DE69103478T2 - Anlage zur Kathodenzerstäubung mit hoher Geschwindigkeit. - Google Patents
Anlage zur Kathodenzerstäubung mit hoher Geschwindigkeit.Info
- Publication number
- DE69103478T2 DE69103478T2 DE1991603478 DE69103478T DE69103478T2 DE 69103478 T2 DE69103478 T2 DE 69103478T2 DE 1991603478 DE1991603478 DE 1991603478 DE 69103478 T DE69103478 T DE 69103478T DE 69103478 T2 DE69103478 T2 DE 69103478T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- target
- cathode
- pole
- substrates
- electrons
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 title claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 230000005596 ionic collisions Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- 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
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32697—Electrostatic control
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
- C23C14/355—Introduction of auxiliary energy into the plasma using electrons, e.g. triode sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- 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
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
- H01J37/3405—Magnetron sputtering
- H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/332—Coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/332—Coating
- H01J2237/3322—Problems associated with coating
- H01J2237/3325—Problems associated with coating large area
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Zerstäubung, die eine Kathode mit Magnetroneffekt und erhöhtem Zerstäubungsgrad umfaßt.
- Die Kathodenzerstäubung ist ein bereits bewährtes Verfahren, um feste und einheitliche Schichten aus einem Überzugsmaterial auf bestimmte Substrate aufzubringen. Das Verfahren der Kathodenzerstäubung, das insbesondere im Patent US-2 146 025 beschrieben ist, wird mittels einer an eine Stromquelle angeschlossen Kathode durchgeführt, die sich in Gegenwart eines Gases (beispielsweise von Argon) in einem Behälter mit verdünnter Atmosphäre befindet. Ein aus dem zu zerstäubenden Material hergestelltes Target, das auf der Kathode befestigt ist, wird mit energiereichen Ionen beschossen, die durch den Zusammenstoß von im Vakuumbehälter verteilten Gasmolekülen mit durch ein elektrisches Feld beschleunigten Elektronen entstehen. Diese Gasionen scheiden sich auf dem Target der Kathode mit einer Energie ab, die ausreichend ist, um daraus Partikel herauszuschlagen. Das zu beschichtende Substrat ist in der Flugbahn dieser Partikel angeordnet, wodurch eine feine Schicht des Materials aufgebracht wird, aus welchem das Target ausgeführt ist und das im allgemeinen aus einem Metall oder einer Legierung ("Metallbetriebsweise") oder einer chemischen Verbindung dieses zerstäubten Materials besteht, die sich durch Umsetzung mit einem Reaktionsgas bildet, das zu diesem Zweck in die Zerstäubungskammer eingefüllt ist ("Reaktionsbetriebsweise").
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Kathodenzerstäubung kann vorteilhafterweise sowohl für die Zerstäubung mit Metallbetriebsweise als auch für die Zerstäubung durch Reaktionsbetriebsweise verwendet werden, darüber hinaus ist sie in letzterer besonders vorteilhaft.
- Die Ausbeute des Kathodenzerstäubungsverfahrens war ursprünglich sehr gering und es mußte, um sie zu erhöhen, mit einem relativen Niedervakuum gearbeitet werden.
- Auf Grund der Möglichkeit, die Ionen in der Nähe des Targets durch ein Magnetfeld einzuschließen, entwickelte sich dieses Verfahren unter wesentlicher Erhöhung von Zerstäubungsgrad und Reinheit der Schichten beachtlich.
- Im Patent US-4 166 018 ist eine Kathode mit flachem Target beschrieben, hinter welchem Magnete derart angeordnet sind, daß eine Einschlußzone in Form einer ovalen Bahn gebildet wird, in der die Elektronen gefangen sind, wodurch eine beträchtliche Erhöhung der Anzahl der Zusammenstöße mit den Gasatomen, der dadurch in der Nähe der Kathode erzeugten Ionenstöße und deshalb des Zerstäubungsgrads erreicht wird.
