DE2204740A1 - Kathodenzerstaubungselektrode - Google Patents

Description

"Kathodenzeratättbungselektrode" Sie Erfindung betrifft eine Kathodenzerstäubungselektrode.

Bekannte Zerstäubungevorrichtungen umfassen eine Vakuumkammer, einen Substrathalter und eine Zerstitubungselektrode, die sich in die Kammer hineinerstreckt. Sie Elektrode umfaßt eine Auffangplatte bzw. Elektrode, an der Fangmaterial vorgesehen ist. In einem Plasma innerhalb der Kammer entstehende Ionen prallen auf das Fangmaterial und stoßen Partikel von ihm weg. Sie Partikel durchwandern den Baum zwischen dem Fangmaterial und dem Substrat-

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hftlter, ma Substrate zu beschichten, die der Substrathalter hält· TTm eine Zerstäubung der Fangelektrode zu verhindern und eine Zerstäubung auf gewünschte Flächen des dort befindlichen Fangmaterials zu beschränken, ist ein Dunkelraumschira vorgesehen, Der die Fangelektrode und die Bänder des Fangmaterials umgibt.

Bekanntlich entwickelt sich ein Baum, in dem keine Ionisierung erfolgt, unmittelbar an der negativen Elektrode. Bei Zerstäubungsvorriohtungen handelt es sich bei dieser Elektrode um die Fangelektrode· Dieser Raum wird üblicherweise als der Dunkelraum bezeichnet. Die Dicke des Dunkelrauas ist eine Funktion des Gasdrucke zwischen der negativen und der entsprechenden positiven Elektrode und der an die Elektroden angelegten Spannung. Solange sich der Dunkelraumschirm innerhalb des Dunkelraums befindet und auf der Spannung der umgebenden Kammer gehalten wird, zerstäuben innerhalb des Plasmas erzeugte Ionen nicht am Schirm oder an den abgeschirmten Partien der Elektrode.

Bekannte Elektroden sind mit ihren Dunkelraumschirmen an der Innenseite einer Wand der Vakuumkammer oder an der Innenseite einer Grundplatte für die Elektrode angeordnet, die als eine Wand der Vakuumkammer dient. Die Elektrode und der Schirm erstrecken sich um eine erhebliche Strecke in das Innere der Vakuumkammer, und sie bilden eine unerwünscht große verteiltete Kapazität für das Stromnetz, die durch eine passende Schaltung kompensiert werden

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muß, na den Energieübergang in das Plasma auf ein Maximum zu bringen.

Die Anordnung der Elektrode und des Schliss innen macht auch den Autsbau und die Herausnahme der Elektrode zur Reinigung und sun Wechseln des Fangmaterials mühselig und schwierig. Nicht unhäufig wird der Bereich der Vakuumkammer durch Fremdstoffe und Kühlmittel verunreinigt, das sum Kühlen der Stützelektrode verwendet wird, wenn die Elektrode herausgenommen und ausgebaut wird.

Erfindungsgemäß 1st zur Verwendung mit einer ansonsten bekannten ZerstäubungBYakuumkammer eine verbesserte Zerstäubungselektrode vorgesehen. Die verbesserte Elektrode ist zur abnehmbaren Anordnung an der Außenseite einer Wand der Vakuumkammer oder an der Außenseite einer Elektrodengrundplatte vorgesehen, die als eine Wand der Vakuumkammer dient. Sine Fangstützelektrode und Fangmaterial daran, die einen Seil der Elektrodenanordnung bilden, sind zum Einsetzen in einer öffnung in der Wand oder in der Grundplatte und zum Erstrecken um ein relativ kleines Stück in das Innere der Vakuumkammer vorgesehen. Die entstehende Verringerung in der Größe der Bauteile, die die Elektrodenanordnung bilden, schlagt sich in einer Verringerung der verteilten Kapazität zwischen der Elektrode und den umgebenden Metallteilen und in einer Vereinfachung eines angepaßten Schaltkreises nieder, der verwendet wird, um den Bnergieübergang in das Plasma auf ein Maximum zu bringen· Die Außenanordnung 4er Elektrode dient ferner zur

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Vereinfachung der Entnahme und des Ausbaus der Elektrodenanordnung und sohließt eine Verunreinigung deer Vakuumkammer durch unabsichtliche Freigabe von Kühlmittel und anderen Fremdstoffen in die Kammer hinein au·» wenn die Stützeleketrode und das Fangmaterial rom Rest der Vorrichtung zur Routinewartung und zum Wechseln des Fangmaterials entfernt werden.

Sie Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiele unter Bezugnahm· auf die Zeiohnung näher erläutert. In der Zeiohnung sindt

Fig. 1 ein Schnitt duroh ein· bekannt· Zerstäubungsvorrichtung,

Fig. 2 «in Sohaubild «in«r ZerstäubungSTorriohtung mit einer Elektrodenanordnung gemäfi der Erfindung,

Fig. 3 ·1η· teilweise gesohnittene Ansieht der in Fig. 2 gezeigten Slektrodettamerdnung, und

Fig. 4 «la Bohaubild der Bauteil· der in Fig. 3 ««zeigten Elektrodenanordnung.

Ils· bekannt· Zerstäutungsverrielitung gemäfi Fig. 1 umfaflt «in· zylindrisch« Vakuumkammer 20, die alt einer Grundplatte 22 für •in· Zerstäubungeelektrodenaaordnung bestückt ist. Diese Platte ist mit einer öffnung 58 Tersehen, di· beispielsweise einen Surohmesser Ton 25 bis 75 ■» nat. Sind Sichtung 25 swiaohea den vertikalen Wänden der Kammer 20 und der Platte 22 dient zur Herstellung einer Takuumdiohten Abdichtung, wenn die Kammer 20 laerge-

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pumpt wird. Eine Zerstäubungselektrodenanordnung 24» bestehend aus einer Fangstützelektrode 30» an der eine Schicht Fangmaterial 31 sitzt, und einem Dunkelraumschirm 32» ist an der Innenseite der Grundplatte 22 angeordnet, beispielsweise durch flansche 25 und Schrauben 26. Die Fangstützelektrode 30 hat am unteren Ende beispielsweise einen Surohmesser von 123 mm. Der Schirm 32 wird in elektrischem Kontakt mit der Grundplatte 22 duroh die Flansche 23 gehalten und ist der Elektrode 30 gegenüber durch eine Isolierung 36 isoliert, beispielsweise aus Keramik und dergleichen. Vom oberen Ende der Elektrode erstrecken sich zwei Kühlmittelrohre 33» 34» die dazu dienen, die Elektrode 30 zu kühlen, ferner ein elektrisch leitendes Stück 33 zum Anlegen einer Spannung an die Elektrode 30. Die Kühlmittelrohre 33, 34 und das Stück 35 erstrecken sioh durch die Öffnung 38 zur Verbindung mit einer außen sitzenden Kühlmittelpumpe bzw. mit einem Stromnetz, die nicht gezeigt sind. Ein ödere mehrere Substrate 21 werden unten in der Kammer 20 durch einen Substrathalter 27 gehalten.

Gemäß der Darstellung erstreckt sich die Elektrodenanordnung 24 üblicherweise um eine erhebliche Strecke in das Innere der Kammer 20, was zu einer unerwünscht großen verteilten Kapazität zwischen dem Schirm 32 und der Elektrode 30 führt. Wie gezeigt, führt die Geometrie der Anordnung 24 nicht nur in einer unerwünscht großen verteilten Kapazität, vielmehr macht auch die Größe der Öffnung 38 die Herausnahme und den Ausbau der Elektrodenanordnung 24 aus

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dem Bereioh innerhalb der Kammer 20 erforderlich.

Wenn in der Praxis eine Routinewartung oder ein Wechsel des Fangmaterials erforderlich ist, werden die Kammer 20 und die Grundplatte 22 getrennt, beispielsweise durch hydraulische Heber oder andere Hebevorrichtungen, die nicht gezeigt sind. Wege« der Sähe der Kammer 20 zur Anordnung 24 beim Trennen führt eine Herausnahme und ein Ausbau der Anordnung 24 nicht unhäufig zu einer Verunreinigung der Kammer 20 durch die unbeabsichtigte Freigabe von Kühlmittel oder anderen Fremdstoffen von der Anordung 24*

In Fig. 2 ist erfindungsgemäß eine verbesserte Zerstäubungselektrodenanordnung 40 gezeigt, die abnehmbar an der Oberseite einer normalen Grundplatte 41 sitzt, welche sich oben auf einer normalen Vakuumkammer 42 befindet. Zwar sind die Kammer 42, die Grundplatte 41 und alle feile der Elektrodenanordnung als im wesentlichen zylindrisch dargestellt, es versteht sich aber, daß andere geometrische Formen als geeignet angesehen werden können.

In Fig. 3 und 4 ist gezeigt, wie sich die im wesentlichen zylindrische Zerstäubungselektrodenanordnung 40 duroh eine kreisrunde Öffnung 43 in der Grundplatte 41 erstreckt.

Allgemein besteht die Anordnung 40 aus einem Kathodenkörper 51 und einer Fangstützelektrode 52, an der eine Schicht Fangmaterials 55 permanent oder abnehmbar angeordnetist. Ein ringförmiger Dun-

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kelrauaschira 53 rechteckigen Querschnitts ist zur Befestigung ait Hilfe beispielsweise von Schrauben 58 an der Innenseite der Grundplatte 41 «■ die Peripherie der öffnung 43 herua vorgesehen» und noraalerweise erstreckt er sich ua ein relatir kuries Stück unter dl· Unterseite de* Fangaaterials 55. Sine obere Partie de· KathodeakSrpers 51 ist ait einea sieh waagrecht naoh außen erstreckenden Flansch 54 versehen. Sie untere Partie des Kathodenkörpers 51 ist ait einer nach unten gerichteten Innenwand 60 und einer nach unten gerichteten AuBenwand 61 versehen, die susaaaen ait der St&tseleketrode 52 eine Kühlaittelkaaaer 62 but Kühlung der Btatselektrode 52 bilden. Die Unterseite des Winde 60, 61 ist ferner ait swei Ausnehaangen 70_t 71 *^r Aufnahae sweier O-Binge 72, 73 versehen. Sie 0-linge 72 und 73 dienen emr Sicheritellmng einer vekuuadiohten Abdieatuag swishken dta lathodenkSvper 51 und der Stfitselektrode 52.

Ua die üektrodensnorinung 40 isolierend an der Aufienseite der Grindplatt· 41 anzuordnen» sind ein unterer mad ein eserer Isolierriag 66 bsw. 67 vorgesehen» dl· ·· ausgebildet sind, daB sie der unteren bsw. oberea Tllohe des Tlaasohes 54 *·« lathodenlflcpers 51 entsprechen, »er untere Mag 66 ist ferner ait einer untere* und einer oberen A««a«bauag 68 but Aufnahae sweier 0-liage 69 versekea, Ale tasm dieaea, eine vakmuadioht· Ab4i«htuag «wisehen toa Xatkedeak5rper 51 «ad der Grundplatte 41 siehersuetellen. Ua· kreisrunde Lagerplatte 75 i*t ait einer Ausahl sieh nach auflen erstreokeader Augen 76 versehen» ua S hrauben 7i auf-

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zunehmen, damit die Anordnung 40 abnehmbar an der Oberseite der Grundplatte 41 befestigt werden kann. Gemäß der Barstellung gelangt die Lagerplatte 75 nur mit der Oberseite des Isolierrings 67 in mechanischen Kontakt, so daß der Rest der Anordnung 40 der Grundplatte 4I und der umgebenden Vakuumkammer 42 gegenüber elektrisch isoliert wird.

Innerhalb der Mitte der Stützelektrode 52 befindet sich axial ein mit Gewinde versehenes Vaterkupplungsstück 60. Der Kathodenkörper 51 ist ferner mit einem Bohrloch 81 zur Aufnahme des Stücks 80 und und einer mit Innengewinde versehenen Mutter 82 versehen.

Die Mutter 82 ist mit einer nach außen gerichteten Schulter 83 versehen, die sich an der Oberseite des Kathodenkörpers 5I um das Bohrloch 81 herum anlegt, wenn die Mutter 82 auf das Kupplungsstück 80 aufgeschrafeuht .i"*» um eine vakuumdichte Andruokverbindung swischea der Stützelektrode 52 &nd dem Kathodenkörper 51 herzustellen. Sie Mutter 82 ist ferner mit einem axialen Bohrloch versehen, um eine leitende Stange 85 aufzunehmen, mittels der die Stützelektrode 52 mit einem Fremdetromsaetζ verbunden wird, das nicht gezeigt ist. Eine Klemmschraube 66 ißt in der Mutter 82 vorgesehen, um die Stange 85 losbar

Der Kathodenkörper 51 iet ferner mit

90, 91 versehen, die in einer Fl£@S^©a?1bintea^ ait ios¹ Efialsiiitsl=· kammer 62 stehen. Zwei Vaterkuppli^agsßtlei© $2 «ad S3 eisicL ül& H

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Wege 9Of 91 eingeschraubt, um zwei Kühinittelrohre 95, 94 aufzunehmen und festzuahlten, die dazu dienen, eine Eingangs- bzw. eine Ausgangs!.eitung für eine nicht gezeigte Kühlmittelpumpe zu bilden*

In einer Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung dient die Grundplatte 41 oder die Vakuumkammerwand, je nachdem, was zutrifft, als ein erheblicher feil des Bunkelraumsohilds , und ssusammen mit dem Dunkelraumschirm 53 sind die Abmessungen des effektiven Sunkelraumschirms erheblich kleiner im Vergleich zu bekannten Zerstäubungsvorrichtungen. Beispieleweise beträgt die Dicke der Grundplatte 41 und des Schirme 53 insgesamt ca. 50 mm· Für bestimmte Anwendungsfälle kann der Schirm 53 ganz weggelassen werden, und die Elektrode 52 kann in eine Position gehoben werden, die in einer Ebene mit der Grundplatte 41 liegt, so daß die verteilte Kapazität noch weiter verringert werden kann. Zn der Praxis hat es sich als möglich erwiesen, die verteilte Kapazität auf bis zu 25$ ihres sonstigen Werts zu reduzieren.

Ob ein besonderer Anwendungsfall die Verwendung der verringerten verteilten Kapazität erforderlich macht oder ermöglicht oder nicht, die erfindungsgemäß erreicht wird, oder ob eine verlängerte Stützelektrode mit Schirm benötigt wird - jedenfalls ermöglichen die Maßnahmen zur Anordnung der Elektrodenanordnung 40 an der Außenseite der Grundplatte 41 eine einfache und sichere Entnahme der Anordnung 40 von der Kammer 42 zur Routinewartung und zum Wechsel

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des Fangmaterialβ ohne die bisherige Gefahr als Folge unbeabsichtigten Freieetzens von Kühlmittel und anderer Fremdstoffe in der Kammer.

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Claims (8)

Patentansprüche

1.iZerstäubungselektrodenanordnung zur abnehmbaren Anordnung in einer Öffnung in einer Wandpartie einer Vakuumkammer, gekennzeichnet durch e inen Kathodenkörper (51) mit einem sich waagrecht davon nach außen erstreckenden Flansch (54)» eine erste Isoliermuffe, die vakuumdicht abnehmbar zwischen der Unterseite des sich nach außen erstreckenden Flansches (54) am Kathodenksörper (51) und der Außenseite der Wand um die Öffnung (43) sitzt, eine Lagermplatte (75) mit einer Anzahl sich nach außen erstreckenden Augen (76) zur vakuuadichten abnehmbaren Befestigung des Kathodenkörpers (51) an der Außenseite der Wand der Vakuumkammer und eine zweite Isoliermuffe, die abnehmbar zwischen der Oberseite des sich nach außen erstreckenden Flansches (54) am Kathodenkörper (51) und der Unterseite der Lagerplatte (75) zur Isolierung der Zerstäubungselektrodenanordnung (40) der Wand der Vakuumkammer gegenüber sitzt.

2. Zerstäubungselektrodenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fangstützelektrode (52), die an der Unterseite des Kathodenkörpers (51) sitzt.

3. Zerstäubungselektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet« daß der Kathodenkörper (5*9) eine sich nach unten erstreckende Innenwand (60) und eine sich nach aunten erstreckende Außenwand (61) aufweist und daß die Fangstützelektrode (52) vakuumdicht abnehmbar an der Unterseite der sich nach unten erstrek-

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kenden Innen- und Außwenwand (60,61) des Kathodenkörper s (51) zur Bildung einer Kühlmittelkammer (62) im Kathodenkörper (51) angeordnet ist.

4· Zerstäubungselektrodenanordnung nach Anspruch 3» gekennzei ohnet durch einen Dunkelraumschtan (53)» der die Fangstützelektrode (52) umgibt und abnehmbar an der Innenseite der Wand um die Öffnung (43) herum angeordnet ist.

5* Zerstäubungselektrodenanordnung nach Anspruch 4t dadurch gekennzeichnet , daß der Außendurchmesser der sich nach unten erstreckenden Außenwand (61) des Kathodenkörpers (51) und der Außendurchmesser der Fangstützelektrode (52) kleiner als der Durchmesser der öffnung (43) und der Innendurchmesser des Dunkelraumschirms (53) um ein Maß sind, das nicht größer als die Dicke eines Dunkelraums jsb, der an der Fangstützelektrode (52) und dem Kathodenkörper (51) im Betrieb bei einem bestimmten Gasdruck und einer bestimmten Fangstützelektrodenspannung herrscht.

6. Zerstäubungselektrodenanordnung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch einen Kühlmitteleingang und Kühlmittelausgang in einer Fließverbindung mit der Kühlmittelkammer (62) im Kathodenkörper (51) zum Kühlen der Fangs tut zelektrode (52).

7· Zerstäubungselektrodenanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß der Kathodenkörper (51) Bit einem Bohrlieh versehen ist und daß ein erstes Kupplungsstück mit der Oberseite der Fangstützelektrode (52) in einer Flucht mit dem Bohrllooh verbunden ist und "ein zweites Kupplungsstück mit einer sich nach außen erstreckenden Schulter zur Anlage an der Oberseite des Kathodenkörpers (51) um das Bohrloch herum und mit einer nach unten gerichteten Verlängerung zum Angreifen am ersten Kupplungsstück zur abnhembaren Befestigung der Fangstützelektrode (52) an der Unterseite des Kathodenkörpers (51) in vakuumdichter Weise versehen ist.

8. Zerstäubungselektrodenanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsstück ein Bohrloch zur Aufnahme eines leitenden Teils zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Fangstützelektrode (52) aufweist.

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