DE102018204587B4

DE102018204587B4 - Method for igniting a plasma in a plasma chamber and ignition circuit

Info

Publication number: DE102018204587B4
Application number: DE102018204587.9A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Mann; Gerhard Seifert
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: WO2019185423A1; DE102018204587A1

Abstract

Ein Verfahren zur Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer (2), das im gezündeten Zustand von einer Hochfrequenzleitungsversorgung (10) über ein Impedanzanpassungsnetzwerk (7) mit einer Betriebsleistung größer oder gleich 500W und einer Betriebsfrequenz größer oder gleich 2 MHz versorgt wird, umfasst die Verfahrensschritte:
a) mit einer Zündleistungsversorgung (3) Erzeugen einer Zündleistung, die kleiner ist als die Betriebsleistung, mit einer Zündfrequenz;
b) Zuführen der Zündleistung zu einem Spannungswandler (5) und Erzeugen einer Zündwechselspannung;
c) Zuführen der Zündwechselspannung zu einer Anregungsvorrichtung (6a, 6b) der Plasmakammer (2);
d) Variation der Zündfrequenz.

A method for igniting a plasma in a plasma chamber (2), which in the ignited state is supplied by a high-frequency line supply (10) via an impedance matching network (7) with an operating power greater than or equal to 500W and an operating frequency greater than or equal to 2 MHz, comprises the method steps :
a) with a Zündleistungsversorgung (3) generating a Zündleistung, which is smaller than the operating power, with an ignition frequency;
b) supplying the ignition power to a voltage converter (5) and generating a Zündwechselspannung;
c) supplying the ignition alternating voltage to an excitation device (6a, 6b) of the plasma chamber (2);
d) variation of the ignition frequency.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer, das im gezündeten Zustand von einer Hochfrequenzleistungsversorgung über ein Impedanzanpassungsnetzwerk mit einer Betriebsleistung größer oder gleich 500 W und einer Betriebsfrequenz größer oder gleich 2 MHz versorgt wird.The invention relates to a method for igniting a plasma in a plasma chamber, which is supplied in the ignited state of a high-frequency power supply via an impedance matching network with an operating power greater than or equal to 500 W and an operating frequency greater than or equal to 2 MHz.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zündschaltung zur Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer.Furthermore, the invention relates to an ignition circuit for igniting a plasma in a plasma chamber.

Ein Plasma zum Bearbeiten von Werkstücken, also zum Beispiel zum Ätzen oder Beschichten von Werkstücken in einer industriellen Plasmaanlage wird häufig mit Hochfrequenzenergie angeregt. Oftmals wird eine Plasmaanlage mit gepulster Hochfrequenzenergie angeregt. Das bedeutet, dass das Plasma in vorgegebenen Taktzeiten zwischen mehreren Leistungsleveln hin- und hergeschaltet wird. Insbesondere kann ein Leistungslevel bei einer Betriebsleistung größer 500 W liegen und das andere Leistungslevel bei 0 W liegen, bei dem das Plasma verlöscht. Beim Wiederanlegen der Betriebsleistung muss das Plasma dann sicher gezündet werden. Dazu wurde bislang versucht, die volle Betriebsleistung mit einer erhöhten Spannung an die Plasmaanlage anzulegen, um eine möglichst schnelle Zündung zu erzielen. Bei Plasmaanlagen mit Hochfrequenzanregung werden zunehmend kürzere Taktzeiten verwendet. Bei immer kürzer werdenden Taktzeiten schon im Bereich von mehreren Sekunden, beispielsweise weniger als 10 s, insbesondere weniger als 5 s, wurde eine zunehmend ungleichmäßige Bearbeitung also zum Beispiel Ätztiefe oder Beschichtungshöhe durch das Plasma beobachtet. Das ist vom Plasmaanlagenbetreiber unerwünscht. Insbesondere bei der Beschichtung oder beim Ätzen von Substraten in der Halbleiterindustrie, in der ständig kleinere Abmessungen realisiert werden müssen, die heute bereits im Nanometerbereich liegen, ist eine schlecht regelbare Schichtdicke nicht akzeptabel. Gerade in diesem Anwendungsbereich werden aber aus unterschiedlichen technologischen Gründen gepulst betriebene Plasmaanlagen in verstärktem Maße eingesetzt.A plasma for processing workpieces, that is, for example, for etching or coating workpieces in an industrial plasma system is often excited by high-frequency energy. Often a plasma system with pulsed high-frequency energy is excited. This means that the plasma is switched back and forth between several power levels in given cycle times. In particular, one power level may be greater than 500 W at an operating power and the other power level may be at 0 W at which the plasma is extinguished. When restarting the operating power, the plasma must then be safely ignited. For this purpose, attempts have been made to apply the full operating power with an increased voltage to the plasma system in order to achieve the fastest possible ignition. In plasma systems with high-frequency excitation increasingly shorter cycle times are used. With increasingly shorter cycle times even in the range of several seconds, for example less than 10 s, in particular less than 5 s, an increasingly non-uniform processing, for example, etching depth or coating height was observed by the plasma. This is undesirable for the plasma system operator. In particular, in the coating or etching of substrates in the semiconductor industry, in which ever smaller dimensions must be realized, which are already in the nanometer range today, a poorly controllable layer thickness is not acceptable. Especially in this field of application but pulsed plasma systems are used for different technological reasons to a greater extent.

Aus der US 2014 / 0 367 043 A1 ist ein Verfahren zur schnellen und wiederholbaren Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer bekannt. Bei dem bekannten Verfahren ist vorgesehen, eine Frequenzabstimmung zur Reduktion der durch die Plasmakammer reflektierten Leistung mit einer Variation der Zündfrequenz zu kombinieren.From the US 2014/0 367 043 A1 For example, a method is known for rapidly and repeatedly igniting a plasma in a plasma chamber. In the known method, it is provided to combine a frequency tuning for the reduction of the power reflected by the plasma chamber with a variation of the ignition frequency.

Aus der DE 11 2008 000 120 T5 ist eine Plasmaversorgungseinrichtung bekannt. Die Plasmaversorgungseinrichtung umfasst wenigstens einen Inverter, der an eine DC-Leistungsversorgung angeschlossen ist. Der Inverter ist mit einem Ausgangsnetzwerk elektrisch verbunden.From the DE 11 2008 000 120 T5 a plasma supply device is known. The plasma supply device comprises at least one inverter, which is connected to a DC power supply. The inverter is electrically connected to an output network.

Ferner sind aus der US 2005 / 0 069 651 A1 ein Plasmabearbeitungssystem und ein Verfahren zum Betrieb des Plasmabearbeitungssystems bekannt. Das dort beschriebene Verfahren sieht vor, zur Zündung des Plasmas ein zweites Hochfrequenzsignal bereitzustellen, das eine zweite Frequenz und eine zweite Leistungsstärke aufweist, die sich von der Frequenz und der Leistungsstärke eines in einem vorangehenden Schritt bereitgestellten ersten Hochfrequenzsignals unterscheiden.Furthermore, from the US 2005/0 069 651 A1 a plasma processing system and a method of operating the plasma processing system. The method described therein provides to provide a second high-frequency signal to ignite the plasma, which has a second frequency and a second power level, which differ from the frequency and the power of a first high-frequency signal provided in a preceding step.