- Es ist selbstverständlich, daß weiter versucht wird, die Ausbeute der Kathodenzerstäubungsverfahren zu erhöhen. Dabei ist das Bedürfnis nach einer solchen Verbesserung bei der Zerstäubung in Reaktionsbetriebsweise besonders groß.
- Werden chemische Verbindungen abgeschieden, die durch Umsetzung des Targetmetalls mit einem in den Behälter gefüllten Reaktionsgas erhalten worden sind, ist festzustellen, daß sich die gewünschte chemische Verbindung sowohl auf dem Target als auch auf dem Substrat, vorzugsweise mit angeregten Molekülen, gleich gut bildet.
- Das Target wird zonenweise von einer nicht oder schlecht leitenden dünnen Schicht bedeckt, die sich durch Reaktion des Targetmaterials mit dem Restgas bildet.
- Andererseits ist es schwierig, die Bildung dieser selben Verbindungen ausgehend von dem Reaktionsgas und den Ionen oder angeregten neutralen Molekülen und Clustern auf dem Substrat direkt zu steuern.
- Außerdem führt die Ansammlung von Elektronen insbesondere von solchen mit niedriger Energie, in unmittelbarer Nähe der Kathode zur Entstehung einer Raumladung, die den Durchgang des Entladungsstroms begrenzt.
- Es ist bekannt, daß manche Konstrukteure in einer Zone, die von der Einschlußzone entfernt ist, eine zusätzliche Elektrode, als Elektronensammel- oder -ableitungselektrode bezeichnet, verwenden, deren Aufgabe es ist, die Entladungselektronen "abzupumpen", um die Ansammlung von Elektronen mit niedriger Energie zu vermeiden, die vom Gesichtspunkt der Ionisierung wenig wirkungsvoll sind und ebenfalls eine Raumladung bilden, welche den von den positiven Ionen transportierten Strom begrenzt.
- Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit Magnetronkathode bereitzustellen, welche es erlaubt, die Verteilung und Wirkungen der geladenen Partikel derart zu steuern, daß die energetische und die chemische Ausbeute des Aufbringungsverfahrens erhöht wird.
- Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Verbesserung der Qualität der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht.
- Eine andere erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung, die es gestattet, im Behälter mit einem Hochvakuum zu arbeiten, dessen Druck niedriger als der normale Betriebsdruck eines Magnetrons (einige 0,1 Pa) ist, wodurch eine größere Reinheit der Schicht erreicht wird.
- Der erfindungsgemäße Gegenstand ist eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten durch Kathodenzerstäubung, die eine Vakuumzerstäubungskammer, ein Transportsystem für das Tragen und Bewegen der Substrate durch diese Kammer und wenigstens eine Kathode umfaßt, die aus einem Target, dessen Außenfläche aus einem zu zerstäubenden Stoff gebildet ist und das wenigstens einen aktiven Bereich enthält, Mitteln zum Anschluß an eine elektrische Stromquelle, einem Kühlkreislauf des Targets, Mitteln zum Anschluß an diesen Kühlkreislauf und magnetischen Einschlußmitteln besteht, die Magnete enthalten, deren gleichsinnige Pole über Polschuhe verbunden sind, welche die aktive Fläche des Targets bilden, wobei die Vorrichtung außerdem in der Nähe und parallel zu der Oberfläche der Substrate angeordnet wenigstens ein Paar aus Elektroden enthält, die gegenphasig an eine nieder- oder mittelfrequente Spannungsquelle angeschlossen und in der Lage sind, eine Schwingung der geladenen Partikel auf der Höhe der Substrate zu bewirken, und zwischen diesen Elektroden ein Injektor für Reaktionsgas angebracht ist.
- Der Injektor für das Reaktionsgas ist vorteilhafterweise rohrförmig und enthält zwei Austrittsöffnungen, wobei wenigstens ein Paar aus Elektroden auf beiden Seiten dieser Öffnungen angebracht ist und dieser Injektor und diese Elektroden in der Nähe des Substrats senkrecht zur Richtung der den Substraten durch das Transportsystem verliehenen Bewegung angeordnet sind.
