DD239810A1

DD239810A1 - DEVICE FOR CONTROLLING A PLASMATRON SOURCE

Info

Publication number: DD239810A1
Application number: DD27916785A
Authority: DD
Inventors: Johannes Struempfel; Ullrich Heisig; Karl Steinfelder; Siegfried Schiller; Hendrik Ivan; Peter Vetters; Reinhardt Bauer
Original assignee: Ardenne Forschungsinst
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1986-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kontrolle einer Plasmatronquelle, insbesondere bei der Herstellung von Verbindungsschichten. Das Ziel ist die langzeitstabile Kontrolle des Zerstaeubungsprozesses und die Aufgabe ist es, das Plasmaemissionssignal aus der Plasmatronquelle auszukoppeln. Erfindungsgemaess ist der den Entladungsraum umgebende Plasmaschirm mit zwei gegenueberliegenden Bohrungen in mindestens 20 mm Abstand parallel zur Targetoberflaeche verlaufend versehen. An einer Bohrung ist ein System von Metallrohren von mindestens 50 mm Laenge mit einem Durchmesser-Laengenverhaeltnis von kleiner als 1:50 angeordnet. Am der Plasmaquelle abgewandten Ende sind die Fasern eines Lichtleitkabels angebracht, welches durch die Rezipientenwand nach aussen zu den Mess- und Regeleinrichtungen fuehrt. FigurThe invention relates to a device for controlling a plasmatron source, in particular in the production of connecting layers. The goal is the long-term stable control of the Zerstäubungsprozesses and the task is to decouple the plasma emission signal from the Plasmatronquelle. According to the invention, the plasma screen surrounding the discharge space is provided with two opposing bores extending at least 20 mm apart parallel to the target surface. At a drilling a system of metal pipes of at least 50 mm length with a diameter-length ratio of less than 1:50 is arranged. At the end facing away from the plasma source, the fibers of a light guide cable are mounted, which leads out through the recipient wall to the measurement and control devices. figure

Description

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Pläsmatronquelle mit Plasmaschirm mit in ihm angebrachter Bohrung, unter Verwendung von Lichtleitkabeln, dadurch gelöst, daß unmittelbar an der Bohrung ein System von mindestens fünf Metallrohren derart angeordnet ist, daß die Achse des Systems parallel zur Targetoberfläche und in einem Abstand von mindestens 20mm von der Targetoberfläche verläuft, wobei mindestens einmal der Plasmaring der Piasmatronquelle senkrecht geschnitten wird. Die Metallrohre sind mindestens 50 mm lang und deren Durchmesser-Längenverhältnis ist kleiner als 1:50. Anden Enden jedes Metallrohres ist je eine Faser eines Lichtleitkabels eingeführt und gehaltert. Das gesamte Kabel ist aus der Vakuumkammer derart herausgeführt, daß im Bereich der Wand jede Faser einzeln durch eine Bohrung eines elastisch verformbaren Körpers geführt ist, der durch zwei Halteteile gepreßt wird, so daß er jede Einzelfaser dichtet sowie selbst an der Fassung der Halteteile vakuumdicht anliegt. Auf der Gegenseite des Rohrsystems ist im Plasmaschirm eine weitere Bohrung angebracht, deren Durchmesser mindestens so groß ist, wie der zur Auskopplung der Plasmaemission.According to the invention the object is achieved with a Plasmatronquelle with plasma screen mounted in it bore, using optical cables, characterized in that directly at the bore a system of at least five metal tubes is arranged such that the axis of the system parallel to the target surface and at a distance of at least 20mm from the target surface, wherein at least once the plasma ring of Piasmatronquelle is cut vertically. The metal tubes are at least 50 mm long and their diameter-aspect ratio is less than 1:50. At the ends of each metal tube, one fiber each of a fiber optic cable is inserted and held. The entire cable is led out of the vacuum chamber such that in the region of the wall each fiber is guided individually through a bore of an elastically deformable body, which is pressed by two holding parts, so that it seals each individual fiber and even vacuum-tight rests on the holder of the holding parts , On the opposite side of the pipe system, a further bore is mounted in the plasma screen, the diameter of which is at least as large as that for decoupling the plasma emission.

