der zeitlichen Länge für eine Leistungsstufe liegen, beispielsweise von 1 ms auf 1 ,5 ms. Der Unterschied kann auch in der Anzahl der Leistungsstufen liegen, beispielsweise von zehn Leistungsstufen in einer Zwischen-Wellenform hin zu elf Leistungsstufen in der benachbarten Zwischen-Wellenform. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to generate an intermediate waveform for each pulse period within the interval. Preferably, each intermediate waveform differs from the preceding and subsequent intermediate waveforms. The difference can lie in the magnitude of the intermediate setpoint for the respective power level, for example, an increase from 600 W to 650 W. The difference can also lie in the duration of a power level, for example, from 1 ms to 1.5 ms. The difference can also lie in the number of power levels, for example, from ten power levels in one intermediate waveform to eleven power levels in the adjacent intermediate waveform. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Anzahl der Zwischen-Wellenformen durch einen Benutzer vorgebbar. Ergänzend oder alternativ hängt die Anzahl der Zwischen-Wellenformen von der Anzahl der Impulsperioden des Zwischen-Zeitraums ab, also insbesondere von der Zeitdauer, die der Übergang vom Start-Zeitraum zum End-Zeitraum andauern darf. Ergänzend oder alternativ hängt die Anzahl der Zwischen-Wellenformen von der Höhe des Unterschieds zwischen der Start-Wellen- form und der End-Wellenform ab, also insbesondere vom Unterschied in der Höhe der Sollwerte und/oder von der Zeitdauer der Leistungsstufen und/oder von der Anzahl der Leistungsstufen. Ein kleiner Unterschied resultiert vorzugsweise in einem kürzeren Zwischen-Zeitraum und ein größerer Unterschied resultiert vorzugsweise in einem längeren Zwischen-Zeitraum. Beispielsweise kann der Unterschied in den Sollwerten für jede einzelne Leistungsstufe, zwischen der Start-Wellenform und der End-Wellenform, betragsmäßig aufsummiert werden. Dieser aufsummierte Betrag kann dann die Anzahl der Impulsperioden im Zwischen-Zeitraum und damit die Dauer des Zwischen-Zeitraums festzulegen bzw. dazu korrespondieren. Es kann auch der größte Unterschied zwischen einem Start-Sollwert einer Leistungsstufe der Start-Wellenform zu einem End-Sollwert der korrespondierenden Leistungsstufe der End-Wellenform herangezogen werden, um die Anzahl der Impulsperioden im Zwischen-Zeitraum festzulegen. Es kann auch der größte Unterschied einer Zeitdauer einer Leistungsstufe der Start-Wellenform zu der Zeitdauer der korrespondierenden Leistungsstufe der End-Wellenform herangezogen werden, um die Anzahl der Impulsperioden im Zwischen-Zeitraum festzulegen. Als Kriterium, wie viele Impulsperioden der Zwischen-Zeitraum umfassen muss, kann auch ein Unterschied zwischen den summierten Zeitdauern aller Leistungsstufen der Start-Wel- lenform und den summierten Zeitdauern aller Leistungsstufen der End-Wellenform verwendet werden. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the number of intermediate waveforms can be specified by the user. Additionally or alternatively, the number of intermediate waveforms depends on the number of pulse periods of the intermediate period, specifically on the duration of the transition from the start period to the end period. Additionally or alternatively, the number of intermediate waveforms depends on the magnitude of the difference between the start waveform and the end waveform, specifically on the difference in the setpoint values and/or the duration of the power levels and/or the number of power levels. A small difference preferably results in a shorter intermediate period, and a larger difference preferably results in a longer intermediate period. For example, the difference in the setpoint values for each individual power level between the start waveform and the end waveform can be summed. This summed amount can then determine the number of pulse periods in the intermediate period and thus the The duration of the intermediate period can be determined or corresponded to. The greatest difference between the initial setpoint of a power stage in the initial waveform and the final setpoint of the corresponding power stage in the final waveform can also be used to determine the number of pulse periods in the intermediate period. Alternatively, the greatest difference between the duration of a power stage in the initial waveform and the duration of the corresponding power stage in the final waveform can be used to determine the number of pulse periods in the intermediate period. As a criterion for how many pulse periods the intermediate period must comprise, the difference between the summed durations of all power stages in the initial waveform and the summed durations of all power stages in the final waveform can also be used. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, um bei einem Unterschied zwischen einer Leistungsstufe in der Start- Wellenform und einer dazu korrespondierenden Leistungsstufe in der End-Wellen- form, der größer als ein erster Schwellwert ist, eine erste Anzahl von Zwischen- Wellenformen zu erzeugen. Weiterhin ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, um bei einem Unterschied zwischen einer Leistungsstufe in der Start-Wellenform und einer dazu korrespondierenden Leistungsstufe in der End- Wellenform, der kleiner als ein zweiter Schwellwert ist, eine zweite Anzahl von Zwischen-Wellenformen zu erzeugen. Der erste Schwellwert ist größer als der zweite Schwellwert und die erste Anzahl ist größer als die zweite Anzahl. Dadurch ist gewährleistet, dass der Übergang von der Start-Wellenform zu der End-Wellenform nicht zu abrupt erfolgt. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to generate a first set of intermediate waveforms when the difference between a power level in the start waveform and a corresponding power level in the end waveform exceeds a first threshold. Furthermore, the waveform generation device is designed to generate a second set of intermediate waveforms when the difference between a power level in the start waveform and a corresponding power level in the end waveform is less than a second threshold. The first threshold is higher than the second, and the first set of intermediate waveforms is higher than the second. This ensures that the transition from the start waveform to the end waveform is not too abrupt. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, zumindest eine Zwischen-Wellenform derart zu generieren, dass zumindest ein Zwischen-Sollwert für eine Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform zwischen, einem Start-Sollwert der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der Start- Wellenform und einem End-Sollwert der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der End-Wellenform liegt. Werden vier Zwischen- Wellenformen verwendet, so kann der Zwischen-Sollwert für eine Leistungsstufe der ersten Zwischen-Wellenform z.B. 600 W betragen. Der Zwischen-Sollwert für eine Leistungsstufe der zweiten Zwischen-Wellenform z.B. 700 W. Der Zwischen- Sollwert für eine Leistungsstufe der dritten Zwischen-Wellenform z.B. 800 W. Der Zwischen-Sollwert für eine Leistungsstufe der vierten, also letzten Zwischen-Wellenform z.B. 800 W. Dadurch erfolgt der Übergang von der Start-Wellenform hin zur Endwellenform linear. Er kann auch exponentiell oder asymptotisch oder gemäß einer quadratischen Form verlaufen. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to generate at least one intermediate waveform in such a way that At least one intermediate setpoint for a power stage lies between at least one intermediate waveform, a start setpoint for the corresponding power stage in the start waveform, and a final setpoint for the corresponding power stage in the final waveform. If four intermediate waveforms are used, the intermediate setpoint for a power stage of the first intermediate waveform can be, for example, 600 W. The intermediate setpoint for a power stage of the second intermediate waveform can be, for example, 700 W. The intermediate setpoint for a power stage of the third intermediate waveform can be, for example, 800 W. The intermediate setpoint for a power stage of the fourth, i.e., last, intermediate waveform can be, for example, 800 W. This ensures that the transition from the start waveform to the final waveform is linear. It can also be exponential, asymptotic, or quadratic. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung liegt der Zwischen-Sollwert für die Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform in der Mitte zwischen dem Start-Sollwert der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe der Start-Wellenform und dem End- Sollwert der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der End-Wellenform. Beträgt der Start-Sollwert einer Leistungsstufe in der Start-Wellenform z.B. 500 W und beträgt der End-Sollwert der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der End- Wellenform z.B. 1000 W, so würde der Zwischen-Sollwert für eine Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform z.B. 750 W betragen. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the intermediate setpoint for the power stage of at least one intermediate waveform lies midway between the starting setpoint of the corresponding power stage in the starting waveform and the final setpoint of the corresponding power stage in the final waveform. For example, if the starting setpoint of a power stage in the starting waveform is 500 W and the final setpoint of the corresponding power stage in the final waveform is 1000 W, then the intermediate setpoint for a power stage of at least one intermediate waveform would be 750 W. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung sind zumindest zwei aufeinander folgende Zwischen-Wellenformen identisch. In one aspect of the development, at least two successive intermediate waveforms are identical.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, um mehrere Zwischen-Wellenformen derart zu generieren, dass ein Zwischen-Sollwert einer ersten Zwischen-Wellenform für eine Leistungsstufe näher an einem Start-Sollwert der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe der Start- Wellenform liegt als an einem End-Sollwert für die hierzu korrespondierende Leistungsstufe der End-Wellenform. Liegt der Start-Sollwert beispielsweise bei 500 W und der End-Sollwert beispielsweise bei 1000 W, so ist der Zwischen-Sollwert der ersten Zwischen-Wellenform näher an den 500 W angeordnet als an den 1000 W. Er kann beispielsweise 600 W oder 700 W aber nicht 800 W betragen. Weiterhin ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, mehrere Zwischen-Wellenformen derart zu generieren, dass ein Zwischen-Sollwert einer letzten Zwischen- Wellenform für eine Leistungsstufe näher an einem End-Sollwert der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe der End-Wellenform liegt als an einem Start-Sollwert für die hierzu korrespondierende Leistungsstufe der Start-Wellenform. Liegt der Start-Sollwert beispielsweise bei 500 W und der End-Sollwert beispielsweise bei 1000 W, so ist der Zwischen-Sollwert der letzten Zwischen-Wellenform näher an den 1000 W angeordnet als an den 500 W. Er kann beispielsweise 700 W oder 900 W aber nicht 400 W betragen. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to generate several intermediate waveforms in such a way that an intermediate setpoint of a first intermediate waveform for a power stage is approached more closely. The intermediate setpoint of the first intermediate waveform is closer to the starting setpoint of the corresponding power stage of the starting waveform than to the ending setpoint of the corresponding power stage of the ending waveform. For example, if the starting setpoint is 500 W and the ending setpoint is 1000 W, the intermediate setpoint of the first intermediate waveform is closer to 500 W than to 1000 W. It can be, for example, 600 W or 700 W, but not 800 W. Furthermore, the waveform generation device is designed to generate several intermediate waveforms such that the intermediate setpoint of the last intermediate waveform for a power stage is closer to the ending setpoint of the corresponding power stage of the ending waveform than to the starting setpoint of the corresponding power stage of the starting waveform. If the starting setpoint is, for example, 500 W and the final setpoint is, for example, 1000 W, then the intermediate setpoint of the last intermediate waveform is closer to 1000 W than to 500 W. It can be, for example, 700 W or 900 W, but not 400 W. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung verläuft ein Übergang vom Zwischen-Sollwert zumindest einer Leistungsstufe der ersten Zwischen-Wellenform zum Zwischen-Sollwert zumindest derselben Leistungsstufe der letzten Zwischen-Wellenform, mit einer Vielzahl an weiteren Zwischen-Wellenformen dazwischen, linear, exponentiell oder quadratisch. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, a transition occurs from the intermediate setpoint of at least one power stage of the first intermediate waveform to the intermediate setpoint of at least the same power stage of the last intermediate waveform, with a multitude of further intermediate waveforms in between, linearly, exponentially, or quadratically. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, mehrere Zwischen-Wellenformen derart zu generieren, dass sich die Anzahl der Zwischen-Sollwerte durch Hinzufügen oder Entfernen weiterer Zwischen-Sollwerte von einer ersten Zwischen-Wellenform hin zu einer letzten Zwischen-Wellenform erhöht oder verringert. Vorzugsweise erfolgt dieses Erhöhen oder Verringern gleichmäßig über die verschiedenen Zwischen-Wellenformen. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is configured to generate multiple intermediate waveforms such that the number of intermediate setpoints increases or decreases from a first intermediate waveform to a final intermediate waveform by adding or removing further intermediate setpoints. Preferably, this increase occurs or decrease uniformly across the various intermediate waveforms. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, zumindest eine Zwischen-Wellenform derart zu generieren, dass zumindest eine Länge für eine Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform zwischen einer Länge der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der Start-Wellenform und einer Länge der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der End-Wellenform liegt. Hat beispielsweise die erste Leistungsstufe der Start-Wel- lenform eine Länge von 1 ms und die erste Leistungsstufe der End-Wellenform eine Länge von 3 ms, so kann die Länge der ersten Leistungsstufe für die Zwischen- Wellenform auf 2 ms festgelegt werden. Nichts anderes gilt auch, wenn mehrere Zwischen-Wellenformen verwendet werden. Gibt es beispielsweise drei Zwischen- Wellenformen, so kann die erste Leistungsstufe der ersten Zwischen-Wellenform eine zeitliche Länge von zum Beispiel 1 ,5 ms aufweisen, wohingegen die erste Leistungsstufe der zweiten Zwischen-Wellenform eine zeitliche Länge von zum Beispiel 2 ms aufweisen kann, wohingegen die erste Leistungsstufe der dritten und letzten Zwischen-Wellenform eine zeitliche Länge von zum Beispiel 2,5 ms aufweisen kann. Dadurch wird der Übergang von der ersten Leistungsstufe der Start-Wellen- form hin zu der ersten Leistungsstufe der End-Wellenform stark geglättet. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to generate at least one intermediate waveform such that the length of at least one power stage of this intermediate waveform lies between the length of the corresponding power stage in the start waveform and the length of the corresponding power stage in the final waveform. For example, if the first power stage of the start waveform has a length of 1 ms and the first power stage of the final waveform has a length of 3 ms, the length of the first power stage for the intermediate waveform can be set to 2 ms. The same applies if multiple intermediate waveforms are used. For example, if there are three intermediate waveforms, the first power stage of the first intermediate waveform might have a duration of, say, 1.5 ms, whereas the first power stage of the second intermediate waveform might have a duration of, say, 2 ms, while the first power stage of the third and final intermediate waveform might have a duration of, say, 2.5 ms. This significantly smooths the transition from the first power stage of the starting waveform to the first power stage of the final waveform. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, die Länge für eine Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform gegenüber einer Länge der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der Start-Wellenform zu erhöhen, indem zumindest ein zusätzlicher Zwischen-Sollwert hinzugefügt wird, durch welchen die Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform definiert ist. Dies hat den Hintergrund, dass beispielsweise ein Leistungsregler, dem die entsprechenden Sollwerte zugeführt werden, mit einer bestimmten Taktrate die Sollwerte einliest und das HF-Signal entsprechend regelt. Liest der Leistungsregler z.B. jede Millisekunde einen neuen Sollwert ein und ist jede Leistungsstufe durch einen Sollwert definiert, so würde sich die Zeitdauer, die die Leistungsstufe andauert, verdoppeln, wenn ein zweiter Sollwert für die Leistungsstufe hinzugefügt wird. Wird eine Leistungsstufe durch 4 Sollwerte definiert und wird ein weiterer Sollwert hinzugefügt, so dauert die Leistungsstufe nicht mehr 4 ms, sondern 5 ms an. Selbiges gilt auch bei Reduktion eines Sollwerts. In diesem Fall ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, die Länge für eine Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform gegenüber einer Länge der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe in der Start-Wellenform zu verringern, indem zumindest ein Zwischen-Sollwert entfernt wird, durch welchen die Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform definiert ist. Die Regelung des HF-Signals erfolgt vorzugsweise deutlich schneller als die Taktrate, mit welcher neue Sollwerte eingelesen werden. Vorzugsweise ist jeder Sollwert für dieselbe Leistungsstufe identisch. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to increase the length of a power stage of at least one intermediate waveform compared to the length of the corresponding power stage in the start waveform by adding at least one additional intermediate setpoint value, which defines the power stage of the at least one intermediate waveform. This is because, for example, a power controller, to which the corresponding setpoint values are supplied, reads the setpoint values at a specific clock rate and regulates the RF signal accordingly. If, for example, the power controller reads a new setpoint every millisecond and each power level is defined by a setpoint, the duration of the power level would double if a second setpoint for the power level were added. If a power level is defined by four setpoints and another setpoint is added, the power level would last 5 ms instead of 4 ms. The same applies when a setpoint is reduced. In this case, the waveform generation device is designed to reduce the length of a power level in at least one intermediate waveform compared to the length of the corresponding power level in the start waveform by removing at least one intermediate setpoint that defines the power level of that intermediate waveform. The RF signal is preferably controlled significantly faster than the clock rate at which new setpoints are read. Preferably, each setpoint for the same power level is identical. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, um die Zwischen-Sollwerte aller Leistungsstufen der Zwischen-Wellenform derart anzuordnen, dass die Zwischen-Sollwerte jeweils gleich zueinander zeitlich beabstandet in der Zwischen-Wellenform angeordnet sind wie die Start-Soll- werte aller Leistungsstufen in der Start-Wellenform oder wie die End-Sollwerte aller Leistungsstufen in der End-Wellenform. In diesem Fall würde dem Leistungsregler je nach Zeitpunkt, zu welchem der jeweilige Sollwert in der jeweiligen Wellenform angeordnet ist, dieser an den Leistungsregler übertragen werden. Sind die Sollwerte zeitlich alle gleich weit voneinander beabstandet, so bekommt der Leistungsregler immer mit demselben zeitlichen Abstand einen neuen Sollwert übermittelt, auf den er das HF-Signal im Folgenden regelt. Wird in einer Zwischen-Wellenform ein neuer Zwischen-Sollwert hinzugefügt oder wird ein bisheriger Zwischen-Sollwert entfernt, so ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, die weiteren Zwischen-Sollwerte in der Zwischen-Wellenform derart anzuordnen, dass diese allesamt den gleichen Abstand zueinander haben und vorzugsweise auch denselben Abstand zueinander haben, wie die Start-Sollwerte in der Start- Wellenform und/oder wie die End-Sollwert in der End-Wellenform. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to arrange the intermediate setpoints of all power stages of the intermediate waveform in such a way that the intermediate setpoints are spaced equally in time within the intermediate waveform as the start setpoints of all power stages in the start waveform or as the end setpoints of all power stages in the end waveform. In this case, the power controller would receive the corresponding setpoint at the point in time at which it is located within the respective waveform. If the setpoints are all spaced equally in time, the power controller always receives a new setpoint at the same interval, to which it subsequently regulates the RF signal. If a new intermediate setpoint is added to an intermediate waveform or an existing intermediate setpoint is removed, the waveform generation device is designed to arrange the subsequent intermediate setpoints within the intermediate waveform in such a way that they All of them should be equidistant from each other and preferably also have the same spacing as the initial setpoints in the initial waveform and/or the final setpoints in the final waveform. This ensures that the plasma remains particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung sind die Start-Sollwerte der Start-Wellenform zeitlich gleichmäßig über die Start-Wellenform verteilt. Dabei ist jede Leistungsstufe durch zumindest einen Start-Sollwert definiert. In one aspect of the development, the initial setpoint values of the initial waveform are evenly distributed over time. Each performance level is defined by at least one initial setpoint value.
Ergänzend oder alternativ ist jede Leistungsstufe der Start-Wellenform mit einem Start-Sollwert eingeleitet. Der Leistungsregler, der diesen Start-Sollwert empfängt, regelt das HF-Signal auf den entsprechenden Start-Sollwert. Die Leistungsstufe hat in diesem Fall eine konstante Leistung. Alternativ ist jede Leistungsstufe der Start- Wellenform mit einem Start-Sollwert eingeleitet und mit einem Start-Sollwert beendet. Der Leistungsregler empfängt vorzugsweise beide Start-Sollwerte einer Leistungsstufe und ist dazu ausgebildet, die Leistung zwischen beiden Start-Sollwerten zu interpolieren, insbesondere linear, exponentiell oder mit einer quadratischen Funktion. Sind beide Start-Sollwerte identisch, so hat die Leistungsstufe eine konstante Leistung. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Additionally or alternatively, each power stage of the start waveform is initiated with a start setpoint. The power controller, which receives this start setpoint, regulates the RF signal to the corresponding start setpoint. In this case, the power stage has a constant power output. Alternatively, each power stage of the start waveform is initiated and terminated with a start setpoint. The power controller preferably receives both start setpoints of a power stage and is configured to interpolate the power between the two start setpoints, in particular linearly, exponentially, or using a quadratic function. If both start setpoints are identical, the power stage has a constant power output. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung sind die End-Sollwerte der End-Wellenform zeitlich gleichmäßig über die End-Wellenform verteilt. Dabei ist jede Leistungsstufe durch zumindest einen End-Sollwert definiert. In one aspect of the development, the final setpoint values of the final waveform are evenly distributed over time. Each performance level is defined by at least one final setpoint value.
Ergänzend oder alternativ ist jede Leistungsstufe der End-Wellenform mit einem End-Sollwert eingeleitet. Der Leistungsregler, der diesen End-Sollwert empfängt, regelt das HF-Signal auf den entsprechenden End-Sollwert. Die Leistungsstufe hat in diesem Fall eine konstante Leistung. Alternativ ist jede Leistungsstufe der End- Wellenform mit einem End-Sollwert eingeleitet und mit einem End-Sollwert beendet. Der Leistungsregler empfängt vorzugsweise beide End-Sollwerte einer Leistungsstufe und ist dazu ausgebildet, die Leistung zwischen beiden End-Sollwerten zu interpolieren, insbesondere linear, exponentiell oder mit einer quadratischen Funktion. Sind beide End-Sollwerte identisch, so hat die Leistungsstufe eine konstante Leistung. Additionally or alternatively, each power stage of the final waveform is introduced with a final setpoint. The power controller, which receives this final setpoint, regulates the RF signal to the corresponding final setpoint. In this case, the power stage has a constant power output. Alternatively, each power stage of the final waveform is introduced and terminated with a final setpoint. The power controller preferably receives both final setpoints of a power stage and is configured to interpolate the power between the two final setpoints, in particular linearly, exponentially, or using a quadratic formula. Function. If both final setpoints are identical, the power stage has a constant power output.
In einem Aspekt der Entwicklung sind die Zwischen-Sollwerte der zumindest einen Zwischen-Wellenform zeitlich gleichmäßig über die zumindest eine Zwischen-Wellenform verteilt. Dabei ist jede Leistungsstufe durch zumindest einen Zwischen-Sollwert definiert. In one aspect of the development, the intermediate setpoints of at least one intermediate waveform are evenly distributed over time. Each performance level is defined by at least one intermediate setpoint.
Ergänzend oder alternativ ist jede Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen- Wellenform mit einem Zwischen-Sollwert eingeleitet. Der Leistungsregler, der diesen Zwischen-Sollwert empfängt, regelt das HF-Signal auf den entsprechenden Zwischen-Sollwert. Die Leistungsstufe hat in diesem Fall eine konstante Leistung. Alternativ ist jede Leistungsstufe der zumindest einen Zwischen-Wellenform mit einem Zwischen-Sollwert eingeleitet und mit einem Zwischen-Sollwert beendet. Der Leistungsregler empfängt vorzugsweise beide Zwischen-Sollwerte einer Leistungsstufe und ist dazu ausgebildet, die Leistung zwischen beiden Zwischen-Sollwerten zu interpolieren, insbesondere linear, exponentiell oder mit einer quadratischen Funktion. Sind beide Zwischen-Sollwerte identisch, so hat die Leistungsstufe eine konstante Leistung. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Additionally or alternatively, each power stage of at least one intermediate waveform is introduced with an intermediate setpoint. The power controller, which receives this intermediate setpoint, regulates the RF signal to the corresponding intermediate setpoint. In this case, the power stage has a constant power output. Alternatively, each power stage of at least one intermediate waveform is introduced and terminated with an intermediate setpoint. The power controller preferably receives both intermediate setpoints of a power stage and is configured to interpolate the power between the two intermediate setpoints, in particular linearly, exponentially, or using a quadratic function. If both intermediate setpoints are identical, the power stage has a constant power output. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung sind sämtliche Leistungsstufen der Start-Wellen- form durch dieselbe Anzahl an Start-Sollwerten definiert. Ergänzend oder alternativ sind sämtliche Leistungsstufen der zumindest einen Zwischen-Wellenform durch dieselbe Anzahl an Zwischen-Sollwerten definiert. Ergänzend oder alternativ sind sämtliche Leistungsstufen der zumindest einen End-Wellenform durch dieselbe Anzahl an End-Sollwerten definiert. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, all power levels of the initial waveform are defined by the same number of initial setpoints. Additionally or alternatively, all power levels of at least one intermediate waveform are defined by the same number of intermediate setpoints. Additionally or alternatively, all power levels of at least one final waveform are defined by the same number of final setpoints. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung umfasst die Signalgenerierungseinheit einen Leistungsregler, wobei der Leistungsregler dazu ausgebildet ist, die Ausgangsleistung des HF-Signals auf die Start-Sollwerte der entsprechenden Leistungsstufen der Start-Wellenform und auf die End-Sollwerte der entsprechenden Leistungsstufen der End-Wellenform und auf die Zwischen-Sollwerte der entsprechenden Leistungsstufen der zumindest einen Zwischen-Wellenform zu regeln. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the signal generation unit includes a power controller, the power controller being designed to regulate the output power. The RF signal is controlled to the start setpoints of the corresponding power stages of the start waveform, the end setpoints of the corresponding power stages of the end waveform, and the intermediate setpoints of the corresponding power stages of at least one intermediate waveform. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist der Leistungsregler dazu ausgebildet, die Ausgangsleistung zwischen zwei Start-Sollwerten der entsprechenden Leistungsstufen der Start-Wellenform konstant zu lassen oder zu interpolieren. Der Leistungsregler ist dazu ausgebildet, die Ausgangsleistung zwischen zwei End-Sollwerten der entsprechenden Leistungsstufen der End-Wellenform konstant zu lassen oder zu interpolieren. Weiterhin ist der Leistungsregler dazu ausgebildet, die Ausgangsleistung zwischen zwei Zwischen-Sollwerten der entsprechenden Leistungsstufen der zumindest einen Zwischen-Wellenform konstant zu lassen oder zu interpolieren. Die Interpolation kann linear, exponentiell oder gemäß einer quadratischen Funktion erfolgen. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the design, the power controller is configured to maintain or interpolate the output power between two initial setpoints of the corresponding power stages of the initial waveform. The power controller is also configured to maintain or interpolate the output power between two final setpoints of the corresponding power stages of the final waveform. Furthermore, the power controller is configured to maintain or interpolate the output power between two intermediate setpoints of the corresponding power stages of at least one intermediate waveform. Interpolation can be linear, exponential, or quadratic. This allows for particularly stable plasma operation.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Signalgenerierungseinheit dazu ausgebildet, die Taktrate, mit welcher der Leistungsregler die Start-Sollwerte, Zwischen- Sollwerte und/oder End-Sollwerte einliest, zu ändern. Dadurch kann eine entsprechende Wellenform länger andauern oder kürzer andauern, also verzerrt werden. Besteht der Unterschied zwischen der Start-Wellenform und der End-Wellenform lediglich darin, dass jede Leistungsstufe in der End-Wellenform doppelt solange andauert verglichen mit der korrespondierenden Leistungsstufe in der Start-Wellen- form, so kann die Taktrate, mit welcher der Leistungsregler die Sollwerte einliest, verändert werden. Liest der Leistungsregler alle 1 ms einen Start-Sollwert der Start- Wellenform ein und liest der Leistungsregler alle 3 ms einen End-Sollwert der End- Wellenform ein, so kann der Leistungsregler für die zumindest eine Zwischen-Wellenform derart eingestellt werden, dass er alle 2 ms einen entsprechenden Zwischen-Sollwert der Zwischen-Wellenform einliest. Die Höhen können für die entsprechenden zueinander korrespondierenden Leistungsstufen in der Start-Wel- lenform, der zumindest einen Zwischen-Wellenform und der End-Wellenform unverändert bleiben, da lediglich die Zeitdauer der entsprechenden Leistungsstufe durch Änderung der Taktrate des Leistungsregler angepasst wird. Die Regelgeschwindigkeit, also die Zeitdauer, die der Leistungsregler benötigt, um den entsprechenden Sollwert einzustellen, kann unverändert bleiben. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the signal generation unit is designed to change the clock rate at which the power controller reads the start setpoints, intermediate setpoints, and/or final setpoints. This allows a corresponding waveform to be longer or shorter, i.e., distorted. If the only difference between the start and final waveforms is that each power stage in the final waveform lasts twice as long as the corresponding power stage in the start waveform, then the clock rate at which the power controller reads the setpoints can be changed. If the power controller reads a start setpoint of the start waveform every 1 ms and an end setpoint of the final waveform every 3 ms, then the power controller can be set to read a corresponding intermediate setpoint of the intermediate waveform every 2 ms for at least one intermediate waveform. The heights can be adjusted for the The corresponding power levels in the start waveform, at least one intermediate waveform, and the final waveform remain unchanged, as only the duration of the respective power level is adjusted by changing the clock rate of the power controller. The control speed, i.e., the time the power controller needs to set the corresponding target value, can remain unchanged. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist ein Ringspeicher vorgesehen. Die Wellenformerzeugungseinrichtung ist dazu ausgebildet, für jede Impulsperiode der Start-Wel- lenform die Start-Wellenform in den Ringspeicher zu laden. Ergänzend oder alternativ ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, für jede Impulsperiode der End-Wellenform die End-Wellenform in den Ringspeicher zu laden. Ergänzend oder alternativ ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, für jede Impulsperiode die zu der Impulsperiode gehörende zumindest eine Zwischen-Wellenform in den Ringspeicher zu laden. Dadurch können auf besonders effiziente Art und Weise die benötigten Wellenformen schnell bereitgestellt werden. Die Zufuhr der aktuellen Wellenformen über externe Schnittstellen, wie beispielsweise SPS, wäre für den gewünschten Betrieb des HF-Generators zu langsam.One aspect of the design incorporates a ring buffer. The waveform generation unit is configured to load the start waveform into the ring buffer for each pulse period of the start waveform. Additionally or alternatively, the waveform generation unit is configured to load the end waveform into the ring buffer for each pulse period of the end waveform. Additionally or alternatively, the waveform generation unit is configured to load at least one intermediate waveform corresponding to each pulse period into the ring buffer. This allows the required waveforms to be provided quickly and efficiently. Supplying the current waveforms via external interfaces, such as a PLC, would be too slow for the desired operation of the RF generator.
Ergänzend oder alternativ ist die Signalgenerierungseinheit dazu ausgebildet, für jede Impulsperiode der Start- Wellenform die Start-Wellenform aus dem Ringspeicher zu laden. Ergänzend oder alternativ ist die Signalgenerierungseinheit dazu ausgebildet, für jede Impulsperiode der End-Wellenform die End-Wellenform aus dem Ringspeicher zu laden. Ergänzend oder alternativ ist die Signalgenerierungseinheit dazu ausgebildet, für jede Impulsperiode die zu der Impulsperiode gehörende zumindest eine Zwischen-Wellenform aus dem Ringspeicher zu laden. Durch Einsatz eines Ringspeichers kann die Wellenformerzeugungseinrichtung direkt einen Teil der neuen Wellenform in den Ringspeicher laden, wobei die Signalgenerierungseinheit gleichzeitig einen Teil der vorherigen Wellenform aus dem Ringspeicher lädt und aus diesem das entsprechende HF-Signal generiert. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Additionally or alternatively, the signal generation unit is configured to load the start waveform from the ring buffer for each pulse period of the start waveform. Additionally or alternatively, the signal generation unit is configured to load the end waveform from the ring buffer for each pulse period of the end waveform. Additionally or alternatively, the signal generation unit is configured to load at least one intermediate waveform belonging to each pulse period from the ring buffer. By using a ring buffer, the waveform generation device can directly load a portion of the new waveform into the ring buffer, while the signal generation unit simultaneously loads a portion of the previous waveform from the ring buffer. The ring buffer charges the plasma and generates the corresponding RF signal from it. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, eine zeitliche Abfolge der Start-Wellenform, der zumindest einen Zwischen-Wellenform und der End-Wellenform auf der Visualisierungseinrichtung für einen Benutzer darzustellen. Dadurch kann der Benutzer überprüfen, ob insbesondere die entsprechende zumindest eine Zwischen-Wellenform einen guten Übergang zwischen der Start-Wellenform und der End-Wellenform darstellt. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the waveform generation device is designed to display a temporal sequence of the start waveform, at least one intermediate waveform, and the final waveform on the visualization device for the user. This allows the user to verify, in particular, whether the corresponding intermediate waveform represents a smooth transition between the start and final waveforms. In this way, the plasma can be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist noch eine Eingabevorrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Eingabe von dem Benutzer entgegenzunehmen. Insbesondere ist die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, anhand der Eingabe insbesondere die Anzahl der Zwischen-Wellenformen festzulegen. Ergänzend oder alternativ können durch die Eingabe die Unterschiede bezüglich der Höhe der jeweiligen Leistungsstufe von einer Zwischen-Wellenform hin zur folgenden Zwischen-Wellenform vorgegeben werden. Ergänzend oder alternativ kann die Zeitdauer der jeweiligen Leistungsstufe jeder Zwischen-Wellenform vorgebbar sein. Ergänzend oder alternativ kann durch die Eingabe vorgebbar sein, mittels welcher Funktion die jeweilige Zwischen-Wellenform auf die folgende Zwischen-Wellenform überführt wird. So könnten beispielsweise lineare Funktion, exponentielle Funktionen und/oder quadratische Funktion auswählbar sein. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. One aspect of the development includes an input device designed to receive user input. Specifically, the waveform generation unit is configured to determine the number of intermediate waveforms based on this input. Additionally or alternatively, the input can specify the differences in power levels between each intermediate waveform and the next. Additionally or alternatively, the duration of each power level for each intermediate waveform can also be specified. Additionally or alternatively, the input can specify the function used to transition each intermediate waveform to the next. For example, linear, exponential, and/or quadratic functions could be selected. This allows for particularly stable plasma operation.
In einem Aspekt der Entwicklung sind die Wellenformerzeugungseinrichtung, die Signalgenerierungseinheit, der Leistungsregler und der Ringspeicher, z.B. in einem gemeinsamen Signalprozessor, insbesondere in einem gemeinsamen programmierbaren Logikbaustein (PLD), insbesondere einem sogenannten „field programmable gate array“ (FPGA), ausgebildet. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Der Speicher kann auch extern von Prozessor oder PLD angeordnet sein und mit diesem datentechnisch verbunden sein. In one aspect of the development, the waveform generation unit, the signal generation unit, the power controller, and the ring buffer are integrated, for example, into a common signal processor, specifically a common programmable logic device (PLD), particularly a so-called "field programmable gate array" (FPGA). In this way, the plasma It must be kept particularly stable. The memory can also be located externally from the processor or PLD and be connected to it via data transmission.
