DE1440665C - Kathodenzerstaubungsvorrichtung zur Herstellung metallischer Schichten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstäubung durch eine unselbständige Gasentladung in einem vorzugsweise mit Edelgas, z. B. Xenon oder ."> Argon, oder mit Wasserstoff gefüllten Zerstäubung:;-gefäß, in dem zur Erzeugung eines Plasmas eine Hilfsentladung betrieben wird, und ist ein Zusatz zum Patent 1 122801.

Das Hauptpatent betrilft ein Verfahren zur Kathodenzerstäubung, wobei, um. eine niedrigere Anodenspannung verwenden zu können, mit Hilfe eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes ein hochionisiertes Plasma erzeugt wild, das mit der Anode in-elektrischer Verbindung steht und die für die Zerstäubung erforderlichen Ionen liefert, die durch das elektrische Feld zwischen Anode und Kathode unmittelbar zur Kathode beschleunigt werden. Gemäß dem Vorschag nach dem Hauptpntent soll die Plasmaerzeugung möglichst konzentriert in 2η einem begrenzten Raum des Kathodenzerstäubungsgefäßes durchgeführt weiden. Zu diesem Zweck wird dort eine Kathodenzerstäubungsvorrichtimg mii einem durch eine enge Ölfnung miteinander veibnndenen Plasmaerzeugung^- und Zerstäubungsraiim \ ο !geschlagen. Um den Plasmarauin ist eine elektrische Spule derart angeordnet, daß sich beim Anlegen einer Hochfrequenzspannung eine Riugeiitladung im Plasmarauin ausbilden kann. Im Zerstäubungsraum ist eine ringförmige Kathode angeordnet 1» und unterhalb derselben ein Auffänger.

Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Hauptpatent beschriebene V01 richtung zur Durchführung des dort beschriebenen Verfahrens derart auszubilden, daß die Wände der Vor- jr> richtung vor unerwünschter Bestäubung auch dann weitgehend geschützt sind, wenn große Auffangllächen gleichmäßig zu beschichten sind. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß mit der Vorrichtung des Hauptpatents größere Auffängerilächen nur dann \° gleichmäßig bestäubt werden können, wenn tier Durchmesser des Auffängers kleiner ist als tier Abstand zwischen Auffänger und Kathode und die Größe der Öffnung des Kathodenringes nur unwesentlich übertrifft. Falls die hohe Anfangs- 1$ geschwindigkeit der abgestäubten Atome zur Erreichung einer hohen Haftfestigkeit'und Reinheit tier Schicht ausgenutzt werden soll, darf aber der Abstand zwischen Kathode und Auffänger nicht wesentlich größer sein als die mittlere freie Weglänge ties 5« benutzten Fiillgascs. Da aber aus wirtschaftlichen Ciriinden der Gasdruck im Zerstäubungsgefäß praktisch nicht unter K) ^:| Torr gesenkt werden kann, wird die Aullängerfläche auf einen Kreis mit einem Durchmesser unter K) cm beschränkt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaiauiu durch eine mit mehreren öffnungen versehene Begrenzungsplatte von dein übrigen Raum ties Zerstäubungsgefäßes getrennt ist. Die Begrenzungsplatte kann beispielsweise aus Isolierstoff, aus Keramik otler aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sein, wobei die elektrisch leitende BegrenzungsplalU: zweckmäßigerweise als Anode geschaltet ist. Durch die Schaltung tier Begrenzungsplatte als Anode entfällt eine Stromdurchführung zum Plasma im Plasmaraum. Die Begrenzungsplatte ersetzt dann die bei der Anordnung nach dem Hauptpatent benutzte Einschnürung des Kolbens und führt ebenfalls zu einer Begrenzung des Plasmas im Plasmaraum.

An Stelle der Ringkathode nach dem Hauptpatent wird in weiterer Ausgestaltung der erfmdungsgeinäßen Vorrichtung eine als Kathode geschaltete Platte aus dem zu zerstäubenden Material angeordnet, die mit zu den Öffnungen der Begrenzungsplatte koaxial angeordneten Öffnungen versehen ist. Die Löcher des Kathodenblechcs müssen hierbei einen größeren Durchmesser aufweisen als die Löcher der Begrenzungsplalte. Es ist auf diese Art und Weise möglich, praktisch beliebig große Flächen gleichmäßig zu bestäuben. Da sich die isolierende Begrenzungsplatte selbst auf Anodenpotential auflädt, findet keine Zerstäubung nach oben, d.h. in Richtung auf die Begrenzungsplatte zu, statt, wenn der Abstand zwischen Begrenzungsplatle und Kathode klein gegen die mittlere freie Weglänge gewählt wird.

Eine praktisch vollkommene Abschirmung der Wandung des Zerstäubungsgefäßes gegen eine Bestäubung wird dann erreicht, wenn die leitende Begrenzungsplatte glockenartig ausgebildet ist und die Kathode in Vertiefungen dieser Glocke*angeordnet wird. Bei hinieichend kleinem Gasdruck gelangen jetzt nur noch vereinzelt gestreute Metallatome in den Raum außerhalb der Begrenzungsglocke. Ein erheblicher Teil des metallischen Niederschlags erfolgt dagegen auf der Innenseite der Nietallglocke, was nicht nur nicht stört, sondern auch für eine Getterung der Restgase sorgt.

Zur weiteren Erläuterung können die Figuren dienen. In Fig. I ist eine Anordnung zur Kathodeubestäubung größerer Auffängerflächen dargestellt. Iu einem Zerstäubungsgefäß 1. ist der obere Teil des Zerstäubimgsgefäßes 2, der sogenannte Plasmarauin, durch eine Begrenzungsplatte 3, die in dem dargestellten Fall aus isolierendem Material bestehen soll, von dem übrigen Teil 4, dem Zerstäubungsraum, abgetrennt. Zur Erzeugung eines Plasmas im Plasmarauin 2 ist um diesen Teil des Zerstäubungsgefäßes eine Hochfrequenzspule 5 angeordnet, die die Erzeugung einer Ringentladung ermöglicht. Die Begrenzungsplatte 3 ist mit einer Reihe von Löchern 6 versehen, und unterhalb der Begrenzungsplatte 3 ist eine mit. koaxialen Löcher 7 versehene Kathode 8 angeordnet, während sich unterhalb der Kathode 8 der Auffänger ^l> befindet. Wird nun zwischen die im Plasmarauin befindliche Anode 10 und die Kathode 8 eine elektrische Gleichspannung gelegt, so wird dadurch ein Ionenstrom von der Anode 10 in Richtung auf die Kathode 8 zu Hießen beginnen. Infolge der auftretenden Energie der Ionen werden aus der Kathode 8 Atome oder Atomgruppen herausgeschlagen und auf den Auffänger') aufgestäubt. Während, falls der Ionenstrom im wesentlichen nur durch eine Öffnung zwischen Plasmarauin und Aufstäubungsraum die Kathode erreichen kann, die Größe der bestäubbaren Flächen des Auffängers 9, durch den Durchmesser dieser Öffnung stark begrenzt ist, können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der mehrere Löcher in der Begrenzungsplalte vorgesehen sind, beliebig große Flächen bestäubt werden.

Durch Verwendung einer ebenen Kathode 8, die mit Löchern 7 versehen ist, die koaxial zu den Löchern 6 der Begrenzungsplatte 3 angeordnet sind und deren Durchmesser größer ist als der der

Löcher 6 der Begrenzungsplatte 3, und durch Anordnung dieser Kathode in einen Abstand von der Begrenzungsplatte 3, der klein ist im Verhältnis zur mittleren freien Weglänge des Füllgases, erreicht man, daß die Ionen, die zur Kathode fliegen, im wesentlichen den durch unterbrochene Linie 13 angedeuteten Bahnen folgen und im wesentlichen allein die dem Auffänger 9 zugewandten Seite der Kathode 8 bombardieren. Es werden durch die Ionen aus der Kathode 8 dann Metallatome herausgeschlagen, die den durch durchgezogene Linien 14 dargestellten Flugbahnen folgen.

In F i g. 2 ist eine weitere Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. An Stelle der isolierenden Begrenzungsplatte 3 wird hier eine leitende Begrenzungsglocke 11 verwendet, die gleichzeitig mit Anodenpotential verbunden ist und als positive Elektrode die Anode der Fig. 1 ersetzt. Die als Ringscheibe ausgebildete Kathode 12 ist in einer Vertiefung der Glocke 11 angeordnet. Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung hat vor allem den Vorteil, daß die aus der Kathode herausgeschlagenen Atome oder Atomgruppen nicht an das Zerstäubungsgefäß 1 gelangen können, sondern lediglich auf den Auffänger 9 aufgestäubt werden oder sich auf der Innenwand der Metallglocke 11 niederschlagen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstäubung durch eine unselbständige Gasentladung in einem vorzugsweise mit Edelgas, z. B. Xenon oder Argon oder mit Wasserstoff gefüllten Zerstäubungsgefäß, in dem zur Erzeugung eines Plasmas eine Hilfsentladung betrieben wird, wobei in dem Zerstäubungsgefäß mit Hilfe einer um dieses in der Nähe der Anode herumgelegten Spule durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld eine elektrodenlose Ringentladung erzeugt wird, deren hochionisiertes Plasma mit der Anode in elektrischer Verbindung steht und die für die Zerstäubung erforderlichen Ionen liefert, die durch das elektrische Feld zwischen Anode und Kathode unmittelbar zur Kathode beschleunigt werden, nach Patent 1122 801, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaraum (2) durch eine mit mehreren Öffnungen (6) versehene Begrenzungsplatte (3) von dem übrigen Raum (4) des Zerstäubungsgefäßes (1) getrennt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsplatte aus Isolierstoff besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsplatte aus Keramik besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsplatte aus einem leitenden Material besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Begrenzungsplatte als Anode geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Begrenzungsplatte glockenartig ausgebildet ist, so daß der Kolben des Zerstäubungsgefäßes im wesentlichen gegen eine Bestäubung abgeschirmt ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Begrenzungsplatte eine als Kathode geschaltete Platte aus .dem zu zerstäubenden Material angeordnet ist, die mit zu den Öffnungen der Begrenzungsplatte koaxial angeordneten Öffnungen versehen ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Kathode und Begrenzungsplatte klein ist im Verhältnis zur mittleren freien Weglänge des verwendeten Füllgases.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen der Kathode größer sind als die der Begrenzungsplatte.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen .1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode in Vertiefungen der Begrenzungsplatte angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen