DE10126985A1

DE10126985A1 - Arrangement for guiding a current to a target forming the cathode of an electric arc vaporizing device comprises electrically conducting lines running from a holder and/or the target and electrically connected via a connection

Info

Publication number: DE10126985A1
Application number: DE2001126985
Authority: DE
Inventors: Hermann Curtins
Original assignee: Swiss Plas Com AG Vacuum & Coa
Current assignee: Swiss Plas Com AG Vacuum & Coa
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-12
Also published as: EP1393344A2; WO2002099943A3; AU2002314134A1; WO2002099943A2; WO2002099943B1; CN1513199A

Abstract

Arrangement for guiding a current to a target forming the cathode of an electric arc vaporizing device comprises electrically conducting lines (38, 40) running from a holder (20) and/or the target (16) and electrically connected via a connection (42). Preferred Features: The electrically conducting lines leading to the cathode are connected by a connection formed as a close ring. A copper foil is arranged between the target and the holder. The connection contains copper or aluminum.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Stromzuführung zu einem eine Kathode einer Lichtbogen-Verdampfungsvorriehtung bildenden Target zum Verdampfen des Targets mittels zumindest eines von einem zwischen Anode und der Kathode fließenden Lichtbogen stroms erzeugten Lichtbogenspots, wobei das Target zumindest peripher elektrisch leitend mit einer Halterung verbunden ist, die ihrerseits über zumindest eine elektrisch leitende Ver bindung zu einem außerhalb der Verdampfungsvorrichtung verlaufenden Anschluss für die Stromzuführung verbunden ist.The invention relates to an arrangement for supplying current to a cathode an arc evaporation device for vaporizing the target by means of at least one of an arc flowing between the anode and the cathode Electricity generated arc spots, the target at least peripherally electrically conductive a holder is connected, which in turn via at least one electrically conductive Ver binding to a connection outside the evaporation device for the Power supply is connected.

Der EP 0 306 491 B1 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entnehmen. Um eine Legierungsschicht auf ein Bauteil aufzubringen, wird ein Target benutzt, das zumindest zwei verschiedene Metalle in verschieden aktiven Flächenabschnitten des Targets aufweist. Bei der Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung nach der DE 42 43 592 erfolgt die Stromzu führung zum Target über eine Magnetspule, um den Lichtbogenspot entlang einer Random bahn zu bewegen. A device of the type mentioned at the outset can be found in EP 0 306 491 B1. Around To apply an alloy layer to a component, a target is used that at least has two different metals in different active surface sections of the target. In the arc evaporation device according to DE 42 43 592, the current is applied Guide to the target via a magnetic coil to the arc spot along a random to move the web.

