DE19848636C2 - Verfahren zur Überwachung einer Wechselspannungs-Entladung an einer Doppelelektrode - Google Patents
Verfahren zur Überwachung einer Wechselspannungs-Entladung an einer DoppelelektrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer
Wechselspannungs-Entladung an einer Doppelelektrode,
insbesondere zwischen zwei Targets für die Kathodenzer
stäubung. Das Verfahren dient zur Vermeidung des Übergangs
der Entladung vom Zustand der anomalen Glimmentladung in
eine Bogenentladung.
Die Doppelelektrode ist dabei grundsätzlich eine Anordnung
für einer Wechselspannungs-Entladung zwischen zwei einzel
nen Elektroden. Die einzelnen Elektroden werden alter
nierend an kathodisches und anodisches Potential gelegt.
Der verfahrenstechnische Einsatz der Wechselspannungs-
Entladung kann dabei verschiedenen Zwecken dienen. Einer
seits können die Parameter und Elektroden-Materialien
derart gewählt werden, daß im wesentlichen das sich mit
der Entladung ausbildende Plasma technisch genutzt wird,
andererseits können die Parameter und eingesetzten Elek
troden-Materialien derart gewählt werden, daß diese Mate
rialien jeweils auf der kathodischen Seite durch die
Entladung zerstäubt werden. Das letztere Verfahren, die
Kathodenzerstäubung oder das Sputtern, dient verfahrens
technisch zur Abscheidung der Elektroden-Materialien als
dünne Schicht auf einem Substrat. In der Praxis werden die
Elektroden bei der Kathodenzerstäubung als Targets, ent
sprechend Target-Material, bezeichnet.
Die Frequenz, d. h. die Phasen des Umschaltens der Elek
troden zwischen anodischem und kathodischem Potential,
liegt in der Praxis üblicherweise zwischen 10 und 80 kHz.
Der Verlauf der Strom- bzw. Spannungs-Kurven ist meist
symmetrisch sinusförmig, kann aber auch davon abweichen.
Die Impedanz kann auch asymmetrisch sein, z. B. wenn
verschiedenartige Targetmaterialien parallel mit unter
schiedlicher Geschwindigkeit (Sputterrate) abgestäubt
werden sollen.
Die Erfindung kann für einfache Kathodenzerstäubungsein
richtungen, wie auch für die wirksameren magnetfeldunter
stützten Magnetrons angewendet werden.
Der Einsatz der Doppelelektroden für die Kathodenzerstäu
bung erfolgt bevorzugt in Anlagen, bei denen sehr hohe
Sputterraten gefordert werden, damit andererseits hohe
Abscheideraten bei der Beschichtung ausgewählter Substrate
erzielt werden. Beispielsweise werden derartige Einrich
tungen als Doppelmagnetron in einer reaktiven Atmosphäre
zur Abscheidung von isolierenden Schichten betrieben.
Nachdem Stand der Technik sind grundsätzlich zwei Ver
fahren zur Erzeugung der Wechselspannungs-Entladung be
kannt. Vorzugsweise werden zwei Gleichstromquellen mit
entgegengesetztem Potential alternierend an die zwei
Elektroden der Doppelelektrode geschaltet. Das Verfahren
wird auch als Pulse-Magnetron-Sputter-Process (PMS) be
zeichnet (Schiller u. a. "Pulsed Magnetron Sputter Tech
nology", Surface Coating Technology, 61, S. 331-337, 1993).
Zum anderen kann die Wechselspannungs-Entladung mit einem
Mittelfrequenz-Generator erzeugt werden, der grundsätzlich
sinusförmige Strom- bzw. Spannungskurven erzeugt.
Die Erfindung dient zur Überwachung der Wechselspannungs-
Entladung, insbesondere die Überwachung einer Entladung,
bei der als Energiequelle ein Wechselstrom-Generator
eingesetzt wird. Das Verfahren kann aber auch für die
Überwachung einer Wechselspannungs-Entladung mit zwei
Gleichstromquellen eingesetzt werden.
