DE19755159A1 - Dünnfilmbeschichtungseinrichtung unter Verwendung einer Kathoden-Bogenentladung - Google Patents

Dünnfilmbeschichtungseinrichtung unter Verwendung einer Kathoden-Bogenentladung

Info

Publication number
DE19755159A1
DE19755159A1 DE19755159A DE19755159A DE19755159A1 DE 19755159 A1 DE19755159 A1 DE 19755159A1 DE 19755159 A DE19755159 A DE 19755159A DE 19755159 A DE19755159 A DE 19755159A DE 19755159 A1 DE19755159 A1 DE 19755159A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
arc
magnetic field
film coating
thin film
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19755159A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19755159C2 (de
Inventor
Jong-Kuk Kim
Seung-Ho Nam
Byoung-Lyong Choi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of DE19755159A1 publication Critical patent/DE19755159A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19755159C2 publication Critical patent/DE19755159C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, die eine Kathoden- Bogenentladung verwendet, und betrifft insbesondere eine Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, die eine Kathoden- Bogenentladung verwendet, welche ein Lichtbogen-Dampfmaterial von einem Target verdampft und das verdampfte Material so führt, daß es auf einem Substrat abgelagert wird.
Im allgemeinen besteht das Lichtbogen-Beschichtungsverfahren, welches ein physikalisches Dampfablagerungsverfahren eines Vakuumbeschichtungsverfahrens darstellt, darin, einen Dünnfilm so abzulagern, daß eine Plasmaleitung am Vorderende eines Targets befestigt wird, und geladene Teilchen, die durch eine Bogenentladung erzeugt werden, also ein Plasma, von dem Target auf ein zu beschichtendes Substrat übertragen werden. Das Lichtbogenbeschichtungsverfahren wird bei der Herstellung üblicher Schneidwerkzeuge, von Formen und Halbleitergeräten verwendet. Für derartige Anwendungen wurde eine Dünnfilmbeschichtungseinrichtung entwickelt, die verhindert, daß auf dem Substrat Makroteilchen landen, also ein Klumpen neutraler Teilchen eines Targetmaterials, welche die Qualität des von dem Lichtbogenbeschichtungsverfahren erzeugten Dünnfilms beeinträchtigen.
Wie in Fig. 1 gezeigt weist eine konventionelle serielle Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, welche mit kathodischer Bogenentladung arbeitet, ein Target 5 auf, von welchem Lichtbogendampfmaterialien erzeugt werden, eine vor dem Target 5 angeordnete Plasmaleitung 8, und einen zylindrischen Elektromagneten 1 zum Führen der Lichtbogendampfmaterialien, die von dem Target 5 erzeugt werden, so daß die Lichtbogen- Dampfmaterialien auf einem Substrat 6 abgelagert werden können, welches dem Target 5 gegenüberliegt.
Von den Lichtbogen-Dampfmaterialien, also Elektronen, Targetionen, neutralen Teilchen, Makroteilchen und geladenen Makroteilchen, die von dem Target 5 erzeugt werden, bewegen sich die geladenen Teilchen, also die Elektronen, Targetionen oder geladenen Makroteilchen, entlang einer Magnetflußlinie 7, die von dem Elektromagneten 1 hervorgerufen wird, so daß sie dann auf dem Substrat 6 abgelagert werden. Teile der Makroteilchen und der Neutralteilchen werden durch ein Plasma (Elektronen und Ionen) mit hoher Dichte im Zentrum des Elektromagneten 1 ionisiert, so daß sie dann auf dem Substrat 6 abgelagert werden, und der Restanteil bleibt an der Innenwand der Plasmaleitung 8 hängen.
Bei der voranstehend geschilderten Dünnfilmbeschichtungseinrichtung können jedoch, da das Target 5 und das Substrat 6 einander gegenüberliegen, Anteile der nichtionisierten Makroteilchen auf dem Substrat 6 abgelagert werden, was die Qualität des Dünnfilms beeinträchtigt.
Zur Lösung dieser Schwierigkeit wurde eine rechteckige Dünnfilmbeschichtungseinrichtung vorgeschlagen, bei welcher eine Plasmaleitung gebogen ausgebildet ist, und ein Magnetfeld entlang der Plasmaleitung verläuft. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist die rechteckige Dünnfilmbeschichtungseinrichtung ein Target 33 auf, von welchem Lichtbogen-Dampfmaterialien erzeugt werden, eine Triggerelektrode 35, welche in Kontakt mit dem Target 33 in einem Zustand steht, in welchem eine negative Spannung an das Target 33 angelegt wird, eine Plasmaleitung 39 mit einer Biegung von annähernd 90°, einen ersten Elektromagneten 46, der am äußeren Abschnitt der Plasmaleitung 39 angeordnet ist, wo das Target 33 angebracht ist, einen zweiten Elektromagneten 48, der an der Biegung der Plasmaleitung 39 angeordnet ist, sowie einen dritten Elektromagneten 50, der um den Endabschnitt der Plasmaleitung 35 herum angeordnet ist.
In einem Zustand, in welchem eine Spannung an das Target 33 angelegt ist, wird sofort ein Lichtbogen erzeugt, wenn die Triggerelektrode 35 Kontakt mit dem Target 33 hat, und werden Lichtbogen-Dampfmaterialien erzeugt, während der erzeugte Lichtbogen auf dem Target 33 über einen vorbestimmten Zeitraum bleibt.
Wenn Strom an den ersten, zweiten und dritten Elektromagneten 46, 48 bzw. 50 angelegt wird, wird wie in Fig. 3 gezeigt ein Magnetfluß erzeugte der durch Flußlinien 40 angedeutet ist, die entlang der Plasmaleitung 39 verlaufen. Unter den von dem Target 33 (Fig. 2) erzeugten Lichtbogen-Dampfmaterialien werden daher geladene Teilchen auf einem (nicht dargestellten) Substrat entlang den Magnetflußlinien 40 abgelagert. Weiterhin werden Anteile der Neutralteilchen und von Makroteilchen, die durch das Plasma mit hoher Dichte ionisiert werden, auf dem Substrat entlang den Magnetflußlinien 40 abgelagert. Nichtionisierte Neutralteilchen und Makroteilchen können das Substrat nicht erreichen, und haften an der Plasmaleitung 39 und einem Baffle 52 an, welches an der Innenwand der Plasmaleitung 39 angeordnet ist. Daher bewegen sich die meisten Makroteilchen entlang der Plasmaleitung 39, bleiben jedoch an der Innenwand der Plasmaleitung 39 und dem Baffle 52 haften, um dann entfernt zu werden.
Bei der voranstehend geschilderten rechteckigen Dünnfilmbeschichtungseinrichtung verlaufen die Magnetflußlinien 40 vom Innern der Plasmaleitung 39 an der Biegung der Plasmaleitung 39 aus nach außen. Einige der geladenen Teilchen, die sich entlang der Magnetflußlinien 40 bewegen, stoßen daher mit der Innenwand der Biegung zusammen, und verschwinden, wodurch der Ablagerungswirkungsgrad bezüglich des Dünnfilms beeinträchtigt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der voranstehenden Schwierigkeiten und in der Bereitstellung einer Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, welche eine Kathoden- Bogenentladung verwendet, und welche eine reflektierende Magnetfeldquelle aufweist, durch welche Magnetflußlinien entlang einer Plasmaleitung verteilt werden.
Um den voranstehend geschilderten Vorteil zu erzielen, wird eine Dünnfilmbeschichtungseinrichtung zur Verfügung gestellt, die einen Lichtbogenverdampfungsabschnitt aufweist, von welchem aus geladene Teilchen eines Beschichtungsmaterials durch eine Kathoden-Bogenentladung erzeugt werden, eine Plasmaleitung, die mit einer Biegung versehen ist, und die geladenen Teilchen von dem Lichtbogenverdampfungsabschnitt zu einem Substrat führt, und einen Magnetfeldgenerator zur Erzeugung von Magnetfeldern auf solche Weise, daß die geladenen Teilchen von dem Lichtbogenverdampfungsabschnitt zum Substrat geschickt werden, wobei sich die Einrichtung dadurch auszeichnet, daß sie eine reflektierende Magnetfeldquelle aufweist, die in einem konvexen Abschnitt der Biegung der Plasmaleitung angebracht ist, und zur Erzeugung von Magnetfeldern dient, welche die Magnetfelder stören, die von dem Magnetfeldgenerator erzeugt werden, so daß Magnetflußlinien entlang der Plasmaleitung verteilt sind.
Hierbei weist der Magnetfeldgenerator eine erste und eine zweite Magnetfeldquelle auf, die in der Nähe des Lichtbogenverdampfungsabschnitts und des Substrats so angeordnet sind, daß sie die Plasmaleitung umgeben, sowie eine induktive Magnetfeldquelle, welche in der Nähe der Biegung der Plasmaleitung vorgesehen ist, und die geladenen Teilchen ablenkt.