In einem Aspekt der Entwicklung weist die Signalgenerierungseinheit eine Verstärkereinheit auf. Mit einer Verstärkereinheit ist eine elektronische Verstärkereinheit gemeint. Diese ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Eingangssignal mit einer ersten Leistung zu einem elektrischen Ausgangssignal mit einer zweiten, höheren Leistung zu verstärken. Eine solche Verstärkereinheit kann einen oder mehrere Transistoren zur Verstärkung des Eingangssignals aufweisen. Sie kann weitere elektronische Bauteile, wie z.B. Kondensator, Widerstand, Induktivität, Diode, Übertrager, Filter, Resonanzelemente, aufweisen. Sie kann zumindest teilweise in einem integrierten Schaltkreis (IC) angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the signal generation unit includes an amplifier unit. An amplifier unit is an electronic amplifier unit designed to amplify an electrical input signal with a first power level to produce an electrical output signal with a second, higher power level. Such an amplifier unit can include one or more transistors to amplify the input signal. It can also include other electronic components, such as capacitors, resistors, inductors, diodes, transformers, filters, and resonant elements. It can be at least partially integrated into a circuit (IC). This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung ist die Signalgenerierungseinheit dazu ausgebildet, das HF-Signal, welches der HF-Generator ausgibt, dadurch zu erzeugen, dass einer Verstärkereinheit ein entsprechendes zu verstärkendes HF-Signal gemäß der entsprechenden Wellenform vorgegeben wird und/oder dass die Versorgungsspannung und/oder der Versorgungsstrom der Verstärkereinheit derart verändert wird, dass die Verstärkereinheit das gewünschte HF-Signal ausgibt. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. In one aspect of the development, the signal generation unit is designed to generate the RF signal output by the RF generator by providing an amplifier unit with a corresponding RF signal to be amplified, according to the appropriate waveform, and/or by varying the supply voltage and/or current of the amplifier unit so that the amplifier unit outputs the desired RF signal. This allows the plasma to be kept particularly stable.
In einem Aspekt der Entwicklung umfasst die Signalgenerierungseinheit einen Signalgenerator. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Mit Signalgenerator ist eine elektronische Einheit gemeint, die einen Ausgang aufweist, an dem im Betrieb ein elektrisches Signal ausgegeben werden kann. Dies kann ein Kleinsignal, also ein Signal mit einer Leistung kleiner 1 W und/oder einer Spannung kleiner 10 V sein. Das Signal kann dabei eine beliebige Wellenform aufweisen. Solch ein Signalgenerator kann z.B. einen Digital-Analog-Wandler (DAC) aufweisen. Dieser ist ausgestaltet, eine Folge von Digitalwerten in ein Analogsignal zu wandeln, das an den Ausgang angelegt wird. Solch ein Signalgenerator kann weitere elektronische Bauteile, wie z.B. Kondensator, Widerstand, Induktivität, Diode, Übertrager, Filter, Resonanzelemente, aufweisen. Er kann zumindest teilweise in einem integrierten Schaltkreis (IC) angeordnet sein. Er kann zusammen mit der Verstärkereinheit in einem integrierten Schaltkreis angeordnet sein. In one aspect of the development, the signal generation unit includes a signal generator. This allows the plasma to be kept particularly stable. A signal generator is an electronic unit with an output that can output an electrical signal during operation. This can be a small signal, meaning a signal with a power of less than 1 W and/or a voltage of less than 10 V. The signal can have any waveform. Such a signal generator can, for example, include a digital-to-analog converter (DAC). This is designed to convert a sequence of digital values into an analog signal. to convert the signal applied to the output. Such a signal generator can include other electronic components, such as capacitors, resistors, inductors, diodes, transformers, filters, and resonant elements. It can be at least partially integrated into a circuit (IC). It can be integrated together with the amplifier unit in a single circuit.
In einem Aspekt der Entwicklung umfasst die Signalgenerierungseinheit eine Versorgungseinheit. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Mit Versorgungseinheit ist eine elektronische Einheit gemeint, die einen Ausgang aufweist, an dem im Betrieb eine elektrische Leistung zur Versorgung von anderen Komponenten, wie z.B. der Verstärkereinheit oder dem Signalgenerator, ausgegeben wird. In one aspect of the development, the signal generation unit includes a power supply unit. This allows the plasma to be kept particularly stable. The power supply unit is an electronic unit with an output that, during operation, provides electrical power to supply other components, such as the amplifier unit or the signal generator.
Die Versorgungseinheit kann z.B. eine Spannungsquelle aufweisen. The power supply unit can, for example, include a voltage source.
Die Versorgungseinheit kann z.B. eine Stromquelle aufweisen. The supply unit can, for example, include a power source.
Solch eine Versorgungseinheit kann weitere elektronische Bauteile, wie z.B. Kondensator, Widerstand, Induktivität, Diode, Übertrager, Filter, Resonanzelemente, aufweisen. Sie kann zumindest teilweise in einem integrierten Schaltkreis (IC) angeordnet sein. Such a power supply unit may contain other electronic components, such as capacitors, resistors, inductors, diodes, transformers, filters, and resonant elements. It may be at least partially integrated into a circuit (IC).
In einem Aspekt der Entwicklung umfasst die Signalgenerierungseinheit einen Leistungsregler. Auf diese Weise kann das Plasma besonders stabil gehalten werden. Mit Leistungsregler ist eine elektronische Einheit gemeint, die einen Ausgang aufweist, an dem im Betrieb ein Signal zur Steuerung anderer Komponenten anliegt. Ein Leistungsregler kann auch einen elektrischen Eingang aufweisen zur Entgegennahme von einem elektrischen Messsignal. Der Leistungsregler ist dazu ausgebildet, den Signalgenerator, die Verstärkereinheit und/oder die Versorgungseinheit derart anzusteuern, dass am Ende der Verstärkereinheit das gewünschte HF-Signal ausgegeben wird. Das hier beschriebene Plasmaerzeugungssystem kann z.B. wie folgt aufgebaut sein: Es umfasst einen eingangs beschriebenen HF-Generator. Weiterhin kann eine Impedanzanpassungseinrichtung mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss vorgesehen sein. Der Eingangsanschluss der Impedanzanpassungseinrichtung ist mit dem Ausgangsanschluss des HF-Generators, bevorzugt über eine erste Kabelverbindung, verbindbar. Der Ausgangsanschluss der Impedanzanpassungseinrichtung ist mit einer Last, insbesondere einer Elektrode in einer Plasmakammer, bevorzugt über eine zweite Kabelverbindung, verbindbar. Weiterhin ist eine Steuervorrichtung vorgesehen. Außerdem ist eine erste Messeinheit und/oder eine zweite Messeinheit vorgesehen, wobei die erste Messeinheit zwischen HF-Generator und Impedanzanpassungseinrichtung angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine Leistung und/oder komplexe Werte für einen Strom und eine Spannung des erzeugten HF-Signals, bevorzugt auf der ersten Kabelverbindung, zu ermitteln. Ergänzend oder alternativ ist die zweite Messeinheit zwischen der Impedanzanpassungseinrichtung und der Last angeordnet und dazu ausgebildet, eine Leistung und/oder komplexe Werte für einen Strom und eine Spannung des HF- Signals, bevorzugt auf der zweiten Kabelverbindung, zu ermitteln. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, anhand von Messergebnissen der ersten Messeinheit und/oder zweiten Messeinheit und/oder anhand des generierten HF-Signals die Impedanzanpassungseinrichtung derart anzusteuern, dass diese die Impedanz am Ausgangsanschluss auf einen vorbestimmten Wert einstellt. In one aspect of the development, the signal generation unit includes a power regulator. This allows for particularly stable plasma operation. A power regulator is an electronic unit with an output that carries a signal during operation to control other components. A power regulator may also have an electrical input for receiving an electrical measurement signal. The power regulator is designed to drive the signal generator, the amplifier unit, and/or the power supply unit in such a way that the desired RF signal is output at the amplifier unit. The plasma generation system described here can be configured as follows, for example: It comprises an RF generator as described above. Furthermore, an impedance matching device with an input and an output connection can be provided. The input connection of the impedance matching device is connectable to the output connection of the RF generator, preferably via a first cable connection. The output connection of the impedance matching device is connectable to a load, in particular an electrode in a plasma chamber, preferably via a second cable connection. A control device is also provided. In addition, a first measuring unit and/or a second measuring unit is provided, wherein the first measuring unit is arranged between the RF generator and the impedance matching device and is configured to determine the power and/or complex values for the current and voltage of the generated RF signal, preferably on the first cable connection. Additionally or alternatively, the second measuring unit is arranged between the impedance matching device and the load and is configured to determine power and/or complex values for a current and voltage of the RF signal, preferably on the second cable connection. The control device is configured to use measurement results from the first measuring unit and/or the second measuring unit and/or the generated RF signal to control the impedance matching device such that it adjusts the impedance at the output terminal to a predetermined value.
Das hier beschriebene Plasmaerzeugungssystem kann z.B. auch wie folgt aufgebaut sein: Es umfasst einen eingangs beschriebenen HF-Generator aber keine zusätzliche Impedanzanpassungseinrichtung. Die Impedanzanpassung kann dann im HF-Generator integriert sein. Damit lässt sich der HF-Generator direkt mit einer Last, insbesondere einer Elektrode in einer Plasmakammer, bevorzugt über eine zweite Kabelverbindung, verbinden. Auch hier kann eine Messeinheit vorgesehen sein, wobei die Messeinheit am Ausgang des HF-Generators angeordnet sein kann und dazu ausgebildet ist, eine Leistung und/oder komplexe Werte für einen Strom und eine Spannung des erzeugten HF-Signals zu ermitteln. Auch hier kann eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, anhand von Messergebnissen der Messeinheit und/oder anhand des generierten HF-Signals die Impe- danzanpassungs im HF-Generator derart anzusteuern, dass diese die Impedanz am Ausgangsanschluss auf einen vorbestimmten Wert einstellt. The plasma generation system described here can also be configured as follows, for example: It includes an RF generator as described above, but no additional impedance matching device. The impedance matching can then be integrated into the RF generator. This allows the RF generator to be connected directly to a load, in particular an electrode in a plasma chamber, preferably via a second cable connection. A measuring unit can also be provided here, whereby the measuring unit can be arranged at the output of the RF generator and is configured to measure power and/or complex values for current. and to determine the voltage of the generated RF signal. Here, too, a control device can be provided which is designed to control the impedance matching in the RF generator based on measurement results from the measuring unit and/or on the generated RF signal, such that it sets the impedance at the output terminal to a predetermined value.
Das hier beschriebene Verfahren kann zur Erzeugung eines HF-Signals dienen, insbesondere mit einem HF-Generator. In einem ersten Verfahrensschritt findet eine Generierung des HF-Signals aus einer Start-Wellenform in einem Start-Zeit- raum statt, wobei der Start-Zeitraum mehrere Impulsperioden umfasst und wobei die Start-Wellenform Start-Sollwerte für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen umfasst. In einem zweiten Verfahrensschritt findet eine Generierung des HF-Signals aus einer End-Wellenform in einem End-Zeitraum statt, wobei der End-Zeit- raum mehrere Impulsperioden umfasst und wobei die End-Wellenform End-Soll- werte für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen umfasst. In einem Zwischen- Verfahrensschritt findet ein Erzeugen zumindest einer Zwischen-Wellenform anhand der Start-Sollwerte der Start-Wellenform und der End-Sollwerte der End-Wel- lenform statt, wobei insbesondere die Wellenformerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest eine Zwischen-Wellenform anhand den Start-Sollwerten der Start-Wellenform und den End-Sollwerten der End-Wellenform zu generieren. Dabei umfasst die zumindest eine Zwischen-Wellenform Zwischen-Sollwerte für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen. In einem weiteren Zwischen-Verfahrensschritt findet eine Generierung des HF-Signals aus der zumindest einen Zwischen- Wellenform in einem Zwischen-Zeitraum statt, wobei der Zwischen-Zeitraum eine oder mehrere Impulsperioden umfasst und wobei der Zwischen-Zeitraum zwischen dem Start-Zeitraum und dem End-Zeitraum angeordnet ist. The method described here can be used to generate an RF signal, particularly with an RF generator. In a first step, the RF signal is generated from a start waveform within a start time period, which comprises several pulse periods and includes start setpoints for several different power levels. In a second step, the RF signal is generated from an end waveform within a final time period, which also comprises several pulse periods and includes final setpoints for several different power levels. In an intermediate process step, at least one intermediate waveform is generated based on the start setpoints of the start waveform and the end setpoints of the end waveform. The waveform generation device is specifically configured to generate at least one intermediate waveform based on these setpoints. This intermediate waveform includes intermediate setpoints for several different power levels. In a further intermediate process step, the RF signal is generated from the intermediate waveform within an intermediate time period. This intermediate time period comprises one or more pulse periods and is positioned between the start period and the end period.
