DE10058768A1 - Verfahren zum Zünden eines Plasmas - Google Patents
Verfahren zum Zünden eines PlasmasInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Zünden eines Plasmas durch eine elektrische Spannung zwischen einer Kathode und einer Anode in einem Magnetfeld zur Verfügung gestellt, wobei das Magnetfeld bis zum Zünden des Plasmas durch einen Gasraum bewegt wird, der das Plasma ausbilden soll. Das Verfahren kommt bevorzugt bei einer Kathodenzerstäubungsanlage zur Anwendung. Die Vorteile der Erfindung liegen in reduzierten Prozeßgasdrücken, die eine verbesserte Homogenität der Beschichtung und eine erhöhte Standzeit von Masken in einer Kathodenzerstäubungsanlage gewährleisten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden eines Plasmas durch eine elektrische
Spannung zwischen einer Kathode und einer Anode in einem Magnetfeld. Das Verfah
ren kann insbesondere bei einer Beschichtung im Vakuum mittels einer Magnetron-
Kathodenzerstäubungsanlage zum Einsatz kommen. Bekannt ist es, ein Prozeßgas
zum Beispiel für eine Kathodenzerstäubungsanlage bei einem konstanten Magnetfeld
zu zünden. Für das Zünden eines Plasmas in konstantem Magnetfeld ist ein relativ ho
her Prozeßgasdruck erforderlich. Bei einem niedrigen Prozeßgasdruck, der die Homo
genität der Beschichtung verbessert und die Standzeit der Masken erhöht, zündet nach
dem bisherigen Verfahren ein HF-(Hochfrequenz-)Plasma nicht zuverlässig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zündfähigkeit eines Plasmas in einem
Magnetfeld zu erhöhen und einen gegenüber dem Stand der Technik niedrigeren Pro
zeßgasdruck einzustellen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
Bei der Lösung geht die Erfindung von folgenden Grundgedanken aus.
In einem Gasraum, der das Plasma ausbilden soll, wird ein Magnetfeld bis zum Zünden
des Plasmas mit einer hohen Frequenz, vorzugsweise 50 Hz hin- und herbewegt, so
daß ein maximaler Bereich des Gasraumes nach Ionen abgesucht wird, die das Plasma
zünden können. Bei einer rotationssymmetrischen Kathodenzerstäubungsanlage wird
das Magnetfeld radial über die Targetoberfläche von innen nach außen und zurück hin-
und hergeschaltet.
Mit der Erfindung lassen sich folgende Vorteile erreichen:
Zündprobleme in bestehenden Kathodenzerstäubungsanlagen werden beseitigt. Der Prozeßgasdruck, bis zu dem noch zuverlässig gezündet werden kann, kann stark, z. B. um den Faktor 2, gesenkt werden, wobei eine verbesserte Homogenität der Beschich tung und eine erhöhte Standzeit der Masken und des Targets erreicht wird. Das Verfah ren läßt sich ohne bauliche Veränderungen in einer Kathodenzerstäubungsanlage, die zum Beispiel in der DE-C1-196 54 000 beschrieben ist, anwenden, wobei die Steuerung der Elektromagneten für die Durchführung der homogenen Beschichtung auch zum Zünden des Plasmas verwendet werden kann.
Zündprobleme in bestehenden Kathodenzerstäubungsanlagen werden beseitigt. Der Prozeßgasdruck, bis zu dem noch zuverlässig gezündet werden kann, kann stark, z. B. um den Faktor 2, gesenkt werden, wobei eine verbesserte Homogenität der Beschich tung und eine erhöhte Standzeit der Masken und des Targets erreicht wird. Das Verfah ren läßt sich ohne bauliche Veränderungen in einer Kathodenzerstäubungsanlage, die zum Beispiel in der DE-C1-196 54 000 beschrieben ist, anwenden, wobei die Steuerung der Elektromagneten für die Durchführung der homogenen Beschichtung auch zum Zünden des Plasmas verwendet werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipbild einer Kathodenzerstäubungsanlage im Querschnitt mit einge
schaltetem Magnetfeld bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
Fig. 2 ein Diagramm, das die Stromversorgung von Elektromagneten beim Zünden
und Aufrechterhalten eines Plasmas bei einer Kathodenzerstäubungsanlage
mittels der Erfindung darstellt, und
Fig. 3 ein Diagramm, das die Stromversorgung von Elektromagneten bei der Zün
dung und Aufrechterhaltung eines Plasmas ohne die Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt die rechte Hälfte eines Querschnitts einer Zerstäubungskathode 7 mit der
Achse Z, einem Target 1, das als Kathode dient, einem Substrat 9, das zu beschichten
ist, und einer Anode 2 mit Seitenwänden 2a und 2b, die einen Raum 4 für ein Prozeß
gas einschließen, das zu einem Plasma gezündet werden soll. Oberhalb des Targets 1
sind erste und zweite Elektroringmagneten 5 bzw. 6 vorgesehen, die untereinander
durch einen Eisenkern verbunden sind. Ein dritter Ringmagnet 8 steht mit einer ersten
Jochplatte 11 und einer zweiten Jochplatte 12 mit jeweils daran angeordneten Polschu
hen 13 in Verbindung. Der Ringmagnet 8 erzeugt ein Hauptmagnetfeld, das aus den
Polschuhen in den Target- bzw. Prozeßgasraum austritt. Das Hauptmagnetfeld wird
durch die ersten und zweiten Elektro-Ringmagneten 5 und 6 durch Verstärken oder Ab
schwächen so beeinflußt, daß es im Prozeßgasraum 4 in Richtung des Doppelpfeils A
hin- und herbewegt wird. Gleichzeitig wird eine Zündspannung zwischen der Anode 2
und der Kathode (Target) 1 zum Zünden eines Plasmas angelegt. Durch schnelles Hin-
und Herschieben des Magnetfeldes, vorzugsweise mit einer Frequenz von 50 Hz, wird
ein maximaler Bereich nach Gasionen, die im Prozeßgas statistisch verteilt enthalten
sind, abgesucht, die das Plasma zünden können. Beim Verschieben des Magnetfeldes
3 im Prozeßgasraum 4 werden die Elektromagneten 5 und 6 kurzzeitig mit wechselnder
Polarität mit Strom versorgt.
Ein entsprechendes Strom/Zeitdiagramm ist in Fig. 2 dargestellt. Vorzugsweise wird der
Spulenstrom beginnend zum Zeitpunkt t0 von +15 A auf -15 A mit einer Frequenz von
50 Hz geschaltet und so das Magnetfeld 3 mit der gleichen Frequenz durch den Pro
zeßgasraum bewegt. Nach einer Zeit t1 zündet das Plasma (P).
Danach wird die Kathodenzerstäubungsanlage in üblicher Weise zum Beschichten be
trieben. Im Falle einer Kathodenzerstäubungsanlage mit variablem Magnetfeld während
des Beschichtungsvorgangs wird gemäß Fig. 2 beispielsweise der Strom für die Spulen
im Zeitraum von t2 bis t3 auf eine konstante Stromstärke (-15 A) eingestellt. Während
dieser Stromrichtung wird das Target in den Außenbereichen zerstäubt. Danach wird
die Stromrichtung geändert (+15 A) und das Plasma wird durch das Magnetfeld nach
innen geschoben, und es erfolgt eine Zerstäubung des Innenbereichs des Targets in
dem Zeitraum von t3 bis t4. Die Stromversorgung der Ringspulen 5 und 6 wird nach dem
Abschalten des Plasmas noch bis zum Zeitpunkt t5 aufrechterhalten und dann abge
schaltet.
Fig. 3 zeigt die Stromversorgung der Ringspulen 5 und 6 im Falle einer Kathodenzer
stäubungsanlage mit variablem Magnetfeld bei der Zündung und der Zerstäubung der
Kathoden ohne das erfindungsgemäße Zündverfahren. In der Zeit t0 bis t2 werden die
Ringspulen 5 und 6 mit einem konstanten Strom von -15 A versorgt. Zum Zeitpunkt t1
zündet das Plasma und wird während des Zeitraums t1 bis t3 aufrechterhalten. Während
der negativen Stromrichtung im Zeitraum von t1 bis t2 werden die Außenbereiche des
Targets zerstäubt, und in dem Zeitraum von t2 bis t3 wird der Innenbereich des Targets
zerstäubt. Für das Zünden des Plasmas ohne das erfindungsgemäße Zündverfahren
müssen höhere Prozeßgasdrücke als beim Zünden mit dem erfindungsgemäßen Ver
fahren eingestellt werden. Es ist mindestens ein Gasdruck von 3 Pa erforderlich. Dem
gegenüber läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Zündverfahren ein Prozeßgasdruck
von 1-2 Pa, vorzugsweise 1,5 Pa, verwenden. Dadurch ergibt sich eine bessere Homo
genität der Beschichtung und eine erhöhte Standzeit der Masken in der Kathodenzer
stäubungsanlage.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Zünden eines Plasmas in einer
Kathodenzerstäubungsanlage verwendet. Es kann aber auch bei anderen mit Plasma
arbeitenden Vorrichtungen, in denen Prozeßgase mit niedrigem Druck eingesetzt wer
den sollen, zum Einsatz kommen.
Claims (14)
1. Verfahren zum Zünden eines Plasmas in einem Gasraum (4) durch eine elektri
sche Spannung zwischen einer Kathode (1) und einer Anode (2) in einem Ma
gnetfeld (3), wobei das Magnetfeld (3) bis zum Zünden des Plasmas durch den
Gasraum (4) bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld (3) durch Elektromagneten (5,
6) variiert bzw. bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Magnetfeld (3) zwischen den Gren
zen (2a bzw. 2b) des Gasraumes (4) hin- und herbewegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Magnetfeld (3) mit einer
Frequenz von 50 Hz bewegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei während des Zündungsvor
gangs in dem Gasraum (4) ein Druck von 1-2 Pa, vorzugsweise 1,5 Pa, eingestellt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Elektromagneten (5, 6)
ein Hauptmagnetfeld (3) variieren.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer Kathoden
zerstäubungsanlage (7).
8. Anwendung nach Anspruch 7, wobei die Elektromagneten konzentrisch angeord
nete erste und zweite Ringmagneten (5 bzw. 6) sind.
9. Anwendung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Hauptmagnetfeld (3) durch einen
dritten Ringmagneten (8) erzeugt wird.
10. Anwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Gasraum (4) durch ein
Target (1), das als Kathode dient, Seitenwände (2), die als Anode dienen und ein
zu beschichtendes Substrat (9) begrenzt ist.
11. Anwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei Elektromagneten (5, 6),
die beim Zerstäubungsprozeß benutzt werden, auch zum Zünden des Plasmas
eingesetzt werden.
12. Anwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der elektrische Strom für
die ersten und zweiten Ringmagneten (5 bzw. 6) zwischen +15 A und -15 A hin-
und hergeschaltet wird.
13. Anwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei in dem ersten und im
zweiten Ringmagneten (5 bzw. 6) ein Eisenkern (10) zum Verstärken des Ma
gnetfeldes der ersten und zweiten Ringmagneten (5 bzw. 6) und zur Abschirmung
gegen Kurzschlußfeldlinien des dritten Ringmagneten (8) angeordnet ist.
14. Anwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der magnetische Fluß des
dritten Ringmagneten (8) durch eine erste Jochplatte (11 bzw. 12) und Polschuhe
(13) geleitet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000158768 DE10058768C2 (de) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | Verfahren zum Zünden eines Plasmas |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE10058768A1 true DE10058768A1 (de) | 2002-06-06 |
DE10058768C2 DE10058768C2 (de) | 2003-08-21 |
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Family Applications (1)
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DE2000158768 Expired - Fee Related DE10058768C2 (de) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | Verfahren zum Zünden eines Plasmas |
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DE (1) | DE10058768C2 (de) |
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2000
- 2000-11-27 DE DE2000158768 patent/DE10058768C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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