Weiterhin weist der Lichtbogenverdampfungsabschnitt ein Target auf, welches mit einem Kathodenkörper gekuppelt ist, eine Triggerelektrode, welche selektiv in Kontakt mit dem Target steht, um hierdurch eine Bogenentladung einzuleiten, einen Bogenentladungsbegrenzungsring, der am Außenumfang des Targets angebracht ist, um die erzeugte Bogenentladung zu begrenzen, eine erste Steuerung, die in dem Kathodenkörper angebracht ist, so daß dessen Position in Bezug auf die Lichtbogenerzeugungsoberfläche des Targets geändert werden kann, um die Bewegung des Lichtbogens zu steuern, und eine zweite Lichtbogensteuerung, die ringförmig ausgebildet ist, und am Außenumfang des Kathodenkörpers angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer konventionellen seriellen Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, die eine Kathoden-Bogenentladung verwendet;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer konventionellen rechteckigen Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, welche eine Kathoden-Bogenentladung verwendet;
Fig. 3 schematisch die Verteilung der in Fig. 2 dargestellten Magnetfelder;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, welche eine Kathoden-Bogenentladung verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 die Verteilung der Magnetfelder, wenn kein Strom an eine in Fig. 4 dargestellte reflektierende Magnetfeldquelle angelegt wird; und
Fig. 6 die Verteilung der Magnetfelder, wenn Strom an die in Fig. 4 gezeigten reflektierende Magnetfeldquelle angelegt wird.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weist die Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, die eine Kathoden- Bogenentladung verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung einen Lichtbogenverdampfungsabschnitt 100 auf, von welchem geladene Teilchen eines Beschichtungsmaterials durch die Kathoden-Bogenentladung erzeugt werden, eine Plasmaleitung 200, welche eine Biegung aufweist, und die geladenen Teilchen von dem Lichtbogenverdampfungsabschnitt 100 zu einem Substrat 1 führt, sowie einen Magnetfeldgenerator zur Erzeugung von Magnetfeldern, die dafür sorgen, daß sich die geladenen Teilchen zum Substrat 1 bewegen.
Der Lichtbogenverdampfungsabschnitt 100 weist ein Target 110 auf, welches mit einem Kathodenkörper 113 verbunden ist, eine Triggerelektrode 117, welche selektiv in Kontakt mit dem Target 110 gelangen kann, um einen Lichtbogen zu erzeugen, einen Lichtbogenbegrenzungsring 400, der am Außenumfang des Targets 110 angebracht ist, um eine Bogenentladung zu begrenzen, sowie eine erste und eine zweite Lichtbogensteuerung 120 bzw. 130 zum Steuern der Bewegung des Lichtbogens in einer Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 des Targets 110.
Der Kathodenkörper 113 ist an eine negative Elektrode 115a einer Lichtbogenstromversorgung 115 angeschlossen, welche eine negative Spannung von 0 bis -100 V bei einem Strom von annähernd 0 bis 300 A liefert, und das Target 110 ist elektrisch mit dem Kathodenkörper 113 verbunden. Wenn eine negative Spannung an das Target 110 angelegt wird, gelangt die schwenkbar an einer Seite der Plasmaleitung 200 angebrachte Triggerelektrode 117 in Kontakt mit dem Target 110 und unterbricht dann den Kontakt, so daß ein Lichtbogen gezündet wird. Daher werden Lichtbogendampfmaterialien, beispielsweise geladene Teilchen, von der Oberfläche des Targets 110 erzeugt, also von der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111. Weiterhin ist vorzugsweise eine Kühleinheit (nicht gezeigt) zum Kühlen des Targets 110 bei der Erzeugung der geladenen Teilchen vorgesehen.
Der Lichtbogenbegrenzungsring 400 besteht aus einem ringförmigen, magnetischen Material. Ein Vorsprung 151, der dazu dient, einen Austritt geladener Teilchen zu verhindern, weist einen Winkel von annähernd 0 bis 90° in Bezug auf die Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 auf. Der Winkel zwischen dem Vorsprung 141 und der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 kann entsprechend der Art des Targetmaterials geändert werden.
Die erste Lichtbogensteuerung 120, die hinter dem Target 110 in dem Kathodenkörper 113 angeordnet ist, steuert die Bewegung des Lichtbogens, der von der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 des Targets 110 ausgeht. Vorzugsweise ist die erste Lichtbogensteuerung 120 so angebracht, daß sie ihre Position in Bezug auf die Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 des Targets 110 je nach Art des Targetmaterials ändern kann. Die erste Lichtbogensteuerung 120 kann entweder als Permanentmagnet oder als Elektromagnet ausgebildet sein. Hierbei wird vorzugsweise ein Permanentmagnet als erste Lichtbogensteuerung 120 eingesetzt, da er keine thermischen Auswirkungen auf das Target 110 hat.
Die zweite Lichtbogensteuerung 130 ist am Außenumfang des Kathodenkörpers 113 ringförmig vorgesehen. Die zweite Lichtbogensteuerung 130 ist ein Elektromagnet, bei welchem die Magnetfeldstärke eingestellt werden kann, um die Bewegung des von der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 ausgehenden Lichtbogens zu steuern, und weist ein zylindrisches Teil 131 und eine Spule 132 auf, die um das zylindrische Teil 131 herumgewickelt ist. Alternativ hierzu kann die zweite Lichtbogensteuerung 130 auch als Permanentmagnet ausgebildet sein.
Die Plasmaleitung 200 ist in einem Winkel (θ) von annähernd 30 bis 120° gebogen, vorzugsweise um 60°, in Bezug auf die Zentrumslinie A des Targets 110.
Lineare Abschnitte L1 und L2 der Plasmaleitung 200 weisen hierbei eine ausreichende Länge auf, so daß die Neutralteilchen und Makroteilchen, die durch das Magnetfeld nicht beeinflußt werden, in der Innenwand 200a der Plasmaleitung 200 eingefangen werden, wenn sie sich vom Target 110 zum Substrat 1 bewegen wollen, damit sie entfernt werden, bevor sie das Substrat 1 erreichen. Um die Absorption der Neutralteilchen und Makroteilchen zu erleichtern, ist ein Baffle 250 auf der Innenwand der Plasmaleitung 200 vorgesehen. Das Baffle 250 besteht aus mehreren Platten, die von der Innenwand 200a der Plasmaleitung 200 ausgehen. Alternativ hierzu kann das Baffle 250 spiralförmig durchgehend ausgebildet sein.
Weiterhin ist die Plasmaleitung 200 an eine positive Elektrode 115b der Lichtbogenstromversorgung 115 angeschlossen, und ward an sie eine Spannung angelegt, die höher ist als die an das Target 110 angelegte Spannung. Ein Flansch 235 ist an jedem Ende der Plasmaleitung 200 angebracht. Auf diese Weise kann die Plasmaleitung 200 dadurch an eine Vakuumkammer angeschlossen werden, daß der Flansch 235 mit Schrauben an der Vakuumkammer befestigt wird.
Der Magnetfeldgenerator weist eine erste und eine zweite Magnetfeldquelle 310 bzw. 330 auf, die jeweils um das Target 110 bzw. das Substrat 1 herum so angeordnet sind, daß sie die Plasmaleitung 200 umgeben, sowie eine induktive Magnetfeldquelle 320, die in der Nähe der Biegung der Plasmaleitung 200 angeordnet ist. Weiterhin ist die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer reflektierenden Magnetfeldquelle 350 versehen, welche dazu dient, die Magnetfelder zu stören, die durch die erste und zweite Magnetfeldquelle 310 bzw. 330 und die induktive Magnetfeldquelle 320 erzeugt werden.
Die erste Magnetfeldquelle 310 führt geladene Teilchen, die von der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 aus erzeugt werden, so, daß sie sich entlang dem linearen Abschnitt L1 der Plasmaleitung 200 bewegen. Die induktive Magnetfeldquelle 320 lenkt die geladenen Teilchen so ab, daß die geladenen Teilchen nicht mit der Innenwand 200a der Plasmaleitung 200 in der Biegung zusammenstoßen. Weiterhin führt die zweite Magnetfeldquelle 330 die geladenen Teilchen, welche durch die Biegung hindurchgelangt sind, auf solche Weise, daß sie sich zum Substrat 1 hin entlang dem linearen Abschnitt L2 bewegen.
Jede dieser Magnetfeldquellen, nämlich die erste und zweite Magnetfeldquelle 310 bzw. 330 und die induktive Magnetfeldquelle 320, ist als Elektromagnet ausgebildet, bei welchem über den Strom das Magnetfeld eingestellt werden kann, und besteht aus zylindrischen Teilen 311, 331 und 321, welche die Plasmaleitung 200 umgeben, sowie Spulen 315, 335 und 325, welche um das zylindrische Teil 311, 331 bzw. 321 herumgewickelt sind. Alternativ hierzu können die erste und zweite Magnetfeldquelle 310 bzw. 330 und die induktive Magnetfeldquelle 320 als Permanentmagneten ausgebildet sein. Die Magnetfelder, die von der ersten und zweiten Magnetfeldquelle 310 bzw. 330 und der induktiven Magnetfeldquelle 320 erzeugt werden, verlaufen so, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
Die reflektierende Magnetfeldquelle 350 ist in einem äußeren Bereich der Biegung angeordnet, also in dem konvexen Abschnitt der Biegung. Wenn ein Strom an die reflektierende Magnetfeldquelle 350 angelegt wird, erzeugt die reflektierende Magnetfeldquelle 350 ein Magnetfeld, welches den Magnetfeldern entgegenwirkt, die von der ersten und zweiten Magnetfeldquelle 310 und 330 und der induktiven Magnetfeldquelle 320 erzeugt werden, so daß die Magnetflußlinien 310 so entlang der Plasmaleitung 200 verlaufen, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die reflektierende Magnetfeldquelle 350 ist als Elektromagnet ausgebildet, um ein Magnetfeld entsprechend dem angelegten Strom zu erzeugen, und weist ein Joch 351 als Magnetkörper mit jeweils einem Flange an beiden Enden auf, und eine um das Joch 351 herumgewickelte Spule 355. Die reflektierende Magnetfeldquelle 350 ist ein einem vorbestimmten Winkel zur Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 des Targets 110 angeordnet.