- Vorteilhafterweise ist die niederfrequente Spannungsquelle in der Lage, eine Rechteckschwingung zu erzeugen.
- Bevorzugterweise sind die Polschuhe mit zur Kathode entgegengesetzter Polarität derart verschieden geformt oder angeordnet, daß sie den magnetischen Flußlinien, welche den Luftspalt überbrücken, eine in bezug auf eine Mittenebene, die zwischen diesen Polschuhen verläuft, asymmetrische Krümmung verleihen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Kathode ein festes Target.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist wenigstens einer der Polschuhe in bezug auf die aktive Fläche des Targets nach vorn gerichtet angebracht.
- Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform steht wenigstens einer der Polschuhe in bezug auf die aktive Fläche des Targets nach vorn über und enthält einen Rand, der im wesentlichen zum anderen Polschuh gerichtet ist.
- Gemäß dieser Ausführungsform ist wenigstens einer der Polschuhe in bezug auf die aktive Fläche des Targets nach vorn gerichtet angebracht.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Polschuh, der in bezug auf die aktive Fläche des Targets nach vorn übersteht, in seinem am weitesten vom Target entfernten Bereich einen Rand, der im wesentlichen zum anderen Polschuh gerichtet ist.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung mit Kathoden versehen, deren Target hohlzylindrisch ist und mit Mitteln, welche es sich um seine Achse drehen lassen können, und mit inneren Kühlmitteln ausgerüstet ist.
- In der obigen Ausführungsform sind die magnetischen Mittel vorteilhafterweise außerhalb des Volumens des zylindrischen Targets angeordnet.
- Bevorzugterweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung nahe des Targets und zu ihm gerichtet ein Bauteil für die Zufuhr von Elektronen mit hoher Energie. Dieses Bauteil ist vorteilhafterweise ein Elektronenstrahler, in der Nähe eines Polschuhs angeordnet, der praktisch tangential zum Target mündet.
- Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält das Bauteil für die Zufuhr der Elektronen einen Heizdraht, in einer Nut befestigt, die unter einem Polschuh parallel zu dessen Achse angebracht ist, wobei die Innenseite dieser Nut mit einer Ablenkeinrichtung ausgerüstet Ist, welche mit der negativen Spannung der Zerstäuberquelle polarisiert wird und die vom Draht emittierten Elektronen zum Target senden kann, wobei dieser Heizdraht vorzugsweise von einem Isoliertransformator versorgt wird, der eine periodische Niederspannung liefert.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt auch vorzugsweise eine derart polarisierte Elektrode, daß sie die Bewegung der im Plasma entstehenden geladenen Partikel bewirkt und die in der Nähe eines der Polschuhe angebracht ist.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrode mit der Masse verbunden und an der Seite des Polschuhs angeordnet, der sich gegenüber der maximalen Ablenkung der Kraftlinien des Magnetfelds im Luftspalt befindet.
- In einer Ausführungsform ist die Elektrode über einen RLC- Kreis mit der Masse verbunden, was zu einer Selbstpolarisierung dieser Elektrode führt.
- Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile sind der Beschreibung einer anschließend erläuterten besonderen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen zu entnehmen, wobei
- - Figur 1 eine schematische und perspektivische Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Achse einer Bahn einer klassischen "race-track"-Magnetronkathode steht,
- - Figur 2 eine schematische Schnittansicht entlang einer Ebene, die parallel zur Bewegungsrichtung des Substrats einer Bahn einer "belt-track"-Magnetronkathode steht, die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit erhöhtem Zerstäubungsgrad angebracht ist,
- - Figur 3 eine schematische Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Mittenebene des Targets einer Kathode der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht, die mit einem Elektronenstrahler ausgerüstet ist,
- - Figur 4 eine Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Mittenebene einer "race-track"-Kathode der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht,
- - Figur 5 eine schematische Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Achse einer Kathode steht, mit der die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgerüstet sein kann und die mit einem drehbaren Target mit äußerem Magnetkreis versehen ist,
- - Figur 6 eine perspektivische Ansicht mit vergrößerter Einzelheit einer erfindungsgemäßen Kathode mit Sammelelektroden und
- - Figur 7 eine Kurve des Verlaufs des Zerstäubungsgrades in Abhängigkeit von der Frequenz
- zeigt.
- Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Achse einer Bahn einer klassischen "race-track"-Doppelkathode steht.
- Das Target besteht aus zwei flachen Blechen 1, die aus dem zu zerstäubenden Material hergestellt sind. Quer, bezogen auf die Achse 3 des Targets, und hinter diesem sind Magnete 2 angebracht, wobei die Polschuhe 4 den Magnetfluß bis auf die Höhe der Rückseite jedes Targets bringen.
- Die Magnetflußlinien 5 des Luftspalts, die sich über dem Target 1 schließen, begrenzen wegen der Ringform jedes Targets geschlossene toroidische Einschlußflächen.
- Dieses Target 1 kann auch aus einem zylindrischen Blech bestehen, das sich selbst um die magnetischen Mittel 2 herumschließt.
- Die zwischen diesen Flußlinien 5 eingeschlossenen Elektronen 6 "driften ab", d.h. sie bewegen sich drehend, ohne sich entfernen zu können. Durch diese langen Flugbahnen wird die Wahrscheinlichkeit, daß diese Elektronen auf ein Gasatom treffen und es ionisieren, stark erhöht. Diese Reaktionen finden jedoch vorzugsweise in der Nähe der Oberfläche des Targets 1 statt, wo der Einschluß am größten ist.
- Dieser Einschluß spielt paradoxerweise auch eine negative Rolle, insbesondere, wenn man in der Reaktionsbetriebsweise arbeitet, d.h., wenn Gas, das mit dem zerstäubten Stoff reagieren kann, in den Behälter gefüllt ist.
- Wird die Erzeugung einer Verbindung auf dem Substrat gewünscht, ist man ganz besonders daran interessiert, daß sich die gewünschte Verbindung auf dem Substrat selbst oder in dessen Nähe bildet. Durch die Form der Kathode wird jedoch eine erhöhte Dichte von Elektronen in der Nähe des Targets 1 und auch von thermischen Sekundärelektronen bewirkt und begünstigt.
- Es bildet sich eine "Raumladung", welche die Stromentladung und damit den Zerstäubungsgrad begrenzt.
- Andererseits bildet sich die gewünschte Verbindung sowohl auf dem Target 1 wie dem Substrat gleich gut. Dadurch wird die Oberfläche des Targets 1 teilweise mit einer Schicht bedeckt, deren Gegenwart den Durchgang des Entladungsstroms behindert.
- Figur 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Achse des Targets 1 einer "belt"-Kathode des im Patent EP 018 690 beschriebenen Typs steht, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird.
- Hinter dem Target 1 ist ein Magnetkreis angebracht, der aus magnetischen Mitteln 2 (hier Magneten) besteht, an die Polschuhe 8, 9 mit verschiedenen Querschnitten angefügt sind, wodurch dem resultierenden Magnetfeld, 10 eine asymmetrische Form verliehen wird.
- Die Kraftlinien dieses Feldes 10 weisen an der Seite des geringer dimensionierten Polschuhs 8 eine in Richtung Substrat 11 ausgeprägte Krümmung auf, wobei durch diese Form eine als "Halbeinschluß" bezeichnete Zone 12 erzeugt wird, in welcher die Wahrscheinlichkeit einer Entfernung der Elektronen in Richtung Substrat deutlich erhöht wird.
- Selbst Elektronen mit relativ geringem Energieniveau können dadurch zum Substrat fliegen.
- In Höhe des größer dimensionierten Polschuhs 9 ist eine selbstpolarisierte oder durch einen Zusatzkreis 13 polarisierte Elektrode angebracht. Diese Elektrode 13 begünstigt den Flug der Elektronen in Richtung der Zone 12 mit geringerem Einschluß. Sie kann entsprechend den Anwendungszwecken direkt oder über einen RLC-Kreis 14 an die Masse angeschlossen oder auch in bezug auf sie positiv oder negativ polarisiert sein. Gemäß der für die im Plasma entstehenden Partikel erwünschten Wirkung kann auch an diese Elektrode 13 eine periodische Spannung angelegt werden.
