DE4420951C2

DE4420951C2 - Device for detecting micro-flashovers in atomizing systems

Info

Publication number: DE4420951C2
Application number: DE19944420951
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr Maas; Vladimir Dipl Ing Ibl
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: DE4420951A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen von Mikroüberschlägen in Zer stäubungsanlagen, bei denen ein zu beschichtendes Substrat wenigstens einer mit einem Target in Verbindung stehenden Zerstäubungselektrode gegenüberliegt.The invention relates to a device for detecting micro flashovers in Zer Dusting systems in which a substrate to be coated at least one with a sputtering electrode in communication with a target.

Um auf einem Substrat eine dünne Schicht eines bestimmten Materials aufzubringen, wird häufig das Kathoden-Zerstäubungsverfahren verwendet. Bei diesem Verfahren wird an einer Kathode, die mit einem zu zerstäubenden Target elektrisch in Verbin dung steht, eine Gleich- und/oder Wechselspannung angelegt. Als Wechselspannung wird oft eine mittelfrequente Spannung verwendet, die eine Frequenz von einigen hundert Hz bis einige hundert kHz hat.To apply a thin layer of a specific material to a substrate, Often the cathode sputtering process is used. In this process is connected to a cathode which is electrically connected to a target to be atomized tion, a DC and / or AC voltage applied. As AC voltage Often a medium frequency voltage is used which has a frequency of some one hundred Hz to several hundred kHz.

Bei diesem bekannten Kathodenzerstäubungsverfahren können Bogenentladungen zwischen dem Target und dem Substrat entstehen, die auch "Arcs" genannt werden. Diese Bogenentladungen zerstören nicht nur die auf dem Substrat herzustellende Schicht, sondern auch das Target.In this known sputtering process arc discharges arise between the target and the substrate, which are also called "arcs". These arc discharges not only destroy those produced on the substrate Layer, but also the target.

Dies gilt in besonderem Maß für die Herstellung dielektrischer Schichten mittels der sogenannten Reaktivgastechnik, bei der zusätzlich zu dem Edelgas, dessen Ionen das Target zerstäuben sollen, ein Reaktivgas in den Rezipienten eingelassen wird, mit dem das zerstäubte Targetmaterial am Substrat chemisch reagieren kann. Soll bei spielsweise eine dünne Schicht aus Al₂O₃ auf einem Substrat aufgebracht werden, besteht das zu zerstäubende Target aus Al, und es wird als Reaktivgas O₂ in die Zer stäubungs-Vakuumkammer eingelassen. Vor dem zu beschichtenden Substrat bildet sich dann Al₂O₃, das sich auf dem Substrat niederschlägt.This applies in particular to the production of dielectric layers by means of so-called reactive gas technique, in addition to the noble gas whose ions the Target to atomize, a reactive gas is introduced into the recipient, with which the sputtered target material can chemically react on the substrate. Should be at For example, a thin layer of Al₂O₃ be applied to a substrate, consists of the sputtering target of Al, and it is used as reactive gas O₂ in the Zer Dusting vacuum chamber taken in. Forms in front of the substrate to be coated then Al₂O₃, which is reflected on the substrate.

Es sind bereits mehrere Einrichtungen vorgeschlagen worden, mit denen es möglich ist, auftretende Bogenentladungen zu unterbrechen oder erst gar nicht entstehen zu lassen (DE-OS 41 27 504, DE-OS 41 27 505, DE-OS 42 30 779, DE-OS 42 39 218). Diese Einrichtungen eignen sich jedoch entweder nicht für Anlagen, die mit Wech selspannungen arbeiten oder sie sind zur Erkennung und Unterdrückung von Über schlägen in der "Keimphase", d. h. von Kleinst-Überschlägen oder µ-Arcs, unge eignet.Several facilities have already been proposed with which it is possible is to interrupt occurring arc discharges or even not arise let (DE-OS 41 27 504, DE-OS 41 27 505, DE-OS 42 30 779, DE-OS 42 39 218). However, these facilities are either not suitable for systems with Wech or that they are used to detect and suppress over in the "germination phase", d. H. of micro-flashovers or μ-arcs, unge suitable.

So ist aus der DE 41 27 505 eine Lichtbogenunterdrückung bzw. Arc-Unterdrückung bekannt, bei der die Erkennung von Arcs mittels Analog-Technik durch Differentia tion du/dt erfolgt. Was als Arc erkannt wird, hängt von der Dimensionierung der Bauteile ab, wobei diese Dimensionierung schwierig ist, da U(t) wegen der vor liegenden Wechselspannung ohnehin stark zeitabhängig ist. Eine zeitliche Feinab stimmung der Empfindlichkeit ist nicht vorgesehen. Es ist somit nicht möglich, ein zelne µ-Arcs von einer µ-Arc-Kaskade zu unterscheiden.Thus, from DE 41 27 505 an arc suppression or arc suppression known in which the detection of arcs by means of analog technology by differentia tion du / dt takes place. What is recognized as Arc depends on the sizing of the Components from this dimensioning is difficult, since U (t) because of before lying AC voltage is highly time-dependent anyway. A time fine Sensitivity of the sensitivity is not provided. It is therefore not possible to enter to distinguish individual μ-Arcs from a μ-Arc cascade.

