DE19510736A1

DE19510736A1 - Appts. for preventing arcing in hf sputter installations

Info

Publication number: DE19510736A1
Application number: DE1995110736
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Gesche; Tenuki Oitome
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-09-26
Also published as: JPH08333679A

Abstract

The appts. for prevention of arcing in high-frequency sputter installations consists of a screen with an aperture around the cathode zone. The aperture is bridged over by rods (50-54).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.

Beim Hochfrequenz-Sputtern, wie es insbesondere in der Displaytechnik zur Anwen dung kommt, ist die Sputterleistung und damit die erreichbare Beschichtung eines Substrats durch auftretende Überschläge begrenzt. Da derartige Überschläge die auf gesputterten Schichten beschädigen, müssen sie verhindert oder wenigstens verrin gert werden.In high-frequency sputtering, as is particularly the case in display technology dung comes, is the sputtering performance and thus the achievable coating one Substrate limited by arcing. Because such rollovers lead to damage sputtered layers, they must be prevented or at least reduced be tied.

Es gibt verschiedene Arten von Überschlägen - auch Arcing genannt: Überschläge zwischen Kathode und Masse im Dunkelraumbereich, Entladungen zwischen Plasma und Kathode bzw. Blendenkasten oder gar Überschläge zwischen den Substraten, den Substrathaltern und Substrat-Transportvorrichtungen.There are different types of rollovers - also known as arcing: rollovers between cathode and ground in the darkroom area, discharges between plasma and cathode or aperture box or even flashovers between the substrates Substrate holders and substrate transport devices.

Zur Verhinderung oder Verminderung solcher Überschläge sind bereits zahlreiche Einrichtungen bekannt.There are already numerous to prevent or reduce such flashovers Facilities known.

So wurde bereits eine Schaltungsanordnung zum Unterdrücken von Lichtbögen in einem Plasma vorgeschlagen, bei welcher die Augenblickswerte der Spannung der Plasmastrecke mit einem Spannungswert verglichen werden, der einer über einer vor gegebenen Zeit ermittelten mittleren Plasmaspannung entspricht (DE-A-41 27 504). Übersteigt die Differenz zwischen dem Augenblickswert der Plasmaspannung und der mittleren Plasmaspannung einen vorgegebenen Wert, so wird die Plasmastrecke von der Spannungsquelle getrennt. For example, a circuit arrangement for suppressing arcs in proposed a plasma in which the instantaneous values of the voltage of the Plasma path can be compared with a voltage value that is one above one given mean time determined plasma voltage corresponds (DE-A-41 27 504). Exceeds the difference between the instantaneous value of the plasma voltage and the mean plasma voltage a predetermined value, so the plasma path disconnected from the voltage source.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Unterdrückung von Lichtbögen, die bei Anlagen mit zwei Kathoden und einer Anode eingesetzt wird, ist zwischen den elek trischen Anschlüssen der Stromversorgung und einer Kathode eine Schaltungsanord nung vorgesehen, die zwei antiparallel geschaltete Schaltelemente aufweist, die bei
Auftreten von Lichtbögen durchgeschaltet werden (DE-A-41 27 505).In another known device for arc suppression, which is used in systems with two cathodes and an anode, a circuit arrangement is provided between the elec trical connections of the power supply and a cathode, which has two antiparallel connected switching elements, which at
Arcing occurs through (DE-A-41 27 505).

Desweiteren ist eine Anordnung zum Löschen von Lichtbögen in Vakuum-Beschich tungsanlagen bekannt, bei der parallel zu einer Anoden-Kathoden-Strecke ein Kon densator vorgesehen ist, der zusammen mit der Induktivität der Überschlagstrecke zwischen Kathode und Anode einen Schwingkreis bildet (DE-A-42 30 779). Tritt ein Überschlag auf, so wird der Kondensator umgepolt, d. h. an der Kathode liegt nun positives Potential, während an der Anode negatives Potential liegt. Durch diese Um polung erlischt der Überschlag-Lichtbogen.Furthermore, there is an arrangement for extinguishing arcs in vacuum coating tion systems known in which a Kon parallel to an anode-cathode path capacitor is provided, which together with the inductance of the rollover path forms a resonant circuit between cathode and anode (DE-A-42 30 779). Occurs Flashover, the capacitor is reversed, i. H. is now on the cathode positive potential, while negative potential is present at the anode. Through this order polarity, the flashover arc goes out.

Es ist ferner eine Anordnung zur Vermeidung von Überschlägen in Plasmakammern bekannt, die einen Schalter aufweist, der in vorgegebenen Zeitintervallen die Anode außerhalb der Plasmakammer mit der Kathode verbindet (DE-A-42 39 218). Durch eine besondere Beschaltung wird hierdurch die Polarität von Kathode und Anode um gekehrt.It is also an arrangement for avoiding flashovers in plasma chambers known, which has a switch that the anode at predetermined time intervals connects to the cathode outside the plasma chamber (DE-A-42 39 218). By a special circuit will change the polarity of the cathode and anode swept.

In einer anderen bekannten Einrichtung für die Verhinderung von Überschlägen in Vakuum-Zerstäubungsanlagen ist ein Pulsgenerator vorgesehen, der die Kathode der Zerstäubungsanlage in vorgegebenen Abständen auf positives Potential bringt, wo durch eine Entladung von Schichten auf einem Target stattfindet (DE-A-42 33 720). Diese Entladung verhindert den Aufbau hoher Spannungen, die zu einem Überschlag führen können.In another known device for preventing rollovers in Vacuum sputtering equipment provides a pulse generator which is the cathode of the Atomization plant at predetermined intervals brings positive potential where by discharging layers on a target (DE-A-42 33 720). This discharge prevents the build-up of high voltages that lead to a flashover being able to lead.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ins besondere Überschläge an den Substraten, Substrathaltern und Substrat-Transportvor richtungen sicher verhindert werden.The invention has for its object to provide a device with which special rollovers on the substrates, substrate holders and substrate transport directions can be prevented safely.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved in accordance with the features of patent claim 1.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß einerseits die durchstrahlende elektromagnetische Energie reduziert und andererseits aber der Teilchenstrom im wesentlichen beibehalten wird. Ist der Blendenkasten gut geerdet, kann die unerwünschte Ausbreitung der elektromagnetischen Energie nur durch die Aperturöffnung hindurch erfolgen, wobei durch die Verwendung von geerdeten Stäben in der Abschirmung die elektromagnetische Abstrahlung durch die Apertur um den Faktor Zehn reduziert wird.The advantage achieved by the invention is in particular that on the one hand the radiating electromagnetic energy is reduced and on the other hand the Particle flow is essentially maintained. If the aperture box is well grounded, can only cause the unwanted spread of electromagnetic energy through the Aperture opening take place through the use of grounded Rods in the shielding the electromagnetic radiation through the aperture is reduced by a factor of ten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is in following described in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Plasmakammer mit einer Magnetron-Kathode und einem Kathoden kasten; Figure 1 box a plasma chamber with a magnetron cathode and a cathode.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Magnetron-Kathode und des Kathoden kastens gemäß Fig. 1. FIG. 2 is a perspective view of the magnetron cathode and the cathode box according to FIG. 1.

