DE2939167A1 - Vorrichtung und verfahren zur leistungszufuehrung an eine von dem entladungsplasma einer zerstaeubungsvorrichtung gebildeten last - Google Patents

Description

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München, den 26. Sept. 1979 Anwaltsaktenz.: l8l - Pat. k8

Coulter Systems Corporation, 35 Wiggins Avenue, Bedford, Massachusetts 01730, Vereinigte Staaten von Amerika

Vorrichtung und Verfahren zur Leistungszuführung an eine von dem Entladungsplasma einer Zerstäubungsvorrichtung gebildeten Last.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Leistungszuführung an eine von dem Entladungsplasma einer Zerstäubungsvorrichtung gebildeten Last.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Leistungsübertragungsnetzwerk zur Übertragung der Leistung einer Hochfrequenzquelle zu einer Elektrode einer Zerstäubungsvorrichtung.

,Zerstäubungsvorrichtung und die Verwendung derartiger Vorrichtungen zur Herstellung dünner Materialschichten sind bekannt. Solche Vorrichtungen besitzen eine oder mehrere Elektroden, die so gestaltet und angeordnet sind, daß sie als Kathoden oder sogenannte Targets fungieren sowie eine oder mehrere Elektroden, die als Anoden gestaltet und angeordnet sind. Die elektrische Leistung zur Speisung der Zerstäubungsvorrichtung wird normalerweise den Targets zugeführt, während die Anoden auf einem

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Potential gehalten werden, das dem Erdpotential entspricht oder in dessen Nähe liegt.

Die Verwendung von Hochfrequenzenergie zur Erregung bzw. Speisung der Targets ist ebenfalls bekannt. Diese Energieart ist für die Zerstäubungsablagerung bei gewissen Targetsmaterialien und bestimmten Substratmaterialien erforderlich. Die Hochfrequenzenergie besitzt eine Frequenz, die im allgemeinen zwischen 1 MHz und 40 MHz liegt. Zur Erreichung einer optimalen Leistungsübertragung von der Versorgungsquelle zu den Targets ist es allgemein üblich, die Leistung über ein einen LC-Resonanzkreis zu übertragen.

Es sind Übertragungsnetzwerke bekannt, die eine Spule und einen Kondensator beinhalten, welche als Serienresonanzkreis zwischen die Versorgungsquelle und das Targets geschaltet sind. Derartige Netzwerke liefern im allgemeinen befriedigende Ergebnisse, wenn sie in Verbindung mit vergleichsweise kleinen Targets mit einer

Fläche von etwa 10 cm verwendet werden, deren Streukapazität gegen Erde nicht mehr als etwa 100 pF ist. Derartige Anordnungen werden mit einer typischen Frequenz von 13,56 MHz und mit einem Leistungspegel betrieben, der für die gewünschte Zerstäubungsrate oder -geschwindigkeit erforderlich ist.

Leistungsübertragungsnetzwerke dieser Art sind jedoch nicht sehr effizient, wenn Leistungen zu Elektroden großer Abmessungen übertragen werden sollen, die gegenüber dem Erdpotential eine parasitäre Streukapazität von etwa 200 pF oder mehr besitzen.

Dieses Problem einer vergleichsweise großen Streukapazität führt im Zusammenhang mit der Tatsache, daß der Induktivitätswert der z.B. von einer Spule oder dergleichen

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gebildeten induktiven Komponenten zur Erreichung des Resonanzzustandes des genannten Resonanzkreises entsprechend verringert werden muß, zu einer Situation, die eine Speisung der in Frage stehenden Elektrode zumindest sehr schwierig macht. Infolge der verringerten Abmessungen und der Beschaffenheit der induktiven Komponenten sind nämlich die Möglichkeiten, sie in der notwendigen Weise mit der Versorgungsquelle, der Zerstäubungselektrode, d.h. dem Targets und dem einen Bestandteil des Resonanzkreises bildenden Kondensator zu verbinden, sehr stark begrenzt.

Ein weiteres Problem bei den Leistungsübertragungsnetzwerken der erwähnten Art besteht darin, daß sie keine äquipotentiale Feldverteilung um die Zerstäubungselektrode bilden, falls diese vergleichsweise groß ist, d.h. beispielsweise Abmessungen von 10 cm χ 80 cm hat oder größer ist.

Die Ursache hierfür liegt zum Teil in der geringen räumlichen Größe und der Gestalt der Induktivität, die dazu führen, daß die Position und die Verbindung der Spule als einer konzentrierten Induktivität in Bezug auf die Zerstäubungselektrode nicht frei wählbar sondern eingeschränkt ist. Zusätzlich kommt ein Ungleichgewicht durch die vergleichsweise lineare Induktivitätswertverteilung in dem Körper der Zerstäubungselektrode zustande, wenn diese als relativ breite, und insbesondere als Zerstäubungselektrode mit großer Längsausdehnung ausgebildet ist. Der Grund für das Bedürfnis zur Übertragung einer relativ großen Leistung liegt darin, daß die Zerstäubungsvorrichtung, die mit der den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung bzw. gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gespeist werden soll, die Beschichtung großer Substratflächen ermöglichen soll, wobei auch die Targetsfläche eine Ausdehnung besitzen soll,

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die wesentlich größer ist als in üblichen Zerstäubungsvorrichtungen. Da die Nutzleistung der Zerstäubungsvorrichtung in das Plasma fließen soll, ist die von der Versorgungsquelle zu erbringende Leistung um so größer, Je größer die Targetfläche und damit das Plasma sind.

Die Erfindung befaßt sich vorwiegend mit dem Beschichten von Isolierstoffmaterialien in direkter Zerstäubungstechnik, einer Zerstäubungstechnik also, bei der die Zerstäubung mit Hochfrequenz durchgeführt wird und bei der eine Targetanordnung Verwendung findet, die von dem vollständigen zu zerstäubenden Präparat gebildet wird. Bei dieser Zerstäubungstechnik werden die Differenz des Dampfdrucks zwischen den verschiedenen das Präparat bildenden Elementen und die Einhaltung der stöchiometrischen Verhältnisse in dem auf dem Substrat gebildeten Niederschlag durch geeignete Wahl eines oder mehrerer Hintergrundgase sichergestellt.

In den vergangenen Jahren hat sich die Zerstäubungstechnik zur Beschichtung nichtleitender Materialien bis zu einem Punkt entwickelt, bei dem die Anforderungen an die Schaltung zur Zuführung der Leistung an die Zerstäubungsvorrichtung außerordentlich groß und außerdem recht ungewöhnlich geworden sind. Herkömmliche Verfahren und Schaltungen, wie sie dem Stand der Technik angehören, sind nicht mehr praktisch verwendbar und ermöglichen somit keine wirtschaftlich vertretbare Herstellung von beschichteten Materialien mit genügend hoher Ausbeute. Zur Beschichtung großer Substratflächen mit vergleichsweise großer Geschwindigkeit müssen große Targets und Anoden zur Subtrathalterung verwendet werden, so daß das Plasma ebenfalls sehr groß ist. Im Vergleich zu den mit geringem Durchsatz arbeitenden Laboranordnungen, mit

2 denen Substratstücke von wesentlich weniger als 50 cm Flächengröße zu beschichten sind, ist eine völlig anders-

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artige Ausbildung der Leistungsversorgungsschaltungen erforderlich. Dabei ist es äußerst wichtig, daß die elektrischen Erscheinungen in der Druckkammer für große Plasmaausdehnungen völlig anders sind als sie unter den bekannten Bedingungen in kleinen Kammern auftreten.

Das Hauptproblem entsteht dadurch, daß die verfügbare Leistung bei einer Vorrichtung mit großen Elektroden unerwünschter Weis« in der das Plasma überbrückenden Streukapazität verlorengeht statt von dem Plasma absorbiert zu werden. Dies wird weiter unten näher erläutert. Dabei stellt nur die dem Plasma zugeführte Leistung echte Nutzleistung dar.

Bei Zerstäubungsvorrichtungen, auf die der Gegenstand der Erfindung anwendbar sein soll, besteht die Kammer, in der der Zerstäubungsvorgang stattfindet, entweder gänzlich oder zum größten Teil aus Metall. Aus praktischen Gründen sowie aus Sicherheitsgründen sind ihre Wandungen mit Erdpotential verbunden. Das Target oder die Targets - üblicherweise werden mehrere Targets verwendet - sind mit Hilfe geeigneter Isolierstücke an den inneren Wandungen der Kammer montiert. Die Isolierstücke dienen zum einen als mechanische Halterungen für die Targets und sollen auf der anderen Seite die Zuführung von Hochfrequenzenergie zu den Targets ermöglichen. Sie müssen außerdem abnehmbar montiert sein, da sie sich langsam verbrauchen und häufig löchrig werden oder bersten und deshalb ersetzt werden müssen.

Einige der verschiedenen Erscheinungen, die die Zuführung von Leistung an die Nutzlast bei im Megaherz liegenden Frequenzen erschweren, werden weiter unten erläutert. Die Nutzlast wird von dem Zerstäubungsplasma gebildet, das sich zwischen den Targets einerseits und der bzw. den Anoden andererseits ausbildet.

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Da Leistung über parasitäre Pfade und dergleichen abfließt, dient nur ein geringer Prozentteil der erzeugten Hochfrequenzleistung zum Aufbau des Plasmas, wenn diese im Megaherzbereich liegende Leistung der Zerstäubungsvorrichtung über eine herkömmliche Leistungs-Ubertragungs- und Anpassungsschaltung zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine effiziente, d.h. mit großem Wirkungsgrad erfolgende Leistungsübertragung bei praktisch jeder Art von Zerstäubungsvorrichtungen ermöglicht, die zur Beschichtung großer Substratflächen dienen und Targets entsprechend großer Ausdehnung besitzen.

Um das Verständnis der weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe zu erleichtern, sei der Begriff des Gütefaktors Q eines elektrischen Bauteils oder einer aus elektrischen Bauteilen bestehenden Schaltung erläutert. Dabei ist es auch wesentlich, den Unterschied zwischen dem statischen und dem dynamischen oder Lastgütefaktor herauszustellen. Ersterer wird im folgenden mit den Buchstaben Q bezeichnet, während letzterer zur Unterscheidung mit QL bezeichnet wird.

Der Gütefaktor oder Gütewert Q kennzeichnet das Verhältnis zwischen der in einem Bauteil oder einer Schaltung speicherbaren Energie und seiner bzw. ihrer Verlustenergie.

