DE4242894A1

DE4242894A1 - Vorrichtung zur Mehrfacheinspeisung von HF-Leistung in Kathodenkörpern

Info

Publication number: DE4242894A1
Application number: DE19924242894
Authority: DE
Inventors: Juergen Bruch; Goetz Teschner
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1994-06-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mehr facheinspeisung von HF-Leistung in einen Kathodenkörper, insbesondere in Langkathoden bei Plasma-CVD-Anlagen, mit einem HF-Generator, einem Anpassungsnetzwerk, und einer Verteilerstelle, von der wenigstens zwei elektrische Verbindungseinheiten zu je einer HF-Einspeisestelle der Kathode verlaufen.

Die Verwendung von Langkathoden in Kathodenzerstäubungs anlagen erlauben eine gleichmäßige Beschichtung von großflächigen Substraten, die vorzugsweise mit ihrer Breitseite über die Kathode geführt werden. Beispielsweise ist es damit möglich, breite Bandfolien, die über ge eignete Wickelspulen geleitet werden in einem, für die Bedampfung der Folie geeigneten Abstand über die Kathode zu führen.

Für eine homogene Schichtbildung auf dem zu beschichtenden Substrat, kommt es neben eines exakten Gleichlauf s der Bewegungsmechanik für den Transport des zu beschichtenden Substrats insbesondere auch auf die elektrostatischen bzw. elektrodynamische Verhältnisse an der Beschichtungskathode an.

Die am häufigsten angewendete Methode der sogenannten Plasma-CVD-Verfahrenstechnik erfordert eine geeignete Hochfrequenzspeisung der Kathode zur Erzeugung eines unmittelbar oberhalb der Kathodenfläche sich stationär ausbildenden Plasmas, das für einen weitgehend homogenen Materialabtrag auf der Kathodenoberfläche sorgt und somit zu einer gleichmäßigen Schichtbildung auf dem Substrat führt. Die Erzeugung einer stationären Plasmawolke setzt jedoch über die gesamte Länge der Kathodenoberfläche homogene elektrischer Verhältnisse voraus, die durch ent sprechende Hochfrequenzspannungseinspeisung erreicht wer den muß.

Plasma-CVD-Anlagen mit sehr langen Kathoden, d. h. Katho denlängen im Bereich von ¼ der Wellenlänge der zur Auf rechterhaltung des Plasmas erforderlichen Hochfrequenz oder mehr weisen das Problem auf, daß entlang der Katho denoberfläche die Spannungsverteilung zumeist ungleichmä ßig ausgebildet ist, was nicht zuletzt auch durch ohm′sche Verluste entlang des Kathodenkörpers bedingt ist.

Es ist bekannt, daß Spannungsinhomogenitäten durch Mehrfacheinspeisung der HF-Frequenz an unterschiedlichen Stellen der Kathode beseitigt werden können, sofern ge sichert ist, daß alle Einspeisungspunkte mit exakt gleicher Spannung und gleicher Phase versorgt werden. Der Forderung, der exakt gleichen Spannungsversorgung an den einzelnen Einspeisungspunkten, werden bisweilen nur aufwendige Hochfrequenzschaltungen, unter Verwendung komplizierter Hochfrequenzschwingkreise bestehend aus Kondensatoren und Spulen, gerecht. Nachteilhaft daran ist jedoch, daß der Betrieb durch die notwendige Hoch frequenz nachhaltige Störeinflüsse hervorruft, die durch gegenseitiges Eins treuen von HF-Leistung in die einzelnen Schwingkreise entstehen. Zudem trägt die komplexe Elektronik der Speiseschaltung einen nicht zu vernach lässigenden Anteil an den gesamten Herstellungskosten entsprechender Plasma-CVD-Anlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Mehrfacheinspeisung von HF-Leistung in einen Kathodenkörper, insbesondere in Langkathoden bei Plasma- CVD-Anlagen, mit einem HF-Generator, einem Anpassungsnetz werk und einer Verteilerstelle, von der wenigstens zwei elektrische Verbindungseinheiten zu je einer HF-Einspei sestelle der Kathode verlaufen, derart weiterzuentwic keln, daß auf die bekannten, hochkomplexen HF-Netzwerk schaltungen verzichtet werden kann und weitgehend die Leitungseigenschaften im Hochfrequenzbetrieb ausgenutzt werden sollen. Ferner soll der Arbeitsaufwand zur elektronischen Abstimmung für die jeweilige Anpassung der Hochfrequenzspannungseinspeisung auf ein Minimum reduziert werden. Schließlich ist der Fertigungsaufwand der Hoch frequenzeinspeiseelektronik zu reduzieren und die damit ver bundenen Kosten zu senken.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe wird durch den Patent anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den daran anschließenden Unteransprüchen dargestellt.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Mehrfachein speisung von HF-Leistung in einen Kathodenkörper, insbe sondere in Langkathoden bei Plasma-CVD-Anlagen, mit einem HF-Generator, einem Anpassungsnetzwerk und einer Vertei lerstelle, von der wenigstens zwei elektrische Verbindung seinheiten HF-Einspeisestelle der Kathode verlaufen, derart angegeben, daß die elektrischen Verbindungseinhei ten von außen abgeschirmte Zuleitungen sind, über deren Längenwahl eine elektrische Anpassung vornehmbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, daß eine zentrale HF-Quelle in Form eines HF-Generators verwandt wird, die über ein Hochfrequenzanpassungsnetzwerk mit einer zentralen Verteilerstelle verbunden ist, von der eine Vielzahl von Hochfrequenzleitungen abgehen, die wiederum an verschiedenen Einkoppelstellen an der HF- Elektrode die HF-Energie in die Elektrode dezentral ein koppeln. Da ohnehin elektrische Zuleitungen zu jeder Einspeisestelle nötig sind, können die physikalischen Eigenschaften der Hochfrequenzleitung ausgenutzt werden, so daß die Leitungen in Abhängigkeit von ihrer Länge als Induktivitäten oder Kapazitäten wirken. Über die Wahl der Leitungslänge kann somit auf die Energieverteilung respek tive Phasenanpassung der zu übertragenden Hochfrequenz spannung Einfluß genommen werden.

