DE102009051056A1

DE102009051056A1 - Method for restoring operating state of magnetron discharge during magnetron sputtering, involves conductively switching insulated gate bipolar transistor for time periods when voltage at anode exceeds threshold values, respectively

Info

Publication number: DE102009051056A1
Application number: DE200910051056
Authority: DE
Inventors: Götz Teschner; Frank Dr. Benecke; Werner Lang; Enno Mirring; Stanely Rehn
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: DE102009051056B4

Abstract

The method involves conductively switching an insulated gate bipolar transistor (12) for a time period when voltage at an anode (1) exceeds a threshold value. A short circuit is produced between the anode and recipients (4) for the period. The transistor is disabled after cycle of the time period. The transistor is conductively switched for another time period when the voltage at the anode exceeds another threshold value, so that the short circuit is produced between the anode and the recipients for the latter period. The transistor is disabled after cycle of the latter period. An independent claim is also included for a circuit for performing a method for restoring an operating state of magnetron discharge during magnetron sputtering.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederherstellen des Betriebszustandes der Entladung beim Magnetronsputtern, insbesondere für großflächige Substrate, und die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren findet vorrangig Anwendung beim Beschichten von Flachglas großer Dimensionen in Durchlaufanlagen.The invention relates to a method for restoring the operating state of the discharge in magnetron sputtering, in particular for large-area substrates, and the circuit for carrying out the method. The process is primarily used for coating flat glass of large dimensions in continuous flow systems.

Bekannter weise muss eine Magnetronsputtereinrichtung als Kathode geschaltet werden, damit in einer verdünnten Gasatmosphäre eine Gasentladung entsteht, die zur Beschichtung durch Sputtern verwendet werden kann. Dazu werden meist der Minuspol einer Gleichstromquelle mit dem Magnetron und der Pluspol mit dem Rezipienten verbunden, so dass dem Magnetron der Rezipient als ausgedehnte Anode gegenüber steht. Dadurch bildet sich nach dem Zünden der Entladung ein Gasentladungsplasma, das den gesamten Rezipienten ausfüllt.As is known, a magnetron sputtering device must be connected as a cathode in order to produce a gas discharge in a dilute gas atmosphere which can be used for coating by sputtering. For this purpose, usually the negative pole of a DC power source with the magnetron and the positive pole are connected to the recipient, so that the magnetron is the recipient as an extended anode opposite. As a result, a gas discharge plasma is formed after the ignition of the discharge, which fills the entire recipient.

Wird auf diese Weise eine isolierende Schicht erzeugt, so schlägt sich diese isolierende Schicht auch auf den Innenflächen des Rezipienten nieder, wodurch, der Stromfluss in diesem Bereich mit zunehmender Betriebszeit behindert wird. Dadurch werden die Ladungsträger des Gasentladungsplasmas zu Teilen der Vakuumanlage gelenkt, wo noch ein guter Kontakt zwischen dem Plasma und der Rezipientenwand besteht. Bei der Großflächenbeschichtung bietet sich dazu das Substrat an, wenn es eine leitfähige Schicht aus vorangegangenen Beschichtungen trägt. Wenn das Substrat sich zur Beschichtung in der Nähe des Magnetrons befindet, dann strömen die Ladungsträger zu der leitfähigen Schicht, so dass ein Strom innerhalb der leitfähigen Schicht fließt und an einem Rand des Substrates als Lichtbogen zu noch leitfähigen Flächen des Rezipienten überspringt, die weit außerhalb des Beschichtungsbereiches liegen können.If an insulating layer is produced in this way, this insulating layer also deposits on the inner surfaces of the recipient, which impedes the flow of current in this region with increasing operating time. As a result, the charge carriers of the gas discharge plasma are directed to parts of the vacuum system, where there is still good contact between the plasma and the recipient wall. In the case of large area coating, the substrate is suitable for this purpose if it carries a conductive layer of preceding coatings. When the substrate is in the vicinity of the magnetron for coating, the charge carriers flow to the conductive layer so that a current flows within the conductive layer and skips at one edge of the substrate as an arc to still conductive surfaces of the recipient which are far outside of the coating area can lie.

Da die leitfähigen Schichten durch die hohen Kathodenströme überlastet werden, verbrennen diese Schichten. Dieses Verbrennen, auch als Crazing bezeichnet, lässt sich verhindern, indem der Stromfluss zum Rezipienten dadurch unterbunden wird, dass der Pluspol der Gleichstromquelle mit einer zusätzlichen, vom Rezipienten isolierten Anode verbunden wird, welche die Elektronen zur Stromversorgung zurück führt.Since the conductive layers are overloaded by the high cathode currents, these layers burn. This burning, also referred to as crazing, can be prevented by restricting the flow of current to the recipient by connecting the positive pole of the DC source to an additional anode isolated from the recipient which returns the electrons to the power supply.

