DE19609249A1

DE19609249A1 - Device for coating substrates by means of sputtering with a hollow target

Info

Publication number: DE19609249A1
Application number: DE19609249A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Scherer
Original assignee: Balzers Process Systems GmbH
Current assignee: Balzers Process Systems GmbH
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-03-09
Publication date: 1997-08-28

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be schichten von Substraten mittels Kathodenzerstäu bung mit einem nach dem zu beschichtenden Substrat hin offenen Hohltarget.The invention relates to a device for loading layers of substrates using cathode sputtering Exercise with a substrate to be coated open hollow target.

Bekannt ist eine Anordnung zur Beschichtung von Substraten mittels Kathodenzerstäubung (DE 35 06 227 C2) mit einer hohlkörperförmigen, dem zu bestäubenden Substrat zu offenen Kathode und einer Anode, wobei auf der vom Substrat abge wandten Außenseite der hohlkörperförmigen Kathode ein Magnetsystem zur Festlegung der Zerstäubungs zone auf der Innenseite der Kathode vorgesehen ist, und wobei das Magnetsystem derart ausgebildet ist, daß beim Betrieb auf der zu zerstäubenden In nenseite der Kathode zwei Zerstäubungszonen ent stehen und das Verhältnis der Zerstäubungsleistun gen der beiden Zerstäubungszonen einstellbar ist. Die hohlkörperförmige Kathode besitzt die Form ei nes einseitig offenen Hohlzylinders, und eine er ste Zerstäubungszone ist im wesentlichen auf die innere Zylindermantelfläche und eine zweite Zer stäubungszone auf die geschlossene Stirnseite des Zylinders beschränkt.An arrangement for coating is known Substrates using cathode sputtering (DE 35 06 227 C2) with a hollow body-shaped the substrate to be dusted open cathode and an anode, wherein on the abge from the substrate turned outside of the hollow cathode a magnetic system to set the atomization zone provided on the inside of the cathode , and wherein the magnet system is designed in this way is that when operating on the atomized In two atomization zones on the side of the cathode stand and the ratio of atomization performance is adjustable between the two atomization zones. The hollow body-shaped cathode has the shape egg nes one-sided open hollow cylinder, and one he The atomization zone is essentially based on the inner cylinder surface and a second Zer dust zone on the closed face of the Cylinders limited.

Diese bekannte Anordnung hat insbesondere den Vor teil einer verbesserten Stufenbedeckung bei unver mindert guter Schichtdickenhomogenität.This known arrangement has in particular the front part of an improved level coverage with un reduces good layer thickness homogeneity.

Weiterhin ist eine Beschichtungsvorrichtung be kannt (EP 0 459 413 A2), bei der das Substrat auf einem Drehteller angeordnet ist und sich während des Beschichtungsvorganges unter zwei Targets hin durch bewegt, die beide an eine RF-Quelle ange schlossen sind und durch eine Blende voneinander getrennt, dem Drehteller gegenüber liegend orts fest gehalten sind. Die bekannte Beschichtungsvor richtung dient in erster Linie der Erzeugung von magnetischen Aufzeichnungsschichten, bestehend aus einem Schichtpaket, dessen Schichten abwechselnd aus einer Co- und einer Pt- oder Pd-Schicht gebil det sind.Furthermore, a coating device is knows (EP 0 459 413 A2), in which the substrate a turntable is arranged and during the coating process under two targets moved through, both attached to an RF source are closed and separated by a panel separately, opposite the turntable are firmly held. The well-known coating direction primarily serves to generate magnetic recording layers consisting of a shift package, the shifts alternating made of a Co and a Pt or Pd layer det.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, eine im Aufbau vergleichsweise einfache und damit preiswert herstellbare Sputterquelle zu schaffen, die eine niederenergetische Abscheidung erlaubt, wobei die einzelnen Schichten und deren Grenzflächen möglichst wenige Störstellen und Strahlenschäden aufweisen und frei von Inert gas-Einbau bleiben sollen. Die Schichten sollen darüber hinaus als MR/GMR Schichten (Magneto Resi stiv/Gigant Magneto Resistiv) abscheidbar und insbesondere für Dünnfilmköpfe geeignet sein.The object of the present invention is to achieve reasons, a comparatively simple structure and thus inexpensive to produce sputter source create a low energy deposition allowed, the individual layers and their Interfaces as few defects as possible and Have radiation damage and are inert gas installation should remain. The layers should in addition as MR / GMR layers (Magneto Resi tripod / gigant magneto resistive) separable and be particularly suitable for thin film heads.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine sich parallel der Seitenwand des Targets er streckenden Dunkelraumabschirmung und einem mit dem Bodenteil des Targets fest verbundenen, sich über einen Isolator an der Wand der Vakuumkammer abstützenden, mit einer Stromquelle elektrisch verbundenen Kathodengrundkörper und mit einem par allel zur Dunkelraumabschirmung verlaufenden, aus einer Vielzahl von Magneten gebildeten Magnetgür tel und einer von der Dunkelraumabschirmung gehal tenen Blende mit Mittenöffnung und einem ortsfest, jedoch rotierbar gelagerten Drehteller für die Halterung des Substrats, dessen Rotationsachse um ein Maß gegenüber der parallel und lotrecht zu ihr verlaufenden Symmetrieebene des Targets versetzt angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved by one parallel to the side wall of the target stretching dark room shield and one with firmly connected to the bottom part of the target via an insulator on the wall of the vacuum chamber supportive, with a power source electrical connected cathode body and with a par allel to darkroom shielding, from a variety of magnets formed magnet belt tel and one of the dark room shield front panel with a central opening and a fixed, however rotatably mounted turntable for the Holding the substrate, its axis of rotation around a measure of the parallel and perpendicular to it extending symmetry plane of the target is arranged.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Un teransprüchen näher beschrieben und gekennzeich net.Further details and features are in the Un claims described and characterized net.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der an hängenden Zeichnung schematisch näher dargestellt, die eine Beschichtungsvorrichtung im Schnitt zeigt. The invention allows a wide variety of designs opportunities for; one of them is in the hanging drawing shown schematically in more detail, which a coating device in section shows.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem im oberen Wandteil 9 der Vakuumkammer 2 in einer Öffnung 21 gehaltenen, sich auf einem Isolierring 8 abstützenden Kathodengrundkörper 11 mit in die sem eingesetzten Kühlkörper 22 und einem topfför migen, mit dem Kathodengrundkörper 11 verlöteten Target 4 mit einem kreiszylindrischen Seitenwand teil 5, einer das Seitenwandteil 5 mit Abstand um schließenden Dunkelraumabschirmung 6 mit einer U-förmigen Querschnittsfläche, einem aus einer Vielzahl von einzelnen Permanentmagneten 18, 18′, . . . und einem ringförmigen Joch 19 beste henden Magnetgürtel 12 und einem im unteren Wand teil 20 rotierbar gelagerten Drehteller 15 mit auf seiner kreisscheibenförmigen oberen Fläche in Ver tiefungen 23, 23′, . . . gehaltenen Substraten 3, 3′, . . .The device consists essentially of an in the upper wall part 9 of the vacuum chamber 2 in an opening 21 , supported on an insulating ring 8 supporting cathode body 11 with the heat sink 22 inserted in the sem and a pot-shaped, soldered to the cathode body 11 target 4 with a circular cylindrical Side wall part 5 , a side wall part 5 at a distance from closing dark room shield 6 with a U-shaped cross-sectional area, one of a plurality of individual permanent magnets 18 , 18 ',. . . and an annular yoke 19 existing magnetic belt 12 and a part in the lower wall 20 rotatably mounted turntable 15 with recesses on its circular-shaped upper surface in Ver 23 , 23 ',. . . held substrates 3 , 3 ',. . .

Nach dem Abpumpen der Vakuumkammer 2 und dem Ein lassen von einem geeigneten Prozeßgas, beispiels weise von Argon, wird der Drehteller 20 in Rotati on versetzt, so daß sich die einzelnen Substrate 3, 3′, . . . der Reihe nach unter der Blendenöffnung 14 hindurch bewegen und mit Hilfe der aus dem Tar get 4 herausgeschlagenen Werkstoffpartikel be schichtet werden. Die einzelnen Parameter, wie z. B. die Drehzahl des Drehtellers und der angeleg te Strom, sind dabei so gewählt, daß eine gleich mäßige und homogene Schicht auf den Substraten 3,3′, . . . abgeschieden wird. Um eine Überhitzung des Targets 4 zu verhindern, ist der Kathoden grundkörper 11 mit dem Kühlkörper 22 versehen, dessen Kühlkanäle 24, 24′, . . . an eine nicht näher dargestellte Kühlflüssigkeitsquelle angeschlossen sind. An Stelle einer kreiszylindrischen Innenflä che des Seitenwandteils 5 des Targets 4 kann auch eine leicht konisch verlaufende Innenfläche vorge sehen sein, wie dies in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist.After pumping out the vacuum chamber 2 and a let a suitable process gas, for example argon, the turntable 20 is rotated on, so that the individual substrates 3 , 3 ',. . . move in succession under the aperture 14 and be coated with the help of the knocked out of the target 4 material particles be. The individual parameters, such as B. the speed of the turntable and the applied current are chosen so that a uniform and homogeneous layer on the substrates 3.3 ',. . . is deposited. In order to prevent overheating of the target 4 , the cathode base body 11 is provided with the heat sink 22 , the cooling channels 24 , 24 ',. . . are connected to a coolant source, not shown. Instead of a circular cylindrical Innenflä surface of the side wall part 5 of the target 4 can also be seen a slightly tapered inner surface, as indicated in the drawing by a dash-dotted line.

Mit Vorteil ist auf der Unterseite des Drehtellers 15 im Bereich der Vertiefung 23 für das Substrat 3 eine Magnetanordnung 26 vorgesehen.A magnet arrangement 26 is advantageously provided on the underside of the turntable 15 in the region of the depression 23 for the substrate 3 .

BezugszeichenlisteReference list

2 Vakuumkammer
3, 3′, . . . Substrat
4 Target
5 Seitenwand
6 Dunkelraumabschirmung
7 Bodenteil
8 Isolator
9 Wandteil
10 Stromquelle
11 Kathodengrundkörper
12 Magnetgürtel
13 Blende
14 Mittenöffnung
15 Drehteller
16 Rotationsachse
17 Symmetrieebene
18, 18′, . . . Magnet
19 Magnetjoch
20 Wandteil
21 Öffnung
22 Kühlkörper
23, 23′, . . . Vertiefung
24, 24′, . . . Kühlbohrung
25 Hülse
26 Magnetanordnung 2 vacuum chamber
3 , 3 ' , . . . Substrate
4 target
5 side wall
6 dark room shielding
7 bottom part
8 isolator
9 wall part
10 power source
11 cathode base body
12 magnetic belts
13 aperture
14 center opening
15 turntables
16 axis of rotation
17 plane of symmetry
18 , 18 ′ , . . . magnet
19 magnetic yoke
20 wall part
21 opening
22 heat sink
23 , 23 ′ , . . . deepening
24 , 24 ' , . . . Cooling hole
25 sleeve
26 magnet arrangement

Claims

1. Vorrichtung zum Beschichten von Substraten (3) mittels Kathodenzerstäubung mit einem nach dem zu beschichtenden Substrat (3) hin offenen Hohltarget (4) und einer sich paral lel der Seitenwand (5) des Targets (4) er streckenden Dunkelraumabschirmung (6) und ei nem mit dem Bodenteil (7) des Targets (4) fest verbundenen, sich über einen Isolator (8) an der Wand (9) der Vakuumkammer (2) ab stützenden, mit einer Stromquelle (10) elek trisch verbundenen Kathodengrundkörper (11) und mit einem parallel zur Dunkelraumabschir mung (6) verlaufenden, aus einer Vielzahl von Magneten gebildeten Magnetgürtel (12) und ei ner von der Dunkelraumabschirmung (6) gehal tenen Blende (13) mit mindestens einer Öff nung (14) und einem ortsfest, jedoch rotier bar gelagerten Drehteller (15) für die Halte rung des Substrats (3), dessen Rotationsachse (16) parallel zur Symmetrieebene (17) des Hohltargets (4) verläuft.1. Device for coating substrates ( 3 ) by means of cathode sputtering with a hollow target ( 4 ) which is open towards the substrate ( 3 ) and a paral lel of the side wall ( 5 ) of the target ( 4 ) which extends the dark room shield ( 6 ) and egg nem with the bottom part ( 7 ) of the target ( 4 ) firmly connected, via an insulator ( 8 ) on the wall ( 9 ) of the vacuum chamber ( 2 ) from supporting, with a power source ( 10 ) electrically connected cathode body ( 11 ) and with a parallel to the dark room shield ( 6 ), formed from a plurality of magnets and a magnetic belt ( 12 ) and one of the dark room shield ( 6 ) held aperture ( 13 ) with at least one opening ( 14 ) and a stationary, however Rotating bar mounted turntable ( 15 ) for holding the substrate ( 3 ), the axis of rotation ( 16 ) of which runs parallel to the plane of symmetry ( 17 ) of the hollow target ( 4 ).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Substrat (3) unmittelbar unterhalb der Blende (13) und dem Bodenteil (7) des Targets (4) gegenüberliegend vom Drehteller (15) gehalten ist, wobei die Ab messungen der Öffnung (14) in der Blende (13) etwa denjenigen des Substrats (3) entspre chen.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the substrate ( 3 ) immediately below the diaphragm ( 13 ) and the bottom part ( 7 ) of the target ( 4 ) opposite to the turntable ( 15 ) is held, the dimensions from the opening ( 14 ) in the diaphragm ( 13 ) correspond approximately to that of the substrate ( 3 ).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß die radial innere Seitenwandfläche des Targets (4) zur lotrech ten Symmetrieebene (17) geneigt verläuft.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the radially inner side wall surface of the target ( 4 ) to the perpendicular th plane of symmetry ( 17 ) is inclined.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Drehteller (15) von einer Hülse (25) aus elektrisch isolierendem Werkstoff gehalten ist, der die Einstellung eines be stimmten elektrischen Potentials gegenüber den die Anode bildenden Teilen ermöglicht.4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the turntable ( 15 ) is held by a sleeve ( 25 ) made of electrically insulating material which enables the setting of a certain electrical potential relative to the parts forming the anode .

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Blende (13) als Schichtdicken verteilungsblende mit einer den Sputterver hältnissen angepaßten Blendenöffnung (14) versehen ist.5. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the diaphragm ( 13 ) is provided as a layer thickness distribution diaphragm with a sputtering ratio adapted aperture ( 14 ).

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß die parallel zum Target (4) verlaufende Dunkelraumabschirmung (7) ein etwa U-förmiges Querschnittsprofil aufweist, wobei der einen Schenkel bildende Abschnitt der Dunkelraumabschirmung (7) mit einer Blende (22) verbunden ist, deren der Symmetrieebene (20) zugewandte Partie (23) das Seitenwandteil (5) des Targets (4) radial nach innen zu übergreift.6. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the dark space shield ( 7 ) running parallel to the target ( 4 ) has an approximately U-shaped cross-sectional profile, the leg-forming section of the dark space shield ( 7 ) having a diaphragm ( 22 ) is connected, the portion ( 23 ) facing the plane of symmetry ( 20 ) of which radially overlaps the side wall part ( 5 ) of the target ( 4 ).