DE2204740A1 - Kathodenzerstaubungselektrode - Google Patents
KathodenzerstaubungselektrodeInfo
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
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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. 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 70t 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
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)
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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