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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sputteranlage, insbesondere
eine Magnetronplasmaanlage, die zwei Spannungsquellen aufweist,
deren Ausgänge über jeweils eine Brücke
miteinander parallel geschaltet sind.
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Es
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sputteranlage, insbesondere
eine Magnetron-Sputteranlage zu schaffen, die eine variable Ansteuerung
der Anlage zur Erzielung unterschiedliche ausgebildeter Plasmen
mit vergleichsweise einfachen Mitteln ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anlage
gemäß Anspruch 1 und Anspruch 7 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Sputteranlage umfasst eine erste
Spannungsquelle und eine zweite Spannungsquelle, deren zwei Ausgänge über
jeweils eine Brücke miteinander parallel geschaltet sind.
In einer der beiden Brücke sind zwei gegeneinander geschaltete
Dioden angeordnet, zwischen denen ein erster Abgriff für
die Stromzufuhr in die Plasmakammer angeordnet ist. Der zweite Abgriff
für die Stromzufuhr in die Plasmakammer ist mit der anderen
Brücke verbunden. Alternativ dazu sind die beiden Spannungsquellen
oder diesen nachgeordnete elektronische Schalter, durch welche die
Spannungsquellen geschaltete werden, durch eine gemeinsame Steuerung
synchronisiert angesteuert.
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Durch
diese sehr einfache Anordnung lässt sich erreichen, dass
von den beiden Spannungsquellen lediglich die Spannungsquelle mit
einem Signal höherer Spannung durchgeschaltet wird, während die
andere Spannungsquelle in dieser Zeit gesperrt wird. Durch entsprechende
Ansteuerungen der Spannungsquellen lassen sich somit Pulsmuster
unterschiedlicher Höhe erzeugen. Selbstverständlich lassen
sich statt zwei Spannungsquellen auch drei oder mehr Quellen auf
diese Weise verbinden, wobei in der einen Brücke zwischen
jeweils zwei Spannungsquellen die Diodenschaltung vorzusehen ist und
die Abgriffe der Dioden dann wiederum über eine Diodenschaltung
zusammenzuführen sind, bis lediglich noch ein einziger
Abgriff erhalten wird. es lassen sich alle Arten von Pulsmustern
mit Gleichspannungs- und Impulsanteilen, Schwebungen zwischen zwei
Spannungsverläufen etc. erzielen.
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Die
erfindungsgemäße Anlage führt durch ihre
Variabilität zu wesentlich besseren Ergebnissen beim Sputtern,
insbesondere Magnetron-Sputtern vor allem unter Anwendung des HPPMS
(High Power Pulse Magnetron Sputtering) und HIPIMS (High Impact
Power Impulse Magnetron Sputtering)-Verfahrens.
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Der
Einsatz der Erfindung ist auch für weitere Plasmaverfahren
wie z. B. PACVD, Plasma-Nitrieren, Plasma-Ätzen, Pulsplating,
atmosphärisches Plasma vorteilhaft.
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Vorzugsweise
ist die eine Spannungsquelle eine regelbare DC-Spannungsquelle und
die andere Spannungsquelle eine regelbare DC- oder Pulsspannungsquelle.
Auf diese Weise lassen sich mit einfachen Mitteln Pulsmuster relativ
beliebiger Art erzeugen, die zu unterschiedlicher Ausbildung des
Plasmas in der Plasmakammer führen. Da zumindest eine,
vorzugsweise beide Spannungsquellen beliebig regelbar sind, können
durch entsprechende Ansteuerung der Spannungsquellen, zur Erzeugung
kombinierter Rechteck-, Sägezahn-, und/oder Sinusspannungen
beliebige Impulsmuster erzeugt werden.
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Vorzugsweise
können auch eine oder beide Spannungsquellen durch eine
Spannungsquelle gebildet sein, wie sie in der
DE 100 18 879 beschrieben ist, bei
welcher Spannungsquelle wiederum zwei regelbare Gleichstromnetzteile über
eine Brückenschaltung von elektrischen Leistungsschaltern
miteinander verbunden sind. Eine derartige Spannungsquelle ist in
der Lage, Pulsmuster unterschiedlicher Amplitude in beide Richtungen
und beliebiger zeitlicher Steuerung zu erzeugen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist wenigstens eine Spannungsquelle
für die Stromzufuhr in eine Plasmakammer vorgesehen, beispielsweise
die Spannungsquelle, die aus der
DE
100 18 879 bekannt ist. Die Plasmakammer hat eine oder mehrere
Kathoden die mit einer jeweiligen Anode umgeben ist. Die Anode ist
wenigstens durch einen Schalter und/oder wenigstens eine Diode mit
einem auf einem fest definierten Potential liegenden Anschluss verbunden.
