RU2423754C2 - Method and device to manufacture cleaned substrates or pure substrates exposed to additional treatment - Google Patents
Method and device to manufacture cleaned substrates or pure substrates exposed to additional treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2423754C2 RU2423754C2 RU2009120013/07A RU2009120013A RU2423754C2 RU 2423754 C2 RU2423754 C2 RU 2423754C2 RU 2009120013/07 A RU2009120013/07 A RU 2009120013/07A RU 2009120013 A RU2009120013 A RU 2009120013A RU 2423754 C2 RU2423754 C2 RU 2423754C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode electrode
- cathode
- source
- anode
- limiter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение, по первому объекту, относится к изготовлению по меньшей мере одной очищенной подложки, особенно, очищенных таким образом режущих частей инструментов, очищенные подложки которых могут быть подвергнуты дополнительной технологической обработке до и/или после очистки, например, посредством нагрева и/или нанесением на них покрытия. Процессом очистки, который используется для производства очищенных таким образом подложек, является, вообще говоря, плазменное травление как нереактивное, так и реактивное. По первому объекту данного изобретения, задачей данного изобретения является обеспечение повышенной плотности плазменного травления непосредственно у очищаемой области поверхности подложки и достижение улучшенной равномерной очистки как внутри рельефов, так и выступающих частей на рассматриваемой области поверхности, особенно, например, на режущих кромках подложек инструментальных частей.The present invention, in a first aspect, relates to the manufacture of at least one cleaned substrate, especially cutter parts that are so cleaned, the cleaned substrates of which can be subjected to further processing before and / or after cleaning, for example by heating and / or applying coverings on them. The cleaning process that is used to produce the substrates thus cleaned is, generally speaking, plasma etching, both non-reactive and reactive. According to the first object of the present invention, the object of the present invention is to provide an increased plasma etching density directly at the surface region of the substrate to be cleaned and to achieve improved uniform cleaning both inside the reliefs and protruding parts on the surface region under consideration, especially, for example, on the cutting edges of the substrate of the tool parts.
Согласно первому объекту данного изобретения данная задача достигается способом изготовления по меньшей мере одной очищенной подложки или подложки, полученной в результате дополнительной технологической обработки очищенной таким образом подложки, способом, который содержит следующее.According to a first aspect of the present invention, this object is achieved by a method of manufacturing at least one peeled substrate or a substrate obtained as a result of further processing of a substrate so cleaned in a manner that comprises the following.
В вакуумной камере, имеющей реакционную зону и содержащей газ, предназначенный для ионизации, создают, по меньшей мере, один плазменный разряд, по меньшей мере, между одним катодным источником электронов и, по меньшей мере, одной анодной конструкцией, содержащей, по меньшей мере, один анодный электрод;In a vacuum chamber having a reaction zone and containing a gas for ionization, at least one plasma discharge is generated between at least one cathode electron source and at least one anode structure containing at least one anode electrode;
• увеличивают электронную плотность и, таким образом, ионную плотность непосредственно вблизи, по меньшей мере, одной анодной конструкции с помощью ограничителя, имеющего отверстие, открытое в сторону реакционной зоны, и содержащего, по меньшей мере, один анодный электрод;• increase the electron density and, thus, the ion density directly near at least one anode structure using a stopper having a hole open in the direction of the reaction zone and containing at least one anode electrode;
• предусматривают наличие анодного электрода внутри ограничителя и воздействуют на данный ограничитель электрическим потенциалом, отличным от электрического потенциала, приложенного к анодному электроду, концентрируя таким образом повышенную ионную плотность в ограничителе и в непосредственной близи от его отверстия;• provide for the presence of the anode electrode inside the limiter and act on this limiter with an electric potential different from the electric potential applied to the anode electrode, thereby concentrating the increased ion density in the limiter and in the immediate vicinity of its opening;
• размещают подложку с подачей на нее отрицательного электрического потенциала, по меньшей мере, усредненного во времени, и по отношению к электрическому потенциалу анодного электрода;• place the substrate with the supply to it of a negative electric potential, at least averaged over time, and with respect to the electric potential of the anode electrode;
• размещают, по меньшей мере, очищаемую область поверхности подложки на заранее определенное время очистки под воздействие области повышенной ионной плотности и в непосредственной близости от отверстия, тем самым, существенно ближе к отверстию, чем к катодному источнику электронов.• place at least the cleaned area of the substrate surface for a predetermined cleaning time under the influence of the region of increased ion density and in the immediate vicinity of the hole, thereby being substantially closer to the hole than to the cathode electron source.
Согласно патенту Германии DE 42 28 499 плазменную очистку подложек осуществляют созданием плазменного разряда между полым катодом и, в основном, плоским анодом, обращенным в сторону полого катода вдоль оси разряда. Подложки размещают в вакуумной камере на отдалении от оси разряда и вдоль нее.According to German patent DE 42 28 499, the plasma cleaning of the substrates is carried out by creating a plasma discharge between the hollow cathode and a generally flat anode facing the hollow cathode along the discharge axis. The substrates are placed in a vacuum chamber at a distance from and along the axis of the discharge.
Согласно следующей ссылке, ориентированной, в общем, на плазменную очистку, в патенте Германии DE 41 25 365, который согласуется с патентом США US- A-5 294 322, первый плазменный разряд создают между испаряемой мишенью и стенкой вакуумной камеры, исполнявшей роль анода с помощью первого источника электропитания. Для целей очистки между испаряемой мишенью и подложками располагают заслонку. Второй анодный электрод имеет U-образную форму, и в целях очистки его запускают в работу от второго дополнительного источника электропитания с анодным потенциалом относительно стенки вакуумной камеры. Подложки запускают в работу с помощью третьего источника электропитания с катодным потенциалом относительно рассмотренной стенки.According to the following reference, oriented generally to plasma cleaning, in German patent DE 41 25 365, which is consistent with US patent US-A-5 294 322, the first plasma discharge is created between the vaporized target and the wall of the vacuum chamber acting as an anode with using the first power source. For cleaning purposes, a shutter is positioned between the vaporized target and the substrates. The second anode electrode is U-shaped, and in order to clean it, it is put into operation from a second additional power source with an anode potential relative to the wall of the vacuum chamber. The substrates are put into operation using a third power source with a cathode potential relative to the considered wall.
Далее внимание привлечено к патенту США US 5 503 725.Further attention is drawn to US Pat. No. 5,503,725.
Согласно настоящему изобретению в одном варианте воплощения рассматриваемый плазменный разряд генерируют как низковольтный разряд с напряжением UAUX между анодным электродом и катодным источником электронов, величина которого составляет:According to the present invention, in one embodiment, the considered plasma discharge is generated as a low-voltage discharge with a voltage U AUX between the anode electrode and the cathode electron source, the value of which is:
20 V ≤ UAC ≤ 100 V,20 V ≤ U AC ≤ 100 V,
при этом, в следующем варианте воплощения:however, in the following embodiment:
35 V ≤ UAC ≤ 70 V.35 V ≤ U AC ≤ 70 V.
ОпределениеDefinition
Всякий раз, на всем протяжении раскрытия содержания и формулы настоящего изобретения, когда рассматриваются значения напряжения, тока или электрического потенциала, надо обратиться к их среднеквадратичному значению (RMS). Для определения понятия среднеквадратичного значения приводится ссылка, например, на Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/ROOT MEAN SQUARE. Each time, throughout the disclosure of the content and claims of the present invention, when considering the values of voltage, current or electric potential, you should refer to their rms value (RMS). For the definition of the mean square value, a link is provided, for example, to Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/ROOT MEAN SQUARE.
В следующем варианте воплощения анодный электрод и катодный источник электронов запускают в работу электрической схемой питания с плавающими электрическими потенциалами.In a further embodiment, the anode electrode and the cathode electron source are put into operation by a power circuit with floating electrical potentials.
Таким образом, используют только один источник электропитания, и катодный источник электронов при определенной разнице потенциалов "видит" только один анодный электрод, который и является рассматриваемым анодным электродом внутри ограничителя.Thus, only one power source is used, and the cathode source of electrons, with a certain potential difference, “sees” only one anode electrode, which is the considered anode electrode inside the limiter.
Несмотря на то что рассматриваемый ограничитель можно запускать с помощью дополнительного электропитания подачей заранее установленного, по возможности регулируемого электрического потенциала, который отличается от электрического потенциала анодного электрода, в одном из вариантов воплощения рассматриваемый ограничитель находится на плавающем электрическом потенциале.Despite the fact that the limiter in question can be triggered by means of an additional power supply by supplying a pre-set, possibly adjustable electric potential, which is different from the electric potential of the anode electrode, in one embodiment, the limiter in question is at a floating electric potential.