Das Problem beim Betrieb einer Wechselspannungs-Entladung
an einer Doppelelektrode mit einem Wechselstrom-Generator
besteht darin, daß bei den in der Praxis oft sehr hohen
elektrischen Leistungen die Entladung ständig im Bereich
der anomalen Glimmentladung liegen muß. Ein Übergang der
Entladung in eine Bogenentladung darf nicht erfolgen. Die
anomale Glimmentladung ist die Voraussetzung dafür, daß
die Entladung über die gesamte wirksame Kathodenfläche
erfolgt. Das ist die Voraussetzung für eine gleichmäßige,
fehlerfreie und großflächige Beschichtung der Substrate
bzw. Substratanordnungen.
Während bei einer Wechselspannungs-Entladung mit zwei
Gleichstromquellen die kathodischen und anodischen Poten
tiale getrennt bereitgestellt werden und immer von einem
Null-Potential ausgehen, kann eine Wechselspannungs-Entla
dung mit einem Wechselstrom-Generator zu einer Elektrode
driften. Damit kann die Glimmentladung eine Asymmetrie
zwischen den Targets annehmen, bei der ein Target ein
höheres kathodisches Potential annimmt, ohne daß sich der
Charakter der sinusförmigen Strom-Spannungs-Kurve wesent
lich ändert. Dadurch steigt die Gefahr der Ausbildung
einer Bogenentladung an dem jeweiligen Target.
Die Ursachen für einen Übergang der Entladung von einer
anomalen Glimmentladung in eine Bogenentladung sind viel
fältig und können im Praxisbetrieb nicht völlig ausge
schlossen werden. So können die Ursachen von Störungen
beispielsweise in der Bildung von Flittern aus zerstäubten
Material liegen, die von Einrichtungsteilen abplatzen
und/oder zu lokalen Überhitzungen an den Elektrodenflächen
führen. Auch treten Störungen durch kurzzeitiges Aufwach
sen isolierender Schichten auf den Targets auf. Weitere
Störungen können einrichtungs- oder schaltungsbedingt
sein.
Die Bogenentladung, auch Vakuumbogenentladung genannt, ist
dadurch gekennzeichnet, daß sie eine wesentlich geringere
Impedanz als die anomale Glimmentladung aufweist, d. h. bei
gleicher Leistung ist die Brennspannung wesentlich gerin
ger und der Entladungsstrom entsprechend größer. Die
Bogenentladung ist durch eine punktförmige Verdampfung von
Elektrodenmaterial gekennzeichnet, was bei der vorliegen
den Verfahrenstechnik der Kathodenzerstäubung vermieden
werden soll. Die Gefahr zur Ausbildung einer Bogenentladung
besteht dabei im erhöhten Maß bei reaktiven Beschichtungs
verfahren.
Nach dem Stand der Technik ist es für einzelne Magnetrons
bekannt, die Stromversorgung meßtechnisch zu überwachen,
indem der Gesamtstrom und/oder die Spannung gemessen wird,
und bei Überschreitung von absoluten Vorgaben, insbesonde
re des Entladungsstromes, die Energieeinspeisung in die
Einrichtung kurzzeitig zu unterbrechen.
Rettich und Wiedemuth ("High power generators for medium
frequency sputtering applications", Internet http://huet
tinger.com/mf_paper2.doc, /11.06.97/) beschreiben die
Anforderungen an eine Stromversorgung für ein Doppelmagne
tron mit einem Mittelfrequenz-Generator. Dabei wird die
Entladung mittels Messung des Gesamt-Entladungsstromes und
der Entladungsspannung überwacht. Auf einen möglichen
Übergang der anomalen Glimmentladung in eine Bogenent
ladung wird auf zwei unterschiedlichen Wegen reagiert, die
von der Art des Bogens abhängig sind. Danach ist ein
einzelner Bogen (single arc) tolerierbar, der einen Strom
anstieg bewirkt und dabei die Stromspitze einen bestimmten
absoluten Wert in einer spezifischen Zeit nicht über
schreitet. In einem solchen Fall arbeitet der Generator
als Energiequelle ohne Unterbrechung weiter. Wenn ein
überhöhter Entladungsstrom durch eine Bogenentladung (hard
arc) gemessen wird, der das Limit für den Entladungstrom
übersteigt, reagiert der Generator innerhalb von
Millisekunden durch Absenkung des Ausgangsstromes für eine
kurze Zeit derart, daß der Bogen erlischt. Danach werden
die normalen Verfahrensbedingungen wieder neu eingestellt.