Die statische Güte Q sollte normalerweise so groß wie möglich sein. Bei Induktivitäten wird dies durch die Verwendung von Materialien mit möglichst niedrigem ohmschen Widerstandswert erreicht, beispielsweise durch Verwendung von Röhren mit hoher Leitfähigkeit. Bei den

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später beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung» in denen Spulen als Induktivitäten verwendet werden, können diese aus silberplatierten Kupferröhren gewickelt sein, die einen Durchmesser von 8 mm und mehr besitzen. Kondensatoren sollten möglichst geringe Verluste besitzen. Deshalb werden bei den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung Kondensatoren mit Vakuumdielektrikum verwendet, wobei die Kapazität der abstimmbaren Kondensatoren durch mechanische Wellen veränderbar ist, die durch geeignete Vakuumdichtungen hindurchtreten.

Eine typische Spule, die sich zur Verwendung im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen der Erfindung bewährt hat, besitzt vier Windungen aus einer Kupferröhre mit einem Durchmesser von 13 nun, wobei die Wicklung schraubenförmig angeordnet ist und eine Länge und einen Durchmesser von jeweils 15 cm besitzt. Die Spule besitzt im Bereich zwischen ihren Enden an geeigneten Stellen Abgriffe und ist mit Hilfe eines Vakuumkondensators mit einer Spannungsfestigkeit von 20 000 V und einer von 12 pF bis 100 pF veränderbaren Kapazität auf Resonanz abgestimmt.

Die Lastgütezahl oder der dynamische Gütewert QL unterscheidet sich infolge des Stromflusses ganz und gar von der dynamischen Güte. Bei Resonanzkreisen, wie sie bei der Erfindung verwendet werden, ist der Wert QL allgemein durch das Verhältnis zwischen dem in der Schaltung fließenden Strom und dem Strom bestimmt, der der Schaltung durch die Versorgungsquelle zugeführt wird. Hohe Gütewerte QL bedeuten einen hohen Stromfluß oder eine hohe Impedanz und sind für eine optimale Leistungsübertragung unerwünscht. Es ist daher ein Kompromiß zwischen dem dynamischen Gütewert QL und dem statischen Gütewert Q anzustreben. Der statische Gütewert Q soll

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so groß wie möglich sein, während der dynamische Gütewert QL niedrig sein soll. Bei Schwingkreisen derjenigen Art, wie sie bei Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden, ergibt sich eine effiziente Leistungsübertragung, wenn der Gütewert QL des Schwingkreises vorzugsweise niedriger ist als 15. Der Bereich, in dem sich befriedigende Ergebnisse einstellen, liegt zwischen 3 und 12, wobei der obere Grenzwert jedoch eher vermieden werden soll. In diesem Bereich ist eine gute Stabilität der Abstimmung gegeben, da die Breite der Resonanzkurve größer ist als bei höheren Werten von QL. Höhere Werte von QL vergrößern die Impedanz der Schaltung und vergrößern den Stromfluß. Für die Nachrichtenübertragung und den Nachrichtenempfang ist die mit einem niedrigen QL verbundene Verbreiterung der Resonanzkurve übrigens unerwünscht, da sie die Trennschärfe einer gegebenen Schaltung, d.h. die Fähigkeit unerwünschte Signale zu unterdrücken, herabsetzt.

Die oben beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmalen gelöst.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung in Zerstäubungsvorrichtungen mit einer Mehrzahl von Targets, während herkömmliche Schaltungen gerade bei solchen Zerstäubungsvorrichtungen sehr verlustreich arbeiten. Wenn eine Vielzahl von Targets verwendet wird und diese parallel betrieben werden, nimmt die Impedanz um einen Faktor ab, der der Anzahl der Targets entspricht, was zu einer entsprechenden Kapazitätsvergrößerung führt. Es sei angenommen, daß der beste Kopplungswirkungsgrad für eine herkömmliche Abzweigschaltung bei etwa 74 % liegt. Wenn nun die Anzahl der Targets auf 12 vergrößert wird - (eine derartige Targetzahl wird bei bevorzugten Ausführungsbei-

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spielen der Erfindung verwendet) - fällt der Wirkungsgrad bei einer herkömmlichen Schaltung auf etwa 22 % ab. Falls die für jedes Target erforderliche Leistung 1 800 ¥ beträgt, wurden herkömmliche Schaltungen zu ihrer Speisung insgesamt 100 700 V benötigen, wobei eine Verlustleistung von etwa 80 000 V entsteht.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der Wirkungsgrad hingegen nicht wesentlich beeinträchtigt. Durch eine geringe Justierung lassen sich die 12 Targets über eine Vorrichtung gemäß der Erfindung aus einer Quelle mit geeigneter Leistung von beispielsweise 22 000 W mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90 % und entsprechend geringen Verlusten speisen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 30 beschrieben, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenzenergie mit einer im Megaherzbereich liegenden Frequenz von einer Hochfrequenzquelle mit vergleichsweiser niedriger Spannung und Impedanz zu dem Target bzw. den Targets einer Zerstäubungsvorrichtung, wobei dem Target bzw. den Targets jeweils eine nicht unerhebliche parasitäre Kapazität parallel liegt.

Dem Verfahren gemäß der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsübertragung so verlustarm wie möglich zu gestalten.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 32 genannten Verfahrensschritte gelöst.

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Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in teilweise geschnittener und teilweise schematischer Darstellung eine Frontansicht eines Leistungsübertragungsnetzwerks gemäß der Erfindung, das zwischen einer Hochfrequenzquelle und dem Target einer Zerstäubungsvorrichtung liegt,

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht des Ausführungsbeispiels gemäB Fig. 1,

Fig. 3 zeigt eine äquivalente elektrische Schaltung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1,

Fig. 4 zeigt in teilweise schematischer und geschnittener Darstellung eine Aufsicht eines Leistungsübertragungsnetzwerks gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zwischen eine Hochfrequenzquelle und eine Mehrzahl von Targets einer Zerstäubungsvorrichtung geschaltet ist,

Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild mit einer symbolischen Darstellung einer Zerstäubungsvorrichtung. Diese Figur dient zur Veranschaulichung der Grundform der Schaltung gemäß der Erfindung, wobei die Zerstäubungsvorrichtung in diesem Fall nur ein einziges Target bzw. eine einzige Kathode und eine Anode zur Erzeugung eines einzigen Plasmafeldes umfaßt,

Fig. 6 zeigt eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung, wobei in diesem Fall die Schaltung jedoch eine Mehrzahl von Schaltungskombinationen mit im folgenden als Leerlaufschaltungen bezeichneten Schaltungsstufen und Lastnetzwerken umfaßt, die jeweils ein Plasmafeld speisen, derart daß eine entsprechende Vielzahl von Plasmafeldern erzeugt

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Fig. 7 zeigt eine Ersatzschaltung, die ein Äquivalent des dynamischen Stromkreises für ein hochfrequenzerregtes Plasmafeld darstellt, das mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt wird,

Fig. 8 zeigt in herkömmlicher Schaltungsdarstellung Einzelheiten einer Vorrichtung der in Fig. 6 gezeigten Art zur Speisung zweier Plasmafelder,

Fig. 9 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Vorrichtung in der wenigstens drei Plasmafelder erzeugt werden, die jedoch nur eine einzige Anode besitzt und bei der ein Substrat nacheinander durch alle Plasmafelder hindurchgeführt wird,

Fig. 10 zeigt eine Schaltung und eine Blockdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der elektrische und/oder physikalische Abstand der Targets von den abstimmbaren Freilaufschaltungen ungleich ist,

Fig. 11 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Speisung eines einzigen Plasmafeldes, wobei diese Schaltung im Vergleich zu dem entsprechenden Schaltungsteil in Fig. 8 einmal durch die Art und Weise, in der der Anode der Elektrodenkonfiguration eine Vorspannung zugeführt wird und zum anderen in einer Schaltungsvariation zur Anpassung an ein Target mit vergleichsweise hoher Kapazität unterscheidet.

Die in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Target 11, eine mit Erdpotential verbundene Anode 13, eine mit einem ihrer Anschlüsse eben-

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falls mit Erdpotential verbundene Hochfrequenzquelle und ein Leistungsübertragungsnetzwerk zur übertragung von Hochfrequenzleistung von der Hochfrequenzquelle 15 zu dem die Kathode bildenden Target 11.

Das Leistungsübertragungsnetzwerk beinhaltet eine von einem linearen Abschnitt gebildete Induktivität 19» die als Kupferrohrstück mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist. Die Induktivität 11 kann für ein Target, das weniger lang und schmal ist als das in Fig. 1 und 2 dargestellte Target auch als Spule ausgebildet sein. Ein Ende 21 der linearen Induktivität 19 ist über einen Leiter 22 mit einer auf Erdpotential liegenden Schirmung 23 verbunden, die das Target 11 umgreift. Das andere Ende 25 der linearen Induktivität 19 ist über einen Leiter 26 mit einem Anschluß eines Abstimmkondensators 27 verbunden, dessen anderes Ende über einen Leiter 28 mit der geerdeten Schirmung 23 in Verbindung steht. Der nicht geerdete Anschluß der Hochfrequenzquelle 15 ist mit einem Abgriff 29 der Induktivität 19 verbunden. Das Target 11 ist über einen Kondensator 33 zur Gleichstromabriegelung mit einem weiteren Abgriff 31 der Induktivität 19 verbunden.

An den Leiter 39, der den Kondensator 33 mit dem Target 11 verbindet, ist über eine Drossel 37 ein Voltmeter zur Messung der durch Gleichrichterwirkung an dem Target 11 auftretenden Gleichspannung angeschlossen.

Wenn sich das Netzwerk in Resonanz befindet, umgreifen die von dem fließenden Strom erzeugten Feldlinien 41 das Target 11 sehr eng und - was besonders wichtig ist umgeben es symmetrisch. Das Voltmeter 35 stellt lediglich ein Hilfsmittel zur Messung der Gleichspannung dar und ist als· solches kein Bestandteil des Netzwerks. Auch

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der Kondensator 33 nuß nicht notwendigerweise zwischen das Target 11 und den die Induktivität bildenden linearen Leitungsabschnitt 19 geschaltet sein, sondern kann auf Wunsch ebenso wirksam zwischen der Anode 13 und dem Erdpotential liegen.

Die Aufgabe des Kondensators 33 besteht darin, daß die durch die Gleichrichterwirkung der Elektrodenanordnung entstehende Gleichspannung gegen Erdpotential kurzgeschlossen wird und stellt daher kein für die Resonanzbedingung der Schaltung wirksames Bauteil dar. Falls eine durch Gleichrichterwirkung entstehende Spannung dem Target 11 und der Anode 13 nicht zu erwarten ist, kann der Kondensator 33 entfallen und durch eine direkte Verbindung ersetzt werden. Eine derartige Bedingung ist nicht typisch für die normale Anwendung bei Zerstäubungsvorrichtungen, für die die Schaltung vorzugsweise bestimmt ist. Die Tatsache, daß Resonanz ohne den Kondensator 33 erreicht wird, zeigt die Unabhängigkeit des Resonanzkreises von dem Vorhandensein des Kondensators 33·

Bei dem in Fig. 3 dargestellten äquivalenten Ersatzschaltbild von Fig. 1 wird die lineare Induktivität 19 durch eine Reihe von Spulen 43, 45 und 47 dargestellt. Die Kapazität zwischen dem Target 11 und der geerdeten Schirmung 23 ist durch eine Reihe von Kondensatoren 49 angedeutet, die parasitäre Streu- oder Restkapazitäten von insgesamt erheblicher Größe bilden. Zusätzlich treten geringere Streukapazitäten zwischen dem Target 11 und der Anode 13 oder dem Substrat 53 auf, falls ein solches auf der Anode montiert ist. Es soll angedeutet werden, daß die Streukapazität 49 üblicherweise größer ist als die Streukapazität 51. Für Targets mit großen Abmessungen kann die Streukapazität 49 etwa bei 300 pF liegen oder noch höher sein.

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Im folgenden sind einige typische Werte und Abmessungen der Bauteile des Leistungsübertragungsnetzwerks 17 angegeben, wobei die Hochfrequenzquelle mit einer Frequenz von 13»56 MHz arbeitet, das die Kathode bildende Target eine Breite von 12,5 cm und eine Länge von 87 cm besitzt und wobei die Streukapazität gegen Erde bei etwa 300 pF liegt:

Linearer Leitungsabschnitt 2,2 cm Durchmesser

(Induktivität) 115 cm Länge

Einstellung des Abstimmkondensators.... 75 pF

Abriegelungskondensator 2 nF/5 KV =

Abstand zwischen den Punkten 29 und 21. 13.4 cm

Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung besitzt zwei
Targets 61 und 63, zwei mit Erdpotential verbundene
Anoden 65 und 77 und eine Hochfrequenzquelle 69 für die Targets 61 und 63.

Das Leistungsübertragungsnetzwerk umfaßt zwei als Induktivitäten dienende lineare Leitungsabschnitte 73 und 74, die dem linearen Leitungsabschnitt 19 von Fig. 1 und 2 entsprechen, wobei der lineare Leitungsabschnitt 73 für die Leistungszufuhr an das Target 61 und der lineare Leitungsabschnitt 74 für die Leistungszufuhr an das Target 63 vorgesehen sind.

Ein Ende 75 des linearen Leitungsabschnitts 73 ist über einen Abstimmkondensator 77 mit einer geerdeten Schirmung 79 verbunden, die das Target 61 umgibt. Das andere Ende 81 des linearen Leitungsabschnitts 73 ist mit Erdpotential verbunden. Das Target 61 ist über einen Kondensator 83 zur Gleichstromabriegelung mit einem Abgriff 78 des linearen Leitungsabschnitts 73 verbunden, der
etwa in der Mitte von dessen Gesamtlänge liegt.

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Ein Ende 85 des linearen Leitungsabschnitts 74 ist über einen Abstimmkondensator 78 mit einer geerdeten Schirmung 89 verblinden, die das Target 63 umgibt. Das andere Ende 91 des linearen Leitungsabschnitts 74 ist mit Erdpotential verbunden. Das Target 63 ist über einen Kondensator 93 zur Gleichstromabriegelung mit einem Abgriff 94 des linearen Leitungsabschnitts 74 verbunden, der wiederum etwa in der Mitte von dessen Gesamtlänge angeordnet ist. Die durch Gleichrichterwirkung an den Targets 61 und 63 auftretenden Spannungen können auf Wunsch mit Hilfe der Voltmeter 95 bzw. 97 gemessen werden, die über Drosseln 103 bzw. 105 mit den Leitern 99 bzw. 101 verbunden sind.

Die Leistung der Hochfrequenzquelle 69 wird über einen Leistungssensor 107 zu einem Schaltungspunkt 105 geführt. Dieser Schaltungspunkt 105 ist mit Abgriffen 109 bzw. 112 der linearen Leitungsabschnitte 73 bzw. 74 verbunden. Der Leistungssensor 107 besitzt Anschlüsse, die mit Meßgeräten 110 und 111 verbunden sind. Letztere dienen zur Anzeige der vorwärtsgerichteten oder einfallenden Leistung bzw. der rückwärtsgerichteten oder reflektierten Leistung.

j Zwischen das Target 61 und\_den_ lineargn....

schnitt 93 ist ein Abgleichkondensator 115 geschaltet. / ■ Ein ähnlicher^.Abgleichkondensator 113 liegt zwischen dem Target 63 una^dem linearen Leitungsabschnitt 75. Diese Abgleichkondensatoren dienen zur Vervollständigung der

Kapazität des jeweiligen Target und können entweder dazu verwendet werden, die beiden Targets unsymmetrisch zu betreiben, oder dazu, ungleiche Streukapazitäten der verschiedenen Targets auszugleichen.

Im folgenden sind repräsentative Werte und Abmessungen der Bauteile des Leistungsübertragungsnetzwerks für den

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FaIX angegeben, daß die Hochfrequenzquelle 69 mit einer Frequenz von 13*36 MHz arbeitet und die beiden Targets eine Länge von 90 cm und eine Breite von 10 cm besitzen und eine Streukapazität gegen Erde von jeweils 300 pF haben:

Lineare Leitungsabschnitte (73» 74) 2,2 cm Durchm.

111,7 cm Länge

Einstellung der Abstimmkondensatoren 85 pF

Abriegelungskondensatoren (83, 93) 2 nF

Leistung an Punkt 105 2800 W

Gleichspannung an Voltmeter 95 oder 29.... - 1500 V Impedanz zwischen Punkt 105 und

Erde bei Betriebsfrequenz 50 Ohm

Abstand zw. den Punkten 109 »112 ?1 & ^m v>™ und den Enden 81 bzw. 91 100 Ohm

Abstand zwischen den Punkten 78, 94

und den Enden 75 bzw. 85 68,6 cm

Bei der dargestellten Schaltung sind die Targets mit den linearen Leitungsabschnitten über einen Abgriff verbunden, der etwa in der Mitte von deren Längserstreckung liegt, während ein Ende der linearen Leitungsabschnitte geerdet ist. Es ist auch möglich, den Mittelabgriff zu erden und das Target mit demjenigen Ende zu verbinden, das in der Zeichnung geerdet ist.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Konstellation bildet die lineare Leitung eine abgestimmte kurzgeschlossene Viertelwellen-Resonanzleitung, während sie in der zuletzt beschriebenen Variante^ eine kurzgeschlossene Halbwellen-Resonanzleitung darstellt und ihre Gesamtlänge daher etwa größer ist. Die linearen Leitungsabschnitte können auch eine größere Länge besitzen, die einer Dreiviertelwellen-Resonanzleitung, einer Ganzwellen-Resonanzleitung und so weiter entsprechen. Diese Varianten stellen schaltungstechnisch

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lediglich Abwandlungen der Viertelwellen- bzw. Halbwellen-Resonanzleitung dar.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die als Induktivitäten dienenden linearen Leitungsabschnitte durch Spulen aus hohlzylindrischen Röhrenleitern ersetzt werden können, wie dies bei den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5 bis 7 der Fall ist. Dem in Fig. bis 4 dargestellten zwischen der Hochfrequenzquelle und den Targets liegenden Leistungsübertragungs- oder Lastnetzwerk können weitere Netzwerke hinzugefügt werden.

In Fig. 5 ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild dargestellt, bei dem die Leistungsübertragung über eine Reihenschaltung mehrerer Netzwerke erfolgt. Ein Teil dieser Netzwerke ist insgesamt mit 20 bezeichnet. Die Zeichnung zeigt von der Zerstäubungsvorrichtung nur diejenigen Teile, die zu den elektrischen Wirkungen beitragen, durch welche die Probleme entstehen, die zu lösen die Erfindung sich zur Aufgabe gestellt hat, und welche zusammen mit der äusseren Beschaltung zur Lösung dieser Probleme beitragen.

Die äussere Beschaltung umfaßt vier Baugruppen: eine Hochfrequenzquelle 15, eine Impedanzwandlerschaltung 24, die mit der Hochfrequenzquelle 15 über eine Ubertragungs- oder Kopplungseinrichtung 26 verbunden ist, eine mit der Impedanzwandlerschaltung 24 über eine Kopplungseinrichtung 30 verbundene Leerlaufschaltung 28, ein Lastnetzwerk 32, das der Schaltung nach Fig. 1, 2 und 3 entspricht und mit der Leerlaufschaltung 28 über eine Kopplungseinrichtung 34 verbunden ist sowie eine Zerstäubungsvorrichtung oder -kammer 36, die über eine durch eine Wandung 40 der Kammer 36 hindurchtretende und zu der Kathode oder dem Target 42 der Elektrodenkonfiguration 44 der Vorrichtung führende Leitung 38 mit

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dem Lastnetzwerk 32 verbunden ist. Die Elektrodenkonfiguration 44 umfaßt eine Anode 46, die im Punkt 48 über " eine Leitung 50 geerdet ist. Der mit Punkten ausgefüllte Bereich 52 stellt ein Glimmentladungsplasma oder Plasmafeld dar, daß sich beim Betrieb der Vorrichtung 36 zwischen den Elektroden ausbildet. Es ist ein kleiner mit 56 bezeichneter Zwischenraum erkennbar, der den auf der Seite des Targets 42 liegenden Crook·schen-Dunkelraum darstellt. Der große Punkt deutet an, daß in der Kammer 36 eine Gasatmosphäre herrscht.

Das Lastnetzwerk 32 kann nicht als unabhängige Baugruppe oder Schaltung betrachtet werden, da die Resonanzbedingung, die in ihm herrschen soll, es erforderlich macht, bei der Bemessung der Kapazität des Netzwerks 32 die Wirkungen der Elektrodenkonfiguration 44 und die Wirkungen der in Fig. 5 nicht dargestellten Schirmungen berücksichtigt werden müssen. Die Induktivität des Lastwerks 32 soll der Kapazität der Elektrodenkonfiguration 44 entgegenwirken. Dies wird weiter unten näher erläutert.

Der Ausgangswiderstand der Hochfrequenzquelle 15 auf der Kopplungs- oder Übertragungsleitung 26· besitzt einen niedrigen Wert. Er liegt normalerweise in der Größenordnung von 50 Ohm. Die Hochfrequenzleistung wird über diese Leitung 26* zu dem Eingang der Impedanzwandlerschaltung 24 übertragen. An der Ausgangsleitung 30 der Impedanzwandlerschaltung erscheint das Hochfrequenzsignal mit höherer Impedanz. Ausserdem findet eine Spannungswandlung statt.

Bei einem ausgeführten Beispiel beinhaltet die Impedanzwandlerschaltung eine Reihe von Pi-Resonanznetzwerken. Bei einem anderen Beispiel beinhaltet sie einen Parallelresonanzkreis, der aus einer Spule und einem Kondensator besteht, wobei die Spule an einem geeigneten Punkt

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angezapft ist, damit sich die gewünschte Ausgangsspannung ergibt. Die Spule dient als Autotransformator zur Spannungserhöhung. In beiden Fällen findet eine Impedanzwandlung statt, so daß auf der Ausgangsleitung 30 eine wesentlich höhere Impedanz herrscht als auf der Eingangsleitung 26*. Ein typischer Wert für die Impedanz auf der Leitung 30 ist 1 250 Ohm, dies entspricht dem Quadrat des Spannungsübersetzungsverhältnisses.

In .beiden Fällen hat die Spannung am Eingang der Impedanzwandlerschaltung 24 den Wert 850 V₃₃, d.h. von Spitze zu Spitze gemessen, während sie am Ausgang den Wert 4 250 Vg₃ hat. Dies wird durch eine geeignete Bemessung des Kondensators und der Spule und durch geeignete Auswahl der Spulenanzapfungen für den Eingang und den Ausgang des Netzwerks erreicht. Die dynamische Güte QL hatte bei dieser praktisch ausgeführten Schaltung den Wert 6,25. Die statische Güte Q der Schaltung lag in der Größenordnung von 200 oder mehr. Sie war dementsprechend wesentlich größer als das Zehnfache der dynamischen Güte QL.

Die Leerlaufschaltung 28 umfaßt in jedem Fall einen Transformator zur Aufwärtstransformierung. Die Aufgabe dieses als Autotransformator ausgebildeten Transformators besteht darin, den Wert der vom Ausgang der Impedanzwandlerschaltung zugeführten Spannung wesentlich zu erhöhen. Die Leerlaufschaltung 28 ist ebenfalls als Parallelresonanzkreis ausgebildet, wobei die Abgriffe des Autotransformators so gewählt sind, daß sich an der Ausgangsleitung 34 eine hohe Spannung ergibt. In dem ausgeführten Beispiel hat diese Spannung den Wert 36OO V₃₃. Die Impedanz ist herabgesetzt auf eine Größenordnung von 1 000 Ohm, wie sie zum Betrieb des Targets 42 und seines Plasmas 52 erforderlich ist.

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Das Lastnetzwerk, das oben anhand von Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde und eine lineare Induktivität 19 beinhaltet, bildet bei der Betriebsfrequenz das elektrische Äquivalent zu einer Spule. Die Abgriffe längs der linearen Induktivität sind Äquivalente für Anzapfungen einer Spule.

Das Lastnetzwerk ist Bestandteil der Leistungsübertragung sbaugruppe. Es ist in Fig. 5 und 6 sowie in Fig. 8 bis 11 mit der Grundbezeichnung 32 versehen und enthält in den letztgenannten Figuren Spulen, beispielsweise die mit 442-1 oder 442-2 bezeichneten Spulen, die die in Fig. 1 dargestellte lineare Induktivität 19 ersetzen. Bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltung ist nur ein einziges derartiges Lastnetzwerk 32 vorgesehen. Andere Ausführungsbeispiele besitzen hingegen eine Mehrzahl von Lastnetzwerken, die jeweils zur Leistungsübertragung an ein einzelnes Target dienen.

Ähnlich wie die Schaltung nach Fig. 5 enthalten auch die im folgenden beschriebenen Schaltungen zusätzlich zu dem Lastnetzwerk 32 weitere Netzwerke, durch die der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung im Vergleich zur Leistungsübertragung mit einem einzelnen Netzwerk vergrößert wird. Wenn in Bezug auf das Lastnetzwerk bzw. die Lastnetzwerke von der Hochfrequenzquelle gesprochen wird, kann jeweils der Ausgang der vorgeordneten Schaltungsstufe, z.B. der vorgeordneten Leerlaufschaltung als solche betrachtet werden.

Das Lastnetzwerk 32 bildet einen weiteren Resonanzkreis, das einen Autotransformator beinhaltet und über einen in der Leitung 38 liegenden Kopplungskondensator mit dem die Kathode der Elektrodenkonfiguration bildenden Target 42 verbunden ist. Die parasitäre Kapazität der Vorrichtung 36 bewirkt in Kombination mit dem Lastnetz-

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werk 32, daß die Impedanz auf der Leitung 38 auf 500 Ohm absinkt, während die Spannung bei 3 600 Vco bleibt. Dieses Netzwerk eliminiert die Wirkung der von der Streukapazität gebildeten niederohmigen überbrückung der Zerstäubungselektroden und bewirkt damit, daß der Ausgang der Leerlaufschaltung wirksam werden kann.

Der in der Leerlaufschaltung 28 herrschende Resonanzzustand bewirkt eine Multiplikation der Größe der ihrem Eingang über die Leitung 30 zugeführten Spannung. Die Eingangsspannung von 4 250 V wird um einen Faktor vergrößert, der dem Gütewert QL der Leerlaufschaltung 28 entspricht. Bei dem praktisch ausgeführten Beispiel liegt der Gütewert QL der Leerlaufschaltung bei etwa 4,2, so daß an dem Hochspannungsanschluß des Transformators in der Leerlaufschaltung eine Spannung von 4 200 χ 4,2 oder etwa 18 000 V_gs auftritt. Bei diesem Wert der Hochspannung an einem Ende des Autotransformators bereitet es keine Schwierigkeiten, den Autotransformator an einem geeigneten Punkt anzuzapfen, und der Ausgangsleitung 34 eine Spannung von - im Beispiel - 3 600 Vgg zuzuführen, die gleichzeitig die Ausgangsspannung des Lastnetzwerks bilden soll.

Das Ergebnis ist eine Leistungsübertragung mit sehr hohem Wirkungsgrad, da die Ausgangsimpedanz auf der Leitung 38 an die bei etwa 500 0hm liegende wirksame Lastimpedanz angepaßt ist und eine Spannung zur Verfügung steht, die optimale Plasmabedingungen ergibt. Die Spannung für diese Bedingungen liegt bei etwa 2 000 bis 4 000 V_ss.

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das in seiner Gesamtheit mit 60 bezeichnete Gerät beinhaltet eine Zerstäubungsvor-

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richtung 36, das eine einzige Anode 46,Jedoch eine Mehrzahl von Kathoden oder Targets 42-1, 42-2...42-n besitzt, wobei ihre Zahl innerhalb vernünftiger Grenzen frei wählbar ist.

Die Hochfrequenzquelle 15, die Kopplungseinrichtung 26· und die Impedanzwandlerschaltung 24 können die gleichen sein wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Gerät 20. Zur Erleichterung der Abstimmung und zur Vermeidung einer gegenseitigen Beeinflussung der Targets und ihrer jeweiligen Lastnetzwerke ist für jedes Target eine getrennte Leerlaufschaltung vorgesehen. Da gegenseitige elektrische Beeinflussungen praktisch unvermeidlich sind, ist zur Erreichung optimaler Ergebnisse eine stufenweise Abstimmung erforderlich. Die einzelnen mit 28-1, 28-2... 28-n bezeichneten Leerlaufeinrichtungen sind im wesentlichen in der gleichen Weise aufgebaut wie die Leerlaufschaltung 28 in Fig. 5 und dienen den gleichen Funktionen wie diese. Die mit 32-1, 32-2...32-n bezeichneten Lastnetzwerke besitzen ebenfalls den gleichen Aufbau und dieselbe Funktion wie die Schaltung gemäß Fig. 1 bis 4 und den gleichen Aufbau wie das Netzwerk 32 in Fig. 5. Die Kopplungseinrichtungen 30-1, 30-2...30-n entsprechen der Kopplungseinrichtung 30 von Fig. 5. Die Kopplungseinrichtungen 34-1, 34-2...34-n sind in der gleichen Weise ausgebildet wie die Kopplungseinrichtung 34 in Fig. 5. Die Ausbildung der Leitungen 38-1, 38-2...38-n entspricht derjenigen der Leitung 38 von Fig. 5.

Jede der mit 42-1, 42-2...42-n bezeichneten Kathode bildet ein eigenes Plasma 52-1, 52-2...52-n aus. Die entsprechenden Crookes'schen-Dunkelräume, die mit 56-1, 56-2...56-n bezeichnet sind, entsprechen demCrookes'sehen Dunkelraum 56 von Fig. 5. Das zu beschichtende Substrat kann ein einstückiges über der durch die Leitungen 50 mit Erdpotential verbundenen Anode 46 liegendes oder sich

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an ihr vorbeibewegendes Teil sein. Es können jedoch auch voneinander unabhängige Substrate auf der Anode angeordnet sein, die sich jeweils im Bereich der betreffenden Plasmafelder befinden. Diejs»rstäubungsvorrichtung 36 gemäß Fig. 6 ist in besonderer Weise für eine große Durchsatzleistung bestimmt. Sie eignet sich deshalb zur Beschichtung eines einstückigen langgestreckten Substrats, das kontinuierlich über die Anode 46 bewegt und nacheinander den einzelnen Plasmafeldern ausgesetzt wird.

Fig. 7 zeigt ein Ersatzschaltbild, das ein theoretisches Äquivalent einer Targetkonfiguration - beispielsweise des Targets 44 - im dynamischen Zustand, d.h. während einer Materialzerstäubung und während der Existenz eines Plasmafeldes zwischen den Elektroden, wiedergeben soll.

Es ist eine Hochfrequenzquelle 64 angedeutet, die auf eine Schaltung 6£_einwirkt. Letztere enthält die dargestellten Kondensatoren und Widerstände, die im einzelnen folgende Bedeutung haben:

CD ist die verteilte Eingangskapazität CS ist die verteilte Kapazität zwischen Target und Schirmung

CP ist die Kapazität des Entladungsplasmas CT ist die Kapazität des Targets

CC ist die Kapazität des Crookes'schen-Dunkelraums RT ist der ohmsche Widerstand des Targets RL ist der durch die Verluste gegebene Widerstand RP ist der Widerstand des Plasmas.

Die Schaltung ist mittels gestrichelter Linien in einzelne Blöcke 42, 46 und 56 unterteilt, die die Kathode oder das Target, die Anode bzw. den Dunkelraum repräsentieren. Das dargestellte Ersatzschaltbild gilt

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für den dynamischen Zustand, d.h. dann, wenn das Gerät 36 sich im Betrieb befindet und zwischen den Elektroden ein Plasmafeld existiert.

Bei Zerstäubungsvorrichtungen der Art, für die die Erfindung konzipiert wurde, wird der Eingangswiderstand CD vorwiegend von den Einrichtungen zur Halterung des Targets, beispielsweise den vakuumdichten Durchführungen, den Montageeinrichtungen usw. gebildet.

Wenn das Target aus halbleitendem oder nichtleitendem Material besteht, ist die Impedanz RT hoch, während der kapazitive Blindwiderstand CT sehr niedrig ist und damit die Gesamtimpedanz beherrschend beeinflußt, da sie die Impedanz RT überbrückt. Bei Targets aus Metall oder anderen leitfähigen Materialien ist die Impedanz RT sehr klein, d.h. praktisch gleich Null. Sie überbrückt den von der Targetkapazität CT gebildeten Blindwiderstand und macht ihn unwirksam. Bei praktisch ausgeführten Targetkonfigurationen von Zerstäubungsvorrichtungen umfassen metallische Schirmungen das Target und verhindern Glimmentladungen außer an der vorderseitigen aktiven Fläche. Diese Schirmungen besitzen einen Abstand von wenigen Millimetern zu dem Target und befinden sich innerhalb der Grenzen des Crookes·schen-Dunkelraums. Sie verhindern eine Wiederablagerung der durch die Zerstäubung ausgeschlagenen Materialpartikel auf der Rückseite und an den Seitenteilen des Targets. Die nahe Anordnung dieser Schirmung verursacht jedoch eine beträchtliche parasitäre Kapazität, die mit CS bezeichnet ist.

Der Dunkelraum, der sich in dem Spalt zwischen dem Target und der Anode ausbildet, besitzt ebenfalls eine Impedanz. Diese hat eine kapazitive Blindkomponente CC sowie eine mit RL bezeichnete Wirkkomponente, die die

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ohmschen Verluste veranschaulichen soll.

Das Plasma oder Plasmafeld stellt eine Glimmentladung zwischen den beiden Elektroden dar und zeigt die Ionisierung des Hintergrundgases. Es kann als eine Kapazität CP betrachtet werden, die von einem Entladungswiderstand RP überbrückt ist. Dieser Widerstand RP kann als der dominierende Anteil der Lastimpedanz des von der Quelle 64 zu speisenden Leistungssystem betrachtet werden. Das Plasma erscheint als ein Widerstand RL in der Größenordnung von 1 000 Ohm und eine parallele Kapazität CC in der Größenordnung von etwa 20 bis 50 pF zwischen der Kathode 42 und der Anode

Mit Hilfe von Fig. 7 lassen sich die verschiedenen theoretischen Komponenten analysieren. Man kann mit ihrer Hilfe die Vorgänge abschätzen, die unter dynamischen Bedingungen in der Zerstäubungsvorrichtung auftreten. Die Schaltung veranschaulicht die Hintergründe, die zu dem oben beschriebenen Problem führen.

In Fig. 7 ist auch ein Voltmeter 66 zur Messung der sich an dem Target ausbildenden Gleichspannung dargestellt, das mittels einer geeigneten Sonde 68 über ein Hochfrequenzentkopplungsnetzwerk mit dem Leiter 38 verbindbar ist und eine Messung der negativen Gleichspannung zwischen dem Target und dem Erdpotential 48 ermöglicht. Die Gleichspannungskomponente zwischen dem Elektroden bildet sich infolge der Diodenwirkung aus, die sich bei einer Konfiguration dieser Art bei einer Plasma-Glimmentladung einstellt.

Fig. 8 zeigt ein allgemeines Schaltungsdiagramm, wobei einige Teile schematisch und symbolisch dargestellt sind. Die Vorrichtung ist in ihrer Gesamtheit mit 70 bezeichnet. Sie umfaßt eine Zerstäubungskammer oder

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-vorrichtung 46, die von einem Behälter AO umgeben ist. In diesem befinden sich zwei Targets 42-1 und 42-2 sowie zwei Anoden 46-1 und 46-2. Die grundsätzliche Anordnung, die beispielsweise das Erden der Anoden beinhaltet und zu den dargestellten dynamischen Bedingungen führt, unter denen sich die Plasmas und Dunkelräume ausbilden, entspricht derjenigen von Fig. 5 und 6. Die Bezugszeichen folgen dem gleichen System wie dort.

In diesem Fall ist die im Megaherzbereich arbeitende Hochfrequenzquelle 15 über eine allgemein mit 26' bezeichnete Koppeleinrichtung mit der Impedanzwandlerschaltung 24 verbunden. Die Koppeleinrichtung 26' ist als Koaxialkabel 72 dargestellt, deren Schirmung im Punkt 48 geerdet ist und deren innere Impedanz üblicherweise etwa 50 Ohm beträgt. Einige Kabel dieser Art besitzen eine etwas höhere Impedanz von etwa 73 Ohm. Die Induktivität 223 bildet einen Autotransformator. Sie besteht aus einer Röhre der oben beschriebenen Art mit großem Durchmesser und ist von einem veränderbaren Kondensator 224 mit einer typischen Kapazität von 80 pF überbrückt und ist mit dessen Hilfe so abgestimmt, daß sie bei der Betriebsfrequenz der Hochfrequenzquelle 15 in Resonanz 1st. Bei Resonanz bewirkt die Spule 223 eine Aufwärtstransformierung der Impedanz und der Spannung. Der obere Anschluß 226 der Spule 223 ist derjenige Signalpunkt der Schaltung 24, an dem die hohe Impedanz wirksam ist. An ihm herrscht eine Spannung, die wesentlich größer ist als die Ausgangsspannung der Hochfrequenzquelle 15. Die Spannung der Hochfrequenzquelle 15 wird dem Autotransformator 323 über eine mit 222 bezeichnete Anzapfung zugeführt. Der entsprechende Impedanzwert ist an die Impedanz der Hochfrequenzquelle angepaßt. An dem weiteren Abgriff 227 des Autotransformators 223 herrscht eine typische Spannung von 850 V₃₅. Die Impedanz an dieser Anzapfung 227 ist um das Quadrat

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des Windungsverhältnisses vergrößert und hat einen typischen Wert von 1 250 Ohm.

Die Auskoppelleitung 30 führt zu einem Schaltungspunkt 331. Dort verzweigt sie sich in die Leitungen 30-1 und 30-2, über die die Impedanzwandlerschaltung 24 mit zwei Leerlaufschaltungen 28-1 bzw. 28-2 verbunden ist. Diese Schaltungen besitzen im wesentlichen den gleichen Aufbau und beinhalten Resonanzkreise die aus Kondensator und Induktivität bestehen. Die obere Schaltung 28-1 umfaßt einen veränderbaren Kondensator 332-1 mit einem typischen Kapazitätswert von 75 pF sowie die Induktivität 334-1, die als Autotransformator wirkt. Diese Bauteile besitzen die weiter oben beschriebene allgemeine Konstruktion. Die Induktivität 334-1 ist im Punkt 336-1 angezapft und ihr unterer Anschluß ist im Punkt 48 mit Erdpotential verbunden.

Die untere Schaltung 28-2 beinhaltet einen veränderbaren Kondensator 332-2 und die als Autotransformator wirkende Induktivität 343-2, die im Punkt 336-2 angezapft ist. Die beiden Schaltungen 28-1 und 28-2 sind so eingestellt, daß sie bei der Frequenz der Hochfrequenzquelle in Resonanz sind. Sie sind über Koppelleitungen 34-1 und 34-2 mit den Lastnetzwerken 32-1 bzw. 32-2 verbunden. Die Schaltungen 28-1 und 28-2 können als Serienresonanzkreise betrachtet werden. Daraus ergibt sich, daß die Spannung an den oberen Enden der beiden Induktivitäten 334-1 und 334-2 wesentlich größer ist als die Spannung an dem Schaltungspunkt 331. Bei entsprechendem Abgleich sind diese beiden Spannungen einander gleich und werden durch den Gütewert QL jeder der Schaltungen bestimmt. Diese Umstände wurden bereits weiter oben erläutert, wobei ausgeführt wurde, daß die oberen Anschlüsse der Induktivitäten 334-1 und 334-2 etwa 18 000 V₃₃ beträgt, wenn die Güte QL den Wert 4,2 hat und die Ein-

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gangs spannung am Schaltungspunkt 331 etwa 4 230 V₃₃ ist. Die Anzapfungen 336-I und 336-2 liegen bei etwa 20 % des Induktivitätswertes, so daß die Ausgangsspannung an den Koppelleitungen 34-1 und34j0-2 etwa bei 3 600 Vgg liegt und die Impedanz einen Wert von 300 Ohm hat.

Die Anzapfungen 336-1 und 336-2 sind so gewählt, daß sie von Spitze zu Spitze gemessene Spannungen liefern, wie sie für die Erzeugung des korrekten Hochfrequenzpotentials, an den Targets 42-1 bzw. 42-2 erforderlich sind.

Die Lage der Anzapfungen 336-1 und 336-2 ist kritisch und muß daher beim Abstimmvorgang sorgfältig bestimmt werden. Eine Abweichung vom Bruchteil einer Windung in der einen oder anderen Richtung von der idealen Lage ändert den Wirkungsgrad der Leistungsübertragung. Diese Anzapfungen oder Abgriffe werden mit Hilfe von Klemmen hergestellt, die manuell auf der die Induktivität bildenden Röhre mit großem Durchmesser festgeklemmt werden.

Der Zweck der Auswahl der geeigneten Lage für die Anzapfung besteht darin, für Jedes Netzwerk die beste Kombination der Gütewerte QL zu erreichen. Alle Induktivitäten sind aus relativ dünnwandigen Kupferröhren mit großem Durchmesser hergestellt und besitzen einen statischen Gütewert Q von mehr als 175. Es treten so geringe Verluste in den einzelnen Teilen der Schaltung auf, daß sich eine Wasserkühlung der Induktivitäten erübrigt.

Durch die Position der Anzapfungen 336-1 und 336-2 werden die Spannung und die Impedanz auf jeder Leitung gesteuert. Wenn beispielsweise die Position einer

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Anzapfung nicht - wie oben erwähnt - bei etwa 20 % sondern bei etwa einem Drittel über den geerdeten Ende liegt, beträgt die Spannung an diesen Anzapfungen nicht mehr 3 600 Vgo sondern etwa 6 000 V_ss bei einer Gesamtspannung von 18 000 V₅₃ zwischen den beiden Enden der betreffenden Induktivität. Ausserdem ergibt sich ein abweichender Impedanzwert, der von dem Quadrat des Windungsverhältnisses an dem Anzapfpunkt abhängt.

Es wurde erwähnt, daß das in Fig. 5 dargestellte Lastnetzwerk 32 von den Zuständen in der Zerstäubungskammer nicht unabhängig ist. Dies trifft auch für die in Fig. 8 dargestellte Schaltung zu. Die Hauptimpedanz der Last besteht im wesentlichen aus einer Gesamtkapazität gegen Erde, die im dynamischen Zerstäubungszustand bei Vorhandensein eines Plasmas (Fig. 7) von einem geringen Widerstand überbrückt ist. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß die Kapazität des Targets 42-1 und ihre parasitären Strompfade bei der Betriebsfrequenz der Hochspannungsquelle mit der Induktivität 442-1 in Resonanz sind. Der Kondensator 443-1 ist ein Resonanz-Abgleichkondensator zur Abstimmung des Lastnetzwerkes 32-1 auf die speziellen Eigenschaften des jeweiligen Targets. Die Konstruktion der aus großen Röhren gebildeten Induktivitäten 442-1 und 442-2 erschwert eine mechanische Änderung ihrer Induktivitätswerte. Erforderlichenfalls kann jedoch auch eine Induktivitätsänderung ins Auge gefaßt werden.

Das Lastnetzwerk 32-2 besitzt den gleichen Aufbau wie das Lastnetzwerk 32-1, wobei die Induktivität 442-2 und der veränderbare Kondensator 443-2 auf das Target 42-2 und seine parasitären Strompfade abgestimmt sind.

Die für jedes der Targets 42-1 und 42-2 gewählte Impedanzkombination wird durch geeignete Wahl der Abgriffe

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336-1 bzw. 336-2 justiert, wodurch die Impedanz auf den Leitungen 34-1 bzw. 34-2 einstellbar ist.

Die Leerlaufschaltungen 28-1 und 2Θ-2 sind jeweils über Gleichspannungs-Abriegelungskondensatoren 444-1 bzw. 444-2, die in den Zuleitungen 38-1 bzw. 38-2 liegen, mit den Targets oder Kathoden 42-1 bzw. 42-2 verbunden. Diese Abriegelungskondensatoren besitzen eine Kapazität von beispielsweise 2 nF und beeinträchtigen die Wirkung der Schaltungen nicht. Die besondere Gestaltung der Lastnetzwerke 32-1 und 32-2 begründet den hohen Wirkungsgrad der Vorrichtung und bildet einen besonders wichtigen Aspekt der Erfindung. Die Induktivitäten 442-1 und 442-2 sind an ihren Mittelpunkten 445-1 bzw. 445-2 angezapft. Die Kopplungspunkte 441-1 und 441-2 sind mit diesen Anzapfungen verbunden. Die Induktivitäten bilden einen Ausgleich für die Targetkapazitäten, in dem sie mit ihren Induktivitätswerten die kapazitiven Blindwiderstände der Targets aufheben. Dies ist offensichtlich nur dann der Fall, wenn der wirksame kapazitive Blindwiderstand des Targets kombiniert mit der Kapazität des Target-Abstimmkondensators genau so groß ist wie der wirksame induktive Blindwiderstand der Induktivität.

So muß bei dem Lastnetzwerk 32-1 der induktive Blindwiderstand der Spule 4J&2-1 dein Betrag nach genau so groß sein wie der kapazitive Blindwiderstand des Targets 42-1 und des Abstimmkondensators 443-1, während bei dem Lastnetzwerk 32-2 der induktive Blindwiderstand der Spule 442-2 genau so groß sein muß wie der kapazitive Blindwiderstand des Targets 42-2 und des Abstimmkondensators <~- 443-2. Dies trifft auch für die Schaltung nach Fig. 4 ^ zu.

Im folgenden sei die Wirkung der in Fig. 8 dargestellten

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Vorrichtung 70 noch einmal kurz zusammengefaßt: Die niedrige Spannung und die niedrige Eingangsimpedanz an der Anzapfung 222 werden in ein Leistungssignal hoher Spannung umgewandelt, die an den Leitungen 38-1 und 38-2 anliegt und eine optimale Leistungsübertragung zu einer Nutzlast ermöglicht, die von einer vergleichsweise niedrigen Impedanz überbrückt ist.

Bei einer praktisch ausgeführten Anlage hatte die Hochfrequenzquelle eine effektive Wechselspannung von AOO V-j, was einer von Spitze zu Spitze gemessenen Spannung von etwa 1 128 V₃₃ entspricht. Die Schaltung diente zur Speisung einer Mehrzahl von Targets. Bei einer Leistung der Hochfrequenzquelle von 3 200 ¥ betrug die an jedem Target anliegende Spannung 4 200 Vgg. An jedem Target entwickelte sich durch Gleichrichterwirkung eine Gleichspannung von 2 000 V. Jedes Target stellte eine Last mit einer parasitären Kapazität von etwa 620 pF dar, die bei einer Frequenz von 13,56 MHz einen kapazitiven überbrückungswiderstand von etwa 15 0hm darstellte.

Die in Fig. 9 dargestellte Vorrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit 80 bezeichnet ist, umfaßt eine Vielzahl von Targets, die aus einer gemeinsamen Hochfrequenzquelle gespeist werden sollen. Es ist eine entsprechende Vielzahl von in Reihe angeordneten Resonanznetzwerken vorgesehen, die die für eine wirksame Leistungsübertragung zu den einzelnen Targets erforderliche Spannungs- und Impedanztransformation vornehmen. In der Zeichnung sind drei derartige Reihenschaltungen dargestellt. Neben der Hochfrequenzquelle 15 ist auch die Impedanzwandlerschaltung 24 allen Reihenschaltungen gemeinsam zugeordnet. Zwei der dargestellten Reihenschaltungen dienen zur Speisung der Targets 42-1 und 42-2.

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Die dritte Reihenschaltung steht stellvertretend für eine Mehrzahl weiterer Reihenschaltungen zur Speisung einer entsprechenden Zahl von Targets. Die Gesamtzahl der Reihenschaltungen und Targets ist allgemein mit η bezeichnet. Das letzte dargestellte Target trägt dementsprechend die Bezeichnung 42-n.

Es wurde eine Vorrichtung dieser Art ausgeführt und erfolgreich betrieben, bei der 12 Targets vorgesehen waren, die über 12 Reihenschaltungen von abgestimmten Resonanzkreisen gespeist wurden, deren Gestaltung sich nicht wesentlich von der in Fig. 9 dargestellten Schaltung unterschied. Die gestrichelte Linie 82 soll andeuten, daß die Anzahl der Reihenschaltungen innerhalb eines weiten Bereichs beliebig groß sein kann um eine entsprechend große Zahl von Targets zu speisen.

Die Bezugszeichen in Fig. 9 sind so gebildet, daß sich der Aufbau und die Wirkungsweise der dargestellten Vorrichtung 80 aus der zu Fig. 8 gegebenen Erklärung ergeben, da praktisch keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Schaltungen bestehen.

Man erkennt jedoch, daß der Abgriff 227 der Induktivität 223 in Fig. 9 an einer etwas anderen Stelle steht als der gleichbenannte Abgriff in Fig. 8. Und zwar befindet sich der Abgriff 227 im Fall von Fig. 9 näher an dem mit Erdpotential verbundenen Ende der Induktivität. Der Grund hierfür besteht darin, daß die reflektierte Lastimpedanz aller Targetkonfigurationen und ihrer parasitären Effekte die Impedanz am Einspeisepunkt 331 beeinflußt. Diese Impedanz wird durch das Hinzufügen jedes weiteren Targets etwas niedriger. Die Einstellung des Abgriffs 227 erfolgt vorzugsweise auf experimentellem Wege, was für eine geübte Bedienungsperson ohne weiteres möglich ist.

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Weiter unterscheidet sich die in Fig. 9 dargestellte Vorrichtung 80 von der Vorrichtung gemäß Fig. 8 durch die Form der Zerstäubungsvorrichtung. Das (in den bisher behandelten Zeichnungen nicht dargestellte) Substrat ist mit 84 bezeichnet. Es besteht im vorliegenden Fall aus einer Bahn aus Metall, Kunstharz oder einem ähnlichen flexiblen Material und liegt zwischen den Targets und der gemeinsamen Anode 46. Die Plasmas 52-1, 52-2... 52-n ist in jedem Fall auf das Substrat gerichtet, so daß der Niederschlag des zerstäubten Materials auf das Substrat 84 und nicht auf die Anode 46 erfolgt. In der Zerstäubungsvorrichtung 36 befindet sich eine Vorratsspule 86 sowie eine Aufwickelspule 88 zur Aufnahme des beschichteten Substrats in der von dem Behälter 40 begrenzten Zerstäubungskammer. Bei anderen Konstruktionen können sich die zuletztgenannten Elemente ausserhalb befinden, so daß das Substrat eintreten und austreten kann, ohne daß der Betrieb nach einer gewissen Zeitspanne unterbrochen werden muß, wenn der Vorrat auf der Spule 86 verbraucht ist.

Die Kondensatoren 332-1, 332-2...332-n in den Leerlaufschaltungen können als "Antriebskondensatoren" aufgefaßt werden, während die Induktivitäten 336-1, 336-2... 336-n als "Leerlaufspulen" aufgefaßt werden können.

Es geschieht oft, daß die Targets unterschiedlichen physikalischen Abstand von dem ihnen zugeordneten Leerlauf-Abstimmnetzwerken haben, wodurch bei der Betriebsfrequenz unterschiedliche elektrische Bedingungen entstehen. Die räumliche Lage der Targets kann gegen der Konstruktion ihrer Schirmungen und der ausseren Umgebungsstruktur der Zerstäubungskammer zu unterschiedlichen elektrischen Erscheinungen führen. Ausserdem können die Signale durch verteilte Induktivitäten unter-

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schiedlich verzögert werden. In solchen Fällen eignet sich die in Fig. 10 dargestellte Vorrichtung 9 zur Kompensation der resultierenden elektrischen Differenzen.

Die Lösung dieses Problems erfolgt bei der Anordnung gemäß Fig. 10 durch eine leicht abgeänderte Ausführungsform der tBisEAniinno,, Ferner zeigt die Vorrichtung 90 eine abweichende Elektrodenkonfiguration. Und zwar besitzt die Anode die Form einer großen rotierenden Trommel, die über den Leiter 50 geerdet ist. Es sind zwei Targets 42-1 und 42-2 dargestellt, die teilweise von geerdeten Schirmungen 92 umgeben sind. Die freien Oberflächen der Targets 42-1 und 42-2 liegen der Anode 46 gegenüber und sind bogenförmig gestaltet, so daß der Plasmaspalt zwischen den Targets und der Anode gleichförmig ist. Das sich ausbildende Plasma ist mit 52-1 und 52-2 bezeichnet. Ein Substrat ist nicht dargestellt. Es sei angenommen, daß eine Bahn des Substratmaterials während des Zerstäubungsvorgangs über die Trommel läuft.

Es tritt das Problem auf, daß die elektrischen Abstände zwischen den Abgriffpunkten 336-1 und 336-2 einerseits und den Eingangsanschlüssen der Lastnetzwerke 32-1 bzw. 32-2 andererseits unterschiedlich groß sind. Es sei angenommen, daß der physikalische Abstand zwischen der Leerlaufschaltung 28-1 und den ihr zugeordneten Target 42-1 kleiner ist als der Abstand zwischen der Leerlaufschaltung 28-2 und ihrem Target 42-2. Es ist daher erforderlich, die elektrischen Längen der Leitungen 34-1 und 34-2 gleich zu machen, damit optimaler und abgeglichener Betrieb erreicht werden kann. Dies geschieht in einfacher Weise durch die Einfügung einer kleinen Induktivität in die kürzere Leitung 34-1. Diese Induktivität ist mit 94 bezeichnet und so bemessen, daß die Leitungen elektrisch gleich lang sind. Unter der Annahme, daß die Leitung 34-1 die kürzere ist, ist ihre

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als konzentrierte Induktivität 96 dargestellte verteilte Induktivität kleiner als die Induktivität 98 der Leitung 3^-2. Durch den Ausgleich der elektrischen Längen mit Hilfe der Induktivität 94 werden Unterschiede in den Signalverzögerungen auf den Leitungen vermieden, so daß alle Targets in gleicher Weise und gleichphasig erregt werden.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung ist auch das Impedanzwandlernetzwerk 24 in einer Form anders gestaltet, die bei einigen Anwendungsfällen Vorteile mit sich "bringt. Die Impedanzwandlerschaltung besteht aus zwei^ßi^ilesonanzkreisen 230 und 231» die hintereinander geschaltet sind. Durch geeignete Abstimmung der veränderbaren Kondensatoren 226, 221 und 229 in Kombination mit den Induktivitäten 225 und 228 lassen sich im Resonanzzustand an dem Anschluß 227 gegenüber dem Eingangssignal am Schaltungspunkt 222 Bedingungen herstellen, die mit denen übereinstimmen, welche bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gegeben sind. Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß gegebenenfalls von dem Koaxialkabel 72 ausgestrahlte Störsignale verringert werden.

Eine weitere Änderung der Vorrichtung 90 betrifft die Art und Weise, in der die Induktivitäten 242-1 und 242-2 der Lastnetzwerke abgegriffen werden. Obwohl die Ausgangsabgriffe «45-1 und«45-2 ebenfalls in der Mitte der Induktivitäten 442-1 bzw. 442-2 liegen, befinden sich die Eingangsabgriffe 441-1 bzw. 441-2 der Spulen in der Nähe der geerdeten Endanschlüsse. Dies bringt dann Vorteile bei der gewünschten Abstimmung und dem Abgleich mit sich, wenn die Targetkapazität sehr klein ist und beispielsweise in der Größenordnung von 100 pF liegt. Eine derart kleinere Targetkapazität kann sich dann ergeben, wenn eine für eine bestimmte Targetgröße

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konstruierte und abgeglichene Zerstäubungsvorrichtung vorübergehend oder ständig mit kleineren Targets bestückt wird.

Bei einer praktisch ausgeführten Elektrodenkonfiguration gemäß Fig. 10 war der Flächeninhalt der jeweils freien Flächen der Targets etwa 900 cm . Diese Größe ergab zusammen mit der die Targets umgebenden Schirmungen 92 eine Kapazität von etwa 550 pF. Bei einem solchen Gerät sind die Lastnetzwerke 32-1 und 32-2 am besten physikalisch so nah wie möglich bei den Targets angeordnet. Falls möglich sollten sie unmittelbar auf der Wandung 40 oder an Montageteilen angebracht sein, die hinter den Targets im Aussenraum der Kammer liegen.

Fig. 11 zeigt eine.schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es eignet sich insbesondere für Fälle, bei denen die Targetkapazität ganz besonders groß ist, beispielsweise in der Größenordnung von 800 pF oder mehr liegt. Durch eine Vergrößerung der effektiven Impedanz des Lastnetzwerks 32 ergeben sich Verbesserungen bei der Kopplungswirkung. Im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Leitung 34 mit der Induktivität 442 an deren oberem Ende, d.h. an der Hochspannungsseite verbunden, an der die Impedanz ebenfalls am größten ist. Die Induktivität 442 besitzt wieder eine. Mittelanzapfung 445, die jedoch geerdet ist. Der Abstimmkondensator 443 liegt parallel zur unteren Hälfte der Induktivität 442. Die parasitäre Targetkapazität und der Abstimmkondensator 443 überbrücken also lediglich die untere Hälfte der Induktivität 442. Somit arbeiten die parasitäre Targetkapazität und der Abstimmkondensator in einer Weise zusammen, die es ermöglicht, der Induktivität 442 eine größere Windungszahl zu verleihen. Hierdurch werden ihr Induktivitätswert vergrößert und das L/C-Verhältnis und die Arbeits-

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impedanzwerte insgesamt verbessert. Dadurch wird die Wirkung der Streukapazität des Targets 42 auf die Spule 442 zum Teil ausgelöscht, so daß die Spule einen etwas größeren Induktivitätswert besitzen kann, als dies im anderen Fall praktizierbar wäre. Der Gütewert QL wird verringert, damit verringern sich auch die fließenden Ströme, so daß sowohl die Spule 442, als auch die Spule 334 der Leerlaufschaltung weniger belastet werden.

Die Vorrichtung 100 umfaßt ferner eine Anordnung, mittels derer der Anode 46 eine sogenannte Vorspannung zugeführt werden kann. Zwischen der Anode 46 und dem Erdpotential befindet sich eine parasitäre Kapazität, die in der Zeichnung als ein in der Leitung 50 liegender Kondensator 102 angedeutet ist. Durch die Vorspannung wird die Anode auf ein negatives Potential geringer Größe gebracht, so daß sie nicht wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen auf Erdpotential liegt, sondern eine geringe negative Spannung (von etwa 10 bis 100 V) gegenüber Erde hat. Wenn die Kathode 42 infolge der Gleichrichterwirkung der Elektrodenkonfiguration eine bestimmte negative Spannung gegenüber Erde besitzt, bedeutet dies, daß das Erdpotential relativ zu der Kathode positiv ist. Falls die Anode ebenfalls gegenüber Erde um einen geringen Betrag negativ vorgespannt ist, liegt die Erde also auch gegenüber der Anode auf positivem Potential.

Durch die Einfügung eines veränderbaren Kondensators 104 in eine Leitung 106, die den einem Abgriffpunkt am Ausgang der Hochfrequenzquelle 15 angeschlossen ist, (wobei an diesem Abgriffpunkt 223 die gleiche Spannung ansteht wie an der Anzapfung 222), läßt sich die Spannungsteilung zwischen dem Target 42 und der Anode 46 einstellen. Das Spannungsteilerverhältnis wird durch das

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Verhältnis der kapazitiven Blindwiderstände der Kondensatoren 102 und 104 bestimmt, die als Teile eines Spannungsteilers wirken. Auf diese Weise läßt sich die Vorspannung von einem nahe bei Null liegenden Wert bis zu einem Wert einstellen, die in der Nähe der an dem Punkt 222 herrschenden Spannung liegt, obwohl letztere normalerweise beim Zerstäubungsvorgang nicht benutzt wird.

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Claims (32)

Patentansprüche

1.^Vorrichtung zur wirksamen Leistungszuführung an eine von dem Entladungsplasma einer Zerstäubungsvorrichtung gebildete Last aus einer Hochfrequenzquelle von einer vorbestimmten im Megaherzbereich liegenden Frequenz,

- wobei die Elektrodenkonfiguration der Zerstäubungsvorrichtung eine Targetanordnung von vergleichsweise grosser Ausdehnung sowie diese umgreifende mit Erdpotential verbundene metallische Schirmungen umfaßt und die Streukapazität zwischen der Targetanordnung einen beträchtlichen Wert hat, z.B. größer ist als etwa 200 pF, so daß der parallel zu der Streukapazität liegende Widerstand der von dem Plasma gebildeten Last wesentlich größer ist als der Blindwiderstand der Streukapazität,

- wobei ferner die Hochfrequenzquelle einen vergleichsweise niedrigen in der Größenordnung des Blindwiderstandes der Streukapazität liegenden Innenwiderstand aufweist _Ί

als

- und wobei die die Kathodenanordnung wirkende Targetanordnung beinhaltende Elektrodenkonfiguration ferner eine eine Substrathalterung bildende Anodenanordnung umfaßt, die im wesentlichen auf Erdpotential liegt,

gekennzeichnet durch ein zwischen der Hochfrequenzquelle und der Elektrodenkonfiguration liegendes Lastnetzwerk

- mit einem Parallelresonanzkreis, der einen aus einer Röhre aus leitfähigem Material gebildeten Autotransformator mit einer einzigen Induktivität beinhaltet,

- mit einem ersten Bereich des Autotransformators, der zu einem Abstimmkondensator parallelgeschaltet ist, dessen eine Belegung mit Erdpotential verbunden ist,

- mit einem zweiten Bereich des Autotransformators, der weniger als die gesamte Induktivität umfaßt und zwischen einem Ausgangsabgriff der Induktivität und Erdpotential

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liegt,

- sowie mit einem ein Gleichspannungsabriegelungselement und eine Koppelleitung beinhaltenden von dem Ausgangsabgriff zu der Targetanordnung führenden Zweig, durch den die Streukapazität zu dem zweiten Abschnitt des Autotransformators parallelgeschaltet ist,

- wobei der Parallelresonanzkreis durch die Kapazität des Abstimmkondensators auf die Frequenz der Hochfrequenzquelle abgestimmt ist und die Streukapazität durch die Induktivität desjenigen Bereiches des Autotransformators ausgeglichen wird, der Bestandteil des Parallelresonanzkreises ist,

ferner dadurch gekennzeichnet,

- daß die Induktivität einen mit der Hochspannungsquelle verbundenen Eingangsabgriff besitzt, dessen relative Lage so gewählt ist, daß eine geeignete Impedanzanpassung zwischen der Hochfrequenzquelle und dem Parallelresonanzkreis gegeben ist,

- daß die Lage des Ausgangsabgriffes der Induktivität so gewählt ist, daß bei Betrieb der Zerstäubungsvorrichtung mit einer für eine wirksame Zerstäubung erforderlichen Spannung eine geeignete Impedanzanpassung für das Plasma gegeben ist

- und daß der Quotient zwischen dem statischen und dem dynamischen Gütewert des Parallelresonanzkreises wesentlich größer ist als eins, derart daß ein niedriger Strom fließt und eine Leistungsübertragung mit hohem Wirkungsgrad stattfindet, wobei der Blindwiderstand der Streukapazität durch die genannte Induktivität aufgehoben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich des Autotransformators praktisch die gesamte Induktivität umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität mit einem Ende mit Erdpotential

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und mit dem anderen Ende mit der zweiten Belegung des Abstimmkondensators verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich des Autotransformators wesentlich weniger als die gesamte Induktivität umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsabgriff und der Ausgangsabgriff voneinander und von den Enden der Induktivität einen spannungsmäßigen Abstand haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsabgriff und der Ausgangsabgriff zusammenfallen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen des Autotransformators so gewählt sind, daß die Streukapazität und der Abstimmkondensator unterschiedlichen Bereichen der Induktivität parallel liegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsabgriff von einem Ende der Induktivität gebildet ist, daß die zweite Belegung des Abstimmkondensators mit dem zweiten Ende der Induktivität verbunden ist, daß ein etwa in der Mitte der Induktivität liegender Abgriff mit Erdpotential verbunden ist und daß der Eingangsabgriff zwischen dem etwa in der Mitte liegenden Abgriff und dem Ausgangsabgriff liegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß die Induktivität ein geradliniger Leitungsabschnitt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Länge des geradlinigen Leitungsab-

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schnittes wenigstens eben so groß ist wie die Längsabmessung der Targetanordnung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Targetanordnung eine Mehrzahl einzelner Targets umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine der Zahl der Target entsprechende Zahl von Lastnetzwerken vorgesehen ist, von denen jeweils eines zwischen der Hochfrequenzquelle und einem Target liegt,

- daß jede Induktivität in den Lastnetzwerken einen Eingangsabgriff besitzt,

- daß die Hochfrequenzquelle mit allen Eingangsabgriffen verbunden ist,

- daß jede der Induktivitäten Bestandteil jeweils eines Parallelresonanzkreises ist und jeweils einen Ausgangsabgriff besitzt

- und daß die Lage jedes dieser Ausgangsabgriffe in dem jeweiligen Lastnetzwerk relativ zu der betreffenden Induktivität so gewählt ist, daß ein geeigneter Impedanzausgleich für das über den die betreffende Induktivität beinhaltenden Parallelresonanzkreis zu speisende Target gegeben ist, wenn dieses mit der genannten Spannung betrieben wird,

wobei in jedem Parallelresonanzkreis ein niedriger Strom fließt und der induktive Blindwiderstand des mit einem Target verbundenen Parallelresonanzkreises dem Blindwiderstand der Streukapazität dieses Targets entgegenwirkt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Induktivitäten einen geradlinigen Leitungsabschnitt umfaßt.

13· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, mittels derer Differenzen in den elektrischen Parametern der betreffenden Targets ausgleichbar sind.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei weitere jeweils eine Induktivität und einen Kondensator enthaltende Netzwerke vorgesehen sind, die zwischen der Hochfrequenzquelle und der Elektrodenkonfiguration liegen, wobei das Lastnetzwerk den beiden weiteren Netzwerken nachgeschaltet ist und das erste der beiden weiteren Netzwerke der Hochfrequenzquelle nachgeschaltet ist und eine Impedanzwandlerschaltung bildet, während das zweite der weiteren Netzwerke dieser Impedanzwandlerschaltung nachgeschaltet ist und eine Leerlaufschaltung bildet, die einen Ausgangsanschluß vorbestimmter Spannung und Impedanz besitzt,

- daß eine Koppelleitung vorgesehen ist, die von dem Ausgangsanschluß der Leerlaufschaltung zu der Kathodenanordnung verläuft, derart daß die Spannung des Ausgangsanschlusses an der Koppelleitung mit der Impedanz des Ausgangsanschlusses der Leerlaufschaltung anliegt,

- daß zumindest die Induktivität des zweiten Netzwerkes einen zusätzlichen Transformator zu der Induktivität des Lastnetzwerkes bildet

- und daß die beiden weiteren Netzwerke so gestaltet und angeordnet sind, daß das Verhältnis zwischen statischer und dynamischer Güte wenigstens in der Größenordnung von 10 liegt und dadurch eine ausreichend große Leistungsübertragung unter Last bewirken.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

- daß das erste der weiteren Netzwerke den Wert der Spannung des Ausgangsanschlusses der Hochfrequenzquelle anhebt und ihre Impedanz vergrößert,

- daß das zweite Netzwerk den Wert der Spannung am Ausgang des ersten Netzwerkes und ihre Impedanz vergrößert

- und daß der ungeerdete Ausgangsanschluß der Leerlaufschaltung auf einer Spannung liegt, die wesentlich nied-

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riger ist als die zur Speisung des Plasmas erforderliche maximale Spannung des zweiten Netzwerkes und eine Impedanz besitzt, die ohne Berücksichtigung des genannten parallelen kapazitiven Blindwiderstandes im wesentlichen einen Ausgleich für die Impedanz des Plasmas bildet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15t dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Transformatoren der weiteren Netzwerke ein Autotransformator ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität der Impedanzwandlerschaltung ein Autotransformator ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzübertragerschaltung wenigstens einen Pi-Resonanzkreis beinhaltet, der eine Längsinduktivität und veränderbare Parallelkapazitäten zur Abstimmung der Impedanzwandlerschaltung aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» d a durch gekennzeichnet, daß in der Koppelleitung ein Gleichstrom-Abriegelungskondensator angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelleitung direkt von dem Ausgangsanschluß der Leerlaufschaltung zu dem Gleichspannungs-Abriegelungskondensator verläuft und daß das Lastnetzwerk mit dem Ausgangsanschluß der Leerlaufschaltung verbunden ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelleitung zwischen dem Ausgangsanschluß der Leerlaufschaltung und dem Gleichspannungs-Abriegelungskondensator einen Teil der Induktivität des Lastnetzwerkes beinhaltet.

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22. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des Lastnetzwerkes eine Spule ist, die aus einer Röhre aus leitfähigem Material gewunden ist und einen Abgriff besitzt, der mit dem Ausgangsanschluß der Leerlaufschaltung zusammenfällt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, d adurch gekennzeichnet, daß der Abgriff zumindest annähernd ein Mittelabgriff ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung eine Vielzahl von Kathoden umfaßt und eine entsprechende Vielzahl von Schaltungskaskaden vorgesehen ist, deren jede zwischen die Hochfrequenzquelle und jeweils eine Kathode geschaltet ist und daß die genannte Impedanzwandlerschaltung allen Schaltungskaskaden gemeinsam zugeordnet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenanordnung aus einer Einzelanode besteht, daß alle Kathoden relativ zu der Anode in einer die Ausbildung eines Plasmas ermöglichenden Weise angeordnet sind, wobei die von den einzelnen Kathoden gebildeten Plasmas im wesentlichen unabhängig voneinander sind, und daß Transportmittel vorgesehen sind, mittels derer das zu beschichtende Substrat derart bewegbar ist, daß jeder Teil der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats nacheinander durch alle Plasmazonen geführt wird, während es sich an den Kathoden vorbeibewegt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer rotierbaren zylindrischen Trommel besteht, daß die Transportmittel so gestaltet sind, daß sie das Substrat längs eines beträchtlichen Umfangbereiches der zylindrischen Oberfläche der Trommel mit dieser in Berührunghalten, daß die Kathoden innerhalb

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des von dieser Umfangsflache begrenzten Bereiches angeordnet sind und daß das Substrat bei der Rotation der Trommel an den Kathoden vorbeigeführt wird.

27. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15t dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung und die Anodenanordnung eine Vielzahl von Kathoden-Anoden-Konfigurationen umfassen, und daß eine entsprechende Vielzahl der genannten Schaltungskaskaden vorgesehen ist, die jeweils eine der Kathoden-Anoden-Konfigurationen mit der Hochfrequenzquelle verbinden.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Abstand zwischen der Hochfrequenzquelle und wenigstens zwei der Kathoden-Anoden-Konfigurationen unterschiedlich ist und daß in den Schaltungskaskaden Schaltmittel vorgesehen sind, mittels derer diese Differenz kompensierbar ist, derart daß alle Kathoden-Anoden-Konfigurationen gleichzeitig und gleichphasig erregt werden.

29. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, mittels derer die Anodenanordnung auf einem geringen negativen Potential gehalten ist, das wesentlich kleiner ist als das wirksame negative Potential der Kathodenanordnung, derart daß die Anodenanordnung während des Betriebes der Vorrichtung eine Vorspannung besitzt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel, mittels derer die Anode auf einem geringen Potential gehalten wird, einen kapazitiven Spannungsteiler beinhalten, der zwischen der Hochfrequenzquelle und Erdpotential liegt, wobei die Anodenanordnung mit dem Teilerpunkt des Spannungsteiler verbunden ist und die Hochfrequenzquelle den Punkt des

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Spannungsteilers bildet, an dem das größte negative Potential anliegt.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Teilerpunkt des Spannungsteilers und der Hochfrequenzquelle oder dem Erdpotential ein veränderbarer Kondensator angeordnet ist, der einen Teil des kapazitiven Spannungsteilers bildet und durch dessen Kapazitätänderung die Spannung an dem Spannungsteilerpunkt veränderbar ist.

32. Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenzenergie mit einer im Megaherzbereich liegenden Frequenz von einer Hochfrequenzquelle mit vergleichsweise niedriger Spannung und niedriger Impedanz zu dem Target einer Zerstäubungsvorrichtung, dem eine nicht unerhebliche parasitäre Kapazität parallel liegt, wobei das von dem Target zu erzeugende Plasma eine Erregung des Targets mit einer Spannung und Impedanz erfordert, die wesentlich größer sind als die Spannung der Hochfrequenzquelle bzw. die Impedanz der Hochfrequenzquelle oder der Blindwiderstand der parasitären Kapazität

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Die Spannung und die Impedanz der Hochfrequenzquelle werden ohne Berücksichtigung des genannten Blindwiderstandes in Resonanzstufen auf die für den Betrieb des Targets geeigneten Werte angehoben,

- ein Schwingkreis wird bei der genannten Frequenz in Rosonanz gebracht, wobei der für die Resonanz erforderliche kapazitive Blindwiderstand im wesentlichen von der genannten Streukapazität gebildet wird,

- die erhöhte Spannung und die vergrößerte Impedanz und der Resonanzkreis werden an das Target angekoppelt, wobei der parasitäre Blindwiderstand mit dem induktiven Blindwiderstand des Resonanzkreises ausgeglichen wird.

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