Nachfolgend wird die Entwicklung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Figur 1 : ein Ausführungsbeispiel des Plasmaerzeugungssystems mit einemThe following description of the development is purely exemplary and refers to the drawings. They show: Figure 1: an embodiment of the plasma generation system with a
HF-Generator; RF generator;
Figur 2: ein weiteres Ausführungsbeispiel des Plasmaerzeugungssystems mit dem HF-Generator; Figure 2: another embodiment of the plasma generation system with the RF generator;
Figur 3: ein Ausführungsbeispiel wie die Wellenformen erzeugt werden, aus denen der HF-Generator das gewünschte HF-Signal erzeugt; Figure 3: an embodiment of how the waveforms are generated from which the RF generator produces the desired RF signal;
Figur 4A: einen Übergang von einer Start-Wellenform über mehrere Zwischen- Wellenformen hin zu einer End-Wellenform; Figure 4A: a transition from a starting waveform through several intermediate waveforms to a final waveform;
Figur 4B: eine zeitliche Abfolge von mehreren Start-Wellenformen über mehrere Zwischen-Wellenformen hin zu mehreren End-Wellenformen; Figure 4B: a temporal sequence of several start waveforms through several intermediate waveforms to several final waveforms;
Figuren 5A, 5B, 5C: eine erste, zweite und dritte Zwischen-Wellenform, wobei die Zeitdauer der Zwischen-Wellenformen zunimmt; Figures 5A, 5B, 5C: a first, second and third intermediate waveform, with the duration of the intermediate waveforms increasing;
Figuren 6A, 6B, 6C: eine erste, zweite und dritte Zwischen-Wellenform, wobei eine zusätzliche Leistungsstufe eingefügt wird; und Figures 6A, 6B, 6C: a first, second and third intermediate waveform, with an additional power stage inserted; and
Figur 7: ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Erzeugung eines HF-Figure 7: an embodiment of the method for generating an RF-
Signals mit dem HF-Generator; Signals with the RF generator;
Figuren 8A, 8B, 8C: eine erste, zweite und dritte Zwischen-Wellenform, mit sich kontinuierlich ändernden Leistungsstufen. Figur 1 zeigt ein Plasmaerzeugungssystem 100, welches einen HF-Generator 1 , eine zentrale Steuerungsvorrichtung 50, eine Impedanzanpassungsschaltung 60 und einen Verbraucher, der auch als Last 70 bezeichnet werden kann, insbesondere in Form einer Plasmakammer, umfasst. Der HF-Generator 1 ist dazu ausgebildet, ein HF-Signal, insbesondere in Form eines gepulsten Hochfrequenzsignals, mit einer Nennleistung PNenn und einer Frequenz fo bereitzustellen und an einem Ausgangsanschluss 2 auszugeben. Die Impedanzanpassungsschaltung 60 umfasst einen Eingangsanschluss 60a, wobei der HF-Generator 1 mit seinem Ausgangsanschluss 2 mit dem Eingangsanschluss 60a über eine erste Kabelverbindung 61 verbunden ist. Die Impedanzanpassungsschaltung 60 umfasst weiterhin einen Ausgangsanschluss 60b. Der Ausgangsanschluss 60b ist mit dem zumindest einen Verbraucher 70 über eine zweite Kabelverbindung 62 verbunden. Die erste und/oder zweite Kabelverbindung 61 , 62 kann ein oder mehrere, beispielsweise seriell und/oder parallel geschaltete Kabel umfassen. Vorzugsweise werden Koaxialkabel verwendet. Figures 8A, 8B, 8C: a first, second and third intermediate waveform, with continuously changing power levels. Figure 1 shows a plasma generation system 100 comprising an RF generator 1, a central control device 50, an impedance matching circuit 60, and a load, which can also be referred to as a load 70, in particular in the form of a plasma chamber. The RF generator 1 is configured to provide an RF signal, in particular in the form of a pulsed high-frequency signal, with a nominal power PN<sub>ent</sub> and a frequency fo, and to output it at an output terminal 2. The impedance matching circuit 60 comprises an input terminal 60a, wherein the RF generator 1 is connected to the input terminal 60a via a first cable connection 61 at its output terminal 2. The impedance matching circuit 60 further comprises an output terminal 60b. The output terminal 60b is connected to the at least one load 70 via a second cable connection 62. The first and/or second cable connection 61, 62 can comprise one or more cables, for example, connected in series and/or in parallel. Coaxial cables are preferably used.
Der Verbraucher 70, also die Plasmakammer, umfasst zumindest eine Elektrode 71 zur Erzeugung eines Plasmas 72. Die Elektrode 71 ist mit dem Ausgangsanschluss 60b der Impedanzanpassungsschaltung 60 verbunden. In der Plasmakammer ist in diesem Ausführungsbeispiel noch ein Kamerasystem 73 angeordnet, welches dazu ausgebildet ist, das Plasma 72 zu beobachten. The consumer 70, i.e., the plasma chamber, comprises at least one electrode 71 for generating a plasma 72. The electrode 71 is connected to the output terminal 60b of the impedance matching circuit 60. In this embodiment, a camera system 73 is also arranged in the plasma chamber, which is configured to observe the plasma 72.
Bei der zentralen Steuerungsvorrichtung 50 handelt es sich vorzugsweise um einen Prozessor und/oder FPGA und/oder Mikrocontroller und/oder ASIC der entsprechend der Eignung oder Ausgestaltung programmiert ist. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 kann unter anderem dafür auch eine Speichervorrichtung umfassen. The central control device 50 is preferably a processor and/or FPGA and/or microcontroller and/or ASIC programmed according to its suitability or configuration. The central control device 50 may also include a storage device, among other things.
Die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 ist dazu ausgebildet, den HF-Generator 1 anzusteuern, insbesondere diesen zu aktivieren oder zu deaktivieren. Ergänzend oder alternativ ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 auch dazu ausgebildet, die Leistung und/oder Frequenz des HF-Signals durch entsprechende Ansteuerung des HF-Generators 1 zu verändern. Ergänzend oder alternativ ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 dazu ausgebildet, die Wellenform des Hochfrequenzsignals durch entsprechende Ansteuerung des HF-Generators 1 zu verändern. Das kann z.B. betreffen: Art des Hochfrequenzsignals, Modulation des HF-Signals, Pulsdauern, Pulswiederholrate. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 ist auch dazu ausgebildet, dem HF-Generator 1 eine Arbitrary-Waveform vorzugeben, die dieser erzeugt und an seinem Ausgangsanschluss 2 ausgibt. The central control device 50 is designed to control the RF generator 1, in particular to activate or deactivate it. Additionally Alternatively, the central control device 50 is also configured to change the power and/or frequency of the RF signal by appropriately controlling the RF generator 1. Additionally or alternatively, the central control device 50 is configured to change the waveform of the high-frequency signal by appropriately controlling the RF generator 1. This can include, for example: the type of high-frequency signal, the modulation of the RF signal, pulse durations, and pulse repetition rate. The central control device 50 is also configured to provide the RF generator 1 with an arbitrary waveform, which it generates and outputs at its output terminal 2.
Die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 ist bevorzugt ebenfalls dazu ausgebildet, die Impedanzanpassungsschaltung 60 anzusteuern. Insbesondere ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 dazu ausgebildet, das Transformationsverhältnis innerhalb der Impedanzanpassungsschaltung 60 zu verändern und/oder eine Impedanz am Ausgangsanschluss 60b vorzugeben. Ergänzend oder alternativ ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 dazu ausgebildet, die Impedanz am Eingangsanschluss 60a, die auf den HF-Generator 1 wirkt, vorzugeben. The central control device 50 is preferably also configured to control the impedance matching circuit 60. In particular, the central control device 50 is configured to change the transformation ratio within the impedance matching circuit 60 and/or to specify an impedance at the output terminal 60b. Additionally or alternatively, the central control device 50 is configured to specify the impedance at the input terminal 60a, which acts on the RF generator 1.
Das Plasmaerzeugungssystem 100 umfasst außerdem eine erste Messeinheit 80. Die erste Messeinheit 80 ist vorzugsweise zwischen dem HF-Generator 1 und der Impedanzanpassungsschaltung 60 angeordnet. Die erste Messeinheit 80 ist dazu ausgebildet, beispielsweise eine Leistung zu messen, die vom HF-Generator 1 in Richtung der Impedanzanpassungsschaltung 60 übertragen wird, und eine Leistung zu messen, die zurück in Richtung des HF-Generators 1 reflektiert wird. Grundsätzlich kann die erste Messeinheit 80 auch dazu ausgebildet sein, einen Wert für die Impedanz am Eingangsanschluss 60a der Impedanzanpassungsschaltung 60 zu messen. The plasma generation system 100 also includes a first measuring unit 80. The first measuring unit 80 is preferably arranged between the RF generator 1 and the impedance matching circuit 60. The first measuring unit 80 is configured, for example, to measure power transmitted from the RF generator 1 towards the impedance matching circuit 60 and power reflected back towards the RF generator 1. Alternatively, the first measuring unit 80 can also be configured to measure the impedance at the input terminal 60a of the impedance matching circuit 60.
Hierzu umfasst die erste Messeinheit 80 beispielsweise eine Richtkopplereinheit.For this purpose, the first measuring unit 80 includes, for example, a directional coupler unit.
Über die Richtkopplereinheit kann die erste Messeinheit 80 eine Leistung eines hin- und rücklaufenden Hochfrequenzsignals auf der ersten Kabelverbindung 61 messen, um hieraus die jeweilige Leistung bzw. die Impedanz am Eingangsanschluss 60a zu berechnen. Die erste Messeinheit 80 kann alternativ auch einen Stromsensor und einen Spannungssensor umfassen. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 ist dazu ausgebildet, anhand des Messergebnisses der Richtkopplereinheit oder des Stromsensors und des Spannungssensors die jeweilige Leistung bzw. die Impedanz am Eingangsanschluss 60a zu berechnen, an die der HF- Generator 1 mit seinem Ausgang angeschlossen ist. The first measuring unit 80 can measure the power of a device via the directional coupler unit. The first measuring unit 80 measures the forward and reverse high-frequency signal on the first cable connection 61 in order to calculate the respective power or impedance at the input terminal 60a. The first measuring unit 80 can alternatively also include a current sensor and a voltage sensor. The central control device 50 is configured to calculate the respective power or impedance at the input terminal 60a, to which the RF generator 1 is connected with its output, based on the measurement result of the directional coupler unit or the current and voltage sensors.
Das Plasmaerzeugungssystem 100 umfasst außerdem bevorzugt noch eine zweite Messeinheit 81 . Die zweite Messeinheit 81 ist vorzugsweise zwischen der Impedanzanpassungsschaltung 60 und dem Verbraucher 70 angeordnet. Die zweite Messeinheit 81 ist dazu ausgebildet, beispielsweise eine Leistung zu messen, die von der Impedanzanpassungsschaltung 60 an den Verbraucher 70 übertragen wird, und eine Leistung zu messen, die zurück in Richtung der Impedanzanpassungsschaltung 60 reflektiert wird. Grundsätzlich kann die zweite Messeinheit 81 auch dazu ausgebildet sein, einen Wert für die Impedanz am Ausgangsanschluss 60b der Impedanzanpassungsschaltung 60 zu messen. The plasma generation system 100 preferably also includes a second measuring unit 81. The second measuring unit 81 is preferably arranged between the impedance matching circuit 60 and the load 70. The second measuring unit 81 is configured, for example, to measure the power transmitted from the impedance matching circuit 60 to the load 70 and to measure the power reflected back towards the impedance matching circuit 60. Alternatively, the second measuring unit 81 can also be configured to measure the impedance at the output terminal 60b of the impedance matching circuit 60.
