ES2207053T3 - Diana para un dispositivo de pulverizacion con catodo para la produccion de capas delgadas. - Google Patents

Abstract

EN UNA PANTALLA (2, 8) PARA UN MECANISMO DE PULVERIZACION DE CATODOS PARA LA FABRICACION DE CAPAS FINAS EN UN SUSTRATO MEDIANTE PLASMA EN UNA CAMARA DE PROCESAMIENTO AL VACIO, REALIZANDOSE LA PANTALLA (2, 8) A MODO DE PLACA, PREFERENTEMENTE DE FORMA CILINDRICA CIRCULAR O PARALELEPIPEDA Y DISPONIENDOSE EN LA CARA OPUESTA AL SUSTRATO DE LA PANTALLA UN SISTEMA MAGNETICO CON FUENTES DE DISTINTA POLARIZACION QUE FORMAN, AL MENOS, UN TUNEL CERRADO DE LINEAS DE CAMPO CURVADAS A MODO DE ARCO, SE PRACTICAN EN LA SUPERFICIE DE LA PANTALLA (2, 8) ORIENTADA HACIA EL SUSTRATO, UNAS RANURAS O MUESCAS (4, 5, 6, 9, 10) FORMADAS POR DOS SECCIONES SEMICIRCULARES Y DOS SECCIONES RECTAS QUE CONSTITUYEN RESPECTIVAMENTE UNA PISTA CERRADA OVAL, DISPONIENDOSE VARIAS DE ESTAS MUESCAS CIRCULARES U OVALADAS A MODO DE PISTA CONCENTRICAMENTE LAS UNAS RESPECTO A LAS OTRAS Y LIMITANDOSE DICHAS MUESCAS POR MEDIO DE DOS SUPERFICIES INCLINADAS PLANAS (4A, 4B; 5A, 5B,...) CON INCLINACIONES IGUALES O DIFERENTES ( AL O BE ) HACIA EL PLANO DEL SUSTRATO E.

Description

Diana para un dispositivo de pulverización con cátodo para la producción de capas delgadas.

El invento se refiere a una diana para un dispositivo de pulverización con cátodo para la producción de capas delgadas sobre un substrato por medio de plasma en una cámara de proceso de vacío en el que la diana se configura con forma de placa, con preferencia cilíndrica circular o paralelepipédica y en el que en el lado de la diana opuesto al substrato se dispone un sistema magnético con fuentes con distinta polaridad con el que se forma al menos un túnel en sí cerrado de líneas de campo curvadas con forma de arco.

Para la obtención de capas delgadas sobre un substrato, con preferencia para el recubrimiento de discos compactos, se conocen numerosas soluciones en el estado de la técnica.

Así por ejemplo, el documento EP 0 163 445 describe un conjunto de dianas para un dispositivo para proyección iónica en el vacío con un primer y un segundo elemento de cátodo de material de proyección iónica, en el que el segundo rodea al primero y en el que las formas geométricas del primer y del segundo elemento de cátodo son tales, que, en el vacío, se puede proyectar material de la superficie emisora del segundo elemento, cuya superficie se halla exteriormente a la del primer elemento, al mismo tiempo, que el primer elemento de diana es un cátodo con forma de anillo y que la superficie inicialmente emisora del segundo elemento tiene forma de tronco de cono.

También se conoce una diana de proyección iónica con forma de cono para un dispositivo de proyección iónica con magnetrón (documento US 4,747,926), que se compone esencialmente de una diana en una pieza con dos zonas de superficie, que se extienden paralelas a una zona central de un substrato planar y una tercera zona inclinada, que une la primera y la segunda zona, de un placa soporte así como de medios para generar un campo magnético para la formación de dos plasmas con diámetros distintos.

También se conoce una diana para un dispositivo de pulverización con cátodo para la obtención de capas delgadas sobre un substrato por medio de plasma en una cámara de proceso de vacío (documento G 93 01 065.6) en el que la diana se configura en una pieza, con forma simétrica de rotación y con un taladro axial dispuesto alrededor de un eje de rotación, al mismo tiempo, que el lado delantero de la diana, que debe ser pulverizada y orientado hacia el substrato, que debe ser recubierto, se subdivide al menos en dos zonas, a saber una zona plana con forma de anillo y central, cuya superficie se extiende paralela al dorso plano de la diana así como una zona exterior, que rodea a modo de anillo la zona central, cuya superficie está inclinada con relación a la superficie de la zona central de tal modo, que el espesor de la diana sea en su borde exterior en la dirección del contorno mayor que el espesor en el centro de la diana.

Finalmente se conoce (documento US 4,933,064) un cátodo de proyección iónica basado en el principio del magnetrón con una diana con al menos dos resaltes concéntricos corridos, cuyas superficies de pared se extienden perpendiculares a la superficie de proyección iónica y que posee un sistema de imanes permanentes con zapatas polares con magnetismo suave desde cuyas superficies polares las líneas del campo magnético cruzan la superficie de proyección iónica.

El documento WO-A-92/04482 describe la microestructuración de una superficie de diana con estrías o surcos con el fin de acortar la fase de grabado de una diana nueva en una instalación de recubrimiento por proyección iónica. Estas estructuras de la superficie poseen dimensiones con un ancho y una profundidad entre 0,05 y 3 mm.

El documento DE-A-26 41 558 está dirigido hacia un procedimiento de pulverización con alta frecuencia con una diana, cuya superficie está provista de surcos o de cavidades adyacentes muy próximos entre sí. Esta medida sirve para incrementar la velocidad de sedimentación por medio del aumento de la superficie eficaz de la diana. La profundidad de los surcos se describe a título de ejemplo como de 1 a 2 mm con una separación de 1 mm.

Estas dianas conocidas poseen el inconveniente de que, en primer lugar, requieren una potencia eléctrica de conexión relativamente grande para la alimentación con corriente de proyección iónica, de que, en segundo lugar, sólo alcanzan un grado de rendimiento poco satisfactorio durante la proyección iónica, es decir, que sobre los apantallamientos y los diafragmas se deposita una cantidad excesiva de material de diana en lugar de depositarse sobre el substrato y de que, en tercer lugar, la sensibilidad a averías de la alimentación con corriente de proyección iónica es, debido a la formación de arcos voltaicos (arcs), demasiado grande, con lo que se producen frecuentes desconexiones de la alimentación con corriente de proyección iónica.

El presente invento se basa en el problema de crear una diana, cuya duración sea especialmente grande, que haga posible una distribución especialmente uniforme del espesor de la capa, que se pueda montar en cátodos convencionales y cuya fabricación se pueda realizar de forma sencilla y por lo tanto barata.

Este problema se soluciona según el invento con una diana según la reivindicación 1.

Otros detalles y características del invento se describen y caracterizan con detalle en las reivindicaciones subordinadas.

El invento admite las formas de ejecución más dispares, de las que se representa una con detalle en el dibujo adjunto, que en la figura 1 muestra una sección a lo largo de las líneas A-A y en la figura 2 la diana en una vista en planta. Las figuras 3a a 3d representan cada una la sección a través de una de las mitades de una diana con dos surcos corridos en las que la forma y la configuración del surco de proyección iónica se representa después de un determinado tiempo de funcionamiento.

La diana 2 representada en las figuras 1 y 2 posee en su superficie 3 orientada hacia el substrato tres ranuras o surcos 4, 5, 6 con forma de hipódromo dispuestas de tal modo, que se extiendan concéntricas entre sí, es decir alrededor de una zona central común, al mismo tiempo, que esta zona 7 central es definida por dos partes 7a, 7b con forma semicircular y una parte 7c rectangular. Los surcos 4, 5, 6 con forma de anillo sin fin poseen cada uno dos superficies 4a, 4b, respectivamente 5a, 5b, respectivamente 6a, 6b de talud, al mismo tiempo, que las superficie de los taludes forman ángulos \alpha...\beta de inclinación distintos con el plano E de la diana. Dado que la profundidad T de los diferentes surcos 4, 5, 6 también se dimensiona de forma distinta, se obtienen también diferentes anchos B_{1}, B_{2}, B_{3} de los diferentes surcos 4, 5, 6.

En la figura 3a se representa en una sección transversal una de las mitades de una diana 8 simétrica de rotación (aproximadamente cilíndrica circular), representando la línea S de punto y raya el eje de rotación. La diana 8 posee dos surcos 10, 9, cuyas profundidades T_{1}, T_{2} se dimensiona cada una ligeramente distinta. La superficie rayada de la diana 8 representada en la figura 3a permite ver la cavidad G de proyección iónica, como la que se forma después de un tiempo de proyección iónica de 864 min. Las figuras 3b a 3d representan el surco G de proyección iónica después de 1739 min, 2574 min y 3477 min. Se ve claramente, que el surco G de proyección es más ancho que el del perfil del surco típico de una diana convencional sin los surcos 9, 10.

Como se desprende de las figuras, se obtiene, que

1. con la subdivisión de la superficie de la diana en varias zonas con distintas inclinaciones se obtiene, debido a pulverización dirigida sobre el substrato, una distribución correspondiente del espesor de la capa,

2. la tasa de pulverización es en las cavidades de la superficie de la diana mayor, debido al campo magnético más intenso reinante allí, con lo que se puede ajustar la forma del surco de proyección iónica, que a su vez influye por ejemplo en el aprovechamiento de la diana, en la duración de la diana, en la tasa y en la distribución del recubrimiento,

3. con el invento descrito en lo que antecede se puede mejorar para todos los materiales de diana la forma del surco de proyección iónica y con ello el aprovechamiento de la diana sin modificar el cátodo de magnetrón, lo que da lugar a un considerable ventaja competitiva,

4. el canal de plasma puede ser desplazado, debido a las cavidades, sobre la diana con independencia del sistema magnético del cátodo; si se sitúan las cavidades en la proximidad de las regletas de sujeción, se deben evitar depósitos sobre las regletas de sujeción, ya que estos recubrimientos dan lugar a desecho, cuando se descascarillan.

5. el efecto inverso (un resalte en la superficie de la diana) hace posible, que determinadas zonas de la diana puedan proyectar iónicamente durante más tiempo, respectivamente de una forma más débil, con lo que se evitan cavidades conocidas en el surco de proyección iónica, de manera, que también es posible mejorar el aprovechamiento, respectivamente la duración de la diana.

Claims (3)

1. Diana para un dispositivo de pulverización con cátodo basado en el principio del magnetrón para la fabricación de capas delgadas sobre un substrato en una cámara de proceso de vacío, al mismo tiempo, que la diana (2, 8) posee forma de placa, con preferencia cilíndrica circular o con forma paralelepipédica y que en la superficie de la diana (2, 8) orientada hacia el substrato están grabadas ranuras o surcos (4, 5, 6, 9, 10) formados por tramos con forma de anillo circular o por dos tramos semicirculares y dos ,tramos rectos, que forman un hipódromo ovalado cerrado y que al menos dos de estos surcos con forma de anillo circular o de hipódromo ovalado se disponen concéntricos entre sí y que estos al menos dos surcos son limitados por dos superficies (4a, 4b; 5a, 5b,...) de talud planas inclinadas (\alpha, respectivamente \beta) con relación al plano E de la diana, caracterizada porque los al menos dos surcos o estrías son distintos desde el punto de vista de la inclinación.

2. Diana según la reivindicación 1, caracterizada porque los surcos (4, 5, 6, 9, 10) previstos en la superficie (3) de la diana (2, 8) orientada hacia el substrato se dimensionan con una profundidad (T) distinta y porque las superficies (4a, 4b; 5a, 5b;...) de talud, que limitan los surcos, se dimensionan con anchos (B_{1}, B_{2},...) distintos.

3. Diana según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque los diferentes surcos (4, 5, 6, 9, 10) se disponen a distancias distintas del eje (5) de rotación o con relación a los focos (P_{1}, P_{2}), respectivamente al eje (H) principal, pero dimensionando igual la distancia que poseen mutuamente dos surcos paralelos.