WO2016162380A1 - Hochfrequenz-rohrkathode - Google Patents
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Definitions
- Rotating tubular sputtering cathodes have found widespread use in vacuum coating technology for large area coatings. However, these are operated as far as possible with direct current (DC) or pulsed and are therefore limited to conductive target materials.
- DC direct current
- Fig. 2 The reason for the lack of uniformity of the previous arrangement is shown in Fig. 2. Due to the skin effect, the radiofrequency energy propagates from the sliding contact (4) along the tube target (1) predominantly in the dark space layer (2) between the target (1) and the bulk plasma (3). Here, however, absorption by the plasma and losses by the surface resistance of the target material are effective, resulting in a decrease in the available power and thus the rate with increasing distance from the feed.
- the problem is inventively solved in that the RF coupling via a stationary coupling electrode (5) (Fig. 3 and 4), takes place, which has the cross section of a pitch circle and which is mounted on the side facing away from the coating area of the target.
- the distance from the target is smaller than the dark space distance of the plasma in order to avoid a plasma ignition between the pipe target and coupling electrode.
- the RF power is fed to the coupling electrode and transferred capacitively to the rotating tube cathode. A sliding contact is not necessary.
- a dark space shield (6) is arranged on the back of the coupling electrode.
- the distance of the dark space shield to the coupling electrode is again smaller than the dark space distance of the plasma, so that here too no plasma can ignite.
- the high-frequency energy can now be evenly distributed in the low-loss region between the input electrode and the dark space shield and reach the plasma via the side edge of the coupling-in electrode. This will make the distribution even.
- the dark space shield can also consist of several, spaced-apart sheets.
- the space between the input electrode and the dark space shield can also be filled with a dielectric. Alternatively, instead of a dark space shielding plate, a sufficiently thick dielectric can also be provided.
- a device By sputtering off the target material, the diameter of the tube cathode becomes smaller over the operating time.
- a device can be provided which moves a unit of coupling-in electrode and dark space distance and tracks the target surface. It makes sense to choose the coupling electrode and the dark space shield shorter than the length of the tube cathode, so that the
- Adjustment of the coupling unit does not lead to a collision with the target at the ends of less ablated target material.
- the high-frequency coupling according to the invention can also be combined with a DC coupling via slip rings and operated simultaneously.
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Abstract
Es wird eine rotierende rohrförmige Zerstäubungskathode (Sputterkathode, Magnetron) beschrieben, die mit Hochfrequenz (RF) versorgt wird, wobei die Einkopplung der Hochfrequenz auf den Targetzylinder kapazitiv über eine kreissegmentförmige Elektrode erfolgt. Dies erspart eine HF-Übertragung über Schleifkontakte und ermöglicht eine homogene Zerstäubung des Targetmaterials.
Description
Beschreibung (immer stehen lassen)
Hochfrequenz-Rohrkathode
Rotierende rohrförmige Zerstäubungskathoden (Sputterkathoden, Magnetrons) haben in der Vakuum-Beschichtungstechnik für großflächige Beschichtungen große Verbreitung gefunden. Diese werden jedoch weitestgehend mit Gleichstrom (DC) oder gepulst betrieben und sind daher auf leitfähige Targetmaterialien beschränkt. Das Hochfrequenz-Sputtern, z. B. mit 13,56 MHz, insbesondere von nichtleitenden oder an der Oberfläche reagierten Targetmaterialien, konnte bislang nicht erfolgreich mit guter Schichtgleichmäßigkeit demonstriert werden.
Der Grund für die mangelnde Gleichmäßigkeit der bisherigen Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt. Die Hochfrequenzenergie breitet sich aufgrund des Skineffektes vom Schleifkontakt (4) entlang des Rohrtargets (1 ) vorwiegend in der Dunkelraumschicht (2) zwischen Target (1 ) und dem Volumenplasma (3) aus. Hier sind jedoch Absorption durch das Plasma und Verluste durch den Oberflächenwiderstand des Targetmaterials wirksam, was zu einem Abfall der verfügbaren Leistung und damit der Rate mit wachsendem Abstand von der Einspeisung führt.
Dieses Problem tritt bei planaren Kathoden (Magnetrons) nicht auf, da hier auf der dem Target abgewandten Seite der Targethalteplatte ein verlustarmer Bereich ohne Plasma vorliegt, in dem sich die HF-Leistung gleichmäßig verteilen kann. Die Leistung fließt dann über den seitlichen Dunkelraumbereich über die ganze Targetlänge in das Plasma.
Die Problematik wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die HF-Einkopplung über eine stationäre Einkoppelelektrode (5) (Abb. 3 und 4), erfolgt, die den Querschnitt eines Teilkreises hat und die auf der dem Beschichtungsbereich abgewandten Seite des Targets angebracht ist. Der Abstand vom Target ist dabei kleiner als der Dunkelraumabstand des Plasmas, um eine Plasmazündung zwischen Rohrtarget und Einkoppelelektrode zu vermeiden. Die HF-Leistung wird auf die Einkoppelelektrode eingespeist und kapazitiv auf die rotierende Rohrkathode übertragen. Ein Schleifkontakt ist dadurch nicht notwendig.