Ein derartiger Anschluss kann beispielsweise das auf Massepotential
liegende Gehäuse der Plasmakammer sein, die leitend mit
dem Massepotential der Spannungsquelle verbunden ist.
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Durch
diese Anordnung ist es möglich, dass Potential der Anode
von Floating (ohne festen Potentialbezug) auf ein festes Potential
zu ziehen, wodurch ganz erheblich Einfluss auf die Plasmaausbildung genommen
wird. Vorzugsweise lässt sich der Schalter über
eine Steuerung steuern, über welche auch die Spannungsquelle
gesteuert wird, so dass die Beeinflussung des Plasmafeldes in der
Plasmakammer durch die Betätigung des Schalters in der
Gesamtansteuerung der Anlage berücksichtigt werden kann. Auf
diese Weise kann in sehr starkem Maße Einfluss auf das
Beschichtungsergebnis in der Sputter- oder Plasmaanlage genommen
werden.
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Durch
beide oben beschriebene erfindungsgemäße Anordnungen
lassen sich das Plasma und die Abscheidung in einer Sputteranlage,
insbesondere Magnetron-Beschichtungsanlage sehr individuell auf
unterschiedliche Targets, Substrate und deren Geometrien einstellen.
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Es
kann auch vorgesehen sein, die Diode und einen Schalter parallel
oder in Serie zwischen der Anode und dem definierten Potential,
z. B. der Masse, zu schalten.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung sind in einer Plasmakammer
zwei Anoden angeordnet. Jede der Anoden ist mit jeweils einer Brücke
der parallel geschalteten Spannungsversorgungen verbunden. Vorzugsweise
sind die Anoden zusätzlich über Schalter mit Masse
verbunden. Die Spannungsquellen sind hierbei vorzugsweise durch
Spannungsquellen gebildet, die jeweils zwei Netzteile aufweisen,
die über eine Brückenschaltung von Leistungshalbleitern miteinander
verbunden sind, um auf diese Weise Stromimpulse in beide Richtungen
mit zwei unterschiedlichen Amplituden abgeben zu können.
Vorzugsweise sind diese Spannungsquellen miteinander über
eine gemeinsame Steuerung synchronisiert.
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Eine
der beiden Spannungsquellen kann auch durch eine Wechselspannungsquelle
gebildet sein, die wie folgt ausgebildet ist. Durch eine regelbare
DC-Spannungsquelle wird ein Rechteckimpuls in positiver und anschließend
negativer Richtung erzeugt. Diese eine Periode bildende Rechteckverlauf wird über
einen Transformator in eine volle Sinuswelle höherer Amplitude
gewandelt. Diese Sinusspannung höherer Amplitude wird einem
Gleichrichter zugeführt. Dessen Ausgang bildet den Ausgang
der einen Spannungsquelle und wird wiederum mit der anderen Spannungsquelle
verbunden, wobei jede der Verbindungsbrücken mit einer
Stromzuführung für die Plasmakammer verbunden
ist. Eine der beiden Abgriffe für die Plasmakammer kann
sich in der Mitte einer Diodenschaltung befinden, die aus entgegengesetzt
geschalteten Dioden besteht. Auf diese Weise wird erreicht, dass
jeweils nur der Impuls von der Spannungs quelle höherer
Amplitude durchgeschaltet wird, wohingegen die andere Spannungsquelle gesperrt
wird. Alternativ oder zusätzlich hierfür können
selbstverständlich die Spannungsquellen auch über
eine gemeinsame Steuerung synchronisiert werden.
