DE4201551C2

DE4201551C2 - Zerstäubungskathode

Info

Publication number: DE4201551C2
Application number: DE4201551A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Gegenwart
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2012-01-23
Also published as: DE4201551A1; US5334298A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäubungs kathode, die nach dem Magnetronprinzip arbeitet, mit einem Kathodenkörper, der mit einem eine Zerstäubungs fläche und eine Umfangsfläche aufweisenden Target aus gestattet ist, bei der hinter dem Target ein Magnetsystem mit ineinander liegenden Polen entgegengesetzter Polarität zur Erzeugung von magnetischen Feldlinien vorgesehen ist, die aus dem Target austreten und nach Durchlaufen von bogenförmigen Bahnen wieder in das Target eintreten, und bei der eine elektrisch schwimmend angeordnete Dunkelraumabschirmung vorgesehen ist, die einen den Kathodenkörper überdeckenden Fortsatz mit einem dem Target zugewandten Innenraum aufweist und die durch einen Spalt vom Target und vom Kathodenkörper getrennt ist.

Eine Zerstäubungskathode dieser Art ist aus der EP 210 473 A2 bekannt. Ferner ist es bekannt (DE 37 38 845 A1, DE 34 11 536 C2), ein Target auf den Bereich zu be schränken, der lediglich sputtert bzw. abgetragen wird. Dies wird in vorteilhafter Weise bei der Zwischenpol- Targetkathode dadurch erreicht, daß nur das Target al lein auf Potential liegt. Ferner ist es bei Großkatho den aus Glasbeschichtungsanlagen bekannt, die Bereiche des Target, die nicht sputtern bzw. abgetragen werden, mit Blenden abzudecken. Das hat jedoch den Nachteil, daß diese Blenden ebenfalls beschichtet werden und diese Beschichtungsteile abblättern können, auf das Substrat fallen und es auf diese Weise unbrauchbar ma chen. Bei relativ großen Kathoden, beispielsweise mit einer großen Länge, können sich aufgrund ihrer Instabi lität derartige Blenden relativ leicht verbiegen, so daß es dann zu Kurzschlüssen kommen kann.

Werden reaktive Sputterprozesse mittels Kathodenzer stäubung bei Verwendung einer Edelgasatmosphäre durch geführt und dabei Metall zerstäubt und sollen dabei Oxyde oder Nitride gebildet werden, dann wird dieser Atmosphäre Reaktivgas zugeführt. Die dadurch erzielten Reaktionsprodukte werden normalerweise nicht nur am Substrat sondern auch an der Targetoberfläche nieder geschlagen. Sind derartige Reaktionsprodukte hoch iso lierend wie beispielsweise Siliziumoxyd oder Aluminium nitrid, dann kommt es durch Aufladen dieser Oberfläche zu dielektrischen Durchbrüchen, d. h. zu sogenannten Überschlägen (arcings) und dadurch auch zu Stabilitäts problemen. Bei hochreaktiven Prozessen führen diese Stabilitätsschwankungen dazu, daß die Schichten ungleichmäßig werden und die Überschläge (arcings) bewirken, daß Partikel von der Targetoberfläche abgesprengt werden, die sich dann auf dem Substrat niederschlagen. Geht es dabei speziell in der Elektronik um isolierende Schichten, so wird dadurch das Substrat unbrauchbar. Bei der Herstellung von optischen Schichten können ungleichmäßig aufgetragene Schichten zu erhöhtem Streulicht in der Schicht führen.

