DE202006005011U1

DE202006005011U1 - Stromzuführung für eine Rohrkathode

Info

Publication number: DE202006005011U1
Application number: DE200620005011
Authority: DE
Original assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2016-03-30

Abstract

Stromzuführung für eine drehbare Rohrkathode in einer Beschichtungsanlage, die eine Vakuumkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung (22) in einer von der Vakuumkammer (2) getrennten Kammer (16) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromzuführung für eine Rohrkathode einer Beschichtungsanlage nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Das Aufbringen von Materialschichten auf einem Substrat, z. B. auf Glas oder Folien, erfolgt häufig mittels Sputterprozessen.
Bei diesen Sputterprozessen werden in einer Vakuumkammer mittels eines Plasmas Teilchen aus einem Target herausgeschlagen, die sich dann auf dem Substrat niederschlagen.
Am Target liegt eine negative Spannung an, welche positive Ionen aus dem Plasma in Richtung Target beschleunigt. Treffen diese positiven Ionen mit einer genügend hohen Geschwindigkeit auf das Target, so können sie Teilchen aus dem Target herausschlagen.
Prinzipiell wird zwischen planaren und rohrförmigen Kathoden bzw. Targets unterschieden. Dabei haben die rohrförmigen Targets den Vorteil, dass die Targetmaterial-Ausbeute verglichen mit derjenigen planarer Targets sehr groß bzw. der Abtrag des Materials gleichmäßiger gestaltet werden kann.
Allerdings werfen auch die rohrförmigen Kathoden bzw. Targets Probleme auf. Als besonders schwierig hat sich die Entwicklung von geeigneten Antrieben und Halterungen für die Rohrkathoden erwiesen. Herkömmliche Rohrkathoden weisen einen Drehzylinder auf, der in einem festen Gehäuse gelagert ist (vgl. US 44 43 318 ). Dieses Gehäuse ist mit einer Vakuumkammer verbunden, in welcher der Sputterprozess abläuft. Um die Vakuumkammer dicht zu halten, ist es notwendig, eine Dichtung zwischen der rotierenden Kathode und dem festen Gehäuse vorzusehen. Zur Abdichtung der Antriebswelle wurden bereits Vakuum- und Wasserdichtungen vorgesehen. Diese Dichtungen halten jedoch hohen Temperaturen nicht stand.
Ein weiteres Problem tritt bei drehbaren Rohrkathoden auf, wenn mit Wechselstrom gesputtert wird. In diesem Fall heizt sich jedes elektrisch leitende Element aufgrund von Wirbelstrombildung auf, das im Stromweg liegt. Dabei nimmt der Aufheizungseffekt mit zunehmender Frequenz des Wechselstroms zu. Wird der Wechselstrom außerhalb der Vakuumkammer an die Antriebswelle der Rohrkathode gelegt, dann erzeugt der Wechselstrom in den Dichtungen Wirbelströme, was zur Aufheizung der Dichtungen und zu deren Zerstörung führt.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, die Zuführung des Stroms an die Kathode innerhalb der Vakuumkammer mittels Kohlebürsten vorzunehmen (US 2002/0189939 A1, US 2004/014028 A1). Hierdurch wird das Aufheizen von Dichtungen und auch Bauelementen weitgehend verhindert oder doch stark reduziert, weil der Strom nicht mehr in diesen Wirbelströme reduzieren kann.
Durch die Zuführung des Stroms in der Vakuumkammer über Kohlebürsten entsteht in der Vakuumkammer Kohlestaub, der sich auf der Substratoberfläche absetzen kann, wodurch die auf dem Substrat aufgesputterten Schichten mit Kohlenstoff verunreinigt werden können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Stromzufuhr für eine Rohrkathode bereitzustellen, bei der weder Wirbelströme in kritischen Bauteilen entstehen noch der Sputterprozess durch auftretenden Kohlestaub gestört wird.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Schutzanspruch 1 gelöst.
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, dass die Verluste durch auftretende Wirbelströme verringert werden. Außerdem wird der Abrieb der Kohlebürsten direkt abgesaugt und gelangt nicht auf das Substrat. Überdies können erprobte, verlässliche Dichtungen eingesetzt werden, die sich aufgrund der fehlenden Wirbelströme nicht kritisch erwärmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt einer Beschichtungsanlage mit einer Vakuumkammer und einer separaten Kammer sowie einer Rohrkathode;
2 einen Schnitt A-A durch die in 1 dargestellte Beschichtungsanlage;
3 einen Ausschnitt B-B durch die in 1 dargestellte Beschichtungsanlage.
In 1 ist ein Ausschnitt einer Beschichtungsanlage 1 gezeigt. Diese Beschichtungsanlage 1 kann z. B. Teil einer Inline-Anlage mit mehreren Kammern sein.
Die Beschichtungsanlage 1 enthält eine Vakuumkammer 2, die durch Wände 3, 4, 5 gebildet ist. In einer vertikalen Wand 4 ist eine Schleuse 6 vorgesehen, durch die ein Substrat 7 in Richtung eines Pfeils 8 bewegt wird. In der Vakuumkammer 2 ist eine Rohrkathode 9 angeordnet, die um ihre Längsachse in Richtung des Pfeils 10 gedreht werden kann, d. h. sie kann in beiden Richtungen um ihre Längsachse gedreht weden.
Die Rohrkathode 9 ist einseitig gelagert und weist ein Targetträgerrohr 11 auf, das mit einem Target 12 versehen ist. Sie kann aber auch zweiseitig gelagert sein, was bei großen und schweren Kathoden die Regel ist. Die in der 1 dargestellte Rohrkathode 9 ist mit einem Stutzen 13 verbunden, der über einen Kühlmittel-Einlass 14 sowie einen Kühlmittel-Auslass 15 verfügt. Dieser Stutzen 13 ist mit einem hier nicht gezeigten Antrieb verbunden. Das mit dem Stutzen 13 verbundene Targetträgerrohr 11 verläuft durch eine von der Vakuumkammer 2 getrennte Kammer 16, bei der es sich um eine Vorvakuumkammer 16 handelt, die zwischen der Vakuumkammer 2 und einer vertikalen Außenwand 17 angeordnet ist, an der auch der Stutzen 13 gelagert ist. Die Vorvakuumkammer 16 weist einen Druck auf, der unterhalb des Atmosphärendrucks liegt.
An der Außenwand 17 sind zwei Gaszuführungen 18, 19 zu erkennen, die jeweils mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden sind. Während die Gaszuführung 18 mit der Vakuumkammer 2 verbunden ist, ist die Gaszuführung 19 mit der Vorvakuumkammer 16 verbunden. Die Gaszuführungen 18, 19 können sowohl zum Einlassen von Gasen als auch zum Absaugen von Gasen dienen.
In die Vorvakuumkammer 16, die von den Wänden 5, 20, 21 sowie der Außenwand 17 gebildet ist, ist eine Stromzuführung 22 eingeführt. Diese Stromzuführung 22 ist mit einer Spannungsquelle 23 verbunden, welche die Stromzuführung 22 mit Strom versorgt. Die Stromzuführung 22 weist an ihrem Ende ein Stromübertragungselement 24 auf, z. B. eine Kohlebürste 24. Diese Kohlebürste 24 ist oberhalb des Targetträgerrohrs 11 der Rohrkathode 9 so angeordnet, dass sie das Targetträgerrohr 11 gerade noch berührt. Über das Targetträgerrohr 11 und die Kohlebürste 24 wird die Rohrkathode 9 mit Strom versorgt. Dabei kann es sich um Wechsel- oder Gleichstrom handeln, vorzugsweise jedoch um Wechselstrom, denn nur bei Wechselstrom treten Wirbelströme auf.
Da die Rohrkathode 9 um die Längsachse in Richtung des Pfeils 10 rotiert, kommt es zum Abrieb der Kohlebürste 24, wodurch Kohlestaub entsteht. Dieser Kohlestaub kann über eine an die Gaszuführung 19 angeschlossene Vakuumpumpe abgesaugt werden, die nicht dargestellt ist. Das Absaugen kann während des Betriebs erfolgen, aber auch vor oder nach dem Betrieb, wenn in der Vorvakuumkammer Atmosphärendruck herrscht. Die durch die Wände 4, 5, 21 und 17 gebildete Kammer kann weggelassen werden, da sie keine spezielle Funktion hat. Dies bedeutet, dass die Wände 4 und 17 kürzer ausgeführt werden können als in 1 dargestellt.
2 zeigt einen Schnitt A-A durch die rechte Seite der in 1 dargestellten Beschichtungsanlage 1. Zu erkennen ist die Vakuumkammer 2 mit der benachbarten Vorvakuumkammer 16. Das Targetträgerrohr 11 verläuft, ausgehend vom Stutzen 13 durch die vertikale Außenwand 17 hindurch, wobei es durch die Vorvakuumkammer 16 hindurchgeht und die Vorvakuumkammer 16 durch die vertikale Wand 5 wieder verlässt. In der Vakuumkammer 2 ist auf dem Targetträgerrohr 11 das Target 12 angeordnet.
Die Rohrkathode 9 ist in 2 einseitig eingespannt dargestellt. Sie kann natürlich, wie bereits erwähnt, auch an beiden Enden gelagert sein.
Ein verjüngter Teil 31 des Targetträgerrohrs 11 ruht in Lagern 32, 33, die in einer Lagerbuchse 34 der Vorvakuumkammer 16 gelagert sind.
Dort, wo das Targetträgerrohr 11 durch die Wand 5 bzw. die Außenwand 17 verläuft, ist um das Targetträgerrohr 11 jeweils eine Dichtung 25, 26 vorgesehen.
Bei der Dichtung 26, die von einer weiteren Lagerbuchse 35 der Vorvakuumkammer 16 umgeben ist, handelt es sich um eine Hauptdichtung, während es sich bei der Dichtung 25, die von einer Lagerbuchse 36 umgeben ist, um eine Hilfsdichtung handelt. Beide Dichtungen können herkömmliche Dichtungen sein, die aus elektrisch leitenden Materialien bestehen oder solche Materialien enthalten.
Die Dichtung 25 ist überwiegend metallfrei und kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. Dadurch ist das in der Vakuumkammer 2 herrschende Vakuum von der Vorvakuumkammer 16 abgedichtet, und es kann kein durch den Abrieb der Kohlebürste 24 entstehender Staub in die Vakuumkammer 2 und damit auf das Substrat gelangen.
Die Vorvakuumkammer 16 ist von der Vakuumkammer 2 elektrisch isoliert. Dies ist durch einen Isolator 37 angedeutet. Hierdurch wird vermieden, dass zwischen der Kohlebürste und der Vorvakuumkammer 16 eine elektrische Spannung entsteht. Durch die Anordnung der Kohlebürste 24 hinter der Dichtung 26 fließt kein Strom in diesem Kathodenbereich, sodass in der Dichtung 26 keine Wirbelströme entstehen können. Der Strom fließt vielmehr von der Spannungsquelle 23 über die Stromzuführung 22 und die Kohlebürste 24 zum Targetträgerrohr 11 und von dort zum Substrat 7 und über die Vakuumkammer 2 und den Boden der Beschichtungsanlage 1 in die Spannungsquelle 23 zurück.
In 3 ist ein Ausschnitt B-B der in 1 dargestellten Beschichtungsanlage 1 gezeigt. Zu sehen ist das Targetträgerrohr 11, das durch die Wand 17 in die Vorvakuumkammer 16 geführt ist. Das Targetträgerrohr 11 ist in der Buchse 35 gelagert. Wie in 3 zu sehen, handelt es sich bei dem Targetträgerrohr 11 um ein Koaxialrohr mit den Rohren 11 und 28, das zum Transport des Kühlmittels dient. Das Kühlmittel fließt in Richtung des Pfeils 29 nach innen und tritt in Richtung des Pfeils 30 nach außen.
In den 1 bis 3 ist jeweils nur eine Kathode dargestellt. Es können jedoch auch mehrere Kathoden vorgesehen sein, die z. B. paarweise an die Wechselspannungsquelle 23 angeschlossen sind.

Claims

Stromzuführung für eine drehbare Rohrkathode in einer Beschichtungsanlage, die eine Vakuumkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung (22) in einer von der Vakuumkammer (2) getrennten Kammer (16) vorgesehen ist.
Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Vakuumkammer (2) getrennte Kammer (16) einen Druck aufweist, der unterhalb des Atmosphärendrucks liegt.
Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrkathode (9) ein Targetträgerrohr (11) und ein darüber gestülptes Target (12) aufweist.
Stromzuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie über einen Schleifkontakt (24) an der Oberfläche des Targetträgerrohrs (11) anliegt.
Stromzuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Targetträgerrohr (11) mittels Lagerelementen (32, 33) in einer Wand (17) der Kammer (16) gelagert ist.
Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rohrdurchführungen von Wänden (5, 17) der Kammer (16) und dem Targetträgerrohr (11) jeweils eine Dichtung (25, 26) vorgesehen ist.
Stromzuführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das die in der Nähe der Vakuumkammer (2) befindliche Dichtung (25) aus Kunststoff besteht.
Stromzuführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Vakuumkammer (2) entfernt angeordnete Dichtung (26) elektrisch leitende Materialien enthält.
Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Vakuumkammer (2) getrennte Kammer (16) über eine Gaszuführung (19) mit einer Pumpe verbunden ist.
Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Vakuumkammer (2) getrennte Kammer (16) mit einer Absaugpumpe verbunden ist.
Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung Kohlebürsten enthält.