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Die
letztgenannte Anordnung wird vorzugsweise derart betrieben, dass
jeweils immer nur vollständige Sinusperioden generiert
werden, was dazu führt, dass der Transformator niemals
in eine Sättigung hineinläuft, wie es der Fall
sein könnte, wenn ein Impuls nur über eine Halbwelle
abgegeben wird.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Plasmakammer
zusätzlich zu dem Magnetron noch eine elektrisch leitfähige
Substrathalterung angeordnet, die gegenüber der Plasmakammer
isoliert aufgebaut ist und auf eine (Bias) Vorspannung gehalten
wird, welche Vorspannung mit den Impulsen des Magnetrons derart
synchronisiert wird, dass die Vorspannung zeitlich maximal nur während
der Pulsdauer, vorzugsweise im späteren oder End-Bereich
der Pulsdauer zugeschaltet wird. Auf diese Weise wird erreicht,
dass aufgrund der hohen Pulsstärken des Magnetrons auftretende
Ionisierungen der abgesputterten Materialien wirkungsvoll an dem
auf dem Substratteller aufliegenden Substrat abgeschieden werden
können.
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Auch
bei diesem Magnetron kann die Anode wiederum über Schalter
und/oder Dioden mit der Plasmakammer kurzgeschlossen sein. Durch
die mit dem Magnetronimpuls synchronisierte Vorspannung ist es möglich,
den Zeitpunkt der Ionisierung eines abgesputterten Materials gegen
Ende des Magnetronimpulses für eine schnellere und gezieltere
Ablagerung der Ionen auf dem Substrat zu nutzen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen
Zeichnungen beschrieben. In dieser zeigen:
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1 einen
Schaltplan einer Spannungsversorgung, die Gleichspannungspulse unterschiedlicher
Amplitude in beide Richtungen abgeben kann,
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1a, 1b eine
schematische Darstellung der Spannungsquelle aus 1,
wie sie in den nachfolgenden Figuren verwendet wird,
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2 ein
Schaltbild einer Magnetron-Plasmaanlage mit zwei Spannungsquellen,
die parallel geschaltet sind, wobei der Abgriff Diodenkammer über
eine Diodenstrecke erfolgt,
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2a bis 2c die
Spannungsverläufe am Ausgang der beiden Spannungsquellen
und den Spannungsverlauf an der Plasmakammer,
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3 eine
Magnetron-Plasmaanlage gemäß 2,
bei der die zweite Brücke offen ist, und die entsprechenden
Ausgänge der beiden Spannungsquelle auf Masse der Plasmakammer
und auf der Anode liegen,
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4 eine
Magnetron-Plasmaanlage mit zwei parallel geschalteten Spannungsquellen
die über eine zentrale Steuerung synchronisiert angesteuert
werden,
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4a den
zeitlichen Verlauf der Spannung an der Plasmaanlage aus der Stromversorgung
nach 4,
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5 eine
Magnetron-Plasmaanlage mit einer Stromversorgung, die eine Gleichspannungsquelle
und eine Spannungsquelle zur Erzeugung einer Sinusspannung aufweist,
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5a den
zeitlichen Verlauf der Spannung an der Plasmaanlage,
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6 eine
Dual-Magnetron-Plasmaanlage mit zwei Kathoden, die floatend geschaltet
sind,
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6a den
zeitlichen Verlauf der Spannung der Stromversorgung aus 6,
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7 eine
Magnetron-Plasmaanlage bei welcher zusätzlich ein Substrathalter
vorgesehen ist, der bezüglich der Plasmakammer unter einer
Vorspannung steht, welche in Synchronisation mit Hochstromimpulsen
der Magnetron-Plasmaanlage angesteuert wird,
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8 eine
Dual-Magnetron-Sputteranlage mit Spannungsquellen, die über
elektronische Schalter gesteuert werden, und
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8a eine
mit der Dual-Magnetron-Sputteranlage aus 8 erzeugbares
Pulsmuster.
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Identische
oder funktionsgleiche Teile sind in den Figuren mit den identischen
Bezugszeichen versehen. Das der Plasmakammer überlagerte
Magnetfeld des Magnetrons ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt.