Des Weiteren sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zündung einer Entladungslampe aus der US 2010 / 0 201 287 A1 bekannt.Furthermore, a method and a device for igniting a discharge lamp from the US 2010/0 201 287 A1 known.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer sowie eine Zündschaltung bereitzustellen, mit denen ein Plasma gezündet werden kann, und der Beschichtungsprozess gleichmäßig und reproduzierbar läuft.The object of the present invention is to provide a method for igniting a plasma in a plasma chamber and an ignition circuit with which a plasma can be ignited, and the coating process runs smoothly and reproducibly.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer, das im gezündeten Zustand von einer Hochfrequenzleistungsversorgung über ein Impedanzanpassungsnetzwerk mit einer Betriebsleistung größer oder gleich 500 W und einer Betriebsfrequenz größer oder gleich 2 MHz versorgt wird, umfassend die Verfahrensschritte:

a) mit einer Zündleistungsversorgung Erzeugen einer Zündleistung, die kleiner ist als die Betriebsleistung, mit einer Zündfrequenz;
b) Zuführen der Zündleistung zu einem Spannungswandler und Erzeugen einer Zündwechselspannung;
c) Zuführen der Zündwechselspannung zu einer Anregungsvorrichtung der Plasmakammer;
d) Variation der Zündfrequenz, wobei die Zündfrequenz in niedrigen Frequenzbereichen langsamer variiert wird als in höheren Frequenzbereichen.

This object is achieved according to the invention by a method for igniting a plasma in a plasma chamber, which is supplied in the ignited state by a high-frequency power supply via an impedance matching network with an operating power greater than or equal to 500 W and an operating frequency greater than or equal to 2 MHz, comprising the method steps:

a) with a Zündleistungsversorgung generating a Zündleistung, which is smaller than the operating power, with an ignition frequency;
b) supplying the ignition power to a voltage converter and generating a Zündwechselspannung;
c) supplying the ignition alternating voltage to an excitation device of the plasma chamber;
d) variation of the ignition frequency, wherein the ignition frequency is varied more slowly in low frequency ranges than in higher frequency ranges.

Dabei ist die Betriebsleistung diejenige Leistung, mit der das Plasma versorgt und aufrechterhalten wird, wenn es gezündet ist. Sie kann insbesondere größer oder gleich 1 kW sein. Für viele Plasmabearbeitungsanwendungen z.B. bei der Verwendung in Plasmaprozessen mit erhöhten Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse sind zunehmend noch größere Leistungen größer oder gleich 5 kW und insbesondere auch 10 kW möglich und erwünscht. Die Zündleistung ist die Leistung, die von der Zündleistungsversorgung zur Verfügung gestellt wird. Sie kann insbesondere deutlich kleiner als die Betriebsleistung sein, das bedeutet mehr als um den Faktor 10, insbesondere mehr als um den Faktor 100 kleiner sein als die Betriebsleistung.In this case, the operating power is the power with which the plasma is supplied and maintained when it is ignited. In particular, it may be greater than or equal to 1 kW. For many plasma processing applications, for example when used in plasma processes with increased demands on the reproducibility of the machining processes, even greater powers are greater or equal to 5 kW and in particular 10 kW possible and desired. The ignition performance is the power provided by the ignition power supply. In particular, it can be significantly smaller than the operating performance, which means more than the factor 10 , especially more than by factor 100 be less than the operating performance.

Die Betriebsfrequenz ist die Frequenz, bei der das Plasma versorgt und aufrechterhalten wird, wenn es gezündet ist. Sie kann insbesondere bei der Verwendung in Plasmaprozessen mit erhöhten Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse größer oder gleich 4 MHz sein. Bei manchen Anwendungen kann sie größer oder gleich 10 MHz sein. Insbesondere kann sie bei 13,56 MHz oder 27,12 MHz liegen. Für die beiden letztgenannten Frequenzen sind in vielen Ländern erhöhte Abstrahlungsgrenzwerte zugelassen. Sie werden deswegen bei Industrieanwendungen häufig eingesetzt. Die Betriebsfrequenz kann selbst auch variieren. Bei einer Frequenzvariation der Betriebsfrequenz von beispielsweise +/- 5% oder +/- 10% um einen Nominalwert kann die Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgung an die Eingangsimpedanz des Plasmas angepasst werden.The operating frequency is the frequency at which the plasma is supplied and maintained when ignited. It can be greater than or equal to 4 MHz, in particular when used in plasma processes with increased demands on the reproducibility of the machining processes. In some applications, it may be greater than or equal to 10 MHz. In particular, it may be 13.56 MHz or 27.12 MHz. For the latter two frequencies, increased radiation limits are permitted in many countries. They are therefore often used in industrial applications. The operating frequency itself may vary. At a frequency variation of the operating frequency of, for example, +/- 5% or +/- 10% around a nominal value, the output impedance of the high frequency power supply may be adjusted to the input impedance of the plasma.

Da diese Anpassungsmethode der Frequenzvariation der Betriebsfrequenz aber begrenzt ist und zudem den Nachteil aufweist, dass die Betriebsfrequenz im Plasma auch andere Nebeneffekte verursacht, kann das Impedanzanpassungsnetzwerk zusätzlich oder alternativ variierbare Reaktanzen aufweisen, insbesondere bei der Verwendung in Plasmaprozessen mit erhöhten Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse. Eine Reaktanz ist üblicherweise eine Induktivität oder eine Kapazität oder eine Kombination von einem oder mehrerer dieser Elemente. Häufig weist das Impedanzanpassungsnetzwerk eine oder mehrere Induktivitäten und eine oder mehrere Kapazitäten auf. Diese können in Serie zwischen Hochfrequenzleistungsversorgung und Plasmalast geschaltet sein. Es können auch eine oder mehrere Induktivitäten vorgesehen sein, die zwischen Hochfrequenzleistungsversorgung und Masse angeschlossen sind. Die Kapazitäten und die Induktivitäten können ausgestaltet sein, dass ihre Werte variabel verändert werden können. Dies kann beispielweise mechanisch mit einem Stellantrieb, der insbesondere einen Drehkondensator verändert, oder elektronisch, beispielsweise durch Zuschalten von Induktivitäten und/oder Kapazitäten erfolgen. Eine Steuerung kann die Reaktanzen verändern, so dass die Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzleistungsversorgung an die Eingangsimpedanz des Plasmas bzw. der Plasmalast angepasst wird.Since this adjustment method of the frequency variation of the operating frequency but limited and also has the disadvantage that the operating frequency in the plasma causes other side effects, the impedance matching network additionally or alternatively have variable reactances, especially when used in plasma processes with increased demands on the reproducibility of the machining processes , A reactance is usually an inductance or a capacitance or a combination of one or more of these elements. Often, the impedance matching network has one or more inductors and one or more capacitors. These can be connected in series between the high-frequency power supply and the plasma load. One or more inductors connected between high frequency power supply and ground may also be provided. The capacitances and the inductances can be designed such that their values can be varied variably. This can be done, for example, mechanically with an actuator, which in particular alters a variable capacitor, or electronically, for example, by connecting inductances and / or capacitances. A controller may alter the reactances so that the output impedance of the RF power supply is matched to the input impedance of the plasma or the plasma load.

