DE2350322C3 - Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat - Google Patents
Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein SubstratInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner
Schichten auf ein Substrat, bei der eine elektrische Entladung zwischen dem Substrat und einem in
Sektoren unterteilten Target erzeugt ist und bei der die zu zerstäubenden Target-Sektoren auf gleicher oder
unterschiedlich gewählter Spannung liegen.
Solche Zerstäubungsvorrichtungen sind unter dem Stichwort Kathodenzerstäubung oder lonenzerstäubung
bekannt. Die Kathodenzerstäubung wird bekanntlich mit zwei, sich in den physikalischen Vorgängen
unterscheidenden Verfahren durchgeführt. Das erste Verfahren ist die sogenannte Diodenzerstäubung mit
Gleichstrom, welche auf üas Zerstäuben von elektrischen
Leitern begrenzt ist Beim zweiten Verfahren erfolgt die Zerstäubung mit Hilfe eints Hochfiequenzfeldes,
wodurch bekanntlich auch die Zerstäubung von Nichtleitern möglich ist.
Bekannt ist eine Zerstäubungsvorrichtung (DT-OS 19 08 310) bei welcher das Target aus einzelnen.
voneinander isolierten Sektoren aus verschiedenen Materialien besteht. Damit lassen sich gleichzeitig
mehrere Substanzen zerstäuben, d. h. es lassen sich auf dem Substrat Mischschichten erzeugen. Die Zusammensetzung
dieser Schichten läßt sich dadurch wählen, daß die Sektoren an entsprechende, von Substanz zu
Substanz verschiedene Spannungen gelegt werden, so daß verschiedene Substanzen mit unterschiedlicher
Rate zerstäubt werden. Gleichmäßig dicke Schichten lassen sich mit dieser Vorrichtung jedoch nicht erzielen.
Es ist auch bekannt, das Target aus mehreren parallel zueinander angeordneten, slromdurchflossenen Rohren
auszubilden (DT-OS 16 90 691). Dies ermöglicht zwar die Verwendung eines weniger guten Vakuums, fuhrt
jedoch auch nicht zu gleichmäßig dicken Schichten.
Eine räumliche Abgrenzung des zwischen Target und
Substrat brennenden Plasmas läßt sich mit einem bekannten Target erreichen (DT-OS 17 65 287). das aus
einzelnen, auf gleicher Spannung liegenden Elementen aufgebaut ist. Eine Beeinflussung der Schichtdicke auf
dem Substrat ist jedoch nicht möglich. Um dieses Ziel /u erreichen, ist es bekannt (DT-OS 19 27 253), das Target,
das Substrat oder zwischen beiden angeordnete Blenden zu bewegen. Diese Maßnahmen sind zwar
geeignet, bestimmte Schichtdickenverläufe herzustellen, gehen aber fast immer auf Kosten der Auftragsge
schwindigkeit und sie bedeuten zugleich einen erhebh chen mechanischen Aufwand. Die Reproduzierbarkeit,
bzw. die Guiausbeute hängt dabei sehr von dem Material bzw. der geforderten Qualität der Schicht ab
und übersteigt in den seltensten Fällen etwa 80%.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zerstäubungsvorrichtung der eingangs genannten Art
so zu verbessern, daß sich auch großflächige Schichten aus einheitlichem Material und mit gleichmäßiger Dicke
auf dem Substrat herstellen lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Target-Sektoren
aus ein- und demselben Zerstäubungsmaterial bestehen und jeweils durch Erdungsstege voneinander
getrennt sind.
Diese Maßnahme bedeutet, daß ein aus Teilfeldern zusammengesetztes elektrostatisches Feld vor dem
Target entsteht, da Erdungsstege und Target-Sektoren auf verschiedenem Potential liegen und daß die von den
Target-Sektoren abgestäubten Teilchen sich unter dem Einfluß der elektrostatischen Teilfeder so bewegen, daß
sich eine lonenwolke weitgehend homogener Dichte zum Substrat bewegt. Dadurch lassen sich in vorteilhafter
Weise sehr gleichmäßige Schichtdicken erreichen und zugleich bezüglich der Faktoren, Materialpreis,
Auftragszeit und ausnutzbarer Fläche des Targets ein gutes Ergebnis erzielen. Messungen haben ergeben, daß
bei Schichten, die im Diodenverfahren mittels der neuen Zerstäubungsvorrichtung hergestellt wurden, die Abweichung
der Schichtdicke am Rand unter 1% lag, wobei bei Verwendung von Ringtargets die Targetfläche
zu 80% ausgenutzt wurde. Damit läßt sich eine große Fläche oder eine größere Anzahl von Werkstük-
ken gleichzeitig und wirtschaftlich beschichten.