Unabhängig von der Art der Verschaltung des Magneten bzw. der Ausbildung des die Kathode bildenden Targets erfolgt eine punktuelle Stromzuführung zu diesem mit der Folge, dass sich in Abhängigkeit von der Position des Lichtbogenspots auf dem Target zu dem Stromausschluss unterschiedliche Impedanzen ergeben. Diese Variation der Impedanz führt dazu, dass der Lichtbogen vermehrt verästelt wird und in der Folge vermehrt Droplets von der Targetoberfläche emittiert werden. Solche Droplets führen zu einer Aufrauung der Oberfläche des zu beschichtenden Teils und somit zu unerwünschten Qualitätseinbußen der Schicht. Die Variation der Impedanz, d. h. die Änderung der Lichtbogenspannung bei vorge gebenem Lichtbogenstrom ist umso kritischer, da diese vom Kontrollsystem/Kontrollelek tronik nicht erkannt werden und somit der Betreiber der Anlage keine Handhabe über Reproduzierbarkeit und Qualität hat.Regardless of the type of circuitry of the magnet or the design of the The cathode-forming targets are supplied with current at a specific point, with the result that that depending on the position of the arc spot on the target Exclusion of current result in different impedances. This variation in impedance leads to the fact that the arc is increasingly branched and subsequently droplets of the target surface are emitted. Such droplets roughen the Surface of the part to be coated and thus to undesirable quality losses Layer. The variation in impedance, i.e. H. the change in the arc voltage at pre given arc current is all the more critical as this is from the control system / control elec tronics are not recognized and therefore the operator of the system does not handle Reproducibility and quality.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass unabhängig von dem Ort des Lichtbogenspots ein gewünschtes gleichmäßiges Verdampfen des Targetmaterials erfolgt, so dass eine gleichmäßi ge Beschichtung eines Substrats, das in der Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung bzw. in deren Vakuumkammer angeordnet ist, erfolgt.The present invention is based on the problem of an arrangement of the beginning mentioned type so that regardless of the location of the arc spot Desired uniform evaporation of the target material takes place, so that a uniform ge coating of a substrate in the arc evaporation device or in whose vacuum chamber is arranged takes place.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass von der Halterung und/oder dem Target mehrere im peripherem Bereich des Targets verlaufende elektrisch leitende Verbindungen ausgehen, die ihrerseits über den Anschluss untereinander elektrisch leitend verbunden sind. Dabei sind die insbesondere punktuellen Verbindungen, die als Stifte, Schrauben, Nieten, Bolzen oder ähnliches ausgebildet sein können, über einen Ring, ins besondere einen geschlossenen Ring untereinander elektrisch leitend verbunden. Es erfolgt eine Anordnung der elektrisch leitenden Verbindungen in Bezug auf das Target derart, dass dem Grunde nach unabhängig von der Position des Lichtbogenspots auf dem Target eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche Impedanz herrscht, selbstverständlich bei gleich bleibenden Prozessparametern wie Druck, Bias ete.According to the invention, the problem is essentially solved in that the holder and / or the target several electrically extending in the peripheral region of the target conductive connections go out, which in turn electrical via the connection with each other are conductively connected. The particular point connections that are used as pins, Screws, rivets, bolts or the like can be formed over a ring, ins especially a closed ring electrically connected to each other. It takes place an arrangement of the electrically conductive connections with respect to the target such that basically one regardless of the position of the arc spot on the target the same or essentially the same impedance prevails, of course with the same permanent process parameters such as pressure, bias ete.

Des Weiteren sollte zwischen dem Target und der Halterung eine Folie aus elektrisch gut leitendem Material wie insbesondere eine Kupferfolie angeordnet sein. Furthermore, a film made of electrically good should be between the target and the holder conductive material such as a copper foil in particular.

Der außerhalb der Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung verlaufende und die elektrisch leitenden Verbindungen zu dem Target herstellende Anschluss selbst ist vorzugsweise ein aus Kupfer bestehender Ringleiter, wohingegen die zu dem Target bzw. dessen Halterung führenden elektrisch leitenden Verbindungen selbst aus Messing bestehen können. Als Targetmaterial kommt jedes Material mit sehr hohem elektrischen Leitwert in Frage.The one running outside the arc vaporizer and the electric one conductive connections to the target itself is preferably an off Copper existing ring conductor, whereas that to the target or its holder leading electrically conductive connections can even consist of brass. As Target material is any material with a very high electrical conductivity.

Unabhängig hiervon sollten zur Erzielung einer gleichmäßigen Impedanz die elektrisch leitenden Verbindungen eine Umhüllende aufspannen, die koaxial die wirksame freie Fläche des Target peripher umgibt. Insbesondere sollte sich eine Viereckgeometrie ergeben, wobei entlang jeden Schenkels des Vierecks zwischen den elektrisch leitenden Verbindungen gleiche oder im Wesentlichen gleiche Abstände bestehen sollten. Verbindungen, die von parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Schenkeln der Umhüllenden ausgehen, sollten ebenfalls gleiche Abstände zueinander aufweisen.Regardless of this, the electrical should be used to achieve a uniform impedance conductive connections stretch an envelope that coaxially the effective free area peripherally surrounding the target. In particular, a square geometry should result, whereby along each leg of the square between the electrically conductive connections or there should be essentially the same distances. Connections made by parallel or legs of the envelopes which run essentially parallel to one another, should also have the same distances from each other.

Erfindungsgemäß erfolgt eine unmittelbare Stromzuführung stets zu dem Ort des Targets, wo ein Lichtbogenspot entsteht, so dass dem Grunde nach unabhängig vom Ort des Lichtbogen spots stets gleiche Impedanzen herrschen.According to the invention, there is always a direct power supply to the location of the target where An arc spot is created, so that basically regardless of the location of the arc spots always have the same impedances.

Hierdurch bedingt erfolgt eine minimale Störung des auf den Lichtbogenspot einwirkenden Magnetfelds, so dass im gewünschten Umfang ein gleichmäßiger Abtrag des Targets bzw. dessen Verdampfen erfolgt, ohne dass die Gefahr besteht, dass Tropfen aus dem Target herausgelöst werden und in die Vakuumkammer gelangen, wodurch ein zu beschichtendes Substrat eine unregelmäßige bzw. rauhe Oberfläche erfahren kann. Mit anderen Worten ist ein optimaler Halterungs- bzw. Führungseffekt des auf den Lichtbogenspot einwirkenden Magne ten gegeben.As a result, there is minimal interference with the one acting on the arc spot Magnetic field, so that the desired amount of uniform removal of the target or its evaporation takes place without the risk of droplets coming out of the target be detached and get into the vacuum chamber, causing a to be coated Substrate can experience an irregular or rough surface. In other words, is a optimal holding or guiding effect of the magne acting on the arc spot given.

Die Ausbildung der Verbindung ist konstruktiv einfach. Target und Halterung können planar verarbeitet sein, wobei in gewohnter Weise zwischen der Halterung und dem Target ein mit Kühlwasser beaufschlagbarer Zwischenraum vorgesehen ist. The formation of the connection is structurally simple. Target and bracket can be planar be processed, with a in the usual way between the bracket and the target Cooling space to be acted upon is provided.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.Further details, advantages and features of the invention result not only from the Claims, the features to be extracted from these - individually and / or in combination -, but also from the following description of one of the drawings preferred embodiment.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Targetanordnung und Fig. 1 is a schematic diagram of the target arrangement and

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Targets mit Lichtbogenspot. Fig. 2 shows a schematic diagram of a target with an arc spot.

In Fig. 1 ist rein prinzipiell eine Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung mit einer von einem Gehäuse 10 umgebenden Vakuumkammer 12 dargestellt, um in der Kammer 12 vorhandene Substrate 14 zu behandeln wie zu beschichten. Dabei ist im Ausführungsbeispiel als Anwen dungsfall eine Hartstoffbeschichtungsvorrichtung angedeutet. Um das Substrat 14, das auf einem Drehteller angeordnet sein kann, zu beschichten, werden aus einem in der Vaku umkammer 12 vorhandenen Target 16 wie Titantarget oder einem anderen geeigneten Targetmaterial verdampft, welches mit dem eingeführten Reaktionsgas wie N₂ oder C₂H₂ reagiert und sich auf dem Substrat 14 im gewünschten Umfang ablagert. Hierzu wird zwischen dem Target 16 und dem Gehäuse 10 eine Spannung über eine Spannungsquelle 18 angeschlossen, wobei das Gehäuse 10 Anode und das Target 16 Kathode sind. Insoweit wird jedoch auf hinlänglich bekannte Techniken verwiesen, genauso wie in Bezug auf die angeleg te Spannung von in etwa zum Beispiel in der Größenordnung von 20 V und einem Strom von einer Größenordnung 100 A. Der Druck in der Vakuumkammer 12 kann im Bereich von 0,0001 bis 0,1 bar je nach Anwendungsfall liegen, um nur beispielhaft Werte zu nennen.In Fig. 1 an arc evaporation device is purely schematically shown with a surrounding housing 10 by a vacuum chamber 12 to treat existing in the chamber 12 as the substrates 14 to be coated. Here, a hard material coating device is indicated in the exemplary embodiment as an application. In order to coat the substrate 14 , which can be arranged on a turntable, are evaporated from a target 16 present in the vacuum chamber 12 , such as titanium target or another suitable target material, which reacts with the introduced reaction gas such as N ₂ or C ₂ H ₂ and deposits on the substrate 14 to the desired extent. For this purpose, a voltage is connected between the target 16 and the housing 10 via a voltage source 18 , the housing 10 being the anode and the target 16 being the cathode. In this regard, however, reference is made to well-known techniques, as well as in relation to the applied voltage of approximately, for example, of the order of 20 V and a current of the order of 100 A. The pressure in the vacuum chamber 12 can be in the range from 0. 0001 to 0.1 bar depending on the application, to name values only as examples.