Bei Taktzeiten im Bereich von mehreren Sekunden hat der Abstimmvorgang der Impedanzanpassungsschaltung bereits merklichen Einfluss auf die erzielte Schichtstärke der Plasmabeschichtung. Der Abstimmvorgang - das Verfahren von mechanisch veränderbarer Reaktanzen, insbesondere Vakuumkondensatoren, des Impedanzanpassungsnetzwerks von einer Zünd- auf eine Brennposition - sowie die Abstimmzeit des Impedanzanpassungsnetzwerks kann größtenteils entfallen, wenn das Plasma bereits mit einer geringen Leistung gezündet wurde. Durch diese Maßnahme kann zusätzlich die Gebrauchsdauer von variabel veränderbaren Kapazitäten, insbesondere von Vakuumkondensatoren erheblich verlängert werden und deren Verschleiß reduziert werden. Auch das hat Vorteile bei der Verwendung in Plasmaprozessen mit erhöhten Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse.With cycle times in the range of several seconds, the tuning process of the impedance matching circuit already has noticeable influence on the achieved layer thickness of the plasma coating. The tuning process - the process of mechanically variable reactances, especially vacuum capacitors, the impedance matching network from a firing position to a firing position - as well as the tuning time of the impedance matching network, can be largely eliminated if the plasma has already been ignited at low power. By this measure, in addition, the service life of variably variable capacitances, in particular of vacuum capacitors can be significantly extended and their wear can be reduced. This also has advantages in the use in plasma processes with increased demands on the reproducibility of the machining processes.

Eine weitere Steuerung kann die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung, und insbesondere damit die Zündwechselspannung, ein- und ausschalten. Die weitere Steuerung kann die Variation der Frequenz der Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung, und insbesondere damit die Zündfrequenz, steuern. Die weitere Steuerung kann Teil der Steuerung einer Impedanzanpassungsanordnung sein. So kann das Plasma in der Plasmakammer insbesondere im Halbleiterbereich mit erhöhten Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse beispielsweise auch mit gepulster Hochfrequenzenergie mit niedrigen Taktzeiten kleiner 10 s angeregt werden.Another controller may turn on and off the voltage at the output of the ignition power supply, and more particularly, the ignition AC voltage. The further control can control the variation of the frequency of the voltage at the output of the ignition power supply, and in particular thus the ignition frequency. The further control may be part of the control of an impedance matching arrangement. Thus, the plasma can be excited in the plasma chamber, in particular in the semiconductor sector with increased demands on the reproducibility of the machining processes, for example, with pulsed high-frequency energy with low cycle times less than 10 s.

Die Betriebsfrequenz kann insbesondere im Halbleiterbereich mit erhöhten Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse auch ein Mischprodukt oder eine Überlagerung von mehreren Hochfrequenzen sein, bei der zumindest ein Frequenzanteil größer oder gleich 2 MHz, insbesondere größer oder gleich 4 MHz, insbesondere größer oder gleich 10 MHz ist, vorzugsweise bei 13,56 MHz oder 27,12 MHz liegt. Dazu können auch mehrere Hochfrequenzleistungsversorgungen das Plasma mit Betriebsleistung versorgen. Diese können insbesondere mit unterschiedlicher Betriebsfrequenz betrieben werden. Zwischen den mehreren Hochfrequenzleistungsversorgungen und der Plasmalast können mehrere Impedanzanpassungsnetzwerke vorgesehen sein. In solchen Plasmaanlagen ist die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse besonders schwierig mit herkömmlichen Mitteln zu kontrollieren und wird deswegen die Zündung gemäß dem beschriebenen Verfahren und Vorrichtung besonders vorteilhaft verwendet.The operating frequency may also be a mixed product or a superimposition of several high frequencies, in particular in the semiconductor sector with increased demands on the reproducibility of the machining processes, in which at least one frequency component is greater than or equal to 2 MHz, in particular greater than or equal to 4 MHz, in particular greater than or equal to 10 MHz , preferably at 13.56 MHz or 27.12 MHz. For this purpose, several high-frequency power supplies can supply the plasma with operating power. These can be operated in particular with different operating frequency. Between the multiple RF power supplies and the plasma load, multiple impedance matching networks may be provided. In such plasma systems, the reproducibility of the machining processes is particularly difficult to control by conventional means, and therefore the ignition is used particularly advantageously according to the described method and apparatus.

Die Zündwechselspannung ist die Spannung, die einer Anregungsvorrichtung der Plasmakammer zum Zünden des Plasmas zugeführt wird. Die Anregungsvorrichtung kann eine Elektrode in der Plasmakammer sein. Die Anregungsvorrichtung kann auch eine Antenne an oder in der Plasmakammer sein. Die Antenne kann eine Vorrichtung sein, die induktiv wirkt oder kapazitiv wirkt, oder die in einer Kombination der beiden Effekte auf das Plasma einwirkt. Wenn die Plasmakammer einseitig geerdet, also mit Massepotential verbunden ist, kann die Zündwechselspannung zwischen der Anregungsvorrichtung und Erde bzw. Masse angelegt werden. Wenn die Plasmakammer zwei Anregungsvorrichtungen, insbesondere zwei Elektroden, aufweist, so kann die Zündwechselspannung auch zwischen diesen beiden Elektroden angelegt werden.The ignition AC voltage is the voltage supplied to an excitation device of the plasma chamber for igniting the plasma. The excitation device may be an electrode in the plasma chamber. The excitation device may also be an antenna on or in the plasma chamber. The antenna may be a device which acts inductively or capacitively, or which acts on the plasma in a combination of the two effects. If the plasma chamber is grounded on one side, that is connected to ground potential, the ignition alternating voltage between the excitation device and earth or ground can be applied. If the plasma chamber has two excitation devices, in particular two electrodes, the ignition alternating voltage can also be applied between these two electrodes.

Die Zündleistungsversorgung kann eine Wechselstromleistungsversorgung sein.The ignition power supply may be an AC power supply.

Der Spannungswandler kann ausgelegt sein, dass er die vergleichsweise geringe Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung zu einer hohen Zündwechselspannung transformiert. So kann die Gesamtleistung der Zündleistungsversorgung gering gehalten werden, was eine hohe Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse zusätzlich verbessert.The voltage converter may be configured to transform the comparatively low voltage at the output of the ignition power supply to a high ignition alternating voltage. Thus, the overall performance of the ignition power supply can be kept low, which additionally improves a high reproducibility of the machining processes.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Zünden eines Plasmas wird es möglich, das Plasma mit einer deutlich geringeren Leistung als der Betriebsleistung zu zünden. Außerdem kann eine Impedanzanpassung, insbesondere im gezündeten Zustand, sehr viel schneller erfolgen als bisher.The method according to the invention for igniting a plasma makes it possible to ignite the plasma at a significantly lower power than the operating power. In addition, an impedance matching, especially in the ignited state, can be done much faster than before.