Wenn sich erneut eine Bogenentladung ausbildet, wird der
Generator abgeschaltet und für den Bediener eine Fehler
meldung ausgegeben.
Mit der Gesamtstrommessung des Entladungsstromes kann
nicht festgestellt werden, ob die Entladung symmetrisch
erfolgt oder asymmetrisch zu einem Target driftet, ohne
daß sich der Gesamtstrom wesentlich verändert. In einem
solchen Fall werden die Targets mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit abgestäubt und es kann beispielsweise
wegen Überhitzung eines der Targets leicht zum Übergang
der Glimmentladung in eine Bogenentladung kommen.
Allgemein kann nach dem Stand der Technik die Entladungs
spannung, der Entladungsstrom oder beide in Kombination
detektiert und im Falle einer unzulässigen Abweichung die
Energiezufuhr zur Entladungseinrichtung kurzzeitig unter
brochen werden.
Problematisch ist dabei, daß bei hohen Leistungen mit
Frequenzen von 10 bis 80 kHz für die Anoden-Kathoden-
Umschaltung vielfältige Fehlinterpretationen auftreten
können und die Unterbrechung der Energiezufuhr zu den
Entladungseinrichtungen in störender Weise häufig unnötig
erfolgt. Die Erfassung der mit hoher Frequenz wechselnden
Entladungsspannungen und/oder Entladungsströme wird in der
Praxis vielfach von geringfügigen summarischen Schwankun
gen beeinflußt, die nicht die Folge einer beginnenden
Bogenentladung sind.
Ein nicht erforderliches häufiges Abschalten des Doppel
elektrode wegen Fehlinterpretationen der erfaßten Ver
fahrensparameter führt jedoch zu unerwünschten Prozeßin
stabilitäten, was bei komplizierten Beschichtungsaufgaben
zur Ausbildung fehlerhafter inhomogener Schichten führen
kann.
Wenn als Schlußfolgerung des beschriebenen Sachverhaltes die
Toleranzbereiche der überwachten Meßwerte vergrößert werden,
besteht andererseits die Gefahr, daß es trotz Überwachung
doch zum Übergang der anomalen Glimmentladung in eine Boge
nentladung kommt, die Energiezufuhr nicht unterbrochen wird
und demzufolge die technologische Aufgabe in unzulässiger
Weise gestört wird.
Die DE 43 26 100 A1 gibt ein Verfahren zur arc-Früherkennung
und -Unterdrückung bei der Beschichtung von Substraten in
einer Vakuumkammer mit einer Einrichtung zur Erkennung und
Unterdrückung von unerwünschten Lichtbögen an. Dabei wird
jeweils eine Halbwelle des Mittelfrequenzsignals des
Mittelfrequenz-Generators in eine Vielzahl von Zeitabschnit
ten unterteilt, wobei für einen vorab bestimmten Zeitab
schnitt die elektrischen Werte von Strom und Spannung zur
Bildung eines Istwertsignals erfaßt und in eine erdfreie
Meßinsel eingegeben werden. Dazu wird die Spannung über
einen kompensierten symmetrischen Spannungsteiler und der
Strom über einen Wandler ermittelt. Die Meßinsel wird als
remote-Station in ein ringförmiges Netzwerk eingebunden,
dessen master-Station sich im Generator befindet. Beim Auf
treten eines arc's erfolgt die Sperrung des Generators über
eine Verbindungsleitung, die die Meßinsel mit dem Generator
verbindet. Die Parameter der arc-Überwachung und der Mess
werterfassung erfolgt mit Hilfe einer Software. Bei dieser
Lösung wird der Generator nur gesperrt und damit die Entla
dung unterbrochen, wenn ein arc bereits aufgetreten ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Überwachung einer Wechselspannungs-Entladung zwischen den
Elektroden einer Doppelelektrode anzugeben, bei dem der
Entladungsstrom und/oder die Entladungsspannung überwacht
wird bzw. werden und die Entladung unterbrochen wird, bevor
die Wechselspannungs-Entladung vom Zustand der anomalen
Glimmentladung in eine Bogenentladung übergeht.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen
mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfin
dung im Ausführungsbeispiel näher dargestellt.
Der Kern der Erfindung besteht darin, daß der Entladungs
strom und/oder die Entladungsspannung jeder der beiden Halb
wellen innerhalb einer Periode der Wechselspannungs-Entla
dung als Meßwert erfaßt wird. Bei Abweichung des Meßwertes
der nachfolgenden Halbwelle vom Meßwert der vorangegangenen
Halbwelle von einer verfahrensspezifischen Toleranzvorgabe
wird die Entladung kurzzeitig unterbrochen.
Die Erfindung kann auch in breitem Umfang abgewandelt wer
den, indem der Ermittlung der Differenz nach Anspruch 1
variierte Meßwerte zugrunde gelegt werden.
So kann nach Anspruch 2 der jeweilige Meßwert der zweiten
Halbwelle mit dem Meßwertbetrag verglichen werden, der sich
aus der Hälfte der entsprechenden summarischen Meßwerte der
ersten und zweiten Halbwelle ergibt.
In ähnlicher Weise kann es für bestimmte technologische
Anwendungen vorteilhaft sein, nach Anspruch 3 als Differenz
wert den Wert zu ermitteln, der sich zwischen einem Verhält
niswert des Entladungsstromes und der Entladungsspannung der
zweiten Halbwelle mit dem entsprechenden Verhältniswert der
ersten Halbwelle ergibt.
Entsprechend Anspruch 4 kann es bei bestimmten verfahrens
spezifischen Verhältnissen auch vorteilhaft sein, einen
summarischen oder durchschnittlichen Meßwert über mehrere
Halbwellen mit einem entsprechenden Meßwert vorangegangener
Halbwellen zu vergleichen. Die Meßwertbildung kann bei
spielsweise über zwei oder fünf Halbwellen erfolgen. Bei
einer größeren Anzahl von Halbwellen kann es bereits zur
unerwünschten Ausbildung eines Bogens kommen. Im einzelnen
sind derartige Variationen maßgeblich von den konkreten
technologischen Bedingungen und Gegebenheiten abhängig.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
nicht nur der Gesamtstrom überwacht werden kann, sondern der
Entladungsstrom an jeder Elektrode für jede Halbwelle. Von
besonderer Bedeutung ist dabei die zuverlässige Erfassung
von asymmetrischen Entladungsströmen. Vielfältige kleinere
Abweichungen von absoluten Toleranzvorgaben, die einzeln
nicht zwangsläufig zum Übergang der Glimmentladung in eine
Bogenentladung führen, können als unwesentlich eliminiert
werden und der Prozeßablauf ungestört ohne Abschaltung wei
tergeführt werden kann. Vielfach besteht trotz relativ
großer Abweichungen von den vorgegebenen Verfahrenspara
metern tatsächlich keine konkrete Gefahr für einen Übergang
in eine Bogenentladung.
Sobald jedoch aufgrund der Gegebenheiten der Entladungsstrom
einer Halbwelle im Vergleich zur vorangegangenen Halbwelle
über einen Toleranzwert ansteigt, muß davon ausgegangen
werden, daß es sich nicht nur um eine regelungstechnische
Verschiebung der Verfahrensparameter oder kleine prozeßbe
dingte Störungen handelt und die Entladung wird unterbro
chen, damit sich keine Bogenentladung ausbilden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei
spiel näher erläutert.
Die zugehörigen Zeichnungen Fig. 1a und 1b zeigen ein
Doppelmagnetron in einer als solche bekannten Ausbildung.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Kurve des Entladungsstro
mes für das Doppelmagnetron nach Fig. 1a und 1b.
In Fig. 1a und 1b ist das gleiche Doppelmagnetron darge
stellt, wobei ein Target 1 und ein Target 2 elektrisch die
Doppelelektrode bilden. Mit Bezug auf die weiteren Aus
führungen stellt die Fig. 1a die Verhältnisse für eine
erste Halbwelle der Entladung dar und Fig. 1b die folgen
de zweite Halbwelle innerhalb einer Periode des Wechsel
stromes.