Hierzu umfasst die zweite Messeinheit 81 beispielsweise eine Richtkopplereinheit. Über die Richtkopplereinheit kann die zweite Messeinheit 81 eine Leistung eines hin- und rücklaufenden Hochfrequenzsignals auf der zweiten Kabelverbindung 62 messen, um hieraus die jeweilige Leistung bzw. die Impedanz am Ausgangsanschluss 60b zu berechnen. Die zweite Messeinheit 81 kann alternativ auch einen Stromsensor und einen Spannungssensor umfassen. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 ist dazu ausgebildet, anhand des Messergebnisses der Richtkopplereinheit oder des Stromsensors und des Spannungssensors die jeweilige Leistung bzw. die Impedanz am Ausgangsanschluss 60b zu berechnen, an die der Verbraucher 70 mit seinem Eingang angeschlossen ist. Selbstverständlich können die erste Messeinheit 80 und/oder zweite Messeinheit 81 auch innerhalb der Impedanzanpassungsschaltung 60 angeordnet sein. Die erste Messeinheit 80 ist am Eingangsanschluss 60a und die zweite Messeinheit 81 am Ausgangsanschluss 60b angeordnet. For this purpose, the second measuring unit 81 includes, for example, a directional coupler unit. Using the directional coupler unit, the second measuring unit 81 can measure the power of a forward and reverse high-frequency signal on the second cable connection 62 in order to calculate the respective power or impedance at the output terminal 60b. Alternatively, the second measuring unit 81 can also include a current sensor and a voltage sensor. The central control device 50 is configured to calculate the respective power or impedance at the output terminal 60b, to which the load 70 is connected with its input, based on the measurement result of the directional coupler unit or the current and voltage sensors. Naturally, the first measuring unit 80 and/or the second measuring unit 81 can also be arranged within the impedance matching circuit 60. The first measuring unit 80 is located at the input terminal 60a and the second measuring unit 81 at the output terminal 60b.
Das Plasmaerzeugungssystem 100 umfasst vorzugsweise noch eine Bedieneinheit 90. Die Bedieneinheit 90 kann eine Visualisierungseinrichtung 20 aufweisen. Bei der Visualisierungseinrichtung 20 handelt es sich vorzugsweise um einen Bildschirm, insbesondere um einen berührungsempfindlichen Bildschirm. Die Bedieneinheit 90 kann neben einem Bildschirm auch Eingabemittel wie Tastatur und/oder Maus umfassen. Die Bedieneinheit 90 kann auch ein Webserver sein, der Daten bereitstellt und Benutzereingaben entgegennimmt. Die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 ist dazu ausgebildet, von der Bedieneinheit 90 Eingaben entgegenzunehmen. The plasma generation system 100 preferably includes an operating unit 90. The operating unit 90 may have a visualization device 20. The visualization device 20 is preferably a screen, in particular a touchscreen. In addition to a screen, the operating unit 90 may also include input devices such as a keyboard and/or mouse. The operating unit 90 may also be a web server that provides data and receives user input. The central control device 50 is configured to receive input from the operating unit 90.
So ist die zentrale Steuerungsvorrichtung 50 vorzugsweise dazu ausgebildet, Sollwertvorgaben, zum Beispiel für die Leistung des Hochfrequenzsignals, von der Bedieneinheit 90 zu empfangen. Ergänzend oder alternativ können die Frequenz des Hochfrequenzsignals und/oder die Wellenform des Hochfrequenzsignals und/oder die Pulsrate und/oder die Pulsdauer für das Hochfrequenzsignal von der Bedieneinheit 90 empfangen werden. Auch eine gewünschte Impedanz am Ausgangsanschluss 60b der Impedanzanpassungsschaltung 60 kann über die Bedieneinheit 90 empfangen werden. Hieraus können entsprechende Stellgrößen für den HF-Generator 1 und Steuerdaten für die Impedanzanpassungsschaltung 60 generiert und an diese übertragen werden. The central control device 50 is preferably configured to receive setpoint specifications, for example for the power of the high-frequency signal, from the operating unit 90. Additionally or alternatively, the frequency and/or waveform of the high-frequency signal and/or the pulse rate and/or the pulse duration of the high-frequency signal can be received from the operating unit 90. A desired impedance at the output terminal 60b of the impedance matching circuit 60 can also be received via the operating unit 90. From this, corresponding control variables for the RF generator 1 and control data for the impedance matching circuit 60 can be generated and transmitted to it.
Ganz bevorzugt ist die Bedieneinheit 90 allerdings direkt mit dem HF-Generator 1 verbunden. Der HF-Generator 1 umfasst eine Wellenformerzeugungseinrichtung 3 und eine Signalgenerierungseinheit 4, die in Figur 1 gepunktet dargestellt ist. Die Signalgenerierungseinheit 4 umfasst eine Verstärkereinheit 5, einen Leistungsregler 27, einen Signalgenerator 6 und eine Versorgungseinheit 7. Die Verstärkereinheit 5 kann einen oder mehrere Leistungsverstärker aufweisen. Der Leistungsregler 27 ist dazu ausgebildet, den Signalgenerator 6, die Verstärkereinheit 5 und/oder die Versorgungseinheit 7 derart anzusteuern, dass am Ende der Verstärkereinheit 5 das gewünschte HF-Signal ausgegeben wird. Preferably, however, the control unit 90 is directly connected to the RF generator 1. The RF generator 1 comprises a waveform generation unit 3 and a signal generation unit 4, which is shown as a dotted line in Figure 1. Signal generation unit 4 comprises an amplifier unit 5, a power controller 27, a signal generator 6, and a power supply unit 7. The amplifier unit 5 can have one or more power amplifiers. The power controller 27 is configured to control the signal generator 6, the amplifier unit 5, and/or the power supply unit 7 such that the desired RF signal is output at the end of the amplifier unit 5.
Der Signalgenerator 6 ist dazu ausgebildet, ein zu verstärkendes HF-Signal zu erzeugen und der Verstärkereinheit 5 zuzuführen. Die Verstärkereinheit 5 ist dazu ausgebildet, das zu verstärkende HF-Signal zu verstärken und an dem Ausgangsanschluss 2 des HF-Generators 1 auszugeben. Die Versorgungseinheit 7 ist dazu ausgebildet, die Verstärkereinheit 5 mit elektrischer Energie zu versorgen. Wie dargelegt ist der HF-Generator 1 dazu ausgebildet, ein gepulstes HF-Signal oder ein HF-Signal mit einer Arbitrary-Waveform zu erzeugen. Damit das HF-Signal den entsprechenden Vorgaben folgt, ist es möglich, dass die Versorgungseinheit 7 den Versorgungsstrom und/oder die Versorgungsspannung der Verstärkereinheit 5 entsprechend moduliert, beispielsweise mit Pulsmustern beaufschlagt. The signal generator 6 is configured to generate an RF signal to be amplified and to feed it to the amplifier unit 5. The amplifier unit 5 is configured to amplify the RF signal to be amplified and to output it at the output terminal 2 of the RF generator 1. The power supply unit 7 is configured to supply the amplifier unit 5 with electrical energy. As described, the RF generator 1 is configured to generate a pulsed RF signal or an RF signal with an arbitrary waveform. To ensure that the RF signal follows the specified parameters, the power supply unit 7 can modulate the supply current and/or the supply voltage of the amplifier unit 5 accordingly, for example, by applying pulse patterns.
Der Signalgenerierungseinheit 4 werden eine Vielzahl von Wellenformen zugeführt. Bei diesen Wellenformen handelt es sich um eine Start- Wellenform 8, zumindest eine Zwischen-Wellenform 9 und zumindest eine End-Wellenform 10. In diesem Fall gibt es eine erste Zwischen-Wellenform 9a, eine zweite Zwischen- Wellenform 9b und eine dritte und damit letzte Zwischen-Wellenform 9c. Die Signalgenerierungseinheit 4 ist dazu ausgebildet, das HF-Signal in Abhängigkeit der verwendeten Wellenform 8, 9, 10, die Sollwertdaten für unterschiedliche Leistungsstufen beinhaltet, zu erzeugen und an dem Ausgangsanschluss 2 auszugeben. Die erste Zwischen-Wellenform 9a ist ähnlicher zu der Start-Wellenform 8 als zu der End-Wellenform 10 und die dritte, in diesem Fall letzte, Zwischen-Wellenform 9c ist ähnlicher zu der End-Wellenform 10 als zu der Start-Wellenform 8. Die erste Zwischen-Wellenform 9a unterscheidet sich allerdings von der Start- Wellenform 8 und die dritte, in diesem Fall letzte, Zwischen-Wellenform 9c unterscheidet sich von der End-Wellenform 10. A multitude of waveforms are fed to the signal generation unit 4. These waveforms consist of a start waveform 8, at least one intermediate waveform 9, and at least one final waveform 10. In this case, there is a first intermediate waveform 9a, a second intermediate waveform 9b, and a third and thus final intermediate waveform 9c. The signal generation unit 4 is designed to generate the RF signal, depending on the waveform 8, 9, or 10 used, which contains setpoint data for different power levels, and to output it at the output terminal 2. The first intermediate waveform 9a is more similar to the start waveform 8 than to the final waveform 10, and the third, in this case final, intermediate waveform 9c is more similar to the final waveform 10 than to the start waveform 8. However, the first intermediate waveform 9a differs from the start waveform 8. Waveform 8 and the third, in this case last, intermediate waveform 9c differ from the final waveform 10.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Plasmaerzeugungssystems 100 mit dem HF-Generator 1. Im Unterschied zu Figur 1 ist die zentrale Steue- rungsvorrichtung 50 in dem HF-Generator 1 und insbesondere in der Wellenformerzeugungseinrichtung 3 angeordnet. Entsprechend sind die erste und die zweite Messeinheit 80, 81 mit dem HF-Generator 1 verbunden. Figure 2 shows another embodiment of the plasma generation system 100 with the RF generator 1. In contrast to Figure 1, the central control device 50 is arranged in the RF generator 1 and, in particular, in the waveform generation unit 3. Accordingly, the first and second measuring units 80, 81 are connected to the RF generator 1.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie der HF-Generator 1 über die Bedieneinheit 90 angesteuert werden kann, damit dieser ein HF-Signal gemäß den entsprechenden Wellenformen ausgibt. Der Wellenformerzeugungseinrichtung 3 werden die Start-Wellenform 8 und die End-Wellenform 10 zugeführt bzw. die Start-Wel- lenform 8 und die End-Wellenform 10 sind in einem Speicher abgelegt, auf den die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 zugreift. Figure 3 shows an embodiment of how the RF generator 1 can be controlled via the control unit 90 so that it outputs an RF signal according to the corresponding waveforms. The start waveform 8 and the end waveform 10 are supplied to the waveform generation unit 3, or the start waveform 8 and the end waveform 10 are stored in a memory which the waveform generation unit 3 accesses.
Die Start-Wellenform 8 umfasst Start-Sollwerte 11 , durch die unterschiedliche Leistungsstufen 12 definiert werden. Die Start-Sollwerte 11 definieren eine Leistung Pi und sind auf einer Zeitachse t voneinander beabstandet angeordnet. Die Leistung der Start-Sollwerte 11 korrespondiert zur Ausgangsleistung des HF-Sig- nals. Der erste Start-Sollwert 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel höher als der zweite Start-Sollwert 11. Die jeweiligen Leistungsstufen 12 haben eine über die Zeit konstante Leistung. The start waveform 8 comprises start setpoints 11, which define different power levels 12. The start setpoints 11 define a power Pi and are spaced apart from each other on a time axis t. The power of the start setpoints 11 corresponds to the output power of the RF signal. In this embodiment, the first start setpoint 11 is higher than the second start setpoint 11. The respective power levels 12 have a constant power over time.