- Die Ionisierungswahrscheinlichkeit und, als Folge davon, der Ionenstrom des Targets werden in der Kathode der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die geregelte Zufuhr von Elektronen mit einer Energie, die über der zur Ionisierung der Betriebsatmosphäre erforderlichen liegt, gesteuert. In der in Figur 2 beschriebenen Ausführungsform besteht dieses Zufuhrmittel 15 aus einem Heizdraht 16, befestigt in einer Nut 17, die entlang eines der Polschuhe 9 angebracht ist.
- Die emittierten Elektronen werden von einer Ablenkeinrichtung 18 in Richtung Einschlußzone reflektiert. Der Heizdraht 16 wird über einen (nicht dargestellten) Isoliertransformator versorgt. Im Polschuh 9 ist ein zusätzlicher Kühlkreislauf 19 vorgesehen.
- Auf Grund dieses zusätzlichen Elektronenzufuhrmittels 15 kann der Betriebsdruckbereich der Vorrichtung bis auf Drücke von unter einem Millionstel ausgedehnt werden.
- Eine andere Ausführungsform dieser Elektronenzufuhr ist in Figur 4 gezeigt. Haben die Elektronen 6 das Hüllvolumen der Einschlußflugbahnen 20 überwunden, befinden sie sich in der Nähe des Substrats 11 und somit an der richtigen Stelle, um die Ionisierung des Flusses der neutralen Partikel, die das Target 1 erreichen, und der Atome oder Moleküle des Reaktionsgases zu bewirken. Dadurch wird die Bildung von sehr reaktiven angeregten neutralen Partikeln durch Rekombination oder Zusammenstoß in der Ebene des Substrats 11 begünstigt.
- Dieser Effekt wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch zwei Elektroden 21 verstärkt, die unmittelbar oberhalb des Substrats 11 angeordnet sind.
- Die Elektroden 21 sind im Schnitt in Figur 2 gezeigt, in der Praxis haben sie jedoch die Form von Profilen, die sich über die gesamte Breite des Substrats 11 erstrecken.
- Diese gegenphasig gekoppelten und versorgten Elektroden 21 sind an eine niederfrequente Spannungsquelle 23 angeschlossen, die vorzugsweise Rechteckwellen abgibt. Die im Plasma vorhandenen Partikel 6 werden wechselweise von jeder Elektrode 21 angezogen und anschließend wieder abgestoßen.
- Die Wahrscheinlichkeit des Zusammenstoßes der Partikel ist deshalb in unmittelbarer Nähe des Substrats stark erhöht. Das Energieniveau der erhitzten Elektronen ist erhöht und die vorhandenen Moleküle sind ionisiert und in sehr reaktive angeregte Zustände gebracht, welche die Bildung der erwünschten Verbindungen auf dem Substrat 11 begünstigen, wodurch Zusammensetzung und Homogenität der Schicht und die Zerstäubungsausbeute verbessert werden.
- Figur 3 ist eine schematische Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht steht zur Mittenebene einer Bahn eines flachen Targets mit Zufuhr von energiereichen Elektronen 6 durch einen Elektronenstrahler 22, das in der Vorrichtung verwendet werden kann.
- Der Elektronenstrahler 22 ist entsprechend eines festgelegten Winkels in bezug auf das Target 1 oder tangential zu ihm ausgerichtet. In diesem Fall ist durch den Polschuh 9 ein Durchlaß 24 angebracht.
- Figur 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Achse einer für die erfindungsgemäße Vorrichtung gestalteten "race-track"-Kathode steht.
- Das Target 1 besteht aus zwei Längsstreifen 25, die an ihren Enden verbunden sind, um eine ununterbrochene Bahn zu bilden. Die Magnete 2 sind auf der Rückseite dieser Bahn befestigt, wobei die Magnetpole gleichsinnig zur Innen- und Außenseite der Krümmung gerichtet sind und die zentralen Polschuhe 26 in bezug auf die äußeren Polschuhe 27 einen wesentlich geringeren Querschnitt aufweisen, wodurch eine Verdrehung der Form der Magnetflußlinien 10 bewirkt wird, die den erwünschten Halbeinschlußeffekt begünstigt.
