DE2125936C3

DE2125936C3 - Cathode for sputtering devices

Info

Publication number: DE2125936C3
Application number: DE19712125936
Authority: DE
Inventors: Helmold Dipl.-Phys. 8000 München Kausche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1971-05-25
Publication date: 1977-03-31

Description

Die Erfindung betrifft eine zylindrische Kathode für Kathodenzerstäubungsvorrichtungen, insbesondere für Vorrichtungen mit Ringentladungsplasma und den Zerstäubungsraum umhüllenden Elektroden.The invention relates to a cylindrical cathode for sputtering devices, in particular for Devices with ring discharge plasma and electrodes surrounding the atomization chamber.

Eine solche zylindrische Kathode für Kathodenzerstäubungsvorrichtungen ist in der älteren Anmeldung entsprechend der DT-OS 16 90 688 vorgeschlagen; dort ist die Kathode als längsgeschlitzter Hohlzylinder ausgebildet, während Anode und Substrathalterung je- 3" weils Boden bzw. Decke! des Kathodenzylinders bilden.Such a cylindrical cathode for sputtering devices is proposed in the older application in accordance with DT-OS 16 90 688; there is the cathode as a longitudinally slotted hollow cylinder while the anode and substrate holder are each 3 " because floor or ceiling! of the cathode cylinder.

Es ist bereits bekannt, das zur Zerstäubung benötigte Plasma des Zerstäubungsgases durch eine elektrodenlose Ringeniladung zu erzeugen. Hierzu wird über eine um die Kathodenzerstäubungsvorrichlung herumgelegte, aus wenigen Windungen bestehende elektrische Spule ein hochfrequentes, elektromagnetisches Feld in den Kathodenzerstäubungsraum eingekoppelt (DT-PS 11 22 801).It is already known that the plasma required for the atomization of the atomizing gas by an electrodeless Generate ring charge. For this purpose, a An electric coil consisting of a few turns creates a high-frequency, electromagnetic field in coupled into the sputtering room (DT-PS 11 22 801).

Bekannt ist auch bereits eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung mit elektrodenloser Ringentladung, bei der die Elektroden den Plasmaraum umhüllen, um auf diese Weise ein unerwünschtes Bestäuben des Vakuumbehälters zu verhindern. Bei dieser bekannten Vorrichtung hat die Anode die Form eines geschlitzten Hohl-Zylinders, während Kathode und Substrathalterung jeweils Boden bzw. Deckel des Anodenzylinders bilden (DT-PS 15 15 311).A device for cathode sputtering with electrodeless ring discharge is also known which the electrodes encase the plasma space in order to avoid undesirable dusting of the vacuum container in this way to prevent. In this known device, the anode has the shape of a slotted hollow cylinder, while the cathode and substrate holder each form the bottom and cover of the anode cylinder (DT-PS 15 15 311).

Es ist weiterhin bekannt, daß die Aufstäubrate am Substrat bei gleicher Stromdichte und Spannung an der Kathode abhängig ist von der Form der Elektroden. So hat es sich zur Herstellung gleichmäßiger Schichten als günstig erwiesen, wenn die Kathode möglichst großflächig, die Anode dagegen möglichst klein ausgebildet wird. Andererseits sind die mit einer derartigen Anordmung hergestellten dünnen Schichten relativ stark verunreinigt, da die in der Zerstäubungsatmosphäre immer anwesenden Fremdgase bevorzugt in die niedergeschlagene Schicht eingebaut werden. Zur Herstellung besonders reiner Schichten ist deshalb eine großflächige Anode, die gleichzeitig als Getterfläche dient, günstiger. It is also known that the sputtering rate on the substrate with the same current density and voltage on the Cathode depends on the shape of the electrodes. So it has been considered to be used to produce more even layers It has proven to be beneficial if the cathode is as large as possible, while the anode is as small as possible will. On the other hand, the thin layers produced with such an arrangement are relatively heavily contaminated, since the foreign gases always present in the atomizing atmosphere preferentially into the precipitated one Layer to be installed. For the production of particularly pure layers, a large-area one is therefore necessary Anode, which also serves as a getter surface, is cheaper.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zylindrische Kathode für Kathodenzerstäubungsvorrichtungen der eingangs genannten Art so zu verbessern, ^6s daß sie im Zusammenwirken mit einer relativ kleinflächigen Anode hohe Abstäubraten und die Herstellung reiner Schichten ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Innenseite des Kathodenzylinders zusätzliche Bleche befestig! sind, die so abgewinkelt sind, daß ihre Oberflächennormale direkt auf das zu beschichtende Substrat gerichtet ist.The invention has for its object to improve the cylindrical cathode for Kathodenzerstäubungsvorrichtungen of the type mentioned in such a way that it enables pure ^6s layers in combination with a relatively small-area anode high Abstäubraten and manufacturing. According to the invention, this object is achieved in that additional metal sheets are attached to the inside of the cathode cylinder! are angled so that their surface normal is directed directly to the substrate to be coated.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß die Aufstäubrate, mit der das zerstäubte Metall auf dem Substrat niedergeschlagen wird, auf das Doppelte erhöht wird und daß an der Kathode Rächenbereiche gebildet werden, von denen praktisch kein Material abgestäubt wird und die dadurch als Getterflächen dienen. Die Vorderkanten der Zusatzbleche werden bevorzugt zerstäubt, da sie dem Plasma am nächsten liegen und sich in ihrer Umgebung dadurch ein verstärktes elektrisches Feld ausbildet. Auf der dem Plasma abgewandten Rückseite der Zusatzbleche dagegen wird mehr Material auf- als abgestäubt. Die Erhöhung der Aufstäubrate bei Verwendung der beschriebenen Kathode kann dadurch erklärt werden, daß senkrecht zur Kathodenoberfläche am meisten Metall abgestäubt wird und daß die Abstäubrate am größten ist, wenn die zerstäubenden Ionen schräg auf die Kathode auftreffen. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die Zusatzbleche, die gegenüber der Zylinderwand bevorzugt zerstäubt werden, sidi leichter auswechseln lassen als der Kathodenzylinder selbst, an dem üblicherweise Einrichtungen zum Kühlen mittels durchlaufendem Wasser und zur Zuführung der elektrischen Spannungen vorgesehen sind.This results in the advantages that the sputtering rate with which the sputtered metal on the substrate is knocked down, is doubled and that areas of revenge are formed on the cathode, from which practically no material is dusted and which thus serve as getter surfaces. The leading edges of the additional sheets are preferably atomized because they are closest to the plasma and are in their Environment thereby forms an intensified electric field. On the back facing away from the plasma on the other hand, more material is applied to the additional sheets than is dusted. The increase in the dusting rate when in use the cathode described can be explained by the fact that it is perpendicular to the cathode surface most of the metal is sputtered and that the sputtering rate is greatest when the sputtering Ions strike the cathode at an angle. Another advantage is that the additional sheets that are opposite the cylinder wall are preferably atomized, can be replaced more easily than the cathode cylinder itself, on which usually devices for cooling by means of flowing water and for supply the electrical voltages are provided.

Es ist auch vorteilhaft, wenn sich die zusätzlichen Bleche vom Substrat aus gesehen beispielsweise überlappen. Dadurch wird erreicht, daß die für die Getterwirkung der beschriebenen Kathode verantwortlichen Flächenbereiche vergrößert werden, ohne daß gleichzeitig die Abstäubrate wesentlich abnimmt.It is also advantageous if the additional metal sheets overlap, for example, as seen from the substrate. This ensures that those responsible for the getter effect of the cathode described Surface areas can be enlarged without the dusting rate decreasing significantly at the same time.

Im folgenden ist ein Ausfüllt ungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.The following is an exemplary embodiment of the invention explained in more detail with reference to the drawing.

Man erkennt in geschnittener Darstellung schematisch eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung, bestehend aus einem Vakuumbehälter 4, beispielsweise aus Gias, und einer Grundplatte 7 mit einem Stutzen zum Anschluß einer Vakuumpumpe. Um den Vakuumbehälter 4 herum ist eine Spule 5 aus wenigen Windungen gelegt, über die ein hochfrequentes, elektromagnetisches Feld in das Innere des Vakuumbehälters eingekoppelt wird. Im Innern der Zerstäubungsvorrichtung befindet sich das zu beschichtende Substrat 1 hinter einer Öffnung der als flache Kreisscheibe ausgebildeten Anode 2. Substrat 1 und Anode 2 bilden sozusagen den Deckel auf dem als Kathode dienenden Hohlzylinder 3. Der Kathodenzylinder 3 ist geschlitzt, um einen Kurzschluß des elektromagnetischen Feldes in der Spule 5 zu verhindern. Gegenüber dem Substrat 1 bildet eine weitere Metallplatte 6 den Boden des Kathodenzylinders; diese Metallplatte kann bedarfsweise als Kathode oder als Anode geschaltet werden.A cathode sputtering device, consisting of, can be seen schematically in a sectional illustration from a vacuum container 4, for example made of Gias, and a base plate 7 with a nozzle for Connection of a vacuum pump. Around the vacuum container 4 is a coil 5 of a few turns placed, via which a high-frequency, electromagnetic field is coupled into the interior of the vacuum container will. In the interior of the atomizing device, the substrate 1 to be coated is located behind an opening of the anode 2, designed as a flat circular disk. Substrate 1 and anode 2 form, so to speak, the Cover on the hollow cylinder 3 serving as a cathode. The cathode cylinder 3 is slotted in order to short-circuit to prevent the electromagnetic field in the coil 5. Opposite the substrate 1 forms a further metal plate 6 the bottom of the cathode cylinder; this metal plate can, if necessary, be used as a cathode or be connected as an anode.

An der Innenseite des Kathodenzylinder sind zusätzliche Kathodenbleche 8 befestigt, z. B. angeschraubt oder angenietet. Diese Bleche sind so abgewinkelt, daß ihre Oberflächennormale 9 direkt auf das Substrat 1 gerichtet ist. Vom Substrat 1 aus gesehen überlappen sich die Kathodenbleche 8 gegeneinander teilweise und bilden so die für die Getterwirkung der beschriebenen Kathode verantwortlichen Flächenbereiche. Die Form der zusätzlichen Kathodenbleche 8 kann in weiten Grenzen variiert werden. Es können z. B. einzelne, etwa quadratische Blechstücke sein. Es ist jedoch auch möglich, kreisringförmige Blechstücke zu verwenden, die dann ebenfalls geschlitzt sein müssen, um einen Kurzschluß des Hochfrequenzfeldes zu verhindern.Additional cathode sheets 8 are attached to the inside of the cathode cylinder, e.g. B. screwed or riveted. These sheets are angled so that their surface normal 9 directly onto the substrate 1 is directed. Viewed from the substrate 1, the cathode sheets 8 partially overlap one another and thus form the surface areas responsible for the getter effect of the cathode described. Form the additional cathode sheets 8 can be varied within wide limits. It can e.g. B. single, be about square pieces of sheet metal. However, it is also possible to use circular pieces of sheet metal, which must then also be slotted to prevent a short circuit in the high-frequency field.

Wichtig ist jedoch, daß ein guter thermischer Kontakt zwischen den Kathodenblechen und dem Kathodenzylinder hergestellt wird, damit die beim Auftreffen der Ionen entstehende Wärme möglichst schnell abgeführt werden kann.However, it is important that there is good thermal contact is made between the cathode sheets and the cathode cylinder so that when the Heat generated by ions can be dissipated as quickly as possible.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Cylindrical cathode for sputtering devices, especially for devices with ring discharge plasma and the sputtering chamber enveloping electrodes, thereby characterized in that attached to the inside of the cathode cylinder (3) additional metal sheets (8) are angled so that their surface "° chennormale (9) directly on the to be coated Substrate (1) is directed.

2. Cathode according to claim 1, characterized in that that the additional metal sheets partially overlap as seen from the substrate. "5