Die End-Wellenform 10 umfasst End-Sollwerte 15, durch die unterschiedliche Leistungsstufen 16 definiert werden. Die End-Sollwerte 15 definieren eine Leistung Pi und sind auf einer Zeitachse t voneinander beabstandet angeordnet. Die Leistung der End-Sollwerte 15 korrespondiert zur Ausgangsleistung des HF-Sig- nals. Der erste End-Sollwert 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel niedriger als der zweite End-Sollwert 15. Die jeweiligen Leistungsstufen 16 haben eine über die Zeit konstante Leistung. The final waveform 10 comprises final setpoints 15, which define different power levels 16. The final setpoints 15 define a power Pi and are spaced apart from each other on a time axis t. The power of the final setpoints 15 corresponds to the output power of the RF signal. In this embodiment, the first final setpoint 15 is lower than the second final setpoint 15. The respective power levels 16 have a constant power output over time.
Die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Speicher, insbesondere einen Ringspeicher 17, und eine Verarbeitungseinheit 18. Die Verarbeitungseinheit 18 ist vorzugsweise zur Signalverarbeitung ausgebildet, insbesondere eine Prozessoreinheit, Mikroprozessoreinheit und/oder digitale Signalverarbeitungseinheit, und kann optional ein Kl-Modul 19 umfassen. Der Speicher, insbesondere Ringspeicher 17, kann auch in der Signalgenerierungseinheit 4 angeordnet sein oder als separates Element innerhalb des HF-Ge- nerators 1 zwischen der Wellenformerzeugungseinrichtung 3 und der Signalgenerierungseinheit 4. In this embodiment, the waveform generation device 3 comprises a memory, in particular a ring buffer 17, and a processing unit 18. The processing unit 18 is preferably configured for signal processing, in particular a processor unit, microprocessor unit and/or digital signal processing unit, and may optionally include a K-module 19. The memory, in particular the ring buffer 17, may also be arranged in the signal generation unit 4 or as a separate element within the RF generator 1 between the waveform generation device 3 and the signal generation unit 4.
Die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 ist dazu ausgebildet, zumindest eine Zwischen-Wellenform 9 anhand den Start-Sollwerten 11 der Start-Wellenform 8 und den End-Sollwerten 15 der End-Wellenform 10 zu generieren, wobei die zumindest eine Zwischen-Wellenform 9 Zwischen-Sollwerte 13 für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen 14 umfasst. Die Zwischen-Wellenform 9 wird insbesondere anhand von Unterschieden zwischen der Start-Wellenform 8 und der End-Wellenform 10 erzeugt. Diese Unterschiede können durch die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 ermittelt werden. The waveform generation device 3 is configured to generate at least one intermediate waveform 9 based on the start setpoints 11 of the start waveform 8 and the end setpoints 15 of the end waveform 10, wherein the at least one intermediate waveform 9 comprises intermediate setpoints 13 for several different power levels 14. The intermediate waveform 9 is generated, in particular, based on differences between the start waveform 8 and the end waveform 10. These differences can be determined by the waveform generation device 3.
Dargestellt ist, dass der erste Zwischen-Sollwert 13 niedriger ist als der erste Start- Sollwert 11 und dass der zweite Zwischen-Sollwert 13 höher ist als der zweite Start- Sollwert 11. Die erste Leistungsstufe 14 der Zwischen-Wellenform 9 senkt sich ab und die zweite Leistungsstufe 14 der Zwischen-Wellenform 9 erhöht sich. Dadurch stellt die Zwischen-Wellenform 9 ein Mittel aus Start-Wellenform 8 und End-Wellen- form 10 dar. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es aus Übersichtsgründen lediglich eine Zwischen-Wellenform 9. Wie eingangs erwähnt, kann es allerdings beliebig viele Zwischen-Wellenformen 9 geben. Die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, eine zeitliche Abfolge der Start-Wellenform 8, der zumindest einen Zwischen-Wellenform 9 und der End-Wellenform 10 auf einer Visualisierungseinrichtung für einen Benutzer darzustellen. Der Benutzer sieht den gesamten Übergang von Start-Wellenform 8 hin zur End-Wellenform 10. Dabei kann der Benutzer vorzugsweise auch einstellen bzw. auswählen, wie die jeweiligen Sollwerte 11 , 13, 15 von der Start-Wellen- form 8 über die zumindest eine Zwischen-Wellenform 9 hin zur End-Wellenform 10 übergehen. So kann der Übergang gemäß einer linearen, exponentiellen oder quadratischen Funktion beschrieben werden. Der Benutzer kann vorzugsweise auch die Höhe der einzelnen Sollwerte 11 , 13, 15 in der jeweiligen Wellenform 8, 9, 10 manuell einstellen. The diagram shows that the first intermediate setpoint 13 is lower than the first initial setpoint 11, and that the second intermediate setpoint 13 is higher than the second initial setpoint 11. The first power level 14 of the intermediate waveform 9 decreases, and the second power level 14 of the intermediate waveform 9 increases. Therefore, the intermediate waveform 9 represents an average of the initial waveform 8 and the final waveform 10. For clarity, this embodiment shows only one intermediate waveform 9. However, as mentioned earlier, there can be any number of intermediate waveforms 9. The waveform generation device 3 is preferably configured to display a temporal sequence of the start waveform 8, the at least one intermediate waveform 9, and the final waveform 10 on a visualization device for a user. The user sees the entire transition from the start waveform 8 to the final waveform 10. The user can preferably also set or select how the respective setpoint values 11, 13, 15 transition from the start waveform 8, through the at least one intermediate waveform 9, to the final waveform 10. The transition can thus be described according to a linear, exponential, or quadratic function. The user can preferably also manually adjust the magnitude of the individual setpoint values 11, 13, 15 in the respective waveforms 8, 9, and 10.
Gezeigt ist auch eine Visualisierungseinrichtung 20. Dies kann z.B. ein Bildschirm, eine Projektion ein Display oder eine vergleichbare Einrichtung sein. Die Wellenformerzeugungseinrichtung ist dazu ausgebildet, eine zeitliche Abfolge der Start-Wel- lenform 8, der zumindest einen Zwischen-Wellenform 9, 9a, 9b, 9c und der End- Wellenform 10 auf der Visualisierungseinrichtung 20 für einen Benutzer darzustellen. Also shown is a visualization device 20. This can be, for example, a screen, a projection, a display, or a comparable device. The waveform generation device is designed to display a temporal sequence of the start waveform 8, at least one intermediate waveform 9, 9a, 9b, 9c, and the final waveform 10 on the visualization device 20 for a user.
Figur 4A zeigt einen Übergang von einer Start-Wellenform 8 über mehrere Zwischen-Wellenformen 9, 9a, 9b, 9c hin zu einer End-Wellenform 10. in diesem Fall gibt es drei Zwischen-Wellenformen 9, 9a, 9b, 9c. Dabei sind diejenigen Zwischen- Sollwerte 13 der verschiedenen Zwischen-Wellenformen 9, 9a, 9b, 9c weiter voneinander beabstandet, wo auch die hierzu korrespondierenden Start- und Endsollwerte 11 , 15 weiter voneinander beabstandet sind. Dadurch, dass der HF-Genera- tor 1 nicht nur die Start-Wellenform 8 und die End-Wellenform 10 ausgibt, sondern auch noch die, in diesem Fall drei, Zwischen-Wellenformen 9, 9a, 9b, 9c, erfolgt der Übergang von der Start-Wellenform 8 zur End-Wellenform 10 nicht so abrupt. Dies resultiert in einem stabileren Plasma 72. In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 4A ändert sich die Zeitdauer, wie lange die Start-Wellenform 8 und die End-Wellenform 10 andauern, nicht. Weiterhin ändert sich auch die Anzahl der Leistungsstufen zwischen Start-Wellenform 8 und End-Wellenform 10 nicht. Es ändert sich lediglich die Höhe der entsprechenden Sollwerte 11 und 15. Figure 4A shows a transition from a start waveform 8 through several intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c to a final waveform 10. In this case, there are three intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c. The intermediate setpoints 13 of the different intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c are further apart where the corresponding start and final setpoints 11, 15 are also further apart. Because the RF generator 1 outputs not only the start waveform 8 and the final waveform 10, but also the three intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c, the transition from the start waveform 8 to the final waveform 10 is not so abrupt. This results in a more stable plasma 72. In the embodiment shown in Figure 4A The duration of the start waveform 8 and the end waveform 10 remains unchanged. Furthermore, the number of power levels between start waveform 8 and end waveform 10 also remains unchanged. Only the values of the corresponding setpoints 11 and 15 change.
Figur 4B zeigt eine zeitliche Abfolge von mehreren Start-Wellenformen 8 über mehrere Zwischen-Wellenformen 9, 9a, 9b, 9c hin zu mehreren End-Wellenformen 10. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Start-Wellenform 8 über mehrere Impulsperioden, in diesem Fall über drei Impulsperioden, periodisch wiederholt durch den HF-Generator 1 ausgegeben. Dies erfolgt in einem Start-Zeitraum 21 . Innerhalb des Start-Zeitraums 21 wird lediglich die Start-Wellenform 8 ausgegeben. Die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 ist in diesem Fall dazu ausgebildet, lediglich die Start- Wellenform 8 in den Ringspeicher 17 zu schreiben, wobei die Signalgenerierungseinheit 4 dazu ausgebildet ist, diese Start-Wellenform 8 sukzessive für jede Impulsperiode aus dem Ringspeicher 17 zu laden und daraus ein entsprechendes HF- Signal zu generieren. Es wäre auch denkbar, dass die Signalgenerierungseinheit 4 die Start-Wellenform 8 lediglich einmal aus dem Ringspeicher 17 lädt und periodisch "abspielt". Figure 4B shows a temporal sequence of several start waveforms 8 through several intermediate waveforms 9, 9a, 9b, 9c to several final waveforms 10. In this embodiment, the start waveform 8 is periodically repeated by the RF generator 1 over several pulse periods, in this case over three pulse periods. This occurs within a start period 21. Within the start period 21, only the start waveform 8 is output. The waveform generation unit 3 is configured in this case to write only the start waveform 8 to the ring buffer 17, while the signal generation unit 4 is configured to successively load this start waveform 8 from the ring buffer 17 for each pulse period and generate a corresponding RF signal from it. It would also be conceivable that the signal generation unit 4 loads the start waveform 8 only once from the ring buffer 17 and periodically "plays it back".
Nach Ablauf des Start-Zeitraums 21 schließt sich ein Zwischen-Zeitraum 22 an. In dem Zwischen-Zeitraum 22, der in diesem Fall mehrere Impulsperioden umfasst, wird das HF-Signal gemäß den Zwischen-Wellenformen 9 erzeugt. Vorzugsweise umfasst der Zwischen-Zeitraum 22 so viele Impulsperioden, wie es Zwischen-Wellenformen 9 gibt. In diesem Fall gibt es drei Zwischen-Wellenformen 9a, 9b, 9c, sodass es auch drei Impulsperioden gibt. Die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 ist in diesem Fall dazu ausgebildet, die jeweiligen Zwischen-Wellenformen 9a, 9b, 9c in den Ringspeicher 17 zu schreiben, die zu der entsprechenden Impulsperiode gehören. Die Signalgenerierungseinheit 4 ist dazu ausgebildet, die jeweilige Zwischen-Wellenformen 9a, 9b, 9c sukzessive für jede Impulsperiode aus dem Ringspeicher 17 zu laden und daraus dann das entsprechende HF-Signal zu generieren. Es ist auch denkbar, dass dieselbe Zwischen-Wellenform 9, 9a, 9b, 9c über mehrere Impulsperioden vorliegt. After the start period 21, an intermediate period 22 follows. During this intermediate period 22, which in this case comprises several pulse periods, the RF signal is generated according to the intermediate waveforms 9. Preferably, the intermediate period 22 comprises as many pulse periods as there are intermediate waveforms 9. In this case, there are three intermediate waveforms 9a, 9b, 9c, so there are also three pulse periods. The waveform generation device 3 is configured to write the respective intermediate waveforms 9a, 9b, 9c belonging to the corresponding pulse period into the ring buffer 17. The signal generation unit 4 is configured to successively load the respective intermediate waveforms 9a, 9b, 9c from the ring buffer 17 for each pulse period and then generate the corresponding RF signal from them. It is also conceivable that the same intermediate waveform 9, 9a, 9b, 9c is present over several pulse periods.
