DD271827A3 - DEVICE FOR THE STABLE OPERATION OF SEVERAL PLASMATRONS FOR HIGH-RATE STREAMING - Google Patents
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Abstract
Die Einrichtung zum stabilen Betrieb mehrerer Plasmatrons beim DC-Hochratezerstaeuben dient zum Aufbringen von Verschleissschutzschichten auf Werkzeugen und anderen Gegenstaenden. Erfindungsgemaess ist jedem Plasmatron ein Messsystem zugeordnet, welches ueber Haltestufen mit einer Ueberlagerungseinrichtung verbunden ist; ebenso wie die Umschalteinrichtung der Stromversorgung ueber Steuerstufen angeschlossen ist. Der Ausgang der Ueberlagerungseinrichtung fuehrt ueber einen Plasma-Emissions-Monitor zum Ventil fuer den Reaktivgaseinlass.The device for stable operation of multiple plasma cartridges in DC high rate etching is used to apply anti-wear coatings on tools and other items. According to the invention, a measuring system is associated with each plasmatron, which is connected to a superimposition device via holding stages; as well as the switching device of the power supply is connected via control stages. The output of the superposition device leads via a plasma emission monitor to the valve for the reactive gas inlet.
Description
Die Einrichtung dient der Einstellung und Aufrechterhaltung eines stabilen Betriebes beim reaktiven DC-Hochratezerstäuben mit mehreren im Pulsbetrieb arbeitenden Plasmatrons. Vorzugsweise findet sie Anwendung beim Aufbringen von Schichten zur Standzeiterhöhung auf Werkzeugen.The device is used to set and maintain a stable operation in reactive DC Hochratezerstäuben with several pulse-duty Plasmatrons. Preferably, it finds application in the application of layers to increase the service life of tools.
« Charakteristik der bekannten technischen Lösungen«Characteristic of the known technical solutions
Beim reaktiven DC-Hochratezerstäuben ist es zur Erzielung der gewünschten Schichteigonschaften wichtig, die Reaktivgasmenge ι ichtig zu dosieren.In reactive DC high-rate sputtering, it is important to achieve the desired layer properties that the amount of reactive gas is to be metered.
Ea wurde daher vorgeschlagen, die effektive Saugleistung der Vakuumpumpe und die eingelassene Reaktivgasmenge derart aufeinander abzustimmen, daß die abgesaugte Reaktivgasmenge < 20% der eingelassenen Reaktivgasmenge ist. Die Reaktivgasströmung »us dem Target-Substratraum in Richtung der Vakuumpumpe wird durch einen spaltförmigen Kanal reduziert. Die Regelung des Reaktivgasflusses erfolgt mittels Plasma-Emissions-Monitor. (WP 260950) 3ei dem Aufbringen von Verschleißschutzschichten, vorzugsweise auf Werkzeuge, werden mindestens zwei Plasmatrons eingesetzt, wobei die Be»chichtungsrate und Plasmaeinwirkung zwischen Null und einem Maximum periodisch gepulst werden (WP 262 246). Die Plasmatrons werden dabei meist von einer gemeinsamen Stromversorgungseinrichtung zeitmultiplex gepulst betrieben.Ea has therefore been proposed to match the effective suction of the vacuum pump and the amount of reactive gas admitted in such a way that the extracted reactive gas is <20% of the amount of reactive gas admitted. The reactive gas flow »us the target substrate space in the direction of the vacuum pump is reduced by a slit-shaped channel. The regulation of the reactive gas flow takes place by means of a plasma emission monitor. (WP 260950) When applying wear protection layers, preferably to tools, at least two plasmatrons are used, whereby the coating rate and plasma action are periodically pulsed between zero and a maximum (WP 262 246). The plasmatrons are usually operated in a time division multiplex pulsed by a common power supply device.