Die isolierte Anode würde wie die gesamte Innenfläche des Rezipienten beschichtet werden. Um zu verhindern, dass die Anode nach kurzer Zeit ihre Funktion einstellt, weil sie mit isolierenden Schichten beschichtet wurde, wird die Anode hinter einem Labyrinth aus Abschirmblechen angebracht, so dass zwar die Ladungsträger aufgrund der elektrischen Felder die Anode erreichen, die Schichtpartikel aber zuvor auf den Abschirmblechen, die mit dem Rezipienten verbunden sind, aufgefangen werden.The isolated anode would be coated like the entire inner surface of the recipient. In order to prevent the anode from ceasing to function after a short time because it has been coated with insulating layers, the anode is mounted behind a labyrinth of shielding plates, so that the charge carriers reach the anode due to the electric fields, but the layer particles are previously exposed the shielding plates, which are connected to the recipient, are collected.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Ladungsträger in eine im Vergleich zum Rezipienten kleinere Oberfläche eintreten müssen, die außerdem nur über einen längeren Weg erreicht werden kann. Die physikalischen Gesetze der Gasentladung bewirken, dass sich ein Anodenfall ausbildet, d. h., es entsteht ein Spannungsabfall zwischen dem Gasentladungsplasma vor dem Magnetron und der Anode, so dass die Elektronen beschleunigt werden und so genügend Energie aufnehmen, damit sie Gasmoleküle ionisieren können, um die für die Erhaltung der Quasineutralität nötigen Ionen zu liefern. Dadurch steigt die Ladungsträgerdichte vor der Anode derart an, dass der volle Entladungsstrom in die Anode fließen kann.However, this arrangement has the disadvantage that the charge carriers must enter a smaller surface in comparison with the recipient, which in addition can only be achieved over a longer distance. The physical laws of gas discharge cause an anode case to form, i. that is, there is a drop in voltage between the gas discharge plasma in front of the magnetron and the anode, so that the electrons are accelerated and so absorb enough energy to ionize gas molecules to provide the ions necessary to maintain quasi-neutrality. As a result, the charge carrier density in front of the anode increases in such a way that the full discharge current can flow into the anode.

Das Abschirmen der Anode erschwert die Zündung der Entladung, weil die Feldstärkenverteilung innerhalb der Magnetronsputtereinrichtung im ungezündeten Zustand ungünstig ist, der mit einer Widerstandsbeschaltung der Anode begegnet werden kann, die ihrerseits den Nachteil erzeugt, dass bei Störungen im Plasma eine plötzliche Änderung des Arbeitspunktes der Gasentladung auftreten kann, die zur drastischen Reduktion der Beschichtungsrate führt.The shielding of the anode makes it difficult to ignite the discharge because the field strength distribution within the magnetron sputtering device in the unfired state is unfavorable, which can be countered with a resistance circuit of the anode, which in turn produces the disadvantage that in case of disturbances in the plasma, a sudden change in the operating point of the gas discharge can occur, which leads to the drastic reduction of the coating rate.

Zur Beseitigung der Zündprobleme ist es bekannt, eine Zündhilfe zu verwenden, die dafür sorgt, dass im stromlosen Zustand, d. h. vor Zündung der Gasentladung, die Potentiale in dem Rezipienten derart verteilt werden, dass vor der Kathode die maximale Feldstärke entsteht. In einem System mit zwei isolierten Elektroden teilt sich zunächst die Spannung entsprechend der natürlichen Ableitwiderstände von den Elektroden gegen den Rezipienten auf. Die elektrische Feldstärke vor den Elektroden hängt von den Flächenverhältnissen der Elektroden zum Rezipienten ab.To eliminate the ignition problems, it is known to use a starting aid, which ensures that in the de-energized state, d. H. before ignition of the gas discharge, the potentials are distributed in the recipient so that the maximum field strength arises in front of the cathode. In a system with two insulated electrodes, the voltage initially divides according to the natural leakage resistance of the electrodes against the recipient. The electric field strength in front of the electrodes depends on the area ratios of the electrodes to the recipient.

Fügt man einen Widerstand zwischen der Anode und den Rezipienten ein, dann wird die Anode im stromlosen Zustand auf dem Potential des Rezipienten gehalten. Damit wird in diesem Stromkreis das Spannungsteilerverhältnis der Ableitwiderstände so verändert, dass am Magnetron die volle Spannung der Gleichstromquelle ansteht, und außerdem wird damit das Magnetron zur kleinsten Fläche gegenüber dem Rezipienten. Dadurch baut sich die maximale Feldstärke vor der Oberfläche des Magnetron, d. h., vor dem Target auf. Damit sind die Verhältnisse für eine Zündung optimal gestaltet.Inserting a resistor between the anode and the recipient, then the anode is held in the de-energized state at the potential of the recipient. Thus, in this circuit, the voltage dividing ratio of the bleeder is changed so that the magnetron is the full voltage of the DC power source, and also makes it the magnetron to the smallest area relative to the recipient. As a result, the maximum field strength builds up in front of the surface of the magnetron, d. h., in front of the target. Thus, the conditions for ignition are optimally designed.

Die Lösung hat den Nachteil, dass bei Auftreten eines Defektes der Kathodenisolation ein Kurzschluss zwischen der Kathode und dem Rezipienten entsteht, so dass die volle Leerlaufspannung der Stromversorgung über den Widerstand liegt. Dieser Widerstand muss durch eine Sicherung oder eine entsprechende Dimensionierung dem standhalten können.The solution has the disadvantage that when a defect of the cathode insulation occurs, a short circuit occurs between the cathode and the recipient, so that the full no-load voltage the power supply is across the resistor. This resistance must be able to withstand by a fuse or a corresponding dimensioning.

Damit sind aber nicht alle Nachteile behoben, denn es wurde festgestellt, dass während des normalen Betriebes plötzlich die Entladung in einen anderen Arbeitspunkt springt, und die Ausgangsspannung der Stromversorgung ein Maximum anzeigt. Durch Ausschalten und erneutem Einschalten gelingt es manchmal, den normalen Zustand wieder herzustellen. Man kann auch erkennen, dass die Entladung eigentlich nicht wirklich erloschen ist. Sie glimmt, und die vor dem Target des Magnetrons umlaufenden Elektronen, der Racetrack, sind als eine blasse Leuchterscheinung auf dem Target zu erkennen. Das bedeutet, dass die Entladung auf einen anderen Arbeitspunkt gesprungen ist. Durch Nachmessen der Spannung an Anode und Kathode ist die Ursache erkennbar. Die Gleichstromversorgung liefert ihre maximal mögliche Spannung. Die Kathode glimmt bei einer Teilspannung davon und geringem Strom, während die restliche Spannung über den Anodenwiderstand abfällt. Physikalischer Hintergrund ist, dass an der Anode ein zu geringer Spannungsabfall auftritt, so dass sich dort keine als Anodenfall bezeichnete Entladung ausbildet.But this does not solve all the disadvantages, because it was found that during normal operation, the discharge suddenly jumps to another operating point, and the output voltage of the power supply indicates a maximum. By switching off and switching on again, it is sometimes possible to restore the normal state. You can also see that the discharge is not really extinguished. It glows, and the orbiting the target of the magnetron, the racetrack, can be recognized as a pale luminous glow on the target. This means that the discharge has jumped to another operating point. By measuring the voltage at the anode and cathode, the cause is recognizable. The DC power supply supplies its maximum possible voltage. The cathode glows at a partial voltage thereof and low current while the remaining voltage drops across the anode resistor. The physical background is that too little voltage drop occurs at the anode so that there is no discharge called anode case.

Dieses Umschlagen der Entladung in einen anderen Arbeitspunkt bewirkt, dass die vom Magnetron aufgenommene Leistung und damit auch Beschichtungsrate drastisch sinken. In einer In-line-Anlage entstehen durch eine derartige Arbeitspunktänderung der Magnetronentladung sofort unzureichend beschichtete und damit unbrauchbare Substrate.This turning over of the discharge to another operating point causes the power consumed by the magnetron and thus also the deposition rate to drop drastically. In an in-line system, such an operating point change of the magnetron discharge immediately results in insufficiently coated and hence unusable substrates.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Schaltung zum selbsttätigen Wiederherstellen des Betriebszustandes der Entladung beim Magnetronsputtern zu schaffen, so dass beim Beschichten mit Magnetronsputtern, insbesondere von großflächigen Substraten aus Glas, falls eine plötzliche Veränderung des Arbeitspunktes der Entladung infolge von Störungen des normalen Betriebes eintritt, in möglichst kurzer Zeit der normale Betriebszustand wieder eingestellt wird.The invention is based on the object to provide a method and a circuit for automatically restoring the operating state of the discharge in magnetron sputtering, so that when coating with Magnetronsputtern, especially large-area substrates made of glass, if a sudden change in the operating point of the discharge due to interference Normal operation occurs in the shortest possible time the normal operating state is set again.

Es sollen weitgehend bekannte Schaltelemente verwendet werden, und der schaltungstechnische und apparative Aufwand soll sich nicht wesentlich erhöhen. Das Verfahren soll durch entsprechende Mess- und Regelelemente automatisch ablaufen. Der Ausschuss von beschichtetem Material, hervorgerufen durch den fehlerhaften Arbeitspunkt der Entladung, soll vermieden werden.It should be widely known switching elements are used, and the circuitry and equipment costs should not increase significantly. The process should run automatically by appropriate measuring and control elements. The scrap of coated material caused by the faulty operating point of the discharge should be avoided.