Die Stromversorgung 7 liefert unabhängig voneinander Ströme an die erste und zweite Magnetfeldquelle 310 bzw. 330, die induktive Magnetfeldquelle 320, die reflektierende Magnetfeldquelle 350 und die zweiten Lichtbogensteuerung 130.
Das Substrat 1 ist elektrisch mit der negativen Elektroden einer Vorspannungsquelle 5 verbunden, und an es wird eine negative Spannung von etwa 0 bis -1000 V angelegt.
Weiterhin wird bei der Dünnfilmbeschichtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gas wie beispielsweise N2, Ar oder O2 der Plasmaleitung 200 über ein Gasrohr 510 von einer Gasversorgung 500 zugeführt. Das Gasrohr 510 verläuft zum vorderen Teil des Targets 110. Das zugeführte Gas wird vom vorderen Teil des Targets 110 zur Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 ausgestoßen. Das Gas, welches der Plasmaleitung 200 zugeführt wird, dient zur Erzeugung geladener Verbundteilchen. Wenn beispielsweise das Target 110 aus Ti besteht, werden geladene TiN-Teilchen gebildet, wenn das N2-Gas von der Gasversorgung 500 geliefert wird, nämlich durch die Lichtbogenentladung in der Lichtbogenentladungsoberfläche 111 des Targets 110. Die erzeugten geladenen TiN-Teilchen werden von dem Magnetfeldgenerator geführt und auf dem Substrat 1 abgelagert.
Als nächstes werden weitere Einzelheiten des Betriebsablaufs der voranstehend geschilderten Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, welche eine Kathoden- Bogenentladung verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung geschildert. Wenn eine negative Spannung an das in Fig. 4 gezeigte Target 110 angelegt wird, wird eine Bogenentladung gezündet, wenn die Triggerelektrode 117 in Kontakt mit dem Target 110 gelangt und dann den Kontakt wieder unterbricht. Der erzeugte Lichtbogen wird auf der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 des Targets 110 durch den Lichtbogenbegrenzungsring 400 festgehalten, und durch die Magnetfelder, die von der ersten und zweiten Lichtbogensteuerung 120 bzw. 130 erzeugt werden, wodurch geladene Teilchen erzeugt werden. Wenn ein Strom mit dreieckiger oder sinusförmiger Signalform an die zweite Lichtbogensteuerung 130 angelegt wird, erzeugt der Lichtbogen gleichmäßig geladene Teilchen, also Ionen des Targetmaterials, Elektronen und geladene Teilchen, während er sich über die gesamte Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 bewegt.
Die geladenen Teilchen, die durch die erste Magnetfeldquelle 310 geführt werden, bewegen sich entlang dem linearen Abschnitt L1 der Plasmaleitung 200, und werden an der Biegung der Plasmaleitung 200 durch die induktive Magnetfeldquelle 320 abgelenkt, und von der zweiten Magnetfeldquelle 330 gesteuert. Dann werden die geladenen Teilchen auf dem Substrat 1 abgelagert.
Einige der Makroteilchen und Neutralteilchen, die an der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 11 zusammen mit den geladenen Teilchen erzeugt werden, werden in der Plasmaleitung 200 durch Stöße mit geladenen Teilchen ionisiert, um dann auf dem Substrat 1 durch denselben Vorgang wie bei den geladenen Teilchen abgelagert zu werden.
Weiterhin bewegen sich ungeladene Neutralteilchen und Makroteilchen, die nicht von den Magnetfeldern beeinflußt werden, linear und bleiben an der Innenwand 200a oder dem Baffle 250 in der Nähe der Biegung haften, um später entfernt zu werden. Daher erreichen wenige Neutralteilchen und Makroteilchen das Substrat 1.
Hierbei drückt die reflektierende Magnetfeldquelle 350, wie in Fig. 6 gezeigt, so auf die Magnetflußlinien 310 der ersten Magnetfeldquelle 310 und der induktiven Magnetfeldquelle 320 in der Biegung der Plasmaleitung 200, daß die Magnetflußlinien 310 entlang der Plasmaleitung 200 verlaufen, wodurch die Übertragungsrate für die geladenen Teilchen verbessert wird.
Weiterhin wird, wenn das Substrat 1 mit einer Verbindung beschichtet werden soll, ein bestimmtes Gas von der Gasversorgung 500 geliefert, und wird eine Bogenentladung von der Lichtbogenerzeugungsoberfläche 111 des Targets 110 ausgehend erzeugt, wodurch geladene Verbindungsteilchen erzeugt werden. Die erzeugten geladenen Verbindungsteilchen werden so durch den Magnetfeldgenerator geführt, daß sie auf dem Substrat 1 abgelagert werden.
Wie voranstehend geschildert ist bei der Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, welche eine Kathoden- Bogenentladung verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung eine reflektierende Magnetfeldquelle in der Biegung einer Plasmaleitung vorgesehen, so daß Magnetflußlinien entlang der Plasmaleitung ausgerichtet werden. Daher können geladene Teilchen ein Substrat erreichen, ohne mit der Innenwand der Plasmaleitung zusammenzustoßen, wodurch der Dünnfilmbeschichtungswirkungsgrad verbessert wird.

Claims (8)

1. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung, welche einen Lichtbogenverdampfungsabschnitt aufweist, von welchem geladene Teilchen eines Beschichtungsmaterials durch eine Kathoden-Bogenentladung erzeugt werden, eine Plasmaleitung, die mit einer Biegung versehen ist, und die geladenen Teilchen von dem Lichtbogenverdampfungsabschnitt zu einem Substrat führt, und einen Magnetfeldgenerator zur Erzeugung von Magnetfeldern auf solche Weise, daß die geladenen Teilchen von dem Lichtbogenverdampfungsabschnitt dem Substrat zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung weiterhin eine reflektierende Magnetfeldquelle aufweist, die in einem konvexen Abschnitt der Biegung der Plasmaleitung angebracht ist, und dazu dient, Magnetfelder zu erzeugen, welche auf die Magnetfelder einwirken, die von dem Magnetfeldgenerator erzeugt werden, so daß Magnetflußlinien entlang der Plasmaleitung verlaufen.
2. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator aufweist:
eine erste und eine zweite Magnetfeldquelle, die in der Nähe des Lichtbogenverdampfungsabschnitts bzw. des Substrats vorgesehen sind, und die Plasmaleitung umgeben; und
eine induktive Magnetfeldquelle, welche in der Nähe der Biegung der Plasmaleitung angeordnet ist, und die geladenen Teilchen ablenkt.
3. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenverdampfungsabschnitt aufweist:
ein Target, welches mit einem Kathodenkörper gekoppelt ist;
eine Triggerelektrode, die zum selektiven Kontaktieren des Targets ausgebildet ist, um hierdurch eine Bogenentladung zu zünden;
einen Lichtbogenbegrenzungsring, der am Außenumfang des Targets zur Begrenzung der erzeugten Lichtbogenentladung vorgesehen ist;
eine erste Lichtbogensteuerung, die in dem Kathodenkörper angebracht ist, so daß dessen Position in Bezug auf die Lichtbogenerzeugungsoberfläche des Targets geändert werden kann, um die Bewegung des Lichtbogens zu steuern; und
eine zweite, ringförmige Lichtbogensteuerung, die am Außenumfang des Kathodenkörpers angebracht ist.
4. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenbegrenzungsring aus magnetischem Material besteht, und mit einem Vorsprung versehen ist, der einen Winkel von annähernd 0 bis 90° in Bezug auf die Lichtbogenerzeugungsoberfläche aufweist, um einen Austritt geladener Teilchen zu verhindern.
5. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaleitung in einem Winkel von 30 bis 120° gebogen ist.
6. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Baffle an der Innenwand der Plasmaleitung so ausgebildet ist, daß es von dort vorspringt.
7. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Baffle kontinuierlich spiralförmig ausgebildet ist.
8. Dünnfilmbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Magnetfeldquelle als Elektromagnet ausgebildet ist, der mit einem Joch aus einem magnetischen Material und einer um das Joch herumgewickelten Spule versehen ist.