Durch diese Puisung ergibt sich die Schwierigkeit, daß sich bei der Einstellung und Aufrechterhaltung eines stabilen Arbeitspunktes bezüglich dt s Reakiivgashaushaltes kein stabiler Betrieb einstellen läßt, weil bei Anordnung nur eines Meßsystems und Einsatz ein93 Plasma-Emissions-Monitors infolge der Puisung sich ständig die Emissionswerte verändern.By this Puisung the difficulty arises that when setting and maintaining a stable operating point with respect to dt s Reakiivgashauseses no stable operation can be set, because with the arrangement of only one measuring system and deployment ein93 plasma emission monitor due to the Puisung constantly change the emission levels ,
Eine Regelung des Gashaush.irtes war bisher in solchen Fällen nicht möglich. Es wurde deshalb mitunter ohne Regelung mit konstantem Reaktivgaseinlaß gearbeitet. DfJu rch sind aber Schichten mit hohen Güieanforderungen nicht herstellbar.A regulation of the Gashaush.irtes was previously not possible in such cases. It was therefore sometimes worked without control with constant reactive gas inlet. DfJu rch but are not producible layers with high Güieanforderungen.
Ein Parallelbetrieb von mehreren Gaseinlaßregelkreisen mit mehreren Meßsystemen, Plasma-Emissions-Monitoren und Gaseinlaßventilen scheidet wegen der gemeinsamen Regelstrecke (Rezipient) und der damit sich zwangsläufig ergebenden nicht beherrschbaren Verkopplu.ig aus.A parallel operation of several gas inlet control loops with multiple measuring systems, plasma emission monitors and gas inlet valves eliminated because of the common control system (recipient) and thus inevitably resulting unmanageable Verkopplu.ig.
Es sind die Mängel der bekannten Vei fahren und Einrichtungen zu vermeiden, um einen stabilen Betrieb, der zur Erzielung hoher Qualität der Schichten Voraussetzung ist, zu gewährleisten.It is the shortcomings of the known vehicles and facilities to be avoided to ensure stable operation, which is a prerequisite for achieving high quality of the layers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines stabilen Betriebes beim DC-Hochratezerstäuben mit mehreren Pias matrons zu schaffen, die einen kontinuierlichen, richtig dosierten Rekativgaseinlaß bei mehreren gepulst arbeitenden Plasmatrons trotz der diskontinuierlichen Arbeitsweise derselben ermöglicht. Die gewünschten Schichteigenschaften müssen reproduzierbar sein.The invention has for its object to provide a means for maintaining a stable operation in the DC Hochratezerstäuben with several Pias matrons, which allows a continuous, properly metered Rekativgaseinlaß at several pulsed-working Plasmatrons despite the discontinuous operation of the same. The desired layer properties must be reproducible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels eines Plasma-Enissions-Monitors, dem zugehörigen Meßaystem und Kollimator mit dem dazwischen befindlichen Lichtleitkabel, u,id einer für die Plasmatrons gemeinsamen Stromversorgung, dadurch gelöst, daß jedem Plasmatron ein Meßsystem zugeordnet ist und die Ausgänge jedes Meßsystems, welche die optischen Signale in elektrische Signale umwandeln, über Haltestufen mit einer Überlagerungseinrichtung verbunden sind, an welche auch die Ausgänge einer Umschalteinrichtung der Strom1 'ersorgung für die Plasmatrons über Steuerstufen angeschlossen sind. An die Überlagerungseinrichtung ist ausgangsseitig der Plasma-Emissions-Monitor angeschlossen, der mit dem Ventil für den Reaktivgaseinlaß verbunden ist.According to the invention, the object is achieved by means of a plasma-emission monitor, the associated Meßaystem and collimator with the optical cable between them, u, id a common for the Plasmatrons power supply, characterized in that each Plasmatron is associated with a measuring system and the outputs of each measuring system, which convert the optical signals into electrical signals, are connected via holding levels with a superposition device, to which the outputs of a switching device of the current 1 'ersorgung for the Plasmatrons are connected via control stages. On the output side of the superposition device, the plasma emission monitor is connected, which is connected to the valve for the reactive gas inlet.
Es wird dadurch ständig die Intensität bei einer charakteristischen Spektrallinie der vom jeweiligen Plasma ausgesendeter· Strahlung erfaßt und diese gepulsten, zeitmultiplex erscheinenden Signale werden so überlagert, daß am Ausgang derAs a result, the intensity is constantly detected at a characteristic spectral line of the radiation emitted by the respective plasma, and these pulsed, time-division-multiplexing signals are superimposed in such a way that the output of the signal
Überlagerungseinrichtung ein fiktiver Emissionswert zur Verfugung steht, der den Reaktivgaseinlaß Ober den Plasma-Emissions-Monitor und ein Gasregelventil regelt.Overlay a fictitious emission value is available, which controls the reactive gas inlet above the plasma emission monitor and a gas control valve.
