(57)【要約】本発明は、真空チャンバ（２）内で電気放電を発生させるために、具体的にはプラズマを発生させるために、直流電源（１３）、昇圧コンバータ回路（１６）及び制御ユニット（１７）を有する、高周波エネルギを供給するための回路アセンブリ（１２）に関する。直流電源（１３）は、直流電圧（ＵＣＣ）を供給する。昇圧コンバータ回路（１６）は、インダクタ（１８）と制御可能スイッチ（１９）とから成る直列回路を含み、インダクタ（１８）は、直流電源（１３）の電極（２１）とスイッチ（１９）の第１電極（Ｄ）との間に接続される。スイッチ（１９）の第２電極（Ｓ）は、接地され、かつスイッチ（１９）は、さらに制御電極（Ｇ）を備える。制御ユニット（１７）は、スイッチ（１９）の第１電極（Ｄ）に、周期パルス状の出力電圧（ＵＤＳ）を有する高周波エネルギを発生させるために、スイッチ（１９）を高周波で制御するように構成され、出力電圧は、直流電源（１３）の直流電圧（ＵＣＣ）の値より大きいピーク値を有する。出力電圧（ＵＤＳ）を有する高周波エネルギは、変換されることなく、真空チャンバ（２）の電極（８）に直接接続されるように設計された出力接続部（２４）において直接出力される。本発明は同様に、そのような回路アセンブリ（１２）を備える電気放電を発生させるためのシステム、具体的には低圧プラズマシステムにも関する。（図２）
2019517125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内で電気放電を発生させるために、特にはプラズマを発生させるために高周波エネルギを供給する回路アセンブリであって、
直流電圧（ＵＣＣ）を提供する直流電源（１３）と、
インダクタ（１８）と制御可能スイッチ（１９）とから成る直列回路を含む昇圧コンバータ回路（１６）であって、前記インダクタ（１８）は、前記直流電源（１３）の電極（２１）とスイッチ（１９）の第１電極（Ｄ）との間に接続され、前記スイッチ（１９）の第２電極（Ｓ）は接地され、かつ前記スイッチ（１９）はさらに制御電極（Ｇ）を備える、昇圧コンバータ回路（１６）と、
前記スイッチ（１９）の前記第１電極（Ｄ）に、周期パルス状の出力電圧（ＵＤＳ）を有する高周波エネルギを発生させるために、前記スイッチ（１９）を高周波で制御するように構成された制御ユニット（１７）であって、前記出力電圧は、前記直流電源（１３）の前記直流電圧（ＵＣＣ）の値より大きいピーク値を有する、制御ユニット（１７）と、
インピーダンス整合ネットワークを介在させないで前記真空チャンバ（２）の電極（８）へ直接接続することを意図し、かつ前記出力電圧（ＵＤＳ）を有する前記高周波エネルギを前記真空チャンバ（２）に印加するために、前記スイッチ（１９）の前記第１電極（Ｄ）に接続された、出力接続部（２４）と、
を備える、回路アセンブリ。
【請求項２】
前記スイッチ（１９）に結合され、及び／又は前記スイッチ（１９）によって励起されて出力接続部に印加されるＨＦ交番電圧を生成するための、コイルとキャパシタで作製される、又はフィードバックで形成される共振回路を持たず、かつ、
前記スイッチ（１９）の出力のインピーダンスを前記出力接続部（２４）に接続される負荷に対して整合させるための、調整可能な部品を特に持たない、
ことを特徴とする、請求項１に記載の回路アセンブリ。
【請求項３】
動作圧力が大気圧より低く、好ましくは約０．０１ｍｂａｒ〜２００ｍｂａｒであり、特に好ましくは約０．０５ｍｂａｒ〜２ｍｂａｒであるプラズマチャンバ（２）を有する低圧プラズマシステムで動作するように設計された、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の回路アセンブリ。
【請求項４】
前記直流電圧が０Ｖ〜４００Ｖの範囲にあり、前記出力電圧（ＵＤＳ）が２５０Ｖ〜９００Ｖ以上の範囲、好ましくは３５０Ｖ超にピーク値を有し、かつ制御周波数と前記出力電圧（ＵＤＳ）の周波数が、６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ又は４０．６８ＭＨｚから選択されるＩＳＭ周波数（ｆＩＳＭ）であり、好ましくは１３．５６ＭＨｚである、
ことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回路アセンブリ。
【請求項５】
前記インダクタ（１８）は、前記真空チャンバ（２）の構造及び幾何学的配置によって本質的に決定される前記真空チャンバ（２）のインピーダンスの静電容量成分、その電極（８）、前記スイッチ（１９）のアースに対する寄生容量、及び前記回路アセンブリ（１２）を支持する回路基板のアースに対する寄生容量と結合するときに、前記出力電圧（ＵＤＳ）の周波数をｆＩＳＭとすると、０．５ｘｆＩＳＭ〜１．５ｘｆＩＳＭの範囲、好ましくは０．９ｘｆＩＳＭ〜１．４ｘｆＩＳＭの範囲の共振周波数を生成するよう寸法決めされた、
ことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回路アセンブリ。
【請求項６】
前記制御可能スイッチ（１９）は、パワー半導体スイッチ、特にバイポーラトランジスタ又は真空管であり、前記スイッチ（１９）は好ましくはパワーＭＯＳＦＥＴ、特に好ましくはシリコンカーバイド又はガリウムナイトライドのパワーＭＯＳＦＥＴである、
ことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の回路アセンブリ。
【請求項７】
前記制御可能スイッチ（１９）は、５ｎＦ未満、好ましくは１ｎＦ未満の入力容量と、５００Ｖ超、好ましくは９００Ｖ超の逆電圧、及び１５ｎｓ未満の立ち上がり時間と立ち下がり時間を有し、
前記制御ユニット（１７）は好ましくは、１０Ａ未満、好ましくは５Ａ未満の駆動電流で前記スイッチ（１９）を制御するように構成された集積回路の形態である、
ことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の回路アセンブリ。
【請求項８】
前記回路アセンブリ（１２）を動作させるためにコントローラ（２６）が設けられ、
前記コントローラ（２６）は、好ましくは、生成される前記出力電圧（ＵＤＳ）が、通常動作モードの出力電圧を、通常動作モードにおける平均出力電圧の好ましくは少なくとも１０％だけ超える点火動作モードを提供するように構成される、
ことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の回路アセンブリ。
【請求項９】
前記コントローラ（２６）は、動作の進行中に、動作高周波よりもはるかに低い周波数、好ましくは約１００Ｈｚの周波数で、周期的に点火動作モードを起こさせるように構成される、ことを特徴とする、請求項８に記載の回路アセンブリ。
【請求項１０】
共通の直流電源に接続され、関連する出力接続部（２４ａ〜２４ｎ）が前記真空チャンバ（２）へ高周波エネルギを結合させる、２つ以上の昇圧コンバータ回路（１６ａ〜１６ｎ）と、それぞれが１つ又は２つの昇圧コンバータ回路（１６ａ〜１６ｎ）に関連する複数の制御ユニット（１７ａ〜１７ｎ）を備える、
ことを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の回路アセンブリ。
【請求項１１】
存在するすべての制御ユニット（１７ａ〜１７ｎ）へタイミングクロック信号を供給してそれらを最大の位相シフトが１０°、好ましくは２°未満で同期して動作させるクロック発生器を備える、ことを特徴とする、請求項１０に記載の回路アセンブリ。
【請求項１２】
前記昇圧コンバータ回路（１６）のすべてのスイッチ（１９）の上流にあって、全回路の消費電流が設定可能な水準に到達すると電源を遮断する、共通の過電流保護装置と、放電路（４３）を備え、
過電圧が発生した場合、前記過電圧を排除するようにトリガをかけるか又はトリガをかけられる過電圧保護装置と、過昇温に対する保護装置と、の内の少なくとも１つ以上の保護装置を備える、
ことを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の回路アセンブリ。
【請求項１３】
電気放電を発生させるシステム、特には低圧プラズマシステムであって、
イオン化可能な媒体を保持するための真空チャンバ（２）、特にはプラズマチャンバであって、高周波エネルギを、イオン化可能媒体に誘導的、静電的、又は直流的に結合させるための複数の電極（８）を有する真空チャンバ（２）と、
請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の高周波エネルギを供給するための回路アセンブリ（１２）であって、前記回路アセンブリ（１２）の各出力接続部（２４）が、インピーダンス整合ネットワークの介在なしで前記真空チャンバ（２）の電極（８）に直接接続される回路アセンブリと、
を備えるシステム。
【請求項１４】
前記回路アセンブリ（１２）は、前記真空チャンバ（２）の直近に配置され、かつ好ましくは前記真空チャンバ（２）と共通のハウジング（１１）に収納された回路基板（３６）上に実装される、ことを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記回路アセンブリ（１２）の各制御可能スイッチ（１９）の前記第１の電極（Ｄ）と、前記真空チャンバ（２）の関連する電極（８）との間の電気接続経路は、１００ｃｍより短く、好ましくは２０ｃｍより短く、特に好ましくは１２ｃｍより短いことと、
前記回路アセンブリ（１２）の各制御可能スイッチ（１９）の前記第１の電極（Ｄ）と前記真空チャンバ（２）の関連する電極（８）との間の接続経路のインダクタンスは、１０μＨ未満、好ましくは１μＨ未満、特に好ましくは２５０ｎＨ未満であることと、の少なくとも１つである、
ことを特徴とする、請求項１３又は請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記真空チャンバは、前記真空チャンバ（２）の内部を囲む、ガラス製、好ましくは石英ガラス又はホウケイ酸ガラス製のチャンバ壁（３３）を有し、
前記電極（８ａ〜８ｎ）は前記チャンバ壁（３３）の外表面上に配置され、かつ好ましくは前記真空チャンバ（２）の長手方向に等間隔に配置されている、
ことを特徴とする、請求項１３〜請求項１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記回路アセンブリ（１２‘‘‘）の各スイッチ（１９ａ〜１９ｎ）は、関連する電極（８ａ〜８ｎ）と熱伝導性のある接続を有する、ことを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記真空チャンバは、前記真空チャンバ（２）の内部（３４）を囲む、金属、好ましくはアルミニウム又はステンレススチールでできたチャンバ壁（３３）を有し、
前記電極（８ａ〜８ｎ）は、前記真空チャンバ（２）の前記内部（３４）の中へ突出して、好ましくは前記真空チャンバ（２）の長手方向に等間隔に設けられ、
キャパシタ（２７）が各スイッチ（１９ａ〜１９ｎ）と関連する電極（８ａ〜８ｎ）の間に接続されて高周波出力電圧の直流電圧成分を抑制する、
ことを特徴とする、請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記回路アセンブリ（１２‘‘‘）の各スイッチ（１９ａ〜１９ｎ）は、金属チャンバ壁と熱伝導性のある接続を有する、ことを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
複数の回路アセンブリ（１２、１２‘、１２‘‘、１２‘‘‘）が複数の回路基板（３６ｉ）上に分散されて配置され、相互に並列に接続され、そのそれぞれは好ましくはそれ自身の直流電源（１３）で給電され、かつ
共通のクロック発生器から共通のタイミングクロック信号を供給され、リード接続部は、配線されて時間遅延素子を含み、すべての制御ユニット（１７ａ〜１７ｎ）に供給されるタイミングクロックが可能な限り同期され、各回路基板（３６ｉ）は好ましくは、過電圧及び／又は過電流及び／又は過昇温に対するそれ自身の保護を有する、
ことを特徴とする、請求項１３〜請求項１９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記回路アセンブリ（１２）の２つ以上の出力接続部（２４ａ〜２４ｄ）は、具体的にはシート状金属片（４４）を介して相互に導電性のある接続部を有し、前記プラズマチャンバ（２）に対する１つの共通の活性電極を形成する、請求項１３〜請求項２０のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内で電気放電を生成するために高周波エネルギを供給する回路アセンブリと、電気放電を生成するシステムに関する。具体的には、本発明は、プラズマを生成するための高周波エネルギを供給する回路アセンブリと、低圧プラズマシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書に関連する１ＭＨｚ超の高周波（ＨＦ）領域におけるプラズマ励起周波数で作用する低圧プラズマシステムは、例えば、スパッタリング、スプレーペインティング、接着、印刷、はんだ付けなどの更なる処理の前に、金属、プラスチック、ガラス及びセラミックでできた物体を清浄化又は活性化するため、プラズマによるエッチング又は被覆のため、例えばＣＯ２レーザなどのガスレーザのためのプラズマ発生のため、並びにそのほかの多くの応用のために使用される。
【０００３】
Ｊｏｈｎ  Ｒ．Ｈｏｌｌａｈａｎ、Ａｌｅｘｉｓ  Ｔ．Ｂｅｌｌ著「Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（プラズマ化学の技術と応用）」（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．（１９７４），ｐｐ．３９３−３９９）には、広く使用されている通常の低圧プラズマシステムが記述されている。この低圧プラズマシステムには、イオン化される媒体、即ち、処理ガスを保持する真空チャンバと、チャンバ内を真空にする真空ポンプと、高周波発生器と、高周波の場を真空チャンバ内に印加する手段と、インピーダンス整合ネットワークが含まれる。また、真空チャンバに供給されるＨＦ電力を測定する手段、及び／又はその圧力を測定する手段も含まれ得る。
【０００４】
高周波（ＨＦ）発生器は、プラズマ発生に必要なＨＦ電力を供給し、そのＨＦ電力は、高い動作周波数において例えば１０Ｗから数ｋＷの値を有する。この高周波発生器は、使用可能な高周波帯域、具体的には、産業、科学、及び医療（ＩＳＭ）に割り当てられた、６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、又は４０．６８ＭＨｚの周波数に関する規制を満たさなければならない。また、５０オームの出力インピーダンスで動作可能でなければならない。そのようなＨＦ発生器は、一般的に水晶制御ＨＦ発振器を含む。これは通常、所望のＩＳＭ周波数に対応する共振周波数のＬＣ発振回路又は帰還型発振器で動作し、ＨＦ信号源として働く。ＨＦ発生器は、また、発振器からの信号を増幅する増幅器と、ＨＦ発生器の所望の出力電力と固定出力インピーダンスを供給するように設計された出力段を有する。原則として、これは、固定値のインダクタンスと静電容量とを有するコイルとキャパシタからなる回路の提供により達成され、増幅器の出力におけるインピーダンスを、ＨＦ発生器の所望の出力インピーダンスの例えば５０オームに変換する。ＨＦ発生器で生成されるＨＦ電力信号は、リード部を介して伝送され、真空チャンバの電極に印加されてその中の処理ガスを励起して放電を生じさせる。こうしてプラズマが生成される。
【０００５】
インピーダンス整合ネットワークは、整合ユニットとも呼ばれ、ＨＦ発生器と真空チャンバの間に接続され、発生器のインピーダンスと負荷、具体的にはプラズマをその内部に有するプラズマチャンバ、のインピーダンスを整合させる役目をする。インピーダンスがよく整合している場合には、発生器からの電力は、真空チャンバの放電まで高い効率で伝達される。逆に、インピーダンスの整合が取れていない場合には、ＨＦ発生器と負荷の間のリード部で反射が起こり電力損失をもたらす。インピーダンス整合回路は、適切な寸法のコイルとキャパシタのＬ型、Ｔ型又はΠ型の配置に基づくことが多い。
【０００６】
低圧プラズマシステムにおいて、負荷のインピーダンスは、様々な因子に依存して変化し得る。例えば、インピーダンスは、真空チャンバの幾何学的形状及び真空チャンバ内の電極配置に依存する。イオン化可能媒体、すなわち使用される処理ガスの種類、真空チャンバ内の圧力と温度、及び供給電力もまたインピーダンスに影響する。点火されるとインピーダンスは、急激に変化し、また動作中も一定に維持されない。隔離して配置されることが多いＨＦ発生器と真空チャンバとの間のリード部のラインインピーダンスも考慮する必要がある。したがって、低圧プラズマシステムは、典型的には、可変インピーダンス整合ネットワークを使用する。そのコイルとキャパシタとは、インダクタンスと静電容量が可変で調節可能であり、負荷インピーダンスをＨＦ発生器に一般的な５０オームの出力インピーダンスに変換する。ただし、インピーダンス整合のためにコイルとキャパシタとを適切かつ最適に調整することは、骨の折れる仕事で時間がかかり、オペレータの経験に大きく依存する。また再現性も非常に乏しい。ＨＦ発生器からの電力出力を真空チャンバで測定された電力と比較し、試行によってコイルとキャパシタを調節して電力を整合させる。正確に整合しなければ、真空チャンバ内で処理ガスの分離が困難となり得る。稀には、プラズマが点火したのち、インピーダンスの減少によってプラズマが再び消滅することもある。インピーダンスの最適整合は、経験のある専門家であっても極めて困難な、骨の折れる作業となり得る。
【０００７】
独国特許第３９４２５６０（Ｃ２）号明細書には、直流電圧エネルギ源と高周波動作電子スイッチとを有する、プラズマ発生処理装置用の高周波発生器が記述されている。ここでは、プラズマ発生処理装置が、エネルギ源とスイッチとの間にインピーダンス整合ネットワークを介在させず、直接接続されている。スイッチは、エネルギ源の出力電圧を交互にオン、オフさせる、矩形波のＨＦ制御信号によって動作され、この出力電圧が動作電圧としてプラズマ発生処理装置に直接印加される。矩形波電圧を伝達させるために、このＨＦ発生器は、エネルギ源と発生器端子との間に、意図的にインダクタとキャパシタをなしとしている。さらに、数百ボルトの供給電圧において、ＭＯＳＦＥＴは１０アンペア以上の大電流を数ナノ秒でスイッチ可能でなければならず、低い自己インダクタンスでなければならない。したがって、ここでは特別の高速スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴトランジスタが使用される。これは複数の内部接続を有し、そのそれぞれが、複数のボンディングワイヤを介してＭＯＳＦＥＴトランジスタのハウジングの外部接続部にインダクタンスの低い方法で接続される。ハウジングは、２つのゲート側ソース接続と２つのドレイン側ソース接続とを有し、ハウジングの各接続は、いわゆるストリップライン構造であり、すなわち外向きに平坦かつ近接して実現されている。そのような高速スイッチングパワーＭＯＳＦＥＴは、この回路構成では絶対に必要であるが、これらは相対的に寸法が大きく、非常に高価で、また相応に複雑な回路環境と、特別に巧妙に考案された高速で高価なゲート制御ユニット（ゲートドライバ）とを必要とする。ＨＦ低圧プラズマ用途といえども、比較的商業的に入手可能で経済的なスイッチと関連する駆動ユニットを使用することが望ましい。
【０００８】
独国特許出願公開第３３３７８１１（Ａ１）号明細書には、出力が制御可能電子スイッチに接続された、直流電圧エネルギ源を有する高周波発生器が開示されている。スイッチでオン、オフされる直流電圧がエネルギバッファと変圧器の形態の変換装置に供給され、その出力が、低温プラズマ発生器に接続される。電子スイッチが制御回路によってパルス状に制御され、変圧器の出力部において、プラズマ発生器を動作させる高電圧出力パルスが生成される。この発生器は高周波高電圧パルス、すなわちＭＨｚ範囲のパルスを発生させることができない。それはそのような入力周波数では変圧器は、それ自身のオーミック抵抗、誘導抵抗及び誘電抵抗の結果として出力部にそのような周波数を有する高電圧パルスをもはや伝達も発生もできないからである。さらに、ここではスイッチ、すなわちＭＯＳＦＥＴがエネルギ源と変圧器の間に接続されており、ソース電位がゲート端子およびそこに接続された制御回路に対して浮動基準電位を形成する。したがって、ここでは大きなスイッチング損失、ＥＭＣ問題、及び可能性のある誤作動を回避するために、特に低容量の電源が必要である。このことがさらに、この発生器をＨＦ低圧プラズマシステムでの使用に不向きにさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このことから、本発明の目的は、上記の従来技術の不利な点を克服する、真空チャンバ内で放電を発生させるためにＭＨｚ範囲の高周波エネルギを供給する回路アセンブリ、及び電気放電生成システムを創生することである。具体的には、本発明の目的は、少数の簡単で経済的な部品を有し、高価なＨＦパワーＭＯＳＦＥＴトランジスタも関連する制御ユニットも必要とせず、かつインピーダンス整合ネットワークも出力電圧変換もなしで運転できるような回路アセンブリとシステムを創生することである。本発明はまた、運転の指示及び操作を容易にし、かつ高い運転効率と操作信頼性を可能とすべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的は、請求項１の特徴を有する、高周波エネルギを供給する回路アセンブリと、請求項１３の特徴を有する電気放電発生システムによって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１１】
本発明の一態様は、真空チャンバ内で電気放電を発生させるために、特にプラズマを発生させるために高周波エネルギを供給する回路アセンブリを創生する。回路アセンブリは、直流電圧を供給する直流電源を備える。この回路アセンブリは、インダクタと制御可能スイッチとから成る直列回路を含む昇圧コンバータ回路も備える。インダクタは、直流電源の極とスイッチの第１電極との間に接続され、スイッチの第２電極は、アースに接続され、スイッチは、さらに制御電極を有する。回路アセンブリは、スイッチの第１電極に周期パルス状の出力電圧を有する高周波エネルギを発生させるために、スイッチを高周波で制御するように構成された制御ユニットも備え、その制御ユニットの出力電圧は直流電源の直流電圧の値より大きいピーク値を有する。回路アセンブリは、インピーダンス整合ネットワークの介在なしで、また電圧変換手段なしで、真空チャンバの電極へ直接接続するように意図された出力接続部もまた備える。これはスイッチの第１電極に直接接続されて出力電圧を有する高周波エネルギを真空チャンバに直接印加する。
【００１２】
本発明の回路アセンブリは、昇圧コンバータの形態と動作モードに基づく、新規のＨＦ発生器を利用可能とする。インダクタは、スイッチが閉じられると強く磁化され、スイッチが開かれると再度消磁されて出力接続部へ放電するように設計されている。これにより、昇圧コンバータが出力接続部及びそこに直接接続された真空チャンバへ、スイッチが閉じられている間に蓄積された高電流及び高電圧を供給し、ＨＦ電力がｋＷの範囲となることを可能とする。有利なことに、従来のＨＦ発生器と、負荷インピーダンスをＨＦ発生器の出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整合ネットワーク（整合ユニット）とを省略することが可能である。代わりに、昇圧コンバータにより生成されたＨＦ電力が、インピーダンス整合なしで、かつ更なる変換なしで、出力接続部と真空チャンバへ直接印加される。
【００１３】
本発明の回路アセンブリには、従来システムにおいて、例えば低圧プラズマシステムにおいてＨＦ交番電圧を発生させるために設けられる、コイルやキャパシタなどの個別部品で作られるか又はフィードバックによって形成される共振回路がない。本発明の回路アセンブリはそのような共振回路を持たない。本発明の回路アセンブリは、出力接続部において規定の出力インピーダンスを生成する役目のコイルとキャパシタを持たない。従来システムではそのために、コイルとキャパシタの追加回路を必要とし、それが従来のＨＦ発生器の出力電力を伝送のための５０オームの出力インピーダンスに整合させる。本発明の回路アセンブリでは、ＨＦ発生器と負荷の間に従来配置されるような整合ユニットもない。変換なしでプラズマを直接生成するために出力電力を直接的に印加することは、温度、圧力、ガスの種類、腐食などがインピーダンスの不整合にほとんど影響しないことを意味する。その上、ＨＦ電力経路における非常に良好な効率達成が可能である。さらに、整合ユニットとリード部をなくすことで損失が減る。本発明では約７０％〜８５％の比較的高い効率を達成可能である。構造が単純化されるので、原材料や部品、特に高価な可変部品、及び関連コストの節減が可能である。専門的なオペレータによる精巧な調整も必要がない。高い信頼性と恐らくは操作の冗長性の達成が可能である。
【００１４】
本発明の回路アセンブリは、広範囲な用途に適している。好適な用途においては、動作圧力が大気圧より低く、好ましくは約０．０１ｍｂａｒから２００ｍｂａｒであり、より好ましくは約０．０１ｍｂａｒから５ｍｂａｒであり、特に好ましくは約０．０５ｍｂａｒから２ｍｂａｒであるプラズマチャンバを有する低圧プラズマシステムで動作するように設計される。そのような低圧プラズマシステムは、例えばボンディング、印刷、はんだ付けなどの処理の前の被加工物の清浄化や活性化、あるいは材料の被覆又はエッチングに最も適している。この回路アセンブリはまた、ガスレーザに関連して使用して高周波エネルギをそれらに結合させることも可能である。
【００１５】
低圧プラズマシステムの好適な用途においては、直流電圧は好ましくは０Ｖ〜４００Ｖの範囲にある。昇圧コンバータ回路で生成される出力電圧は３５０Ｖ超であってよく、４００Ｖ〜９００Ｖの範囲であってもよい。場合によっては１，５００Ｖ以上にもなることもある。制御周波数と出力電圧周波数は、６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ又は４０．６８ＭＨｚのＩＳＭ周波数ｆＩＳＭのうちの１つに対応する。好ましくは、１３．５６ＭＨｚである。
【００１６】
回路アセンブリは、ＬＣ発振器もフィードバック発振器もなしで済ます。周期的動作をサポートし、かつ擬似的共振昇圧コンバータを生成するために、インダクタは、好ましくは特別に選択され、真空チャンバのインピーダンスの静電容量成分に結合したときに、そのインダクタと真空チャンバのインピーダンスとの静電容量成分とから、０．５ｘｆＩＳＭ〜１．５ｘｆＩＳＭの範囲、好ましくは０．９ｘｆＩＳＭ〜１．４ｘｆＩＳＭの範囲にある擬似的発振回路の共振周波数を生成するようになっていてもよい。ここでｆＩＳＭは、所望の制御周波数又は出力電圧の周波数であり、例えば１３．５６ＭＨｚである。真空チャンバのインピーダンスは、特に真空チャンバの構造と幾何学的配置、その電極、並びにスイッチと回路アセンブリを支える回路基板のアースに対する寄生容量とによって決定される。これは計算することができ、又は経験的に決定することができる。それぞれの場合においてインダクタの寸法を決める時に真空チャンバの電極の静電容量を考慮に入れることで、これらの電極を回路アセンブリの事実上の一体部品とする。インダクタの寸法をそのようにして決めることにより、相対的に高出力の電圧パルスが昇圧コンバータのスイッチの第１電極に周期的に生成され、それが周期的交番電流と共に真空チャンバ内にＨＦエネルギの形で直接供給可能となる。適切に時間制御することで、電圧のゼロクロスにおいて損失なしにスイッチをオンすることができ、電力損失が低減される。
【００１７】
回路アセンブリに使用される制御可能スイッチは、好ましくはパワー半導体スイッチ、特にバイポーラトランジスタであり、あるいは真空管である。経済的な従来型のパワーＭＯＳＦＥＴが使用されることが好ましい。例えば、独国特許第３９４２５６０（Ｃ２）号明細書に関して説明したような、関連する精巧なハウジングを有する、高速スイッチング、低自己インダクタンス、高周波のパワーＭＯＳＦＥＴトランジスタはここでは必要ない。
【００１８】
具体的には、制御可能スイッチは、入力静電容量が５ｎＦ未満、好ましくは１ｎＦ未満の半導体トランジスタであってよい。そうして、動作周波数に対応する入力静電容量が、十分迅速に再充電可能である。制御可能スイッチはまた、５００Ｖ超、好ましくは９００Ｖ超の逆電圧を有することが好ましい。これにより、ピーク値が４００Ｖｐｅａｋを越える、可能であれば最大９００Ｖｐｅａｋまでの高ＨＦ交番電圧を、スイッチへの損傷の危険性なしに生成することが可能となる。制御可能スイッチはまた、高周波要件を満たすために、１５ｎｓ未満の立ち上がり時間と立ち下がり時間を有することが好ましい。シリコンカーバイドのパワーＭＯＳＦＥＴがこれらの要件を有利に満たすことができ、好適に使用される。ただし、例えばガリウムナイトライドのパワーＭＯＳＦＥＴ、又は現在知られているか将来開発されるであろう他の半導体スイッチ、又はこれらの要件、特に高逆電圧に関する要件を満たす他の制御可能なスイッチを使用することも可能である。
【００１９】
スイッチ切り替えのために再充電しなければならない入力静電容量が低いことは、有利なことに、スイッチに対する制御ユニット、例えばＭＯＳＦＥＴスイッチのためのゲートドライバを、１０Ａ未満、好ましくは５Ａ未満、特に好ましくは２Ａ未満の、比較的小さい動作電流すなわち駆動電流でスイッチ制御するように構成できる。つまり、小さい、経済的な制御ユニットすなわちドライバを使用可能であり、それは比較的単純な、省スペースのハウジングの集積回路の形をした市販品として入手可能である。例えば、安価なＴＯ−２４７の半導体ハウジングを使用可能である。
【００２０】
回路アセンブリの動作を制御するために、好ましくはコントローラが提供される。このコントローラは、マイクロプロセッサ又は類似の形態で、昇圧コンバータ回路と制御ユニットを有する共通回路基板上に配置可能であるか、又は別の回路基板上に配置可能である。コントローラはまた、回路アセンブリと通信するコンピュータ、ワークステーション、又はそれに類似のものの一部であってもよい。
【００２１】
好適な実施形態において、コントローラは、好ましくは通常動作モードと、通常動作モードとは異なる点火動作モードを提供するように構成される。具体的には、回路アセンブリは、点火動作モードでは通常動作モードより大きい、好ましくは通常動作モードの平均出力電圧より少なくとも１０％大きい、出力電圧を生成するように構成することができる。より高い出力電圧は、イオン化する媒体の点火前のより高いインピーダンスを考慮して、ＨＦ電力入力を増加させることにより確実な点火を可能とする助けとなる。通常動作では次に結合ＨＦ電力を減少させることが可能である。点火動作のために出力電圧を増加させることは、入力電圧を、例えば通常動作の１００Ｖから点火動作モードの１５０Ｖに増加させることにより達成可能である。
【００２２】
有利な実装においては、コントローラは、進行中の高い動作周波数よりも明らかに低い周波数で点火動作モードを周期的に起こさせるように構成される。例えばこの周波数は約１００Ｈｚであってよい。こうして、例えばオペレータによる調整又は点火動作モードの開始が不要となる。代わりに、点火動作モードは連続する通常動作モードの一部である。たとえプラズマが偶然消滅したとしても、直接かつ即座に再点火され得る。
【００２３】
好適な実施形態において回路アセンブリは、共通の直流電源に接続され、関連するインダクタと、関連する制御可能スイッチと、真空チャンバの別々の電極へ高周波エネルギを結合させる関連の個別出力接続部とを有する、２つまたは好ましくは３つ以上の昇圧コンバータ回路と、スイッチに関連する複数の制御ユニットとを有する。各制御ユニットは、それが可能であれば、１つまたは２つの昇圧コンバータ回路に接続可能である。このことにより、部品点数と回路アセンブリに要するスペースをさらに低減可能である。
【００２４】
回路アセンブリは、クロック発生器を有することができ、存在するすべての制御ユニットにタイミングクロック信号を供給して、それらがほぼ同期して動作するようにする。具体的には、制御ユニットが、最大で１０％以下、好ましくは２％未満の位相シフトで同期して動作するようにすることが可能である。昇圧コンバータ回路が真空チャンバ内に分散配置された、真空チャンバの様々な電極に対して供給する場合、このことによってほぼ同期のとれた、同位相励起が達成され、プラズマチャンバ全体に均一なプラズマを得ることが可能となる。
【００２５】
本発明の回路アセンブリは、高い安全性と信頼性を特徴とする。これは本質的に短絡保護されている。たとえ真空チャンバ内で短絡が起きたとしても昇圧コンバータ回路のスイッチは電流経路にはなく、ただ小容量の中間回路静電容量を必要とするだけだからである。さらに、分散された電力部品は相対的に低い温度レベルで動作する。回路アセンブリは好ましくは、昇圧コンバータ回路のすべてのスイッチの上流に、共通の過電流保護装置も有し、これが全回路の電流消費量が判定可能なレベルに到達すると、電源を永続的又は既定の期間だけ遮断する。これにより回路アセンブリの部品、及び全体としての回路基板を保護することができる。例えば、処理物体の落下により発生し得る突然の短絡がチャンバ内で生じる場合などに、これは極めて重要である。
【００２６】
追加または代替として、回路アセンブリは過電圧保護装置を有することができ、起こり得る過電圧を排除するように設定される。好ましくは、昇圧コンバータ回路の各スイッチの出力部に、放電路、例えばいわゆるスイッチングスパークギャップ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｓｐａｒｋ  ｇａｐ）を設けることも可能である。これは過電圧が発生した場合に自動的にトリガをかけるか又はトリガをかけられる。
【００２７】
回路アセンブリに対する保護装置は、所望により過昇温保護装置を含むこともできる。過昇温があった場合、他の場合と同様に回路アセンブリが短時間または永続的に切断されるか、及び／又はオペレータに対する警告を出力することが可能である。
【００２８】
本発明の別の態様は、電気放電を生成するシステム、特に低圧プラズマシステムである。本システムは、イオン化可能な媒体を保持するための真空チャンバ、特にはプラズマチャンバを備え、真空チャンバは、媒体をイオン化するために高周波エネルギを、イオン化可能媒体に誘導的、静電的、又は直流的に結合させるための複数の電極を有する。本システムは、前述したような、高周波エネルギを供給するための回路アセンブリも備える。回路アセンブリの各出力接続部は、インピーダンス整合ネットワークを介在させることなく、真空チャンバの電極に直接接続される。
【００２９】
これにより、システム、特に低圧プラズマシステムの作製が可能となる。これは本発明の回路アセンブリの有利な構成の利益を受け、またその利点はシステム全体にも利益をもたらす。得られるシステムは単純な構成であり、コンパクトで経済的である。これには、従来のＨＦ発生器はなく、ＨＦ発生器と真空チャンバの間に配置されるインピーダンス整合ユニットもなく、介在する電圧変換手段もなく、また、高価なＨＦパワーＭＯＳＦＥＴトランジスタと関連するＨＦドライバもない。具体的にシステムは、確実に起動して動作可能であり、安全に点火されてプラズマの生成及び安定維持が可能である。ここでは、温度、圧力、ガス種、オペレータの誤操作、並びに従来システムで起きるような接触部、電極及びリード部の腐食による不整合は生じない。発生器部分の寸法が非常に小さいことと、整流経路が短いことでＥＭＣ放出を低く抑えることができる。さらに、線路損が低減され、システム全体が高い効率を達成可能である。インピーダンス整合ユニット、リード部及び従来型のプラズマ発生器を排除することで、高価な可変部品、原材料、及び専門家により行われなければならない調整作業をなくすことが可能である。
【００３０】
本発明のシステムの好適な実施形態において、回路アセンブリは１つ以上の回路基板上に実装され、それが真空チャンバの直近に配置されて、好ましくは真空チャンバと共通のハウジングに収容される。特に好ましくは、少なくとも１つの回路基板がチャンバ又はその電極に直接接触される。例えば、回路基板の出力接続部は、真空チャンバの電極接続部に直接挿入されるか、ねじ止め接続することができる。そうして、回路基板と真空チャンバの電極接続部との間には接続ケーブルがないか、比較的短いケーブルのみが必要とされる。いずれの場合にも、ラインインピーダンスは無視可能である。このラインインピーダンスは、昇圧コンバータ回路の出力インピーダンスと真空チャンバとの間にいかなる実質的な不整合も、またそのような不整合に係わるいかなる反射又は電力損失も発生させることはない。
【００３１】
少なくとも１つの回路基板は有利には、回路アセンブリの各制御可能スイッチの第１電極と、真空チャンバの関連する電極との間の電気接続経路が、１００ｃｍより短く、好ましくは２０ｃｍより短く、特に好ましくは１２ｃｍより短いような、真空チャンバへの空間的近接して配置することが可能である。
【００３２】
追加又は代替として、回路アセンブリの各制御可能スイッチの第１の電極と真空チャンバの関連する電極との間の接続経路のインダクタンスは、１０μＨ未満、好ましくは１μＨ未満、特に好ましくは２５０ｎＨ未満であってよい。そのような短い接続経路、又は接続経路の低インダクタンスは、電力損失を伴う接続経路のインピーダンス不整合又は波反射を回避する。
【００３３】
本発明の特定の実施形態では、真空チャンバは、真空チャンバの内部を囲む、ガラス製、好ましくは石英ガラス又はホウケイ酸ガラス製のチャンバ壁（３３）を有するガラスチャンバであってもよい。真空チャンバの電極は、チャンバ壁の外表面上にらせんコイル又はキャパシタ電極の形で配置されてもよい。好ましくは、真空チャンバの長手方向に互いに等間隔に一様に分散された複数のそのような電極が設けられ、真空チャンバ全体に亘って均一なエネルギ結合を実現し、それによって均一なプラズマが得られる。真空チャンバの各電極は、回路アセンブリの昇圧コンバータ回路に接続される。
【００３４】
１つの特定の実施形態では、回路アセンブリの各スイッチは関連する電極と熱伝導性のある接続を有することができる。例えば、スイッチは関連するらせんコイル又はキャパシタの平板電極上に、場合によっては電気絶縁層を介在させて、直接配置されてよいし、又は、関連するらせんコイル又はキャパシタの平板電極に間接的に接続されてもよい。いずれの場合でも、真空チャンバの電極は同時に、スイッチ特にパワー半導体スイッチのためのヒートシンクとして作用し、このスイッチの動作により生じる熱を効果的にそこから外へ伝導することができる。
【００３５】
別の実施形態では、真空チャンバは、真空チャンバの内部を囲む金属製、好ましくはアルミニウム又はステンレススチール製のチャンバ壁を有する金属チャンバであってもよい。そうして真空チャンバの電極は真空チャンバ内へ突出する。そのような電極が複数設けられて、好ましくは真空チャンバの長さ方向に互いに等間隔に一様に分散される。各電極は、回路アセンブリの昇圧コンバータ回路に接続される。高周波出力電圧の直流電圧成分を抑制するために、真空チャンバの電極と回路アセンブリの関連するスイッチとの間に、好ましくは２ｎＦ〜５０ｎＦの静電容量を持つキャパシタが設けられる。
【００３６】
金属製の真空チャンバを使用する好適な実施形態では、回路アセンブリの各スイッチは金属チャンバ壁と熱伝導性のある接続を有する。例えば、スイッチは熱伝導性があり、電気的に絶縁体の層又はワッシャを介して直接取り付けるか、又は動作時にチャンバへ熱を放散させる熱導体を介して間接的に接続することが可能である。
【００３７】
このシステムは、複数の昇圧コンバータ回路、制御ユニット及び出力接続部を有する、本発明の回路アセンブリを複数含むことも可能である。回路アセンブリは、それぞれが互いに並列に接続され、そのそれぞれが好ましくはそれ自身の直流電圧源で給電される複数の回路基板に分散されてもよい。すべての回路基板とスイッチは共通のクロック発生器からの共通のタイミングクロック信号を受けることができる。リード接続部は、すべての制御ユニットに供給されるタイミングクロックが可能な限り同期をとれるような配線が可能である。具体的にはリード接続部は適切な遅延素子を含み、供給されるタイミングクロックの同期性を保たせることができる。好ましくは各回路基板は、過電圧及び／又は過電流及び／又は過昇温に対するそれ自身の保護を有する。
【００３８】
本発明システムのそれ以外の展開は、本発明の回路アセンブリの上記の実施形態に対応する。繰り返しを避けるために、回路アセンブリの実施形態とそれらの利点に関する上記の説明を参照する。これはここでは全体システムに同様に当てはまる。
【００３９】
本システムの有利な実施形態では、回路アセンブリの２つ以上の出力接続部が、例えば金属シート片を介して相互に電気伝導性のある接続をされて、プラズマチャンバに対する１つの共通の活性電極を形成する。これにより、回路アセンブリは、１０ｋＷ以上にも及ぶ明らかにより高い累積ＨＦ電力を真空チャンバに印加可能となる。さらに、真空チャンバの空間的に広い領域に対してより均一なＨＦ電力の供給が可能となり、したがって、より均一なプラズマの生成が可能となる。
【００４０】
本発明の実施形態に関する更なる有利な詳細は、従属請求項、図面及び関連する説明に従う。本発明を、図面を用いて以下でより詳細に説明する。図面は本発明の例示的実施形態を示すもので、いかなる形においても限定するものではない。同一の参照番号はすべての図において同一要素を表すものとして使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を使用可能な低圧プラズマシステムの原理を示す極めて概略的なブロック図である。
【図２】例えば図１によるシステムのための、高周波エネルギを供給する本発明の回路アセンブリの例示的実施形態を非常に簡略化して示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、例えば図１のシステムのために高周波エネルギを供給する、変形回路アセンブリを非常に簡略化して示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、例えば図１のシステムのために高周波エネルギを供給する、更なる変形回路アセンブリを非常に簡略化して示す図である。
【図５】図２の実施形態の回路アセンブリが図１のシステムで動作するときの、電圧と電流の時間挙動を簡略化して示す図である。
【図６】点火動作を支援するための、図２の実施形態の回路アセンブリへの供給電圧の時間挙動を大幅に簡略化して示す図である。
【図７ａ】本発明の一実施形態による、プラズマチャンバ上の複数の電極と本発明の回路アセンブリとを有する、低圧プラズマシステムの別の構成を大幅に簡略化して示す図である。
【図７ｂ】本発明の一実施形態による、プラズマチャンバ上の複数の電極と本発明の回路アセンブリとを有する、低圧プラズマシステムの別の構成を大幅に簡略化して示す図である。
【図７ｃ】本発明の一実施形態による、プラズマチャンバ上の複数の電極と本発明の回路アセンブリとを有する、低圧プラズマシステムの別の構成を大幅に簡略化して示す図である。
【図８】図７ａ〜図７ｃのシステムの１つに対して高周波エネルギを供給するための回路アセンブリの原理を大幅に簡略化して示すブロック図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態による、非常に高電力の高周波エネルギを供給する回路アセンブリを有する変形された低圧プラズマシステムの大幅に簡略化された概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下の議論では図面に表示された本発明の実施形態を参照する。図面に示す実施形態は単なる例示であって、本発明をそのように限定するものではないことを理解されたい。むしろ、実施形態は本発明の可能な実施形態を説明し、当業者が本発明を実行できるようにすることを意図しているに過ぎない。可能な実施形態を簡潔に説明するために、本発明の範囲に含まれるすべての詳細を示すことは不可能であることも理解されたい。
【００４３】
図１は、ここでは、具体的には物体の処理を行うための低圧プラズマシステムである、システム１を示す大幅に簡略化されたブロック図である。このようなシステムは、例えば、スパッタリング、スプレー塗装、接合、印刷、被覆、はんだ付けなどの更なる処理の前に、金属、プラスチック、ガラス若しくはセラミックでできた物体を清浄化するため、又は処理前に物体を活性化するため、又はプラズマエッチングのため、又はプラズマ重合により被覆するため、などに使用することができる。ただし、図１の低圧プラズマシステムは本発明の好適な用途を示すに過ぎず、本発明は、例えばガスレーザシステムなどの他のシステムへも適用され得ることを理解されたい。
【００４４】
図１を参照すると、低圧プラズマシステム１が、イオン化可能媒体すなわち処理ガスを保持する受容器とも呼ばれるプラズマチャンバ２と、真空ポンプ３と、処理ガス源４と、高周波（ＨＦ）発生器６とを含む。ここで真空チャンバ２もまた、チャンバ内で電気放電を生成するために、ＨＦ発生器６からのＨＦエネルギが結合されるすべてのチャンバを包含するために、真空チャンバと総称される。
【００４５】
プラズマ処理プロセスに関しては、物体７が真空チャンバ２内に配置され、真空ポンプ３を用いて真空チャンバ２内に負圧が形成される。絶対圧力が約０．１ｍｂａｒにおいて、アルゴン、酸素などの処理ガス又は周囲空気が、処理ガス源４から真空チャンバ２内へ導入される。動作圧力範囲は、約０．０５ｍｂａｒ〜２．０ｍｂａｒである。動作圧力に達すると、ＨＦエネルギを発生させて電極８を介して真空チャンバ２内部に結合させる、ＨＦ発生器６にスイッチが入れられ、処理ガスを励起、イオン化して、電気放電を発生させる。プラズマが発生され、処理される物体がさらされる。プラズマシステムには、新鮮なガスが連続的に供給され、その一方でプロセス中に消費されたガスは真空ポンプ３で排気される。処理プロセス後に、真空チャンバは、別の換気用接続部９を通して大気開放され、その後処理されたワークピース７をチャンバ２から取り出すことができる。ここまでに関しては、図１による低圧プラズマシステム１の構造及び操作モードは、従来の低圧プラズマシステムのものと同じである。
【００４６】
図１からわかるように、本発明のＨＦ発生器６はプラズマチャンバ２の直近に配置される。これは、図１の長方形１１で示す、プラズマチャンバ２と共通のハウジングに収容することも可能である。空間的にＨＦ発生器６がプラズマチャンバ２の直近にあることで、ＨＦエネルギをプラズマチャンバ２の電極８に送達するリード部の長さの最小化が可能であり、その結果、電極８は本発明のＨＦ発生器６の準一体部品であってＨＦ発生器の設計に考慮される。このことが、ＨＦ発生器６の本発明の新規な回路アセンブリ（詳細を後で述べる）と相俟って、従来システムで必要とされるようなインピーダンス整合ネットワーク（整合ユニット）の省略を可能とし、かつ安定なプラズマ生成に必要な高電力、高周波の励起信号をプラズマチャンバ２に供給可能とする基礎を形成する。システム１の構造と動作は簡略化が可能であり、それにより購入価格及び運転コストの低減が可能である。
【００４７】
図２は、ＨＦエネルギを提供して真空チャンバ、例えば図１のプラズマチャンバ２、に電気放電を発生させる、本発明のＨＦ発生器６のための回路アセンブリ１２の第１の例示的実施形態の大幅に簡略化した形態を示す。回路アセンブリ１２は、直流電源１３、クロック発生ユニット１４、昇圧コンバータ回路１６及び昇圧コンバータ回路１６用の制御ユニット１７を備える。直流電源１３は、回路アセンブリ１２に供給する（好ましくは連続した）直流電圧ＵＣＣを提供する。脈流の直流電圧を供給することも可能である。直流電圧ＵＣＣは０Ｖ〜４００Ｖの間、又はそれより高くてもよい。直流電圧ＵＣＣは破線矢印で示すように可変であってもよい。
【００４８】
クロック生成ユニット１４は、回路アセンブリ１２に時間パルスを提供する。具体的にクロック生成ユニット１４は、産業、科学及び医療（ＩＳＭ）に割り当てられた、６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２Ｍｈｚ、又は４０．６８ＭＨｚのＩＳＭ周波数の１つに対応する特定の周波数を有する時間パルスを供給可能である。周波数１３．５６ＭＨｚを使用することが好ましい。ただし、任意の動作高周波を使用可能であることは理解されたい。クロック生成ユニット１４は水晶を用いた発振器であってもよい。クロック生成ユニット１４のパルスのデューティ比は有利には、入力電力低減の可能性のある、５０％未満、例えば３０％〜５０％の間に固定可能である。
【００４９】
昇圧コンバータ回路１６は、既知の昇圧コンバータ回路に基づいており、直流電源１３の第１の極、ここでは正極２１と、アース２２の間に、相互に直列となって直列接続された、インダクタ１８とスイッチ１９との直列回路を有する。具体的には、インダクタ１８の１つの端子は正極２１に接続され、もう一方の端子は、ここではｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチ１９のドレイン電極Ｄに接続されている。ここで、半導体スイッチ１９のソース電極Ｓはアース２２に直列接続されている。ソース電極Ｓとアース２２は、両者の間に、電流測定のために通常そうするように、低抵抗のシャント抵抗（図示せず）を有してもよい。スイッチ１９には制御電極すなわちゲート電極Ｇもあって、これは制御ユニット１７の出力に接続されている。
【００５０】
ここに示すスイッチＳはＭＯＳＦＥＴ、特にはパワーＭＯＳＦＥＴであるが、他の制御可能パワー半導体スイッチ、例えば、スイッチングが対応する高周波でクロック可能であればバイポーラパワートランジスタなどもまた、ＭＯＳＦＥＴに代わってスイッチ１９に使用可能であることは理解されるであろう。本明細書の議論では、電極をドレインＤ、ソースＳ及びゲートＧと呼ぶが、これは違う形で指定された相当する半導体スイッチの電極に対しても同様に適用されることは、当業者にはわかるであろう。原理的に、スイッチ１９は真空管の形で実現することも可能であり、その場合には、ドレイン電極Ｄは真空管の陽極に対応し、ソース電極Ｓはその陰極に対応する。ここでは好適な実装として好ましくは、その特に好適な性質によりシリコンカーバイド又はガリウムナイトライドを基にするパワーＭＯＳＦＥＴを使用する。
【００５１】
制御ユニット１７は、ゲートドライバとも呼ばれ、クロック発生ユニット１４から時間パルス信号を受信する。そして、これらの時間パルス信号に基づいて、スイッチ１９のゲート電極Ｇに接続された出力部２３に、スイッチ１９をオンするのに適した制御信号又は駆動信号を生成する。一般的には、約８Ｖ〜１５Ｖのゲート電圧を使用して、スイッチ１９をオンさせる。スイッチ１９がオンされるとソース電極Ｓとドレイン電極Ｄの間に電流が流れるか導通され、スイッチ１９がオフの時はドレイン電極Ｄからソース電極Ｓへの電流が遮断されるか導通しないことは理解されるであろう。ゲートドライバ１７は、多くの製造元から、様々な半導体スイッチ用の集積回路として市販品を入手できる。
【００５２】
図２からもわかるように、スイッチ１９のドレイン電極Ｄは、回路アセンブリ１２の出力接続部２４に接続されている。回路アセンブリ１２の出力接続部２４は、プラズマチャンバ２の動作に必要なＨＦエネルギを供給する。このＨＦエネルギには、ＨＦ電圧と高周波電流が含まれる。図２及び図１に示されているように、出力接続部２４はプラズマチャンバ２の電極８−１に接続され、チャンバ２内にＨＦエネルギを結合させる。ここでのプラズマチャンバ２は図１のプラズマチャンバ２とは異なり、電極８−１が図１に示すようにプラズマチャンバ２の内部に突出した金属チャンバではなく、むしろ、例えばチャンバ壁の外表面に電極８−１、８−２が配置されたガラスチャンバである。この場合、電極８−１は、アース電位に接続された対向電極８−２に接続される。図１の金属プラズマチャンバ２もまたここで使用され得ることは理解されるであろう。さらに、電極８−１、８−２はキャパシタプレートに代わって、誘導によりＨＦエネルギをチャンバ内部に結合させる、チャンバ壁の周りに巻かれたらせんコイルの形態の電極を使用することも可能である。
【００５３】
図２からまたわかるように、コントローラ２６は回路アセンブリ１２の動作を制御するようになっている。コントローラ２６は、プラズマチャンバ２又は低圧プラズマシステム１全体の動作も制御する、全体コントローラの一部であってもよい。コントローラ２６は、ハードウェア及び／又は例えばプロセッサ上で実行可能なファームウェアの形態であってもよい。ハードウェアは回路アセンブリ１２と共に、共通回路基板上に配置されてもよいし、そこから離間していてもよい。いずれの場合にも、ここでコントローラ２６は、例えば直流電源１３からの直流電圧ＵＣＣを制御又は調整し、制御ユニット１７を制御し、クロック生成ユニット１４からの時間パルス信号を受信し、また好ましくは回路アセンブリ１２のパラメータ、特には内部電流と電圧をモニタすることができる。
【００５４】
ＨＦ発生器６のための回路アセンブリ１２の動作を次に図１、図２及びさらに、回路アセンブリ１２の電圧と電流の時間挙動を示す図５を参照して説明する。これまでに説明した回路アセンブリ１２は、次のように動作する。
【００５５】
図５の時間区間Ｉにおいて、制御ユニット１７は制御信号によってスイッチ１９をオンする。これを行うために、制御ユニット１７がスイッチ１９のゲート電極Ｇのゲート電圧ＵＧＳを、０Ｖから例えば１２Ｖへ設定する。ゲート電圧ＵＧＳは、図５に破線で示す。図５に実線で示すドレイン電圧ＵＤＳは、スイッチ１９が閉じられているときは約０Ｖになっている。スイッチ１９がオンになると、インダクタ１８を流れる電流が上昇し始めインダクタ１８を磁化し始める。インダクタ１８を流れる電流は図５では一点鎖線で表されている。スイッチ１９のドレイン電極Ｄから出力接続部２４へ流出し、出力接続部２４を通って負荷としてのプラズマチャンバ２へ流れる負荷電流は、図５に点線で表されている。時間区間Ｉにおいて、負荷電流は比較的小さい。
【００５６】
時間区間ＩＩにおいて、スイッチ１９がまず制御ユニット１７によってオフされる。これを行うために、ゲート電圧ＵＧＳ（破線）が下げられて０Ｖ又は負の値に戻される。ゲート電圧ＵＧＳが下がり、関連する信号伝搬時間が過ぎると、スイッチ１９のドレイン電極Ｄにおける電圧ＵＤＳ（実線）が上昇し始める。その時供給されている直流電圧ＵＣＣの値、ここでは例えば１００Ｖ、を超えるときに、インダクタ１８がプラズマチャンバ２に放電する。このプロセスにおいてインダクタ１８は消磁される。ドレイン電極Ｄとプラズマチャンバ２内のプラズマに直接かかる電圧ＵＤＳはピーク値に達し、ここでは例えば約３７０Ｖとなる。そして再び下がってゆく。この時、プラズマの複素負荷の一部である負荷電流Ｉｌｏａｄ（点線）もその最大値に達し、電力がプラズマへ出力される。
【００５７】
図５からわかるように、スイッチ１９を閉じてインダクタ１８を磁化し、次いでスイッチを開いて高いドレイン電圧ＵＤＳを得た後にインダクタ１８を消磁してプラズマチャンバ２内へそれを放電させるプロセスが、クロック生成ユニット１４によって定められた例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で周期的に反復されて、生成されたＨＦエネルギを有するプラズマをプラズマチャンバ２内に周期的に励起する。このように、このプロセスは昇圧コンバータの典型的な動作モードに対応し、これがここではプラズマ生成のためのＨＦ励起に使用される。
【００５８】
本発明によれば、周期的ＨＦエネルギの生成に、ＬＣ発振回路も負帰還型発振器も使用されない。ただしその代わりに、インダクタ１８と、複素インピーダンス、特にプラズマチャンバ２のインピーダンスの静電容量成分とで形成される、発振回路がある。このインピーダンスの静電容量成分は、特に、プラズマチャンバ２とその電極８、８−１、８−２の構造及び幾何的配置、並びに、スイッチ１９と、回路アセンブリ１２が載っている回路基板（図示せず）とのアースに対する寄生静電容量によって決定される。本発明によれば、この発振回路は、特に有利な、具体的にはスイッチ１９の低損失動作を可能とするように使用される。従来のＨＦ発生器に必要とされる、プラズマチャンバ２のインピーダンスをＨＦ発生器の５０オーム条件に適合させるためのインピーダンス整合がない。その代わりに、ここでは、プラズマチャンバ２の複素静電インピーダンスが回路アセンブリ１２の基本回路の一部であり、諸元を決める際に考慮に入れられる。プラズマチャンバ２のインピーダンスは、プラズマチャンバと関連する部品の構造的及び幾何学的配置を考慮に入れて、計算上又は経験的に決定可能である。これがインダクタ１８の諸元決定に使用される。
【００５９】
具体的には、プラズマチャンバ２、特には電極８、８−１、８−２の個別の幾何学的配置に依存するプラズマチャンバ２の静電容量と、スイッチ１９及び回路基板のアースに対する寄生容量、などの組み合わせにおいて、可能な限り１３．５６ＭＨｚ又はそれぞれの所望のＩＳＭ周波数に近い、準発振回路の共振周波数を生成するように、インダクタ１８は選択されねばならない。共振周波数は、最適値から最大で５０％だけずれてもよい。好ましくは、ＩＳＭ周波数から下へのずれは最小であり、上へのずれは少しだけであるべきであり、好ましくはＩＳＭ周波数からの最大偏差は−１０％〜＋４０％であるべきである。インダクタ１８の諸元決定において、電極８、８−１、８−２の間のそれぞれの静電容量を考慮に入れることで、それらが回路アセンブリ１２の実質的な一体部品となる。
【００６０】
好ましくは、インダクタは、図５からもわかるように、スイッチ１９がオンされる直前にドレイン電圧ＵＤＳがゼロになるようにも諸元が決められる。これにより、スイッチ１９は損失なしでオンすることができ、回路１２を特に高効率とし、かつ半導体スイッチ１９の昇温を明らかに低減する。
【００６１】
本発明の動作モードを可能とするために、制御可能スイッチ１９は特定の基準を満たさなければならない。例えば、スイッチ１９は、入力静電容量が５ｎＦ未満、好ましくは１ｎＦ未満でなければならない。そうして、スイッチ１９の入力静電容量は、これらの用途に対して要求されるだけの迅速さで再充電可能となる。この動作周波数において、スイッチ１９の立ち上がり時間及び立ち下がり時間は好ましくは１５ｎｓ未満でなければならない。スイッチ１９の逆電圧は、高ＨＦ出力電圧を生成可能であるために、可能であれば、５００Ｖ超、好ましくは９００Ｖ超でなければならない。
【００６２】
回路アセンブリ１２の経済的かつ高信頼性の構造を実現し、かつインピーダンス整合手段なしでそれを実現可能とするために、制御可能スイッチ１９は、ドレイン電流に対するトランジスタのゲート容量の比が（例えば２５℃において）５０ｐＦ／Ａ未満でなければならないことが判明した。これを考慮しない場合には、例えば１３．５６ＭＨｚなどのこれらの高周波において必要とされる駆動電力は非常に高く、このために使用できるドライバが存在しないか又はきわめて高価なものに限られることになる。その上、プラズマに伝達される電力に対する駆動電力の比もまた下がり、装置の効率を低下させる。本発明によれば、スイッチ１９とゲートドライバ１７が適切に選択されれば、プラズマに伝達される電力に対する駆動電力の比を、少なくとも１：１５から１：２０以上とすることが可能である。この実現のために、既に述べた性質を有する、ＳｉＣ又はＧａＮのパワーＭＯＳＦＥＴの使用が特に有利である。
【００６３】
回路全体から所望の高電力を得るために、すなわち、高出力電圧を有するプラズマに高電力出力を伝達するために、スイッチの逆電圧に対するゲート容量の比が０．５ｐＦ／Ｖ以下となるように、そして逆電圧は少なくとも９００Ｖであるように、スイッチ１９が選択されることが好ましい。最大ドレイン電圧ＵＤＳｍａｘが１，２００Ｖ（動作時に９００Ｖｐｅａｋの周期的ピーク電圧に対応する）のスイッチを有する回路アセンブリ１２の最大可能出力電圧は、プラズマの低温点火電圧を越えなければならない。この点火電圧は、多くのパラメータ、特にプラズマチャンバ内の負圧、ガス組成、チャンバと電極の幾何学配置などに依存するが、それにもかかわらずこの点火電圧は普通４００Ｖ超、そしてしばしば８００Ｖ超となる。このために、スイッチは少なくとも９００Ｖの逆電圧を持たなければならない。
【００６４】
スイッチだけでなく、ゲートドライバ１７も特定の要件を満たさなければならない。具体的には、１３．５６ＭＨｚの周波数で動作可能であるためには、ゲートドライバ１７もまた１５ｎｓ未満、好ましくは１０ｎｓ未満の立ち上がり時間と立ち下がり時間を有する必要がある。さらには、ゲートドライバ１７は、適用されるゲート容量に対して十分な電流容量を持たなければならない。
【００６５】
適切なインダクタ１８、パワー半導体スイッチ１９（又は例えば真空管などの他のスイッチ）、個別の用途に応じた関連するゲートドライバ１７、及びプラズマチャンバ２とその電極のそれぞれの幾何学配置と構造、を選択して組み合わせることにより、ＨＦ発生器６のための本発明の回路アセンブリ１２が、特別の共振回路なしで、また従来のＨＦ発振器の出力電力を伝送のための通常要求される５０オームの出力インピーダンスに整合させる追加的なＬ、Ｃ部品なしで、かつプラズマチャンバ２のインピーダンスを通常のＨＦ発振器のインピーダンスに整合させる調節可能部品なしで済むようにできる。
【００６６】
コントローラ２６は、回路アセンブリ１２の動作を制御する。具体的にはコントローラは、通常の動作モードと点火動作モードとを行うように設計される。既に述べたように、プラズマのための点火電圧は、様々な因子に依存して、４００Ｖ超、又は場合によってはそれよりはるかに高くなり得る。このため、点火動作モードでは回路アセンブリ１２の出力接続部２４に、通常の動作モードより特定の量だけ増加された出力電圧を生成するようにコントローラが設計される。特定のプラズマチャンバ２に対する必要な電圧の増加分は、所望のプラズマ処理のそれぞれのパラメータの関数として決定可能である。好適な実施形態では、点火動作モードにおける出力電圧は、通常の動作モードの出力電圧の平均よりも、少なくとも１０％だけ高い。コントローラ２６は、例えば直流電源１３の供給電圧ＵＣＣを短時間増加させることでこれを達成可能である。
【００６７】
図６は通常動作モードと点火動作モードが分離されていない有利な実装例が示されている。ここでは代わりにそれらが単純に交互に入れ込まれている。図からわかるように、生成される出力電圧のＨＦ周波数よりは明らかに低い周波数の、規則的間隔で、供給電圧ＵＣＣがその通常の動作レベルからより高い点火レベルへ短時間上昇される。電圧の短時間上昇は、プラズマチャンバ２内のプラズマが短時間の間、通常動作に影響を与えずに確実に点火又は再点火されるように選択される。一例として、通常の供給電圧ＵＣＣは１２０Ｖであり、それが例えば２００Ｖへ上昇される。電圧上昇の低い周波数は２００Ｈｚであってよく、これは周期１０ｍｓに対応する。一方、電圧上昇の継続時間は、例えば周期の５％〜１０％、すなわちここでは０．５ｍｓ〜１ｍｓであってよい。
【００６８】
図６にまた両矢印と破線で示すように、供給電圧ＵＣＣの通常動作レベルは、開ループ制御又は閉ループ制御によって回路アセンブリ１２への電力入力を制御するために変化させることが可能である。
【００６９】
図３は、ＨＦエネルギを提供して真空チャンバ、例えば図１のプラズマチャンバ２に電気放電を発生させる、ＨＦ発生器６のための変形回路形態である回路アセンブリ１２‘を示す。回路アセンブリ１２‘は、図２による回路アセンブリ１２と類似しており、したがって構造及び／又は機能が一致する場合には、回路アセンブリ１２‘の同一要素に対して同一参照番号を使用する。そして反復を避けるために、前述の説明を参照する。
【００７０】
図２の回路アセンブリ１２とは対照的に、図３の回路アセンブリ１２‘は、負の電源電圧−ＵＣＣと、スイッチ１９としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴを有する。すなわち、直流電源１３は、ここではアース２２に対して負である、その第１電極２１に負の電圧−ＵＣＣを供給する。スイッチ１９はｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、これはまたアース２２と負の端子２１の間でインダクタ１８に直列接続される。
【００７１】
その他の点では、回路アセンブリ１２‘の構造及び動作モードは図２の回路アセンブリ１２に一致する。スイッチ１９がオンされると、ソース−ドレイン電流がアース２２から負極２１へスイッチ１９を通って流れ、インダクタ１８を磁化する。スイッチが閉じられると、インダクタ１８は放電して消磁され、電流はプラズマチャンバ２（図示せず）から出力接続部２４とインダクタ１８を通って直流電源１３の負極２１へ、次第に減少するが流れ続ける。図３のｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１９は負のゲートーソース電圧ＵＧＳでオンされ、ドレイン電極Ｄ又は回路アセンブリ１２‘の出力接続部２４での電圧ＵＤＳがスイッチ１９のオフ状態で負のピーク値に到達する。
【００７２】
図２及び図３からわかるように、キャパシタ２７を所望によりスイッチ１９のドレイン接続部Ｄと出力接続部２４との間に配置して、プラズマチャンバ２へ供給される又はそこから流出する負荷電流内のＤＣ成分をフィルタリングすることができる。これは図１に示すように特に金属チャンバ２が使用される場合に重要である。そこでは電極８はチャンバ２内部に配置されるので、キャパシタ２７がなければ直流が短絡電流としてプラズマを介して直接排出され得る。プラズマチャンバ２へつながる接続ケーブルに、出力接続部２４の前又は後で他の構成部品特にＬＣフィルタが配置されて、生成されるＨＦ電力信号からの特定の周波数帯域、例えば高調波を除去してもよい。ただしそのようなＬＣフィルタは出力信号をフィルタリングすることだけを意図して設計されており、所望の共振周波数を生成する規模にはなっていない。
【００７３】
図４は、ＨＦエネルギを提供して真空チャンバ、特に図１のプラズマチャンバ２に電気放電を発生させる高周波エネルギを供給するための別の回路アセンブリ１２‘‘の簡略図を示す。この回路アセンブリ１２‘‘は、２つの昇圧コンバータ回路１６−１、１６−２が備えられている点で、図２の回路とは異なる。昇圧コンバータ回路１６ー１、１６−２は同じものであり、インダクタ１８−１、１８−２と関連するスイッチ１９−１、１９−２との直列回路を備え、共通の直流電源１３とアース２２の間に配置される。この場合、スイッチ１９−１、１９−２はｎチャネルＭＯＳＦＥＴで形成される。ただし図３の実施形態に対応するｐチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。各スイッチ１９−１、１９−２は、制御ユニット又はゲートドライバ１７−１、１７−２に接続される。
【００７４】
クロック生成ユニット１４の１つの出力が第１制御ユニット１７−１に接続され、クロック生成ユニット１４の第２の、反転出力が第２制御ユニット１７−２に接続される。こうして、スイッチ１９−１、１９−２のそれぞれが、１８０°位相がずれてクロックされる。スイッチ１９−１、１９−２の１つがオフであって、高電圧及び高負荷電流が出力接続部２４−１、２４−２を介して電極８−１又は８−２に印加される各位相の間、反対側のそれぞれの電極８−１又は８−２、及びそこに接続されているスイッチ１９−１又は１９−２がアース電極の役目をする。それはこの位相においては、電極８−２又は８−１がアースに接続されているからである。この実施形態では有利なことに、プラズマチャンバ２は、図４で破線で描いたようなアース電極２８はもはや必要としない。この基本回路は、もっと複雑なプラズマチャンバ２の実現を可能とし、チャンバ２上の活性電極面を２倍にすることが可能である。
【００７５】
図７ａ〜図７ｃは本発明の低圧プラズマシステム１の好適な実装例を示す。これは特に有利なコンパクトで低損失の実装を可能とする。これらのそれぞれの図は、チャンバハウジング部２９を有する細長いプラズマチャンバ２を示す。プラズマチャンバ２は、第１の前方ハウジング部３１と、第２の後方ハウジング部３２と、この第１と第２のハウジング部３１、３２の間のプラズマチャンバ２の長手方向にあってプラズマチャンバ２の内部３４を囲むチャンバ壁３３と、を含む。ハウジング部３１、３２とチャンバ壁３３は、例えば、円形、正方形又は長方形の断面を有することができ、又は別の好適な断面形状を有することができる。
【００７６】
図７ａはチャンバ壁３３が、例えばガラス、好ましくは石英ガラス又はホウケイ酸ガラスで作られ、一連の電極８ａ、８ｂ、・・・、８ｎがチャンバ壁３３の外表面に配置されている実施形態を示す。電極８ａ〜８ｎは均一に分布されて、プラズマチャンバ２の長手方向に等間隔に配置されている。ここに示されている電極８ａ〜８ｎは本質的に、チャンバ壁３３の周りに配置された、薄い平坦な金属の形状であるが、これに代わって電極８ａ〜８ｎは本質的に板形状であって、チャンバ壁３３の上、下又は側面で、プラズマチャンバ２の長手方向に直線状に直列に配置されてもよい。いずれにしても、同じ数と配置の電極８ａ〜８ｎを提供して、電極８ａ〜８ｎが内部３４にほぼ均一なプラズマ励起をすることが好ましい。対向電極は例えば、チャンバハウジング２９の金属の後方ハウジング部３２で形成されてもよい。前方ハウジング部３２は、ワークピースを装填するためのドアを有してもよい。
【００７７】
さらに、図７ａでは、回路基板３６が電極８ａ〜８ｎの直近に配置されている。回路基板３６にはプラズマチャンバ２に高周波エネルギを供給する回路アセンブリ１２‘‘‘があり、この回路アセンブリ１２‘‘‘は、図２〜図４の基本回路１２、１２‘、１２‘‘の１つに基づいている。回路アセンブリ１２‘‘‘は、図８に詳細が示されている。
【００７８】
図８を参照すると、回路アセンブリ１２‘‘‘は、クロック生成ユニット１４を有し、これが存在する複数の制御ユニット１７ａ、１７ｂ、・・・、１７ｎに時間パルス信号を供給する。時間パルス信号は、存在するすべての制御ユニット１７ａ〜１７ｎに同時に、具体的には、１０％、好ましくは２％未満の最大位相シフト量以内で供給される。これは制御ユニット１７ａ〜１７ｎまでのリード部の長さを調整することで達成される。
【００７９】
すべての制御ユニット１７ａ〜１７ｎは、それぞれの制御ユニットによって制御される、関連の昇圧コンバータ回路１６ａ〜１６ｎに接続される。すべての制御ユニット１７ａ〜１７ｎと関連する昇圧コンバータ回路１６ａ〜１６ｎの組み合わせは、図２又は図３に示すように構成することができる。これに代わって、この組み合わせは、図４に示すようにそれぞれが１８０°位相シフトしてクロックされる、２つの回路と電極対の組み合わせによって置き換えてもよい。
【００８０】
昇圧コンバータ回路１６ａ〜１６ｎのそれぞれは、場合によっては直流阻止キャパシタ２７又は必要であれば他のＬＣフィルタを介在させて、関連する出力接続部２４ａ〜２４ｎを介して、関連する電極８ａ〜８ｎ及び関連する負荷部分、すなわちプラズマチャンバ２の部分３７ａ〜３７ｎに接続される。
【００８１】
図７ａに戻ると、回路基板３６はここでは電極８ａ〜８ｎの直近に配置される。これにより、各スイッチ１９ａ〜１９ｎのドレイン電極Ｄと関連する電極８ａ〜８ｎとの間のリード経路が極めて短くなり、これらのリード経路は１００ｃｍより短く、好ましくは２０ｃｍより短く、さらに好ましくは１２ｃｍより短かいか僅かに数センチメートルの長さである。特に好適な実施形態では、出力接続部２４ａ〜２４ｎがプラズマチャンバ２の電極８ａ〜８ｎに、例えばはんだ付けで直接接続される。出力接続部２４ａ〜２４ｎと電極８ａ〜８ｎの間に追加のリードケーブルなしで済ますことが可能であり、ラインインピーダンスが無視できる。恐らくは、平坦な銅ストリップ又はそれに類似のもので、短い、低インピーダンスの相互接続が可能である。
【００８２】
代替又は追加として、図７ａによる低圧プラズマシステム１は、プラズマチャンバ２と、回路アセンブリ１２‘‘‘を含む回路基板３６の両方を保持する共通のハウジング１１内に収納可能である。
【００８３】
図７ａには示されていないが、回路基板３６とその上の部品は、回路アセンブリ１２‘‘‘の各スイッチ１９ａ〜１９ｎが関連する電極８ａ〜８ｎとさらに熱伝導性接続を有するように実装可能である。例えば、スイッチ１９ａ〜１９ｎは関連する電極８ａ〜８ｎに直接取り付け可能である。あるいは、両者の間に熱伝導性の良好な接続要素を挿入することも可能である。いずれにしても、そうしてプラズマチャンバ２の電極８ａ〜８ｎは、高周波動作時に生じる熱を効果的に消散させるための、スイッチ１９ａ〜１９ｎに対するヒートシンクとして作用することができる。
【００８４】
図７ｂは、図７ａと同様の配置であるが、プラズマチャンバ２へのＨＦエネルギの誘導結合を有する。ここで電極８ａ〜８ｎはらせんコイルで形成され、そのそれぞれがガラスチャンバ２のチャンバ壁３３の周りを１ターン以上で取り巻いている。電極８ａ〜８ｎは、均一なプラズマを発生させるために、ここでも均一に分布されて、プラズマチャンバ２の長手方向に等間隔に配置される。上に述べたのと同じ理由で、プラズマチャンバ２へのＨＦエネルギ供給のための回路アセンブリ、特には図８の回路アセンブリ１２‘‘‘を有する回路基板３６は、ここでも電極８ａ〜８ｎの直近に配置される。繰り返しを避けるために、短い低インピーダンスの接続経路、可能な共通ハウジング１１及びスイッチ１９ａ〜１９ｎに対するヒートシンクとしての電極８ａ〜８ｎの可能な利用について、図７ａによる実施形態に関する上記の議論を参照する。これらはここにも対応して当てはまる。
【００８５】
図７ｃは，図７ａと同様の配置であるが、プラズマチャンバ２へのＨＦエネルギの静電結合を有する。ただし、金属チャンバでかつ直接結合のためのものである。したがって、チャンバ壁３３は金属、好ましくはアルミニウム又はステンレススチール製であり、電極８ａ〜８ｎは、ここでも内部３４に、均一に分散され、プラズマチャンバ２の長手方向に等間隔に配置される。チャンバ壁３３を貫通する供給ライン３８ａ〜３８ｎが電極８ａ〜８ｎを回路基板３６に接続し、そこにはプラズマチャンバ２のＨＦエネルギ供給のための回路アセンブリ、具体的には図８による回路アセンブリがある。回路基板３６が電極８ａ〜８ｎの直近にあることは、ここでも供給ライン３８ａ〜３８ｎを非常に短くかつ低インピーダンスにさせる。低圧プラズマシステム１には共通のハウジング１１を備えることが可能である。さらに、冷却目的のために、回路基板３６上の各スイッチ１９ａ〜１９ｎは金属チャンバ壁３３に熱伝導性の接続ができ、良好な熱伝導性を有する薄い電気絶縁中間層を間に挿入することが可能である。
【００８６】
さらに、本発明の範囲内で他の変更が可能である。例えば、図８はモニタ装置３９を備えることが可能なことを示す。これは回路アセンブリ１２、１２‘、１２‘‘又は１２‘‘‘（以後単に回路アセンブリ１２と称す）の電圧及び電流を測定し、それらを表す信号をコントローラに送信するように設定される。これらの測定信号は、許容できない過電流及び過電圧を認識し、それにより、回路アセンブリ１２の部品を保護するための予防措置をとるためにコントローラ２６で使用可能である。例えば、コントローラ２６は過電流遮断保護装置を実装する論理回路を含み、これは、昇圧コンバータ回路１６ａ〜１６ｎのすべてのスイッチ１９ａ〜１９ｎの上流にあって共通であり、かつ全回路の消費電流が事前に設定可能な最大値を超える場合に、昇圧コンバータ回路１６ａ〜１６ｎへの共通供給ライン４２にある遮断スイッチ４１を開いて電力供給を永続的又は所定期間の間遮断することができる。これは、例えば処理される物体がプラズマチャンバ２の内部３４で落下することで起きうる予期せぬ短絡の場合に、部品および全システム１を保護するのに特に有利である。遮断スイッチ４１は、共通供給ライン４２で過電圧が検出される場合にも部品保護のために切断されてよい。
【００８７】
代替又は追加として、コントローラ２６には、過電圧を排除可能な過電圧保護装置を実装する論理回路を含むこともできる。例えば、トリガ可能な放電路、例えばいわゆるスイッチングスパークギャップ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｓｐａｒｋ  ｇａｐ）４３を各スイッチ１９ａ〜１９ｂの出力部に設けることが可能である。その一例を図８のスイッチ１９ｎに示す。このトリガ可能な放電路は保護すべき各昇圧コンバータ回路１６ａ〜１６ｎに並列に配置される。出力部２４ａ〜２４ｎの１つにおいて過電圧状態があれば、各放電路４３が自動的にトリガをかけられて、過電圧を排除する。代替として、コントローラ２６もまた過電圧状態を認識して、対応する放電路４３にトリガをかけてもよい。放電路に基づくそのような過電圧保護器又はスイッチングスパークギャップは、当分野では広く知られており、ここで使用することが可能である。
【００８８】
さらには、過昇温に対する保護装置も所望により設けることができる。
【００８９】
さらに、図８の回路アセンブリ１２‘‘‘を２つ以上の回路基板３６ｉ（１＝１．．．ｍ）（図示せず）に分散して配置することも可能である。これにより、複数の電極８ａ〜８ｎを有する非常に大きなプラズマチャンバ２を、均一に励起させてかつ非常に高いＨＦエネルギを有するようにすることも可能となる。回路基板３６ｉは互いに並列に接続されてそれぞれがそれ自身の直流電源１３を持ち、共通のクロック発生ユニット１４から共通の時間パルス信号を供給されてもよい。特に好適な実施形態では、リード接続部は適切に配線することができ、リード接続部には遅延素子が含まれて、共通の時間パルスがすべての回路基板３６ｉ上のすべての制御ユニット１７ａ〜１７ｎにほぼ同時に供給されることが確保できる。過電圧、過電流、及び／又は過昇温に対する保護は好ましくは、各回路基板３６ｉに対して個別に設けられる。
【００９０】
使用される回路基板の数に関係なく、複数のスイッチ１９ａ〜１９ｎは冗長度も提供して有利である。１つのスイッチ１９ａ〜１９ｎが故障したとしても、他のスイッチが動作を継続可能であり、プラズマチャンバ２の複数の部分がＨＦエネルギを供給し続け、プラズマ生成の均一性は恐らくは僅かにしか影響されない。
【００９１】
図９に示す本発明の別の実施形態では、上で説明した低圧プラズマシステム１の１つの電極８ａ〜８ｎが、例えば薄い平坦な金属シート片４４で相互に電気接続され、プラズマチャンバ２に対する１つの共通活性電極８を形成することができる。これにより、１０ｋＷ以上にもなり得る、明らかにより高い付加的ＨＦ電力を例えば回路アセンブリ１２‘‘‘によってプラズマチャンバに印加可能となる。その上、点源によって供給可能なものより、より均一かつ同期のとれたＨＦ電力が拡大された電極８を介して供給可能であり、これにより生成されるプラズマの均一性が改善される。電極８ａ〜８ｎ又は回路アセンブリ１２‘‘‘の出力接続部２４ａ〜２４ｎはここで電気的に接続され、これは出力接続部２４ａ〜２４ｎに印加される出力電圧の動作周波数には影響しない。高周波に対する金属シート片８ａ〜８ｎは、相互に直列及び並列に接続された複数のインダクタ４７のネットワーク４６とみなすことができるので、そこにあるＨＦは技術的に短絡しない。
【００９２】
真空チャンバ２内で電気放電を発生させるため、具体的にはプラズマを発生させるために、回路アセンブリ１２が生成されて高周波エネルギを供給する。この回路アセンブリ１２は、直流電源１３、昇圧コンバータ回路１６、及び制御ユニット１７を有する。直流電源１３は直流電圧ＵＣＣを供給する。昇圧コンバータ回路１６は、インダクタ１８と制御可能スイッチ１９とから成る直列回路を含み、インダクタ１８は直流電源１３の電極２１とスイッチ１９の第１電極Ｄとの間に接続される。スイッチ１９の第２電極Ｓは接地され、かつスイッチ１９はさらに制御電極Ｇを備える。制御ユニット１７は、スイッチ１９の第１電極Ｄに、周期パルス状の出力電圧ＵＤＳを有する高周波エネルギを発生させるために、スイッチ１９を高周波で制御するように構成され、出力電圧は直流電源１３の直流電圧ＵＣＣの値より大きいピーク値を有する。出力電圧ＵＤＳを有する高周波エネルギが出力接続部２４で変換されることなく直接出力される。これは真空チャンバ２の電極８に直接接続されるように設計される。システムは、電気放電発生のために創生され、具体的にはそのような回路アセンブリ１２を備える低圧プラズマシステムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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