Impedanzanpassunasanordnuna mit einer Schaltbare-Reaktanz- Einheit

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltbare-Reaktanz-Einheit (switchable reactance unit) mit einem Hochfrequenzanschluss (HF-Anschluss) zum Anschluss der Schaltbare-Reaktanz-Einheit an eine Übertragungsleitung zur Übertragung eines Signals bei einer Frequenz im Bereich 1-200 MHz, und einer Schaltanordnung mit mehreren parallel eingesetzten Schaltelementen, die jeweils einen Ansteueran schluss aufweisen. Mit einer Schaltbare-Reaktanz-Einheit ist eine elektrische Schaltungseinheit gemeint, mit der Reaktanzen wie z. B. Kapazitäten und/oder Induktivitäten zu- oder weggeschaltet werden können. Sie weisen üblicherweise diese Reaktanzen und Schaltelemente, z. B. Transistoren, PIN-Dioden, oder ähn liche elektronische Bauteile, auf. Die Erfindung umfasst auch eine veränderbare Reaktanz aufweisend zumindest eine, insbesondere mehrere, solcher Schaltbare-Reaktanz-Einheit(en).

Die Erfindung umfasst auch eine Impedanzanpassungsanordnung aufweisend eine, insbesondere mehrere, solcher Schaltbare-Reaktanz-Einheit(en) und/oder eine, insbesondere mehrere, solcher veränderbaren Reaktanz(en).

Die Erfindung umfasst auch einen Hochfrequenzleistungsgenerator (HF Leis tungsgenerator) aufweisend zumindest eine, insbesondere mehrere, solcher Schaltbare-Reaktanz-Einheit(en) und/oder zumindest eine, insbesondere meh rere, solcher veränderbaren Reaktanz(en).

Die Erfindung umfasst auch ein Plasmaversorgungssystem aufweisend eine solche Impedanzanpassungsanordnung und/oder einen HF-Leistungsge- nerator, jeweils aufweisend zumindest eine, insbesondere mehrere, solcher Schaltbare-Reaktanz-Ein- heit(en) und/oder zumindest eine, insbesondere mehrere, solcher veränder baren Reaktanz(en). Eine solche Impedanzanpassungsanordnung kann weiter eine Steuerung und, insbesondere eine mit dieser Steuerung verbundene Messeinrichtung aufweisen.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betrieb einer zuvor beschriebenen Impedanzanpassungsanordnung und /oder eines zuvor beschriebenen HF-Leis- tungsgenerators insbesondere in einem zuvor beschriebenen Plasmaversor gungssystem.

Impedanzanpassungsanordnungen werden häufig bei HF-angeregten Plasmapro zessen verwendet. HF-angeregte Plasmaprozesse werden beispielsweise zum Be schichten (Sputtern) und/oder Ätzen von Substraten in der Fertigung von Archi tekturglas, Halbleitern, Photovoltaikelementen, Flachbildschirmen, Displays, etc. eingesetzt. Die Impedanzen in solchen Prozessen ändern sich häufig sehr schnell, weshalb die Impedanzanpassung oftmals sehr schnell (innerhalb weniger Millise kunden oder weniger) angepasst werden sollte. Die Leistungen solcher Prozesse liegen bei einigen 100 W (zum Beispiel 300 W und größer), nicht selten aber auch bei einigen Kilowatt oder einigen 10 kW. Bei solchen Leistungen beträgt die Spannung innerhalb der Impedanzanpassungsanordnungen oftmals mehrere 100 V (zum Beispiel 300 V und mehr) nicht selten auch 1000 V oder mehr. Die Ströme in solchen Schaltungen können einige Ampere, häufig einige 10 A, mitun ter auch 100 A und mehr betragen. Impedanzanpassungsanordnungen bei sol chen Spannungen und Strömen zu realisieren, stellte schon immer eine große Herausforderung dar. Die schnelle Veränderbarkeit von Reaktanzen in solchen Impedanzanpassungsschaltungen stellt eine zusätzliche sehr hohe Herausforde- rung dar.

Eine solche Impedanzanpassungsanordnung ist zum Beispiel in der DE 10 2015 220 847 Al gezeigt und dort als Impedanzanpassungsnetzwerk bezeichnet. Die dort gezeigten Reaktanzen 18, 20, 22 sind, um die Impedanzanpassung einstel- len zu können, variabel einstellbar. Eine Möglichkeit der variablen Einstellung be steht darin, Reaktanzen unterschiedlicher Werte mittels elektronisch angesteuer ter Halbleiterschalter zu- und wegzuschalten.

Bei solchen Impedanzanpassungsanordnungen besteht die Anforderung, eine Re- aktanz, insbesondere Kapazität, in einer geschalteten Impedanzanpassungsan ordnung dynamisch einem HF-Pfad zuzuschalten. Mit elektronisch zu- und weg- schaltbaren Reaktanzen kann eine Impedanzanpassung sehr viel schneller erfol gen als mit herkömmlichen Impedanzanpassungsanordnungen mit mechanisch veränderbaren Reaktanzen, wie z. B. Drehkondensatoren. Deswegen ist die Ent- Wicklung von solchen Impedanzanpassungsanordnungen mit einer oder mehre ren Schaltbare-Reaktanz-Einheit(en) in der Impedanzanpassungsanordnung sehr erwünscht. Allerdings haben diese Impedanzanpassungsanordnungen einen gra vierenden Nachteil. Weil die Impedanz üblicherweise im Betrieb angepasst wer den muss, müssen die Schaltelemente in einer Schaltbare-Reaktanz-Einheit sehr hohe Ströme ein- und ausschalten können. Dazu werden oftmals sehr teure Schaltelemente eingesetzt. Deshalb werden häufig noch die Nachteile der her kömmlichen mechanisch veränderbaren Reaktanzen in Kauf genommen. Allge mein ist zwar bekannt, einen hohen Strom auf mehrere parallel verbundenen Bauteile aufzuteilen. Bei Schaltelementen ist eine solche Parallelschaltung aber immer besonders kritisch, weil die Toleranzen der Einschaltwiderstände und der Ein- und Ausschalt-Dynamik recht stark variieren und deswegen nicht sicherge stellt werden kann, dass sich der Strom zu jederzeit ausreichend gleichmäßig auf alle parallel geschalteten Schaltelemente verteilt. Insbesondere bei den zuvor ge nannten hohen Strömen kann das zu einem schnellen Verschleiß und auch zu ei ner plötzlichen Zerstörung der Schaltelemente führen. Das ist höchst uner wünscht. Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine deutlich günstigere Schalt- bare-Reaktanz-Einheit und insbesondere auch eine damit ausgestattete Impe danzanpassungsanordnung und/oder einen damit ausgestatteten HF-Leistungs- generator mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit bereit- zustellen.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltbare-Reaktanz-Ein- heit mit einem HF-Anschluss zum Anschluss der Schaltbare-Reaktanz-Einheit an eine Übertragungsleitung zur Übertragung eines Signals bei einer Frequenz im Bereich von 1 bis 200 MHz, und einer Schaltanordnung mit mehreren parallel eingesetzten Schaltelementen, die jeweils einen Ansteueranschluss aufweisen, wobei jedes Schaltelement über zumindest eine ihm zugeordnete mit dem Schaltelement in Reihe geschaltete Einzelreaktanz an den HF-Anschluss ange- schlossen ist, wobei die Schaltelemente über ihre Steueranschlüsse derart an steuerbar oder angesteuert sind, dass sie gleichzeitig schalten.

In einer Ausgestaltung weist eine veränderbare Reaktanz zumindest eine, insbe sondere mehrere, Schaltbare-Reaktanz-Einheit(en), insbesondere mehrere paral- lei geschaltete Schaltbare-Reaktanz-Einheiten auf, wobei die mehreren Schalt- bare-Reaktanz-Einheiten insbesondere ausgelegt sind, unterschiedliche Reaktan zen zu schalten, insbesondere Reaktanzen, deren Wert sich jeweils um den Fak tor zwei unterscheidet. In einer Ausgestaltung weist eine Impedanzanpassungsanordnung zumindest eine, insbesondere mehrere, erfindungsgemäße Schaltbare-Reaktanz-Einheit(en) und/oder zumindest eine, insbesondere mehrere, veränderbare Reaktanz(en) auf.

In einer Ausgestaltung weist ein HF-Leistungsgenerator a) einen Leistungswandler, der geeignet ist, aus einer Leistung mit einer Fre quenz unter 1 kHz eine Hochfrequenzleistung im Frequenzbereich von 1 MHz bis 200 MHz zu wandeln und b) zumindest eine, insbesondere mehrere, erfindungsgemäße Schaltbare-Reak- tanz-Einheit(en) und/oder eine, insbesondere mehrere, veränderbare Reak tanzen) auf. Mit _^ gleichzeitig schalten' ist gemeint, dass die Schaltelemente soweit technisch üblich und möglich gleichzeitig geschaltet werden. Nicht ganz identische Schalt elemente weisen häufig unterschiedliche Schaltverzögerungen auf. Die tatsächli chen Schaltzeiten dürfen deswegen geringfügig abweichen. Schaltunterschiede von typischerweise weniger oder gleich 100 ns, insbesondere kleiner oder gleich 10 ns gelten im Sinne der vorliegenden Erfindung als gleichzeitig. Durch die Auf teilung einer durch die Schaltbare-Reaktanz-Einheit zu schaltenden Gesamtreak tanz in mehrere Einzelreaktanzen, die jeweils einem Schaltelement zugeordnet sind, wird jedes Schaltelement prinzipiell nur mit dem Strom dieser ihm zugeord neten Einzelreaktanz belastet. Dies verhindert, dass durch die unterschiedlichen Schaltverzögerungen der Schaltelemente während der Ein- und Ausschaltvor gänge einzelne Schaltelemente überlastet werden, wie es bei einer nicht aufge teilten Gesamtreaktanz der Fall sein könnte.

Da der Strom durch die Schaltbare-Reaktanz-Einheit durch die Einzelreaktanzen definiert aufgeteilt ist, verhindert diese Anordnung ebenfalls die Überlastung ein zelner Schaltelemente aufgrund unterschiedlicher On-Widerstände, wie sie bei ei- ner direkten Parallelschaltung von Schaltelementen an nur einer Reaktanz mög lich wäre. Einflüsse durch den Aufbau der Schaltung, wie Zuleitungen oder Varia tionen der Bauteilparameter auf den Strom werden minimiert.

Mit Hochfrequenz (HF) ist hier eine Frequenz von 1 MHz oder mehr gemeint. Ins besondere ist damit eine Frequenz im Bereich von 1 bis 200 MHz gemeint.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Schaltbare-Reaktanz-Einheit, die veränderbare Reaktanz, die Impedanzanpassungsanordnung und/oder der HF- Leistungsgenerator für eine Frequenz im Bereich von 9 MHz bis 30 MHz, insbe sondere 13,56 MHz oder 27,12 MHz jeweils +/- 10%, ausgelegt.

Eine Reaktanz kann eine Induktivität oder eine Kapazität oder eine Kombination von beiden sein.

Die Schaltbare-Reaktanz-Einheit kann mehr als zwei, insbesondere mehr als drei, insbesondere mehr als vier parallel eingesetzte Schaltelemente mit jeweils zuge ordneten Einzelreaktanzen aufweisen. So kann eine Zerstörung durch eine un symmetrische Stromaufteilung verhindert werden.

Zumindest eine Einzelreaktanz kann als Kapazität, insbesondere mehrere Einzel reaktanzen können als Kapazitäten, besonders vorzugsweise alle Einzelreaktan zen können als Kapazitäten ausgebildet sein. Somit ist es möglich, anstatt eine große Gesamt-Kapazität zu schalten, diese auf mehrere kleine Einzel-Kapazitäten aufzuteilen, die jeweils in Serie zu einem zugeordneten Schaltelement geschaltet sind. Die einzelnen Kapazitäten ergeben in ihrer Summe die ursprüngliche zu schaltende Kapazität.

Die Kapazitäten können den gleichen Kapazitätswert aufweisen. Dadurch wird si chergestellt, dass durch alle Schaltelemente im Wesentlichen der gleiche Strom fließt. Die parallel eingesetzten Schaltelemente können jeweils einen Source-Anschluss aufweisen und dieser kann mit einem gemeinsamen Anschlusspunkt verbunden sein. Somit kann sichergestellt werden, dass die parallel eingesetzten Schaltele mente alle auf demselben Potential liegen.

Insbesondere kann der gemeinsame Anschlusspunkt mit Masse verbunden sein. Alternativ kann der gemeinsame Anschlusspunkt mit einem Hochfrequenzpoten tial verbunden sein.

Zumindest eine Einzelreaktanz kann als Induktivität, insbesondere mehrere Ein zelreaktanzen können als Induktivitäten, besonders vorzugsweise alle Einzelreak tanzen können als Induktivitäten ausgebildet sein.

Anstatt eine Gesamt-Kapazität in kleinere Einzel-Kapazitäten aufzuteilen, kann eine angepasste Gesamt-Kapazität verwendet werden, an die sternförmig meh rere Induktivitäten angeschlossen werden. Die Induktivitäten können dann je weils in Reihe zu einem Schaltelement geschaltet sein. Gemäß obiger Definition sind dann diese Induktivitäten die Einzelreaktanzen. Diese Serienschaltung aus angepasster Gesamt-Kapazität und den parallel geschalteten Induktivitäten kann dann so eingestellt sein, dass sie bei der Betriebsfrequenz dieselbe Impedanz aufweist, wie die ursprünglich gewünschte Gesamt-Kapazität.

Die Schaltelemente können als Transistoren, insbesondere als Feldeffekttransis toren, vorzugsweise als MOSFETs, LDMOS, ausgebildet sein oder PIN-Dioden um fassen. Insbesondere können die Schaltelemente eine Body-Diode aufweisen. Mit diesen Bauelementen, insbesondere MOSFETs mit Body-Diode, können die Schaltelemente besonders kostengünstig realisiert werden. Der Preisvorteil kann so groß sein, dass er die Kosten für den mehrfachen Einsatz von Schaltelemen ten und Reaktanzen mehr als ausgleicht.

Die Schaltelemente können je einen Gate-Anschluss aufweisen, über den die Schaltelemente eingeschaltet werden können. Die Gate-Anschlüsse können direkt oder indirekt miteinander verbunden sein, um die Schaltelemente gleichzeitig einzuschalten.

Die Schaltelemente können jeweils einen Drain-Anschluss aufweisen und die Ein- zelreaktanzen können jeweils an die Drains angeschlossen sein.

Ein Drain-Anschluss der Schaltelemente kann über eine Drain-Bias-Induktivität an einen Drain-Bias-Anschluss angeschlossen sein. An diesen Drain-Bias-An- schluss kann eine Drain-Bias-Spannung angeschlossen sein. Diese Drain-Bias- Spannung kann höher sein als die Spitzenspannung der im Vorzeichen umge kehrten HF-Halbwelle, die über dem Schaltelement im geöffneten Zustand an liegt, um z.B. ein Durchschalten der Body-Diode zu verhindern. Dabei können die Drain Anschlüsse mehrerer, insbesondere aller Schaltelemente über jeweils einen Drain-Verbindungs-Widerstand miteinander verbunden sein. Die Drain-Bias- Spannung kann zu- und wegschaltbar sein über ein weiteres Schaltelement.

Um nicht für jedes parallele eingesetzte Schaltelement eine Bias-Versorgung mit HF-Drossel einsetzen zu müssen, können die Drain-Anschlüsse über Widerstände verbunden werden. Es ist somit ausreichend, eine Drain-Bias-Spannung über eine Induktivität, insbesondere über eine HF-Drossel, nur an eines der Drains an zulegen und diese über die Drain-Verbindungs-Widerstände an die anderen Schaltelemente zu verteilen.

Der Widerstandswert eines, insbesondere jedes Drain-Verbindungs-Widerstands, kann größer sein als die Impedanz eines der Schaltelemente im geschlossenen Zustand. Auf diese Weise kann ein HF-Querstrom durch die Widerstände wäh rend eines Schaltvorgangs begrenzt und eine Zerstörung der Drain-Verbindungs- Widerstände verhindert werden. Der Widerstandswert eines, insbesondere jedes Drain-Verbindungs-Widerstands, kann jeweils so dimensioniert sein, dass t = R*C einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt, damit beim Ausschalten der Schaltelemente und Anlegen der Drain- Bias-Spannung an den Drain-Bias-Anschluss die einzelnen Kapazitäten schnell genug auf die Drain-Bias-Spannung aufgeladen werden können.

Anstatt der Drain-Verbindungs-Widerstände könnten auch Induktivitäten zum Einsatz kommen.

Die Schaltanordnung kann mehrere, insbesondere zwei, insbesondere drei, ins besondere vier parallel eingesetzte Schaltelemente mit jeweils bevorzugt glei chen zugeordneten Einzelreaktanzen aufweisen. So kann eine unsymmetrische Stromaufteilung einzelne Schaltelemente nicht zerstören.

Es können mehrere Schaltanordnungen mit jeweils mehreren, insbesondere je weils unterschiedlicher Anzahl von parallel eingesetzten Schaltelementen und/o der unterschiedlicher Größe der zugeordneten Einzelreaktanzen vorgesehen sein. Somit kann mit der Impedanzanpassungsanordnung besonders flexibel auf un terschiedliche erforderliche Impedanzanpassungen reagiert werden.

Die mehreren Schaltbare-Reaktanz-Einheiten können ausgelegt sein, Reaktanzen zu schalten, die sich jeweils um den Faktor zwei unterscheiden. So kann eine 2 ⁿ -Schaltbare-Reaktanz-Einheit-Anordnung sehr kostensparend aufgebaut wer den.

Die Schaltbare-Reaktanz-Einheit kann in Serie zu jedem Schaltelement ein weite res Schaltelement aufweisen. Damit können höhere Spannungen geschaltet wer den und die Schaltbare-Reaktanz-Einheit kann noch zuverlässiger betrieben wer den.

Die weiteren Schaltelemente können jeweils einen Ansteueranschluss aufweisen, und die Schaltelemente und die weiteren Schaltelemente können über ihre An steueranschlüsse derart ansteuerbar sein oder angesteuert werden, dass sie gleichzeitig schalten. So können höhere Spannungen geschaltet werden und die Schaltbare-Reaktanz-Einheit kann noch zuverlässiger betrieben werden. Jede Schaltelement-Serienschaltung aufweisend je ein Schaltelement und weite res Schaltelement kann aus zwei baugleichen Schaltelementen aufgebaut sein.

Je ein Schaltelement und weiteres Schaltelement können an ihren Source-An- Schluss verbunden sein.

Je ein Schaltelement und weiteres Schaltelement können an ihrem Drain-An schluss verbunden sein. Je ein Schaltelement und weiteres Schaltelement können jeweils an Source-An schluss und Drain-Anschluss miteinander verbunden sein.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Plasmaversorgungssystem mit einem HF-Leistungsgenerator, einer Last in der Form eines mit Hochfrequenz be- triebenen Plasmaprozesses zum Beschichten oder Ärzten eines Substrats und einer erfindungsgemäßen Impedanzanpassungsanordnung.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Plasmaversorgungssystem mit einem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen HF-Leistungsgenerator, und einer Last in der Form eines mit Hochfrequenz betriebenen Plasmaprozesses zum Be schichten oder Ärzten eines Substrats. Ein solches Plasmaversorgungssystem kann mit und ohne zusätzliche Impedanzanpassungsanordnung betrieben werden. Wird es mit einer zusätzlichen Impedanzanpassungsanordnung betrieben, so kann dies eine Impedanzanpassungsanordnung mit und ohne erfindungsgemäße veränder- bare Reaktanz(en) sein und eine mit oder ohne erfindungsgemäße Schaltbare-Re- aktanz-Einheit(en).

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betrieb einer zuvor beschriebenen Impedanzanpassungsanordnung und /oder eines zuvor beschriebenen HF-Leis- tungsgenerators insbesondere in einem zuvor beschriebenen Plasmaversorgungs system, mit einem oder mehreren der folgenden Verfahrensschritte: a) Einschalten des Schaltelements oder der Schaltelemente, insbesondere durch eine ausreichend große positive Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und ei nem Source-Anschluss oder Gate-Anschlüssen und Source-Anschlüssen, b) Ausschalten des Schaltelements oder der Schaltelemente, insbesondere durch eine ausreichend kleine oder negative Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und einem Source-Anschluss oder Gate-Anschlüssen und Source-Anschlüssen. c) Zuschalten einer Hochspannung an den Drain-Anschluss des Schaltelements o- der die Drain-Anschlüsse der Schaltelemente, wobei die Hochspannung betrags mäßig größer ist als die betragsmäßig größte HF-Spannung zwischen Drain-An schluss und Source-Anschluss. d) Wegschalten der Hochspannung vom Drain-Anschluss des Schaltelements oder von den Drain-Anschlüssen der Schaltelemente.

Die oben genannten Verfahrensschritte b) und c) können vorzugsweise gleichzeitig erfolgen. Die oben genannten Verfahrensschritte a) und d) können vorzugsweise gleichzeitig erfolgen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich nung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausfüh rungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung

Fig. 1 zeigt ein Plasmaversorgungssystem mit einer Impedanzanpassungsanord- nung; Fig. 2 zeigt eine Schaltbare-Reaktanz-Einheit.

Fig. 3 zeigt eine Schaltbare-Reaktanz-Einheit mit weiteren Schaltelementen in Serienschaltung mit den Schaltelementen.

Fig. 4a -c zeigen Schaltelement-Serienschaltungen in drei unterschiedlichen Aus gestaltungen Die Figur 1 zeigt ein Plasmaversorgungssystem 1 mit einem HF-Leistungsgenera- tor 40, der über eine Impedanzanpassungsanordnung 11 an eine Last 28, insbe sondere eine Plasmalast, angeschlossen ist. Der HF-Leistungsgenerator 40 kann dabei einen Leistungswandler aufweisen, der geeignet ist, aus einer Leistung mit einer Frequenz unter 1 kHz eine Hochfrequenzleistung im Frequenzbereich von 1 MHz bis 200 MHz zu wandeln. Die Impedanzanpassungsanordnung 11 ist Be standteil einer Impedanzanpassungseinrichtung 9. Die Impedanzanpassungsan ordnung 11 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel veränderbare Reaktanzen 18, 20, 22, die jeweils über eine Ansteuerschaltung 12, 14, 16 angesteuert wer den, um deren Reaktanz-Wert zu verändern. Die Ansteuerschaltungen 12, 14, 16 werden durch eine Steuerung 32 angesteuert. Über eine Messeinrichtung 25, die Messglieder 24, 26, beispielsweise zur Erfassung von Strom und Spannung, Vor wärtsleistung und reflektierter Leistung und/oder Impedanzbetrag und Phasen winkel, aufweisen kann, ist an die Steuerung 32 angeschlossen. Aufgrund der durch die Messeinrichtung 25 ermittelten Größen kann beispielsweise eine an der Last 28 reflektierte Leistung oder ein Reflexionsfaktor ermittelt werden. Eine re flektierte Leistung tritt dann auf, wenn eine Fehlanpassung vorliegt, wenn also die Impedanz der Last 28 nicht an die Ausgangsimpedanz des Leistungsgenera tors 40 angepasst ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine entsprechende Mess einrichtung auch am Eingang oder innerhalb der Impedanzanpassungseinrichtung 9 angeordnet sein. Die Impedanzanpassungsanordnung 9 ist geeignet, die Las timpedanz 27 am Eingang der Last 28 in eine transformierte Lastimpedanz 29 am Eingang der Impedanzanpassungsanordnung 11, also generatorseitig, zu wandeln. Die Impedanzanpassungsanordnung 11 und/oder die Impedanzanpassungsein richtung 9 lässt sich auch in einen HF-Leistungsgenerator 40 integrieren (nicht gezeigt).

Ein HF-Leistungsgenerator 40 kann auch eine oder mehrere veränderbare Reak tanzen) 18, 20, 22 aufweisen.

Ein HF-Leistungsgenerator 40 kann auch eine oder mehrere Schaltbare-Reak- tanz-Einheit(en) 100 (Fig. 2) aufweisen.

Die Ansteuerschaltungen 12, 14, 16 können ausgelegt sein und insbesondere auch betrieben werden, wie in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2020 102 084 Ul mit der Anmeldenummer DE20 2020 102 084.6 beschrieben ist. Auf die Of- fenbarung der wird Bezug genommen und diese zum Gegenstand dieser Offenba rung gemacht. Die dort beschriebene Impedanzanpassungsschaltung entspricht dabei der hier beschriebenen Impedanzanpassungsanordnung 11. Der dort be schriebene HF-Anschluss RFin entspricht dem hier beschriebenen HF-Anschluss 112. Der dort beschriebene GND/RFout kann dem hier beschriebenen gemeinsa- men Anschluss 112 (Fig. 2) oder 119 (Fig. 3) entsprechen.

Die Figur 2 zeigt eine Schaltbare-Reaktanz-Einheit 100. Diese weist einen HF-An- schluss 112 zum Anschluss der Schaltbare-Reaktanz-Einheit 100 an eine Über tragungsleitung 114 zur Übertragung eines Signals im Frequenzbereich 1 bis 200 MHz auf. Weiterhin umfasst die Schaltbare-Reaktanz-Einheit 100 eine Schaltan ordnung 116 mit mehreren parallel eingesetzten Schaltelementen TI, T2, T3, die jeweils einen Ansteueranschluss G aufweisen. Weiterhin weisen die Schaltele mente TI, T2, T3 einen Drain-Anschluss D und einen Source-Anschluss S auf.

Die Source-Anschlüsse S der Schaltelemente TI, T2, T3 sind mit einem gemein- samen Anschluss 117 verbunden, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit

Masse verbunden ist. Jedes Schaltelement TI, T2, T3 ist über eine ihm zugeord nete in Reihe geschaltete Einzelreaktanz Cll, C12, C 13, an den HF-Anschluss 112 angeschlossen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Einzelreaktanzen Cll, C12, C13 als Kapazitäten ausgebildet.

In jeder der zuvor genannten veränderbaren Reaktanzen 18, 20, 22 können mehrere Schaltbare-Reaktanz-Einheiten 100, insbesondere parallel geschaltet, angeordnet sein.

Die mehreren, insbesondere parallel geschalteten Schaltbare-Reaktanz-Einheiten 100 können jeweils ausgelegt sein, Reaktanzen zu schalten, die sich jeweils um den Faktor 2 unterscheiden. So kann eine 2 ⁿ -Schaltbare-Reaktanz-Einheit-An- ordnung sehr kostensparend aufgebaut werden. Beispielweise kann eine Schalt- bare-Reaktanz-Einheit eine Kapazität von 1 pF schalten, die nächste Schaltbare- Reaktanz-Einheit eine Kapazität von 2 pF schalten, die nächste Schaltbare-Reak- tanz-Einheit eine Kapazität von 4 pF schalten, die nächste Schaltbare-Reaktanz- Einheit eine Kapazität von 8 pF schalten, und so weiter. Wenn beispielsweise 8 solcher Schaltbare-Reaktanz-Einheiten parallel geschaltet sind, können bis zu 255 pF in 1 pF Schritten zu- und weggeschaltet werden.

Dabei kann eine Schaltbare-Reaktanz-Einheit, die nur einen geringen Kapazitäts- wert schaltet, z.B. Kapazitätswerte kleiner gleich 8 pF, wenige parallel geschal tete Schaltelemente (TI, T2, T3) aufweisen, z. B. zwei oder auch nur eines.

Dabei kann eine Schaltbare-Reaktanz-Einheit, die verglichen damit höhere Kapa zitätswerte schaltet, z. B. Kapazitätswerte größer 8 pF, mehr parallel geschaltete Schaltelemente (TI, T2, T3) aufweisen, z. B. drei oder mehr.

Die Schaltelemente TI, T2, T3 sind in diesem Ausführungsbeispiel als MOSFET mit einer Body-Diode ausgestaltet. Die Body-Diode ist in den meisten derzeit verfügbaren MOSFET bauartbedingt integriert und mit ihrer Kathode am Drain- Anschluss D und mit ihrer Anode am Source-Anschluss S verbunden.

Die Schaltelemente TI, T2, T3 können im Wesentlichen identisch ausgebildet sein. Ihre Ansteuer-Anschlüsse G können miteinander verbunden und über den Anschluss 111 gemeinsam ansteuerbar sein. Somit kann sichergestellt werden, dass die Schaltelemente TI, T2, T3 im Wesentlichen zeitgleich schalten.

Die Einzelreaktanzen Cll, C12, C13 können vorzugsweise identisch ausgebildet sein, sodass Hochfrequenzströme durch die Schaltelemente TI, T2, T3 ebenfalls im Wesentlichen identisch sind. Die Variation der Ströme durch die Schaltele mente TI bis T3 ist somit von der Toleranz der Einzelreaktanzen Cll bis C13 ab hängig. Die Drain-Anschlüsse D der Schaltelemente TI, T2, T3 können über Drain-Ver- bindungs-Widerstände RI, R2 miteinander verbunden sein. Außerdem können sie über eine Drain-Bias-Induktivität LI an einen Drain-Bias-Anschluss 118 ange schlossen sein. Durch die Drain-Verbindungs-Widerstände RI, R2 wird im Sperr fall die Drain-Bias-Spannung an die einzelnen Schaltelemente TI bis T3 verteilt. Der Sperrfall ist der Fall, wenn die Schaltelemente TI, T2, T3 im geöffneten, also nichtleitenden Zustand sind. Im dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Drain- Verbindungs-Widerstände RI, R2 in Serie geschaltet und verbinden die Drain-An schlüsse der Schaltelemente TI, T2, T3 in Form einer Kette. Das kann vorteilhaft für die Realisierung auf einer Leiterkarte sein, da die Drain-Verbindungs-Wider- stände RI, R2 dann übersichtlich und platzsparend angeordnet sowie verbunden werden können. Alternativ können die Drain-Verbindungs-Widerstände RI, R2 sternförmig von dem Drain-Anschluss D mit der direkten Verbindung zur Drain- Bias-Induktivität LI auf die weiteren Drain-Anschlüsse D geschaltet sein. Bei ei ner größeren Anzahl von parallel geschalteten Schaltelementen TI, T2, T3 kann sich das positiv auf die Aufladezeit t = R*C auswirken. Bei mehr als zwei Drain- Verbindungs-Widerständen RI, R2 kann die Verbindung auch aus einer Kombina tion von Reihenschaltung und Sternschaltung erfolgen, um beide Vorteile auszu nutzen. Die Drain-Bias-Spannung kann zu- und wegschaltbar sein über ein weiteres schaltendes Element (nicht gezeigt). Ein entsprechendes schaltendes Element ist in der DE 20 2020 102 084 Ul in Fig. 2 mit T3 offenbart. Die Drain-Bias-Span nung ist dort beschrieben als eine Hochspannung HV. Diese Hochspannung kann eine Gleichspannung sein. Diese Hochspannung sollte betragsmäßig größer sein als die maximal negative HF-Spannung, die an einem der Drain-Anschlüsse D auftritt. Diese Hochspannung kann über ein weiteres schaltendes Element zuge schaltet werden, d. h. das weitere schaltende Element wird im Betrieb einge- schaltet, also leitend geschaltet, wenn die Ansteuerschaltung 12 die Schaltele mente TI, T2, T3 ausschaltet, also nicht-leitend schaltet.

In Serie zur der Drain-Bias-Induktivität LI kann ein Drain-Bias-Widerstand (nicht gezeigt) angeschlossen sein. Der Drain-Bias-Widerstand kann ausgelegt sein, Schwingungen zu bedampfen, die durch die Kombination von eingesetzten Kapa zitäten, parasitären Kapazitäten, eingesetzten Induktivitäten und parasitären In duktivitäten zu bedämpfen. Zwei solcher Drain-Bias-Widerstände sind z.B. in der Offenbarung der DE 20 2020 102 084 Ul in Fig. 2 mit RI und R2 gezeigt. Wenn die Schaltelemente wieder eingeschaltet, d. h. leitend geschaltet sind, sollte die Drain-Bias-Spannung (Hochspannung) von den Schaltelementen TI,

T2, T3 getrennt werden, also das weitere schaltende Element ausgeschaltet, d. h. nicht-leitend, geschaltet werden, um einen DC-Strom durch die Schaltele mente zu verhindern.

Die Anordnung der Fig. 2 kann auf einer Leiterkarte (PCB) realisiert sein.

Fig. 3 zeigt eine Schaltbare-Reaktanz-Einheit 101 mit weiteren Schaltelementen T4, T5, T6 jeweils in Serienschaltung mit den Schaltelementen TI, T2, T3. Die weiteren Schaltelemente T4, T5, T6 werden an ihren Gate-Anschlüssen G' ange steuert. Die Ansteuerung der weiteren Schaltelemente T4, T5, T6 und der in Se rie geschalteten Schaltelemente TI, T2, T3 erfolgt so, dass alle Schaltelemente TI - T6 gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Die weiteren Schaltelemente T4, T5, T6 in Serienschaltung mit den Schaltelementen TI, T2, T3 bewirken eine geringere Spannungsbelastung aller Schaltelemente TI - T6. Es können somit günstigere Schaltelemente mit niedrigeren Spannungsfestigkeitswerten einge setzt werden. Auch hier wird die Drain-Bias-Spannung durch die Drain-Verbin- dungs-Widerstande RI, R2 und die zusätzlichen Drain-Verbindungs-Widerstanden R3, R4 übertragen, ohne jedoch während der Ein- und Ausschaltvorgänge der Schaltelemente einen nennenswerten Quer-HF-Strom zuzulassen. In dieser An ordnung sind je ein Schaltelement TI, T2, T3, und weiteres Schaltelement T4,

T5, T6 an ihrem Source-Anschluss S verbunden. Alle Source-Anschlüsse S kön nen an dem gemeinsamen Anschluss 117 verbunden sein. Dieser kann auch als Bezugspotential für die Ansteuerschaltungen 12, 14, 16, wie sie z.B. in DE 20 2020 102 084 Ul in Fig. 2 gezeigt sind, fungieren. Der gemeinsame Anschluss 117 kann zur Unterdrückung von Wegdriften und/oder Schwingungen mit einer Serienschaltung einer Induktivität und einem Widerstand mit Masse verbunden sein (nicht gezeigt). An die Drain-Anschlüsse D der weiteren Schaltelementen T4, T5, T6 können analog zu den beschriebenen Drain-Verbindungs-Widerständen RI, R2 bei den Schaltelementen TI, T2, T3 ebenfalls Drain-Verbindungs-Wider- stände R3, R4 angeschlossen sein. Eine zusätzliche Drain-Bias-Induktivität L2 kann einen zusätzlichen Drain-Bias-Anschluss 115 mit einem Drain-Anschluss D der weiteren Schaltelemente T4, T5, T6 verbinden. Die ursprünglichen Einzelre aktanzen Cll, C12, C13 aus Fig. 2 können nun aufgeteilt sein in jeweils zwei, insbesondere baugleiche Einzelreaktanzen C21 und C24, C22 und C25, sowie C23 und C26. Das bedeutet, dass um die gleiche Reaktanz wie in Fig. 2 schalten zu können, der Wert von Cll gleich dem Wert von C21 mit C24, der Wert von C12 gleich dem Wert von C22 mit C25, sowie der Wert von C13 gleich dem Wert von C23 mit C26, jeweils in Serie geschaltet, ist. Die zusätzlichen Einzelreaktan zen C24, C25, C26 können an einem gemeinsamen Hochfrequenz-Anschluss 119 zusammen verbunden sein, der mit Masse oder einem andern Hochfrequenzpo tential in einer Impedanzanpassungsanordnung 11 verbunden sein kann. In Serie zur der zusätzlichen Drain-Bias-Induktivität L2 kann ein Drain-Bias-Widerstand (nicht gezeigt) angeschlossen sein.

Die Anordnung der Fig. 3 kann auf einer Leiterkarte (PCB) realisiert sein.

Fig. 4a -c zeigt Schaltelement-Serienschaltungen in drei unterschiedlichen Aus gestaltungen, die auch alle auf einer Leiterkarte (PCB) realisiert sein können. Schaltelement-Serienschaltungen sind ein Teil einer Schaltbare-Reaktanz-Einheit 100,101. Fig 4c zeigt beispielsweise den rechten Teilbereich der Schaltbare-Re- aktanz-Einheit 101 aus Fig. 3. Die Schaltelemente T3 und T6 sind hierin an ihren Source-Anschlüssen verbunden.

Fig. 4b zeigt eine ähnliche Schaltungsanordnung, die Serienschaltung der Schalt- elemente T3 und T6 sind hierin an ihren Drain-Anschlüssen D verbunden. Der Nachteil dieser Serienschaltung liegt darin, dass das obere Schaltelement T3 ge gen die volle HF-Spannung ein- und ausgeschaltet werden muss.

Fig. 4a zeigt eine ähnliche Schaltungsanordnung. Die Schaltelemente T3 und T6 sind hierin mit Source-Anschluss S von T3 und Drain-Anschluss D von T6 verbun den. Da hier jede Drain-Gate-Spannung einzeln zugeschaltet werden muss, ist diese Serienschaltung etwas aufwendiger. Die Serienschaltung der Schaltele mente T3, T6 bewirken eine geringere Spannungsbelastung aller Schaltelemente T3, T6. Es können somit günstigere Schaltelemente mit niedrigeren Spannungs- festigkeitswerten eingesetzt werden.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4c ist die bevorzugte Schaltungsanord nung, wenn eine Serienschaltung eingesetzt wird. Sie ist auch in DE 20 2020 102 084 Ul in Fig. 2 als bevorzugte Schaltungsanordnung dargestellt.

Für die Schaltelemente wird bevorzugt ein MOSFET eingesetzt, mit etwa 1,5 bis 2,5 kV maximaler Drain-Source-Spannung (VDS), einem Einschaltwiderstand Rpson von ca. 0,5 Ohm, einem maximalen Drain-Strom von etwa 30 A. Das kann z. B. ein MOSFET von der Firma Infineon mit der Bauteilbezeichnung IPA95R450P7 sein. Dieser ist sehr günstig am Markt erhältlich, weil er für deutlich mehr Ein satzbereiche ausgelegt ist als für Impedanzanpassungsanordnungen für Plasma prozesse und demzufolge in großen Stückzahlen gefertigt wird. Die Drain-Verbin- dungs-Widerstände werden vorteilhaft auf etwa 10 Ohm ausgelegt.