Kleinst-Überschläge oder Micro-Arcs, die sich mit einem Oszilloskop beobachten lassen, treten nur während einer oder einigen Halbwellen der anliegenden Wechsel spannung auf, also bei einer anliegenden Wechselspannung von 40 kHz nur für etwa 12,5 µs oder einige Vielfache davon. Insbesondere bei leichtschmelzenden Zerstäu bungstargets, etwa aus Al, führen diese Micro-Arcs zu Schädigungen der herzustel lenden Schicht, da bereits die in den Micro-Arcs vorhandene Energie ausreicht, um kleinen Tropfen des Targetmaterials mit einem Durchmesser von einigen µm abzu schmelzen und bis auf das Substrat zu verspritzen.Small flashovers or micro-arcs observing with an oscilloscope let occur only during one or a few half-waves of the adjacent bills voltage, so with an applied AC voltage of 40 kHz only for about 12.5 μs or a few multiples of it. Especially with low-melting atomizer exercise targets, such as Al, cause these micro-arcs to cause damage to the device since the energy available in the micro-arcs is sufficient to small drops of the target material with a diameter of a few microns melt and spray on the substrate.

Das Auftreten der Micro-Arcs hängt mit dem Zustand des Targets zusammen. Wird ein neues bzw. gereinigtes Target mit einer völlig metallischen Oberfläche verwen det, treten die Micro-Arcs auch bei der reaktiven Zerstäubung kaum auf. Im Laufe des Zerstäubungsvorgangs bilden sich jedoch auf der Targetoberfläche dielektrische Schichten, die als Isolator wirken, wodurch die Häufigkeit der Micro-Arcs drastisch zunimmt. Gleichzeitig verschlechtert sich die Qualität der erzeugten Schichten. Ab hilfe läßt sich z. B. dadurch schaffen, daß die Targets gereinigt werden.The occurrence of micro-arcs is related to the state of the target. Becomes Use a new or cleaned target with a completely metallic surface det, the micro-arcs hardly occur even in the reactive atomization. In the course of However, the sputtering process forms dielectric on the target surface Layers that act as insulator drastically increase the frequency of micro-arcs increases. At the same time, the quality of the layers produced deteriorates. from help can be z. B. by the fact that the targets are cleaned.

Besonders für Beschichtungsanlagen, die mit einer Mittelfrequenz-Kathodenzerstäu bung arbeiten, ist es deshalb wichtig, die Häufigkeit der auftretenden Micro-Arcs zu ermitteln, um erforderlichenfalls entsprechende Maßnahmen rechtzeitig zu ergreifen. Especially for coating systems, which are equipped with a medium-frequency Kathodenzerstäu Therefore, it is important to consider the frequency of occurring micro-arcs to take appropriate action in a timely manner, if necessary.

Diese Maßnahmen können z. B. in einer Arcunterdrückung oder in einer Targetreini gung bestehen.These measures can z. B. in an Arcunterdrückung or in a Targetreini exist.

Es ist indessen auch eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit elektrisch nichtleitenden Schichten, bekannt, mit der es möglich ist, die während des Beschichtungsprozesses auftretenden Arcs in einer frühen Phase des Prozesses zu erkennen, in der die Neigung zur Bildung der Arcs zunimmt (DE 42 37 517 A1). Mit dieser Vorrichtung ist es nicht möglich, Mikro-Arcs zu ermitteln, die nur während einer Halbwelle einer anliegenden Wechselspannung von z. B. 40 kHz auftreten.However, it is also a device for coating a substrate, in particular with electrically non-conductive layers, known, with which it is possible during the coating process occurring in an early stage of the process recognize, in which the tendency to form the Arcs increases (DE 42 37 517 A1). With In this device, it is not possible to detect micro-arcs that are only during a half-wave of an applied AC voltage of z. B. 40 kHz occur.

Weiterhin ist eine Anordnung zur Vermeidung von Überschlägen in Plasmakammern bekannt, die einen Sensor aufweist, welcher auftretende Überschläge zwischen Ano de und Target erfaßt und an eine Auswerteschaltung meldet (DE 42 39 218 A1). Die se Auswerteschaltung schaltet dann, wenn bestimmte vorgegebene Kriterien bezüg lich der Anzahl und/oder Häufigkeit der Überschläge erfüllt sind, eine Einrichtung ein, die eine Polaritätsumkehr zwischen Anode und Kathode bewirkt. Die bekannte Anordnung ist indessen nicht für die Ermittlung und Auswertung von Mikro-Arcs ge eignet, weil sie nur für das Gleichstromsputtern ausgelegt ist und die durch die An wendung von Mittelfrequenz notwendig bedingten Abschaltungen der Kathode im Takt der Mittelfrequenz als Arc fehlinterpretieren würde.Furthermore, an arrangement for avoiding flashovers in plasma chambers known, which has a sensor which occurring flashovers between Ano detected de and target and reports to an evaluation circuit (DE 42 39 218 A1). the se evaluation circuit switches when certain predetermined criteria bezüg Lich the number and / or frequency of flashovers are met, a device a, which causes a polarity reversal between anode and cathode. The well-known However, the arrangement is not suitable for the determination and evaluation of micro-arcs is suitable because it is designed only for DC sputtering and by the An Use of medium frequency necessary shutdowns of the cathode in the Clock of the center frequency would misinterpret as Arc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, das Auftreten von Mikro-Überschlägen direkt an der oder den Kathoden festzustellen.The invention has for its object to provide a device with which it it is possible the occurrence of micro-flashovers directly on the cathode (s) determine.

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

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß rechtzeitig vor dem Auftreten ernsthafter Beschädigungen am Substrat oder am Target Maßnahmen ergriffen werden können, um diese Beschädigungen zu verhindern. Hierzu werden die auftretenden Mikro-Überschläge erfaßt. Ein großer Überschlag oder "Makro-Arc" wird durch eine ununterbrochene Folge von Mikro-Überschlägen repräsentiert. Eine Maßnahme, die Beschädigung von Substraten oder Targets zu verhindern, besteht in der Reinigung des Targets. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Empfindlichkeit des Detektors, mit dem die Mikro-Überschläge festgestellt werden, prozeßrelevant eingestellt werden kann. Weiterhin ist es möglich, die Anzahl der Mikro-Überschläge pro Zeiteinheit zu bestimmen. Gegenüber bekannten Einrichtun gen lassen sich die wesentlichen Elemente der Erfindung mit kleinsten Bauelementen realisieren, da keine Leistungsteile verwendet werden. Während bei bekannten Anla gen oft schreibtischgroße Vorrichtungen erforderlich sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nur streichholzschachtelgroß.The advantage achieved by the invention is, in particular, that in good time before the occurrence of serious damage to the substrate or the target measures can be taken to prevent this damage. To do this detects the occurring micro-flashovers. A big rollover or "macro arc" is represented by an uninterrupted sequence of micro-flashovers. A Measure to prevent damage to substrates or targets consists in cleaning the target. Another advantage of the invention is that the Sensitivity of the detector detecting the micro-flashovers can be set process-relevant. Furthermore, it is possible to reduce the number of To determine micro-flashovers per unit of time. Opposite known Einrichtun gen can be the essential elements of the invention with the smallest components realize, since no power parts are used. While in known Anla often desk-sized devices are required is the invention Device only matchbox size.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawing and are in described in more detail below. Show it:

Fig. 1 eine Zerstäubungsanlage mit einer Einrichtung zum Erkennen und Zählen von Micro-Arcs; Figure 1 is a sputtering device with a means for detecting and counting micro arcs.

Fig. 2 eine Detaildarstellung des bereits in Fig. 1 als Block dargestellten Arc-Detektors; FIG. 2 shows a detailed representation of the arc detector already shown as a block in FIG. 1; FIG.

Fig. 3 eine Darstellung der Elektrodenspannung einer Kathode über der Zeit; Fig. 3 is an illustration of the electrode voltage of a cathode over time;

Fig. 4 eine weitere Darstellung der addierten Elektrodenspannung von zwei Kathoden über der Zeit mit zugeordneten Zeitimpulsen; Figure 4 is a further illustration of the added electrode voltage of two cathode over time with associated timing pulses.

Fig. 5 die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zählen der Arcs in Form eines Flußdiagramms. Fig. 5 shows the operation of the inventive device for counting the Arcs in the form of a flow chart.

In der Fig. 1 ist eine Zerstäubungsanlage 1 gezeigt, die eine Einrichtung aufweist, mit der es möglich ist, kleine Bogenüberschläge zu erkennen und zu zählen. Diese Anla ge weist ein Substrat 2 auf, das mit einer dünnen Schicht 3 versehen werden soll. Diesem Substrat 2 liegen zwei Targets 4, 5 gegenüber, welche die Form von langge streckten Rechtecken aufweisen und die zu zerstäuben sind. Die Targets 4, 5 stehen jeweils über eine im Schnitt U-förmige Targethalteplatte 6, 7 mit jeweils einer Elek trode 8, 9 in Verbindung. Die Elektroden 8, 9 können Teil eines Magnetrons sein, was jedoch in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Zwischen Targets 4, 5 und Targethalteplat ten 6, 7 sind Kühlkanäle 11 bis 14 vorgesehen.In Fig. 1, a sputtering apparatus 1 is shown, which has a device with which it is possible to detect small arc flashovers and to count. This plant has a substrate 2 which is to be provided with a thin layer 3 . This substrate 2 are two targets 4 , 5 opposite, which have the shape of elongated rectangles and which are to be atomized. The targets 4 , 5 are each connected via an average U-shaped target holding plate 6 , 7 each having a Elek electrode 8 , 9 in conjunction. The electrodes 8 , 9 may be part of a magnetron, but this is not shown in FIG . Between targets 4 , 5 and Targethalteplat th 6 , 7 cooling channels 11 to 14 are provided.

Sehr ähnlich zu Gleichspannungs-Zerstäubungsanlagen, bei denen die an einer Kathode liegende Gleichspannung die Ionen direkt beschleunigt, liegt bei der in der Fig. 1 gezeigten Anlage eine Spannung an den Elektroden 8, 9, die von einer Mittel frequenzquelle 20 abgegeben wird, wobei aber die Polarität der Spannung ständig so wechselt, daß eine der Elektroden Kathode ist und die andere Anode und umgekehrt. Aufgrund dieser Mittelfrequenz-Spannung, welche die Frequenzen von einigen hun dert Hz bis einigen hundert kHz haben kann, entsteht vor den Targets 4, 5 ein Plas ma, aus dem Teilchen, z. B. Argon-Ionen, auf die Targets 4, 5 beschleunigt werden und dort Partikel herausschlagen, die ihrerseits aufgrund ihrer kinetischen Energie in Richtung auf das Substrat 2 wandern und sich dort als Schicht 3 niederschlagen.Very similar to DC sputtering, in which the DC voltage applied to a cathode accelerates the ions directly, is in the system shown in FIG. 1, a voltage at the electrodes 8 , 9 , the frequency source from a medium 20 is discharged, but the polarity of the voltage constantly changes so that one of the electrodes is cathode and the other anode and vice versa. Because of this medium-frequency voltage, which may have the frequencies of a few hundred Hz to a few hundred kHz, arises before the targets 4 , 5 a Plas ma from the particle, z. As argon ions are accelerated to the targets 4 , 5 and knock out there particles, which in turn migrate due to their kinetic energy in the direction of the substrate 2 and there precipitate as layer 3 .

Für die Steuerung der dargestellten Anordnung kann ein Prozeßrechner 58 vorge sehen werden, der Meßdaten verarbeitet und Steuerbefehle abgibt. Diesem Prozeß rechner 58, dessen Regelungsteil in der Fig. 1 mit 44 bezeichnet ist, können bei spielsweise die Werte des gemessenen Partialdrucks in der Prozeßkammer zugeführt werden. Aufgrund dieser und anderer Daten kann der Prozeßrechner z. B. den Gas fluß über Ventile 22, 23 regeln, die in Gaszuführungsleitungen 24, 25 liegen, die mit Gasbehältern 26, 27 in Verbindung stehen.For the control of the illustrated arrangement, a process computer 58 can be seen easily, processed the measurement data and outputs control commands. This process computer 58 , the control part is designated in Fig. 1 with 44 , for example, the values of the measured partial pressure can be supplied in the process chamber. Due to these and other data, the process computer z. B. regulate the gas flow through valves 22 , 23 , which are located in gas supply lines 24 , 25 which communicate with gas containers 26 , 27 in connection.

Die Elektroden 8, 9 sind derart auf Isolatoren 28, 29 bzw. 30, 31 gelagert, daß sich ihre ebenen Targetflächen in einer schrägen Position zur Ebene des Substrats befin den. Diese Isolatoren 28, 29 bzw. 30, 31 sind rechteckförmige Rahmen. Eine Anlage mit zwei Elektroden, die ähnlich aufgebaut ist wie die in der Fig. 1 gezeigte Anlage, ist aus der DE 40 10 495 A1 bekannt.The electrodes 8 , 9 are mounted on insulators 28 , 29 and 30 , 31 such that their flat target surfaces are in an oblique position to the plane of the substrate. These insulators 28 , 29 and 30 , 31 are rectangular frames. A system with two electrodes, which is constructed similarly to the system shown in FIG. 1, is known from DE 40 10 495 A1.

Die Gaszuführungsleitungen 24, 25 führen über weitere Gasleitungen 36, 37 zu Gas duschen 32, 33, die von Abschirmungen 34, 35 umgeben sind. Das Substrat 2 ist am Boden 38 eines Kessels 39 isoliert angeordnet, auf dem ein Deckel 40 liegt. Dieser Deckel weist in der Mitte zwei Einbuchtungen 41, 42 auf, in denen sich die Elektro den 8, 9 befinden.The gas supply lines 24 , 25 lead via further gas lines 36 , 37 shower to gas 32 , 33 , which are surrounded by shields 34 , 35 . The substrate 2 is arranged insulated on the bottom 38 of a kettle 39 , on which a lid 40 is located. This lid has two indentations 41 , 42 in the middle, in which the electric 8 , 9 are located.

Während die beiden Elektroden 8, 9 mit dem Mittelfrequenzsender 20 verbunden sind, liegt das Substrat 2 an einer Hochfrequenzquelle 43, die ihrerseits mit einer Regelung 44 in Verbindung steht. Die Hochfrequenzquelle 43 ist wegen dem Sub strat-Bias vorgesehen. Die erwähnte Regelung 44, die Teil des Prozeßrechners 58 ist, steuert die Gasventile 22, 23. Da die Regelung 44 nicht selbst Gegenstand der vorlie genden Erfindung ist, wird nicht näher auf sie eingegangen. Sie verwendet z. B. ein A + B-Signal, das weiter unten noch näher beschrieben ist, mit einem entsprechenden Soll-Wert aus dem den Gesamtprozeß steuernden Rechner 58, um den Prozeß zu sta bilisieren. Die beiden Ausgänge 45, 46 des Mittelfrequenzsenders 20, der vorzugs weise eine Spannung von 40 kHz zur Verfügung stellt, sind gleichspannungs-poten tialfrei und symmetrisch zueinander. Sie sind außer mit den Elektroden 8, 9 auch noch mit einem Spannungs-Additions-Glied 47 verbunden, das die auf einige Volt herabtransformierte Summenspannung beider Kathoden an einen Zeitgeber oder Timer 49 weitergibt. Die über die Zeit gemittelte Summenspannung kann außerdem in der Regelung 44 zu Regelungszwecken verwendet werden. Der Timer 49 verwen det die Anstiegsflanken der Elektrodenspannung als Kriterium, um die übrigen elek tronischen Einrichtungen zu synchronisieren. Am Timer 49 lassen sich verschiedene Zeiten T₁, T₂ erstellen, was durch die regelbaren Widerstände 50, 51 angedeutet ist Durch die Zeiten T₁ und T₂ wird die Position und die Länge eines Meßfensters ein gestellt. Ein Ausgang des Timers 49 ist über Leitungen 78, 79, 80, die hier nur als ei ne Leitung dargestellt sind, mit dem Eingang eines Arc-Detektors 53 verbunden, der seinerseits mit einem Arc-Zähler 54 in Verbindung steht. Der Arc-Zähler 54 kann durch einen Mikroprozessor realisiert sein, der durch ein spezielles Programm ge steuert wird. Zum Zwecke der Synchronisation ist außerdem zwischen dem Zeitgeber 49 und dem Arc-Zähler 51 eine Synchronisationsleitung 55 vorgesehen. Über diese Leitung gehen Impulse, die weiter unten in Fig. 4 noch näher dargestellt sind. Außer dem führt von der Spannungsaddition 47 eine Leitung 60 zum Arc-Detektor 53, des sen Empfindlichkeit einstellbar ist, was durch einen regelbaren Widerstand 61 ange deutet ist. Vom Arc-Zähler 54 führt eine Leitung 56 weg, auf der sich das Analog- Signal U = 2 · log (N + 1) befindet. Dieses Signal führt zu einem für die Gesamtsteu erung und für die Visualisierung verantwortlichen Rechner 58.While the two electrodes 8 , 9 are connected to the center frequency transmitter 20 , the substrate 2 is located at a high frequency source 43 , which in turn is connected to a controller 44 . The high frequency source 43 is provided because of the sub strate bias. The mentioned control 44 , which is part of the process computer 58 , controls the gas valves 22 , 23 . Since the control 44 is not itself the subject of the vorlie invention, will not be discussed in detail. It uses z. As an A + B signal, which is described in more detail below, with a corresponding target value from the overall process controlling computer 58 to stabilize the process to sta. The two outputs 45 , 46 of the medium-frequency transmitter 20 , the virtue, as a voltage of 40 kHz are available, DC voltage potential tialfrei and symmetrical to each other. Apart from the electrodes 8 , 9, they are also connected to a voltage-adding element 47 , which transmits the sum voltage of both cathodes, which has been transformed down to a few volts, to a timer or timer 49 . The summed voltage averaged over time can also be used in control 44 for regulatory purposes. The timer 49 uses the leading edges of the electrode voltage as a criterion to synchronize the remaining electronic devices. The timer 49 can create different times T₁, T₂, which is indicated by the variable resistors 50 , 51 through the times T₁ and T₂, the position and the length of a measuring window is set. An output of the timer 49 is connected via lines 78 , 79 , 80 , which are shown here only as a ne line, connected to the input of an arc detector 53 , which in turn is connected to an arc counter 54 . The arc counter 54 can be realized by a microprocessor, which is controlled by a special program. For the purpose of synchronization, a synchronization line 55 is also provided between the timer 49 and the arc counter 51 . About this line go pulses, which are shown in detail below in Fig. 4. In addition to the leads from the voltage addition 47, a line 60 to the arc detector 53 , the sen sensitivity is adjustable, which is indicated by a variable resistor 61 is. From the arc counter 54 , a line 56 leads away, on which the analog signal U = 2 * log (N + 1) is located. This signal leads to a computer 58 responsible for overall control and visualization.

In dem Addierer 47 werden die beiden auf den Leitungen 45, 46 anliegenden Span nungen dynamisch addiert und gleichzeitig auf ein Niveau von einigen Volt herab transformiert. Das Ergebnis dieser Transformation ist in der Fig. 4 dargestellt. Dyna misch addiert heißt, daß (A + B) (t) = A (t) + B (t) bestimmt wird, d. h. daß keine Mittelwerte oder dergleichen aufaddiert werden, wie es bei der Regelung 44 der Fall ist.In the adder 47 , the two voltage applied to the lines 45 , 46 voltages are dynamically added and simultaneously transformed down to a level of a few volts. The result of this transformation is shown in FIG . Dyna misch added means that (A + B) (t) = A (t) + B (t) is determined, ie that no average values or the like are added up, as is the case with the control 44 .

Die addierten Spannungen A + B werden einerseits zur Synchronisation des Timers 49 verwendet und andererseits zur Feststellung der Mikroüberschläge durch einen Arc-Detektor 53. Der Timer 49 erzeugt ein Synchronisationssignal (Zeile 2 in Fig. 4) und ein weiteres Signal (Zeile 3 in Fig. 4) zur Festlegung eines Meßfensters bzw. Meßintervalls.The added voltages A + B are used on the one hand to synchronize the timer 49 and on the other hand to detect the micro-flashovers by an arc detector 53 . The timer 49 generates a synchronization signal (line 2 in Fig. 4) and another signal (line 3 in Fig. 4) for determining a measuring window or measuring interval.

Der Arc-Detektor 53 ist im wesentlichen ein Komparator, der innerhalb des Meß fensters den aktuellen Wert der Spannung A + B mit einem Triggerwert (vgl. 115 in Fig. 4) vergleicht. Fällt innerhalb des Meßfensters die Spannung A + B unter diesen Triggerwert 115, dann wird - ebenfalls synchronisiert - ein OK-Signal für T/2, d. h. von 12,5 µs bei einer Sonderfrequenz von 40 kHz, auf Null gesetzt. Wenn die nach folgende Halbwelle im A + B-Signal in Ordnung ist, d. h. wenn sie innerhalb des Meßfensters stets über dem Triggerwert 115 liegt, wird das OK-Signal wieder auf "1" gesetzt.The arc detector 53 is essentially a comparator which compares, within the measuring window, the current value of the voltage A + B with a trigger value (compare 115 in Fig. 4). If, within the measuring window, the voltage A + B falls below this trigger value 115, then - likewise synchronized - an OK signal for T / 2, ie of 12.5 μs at a special frequency of 40 kHz, is set to zero. If the following half-wave in the A + B signal is OK, ie if it is always above the trigger value 115 within the measuring window, the OK signal is reset to "1".