Die Zündfrequenz wird in niedrigen Frequenzbereichen, insbesondere im Bereich 10 bis 100 kHz, langsamer variiert als in höheren Frequenzbereichen, insbesondere im Bereich 100 kHz bis 190 kHz, insbesondere kann die Zündfrequenz logarithmisch variiert werden. Beispielsweise kann der Frequenzbereich 10 kHz bis 100 kHz im Wesentlichen gleichschnell durchlaufen werden wie der Frequenzbereich 100 kHz bis 1 MHz. Die Frequenzen können unterschiedlich variiert werden, beispielsweise sägezahnförmig, zickzackförmig oder sinusförmig. Ein Durchlauf durch alle Frequenzen zwischen einem unteren vorgegebenen Frequenzwert und einem oberen vorgegebenen Frequenzwert kann weniger als 10 ms, insbesondere weniger als 1 ms dauern. In manchen Prozessen, beispielsweise in ALD-Prozessen (Atomic Layer Deposition) wird das Plasma mit Zykluszeiten zwischen 0,2 und 5 s betrieben. Es ist erstrebenswert, dass das Plasma innerhalb einer Zeitspanne, die deutlich kleiner ist als die Zykluszeit, sicher gezündet wird. Insbesondere sollte die Zeitspanne, innerhalb der das Plasma gezündet wird, weniger als 1/10 einer Zykluszeit sein. Die Zündung innerhalb von wenigen Millisekunden ist daher besonders vorteilhaft.The ignition frequency is varied more slowly in low frequency ranges, in particular in the range 10 to 100 kHz, than in higher frequency ranges, in particular in the range 100 kHz to 190 kHz, in particular the ignition frequency can be varied in a logarithmic manner. For example, the frequency range 10 kHz to 100 kHz can be traversed substantially as fast as the frequency range 100 kHz to 1 MHz. The frequencies can be varied differently, for example sawtooth, zigzag or sinusoidal. A pass through all frequencies between a lower predetermined frequency value and an upper predetermined frequency value may take less than 10 ms, in particular less than 1 ms. In some processes, for example in atomic layer deposition (ALD) processes, the plasma is operated with cycle times between 0.2 and 5 s. It is desirable that the plasma be safely ignited within a period of time that is significantly less than the cycle time. In particular, the time period within which the plasma is ignited should be less than 1/10 of a cycle time. The ignition within a few milliseconds is therefore particularly advantageous.

Als Spannungswandler kann ein Schwingkreis, insbesondere ein Serienschwingkreis, verwendet werden. Die Kapazität der Plasmakammer, insbesondere die Kapazität im ungezündeten Zustand, kann Teil dieses Schwingkreises sein. Eine oder mehrere Kapazitäten in einem Anpassungsnetzwerk können zusätzlich Teil dieses Schwingkreises sein. Beispielsweise können eine oder mehrere Kapazitäten des Anpassungsnetzwerks parallel zur Kapazität der Plasmakammer geschaltet sein. Auf diese Art und Weise sind sehr hohe Zündspannungen aus sehr kleinen Spannungen, die durch die Zündleistungsversorgung erzeugt werden, erzeugbar. Bei Plasmakammern mit einer Kapazität im ungezündetem Zustand zwischen 50 pF und 10 nF, insbesondere zwischen 100 pF und 5000 pF, ist es vorteilhaft, wenn die Serieninduktivität größer 5 pH ist, insbesondere größer 50 µH. Die Serieninduktivität kann zugleich Teil des Spannungswandlers, insbesondere des Schwingkreises, sein und kann auch Teil eines filternden Elements sein.As a voltage converter, a resonant circuit, in particular a series resonant circuit, can be used. The capacity of the plasma chamber, in particular the capacity in the non-ignited state, may be part of this resonant circuit. One or more capacities in a matching network may additionally be part of this resonant circuit. For example, one or more capacitances of the matching network may be connected in parallel with the capacitance of the plasma chamber. In this way very high ignition voltages can be generated from very small voltages which are generated by the ignition power supply. For plasma chambers with a capacity in the non-ignited state between 50 pF and 10 nF, in particular between 100 pF and 5000 pF, it is advantageous if the series inductance is greater than 5 pH, in particular greater than 50 μH. The series inductance can also be part of the voltage converter, in particular of the resonant circuit, and can also be part of a filtering element.

Es kann eine in eine Impedanzanpassungsanordnung, die das Impedanzanpassungsnetzwerk umfasst, integrierte Leistungsversorgung als Zündleistungsversorgung verwendet werden. Dadurch ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der Zündanordnung.A power supply integrated in an impedance matching device including the impedance matching network may be used as the ignition power supply. This results in a particularly compact design of the igniter assembly.

Die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung kann mit einer Schwingungsbreite kleiner oder gleich 100 Vpp, insbesondere kleiner oder gleich 50 Vpp, bevorzugt kleiner oder gleich 30 Vpp, ganz bevorzugt im Bereich 25 Vpp bis 20 Vpp, erzeugt werden. Mit Vpp ist die Spitzen-Spitzen-Spannung (peak-peak-voltage), also die Schwingungsbreite, gemeint. Eine aus dieser Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung erzeugte Zündwechselspannung ist besonders geeignet, ein Plasma schnell zu zünden und zusätzlich eine hohe Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsprozesse zu ermöglichen.The voltage at the output of the ignition power supply can be generated with a vibration width of less than or equal to 100 Vpp, in particular less than or equal to 50 Vpp, preferably less than or equal to 30 Vpp, very preferably in the range of 25 Vpp to 20 Vpp. By Vpp is meant the peak-peak-voltage, ie the oscillation width. An ignition alternating voltage generated from this voltage at the output of the ignition power supply is particularly suitable for rapidly igniting a plasma and additionally allowing a high reproducibility of the machining processes.

Als Teil des Spannungswandlers kann eine Reaktanz, insbesondere eine Induktivität, verwendet werden, die Bestandteil einer DC-Spannungsmessanordnung ist. Die DC-Spannungsmessanordnung kann ein DC-Spannungsmesselement aufweisen. Die DC-Spannungsmessanordnung kann einen Spannungsteiler aufweisen. Der Spannungsteiler kann zwei in Reihe geschaltete Widerstände aufweisen. Parallel zu einem Widerstand kann eine Kapazität zur Kompensation von parasitären Kapazitäten vorgesehen sein. Die DC-Spannungsmessanordnung kann ein filterndes Element aufweisen, das ausgelegt ist, die Zufuhr der Betriebsleistung bei Betriebsfrequenzen von der Plasmakammer zu dem DC-Spannungsmesselement zu unterdrücken, insbesondere zu unterbinden.As part of the voltage converter, a reactance, in particular an inductance, which is part of a DC voltage measurement arrangement can be used. The DC voltage measuring arrangement may comprise a DC voltage measuring element. The DC voltage measuring arrangement may have a voltage divider. The voltage divider may have two series-connected resistors. In parallel with a resistor, a capacitance for compensating parasitic capacitances may be provided. The DC voltage measuring arrangement may comprise a filtering element which is designed to suppress, in particular to suppress, the supply of the operating power at operating frequencies from the plasma chamber to the DC voltage measuring element.

Zwischen den Elektroden in der Plasmakammer kann sich aufgrund von physikalischen Effekten, abhängig von der Geometrie der Plasmakammer, der Elektroden und der Plasmaanregungsfrequenz bzw. -frequenzen und Leistung eine DC-Spannung ausbilden, die DC-Bias-Spannung oder Self-Bias-Spannung genannt wird. Diese Spannung kann am Ausgang des Impedanzanpassungsnetzwerks, insbesondere zwischen Impedanzanpassungsnetzwerk und Anregungsvorrichtung, insbesondere einer Elektrode, der Plasmakammer gemessen werden. Dazu kann ein Filter vorgesehen sein, der die Frequenzanteile der Betriebsfrequenz dämpft, vorzugsweise nur die DC-Spannung am Ausgang des Impedenzanpassungsnetzwerks zu dem DC-Spannungsmesselement durchlässt. Eine weitere Steuerung kann die Messung der DC-Bias-Spannung für ein Zeitintervall unterbrechen, indem es die Zündleistungsversorgung zur Abgabe einer Zündleistung ansteuert oder regelt. Das DC-Spannungsmesselement kann ausgelegt sein, insbesondere in Kombination mit dem Spannungsteiler, dass die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung, und/oder die Zündwechselspannung das DC-Spannungsmesselement nicht zerstören kann. Auf einen aufwändigen Filter zwischen der Zündleistungsversorgung und dem DC-Spannungsmesselement zur Unterdrückung der Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung, und/oder der Zündwechselspannung am Eingang des DC-Spannungsmesselements kann verzichtet werden.Between the electrodes in the plasma chamber, due to physical effects, depending on the geometry of the plasma chamber, of the electrodes and the plasma excitation frequency and power form a DC voltage called DC Bias Voltage or Self-Bias Voltage. This voltage can be measured at the output of the impedance matching network, in particular between impedance matching network and excitation device, in particular an electrode, the plasma chamber. For this purpose, a filter may be provided which attenuates the frequency components of the operating frequency, preferably only the DC voltage at the output of the impedance matching network to the DC voltage measuring element passes. Another controller may interrupt the measurement of the DC bias voltage for a time interval by controlling the ignition power supply to provide ignition power. The DC voltage measuring element can be designed, in particular in combination with the voltage divider, that the voltage at the output of the ignition power supply, and / or the ignition alternating voltage can not destroy the DC voltage measuring element. An expensive filter between the ignition power supply and the DC voltage measuring element for suppressing the voltage at the output of the ignition power supply, and / or the ignition AC voltage at the input of the DC voltage measuring element can be dispensed with.

