使用HF信号加热介质的方法和设备与流程

本发明涉及一种使用hf信号加热介质、尤其是生成等离子体的方法，该方法具有以下步骤：-尤其是在借助于hf发生器的情况下生成具有定义的第一工作频率和定义的第一信号功率的hf馈送信号，-经由传输路径将hf馈送信号耦入到介质中，使得介质被hf馈送信号加热，-尤其是在借助于测量和控制装置的情况下确定沿传输路径的第一hf信号反射，以及-尤其是在借助于测量和控制装置的情况下，根据第一hf信号反射来改变第一工作频率，以减少时间上后续的hf信号反射。本发明还涉及一种使用hf信号加热介质、尤其是生成等离子体的设备，该设备具有：-hf发生器，该hf发生器被适配成用于生成具有定义的第一工作频率和定义的第一信号功率的hf馈送信号；-传输路径，该传输路径被适配成用于将hf馈送信号耦入到介质中，使得介质能够被hf馈送信号加热；以及-测量和控制装置，该测量和控制装置被适配成用于确定沿传输路径的第一hf信号反射，并且-该测量和控制装置还被适配成用于根据第一hf信号反射来改变第一工作频率，以减少时间上后续的hf信号反射。

背景技术：

1、这种方法和相应的设备例如从us2014/0197761 a1中已知。

2、该已知的设备尤其可以用于生成等离子体，该等离子体被用在用于工件表面处理的蚀刻和/或涂覆设备中。等离子体在此应理解为通过从外部吸收能量(加热)而进入激发态的气体，从而使得气体的电荷载流子从它们各自的原子键和/或分子键中释放出来并且作为自由电荷载流子存在。因此，等离子体的电导率取决于自由电荷载流子的数量，并因此取决于各自的能量吸收。用于产生等离子体的设备的特征在于负载的阻抗(即在这种情况下要被供应热能的等离子体室的阻抗)可以非常快速且剧烈地变化。这对产生hf电信号以加热气体并为等离子体提供电力的hf发生器以及对传输路径提出了很高的要求，因为电加热信号的耦入取决于发生器的输出阻抗与负载的输入阻抗的匹配程度。任何不匹配都会导致反射，使得一部分电力或者在最坏的情况下甚至所有电力都到达不了要加热的气体或等离子体，而是被反射到发生器的输出端。如果没有适当的对策，这可能会导致发生器和/或此类设备的其他部件的损坏。此外，如果气体中不再有足够的加热功率，等离子体可能会熄灭。

3、本发明并不局限于用于生成等离子体的设备和方法，尽管这是优选的应用。所描述的方法和所描述的设备同样可以用于加热其他介质和/或用于其他目的，例如是用于加热液体介质或固体介质。

4、用来调节用于加热介质的hf信号发生器的工作频率的已知方法实施起来相对复杂。此外，在一些实现方式中，搜索相应最佳的工作频率需要很长时间。因此，本发明的目的在于提供一种开头所述类型的方法和设备，利用它们可以相对容易且快速地调节到hf信号发生器的合适的工作频率。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，该目的通过根据权利要求1所述的方法和/或根据权利要求14所述的设备来实现。在从属权利要求和说明书中描述了该方法和/或该设备的优选设计方案。相应地，该目的通过开篇所述类型的方法来实现，其中在第一测试间隔期间将定义的第一工作频率改变、尤其是增加定义的第一频率值，以便以限时的方式以改变后的、尤其是增加了的第一工作频率将第一hf馈送信号耦入到介质中，并且其中在第二测试间隔期间将定义的第一工作频率以相反的方式改变、尤其是减小定义的第二频率值，以便以限时的方式以通过相反的方式改变后的、尤其是减小了的第一工作频率将第一hf馈送信号耦入到介质中，其中在第一测试间隔期间确定在时间上与改变后的、尤其是增加了的第一工作频率相关的第二hf信号反射，并且其中在第二测试间隔期间确定在时间上与通过相反的方式改变后的、尤其是减小了的第一工作频率相关的第三hf信号反射，并且其中在第二测试间隔结束之后以定义的第二工作频率生成hf馈送信号并将其耦入到介质中，其中根据第一、第二和第三hf信号反射来选择定义的第二工作频率，尤其是选自第一工作频率、通过相反的方式改变后的、尤其是减小了的第一工作频率和改变后的、尤其是增加了的第一工作频率。

2、根据另一方面，该目的通过开篇所述类型的设备来实现，其中该测量和控制装置还被适配成：用于在第一测试间隔期间将定义的第一工作频率改变、尤其是增加定义的第一频率值，以便以限时的方式以改变后的、尤其是增加了的第一工作频率将第一hf馈送信号耦入到介质中；还用于在第二测试间隔期间将定义的第一工作频率以相反的方式改变、尤其是减小定义的第二频率值，以便以限时的方式以通过相反的方式改变后的、尤其是减小了的第一工作频率将第一hf馈送信号耦入到介质中；还用于在第一测试间隔期间确定在时间上与改变后的、尤其是增加了的第一工作频率相关的第二hf信号反射；还用于在第二测试间隔期间确定在时间上与通过相反的方式改变后的、尤其是减小了的第一工作频率相关的第三hf信号反射；以及在第二测试间隔结束之后以定义的第二工作频率生成hf馈送信号并将其耦入到介质中，其中根据第一、第二和第三hf信号反射来选择定义的第二工作频率，尤其是选自第一工作频率、改变后的、尤其是增加了的第一工作频率和通过相反的方式改变后的、尤其是减小了的第一工作频率。

3、尤其是当hf信号发生器是具有压控振荡器(vco)和/或锁相环(phase lockedloop,pll)的所谓的固态发生器时，所描述的设备和所描述的方法可以非常容易地实现。这种hf信号发生器允许简单且快速地改变瞬时工作频率。在一些优选实施例中，hf信号发生器生成具有在低微波范围内、尤其是在从2ghz到5ghz的范围内的工作频率的hf馈送信号。在一个实施例中，第一工作频率在2.4ghz至2.5ghz(分别包含2.4ghz和2.5ghz)的范围内。

4、从瞬时第一工作频率(在一些实施例中其可以是预选的标称工作频率)开始，所描述的设备和所描述的方法在时间上相继的两个测试间隔中测试增加了的第一工作频率和减小了的第一工作频率，同时hf馈送信号继续被耦入到介质中。第一测试间隔和第二测试间隔的时间顺序原则上是可以自由选择的。这意味着在一些实施例中，定义的第一工作频率可以首先增加并在时间上随后减小。而在另一些实施例中，定义的第一工作频率可以首先减小并在时间上随后增加。因此，术语“第一测试间隔”和“第二测试间隔”在此并不意味着强制性的时间顺序。换句话说，第二测试间隔在时间上可以在第一测试间隔之前。

5、在任何情况下，hf馈送信号的瞬时工作频率在一个测试周期中至少增加一次并且至少减小一次。在优选的实施例中，瞬时工作频率在一个测试周期中恰好增加一次并且时间上在之前或时间上在之后恰好减小一次。针对由此获得的三个工作频率中的每一个(瞬时第一工作频率、增加了的第一工作频率和减小了的第一工作频率)，确定沿传输路径的相关联的或可分配的hf信号反射。由此，经过这样的测试后，hf信号反射至少有三个特征值。有利地，现在非常简单地从所提到的(三个)工作频率中选择与至少三个检测到的hf信号反射中的最低hf信号反射相关的工作频率，以用于hf信号发生器的进一步工作。

6、以这种方式，(未来的)第二工作频率的确定和选择可以非常简单且快速。尤其，所描述的方法可以容易且非常有利地在具有可控工作频率的hf信号发生器的固件中实现。因此，在所描述的设备的优选实施例中，在限时的测试间隔中增加和减小相应的工作频率是在处理器控制的hf信号发生器的固件中实现的。替代于此，在另外的实施例中，第一工作频率的增加和减小可以从“外部”完成，即经由外部供应到hf信号发生器的控制信号来启动。

7、所描述的方法和所描述的设备具有以下优点：一方面，对“更好的”工作频率的搜索被限制在较小的瞬时搜索范围内。在优选的实施例中，对“更好的”工作频率的搜索仅限于恰好两个可选值，即一个高于瞬时工作频率，而一个低于瞬时工作频率。因此可以很快完成该搜索。另一方面，在所描述的方法和所描述的设备中，“双边”地搜索可能比瞬时第一工作频率更好的工作频率。因此，所描述的方法和所描述的设备可以快速且独立于方向地(即，既向更高阻抗又向更低阻抗)遵循动态变化的阻抗变化。

8、所描述的方法和所描述的设备提供了非常简单且快速地为hf信号发生器调节到适合的工作频率的新可能性。因此完全实现了上述目的。

9、在本发明的一个优选设计方案中，相应地以另外的测试间隔循环地重复进行增加和减小相应的工作频率，其中在每个周期之后将定义的第二工作频率用作新的第一工作频率。

10、在该设计方案中，所描述的方法和所描述的设备在hf信号发生器的持续运行期间遵循待加热负载的动态变化的阻抗变化。各个当前工作频率自适应且动态地适应变化的阻抗。由此实现了加热功率长期非常有效地馈送到介质中。

11、在另一个设计方案中，以在1ms至500ms、分别包含1ms和500ms的范围内的周期时间t循环地增加和减小相应的工作频率。

12、在优选的实施例中，这些值已被证明非常适合于掌握等离子体负载中动态变化的阻抗，而又不会由于测试性地增加和减小相应的工作频率而持续性地影响等离子体的生成。

13、在另一个设计方案中，第一测试间隔的间隔长度在50μs至500μs、分别包含50μs和500μs的范围内。

14、在优选的实施例中，这些值也被证明非常适合于掌握等离子体负载中动态变化的阻抗，在此情况下，通过恒定的功率输入来维持等离子体。

15、在另一个设计方案中，在第一测试间隔开始时，将定义的第一工作频率跳跃式地增加定义的第一频率值。有利地，在第二测试间隔开始时跳跃式地减小定义的第一工作频率。

16、第一工作频率的相应跳跃式增加或减小能够实现非常短的测试间隔，并且因此能够快速且精确地分配相应的hf信号反射。替代性地，在另外的设计方案中，第一工作频率的增加或减小可以以非跳跃式的、因此相当平缓的转变来进行，这在一些场景下可以具有等离子体激发更稳定的优点。然而，在许多情况下，由于测试时间最短，跳跃式的增加或减小似乎更有利。

17、在另一个设计方案中，定义的第一频率值和定义的第二频率值相同。

18、在该设计方案中，第一工作频率居中地介于增加了的第一工作频率与减小了的第一工作频率之间。该设计方案的优点是：hf信号发生器的瞬时工作频率在测试间隔内在时间上平均地保持基本恒定，这也有利地有助于保持等离子体激发稳定。

19、在另一个设计方案中，定义的第一频率值在定义的第一工作频率的0.0001％至0.001％的范围内。在一些实施例中，定义的第一频率值例如可以在从5khz至20khz(分别包含5khz和20khz)的范围内。在一个有利的实施例中，第一频率值为10khz，其中hf信号发生器的工作频率在2.45ghz的范围内。

20、第一频率值关于hf信号发生器的标称工作频率在千分之十范围内是非常有利的，一方面用于确保稳定地生成等离子体，另一方面用于对等离子体负载的阻抗变化做出有针对性的反应。

21、在另一个设计方案中，第二测试间隔紧接第一测试间隔。

22、在该设计方案中，第二测试间隔紧接在第一测试间隔之前或者紧接在第一测试间隔之后。这样做的结果是，在限时的增加(减小)后，尽可能快地将hf信号发生器的瞬时工作频率调节到低于(高于)原始的第一工作频率的相反频率值。在第一频率值和第二频率值相同的实施例中，hf信号发生器的工作频率在两个测试间隔内在时间上平均地保持非常接近原始的第一工作频率。在定义的第一工作频率在第一测试间隔开始时跳跃式地增加定义的第一频率值以及在第二测试间隔开始时跳跃式地减小的实施例中，瞬时工作频率因此在从第一测试间隔到第二测试间隔的过渡中(反之亦然)跳跃了频率值的两倍。该设计方案有利地有助于在测试间隔内保持等离子体激发非常稳定。

23、在另一个设计方案中，通过经由传输路径传输具有通过定义的频带的瞬时工作频率的hf测试信号来确定定义的第一工作频率，其中确定沿传输路径的hf信号反射。

24、在该设计方案中，通过在定义的频带上进行有针对性的搜索来确定第一工作频率，该第一工作频率在一定程度上形成所描述的方法的起始值。替代于此，hf信号发生器最初可以以标称的或以其他方式选择的工作频率“启动”。在一些实施例中，定义的频带包含hf信号发生器在定义的工作模式下可用的总带宽。替代性地或补充性地，频带可以基于法律和/或官方要求来定义，并且尤其是包含对于所需操作和/或所需介质的加热有用和/或经批准的所有频率。在一些实施例中，定义的频带覆盖的频率范围被包含在定义的工作频率的2％至6％(分别包含2％和6％)的范围内，即例如若定义的工作频率为2.45ghz，则频率范围在约为50mhz至150mhz(分别包含50mhz和150mhz)的范围内。

25、该设计方案通过“全局扫描”在一定程度上补充了上述方法，即在定义的频带上预先和/或临时搜索最佳工作频率。该设计方案非常有利于以简单且尽可能快的方式在可用频带上找到最佳工作频率。

26、在另一个设计方案中，hf测试信号与hf馈送信号分开生成并经由传输路径来传输。有利地，在该设计方案的一些变型方案中，还可以附加地、即与该hf馈送信号在时间上并行地经由传输路径传输hf测试信号。替代于此，在另一些实施例中，hf测试信号可以在时间上与hf馈送信号分开地经由传输路径来传输。

27、该设计方案使得能够独立于hf馈送信号并因此在很大程度上独立于介质的加热、在大的频率范围内测试信号反射。因此，该设计方案具有很大的灵活性，这在要利用hf信号发生器加热不同的介质的情况下是特别有利的。该设计方案还包含使用hf测试信号作为hf馈送信号的调制信号并以此方式将其与hf馈送信号组合的可能性。

28、在另一个设计方案中，hf馈送信号形成hf测试信号。

29、在该设计方案中，hf馈送信号用于在定义的频带上进行测试扫描。这使得实施非常具有成本效益。

30、在另一个设计方案中，在时间上于第一测试间隔之前生成hf测试信号。

31、在该设计方案中，在加热之前或在加热开始时执行“全局扫描”，以获得初始最佳工作频率作为所描述的方法的起点。该设计方案非常易于实施，并且在所描述的方法开始时就能够实现最佳工作频率。

32、在另一个设计方案中，在第二测试间隔结束之后重新生成hf测试信号。

33、在该设计方案中，即使在加热开始之后、即在加热期间，也重复执行一次或多次“全局扫描”。即使在负载阻抗强烈变化的情况下，该设计方案也有助于保持相应最佳工作频率。

34、不言而喻，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在分别给出的组合中使用，而且还能够在其他组合中或者单独使用，而不脱离本发明的范围。