Das Target 16 geht von einem Träger 20 aus, der seinerseits über einen Isolator 22 gegenüber einer Flanschplatte 24 zum Beispiel aus Aluminium elektrisch isoliert ist, die ihrerseits mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Zwischen dem Target und dem Träger 20 ist ein Zwischen raum 26 vorgesehen, der mit Kühlfluid wie Flüssigkeit beaufschlagt ist, um das Target 16 im gewünschten Umfang zu kühlen. Das Target 16 weist einen umlaufenden bodenseitigen Flansch 28 auf um somit zwischen dem Träger 20 und einer Befestigungsplatte 30 fixiert zu werden. Die Befestigungsplatte 30 selbst ist von einem Isolator 32 zum Beispiel aus BN abgedeckt und über Isolatoren 34, 36 mit der Grundplatte 24 verbunden.The target 16 is based on a carrier 20 , which in turn is electrically insulated via an insulator 22 from a flange plate 24, for example made of aluminum, which in turn is connected to the housing 10 . Between the target and the carrier 20 , an intermediate space 26 is provided, which is acted upon with cooling fluid such as liquid in order to cool the target 16 to the desired extent. The target 16 has a circumferential bottom-side flange 28 so that it can be fixed between the carrier 20 and a fastening plate 30 . The mounting plate 30 itself is covered by an insulator 32 made of BN, for example, and connected to the base plate 24 via insulators 34 , 36 .

Träger 20, Halteplatte 30 und Target 16 sind über Bolzen oder Schrauben 38, 40 gleichwir kender Elemente elektrisch leitend mit einem Anschluss 42 verbunden, der als Ringleiter ausgebildet ist, also die Schrauben oder Bolzen 38, 40 untereinander verbindet und an die Spannungsquelle 18 anschließt. Der andere Pol der Spannungsquelle 18 führt zu dem Gehäuse.Carrier 20 , holding plate 30 and target 16 are connected via bolts or screws 38 , 40 equivalent elements in an electrically conductive manner to a connection 42 which is designed as a ring conductor, that is to say connects the screws or bolts 38 , 40 to one another and connects to the voltage source 18 . The other pole of the voltage source 18 leads to the housing.

Das Gehäuse 10 bildet die Anode und der Träger 20, die Abdeckplatte 30 und das Targets 16 bilden die Kathode, wobei jedoch ausschließlich das Target 16 mit seiner Oberfläche 42 der Vakuumkammer 12 ausgesetzt ist, so dass sich zwischen der Anode, d. h. der Gehäusewan dung 10 und dem Target 16 ein Lichtbogen und damit ein Lichtbogenspot 44 ausbilden kann, dessen Bewegung entlang der Fläche 42 über ein unterhalb des Targets 16 und außerhalb der Kammer 12 vorhandenen Magneten 46 (MAC = Magnetic Arc Confinement), d. h. dessen Magnetfeld bestimmt wird.The housing 10 forms the anode and the carrier 20 , the cover plate 30 and the target 16 form the cathode, but only the target 16 with its surface 42 is exposed to the vacuum chamber 12 , so that between the anode, ie the housing wall 10th and the target 16 can form an arc and thus an arc spot 44 , the movement of which along the surface 42 is determined by a magnet 46 (MAC = Magnetic Arc Confinement) present below the target 16 and outside the chamber 12 , ie its magnetic field.

Erfindungsgemäß erstrecken sich durch den Isolator 22 zu der Halterung 20 und damit dem Target 16 eine Vielzahl im peripheren Bereich des Targets 16 endende elektrisch leitende Verbindungen 38, 40, die über den Ringleiter 42 mit der Spannungsquelle 18 verbunden sind. Dabei weisen die elektrisch leitenden Verbindungen 38, 40 zueinander einen gleichen Abstand auf und zwar zumindest in parallel zueinander verlaufenden Seiten des Targets 16.According to the invention, a plurality of electrically conductive connections 38 , 40 , which terminate in the peripheral region of the target 16 and which are connected to the voltage source 18 via the ring conductor 42 , extend through the insulator 22 to the holder 20 and thus the target 16 . In this case, the electrically conductive connections 38 , 40 are at an equal distance from one another, at least in the mutually parallel sides of the target 16 .