Durch die Variation der Zündfrequenz kann durch den Schwingkreis eine Zündwechselspannung bei einer Resonanzfrequenz erzeugt werden. Die Zündfrequenz und damit die Resonanzfrequenz kann höchstens 1/10, vorzugsweise höchstens 1/20 der für den Betrieb des gezündeten Plasmas verwendeten Anregungsfrequenz betragen. Somit kann das Plasma bei einer niedrigen Frequenz gezündet werden.By the variation of the ignition frequency can be generated by the resonant circuit a Zündwechselspannung at a resonant frequency. The ignition frequency and thus the resonance frequency can be at most 1/10, preferably at most 1/20 of the excitation frequency used for the operation of the ignited plasma. Thus, the plasma can be ignited at a low frequency.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Self-Bias-Spannung von der Zündleistungsversorgung entkoppelt wird. Dies kann vorteilhafterweise mit einem weiteren filternden Element erfolgen. Das weitere filternde Element kann insbesondere eine Kapazität aufweisen. Diese Kapazität kann so große Kapazitätswerte aufweisen, dass sie einen vernachlässigbaren oder keinen Einfluss auf den Spannungswandler, insbesondere den Schwingkreis, ausübt. Dazu kann sie Werte größer oder gleich 10 µH, insbesondere größer oder gleich 20 µH aufweisen.It can be provided that a self-bias voltage is decoupled from the ignition power supply. This can advantageously be done with a further filtering element. The further filtering element may in particular have a capacity. This capacitance can have such large capacitance values that it has a negligible or no influence on the voltage converter, in particular the resonant circuit. For this purpose, it may have values greater than or equal to 10 μH, in particular greater than or equal to 20 μH.

Die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung kann als Rechteckspannung erzeugt werden. So können die Verluste gering gehalten werden und der Aufbau der Zündleistungsversorgung kann einfach und besonders kostengünstig erfolgen. Die dabei erzeugten hohen Frequenzen können von einem filternden Element von der Plasmakammer ferngehalten werden.The voltage at the output of the ignition power supply can be generated as a square-wave voltage. Thus, the losses can be kept low and the structure of the Zündleistungsversorgung can be done easily and very cheaply. The high frequencies generated thereby can be kept away from the plasma chamber by a filtering element.

Die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung, und insbesondere damit die Zündwechselspannung, kann nur für eine vorgegebene Zeitspanne erzeugt werden, insbesondere bis das Plasma gezündet ist, und danach abgeschaltet werden. Somit kann sichergestellt werden, dass das Erzeugen der Zündwechselspannung die DC-Bias-Messung nicht beeinflusst. Außerdem kann der Energiebedarf insgesamt gering gehalten werden.The voltage at the output of the ignition power supply, and thus in particular the ignition alternating voltage, can be generated only for a predetermined period of time, in particular until the plasma is ignited, and then switched off. Thus, it can be ensured that the generation of the ignition alternating voltage does not affect the DC bias measurement. In addition, the energy requirement can be kept low overall.

Eine DC-Bias-Spannungsmessung kann erfolgen, wenn die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung und damit die Zündwechselspannung abgeschaltet ist. Somit kann der Plasmaprozess ohne Störung durch die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung und/oder die Zündwechselspannung überwacht werden.A DC bias voltage measurement can be made when the voltage at the output of the ignition power supply and thus the ignition AC voltage is switched off. Thus, the plasma process can be monitored without interference from the voltage at the output of the ignition power supply and / or the Zündwechselspannung.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Zündschaltung zur Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9.The scope of the invention also includes an ignition circuit for igniting a plasma in a plasma chamber having the features according to claim 9.

Die Zündleistungsversorgung ist eine Wechselstromleistungsversorgung, die eine Ausgangsleistung zur Erzeugung einer Zündwechselspannung zur Verfügung stellt. Sie selbst kann ausgelegt sein, an ihrem Ausgang eine nur geringe Spannung kleiner 100 Vpp, insbesondere kleiner 50 Vpp, insbesondere kleiner 25 Vpp zu erzeugen. Mit Vpp ist die Spitzen-Spitzen-Spannung (peak-peak-voltage), also die Schwingbreite, gemeint. Die Zündleistungsversorgung kann ausgelegt sein für eine Ausgangsleistung kleiner 100 W, insbesondere kleiner 30 W, insbesondere kleiner 10 W. Eine solche Zündleistungsversorgung kann sehr kompakt und kostengünstig aufgebaut werden. Sie kann so ausgelegt sein, dass sie die Leistung in wenigen Millisekunden, insbesondere in weniger als 1 ms zur Verfügung stellen kann. Eine weitere Steuerung kann die Spannung und/oder Leistung und/oder den Strom der Zündleistungsversorgung steuern und/oder regeln.The ignition power supply is an AC power supply that provides an output power for generating an ignition AC voltage. It itself can be designed to produce at its output a low voltage of less than 100 Vpp, in particular less than 50 Vpp, in particular less than 25 Vpp. By Vpp is meant the peak-to-peak voltage, ie the swing width. The ignition power supply can be designed for an output power of less than 100 W, in particular less than 30 W, in particular less than 10 W. Such an ignition power supply can be constructed in a very compact and cost-effective manner. It can be designed so that it can provide the power in a few milliseconds, in particular less than 1 ms. Another controller may control and / or regulate the voltage and / or power and / or the current of the ignition power supply.

Der Frequenzsweeper kann eingerichtet sein, die Zündfrequenz logarithmisch über der Zeit zu variieren. Dies bedeutet, dass durch den Frequenzsweeper die Frequenz nicht linear durchlaufen wird, sondern dass manche Frequenzbereiche schneller durchlaufen werden als andere. Somit kann eine optimale Plasmazündung erfolgen.The frequency sweeper may be configured to vary the firing frequency logarithmically over time. This means that the frequency sweeper does not go through the frequency linearly, but that some frequency ranges are passed through faster than others. Thus, an optimal plasma ignition can take place.

Der Spannungswandler kann als Schwingkreis, insbesondere Serienschwingkreis, ausgebildet sein oder einen solchen aufweisen. Der Spannungswandler kann auch eine Transformationsschaltung, insbesondere einen Transformator, aufweisen. Der Spannungswandler kann ein filterndes Element aufweisen, das ausgelegt ist, die Zufuhr der Betriebsleistung bei Betriebsfrequenzen von der Plasmakammer zur Zündleistungsversorgung zu unterdrücken, insbesondere zu unterbinden. Das filternde Element kann eine Induktivität, insbesondere mit einem Wert größer 1 µH, insbesondere mit einem Wert größer 10 µH, insbesondere mit einem Wert größer 100 µH, aufweisen.The voltage converter can be designed as a resonant circuit, in particular a series resonant circuit, or have such a circuit. The voltage converter can also have a transformation circuit, in particular a transformer. The voltage converter may include a filtering element configured to suppress the supply of operating power at operating frequencies from the plasma chamber to the ignition power supply, especially to prevent. The filtering element may have an inductance, in particular having a value greater than 1 μH, in particular having a value greater than 10 μH, in particular having a value greater than 100 μH.

Der Spannungswandler, insbesondere Schwingkreis, kann Reaktanzen eines Impedanzanpassungsnetzwerks und/oder einer Anregungsvorrichtung, insbesondere einer Elektrode, aufweisen. Somit können bereits vorhandene Elemente für die Ausbildung des Spannungswandlers verwendet werden. Dadurch ergibt sich ein kostengünstiger Aufbau.The voltage converter, in particular resonant circuit, may comprise reactances of an impedance matching network and / or an excitation device, in particular an electrode. Thus, existing elements can be used for the formation of the voltage converter. This results in a cost-effective design.

Die Zündleistungsversorgung kann einen integrierten Leistungstreiber umfassen. Auch dadurch ergibt sich ein kompakter Aufbau der Zündschaltung.The ignition power supply may include an integrated power driver. This also results in a compact design of the ignition circuit.

Der Spannungswandler, insbesondere Schwingkreis, kann ein filterndes Element, insbesondere eine Induktivität umfassen, die Bestandteil einer DC-Spannungsmessanordnung ist. Damit ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.The voltage converter, in particular resonant circuit, may comprise a filtering element, in particular an inductance, which is part of a DC voltage measuring arrangement. This results in the advantages described above.

Ein Entkopplungselement kann vorgesehen sein, das eine Self-Bias-Spannung von der Zündleistungsversorgung entkoppelt. Das Entkopplungselement kann ein Kondensator sein. Der Kondensator kann für Spannungen größer 200 V, insbesondere für Spannungen größer 500 V ausgelegt sein. Am Ausgang des Impedanzanpassungsnetzwerks können im Betrieb Spannungen größer 500 V, insbesondere Spannungen größer 1000 V, anliegen. Auch wenn große Teile dieser Spannungen durch das Filterelement unterdrückt werden, so können dennoch hohe Spannungen an einem Entstör-Kondensator auftreten. Diese Spannungen soll der Kondensator unbeschadet überstehen. Es kann zusätzlich ein Überspannungsbegrenzer parallel zu dem Kondensator vorgesehen sein.A decoupling element may be provided which decouples a self-bias voltage from the ignition power supply. The decoupling element may be a capacitor. The capacitor can be designed for voltages greater than 200 V, in particular for voltages greater than 500 V. During operation, voltages greater than 500 V, in particular voltages greater than 1000 V, can be present at the output of the impedance matching network. Even if large parts of these voltages are suppressed by the filter element, nevertheless high voltages can occur at an interference suppression capacitor. These voltages should survive unscathed the capacitor. In addition, an overvoltage limiter may be provided in parallel with the capacitor.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Verwendung der Zündschaltung oder des Verfahrens für die beschriebenen Plasmabetriebszustände, insbesondere in der Halbleiterfertigung.The invention also includes use of the ignition circuit or of the method for the described plasma operating states, in particular in semiconductor manufacturing.

Die Verwendung der Zündschaltung oder des Verfahrens kann insbesondere im Pulsbetrieb erfolgen. Dabei kann die Plasmaanlage mit gepulster Hochfrequenzenergie angeregt werden. Das bedeutet, dass das Plasma in vorgegebenen Taktzeiten zwischen mehreren Leistungsleveln hin- und hergeschaltet wird. Insbesondere kann ein Leistungslevel bei einer Betriebsleistung größer 500 W liegen und das andere Leistungslevel bei 0 W liegen, bei dem das Plasma verlöscht.The use of the ignition circuit or the method can be carried out in particular in pulsed mode. The plasma system can be excited with pulsed high-frequency energy. This means that the plasma is switched back and forth between several power levels in given cycle times. In particular, one power level may be greater than 500 W at an operating power and the other power level may be at 0 W at which the plasma is extinguished.

Die Verwendung der Zündschaltung oder des Verfahrens kann insbesondere im Pulsbetrieb mit Taktzeiten kleiner 10s insbesondere deutlich kleiner als 10 s, beispielsweise kleiner 1 s erfolgen. Hier sind die Anforderungen an die Reproduzierbarkeit sehr schwierig mit herkömmlichen Mitteln kontrollierbar.The use of the ignition circuit or the method can be carried out in particular in pulse mode with cycle times of less than 10 s, in particular significantly less than 10 s, for example less than 1 s. Here, the requirements for reproducibility are very difficult to control by conventional means.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention, with reference to the figures of the drawing showing essential to the invention details, and from the claims. The features shown there are not necessarily to scale and presented in such a way that the features of the invention can be made clearly visible. The various features may be implemented individually for themselves or for a plurality of combinations in variants of the invention.

In der schematischen Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.In the schematic drawing an embodiment of the invention is shown and explained in more detail in the following description.

Figurenlistelist of figures

Es zeigen:

1: Eine schematische Darstellung einer Zündschaltung;
2: Frequenzverläufe zur Darstellung der Frequenzvariation der Zündwechselspannung.

Show it:

1 : A schematic representation of an ignition circuit;
2 : Frequency characteristics for the representation of the frequency variation of the ignition alternating voltage.

Die 1 zeigt eine Zündschaltung 1 zur Zündung eines Plasmas in einer Plasmakammer 2. Durch eine Zündleistungsversorgung 3, die mit einem Frequenzsweeper 4 verbunden ist, wird eine Zündeistung mit einer Zündfrequenz generiert, wobei die Zündleistung geringer ist als eine Betriebsleistung. Diese wird einem Spannungswandler 5, der als Schwingkreis ausgebildet ist oder einen solchen umfasst, zugeführt. Durch den Spannungswandler 5 wird aus der Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung 3 eine Zündwechselspannung generiert. Die Zündwechselspannung wird einer Anregungsvorrichtung 6a, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Elektrode ausgebildet ist, zugeführt, um das Plasma zu zünden.The 1 shows an ignition circuit 1 for igniting a plasma in a plasma chamber 2 , By an ignition power supply 3 that with a frequency sweeper 4 is connected, an ignition power is generated with an ignition frequency, the ignition power is less than an operating power. This becomes a voltage transformer 5 , which is designed as a resonant circuit or includes such supplied. Through the voltage converter 5 becomes the voltage at the output of the ignition power supply 3 generates a Zündwechselspannung. The ignition alternating voltage becomes an excitation device 6a , which is formed in the embodiment shown as an electrode, supplied to ignite the plasma.

Im Normalbetrieb, d. h. wenn ein Plasma bereits gezündet ist, wird das Plasma mit einer Betriebsleistung versorgt. Die Betriebsleistung wird durch eine Hochfrequenzleistungsversorgung 10 erzeugt, die über ein Impedanzanpassungsnetzwerk 7 einer Impedanzanpassungsanordnung 7a, mit der Plasmakammer 2 bzw. der Anregungsvorrichtung 6a verbunden ist.In normal operation, ie when a plasma is already ignited, the plasma is supplied with an operating power. The operating power is provided by a high frequency power supply 10 generated via an impedance matching network 7 an impedance matching arrangement 7a , with the plasma chamber 2 or the excitation device 6a connected is.

Der Spannungswandler 5 kann ein filterndes Element 11 aufweisen, das ausgelegt ist, die Zufuhr der Betriebsleistung bei Betriebsfrequenzen von der Plasmakammer 2 zur Zündleistungsversorgung 3 zu unterdrücken. Das filternde Element 11 kann eine Induktivität L2 aufweisen.The voltage converter 5 can be a filtering element 11 which is adapted to supply the operating power at operating frequencies from the plasma chamber 2 for ignition power supply 3 to suppress. The filtering element 11 can be an inductance L2 exhibit.

Eine oder mehrere Kapazitäten C1, C2 des Impedanzanpassungsnetzwerks 7 können Teil des Spannungswandlers 5 sein. Teil des Spannungswandlers 5 kann auch die Kapazität C5 der Plasmakammer 2 sein. Insbesondere kann die Kapazität C5 zwischen den Anregungsvorrichtungen 6a, 6b vorgesehen sein.One or more capacities C1 . C2 of the impedance matching network 7 can be part of the voltage converter 5 be. Part of the voltage transformer 5 can also use the capacity C5 the plasma chamber 2 be. In particular, the capacity can C5 between the excitation devices 6a . 6b be provided.

Das filternde Element 11 bzw. die Induktivität L2 kann auch Bestandteil einer DC-Spannungsmessanordnung 8 sein. Die DC-Spannungsmessanordnung 8 kann ein DC-Spannungsmesselement 12 aufweisen. Weiterhin kann die DC-Bias-Spannungsmessanordnung 8 einen Spannungsteiler 13 aufweisen. Der Spannungsteiler 13 kann zwei in Reihe geschaltete Widerstände R1, R2 aufweisen. Parallel zu einem Widerstand R2 kann eine Kapazität C4 zur Kompensation von parasitären Kapazitäten vorgesehen sein.The filtering element 11 or the inductance L2 may also be part of a DC voltage measurement arrangement 8th be. The DC voltage measuring arrangement 8th can be a DC voltage measuring element 12 exhibit. Furthermore, the DC bias voltage measuring arrangement 8th a voltage divider 13 exhibit. The voltage divider 13 can have two resistors connected in series R1 . R2 exhibit. Parallel to a resistance R2 can have a capacity C4 be provided to compensate for parasitic capacitances.

Das filternde Element 11 kann ausgelegt sein, die Zufuhr der Betriebsleistung bei Betriebsfrequenzen von der Plasmakammer 2 zu dem DC-Spannungsmesselement 12 zu unterdrücken. Zwischen der Anregungsvorrichtung 6a und der Plasmakammer 2 kann sich aufgrund von physikalischen Effekten eine DC-Spannung ausbilden, die DC-Bias-Spannung oder Self-Bias-Spannung genannt wird. Diese Spannung kann am Ausgang des Impedanzanpassungsnetzwerks 7, insbesondere zwischen Impedanzanpassungsnetzwerk 7 und Anregungsvorrichtung 6a, gemessen werden.The filtering element 11 may be configured, the supply of operating power at operating frequencies of the plasma chamber 2 to the DC voltage measuring element 12 to suppress. Between the excitation device 6a and the plasma chamber 2 For example, due to physical effects, a DC voltage called DC Bias Voltage or Self-Bias Voltage may form. This voltage can be at the output of the impedance matching network 7 , in particular between impedance matching network 7 and excitation device 6a to be measured.

Besondere Vorteile ergeben sich durch die gemeinsame Verwendung der Induktivität L2 für die DC-Bias-Messung und als Resonanzelement zur Erzeugung der Zündwechselspannung. Die Induktivität L2 wird vorzugsweise so gewählt, dass sich eine Resonanzfrequenz ergibt, die ca. 20-mal tiefer liegt als die HF-Anregungsfrequenz im Normalbetrieb. Dadurch ergibt sich eine Filterwirkung bezüglich der HF-Anregungsfrequenz und gleichzeitig eine hohe Güte, so dass aus einer Versorgungsspannung von beispielsweise 24 V die erforderliche Zündspannung erreicht wird.Particular advantages result from the joint use of the inductance L2 for the DC bias measurement and as a resonance element for generating the ignition alternating voltage. The inductance L2 is preferably chosen so that there is a resonance frequency which is about 20 times lower than the RF excitation frequency in normal operation. This results in a filter effect with respect to the RF excitation frequency and at the same time a high quality, so that from a supply voltage of for example 24 V, the required ignition voltage is reached.

Es kann ein Entkopplungselement 14 vorgesehen sein, welches die Zündleistungsversorgung 3 entkoppelt. Insbesondere kann das Entkopplungselement 14 einer Kapazität C3 aufweisen. Diese kann so große Kapazitätswerte aufweisen, dass sie einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Spannungswandler 5 ausübt. Insbesondere kann durch das Entkopplungselement 14 eine Entkopplung der Self-Bias-Spannung von der Zündleistungsversorgung 3 erfolgen. Parallel zu der Kapazität C3 könnte ein Überspannungsbegrenzer vorgesehen sein.It can be a decoupling element 14 be provided, which is the Zündleistungsversorgung 3 decoupled. In particular, the decoupling element 14 a capacity C3 exhibit. This can have such large capacity values that it has a negligible influence on the voltage converter 5 exercises. In particular, by the decoupling element 14 decoupling the self-bias voltage from the ignition power supply 3 respectively. Parallel to the capacity C3 could be provided an overvoltage limiter.

Wie bereits erwähnt, ist die Zündleistungsvorrichtung 3 mit einem Frequenzsweeper 4 verbunden. Durch den Frequenzsweeper 4 kann die Zündfrequenz der Zündleistung und somit auch die Frequenz der Zündwechselspannung beeinflusst werden.As already mentioned, the Zündleistungsvorrichtung 3 with a frequency sweeper 4 connected. Through the frequency sweeper 4 the ignition frequency of the ignition power and thus also the frequency of the ignition alternating voltage can be influenced.

Die Impedanzanpassungsanordnung 7a weist eine Steuerung 15 auf, die die variablen Kapazitäten C1, C2 des Impedanzanpassungsnetzwerks 7 ansteuert. Eine weitere Steuerung 16 ist mit der Zündleistungsversorgung, dem Frequenzsweeper 4 und dem DC-Spannungsmesselement verbunden. Die weitere Steuerung 16 kann die Spannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung 3 und damit die Zündwechselspannung ein- und ausschalten. Die weitere Steuerung 16 kann die Variation der Zündfrequenz steuern. Die weitere Steuerung 16 kann Teil der Steuerung 15 der Impedanzanpassungsanordnung 7a sein.The impedance matching arrangement 7a has a controller 15 on that the variable capacities C1 . C2 of the impedance matching network 7 controls. Another control 16 is with the ignition power supply, the frequency sweeper 4 and the DC voltage measuring element. The further control 16 can be the voltage at the output of the ignition power supply 3 and thus the ignition AC voltage on and off. The further control 16 can control the variation of the ignition frequency. The further control 16 can be part of the controller 15 the impedance matching arrangement 7a be.

Anhand der 2 ist beispielhaft dargestellt, auf welche Art und Weise die Zündfrequenz variiert werden kann.Based on 2 is exemplified in what way the ignition frequency can be varied.

Beispielsweise kann die Zündfrequenz mit der Zeit entsprechend der Kurve 41 sägezahnförmig verändert werden.For example, the ignition frequency with time according to the curve 41 be changed sawtooth.

Alternativ ist es denkbar, dass die Zündfrequenz entsprechend der Kurve 42 sinusförmig variiert wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die Zündfrequenz entsprechend der Kurve 43 zickzackförmig variiert wird.Alternatively, it is conceivable that the ignition frequency corresponding to the curve 42 is varied sinusoidally. Furthermore, it is conceivable that the ignition frequency corresponding to the curve 43 is zigzagged.

Auch ist es denkbar, dass manche Frequenzbereiche schneller durchlaufen werden als andere oder dass ein kleiner Frequenzbereich mit der gleichen Geschwindigkeit durchlaufen wird wie ein größerer Frequenzbereich. So kann beispielsweise der Bereich 10 kHz bis 100 kHz im Wesentlichen gleichschnell durchlaufen werden wie der Bereich 100 kHz bis 1 MHz.It is also conceivable that some frequency ranges are passed through faster than others or that a small frequency range is traversed at the same speed as a larger frequency range. Thus, for example, the range 10 kHz to 100 kHz can be traversed essentially as fast as the range 100 kHz to 1 MHz.

Die Zündwechselspannung kann am Ausgang des Impedanzanpassungsnetzwerks 7 eingespeist werden. Die erforderlichen Spannungswerte können erzeugt werden, indem ein Serienschwingkreis des Spannungswandlers 5 angeregt wird. Die Anregung des Serienschwingkreises kann mit einer relativ kleinen Anregungsspannung am Ausgang der Zündleistungsversorgung von z. B 24 Vpp erfolgen, so dass eine Resonanzspannung als Zündwechselspannung von beispielsweise 2000 Vpp erzielt wird. Vom Einspeisepunkt der Plasmazündung her gesehen kann nicht eindeutig gesagt werden, ob bezüglich der Anregungsvorrichtung 6a eine Resonanz mit hoher Elektrodenspannung vorliegt. Dadurch, dass die Zündfrequenz variiert wird, ist jedoch davon auszugehen, dass immer eine Frequenz gefunden wird, bei der eine hohe Zündwechselspannung erzielt wird, die ausreichend ist, das Plasma zu zünden. Durch fortwährendes Variieren der Zündfrequenz wird sichergestellt, dass auch Resonanzfrequenzen durchlaufen werden, die keine hohen Wechselspannungen erzeugen. Durch logarithmisches Verändern der Zündfrequenz wird erreicht, dass auch bei tiefen Resonanzfrequenzen genügend Zeit für das Aufschwingen einer zum Zünden geeigneten Zündwechselspannung verbleibt. Bei linear durchlaufener Frequenz würde beispielsweise der Bereich der tiefen Frequenzen sehr schnell durchlaufen, wodurch eine dort gegebene Resonanz aufgrund ihrer Güte nicht genug Zeit hätte, um einzuschwingen und eine zum Zünden des Plasmas geeignete Zündspannung zu erreichen. Der Frequenzsweep sollte so schnell wie möglich erfolgen, um möglichst schnell, d. h. innerhalb eines bestimmten Zeitfensters, das Plasma zu zünden.The ignition AC voltage may be at the output of the impedance matching network 7 be fed. The required voltage values can be generated by a series resonant circuit of the voltage converter 5 is stimulated. The excitation of the series resonant circuit can with a relatively small excitation voltage at the output of the ignition power supply of z. B 24 Vpp, so that a resonance voltage is obtained as the ignition alternating voltage of, for example, 2000 Vpp. From the point of entry of the plasma ignition, it can not be clearly stated whether with respect to the excitation device 6a a resonance with high electrode voltage is present. However, by varying the firing frequency it can be assumed that a frequency is always found at which a high ignition alternating voltage is achieved, which is sufficient to ignite the plasma. Continuous variation of the ignition frequency ensures that resonance frequencies are also passed through which do not generate high alternating voltages. By logarithmically changing the ignition frequency is achieved that even at low resonance frequencies enough time remains for the swinging of a suitable ignition for ignition ignition voltage. For example, in the case of a frequency passed through linearly, the range of low frequencies would pass through very rapidly, as a result of which, due to its quality, a resonance given there would not have enough time to settle in and reach a suitable ignition voltage for igniting the plasma. The frequency sweep should be as fast as possible to ignite the plasma as fast as possible, ie within a certain time window.

Claims

A method for igniting a plasma in a plasma chamber (2), which is supplied in the ignited state by a high-frequency power supply (10) via an impedance matching network (7) with an operating power greater than or equal to 500 W and an operating frequency greater than or equal to 2 MHz, comprising the method steps : a) with a Zündleistungsversorgung (3) generating a Zündleistung, which is smaller than the operating power, with an ignition frequency; b) supplying the ignition power to a voltage converter (5) and generating a Zündwechselspannung; c) supplying the ignition alternating voltage to an excitation device (6a, 6b) of the plasma chamber (2); Variation of the ignition frequency, wherein the ignition frequency is varied more slowly in low frequency ranges than in higher frequency ranges.

Method according to Claim 1 , characterized in that a resonant circuit is used as the voltage converter (5).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a power supply integrated in an impedance matching arrangement (7a) comprising the impedance matching network (7) is used as the ignition power supply (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage at the output of the ignition power supply (3) is generated with a vibration width equal to or less than 100 Vpp.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a reactance which is part of a DC voltage measuring arrangement (8) is used as part of the voltage converter (5).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage at the output of the ignition power supply (3) is generated as a square-wave voltage.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage at the output of the ignition power supply (3) for a predetermined period of time is generated and then turned off.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a DC bias voltage measurement takes place when the voltage at the output of the ignition power supply (3) is switched off.

Ignition circuit (1) for igniting a plasma in a plasma chamber (2), with an ignition power supply (3) for generating a Zündleistung, which is smaller than an operating performance, with an ignition frequency, and a voltage converter (5) to which the ignition power is supplied and which generates an ignition alternating voltage, wherein the ignition alternating voltage of an excitation device (6a, 6b) of the plasma chamber (2) is supplied, and with a frequency sweeper (4) for varying the ignition frequency, wherein the frequency sweeper (4) is arranged that the ignition frequency in low frequency ranges is varied more slowly than in higher frequency ranges.

Ignition circuit after Claim 9 , characterized in that the frequency sweeper (4) is arranged to vary the ignition frequency logarithmically over time.

Ignition circuit according to one of the preceding Claims 9 or 10 , characterized in that the voltage converter (5) is designed as a series resonant circuit.

Ignition circuit according to one of the preceding Claims 9 to 11 , characterized in that the voltage converter (5) has reactances of an impedance matching network (7) and / or an excitation device (6a, 6b).

Ignition circuit according to one of the preceding Claims 9 to 12 , characterized in that the voltage converter (5), in particular resonant circuit, a filtering element (11), in particular an inductance (L2), which is part of a DC voltage measuring arrangement (8).

Ignition circuit according to one of the preceding Claims 9 to 13 , characterized in that a decoupling element (14) is provided which decouples a self-bias voltage from the ignition power supply (3).