Da erst nach dem Ende einer Halbwelle festgestellt werden kann, ob ein Mikroüber schlag im obigen Sinn vorhanden war, erfolgt das Schalten des OK-Signals um T/2 zeitverzögert. Über die Werte des Triggers und die Dauer der Lage des Meßfensters (2. und 3. Zeile in Fig. 4) läßt sich die Empfindlichkeit des Arc-Detektors 53 einstellen. Hierin besteht ein entscheidender Vorteil der Erfindung gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik. Mit 15 ist eine Leitung bezeichnet, über welche der Sender 20 abgeschaltet werden kann, so daß die Leistungsversorgung zu den Elektroden 8, 9 unterbunden wird. Since it can be determined only after the end of a half-wave, if a micro-impact was present in the above sense, the switching of the OK signal by T / 2 takes place with a time delay. The sensitivity of the arc detector 53 can be set via the values of the trigger and the duration of the position of the measuring window (2nd and 3rd lines in FIG. 4). This is a decisive advantage of the invention over the previously known prior art. With 15 , a line is indicated, via which the transmitter 20 can be turned off, so that the power supply to the electrodes 8 , 9 is suppressed.

In der Fig. 2 ist das Kernstück des Arcdetektors der Fig. 1 näher dargestellt. Man er kennt hierbei, daß das aus der Spannungsaddition 47 kommende Signal A + B auf den Eingang eines Vergleichers 70 gegeben wird, der über einen Widerstand 90 mit einer Leitung 71 in Verbindung steht, die mit einem Triggersignal beaufschlagt wird. Das Triggersignal auf der Leitung 71 kommt von dem Potentiometer 61 des Arc- Detektors 53. Von den beiden Ausgängen 72, 73 des Vergleichers 71 ist der Ausgang 73 mit einem NAND-Glied 74 verbunden, während der andere Ausgang mit einem D-Flipflop 75 in Verbindung steht. Ein Ausgang 76 dieses D-Flipflops 75 ist mit ei nem Eingang eines weiteren D-Flipflops 77 verbunden, dessen zweiter Eingang 78 mit einer Meßintervallinformation beaufschlagt wird, die auch einem Eingang 79 des D-Flipflops 75 und einem Eingang 80 des NAND-Glieds 74 zugeführt ist. Die Ein gänge 78, 79, 80 sind mit dem Ausgang des Timers 49 der Fig. 1 verbunden. Der Arc-Detektor 53 ist für die vorliegende Erfindung von wesentlicher Bedeutung. Er ist speziell für das Erkennen von Mikro-Überschlägen im Falle des Mittelfrequenz- Sputterns ausgelegt. Seine Besonderheiten bestehen darin, daß nicht der Strom zur Erkennung der Mikro-Überschläge herangezogen wird, sondern die Spannung. Dabei wird die aktuelle Spannung jeweils pro Halbwelle in einem entsprechenden Meßfen ster mit einem einstellbaren Triggerwert verglichen. Die Länge des Meßfensters und der Anfangszeitpunkt, bezogen auf einen Synchronisationsimpuls, sind einstellbar.In FIG. 2 is the core of the Arcdetektors of FIG. 1 in more detail. Man he knows here that the signal A + B coming from the voltage addition 47 is applied to the input of a comparator 70 which is connected via a resistor 90 to a line 71 in communication, which is acted upon by a trigger signal. The trigger signal on the line 71 comes from the potentiometer 61 of the arc detector 53 . Of the two outputs 72 , 73 of the comparator 71 , the output 73 is connected to a NAND gate 74 , while the other output is connected to a D flip-flop 75 . An output 76 of this D flip-flop 75 is connected to egg nem input of another D flip-flop 77 , the second input 78 is applied to a Meßintervallinformation, which is also an input 79 of the D flip-flop 75 and an input 80 of the NAND gate 74th is supplied. The inputs 78 , 79 , 80 are connected to the output of the timer 49 of FIG . The arc detector 53 is essential to the present invention. It is specially designed to detect micro-flashovers in the case of mid-frequency sputtering. Its peculiarities are that not the current is used to detect the micro-flashovers, but the voltage. In this case, the current voltage is compared per half-wave in a corresponding Meßfen art with an adjustable trigger value. The length of the measuring window and the starting time, based on a synchronization pulse, are adjustable.

Die Funktionsweise der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen wird im ein zelnen weiter unten beschrieben. Zunächst soll jedoch anhand der Fig. 3 und 4 noch einmal genauer erläutert werden, welche Vorgänge beim Zerstäubungsprozeß ab laufen, die im Zusammenhang mit der Erfindung von Interesse sind.The operation of the arrangements shown in FIGS . 1 and 2 is described in an individual below. First, however, will be explained in more detail with reference to FIGS. 3 and 4, which processes in the sputtering process run off, which are in connection with the invention of interest.

In der Fig. 3 ist der Verlauf der Spannung an einer der Kathoden 8 oder 9 in Form eines Oszilloskop-Bilds dargestellt. Im Prinzip sind die Spannungen an beiden Kathoden 8, 9 gleich. Die Spannung an der Kathode 8 ist lediglich 180 Grad oder bei 40 kHz um 12,5 µs gegenüber der Spannung an der Kathode 9 phasenverschoben. Man erkennt hierbei, daß dann, wenn keine Mikro-Überschläge auftreten, die Span nung U_Elektrode von einem Wert Null Volt innerhalb von ca. 10 µs auf einen Wert von knapp -1.500 Volt ansteigt, um dann innerhalb weiterer ca. 10 µs wieder auf den Null Volt zurückzugehen. Dieser Vorgang wiederholt sich z. B. bei einer Senderfre quenz von 40 kHz periodisch alle 25 µs, was durch die Spannungsspitzen 100 bis 103 gekennzeichnet ist. Tritt nun im Zeitpunkt t₁ ein Mikro-Überschlag auf, dann bricht die Spannung innerhalb weniger ns zusammen, d. h. sie geht auf 0 V zurück. Je nach "Schwere" des Überschlags kann die Spannung bereits in der nächsten Halbwelle wieder ihren normalen Verlauf zeigen, wie er z. B. bei 104, 105 angedeutet ist, oder ein Spannungsanstieg erfolgt nur noch partiell in der nächsten Halbwelle, z. B. 108, oder es erfolgt ein totaler Spannungszusammenbruch über mehrere bis viele Halbwel len, was einen "kräftigen Überschlag" bedeutet. In der Abb. 3 ist ab etwa dem Zeit punkt von 95 µs der Aufbau eines "kräftigen Überschlags" oder "hard arc" anhand des Oszilloskop-Bildes dokumentiert. FIG. 3 shows the profile of the voltage on one of the cathodes 8 or 9 in the form of an oscilloscope image. In principle, the voltages at both cathodes 8 , 9 are the same. The voltage at the cathode 8 is only 180 degrees out of phase with the voltage at the cathode 9 at 40 kHz by 12.5 microseconds. It can be seen here that then, if no micro-flashovers occur, the clamping voltage U _electrode of a value zero volts within about 10 microseconds to a value of almost -1,500 volts increases, then within about 10 microseconds again on to go back to the zero volt. This process is repeated z. B. at a Senderfre frequency of 40 kHz periodically every 25 microseconds, which is characterized by the voltage spikes 100 to 103 . Occurs now at the time t₁ a micro-flashover, then the voltage breaks down within a few ns, ie it goes back to 0V. Depending on the "severity" of the rollover, the tension can already return to its normal course in the next half-wave. B. at 104 , 105 is indicated, or a voltage increase takes place only partially in the next half wave, z. B. 108 , or there is a total voltage breakdown over several to many Halbwel len, which means a "powerful rollover". In Fig. 3 is from about the time point of 95 microseconds, the structure of a "powerful flashover" or "hard arc" documented by the oscilloscope image.

In der Fig. 4 sind die Zusammenhänge noch einmal näher dargestellt. Bei dem dort gezeigten Signal 110 handelt es sich allerdings nicht um die Spannung an einer der Elektroden 8, 9, sondern um das Summensignal aus beiden Spannungen, das von dem Summenbildner 47 (Fig. 1) abgegeben wird. Auch dieses Signal hat zunächst einen periodischen Verlauf, was durch die etwa auf gleicher Höhe liegenden Bereiche 111 bis 113 angedeutet wird. Tritt nun zum Zeitpunkt t₂ ein Mikro-Überschlag auf, so bricht die Spannung zusammen, was durch die Position 114 gekennzeichnet ist. Wei tere Mikro-Überschläge treten zu den Zeitpunkten t₃ und t₄ auf, da auch an diesen Stellen die Spannung zusammenbricht, die sich zwischenzeitlich wieder aufgebaut hatte. Die gestrichelte Linie 115 bezeichnet einen Triggerwert, dessen Unterschrei tung im Meßintervall bestimmte Schalthandlungen auslöst. Unterhalb der Darstellung der Spannungskurve 110 sind Synchronisationsimpulse über die gleiche Zeitachse aufgetragen. Diese Synchronisationsimpulse 120 bis 128 weisen einen Abstand von 12,5 Bis auf. Sie werden vom Timer 49 auf den Arc-Zähler 54 gegeben, wie bereits in Fig. 1 angedeutet.In Fig. 4, the relationships are shown again in more detail. The signal 110 shown there, however, is not the voltage at one of the electrodes 8 , 9 , but the sum signal from both voltages which is output by the summation generator 47 ( FIG. 1). Also, this signal initially has a periodic course, which is indicated by the approximately at the same level lying areas 111 to 113 . Occurs now at the time t₂ a micro-flashover, so the voltage collapses, which is characterized by the position 114 . Wei tere micro-flashovers occur at the times t₃ and t₄, because even at these points, the voltage collapses, which had been rebuilt in the meantime. The dashed line 115 denotes a trigger value whose Unterschrei tion triggers certain switching operations in the measurement interval. Below the representation of the voltage curve 110 , synchronization pulses are plotted over the same time axis. These synchronization pulses 120 to 128 have a spacing of 12.5 to. They are given by the timer 49 to the arc counter 54 , as already indicated in Fig. 1.

Im gleichen zeitlichen Abstand von 12,5 µs sind unterhalb der Synchronisations impulse 120 bis 128 die Meßintervallimpulse 130 bis 138 dargestellt. Diese Impulse 130 bis 138 stellen den dynamischen Ablauf auf den Leitungen 78, 79, 80 dar.At the same time interval of 12.5 microseconds are below the synchronization pulses 120 to 128, the measuring interval pulses 130 to 138 shown. These pulses 130 to 138 represent the dynamic sequence on the lines 78 , 79 , 80 .

Unterhalb der Meßintervalle ist der Verlauf eines OK-Signals mit den Pulsen 140, 142 dargestellt, das dem Arc-Zähler 54 die Möglichkeit gibt, die µ-Arcs zu zählen.Below the measuring intervals, the course of an OK signal with the pulses 140 , 142 is shown, which gives the arc counter 54 the opportunity to count the μ-Arcs.

Die Fig. 5 zeigt ein Signalfluß-Diagramm, welches die Steuerung des Mikro prozessors andeutet, durch den der Arc-Zähler 54 im wesentlichen realisiert wird. Wird die Anlage 1 gestartet, so wird zunächst auf die Synchronisation gewartet, was durch Block 200 angedeutet ist. Die Zahl N der bislang aufgetretenen Mikro-Über schläge ist zu diesem Zeitpunkt selbstverständlich noch Null. Liegt die Synchronisa tion vor, wird geprüft, ob ein "OK-Signal" kommt (Block 201). Trifft dies nicht zu, wird die Zahl N der bereits aufgetretenen µ-Arcs um 1 erhöht. Anschließend wird ge prüft, ob die Meßzeit abgelaufen ist (Block 203). Fig. 5 shows a signal flow diagram, which indicates the control of the micro-processor, through which the arc counter 54 is substantially realized. If the system 1 is started, it is first waited for the synchronization, which is indicated by block 200 . Of course, the number N of hitherto encountered micro-blows is still zero at this time. If the synchronization is present, it is checked whether an "OK signal" comes (block 201 ). If this is not the case, the number N of μ-arcs that have already occurred is increased by 1. Subsequently, it is checked whether the measurement time has expired (block 203 ).

Ist die Meßzeit abgelaufen (Block 203), wird ein Analogsignal 2 × log (N + 1) aus Block 204 ausgegeben. Ist die Meßzeit jedoch noch nicht abgelaufen, wird wieder auf eine Synchronisation gewartet.If the measurement time has expired (block 203 ), an analog signal 2 × log (N + 1) is output from block 204 . However, if the measuring time has not yet expired, synchronization is again awaited.

Nachdem das Analogsignal 2 × log (N + 1) von Block 204 abgegeben wurde, wird in Block 25 die Zahl N wieder auf 0 gesetzt. Wenn der Prozeß noch läuft, wird der ge samte Vorgang ab Block 200 erneut in Form einer Schleife durchlaufen, bis der Pro zeß beendet ist.After the analog signal 2 × log (N + 1) has been output from block 204 , the number N is reset to 0 in block 25 . If the process is still running, the entire process from block 200 is looped again until the process is finished.

Als Meßzeit kann 1 Sekunde, aber auch 10 Sekunden, 1 Minute oder 1 Stunde ge wählt werden.The measuring time can be 1 second, but also 10 seconds, 1 minute or 1 hour ge be chosen.

Über eine z. B. in einem EPROM abgespeicherte Tabelle wird die Anzahl der in der Meßzeit gezählten Überschläge in ein analoges Signal umgewandelt, das nach außen weitergeleitet wird. Dabei liegt der Tabelle eine logarithmische Skala zugrunde. Im bereits erwähnten Beispiel von 40 kHz könnten theoretisch 80.000 Überschläge auf treten. Damit hätte die Tabelle folgende Form:About a z. B. stored in an EPROM table, the number of in the Measuring time counted flashovers converted into an analog signal, the outward is forwarded. The table is based on a logarithmic scale. in the already mentioned example of 40 kHz could theoretically 80,000 flashovers on to step. The table would have the following form:

Anzahl der ÜberschlägeNumber of flashovers Abgegebene SpannungDelivered voltage 80.000|10 V80,000 | 10V 8.000|8 V8,000 | 8V 800|6 V800 | 6V 80|4 V80 | 4V 8|2 V8 | 2 V 0|0 V0 | 0 V

Durch das Logarithmieren sind folglich leicht bis zu 80.000 Mikro-Überschläge pro Sekunde erfaßbar.Logarithming can easily result in up to 80,000 micro-flashovers per minute Second detectable.

Claims

1. A device for detecting micro-flashovers in sputtering, in which a substrate to be coated ( 2 ) at least one with a target ( 4 , 5 ) in conjunction Zerstäubungselektrode ( 8 , 9 ) opposite, which is at a center frequency Mit, with

a) means ( 49 ) for generating an adjustable measuring window;
b) a comparator ( 53 ) which compares the voltage applied to the electrode ( 8 or 9 ) with a predetermined and adjustable voltage ( 115 ) and then, when the electrode voltage falls below this predetermined voltage ( 115 ) within the measuring window, a signal which indicates a micro-flashover;
c) means ( 54 ) for counting the number of micro-flashovers that occur;
d) means ( 15 , 58 , 44 ) for preventing large flashovers when a certain number of micro-flashes or a certain frequency of micro-flashes are present.

2. Device according to claim 1, characterized in that a device ( 49 ) is provided for generating synchronization signals.

3. A device according to claim 2, characterized in that the means ( 49 ) for generating an adjustable measuring window and synchronization pulses is a timer, which in turn by the rising edges of the voltage at a Zerstäubungselektrode ( 4 , 8 ; 5 , 9 ) is synchronized and from this information as well as from the values of adjustable resistances, the position and duration of a measuring window in the form of a first signal ( 78 , 79 , 80 ) and the synchronization pulses in the form of a second signal ( 120 ... 128 ).

4. Device according to claim 1, characterized in that the means ( 54 ) for counting the signal ( 93 ) representing a micro-flashover, this signal over a fixed measuring interval away counts, z. Over 1 second, 10 seconds, 1 minute or 1 hour.

5. Device according to claim 4, characterized in that in a measurement interval flashes are converted into an analog signal that can be displayed by means of a display device.

6. Device according to claims 1, 2 and 3, characterized in that two cathodes ( 8 , 9 ) are provided and the voltages are superimposed on these cathodes in an adder ( 47 ), wherein the output signal of the adder ( 47 ) so well the means ( 49 ) for generating an adjustable measuring window and the comparator ( 53 ) is supplied.

7. Device according to claim 6, characterized in that the voltages at the cathodes ( 8 , 9 ) are added dynamically in the adder ( 47 ) and are simultaneously transformed down to a level of a few volts.