DE19755159A 1997-03-31 1997-12-11 Dünnfilmbeschichtungseinrichtung unter Verwendung einer Kathoden-Bogenentladung Expired - Fee Related DE19755159C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970011833A KR100230279B1 (ko) 1997-03-31 1997-03-31 음극 아크 방전을 이용한 박막 증착장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19755159A1 true DE19755159A1 (de) 1998-10-01
DE19755159C2 DE19755159C2 (de) 1999-10-28

Family

ID=19501574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19755159A Expired - Fee Related DE19755159C2 (de) 1997-03-31 1997-12-11 Dünnfilmbeschichtungseinrichtung unter Verwendung einer Kathoden-Bogenentladung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6026763A (de)
JP (1) JP3159949B2 (de)
KR (1) KR100230279B1 (de)
CN (1) CN1147618C (de)
DE (1) DE19755159C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG112798A1 (en) * 2000-07-07 2005-07-28 Nanofilm Technologies Int Plasma processing apparatus with real-time particle filter

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9615548D0 (en) * 1996-07-24 1996-09-04 Univ Nanyang Cathode arc source and graphite target
WO1998045871A1 (en) * 1997-04-04 1998-10-15 Alexander Igorevich Dodonov Producing electric arc plasma in a curvilinear plasmaguide and substrate coating
US6465780B1 (en) * 1999-03-31 2002-10-15 The Regents Of The University Of California Filters for cathodic arc plasmas
CA2268659C (en) * 1999-04-12 2008-12-30 Vladimir I. Gorokhovsky Rectangular cathodic arc source and method of steering an arc spot
GB2360790A (en) * 2000-03-28 2001-10-03 Gehan Anil Joseph Amaratunga Low friction coatings produced by cathodic arc evaporation
JP2002105628A (ja) 2000-10-03 2002-04-10 Nissin Electric Co Ltd 真空アーク蒸着装置
JP4085593B2 (ja) 2001-03-29 2008-05-14 日新電機株式会社 真空アーク蒸着装置
US6706157B2 (en) * 2001-09-12 2004-03-16 Transarc Ltd. Vacuum arc plasma gun deposition system
US7033462B2 (en) * 2001-11-30 2006-04-25 Nissin Electric Co., Ltd. Vacuum arc vapor deposition process and apparatus
JP3826108B2 (ja) * 2002-04-24 2006-09-27 キヤノン株式会社 成膜装置及び成膜方法
JP4045953B2 (ja) * 2002-12-27 2008-02-13 日新電機株式会社 真空アーク蒸着装置
JP4356365B2 (ja) * 2003-06-09 2009-11-04 日新電機株式会社 真空アーク蒸着装置
US7381311B2 (en) * 2003-10-21 2008-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Filtered cathodic-arc plasma source
JP4319556B2 (ja) * 2004-01-28 2009-08-26 浩史 滝川 プラズマ生成装置
JP2009540932A (ja) * 2006-06-21 2009-11-26 プロテウス バイオメディカル インコーポレイテッド 陰極アーク製作構造物を備えるインプラント型医療デバイス
US20080105657A1 (en) * 2006-11-03 2008-05-08 Atomic Energy Council - Institute Of Nuclear Energy Research Macroparticle-filtered coating plasma source device
KR101528748B1 (ko) 2007-02-14 2015-06-15 프로테우스 디지털 헬스, 인코포레이티드 고 표면적 전극을 갖는 체내 전원
US8157976B2 (en) * 2007-04-26 2012-04-17 Veeco Instruments, Inc. Apparatus for cathodic vacuum-arc coating deposition
KR101075152B1 (ko) * 2009-02-20 2011-10-19 한국기계연구원 이중굴곡 플라즈마 덕트를 구비한 진공아크 증착장치
US8329002B1 (en) * 2009-03-10 2012-12-11 4Wave, Inc. Thin films and methods and machines for forming the thin films
JP5424744B2 (ja) * 2009-07-01 2014-02-26 株式会社フェローテック 分割環状リブ型プラズマ処理装置
CN102634761B (zh) * 2011-09-29 2014-06-11 李刘合 截面为带状的真空阴极电弧等离子体的磁过滤方法
US9054500B2 (en) * 2012-05-31 2015-06-09 Northrop Grumman Systems Corporation Integrated micro-plasma limiter
WO2014136253A1 (ja) * 2013-03-08 2014-09-12 株式会社島津製作所 アークプラズマ成膜装置
WO2014188634A1 (ja) * 2013-05-23 2014-11-27 キヤノンアネルバ株式会社 成膜装置
CN104032267A (zh) * 2014-05-05 2014-09-10 西安交通大学 一种硬质涂层的快速沉积装置及方法
KR101616855B1 (ko) * 2014-11-11 2016-04-29 한국기계연구원 플라즈마 덕트부를 포함하는 진공 아크 증착 장치
KR101639630B1 (ko) * 2014-12-11 2016-07-15 한국기계연구원 플라즈마 덕트부를 포함하는 진공 아크 증착 장치
KR101653325B1 (ko) * 2015-06-15 2016-09-02 한국광기술원 적외선 광학렌즈 보호막용 ta-C 코팅방법
US20180160749A1 (en) * 2017-09-12 2018-06-14 Ingee KIM Anti-fog surgical mask with a middle vapor barrier
JP2019116652A (ja) * 2017-12-26 2019-07-18 株式会社オンワード技研 高透磁率カバー付き成膜装置
US11056324B2 (en) 2018-08-13 2021-07-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for particle control in MRAM processing
KR200493355Y1 (ko) * 2019-05-07 2021-03-17 (주)제이 앤 엘 테크 자장을 이용한 아크 이온빔 분산 및 방향 제어 장치와 이를 활용한 플라즈마 표면 처리 시스템
CN111741582A (zh) * 2020-07-02 2020-10-02 安徽纯源镀膜科技有限公司 用于等离子体传送的传输通道装置及镀膜设备
KR102585453B1 (ko) 2021-08-27 2023-10-10 한국재료연구원 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템 및 이를 이용한 자장여과 아크 소스 장치 운전방법
KR102592432B1 (ko) 2021-08-27 2023-10-20 한국재료연구원 포집부를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치
KR102585449B1 (ko) 2021-08-27 2023-10-05 한국재료연구원 양극을 포함하는 자장여과 아크 소스 장치
KR102571324B1 (ko) 2021-08-27 2023-08-25 한국재료연구원 촉발전극을 포함하는 자장여과 아크 소스 장치
CN114574807B (zh) * 2022-02-28 2024-03-22 广东鼎泰高科技术股份有限公司 等离子体传输装置
CN115261804A (zh) * 2022-08-22 2022-11-01 纳狮新材料有限公司 电弧蒸发装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5476691A (en) * 1994-01-21 1995-12-19 International Business Machines, Inc. Surface treatment of magnetic recording heads
US5480527A (en) * 1994-04-25 1996-01-02 Vapor Technologies, Inc. Rectangular vacuum-arc plasma source

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG112798A1 (en) * 2000-07-07 2005-07-28 Nanofilm Technologies Int Plasma processing apparatus with real-time particle filter

Also Published As

Publication number Publication date
JP3159949B2 (ja) 2001-04-23
US6026763A (en) 2000-02-22
KR19980075592A (ko) 1998-11-16
CN1195035A (zh) 1998-10-07
DE19755159C2 (de) 1999-10-28
CN1147618C (zh) 2004-04-28
JPH10280135A (ja) 1998-10-20
KR100230279B1 (ko) 1999-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19755159C2 (de) Dünnfilmbeschichtungseinrichtung unter Verwendung einer Kathoden-Bogenentladung
EP2720249B1 (de) Lichtbogenverdampfungskammer mit einer Vakuum Lichtbogenverdampfungsquelle
EP0666933B1 (de) Einrichtung zum plasmagestützten elektronenstrahl-hochratebedampfen
EP0463230B1 (de) Vorrichtung zum Beschichten von Substraten
EP0946965B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur kathodenzerstäubung
EP2795657B1 (de) Vorrichtung zum erzeugen eines hohlkathodenbogenentladungsplasmas
DE3929695A1 (de) Vorrichtung zum beschichten eines substrats
EP0529259A1 (de) Einrichtung zum Behandeln von Substraten
DE3615361C2 (de) Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken
DE1515295B1 (de) Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten aus dem Material einer Zerstäubungskathode auf eine senkrecht zu einer Anode angeordnete Unterlage
WO2011160766A1 (de) Arc-verdampfungsquelle mit definiertem elektrischem feld
EP1576641B1 (de) Vacuumarcquelle mit magnetfelderzeugungseinrichtung
EP2030490B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines plasmas sowie verwendung derselben
DE69919675T2 (de) Vakuumbeschichtungsvorrichtung
DE10084452B3 (de) Lichtbogenquelle mit rechteckiger Kathode und Verfahren zur Lenkung eines Lichtbogenflecks
DE3411536C2 (de)
EP0603464A1 (de) Verfahren zum Beschichten von Substraten
DE10129507C2 (de) Einrichtung zur plasmaaktivierten Bedampfung großer Flächen
DE3735162C2 (de)
CH695807A5 (de) Quelle für Vakuumbehandlungsprozess.
EP0568049A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur PECVD-Innenbeschichtung eines Hohlkörpers mittels eines Mikrowellenplasmas
DE1515295C (de) Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten aus dem Material einer Zerstäubungskathode auf eine senkrecht zu einer Anode angeordnete Unterlage
EP0428867B1 (de) Verfahren zum Schutz einer Blende beim Erzeugen von Elektronenstrahlimpulsen
DE102021111097B4 (de) Hohlkathodensystem zum Erzeugen eines Plasmas und Verfahren zum Betreiben eines solchen Hohlkathodensystems
EP3583619B1 (de) Lichtbogenkathodenverdampfung mit vorbestimmtem kathodenmaterialabtrag

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee