DE19826297A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung von Überschlägen bei Sputterprozessen durch eine aktive Arcunterdrückung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung von Überschlägen bei Sputterprozessen durch eine aktive Arcunterdrückung

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    • H01J2237/02—Details
    • H01J2237/0203—Protection arrangements
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Abstract

In vielen Fällen werden bei Vakuum-Plasmaprozessen, insbesondere bei der Kathodenzerstäubung (Sputtern), im Rahmen der Oberflächentechnik Gleichspannungsgeneratoren verwendet. DOLLAR A Häufig tritt hierbei das Problem von Überschlägen (arcing) auf. Dieses wird zum Beispiel bei Reaktivprozessen durch aufwachsende Oxidfilme hervorgerufen. Durch das Arcing werden Schichtdefekte hervorgerufen, weiterhin wird die mögliche Leistung und Rate begrenzt. DOLLAR A Diesen Überschlägen gilt es entgegenzuwirken und sie durch Präventivmaßnahmen zu unterdrücken. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die vorteilhafte Verfahrensweise beschrieben, die Überschläge mittels aktiver Arcunterdrückung verhindern und einen reproduzierbaren stabilen Betrieb gewährleisten. Des weiteren ermöglicht das Verfahren automatisch die Lebensdauer und die Ausnutzung der Targets zu erhöhen und erschließt neue Optimierungsmöglichkeiten für die Prozesse.

Description

Gegenstand der Anmeldung, Anwendungsbereiche
Plasmaprozesse im Vakuum (Niederdruck-Gasentladungen) finden weite Anwen­ dungsgebiete in der Oberflächentechnik, zum Beispiel bei der Herstellung dünner Schichten durch Kathodenzerstäubung (Sputtern). Häufig werden hierbei zur Anre­ gung der Gasentladung Gleichspannungsgeneratoren verwendet.
Häufig tritt hierbei das Problem von Überschlägen (arcing) auf. Dieses wird zum Beispiel bei Reaktivprozessen durch aufwachsende Oxidfilme hervorgerufen. Durch das Arcing werden Schichtdefekte hervorgerufen, weiterhin wird die mögliche Lei­ stung und Rate begrenzt.
Dabei werden die Prozesse durch Überschläge von der Kathode zur Anode unter­ brochen und beeinträchtigen dadurch die Homogenität der Schichten. Zusätzlich verkürzen die ARC die Lebensdauer der Targets durch Channel-Bildung und damit Veränderung der Targetbeschaffenheit und Oberfläche.
Stand der Technik
Um Instabilitäten durch Überschläge zu vermeiden werden in der Spannungsver­ sorgung solcher Anlagen zum Beispiel passive Schaltungen aus Kombinationen von Induktivitäten und Kapazitäten vorgesehen. Diese polen bei Auftreten eines ARC die Generatorspannung kurzzeitig um und löschen den schon vorhandenen ARC.
Des weiteren wird bei Auftreten eines ARC neben der passiven ARC Unterdrückung die Methode der Generatorabschaltung verwendet. Dabei wird bei Auftreten eines ARC der Generator kurzzeitig komplett abgeschaltet. Diese bewirkt jedoch, daß der Prozeß unterbrochen wird.
Die Vorgehensweise zur Löschung schon bestehender ARC ist also nicht zufrie­ denstellend, da hier die Auftrittshäufigkeit und die Dauer des ARC nicht kontrolliert werden kann. Zum Beispiel erzeugen die wechselnden Auftrittshäufigkeiten unter­ schiedliche Schichteigenschaften bei konstanter Beschichtungsdauer. Jedes Auf­ treten eines ARC erzeugt Schichtdefekte, die maximal nutzbarer Leistung ist durch die Arcneigung beeinträchtigt. Dies begrenzt die maximal mögliche Beschichtungs­ rate und damit den Durchsatz der Beschichtungsanlage.
Beschreibung der Verfahrens
Erfindungsgemäß wird die vorteilhafte Verfahrensweise beschrieben, die Arcunter­ drückung schon vor Auftreten desselben vorzunehmen und automatisch den Pro­ zeß zu stabilisieren. Hierzu wird eine aktive Arcunterdrückung im Versorgungskreis implementiert die eine präventive Arclöschung in einstellbaren zeitlich diversifizier­ baren Abständen vornimmt.
Eine Schaltung (Fig. 1) aus Induktivitäten , Kapazitäten , und einem gepulsten Leistungshalbleiter , , bildet das Grundelement der Arcunterdrückung. Um eine optimale Prozessstabilität zu erreichen, wird die Auftrittshäufigkeit eines ARC wäh­ rend des Prozesses ohne Unterdrückung ermittelt und die Arcunterdrückung mit einer über diesem Wert angesiedelten Taktfrequenz zyklisch ausgelöst. Hiermit wird gewährleistet, daß die Unterdrückung schon vor Auftreten eines ARC durch die er­ findungsgemäße Anordnung sichergestellt ist.
Dies ermöglicht einen stabilen und reproduzierbaren Betrieb und erschließt neue Optimierungsmöglichkeiten für die Prozesse. Die möglichen Beschichtungsraten werden größer, dabei wird gleichzeitig die Schichtqualität besser, Unwägbarkeiten durch spontane Überschläge sind damit ausgeschlossen und eine konstante Be­ schichtungsstärke und Qualität in der Serienproduktion möglich. Zusätzlich ist das Target nicht mehr der Channel-Bildung ausgesetzt, wodurch eine wesentlich bes­ sere Ausnutzung und eine wesentlich höhere Lebensdauer der Targets erzielt wer­ den kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Arcunterdrückungsschaltungen wird bei diesem aktiven Verfahren der Generator nicht abgeschaltet, sondern bleibt konstant in seinem Betriebszustand, was sich positiv auf die Stabilität auswirkt. Zusätzlich wird durch das Verfahren das Wiedereinschalten des Generators nach den Ab­ schaltungen vermieden.