Bei der bekannten eingangs genannten Zerstäubungskathode wird durch die elektrisch schwimmende Abschirmung wird gewährleistet, daß keine Beladung der Targetoberfläche mit Reaktionsprodukten außerhalb des Targets erfolgt. Es findet außerhalb des Targets keine Belegung der Kanten statt bzw. es bildet sich kein Oxyd, und dadurch kommt es auch nicht mehr zu Überschlägen (arcing-Bildung), so daß der Zer stäubungsprozeß über den gesamten Prozeßablauf stabil bleibt, da die äußeren Bereiche des Kathodenkörpers durch die massive, elektrisch schwimmende Abschirmung geschützt ist. Die elektrisch schwimmende Abschirmung überdeckt bei der bekannten Zerstäubungskathode jedoch teilweise die Targetoberfläche, so daß das Target nicht optimal ausgenutzt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Zerstäubungskathode der eingangs genannten Art, die Targetausnutzung zu erhöhen.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Target in einer durch die Dunkelraumabschirmung gebildete Aussparung derart aufgenommen ist, daß die außen liegende, vom Grundkörper abgewandte Stirnfläche der Dunkelraumabschirmung auf der gleichen Querebene liegt wie die außen liegende Targetoberfläche oder mit Bezug auf die außen liegende Targetoberfläche zurückgesetzt ist.

Hierdurch wird auch auf einfache Weise die Targetausnutzung erhöht, da nur der Bereich am Targetmaterial eingesetzt bzw. abgetragen wird, der frei bzw. nicht abgedeckt ist.

Es ist vorteilhaft, daß auf dem Kathodengrund körper eine Grundplatte montiert ist, auf der das Tar get fest angeordnet (aufgebondet) ist.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil dung der erfindungsgemäßen Zerstäubungskathode, daß die auf Spannung liegenden Teile der Bondplatte und des Katho dengrundkörpers von der elektrisch schwimmend ange ordneten Dunkelraumabschirmung umgeben sind, so daß ein Sputtern bzw. Abstäuben in diesen Bereichen verhin dert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß die Dunkelraumabschirmung aus einem metal lisch leitenden Material besteht und gegenüber der Ka thode und dem Target elektrisch isoliert ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Dun kelraumabschirmung gegenüber der Kathode und dem Target über mindestens einen Abstandshalter elektrisch isoliert ist. Durch die freitragende Anordnung der Dunkelraumabschirmung und durch Verwendung der isolie renden Abstandhalter wird auf baulich einfache Art sichergestellt, daß lediglich das Target abgetragen wird, während die übrigen Teile unberücksichtigt bleiben. Hierzu ist es vorteilhaft, daß die Abstandshalter aus nichtleitendem Material gebildet sind.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, die Dunkelraumabschirmung über den Abstandshalter mit parallelem Abstand zur Außenseite der Grundplatte und/oder zur Außenseite des Grundkörpers angeordnet ist und Befestigungselemente abdeckt.

Vorteilhaft ist es ferner, daß der Abstand des Fortsatzes der Dunkelraumabschirmung zur Außenseite der Grundplatte kleiner ist als der Abstand eines der Außenseite des Grundkörpers zugewandten Schenkels der Dunkelraumabschirmung.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß die Dunkelraumabschir mung an ihrer innen liegenden Seite Aussparungen aufweist, die zumindest teilweise zur Aufnahme von Befestigungselementen dienen, über die das Target auf der Grundplatte und/oder dem Grundkörper (1) befestigt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

In der einzigen Figur ist mit 1 der Grundkörper bzw. der Kathodengrundkörper bezeichnet, der wannenförmig ausge bildet sein kann bzw. auch eine andere Form aufweisen kann. In dem Kathodengrundkörper 1 befindet sich zumin dest ein wasserdurchströmbarer Kühlkanal, der über eine Grundplatte 2 dichtend verschlossen ist. Der Kathodengrundkörper 1 und die Grundplatte 2 bestehen aus einem magnetischen Werkstoff, vorzugsweise aus Kup fer. In dem wannenförmigen Hohlkörper befindet sich ein Magnetsystem 6, das aus einer ferromagnetischen Joch platte 7 und zahlreichen Permanentmagneten 8 besteht, deren Magnetisierung durch Pfeile angedeutet ist. Die äußeren Permanentmagnete 8 bilden eine Reihe in Form einer Rennbahn und die innen liegenden Permanent magnete 8 eine lineare Reihe.

Der Grundkörper 1 ist Teil einer in der Figur nur teilweise schematisch dargestellten Magnetronkathode, bei der das Plasma vor einem Target 3 durch eine ent sprechende Magnetfeldkonfiguration gebildet und somit eingeschlossen ist.

In der Figur ist nur die Schnittdarstellung einer Hälfte einer Magnetronkathode in einem vereinfachten schematischen Aufbau wiedergegeben.

Beim Zerstäubungsvorgang, beispielsweise mit Substrat vorspannung, ist das Substrat gegen Masse isoliert. Während des Beschichtungsvorgangs wird dann eine nega tive Vorspannung an das Substrat gelegt. Dieses Vor spannungspotential hat zur Folge, daß die Schicht wäh rend des Aufwachsens mit Inertgas bombardiert wird. Ist die Vorspannung zu groß, d. h. ab einer Spannung von ca. 200 V, nehmen die Inertgasionen so viel Energie auf, daß sie tiefer in die wachsende Schicht eindringen und dort eingebunden werden.

Durch entsprechende Einstellung der Prozeßparameter lassen sich die Eigenschaften einer Schicht ändern. Um Verunreinigungen beim Zerstäubungsvorgang weitgehend auszuschalten, sind alle nicht für den Zerstäubungsvor gang notwendigen Teile entsprechend abgedeckt bzw. ab geschirmt, so daß nur an der wirksamen Targetoberfläche ein Zerstäubungsvorgang stattfindet.

Das in der Zeichnung im Schnitt dargestellte Target 3 weist vor dem Prozeßbeginn eine ebene Targetoberflä che 9 auf. Das Target 3 ist auf der Grundplatte 2 be festigt, die über Befestigungselemente bzw. Schrau ben 27 an dem das Magnetsystem 6 aufnehmenden wannen förmigen Grundkörper 1 befestigt ist.

An das Target 3 schließt sich beiderseits eine Dunkel raumabschirmung 11 an, die im Querschnitt L-förmig aus gebildet ist und mit Bezug auf die Zeichnung aus einem horizontal verlaufenden Schenkel 29 und einem vertikal verlaufenden Schenkel 30 besteht.

Die aus den Schenkeln 29, 30 gebildete Dunkelraum abschirmung 11 ist elektrisch schwimmend gelagert und weist daher einen geringfügigen Abstand zu einer Stirnseite 19 der Grundplatte 2 und einer Außenseite 23 des Grundkörpers 1 auf. Der durch den Abstand gebildete Spalt zwischen dem Schenkel 29 und der Stirnseite 19 ist gleich oder kleiner als der zwischen der Außen seite 23 des Grundkörpers 1 und dem Schenkel 30 der Dunkelraumabschirmung 11.

Die auf Spannung liegenden Teile der Grundplatte 2 und des Kathodengrundkörpers 1 sind von der elektrisch schwimmend angeordneten Dunkelraumabschirmung 11 derart umgeben, daß nur die noch freiliegende Targetoberfläche abgesputtert bzw. zerstäubt wird.

Die Dunkelraumabschirmung 11 ist aus einem metallisch leitenden Material gebildet und gegenüber dem Grundkör per bzw. dem Kathodengrundkörper 1 und dem Target 3 elektrisch isoliert.

Hierzu dienen elektrisch nichtleitende Abstandhal ter 20, die in dem Spalt zwischen der Dunkelraum abschirmung 11 und dem Grundkörper 1 vorgesehen sind. Die Abstandhalter 20 sind in vorteilhafter Weise aus nichtleitendem Material gebildet.

Die Dunkelraumabschirmung 11 weist eine außen liegende vom Grundkörper 1 abgewandte Stirnseite 21 auf, die auf der gleichen Querebene liegt, wie die außen liegende Targetoberfläche 9. Die vom Grundkörper 1 abgewandte Stirnseite 21 der Dunkelraumabschirmung 11 kann mit Be zug auf die außen liegende Targetoberfläche 9 des Tar gets 3 auf der gleichen Querebene liegen oder auch et was zurückgesetzt sein.

Damit die einzelnen Befestigungselemente 27 vom Zer stäubungsvorgang verschont bleiben, weist die Dunkel raumabschirmung 11 an ihrer innen liegenden Seite Aus sparungen 26 auf, die zumindest teilweise zur Aufnahme der Befestigungselemente 27 dienen, über die das Tar get 3 auf der Grundplatte 2 und/oder auf den Schenkeln des Grundkörpers 1 befestigt ist.

Bezugszeichenliste

1 Grundkörper = Kathodengrundkörper
2 Grundplatte
3 Target
5 Kühlkanal
6 Magnetsystem
7 Jochplatte
8 Permanentmagnet
9 Oberfläche = Targetoberfläche
11 Dunkelraumabschirmung
19 Stirnseite
20 Abstandhalter
21 Stirnseite
23 Außenseite des Grundkörpers 1
26 Aussparung
27 Befestigungselement
29 Schenkel
30 Schenkel

Claims

1. Zerstäubungskathode, die nach dem Magnetronprin zip arbeitet, mit einem Kathodenkörper (1), der mit einem eine Zerstäubungsfläche und eine Um fangsfläche aufweisenden Target (3) ausgestattet ist, bei der hinter dem Target (3) ein Magnetsystem (6) mit ineinander liegenden Polen (8) entgegengesetzter Polarität zur Erzeugung von magnetischen Feldlinien vorgesehen ist, die aus dem Target (3) austreten und nach Durchlaufen von bogenförmigen Bahnen wieder in das Target eintre ten, und bei der eine elektrisch schwimmend angeordnete Dunkelraumabschirmung (11) vorgesehen ist, die einen den Kathodenkörper (1) überdeckenden Fortsatz (29) mit einem dem Target (3) zugewandten Innenrand aufweist und die durch einen Spalt vom Target (3) und vom Kathodenkörper (1) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (3) in einer durch die Dunkelraumabschirmung (11) gebildete Aussparung derart aufgenommen ist, daß die außen liegende, vom Grundkörper (1) abgewandte Stirnseite (21) der Dunkelraumabschirmung (11) auf der gleichen Querebene liegt wie die außen liegende Targetoberfläche (9) oder mit Bezug auf die außen liegende Targetoberfläche (9) zurückgesetzt ist.

2. Zerstäubungskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß auf dem Kathodengrundkörper (1) eine Grundplatte (2) montiert ist, auf der das Tar get (3) fest angeordnet (aufgebondet) ist.

3. Zerstäubungskathode nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die auf Spannung liegenden Teile der Grundplatte (2) und des Kathodengrund körpers (1) von der elektrisch schwimmend ange ordneten Dunkel raumabschirmung (11) umgeben sind.

4. Zerstäubungskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Dunkelraumabschirmung (11) aus einem metallisch leitenden Material besteht und gegen über der Kathode und dem Target (3) elektrisch isoliert ist.

5. Zerstäubungskathode nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dunkelraumabschirmung (11) gegenüber der Ka thode und dem Target (3) über mindestens einen Abstandhalter (20) elektrisch isoliert ist.

6. Zerstäubungskathode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (20) aus nichtleitendem Mate rial gebildet sind.

7. Zerstäubungskathode nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dunkelraumabschirmung (11) über den Abstandhalter (20) mit parallelem Abstand zur Außenseite (19) der Grundplatte (2) und/oder zur Außenseite (23) des Grundkörpers (1) angeordnet ist und Befestigungselemente (27) abdeckt.

8. Zerstäubungskathode nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Fortsatzes (29) der Dunkel raumabschirmung (11) zur Außenseite (19) der Grundplatte (2) kleiner ist als der Abstand eines der Außenseite (23) des Grundkörpers (1) zugewandten Schenkels (30) der Dunkelraumabschir mung (11).

9. Zerstäubungskathode nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dunkelraumabschirmung (11) an ihrer innen liegenden Seite Aussparungen (26) aufweist, die zumindest teilweise zur Aufnahme von Befesti gungselementen (27) dienen, über die das Tar get (3) auf der Grundplatte (2) und/oder auf dem Grundkörper (1) befestigt ist.