In das System von Metallrohren dringt sowohl die Piasmatronstrahlung als auch das gesputterte Material ein.· Durch die Anordnungwirdjedoeh einedifferenzierte Wirkung auf Plasmastrahlung und gesputterten Materialstrom erreicht. In dasSystem von Meitallrohren dringt durch die Art der Anordnung nicht der direkte Materialstrom ein, der von der Oberfläche des Targets ausgeht, sondern der im Arbeitsgas gestreute Anteil. Auch dieser Anteil würde eine zu große Beschichtung der Lichtleiteinrichtung zur Folge haben, wenn nicht im Inneren der Metallrohre durch das Zusammenwirken von weiteren ' The system of metal tubes penetrates both the Piasmatron radiation and the sputtered material. The arrangement thus achieves a differentiated effect on plasma radiation and sputtered material flow. In the system of Meitallrohren penetrates by the nature of the arrangement not the direct flow of material, which emanates from the surface of the target, but the proportion scattered in the working gas. This proportion would also result in an excessively large coating of the light-conducting device, if not in the interior of the metal tubes due to the interaction of further '

Streueffekten und der Kondensation des gesputterten Materials an den Innenwandungen der Metallrohre der Materialstrom um Größenordnungen reduziert wird, während die Intensität nur um einen kleinen Faktor geschwächt wird, da die Summe der Querschnitte der Metallrohre etwa der Fläche der Bohrung im Plasmaschirm entspricht. Durch das erfindungsgemäße System von Metallrohren und deren Anordnung wird weiter erreicht, daß nicht die extrem dichte Plasmaemission unmittelbapam Target zur Auskopplung gelangt, sondern die Plasmaemission aus einem Bereich zwischen Target und Substrat. Die Emission aus diesem Plasmabereich ist einerseits nicht starken Dichteänderungen, die als Folge der Targeterosion auftreten, andererseits nicht den Dichteänderungen, die mit dem Wechsel von Substraten bzw. Substratflächen im Verlaufe der Beschichtung auftreten, ausgesetzt. Durch die Anordnung des Systems von Metallrohren und insbesondere durch die Richtung der Achse des Systems von Metallrohren wird außerdem erreicht, daß weder reflektierte Strahlung vom Target noch vonder Substratoberfläche in das Lichtleitsystem eindringt. Außerdem kann auch die vom Plasmaschirm reflektierte Plasmastrahlung nicht in die Öffnungen des Systems von Rohren eindringen, da durch das System von Metallrohren nur Strahlung aus einem sehr kleinen Raumwinkel gelangen kann. In diesem Raumwinkel gibt es praktisch keine reflektierte Strahlung, da in der Verlängerung der Achse des Systems von Metallrohren auf der der Bohrung zur Auskopplung der Plasmaemission gegenüberliegenden Seite des Plasmaschirmes außerdem noch eine weitere Bohrung angebracht ist.Scattering effects and the condensation of the sputtered material on the inner walls of the metal tubes, the material flow is reduced by orders of magnitude, while the intensity is only weakened by a small factor, since the sum of the cross sections of the metal tubes corresponds approximately to the area of the bore in the plasma screen. The inventive system of metal pipes and their arrangement is further achieved that not the extremely dense plasma emission direktbapam target comes to decoupling, but the plasma emission from a region between the target and the substrate. On the one hand, the emission from this plasma region is not exposed to large changes in density which occur as a consequence of the target erosion, but on the other hand is not exposed to the density changes which occur with the change of substrates or substrate surfaces in the course of the coating. The arrangement of the system of metal tubes and in particular the direction of the axis of the system of metal tubes also ensures that neither reflected radiation from the target nor from the substrate surface penetrates into the light guide system. In addition, the plasma radiation reflected from the plasma screen can not penetrate into the openings of the system of pipes, since only radiation can pass through the system of metal pipes from a very small solid angle. In this solid angle, there is virtually no reflected radiation, as in the extension of the axis of the system of metal pipes on the bore for decoupling the plasma emission opposite side of the plasma screen also has another hole attached.

Die erfindungsgemäße Einrichtung sichert die Vakuumdichtheit des Lichtleitkabels durch den Druck, den der elastisch verformte Körper auf den Plastmantel jeder Einzelfaser ausübt. Auf diese Weise ist sowohl der Spalt zwischen Plastmantel und elastisch verformten Körper als auch zwischen Plastmantel und Einzelfaser vakuumdicht.The device according to the invention ensures the vacuum-tightness of the optical fiber cable by the pressure exerted by the elastically deformed body on the plastic sheath of each individual fiber. In this way, both the gap between the plastic jacket and elastically deformed body and between plastic jacket and single fiber is vacuum-tight.

Außerhalb der Sputteranlage werden die Einzelfasern wieder zu einem Lichtleitkabel zusammengefaßt und in einer an sich bekannten Weise zu einem Sensorfür die Plasmaemission geführt. Als Sensorfür die Umwandlung des Optischen Signals in ein elektrisches Signal kann ein Sekundärelektronenvervielfacher oder eine Fotodiode verwendet werden. Im aligemeinen werden hinsichtlich der Wellenlänge ausgewählte Signale dem Sensorzugeführt. Um dies zu erreichen, wird die emittierte Strahlung vor dem Sensor monochromatisiert. . .Outside the sputtering system, the individual fibers are again combined to form a light guide cable and guided in a manner known per se to a sensor for the plasma emission. As a sensor for converting the optical signal into an electrical signal, a photomultiplier or a photodiode can be used. In general, signals selected in terms of wavelength are fed to the sensor. To achieve this, the emitted radiation in front of the sensor is monochromatized. , ,

Ausführungsbeispiel -Exemplary embodiment

Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Plasmatron-Beschichtungseinrichtung im Schnitt.The accompanying drawing shows a Plasmatron coating device in section.

Im Rezipenten 1 ist eine Piasmatronquelle, bestehend aus der Magneteinrichtung 2, der Dunkelfeldabschirmung 3 und dem Target 4 sowie dem Plasmaschirm 5 angeordnet. Durch die Einwirkung des katodennahen Plasmas 6 auf das Target wird der Teilchenstrom 7 zur Beschichtung des Substrates 8 erzeugt. Vor der Bohrung 9 von 8 mm Durchmesser im Plasmaschirm 5 ist ein System von zwölf Metallrohren 10 parallel angeordnet. Jedes Metallrohr 10 hat einen Innendurchmesser von 1 mm und eine Länge von 100 mm. Die Achse des Systems der Metallrohre 10 verläuft in einem Abstand von 25mm über.der Targetoberfläche, im Bereich des katodenfernen Plasmas 11. Diese Achse schneidet den Plasmaring der Entladung zweimal, in Verlängerung der Achse ist eine weitere Bohrung 12 und 10 mm Durchmessr im Plasmaschirm 5 angebracht. In jedes Metallrohr 10 ist eine einzelne Faser 13 des Lichtleitkabels 14 eingeführt. Im Bereich der Wand des Rezipienten 1 sind die Halteteile 15 für einen elastischen Körper 16 angeordnet. Die elastische Verformung wird dadurch erreicht, daß die Halteteile 15 als Druckplattenrnit entsprechenden Bohrungen ausgeführt sind. Das Lichtleitkabel 14 wird in bekannter Weise über einen Adapter 17 dem Sensor 18 zugeführt. Das Sensorgehäuse enthält ein optisches Filter für eine Wellenlänge von λ = 461 mm und einen Sekundärelektronenvervielfacher zur Intensitätsmessung. Die'elektronische Einheit 19 enthält die Stromversorgung für den Sekundärelektronenvervielfacher sowie eine Regeleinrichtung zur Steuerung des Sputterprozesses.In the receiver 1 is a Piasmatronquelle consisting of the magnetic device 2, the dark field shield 3 and the target 4 and the plasma screen 5 is arranged. As a result of the action of the plasma 6 close to the cathode on the target, the particle stream 7 for coating the substrate 8 is produced. Before the bore 9 of 8 mm diameter in the plasma screen 5, a system of twelve metal tubes 10 is arranged in parallel. Each metal pipe 10 has an inner diameter of 1 mm and a length of 100 mm. The axis of the system of the metal tubes 10 extends at a distance of 25mm über.der target surface, in the region of the cathode distant plasma 11. This axis intersects the plasma ring of the discharge twice, in extension of the axis is another bore 12 and 10 mm Durchmessr in the plasma screen. 5 appropriate. In each metal tube 10, a single fiber 13 of the optical cable 14 is inserted. In the region of the wall of the recipient 1, the holding parts 15 for an elastic body 16 are arranged. The elastic deformation is achieved in that the holding parts 15 are designed as Druckplattenrnit corresponding holes. The light guide 14 is fed in a known manner via an adapter 17 to the sensor 18. The sensor housing contains an optical filter for a wavelength of λ = 461 mm and a secondary electron multiplier for intensity measurement. Die'elektronische unit 19 contains the power supply for the photomultiplier and a control device for controlling the sputtering process.