При этом рассматриваемый ограничитель изготовлен из металла или из диэлектрического материала в основной своей массе, при этом, по меньшей мере, часть его поверхности является металлической. Возможно, он может быть выполнен даже из диэлектрического материала.In this case, the limiter in question is made of metal or of a dielectric material in its bulk, while at least part of its surface is metal. Perhaps it can even be made of a dielectric material.
В одном из вариантов воплощения внутреннее пространство рассматриваемого ограничителя выбрано, в основном, U-образной формы, по меньшей мере, в одной плоскости сечения. Предлагается анодный электрод, расположенный на расстоянии от дна и вдоль дна внутреннего U-образного пространства, рассматриваемого по-прежнему в обсуждаемой плоскости сечения.In one embodiment, the interior of the limiter in question is selected mainly in a U-shape in at least one section plane. An anode electrode is proposed that is located at a distance from the bottom and along the bottom of the internal U-shaped space, which is still considered in the discussed section plane.
Далее, в одном варианте воплощения, рассматриваемое U-образное внутреннее пространство имеет форму желоба в перпендикулярном рассмотрении обсуждаемой плоскости сечения.Further, in one embodiment, the U-shaped interior in question is shaped like a trough in a perpendicular view of the sectional plane under discussion.
В следующем варианте воплощения на анодный электрод относительно катодного источника электронов подают постоянный ток в импульсном режиме. Таким образом, становится возможным, с одной стороны, генерировать плазму высокой плотности внутри и в непосредственной близости к рассматриваемому ограничителю и, с другой стороны, ограничивать под контролем разогрев ограничителя и анодного электрода.In a further embodiment, direct current is applied to the anode electrode relative to the cathode electron source in a pulsed mode. Thus, it becomes possible, on the one hand, to generate high-density plasma inside and in close proximity to the limiter in question and, on the other hand, to limit the heating of the limiter and the anode electrode under control.
В следующем варианте воплощения, по меньшей мере, одно из значений постоянного тока, амплитуда импульсов относительно величины постоянного тока, частота следования импульсов, длительность импульса или максимальная нагрузка форма импульса являются регулируемыми. Таким образом, в одном варианте воплощения рассматриваемая частота следования импульсов выбрана в интервале:In a further embodiment, at least one of the direct current values, the amplitude of the pulses relative to the direct current value, the pulse repetition rate, the pulse duration or the maximum load, the pulse shape is adjustable. Thus, in one embodiment, the considered pulse repetition rate is selected in the range:
0,2 Гц ≤ f ≤ 200 КГц.0.2 Hz ≤ f ≤ 200 kHz.
Еще в одном варианте воплощения способа по настоящему изобретению, в котором внутреннее пространство ограничителя выбрано, в основном, U-образной формы, по меньшей мере, в одной плоскости сечения и в котором предложен анодный электрод, расположенный на расстоянии от дна и вдоль дна внутреннего U-образного пространства, рассматриваемый, кроме того, в обсуждаемой плоскости сечения; анодный электрод имеет протяженность WAN, и дно внутреннего пространства ограничителя имеет протяженность WCO, и эти значения подобраны так, чтобы было действительным соотношение:In yet another embodiment of the method of the present invention, in which the internal space of the limiter is selected, mainly U-shaped, in at least one plane of section and in which an anode electrode is located at a distance from the bottom and along the bottom of the inner U -shaped space, considered, moreover, in the sectional plane under discussion; the anode electrode has a length of W AN , and the bottom of the internal space of the limiter has a length of W CO , and these values are selected so that the ratio is valid:
WAN < WCO ≤ WAN + 2 DSD.W AN <W CO ≤ W AN + 2 DSD.
DSD - толщина темного пространства в рабочих условиях способа, осуществляемого в вакуумной камере.DSD is the thickness of the dark space under the operating conditions of the method carried out in a vacuum chamber.
При этом толщина темного пространства при определенных рабочих условиях составляет около от 0,5 мм до 10 мм при общем давлении в вакуумной камере от 0,1 Па до 10 Па. Толщина темного пространства составляет приблизительно от 1 мм до 10 мм для общего давления от 0,1 Па до 3 Па.The thickness of the dark space under certain operating conditions is about 0.5 mm to 10 mm with a total pressure in the vacuum chamber of 0.1 Pa to 10 Pa. The thickness of the dark space is approximately 1 mm to 10 mm for a total pressure of 0.1 Pa to 3 Pa.
Перед поверхностями двух электродов, с помощью которых генерируется плазменный разряд, формируется область, которая называется, как известно опытному оператору, "электродное темное пространство". Протяженность этого электродного темного пространства, в основном, перпендикулярного к поверхности электрода, является толщиной темного пространства. Именно в этом пространстве происходит существенное падение электродного потенциала, а именно между потенциалом плазмы и потенциалом поверхности электрода. Таким образом, именно в этом месте заряженные частицы ускоряются электрическим полем, которое образуется в результате падения электродного потенциала в электродном темном пространстве.In front of the surfaces of the two electrodes with which a plasma discharge is generated, a region is formed, which is called, as the experienced operator knows, "electrode dark space". The length of this electrode dark space, mainly perpendicular to the surface of the electrode, is the thickness of the dark space. It is in this space that a significant drop in the electrode potential occurs, namely, between the plasma potential and the electrode surface potential. Thus, it is in this place that charged particles are accelerated by an electric field, which is formed as a result of a drop in the electrode potential in the dark electrode space.
В следующем варианте воплощения протяженность плеча внутреннего U-образного пространства - L выбрана согласно соотношению:In a further embodiment, the shoulder length of the inner U-shaped space - L is selected according to the ratio:
0,5 WAN ≤ L ≤ 1,5 WAN.0.5 W AN ≤ L ≤ 1.5 W AN .
Еще в одном варианте воплощения область поверхности подложки, подвергаемая очистке, отдалена от плоскости, определяемой отверстием ограничителя, на расстояние d, которое выбрано:In another embodiment, the surface region of the substrate to be cleaned is distant from the plane defined by the stopper hole by a distance d that is selected:
2 см ≤d ≤10 см.2 cm ≤ d ≤ 10 cm.
В следующем варианте воплощения способа, описанного в настоящем изобретении, на анодный электрод относительно катодного источника электронов подают такое питание, чтобы получить плотность тока на единицу площади анода, по меньшей мере, 0,5 A/см2. При этом верхний предел для такой плотности тока, прежде всего, ограничен эффективностью ограничивающих разогрев средств измерения, установленных в конструкции анода.In a further embodiment of the method described in the present invention, such power is supplied to the anode electrode relative to the cathode electron source to obtain a current density per unit area of the anode of at least 0.5 A / cm 2 . In this case, the upper limit for such a current density is primarily limited by the efficiency of the heating limiting measuring instruments installed in the anode structure.
В следующем варианте воплощения подачей электропитания между рассматриваемым анодным электродом и катодным источником электронов создают падение анодного потенциала от 50 В до 100 В (включая оба предела). При этом в зоне анодного темного пространства электроны сильно ускоряются в направлении к анодному электроду, приводя к высокой степени ионизации молекул газа, находящихся в данном темном анодном пространстве.In a further embodiment, applying a power supply between the anode electrode in question and the cathode electron source creates a drop in the anode potential from 50 V to 100 V (including both limits). In this case, in the zone of the anode dark space, the electrons are strongly accelerated towards the anode electrode, leading to a high degree of ionization of gas molecules in this dark anode space.
В одном варианте воплощения выбран, по меньшей мере, один катодный источник электронов для генерирования в основном только электронов. Такой источник может, например, быть термоэлектродным катодом прямого накала или полым катодом. Поскольку не может быть исключено, что благодаря столкновениям положительных ионов с катодом такой катод также будет испускать частицы своего материала, такой источник определен как испускающий «в основном» только электроны.In one embodiment, at least one cathode electron source is selected to generate substantially only electrons. Such a source may, for example, be a direct filament thermoelectrode cathode or a hollow cathode. Since it cannot be ruled out that due to collisions of positive ions with the cathode, such a cathode will also emit particles of its material, such a source is defined as emitting “mainly” only electrons.
В следующем варианте воплощения, по меньшей мере, один катодный источник электронов выбран как катод, испускающий электроны и материал источника. В этом случае нанесение покрытия на подложку предотвращают посредством контролируемо перемещаемой заслонки. При этом такой катодный источник электронов может, например, быть выполнен как распыляемая мишень, при этом мишень или немагнетронного, или магнетронного распыления или мишень напыления в дуговом разряде. При этом для процесса очистки согласно настоящему изобретению соответствующие мишени приводят в действие только вместе с рассмотренным анодным электродом, находящимся в ограничителе.In a further embodiment, the at least one cathode electron source is selected as a cathode emitting electrons and source material. In this case, the coating on the substrate is prevented by means of a controllably movable shutter. Moreover, such a cathode source of electrons can, for example, be made as a sputtering target, while the target is either non-magnetron or magnetron sputtering or a sputtering target in an arc discharge. In this case, for the cleaning process according to the present invention, the corresponding targets are activated only together with the considered anode electrode located in the limiter.