In Längen von ¼ bis ½ der zu übertragenden Wellenlänge wirkt die koaxiale Leitung bei Leerlauf oder kapazitiver Belastung als Induktivität. Diese Induktivität kann für den Anpassungsschwingkreis benutzt werden, so daß die Verwendung von Spulen überflüssig wird. Ohnehin ist die Verwendung von Koaxialkabel aufgrund der zumeist hohen Spannungen und dadurch bedingten hohen Strömen in diesem Anwendungsgebiet bislang nicht bekannt, weswegen die hier dargestellte Neuerung eine Abkehr von dem bislang üblichen bedeutet.

Als weiterer Vorteil bei Verwendung von Koaxialkabel ist insbesondere zu nennen, daß keine äußeren kapazitiven Störeinflüsse in die einzelnen Leitungen von außen ein streuen.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungs beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigt:

Fig. 1 Blockschaltbild zur Mehrfacheinspeisung mit Koaxialkabel.

In Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Hochfrequenz-Mehrfacheinspeisungsschaltung dargestellt, in der ein Hochfrequenzgenerator 1 mit einer vorzugsweise 50 Ohm Impedanz vorgesehen ist. Über ein Koaxialkabel 2 und ein Anpassungsnetzwerk, das im wesent lichen aus den beiden variablen Kondensatoren C1 und C2 zusammengesetzt ist, wird die HF-Leistung an eine Vertei lerstelle 3 geleitet. Von jeder Einspeisungsstelle an der Kathode 5 wird ein Hochfrequenzkoaxialkabel bis zur Ver teilerstelle gezogen, wobei alle Leitungslängen l₁ bis l_n die gleiche Länge besitzen müssen. Ferner ist es sehr vorteilhaft, daß die Leitungslängen im Bereich von ¼ bis ½ der Wellenlänge der Hochfrequenzschwingung, die über die Kabel übertragen wird, liegen.

Zwischen der Einspeisungsstelle und jedem Kabelende werden Kondensatoren C_xn eingebaut, die kapazitiv derart abge glichen werden, so daß verbleibende Ungleichmäßigkeiten in den Kabeln in Folge mechanischer Toleranzen eingeebnet werden können.

Der in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 4 dargestellte Re zipient, dient nur der zeichnerischen Vollständigkeit und verdeutlicht die unmittelbar über der Kathode angebrachte Lage, zur direkten Abscheidung einer homogenen Beschich tung.

Der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbare Vorteil liegt insbesondere darin, daß zum Abgleich der Hochfrequenzspannung ein weit geringerer Aufwand nötig ist, als mit dem bisher bekannten, um eine gleichmäßi ge Leistungseinspeisung über die gesamte Länge der Kathode 5 zu erzielen. Insbesondere kann eine Spule entfallen, die bisher für den Anpassungsschwingkreis erforderlich war. Darüber hinaus können durchaus konventionell, käufliche Teile verwendet werden, wodurch der Fertigungsaufwand weitaus geringer ist, als bei der Eigenfertigung von Spulen und Verteilerbausteinen. Eine erhebliche Reduzierung der zum Bau einer solchen Vorrichtung erforderlichen Kosten ist somit die Folge.

Bezugszeichenliste

1 HF-Generator
2 Koaxialkabel
3 Verteilungsstelle
4 Rezipient
5 Langkathode
l₁ . . . l_n Koaxialleiter

Claims

1. Vorrichtung zur Mehrfacheinspeisung von HF-Leistung in einen Kathodenkörper, insbesondere in Langkathoden bei Plasma-CVD-Anlagen, mit einem HF-Generator, einem Anpas sungsnetzwerk, und einer Verteilerstelle von der wenig stens zwei elektrische Verbindungseinheiten zu je einer HF- Einspeisestelle der Kathode verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungs einheiten von außen abgeschirmte Zuleitungen sind, über deren Längenwahl eine elektrischen Anpassung vornehmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen Koaxialkabel sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kathode wenig stens ein Achtel der Wellenlänge der angelegten Hochfre quenzschwingung beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einspeisestellen der Kathode mit gleicher Spannung und Phase speisbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschirmten Zuleitungen eine Länge von einem Viertel bis zur Hälfte der Wellenlän ge der angelegten Hochfrequenzschwingung haben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektrischen Zuleitungen gleiche Längen besitzen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verteilerstelle und den Einspeisestellen Kondensatoren zum Abgleich von Zuleitungsunregelmäßigkeiten vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus mehreren separaten Elektroden besteht.