DE2139313A1 - Einrichtung zum auftragen duenner schichten auf ein erzeugnis - Google Patents

Einrichtung zum auftragen duenner schichten auf ein erzeugnis

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Nikolaj A Kerwalischwili
Wladimir P Kortchondschija
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields

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Description

  • EINRICHTUNG ZUM AUFTRAGEN DÜNNER SCHICHTEN AUF EIN ERZEUGNIS Die vorliegende Erfindung betrifft die Vervollkommnung von Einrichtungen um Auftragen dünner Schichten mittels der methode der Kathodenzerstäubung und kann auf verschiedenen Gebieten der Elektronik, zum Beispiel zur Herstellung von Widerstanden, Kondensatoren, supraleitenden Drahtehung der gleichen mehr, aber auch in der Mikr@elektronik ziir Herstellung von Mikroschaltungen, angewandt werden.
  • allgemein bekannt ist eine Einrichtung zum Auftragen dünner Schichten, die eine evakuierte Kammer, in welcher der Zerstauber angeordnet ist, besitzt. Der Letztere stellt eine Gasentladungskammer dar, wobei ihre Wande als Kathode dienen. innerhalb der Kammer ist die anode koaxial zu der Kathode angeordnet. Die Gasentladungskammer wird in ein långsgeordnetes Magnetfeld eingebracht. Die Anode ist entlang der Längsachse des Magnet@eldes angebracht und stellt einen Stab dar; hierbei wird die Kathode gewöhnlich zylindrisch aus einem Material ausgeführt, das unter Einwirkung des Ionenbeschusses zerstaubt wird.
  • Das Erzeugnis, auf welches die dünne Schicht aufgetragen werden soll, wird innerhalb der Gasentladungskammer zwischen der Kathode -Ind der Anode untergebracht. Unter Ein--virkung des Ionenbeschusses wird das Kathodenmaterial zerstaubt, und der Strom des zu zerstäubenden Materials
    rcicR
    schlägt
    auf dem Erzeugnis nieder.
  • Da sich das Erzeugnis im Bereich der Entladung befindet (untergebracht, wie hingewiesen wurde, zwischen der Anode und der Kathode), verschlechtern sich die Zerstäubungebedingungen. Gewöhnlich wird in den Zerstaubungseinrichtungen die gleichzeitige Bearbeitung einer Gruppe von E;rzeugnissen durchgeführt, die auf einem Tragerelement angeordnet sind. Dieses Element, in den Bereich der Entladung gelanend, verschlechtert die. Zerstäubungebedingungen noch mehr.
  • Außerdem muß beachtet werden, daß ein Teil des Stromes der zerstäubten Kathode überhaupt nicht ausgenutzt wird, weil er nicht auf das Erzeugnis gelangt.
  • Und letztlich, um auf einem zylindrischen Erzeugnis eine homogene Deckschicht zu erhalten, muß es um seine eigee Achse ged@eht werden, was die Konstruktion der Sinrichtung im Ganzen wesentlich kompliziert nacht.
  • In einigen Fällen wird das Erzeugnis direkt auf der Änode befestigt. In diesem Fall kann die Entladung nur eine Hoc@druckentladung (mehr als 10-3 3 Torr) sein, da <> bei einer Niederdruckentladung das Vorhandensein auf der Anode <eines Erzeugnisses>zur Störung der beschleunigenden Anoden-@lektronenschicht führt. All dies hat einen durch <> das Auftreten im Strom des zu zerstäubenden den Materials<neutraler Restgasteilchen>hervorgerufenen wesentlichen Einfluß auf die qualität der aufgetragenen Schicht.
  • Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Auftragen dünner Schichten zu schaffen, in welcher eine Anordnung des Erzeugnisses gewährleistet wird, bei der das Erzeugnis die Zerstäubungsbedingungen und den Ablauf der Entladung nicht beeinflußt, das Erhalten einer homogenen Deckschicht auf einem Zylinder ohne seine Drehring ermöglicht und gleichfalls Bedingungen für eine effektivereAusnutzung des Stromes des zu zerstäubenden Materials geschaffen werden.
  • Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Aufgabe gestellt, die Anode der Gasentiadungskammer derart auszuführen, daß es möglich wird das Erzeugnis außerhalb des Entladungsgebietes anzubringen.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zum auftragen dünner Schichten auf ein Erzeugnis die Anode der Gasentladungskammer erfindungsgemäß von zwei entlang der Symmetrieachse angeordneten hohlen Rohren mit gleichem Außendurchmesser gebildet wird, wobei die Rohre so angeordnet sind, das sie von der Stirnseite her zueinander einen Spalt haben, durch welchen das zu zerstaubende ltilaterial der Kathode auf den Teil des Erzeugnisses, daß zwischen diesen Rohren angebracht ist, auftrifft.
  • einer Bei derartigen Ausführung der Einrichtung befindet sich das erzeugnis außerhalb der Zone der Hochspannungsentl-ldung und beeinflußt deshalb nicht ihren Ablauf. Bei Bearbeitung zylindrischer Erzeugnisse gelangt der Strom des zu zrstäubenden Wiaterials der Kathode von allen Seiten gleichmäßig auf ihre Oberfläche-, und somit entfällt die Notwendigkeit einer Drehung des Erzeugnisses. Und letztlich gewährleistet eine solche Konstruktion die vollständigste Ausnutzung des Stromes des zu zerstäubenden materials.
  • Zweckmäßigerweise wird der zu zerstäubende abschnitt der Kathode als eine Fläche ausgeführt, die durch die Rotation einer Parabel entstanden ist, deren Fokus mit dem Mittelpunkt des Abstandes zusammenfällt.
  • Das gewährleistet die besten Ausnutzntlglichkeiten des Stromes des zu zerstaubenden Kathodenmaterials.
  • Im Weiteren wird die Erfindung an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und der angeführten Zeichnung erläutert, auf welcher die Einrichtung zum Auftragen dünner Schichten auf ein Erzeugnis gezeigt wird.
  • In der evakuierten Kammer 1 sind nacheinander ein Heiselement 2 zur Reinigung des Erzeugnisses von flüchtigen Oxyden, eine Einrichtung 3 7ur lonenreinigung, welche zum Beispiel eine Penningzelle darstellen kann, die eine Anode 4 und eine Kathode 5 mit einer Bohrung in ihrem hlittelteil RUm Durchgang des Erzeugnisses 6 enthalt, und gleichfalls eine Gasentladungskammer 7 angeordnet, in welcher das Auftragen des Materials auf das Erzeugnis stattfindet. Diese Kammer 7 stellt im Grunde genommen einen Ionenzerstäuber dar.
  • Die Gasentladungskammer 7 besitzt eine Anode 8, die entlang der Symmetrie-Längsachse dieser Kammer angeordnet ist, und eine Kathode, die von den sich unter gleichem Potential befindlichen Elektroden 9 und 10 gebildet wird.
  • Die Elektroden 10 sind als Wände der Kammer 7, symmetrisch zu ihrer-Längsachse angeordnet und aus dem Material, welches auf das Erzeugnis aufgetragen werden soll, hergestellt.
  • Die Anode 8, die auf diese Weise innerhalb der Kathode angeordnet ist, wird von zwei hohlen Rohren gebildet, die entlang der schon angeführten Symmetrieachse und mit Spalt zwischen ihren Stirnseiten angeordnet sind. Hierbei kann im Allgemeinfall die Elektrode 10 eine beliebige Form haben, zum Beispiel die eines runden, geraden Zylinders. Um eine bessere Qualität der aufgestaubten Schicht zu gewährleisten und den auf das Erzeugnis gelangenden Strom des zerstäubtan Materials zu vergröderen, hat die Elektrode im Querschnitt die Form einer Parabel, deren Fokus mit dem Mittelpunkt des Spaltes zwischen den die Anoden 8 darstellenden Rohren zusammenfällt.
  • Die Verschiebung des Erzeugnisses E aus einer Bearheitungsposition in eine andere, wird von Mechanismen tt, zur kontinuierlichen Bewegung gewährleistet.
  • Außerhalb der evakuierten Kammer 4 ist das Solenoid 12 angeordnet, welches das Längsfeld in der Gasentladungskammer 7 und der Einrichtung 3 zur lonenrelnigung bildet, wobei die hohre, die die Anode 8 darstellen, die Form des Magnetfeldes wiederholen sollen, oder mit anderen Worten, sie dürfen die magnetischen Feldlinien dieses Feldes nicht überschneiden. Um ein homogenes Magnetfeld zu erhalten, haben die liohre die Form runder, gerader Zylinder; urd die erwähnte Symmetrieachse liegt parallel zu den Feldlinien des Magnetfeldes des Solenoides 12.
  • Die beschriebene Einrichtung arbeitet mit inertem Durchflußgas, zum Beispiel mit Argon, bei Drücken von 10-3 bis 10 7 - 10 9 mm Hg.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Das Erzeugnis 6 wird in das Heizelement 2 gebracht und bis zu der, zur Entgasung benötigten, Temperatur erhitzt.
  • Danach werden die Erzeugnisse mit hilfe des Mechanismus 11 zur kontinuierlichen Bewegung in die Einrichtung 3 zur lonenreinigung eingeführt, in welcher, wenn nötig, die Oberflache der Unterlage von hitzebeständigen Oxydschichten gereinigt oder einer Ionenätzung unterzogen wird. Nach der Reinigung gelangt das Erzeugnis in die Gasentladungskammer 7 in welcher e iiie Hochspannungsentladung niedrigen Druckes mit einer Anodenschicht erzeugt wird, deren Dicke voll der Stärke des @agnetfeldes des Solenoides 12 abhängt. Der auftretende lonenstrom bombardiert die Elektrode 10 und ruft somit ihre Zerstäubung hervor.
  • Hierbei hängt die Größe des Ionenstromes vom Druck des Gases, der Fläche der Anode, der Entladungsspannung und der Stärke des Wagnetfeldes ab.
  • Das Erzeugnis 6 tritt durch den lio:-lraum der Rohre der Anode 8 und stellt sich zwischen ihren Stirnflächen auf.
  • Die ir der Anodenschicht der Gasentladung beschleunigten Ionen bombardieren und zerstäuben die Kathode 10. Ein Teil der zerstaubten Atome gelangt in den Spalt zwischen den Rohren der Anode 8 und setzt sich auf der Oberfläche der Unterlage ab, wobei eine dünne Schicht gebildet wird. Auf diese Weise befindet sich das Erzeugnis wahrend des Prozesses des Aufstäubens außerhalb des Bereiches des Entstehens der Gasentladung, und beeinflußt folglich in keiner Weise ihren Ablauf.
  • Um mehrschichtige Filme zu erhalten, ist es möglich, hintereinander mehrere Gasentladungskammern aufzustellen, wobei in jeder die Elektrode 10 aus anderem Material hergestellt werden kann.
  • Mit Hilfe der vorgeschlagenen Einrichtung können Schichten mit einer Dicke von 10 A° bis 100 tm aufgestäubt werden.

Claims (2)

P£4. TENTANSI>RÜCHE:
1. Einrichtung zum Auftragen dünner Schichten auf ein Erzeugnis, die eine, in einem Magnetfeld untergebrachte evakuierte Gasentladungskammer mit einer, unter Einwirkung von Ionenbeschuß zerstäub und en Kathode, innerhalb welcher die Anode untergebracht ist, die mit ihr eine gemeinsame Symme -bieachse hat, welche mit der Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes übereinstimmt, das zur Schaffung einer Niederdruckentladung dient, enthält, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Anode (8) von zwei, entlang ihrer gemeinsamen Symmetrieachse gelegenen hohlen Rohren mit gleichem Außendurchmesser gebildet wird, wobei die Rohre mit einem Spalt zwischen ihren Stirnseiten angeordnet sind, durch welchen das zu zerstäubende Material der Kathode auf den Teil des zu bedeckenden Erzeugnisses (6) gelangt, welches sich zwischen den Rohren befindet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der zu zerstäubende Abschnitt der Kathode eine Fläche darstellt, die durch Rotationum die Symmetrieachse>einer Parabel, deren Fokus mit dem Mittelpunkt des Spaltes zusammenfällt, gebildet ist
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