В следующем варианте воплощения на подложку подают напряжение смещения постоянного тока, сочетания постоянного и переменного тока или переменного тока, причем, предпочтительно, напряжение смещения постоянного тока с наложенными импульсами.In a further embodiment, a DC bias voltage, a combination of direct and alternating current or alternating current, is applied to the substrate, moreover, preferably, the bias voltage of the direct current with superimposed pulses.
В следующем варианте воплощения способа по настоящему изобретению подложки подвергают дополнительной обработке, по меньшей мере, по одной из следующих технологических операций:In a further embodiment of the method of the present invention, the substrates are further processed in at least one of the following process steps:
• очистке травлением ионами металлов, в которой в качестве катодного источника электронов выбран катод, который испускает электроны и металл источника, в которой поток металлических частиц от рассматриваемого катода к рассматриваемому анодному электроду только ограничивается, но не предотвращается;• cleaning by metal ion etching, in which the cathode is selected as the cathode source of electrons, which emits electrons and the source metal, in which the flow of metal particles from the considered cathode to the considered anode electrode is only limited but not prevented;
• нагреву, в котором анодный электрод, как рассматриваемый, отключают и вводят в действие подложку в качестве анодного электрода относительно катодного источника электронов;• heating, in which the anode electrode, as considered, is turned off and the substrate is activated as the anode electrode relative to the cathode electron source;
• нанесению покрытия.• coating.
Таким образом, с целью нанесения покрытия, всякий раз, когда катодный источник электронов выполнен, например, как мишень распыляемого источника или источника, испаряемого в дуговом разряде, во время процесса очистки вводят в работу анодный электрод с ограничителем в качестве анода относительно рассматриваемого катода-мишени, тогда как во время операции нанесения покрытия анодный электрод с ограничителем отключают и подключают специальный анод, как, например, стенка вакуумной камеры, относительно распыляемого катода или, соответственно, катода испарения в дуговом разряде.Thus, for the purpose of coating, whenever the cathode source of electrons is made, for example, as a target of a sputtered source or a source vaporized in an arc discharge, an anode electrode with a limiter as an anode relative to the target cathode under consideration is introduced into the operation during the cleaning process , whereas during the coating operation, the anode electrode with the limiter is disconnected and a special anode is connected, such as, for example, the wall of the vacuum chamber relative to the sprayed cathode or, respectively , cathode of evaporation in an arc discharge.
Фактически, режим нанесения покрытия может быть выполнен по различными технологиям:In fact, the coating mode can be performed by various technologies:
a) катодный источник электронов испускает материал, а анодный электрод отключен. Вместо него подключают анод, который предназначен только для источника материала, содержащего катодный источник электронов.a) the cathode electron source emits material, and the anode electrode is disconnected. Instead, an anode is connected, which is intended only for a source of material containing a cathode source of electrons.
b) Катодный источник электронов испускает материал, а анодный электрод оставляют подключенным. Такой процесс покрытия подобен ионной металлизации.b) The cathode electron source emits material, and the anode electrode is left connected. Such a coating process is similar to ion plating.
c) Катод эмитирует в основном только электроны, анодный электрод подключен. Осуществляется подача газа для осаждения из него покрытия, как, например, газ для покрытия углеродом, к примеру метан или ацетилен или их смесь. Этот газ разлагается в непосредственной близи от анодного электрода, так что формируется покрытие, например, алмазоподобным углеродом (DLC). Такой метод принципиально согласуется с плазменно-химическим осаждением из газовой фазы (PECVD).c) The cathode mainly emits electrons, the anode electrode is connected. A gas is supplied to deposit a coating therefrom, such as, for example, a carbon coating gas, for example methane or acetylene, or a mixture thereof. This gas decomposes in the immediate vicinity of the anode electrode, so that a coating is formed, for example, with diamond-like carbon (DLC). This method is fundamentally consistent with plasma chemical vapor deposition (PECVD).
d) Катодный источник электронов испускает электроны и материал. Анодный электрод подключен. В вакуумную камеру осуществляется подача газа, из которого осаждается покрытие, или реакционного газа.d) The cathode source of electrons emits electrons and material. The anode electrode is connected. The gas from which the coating is deposited, or the reaction gas, is supplied to the vacuum chamber.
е) Катодный источник электронов и рассматриваемый анодный электрод оба отключены. Введен в работу отдельный источник материала для нанесения покрытия.f) The cathode electron source and the anode electrode in question are both disconnected. A separate source of coating material was put into operation.
В следующем варианте воплощения в вакуумной камере предлагается вспомогательный анодный электрод. Процесс возникновения и развития дугообразования, под которым подразумевается "нарушающее" дугообразование, предотвращают тем, что функционирование анодного электрода, который активен во время обработки подложки, будь то очистка, травление ионами металла, нагрев или покрытие, прерывают на первый отрезок времени и заменяют включением в процесс вспомогательного анодного электрода.In a further embodiment, an auxiliary anode electrode is provided in a vacuum chamber. The process of occurrence and development of arcing, which means "disturbing" arcing, is prevented by the interruption of the operation of the anode electrode, which is active during processing of the substrate, whether it is cleaning, etching by metal ions, heating or coating, for the first time period and is replaced by process of auxiliary anode electrode.
При этом первый отрезок времени, на время которого вспомогательный анод заменяет функционирование анода технологического процесса, выбран короче вторых промежутков времени непосредственно до и после рассмотренного первого отрезка времени, и в течение этих вторых промежутков времени происходит процесс обработки подложки.In this case, the first time interval during which the auxiliary anode replaces the operation of the process anode is selected shorter than the second time intervals immediately before and after the first time interval considered, and during these second time periods the substrate is processed.
В следующем варианте воплощения, отступая от только что рассмотренного варианта воплощения с функционированием вспомогательного катода, анодный электрод, который является активным во время процесса обработки подложки, является анодным электродом анодной конструкции, таким образом, взаимодействующим с рассмотренным ограничителем, а вспомогательный анодный электрод размещен существенно ближе в катодному источнику электронов, чем к анодной конструкции.In a further embodiment, departing from the aforementioned embodiment with an auxiliary cathode functioning, the anode electrode that is active during the processing of the substrate is an anode electrode of the anode structure, thus interacting with the considered limiter, and the auxiliary anode electrode is placed much closer in the cathode source of electrons than to the anode structure.
Еще в одном варианте воплощения рассмотренное переключение с анодного электрода, функционирующего в процессе обработки подложки, на вспомогательный анод на рассмотренный первый отрезок времени контролируется, по меньшей мере, в одном из следующих режимов:In another embodiment, the considered switching from the anode electrode functioning during the processing of the substrate to the auxiliary anode for the considered first time interval is controlled in at least one of the following modes:
• в режиме предотвращения, где переключатель постоянно управляется таймером, например, периодически, на протяжении процесса обработки;• in prevention mode, where the switch is constantly controlled by a timer, for example, periodically, during the processing process;
• в режиме ограничения, где дугообразование не предотвращается, но быстро обнаруживается детектором возникновения дуги, и, как только обнаруживается начало дугообразования, дальнейшее ее развитие прерывается переключением с анодного электрода, функционирующего в процессе обработки, на вспомогательный анод.• in the limiting mode, where arcing is not prevented, but is quickly detected by the arcing detector, and as soon as the onset of arcing is detected, its further development is interrupted by switching from the anode electrode functioning during processing to the auxiliary anode.
С целью только что рассмотренного предотвращения повреждения технологического процесса, происходящего из-за нежелательного дугообразования, при более общем подходе, один электрод из пары электродов, участвующих в плазменной обработке подложки, отключают на относительно короткий первый отрезок времени и его функционирование заменяют подключением в работу вспомогательного электрода. Такой общий подход для предотвращения повреждения, наносимого дугой, рассматривается как второй объект настоящего изобретения, патентоспособный сам по себе, и содержит способ предотвращения нарушения процесса обработки, происходящего из-за нежелательного дугообразования при вакуумной обработке в плазменном разряде, по меньшей мере, одной подложки, в соответствии с которым плазма генерируется с участием, по меньшей мере, двух электродов, способ, который содержит отключение от работы одного из, по меньшей мере, двух электродов и, вместо этого, подключение к работе вспомогательного электрода на первый отрезок времени, который значительно короче, чем вторые промежутки времени непосредственно до и после первого отрезка времени.In order to just prevent the damage to the technological process due to unwanted arcing, with a more general approach, one electrode of a pair of electrodes participating in the plasma treatment of the substrate is disconnected for a relatively short first period of time and its functioning is replaced by connecting an auxiliary electrode to work . Such a general approach for preventing damage caused by an arc is considered as a second object of the present invention, patentable per se, and comprises a method for preventing disruption of the processing process due to undesired arcing during vacuum treatment in a plasma discharge of at least one substrate, in accordance with which the plasma is generated with the participation of at least two electrodes, a method that includes disabling one of the at least two electrodes and, instead of Moreover, the auxiliary electrode is connected to the operation for the first time interval, which is much shorter than the second time intervals immediately before and after the first time interval.