- Die Kathode wird, wie in den anderen gezeigten Ausführungsformen, mit Kühlleitungen 28 gekühlt.
- Figur 5 ist eine schematische Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Achse einer Kathode mit drehbarem Target steht, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung konstruiert ist und deren Magnetkreis 29 sich außerhalb befindet.
- Das Target besteht aus einer zylindrischen Konstruktion 30, deren Außenfläche mit dem zu versprühenden Material bedeckt ist. Der Einschlußmagnetkreis 31 ist in bezug auf das Volumen des Targets 1 außen angeordnet, er umfaßt Magnete 2 und Polschuhe 26, 27 mit ungleichem Querschnitt und von geringeren bzw. größeren Abmessungen. Die Magnetflußlinien 10 verlaufen im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Targets 30 zwischen den Polschuhen 26, 27. Jedoch weisen diese Magnetflußlinien 10 an der Seite des Polschuhs 26 mit dem geringeren Querschnitt eine stark ausgeprägte Krümmung in Richtung des Substrats 11 auf. Der Abzug von Elektronen mit relativ niedrigem Energieniveau hin zum Substrat begünstigt noch die bereits äußerst vorteilhafte Wärmeverteilung mit einer Kathodenform wie der hier beschriebenen.
- Außerdem bleibt durch die äußere Anordnung des Magnetkreises das gesamte Targetvolumen für das Kühlsystem verfügbar.
- In Figur 6 ist perspektivisch eine besonders vorteilhafte Anordnung von Sammelelektroden 31 gezeigt.
- Das Substrat 11 läuft horizontal unter einer Kathode vorbei, die hier in Schnittansicht dargestellt ist. Auf der Seite der Kathode, parallel zu ihr und in der Nähe des Substrats 11 ist ein rohrförmiger Injektor 32 für das Reaktionsgas angeordnet. An beiden Seiten der Austrittserweiterungen des Injektors 32 sind stabförmige Elektroden 31 befestigt und bilden dadurch einen Zwangsdurchgang für die Moleküle des Reaktionsgases. Diese besondere Form ermöglicht eine Erhöhung des Zerstäubungsgrades der Kathode um 10 %. Diese Steigerung ist von dem aufzubringenden Material, der Spannung des an die Elektroden angelegten Signals und dessen Frequenz abhängig. Die Spannung kann entsprechend des Materials zwischen 10 und 200 V und die Frequenz zwischen 100 Hz und 10 MHz variieren.
- In Figur 7 ist beispielhaft die Verlaufskurve des Zerstäubungsgrades (T2/T1) in Abhängigkeit von der Frequenz des angelegten Signals dargestellt, erhalten mit einem Zinntarget und einer Spannung von 10 V Spitze-Spitze.