In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Plasmakammer 1 gezeigt, die von einem hier nur angedeuteten Gehäuse 2 umgeben ist. Im unteren Bereich des Gehäuses 2 befin det sich ein Substrat 3 auf einem Drehteller 4 oder Carrier. Oberhalb des Substrats 3, das geätzt oder beschichtet werden soll, ist eine Magnetronkathode 5 vorgesehen, die ihrerseits drei Dauermagnete 6, 7, 8, ein Joch 9 sowie eine Kathodenwanne 10 auf weist. Die Kathodenwanne 10 ruht auf Isolatoren 11, 12, die mit Dichtungen 13, 14 versehen sind. Diese Isolatoren 11, 12 sind in die Oberseite des Gehäuses 2 eingebet tet. An der Elektrodenwanne 10 liegt eine Hochfrequenzversorgung 16. Unterhalb dieser Wanne 10 befindet sich ein Target 17, durch das die Magnetfeldlinien 18, 19 der Dauermagnete 6 bis 8 stoßen. Zu beiden Seiten des Targets 17 ist eine im Quer schnitt L-förmige Abschirmung 20, 21 angeordnet. Die Apertur 24 dieser an sich be kannten Abschirmung 20, 21 wird erfindungsgemäß durch Gitterstäbe 25 überbrückt, die in der Fig. 2 noch näher dargestellt sind. Die Abschirmung 20, 21 weist einen vertikalen Teil 22, 23 und einen horizontalen Teil 30, 31 auf. Die erwähnten Gitter stäbe 25 liegen in der gleichen Ebene wie der horizontale Teil 30, 31.In Fig. 1 a section is shown of a plasma chamber 1 which is surrounded by a housing 2 is only indicated here. In the lower region of the housing 2 is a substrate 3 on a turntable 4 or carrier. A magnetron cathode 5 is provided above the substrate 3 , which is to be etched or coated, which in turn has three permanent magnets 6 , 7 , 8 , a yoke 9 and a cathode tub 10 . The cathode tub 10 rests on insulators 11 , 12 which are provided with seals 13 , 14 . These insulators 11 , 12 are tet embedded in the top of the housing 2 . A high-frequency supply 16 is located on the electrode trough 10 . Below this trough 10 there is a target 17 through which the magnetic field lines 18 , 19 of the permanent magnets 6 to 8 pass. On both sides of the target 17 a cross-section L-shaped shield 20 , 21 is arranged. The aperture 24 of this known shield 20 , 21 is bridged according to the invention by bars 25 , which are shown in FIG. 2 in more detail. The shield 20 , 21 has a vertical part 22 , 23 and a horizontal part 30 , 31 . The aforementioned bars 25 are in the same plane as the horizontal part 30 , 31st

Mithilfe der Gitterstäbe 25 wird die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen zwischen dem Substrat 3 und dem Target 17 beeinflußt.The spreading of the electromagnetic waves between the substrate 3 and the target 17 is influenced by means of the grating bars 25 .

Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen durch Öffnungen in leitenden Platten hindurch hängt in hohem Maße von dem Verhältnis zwischen Wellenlänge und maxi maler Öffnungslänge ab. Dabei ist zu beachten, daß für die Schirmwirkung der leiten den Platten nicht das Flächenverhältnis, sondern die größte offene Ausdehnung maß geblich ist. Abschirmungen mit runden oder quadratischen Öffnungen schirmen da her besser ab als Abschirmungen mit gleich großen länglichen Öffnungen. Lange schmale Schlitze in leitenden Abschirmblechen strahlen selbst bei kleinen Schlitz flächen noch sehr gut. Eine besonders gute Abschirmung erhält man, wenn die Schlitze oder Öffnungen etwa 100 bis 1000 mal kleiner als die zu schirmende Wellenlänge sind.The propagation of electromagnetic waves through openings in conductive plates through depends largely on the relationship between wavelength and maxi painter opening length. It should be noted that for the shielding effect of the conductors not the area ratio, but the largest open dimension is in vain. Shields with round or square openings shield there better than shields with elongated openings of the same size. Long narrow slots in conductive shielding plates radiate even with small slots still very good. A particularly good shielding is obtained if the Slits or openings about 100 to 1000 times smaller than the one to be shielded Are wavelength.

Beim Hochfrequenzsputtern wird zumeist die Industriefrequenz von 13,56 MHz ver wendet. Die Freiraumwellenlänge dieser Frequenz beträgt etwa 22 m. Ein Schlitz mit der halben Wellenlänge, also 11 m, hatte optimale Abstrahlungseigenschaften. Für eine Schirmung müssen deshalb kleinere Öffnungsabmessungen vorgesehen werden. Alle Öffnungen, die bei den erwähnten Frequenzen im Meterbereich liegen, weisen eine starke Abstrahlung auf. Auch bei Schlitzen im Dezimeterbereich findet noch eine erhebliche Abstrahlung statt. Liegen die Schlitze oder Öffnungen dagegen im Zentimeterbereich, so ist eine - wenn auch schlechtere - Schirmwirkung festzustellen. Weisen die Öffnungen dagegen Durchmesser im Millimeterbereich auf, so ist eine gute Schirmwirkung zu bemerken.With high-frequency sputtering, the industrial frequency of 13.56 MHz is mostly used turns. The free space wavelength of this frequency is approximately 22 m. A slit with half the wavelength, i.e. 11 m, had optimal radiation properties. For shielding must therefore be provided with smaller opening dimensions. All openings that are in the meter range at the frequencies mentioned have points a strong radiation. Even with slits in the decimeter range still takes place considerable radiation takes place. However, if the slots or openings are in the Centimeter range, so an - albeit worse - shielding effect can be determined. On the other hand, if the openings have diameters in the millimeter range, one is noticeable good shielding effect.

