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1、(10)申请公布号 CN 103038994 A (43)申请公布日 2013.04.10 CN 103038994 A *CN103038994A* (21)申请号 201180037299.2 (22)申请日 2011.07.19 102010038605.7 2010.07.29 DE 61/368,777 2010.07.29 US H02M 7/06(2006.01) H01H 37/24(2006.01) H01J 37/24(2006.01) (71)申请人 许廷格电子两合公司 地址 德国弗赖堡 (72)发明人 U里希特 G策林格 P维德穆特 (74)专利代理机构 永新专利商标代。
2、理有限公司 72002 代理人 陈松涛 夏青 (54) 发明名称 用于点燃馈送有交流电的等离子体的点燃电 路 (57) 摘要 在用于气体放电室 （7） 中点燃馈送有交流电 的等离子体的点燃电路 （20） 中具有两条线路段 （21、 22） ， 用于连接到交流电源 （2） ； 以及至少一条 线路段 （23） ， 用于连接到气体放电室 （7） 的外壳 地， 非线性元件 （12） 与能量存储器 （11） 的至少一 个串联连接 （10） 连接在用于连接到交流电源 （2） 的所述线路段 （21、 22） 之间， 并且用于连接到气 体放电室 （7） 的外壳地的所述线路段 （23） 连接到 在能量存储器 （。
3、11） 与非线性元件 （12） 之间的连 接节点 （13） 。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.01.29 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/062365 2011.07.19 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/013544 EN 2012.02.02 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/2 页 2 1. 一种点燃电路 （20） ， 用于在气体放电室 （7）中点燃馈送有交流电的等离子体。
4、， 所 述点燃电路具有用于连接到交流电源 （2） 的两条线路段 （21、 22） ， 以及用于连接到所述气 体放电室 （7）的外壳地的至少一条线路段 （23） ， 其中， 非线性元件 （12、 12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4） 与能量存储器 （11、 11.1、 11.2、 11.3、 51.1、 51.2、 51.3、 51.4） 的至少 一个串联连接 （10、 10.1、 10.2、 10.3） 被连接在用于连接到交流电源 （2） 的所述线路段 （21、 22） 之间， 并且其中， 用于连接到所述气体放电室 （7） 的所述外壳地的所述线路段。
5、 （23） 连 接到在能量存储器 （11、 11.1、 11.2、 11.3、 51.1、 51.2、 51.3、 51.4） 与非线性元件 （12、 12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4） 之间的至少一个连接节点 （13、 13.1、 13.3、 13.4） 。 2. 根据权利要求 1 所述的点燃电路， 其特征在于， 所述能量存储器 （11、 11.1、 11.2、 11.3、 51.1、 51.2、 51.3、 51.4） 是电容器形式的。 3. 根据前述权利要求中的任一项所述的点燃电路， 其特征在于， 所述非线性元件 （12、 12.1、 12。
6、.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4） 是无源或自控部件。 4. 根据前述权利要求中的任一项所述的点燃电路， 其特征在于， 所述非线性元件 （12、 12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4） 是二极管。 5. 根据权利要求 4 所述的点燃电路， 其特征在于， 用于连接到外壳地的所述线路段 （23） 连接到所述二极管的阴极。 6. 根据前述权利要求中的任一项所述的点燃电路， 其特征在于， 用于连接到所述气体 放电室 （7） 的所述外壳地的所述线路段 （23） 经由至少一个非线性元件 （15） ， 尤其是二极 管， 而连接到所述。
7、连接节点 （13） 。 7. 根据前述权利要求中的任一项所述的点燃电路， 其特征在于， 用于连接到所述气体 放电室 （7） 的所述外壳地的所述线路段 （23） 经由至少一个电阻器 （16） 连接到所述连接节 点 （13） 。 8. 根据前述权利要求中的任一项所述的点燃电路， 其特征在于， 设置多个串联连接 （10、 10.1、 10.2、 10.3） ， 每一个所述串联连接包括至少一个非线性元件 （12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4） 和至少一个能量存储器 （11.1、 11.2、 11.3、 51.1、 51.2、 51.3、 51.4） 。 9。
8、. 根据前述权利要求中的任一项所述的点燃电路， 其特征在于， 所述点燃电路 （20） 具 有电压倍增器。 10. 根据前述权利要求中的任一项所述的点燃电路， 其特征在于， 在连接节点 （13、 13.1、 13.3、 13.4） 与用于连接到所述气体放电室 （7） 的所述外壳地的线路段 （23） 之间的连 接中设置开关 （17） 。 11. 一种等离子体系统， 其具有交流电源 （2） ， 根据前述权利要求中的任一项所述的点 燃电路 （20） 连接到所述交流电源 （2） ， 所述等离子体系统具有气体放电室 （7） ， 所述点燃电 路 （20） 连接到所述气体放电室 （7） ， 所述气体放电室 （。
9、7） 包括至少一个电极 （5、 6） 。 12. 一种用于在具有至少两个电极 （5、 6） 的气体放电室 （7） 中点燃馈送有交流电的等 离子体的方法， 其中， 通过连接到交流电源 （2） 和所述气体放电室 （7） 的点燃电路 （20） ， 在 所述气体放电室 （7） 的至少一个电极 （5、 6） 与外壳地 （8） 之间生成大于连接到所述气体放 电室 （7） 的所述电极 （5、 6） 的交流电源 （2） 的峰值电压的点燃电压。 13. 根据权利要求 12 所述的方法， 其特征在于， 使用至少一个自控或无源非线性部件 （12、 12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3。
10、、 52.4） ， 尤其是二极管， 来生成所述点燃电压。 权 利 要 求 书 CN 103038994 A 2 2/2 页 3 14. 根据权利要求 12 或 13 所述的方法， 其特征在于， 通过经由自控或无源非线性部件 （12、 12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4）对能量存储器 （11、 11.1、 11.2、 11.3、 51.1、 51.2、 51.3、 51.4）进行充电， 并且以导电方式将在部件 （12、 12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4） 与所述能量存储器 （11、 11.1、 11.2。
11、、 11.3、 51.1、 51.2、 51.3、 51.4） 之间的所述连 接节点 （13） 连接到所述外壳地 （8） 来生成所述点燃电压。 15. 根据权利要求 12 到 14 中的任一项所述的方法， 其特征在于， 通过借助于其它自控 或无源非线性部件 （15） ， 尤其是二极管， 将在所述部件 （12、 12.1、 12.2、 12.3、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4） 与所述能量存储器 （11、 11.1、 11.2、 11.3、 51.1、 51.2、 51.3、 51.4） 之间的所述连 接节点 （13） 连接到所述外壳地 （8） 来生成所述点燃电压。 16. 根据。
12、权利要求 12 到 15 中的任一项所述的方法， 其特征在于， 当发生点燃时导电连 接断开。 17. 根据权利要求 12 到 16 中的任一项所述的方法， 其特征在于， 在所述气体放电室 （7） 的至少一个电极 （5、 6） 与所述外壳地 （8） 之间生成所述点燃电压。 18. 根据权利要求 12 到 17 中的任一项所述的方法， 其特征在于， 所述气体放电室 （7） 的至少一个电极 （5、 6） 与所述外壳地 （8） 之间的所述点燃电压随所述交流电的每一半波上 升， 直至点燃所述等离子体。 权 利 要 求 书 CN 103038994 A 3 1/5 页 4 用于点燃馈送有交流电的等离子体的。
13、点燃电路 技术领域 0001 本发明涉及一种点燃电路， 用于在气体放电室中点燃馈送有交流电的等离子体。 本发明还涉及一种方法， 用于在气体放电室中点燃馈送有交流电的等离子体。 背景技术 0002 在一些半导体生产工艺或玻璃涂层工艺中， 在气体放电室中生成正离子和负离子 等离子体， 例如， 用于涂层或蚀刻。 在产生工艺期间， 等离子体反复熄灭并随后重新点燃， 尤 其是在将新衬底引入到等离子体室时。在一些工艺中， 尤其是在衬底上执行几个工艺步骤 的那些， 等离子体反复熄灭并随后重新点燃。另外， 可以是等离子体由自身熄灭， 尤其是在 不稳定的工艺条件下。这也使得等离子体的重新点燃是必要的。这里的问题。
14、在于等离子体 通常具有比点燃电压更低的工作电压。 为了点燃等离子体， 因此必须在开始时超过阈值。 例 如这可以通过使用更大功率的等离子体发生器 （电源） 来完成。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种用于点燃等离子体的方法和点燃电路， 利用它可以在不 使用另外的更大功率的等离子体发生器的情况下产生等离子体。 0004 由用于在气体放电室中点燃馈送有交流电的等离子体的点燃电路来达到该目的， 其具有两条线路段， 用于连接到交流电源， 以及至少一条线路段， 用于连接到气体放电室的 外壳地， 其中， 非线性元件与能量存储器的至少一个串联连接被连接在用于连接到交流电 源的所述线路段之间， 并且其中。
15、， 用于连接到气体放电室的外壳地的所述线路段连接到在 能量存储器与非线性元件之间的连接节点。借助该措施， 可以将连接到交流电源的气体放 电室的至少一个电极的电势移向地， 结果是在等离子体室中施加了比交流电源的峰值电压 更高的电压。点燃电压相应地施加在气体放电室的电极与气体放电室的外壳或地电势之 间。有可能提供非线性元件与能量存储器的多个串联连接。连接到外壳地的连接节点不必 是连接到用于连接到交流电源的线路段的串联连接的连接节点。优选地， 最接近于气体放 电室的并且最远离用于连接到交流电源的线路段的该 / 那些串联连接的连接节点连接到 用于连接到气体放电室的外壳地的线路段。借助每一个增加的串联连。
16、接， 可以进一步增大 在能量存储器与非线性元件之间的连接节点的电压。优选地， 具有最高电压的该 / 那些串 联连接的连接节点连接到用于连接到气体放电室的外壳地的线路段。 0005 点燃电路可以是交流电源的部件部分。 可替换地， 点燃电路可以是分离的装置， 由 两条线路段连接到交流电源的输出， 并由一条线路段连接到气体放电室， 其连接到外壳地， 或者连接到气体放电室连接到的地电势点。具体地， 点燃电路无需具有连接到气体放电室 的电极的线路段。在此情况下， 可以将点燃电路布置在交流电源一侧上或者在气体放电室 一侧上。 0006 如果能量存储器是电容器的形式， 就获得了能量存储器的尤其简单的一个结构。
17、。 0007 非线性元件可以是无源部件或自控部件。 使用无源部件的优点是无需驱动电路用 说 明 书 CN 103038994 A 4 2/5 页 5 于非线性元件。借助非线性元件可以防止能量存储器自动放电。开始被考虑的自控部件例 如是晶体管， 其输出反馈回其控制输入。同样在此情况下分离的驱动电路不是必需的。 0008 开始被考虑的无源非线性元件的一个尤其简单的结构是二极管。在此情况下， 具 体而言， 二极管的阴极可以连接到能量存储器。从而可以避免存储在电容器中的电荷以及 因此其能量的回流。 0009 用于连接到气体放电室的外壳地的线路段可以经由至少一个非线性部件连接到 连接节点， 特别是二极管。
18、。优选地， 将二极管的阴极布置在气体放电室一侧上。可替换地或 另外地， 用于连接到气体放电室的外壳地的线路段可以经由至少一个电阻器连接到连接节 点。 0010 如果提供了多个串联连接， 每一个串联链接都包括至少一个非线性元件和至少一 个能量存储器， 就可以获得甚至更高的点燃电压。 通过这种方式， 可以确保等离子体的可靠 点燃。 0011 如果点燃电路具有电压倍增器， 就可以提供甚至更高的点燃电压， 所述电压倍增 器生成的输出电压施加在至少一个电极与外壳地之间以点燃等离子体。 所述电压倍增器优 选地具有多个级联串联连接， 每一个串联连接都具有至少一个非线性元件和能量存储器。 0012 如果在连接。
19、节点与用于连接到气体放电室的外壳地的线路段之间的连接中提供 开关， 就获得特别的优点。当等离子体必须点燃时， 开关闭合。当等离子体已经点燃时， 开 关可以断开， 从而将点燃电路与气体放电室的外壳隔离， 从而停用它。 0013 本发明的范围还包括一种等离子体系统， 具有交流电源， 根据本发明的点燃电路 连接到它， 并具有气体放电室， 其包括至少一个电极， 并且点燃电路连接到它。这种等离子 体系统可以使用交流电源， 其能够提供比迄今所用的交流电源更低的输出功率， 因为根据 本发明的点燃电路能够提供较高的点燃电压， 到目前为止， 其仅借助使用更大功率的交流 电源才能提供。 0014 本发明的范围进一。
20、步包括一种方法， 用于在具有至少两个电极的气体放电室中点 燃馈送有交流电的等离子体， 其中， 借助连接到交流电源和气体放电室的点燃电路， 在气体 放电室的至少一个电极与外壳地之间产生了大于连接到气体放电室的电极的交流电源的 峰值电压的点燃电压。在此表达式 “大于” 或 “高于” 意思是 “就绝对值而言更大” 或 “就绝 对值而言更高” ， 即对符号调整的值。 因此， 借助根据本发明的方法， 从由交流电源提供的并 足以维持等离子体的输出电压开始， 可以提供高于输出电压的峰值电压的电压， 特别是至 少两倍的峰值电压， 以至于还可以获得足够的点燃电压。 0015 可以使用至少一个自控或无源非线性部件。
21、， 特别是二极管， 来产生点燃电压。 从而 可以用很少的便宜的部件来产生点燃电压。特别地， 当使用无源部件时， 可以省去驱动电 路。 0016 可以通过经由自控或无源非线性部件对能量存储器进行充电， 并以导电方式将在 该部件与能量存储器之间的连接节点连接到外壳地来产生点燃电压。此外， 可以借助另外 的自控或无源部件， 特别是二极管， 将在部件与能量存储器之间的连接节点连接到外壳地。 当进行点燃时， 在连接节点与外壳地之间的导电连接空可以被断开， 从而停用点燃电路。 0017 该方法的特征可以在于在气体放电室的至少一个电极与外壳地之间产生点燃电 压的事实。通过这种方式， 在不必改变电极之间的电压。
22、的情况下确保了点燃。 说 明 书 CN 103038994 A 5 3/5 页 6 0018 该方法的特征可以在于在气体放电室的至少一个电极与外壳地之间的点燃电压 随交流电的每个半波上升， 直至等离子体点燃。 借助从半波到半波的缓慢上升， 在无危险的 过压的情况下可以确保安全点燃。 附图说明 0019 参考示出了对本发明是必要的细节的附图中的图， 并依据以下本发明的说明性实 施例的说明书和权利要求书， 本发明更进一步的特征和优点是显而易见的。可以单独实现 各个特征， 或者可以在本发明的变化中以任何预期组合来实现多个特征。 0020 在附图中示意性地示出了本发明的优选说明性实施例， 并在下文中参。
23、考附图中的 图来进行说明， 其中 ： 0021 图 1a 是传统交流电等离子体系统的示意性图示 ； 0022 图 1b 示出了在交流电等离子体系统的电极的典型电压曲线 ； 0023 图 2a 是具有用于产生大于交流电源的输出电压的电压的电路的交流电等离子体 系统的示意性图示 ； 0024 图 2b 示出了在图 2a 的交流电系统的不同点处的电压曲线 ； 0025 图 3a 是具有点燃电路的交流电等离子体系统的示意性图示 ； 0026 图 3b 示出了在图 3a 的交流电系统的不同点处的电压曲线 ； 0027 图 4 示出了具有点燃电路的交流电等离子体系统的第二实施例 ； 0028 图 5 示出。
24、了具有点燃电路的交流电等离子体系统的第三实施例。 具体实施方式 0029 图 1a 是交流电等离子体系统 1， 特别是中频等离子体系统的简化图示。系统 1 包 括中频 （MF） 发电机形式的交流电源 2， 它借助其输出端子 3、 4 连接到气体放电室 7 的相应 电极 5、 6。气体放电室 7 连接到地连接 8。通过这种方式， 具体地， 气体放电室 7 的外壳连 接到地 8。在气体放电室 7 的电极 5、 6 与外壳之间存在寄生电容器 C1、 C2。在图 1b 中将电 极 5、 6 的相对于地的电压曲线示出为 UC1、 UC2。因此， UMF=UC1-UC2， 其中， UMF是交流电源 2 的。
25、 输出电压。 0030 图 1b 中给出了在 C1与 C2大小相同时的 UC、 UC2的电压曲线， 如同对称布局中通常 的情况一样。电压 UC1、 UC2不足以点燃气体放电室 7 中的等离子体。 0031 在图 2a 所示的图示中， 交流电源 2 的输出 3、 4 经由电容器形式的能量存储器 11 与二极管形式的非线性元件 12 的串联连接 10 相连接。串联连接 10 因此也与气体放电室 7 中的等离子体负载并联布置。在非线性元件 12 与能量存储器 11 之间的连接节点 13 的电 压曲线在图 2b 中显示为电压 UV。利用电压 UMF=UC1-UC2的每一个负电压峰值， 电容器 11 经。
26、 由二极管 12 从 UMF充电到峰值电压电容器可以不再放电， 并保持恒压于是 给出电压 UV： 0032 0033 电压 UV假定为大于峰值电压的值。图 2a 中能量存储组件 13 的设置尚未对电 压 UC1、 UC2具有任何影响。利用这个电路布置还不能点燃。 说 明 书 CN 103038994 A 6 4/5 页 7 0034 如图 3a 中的结构所示， 串联连接 10 的连接节点 13 经由二极管形式的非线性源极 15 与电阻器 16 的串联连接而连接到气体放电室 7 的外壳， 并从而连接到地 8。这意味着连 接节点 13 处的电势可以不再超过外壳地的电势。电压 UV、 UC1和 UC。
27、2从而被偏移， 如图 3b 所 示。电容器 11 仍不能放电。因此 ： 0035 其中 UV被偏移低于零线。 0036 现在存在相对于外壳地的几乎是的电极 5、 6 的最大压差， 即， 交流信号源 2的峰值电压的两倍。 该电压足以使得在电极5、 6与外壳地之间的点燃等离子体成为可能。 借助在连接节点 13 与气体放电室 7 之间的连接中的开关 17， 可以断开连接节点 13 到气体 放电室 7 的电连接， 以便可以消除电势中的偏移， 尤其是在已经点燃等离子体时。 0037 附图标记 20 相应地表示点燃电路， 与图 1a 的电路相比已经增加了它。点燃电路 20 可以是交流电源的部件， 或者可以。
28、是如有需要可以在现有交流电系统中增加的额外的部 件或额外的电路。点燃电路 20 具有用于连接到交流电源 2 的线路段 21、 22， 以及用于连接 到气体放电室 7 的外壳地的线路段 23。 0038 当等离子体点燃时， 等离子体室中的条件改变。在电极 5、 6 与外壳地之间形成导 电等离子体， 结果是寄生电容器 C1、 C2几乎不再具有任何作用。电容器 11 能够放电。消耗 了点燃电压。这是这种电路的重要优点， 因为这意味着不必立即在点燃后断开开关 17。在 断开开关 17 前仍有足以明确检测到点燃的时间。理论上根本无需开关 17。然而， 只要存在 从电阻器 16 到外壳地的连接， 电流就经。
29、由电阻器 16 流过， 能量被无用地转换为热。为此， 提供开关 17 并在明确检测到等离子体的点燃时断开它是明智的。 0039 可以通过电阻器 16 和电容器 11 调整相对于外壳地偏移电压 UC1和 UC2的速度。具 体而言， 可以根据等离子体工艺的需要来选择速度。 利用足够缓慢的上升， 在不产生危险的 过压且在等离子体中不立即出现电弧的情况下等离子体点燃。 0040 在图 4 中所示的结构中， 点燃电路 20 具有三个串联连接 10.1、 10.2 和 10.3， 每一 个都包括电容器形式的能量存储器 11.1、 11.2 和 11.3 和二极管形式的非线性元件 12.1、 12.2 和 。
30、12.3。第一串联连接 10.1 连接到用于连接到交流电源 2 的线路段 21、 22， 连接节点 13.1 连接到线路段 23。简言之， 点燃电路 20 的操作可以说明如下。具有交流电源 2 的输 出电压 UMF的负峰值的第一半波经由非线性元件 12.1 将能量存储器 11.1 充电到峰值 电压能量存储器 11.1 以及图 4 和 5 中的所有其他能量存储器和电容器旁边的箭头旨 在指示能量存储器或电容器中电压的正方向。 0041 随后是具有正峰值的的半波。连同能量存储器 11.1 的电压一起， 现在经由 非线性元件 12.2 将能量存储器 11.2 充电到两倍电压 0042 随后是具有负峰值。
31、的半波。连同能量存储器 11.1 和 11.2 的电压一起， 随后 经由非线性元件 12.3 也将电容器 11.3 充电到两倍电压 0043 随后是具有正峰值的的半波。 利用增加到连接点13.1的在能量存储器11.1 和 11.3 的电压， 随后连接点 13.1 处的电压极性反转。因此， 现在连接点 13.1 处电压为 0044 以与图 3 中的电路类似的方式， 现在电压经由非线性元件 15 和电阻器 16 连接到 说 明 书 CN 103038994 A 7 5/5 页 8 气体放电室 7 的外壳。通过这种方式， 电极 5、 6 相对于外壳地 8 的电压增大到输出电压的 峰值电压的四倍。 0。
32、045 图 5 中的结构示出了点燃电路 20 的替代结构。具有交流电源 2 的输出电压 UMF的 负峰值的第一半波经由二极管形式的非线性元件 52.1 将能量存储器 51.1 充电到输 出电压电容器形式的能量存储器 51.1 和二极管形式的非线性元件 52.1 形成第一串 联连接。 0046 随后是具有正峰值的的半波。 利用后者， 经由二极管形式的非线性元件52.2 将能量存储器 51.2 充电到峰值电压此时， 连同能量存储器 51.1 的电压一起， 现在经 由二极管形式的非线性元件 52.3 将能量存储器 51.3 充电到电压电容器形式的能量 存储器 51.2 与二极管形式的非线性元件 52。
33、.2 与电容器形式的能量存储器 51.3 和二极管 形式的非线性元件 52.3 在每一情况下都形成串联连接。 0047 随后是具有负峰值的的半波。 连同能量存储器51.2的电压一起， 现在经由二 极管形式的非线性元件 52.4 将电容器形式的能量存储器 51.4 充电到电压后两个元 件也形成串联连接。 0048 在连接点 13.3 与 13.4 处， 于是分别存在电压 UV13.3和 UV13.4， 其中 ： 0049 0050 可以在连接点 60 经由相应的二极管或类似的非线性部件来组合这两个电压。最 接近于气体放电室 7 的串联连接的连接点 13.3 与 13.4 存在最高电压， 其每一个。
34、都相应地 经由各自的非线性元件 56、 57 并经由电阻器 16 和开关 17 连接到气体放电室 7 的外壳。通 过这种方式， 将电极 5、 6 相对于外壳地 8 的电压增大到输出电压 UMF的峰值电压的三倍。点 燃电路20因此包括具有部件51.1、 51.2、 51.3、 51.4、 52.1、 52.2、 52.3、 52.4的电压倍增器。 说 明 书 CN 103038994 A 8 1/3 页 9 图 1a 图 1b 图 2a 说 明 书 附 图 CN 103038994 A 9 2/3 页 10 图 2b 图 3a 图 3b 说 明 书 附 图 CN 103038994 A 10 3/3 页 11 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103038994 A 11 。