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1 zeigt
ein Stromversorgungsgerät 10 für eine
Plasmaanlage mit zwei Gleichstromnetzteilen G1, G2, deren Ausgänge
durch Kondensatoren C1, C2 stabilisiert sind. An dem Gleichstromnetzteil G1
liegt die Spannung V1 an, während am Gleichspannungsnetzteil
G2 die Spannung V2 anliegt. Der positive Ausgang des ersten Gleichspannungsnetzteils
G1 ist über eine Serienschaltung zweier Leistungstransistoren
T1, T4 mit dem negativen Ausgang des Gleichspannungsnetzteils G2
verbunden. In gleicher Weise ist der negative Ausgang des ersten Gleichstromnetzteils
G1 über eine Serienschaltung von zwei Leistungstransistoren
T2, T3 mit dem positiven Ausgang des zweiten Gleichstromnetzteils
G2 verbunden. Die einer Plasmaanlage zugeleiteten Ausgänge
greifen in der Mitte zwischen den Serienschaltungen T1 T4, T2 T3
ab und sind durch Induktivitäten L1, L2 hinsichtlich der
Stromdynamik begrenzt, um sowohl die elektronischen Leistungsschalter
als auch die Plasmaanlage selbst und die darin befindlichen Substrate
SU zu schützen. In den Ausgang des Stromversorgungsgerätes
ist noch ein Stromaufnehmer SA geschaltet, dessen Ausgangssignal
einer nicht dargestellten Steuerung zur Ansteuerung der Leistungsschalter
T1 bis T4 zugeführt wird, um somit eine Regelung, d. h.
eine Feedback-geregelte Steuerung zu realisieren.
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Die
Anordnung zweier Brücken S1, S2 zwischen den positiven
Ausgängen als auch den negativen Ausgängen der
beiden Gleichspannungsnetzteile G1, G2 ermöglicht den Betrieb
des Stromversorgungsgerätes nach herkömmlicher
Art mit allerdings identisch großen Amplituden für
die negativen und positiven Stromimpulse. Es lassen sich beispielsweise
folgende Betriebsarten einstellen:
Gleichspannung DC + wenn
T1 und T2 geschlossen sind, während T3 und T4 geöffnet
sind.
Gleichspannung DC –, wenn T3 und T4 geschlossen sind,
während T1 und T2 geöffnet sind.
Unipolar
plus gepulst UP +, wenn T1 und T2 gepulst sind, während
T3 und T4 geöffnet sind.
Unipolar negativ gepulst
UP –, wenn T3 und T4 gepulst sind, während T1
und T2 geöffnet sind.
Bipolar gepulst BP, wenn T1
und T2 alternativ mit T3 und T4 getaktet werden.
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Selbstverständlich
lassen sich auch die Schalter S1, S2 in den Brücken von
der Steuerung der Spannungsquelle ansteuern, wodurch man die Betriebsmodi
zur Erzielung eines gewünschten Plasmas elektronisch gesteuert
schalten kann. Durch Betätigung der Schalter S1, S2 in
den Brü cken lassen sich unterschiedliche Betriebsmodi mit
symmetrischen oder asymmetrischen Spannungsimpulshöhen
ermöglichen.
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Eine
derartige Spannungsquelle eignet sich sehr gut als wenigstens eine
regelbare von zwei Spannungsquellen zur Erzeugung von Gleichspannung
oder hohen Impulsspannungen.
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Beim
Betrieb der Spannungsquelle 10 mit geöffneten
Schaltern S1, S2 wird das in 1a dargestellte
Schaltbild verwendet, wobei die Gleichspannungsquellen DC1 und DC2
die beiden Gleichspannungsquellen G1, G2 aus 1 beschreiben. Beim
Betrieb mit geschlossenen Schaltern, z. B. zur Erzeugung von Hochstromimpulsen,
für die beide Gleichspannungsquellen G1, G2 benötigt
werden, wird das in 1b dargestellte Schaltbild verwendet, wobei
klargestellt ist, dass sich in einem Magnetron-Sputterverfahren
die Spannungsquelle 10 aufgrund der elektronischen Ansteuerung
der Schalter S1, S2 auch in beiden Betriebsmodi fahren lässt,
d. h. ein Umschalten während des Sputter-Vorgangs erfolgen
kann. Die Schalter S1, S2 können auch als einfache Brücken
ausgeführt sein um einen symmetrischen und asymmetrischen
Betriebsmodus zu ermöglichen. In 1b bezeichnet
DC1 somit die Parallelschaltung von G1 und G2
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2 zeigt
eine Parallelschaltung dieser Spannungsquelle 10 mit einer
Gleichspannungsquelle 12, deren Ausgänge über
zwei Brücken 14, 16 parallel geschaltet
sind. In der ersten Brücke 14 sind zwei gegeneinander
geschaltete Dioden D1, D2 angeordnet, in deren Mitte der Abgriff 18 für
die Kathode 20 der Plasmakammer 22 ist. Eine die
Kathode 20 umgebende Anode 24 ist zudem über
einen Schalter Sm1 mit dem Gehäuse 26 der Plasmakammer 22 verbindbar,
die auf dem gleichen Potenzial wie die Masse der beiden Spannungsquellen 10, 12 liegt.
Mit der gezeigten Anordnung lassen sich beliebige Impulsmuster erzeugen,
bei denen eine Gleichspannung Udc1 von der Spannungsquelle 10 einer
Pulsspannung Udc2 von der Spannungsquelle 10 überlagert
ist. Durch die Betätigung des Schalters Sm1, vorzugsweise
in Synchronisation mit der Ansteuerung der Spannungsquellen 10, 12,
lässt sich eine starke Veränderung der Plasmabildung
in der Kammer 22 erzielen.
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Die 2a zeigt
die von der Spannungsquelle 12 erzeugte Gleichspannung,
während 2b das von der Spannungsquelle 10 erzeugte Impulsmuster
zeigt. Durch die Dioden D1, D2 wird ein Impulsmuster (2c)
an den Stromversorgungs-Eingängen 21, 23 der
Plasmakammer 22 erreicht, welches einer Überlagerung
der beiden Spannungsmuster aus 2a und 2b er zielt.
Dies beruht darauf, dass die Dioden die höhere Spannung von
den beiden Spannungsquellen durchlassen, wohingegen das geringere
Spannungssignal gesperrt wird.
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3 zeigt
eine zu 2 weitgehend identische Anlage 30.
Der Unterschied zu 2 besteht darin, dass die zweiten
Ausgänge der Spannungsquelle nicht wie in Fig. mit der
zweiten Brücke 16 verbunden sind, sondern der
zweite Ausgang 33 der Spannungsquelle 12 ist mit
der Anode 24 verbunden, während der Ausgang 31 der
ersten Spannungsquelle 10 mit dem Gehäuse 26 der
Plasmakammer verbunden ist. Die Parallelschaltung der zweiten Anschlüsse
der beiden Spannungsquellen 10, 12 erfolgt somit über
das In der Plasmakammer 22 gebildete Plasma. Auch dies
führt zu vorteilhaften Effekten in der Plasmabildung und
damit zur individuellen Anpassungsfähigkeit der Abscheidung
unterschiedlicher Stoffe auf Substraten unterschiedlicher Geometrie
und Materialbeschaffenheit.
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Ein ähnliches
Impulsmuster wie in 2 dargestellt, lässt
sich in der Anordnung 40 gemäß 4 durch
zwei Gleichspannungsquellen 10 erzeugen, die über
eine zentrale Steuerung 34 synchronisiert werden. Diese
Anordnung hat im Unterschied zu der Schaltung aus 2,
bei der zumindest die Spannung Udc über die gesamte Sputter-Zeit
dauerhaft anliegt, weiterhin den Vorteil, dass sich in dem zeitlichen
Spannungsverlauf neben den Spannungen der beiden Spannungsquellen 10 auch
zwischenzeitlich eine Spannung von 0 V darstellen lässt.
Dies wird erreicht, wenn beide Spannungsquellen 10 durch
die zentrale Steuerung 34 über eine gewünschte
Periode ausgeschaltet werden.
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5 zeigt
eine Magnetronanordnung umfassend eine erste Gleichspannungsquelle 10 und eine
zweite Spannungsquelle 38, die eine Sinusspannung über
eine volle Periode erzeugt, d. h. eine volle Sinuswelle. Die zweite
Spanungsquelle besteht aus einer Spannungsquelle 10 gemäß 1,
die von der Steuerung lediglich zur Erzeugung eines Doppelrechteckimpulses
mit unterschiedlichen Vorzeichen, wie eine rechteckigen "Sinuskurve"
angesteuert wird. Die Rechteckvollwelle wird über einen
Transformator 42 auf in eine aufgrund der Transformatorcharakteristik
in eine Sinusspannung transferiert, wobei sie auch auf eine höhere
Spannung transformiert und in einem nachgeschalteteten Gleichrichter 44 gleichgerichtet
wird. Der Ausgang des Gleichrichters 44 bildet den Ausgang
der zweiten Spannungsquelle 38 und ist mit dem Ausgang
der ersten Spannungsquelle 10 über zwei Brücken 14, 16 parallel
geschaltet, wobei in der ersten Brücke 14 wiederum
eine Diodenstrecke mit gegensätzlich angeordneten Dioden
D1, D2 angeordnet ist, zwischen denen der Abgriff 18 zum Anschluss 21 der
Kathode 20 der Plasmakam mer 22 angeordnet ist.
Der zweite Anschluß 23 der Plasmakammer 22 ist
direkt mit der Anode 24 verbunden, welche wiederum über
den Schalter Sm1 mit Masse 26 verbindbar ist. Der Schalter
Sm1 kann von der zentralen Steuerung 34 in Synchronisation
mit den Spannungsquellen betrieben werden. Die Stromversorgung der
dargestellten Magnetron-Plasmaanlage speist die Anschlüsse 21, 23 der
Plasmakammer 22 mit dem in 4a dargestellten
Impulsverlaufs, wobei die Spannung über die Zeit aufgetragen
ist.
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6 zeigt
eine Dual-Magnetron Anlage mit zwei Spannungsquellen 10 gemäß 1,
die über eine gemeinsame Steuerung 34 synchronisiert
angesteuert sind. Die Ausgänge der Spannungsquellen 10 sind über
zwei Brücken 14, 16 parallel geschaltet. Die
erste Brücke 14 ist über den ersten Anschluss 21 der
Plasmakammer 22 mit einer ersten Kathode 50 verbunden,
während die zweite Brücke 16 mit über den
zweiten Anschluss 23 mit einer zweiten Kathode 52 verbunden
ist, die in einem Abstand von der ersten Kathode angeordnet ist
und eine Anode 56 aufweist. Die die erste Kathode 50 umgebende
Anode 54 ist über ein Schalter Sm1 auf Masse 26 schaltbar, während
die zweite die zweiten Kathode 52 umgebende Anode 56 über
den Schalter Sm2 ebenfalls mit Masse verbindbar ist. Diese Schalter
Sm1 und Sm2 sind ebenfalls von der zentralen Steuerung 34 in
Synchronisation mit der Ansteuerung der beiden Spannungsquellen 10 ansteuerbar.
Es lässt sich mit dieser Anordnung gemäß 5 der
Spannungsverlauf gemäß 6a realisieren,
bei der wiederum der Spannungsverlauf U über die Zeit t
wiedergegeben ist. Während bei geöffneten Schaltern
sich das Plasmafeld über die beiden Anoden ausbildet, wirken
bei geschlossenen Schaltern die Abschirmungen und das Gehäuse 26 der
Plasmakammer 22 auf die Ausbildung des Plasmas ein. Zwischen
die Anschlüsse A1 und A2 kann wahlweise noch ein Transformator 53 geschaltet
werden, um sinusförmige Spannungspitzen zu erhalten.
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Schließlich
zeigt 7 eine spezielle Anlage die für hohe
Stromimpulse insbesondere für das HPPMS- und HIPIMS-Verfahren
ausgelegt ist. Diese Verfahren arbeiten mit äußerst
starken Stromimpulsen, wodurch im Verlauf des Pulses eine hohe Ionisierung
des abgesputterten Targetmaterials erzielt wird.
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Die
Magnetron-Plasmaanlage 70 gemäß 7 ist
in der Lage, eine Anodenanordnung des Magnetrons gemäß einer
der vorhergehenden Beispiele zu verwenden. In den 7a, 7b und 7c sind
beispielsweise drei Anordnungen gezeigt, die an der Stelle 60 in
die Plasmakammer 22 der Magentonanlage 70 einsetzbar
sind. Gemäß 7a und 7c handelt
es sich dabei um Dual-Magnetrons mit zwei Kathoden 50, 52 gemäß den 5 und 8 oder
um eine einzige Kathode 20 (7b), deren
Anode 24 über die Parallelschaltung eines Schalters
Sm und einer Diode D3 mit der Gehäusemasse 26 verbunden
ist. Über diese Anordnung lässt sich das Plasmafeld
in der Plasmakammer 62 stark beeinflussen. Weiterhin ist
in der Plasmakammer eine elektrisch leitende Substrathalterung 64 isoliert
angeordnet, an deren oberem Ende ein ebenfalls elektrisch leitender
Substratteller 66 vorgesehen ist, auf welchem ein Substrat 68 angeordnet werden
kann. Der Substratteller 66 ist gegenüber der Plasmakammer 22 mittels
einer BIAS-Spannungsversorgung 72, die identisch zur Spannungsquelle 10 aus 1 ausgebildet
sein kann, auf einer Vorspannung gehalten. Die Vorspannung wird über
die zentrale Steuerung 34 angesteuert, die ebenfalls über die
Spannungsquellen 10 die Anschlüsse 21, 23 der Kathoden 50, 52 oder 20 des
Magnetrons gemäß 7a, 7b oder 7c ansteuert.
Die Anlage arbeitet wie folgt. In dem Magnetron werden kurzzeitige
hohe Impulse bis mehreren MW erzeugt. Zeitlich getriggert mit der
zweiten Hälfte der Impulse wird die EIAS-Stromversorgung 72 eingeschaltet,
was folgenden Effekt hat. Am Ende der Hochstromimpulse des Magnetrons 60 wird
das gesputterte Targetmaterial stark ionisiert. Exakt zu diesem
Zeitpunkt, d. h. zum Zeitpunkt der beginnenden oder begonnenen Ionisierung
der gesputterten Teilchen wird die BIAS-Vorspannung über
die Stromversorung 72 zugeschaltet. Hierdurch lässt
sich erreichen, dass die Ionen des gesputterten Targetmaterials
sich auf dem Substrat 68 niederschlagen. Andrerseits wird über
die synchronisierte Zuschaltung der Vorspannung erreicht, dass die
Vorspannung nur dann eingeschaltet ist, wenn das gesputterte Targetmaterial
ionisiert ist. Denn eine dauernde Vorspannung ist unerwünscht, weil
dies einen negativen Effekt auf die Ausbildung des Plasmas in der
Plasmakammer 62 hat.
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Wie
oben gezeigt ist, müssen die Spannungsquellen nicht über
Brücken miteinander parallel geschaltet sein, sondern die
Parallelschaltung lässt sich auch über Elemente
der Plasmakammer wie Anode und/oder Gehäuse der Plasmakammer
realisieren. Der Parallelschaltung kann insbesondere auch durch
das Plasma in der Plasmakammer erfolgen.
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8 zeigt
eine Dual-Magnetron Anlage 80 mit drei Spannungsquellen 10, 12, 13.
Die erste Spannungsquelle 10 kann eine DC/Puls-Spannungsquelle
gemäß 1 sein. Die zweite und dritte
Spannungsquellen sind DC-Spannungsquellen 12, 13,
die geregelt oder ungeregelt sein können, und denen jeweils
ein elektronischer Schalter 82, 84 nachgeordnet
ist. Die beiden elektronischen Schalter 82, 84 und die
erste Spannungsquelle 10 sind über eine Steuerung 34 synchronisiert
ansteuerbar. Die beiden Ausgänge der ersten Spannungsquelle 10 sind
mittels Brücken 14, 16 über
jeweils eine Diode D1, D2 mit jeweils einem Ausgang der elektronischen Schalter 82, 84 verbunden,
wobei jede der Brücken 14, 16 mit dem
Kathodenanschluss 86, 88 jeweils einer Kathode 50, 52 der
Dual-Magnetron Anlage verbunden ist. Der ersten Spannungsquelle 10 kann
ein Transformator 53 nachgeschaltet sein, um sinusförmige Spannungspitzen
zu erhalten. Die Diode D1, D2 ist dabei jeweils zwischen der Verbindung
von Kathodenanschluss 86, 88 und Brücken 14, 16 einerseits und
dem zugehörigen elektronischen Schalter 82, 84 andererseits
angeordnet. Die anderen Ausgänge der elektronischen Schalter 82, 84 sind über
Leitungen 90, 92 mit den zugehörigen
Anoden 54, 56 verbunden.
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Wie 8a zeigt,
lassen sich durch diese Anordnung zeitlich frei regelbare Pulsmuster
in beiden Richtungen erzeugen, wobei die Amplituden in beiden Stromrichtungen
unterschiedlich sein können.
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Obwohl
der Einsatz der Erfindung oben für eine Magnetron-Sputteranlage
beschrieben wurde, ist er für eine Vielzahl anderer Plasmaverfahren
wie z. B. PACVD, Plasma-Nitrieren, Plasma-Ätzen, Pulsplating,
atmosphärisches Plasma geeignet und vorteilhaft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10018879 [0009, 0010]