Die Länge der Aperturöffnung bei Sputterkathoden liegt in der Größenordnung von einem Meter. Die Breite beträgt etwa 0,1 bis 0,2 Meter. Die Abstrahlung durch diese Öffnung läßt sich etwa um den Faktor Zehn reduzieren, wenn durch Querstäbe die Aperturöffnung in nahezu quadratische Regionen aufgeteilt wird.The length of the aperture opening in sputter cathodes is of the order of magnitude one meter. The width is about 0.1 to 0.2 meters. The radiation through this Opening can be reduced by a factor of ten if the crossbars Aperture opening is divided into almost square regions.

Die offene Fläche für die Beschichtung wird dabei nur geringfügig verkleinert.The open area for the coating is only slightly reduced.

Zusätzliche Probleme durch Flaking treten nicht auf, da die Kanten der Apertur öffnung auch bei herkömmlichen Blenden einer vergleichbaren Beschichtung wie die erfindungsgemäßen Stäbe ausgesetzt sind.Additional flaking problems do not occur because of the edges of the aperture Opening also with conventional covers of a comparable coating as that rods according to the invention are exposed.

In der Fig. 2 ist die Vorrichtung der Fig. 1 noch einmal in einer perspektivischen An sicht gezeigt. Man erkennt hierbei die vertikalen Teile 22, 23 der Abschirmung sowie deren horizontale Teile 30, 31. In Fig. 2, the device of Fig. 1 is shown again in a perspective view. The vertical parts 22 , 23 of the shield and their horizontal parts 30 , 31 can be seen here .

Nimmt man eine Abschirmungsbreite von 15 cm bei einer Abschirmungslänge von ca. 100 cm an, so ergeben sich quadratische Öffnungen 40 bis 45, wenn fünf querver laufende Gitterstäbe 50 bis 54 zwischen den horizontalen Teilen 30, 31 vorgesehen sind.Assuming a shielding width of 15 cm with a shielding length of approx. 100 cm, square openings 40 to 45 result if five transverse bars 50 to 54 are provided between the horizontal parts 30 , 31 .

Durch die Stäbe 50 bis 54 wird erreicht, daß einerseits die elektromagnetische Ener gie, die von der Elektrode durch die Abschirmung auf das Substrat gelangt, sehr stark abgeschwächt wird, so daß kein Arcing mehr im Substratbereich auftritt, daß jedoch andererseits die vom Target abgesputterten Partikel ohne große Behinderung zu dem Substrat gelangen können.By the rods 50 to 54 it is achieved that on the one hand the electromagnetic energy, which passes from the electrode through the shield to the substrate, is greatly weakened, so that arcing no longer occurs in the substrate area, but on the other hand the particles sputtered from the target can get to the substrate without great hindrance.

Claims

1. Device for preventing flashovers in high-frequency sputtering systems, in which an aperture with an aperture is provided around the region of the cathode, characterized in that the aperture is bridged by rods ( 50 to 54 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the diaphragm and the aperture are substantially longer than wide and the rods ( 50 to 54 ) divide the aperture into square fields.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that as a high frequency a voltage of 13.56 MHz is provided.

4. The device according to claim 2, characterized in that the diaphragm is about a meter long and 15 cm wide and that five rods ( 50 to 54 ) are provided at the same distance from each other.

5. The device according to claim 1, characterized in that the diameter of the rods ( 50 to 54 ) is in the range 1 mm to 10 mm.

6. The device according to claim 1, characterized in that the rods ( 50 to 54 ) are electrically conductive.

7. The device according to claim 1, characterized in that the diaphragm ( 30 , 31 ) is electrically conductive.

8. The device according to claim 1, characterized in that the rods ( 50 to 54 ) are grounded.

9. The device according to claim 1, characterized in that the rods ( 50 to 54 ) are not grounded, so that there are floating potentials.

10. The device according to claim 1, characterized in that the rods ( 50 to 54 ) are electrically biased.

11. The device according to claim 1, characterized in that the rods ( 50 to 54 ) have a round cross section.