Claims (17)

1. Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung von Überschlägen bei Prozessen mit Niederdruck-Gasentladungen durch eine aktive Arcunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung, bestehend aus mindestens je einer In­ duktivität und Kapazität sowie einem elektrischen Schalter zwischen einer elek­ trischen Energieversorgung und der Elektrode derart geschaltet wird, daß durch das Auslösen des Schalters eine Schwingung der Kathodenspannung erzeugt wird, die temporär zu einer Vorzeichenumkehr der Kathodenspannung führt.
2. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Versorgungsspannung unabhängig von dem Schalter­ schaltkreis ist.
3. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalterschaltkreis unabhängig von der Anzahl eventuell zu unterdrückender ARC ist.
4. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich um eine RLC-Kombination, mit R parallel C in Reihe mit L handelt.
5. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich um eine RLC-Kombination, mit R parallel L in Reihe mit C handelt.
6. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich um eine RLC-Kombination, mit L parallel C in Reihe mit R handelt.
7. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische Energieversorgung eine Gleichspannungs- oder Gleichstromquelle ist.
8. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei der Elektrode um eine Sputterkathode handelt.
9. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Schalter um einen mechanischen Schalter handelt.
10. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Schalter um einen Vakuumschalter handelt.
11. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Schalter um einen elektronischen Halblei­ terschalter handelt.
12. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Schalter um eine Elektronenröhre handelt.
13. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem Schalter um einen Lichtbogenschalter han­ delt.
14. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anordnung zur Arcreduzierung bei reaktiven Beschich­ tungsprozessen verwendet wird.
15. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arcneigung detektiert wird und hieraus das Auslösesi­ gnal für den Schalter erzeugt wird.
16. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalter zyklisch regelmäßig ausgelöst wird.
17. Vorrichtung und Verfahren nach Anordnung nach Anspruch 1, 9, 10,11, 12, 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholfrequenz der Schalterauslösung im kHz-Bereich liegt.
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