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Dokumentenidentifikation DE202007001356U1 16.05.2007
Titel Vorrichtung zum Übertragen elektrischer Energie von einer Energiequelle außerhalb einer Vakuumkammer zu wenigstens einer Rohrkathode innerhalb der Vakuumkammer
Anmelder Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif., US
Vertreter Schickedanz, W., Dipl.-Ing. Dr.phil., Pat.-Anw., 63073 Offenbach
DE-Aktenzeichen 202007001356
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 16.05.2007
Registration date 12.04.2007
Application date from patent application 24.01.2007
IPC-Hauptklasse C23C 14/54(2006.01)A, F, I, 20070124, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C23C 14/34(2006.01)A, L, I, 20070124, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Bei Sputteranlagen ist es erforderlich, an die Kathode, die mit einem Target versehen ist, eine elektrische Spannung anzulegen, damit ein Sputtervorgang in die Wege geleitet wird. Bei der angelegten Spannung kann es sich um eine Wechsel- oder Gleichspannung handeln.

Wird eine Gleichspannung angelegt, muss die Kathode mit dem Target an Minuspotential gelegt werden. Das Pluspotential wird z. B. mit dem Gehäuse der Vakuumkammer oder mit einem Substrat verbunden. Dadurch, dass an der Kathode Minuspotential anliegt, werden schwere positive Ionen eines Arbeitsgases, z. B. Argon, zur Kathode hin beschleunigt und schlagen dort aus dem Target Teilchen heraus, die sich auf dem Substrat niederschlagen.

Beim Wechselstromsputtern wird – wenn nur eine Kathode vorgesehen ist – diese eine Kathode mit dem einen Pol des Wechselstromgenerators verbunden, während der andere Pol des Wechselstromgenerators an die Anlagenmasse gelegt wird. Sind zwei Kathoden vorgesehen, wird der eine Pol des Wechselstromgenerators an die eine Kathode und der andere Pol an die andere Kathode gelegt.

Bei einer Stromversorgung für Planarelektroden ergeben sich keine besonderen Probleme. Kommen jedoch rotierende Rohrkathoden zum Einsatz, wird die Zuführung von elektrischer Energie problematisch, weil sich die elektrischen Zuführungsleitungen um die rotierende Rohrkathode schlingen würden.

Um dieses Umschlingen zu vermeiden, wird Strom an sich drehende Teile über Bürsten und Schleifringe übertragen. Bürsten haben jedoch den Nachteil, dass ein Bürstenfeuer entstehen kann. Hierbei handelt es sich um kleine Lichtbögen an den Kanten der Bürsten bei unvollkommener Stromwendung. Außerdem unterliegen Bürsten und Schleifringe einem hohen Verschleiß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Stromübertragung von einem Generator außerhalb einer Sputterkammer auf eine Kathode innerhalb der Sputterkammer vorzunehmen, ohne dass ein Bürstenfeuer oder ein großer Verschleiß auftreten.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Wartungsintervallen vergrößert und somit die Wirtschaftlichkeit einer Sputteranlage verbessert wird. Sind zwei Drehkathoden in einer Vakuumkammer angeordnet, so würden beim Wechselstromsputtern bei einer herkömmlichen Anordnung beide Drehkathoden mit je einer Bürste bestückt. Mit dem erfindungsgemäßen Transformator entfallen diese Bürsten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine geschnittene Ansicht von oben auf eine Sputteranlage;

2 eine geschnittene Seitenansicht auf die Sputteranlage gemäß 1;

3 einen Radialtransformator;

4 einen Axialtransformator.

Die 1 zeigt eine Sputteranlage 1, in der nur die für die Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind. In einer Vakuumkammer 2 mit den Seitenwänden 3 bis 6 befinden sich zwei drehbare Rohrkathoden 7, 8, die mit jeweils einem rohrförmigen Target 9, 10 bestückt sind. Diese rohrförmigen Targets 9, 10 sind dabei auf einen zylindrischen Targetträger 11, 12 geschoben.

Die um ihre Längsachse drehbare Rohrkathode 7 weist an ihren Enden jeweils eine Trägerwelle 13, 14 auf, die in einem Lager 15, 16 ruht, welches seinerseits in einem Lagergehäuse 17, 18 gehalten ist. Mit der gestrichelten Linie 19 ist angedeutet, wo sich die Schnellkupplung befindet, mit welcher das Target 9 gelöst wird. Nicht dargestellt ist in 1, dass in der Kammerwand in Verlängerung der Trägerwelle 14 eine Drehdurchführung nötig ist, um der Rohrkathode 7 Kühlwasser zuführen zu können.

Auf dem Umfang der Fortsetzung der Rohrkathode 7 ist eine Antriebsriemenführung 20 dargestellt, auf der sich ein Riementrieb 21 befindet. Dieser Antriebsriemen 21 liegt auch auf einer Antriebsriemenführung 22 der zweiten Rohrkathode 8. Die Rohrkathode 8 ist mit ihrer einen Seite über eine Trägerwelle 23, ein Lagergehäuse 24 und ein Lager 25 auf die gleiche Weise an der Seitenwand 4 gelagert wie die erste Rohrkathode 7.

Das andere Ende des Rohrkathodenträgers 12 ragt aus der Vakuumkammer 2 heraus. Dieses Ende wird durch Lager 26, 27 getragen, die in einem Lagergehäuse 28 angeordnet sind. In dem Lagergehäuse 28 befindet sich in Richtung auf das Innere der Vakuumkammer 2 eine Dichtung 29. Weggerichtet von der Vakuumkammer 2 und hinter den Lagern 26, 27 ist um den außerhalb der Vakuumkammer 2 liegenden Teil 30 des Targetträgers 12 eine Führung 31 für einen Kraftübertragungsriemen 32 vorgesehen, der mit der Antriebswelle 33 eines Motors in Verbindung steht.

Am Ende des Teils 30 des Targetträgers 12 ist ein Radialtransformator 34 vorgesehen, dessen Sekundärteil 35 direkt an das Ende angeflanscht ist. Der Primärteil 36 dieses Radialtransformators 34 liegt über einen Spalt 37 dem Primärteil 35 gegenüber. Der Primärteil 35 des Radialtransformators liegt über Leitungen 38, 39 an einer nicht dargestellten Wechselstromquelle. Dagegen werden die am Sekundärteil 35 abgehenden elektrischen Leitungen 40, 41 mit dem Target 10 und dem Riementrieb 21 verbunden.

Die 2 zeigt eine Seitenansicht der in der 1 dargestellten Sputteranlage. Die Rohrkathode 7 ist bei dieser Darstellung nicht zu erkennen, da sie von der Rohrkathode 8 verdeckt wird.

In der 3 ist ein Radialtransformator 50 in einer Ansicht A und in einer Ansicht B dargestellt. Ansicht A entspricht dabei der in 2 angedeuteten Blickrichtung A. Ansicht B entspricht dagegen der Draufsicht der 1 und 2, allerdings um 90° gedreht. Bei der Ansicht A erkennt man lediglich eine Ferritplatte 51 mit zwei aus dieser heraustretenden elektrischen Anschlüssen 42, 43.

In der Schnittdarstellung der Ansicht B erkennt man, dass die Ferritplatte 51 topfförmig ausgebildet ist und einen mittleren Zapfen 54 aufweist, um den eine Spule 55 geschlungen ist. Die Enden dieser Spule 55 bilden die Leitungen 42, 43. Gegenüber der Ferritplatte 51 ist eine Bodenplatte 56 mit mittlerem Zapfen 57 vorgesehen, die spiegelsymmetrisch zur Frontplatte angeordnet ist. Der mittlere Zapfen 57 ist ebenfalls von einer Spule 58 umschlungen, deren Enden den Leitungen 40 und 41 gemäß 1 entsprechen.

Der Radialtransformator 50 heißt deshalb Radialtransformator, weil er einen radialen Luftspalt 37 besitzt. Er ist nicht mit einem Radialtransformator zu verwechseln, bei dem Blechlamellen radial um eine Zentralachse gruppiert sind (vgl. DE 623 881).

Während des Betriebs ist der Primärteil 36 des Radialtransformators ortsfest angeordnet und mit einer Wechselstromquelle verbunden. Dagegen rotiert der Sekundärteil 35 des Radialtransformators mit der Rohrkathode 8. Während der Rotation der Rohrkathode 8 wird von der Spule oder Wicklung 55 eine Spannung in die Spule 57 induziert. Diese induzierte Spannung wird über die Leitungen 40, 41 an die Rohrkathode 8 und – elektrisch isoliert hiervon – an die Fassung 22 für den Riementrieb 21 gelegt. Da dieser Riementrieb 21 die Rohrkathode 7 dreht, gelangt über ihn – da er elektrisch leitend ist – Spannung auf die Rohrkathode 7. Der Riementrieb 21 kann z. B. aus einem Metallblech bestehen.

Für den Antrieb der beiden Rohrkathoden 7, 8 ist nur der eine Motor 31 notwendig, der über den Riementrieb 32 die Rohrkathode 8 antreibt, die dann ihrerseits die Rohrkathode 7 über den Riementrieb 21 in Bewegung setzt.

Statt eines Radialtransformators kann zur berührungslosen Übertragung der elektrischen Energie von einem Generator zur Rohrkathode auch ein Axialtransformator eingesetzt werden, wie er in der 4 gezeigt ist. Bei diesem Axialtransformator verläuft ein Luftspalt axial.

In einer Ansicht A erkennt man eine Ferritplatte 61, die von einem Ferritring 62 umgeben ist. Zwischen der Ferritplatte 61 und dem Ferritring 62 ist ein Luftspalt 63 vorgesehen. Mit 64 und 65 sind die beiden elektrischen Anschlüsse bezeichnet, die mit einer nicht dargestellten Wechselstromquelle verbunden sind.

In der Ansicht B erkennt man wieder die Ferritplatte 61 und den Ferritring 62, der die Ferritplatte 61 umgibt. Der oberen Ferritplatte 61 entspricht eine untere Ferritplatte 66. Beide Ferritplatten 61, 66 sind in ihrer Mitte über einen Ferrit-Bolzen 67 miteinander verbunden. Um diesen ist eine erste Spule 68 geschlungen, deren Enden die Anschlüsse 64, 65 bilden, die mit der nicht dargestellten Wechselstromquelle verbunden sind.

Der ersten Spule 68 gegenüber ist eine zweite Spule 69 angeordnet, wobei sie um den gleichen Ferrit-Bolzen 67 wie die erste Spule 68 geschlungen ist. Die Enden der zweiten Spule 69 entsprechen den Leitungen 40, 41 in der 1. Der für eine Relativbewegung zwischen dem aus den Ferritplatten 61, 66, dem Ferrit-Bolzen 67 und den Spulen 68, 69 bestehenden Teil einerseits und dem Ferritring 62 andererseits erforderliche Spalt 70 verläuft hierbei axial.

Wird ein Axialtransformator verwendet, bleibt der Ferritring 62 ortsfest, während sich der Rest des Axialtransformators mit der Rohrkathode dreht.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Übertragen elektrischer Energie von einer Energiequelle außerhalb einer Vakuumkammer (2) zu wenigstens einer Rohrkathode (7, 8) innerhalb der Vakuumkammer (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein ortsfester Teil (36, 51, 61) eines Transformators (50, 60) vorgesehen ist und dass ein mit einer drehbaren Rohrkathode (7, 8) verbundener Teil (35, 61, 66) dieses Transformators (50, 60) vorgesehen ist, wobei von dem drehbaren Teil (35, 61, 66) des Transformators (50, 60) elektrische Leitungen (40, 41) zu der Rohrkathode (8) geführt sind. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator ein Axialtransformator (50) ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator ein Radialtransformator (60) ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein außerhalb der Vakuumkammer (1) befindlicher Motor (31) vorgesehen ist, der eine erste Rohrkathode (8) dreht. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Rohrkathode (7) vorgesehen ist, die über ein Getriebe (21) von der ersten Rohrkathode (8) angetrieben wird. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Riementrieb (21) ist. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (21) elektrisch leitend ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb (21) ein Metallband ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Teil des Transformators (50, 60) einen Sekundärteil aufweist, der mit der Rohrkathode (8) verbunden ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Teil des Transformators (50, 60) einen Sekundärteil aufweist, der elektrisch mit dem Getriebe (21) in Verbindung steht. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rohrkathode um ihre Längsachse drehbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei drehbare Rohrkathoden vorgesehen sind.






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