Auf der Rückseite der Einkoppelelektrode wird eine Dunkelraumabschirmung (6) angeordnet. Der Abstand der Dunkelraumabschirmung zur Einkoppelelektrode ist wiederum kleiner als der Dunkelraumabstand des Plasmas, damit auch hier kein Plasma zünden kann. Die Hochfrequenzenergie kann sich jetzt im verlustarmen Bereich zwischen Einkoppelelektrode und Dunkelraumabschirmung gleichmäßig verteilen und über die Seitenkante der Einkoppelelektrode in das Plasma gelangen. Dadurch wird die Verteilung gleichmäßig.
Die Dunkelraumabschirmung kann auch aus mehreren, im Abstand geschichteten Blechen bestehen. Der Raum zwischen Einkoppelelektrode und Dunkelraumabschirmung kann auch mit einem Dielektrikum gefüllt sein. Alternativ kann statt eines Dunkelraum-Abschirmbleches auch ein hinreichend dickes Dielektrikum vorgesehen werden.
Durch das Absputtern des Targetmaterials wird der Durchmesser der Rohrkathode über die Betriebszeit kleiner. Um den Dunkelraumabstand aufrecht zu erhalten, kann eine Vorrichtung vorgesehen werden, die eine Einheit aus Einkoppelelektrode und Dunkelraumabstand bewegt und der Targetoberfläche nachführt. Hierbei ist es sinnvoll, die Einkoppelelektrode und die Dunkelraumabschirmung kürzer als die Länge der Rohrkathode zu wählen, damit die
Nachstellung der Einkoppeleinheit nicht zu einer Kollision mit dem an den Targetenden geringer abgetragenen Targetmaterial führt.
Nicht in den Abbildungen dargestellt ist der nach dem Stand der Technik übliche stationäre Magnetsatz im Inneren der Rohrkathode.
Die erfindungsgemäße Hochfrequenz-Einkopplung kann auch mit einer DC-Einkopplung über Schleifringe kombiniert und simultan betrieben werden.
Claims
1 . Anordnung zur Einkopplung von Hochfrequenz-Leistung zur Plasmaanregung für die
Kathodenzerstäubung auf ein rotierendes, rohrförmiges Beschichtungstarget, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht rotierende, kreissegmentförmige, linear ausgedehnte Einkoppelelektrode mit Hochfrequenz beaufschlagt ist, die außerhalb des
Beschichtungsbereiches in einem geringen Abstand zum Beschichtungstarget angeordnet ist, so dass die Einkoppelelektrode mit der Targetoberfläche eine elektrische
Koppelkapazität bildet, über die die Hochfrequenzleistung auf die Rohrelektrode übertragen werden kann.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine
Dunkelraumabschirmung auf der dem Target abgewandten Seite der Einkoppelelektrode vorgesehen werden kann.
3. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
Rohrtarget und Einkoppelelektrode kleiner als 5 mm ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
Einkoppelelektrode und Dunkelraumabschirmung kleiner als 5 mm ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mechanismus vorgesehen ist, durch den der Abstand zwischen Target und Einkoppelelektrode verstellt werden kann.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Sputtern von nichtleitenden Targetmaterialien verwendet wird.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum reaktiven Sputtern verwendet wird.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rohrkathode ein Schleifkontakt vorgesehen wird, über den DC oder gepulste Energie eingespeist werden kann, die sequentiell oder simultan mit der Hochfrequenz verwendet werden kann.
9. Verfahren zur Einkopplung von Hochfrequenz-Leistung zur Plasma-anregung für die
Kathodenzerstäubung auf ein rotierendes, rohrförmiges Beschichtungstarget, dadurch
gekennzeichnet, dass eine nicht rotierende, kreissegmentförmige, linear ausgedehnte Einkoppelelektrode mit Hochfrequenz beaufschlagt wird, die außerhalb des
Beschichtungsbereiches in einem geringen Abstand zum Beschichtungstarget angeordnet wird, so dass die Einkoppelelektrode mit der Targetoberfläche eine elektrische
Koppelkapazität bildet, über die die Hochfrequenzleistung auf die Rohrelektrode übertragen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dunkelraumabschirmung auf der dem Target abgewandten Seite der Einkoppelelektrode vorgesehen wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
Rohrtarget und Einkoppelelektrode kleiner als 5 mm ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen
Einkoppelelektrode und Dunkelraumabschirmung kleiner als 5 mm ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mechanismus vorgesehen ist, durch den der Abstand zwischen Target und Einkoppelelektrode verstellt werden kann.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Sputtern von nichtleitenden Targetmaterialien verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum reaktiven Sputtern verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rohrkathode ein Schleifkontakt vorgesehen wird, über den DC oder gepulste Energie eingespeist werden kann, die sequentiell oder simultan mit der Hochfrequenz verwendet werden kann.
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Publications (1)
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Family
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| PCT/EP2016/057525 WO2016162380A1 (de) | 2015-04-06 | 2016-04-06 | Hochfrequenz-rohrkathode |
Country Status (1)
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4117518A1 (de) * | 1991-05-29 | 1992-12-03 | Leybold Ag | Vorrichtung zum sputtern mit bewegtem, insbesondere rotierendem target |
| US20020189939A1 (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-19 | German John R. | Alternating current rotatable sputter cathode |
| DE102011086111A1 (de) * | 2011-11-10 | 2013-05-16 | Fhr Anlagenbau Gmbh | Anordnung zur Einspeisung von HF-Strom für Rohrkathoden |
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2016
- 2016-04-06 WO PCT/EP2016/057525 patent/WO2016162380A1/de active Application Filing
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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