При оценке всех вариантов воплощения патентоспособного способа по первому объекту изобретения, описанных выше, необходимо указать, что все эти варианты воплощения могут быть объединены по двое, по трое или более, если определенные варианты воплощения не находятся в противоречии друг с другом.When evaluating all variants of the embodiment of the patentable method according to the first object of the invention described above, it is necessary to indicate that all these variants of embodiment can be combined in two, three or more, if certain embodiments are not in conflict with each other.
Для выполнения рассмотренной выше задачи в соответствии с первым объектом настоящего изобретения установка вакуумной обработки содержит:To perform the above tasks in accordance with the first object of the present invention, the installation of vacuum processing contains:
• вакуумную камеру с реакционной зоной, и в этой камере:• a vacuum chamber with a reaction zone, and in this chamber:
• конструкция для создания плазменного разряда, которая содержит катодный источник электронов, анодную конструкцию и держатель для подложки, посредством чего катодный источник электронов и анодная конструкция функционально взаимосвязаны через источник электропитания;• a design for creating a plasma discharge, which contains a cathode source of electrons, an anode structure and a holder for the substrate, whereby the cathode source of electrons and the anode structure are functionally interconnected through a power source;
• кроме того, в которой анодная конструкция содержит ограничитель с внутренним пространством, открытым в сторону реакционной зоны, и который содержит анодный электрод;• in addition, in which the anode structure contains a limiter with an internal space open towards the reaction zone, and which contains the anode electrode;
• в которой ограничитель установлен электрически изолированным от анодного электрода;• in which the limiter is installed electrically isolated from the anode electrode;
• держатель подложки установлен внутри вакуумной камеры таким образом, чтобы расположить область поверхности подложки, находящейся на упомянутом держателе, в непосредственной близости от отверстия ограничителя и существенно ближе к данному отверстию, чем к катодному источнику электронов, и, кроме того, с возможностью функционально соединять подложку с источником электрического смещения.• the substrate holder is mounted inside the vacuum chamber in such a way as to locate the surface area of the substrate located on the holder, in the immediate vicinity of the limiter hole and substantially closer to this hole than to the cathode electron source, and, in addition, with the ability to functionally connect the substrate with a source of electrical displacement.
Следующие варианты воплощения таких установок, которые могут быть объединена по двое, по трое и более при отсутствии взаимных противоречий, детально изложены в пунктах 25-40 формулы изобретения, являясь частью настоящего раскрытия сущности изобретения.The following embodiments of such installations, which can be combined in two, three or more in the absence of mutual contradictions, are described in detail in paragraphs 25-40 of the claims, as part of the present disclosure.
Теперь данное изобретение описывается, кроме того, на примерах и с помощью чертежей. Данные чертежи демонстрируют:Now the invention is described, in addition, by examples and using the drawings. These drawings demonstrate:
Фиг.1 - схематически и упрощенно, вакуумную обрабатывающую установку по настоящему изобретению, осуществляющую способ изготовления по данному изобретению;Figure 1 - schematically and simplified, a vacuum processing unit according to the present invention, implementing the manufacturing method according to this invention;
Фиг.2 - в схематическом виде в перспективе, вариант воплощения анодной конструкции, который может быть использован в установке на фиг.1;Figure 2 is a schematic perspective view of an embodiment of an anode structure that can be used in the installation of Figure 1;
Фиг.3 - эвристически, различные формы изменения тока разряда во времени, подаваемого на электроды плазменного разряда в варианте воплощения на фиг.1 или 2;Figure 3 - heuristically, various forms of change in the discharge current in time, supplied to the plasma discharge electrodes in the embodiment of figure 1 or 2;
Фиг.4a - схематично, первый тип катодного источника электронов, который использован в установке по настоящему изобретению, для осуществления способа согласно данному изобретению;Fig. 4a is a schematic illustration of a first type of cathode electron source that is used in the apparatus of the present invention for implementing the method of the present invention;
Фиг.4b - также схематично, второй тип катодного источника электронов;Fig. 4b is also a schematic illustration of a second type of cathode electron source;
Фиг.5 - по второму объекту настоящего изобретения, плазменную обработку в вакуумной камере и предотвращение повреждения технологического процесса нежелательным дугообразованием;Figure 5 - according to the second object of the present invention, the plasma treatment in a vacuum chamber and preventing damage to the process by undesirable arcing;
Фиг.6 - все еще упрощенно и схематично, более детально представленную установку для обработки по настоящему изобретению и представление производственного способа как изобретения, функционирующего в режиме очищения травлением;6 is still a simplified and schematic, in more detail presented installation for processing of the present invention and the presentation of the production method as an invention, operating in the mode of cleaning by etching;
Фиг.7 - установку и способ по фиг.6, осуществляемый в режиме травления ионами металла;Fig.7 - the installation and method of Fig.6, carried out in the mode of etching by metal ions;
Фиг.8 - установку и способ по фиг.6 или фиг.7, осуществляемый в режиме нагрева подложки; иFig - installation and method of Fig.6 or Fig.7, carried out in the heating mode of the substrate; and
Фиг.9 - установку и способ по фиг.6-8, осуществляемый в режиме нанесения покрытия на подложку.Fig.9 - installation and method of Fig.6-8, carried out in the mode of coating on the substrate.
Фиг.1 демонстрирует принцип способа изготовления чистой подложки согласно настоящему изобретению и произведенного на установке вакуумной очистки, как объекте настоящего изобретения. В вакуумной камере 1, вакуумируемой откачивающей установкой 3, предусмотрены катодный источник электронов 5 и анодная конструкция 7. Катодный источник электронов 5 испускает электроны в реакционную зону R вакуумной камеры 1. Анодная конструкция 7 содержит анодный электрод 9 и ограничитель 11. Ограничитель 11 определяет границы внутреннего пространства, имеющего отверстие 13 в направлении к реакционной зоне R. Во внутреннем пространстве ограничителя 11 предложен анодный электрод 9, электрически изолированный от ограничителя 11. Ограничитель 11 изготовлен из металла и/или из диэлектрического материала, в связи с этим, в одном варианте воплощения, по меньшей мере, внутреннее пространство ограничителя 11 изготовлено из металла. Ограничитель 11 находится на плавающем электрическом потенциале Φfl. Для некоторых применений ограничителем можно управлять подачей заранее определенного или регулируемого электрического потенциала относительно стенки вакуумного резервуара, как показано на фиг.1 обозначением пунктирной линией 17. К катодному источнику электронов 5 и анодному электроду 9 подводится электропитание от источника питания 19, который генерирует сигнал, содержащий компоненту постоянного тока с полярностью, как показано на фиг.1.Figure 1 demonstrates the principle of a method for manufacturing a clean substrate according to the present invention and produced in a vacuum cleaning unit, as an object of the present invention. A
Электроны, генерируемые катодным источником электронов 5, ускоряются электрическим полем от эмитирующей поверхности катодного источника электронов 5 к анодному электроду 9. Благодаря ограничителю 11, который находится под электрическим потенциалом, отличным, во всяком случае, от электрического потенциала анодного электрода 9, образуется, как схематично показано на фиг.1, увеличенная плотность электронов в пределах ограничителя 11 и в непосредственной близости от его отверстия 13.The electrons generated by the
Рабочий газ Gcl, например аргон, криптон, ксенон или их смесь, подается в вакуумную камеру 1 и ионизируется посредством столкновений с электронами. Всякий раз, когда должна быть выполнена реакционная очистка, в камеру 1 дополнительно подается химически активный газ, как, например, азот, водород, кислород или их смесь.The working gas G cl , for example argon, krypton, xenon or a mixture thereof, is fed into the
В результате повышенной электронной плотности в ограничителе 11 и в непосредственной близости от его отверстия 13 в рассматриваемой зоне образуется повышенная степень ионизации рабочего газа и, в случае очистки реакционным травлением, повышенная активация химически активного газа. Подложку 21, площадь S которой должна быть очищена, размещают на держателе подложки 22 в непосредственной близи от отверстия 13 ограничителя 11, нацеливая поверхность S к отверстию 13, подвергая ее таким образом в этой зоне воздействию плазмы повышенной плотности. Можно сказать, что посредством ограничителя 11 увеличенная плазменная плотность "фокусируется" на площади S, приводя к повышенной скорости травления, будь то реакционное или нереакционное травление. Подложкой 21, таким образом, управляют через держатель подложки 22 подачей электрического потенциала, который является отрицательным относительно потенциала плазмы. Это достигается, как схематично показано на фиг.1, управляемой подачей отрицательного потенциала на держатель 22 относительно электрического потенциала стенки вакуумной камеры с помощью источника питания 23.As a result of the increased electron density in the
Внутренние поверхности ограничителя 11, так же как и защитной трубки 25 для подводки питания 15, которая предусмотрена в варианте воплощения, показанном на фиг.1, как часть ограничителя 11, отдалены от анодного электрода 9 и от подводки питания 15 на расстояние не больше, чем толщина темного пространства (DSD) при выбранных и преобладающих эксплуатационных режимах в вакуумной камере 1. Следует отметить, что подводящая электропитание трубка 25 электрически изолирована от стенки вакуумной камеры и находится под электрическим потенциалом ограничителя 11.The inner surfaces of the
Внутреннее пространство ограничителя 11 имеет U-образную форму в сечении относительно плоскости x/y, в соответствии с чем анодный электрод 9 находится вблизи дна U-образной формы, как рассмотрено выше, расположенный на расстоянии от дна и от плеч U-образной формы на расстоянии не больше, чем толщина темного пространства(DSD).The internal space of the
Несмотря на то что конструкции электрода 7 может быть придана такая форма, чтобы иметь практически круглое по площади отверстие, в одном варианте воплощения, как показано на фиг.2, анодная конструкция задумана вытянутой, например линейно, в направлении z, перпендикулярном плоскости x/y на фиг.1. При этом анодный электрод 9a также линейно удлиняется, и вместе с ним удлиняется ограничитель 11a, имеющий U-образный профиль. В варианте воплощения на фиг.2 к анодному электроду 9a электропитание подводят через защитную трубку 25a.Despite the fact that the design of the
В одной конфигурации предусмотрено больше чем один катодный источник электронов, как схематично показано на фиг.2 позицией 5a. Чтобы в ограничителе 11, 11a и в непосредственной близи от соответствующего отверстия 13, 13a достигнуть существенного увеличения электронной плотности и, соответственно, плотности плазмы, плотность тока разряда на единицу поверхности анодного электрода должна быть выбрана, по меньшей мере, 0,5 A/см2. При этом в анодном темном пространстве на аноде образуется падение электрического потенциала приблизительно 50 V-100 V, что приводит к высокому ускорению электронов в направлении к анодному электроду с соответствующим эффектом ионизации или, для химически активных газов, эффектом активации.In one configuration, more than one cathode electron source is provided, as schematically shown in FIG. 2 by 5a. In order to achieve a significant increase in the electron density and, accordingly, the plasma density in the
По меньшей мере, индикацией, что такое падение анодного электрического потенциала присутствует, является разница потенциалов между анодным электродом и стенкой камеры около 10 V-85 V.At the very least, an indication that such a drop in the anode electric potential is present is the potential difference between the anode electrode and the chamber wall at about 10 V-85 V.
Однако, благодаря такой электронной бомбардировке, анодный электрод получает тяжелую термическую нагрузку, что требует принятия определенных мер. Фактически таковыми являются термическая нагрузка анодного электрода 9, 9a и эффективность встречных мер, которые имеют решающее значение для верхнего предела применяемой плотности тока разряда. Несмотря на то что кажется выполнимым предусмотрение внутри анодного электрода 9, 9a системы каналов и подача через эти каналы теплопроводящей среды для отвода избытка тепла от анодного электрода, этот подход связан с существенной конструктивной сложностью и затратами.However, due to such electronic bombardment, the anode electrode receives a heavy thermal load, which requires the adoption of certain measures. In fact, such are the thermal load of the
Для того чтобы достичь высоких плотностей плазмы в сочетании с рассматриваемыми высокими плотностями тока разряда и соответствующих высоких скоростей травления на подложке без активного охлаждения анодного электрода, источник питания 19 управляется со смещением постоянного тока в импульсном режиме. Плазменным разрядом между катодным источником электронов 5, 5a и анодным электродом 9, 9a, который является фактически низковольтным разрядом, таким образом управляют, как показано на фиг.3, импульсным током, наложенным на смещение постоянного тока. Как схематично показано на фиг.3, наложенные импульсы могут быть одной полярности относительно величины смещения постоянного тока, могут быть обеих полярностей и, в любом случае, могут быть выбранной формы и, соответственно, спектра. В одном варианте реализации может быть выбран или настроен, по меньшей мере, один из параметров: частота повторения импульса, амплитуда моно- или биполярного импульса относительно величины смещения постоянного тока, максимальная нагрузка и, соответственно, длительность импульса и форма наложенного импульса. Таким образом может быть настроена плотность плазмы вблизи анодной конструкции, в ограничителе 11, 11a и в непосредственной к нему близости.In order to achieve high plasma densities in combination with the considered high discharge current densities and corresponding high etching rates on the substrate without active cooling of the anode electrode, the
В следующем варианте воплощения, как показано на фиг.1, низковольтному плазменному разряду между катодным источником электронов 5 и анодным электродом 9 контролируемо придается форма с помощью магнитного поля H, генерируемого, как схематично показано, конструкцией катушки индуктивности 27. Посредством такого магнитного поля, созданного так, чтобы быть контролируемо переменным, становится возможным контролировать импеданс плазмы между катодным источником электронов 5 и анодом 9 и, таким образом, контролировать, в конечном итоге, плотность плазмы, действию которой подвергается площадь S подложки. Посредством такого магнитного поля H становится, таким образом, возможно настраивать и изменять распределение скорости травления по площади поверхности S подложки 21, очищаемой травлением.In a further embodiment, as shown in FIG. 1, a low-voltage plasma discharge between the
До сих пор мы обсуждали катодный источник электронов 5 только как обеспечивающий поставку электронов. Однако могут использоваться два типа катодных источников электронов 5. Первый тип источников электронов действительно эмитирует, в основном, только электроны, как, например, катодная нить накаливания или полый катод. Фиг.4a демонстрирует в схематическом изображении такой первый тип источника электронов, представленного источником с нитью накаливания, нагреваемой током накаливания I. Е обозначает электрическое поле, наложенное низким напряжением между катодным источником электронов 5 и анодным электродом 9, 9a.So far, we have discussed the cathode source of
Второй тип катодного источника электронов 5 является катодом, который дополнительно с электронами испускает в реакционную зону материал источника. Такими источниками являются, например, распыляемые источники, включая источники магнетронного распыления, источники напыления в дуговом разряде. Этот тип катодного источника электронов схематично представлен на фиг.4b источником магнетронного распыления. Если подложка, изготавливаемая по изобретению, должна быть только очищена травлением, тогда могут использоваться катодные источники электронов первого типа. Если, с другой стороны, коль скоро, до и/или после очистки подложка должна быть обработана дополнительно, то есть покрыта совокупностью слоев, то выгодно использовать катодные источники электронов 5 второго типа.The second type of
Как показано на фиг.4b, при использовании такого катодного источника электронов 5 второго типа может быть предложена контролируемо перемещаемая заслонка 29, которую перемещают между закрытым положением, как показано, преграждая поток вещества от поверхности катода к подложке 21 и на эту подложку, и открытым положением, когда такой поток становится возможным. В режиме очистки ионным травлением заслонка 29 находится в закрытом положении. При очистке травлением, как рассматривалось до сих пор, единственным анодом, который взаимодействует с катодным источником электронов 5 независимо от его типа, является анодный электрод 9, 9a. Использованием рассмотренной технологии травления и, особенно, благодаря концепции конструкции анода, управляемого, как было описано, достигается очень высокая скорость травления на подложке. При этом плазма высокой плотности "сфокусирована" на поверхности подложки. Проектирование линейно вытянутой анодной конструкции, как было представлено на фиг.2, и возможное перемещение подложек относительно анодной конструкции приводит к очень хорошей плотности распределения скорости травления по поверхности очищаемой травлением подложки. Эффект травления однородно распределен по поверхности подложки, а также внутри впадин и по выступающим частям такой поверхности. Таким образом, если подложка является частью инструмента с режущими кромками, в результате получается, что такие кромки протравлены в равной степени с областям, находящимися в стороне от кромок.As shown in FIG. 4b, when using such a
Также при оценке фиг.1 должно быть отмечено, что для дополнительной настройки скорости травления на площади S подложки, а также и ее тепловой нагрузки, вызванной электронной и ионной бомбардировкой, используется источник смещения 23 как с постоянным током, так и с постоянным и переменным током, что включает оперирование с постоянным током и наложенными моно- или биполярными импульсами. Всякий раз, когда смещение выполнено с постоянным током и наложенными импульсами, для оптимизации конкретного эффекта очистки распылением на площади S подложки может быть настроен, по меньшей мере, один из параметров: частота повторения пульса, длительность импульса и при этом максимальная нагрузка, амплитуда моно- или биполярного импульса и форма импульса.Also, when evaluating FIG. 1, it should be noted that for additional adjustment of the etching rate over the area S of the substrate, as well as its thermal load caused by electron and ion bombardment, a
Было указано, что плазменный разряд между катодным источником электронов 5 и анодным электродом 9, 9a можно назвать "низковольтным" плазменным разрядом. Хотя этот термин совершенно понятен опытным операторам, не ясно по определению, что значит "низко". Это проясняется некоторыми из рабочих параметров, такими как напряжение разряда и разрядный ток, определяемыми из плотности разрядного тока и площади анодного электрода, как приведено ниже.It has been pointed out that a plasma discharge between the
Ниже перечисляются следующие рекомендуемые теперь рабочие параметры:The following are now recommended operating parameters:
• Используемая теперь площадь анодного электрода, открытая реакционной зоне• The area of the anode electrode used now, open to the reaction zone
Ширина WAN, как показано на фиг.2 в направлении y: 8 см.Width W AN , as shown in FIG. 2 in the y direction: 8 cm.
Протяженность в направлении z на фиг.2: 60 см.The length in the z direction in figure 2: 60 cm
WAN обычно определяется из протяженности подложки в направлении Z и припуска по длине с торцов анодного электрода по обоим концам подложки от 5 см до 10 см.W AN is usually determined from the length of the substrate in the Z direction and the allowance along the length from the ends of the anode electrode at both ends of the substrate from 5 cm to 10 cm.
• Катодные источники электронов 5а: две мишени напыления в дуговом разряде.• Cathode electron sources 5a: two sputtering targets in an arc discharge.
• Разрядный ток между каждой из мишеней и анодным электродом: 200 А, дающий в результате плотность тока на открытой поверхности анодного электрода 9a 0,83 A/см2.• Discharge current between each of the targets and the anode electrode: 200 A, resulting in a current density on the open surface of the anode electrode of 9a 0.83 A / cm 2 .
• Ограничитель• Limiter
Протяженность Wco дна формы U: 8 см + 2 x DSD.The length of W co bottom of the form U: 8 cm + 2 x DSD.
Длина L плеч формы U: 0,5 WAN-1,5 WAN.U-shaped shoulder length L: 0.5 W AN -1.5 W AN .
Находится на плавающем электрическом потенциале.Located at a floating electric potential.
Расстояние d между отверстием ограничителя 13 и площадью подложки S (см. фиг.1):The distance d between the hole of the
2 см ≤ d ≤ 10 см, предпочтительно2 cm ≤ d ≤ 10 cm, preferably
4 см ≤ d ≤ 6 см.4 cm ≤ d ≤ 6 cm.
Изменением длины L плеч ограничителя U можно регулировать распределение скорости травления.By varying the length L of the arms of the limiter U, the distribution of the etching rate can be adjusted.
• Газы для травления• Etching gases
Рабочие газы: аргон, криптон, ксенон или их смеси.Working gases: argon, krypton, xenon or mixtures thereof.
Газы для реактивного травления: азот, водород, кислород или их смеси.Gases for reactive etching: nitrogen, hydrogen, oxygen or mixtures thereof.
• Общее рабочее давление• Total operating pressure
0,1 Па-10 Па, предпочтительно 0,1 Па-3 Па (включая все пределы).0.1 Pa-10 Pa, preferably 0.1 Pa-3 Pa (including all limits).
• Напряжение низковольтного разряда UAC между катодным источником электронов и анодным электродом:• Low-voltage discharge voltage U AC between the cathode electron source and the anode electrode:
20 В ≤ UAC ≤ 100 В, предпочтительно20 V ≤ U AC ≤ 100 V, preferably
35 В ≤ UAC ≤ 70 В,35 V ≤ U AC ≤ 70 V,
которое приводит к разности потенциалов между анодным электродом и стенкой вакуумной камеры от 10 до 85 В, при этом, в предпочтительном процессе, от 20 до 50 В.which leads to a potential difference between the anode electrode and the wall of the vacuum chamber from 10 to 85 V, while, in the preferred process, from 20 to 50 V.
• Частота повторения импульсов f: 0,2 Гц ≤ f ≤ 200 КГц.• Pulse repetition rate f: 0.2 Hz ≤ f ≤ 200 KHz.
• Магнитное поле H, установленное для контроля распределения травления по подложке и/или для контроля импеданса плазмы и, таким образом, в частности, скорости обработки при заданном напряжении разряда UAC.• A magnetic field H set to control the distribution of etching on the substrate and / or to control the plasma impedance and, in particular, the processing speed at a given discharge voltage U AC .
• Электрическое смещение подложки: от 10 В до 2000 В постоянного тока, более конкретно:• Substrate electrical displacement: from 10 V to 2000 V DC, more specifically:
- для очистки травлением 60 В-1000 В,- for cleaning by etching 60 V-1000 V,
- для травления ионами металлов 600 В-2000 В,- for etching with metal ions 600 V-2000 V,
- для нанесения покрытия 10 В-300 В,- for coating 10 V-300 V,
при этом наложенные импульсы с частотой от 0 Гц до 500 Гц, предпочтительно при этом, в районе частот от 50 Гц до 300 Гц.while superimposed pulses with a frequency of from 0 Hz to 500 Hz, preferably in this case, in the frequency range from 50 Hz to 300 Hz.
До сих пор описывалось по первому объекту настоящего изобретения изготовление очищенных подложек и установка для осуществления такой обработки.Still described in the first aspect of the present invention are the manufacture of peeled substrates and an apparatus for performing such a treatment.
Посредством фиг.5 описывается второй объект настоящего изобретения, который является патентоспособным сам по себе, но который может быть оптимально объединен с производством очищенных подложек, как описано выше по первому объекту.5, a second aspect of the present invention is described which is patentable per se, but which can be optimally combined with the production of peeled substrates, as described above for the first aspect.
На фиг.5 данный второй объект представлен в наиболее обобщенной форме. Для создания плазменного разряда внутри вакуумной камеры 100 парой электродов плазменного разряда 102 и 104 управляет источник электропитания 110. При общем рассмотрении один из электродов 102, 104 может быть, например, катодом ионного распыления, катодом напыления в дуговом разряде, полым катодом, термоэлектронным катодом прямого накала и т.д. Обозначения "катод" и "анод", опять же, при общем рассмотрении, могут быть довольно неопределенными или определенными только соответствующим отношением процесса травления к процессу распыления на соответствующих площадях электрода, если электродная пара получает питание переменным током, особенно, в высокочастотном режиме. Соответственно, одним или даже обоими электродами могут служить, по меньшей мере, части стенки вакуумной камеры, как совершенно понятно опытному оператору, например, при рассмотрении камеры высокочастотного травления.5, this second object is presented in the most generalized form. To create a plasma discharge inside the
Заготавливают подложку 106, предназначенную для обработки, и в вакуумной камере 100 на нее подают напряжение от источника смещения. Подложку, однако, в общем аспекте, можно разместить на одном из электродов 102 и 104, что также прекрасно известно опытному оператору.A
В таком обычном процессе обработки необходимо предусмотреть нежелательный процесс дугообразования, который может произойти между электродами 102 и 104, как, например, между анодом и мишенью ионного распыления, или между любым из электродов 102 и 104 и подложкой 106. Ясно, что когда электроды 102 и 104 сопутствующим образом определяются для источника испарения в дуговом разряде, тогда дугообразование между этими электродами является желательным процессом, но не дугообразование между любым из этих электродов и подложкой 106.In such a conventional processing process, it is necessary to provide for an undesirable arcing process that can occur between the
По второму объекту настоящего изобретения предотвращается технологический брак, наносимый нежелательным дугообразованием. Это достигается путем переключения того из электродов 102 или 104, который вовлекается в процесс нежелательного дугообразования, на соответствующий вспомогательный электрод. Таким образом, согласно фиг.5 предложен, например, вспомогательный электрод 102AUX. С помощью блока переключения T источник питания разряда 110 переключают с электрода 102 на вспомогательный электрод 102AUX. Это выполняется или регулярно, например периодически, в ходе плазменной обработки подложки 106, чтобы предотвратить упомянутое дугообразование, или как только обнаружено начало дугообразования, тогда источник питания 110 переключают. В любом случае замена функционирования обрабатывающего электрода, такого как электрод 102, на подключение соответствующего вспомогательного электрода, такого как электрод 102AUX, производится на первый короткий отрезок времени, значительно более короткий, чем вторые промежутки времени обработки до и после первых отрезков времени. Дугообразование между электродами 102 и 104 может быть обнаружено, как известно опытному оператору, например, мониторингом тока разряда в контуре питания 112.In a second aspect of the present invention, technological defects caused by undesired arcing are prevented. This is achieved by switching that of the
Таким образом, сущностью разработки и предметом особой заявки является то, что электроды переключаются на вспомогательный электрод. Например, в случае двух электродов 102 и 104, используемых в качестве мишени ионного распыления, и анода соответствующего источника ионного распыления, предлагается вспомогательный катод, а не вспомогательный анод. При рассмотрении фиг.5, если между одним из двух электродов 102 и 104 с одной стороны и подложкой 106 с другой стороны образуется нарушающее дугообразование, мониторингом тока цепи через анализ полярности токового броска смещения 114 можно обнаружить, который из электродов 102, 104 вовлечен в дугообразование на подложке. В этом случае соответствующий вовлеченный электрод, 102 или 104, переключают на его вспомогательного партнера.Thus, the essence of the development and the subject of a special application is that the electrodes are switched to the auxiliary electrode. For example, in the case of two
Отступая от основной концепции настоящего изобретения по его второму объекту, которая была объяснена с помощью фиг.5, вернемся назад к фиг.1, которая до сих пор объяснялась только в контексте первого объекта изобретения, который является очисткой травлением.Departing from the basic concept of the present invention in its second aspect, which was explained using FIG. 5, let us go back to FIG. 1, which until now has only been explained in the context of the first aspect of the invention, which is etching cleaning.
Совершенно ясно, что предотвращение дефектов обработки из-за нежелательного дугообразования, как в общих чертах было объяснено в контексте фиг.5, может и прекрасно подходить для применения в варианте воплощения, как было объяснено в контексте фиг.1.It is quite clear that the prevention of processing defects due to undesired arcing, as broadly explained in the context of FIG. 5, can be well suited for use in an embodiment as explained in the context of FIG. 1.
Поэтому и согласно фиг.1 вблизи катодного источника электронов 5 предусмотрен вспомогательный анод 9AUX, задуманный, например, как кольцевой анод. Всякий раз, при необходимости предотвращения или прерывания дугообразования, с помощью блока переключения T анод 9 отключают и заменяют вспомогательным анодом 9AUX. Функционирование блока переключения T обеспечивается или таймером от реле времени 30 или срабатыванием при обнаружении дуги триггерной схемы. Обнаружение дуги осуществляется, например, мониторингом тока в контуре смещения подложки с помощью блока датчика 32, как схематично показано. Выходной сигнал блока 32 запускает, например, блок одно- или мультиимпульсного генератора 34, позволяющий предпочтительно регулировать продолжительность импульса. Таким образом, блоком переключения T управляют или с помощью реле времени 30, или с помощью блока импульсного генератора 34, или с помощью обоих, как схематично показано связкой «и/или» («and/or») на фиг.1. Таким образом, предотвращение дуги может быть осуществлено, например, под контролем реле времени 30, а детектор дуги может быть применен в качестве аварийного управления, если, несмотря на контроль с помощью таймера 30, произошло образование дуги.Therefore, and according to FIG. 1, an
Таким образом, общий подход к вопросу предотвращения дуги, как было объяснено на фиг.5, прекрасно подходит для применения в сочетании со способом очистки, как было объяснено в контексте фиг.1-4.Thus, the general approach to the issue of arc prevention, as explained in FIG. 5, is excellent for use in combination with a cleaning method, as explained in the context of FIGS. 1-4.
На фиг.6 представлена вакуумная установка для обработки множества инструментальных частей в качестве подложек. Установка, как схематично показано на фиг.6, является одним вариантом воплощения, реализуемым в соответствии с вариантом воплощения на фиг.1 или 2 для рассмотренных специальных видов подложек. Установка включает в себя способ управления дугой, как было объяснено с помощью фиг.5 и на фиг.1.Figure 6 presents a vacuum installation for processing a variety of tool parts as substrates. The installation, as schematically shown in FIG. 6, is one embodiment implemented in accordance with the embodiment of FIGS. 1 or 2 for the considered special types of substrates. The installation includes an arc control method, as explained using FIG. 5 and FIG. 1.
Для облегчения сравнения варианта воплощения на фиг.6 с вариантом на фиг.1 для аналогичных узлов используются те же самые номера позиций.To facilitate comparison of the embodiment of FIG. 6 with the embodiment of FIG. 1, the same reference numbers are used for similar nodes.
В вакуумной камере 1 с каналом откачки 3a предусмотрен катодный источник электронов 5, выполненный как мишень испарения в дуговом разряде 6. Вместо нее, например, может быть предложен термоэмиссионный катод или катодная мишень ионного распыления, в общем, катодный источник электронов второго типа, рассмотренный выше.In a
Анодная конструкция 7 содержит анодный электрод 9 или 9a, а также ограничитель 11 или 11a. Ограничитель 11, 11a изготовлен из металла и находится на плавающем электрическом потенциале.The
Ограничитель 11, 11a задает форму соответствующему отверстию 13, 13a. От источника питания 19 через схему питания 15 и блок переключения T1, а также через блок переключения T2 на анодный электрод 9, 9a подается питание относительно катодной мишени испарения в дуговом разряде 6. Подложки 21a укреплены на карусельном держателе подложек 22, приводимом во вращение вокруг оси М электроприводом 24. На подложки 21a - режущие части инструментов, расположенные на карусели 22, через блок переключения T3 и блок питания для подачи электрического смещения 23 подается определенный электрический потенциал.The
Магнитное поле H генерируется конструкцией катушки индуктивности 27. Катодная мишень ионного распыления 6 отгорожена от подложек 21a, находящихся на карусели 22, контролируемо перемещаемой заслонкой 29 (см. фиг.4b). Вблизи катодной мишени испарения в дуговом разряде 6 предлагается вспомогательный анод 9AUX. Что касается геометрических размеров и рабочих параметров, действительным является рассмотренное выше в контексте варианта воплощения на фиг.1. Вариант воплощения на фиг.6 может эксплуатироваться в различных режимах работы, что будет объяснено далее. Рабочий режим, представленный на фиг.6, является режимом очистки с помощью травления, в соответствии с чем рабочий газ и, возможно, химически активный газ подают в вакуумную камеру 1 через соответствующие входные газовые патрубки GCl. В режиме очистки травлением анодный электрод 9, 9a функционально соединен через блок переключения T1 и переключатель T2 с положительным полюсом источника питания 19, отрицательный полюс которого функционально соединен с катодной мишенью напыления в дуговом разряде 6. Карусельный держатель подложек 22 и вместе с ним подложки 21a функционально соединены с отрицательным полюсом источника смещения 23 через блок переключения T3, положительный полюс которого соединен со стенкой вакуумного резервуара 1. Операционно перемещаемая заслонка 29, которая контролируемо приводится в движение соответствующим приводом (не показан), закрыта, преграждая путь распыляемому материалу из катодного источника ионного распыления 6 к подложкам 21a, расположенным на вращающейся карусели 22.The magnetic field H is generated by the construction of the
В таком рабочем режиме, в котором между катодной мишенью испарения в дуговом разряде 6, действующей как источник электронов, и анодным электродом 9, 9a создают низковольтный плазменный разряд, подложки 21a на вращающейся карусели 22 травятся ионами рабочего газа или, возможно, активированным химически активным газом, как было описано в контексте фиг.1. Обнаружение дуги или, более обобщенно, дугозащита, выполняется, как было объяснено в контексте фиг.1, блоками 30, 34, детекторным блоком 32, вводя в работу посредством этого блок переключении T1 по ходу времени, например периодически, и/или всякий раз, когда блок датчика 32 обнаруживает начало дугообразования. Через такое управление блок переключения T1, по аналогии с блоком переключения T на фиг.1, подключает функционирование вспомогательного анода 9AUX относительно катодной мишени испарения в дуговом разряде 6 вместо функционирования анодного электрода 9, 9a.In such an operating mode, in which a low-voltage plasma discharge is created between the cathode target of evaporation in the arc discharge 6, acting as an electron source, and the
Фиг.7 демонстрирует вариант воплощения, как было описано в контексте фиг.6, эксплуатируемый во втором режиме работы - режиме травления или очистки ионами металлов.Fig. 7 shows an embodiment as described in the context of Fig. 6, operated in a second mode of operation — etching or purification by metal ions.
При этом заслонка 29 отчасти открыта так, чтобы металлические частицы или ионы от металлической катодной мишени напыления в разряде дуги 6 достигли поверхности подложек. Таким образом, благодаря ударному воздействию металлических ионов производят дополнительное травление подложек 21a на вращающейся карусели 22. Дугозащиту осуществляют так же, как было объяснено в контексте фиг.6.In this case, the
Фиг.8 демонстрирует вариант воплощения на фиг.6, эксплуатируемый в третьем режиме, режиме нагрева. С помощью блока переключения T2 функционирование анодного электрода 9, 9a прекращают и подложки 21a, размещенные на вращающейся карусели 22, переключают через блоки переключения T3 и T2 на положительный полюс источника питания 19, переводя их в положение анодов относительно катодной мишени напыления в дуговом разряде 6. Заслонка 29 закрыта. При этом подложки 21a нагреваются посредством электронной бомбардировки. Скорость нагрева контролируют соответствующей настройкой источника питания 19. Дугозащита может быть отключена.Fig. 8 illustrates the embodiment of Fig. 6, operated in a third mode, a heating mode. Using the switching unit T2, the operation of the
На фиг.9 представлен тот же вариант воплощения, что и на фиг.6, эксплуатируемый в режиме нанесения покрытия на подложки. При этом катодную мишень напыления в дуговом разряде 6 используют как часть нормального источника напыления, где роль анода исполняет стенка вакуумного резервуара 1. Такой вариант реализуется с помощью блоков переключения T5 и T2. Анодный электрод 9, 9a, ранее функционировавший в режимах очистки травлением или очистки травлением ионами металлов как анод относительно катодной мишени напыления в дуговом разряде 6, отключен.Fig. 9 shows the same embodiment as in Fig. 6, operated in the mode of coating the substrates. In this case, the cathode sputtering target in the arc discharge 6 is used as part of a normal sputtering source, where the wall of the
Всякий раз, когда в целях дугозащиты вспомогательный анод активизирован, по возможности желательно, чтобы такой вспомогательный анод 9AUX функционировал относительно катода на электрическом потенциале, отличном от электрического потенциала, который подают на стандартный анод 9, 9a. Как показано на фиг.6 пунктирной линией, это может быть реализовано использованием вспомогательного источника питания 19AUX.Whenever, for the purpose of arc protection, the auxiliary anode is activated, it is desirable if possible that such auxiliary AUX anode 9 operates relative to the cathode at an electric potential different from the electric potential which is supplied to the
Claims (44)
20 В≤UAC≤100 В, предпочтительно
35 В≤UAC≤70 В.2. The method according to claim 1, in which the aforementioned plasma discharge is selected as a low voltage discharge with a voltage U AC between the anode electrode and the cathode electron source, the value of which is:
20 V≤U AC ≤100 V, preferably
35 V≤U AC ≤70 V.
0,2 Гц <f≤200 кГц.10. The method according to one of claims 6 or 7, in which the repetition rate f of said pulses is selected
0.2 Hz <f≤200 kHz.
WAN<WCO<WAN+2DSD,
где DSD - толщина темного пространства в рабочих условиях упомянутого способа в упомянутой вакуумной камере.11. The method according to claim 1, in which the inner space of the said limiter is selected, essentially U-shaped, in at least one plane of section, and said anode electrode is located at a distance from the bottom and along the bottom of said U- shaped inner space, considered in the said plane of cross-section, wherein said anode in said plane has a length of W AN , said bottom of said inner space of said limiter is selected with a length of W C0 in compliance with relationships:
W AN <W CO <W AN + 2DSD,
where DSD is the thickness of the dark space under the operating conditions of said method in said vacuum chamber.
0,5 WAN ≤L≤1,5 WAN.12. The method according to claim 1, in which the inner space of the said limiter is selected, essentially U-shaped, in at least one plane of section, and the said anode electrode located at a distance from the bottom and along the bottom of said U- shaped inner space, considered in the said plane of cross-section, wherein said anode in said plan has a length W AN , the shoulders of said internal U-shaped space of said limiter have a length L in compliance with the relation :
0.5 W AN ≤L≤1.5 W AN .
2 см ≤d≤10 см.13. The method according to claim 1, comprising exposing the surface of said substrate to be cleaned at a distance d from a plane defined by said opening, which is selected:
2 cm ≤d≤10 cm.
WAN<WCO≤WAN+2DSD,
где DSD - толщина темного пространства в условиях, в которых установка предназначена к эксплуатации.32. The apparatus of claim 25, wherein the interior of said limiter is generally U-shaped in at least one section plane, said anode electrode being spaced from the bottom and along the bottom of said U-shaped interior, in said plane of section, wherein said anode in said plane has a length of W AN , said bottom of said inner space of said limiter is selected by length of W CO , in compliance with the ratio:
W AN <W CO ≤W AN + 2DSD,
where DSD is the thickness of the dark space in the conditions in which the installation is intended for operation.
0,5 WAN≤L≤1,5 WAN 33. The apparatus of claim 25, wherein the interior of said limiter is substantially U-shaped in at least one section plane and said anode electrode is mounted at a distance from the bottom and along the bottom of said U-shaped interior considered in the said section plane, said anode in the said plan has a length W AN , the shoulders of said internal U-shaped space of said limiter have a length L, subject to the ratio:
0.5 W AN ≤L≤1.5 W AN
2 см ≤d≤10 см.34. The apparatus of claim 25, wherein said substrate holder is mounted inside said vacuum chamber so as to position said surface region at a distance d from a plane defined by said hole, and wherein the ratio is:
2 cm ≤d≤10 cm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120013/07A RU2423754C2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Method and device to manufacture cleaned substrates or pure substrates exposed to additional treatment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009120013/07A RU2423754C2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Method and device to manufacture cleaned substrates or pure substrates exposed to additional treatment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009120013A RU2009120013A (en) | 2010-12-10 |
RU2423754C2 true RU2423754C2 (en) | 2011-07-10 |
Family
ID=44740509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009120013/07A RU2423754C2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Method and device to manufacture cleaned substrates or pure substrates exposed to additional treatment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2423754C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522662C2 (en) * | 2011-08-03 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" (ФГБУ "ГНЦ РФ ИТЭФ") | Method for continuous production of beam of carborane ions with constant self-cleaning of ion source and component of ion implanter extraction system |
-
2006
- 2006-10-27 RU RU2009120013/07A patent/RU2423754C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522662C2 (en) * | 2011-08-03 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" (ФГБУ "ГНЦ РФ ИТЭФ") | Method for continuous production of beam of carborane ions with constant self-cleaning of ion source and component of ion implanter extraction system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009120013A (en) | 2010-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9812299B2 (en) | Apparatus and method for pretreating and coating bodies | |
JP5296525B2 (en) | Method of operating pulsed arc deposition source and vacuum processing apparatus having pulsed arc deposition source | |
CN107615888B (en) | Plasma source utilizing macro-particle reduction coating and method of using plasma source for deposition of thin film coatings and surface modification | |
TWI436412B (en) | Method and apparatus for manufacturing cleaned substrates or clean substrates which are further processed | |
JP5694183B2 (en) | Closed drift magnetic field ion source device including self-cleaning anode and substrate modification process using the device | |
CA2205576C (en) | An apparatus for generation of a linear arc discharge for plasma processing | |
JP2009533551A (en) | Vacuum processing apparatus, bias power supply, and operation method of vacuum processing apparatus | |
Shugurov et al. | QUINTA equipment for ion-plasma modification of materials and products surface and vacuum arc plasma-assisted deposition of coatings | |
JPH1060659A (en) | Plasma treating device | |
RU2423754C2 (en) | Method and device to manufacture cleaned substrates or pure substrates exposed to additional treatment | |
US10083822B2 (en) | Physical vapour deposition coating device as well as a physical vapour deposition method | |
US20220051879A1 (en) | Electrode arrangement for a plasma source for performing plasma treatments | |
JP3555033B2 (en) | Apparatus for coating a substrate with a material vapor under negative pressure or vacuum | |
KR200436092Y1 (en) | A vacuum evaporation coating apparatus for ion nitriding treatment | |
JP5785528B2 (en) | Method and apparatus for producing a substrate to be cleaned or a clean substrate to be further processed | |
JP2007308728A (en) | Method for forming crystalline thin film | |
JP2024522797A (en) | Apparatus and method for coating the interior surface of a hollow article - Patents.com | |
CN115341170A (en) | Automatic mutual negative and positive arc source cleaning device and coating machine | |
CN114318249A (en) | Droplet-free plasma coating arc source structure, coating system and coating method | |
IL194401A (en) | Pulsed laser-arc source of uniform filtered carbon/metal plasma |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141028 |