Es wurde gefunden, wenn man in dem Zustand des fehlerhaften Arbeitspunktes der Entladung den Anschluss der Anode gegen den Rezipienten kurzschließt, das kann beispielsweise mittels einer Erdungspeitsche geschehen, dann kann man durch diesen zeitweiligen Kurzschluss bewirken, dass das Magnetron wieder die gewünschte Leistung auf nimmt und eine große Menge an Ladungsträgern erzeugt. Hebt man den Kurzschluss wieder auf, dann sind im Rezipienten für einige Mikrosekunden ausreichend viele Ladungsträger vorhanden, so dass der Strom zur Anode getragen werden kann. Das bedeutet, es bildet sich wieder der Anodenfall, so dass die Entladung in den Arbeitspunkt des gewünschten Betriebszustandes zurück findet. Es ist anhand der Leuchterscheinung an der Anode zu beobachten, dass die Entladung um die Anode, der Anodenfall, beim Entfernen der Erdpeitsche wieder zündet. Damit bleibt die Kathode bis zur nächsten Störung im gewünschten Betriebszustand.It was found that in the state of the faulty operating point of the discharge the connection of the anode shorted to the recipient, which can be done for example by means of a ground whip, then one can cause by this temporary short circuit that the magnetron again takes on the desired performance and generates a large amount of charge carriers. If you lift the short circuit again, then in the recipient for a few microseconds enough charge carriers are present, so that the current can be carried to the anode. This means that the anode case is formed again so that the discharge returns to the operating point of the desired operating state. It can be observed from the luminous phenomenon at the anode that the discharge around the anode, the anode case, ignites again when removing the earth whip. This keeps the cathode in the desired operating state until the next fault.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auf der Basis dieses Prinzips der manuellen Herstellung des normalen Betriebszustandes durch Erzeugung eines Kurzschlusses zwischen Anode und dem Rezipienten dadurch gelöst, dass die Spannung an der Anode überwacht wird und zwischen die Anode und den Rezipienten ein an sich bekannter IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) geschaltet wird. Steigt die Spannung an der Anode über einen ersten festgelegten Schwellwert, dann wird der IGBT für eine erste Zeitdauer durchgesteuert, so dass der gewünschte Kurzschluss zwischen der Anode und dem Rezipienten erzeugt wird.According to the invention, this object is achieved on the basis of this principle of manual production of the normal operating state by generating a short circuit between the anode and the recipient by monitoring the voltage at the anode and between the anode and the recipient by a known IGBT (Insulated Gate Bipolar transistor) is switched. When the voltage at the anode rises above a first predetermined threshold, then the IGBT is turned on for a first period of time to produce the desired short circuit between the anode and the receiver.

Nach Ablauf dieser ersten Zeitdauer wird der IGBT wieder gesperrt. Dadurch wird der Kurzschluss zwischen Anode und Rezipient wieder aufgehoben, und die Spannung zwischen der Anode und dem Rezipienten steigt wieder an, bis der für den Anodenfall nötige Spannungsabfall erreicht wird.After this first period of time, the IGBT is disabled again. As a result, the short circuit between the anode and the recipient is canceled, and the voltage between the anode and the recipient rises again until the voltage drop necessary for the anode case is reached.

War die Zeit des Kurzschlusses noch zu kurz, oder andere Bedingungen der Entladung waren zu ungünstig zum Ausbilden des Anodenfalls, dann sinkt der Strom im Rezipienten rasch ab, und die Spannung am Magnetron sinkt entsprechend dem Strom stark ab. Damit sinkt die Leistung im Magnetron, so dass die Regelung in der Stromversorgung deren Ausgangsspannung bis auf den Maximalwert anhebt. Auf Grund der Spannungteilerverhältnisse steigt damit wieder die Spannung an der Anode über den ersten Schwellwert an und es wird ein erneuter Kurzschluss zwischen Anode und Rezipient für eine erste Zeitdauer erzeugt. Besonders beim ersten Einschalten kann sich dieser Vorgang viele Male wiederholen, bis ausreichend Ladungsträger zur Verfügung stehen, die die Entladung an der Anode unterhalten können. Bleibt die Spannung zwischen Anode und Rezipient kleiner als ein erster Schwellwert, dann bleibt der IGBT gesperrt und das Magnetron arbeitet am Arbeitspunkt des gewünschten Betriebszustandes.If the time of short circuit was too short, or other conditions of discharge were too unfavorable for forming the anode case, then the current in the receiver drops rapidly, and the voltage on the magnetron drops sharply according to the current. This reduces the power in the magnetron so that the regulation in the power supply raises its output voltage up to the maximum value. Due to the voltage divider ratios, the voltage at the anode rises again above the first threshold value, and a renewed short circuit between the anode and the receiver is generated for a first time duration. This process can be repeated many times, especially at the first switch-on, until sufficient charge carriers are available to sustain the discharge at the anode. If the voltage between the anode and the recipient is less than a first threshold value, then the IGBT remains locked and the magnetron operates at the operating point of the desired operating state.

Steigt allerdings die Spannung zwischen Anode und Rezipient plötzlich über den Wert eines zweiten festgelegten Schwellwertes, dann ist ein Versagen der Isolation des Magnetrons gegen Rezipienten wahrscheinlich. Beim Überschreiten eines zweiten Schwellwertes wird ebenfalls der IGBT durchgesteuert, so dass der Kurzschluss zwischen Anode und Rezipient hergestellt wird. In diesem Falle wird der Kurzschluss für eine zweite Zeitdauer aufrechterhalten, wobei die zweite Zeitdauer etwa um den Faktor 1000 länger ist als die erste Zeitdauer. However, if the voltage between the anode and the receiver suddenly rises above the value of a second predetermined threshold, then a failure of the isolation of the magnetron from the receiver is likely. When a second threshold is exceeded, the IGBT is also controlled, so that the short circuit between the anode and recipient is made. In this case, the short circuit is maintained for a second period of time, the second time period being about a factor of 1000 longer than the first period of time.

Die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus dem wesentlichen Schaltelement, dem IGBT, welches den Kurzschluss zwischen der Anode und dem Rezipienten erzeugt und wieder aufhebt. Es ersetzt im Prinzip die vorgenannte Erdungspeitsche. Das IGBT ist Bestandteil einer elektronischen Baugruppe, die aus einem Spannungsteiler, je zwei Schwellwertschaltern und zwei Impulsgebern, sowie einem Oder-Gatter und Ansteuerverstärker besteht.The circuit for carrying out the method consists of the essential switching element, the IGBT, which generates and removes the short circuit between the anode and the recipient. It basically replaces the aforementioned grounding whip. The IGBT is part of an electronic module, which consists of a voltage divider, two threshold switches and two pulse encoders, as well as an OR gate and drive amplifier.

Die Anode und die Magnetronkathode sind wie bekannt in dem Rezipienten isoliert voneinander und von der Wand des Rezipienten angeordnet und mit der Stromversorgung verbunden. Zwischen dem Rezipienten und dem Pluspol der Stromversorgung ist ein Widerstand geschaltet, an der den Potenzialbezug zwischen dem Pluspol der Stromversorgung und dem Rezipienten herstellt.As is known, the anode and the magnetron cathode are isolated in the recipient from each other and arranged from the wall of the recipient and connected to the power supply. Between the recipient and the positive terminal of the power supply, a resistor is connected to establish the potential reference between the positive pole of the power supply and the recipient.

An einem Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Die zugehörige Zeichnung zeigt die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.An exemplary embodiment describes the method according to the invention. The accompanying drawing shows the circuit for carrying out the method.

Das Verfahren findet für Beschichtungsanlagen nach dem Magnetronprinzip Anwendung, wenn die Entladung vom Rezipienten getrennt gegen isolierte Anoden betrieben werden soll.The method is used for coating systems according to the magnetron principle, when the discharge is to be operated separately from the recipient to isolated anodes.

Die Anoden 1 werden wie bekannt so angeordnet, dass sie möglichst nicht oder nur sehr geringfügig beschichtet werden, um Unterbrechungen wegen notwendiger Reinigungsarbeiten zu minimieren, denn durch diese Beschichtung werden die Anoden 1 mit parasitären, schlecht leitenden Schichten bedeckt, die zumindest zu Stabilitätsproblemen bis zum Verlöschen der Entladung führen. Durch eine geeignete Anordnung kann man das Auftreten von Stabilitätsproblemen hinauszögern.The anodes 1 are known to be arranged so that they are not possible or only very slightly coated to minimize interruptions due to necessary cleaning work, because by this coating, the anodes 1 covered with parasitic, poorly conductive layers, which at least lead to stability problems until extinguishment of the discharge. By a suitable arrangement, one can delay the occurrence of stability problems.

Diese versteckt angeordneten Anoden 1 lösen auf diese Art der Anordnung noch nicht das Problem, denn die Entladung zündet so noch sehr schlecht. Der Grund hierfür ist, dass zum Zünden einer Magnetronkathode 2 eine hohe Feldstärke (Spannungsabfall / Weg) vor der Magnetronkathode 2 benötigt wird. Wenn nunmehr die Anode 1 in einem engen Gehäuse untergebracht ist, dann treten physikalisch bedingt wesentliche Spannungsabfälle vor den Anoden 1 auf, und zur Zündung reicht die Feldstärke nicht mehr aus.These hidden anodes arranged 1 Do not solve the problem on this type of arrangement, because the discharge ignites so very bad. The reason for this is that for igniting a magnetron cathode 2 a high field strength (voltage drop / path) in front of the magnetron cathode 2 is needed. If now the anode 1 housed in a tight housing, then physically occur significant voltage drops in front of the anodes 1 on, and to the ignition, the field strength is no longer sufficient.

Dieser störende Effekt ist erfindungsgemäß zu reduzieren, in dem ein Widerstand 3 zwischen der Anode 1 und dem Rezipienten 4 angeordnet ist. Dadurch liegt im stromlosen Zustand, d. h. unmittelbar vor der Zündung der Magnetronentladung die Anode 1 auf dem Potential des Rezipienten 4, und dadurch liegt die gesamte Spannung zwischen der Magnetronkathode 2 und dem Rezipienten 4. Damit steht der Magnetronkathode 2 die volle Feldstärke zum Zünden zur Verfügung.This disturbing effect is to be reduced according to the invention, in which a resistor 3 between the anode 1 and the recipient 4 is arranged. As a result, is in the de-energized state, ie immediately prior to the ignition of the magnetron discharge, the anode 1 on the potential of the recipient 4 , and thereby the entire voltage is between the magnetron cathode 2 and the recipient 4 , This is the magnetron cathode 2 the full field strength available for firing.

Nach der erfolgten Zündung fließt Strom durch den Rezipienten 4. Allerdings braucht die Magnetronkathode 2 nach dem Zünden einige Mikrosekunden, um eine hinreichende Ionisation des Gases vor ihrer Oberfläche zu erreichen. In dieser Zeit stehen nur wenige Elektronen zu Verfügung, die zur Wand des Rezipienten 4 gelangen, und von dort über den Widerstand 3 zum Pluspol der Stromversorgung 5 fließen, um den Stromkreis schließen. Dieser Stromfluss erzeugt einen Spannungsabfall über dem Widerstand 3, so dass die Spannung der Anode 1 gegen den Rezipienten 4 steigt. Da die Gesamtspannung durch die Stromversorgung 5 begrenzt ist, verringert sich im gleichen Maße, wie die Spannung an der Anode 1 steigt, die Spannung an der Magnetronkathode 2. Bei sehr homogenen Magnetfeldern sind die Magnetronkathoden 2 in der Lage, bei wenigen 100 V genügend Strom zu liefern, der zu einem stabilen Arbeitspunkt und damit zu einer stabilen Aufteilung zwischen Spannungsabfall über dem Widerstand 3, und dem Spannungsabfall zwischen der Magnetronkathode 2 und dem Rezipienten 4 führt. Dieser Zustand lässt sich als mattes Glimmen auf der Magnetronkathode 2 beobachten.After the ignition, electricity flows through the recipient 4 , However, the magnetron cathode needs 2 after ignition, a few microseconds to achieve sufficient ionization of the gas in front of its surface. During this time, only a few electrons are available to the wall of the recipient 4 arrive, and from there via the resistance 3 to the positive pole of the power supply 5 flow to close the circuit. This current flow creates a voltage drop across the resistor 3 , so that the voltage of the anode 1 against the recipient 4 increases. Because the total voltage through the power supply 5 is limited, decreases to the same extent as the voltage at the anode 1 increases, the voltage at the magnetron cathode 2 , For very homogeneous magnetic fields are the magnetron cathodes 2 able to deliver enough power at a few 100V that leads to a stable operating point and thus a stable split between voltage drop across the resistor 3 , and the voltage drop between the magnetron cathode 2 and the recipient 4 leads. This condition can be described as a matte glow on the magnetron cathode 2 observe.

Der Glimmzustand lässt sich auch elektrisch ermitteln, weil die Spannung an der Anode 1 in diesem Zustand stark von dem im gewünschten Betriebszustand abweicht. Als gewünschter Betriebszustand werden Spannungen an der Anode 1 von 20 bis 60 V angesehen. Ist die Spannung wesentlich höher, d. h., im Bereich von 100 bis 600 V, dann liegt der Glimmzustand vor. Ist die Spannung an der Anode 1 größer als 600 V dann liegt ein Fehler vor, der einen längeren Kurzschluss der Anode 1 gegen den Rezipienten 4 erfordert.The glow state can also be determined electrically, because the voltage at the anode 1 strongly deviates from the desired operating state in this state. The desired operating conditions are voltages at the anode 1 viewed from 20 to 60V. If the voltage is much higher, ie in the range of 100 to 600 V, then the glow condition is present. Is the voltage at the anode 1 greater than 600 V then there is an error that causes a longer short circuit of the anode 1 against the recipient 4 requires.

Zur Messung der Spannung der Anode 1 gegen den Rezipienten 4 ist vom Spannungsteiler 6 der Abgriff d mit der Anode 1 und dem Pluspol der Stromversorgung 5 verbunden, während der Abgriff a des Spannungsteilers 6 mit dem Rezipienten 4 verbunden ist.For measuring the voltage of the anode 1 against the recipient 4 is from the voltage divider 6 the tap d with the anode 1 and the positive pole of the power supply 5 connected while the tap a of the voltage divider 6 with the recipient 4 connected is.

Der Spannungsteiler 6 enthält die Abgriffe b und c. Der Abgriff c des Spannungsteilers 6 ist so gewählt, dass der damit verbundene Schwellwertschalter 7 einen Sprung in seinem Ausgangssignal von 0 auf 1 erzeugt, wenn die Spannung am Spannungsteiler 6 zwischen den Abgriffen a und d den Wert des ersten Schwellwertes übersteigt. The voltage divider 6 contains the taps b and c. The tap c of the voltage divider 6 is chosen so that the associated threshold value switch 7 produces a jump in its output signal from 0 to 1 when the voltage at the voltage divider 6 between taps a and d exceeds the value of the first threshold.

Der Abgriff b des Spannungsteilers 6 ist so gewählt, dass der damit verbundene Schwellwertschalter 7 einen Sprung in seinem Ausgangssignal von 0 auf 1 erzeugt, wenn die Spannung am Spannungsteiler 6 zwischen a und d den Wert des zweiten Schwellwertes übersteigt.The tap b of the voltage divider 6 is chosen so that the associated threshold value switch 7 produces a jump in its output signal from 0 to 1 when the voltage at the voltage divider 6 between a and d exceeds the value of the second threshold.

Wird die Stromversorgung 5 eingeschaltet, dann steigt die Spannung am Spannungsteiler 6 auf Werte größer als der erste Schwellwert, weil sich im ungezündeten Zustand die Spannung an der Magnetronkathode 2 und der Anode 1 entsprechend den natürlichen Ableitwiderständen in Verbindung mit Widerstand 3 aufteilt.Will the power supply 5 switched on, then the voltage increases at the voltage divider 6 to values greater than the first threshold, because in the unfired state, the voltage at the magnetron cathode 2 and the anode 1 according to the natural leakage resistances in connection with resistance 3 divides.

Dadurch schaltet der Schwellwertschalter 7, und dessen Ausgangssignal steuert den Impulsgeber 8 an, der einen Impuls mit einstellbarer Länge von 1 bis 10 ms erzeugt. Die Ausgangssignale der Impulsgeber 8; 9 werden im Oder-Gatter 10 in einer mathematischen Oder-Verknüpfung ausgewertet. Wenn eines der Signale aktiv ist, dann wird im Ansteuerverstärker 11 das Signal erzeugt, das den IGBT 12 einschaltet. Damit wird zwischen der Anode 1 und dem Rezipienten 4 ein Kurzschluss erzeugt.This switches the threshold value switch 7 , and its output signal controls the pulse generator 8th which generates a pulse with adjustable length of 1 to 10 ms. The output signals of the pulse generator 8th ; 9 be in the Oder gate 10 evaluated in a mathematical OR operation. If one of the signals is active, then in the drive amplifier 11 the signal that generates the IGBT 12 turns. This will be between the anode 1 and the recipient 4 generates a short circuit.

Wenn der IGBT durchgesteuert ist, fehlt der Spannungsabfall zwischen der Anode 1 und dem Rezipient 4, damit liegt die volle Ausgangsspannung der Stromversorgung 5 zwischen Magnetronkathode 2 und Rezipient 4, so dass die Entladung sich durch eine Ladungsträgererzeugung verstärken kann. Nach Ablauf der eingestellten Impulsdauer wird das Signal am Ausgang des Impulsgebers 9 wieder inaktiv. Damit ist am Oder-Gatter 10 kein Eingangssignal mehr aktiv, so dass der Ausgang des Oder-Gatters 10 inaktiv wird. Damit schaltet der Ansteuerverstärker 11 den IGBT 12 wieder hochohmig.When the IGBT is turned on, there is no voltage drop between the anode 1 and the recipient 4 , so that is the full output voltage of the power supply 5 between magnetron cathode 2 and recipient 4 so that the discharge can be enhanced by carrier generation. When the set pulse duration has elapsed, the signal at the output of the pulse generator is output 9 again inactive. This is at the Oder Gate 10 no input signal active anymore, leaving the output of the OR gate 10 becomes inactive. This switches the drive amplifier 11 the IGBT 12 again high impedance.

Wenn durch diesen Vorgang genügend Ladungsträger erzeugt wurden, dass sie den vollen Strom von der Magnetronkathode 2 bis zur Anode 1 tragen können, dann bleibt die Spannung an der Anode 1 bei den oben genannten Betriebswerten, d. h., es wird keiner der Schwellwerte überschritten, so dass die Signale am Oder-Gatter 10 inaktiv bleiben.If enough charge carriers have been generated by this process that they receive the full current from the magnetron cathode 2 to the anode 1 can carry, then the voltage remains at the anode 1 at the above operating values, that is, none of the thresholds is exceeded so that the signals at the OR gate 10 stay inactive.

Reichen die Ladungsträger noch nicht aus, den vollen Strom von der Magnetronkathode 2 bis zur Anode 1 zu führen, dann steigt die Spannung an der Anode 1 erneut über den oben genannten Schwellwert an, und der oben geschilderte Ablauf wiederholt sich. Je nach den geometrischen Verhältnissen stellt sich eine Folge von Versuchen ein, um den Strom der Magnetronkathode 2 vollständig auf die Anode 1 zu übernehmen.The charge carriers are not enough yet, the full current from the magnetron cathode 2 to the anode 1 lead, then the voltage at the anode increases 1 again above the above threshold, and the above process is repeated. Depending on the geometric conditions, a series of experiments, to the current of the magnetron cathode 2 completely on the anode 1 to take over.

Es sind Störfälle nicht auszuschließen, wo die Spannung an der Anode 1 plötzlich die volle Ausgangsspannung der Stromversorgung 5 annimmt, bevor die Schaltung reagieren konnte. Um die Schaltungselemente zu schützen, ist der Schwellwertschalter 13 an den Abgriff b des Spannungsteilers 6 angeschlossen, der einen Übergang von 0 auf 1 zeugt, wenn am Spannungsteiler 6 eine Spannung anliegt, die den zweiten Schwellwert überschreitet. Der Schwellwertschalter 13 steuert einen Impulsgeber 8 an, der einen Impuls der Länge von 5 bis 20 s an das Oder-Gatter 10 sendet. Damit wird für diese lange Zeit der IGBT 12 eingeschaltet und die Anode 1 mit dem Rezipienten 4 verbunden. In dieser Zeit wird anderen Überwachungssystemen Gelegenheit gegeben, den Störfall zu detektieren und zu behandeln.There are incidents that can not be ruled out, where the voltage at the anode 1 suddenly the full output voltage of the power supply 5 assumes before the circuit could react. To protect the circuit elements is the threshold switch 13 to the tap b of the voltage divider 6 connected, which witnesses a transition from 0 to 1, if at the voltage divider 6 a voltage is applied which exceeds the second threshold. The threshold switch 13 controls a pulse generator 8th which sends a pulse of the length of 5 to 20 s to the OR gate 10 sends. This will be the IGBT for this long time 12 turned on and the anode 1 with the recipient 4 connected. During this time, other monitoring systems are given the opportunity to detect and handle the incident.

Die Beschichtungsanlage ist wie allgemein bekannt aufgebaut, indem die Anode 1 und die Magnetronkathode 2 in dem Rezipienten 4 isoliert angeordnet sind. Das zu beschichtende Substrat 14 ist im Abstand von der Magnetronkathode 2 angeordnet.The coating system is constructed as generally known by the anode 1 and the magnetron cathode 2 in the recipient 4 are arranged isolated. The substrate to be coated 14 is at a distance from the magnetron cathode 2 arranged.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in Magnetron-Beschichtungsanlagen für großflächige Substrate, insbesondere Flachglas bei plötzlicher Unterbrechung der Entladung keine Störung auftritt und in kürzester Zeit automatisch wieder der normale Betriebszustand hergestellt wird. Damit wird die mögliche Ausschussquote erheblich verringert.The advantage of the method according to the invention is that in magnetron coating systems for large-area substrates, in particular flat glass in the event of sudden interruption of the discharge, no disturbance occurs and the normal operating state is restored automatically in the shortest possible time. This significantly reduces the possible reject rate.

Der apparative Aufwand ist nicht hoch, wobei im Wesentlichen bekannte elektronische Bauelemente Anwendung finden. Der anlagentechnische Teil bedarf keiner von der üblichen Anordnung abweichenden Ausführung.The expenditure on equipment is not high, with essentially known electronic components being used. The plant part does not require any deviating from the usual arrangement execution.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Anodeanode
22: Magnetronkathodemagnetron
33: Widerstandresistance
44: Rezipientrecipient
55: Stromversorgungpower supply
66: Spannungsteilervoltage divider
77: Schwellwertschalterthreshold
88th: Impulsgeberpulse
99: Impulsgeberpulse
1010: Oder-GatterOR gate
1111: Ansteuerverstärkerdrive amplifier
1212: IGBTIGBT
1313: Schwellwertschalterthreshold
1414: Substratsubstratum

Claims

Method for restoring the operating state of the discharge during magnetron sputtering by generating a short-circuit between the recipient ( 4 ) and the anode ( 1 ), characterized in that - the voltage at the anode ( 1 ) is monitored, - if the voltage at the anode ( 1 ) exceeds a first threshold, one between the anode ( 1 ) and the recipient ( 4 ) switched IGBT ( 12 ) is turned on for a period t1, so that between the anode ( 1 ) and the recipient ( 4 ) a short circuit is generated for this time, - after the time t1 of the IGBT ( 12 ) is blocked again, - if the voltage at the anode ( 1 ) exceeds a second threshold, one between the anode ( 1 ) and the recipient ( 4 ) switched IGBT ( 12 ) is turned on for a period t2, so that between the anode ( 1 ) and the recipient ( 4 ) a short circuit is generated for this time, - after the time t2 of the IGBT ( 12 ) is locked again.

A method according to claim 1, characterized in that the first threshold is set in the range of 70 to 300 V, the time t1 is 1 ms to 10 ms, and the second threshold is set in the range of 400 V to 700 V, and the time period t2 is 1 s to 10 s.

Circuit for carrying out the method according to claim 1 and 2, consisting of an electronic assembly, in which at a voltage divider ( 6 ) at the tap (c) for the first threshold value of the threshold value switch ( 7 ), and at the tap (c) for the second threshold of the threshold ( 13 ), that the output of the threshold switch ( 7 ) with the pulse generator ( 8th ), which is set to the duration t1, and the output of the threshold switch ( 13 ) with the pulse generator ( 9 ), which is set to the time t2, connected to the outputs of the pulse generator ( 8th ) and ( 9 ) to an OR gate ( 10 ) and the output of this OR gate ( 10 ) at a drive amplifier ( 11 ) connected to the control terminals of the IGBT ( 12 ), the emitter of the IGBT ( 12 ) with the connection (a) of the voltage divider ( 6 ) and the collector of the IGBT ( 12 ) to the terminal (d) of the voltage divider ( 6 ) that this electronic assembly with the recipient ( 4 ) at the emitter of the IGBT ( 12 ) and with the anode ( 1 ) at the collector of the IGBT ( 12 ) and that in addition the anode ( 1 ) about the resistance ( 3 ) with the recipient ( 4 ) and also the anode ( 1 ) and the magnetron ( 2 ) in a known manner with a power supply ( 5 ) are connected.