Ein weiterer Vorteil der neuen Vorrichtung besteht darin, daß das Plasma sehr stabil brennt, so daß
Schichten hoher Qualität und guter Haftfestigkeit entstehen. Damit lassen sich die ςη die Lunkerfreiheit
von Isolierschichten in der elektronischen Industrie und an die Haftfestigkeit von optisch wirksamen Schichten
gestellten hohen Anforderungen erfüllen.
Gemäß einer Weiterbildung der beschriebenen Vorrichtung ist es zweckmäßig, die Target-Sektoren
und/oder die Erdungsstege verschieden breit zu wählen; denn durch eine solche Aufteilung der
Dimensionen von Target-Sektoren und Erdungsstegen kann man die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat
nach eigenem Ermessen beeinflussen.
Normalerweise werden an alle Sektoren des Targets gleiche Spannungen gelegt. Zur Beeinflussung der
Aufteilung der Schichtdickenverteilu.ig auf dem Substrat
kann es jedoch auch vorteilhaft sein, an die Sektoren verschiedene Spannungen zu legen. Es ist auch
zweckmäßig, die einzelnen Sektoren auf unterschiedlichen Temperaturen zu halten. Durch diese Maßnahmen
wird die Aufstäubrate der einzelnen Sektoren in vorherbestimmbarer und reproduzierbaren Weise geändert.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
an Hand der F i g. 1 bis 7 der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt
F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der beschriebenen
Vorrichtung in stark sehematiseher Darstellung,
F i g. 2 einen Schnitt durch ein als Ringtarget ausgebildetes Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ringtargets,
Fig.4 pinen Schnitt durch ein als Bandtarget
ausgebildetes Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bandtarget,
Fig. 6 einen Schnitt durch ein als Rohrtarget ausgebildetes Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 ein zur Aufstäubung von vier verschiedenen Materialien dienendes Rohrtarget.
In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse einer Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung
bezeichnet. Diese Vorrichtung enthält ein Substrat 2, an welches bei 9 eine Gleich- oder
Hochfrequenz-Spannung einstellbarer Größe angelegt ist. In geringer Entfernung ist dem Substrat 2 das Target
gegenübergestellt, das aus den Ring-Sektoren 3, 4, 5 besteht, welche durch Erdungsstege 6, 7, 8 voneinander
getrennt sind. Im dargestellten Ausfülirungsbeispiel ist
das Target als Ringtarget ausgebildet, wobei die Sektoren 3, 4 und 5 jeweils auf verschiedener Gleichoder
Hochfrequenz Spannung liegen. Selbstverständlich ist es auch möglich, alle Sektoren 3,4,5 auf dieselbe
Spannung zu legen. Mit 14, 15, 16 sind die Zuleitungen zur Zuführung der Spannung zu den Targetsektoren
bezeichnet. An das Gehäuse 1 ist bei 17 eine Vakuumpumpe angeschlossen, welche den Raum
zwischen dem Substrat und dem Target 3 bis 8 auf einei.-möglichst
niedrigen Druck hält.
F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Ringtarget, das so ausgebildet ist, daß es auf einem Substrat eine Schicht
gleichmäßiger Dicke mit überaus kleinem Randabfall erzeugt. Wie man erkennt, wächst die Breite der
Target-Sektoren 20,21,22,23 linear mit ihrem Abstand
vom Mittelpunkt an, während die Breite der Erdungsstege 24, 25, 26, 27 mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt
abnimmt.
Bei dem in F i g. 3 dargestellten Rtngtarget wächst die
Breite der ringförmigen Target-Sektoren 28, 29, 30 mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt an, während die Breite
der Erdungsstege 31, 32, 33 gleichbleibt. Mit Hilfe der Anschlüsse 34, 35, 36 können die Target-Sektoren
entweder auf dieselbe Gleich- oder Hochfrequenz-Spannung gelegt werden oder es ist auch möglich, an
jeden Sektor eine andere Spannung zu legen.
Es ist möglich, die Target-Sektoren der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1, 2, 3 auf unterschiedlichen
Temperaturen zu halten, um damit die Abstäubrate jed»s Sektors zu steuern.
In F i g. 3 ist der Verlauf des elektrostatischen Feldes
zwischen den Target-Sektoren und den Erdungsstegen gestrichelt eingezeichnet. Punktiert ist eingezeichnet,
wie die von den Target-Sektoren abgestäubten Teilchen sich unter dem Einfluß dieser Felder bewegen. Man
erkennt auch aus dieser sehr schematisch angelegten Zeichnung, daß die abgestäubten Teilchen auf dem
Substrat eine Schicht gleichmäßiger Dicke erzeugen.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Bandtarget, wobei die Erdungsstege mit 37, und die Target-Sektoren
mit 33 bezeichnet sind. Auch hier ist wieder der Verlauf
der elektrostatischen Felder und der Weg der abgestäubten Partikel schematisch eingezeichnet. Ein
solches Bandtargel kann in einer großen Lange hergestellt werden und eignet sich besonders für
großflächige oder fortlaufende Bestäubungen.
F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch ein Bandtarget, dessen Target-Sektor mit 39 bezeichnet ist. Dieser
Sektor ist von der Erdungselektrode 40 umgeben. Einem solchen Bandtargel kann eine Form gegeben werden,
die sich z. B. einer Kugelfläche oder einem anders geformten Substrat anpaßt.
F i g. 6 zeigt einen Schnitt durch ein Rohrtarget. Dieses ist dadurch hergestellt, daß in den geerdeten
Melallblock 41 Längsbohrungen eingebracht sind und daß in diese Bohrungen Rohre eingebracht sind. Diese
Rohre wirken als Target-Sektor, ledes der Rohre besteht aus einem Target-Träger 42 auf dem das
eigentliche Targetmaterial 43 aufgebracht ist. Die Trägerrohre 42 sind zweckmäßig zur Temperierung
oder Kühlung von Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit durchflossen, wie dies durch den Pfeil 44
angedeutet ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Rohre 42 zu drehen (Pfeil 45) um ein gleichmäßiges Abstäuben
des Targetsmaterials zu erreichen.
In F i g. 6 ist wieder der Verlauf der elektrostatischen
Felder zwischen den durch die stehengebliebenen Stege des Blockes 41 gebildeten Erdungsstegen und den durch
die Rohre 42 gebildeten Target-Sektoren dargestellt.
Bildet man den Block 41 so aus wie dies die linke Hälfte der F i g. 6 zeigt, so kann das dargestellte Target
auch zweiseitig verwendet werden.
F i g. 7 zeigt ein Rohrtarget, bei dem in einem geerdeten Block 46 ein Rohr 47 angeordnet ist. Auch
dieses Rohr kann wieder von einer Kühlflüssigkeit durchflossen sein. Auf dem Rohr sind sektorenförmig
vier verschiedene Target-Materialien 48, 49, 50, 51 aufgetragen. Wird während des Bestäubungsvorganges
das Rohr 47 schnell gedreht, so entsteht auf dem Substrat als Schicht eine Legierung aus den vier
verwendeten Target-Materialien. Bei langsamer Drehung des Rohres 47 entstehen Mehrfach-Sehichten mit
kontinuierlichem Übergang.
Alle hier dargestellten Ausführungsbeispiele lassen sich sowohl für Diodenzerstäubung als auch für eine
Hochfrequenz-Zerstäubung verwenden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat, bei der eine
elektrische Entladung zwischen dem Substrat und einem in Sektoren unterteilten Target erzeugt ist
und bei der die zu zerstäubenden Target-Sektoren auf gleicher oder unterschiedlich gewählter Spannung
liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren (3 bis 5,20 bis 23,28 bis 30) aus
ein und demselben ZerstäubuRgsmaterial bestehen und jeweils durch Erdungsstege (6 bis 8,24 bis 27,31
bis 33) voneinander getrennt sind.
2. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren
(20 bis 23,28 bis 30) verschieden breit sind.
3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Erdungsstege (24
bis 27) verschieden breit sind.
4. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Target kreisförmig
ausgebildet ist, daß die Target-Sektoren (20 bis 23) und die Erdungsstege (24 bis 27) ringförmig
angeordnet sind, und daß die Breite der ringförmigen Target-Sektoren (20 bis 23) mit ihrem Absland
vom Mittelpunkt anwächst.
5. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 4.
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Target-Sektoren (20 bis 23) linear mit ihrem Abstand vom
Mittelpunkt anwächst.
6. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der ringförmigen
Erdungsstege (24 bis 27) mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt abnimmt.
7. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren (3
bis 5, 20 bis 23, 28 bis 30) auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten sind.
8. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren
bewegbar sind.
9. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren
aus mehreren um ihre Achse drehbaren Rohren (42) gebildet sind, die in einem auf Erdpotential liegenden
Metallblock (41) nebeneinander angeordnet sind.
10. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (42) aus
einem Trägermaterial bestehen, auf welches das Targetmaterial (43) aufgebracht ist.
11. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene
Sektoren (48 bis 51) eines rohrförmigen Trägers (47) mit verschiedenem Targetmaterial belegt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732350322 DE2350322C3 (de) | 1973-10-06 | Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732350322 DE2350322C3 (de) | 1973-10-06 | Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2350322A1 DE2350322A1 (de) | 1975-04-17 |
DE2350322B2 DE2350322B2 (de) | 1976-03-25 |
DE2350322C3 true DE2350322C3 (de) | 1976-11-11 |
Family
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5985115A (en) | 1997-04-11 | 1999-11-16 | Novellus Systems, Inc. | Internally cooled target assembly for magnetron sputtering |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5985115A (en) | 1997-04-11 | 1999-11-16 | Novellus Systems, Inc. | Internally cooled target assembly for magnetron sputtering |
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