Die Targets 1 und 2 sind in einer gehäuseartigen Ummante
lung 3 angeordnet und gegeneinander abgeschirmt. Außerhalb
der Ummantelung 3 und auch außerhalb der Beschichtungs
kammer sind die Targets 1 und 2 an eine Schalteinheit 4
angeschlossen, welche die Umpolung zwischen kathodischem
und anodischem Potential realisiert. Die Schalteinheit 4
ist elektrisch unmittelbar mit einer Stromversorgereinheit
5 verbunden.
Nicht näher dargestellt sind die Mittel zur Erfassung des
tatsächlichen Entladungsstromes, der Entladungsspannung
sowie der tatsächlichen Dauer der jeweiligen Halbwellen.
In der Stromversorgereinheit 5 befinden sich die Meßele
mente für Entladungsstrom und Entladungsspannung und in
der Schalteinheit 4 befindet sich das Meßelement zur
Erfassung der tatsächlichen Dauer der jeweiligen Halbwel
len.
Beispielsweise soll mit diesem Doppelmagnetron eine TiO2-
Schicht für optische Zwecke mit einer hohen Sputterrate
auf einem Glassubstrat abgeschieden werden.
Das Doppelmagnetron besteht aus zwei gleich großen Titan-
(Ti)-Targets und ist in einer Vakuumkammer als Beschich
tungskammer angeordnet. Die Kathodenzerstäubung erfolgt
dabei in einer reaktiven Sauerstoffatmosphäre. Dazu wird
in die Beschichtungskammer ein Gemisch aus Argon (Ar) und
Sauerstoff (O2) bis zu einem Arbeitsdruck von ca. 3 × 10-1 Pa
eingelassen, wobei das Mischungsverhältnis so eingestellt
wird, daß im Prozeßablauf das Titan mit dem Sauerstoff
reagiert und eine TiO2-Schicht auf dem Glassubstrat abge
schieden wird.
Nach dem Erreichen der erforderlichen Prozeßparameter in
der Beschichtungskammer werden die beiden Targets des
Doppelmagnetrons an einen Wechselstrom-Generator mit einer
sinusförmigen Strom-Spannungs-Kurve gelegt. Die Entla
dungsspannung beträgt 1000 V mit einer Frequenz von 30 kHz.
Der effektive Entladungsstrom wird auf einen Gesamtstrom
von ca. 140 A eingeregelt. Die Spitzenwerte jeder Halbwel
le einer Periode der Wechselspannungs-Entladung sollen
gleichmäßig 200 A betragen. Die beispielhaften Targets 1
und 2 haben insgesamt eine Elektrodenfläche von 12000 cm2.
Daraus ergibt sich bei dem Entladungsstrom von 50 A eine
Stromdichte von ca. 4 mA/cm2. Unter diesen Bedingungen
zündet eine anomale Glimmentladung zwischen den beiden
Targets und es kommt zu einer alternierenden Zerstäubung
des jeweils auf kathodischem Potential liegenden Titan-
Targets mit hoher Sputterrate.
Bei derartig hohen Entladungsströmen besteht in der Praxis
grundsätzlich die Gefahr, daß die erforderliche anomale
Glimmentladung durch verschiedenartige Störungen in eine
Bogenentladung übergeht. Das gilt im besonderen Maße bei
reaktiven Prozessen wie im Beispiel in Verbindung mit der
reaktiven Sauerstoffatmosphäre. Da damit regelmäßig auch
Störungen bei der Schichtausbildung auftreten und teilwei
se auch die bereits aufgebaute Schicht unbrauchbar gemacht
wird, soll das soweit wie möglich vermieden werden.
Erfindungsgemäß soll der Entladungsstrom der Wechselspan
nungs-Glimmentladung überwacht und unzulässige Störungen
detektiert werden. Wenn unzulässige Störungen ermittelt
werden, dann wird in der Folge die Entladung unterbrochen.
Ein unnötig häufiges Abschalten und Neuzünden der Entla
dung dadurch, daß auch nur kurzfristig auftretende Abwei
chungen der Entladungsparameter als "unzulässig" regi
striert werden, ist für die Schichtausbildung nachteilig
und soll weitgehend vermieden werden.
Als überwiegend unkritisch haben sich Abweichungen der
Entladungsparameter erwiesen, die durch schaltungstech
nisch bedingte Schwankungen hervorgerufen werden. Störun
gen entstehen auch durch verfahrensbedingte Ausbildungen
von kleinflächigen isolierenden TiO2-Schichten auf den Ti-
Targets, die im Verlauf der Kathodenzerstäubung verfah
renstypisch kurzfristig auch wieder von der Targetober
fläche abgestäubt werden. Eine weitere Ursache von mögli
chen Störungen ist die Ausbildung von verfahrensbedingt
auftretenden Flittern aus Titan.
Störungen, die von Natur aus nur einen kurzzeitigen Be
stand haben und regelmäßig nicht zur Ausbildung einer
kritischen stabilen Bogenentladung führen, sollen als
solche erkannt werden, damit die Entladung nicht unnötig
abgeschaltet wird.
Störungen, die zur Ausbildung einer stabilen Bogenentla
dung führen können, entstehen zumeist durch örtliche
Überhitzungen an einem Punkt an einem der Targets 1 oder
2. Dadurch driftet der Entladungsstrom bei gleichbleiben
dem Gesamtstrom mehr oder weniger schnell in Richtung
dieses Targets 1 oder 2.
Unter Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung wird der
Spitzenwert des Entladungsstromes jeder Halbwelle, d. h.
der Strom über dem Target 1 und über dem Target 2 über
wacht. Bei einer störungsfreien Entladung ist der Gesamt
strom gleichmäßig auf die beiden Halbwellen einer Periode
verteilt.
In Fig. 2 ist eine derartige gleichmäßige Entladung, d. h.
Glimmentladung, zwischen den Punkten 10 bis 14 darge
stellt. Die Spitzenwerte des Entladungsstromes an den
beiden Halbwellen bei Punkt 11 und 13 betragen gleichmäßig
+/-200 A. Der maximale Gesamtstrom beträgt 400 A (Spit
zenwert). Bei der Überwachung innerhalb dieser Periode
wird eine Differenz zwischen den Punkten 11 und 13 von
Null festgestellt. Die Entladung kann ungestört weiter
aufrechterhalten werden.
Störungen, auch wenn sie nur kurzzeitig sind, führen zu
Schwankungen des Entladungsstromes, d. h. zu einer geringen
Erhöhung des Entladungsstromes. Unkritische Störungen
bewirken regelmäßig nur kurze und begrenzte Schwankungen
des Entladungsstromes.
In Fig. 2 ist des weiteren eine unkritische Störung in
einer Periode zwischen den Punkten 14 bis 18 dargestellt.
Die erste Halbwelle dieser Periode erreicht im Punkt 15
einen Spitzenwert des Entladungsstromes von 190 A und in
der zweiten Halbwelle am Punkt 17 einen Wert von -210 A.
Daraus ergibt sich eine Differenz von -20 A. Dieser Wert
liegt im Beispiel innerhalb der verfahrensspezifisch
zulässigen Toleranz. Die Entladung wird ohne Unterbrechung
weitergeführt.
In der folgenden Periode zwischen den Punkten 18 bis 22
wird in der ersten Halbwelle am Punkt 19 ein Spitzenstrom
von 150 A und in der zweiten Halbwelle am Punkt 21 ein
Wert von -250 A gemessen. Daraus ergibt sich eine Diffe
renz von -100 A. Diese Differenz liegt außerhalb der
zulässigen Toleranz und die Entladung wird unmittelbar
durch Absenkung oder Abschaltung zum Erlöschen gebracht.
Im letzten Beispiel wurde somit eine kritische Verschie
bung der Spitzenwerte bei einem unverändertem Gesamtstrom
zwischen den Spitzenwerten der Halbwellen von 400 A detek
tiert. Die Entladung verschiebt sich in Richtung eines der
Targets 1 und 2 und es besteht die Gefahr, daß sich dort
eine Bogenentladung ausbildet. Nach dem Stand der Technik
mit einer Überwachung des Gesamtstromes wäre eine der
artige Verschiebung nicht ermittelt worden. Nach dem Stand
der Technik wird immer erst eine tatsächlich bereits
eingeleitete Bogenentladung festgestellt, wenn die Entla
dungsspannung auf einen Wert für eine Bogenentladung, meist
unter 50 V, zusammenbricht und der maximale Gesamt-Entla
dungstrom dabei erheblich ansteigt.
Vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zur beschriebenen
Überwachung der beiden Halbwellen-Spitzenstromwerte in
einer Periode noch die Differenzwerte der vorangegangenen
Periode oder einer Vielzahl, z. B. 2 bis 5 Perioden, ge
speichert werden. Damit können die Werte der folgenden
Perioden zusätzlich mit denen der vorangegangenen ver
glichen werden. Dadurch können besonders gut sich langsam
entwickelnde Verschiebungen ermittelt werden.
Parallel zum Entladungsstrom kann es verfahrensspezifisch
vorteilhaft sein, auch die Entladungsspannung und die
tatsächliche Dauer der einzelnen Halbwellen einer Periode
zu überwachen und in die Auswertung der Brenncharakteri
stik der laufenden Glimmentladung einzubeziehen.
Unter bestimmten Einsatzbedingungen kann es auch vorteil
haft sein, die Abweichungen des Entladungsstromes der
Halbwellen als mittlere Abweichung über mehrere Perioden
zu erfassen und mit entsprechenden zulässigen Toleranz
grenzen zu vergleichen.
Dabei haben sich Intervalle von beispielsweise 3 bis 5
Halbwellen als vorteilhaft erwiesen. Mit einer derartigen
Schaltung werden auch überlagerte Störungen verschiedener
Ursachen ausgefiltert, die jeweils nur in einzelnen Halb
wellen auftreten. Wenn dagegen ein erhöhter Entladungs
strom über mehrere Halbwellen festgestellt wird, dann ist
die Gefahr relativ hoch, daß ein Übergang zu einer Boge
nentladung bevorsteht.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das be
schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es ohne
weiteres möglich, daß die Meßwerte des Entladungsstromes
und die Entladungsspannung als Verhältnis oder über Fakto
ren zur Ermittlung von unzulässigen Störungen ausgenutzt
werden. In ähnlicher Weise können auch Frequenzänderungen
zur Auswertung der aktuellen Entladungsverhältnisse her
angezogen werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Überwachung einer Wechselspannungs-Entla
dung zwischen den Elektroden einer Doppelelektrode, ins
besondere zwischen zwei Targets (1, 2) für die Katho
denzerstäubung, bei dem der Entladungsstrom und/oder
die Entladungsspannung überwacht werden, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Entladungsstrom und/oder die Ent
ladungsspannung der beiden Halbwellen innerhalb einer
Periode der Wechselspannungs-Entladung gemessen wird
bzw. werden und die Differenz zwischen den jeweiligen
Meßwerten der zweiten Halbwelle und den entsprechenden
Meßwerten der ersten Halbwelle mit spezifischen Tole
ranzvorgaben verglichen wird, bei denen sich noch kein
Lichtbogen ausbildet, und bei Überschreitung der Tole
ranzvorgaben die Energiezufuhr derart abgesenkt wird,
daß die Entladung kurzzeitig erlischt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Differenz der Wert zwischen dem jeweiligen Meßwert
der zweiten Halbwelle gegenüber dem halben Meßwertbetrag
der Summe aus den Meßwerten der ersten und der zweiten
Halbwelle ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß als Differenz der Wert zwischen einem Verhält
niswert des Entladungsstromes und der Entladungsspannung
der zweiten Halbwelle mit dem entsprechenden Verhältnis
wert der ersten Halbwelle ermittelt und mit spezifischen
Verhältnis-Toleranzvorgaben verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Differenz der Wert des
Meßwertbetrages bzw. der Meßwertbeträge einer oder meh
rerer Perioden mit den Meßwertbeträgen mehrerer vor
angegangener Perioden ermittelt und mit spezifischen
Toleranzvorgaben verglichen wird.
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DE19848636A DE19848636C2 (de) | 1998-10-22 | 1998-10-22 | Verfahren zur Überwachung einer Wechselspannungs-Entladung an einer Doppelelektrode |
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