DE202006005011U1

DE202006005011U1 - Current supply for tube cathode in inline system, has chamber that is separated from vacuum chamber and exhibits pressure, which lies under atmospheric pressure, where supply is provided in chamber

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

The current supply has a chamber (16) that is separated from a vacuum chamber (2) and exhibits pressure, which lies under an atmospheric pressure, where the supply is provided in the chamber (16). A target carrier tube (11) is supported by supporting units in a wall. A sealing made of plastic is provided in proximity to the vacuum chamber. Another sealing that is distanced from the vacuum chamber comprises an electrical conducting material. The chamber (16) is connected with a pump via a gas supply.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromzuführung für eine Rohrkathode einer Beschichtungsanlage nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The The invention relates to a power supply for a tubular cathode a coating system according to the preamble of the protection claim 1.

Das Aufbringen von Materialschichten auf einem Substrat, z. B. auf Glas oder Folien, erfolgt häufig mittels Sputterprozessen.The Application of material layers on a substrate, eg. On glass or slides, is done frequently by means of sputtering processes.

Bei diesen Sputterprozessen werden in einer Vakuumkammer mittels eines Plasmas Teilchen aus einem Target herausgeschlagen, die sich dann auf dem Substrat niederschlagen.at These sputtering processes are carried out in a vacuum chamber by means of a Plasma particles are knocked out of a target, which then becomes precipitate on the substrate.

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.At the Target is a negative voltage, which positive ions out the plasma accelerates towards the target. Meet these positive ones Ions with one enough high speed on the target, so they can get particles out of the target Knock out.

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.in principle is between planar and tubular Distinguished cathodes and targets. The tubular targets have the advantage that the target material yield compared with those planar Targets very large or the removal of the material made evenly can be.

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.However, the tubular cathodes or targets also pose problems. The development of suitable drives and holders for the tube cathodes has proven to be particularly difficult. Conventional tube cathodes have a rotary cylinder which is mounted in a fixed housing (see. US 44 43 318 ). This housing is connected to a vacuum chamber in which the sputtering process takes place. In order to keep the vacuum chamber tight, it is necessary to provide a seal between the rotating cathode and the fixed housing. To seal the drive shaft vacuum and water seals have already been provided. However, these seals can not withstand high temperatures.

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.One Another problem occurs with rotatable tube cathodes, if with AC is sputtered. In this case, each heats up electrically conductive element due to eddy current generated in the current path lies. The heating effect increases with increasing frequency of the alternating current too. If the alternating current outside the vacuum chamber on put the drive shaft of the tube cathode, then generates the alternating current in the seals eddy currents, which leads to the heating of the seals and their destruction.

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.Around To avoid this disadvantage has already been proposed, the supply of the Make current to the cathode within the vacuum chamber by means of carbon brushes (US 2002/0189939 A1, US 2004/014028 A1). This will heat up of seals and also largely prevented components or but greatly reduced, because the current is no longer reduced in these eddy currents can.

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.By the feeder of the current in the vacuum chamber carbon brushes Carbon dust is formed in the vacuum chamber and settles on the surface of the substrate can, causing the sputtered on the substrate layers with Carbon can be contaminated.

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.Of the The invention is therefore based on the object, a power supply for a tubular cathode in which neither eddy currents in critical components the sputtering process occurs due to carbon dust disturbed becomes.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Schutzanspruch 1 gelöst.These Task is in accordance with the protection claim 1 solved.

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.One achieved with the invention advantage is that the losses by occurring eddy currents be reduced. Furthermore is the abrasion of carbon brushes sucked directly and does not reach the substrate. moreover can proven, reliable seals are used, which is not due to the lack of eddy currents to warm critically.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail below. It demonstrate:

1 einen Ausschnitt einer Beschichtungsanlage mit einer Vakuumkammer und einer separaten Kammer sowie einer Rohrkathode; 1 a section of a coating system with a vacuum chamber and a separate chamber and a tube cathode;

2 einen Schnitt A-A durch die in 1 dargestellte Beschichtungsanlage; 2 a section AA through the in 1 illustrated coating system;

3 einen Ausschnitt B-B durch die in 1 dargestellte Beschichtungsanlage. 3 a section BB through the in 1 illustrated coating system.

In 1 ist ein Ausschnitt einer Beschichtungsanlage 1 gezeigt. Diese Beschichtungsanlage 1 kann z. B. Teil einer Inline-Anlage mit mehreren Kammern sein.In 1 is a section of a coating system 1 shown. This coating system 1 can z. B. be part of an inline system with multiple chambers.

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.The coating system 1 contains a vacuum chamber 2 passing through walls 3 . 4 . 5 is formed. In a vertical wall 4 is a lock 6 provided by a substrate 7 in the direction of an arrow 8th is moved. In the vacuum chamber 2 is a tube cathode 9 arranged around its longitudinal axis in the direction of the arrow 10 can be rotated, ie it can be rotated in both directions about its longitudinal axis.

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.The tube cathode 9 is cantilevered and has a target carrier tube 11 on that with a target 12 is provided. But it can also be mounted on two sides, which is the rule for large and heavy cathodes. The in the 1 illustrated tube cathode 9 is with a neck 13 Connected via a coolant inlet 14 and a coolant outlet 15 features. This neck 13 is connected to a drive, not shown here. That with the neck 13 connected target carrier tube 11 passes through one of the vacuum chamber 2 separate chamber 16 , which is a fore-vacuum chamber 16 that acts between the vacuum chamber 2 and a vertical outer wall 17 is arranged, on which also the neck 13 is stored. The pre-vacuum chamber 16 has a pressure which is below the atmospheric pressure.

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.On the outside wall 17 are two gas supplies 18 . 19 to be recognized, which are each connected to a vacuum pump, not shown. While the gas supply 18 with the vacuum chamber 2 is connected, is the gas supply 19 with the fore-vacuum chamber 16 connected. The gas supplies 18 . 19 can serve both for the admission of gases and for the removal of gases.

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.In the pre-vacuum chamber 16 that from the walls 5 . 20 . 21 as well as the outer wall 17 is formed, is a power supply 22 introduced. This power supply 22 is with a voltage source 23 connected to the power supply 22 powered. The power supply 22 has at its end a power transmission element 24 on, z. B. a carbon brush 24 , This carbon brush 24 is above the target carrier tube 11 the tube cathode 9 arranged so that they are the target carrier tube 11 just touched. Over the target carrier tube 11 and the carbon brush 24 becomes the tube cathode 9 powered. It may be AC or DC, but preferably AC, because only in AC eddy currents occur.

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.Because the tube cathode 9 around the longitudinal axis in the direction of the arrow 10 rotates, it comes to abrasion of the carbon brush 24 , which creates coal dust. This coal dust can via a to the gas supply 19 be sucked connected vacuum pump, which is not shown. The suction can be carried out during operation, but also before or after operation, when the prevacuum chamber is at atmospheric pressure. The through the walls 4 . 5 . 21 and 17 formed chamber can be omitted, since it has no special function. This means that the walls 4 and 17 shorter than in 1 shown.

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. 2 shows a section AA through the right side of the in 1 illustrated coating system 1 , The vacuum chamber can be seen 2 with the adjacent pre-vacuum chamber 16 , The target carrier tube 11 runs, starting from the nozzle 13 through the vertical outer wall 17 passing it through the pre-vacuum chamber 16 passes through and the fore-vacuum chamber 16 through the vertical wall 5 leaves again. In the vacuum chamber 2 is on the target carrier tube 11 the target 12 arranged.

Die Rohrkathode 9 ist in 2 einseitig eingespannt dargestellt. Sie kann natürlich, wie bereits erwähnt, auch an beiden Enden gelagert sein.The tube cathode 9 is in 2 shown cantilevered. Of course, as already mentioned, it can also be mounted at both ends.

Ein verjüngter Teil 31 des Targetträgerrohrs 11 ruht in Lagern 32, 33, die in einer Lagerbuchse 34 der Vorvakuumkammer 16 gelagert sind.A rejuvenated part 31 of the target carrier tube 11 resting in camps 32 . 33 in a bushing 34 the fore-vacuum chamber 16 are stored.

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.Where the target carrier tube is 11 through the wall 5 or the outer wall 17 runs is around the target carrier tube 11 one seal each 25 . 26 intended.

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.At the seal 26 that from another bushing 35 the fore-vacuum chamber 16 is surrounded, it is a main seal, while it is the seal 25 coming from a bushing 36 surrounded is an auxiliary seal. Both gaskets may be conventional gaskets made of electrically conductive materials or containing such materials.

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.The seal 25 is predominantly metal-free and may for example consist of plastic. As a result, this is in the vacuum chamber 2 prevailing vacuum from the fore-vacuum chamber 16 sealed, and it can not be damaged by the abrasion of the carbon brush 24 resulting dust in the vacuum chamber 2 and thus reach the substrate.

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.The pre-vacuum chamber 16 is from the vacuum chamber 2 electrically isolated. This is through an insulator 37 indicated. This avoids that between the carbon brush and the Vorvakuumkammer 16 an electrical voltage is created. By the arrangement of the carbon brush 24 behind the seal 26 no current flows in this cathode area, so in the gasket 26 no eddy currents can arise. The current flows from the voltage source 23 via the power supply 22 and the carbon brush 24 to the target carrier tube 11 and from there to the substrate 7 and over the vacuum chamber 2 and the bottom of the coating plant 1 into the voltage source 23 back.

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 3 is a section BB of in 1 illustrated coating system 1 shown. You can see the target carrier tube 11 that through the wall 17 in the forevacuum chamber 16 is guided. The target carrier tube 11 is in the socket 35 stored. As in 3 to see, it is the target carrier tube 11 around a coaxial tube with the pipes 11 and 28 , which serves to transport the coolant. The coolant flows in the direction of the arrow 29 inside and step in the direction of the arrow 30 outward.

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.In the 1 to 3 in each case only one cathode is shown. However, it can also be provided several cathodes, the z. B. in pairs to the AC voltage source 23 are connected.

Claims

Power supply for a rotatable tube cathode in a coating installation, which has a vacuum chamber, characterized in that the power supply ( 22 ) in one of the vacuum chamber ( 2 ) separate chamber ( 16 ) is provided.

Power supply according to claim 1, characterized in that the of the vacuum chamber ( 2 ) separate chamber ( 16 ) has a pressure which is below the atmospheric pressure.

Power supply according to claim 1, characterized in that the tubular cathode ( 9 ) a target carrier tube ( 11 ) and a target ( 12 ) having.

Power supply according to claim 3, characterized in that it has a sliding contact ( 24 ) on the surface of the target carrier tube ( 11 ) is present.

Power supply according to claim 3, characterized in that the target carrier tube ( 11 ) by means of bearing elements ( 32 . 33 ) in a wall ( 17 ) the chamber ( 16 ) is stored.

Power supply according to claim 1, characterized in that in the pipe penetrations of walls ( 5 . 17 ) the chamber ( 16 ) and the target carrier tube ( 11 ) each a seal ( 25 . 26 ) is provided.

Power supply according to claim 6, characterized in that in the vicinity of the vacuum chamber ( 2 ) located seal ( 25 ) consists of plastic.

Power supply according to claim 6, characterized in that the of the vacuum chamber ( 2 ) remotely located seal ( 26 ) contains electrically conductive materials.

Power supply according to claim 1, characterized in that the of the vacuum chamber ( 2 ) separate chamber ( 16 ) via a gas supply ( 19 ) is connected to a pump.

Power supply according to claim 1, characterized in that the of the vacuum chamber ( 2 ) separate chamber ( 16 ) is connected to a suction pump.

power supply according to claim 1, characterized in that the power supply contains carbon brushes.