Weist das Target 16 in Draufsicht eine Rechteckgeometrie auf so sollten die Verbindungen 38, 40 gleichfalls eine rechteckförmige Geometrie aufspannen, also eine entsprechende Umhüllende bilden. Hierdurch bedingt ergibt sich unabhängig von der Lage des Lichtbogen spots auf der Fläche 42 eine im Wesentlichen gleiche Impedanz mit der Folge, dass ein gleichmäßiges Verdampfen des Targets 16 erfolgt und somit die zu behandelnden bzw. zu beschichtenden Substrate 14 eine gewünschte Oberflächengüte erhalten. If the target 16 has a rectangular geometry in plan view, the connections 38 , 40 should also span a rectangular geometry, that is, form a corresponding envelope. This results in an essentially identical impedance regardless of the position of the arc spot on the surface 42, with the result that the target 16 is evaporated uniformly and the substrates 14 to be treated or coated are thus given a desired surface quality.

In Fig. 2 ist rein prinzipiell eine Unteransicht des Targets 16 mit dem prinzipiell angedeuteten Ringleiter 42 und der Grundplatte 24 dargestellt. Prinzipiell sind des Weiteren die von dem Ringleiter 42 ausgehende insbesondere als Schrauben ausgebildete elektrisch leitenden Ver bindungen 38, 40 dargestellt, anhand derer verdeutlicht wird, dass diese entlang der Längs ränder des Targets 16 im gleichen Abstand zueinander verlaufen, wobei der Abstand der Schrauben 38, 40 entlang paralleler Ränder gleich sein sollte (siehe äquivalente Abstände b bzw. d im Bereich der jeweils parallel zueinander verlaufenden Ränder).In FIG. 2, a bottom view of the target 16 with the ring conductor 42 indicated in principle and the base plate 24 is shown purely in principle. In principle, the outgoing from the ring conductor 42 , in particular designed as screws electrically conductive Ver connections 38 , 40 are shown, by means of which it is made clear that they run along the longitudinal edges of the target 16 at the same distance from one another, the distance between the screws 38 , 40 should be the same along parallel edges (see equivalent distances b and d in the area of the edges running parallel to each other).

Der Ringleiter 42 besteht erwähntermaßen vorzugsweise aus Kupfer, wohingegen die Schrauben oder gleichwirkenden Verbindungen 38. 40 aus Messing bestehen können.The ring conductor 42 is preferably made of copper, as mentioned, whereas the screws or equivalent connections 38 . 40 can consist of brass.

Um eine gewünschte gleichmäßige Stromverteilung zu erzielen, sollte des Weiteren zwischen dem Target und dem Träger 20 und gegebenenfalls der Halteplatte 30 eine Folie aus elek trisch gut leitendem Material wie Kupferfolie vorgesehen sein.In order to achieve a desired uniform current distribution, a film made of an electrically highly conductive material such as copper foil should also be provided between the target and the carrier 20 and optionally the holding plate 30 .

Claims

1. Arrangement for supplying current to a target forming a cathode of an arc evaporation device for evaporating the target by means of at least one arc spot generated by an arc current flowing between the anode and the cathode, the target being connected at least peripherally in an electrically conductive manner to a holder, which in turn Is connected via at least one electrically conductive connection to a connection for the power supply that runs outside the evaporation device, characterized in that a plurality of electrically conductive connections ( 38 , 38 ) running in the peripheral region of the target of the holder ( 20 ) and / or the target ( 16 ). 40 ), which are in turn electrically conductively connected to one another via the connection ( 42 ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrically conductive connections ( 38 , 40 ) leading to the cathode ( 16 , 20 , 32 ) are electrically conductively connected via the connection ( 42 ) designed as a ring, in particular a closed ring.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically conductive connections ( 38 , 40 ) on the target ( 16 ) are directed such that regardless of the position of the respective arc spots ( 44 ) there is the same or substantially the same impedance.

4. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that between the target ( 16 ) and the holder ( 20 ) a film made of electrically highly conductive material, in particular a Cu film is arranged.

5. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the connection ( 42 ), which is preferably embodied as a circumferential conductor, consists of or contains copper or aluminum in particular.

6. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the leading to the cathode electrically conductive connections ( 38 , 40 ) are in particular screws or bolts, which are preferably made of brass.

7. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive connections ( 38 , 40 ) span an envelope, which corresponds to the circumferential geometry of the target ( 16 ) and extends coaxially therewith.

8. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive connections ( 38 , 40 ) span an enveloping quadrangular geometry, wherein along each leg between the electrically conductive connections there are the same or essentially the same distances (b, d) ,