Überraschend ergibt sich ein stabiles Arbeitsregime nicht, wenn die zeitmultiplex erscheinenden Emissionswerte der einzelnen Plasma-Emissions-Monitore synchron zum Umschalten der Plasmatrons zum Summenemissio.ia-Iatwert zusammengefaßt werden, sondern wenn die zeitmultiplex erscheinenden Emissionswerte über die Haltestufen jeweils zwischengespeichert zeitlich versetzt zum Umschalten der Plasmatrons wie folgt überlagert werden. Der zur Reaktivgaseinlaßregelung genutzte fiktive Emissionswert wird in der Anfmigsphase der Pulsung eines Plasmatrons aus dem zuletzt gespeicherten Emissionswert der Pulsung des zeitlich unmittelbar davorliegenden Plasmatrons gebildet, wobei die Pulsdauer des Plasmatrons größer ist, als das 2fache der Ausregelzeit des Leistungsregelkreises der gesamten Einrichtung und der zeitliche Versatz bei der Überlagerung etwa beim 0,8fachen der Ausregelzeit des Leistungsregelkreises der Piasmatroneinrichtung liegen sollte.Surprisingly, a stable operating regime does not result if the emission values of the individual plasma emission monitors appearing in time multiplex are combined synchronously with the switching of the plasmatrons to the total emission value, but if the time-multiplexed emission values are buffered in each case via the holding stages, offset in time to switch over Plasmatrons are superimposed as follows. The fictitious emission value used for the reactive gas inlet control is formed in the Anfmigsphase pulsation of a Plasmatrons from the last stored emission value of the pulsation of the immediately preceding Plasmatrons, the pulse duration of the Plasmatrons is greater than twice the settling time of the power control loop of the entire device and the time offset should be at the superposition about 0.8 times the settling time of the power control loop of Piasmatroneinrichtung.
gehalten sind, hindurchbewegt. Am Rezipienten 2 ist zum Reaktivgaseinlaß ein piezoelektrisches Ventil 3 angeordnet, welchesals Stellglied dient und mit dem bekannten Plasma-Emissions-Monitor 4 als Regler verbunden ist.are held, moved through. At the recipient 2, a piezoelectric valve 3 is arranged to the reactive gas inlet, which serves as an actuator and is connected to the known plasma emission monitor 4 as a regulator.
ausgelegt ist. Zur Stromversorgungseinrichtung 5 gehört eine schnelle, kontaktlos arbeitende Umschalteinrichtung 6 für hoheStröme.is designed. The power supply device 5 includes a fast, contactless switching device 6 for high currents.
der im Rezipienten 2 an jedem Plasmatron 1 angeordnet ist, dem Lichtleitkabel 8, welches das optische Signal zu den außerhalbdes Rezipienten angeordneten übrigen Elementen des Meßsystems 9 (Monochromator, Multiplier, Vorverstärker) überträgt, diedas elektrische Signal erzeugen. Die von jedem Meßsystem 9 im Rhythmus der Plasmatron-Pulsunrj angebotenenlocated in the recipient 2 on each plasmatron 1, the lightguide cable 8, which transmits the optical signal to the outside of the recipient arranged remainder of the measuring system 9 (monochromator, multiplier, preamplifier), which generate the electrical signal. The offered by each measuring system 9 in the rhythm of Plasmatron Pulsunrj
der Umschalteinrichtung 6 ausgenutzt werden, die über Steuerstufen 12 der Überlagerungseinrichtung 11 zugeführt werden. Inthe switching device 6 are used, which are supplied via control stages 12 of the superposition device 11. In
der Überlagerungseinrichtung 11 wird der fiktive Emissionswert aus den Proben gebildet, wobei der zeitliche Versatz zumthe superposition device 11, the fictitious emission value is formed from the samples, wherein the time offset to the
gebildete fiktive Emissionswert wird dem einkanaligen Plasma-Emissions-Monitor 4 als Eingangsgröße zugeführt, um dieformed fictitious emission value is supplied to the single-channel plasma emission monitor 4 as an input to the
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| DD31130387A DD271827A3 (en) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | DEVICE FOR THE STABLE OPERATION OF SEVERAL PLASMATRONS FOR HIGH-RATE STREAMING |
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| DD (1) | DD271827A3 (en) |
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1987
- 1987-12-24 DD DD31130387A patent/DD271827A3/en not_active IP Right Cessation
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