Claims

Claim:

Device for controlling a plasma source, consisting of a plasma screen surrounding the discharge space, which has a bore for decoupling the plasma emission and a light guide cable for signal transmission ¹ , thereby '>

characterized in that directly at the bore (9!) in the plasma screen (5) is arranged a system of at least five metal tubes η (10) at least 50 mm in length and with a diameter-length ratio smaller than 1:50, that in each Metal tube (10) on the side facing away from the Plasmatronquelle at least one fiber (13) of the optical fiber cable (14) is inserted and held, that the Lichtleitkabel (14) through the wall of the recipient (1) is guided by each fiber (13) individually guided by a walled in the elastic body (16) which is pressed together by holding parts (15), that the axis of the system of metal tubes (10) is parallel and at least 20mm from the target surface and thereby at least once the plasma ring the plasma source is cut and that on the metal tubes (10) opposite side in the plasma screen (5) has a further bore (12) is mounted.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to a device for controlling or controlling a Plasmatronquelle using the, plasma emission. In particular, it finds application in the preparation of tie layers.

Characteristic of the known technical solutions

Plasmatron sources are used in Hochratezerstäubungsanlagen for coating substrates. It is necessary to provide the layers with certain properties, e.g. constant layer thickness or layer composition, which requires control or control of the plasmatron source. It is known to obtain from the emission of the plasma of a gas discharge information about the operating state of the discharge and to use for control or control. In Plasmatronquellen this information u.a. the density or composition of the excited sputtered target particles, the density of the excited working gas and the density or composition of the residual gas. In technical systems with Plasmatronquellen and plasma screen plasma emission is coupled through a hole in the plasma screen and a light guide z. B. a mirror system or a light guide and a window in the wall of the vacuum system fed to a sensor for the plasma radiation. The cited device has a number of disadvantages that have hitherto restricted or made impossible the use of plasma emission control.

Plants with plasmatron sources are characterized by a high rate of atomized material. Both decoupling of the plasma emission from the Plasmatronquelle z. B. through a hole in the plasma screen, not only the plasma radiation is coupled out, but it also gets sputtered material in the light guide. The sputtered material deposits on the mirrors or the end faces of the optical fiber cable and falsifies the measured value of the plasma emission, or makes the measurement impossible after a limited sputtering time. Another difficulty in decoupling the plasma emission signal to Plasmatronquellen with plasma screen is that the plasma radiation is reflected on the walls of the plasma screen and in this way the plasma emission signal! falsified. In particular, at constant power of the plasmatron source, the plasma emission signal is not constant, since due to the deposition of layers on the inner wall of the plasma screen, the reflection ratios for the plasma radiation change. Another difficulty that complicates quantitative evaluation of the plasma emission signal is due to the inherent absorption of an extended plasma. In this way, e.g. the proportionality of plasma density and measured value of the emission signal · impaired. One more difficulty in using the plasma emission for control is the change in the emission signal with the erosion of the target.

Object of the invention

The deficiencies of the known methods are to be eliminated in order to ensure a long-term stable control or control of the sputtering process.

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to provide a means for controlling Plasmatronquellen, in which the plasma emission signal is coupled out of the Plasmatronquelle with plasma screen.