Anschließend, also nachdem das HF-Signal gemäß der dritten, also letzten, Zwischen-Wellenform 9c erzeugt wurde, wird die End-Wellenform 10 über mehrere Impulsperioden, in diesem Fall über drei Impulsperioden, periodisch wiederholt durch den HF-Generator 1 ausgegeben. Dies erfolgt in einem End-Zeitraum 23. Innerhalb des End-Zeitraums 23 wird lediglich die End-Wellenform 10 ausgegeben. Die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 ist in diesem Fall dazu ausgebildet, lediglich die End-Wellenform 10 in den Ringspeicher 17 zu schreiben, wobei die Signalgenerierungseinheit 4 dazu ausgebildet ist, diese End-Wellenform 10 sukzessive für jede Impulsperiode aus dem Ringspeicher 17 zu laden und daraus ein entsprechendes HF-Signal zu generieren. Es wäre auch denkbar, dass die Signalgenerierungseinheit 4 die End-Wellenform 10 lediglich einmal aus dem Ringspeicher 17 lädt und periodisch "abspielt". Subsequently, after the RF signal has been generated according to the third, and therefore last, intermediate waveform 9c, the final waveform 10 is periodically output by the RF generator 1 over several pulse periods, in this case over three pulse periods. This occurs within a final period 23. Within this final period 23, only the final waveform 10 is output. In this case, the waveform generation unit 3 is configured to write only the final waveform 10 to the ring buffer 17, while the signal generation unit 4 is configured to successively load this final waveform 10 from the ring buffer 17 for each pulse period and generate a corresponding RF signal from it. It would also be conceivable that the signal generation unit 4 loads the final waveform 10 only once from the ring buffer 17 and periodically "plays it back".
Die Figuren 5A, 5B und 5C zeigen eine erste, zweite und dritte, hier die letzte, Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c, wobei die Zeitdauer der Zwischen-Wellenformen 9 von der ersten Zwischen-Wellenform 9a hin zu dritten, also letzten Zwischen- Wellenform 9c zunimmt. Die Zeitdauer, wie lange die jeweilige Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c andauert, kann über verschiedene Mittel verändert werden. Beispielsweise kann die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 dazu ausgebildet sein, die Länge für eine Leistungsstufe 14 der zumindest einen Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c gegenüber einer Länge der hierzu korrespondierenden Leistungsstufe 12 in der Start-Wellenform 8 zu erhöhen, indem zumindest ein zusätzlicher Zwischen-Sollwert 13 hinzugefügt wird, durch welchen die Leistungsstufe 14 der zumindest einen Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c definiert ist. In diesem Fall würde die Signalgenerierungseinheit 4 einen solchen zusätzlichen Zwischen-Sollwert 13 einlesen und dem dortigen Leistungsregler zuführen. Dieses Zuführen der entsprechenden Zwischen-Sollwerte 13 erfolgt periodisch, sodass sich die Zeitdauer, wie lange die entsprechende Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c andauert, durch den zusätzlich eingefügten Zwischen-Sollwert 13 entsprechend erhöht. Alternativ kann die Zeitdauer, die beschreibt, wie oft ein entsprechender Zwischen-Sollwert 13 an den Leistungsregler der Signalgenerierungseinheit 4 übergeben wird, erhöht werden. Auch dadurch verlängern sich die einzelnen Zwischen-Wellenformen 9a, 9b, 9c zueinander. Vorstehendes würde auch gelten, wenn die Zeitdauer, die die einzelnen Zwischen-Wellenformen 9a, 9b, 9c andauern, von der ersten Zwischen- Wellenform 9a hin zur dritten und in diesem Fall letzten Zwischen-Wellenform 9c kleiner werden würden. Figures 5A, 5B, and 5C show a first, second, and third (here, the last) intermediate waveform 9a, 9b, 9c, with the duration of the intermediate waveforms 9 increasing from the first intermediate waveform 9a to the third, i.e., last, intermediate waveform 9c. The duration of each intermediate waveform 9a, 9b, 9c can be modified by various means. For example, the waveform generation device 3 can be configured to increase the duration of a power stage 14 of at least one intermediate waveform 9a, 9b, 9c compared to the duration of the corresponding power stage 12 in the start waveform 8 by adding at least one additional intermediate setpoint 13, which defines the power stage 14 of the at least one intermediate waveform 9a, 9b, 9c. In this case, the signal generation unit 4 would read in such an additional intermediate setpoint 13 and supply it to the power controller there. This supply of the corresponding intermediate setpoints 13 occurs periodically, so that the time duration The duration of the corresponding intermediate waveform 9a, 9b, 9c is increased accordingly by the additionally inserted intermediate setpoint 13. Alternatively, the time period that describes how often a corresponding intermediate setpoint 13 is passed to the power controller of the signal generation unit 4 can be increased. This also lengthens the individual intermediate waveforms 9a, 9b, 9c relative to each other. The above would also apply if the duration of the individual intermediate waveforms 9a, 9b, 9c were to decrease from the first intermediate waveform 9a to the third and, in this case, last intermediate waveform 9c.
Die Figuren 6A, 6B und 6C zeigen eine erste, zweite und dritte, hier die letzte Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c, wobei eine zusätzliche Leistungsstufe 14a in die Zwischen-Wellenform 9 eingefügt wird. Vorzugsweise unterscheidet sich die Höhe dieser zusätzlichen Leistungsstufe 14a von der vorherigen und/oder nachfolgenden Leistungsstufe 14 zu Beginn nur minimal. Mit anderen Worten stellt sich die Höhe dieser zusätzlichen Leistungsstufe 14a, die durch zumindest einen entsprechenden zusätzlichen Zwischen-Sollwert 13a definiert ist, sukzessive von der ersten Zwischen-Wellenform 9a hin zur dritten, in diesem Fall letzten, Zwischen-Wellenform 9c ein. Ergänzend oder alternativ ist die Zeitdauer dieser zusätzlichen Leistungsstufe 14a zu Beginn kleiner und nimmt sukzessive von der ersten Zwischen-Wellenform 9a hin zur dritten, in diesem Fall letzten, Zwischen-Wellenform 9c zu. Diese zusätzliche Leistungsstufe 14a kann in eine bestehende Leistungsstufe 14, wie in Figur 6B gezeigt, oder zwischen zwei bestehenden Leistungsstufen 14 eingefügt werden. Figures 6A, 6B, and 6C show a first, second, and third, here the last, intermediate waveform 9a, 9b, 9c, wherein an additional power level 14a is inserted into intermediate waveform 9. Preferably, the amplitude of this additional power level 14a differs only minimally from the preceding and/or subsequent power level 14 at the beginning. In other words, the amplitude of this additional power level 14a, which is defined by at least one corresponding additional intermediate setpoint 13a, increases successively from the first intermediate waveform 9a to the third, in this case last, intermediate waveform 9c. Additionally or alternatively, the duration of this additional power level 14a is initially shorter and increases successively from the first intermediate waveform 9a to the third, in this case last, intermediate waveform 9c. This additional power stage 14a can be inserted into an existing power stage 14, as shown in Figure 6B, or between two existing power stages 14.
Figur 7 zeigt ein Verfahren, das zur Erzeugung eines HF-Signals mit dem HF-Ge- nerator 1 dient. In einem ersten Verfahrensschritt Si findet eine Generierung des HF-Signals aus einer Start-Wellenform 8 in einem Start-Zeitraum 21 statt, wobei der Start-Zeitraum 21 mehrere Impulsperioden umfasst und wobei die Start-Wellenform 8 Start-Sollwerte 11 für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen 12 umfasst. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 findet eine Generierung des HF-Signals aus einer End-Wellenform 10 in einem End-Zeitraum 23 statt, wobei der End-Zeitraum 23 mehrere Impulsperioden umfasst und wobei die End-Wellenform 10 End-Sollwerte 15 für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen 16 umfasst. In einem ersten Zwischen-Verfahrensschritt Sia findet ein Erzeugen zumindest einer Zwischen-Wellenform 9 anhand der Start-Sollwerte 11 der Start-Wellenform 8 und der End-Sollwerte 15 der End-Wellenform 10 statt, wobei die Wellenformerzeugungseinrichtung 3 dazu ausgebildet ist, zumindest eine Zwischen-Wellenform 9 anhand den Start-Soll- werten 11 der Start-Wellenform 8 und den End-Sollwerten 15 der End-Wellenform 10 zu generieren, wobei die zumindest eine Zwischen-Wellenform 9 Zwischen-Sollwerte 13 für mehrere unterschiedliche Leistungsstufen 14 umfasst. In einem zweiten Zwischen-Verfahrensschritt Sib findet eine Generierung des HF-Signals aus der zumindest einen Zwischen-Wellenform 9 in einem Zwischen-Zeitraum 22 statt, wobei der Zwischen-Zeitraum 22 eine oder mehrere Impulsperioden umfasst und wobei der Zwischen-Zeitraum 22 zwischen dem Start-Zeitraum 21 und dem End-Zeit- raum 23 angeordnet ist. Figure 7 shows a method used to generate an RF signal with the RF generator 1. In a first method step Si, the RF signal is generated from a start waveform 8 in a start period 21, wherein the start period 21 comprises several pulse periods and wherein the start waveform 8 includes start setpoints 11 for several different power levels 12. In a second process step S2, the RF signal is generated from a final waveform 10 within a final time period 23, wherein the final time period 23 comprises several pulse periods and wherein the final waveform 10 includes final setpoints 15 for several different power levels 16. In a first intermediate process step Sia, at least one intermediate waveform 9 is generated based on the start setpoints 11 of the start waveform 8 and the final setpoints 15 of the final waveform 10, wherein the waveform generation device 3 is configured to generate at least one intermediate waveform 9 based on the start setpoints 11 of the start waveform 8 and the final setpoints 15 of the final waveform 10, and wherein the at least one intermediate waveform 9 includes intermediate setpoints 13 for several different power levels 14. In a second intermediate process step Sib, the RF signal is generated from the at least one intermediate waveform 9 in an intermediate period 22, wherein the intermediate period 22 comprises one or more pulse periods and wherein the intermediate period 22 is arranged between the start period 21 and the end period 23.
Die Figuren 8A, 8B und 8C zeigen eine erste, zweite und dritte, hier die letzte Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c, wobei gegenüber der ersten, zweiten und dritten Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c der Figuren 6A, 6B, 6C die Leistungsstufen 14 sich kontinuierlich verändern und keine fixen Pegel sind. Außerdem ist hier auch noch ein arbiträrer Verlauf einer Leistungsstufe 16 gezeigt, der sich von einer ersten, über eine zweite zu einer dritten, hier der letzten Zwischen-Wellenform 9a, 9b, 9c anpasst. Figures 8A, 8B, and 8C show a first, second, and third intermediate waveform, here the last intermediate waveform 9a, 9b, 9c, whereby, in contrast to the first, second, and third intermediate waveforms 9a, 9b, 9c of Figures 6A, 6B, 6C, the power levels 14 change continuously and are not fixed levels. Furthermore, an arbitrary curve of a power level 16 is also shown, which adapts from a first, through a second, to a third, here the last intermediate waveform 9a, 9b, 9c.
Die Entwicklung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Entwicklung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar, sofern nicht etwas Gegenteiliges angegeben ist. The development is not limited to the described embodiments. Within the scope of the development, all described and/or drawn features can be combined with one another as desired, unless otherwise specified. ```
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 25720326 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |