DE102012223660B4

DE102012223660B4 - Arclösch method for extinguishing arcs in a plasma chamber of a plasma system and power supply system

Info

Publication number: DE102012223660B4
Application number: DE102012223660.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Krausse; Christian Thome; Anton Labanc; Alberto Pena Vidal; André Grede
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: DE102012223660A1

Abstract

Arclöschverfahren zur Löschung von Arcs in einer Plasmakammer (6) eines Plasmasystems (1), umfassend die Verfahrensschritte: a. Erzeugung einer Leistung während eines Plasmabetriebs zur Erzeugung eines Plasmas in der Plasmakammer (6) und zur Durchführung eines Plasmabearbeitungsprozesses unter Verwendung des erzeugten Plasmas, indem mit einem Digital-Analog-Wandler (41) ein Analogsignal generiert wird, das einem Verstärkerpfad (31, 32) zugeführt und dort verstärkt wird; b. Überwachung des Plasmasystems (1) hinsichtlich des Auftretens eines Arcs durch eine Arcerkennung; c. bei Erkennen eines Arcs im Schritt b.: Ansteuern des Digital-Analog-Wandlers (41) durch die Arcerkennung, derart, dass ein analoges Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers (41) verändert wird.Arclöschverfahren for extinguishing arcs in a plasma chamber (6) of a plasma system (1), comprising the method steps: a. Generating a power during a plasma operation for generating a plasma in the plasma chamber (6) and for performing a plasma processing process using the generated plasma, by using a digital-to-analog converter (41) to generate an analog signal that corresponds to an amplifier path (31, 32 ) is fed and amplified there; b. Monitoring the plasma system (1) for the occurrence of an arc by an arc detection; c. upon detection of an arc in step b .: driving the digital-to-analog converter (41) by the Arcerkennung, such that an analog output signal of the digital-to-analog converter (41) is changed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Arclöschverfahren zur Löschung von Arcs in einer Plasmakammer eines Plasmasystems und ein Leistungsversorgungssystem mit einem Leistungswandler, der zur Versorgung eines Plasmaprozesses mit Leistung mit einer Plasmakammer verbindbar ist.The invention relates to an arc extinguishing method for extinguishing arcs in a plasma chamber of a plasma system and to a power supply system having a power converter connectable to a plasma chamber for powering a plasma process.

Bei einem Plasma handelt es sich um einen besonderen Aggregatszustand, der aus einem Gas erzeugt wird. Jedes Gas besteht grundsätzlich aus Atomen und/oder Molekülen. Bei einem Plasma ist dieses Gas zu einem Großteil ionisiert. Dies bedeutet, dass durch Zufuhr von Energie die Atome bzw. Moleküle in positive und negative Ladungsträger, also in Ionen und Elektronen, aufgespaltet werden. Ein Plasma eignet sich zur Bearbeitung von Werkstücken, da die elektrisch geladenen Teilchen chemisch hochgradig reaktiv und zudem durch elektrische Felder beeinflussbar sind. Die geladenen Teilchen können mittels eines elektrischen Feldes auf ein Objekt beschleunigt werden, wo sie beim Aufprall einzelne Atome daraus herauslösen können. Die herausgelösten Atome können über Gasfluss abtransportiert werden (Ätzen) oder auf anderen Objekten als Beschichtung abgelagert werden (Herstellung von Dünnfilmen). Anwendung findet eine solche Bearbeitung mittels eines Plasmas vor allem dann, wenn extrem dünne Schichten, insbesondere im Bereich weniger Atomlagen, bearbeitet werden sollen. Typische Anwendungen sind Halbleitertechnik (Beschichten, Ätzen, etc.), Flachbildschirme (ähnlich Halbleitertechnik), Solarzellen (ähnlich Halbleitertechnik), Architekturglasbeschichtung (Wärmeschutz, Blendschutz, etc.), Speichermedien (CD, DVD, Festplatten), dekorative Schichten (farbige Gläser, etc.) und Werkzeughärtung. Diese Anwendungen haben hohe Anforderungen an Genauigkeit und Prozessstabilität. Weiterhin kann ein Plasma auch zur Anregung von Lasern, insbesondere Gaslasern, dienen.A plasma is a special state of matter that is generated from a gas. Each gas basically consists of atoms and / or molecules. In a plasma, this gas is largely ionized. This means that by supplying energy, the atoms or molecules are split into positive and negative charge carriers, ie ions and electrons. A plasma is suitable for machining workpieces, since the electrically charged particles are chemically highly reactive and can also be influenced by electric fields. The charged particles can be accelerated by means of an electric field to an object, where they can dissolve single atoms out of them on impact. The liberated atoms can be removed by gas flow (etching) or deposited on other objects as a coating (production of thin films). Application is such a processing by means of a plasma, especially when extremely thin layers, especially in the range of less atomic layers to be processed. Typical applications are semiconductor technology (coating, etching, etc.), flat screens (similar to semiconductor technology), solar cells (similar to semiconductor technology), architectural glass coating (thermal protection, glare control, etc.), storage media (CD, DVD, hard disks), decorative layers (colored glass, etc.) and tool hardening. These applications have high demands on accuracy and process stability. Furthermore, a plasma can also be used to excite lasers, in particular gas lasers.

Um aus einem Gas ein Plasma zu generieren, muss ihm Energie zugeführt werden. Das kann auf unterschiedliche Weise, beispielsweise über Licht, Wärme, elektrische Energie, erfolgen. Ein Plasma zur Bearbeitung von Werkstücken wird typischerweise in einer Plasmakammer gezündet und aufrecht erhalten. Dazu wird in der Regel ein Edelgas, z. B. Argon, mit niedrigem Druck in die Plasmakammer geleitet. Über Elektroden und/oder Antennen wird das Gas einem elektrischen Feld ausgesetzt. Ein Plasma entsteht bzw. wird gezündet, wenn mehrere Bedingungen erfüllt sind. Zunächst muss eine geringe Anzahl von freien Ladungsträgern vorhanden sein, wobei zumeist die stets in sehr geringem Maß vorhandenen freien Elektronen genutzt werden. Die freien Ladungsträger werden durch das elektrische Feld so stark beschleunigt, dass sie beim Aufprall auf Atome oder Moleküle des Edelgases weitere Elektronen herauslösen, wodurch positiv geladene Ionen und weitere negativ geladene Elektronen entstehen. Die weiteren freien Ladungsträger werden wiederum beschleunigt und erzeugen beim Aufprall weitere Ionen und Elektronen. Es setzt ein Lawineneffekt ein. Der ständigen Erzeugung von Ionen und Elektronen wirken die Entladungen bei der Kollision dieser Teilchen mit der Wand der Plasmakammer oder anderen Gegenständen sowie die natürliche Rekombination entgegen, d. h., Elektronen werden von Ionen angezogen und rekombinieren zu elektrisch neutralen Atomen bzw. Molekülen. Deshalb muss einem gezündeten Plasma beständig Energie zugeführt werden, um dieses aufrecht zu erhalten.To generate a plasma from a gas, it must be supplied with energy. This can be done in different ways, for example via light, heat, electrical energy. A plasma for machining workpieces is typically ignited and maintained in a plasma chamber. This is usually a noble gas, eg. As argon, passed at low pressure in the plasma chamber. Via electrodes and / or antennas, the gas is exposed to an electric field. A plasma is created or ignited when several conditions are met. First of all, a small number of free charge carriers must be present, with the free electrons, which are always available to a very limited extent, usually being used. The free charge carriers are accelerated so much by the electric field that they release further electrons upon impact with atoms or molecules of the noble gas, whereby positively charged ions and other negatively charged electrons are formed. The other free charge carriers are in turn accelerated and generate more ions and electrons upon impact. It uses an avalanche effect. The constant generation of ions and electrons counteract the discharges in the collision of these particles with the wall of the plasma chamber or other objects as well as the natural recombination, i. h., electrons are attracted by ions and recombine to electrically neutral atoms or molecules. Therefore, an ignited plasma must constantly be supplied with energy in order to maintain it.

Die Energiezufuhr kann über eine Gleichstrom(DC)- oder eine Wechselstrom(AC)-Leistungsversorgung erfolgen. Die bei Plasmaanregung mit einer AC-Leistungsversorgung vorkommenden Frequenzen können bis in den Gigahertzbereich hinein liegen.Power can be supplied by a DC (or DC) or AC (AC) power supply. The frequencies occurring during plasma excitation with an AC power supply can be up to the gigahertz range.

Im Plasma kann es zu kurzzeitigen und auch länger anhaltenden Überschlägen, so genannten Arcs, kommen, die unerwünscht sind. Wenn ein solcher Arc erkannt wird, muss dafür gesorgt werden, dass dieser möglichst rasch erlischt, bzw. sich nicht voll entfaltet.In the plasma, there may be short-term and longer-lasting arcing, so-called arcs, which are undesirable. If such an arc is detected, it must be ensured that it extinguishes as quickly as possible, or not fully unfolded.

Aus der US 4 700 315 A ist es bekannt, aus digitalen Signalen Analogsignale mittels eines Digital-Analog-Wandlers zu erzeugen und anhand dieser Analogsignale Strom und Spannung einer Leistungsversorgung einzustellen. Wird in einer Plasmakammer ein Arc erkannt, so wird die Leistungsversorgung abgeschaltet.From the US 4 700 315 A It is known to generate analog signals from digital signals by means of a digital-to-analog converter and to adjust current and voltage of a power supply on the basis of these analog signals. If an arc is detected in a plasma chamber, the power supply is switched off.

Die US 2006/0252283 A1 offenbart, das Verhältnis von Vorwärtsleistung und reflektierter Leistung zu erfassen und einer CPU zuzuführen. Ein von der CPU ausgegebenes Digitalsignal wird mit einem Digital-Analog-Wandler in ein analoges Signal gewandelt. Beim Erkennen eines Arcs wird die Leistungsversorgung abgeschaltet.The US 2006/0252283 A1 discloses detecting and supplying the ratio of forward power and reflected power to a CPU. A digital signal output from the CPU is converted to an analog signal by a digital-to-analog converter. When an arc is detected, the power supply is turned off.

Aus der US 5 729 145 A ist es bekannt, Überschläge in einem Wechselspannungsleistungssystem zu detektieren, indem Rauschen überwacht wird.From the US 5,729,145 A It is known to detect flashovers in an AC power system by monitoring noise.

Aus der US 2003/0205460 A1 ist es bekannt, eine Arcerkennungseinheit mit einer Leistungsversorgung zu koppeln und einen leistungsbezogenen Parameter mit wenigstens einer Schwelle zu vergleichen, um Informationen über die Schwere des Überschlags zu erhalten.From the US 2003/0205460 A1 It is known to couple an arc detection unit to a power supply and to compare a power related parameter with at least one threshold in order to obtain information about the severity of the rollover.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Löschung von Arcs in einer Plasmakammer bereit zu stellen, mit dem ein schnelles und zuverlässiges Löschen von Arcs erfolgen kann. Weiterhin besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Leistungsversorgungssystem bereit zu stellen, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.The object of the present invention is to provide a method for extinguishing arcs in a plasma chamber, with which a rapid and reliable deletion of arcs. Furthermore, the object of the present invention is to provide a power supply system with which the method according to the invention can be carried out.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Arclöschverfahren zur Löschung von Arcs in einer Plasmakammer eines Plasmasystems, umfassend die Verfahrensschritte:

a. Erzeugung einer Leistung während eines Plasmabetriebs zur Erzeugung eines Plasmas in der Plasmakammer und zur Durchführung eines Plasmabearbeitungsprozesses unter Verwendung des erzeugten Plasmas, indem mit einem Digital-Analog-Wandler ein Analogsignal generiert wird, das einem Verstärkerpfad zugeführt und dort verstärkt wird;
b. Überwachung des Plasmasystems hinsichtlich des Auftretens eines Arcs durch eine Arcerkennung;
c. bei Erkennung eines Arcs im Schritt b: Ansteuern des Digital-Analog-Wandlers durch die Arcerkennung, derart, dass ein analoges Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers verändert wird.

This object is achieved according to the invention by an Arclösch method for extinguishing arcs in a plasma chamber of a plasma system, comprising the method steps:

a. Generating power during plasma operation to generate a plasma in the plasma chamber and perform a plasma processing process using the generated plasma by generating with a digital-to-analog converter an analog signal supplied to and amplified in an amplifier path;
b. Monitoring the plasma system for the presence of an arc by arc detection;
c. when detecting an arc in step b: driving the digital-to-analog converter by the Arcerkennung, such that an analog output signal of the digital-to-analog converter is changed.

Insbesondere kann durch die Arcerkennung ein Arcerkennungssignal erzeugt werden, durch welches der Digital-Analog-Wandler (DAC) direkt angesteuert wird. Somit wird keine Zeit dadurch verloren, dass das Arcerkennungssignal beispielsweise über eine Logikschaltung geleitet wird, in der es verarbeitet wird. Das Arcerkennungssignal wird somit vorzugsweise dem DAC unmittelbar, ohne zwischengeschaltete Logik, zugeführt. Dadurch ist eine sehr schnelle Reaktion, z. B. Abschaltung, bei erkannten Überschlägen möglich, indem das dem Verstärkerpfad zugeführte Analogsignal verändert wird. Das Plasmaversorgungssystem wird dadurch geschützt. Die Verwendung einer zeitintensiven Logik zwischen Messaufnehmern und einer Leistungssteuerung, was zu einer langen Reaktionszeit und somit zu einer langsamen Reaktion auf einen Arc führen würde, kann vermieden werden.In particular, an arc detection signal can be generated by the Arcerkennung, by which the digital-to-analog converter (DAC) is controlled directly. Thus, no time is lost in that the arc detection signal is passed, for example via a logic circuit in which it is processed. The Arcerkennungssignal is thus preferably the DAC directly, without intermediate logic supplied. This is a very fast reaction, z. B. shutdown, detected by flashovers by the the amplifier path supplied analog signal is changed. The plasma supply system is thereby protected. The use of a time-consuming logic between sensors and a power control, which would lead to a long reaction time and thus to a slow response to an arc, can be avoided.

Ein solches Arclöschverfahren ist um ein Vielfaches schneller als herkömmliche Arclöschverfahren. Das Arclöschverfahren bewirkt einen effektiven Schutz eines Leistungswandlers bei auftretenden Überschlägen (Arcs) in einer Plasmakammer.Such an arc extinguishing method is many times faster than conventional arc extinguishing methods. The arc extinguishing method effectively protects a power converter in the event of flashovers (arcs) in a plasma chamber.

Ein oder mehrere weitere DAC können bei Erkennen eines Arcs durch die Arcerkennung angesteuert werden. Als Reaktion auf das Erkennen eines Arcs kann beispielsweise die Leistung nur so weit reduziert werden, dass der Überschlag vollständig erlischt. Ist der Arc erloschen, kann die Leistung relativ schnell wieder hergestellt werden. Wenn mehrere DAC vorgesehen sind, können auch mehrere Verstärkerpfade vorgesehen sein, die parallel betrieben werden. Dies bedeutet, dass in einem einzelnen Verstärkerpfad keine zu große Leistung erzeugt werden muss, was sich günstig auf die Kosten für die in einem Verstärkerpfad verwendeten Bauteile auswirkt. Weiterhin kann durch Ansteuerung mehrerer DAC, die mehreren Verstärkerpfaden zugeordnet sind, schnell auf das Auftreten eines Arcs reagiert werden.One or more additional DACs may be triggered by the arc detection upon detection of an arc. For example, in response to detecting an arc, the power can only be reduced so that the flashover is completely extinguished. When the arc goes out, the performance can be restored relatively quickly. If several DAC are provided, several amplifier paths can be provided, which are operated in parallel. This means that in a single amplifier path no excessive power must be generated, which has a favorable effect on the cost of the components used in an amplifier path. Further, by driving multiple DACs associated with multiple amplifier paths, one can quickly respond to the occurrence of an arc.

Die analogen Ausgangssignale von zumindest zwei DAC in den jeweils nachfolgenden Verstärkerpfaden können unterschiedlich verstärkt werden oder unterschiedliche Durchlaufzeiten durch die Verstärkerpfade erfahren. Somit kann durch Verwendung unterschiedlicher Verstärkerpfade eine Gesamtleistung eingestellt werden, die sich aus der Kopplung oder Kombination der Ausgangsleistungen der einzelnen Verstärkerpfade ergibt. Dadurch lässt sich die der Plasmakammer zugeführte Leistung sehr viel flexibler einstellen als bei Verwendung nur eines Verstärkerpfads oder bei Verwendung von Verstärkerpfaden, die exakt die gleiche Ausgangsleistung generieren.The analog output signals from at least two DACs in the respective subsequent amplifier paths can be amplified differently or experience different cycle times through the amplifier paths. Thus, by using different amplifier paths, a total power can be set which results from the coupling or combination of the output powers of the individual amplifier paths. As a result, the power supplied to the plasma chamber can be adjusted much more flexibly than when using only one amplifier path or when using amplifier paths that generate exactly the same output power.

Ein Referenzsignaleingang des DAC kann durch die Arcerkennung angesteuert werden. Insbesondere kann eine Eingangsspannung oder ein Eingangsstrom an dem Referenzsignaleingang verändert werden. Das Referenzsignal kann dazu verwendet werden, das Ausgangssignal des DAC zu beeinflussen. Dadurch ist insbesondere eine sehr schnelle Beeinflussung des Ausgangssignals des DAC und somit eine sehr schnelle Veränderung der der Plasmakammer zugeführten Leistung möglich. Insbesondere kann die in die Plasmakammer gelieferte Leitung reduziert werden, um einen Arc zum Erlöschen zu bringen.A reference signal input of the DAC can be controlled by the arc detection. In particular, an input voltage or an input current at the reference signal input can be changed. The reference signal can be used to influence the output signal of the DAC. As a result, in particular a very rapid influencing of the output signal of the DAC and thus a very rapid change in the power supplied to the plasma chamber is possible. In particular, the lead delivered into the plasma chamber can be reduced to extinguish an arc.

Das analoge Ausgangssignal eines DAC kann Insbesondere dann besonders schnell und zuverlässig eingestellt werden, wenn dem DAC eine Folge von Digitalwerten zugeführt wird. Dabei können die Digitalwerte in einem Speicher, insbesondere einer Nachschautabelle (Look-Up-Table) abgelegt sein.In particular, the analog output signal of a DAC can be adjusted particularly quickly and reliably when a series of digital values is supplied to the DAC. The digital values can be stored in a memory, in particular a look-up table.

In zumindest einem Verstärkerpfad kann das analoge Ausgangssignal des zugeordneten DAC mit einem konstanten Verstärkungsfaktor verstärkt werde. Dadurch können die im Verstärkerpfad verwendeten Verstärker besonders einfach gehalten werden.In at least one amplifier path, the analog output signal of the associated DAC can be amplified with a constant amplification factor. As a result, the amplifiers used in the amplifier path can be kept particularly simple.

Zumindest einem DAC kann dieselbe Folge von Digitalwerten zugeführt werden, unabhängig davon, ob ein Arc erkannt wurde oder nicht. Die Reaktion auf das Erkennen eines Arcs erfolgt somit nicht durch die zugeführte Folge von Digitalwerten, sondern kann auf andere Art und Weise bewirkt werden, die unter Umständen schneller ist als die Veränderung des analogen Ausgangssignale des DAC aufgrund einer veränderten Folge von Digitalwerten.At least one DAC can be supplied with the same sequence of digital values, regardless of whether an arc was detected or not. The response to the detection of an arcs is thus not due to the supplied sequence of digital values, but can be effected in other ways, which may be faster than that Change in the analogue output signals of the DAC due to an altered sequence of digital values.

Zumindest einem DAC kann bei Arcerkennung ein anderes Referenzsignal zugeführt werden als bei fehlender Arcerkennung. Das Referenzsignal kann dazu verwendet werden, das Ausgangssignal des DAC zu beeinflussen. Die Ansteuerung des DAC mit dem Referenzsignal kann zu einer deutlich schnelleren Änderung des Ausgangssignals des DAC führen als die Veränderung der zugeführten Folge von Digitalwerten.At least one DAC can be supplied with a different reference signal during arc detection than in the absence of arc detection. The reference signal can be used to influence the output signal of the DAC. Driving the DAC with the reference signal can result in a much faster change in the output of the DAC than changing the applied train of digital values.

Wenn zumindest einem DAC im Plasmabetrieb dasselbe Referenzsignal zugeführt wird wie im Arclöschbetrieb, kann die Veränderung des analogen Ausgangssignals des DAC dadurch erfolgen, dass eine veränderte Folge von Digitalwerten zugeführt wird.If the same reference signal is supplied to at least one DAC in plasma operation as in the arcleaving operation, the change in the analog output signal of the DAC can be effected by supplying an altered sequence of digital values.

Es kann überwacht werden, ob der detektierte Arc erloschen ist und bei Detektion des Erlöschens des Arcs kann kein Arcerkennungssignal dem DAC zugeführt werden. Es wird somit keine vorbestimmte Zeit abgewartet, bis die Leistung der Plasmakammer wieder zugeführt wird. Eine solche vordefinierte Zeit ist unter Umständen länger als die Zeit, die tatsächlich zum Erlöschen des Arcs benötigt wird. Wird dagegen überwacht, ob der Arc erloschen ist, kann unmittelbar nach Erlöschen des Arcs die Leistung der Plasmakammer wieder zugeführt werden. Somit kann die Unterbrechungszeit des Plasmaprozesses minimal gehalten werden.It can be monitored whether the detected arc is extinguished, and upon detection of the extinction of the arc, no arc detection signal can be supplied to the DAC. It is thus not a predetermined time to wait until the power of the plasma chamber is supplied again. Such a predefined time may be longer than the time actually required to extinguish the arcs. If, on the other hand, it is monitored whether the arc is extinguished, the power of the plasma chamber can be restored immediately after the arc has been extinguished. Thus, the interruption time of the plasma process can be minimized.

Zumindest ein analoges Ausgangssignal eines DAC kann durch einen Direct Digital Synthesis-Baustein (DDS-Baustein) erzeugt werden, der den DAC aufweist. Mit einem DDS-Baustein kann eine besonders schnelle Erzeugung eines analogen Ausgangssignals bewirkt werden. Die Arclöschung und somit die Minimierung der Leistung, die der Plasmakammer zugeführt wird, kann dadurch bewirkt werden, dass ein Referenzsignaleingang des DDS-Bausteins angesteuert wird, insbesondere eine Eingangsspannung an dem Referenzsignaleingang verändert, insbesondere erhöht wird. Durch eine solche Ansteuerung des DDS-Bausteins kann das analoge Ausgangssignal und somit die der Plasmakammer zugeführte Leistung besonders schnell verändert werden.At least one analog output signal of a DAC can be generated by a Direct Digital Synthesis (DDS) device having the DAC. With a DDS module, a particularly fast generation of an analog output signal can be effected. The arc cancellation and thus the minimization of the power supplied to the plasma chamber can be effected by driving a reference signal input of the DDS module, in particular changing, in particular increasing, an input voltage at the reference signal input. By such a control of the DDS module, the analog output signal and thus the power supplied to the plasma chamber can be changed very quickly.

Jedem DAC kann eine eigene (individuelle) Folge von Digitalwerten zugeführt werden. Somit kann das erzeugte Ausgangssignal des DAC individuell eingestellt werden. Insbesondere können unterschiedlichen Verstärkerpfaden unterschiedliche analoge Eingangssignale zugeführt werden. Dadurch lässt sich die Gesamtleistung, die einer Plasmakammer zugeführt wird, besonders flexibel einstellen.Each DAC can be supplied with its own (individual) sequence of digital values. Thus, the generated output signal of the DAC can be adjusted individually. In particular, different amplifier paths can be supplied with different analog input signals. As a result, the total power that is supplied to a plasma chamber can be adjusted particularly flexibly.

Die Folge von Digitalwerten kann aus einem Datenspeicher ausgelesen werden, der von einer zentralen Logikbaugruppe beschrieben wird. Bei den Datenspeichern kann es sich um sogenannte Nachschautabelle (Look-Up-Tabels) handeln.The sequence of digital values can be read from a data store described by a central logic board. The data stores can be look-up tables.

Die Folge von Digitalwerten kann erzeugt werden, indem ein in einem Signaldatenspeicher abgelegter Signaldatenwert mit einem in einem Amplitudendatenspeicher abgelegten Amplitudendatenwert multipliziert wird. Insbesondere kann die Folge von Digitalwerten erzeugt werden, indem mit Hilfe eines Zählers eine Folge von in einem Signaldatenspeicher abgelegten Signaldatenwerten ausgelesen wird, diese Folge von Signaldatenwerten einem Multiplizierer zugeführt wird, und von diesem Multiplizierer mit einem aus einem Amplitudendatenspeicher ausgelesenen Amplitudendatenwert multipliziert wird. Dabei kann ein Analogsignal eine Analogspannung sein. Somit kann auf einfache Art und Weise ein Digitalsignal erzeugt werden, welches Informationen bezüglich der Signalform und der Amplitude des im DAC zu erzeugenden Analogsignals aufweist. Dies hat insbesondere dann Vorteile, wenn parallel mehrere Analogsignale erzeugt werden, die anschließend durch einen Kombinierer kombiniert werden, so dass die zu kombinierenden Signale besonders einfach und schnell aneinander angepasst werden können. Verstärkerpfade, die mit einem so generierten Analogsignal angesteuert sind, sind besonders gut für einen Parallelbetrieb mehrerer Verstärkerpfade geeignet. Die so erzeugten Leistungen können einfach am Ausgang der Verstärkerpfade kombiniert werden. Somit ergibt sich eine sehr schnell und genau abstimmbare Gesamtleistung eines Leistungswandlers.The sequence of digital values may be generated by multiplying a signal data value stored in a signal data memory by an amplitude data value stored in an amplitude data memory. In particular, the sequence of digital values can be generated by reading, with the aid of a counter, a sequence of signal data stored in a signal data memory, applying this sequence of signal data values to a multiplier, and multiplying this multiplier by an amplitude data value read from an amplitude data memory. In this case, an analog signal can be an analog voltage. Thus, a digital signal can be generated in a simple manner, which has information regarding the signal shape and the amplitude of the analog signal to be generated in the DAC. This has particular advantages when several analog signals are generated in parallel, which are then combined by a combiner, so that the signals to be combined can be adapted particularly easily and quickly to each other. Amplifier paths that are driven with an analog signal generated in this way are particularly well suited for parallel operation of multiple amplifier paths. The power generated in this way can easily be combined at the output of the amplifier paths. This results in a very fast and exactly tunable overall performance of a power converter.

Die Arcerkennung kann eine Arc-Managementschaltung ansteuern, die wiederum direkt oder indirekt den oder die DAC ansteuert. Durch das von der Arcerkennung generierte Arcerkennungssignal kann zunächst der DAC angesteuert werden, um sehr schnell auf den erkannten Arc zu reagieren. Durch die Arc-Managementschaltung kann diese schnelle Arcerkennung ergänzt werden, indem weitere Entscheidungen zur Behandlung des Arcs getroffen werden.Arc detection can trigger an Arc Management Circuit, which in turn directly or indirectly drives the DAC (s). Due to the arc detection signal generated by the arc detection, the DAC can first be controlled in order to react very quickly to the recognized arc. The arc management circuitry can complement this fast arc detection by making further decisions to handle the arc.

Die Arc-Managementschaltung kann die Amplitude des Analogsignals beeinflussen, indem der im Amplituden-Datenspeicher abgelegte Amplituden-Datenwert verändert wird. So kann die Amplitudenmodulation besonders schnell erfolgen. Außerdem können mehrere Verstärkerpfade so sehr schnell in ihrer Ausgangsleistung verändert werden und gleichzeitig bleibt die Synchronisierung der Verstärkerpfade untereinander unberührt.The arc management circuit may affect the amplitude of the analog signal by changing the amplitude data stored in the amplitude data memory. So can the Amplitude modulation take place very quickly. In addition, multiple amplifier paths can be changed so very fast in their output power and at the same time the synchronization of the amplifier paths with each other remains unaffected.

Die Arc-Managementschaltung kann die Amplitude des Analogsignals beeinflussen, indem der im Signal-Datenspeicher abgelegte Signal-Datenwert verändert wird. Auch so kann die Amplitudenmodulation besonders schnell erfolgen. Außerdem können mehrere Verstärkerpfade so sehr schnell in ihrer Ausgangsleistung verändert werden und eine nichtlineare Verstärkung und Phasenschiebung bei unterschiedlichen Amplituden des Analogsignals der Verstärker kann mit berücksichtigt werden.The arc management circuit may affect the amplitude of the analog signal by changing the signal data stored in the signal data memory. Even so, the amplitude modulation can be done very quickly. In addition, several amplifier paths can be changed very quickly in their output power and a non-linear amplification and phase shift at different amplitudes of the analog signal of the amplifier can be taken into account.

Die Überwachung des Plasmasystems kann hinsichtlich des Auftretens eines Arcs erfolgen, indem ein mit der in das Plasma gelieferten Leistung Pi und/oder ein mit der von dem Plasma reflektierten Leistung Pr und/oder mit einem in das Plasma fließenden Strom und/oder eine an das Plasma angelegten Spannung in Beziehung stehendes Signal erfasst wird und aus dem erfassten Signal mittels der Arcerkennung ein Arcerkennungssignal generiert wird. Insbesondere kann das erfasste Signal von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) in digitalisierte Werte umgesetzt werden, diese digitalisierten Werte können einer Logikschaltung, insbesondere einem programmierbaren Logikbaustein, zugeführt werden, wobei der programmierbare Logikbaustein diese digitalisierten Werte auswertet und das Arcerkennungssignal generiert. Mit einer solchen optimierten und spezialisierten Logik kann die Geschwindigkeit der Arcerkennung erheblich gesteigert werden. Weiterhin genügt in diesem Fall ein einziges Signal, um über die Existenz eines Arcs zu informieren und das Plasmasystem z. B. abzuschalten. Durch die direkte Anbindung des Arcerkennungssignals an den DAC kann der Arc praktisch ohne Verzögerung wahrgenommen werden. Dadurch ist quasi eine Echtzeitüberwachung von Signalen des Plasmasystems und eine sehr schnelle Abschaltung des Systems bei Überschlägen möglich. Die Verwendung einer zeitintensiven Logik zwischen Messaufnehmern und einer Systemsteuerung führt zu einer langen Reaktionszeit und damit zu einer langsamen Reaktion, was erfindungsgemäß vermieden wird. Durch Verwendung einer spezifischen Leitung zur Übertragung des Arcerkennungssignals kann eine minimale Verzögerung realisiert werden.The monitoring of the plasma system can take place with regard to the occurrence of an arc, by a power Pi supplied to the plasma and / or a power Pr reflected by the plasma and / or a current flowing into the plasma and / or a current Plasma applied voltage related signal is detected and from the detected signal by means of the Arcerkennung a Arcerkennungssignal is generated. In particular, the detected signal can be converted into digitized values by an analog-digital converter (ADC), these digitized values can be supplied to a logic circuit, in particular a programmable logic module, the programmable logic module evaluating these digitized values and generating the arc detection signal. With such optimized and specialized logic, the speed of arc detection can be significantly increased. Furthermore, in this case, a single signal is sufficient to inform about the existence of an arc and the plasma system z. B. shut down. By directly connecting the arc detection signal to the DAC, the arc can be perceived with virtually no delay. As a result, virtually a real-time monitoring of signals of the plasma system and a very fast shutdown of the system during rollovers is possible. The use of time-consuming logic between sensors and a system controller leads to a long reaction time and thus to a slow reaction, which is avoided according to the invention. By using a specific line to transmit the arc detection signal, a minimum delay can be realized.

Die Erzeugung der Leistung kann erfolgen, indem eine Hochfrequenzleistung, insbesondere mit einer Frequenz > 1 MHz erzeugt wird und der oder die DAC so angesteuert werden, dass diese(r) ein Signal mit dieser Frequenz erzeugen.The generation of the power can take place by generating a high-frequency power, in particular with a frequency> 1 MHz, and the one or more DACs are controlled in such a way that they generate a signal with this frequency.

Das erfasste Signal kann von dem ADC mit einer Frequenz > 1 MHz abgetastet werden und der programmierbare Logikbaustein kann mit einem Taktsignal einer Frequenz > 1 MHz getaktet werden. Dem ADC und dem programmierbaren Logikbausein kann dasselbe Taktsignal zugeführt werden. Dadurch wird eine schnellstmögliche Signalverarbeitung sichergestellt.The detected signal can be sampled by the ADC with a frequency> 1 MHz and the programmable logic module can be clocked with a clock signal of a frequency> 1 MHz. The same clock signal may be supplied to the ADC and the programmable logic device. This ensures the fastest possible signal processing.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Leistungsversorgungssystem mit einem Leistungswandler, der zur Versorgung eines Plasmaprozesses mit Leistung mit einer Plasmakammer verbindbar ist, wobei der Leistungswandler einen ersten Verstärkerpfad aufweist, dem ein von einem DAC erzeugtes Analogsignal zugeführt ist, wobei der DAC mit einer Arcerkennung verbunden ist. Insbesondere kann der DAC unmittelbar, d. h. direkt ohne zwischengeschaltete Logik, mit der Arcerkennung verbunden sein. Dies bedeutet, dass die Arcerkennung unmittelbar ein Signal an einen DAC geben kann. Eine besonders schnelle Reaktion auf das Erkennen eines Arcs kann dadurch bewirkt werden. Somit kann unmittelbar das vom DAC erzeugte Ausgangssignal beeinflusst werden.The invention also includes a power supply system having a power converter connectable to a plasma chamber for powering a plasma process, the power converter having a first amplifier path to which an analog signal generated by a DAC is applied, the DAC having an arc detection connected is. In particular, the DAC may be immediate, i. H. directly without intermediary logic, be connected to the arc detection. This means that the arc detection can immediately give a signal to a DAC. A particularly quick response to the detection of an arc can be effected thereby. Thus, the output signal generated by the DAC can be directly influenced.

Eine Signalleitung kann von der Arcerkennung zu dem DAC durch eine Logikbaugruppe geschleift sein. Die Logikbaugruppe kann dazu dienen, den DAC im arcfreien Betrieb anzusteuern. Das „Verlegen” einer extra Leitung kann vermieden werden, wenn die Signalleitung durch die Logikbaugruppe geschleift wird. Eine Übertragung des Arcerkennungssignals über eine Signalleitung, die durch eine Logikbaugruppe geschleift ist, wird im Sinne der Erfindung dennoch als unmittelbare Verbindung der Arcerkennung mit dem DAC verstanden, da das Arcerkennungssignal in der Logikbaugruppe keine weitere Verarbeitung und Auswertung erfährt.A signal line may be looped from the arc detector to the DAC through a logic board. The logic board can be used to control the DAC in arc-free operation. The "laying" of an extra line can be avoided if the signal line is looped through the logic board. A transmission of the arc detection signal via a signal line, which has been looped through a logic module, is still understood in the sense of the invention as a direct connection of the arc detection with the DAC, since the arc detection signal in the logic module undergoes no further processing and evaluation.

Es kann eine Messeinrichtung vorgesehen sein, in die die Arcerkennung integriert ist. Die Messeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, Strom, Spannung und/oder Leistung, insbesondere Vorwärts- und Rückwärtsleistung, d. h. reflektierte Leistung zu erfassen. Insbesondere kann die Messeinrichtung mit eingebetteter Digitalisierung und Aufbereitung der gemessenen Signale ausgestattet sein. Durch zusätzliche Logikbauelemente kann die Erzeugung des Arcerkennungssignals direkt dort erfolgen.It can be provided a measuring device, in which the Arcerkennung is integrated. The measuring device may be designed to supply current, voltage and / or power, in particular forward and reverse power, d. H. to capture reflected power. In particular, the measuring device can be equipped with embedded digitization and processing of the measured signals. By additional logic devices, the generation of the Arcerkennungssignals can be done directly there.

Die Messeinrichtung kann einen Richtkoppler aufweisen. Ein Richtkoppler kann ausgelegt sein zur Erfassung von Leistung, insbesondere von Vorwärts- und Rückwärtsleistung.The measuring device may have a directional coupler. A directional coupler may be designed to detect power, in particular forward and reverse power.

Die Messeinrichtung kann einen Stromwandler aufweisen. Der Stromwandler kann beispielsweise als Rogowsky-Spule ausgebildet sein. Die Rogowsky-Spule kann in Flachbauweise ausgeführt sein.The measuring device may have a current transformer. The current transformer may be formed, for example, as a Rogowsky coil. The Rogowsky coil can be made in flat construction.

Die Messeinrichtung kann einen ADC aufweisen. Insbesondere können die Messeinrichtung und der ADC auf einer Leiterkarte angeordnet sein. Die Messeinrichtung kann in planarer Bauweise ausgeführt sein. Insbesondere kann ein Filter zwischen dem ADC und der Messeinrichtung angeordnet sein. Auch der Filter kann auf derselben Leiterkarte angeordnet sein wie der ADC und die Messeinrichtung.The measuring device can have an ADC. In particular, the measuring device and the ADC can be arranged on a printed circuit board. The measuring device can be designed in a planar design. In particular, a filter may be arranged between the ADC and the measuring device. The filter can also be arranged on the same printed circuit board as the ADC and the measuring device.

Die Messeinrichtung kann eine Logikschaltung zur Generierung des Arcerkennungssignals aufweisen. Die Logikschaltung kann dabei eine programmierbare Logikschaltung (PLD) sein. Dies hat den Vorteil, dass die Logikschaltung durch einen Anwender veränderbar, insbesondere programmierbar ist. Die programmierbare Logikschaltung kann dabei beispielsweise als sogenanntes FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgebildet sein. Diese Logikbaugruppe kann auf derselben Leiterkarte angeordnet sein wie die Messeinrichtung und der ADC. Insbesondere können ADC und Logikschaltung in einem Baustein realisiert sein. Die Takterzeugung kann ebenfalls auf dieser Leiterkarte erfolgen. Alternativ kann ein Takt extern erzeugt werden. Die Takterzeugung kann synchron mit der Frequenz des Leistungssignals erfolgen. The measuring device can have a logic circuit for generating the arc detection signal. The logic circuit can be a programmable logic circuit (PLD). This has the advantage that the logic circuit can be changed by a user, in particular programmable. The programmable logic circuit can be designed, for example, as so-called FPGA (Field Programmable Gate Array). This logic board can be located on the same circuit board as the meter and the ADC. In particular, ADC and logic circuit can be implemented in one block. The clock generation can also be done on this board. Alternatively, a clock can be generated externally. The clock generation may be synchronous with the frequency of the power signal.

Die Frequenz des Taktsignals kann > 1 MHz sein.The frequency of the clock signal can be> 1 MHz.

Es kann eine Arc-Managementschaltung vorgesehen sein, die mit der Arcerkennung und zumindest einem DAC verbunden ist. Dadurch, dass die Arc-Managementschaltung mit der Arcerkennung verbunden ist, erfährt sie, wenn ein Arc erkannt wurde. Wenn die Arcerkennung direkt den DAC ansteuern kann und somit zu einer Leistungsreduzierung führen kann, kann die Arc-Managementschaltung die weitere Datenverarbeitung übernehmen und insbesondere erfassen, ob ein Arc erloschen ist oder nicht und in Abhängigkeit davon ebenfalls den DAC ansteuern.It may be provided an arc management circuit which is connected to the Arcerkennung and at least one DAC. Because the arc management circuit is connected to the Arc Detector, it learns when an Arc is detected. If the arc detection can directly drive the DAC and thus lead to a power reduction, the arc management circuit can take over the further data processing and, in particular, detect whether an arc is extinguished or not and, depending thereon, also control the DAC.

Der DAC kann einen Digitalsignaleingang und einen Referenzsignaleingang aufweisen, und die Arc-Managementschaltung kann in Abhängigkeit von dem durch die Arcerkennung ermittelten Arcerkennungssignal zumindest ein Eingangssignal für einen Eingang des DAC erzeugen. Insbesondere kann die Arc-Managementschaltung das Referenzsignal, welches dem Referenzsignaleingang zugeführt wird, verändern. Selbst bei gleichbleibender Folge von Digitalwerten, die dem DAC zugeführt werden, kann somit das von dem DAC erzeugte Ausgangssignal beeinflusst werden.The DAC may include a digital signal input and a reference signal input, and the arc management circuit may generate at least one input signal for an input of the DAC depending on the arc detection signal determined by the arc detection signal. In particular, the arc management circuit may change the reference signal supplied to the reference signal input. Even with a constant sequence of digital values supplied to the DAC, the output signal produced by the DAC can thus be influenced.

Der Leistungswandler kann mehrere Verstärkerpfade aufweisen, denen jeweils ein DAC zugeordnet ist, der dem jeweiligen Verstärkerpfad ein Analogsignal zuführt. Somit kann parallel in mehreren Verstärkerpfaden ein Leistungssignal erzeugt werden. In den Verstärkerpfaden kann dasselbe Leistungssignal erzeugt werden oder es können unterschiedliche Leistungssignale erzeugt werden. Durch die parallele Anordnung von Verstärkerpfaden ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise für hohe Ausgangsleistungen. Ein solcher Leistungswandler ist besonders gut abstimmbar.The power converter can have a plurality of amplifier paths, to each of which a DAC is assigned, which supplies an analog signal to the respective amplifier path. Thus, a power signal can be generated in parallel in several amplifier paths. In the amplifier paths, the same power signal can be generated or different power signals can be generated. The parallel arrangement of amplifier paths results in a particularly compact design for high output powers. Such a power converter is particularly well tuned.

Die Verstärkerpfade können mit einem Kombinierer zur Kombination der in den Verstärkerpfaden erzeugten Leistungen zu einer Gesamtleistung verbunden sein. Hierbei können relativ einfache Kombinierer verwendet werden, die günstiger in der Herstellung sind, aber hohe Anforderungen hinsichtlich der Phasenlage, Amplituden und Frequenzen der Eingangssignale stellen. Der Leistungswandler kann hierdurch in besonders kompakter Bauweise und kostengünstig aufgebaut werden.The amplifier paths may be combined with a combiner to combine the power generated in the amplifier paths into a total power. In this case, relatively simple combiners can be used, which are cheaper to produce, but place high demands on the phase position, amplitudes and frequencies of the input signals. The power converter can thereby be constructed in a particularly compact design and cost.

Der Kombinierer kann zur Kombination der in den Verstärkerpfaden erzeugten Leistungen ohne Ausgleichsimpedanzen für Eingangssignale ungleicher Stärke und/oder Phasenlage ausgelegt sein. Ein solcher Kombinierer ist besonders energiesparend und kostengünstig. Außerdem kann ein solcher Kombinierer sehr kompakt und mit wenigen Bauteilen aufgebaut werden.The combiner can be designed to combine the power generated in the amplifier paths without compensation impedances for input signals of unequal strength and / or phase angle. Such a combiner is particularly energy-efficient and cost-effective. In addition, such a combiner can be built very compact and with few components.

Die Verstärkerpfade können Transistoren in LDMOS-Technologie aufweisen. LDMOS steht für „laterally diffused metal Oxide semiconductor”. Dies sind MOSFET's, die bisher vor allem im GHz-Bereich Anwendung fanden. Die Verwendung dieser Transistoren im Bereich unter 200 MHz ist bislang noch nicht bekannt. Beim Einsatz in Verstärkern zur Erzeugung einer Leistung, die einem Plasmaprozess zuführbar ist, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich diese Transistoren in LDMOS-Technologie sehr viel zuverlässiger verhalten als vergleichbare herkömmliche MOSFET's. Dies kann auf eine sehr viel höhere Strombelastbarkeit zurückzuführen sein. Insbesondere bei Versuchen mit mehreren Verstärkerpfaden und bei Frequenzen von 3,4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz und 162 MHz haben diese Transistortypen eine besonders hohe Zuverlässigkeit gezeigt. Ein weiterer Vorteil dieser Transistortypen gegenüber herkömmlichen MOSFET's besteht darin, dass die identischen Transistoren für die genannten Frequenzen (3,4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz und 162 MHz) einsetzbar sind. Damit lassen sich nun in einer sehr ähnlichen oder auch gleichen Topologie Verstärker und Leistungsversorgungssysteme aufbauen, die bei Frequenzen über mehrere Dekaden im Bereich von 1 MHz bis 200 MHz einsetzbar sind. Dies sind Frequenzen, wie sie in Plasmaprozessen und zur Gaslaseranregung oft benutzt werden. Die Frequenz ist durch einfache Veränderung der Ansteuerung der DACs einstellbar, die Amplitude durch Veränderung der Werte im Digitalspeicher bzw. in Nachschautabellen (Look-Up-Tables). Herkömmliche MOSFET's haben bei diesen Frequenz betrieben an Plasmaprozessen oftmals Probleme, wenn zu viel in den Plasmaprozess gelieferte Leistung zurückreflektiert wird. Deswegen musste die erzeugte Leistung oft begrenzt werden, um die reflektierte Leistung nicht über eine kritische Grenze ansteigen zu lassen. Damit ließen sich die Plasmaprozesse nicht immer sicher zünden oder im gewünschten Leistungsbereich betreiben. Außerdem wurden aufwändige regelbare Impedanzanpassungsschaltungen und Kombinierer vorgesehen, um diese Nachteile zu beheben. LDMOS-Transistoren sind besonders vorteilhaft einsetzbar, wenn mit reflektierter Leistung in erheblichem Maß zu rechnen ist, wie dies beispielsweise bei der Versorgung von Plasmaprozessen der Fall ist. In Verbindung mit dem oben erwähnten Kombinierer besteht der Vorteil der LDMOS-Transistoren darin, dass sehr viel höhere reflektierte Leistungen von den Transistoren aufgenommen werden können. Dadurch werden die Anforderungen an zusätzliche Zwischenleistungsversorgungssystem und lastgeschaltete Impedanzanpassungsnetzwerke niedriger und es können bei diesen Impedanzanpassungsnetzwerken Kosten für Bauteile und Regelung eingespart werden.The amplifier paths may comprise transistors in LDMOS technology. LDMOS stands for "laterally diffused metal oxide semiconductor". These are MOSFETs, which until now have been used mainly in the GHz range. The use of these transistors in the range below 200 MHz is not yet known. When used in amplifiers to produce a power that can be supplied to a plasma process, it has surprisingly been found that these transistors behave in LDMOS technology much more reliable than comparable conventional MOSFETs. This can be due to a much higher current carrying capacity. In particular, in experiments with multiple amplifier paths and at frequencies of 3.4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz and 162 MHz, these types of transistors have shown a particularly high reliability. Another advantage of these transistor types over conventional MOSFETs is that the identical transistors can be used for the mentioned frequencies (3.4 MHz, 13 MHz, 27 MHz, 40 MHz and 162 MHz). This makes it possible to build amplifiers and power supply systems that can be used at frequencies over several decades in the range from 1 MHz to 200 MHz in a very similar or the same topology. These are frequencies often used in plasma processes and gas laser excitation. The frequency can be set by simply changing the control of the DACs, the amplitude by changing the values in the digital memory or in look-up tables. Conventional MOSFETs often have problems at this frequency in plasma processes when too much power provided in the plasma process is reflected back. Therefore, the power generated often had to be limited so as not to increase the reflected power beyond a critical limit. Thus the plasma processes could not always be ignited safely or in the desired power range operate. In addition, sophisticated variable impedance matching circuits and combiners have been provided to overcome these disadvantages. LDMOS transistors can be used particularly advantageously if reflected power is to be expected to a considerable extent, as is the case, for example, in the supply of plasma processes. In connection with the above-mentioned combiner, the advantage of the LDMOS transistors is that much higher reflected powers can be absorbed by the transistors. As a result, the demands on additional intermediate power supply systems and load-switched impedance matching networks become lower, and component and control costs can be saved in these impedance matching networks.

Die Ansteuerschaltung kann als FPGA ausgebildet sein, das mit einem DAC der Verstärkerpfade verbunden ist oder in ein solches integriert sein. Eine als FPGA ausgebildete Ansteuerschaltung kann besonders schnell arbeiten. Das FPGA kann durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) angesteuert sein. Auch dadurch ergibt sich eine besonders schnelle Signalverarbeitung und entsprechend schnelle Reaktion auf das Erkennen eines Arcs in der Plasmakammer. Das FPGA kann die Arc-Managementschaltung aufweisen.The drive circuit may be formed as an FPGA, which is connected to a DAC of the amplifier paths or integrated into such. A drive circuit designed as an FPGA can work very fast. The FPGA may be driven by a digital signal processor (DSP). This also results in a particularly fast signal processing and correspondingly fast response to the detection of an arc in the plasma chamber. The FPGA may include the arc management circuit.

Der Leistungswandler kann Hochfrequenzleistung mit einer Frequenz > 1 MHz erzeugen, und das von dem DAC dem Verstärkerpfad zugeführte Analogsignal kann ein Signal mit dieser Frequenz sein.The power converter may generate high frequency power with a frequency> 1 MHz, and the analog signal supplied by the DAC to the amplifier path may be a signal having that frequency.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante 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, the invention essential details show, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention is shown schematically in the drawing and will be explained below with reference to the figures of the drawing. Show it:

1 in stark schematisierter Darstellung ein Plasmasystem mit einem Leistungsversorgungssystem; 1 in a highly schematic representation of a plasma system with a power supply system;

2 in einer Blockdarstellung ein Leistungsversorgungssystem und 2 in a block diagram, a power supply system and

3 einen DDS-Baustein. 3 a DDS module.

Die 1 zeigt ein Plasmasystem 1, welches ein Leistungsversorgungssystem 2 umfasst. Das Leistungsversorgungssystem 2 weist wiederum einen Leistungswandler 3 auf, der an ein Spannungsversorgungsnetz 4 angeschlossen sein kann. Die am Ausgang des Leistungswandlers 3 erzeugte Leistung wird über ein Impedanzanpassungsnetzwerk 5 an eine Plasmakammer 6 gegeben, wo ein Plasma erzeugt wird, mithilfe dessen eine Plasmabearbeitung in der Plasmakammer 6 durchgeführt werden kann. Insbesondere kann ein Werkstück geätzt werden oder kann eine Materialschicht auf ein Substrat aufgebracht werden.The 1 shows a plasma system 1 which is a power supply system 2 includes. The power supply system 2 again has a power converter 3 on, connected to a power supply network 4 can be connected. The at the output of the power converter 3 Power generated is via an impedance matching network 5 to a plasma chamber 6 given where a plasma is generated by means of which plasma processing in the plasma chamber 6 can be carried out. In particular, a workpiece can be etched or a layer of material can be applied to a substrate.

Die 2 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein Leistungsversorgungssystem 20. Das Leistungsversorgungssystem 20 weist einen Leistungswandler 30 auf, der eine Ausgangsleistung erzeugt, die einer Last, beispielsweise einem Plasmaprozess oder einer Laseranregung, zugeführt werden kann. In dem Leistungswandler 30 sind mehrere Verstärkerpfade 31, 32 vorgesehen, wobei der Verstärkerpfad 32 weitestgehend identisch aufgebaut ist wie der Verstärkerpfad 31. Daher wird nachfolgend nur noch der Verstärkerpfad 31 beschrieben. Die Verstärkerpfade 31, 32 weisen mehrere Verstärker 37 auf, die geeignet sind, ein Analogsignal zu verstärken. Am Ende der Verstärkerpfade 31, 32 ist jeweils ein Verstärker 39 mit zumindest einem LDMOS-Transistor vorgesehen, dessen Ausgang direkt oder indirekt, z. B. über ein Impedanzanpassungsglied und/oder Filter, auf einen Kombinierer 40 geschaltet ist. Insbesondere sind sämtliche Ausgänge sämtlicher Verstärkerpfade 31, 32, insbesondere in gleicher Weise, auf den Kombinierer 40 geschaltet. Durch den Kombinierer 40 werden die Einzelleistungen der Verstärkerpfade 31, 32 zu einer Gesamtleistung gekoppelt.The 2 shows in a highly schematic representation of a power supply system 20 , The power supply system 20 has a power converter 30 which generates an output power that can be supplied to a load such as a plasma process or a laser excitation. In the power converter 30 are multiple amplifier paths 31 . 32 provided, wherein the amplifier path 32 is largely identical to the amplifier path 31 , Therefore, only the amplifier path will follow 31 described. The amplifier paths 31 . 32 have several amplifiers 37 which are suitable for amplifying an analog signal. At the end of the amplifier paths 31 . 32 is each an amplifier 39 provided with at least one LDMOS transistor whose output directly or indirectly, for. B. via an impedance adapter and / or filter, on a combiner 40 is switched. In particular, all outputs are all amplifier paths 31 . 32 , in particular in the same way, on the combiner 40 connected. By the combiner 40 become the individual powers of the amplifier paths 31 . 32 coupled to a total performance.

Dass die Verstärkerpfade 31, 32 weitestgehend identisch aufgebaut sind, bedeutet nicht zwingend, dass sie die gleiche Verstärkung besitzen. Bauteilstreuung und Toleranzen beim Aufbau der Schaltungen können zu erheblichen Differenzen in der Phase und/oder in der Amplitude der in den Verstärkerpfaden 31, 32 erzeugten Hochfrequenzleistungssignalen bei identischem Eingangssignal führen.That the amplifier paths 31 . 32 are constructed identically, does not necessarily mean that they have the same gain. Component dispersion and circuit design tolerances can result in significant differences in phase and / or amplitude in the amplifier paths 31 . 32 generated high frequency power signals with identical input signal.

Den Verstärkerpfaden 31, 32 ist jeweils ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 41 vorgeschaltet, dem eine Logikschaltungseinheit 42 zugeordnet ist. Insbesondere werden dem DAC 41 aus der Logikschaltungseinheit 42 Folgen von Digitalwerten zugeführt, aus denen der DAC 41 ein analoges Ausgangssignal erzeugt, welches einem Verstärkerpfad 31, 32 gegebenenfalls nach Filterung durch einen optionalen Filter zugeführt wird. Der DAC 41 und die Logikschaltungseinheit 42 können in einem sogenannten Direkt-Digital-Synthese-Baustein (DDS-Baustein) 43 integriert sein, auch genannt: Direct-Digital-Synthesizer. Jedem der Verstärkerpfade 31, 32 ist ein eigener DDS-Baustein 43 und entsprechend ein DDS 41 und eine Logikschaltungseinheit 42 zugeordnet.The amplifier paths 31 . 32 is each a digital-to-analog converter (DAC) 41 upstream, which is a logic circuit unit 42 assigned. In particular, the DAC 41 from the logic circuit unit 42 Sequences supplied by digital values that make up the DAC 41 generates an analog output signal, which is an amplifier path 31 . 32 optionally after filtering through an optional filter. The DAC 41 and the logic circuit unit 42 can be used in a so-called direct digital synthesis (DDS) device 43 be integrated, also called: Direct Digital Synthesizer. Each of the amplifier paths 31 . 32 is a separate DDS building block 43 and accordingly a DDS 41 and a logic circuit unit 42 assigned.

Der DAC 41 weist weiterhin einen Referenzsignaleingang 44 auf, dem eine Ansteuerschaltung 45 vorgeschaltet sein kann, um ein Referenzsignal zu erzeugen. Die Ansteuerschaltung 45 kann in der noch zu beschreibenden digitalen Logikschaltung (Programmable Logic Device, PLD) 46 realisiert werden. Die digitale Logikschaltung 46 kann als eine Feld programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnung (Field Programmable Gate Array (FPGA)) ausgebildet sein. Ebenso kann die Ansteuerschaltung 45 als FPGA ausgebildet sein oder Bestandteil eines FPGA sein.The DAC 41 also has a reference signal input 44 on which a drive circuit 45 may be upstream to generate a reference signal. The drive circuit 45 can be described in the Programmable Logic Device (PLD) to be described later 46 will be realized. The digital logic circuit 46 may be implemented as a Field Programmable Gate Array (FPGA). Likewise, the drive circuit 45 be designed as an FPGA or be part of an FPGA.

Durch das am Referenzsignaleingang 44 eingegebene Referenzsignal kann das Ausgangssignal, also das generierte Analogsignal des DACs 41, beeinflusst werden. Dem DDS-Baustein 43 ist die digitale Logikschaltung 46 vorgeschaltet.By the at the reference signal input 44 input reference signal can be the output signal, ie the generated analog signal of the DACs 41 , to be influenced. The DDS building block 43 is the digital logic circuit 46 upstream.

Die Ausgangsleistung des Kombinierers 40 wird über eine Messeinrichtung 50, die einen Richtkoppler 51 aufweist, an eine Last, z. B. einen Plasmaprozess, gegeben. Durch den Richtkoppler 51 kann die ausgegebene Leistung und eine von der Last reflektierte Leistung erfasst werden. Alternativ zum Richtkoppler kann alternativ oder zusätzlich auch andere Auskoppeleinrichtungen verwendet werden, beispielsweise eine Übertragereinrichtung zur Messung von Strom und/oder ein Spannungsteiler zur Messung der Spannung.The output power of the combiner 40 is via a measuring device 50 that a directional coupler 51 has, to a load, for. As a plasma process given. Through the directional coupler 51 the output power and a power reflected by the load can be detected. As an alternative to the directional coupler, alternatively or additionally, other decoupling devices may also be used, for example a transformer device for measuring current and / or a voltage divider for measuring the voltage.

Die Messeinrichtung 50, die als Arcerkennung aufgefasst werden kann, weist weiterhin einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 52 auf. Dabei können der Richtkoppler 51 und der ADC 52 auf derselben Leiterkarte angeordnet sein. Der Richtkoppler 51 kann in planarer Bauweise ausgeführt sein. Die Messeinrichtung 50 weist weiterhin eine Logikschaltung 53 auf zur Generierung eines Arcerkennungssignals, welches direkt dem DDS 43 zugeführt wird. Die direkte Zuführung ist durch den Pfeil 54 angedeutet.The measuring device 50 , which can be interpreted as arc detection, also has an analog-to-digital converter (ADC) 52 on. In this case, the directional coupler 51 and the ADC 52 be arranged on the same circuit board. The directional coupler 51 can be designed in planar design. The measuring device 50 also has a logic circuit 53 to generate an Arcerkennungssignals, which directly to the DDS 43 is supplied. The direct feed is through the arrow 54 indicated.

Insbesondere wird dadurch angedeutet, dass die Leitung für das Arcerkennungssignal durch die digitale Logikschaltung 46 hindurch geschleift werden kann. Die Logikschaltung 53, der Richtkoppler 51 und der ADC 52 können auf einer Leiterkarte realisiert sein. Die ADC 52 und die Logikschaltung 53 können in einem Baustein realisiert sein.In particular, this indicates that the line for the arc detection signal by the digital logic circuit 46 can be dragged through. The logic circuit 53 , the directional coupler 51 and the ADC 52 can be realized on a printed circuit board. The ADC 52 and the logic circuit 53 can be realized in a block.

Weiterhin ist eine Arc-Managementschaltung 60 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel in der digitalen Logikschaltung 46, die als FPGA ausgebildet sein kann, angeordnet ist. Die Arc-Managementschaltung ist, da sie in der Logikschaltung 46 angeordnet ist, ebenfalls mit dem DDS 43 bzw. dem DAC 41 verbunden. Dabei kann die Arc-Managementschaltung 60 wie hier gezeigt mit der Logikschaltungseinheit 42 verbunden sein. Alternativ kann der DAC 41 neben dem Referenzsignaleingang einen Digitalsignaleingang aufweisen, der mit der digitalen Logikschaltung 46, insbesondere der Arc-Management-schaltung 60 in Verbindung steht.There is also an arc management circuit 60 provided in the embodiment in the digital logic circuit 46 , which may be formed as an FPGA, is arranged. The arc management circuit is because it is in the logic circuit 46 is arranged, also with the DDS 43 or the DAC 41 connected. In doing so, the arc management circuit 60 as shown here with the logic circuit unit 42 be connected. Alternatively, the DAC 41 in addition to the reference signal input having a digital signal input connected to the digital logic circuit 46 , especially the arc management circuit 60 communicates.

Die digitale Logikschaltung 46 kann noch weitere Logikoperatoren aufweisen, was mit der Bezugsziffer 61 angedeutet ist. Die mit der Bezugsziffer 54 angedeutete Leitung kann als spezifische Leitung aufgefasst werden, über die ein Signal besonders schnell an den DAC 41 gegeben werden kann.The digital logic circuit 46 may have other logic operators, what with the reference numeral 61 is indicated. The with the reference number 54 indicated line can be understood as a specific line, via which a signal very fast to the DAC 41 can be given.

Die Aufbereitung des Arcerkennungssignals erfolgt direkt in der Messeinrichtung 50, ohne dass weitere Logikbausteine der digitalen Logikschaltung 46 an der Generierung des Arcerkennungssignals beteiligt wären. Es genügt somit ein einziges Signal, um das System über die Existenz eines Arcs zu informieren. Durch die direkte Anbindung des Arcerkennungssignals an den DAC 41 kann der Arc praktisch ohne Verzögerung wahrgenommen werden. Diese „Ultra-fast Arc-Handling-Routine” kann durch weitere Logik, beispielsweise die Arc-Managementschaltung 60, ergänzt werden, die übergeordnet weitere Entscheidungen trifft, aber deutlich langsamer reagiert.The preparation of the arc detection signal takes place directly in the measuring device 50 , without any further logic components of the digital logic circuit 46 would be involved in the generation of the Arcerkennungssignals. Thus, a single signal suffices to inform the system of the existence of an arc. Due to the direct connection of the arc detection signal to the DAC 41 The arc can be perceived with virtually no delay. This "ultra-fast arc handling routine" can be achieved through additional logic, such as the arc management circuit 60 , which makes higher-level decisions, but reacts much more slowly.

Beispielhaft ist ein DDS-Baustein 43 in 3 beschrieben.An example is a DDS module 43 in 3 described.

Die Logikschaltungseinheit 42 weist hier auf:

1. einen Signal-Datenspeicher 61, in dem Signal-Datenwerte zur Erzeugung der Analogsignalform abgelegt sind,
2. einen Amplituden-Datenspeicher 62, in dem Amplituden-Datenwerte zur Beeinflussung der Amplituden der Analogsignale abgelegt sind,
3. einen Multiplikator 63 zur Multiplikation der Signal-Datenwerte mit den Amplituden-Datenwerten und
4. einen Zähler 64, der dafür sorgt, dass in einem vorbestimmten Takt Signal-Datenwerte aus dem Signal-Datenspeicher 61 ausgelesen und dem Multiplikator zugeführt werden.

The logic circuit unit 42 indicates here:

1. a signal data memory 61 in which signal data values for generation of the analog signal form are stored,
2. an amplitude data memory 62 in which amplitude data values for influencing the amplitudes of the analog signals are stored,
3. a multiplier 63 for multiplying the signal data values by the amplitude data values and
4. a counter 64 which ensures that in a predetermined clock signal data values from the signal data memory 61 be read out and fed to the multiplier.

Sowohl der Signal-Datenspeicher 61 als auch der Amplituden-Datenspeicher 62 können als sogenannte Nachschautabellen (Look-Up-Tables, LUT) ausgebildet sein.Both the signal data memory 61 as well as the amplitude data memory 62 can be designed as so-called look-up tables (look-up tables, LUT).

Claims

Arclösch method for erasure of arcs in a plasma chamber ( 6 ) of a plasma system ( 1 ), comprising the method steps: a. Generation of power during a plasma operation for generating a plasma in the plasma chamber ( 6 ) and for performing a plasma processing process using the generated plasma by using a digital-to-analogue converter ( 41 ) an analog signal is generated which corresponds to an amplifier path ( 31 . 32 ) is fed and amplified there; b. Monitoring of the plasma system ( 1 ) with respect to the occurrence of an arc by an arc detection; c. when detecting an arc in step b .: driving the digital-to-analog converter ( 41 ) by the Arcerkennung, such that an analog output signal of the digital-to-analog converter ( 41 ) is changed.

Arclöschverfahren according to claim 1, characterized in that one or more digital-to-analog converter ( 41 ) are controlled by the Arcerkennung when detecting an arc.

Arclöschverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the arc detection (a Arcmanagementschaltung 60 ), which in turn directly or indirectly controls the digital-to-analog converter (s) ( 41 ).

Arclöschverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the monitoring of the plasma system ( 1 ) with respect to the occurrence of an arc is related by a power Pi delivered to the plasma and / or a power Pr reflected by the plasma and / or a current flowing into the plasma and / or a voltage applied to the plasma standing signal is detected and from an arc detection signal is generated.

Arclöschverfahren according to claim 4, characterized in that the detected signal from an analog to digital converter (ADC) (ADC) ( 52 ) is converted into digitized values, these digitized values of a logic circuit ( 53 ), in particular a programmable logic module (PLD), the PLD evaluating these digitized values and generating the arc detection signal.

Arclöschverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the generation of the power takes place by a high-frequency power is generated in particular with a frequency greater than 1 MHz and the digital-to-analog converter (s) ( 41 ) are driven so that they (r) generate a signal with this frequency.

Arclöschverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the detected signal from the ADC ( 52 ) is sampled at a frequency greater than 1 MHz and the PLD is clocked with a clock signal of a frequency greater than 1 MHz.

Arclöschverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the ADC ( 52 ) and the same clock signal are supplied to the PLD.

Power supply system ( 2 ) with a power converter ( 3 ) for supplying a plasma process with power to a plasma chamber ( 6 ), wherein the power converter ( 3 ) a first amplifier path ( 31 ), one of a digital-to-analog converter ( 41 ) is supplied and amplified there, wherein the digital-to-analog converter ( 41 ) is connected to an arc detection.

Power supply system according to claim 9, characterized in that a measuring device ( 50 ) is provided, in which the arc detection is integrated, wherein the measuring device ( 50 ) an analog-to-digital converter ( 52 ) and wherein the measuring device ( 50 ) a logic circuit ( 53 ) for generating the Arcerkennungssignals.