Claims (18)
1. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten durch
Kathodenzerstäubung, die eine Vakuumzerstäubungskammer, ein
Transportsystem für das Tragen und Bewegen der Substrate durch
diese Kammer und wenigstens eine Kathode umfaßt, die aus
- einem Target (1), dessen Außenfläche aus einem zu
zerstäubenden Stoff besteht und das wenigstens einen
aktiven Bereich enthält,
- Mitteln zum Anschluß an eine elektrische Stromquelle,
- einem Kühlkreislauf und Mitteln zum Anschluß an diesen
Kühlkreislauf und
- magnetischen Ummantelungsmitteln besteht, die Magnete (2)
enthalten, deren gleichsinnige Pole über Polschuhe (8,
9, 26, 27) verbunden sind, welche die aktive Fläche des
Targets bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe und parallel zu der
Oberfläche der Substrate (11) wenigstens ein Paar aus
Elektroden (21), die gegenphasig an eine niederfrequente
Spannungsquelle (23) angeschlossen und in der Lage sind,
eine Schwingung von geladenen Partikeln auf der Höhe der
Substrate zu bewirken, und zwischen diesen Elektroden ein
Injektor für Reaktionsgas angebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Injektor für Reaktionsgas rohrförmig ist und zwei
Austrittsöffnungen enthält, wobei wenigstens ein Paar aus
Elektroden (21) auf beiden Seiten dieser Öffnungen
angebracht ist und der Injektor und die Elektroden in der
Nähe des Substrats senkrecht zur Richtung der den
Substraten durch das Transportsystem verliehenen Bewegung
angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die niederfrequente Spannungsquelle eine
Rechteckschwingung erzeugen kann.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe des Magnetkreises
mit entgegengesetzter Polarität derart verschieden geformt
oder angeordnet sind, daß sie den magnetischen Flußlinien,
welche den Luftspalt überbrücken, eine in Bezug auf eine
Mittenebene, die zwischen diesen Polschuhen verläuft,
asymmetrische Krümmung verleihen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (7) ein festes
Target (1) enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens einer der Polschuhe in Bezug auf die aktive
Fläche des Targets nach vorn gerichtet angebracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens ein Polschuh, der in Bezug auf die aktive Fläche
des Targets nach vorn übersteht, einen Rand enthält, der im
wesentlichen zum anderen Polschuh gerichtet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Target der Kathode die Form eines
hohlen Zylinders (30) aufweist und mit Mitteln versehen
ist, welche es sich um seine Achse drehen lassen können.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die magnetischen Mittel (2, 8, 9, 26, 27) an der Außenseite
des zylindrischen Targets angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens einer der Polschuhe in Bezug auf die aktive
Fläche des Targets nach vorn übersteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Polschuh, der in Bezug auf die aktive Fläche des
Targets nach vorn übersteht, an seinem vom Target am
weitesten entfernten Bereich einen Rand enthält, der im
wesentlichen zum anderen Polschuh gerichtet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode nahe des Targets
und zu ihm gerichtet ein Bauteil (15, 22) für die Zufuhr
von Elektronen mit hoher Energie enthält.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bauteil ein Elektronenstrahler (22) ist, in der Nähe
eines Polschuhs (9) angeordnet, der praktisch tangential
zum Target (1) offen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bauteil (15, 22) für die Zufuhr der Elektronen einen
Heizdraht (16) enthält, in einer Nut (17) befestigt, die in
einem Polschuh parallel zu dessen Achse angebracht ist,
wobei die Innenseite dieser Nut mit einer
Ablenkeinrichtung (18) ausgerüstet ist, welche mit der negativen
Spannung der Zerstäuberquelle polarisiert wird und die vom
Draht emittierten Elektronen zum Target (1) senden kann.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Heizdraht (17) von einem Isoliertransformator versorgt
wird, der eine periodische Niederspannung liefert.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (13), die derart
polarisiert ist, daß sie die Bewegung der im Plasma
entstehenden geladenen Partikel bewirkt, in der Nähe eines
der Polschuhe (8, 9) angebracht ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode mit der Masse verbunden und an der Seite des
Polschuhs angeordnet ist, der sich gegenüber der maximalen
Ablenkung der Kraftlinien des Magnetfelds im Luftspalt
befindet.
18 Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode über einen RLC-Stromkreis (14) mit der Masse
verbunden ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE9000576A BE1004442A3 (fr) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | Installation de pulverisation cathodique a taux eleve. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69103478D1 DE69103478D1 (de) | 1994-09-22 |
DE69103478T2 true DE69103478T2 (de) | 1995-03-23 |
Family
ID=3884816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1991603478 Expired - Fee Related DE69103478T2 (de) | 1990-06-08 | 1991-06-03 | Anlage zur Kathodenzerstäubung mit hoher Geschwindigkeit. |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0461014B1 (de) |
BE (1) | BE1004442A3 (de) |
DE (1) | DE69103478T2 (de) |
ES (1) | ES2062713T3 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19705884A1 (de) * | 1997-02-15 | 1998-08-20 | Leybold Ag | Plasma-Zündvorrichtung |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5873989A (en) * | 1997-02-06 | 1999-02-23 | Intevac, Inc. | Methods and apparatus for linear scan magnetron sputtering |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4155825A (en) * | 1977-05-02 | 1979-05-22 | Fournier Paul R | Integrated sputtering apparatus and method |
EP0162842A1 (de) * | 1983-12-01 | 1985-12-04 | Shatterproof Glass Corporation | Gasverteilungsvorrichtung für eine zerstäubungskathode |
GB2209769A (en) * | 1987-09-16 | 1989-05-24 | Ion Tech Ltd | Sputter coating |
US4931158A (en) * | 1988-03-22 | 1990-06-05 | The Regents Of The Univ. Of Calif. | Deposition of films onto large area substrates using modified reactive magnetron sputtering |
DE3834318A1 (de) * | 1988-10-08 | 1990-04-12 | Leybold Ag | Vorrichtung zum aufbringen dielektrischer oder metallischer werkstoffe |
-
1990
- 1990-06-08 BE BE9000576A patent/BE1004442A3/fr not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-06-03 ES ES91401433T patent/ES2062713T3/es not_active Expired - Fee Related
- 1991-06-03 DE DE1991603478 patent/DE69103478T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-06-03 EP EP19910401433 patent/EP0461014B1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19705884A1 (de) * | 1997-02-15 | 1998-08-20 | Leybold Ag | Plasma-Zündvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0461014B1 (de) | 1994-08-17 |
BE1004442A3 (fr) | 1992-11-24 |
DE69103478D1 (de) | 1994-09-22 |
EP0461014A1 (de) | 1991-12-11 |
ES2062713T3 (es) | 1994-12-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3789618T2 (de) | Ionenerzeugende apparatur, dünnschichtbildende vorrichtung unter verwendung der ionenerzeugenden apparatur und ionenquelle. | |
DE69206028T2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung eines Substrates unter Verwendung der Vakuum-Bogen-Verdampfung. | |
DE3885706T2 (de) | Magnetron-Bedampfungssystem zum Ätzen oder Niederschlagen. | |
DE3920835C2 (de) | Einrichtung zum Beschichten von Substraten | |
DE69104131T2 (de) | Drehkathode. | |
EP0334204B1 (de) | Verfahren und Anlage zur Beschichtung von Werkstücken | |
DE68915012T2 (de) | Anlage zur Erzeugung von Dünnschichten und Ionenquelle unter Anwendung von Plasmazerstäubung. | |
DE3789895T2 (de) | Vorrichtung zur bildung dünner folien. | |
DE19505268C2 (de) | CVD-Verfahren zur Beschichtung von Substratoberflächen | |
EP0803587B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Sputterbeschichtung | |
DE69518050T2 (de) | Radiofrequenzplasmaquelle | |
DE3136515A1 (de) | "zerstaeubungsvorrichtung und zerstaeubungsverfahren" | |
CH696972A5 (de) | Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung. | |
DE3503398C2 (de) | ||
DE19853943A1 (de) | Vorrichtung für Zerstäubung oder Bogenaufdampfung | |
DE19939040B4 (de) | Magnetronsputtergerät | |
EP2585622A1 (de) | Arc-verdampfungsquelle mit definiertem elektrischem feld | |
DE4230291C2 (de) | Mikrowellenunterstützte Zerstäubungsanordnung | |
WO2006000862A1 (de) | Beschichtungsvorrichtung zum beschichten eines substrats, sowie ein verfahren zum beschichten | |
DE3881579T2 (de) | Ionenquelle. | |
EP1110234A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur beschichtung von substraten im vakuum | |
DD153018A5 (de) | Kathodenstrahlroehre | |
DE69103478T2 (de) | Anlage zur Kathodenzerstäubung mit hoher Geschwindigkeit. | |
DE2321665A1 (de) | Anordnung zur aufstaeubung von stoffen auf unterlagen mittels einer elektrischen niederspannungsentladung | |
EP0308680A1 (de) | Vorrichtung zum Kathodenzerstäuben |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |