DE10008485B4 - Hochfrequenz-Anpassnetzwerk - Google Patents

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Abstract

Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk zur Plasmaanregung mit
– einem primären Schaltkreis (1) aus einem festen oder variablen (7) und einem variablen Kondensator (8) und einer Hochfrequenz-Luftspule (9), der derart dimensioniert ist, daß hohe Spannungsamplituden erreicht werden, sowie
– einem sekundären Schaltkreis (2) mit einem festen oder variablen Kondensator (5, 17), einer Hochfrequenz-Luftspule (6) und mindestens einer Plasma erzeugenden Anregungselektrode (3), der derart dimensioniert ist, daß hohe Stromamplituden erreicht werden,
wobei die Schaltkreise (1, 2) über den induktiven Fluß der Hochfrequenz-Luftspulen (6, 9) und durch einen Differential-Trimmer (10) kapazitiv gekoppelt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspeisen eines hochfrequenten elektrischen Wechselfelds in eine Niederdruckgasentladung, im folgenden als Plasma bezeichnet, bei gleichzeitigem Angleich der Verbraucherimpedanz an den Innenwiderstand eines handelsüblichen Hochfrequenz-Generators, im folgenden Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk genannt.
  • Hochfrequenz angeregte Plasmen finden heute in vielen technologischen Bereichen Anwendung, insbesondere jedoch in der Behandlung von Festkörperoberflächen. So werden Hochfrequenz-Plasmen z.B. zur plasmagestützten Abscheidung dünner Schichten oder zum Reinigen und Ätzen von Oberflächen eingesetzt. Beim Betrieb von Hochfrequenz-Plasmen ist die Verwendung von Impedanz-Anpaßnetzwerken notwendig, um die Verbraucherimpedanz auf den Innenwiderstand des verwendeten Hochfrequenz-Generators abzustimmen. Nur wenn die Verbraucherimpedanz mit dem Innenwiderstand des Generators übereinstimmt, ist eine optimale Übertragung der Leistung vom Generator zum Verbraucher möglich. In der Regel wird zwischen dem Verbraucher und dem Generator ein Impedanz-Anpaßnetzwerk geschaltet, welches den Angleich der beiden Impedanzen durchführt.
  • Anpaßnetzwerke für die Plasmaanregung erlauben nach heutigem Stand der Technik lediglich die induktive Angleichung der Verbraucherimpedanz zum Innenwiderstand des Generators, um die reflektierte Leistung zu minimieren und somit die ins Plasma eingespeiste Leistung zu optimieren. Die Ankopplung des elektrischen Wechselfeldes an das Plasma erfolgt dabei über eine Elektrode in Kontakt mit dem Plasma oder über die Einstrahlung des Feldes über ein dielektrisches Medium. Für die Anregungseffizienz des Plasmas ist von besonderer Bedeutung, ob bei der Anregung des Plasmas der kapazitive oder induktive Anteil der Anregung überwiegt. Eine kapazitive Anregung liegt dann vor, wenn die elektromagnetische Welle über die Randschicht des Plasmas eingestrahlt wird und bei ihrer Ausbreitung zum Zentrum des Plasmas hin eine exponentielle Dämpfung erfährt. Im Falle der induktiven Anregung erfolgt die Ankopplung des elektrischen Wechselfeldes über ein im Plasma induziertes magnetisches Wechselfeld. In der Regel besteht die Anregung aus einer Mischanregung mit einem kapazitiven und induktiven Anteil. Bei festgehaltener äußerer Hochfrequenz-Leistung wird der kapazitive Anteil der Plasmaankopplung durch die Spannungsamplitude und der induktive Anteil durch die Stromamplitude des an der Elektrode anliegenden elektrischen Wechselfeldes bestimmt.
  • Rayner, Cheetham und French haben in J. Vac. Sci. Technol. A 14(4) (Jul/Aug 1996), Seiten 2048-2055, bereits ein Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk beschrieben, das aus zwei Schaltkreisen besteht, wobei diese über den induktiven Fluß der Hochfrequenz-Luftspulen miteinander gekoppelt sind.
  • Weiterhin betrifft die US 3 569 777 A ein Netzwerk zur Anpassung der Impedanz eines Hochfrequenz-Generators an eine Elektrode zur Plasmaerzeugung. Das Netzwerk weist zwei Schaltkreise auf, die jedoch kurzgeschlossen sind, so daß keine Differenzierung zwischen einem primären und einem sekundären Schaltkreis vorliegt. Zudem ist das gesamte System geerdet. Das Netzwerk weist nur einen Schaltkreis auf, bei dem zwei Spulen über ihren Induktionsfluß zusätzlich gekoppelt sind, wobei es sich hierbei um eine rein kapazitive Kopplung handelt. Dieses Dokument beschreibt somit eine Impedanzanpassung, die nur eine Spannungsresonanz zuläßt, d. h. die Plasmaanregung erfolgt ausschließlich kapazitiv und nicht induktiv.
  • Die US 4 284 490 A betrifft eine Vorrichtung zur wirksamen Leistungszuführung an eine von einem Entladungsplasma einer Zerstäubungsvorrichtung gebildete Last aus einer Hochfrequenzquelle von einer vorbestimmten im Megaherzbereich liegenden Frequenz, wobei die Leistungseinspeisung in das Plasma rein kapazitiv geschieht. Mit der Vorrichtung gemäß diesem Dokument ist eine induktive Einspeisung nicht möglich, da es sich bei der Anregungselektrode um eine einfach kontaktierte Platte oder dergleichen handelt, mit der eine Einkopplung über einen magnetischen Induktionsfluß nicht erfolgen kann. Es kann damit nur über die Elektroden-Plasmarandschicht eingekoppelt werden.
  • Schließlich betrifft die DE 39 23 661 A1 eine Schaltungsanordnung für die Anpassung der Impedanz einer Plasmastrecke an einen Hochfrequenzgenerator, wobei zwischen dem Hochfrequenzgenerator und einer Elektrode der Plasmastrecke drei Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, zwischen denen sich zwei Parallelschwingkreise befinden. Die Vorrichtung weist keinen Sekundärkreis auf, so daß auch keine Induktionskopplung zwischen Primär- und Sekundärkreis zustande kommen kann. Es handelt sich vielmehr nur um eine rein kapazitive Einkopplung des Plasmas.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verlustarmes Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk zur Plasmaanregung bereitzustellen, das die freie Wahl von Strom- und Spannungsamplitude bei gleichzeitiger Angleichung der Verbraucherimpedanz an den Innenwiderstand eines Hochfrequenz-Generators ermöglicht und somit eine kontinuierliche Einstellung zwischen kapazitiver und induktiver Anregung des Plasmas erlaubt.
  • Zur Lösung der zuvor geschilderten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung – gemäß einem ersten Erfindungsaspekt – ein Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk zur Plasmaanregung nach Anspruch 1 vor. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Anpaßnetzwerkes sind Gegenstand der diesbezüglichen Unteransprüche (Patentansprüche 2 bis 18).
  • Weiterhin schlägt die vorliegende Erfindung – gemäß einem weiteren, zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – zur Lösung der vorgenannten Aufgabenstellung eine Verwendung des Hochfrequenz-Anpaßnetzwerkes nach der Erfindung nach Anspruch 19 oder 20 vor.
  • Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt somit ein Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk zur Plasmaanregung mit
    • – einem primären Schaltkreis aus einem festen oder variablen und einem Variablen Kondensator und einer Hochfrequenz-Luftspule, der derart dimensioniert ist, daß hohe Spannungsamplituden erreicht werden, sowie
    • – einem sekundären Schaltkreis mit einem festen oder variablen Kondensator, einer Hochfrequenz-Luftspule und mindestens einer Plasma erzeugenden Anregungselektrode, der derart dimensioniert ist, daß hohe Stromamplituden erreicht werden,
    wobei die Schaltkreise über den induktiven Fluß der Hochfrequenz-Luftspulen und durch einen Differential-Trimmer kapazitiv gekoppelt sind, vorgeschlagen.
  • Erfindungsgemäß besteht das Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk zur Plasmaanregung aus einem primären Schaltkreis, wie zuvor beschreiben, in den die Leistung eines Hochfrequenz-Generators eingespeist wird, mit einem festen oder variablen und einem variablen Kondensator und einer Hochfrequenz-Luftspule sowie einem sekundären Schaltkreis, wie zuvor beschrieben, mit einem festen oder variablen Kondensator, einer Hochfrequenz-Luftspule und mindestens einer Anregungselektrode zur Erzeugung des Plasmas, wobei die Schaltkreise über den induktiven Fluß der Hochfrequenz-Luftspulen und zusätzlich durch einen Differential-Trimmer kapazitiv miteinander gekoppelt sind. Es kann, bei Verwendung eines variablen Kondensators im Sekundärkreis kontinuierlich, zwischen kapazitiver und induktiver Plasmaankopplung gewählt werden.
  • Der Grad der kapazitiven Kopplung zwischen dem Primär- und dem Sekundärkreis läßt sich durch einen oder mehrere Fest-Kondensatoren oder einen variablen Kondensator einstellen. Als Kondensator kann beispielsweise ein Hochfrequenz-Luftkondensator aus einem unedlen Metall mit geringem elektrischen Widerstand verwendet werden, der an der Oberfläche mit einer Schicht eines chemisch-inerten Metalls mit hohen Leitwerten versehen ist, wie in der gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung 100 08 483.4 „Hochfrequenz-Luftkondensator” der Firma CCR GmbH Beschichtungstechnologie beschrieben. Vorzugsweise wird hierzu ein Luftplattentrimmer mit multi-linearer Kennlinie verwendet, der segmentierte Stator- und/oder Rotorplatten aufweist, wie in der gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereichten deutschen Patentmeldung 100 08 486.3 „Differential-Luftplattentrimmer mit multi-linearer Kennlinie" der Firma CCR GmbH Beschichtungstechnologie beschrieben. Im Falle der kapazitiven Kopplung kann über die Variation der Hochfrequenz-Amplitude der Spannungsabfall über die Plasmarandschicht und somit das Plasmapotential in Bezug auf das Erdpotential variiert werden. Über die Variation der Hochfrequenz-Amplitude kann somit die Energie der Ionen eingestellt werden, da die Energie der Ionen vom Plasmapotential bestimmt wird. Wird anstelle eines gewöhnlichen Trimmers der genannte multi-lineare Differential-Luftplattentrimmer eingesetzt, so ist bei der Variation des Plasmapotentials ein nachträgliches Anpassen der Resonanzkreise über die Variation der kapazitiven Kopplung nicht mehr erforderlich. Die Ionenenergie kann somit sehr einfach durch nur einen einzigen Trimmer eingestellt werden. Ist eine kontinuierlich einstellbare Ionenenergie nicht erforderlich, so kann der Differential-Trimmer durch Festkondensatoren ersetzt werden.
  • Die Resonanzfrequenz von Primär- und Sekundärkreis kann auf die Generatorfrequenz über einen Primär- sowie einen Sekundär-Trimmer angepaßt werden und/oder durch Variation der induktiven Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule, insbesondere durch Variation des axialen und radialen Abstandes zwischen den Spulen. Parallel zu den Trimmern können zusätzlich Fest-Kondensatoren geschaltet werden. Der Primärkreis ist derart dimensioniert, daß hohe Spannungsamplituden (Spannungsresonanz) erreicht werden, und der Sekundärkreis derart, daß hohe Stromamplituden (Stromresonanz) erreicht werden.
  • Als Hochfrequenz-Luftspulen werden insbesondere kühlbare Hochfrequenz-Luftspulen in Form eines Rohres aus einem unedlen Metall mit geringem elektrischem Widerstand verwendet, die mindestens an ihrer äußeren Oberfläche mit einer Schicht eines chemisch-inerten Metalls mit hohen Leitwerten versehen sind wie in gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung 100 08 484.2 „Kühlbare Hochfrequenz-Luftspule" der Firma CCR GmbH Beschichtungstechnologie beschrieben.
  • Zur Erzeugung der Stromresonanz im Sekundärkreis sollte die Gesamtinduktivität dieses Kreises möglichst gering sein. Die Sekundärspule wird deshalb auf ein Minimum an Wicklungen reduziert, vorzugsweise auf nur eine Windung. Zur Erzeugung der Spannungsresonanz im Primärkreis sollte die Induktivität dieses Kreises möglichst groß sein. Daher besteht die Primärspule aus mehreren, vorzugsweise aus 2 bis 10, Wicklungen. Der Durchmesser der Spulen sollte zwischen 10 und 100 mm liegen.
  • Die Anregungselektrode zur Plasmaanregung kann sowohl innerhalb des Vakuums als auch außerhalb angeordnet sein. Ist die Anregungselektrode im Vakuum angeordnet, kann sie mit dem atmosphärenseitigen Teil des Sekundärkreises über Vakuumstromdurchführungen verbunden sein. Es kann auch der gesamte aus Trimmer, Spule, Anregungselektrode sowie den Verbindungselementen bestehende Sekundärkreis im Vakuum angeordnet sein, wobei der Sekundär-Trimmer durch eine mechanische Vakuumdurchführung einstellbar ist. Zwischen den beiden Kopplungsspulen kann ein dielektrisches Fenster aus einem unmagnetischen und magnetisch durchlässigen Material zur Trennung des Vakuums von der Atmosphäre dienen. Ein solches Fenster kann aus Kunststoff, z.B. Teflon, aus Glas, z.B. Quarz- oder Fensterglas, sowie aus Keramik oder Aluminiumoxid bestehen.
  • Das erfindungsgemäße Impedanz-Anpaßnetzwerk kann in Verbindung mit allen möglichen und beliebigen Anregungselektroden zur Plasmaanregung verwendet werden. Es bestehen keinerlei Restriktionen bzgl. Form, Geometrie, Material, Anordnung, Anzahl etc. der Anregungselektrode.
  • Um eine möglichst hohe Stromamplitude bei fest gehaltener Hochfrequenz-Leistung zu erzielen, müssen weiterhin alle Komponenten des Anpaßnetzwerkes so gestaltet sein, daß möglichst geringe ohmsche Leistungsverluste auftreten. Üblicherweise bestehen einzelne oder alle hochfrequenz-führenden Komponenten von Anpaßnetzwerken, insbesondere Verbindungselemente, Leiterbahnen, Hochfrequenz-Luftspulen, Kondensatoren, Vakuumstromdurchführungen und Anregungsspulen, aus einem Metall mit geringem elektrischen Widerstand. Aus wirtschaftlichen Gründen werden üblicherweise unedle Metalle, z.B. Kupfer oder Messing, gewählt.
  • Allerdings fließt bei den hier angestrebten Frequenzen zwischen 1 und 50 MHz der Strom aufgrund des Skineffekts lediglich an der Oberfläche des Leiters über eine Randschicht mit einer Dicke von einigen Mikrometern. Bei herkömmlichen Leitermaterialien, wie z.B. Kupfer, reagiert die Oberfläche des Leiters durch den Kontakt mit dem Sauerstoff oder dem Stickstoff der Luft und es bildet sich eine Oxid- oder Nitridschicht auf der Oberfläche aus, welche die Leitfähigkeit an der Oberfläche des Leiters beträchtlich vermindert und somit die ohmschen Verluste für Hochfrequenz beträchtlich erhöht. Es sollte dafür gesorgt werden, daß die Leitfähigkeit der Oberfläche erhalten bleibt, z.B. durch das Beschichten einzelner oder aller hochfrequenz-führenden Komponenten mindestens an ihrer äußeren Oberfläche mit einer Schicht eines chemisch-inerten Metalls mit hohen Leitwerten.
  • Werden Edelmetalle, z.B. Gold, Silber oder Platin, auf unedle Metalle, z.B. Kupfer oder Messing, aufgebracht, so besteht die Gefahr, daß das Edelmetall in das Trägermaterial oder das Trägermaterial in das Edelmetall hineindiffundiert. Das hat zur Folge, daß die Leitfähigkeit an der Oberfläche aus den für die herkömmlichen Leitermaterialien genannten Gründen abnimmt. Der Diffusionsvorgang kann mittels einer Diffusionssperre, z.B. einer hauchdünnen Schicht aus Nickel, die vor dem Aufbringen der chemisch-inerten Metallschicht auf das unedle Metall aufgetragen wird, verhindert werden. Somit ist die Langzeitstabilität der äußeren Metallschicht sichergestellt. Beide Schichten können plasmachemisch oder galvanisch und vorzugsweise als geschlossene Schicht einer Dicke von 10 nm bis 10 μm, vorzugsweise 1 μm, aufgebracht sein.
  • Die beiden Schichten, d.h. die Diffusionssperre und die darauf aufgebrachte chemisch-inerte Metallschicht sind detailliert in den beiden gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldungen 100 08 484.2 „Kühlbare Hochfrequenz-Luftspule" sowie 100 08 483.4 „Hochfrequenz-Luftkondensator" der Firma CCR GmbH Beschichtungstechnologie beschrieben.
  • Einzelne oder alle hochfrequenz-führenden Komponenten des Anpaßnetzwerkes können mit einem flüssigen Medium, vorzugsweise mit Wasser, gekühlt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Anpaßnetzwerk, das zur Erzeugung eines quasineutralen Plasmastrahls oder Ionenstrahls verwendet werden kann, kann insbesondere die rein induktive Anregung optimiert werden, was zu einer beträchtlich höheren Anregungseffizienz führt. Außerdem wird dadurch die Ausnutzung spezieller Resonanzanregungen wie die Elektronen-Zyklotronen-Wellenresonanz oder die Landau-Dämpfungsresonanz ermöglicht.
  • Verwendet werden kann das erfindungsgemäße Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk beispielsweise in einer Hochfrequenz-Plasma- oder -Ionenquelle wie in der gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung 100 08 482.6 „Hochfrequenz-Plasmaquelle" der Firma CCR GmbH Beschichtungstechnologie beschrieben.
  • Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Zeichnungen verdeutlicht:
  • 1 zeigt eine mögliche Verschaltung des Impedanz-Anpaßnetzwerkes
  • 2 zeigt eine Variante des Impedanz-Anpaßnetzwerkes
  • 3 zeigt ein System zur Übertragung des elektrischen Wechselfeldes ins Vakuum
  • 4 zeigt eine weitere Variante des Impedanz-Anpaßnetzwerkes
  • Die Schaltung des Anpaßnetzwerks in 1 besteht aus zwei gekoppelten Schwingkreisen, dem Primär-(1) sowie dem Sekundärkreis (2). Die Leistung des Hochfrequenz-Generators (11) wird in den Primärkreis (1) eingespeist. Im Sekundärkreis (2) befindet sich eine im Vakuum liegende Anregungselektrode (3) zur Erzeugung des Plasmas. Dabei wird die Anregungselektrode (3) mit dem Sekundärkreis (2) über zwei Vakuumstromdurchführungen (12) verbunden. Die Kopplung beider Schaltkreise (1, 2) erfolgt sowohl induktiv mittels eines Übertragers bestehend aus zwei Hochfrequenz-Luftspulen (9, 6), als auch kapazitiv mittels eines Differential-Trimmers (10). Der Primärkreis (1) besteht aus einer Primärspule (9), einem beliebigen (7) und einem variablen Kondensator (Primärtrimmer) (8). Der Kondensator (7) liegt parallel zum Ausgang des Hochfrequenz-Generators, wobei üblicherweise ein Pol des Hochfrequenz-Generators (11) auf Massepotential geschaltet ist. Ebenfalls parallel zum Ausgang des Hochfrequenz-Generators (11) liegt die Reihenschaltung aus Primärtrimmer (8) und Primärspule (9), wobei der Primärtrimmer (8) mit dem Massepol des Hochfrequenz-Generators (11) verbunden ist. Der Sekundärkreis besteht aus der Reihenschaltung der Sekundärspule (6), einem variablen Kondensator (Sekundärtrimmer) (5) und der Anregungselektrode (3). Der Zentralpol des Differential-Trimmers ist dabei zwischen der Primärspule (9) und dem Primärtrimmer (8) angeschlossen. Die Seitenpole des Differential-Trimmers (10) sind auf Massepotential gelegt bzw. mit dem Zentralpol der Anregungselektrode (3) verbunden. Bei Bedarf können zusätzlich Festkondensatoren parallel zu allen Trimmern geschaltet werden.
  • 2 zeigt eine Variante des in 1 dargestellten Anpaßnetzwerks, in der der gesamte Sekundärkreis (2) im Vakuum angeordnet ist. Die Trennung zwischen Vakuum und Atmosphäre erfolgt zwischen den beiden über den Induktionsfluß gekoppelten Luftspulen (6, 9) des Primär- bzw. Sekundärkreises (1, 2). Zur Trennung von Vakuums und Atmosphäre wird ein dielektrisches Fenster (13) verwendet (3), welches den Induktionsfluß der beiden Kopplungsspulen (6, 9) nicht unterbricht. Zwischen dem Fenster (13) und der Rückwand des Plasmagefäßes (14) ist eine Vakuumdichtung (15) angeordnet. Die Abstimmung des Sekundärkreises durch den Trimmer (5) erfolgt nun mittels einer mechanischen Vakuumdurchführung (16).
  • 4 zeigt eine weiterentwickelte Variante des Anpaßnetzwerkes, in der der Sekundärtrimmer (5) durch einen Festkondensator (17) ersetzt wurde und die Abstimmung der Schwingkreise durch den Primärtrimmer (8) sowie durch Variation der induktiven Kopplung zwischen Primär-(9) und Sekundärspule (6) erfolgt. Hierzu wird der axiale und radiale Abstand zwischen der Primär-(9) und Sekundärspule (6) variiert, indem Komponenten des atmosphärenseitigen Anpaßnetzwerkes beweglich gelagert werden. Die Verbindung zwischen beweglich gelagerten und fest fixierten Komponenten des Primärkreises erfolgt dabei über flexible Leiterbahnen oder Hochfrequenz-Kabel.
    • 1
    primärer Schaltkreis des Impedanz-Anpaßnetzwerks
    2
    sekundärer Schaltkreis des Impedanz-Anpaßnetzwerks
    3
    Anregungselektrode
    4
    Plasma
    5
    variabler Kondensator (Trimmer)
    6
    Hochfrequenz-Luftspule
    7
    Kondensator
    8
    variabler Kondensator (Trimmer)
    9
    Hochfrequenz-Luftspule
    10
    Differential-Trimmer
    11
    Hochfrequenz-Generator
    12
    Vakuumstromdurchführung
    13
    dielektrisches Fenster
    14
    Rückwand des Plasmagefäßes
    15
    Vakuumdichtung
    16
    mechanische Vakuumdurchführung
    17
    Festkondensator

Claims (20)

  1. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk zur Plasmaanregung mit – einem primären Schaltkreis (1) aus einem festen oder variablen (7) und einem variablen Kondensator (8) und einer Hochfrequenz-Luftspule (9), der derart dimensioniert ist, daß hohe Spannungsamplituden erreicht werden, sowie – einem sekundären Schaltkreis (2) mit einem festen oder variablen Kondensator (5, 17), einer Hochfrequenz-Luftspule (6) und mindestens einer Plasma erzeugenden Anregungselektrode (3), der derart dimensioniert ist, daß hohe Stromamplituden erreicht werden, wobei die Schaltkreise (1, 2) über den induktiven Fluß der Hochfrequenz-Luftspulen (6, 9) und durch einen Differential-Trimmer (10) kapazitiv gekoppelt sind.
  2. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen kapazitiver und induktiver Plasmaankopplung gewählt werden kann.
  3. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich zwischen kapazitiver und induktiver Plasmaankopplung gewählt werden kann.
  4. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Differential-Trimmer (10) ein Differential-Luftplattentrimmer verwendet wird, der zur Erzielung einer multi-linearen Kennlinie eine Kombination von herkömmlichen und segmentierten Stator- und/oder Rotorplatten aufweist.
  5. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential-Trimmer (10) durch Festkondensatoren ersetzt ist, wenn keine einstellbare Ionenenergie erforderlich ist.
  6. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz von Primär-(1) und Sekundärkreis (2) auf die Generatorfrequenz über einen Primär-(8) sowie einen Sekundär-Trimmer (5) angepaßt werden kann.
  7. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Trimmer (5, 8) zusätzlich Fest-Kondensatoren geschaltet werden können.
  8. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule (9) aus mehreren, vorzugsweise aus 2 bis 10 Wicklungen, besteht.
  9. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspule (6) aus weniger als 2 Wicklungen, vorzugsweise aus nur einer Wicklung, besteht.
  10. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Spulen (6, 9) zwischen 10 und 100 mm liegt.
  11. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungselektrode (3) im Vakuum angeordnet ist.
  12. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungselektrode (3) mit dem atmosphärenseitigen Teil des Sekundärkreises (2) über Vakuumstromdurchführungen (12) verbunden ist.
  13. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte aus Trimmer (5), Spule (6) und Anregungselektrode (3) sowie den Verbindungselementen bestehende Sekundärkreis (2) im Vakuum angeordnet ist.
  14. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kopplungsspulen (6, 9) ein dielektrisches Fenster (13) angeordnet ist.
  15. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Fenster (13) aus einem unmagnetischen und magnetisch durchlässigen Material besteht.
  16. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Fenster (13) aus Quarzglas oder Aluminiumoxid besteht.
  17. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundär-Trimmer (5) durch eine mechanische Vakuumdurchführung (16) einstellbar ist.
  18. Hochfrequenz-Anpaßnetzwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanz-Kreise durch Variation der induktiven Kopplung zwischen Primär-(9) und Sekundärspule (6) und/oder durch Einstellen des Primär-Trimmers (8) abstimmbar sind.
  19. Verwendung eines Hochfrequenz-Anpaßnetzwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Erzeugung eines quasineutralen Plasmastrahls.
  20. Verwendung eines Hochfrequenz-Anpaßnetzwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Erzeugung eines Ionenstrahls.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3569777A (en) * 1969-07-28 1971-03-09 Int Plasma Corp Impedance matching network for plasma-generating apparatus
US4284490A (en) * 1978-09-28 1981-08-18 Coulter Systems Corporation R.F. Sputtering apparatus including multi-network power supply
DE3923661A1 (de) * 1989-07-18 1991-01-24 Leybold Ag Schaltungsanordnung fuer die anpassung der impedanz einer plasmastrecke an einen hochfrequenzgenerator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3569777A (en) * 1969-07-28 1971-03-09 Int Plasma Corp Impedance matching network for plasma-generating apparatus
US4284490A (en) * 1978-09-28 1981-08-18 Coulter Systems Corporation R.F. Sputtering apparatus including multi-network power supply
DE3923661A1 (de) * 1989-07-18 1991-01-24 Leybold Ag Schaltungsanordnung fuer die anpassung der impedanz einer plasmastrecke an einen hochfrequenzgenerator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RAYNER,J.P., et.al.: Radio frequency matching for helicon plasma sources. In: J. Vac. Sci. Technol. A 14 (4), Jul/Aug 1996, S.2048-2055 *

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