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Die Anwendung einer Hochfrequenzquelle zum Aufdampfen von Materialien ist bereits allgemein üblich, ebenso wie die Verwendung eines Systems mit zwei Elektroden für diesen Zweck. Vorzugsweise wird ein selbsterregter Hochfrequenzgenerator eingesetzt, u. zw. gewöhnlich mit einer nicht geerdeten symmetrischen Ausgangsschaltung, die Vorteile bezüglich der Kosten und einer Unempfindlichkeit im Betrieb bietet.
Die bisher verwendeten Doppelelektroden waren entweder einander benachbart oder voneinander räumlich getrennt. Beispiele der ersteren Bauart sind zwei halbkreisförmige Scheiben, deren Durchmesser nahe nebeneinanderliegen, oder die konzentrische Anordnung einer Scheibe und eines Ringes, wogegen für die zweite Bauart z. B. zwei getrennte Scheibenelektroden charakteristisch sind. Für beide Bauarten wurde allgemein ein zugeordnetes, mittels einer Feldspule erzeugtes magnetisches Feld verwendet. Das aufzudampfende Material, d. h. das Target, wird auf den Elektroden angeordnet, und es ist allgemein zweckmässig eine Kühlung vorzusehen, wobei nach einer üblichen Ausführungsform die Elektroden wassergekühlt werden und das Target mit ihnen verbunden, z. B. verlötet wird.
Bei einander benachbarten Elektroden bereitet das Befestigen des Targets Schwierigkeiten, es sei denn, dass es entsprechend der Form der Elektroden zugeschnitten wird, was unter Umständen unbequem sein kann. Das Befestigen von Targets an getrennte Elektroden ist hingegen viel leichter durchführbar. Die Targets selbst sind in der Regel als Scheiben erhältlich, und Scheibenelektroden sind überdies für viele Anwendungen vorzuziehen, weil sie eine gleichmässigere Beschichtung ergeben, hingegen bereitet es hiebei Schwierigkeiten, für die beiden Elektroden ein geeignetes magnetisches Feld zu schaffen, das zur Achse einer jeden Targetscheibe symmetrisch ist und so Gleichmässigkeit der Ätzung und des Niederschlages, also der Beschichtung, gewährleistet.
Selbst wenn ohne ein magnetisches Feld gearbeitet wird, können die Hochfrequenzfelder und die den Elektroden zugeordneten Plasma-Lichtbogen einander stören und Ungleichmässigkeiten der Ätzung und der Beschichtung bewirken.
Gemäss der Erfindung sind die beiden Elektroden einer Doppelelektrodenanordnung in einer Einrichtung zum Materialaufdampfen mit Hochfrequenz in einem unter Vakuum setzbaren Gehäuse angeordnet und voneinander mittels einer Zwischenwand elektrisch isoliert, welche die den beiden Elektrodensystemen zugeordneten elektrischen Felder voneinander trennt. Diese Trennung der elektrischen Felder eliminiert die vorstehend erwähnten Störungseffekte und verhütet daher weitgehend Ungleichförmigkeiten von Ätzung und Beschichtung.
Vorzugsweise sind getrennte Magnetfeldspulen vorgesehen, die jedes Elektrodensystem umgeben, und da die beiden Systeme voneinander isoliert sind, können die beiden getrennten Spulen ohne Schwierigkeit untergebracht werden. Wenn die beiden Elektroden innerhalb einer gemeinsamen Kammer montiert sind, dann muss sich die Trennwand genügend weit erstrecken, um die Kammer in zwei Abteilungen zu trennen und das vom Elektrodensystem in jeder Abteilung erzeugte Plasma einzuschliessen. Vorzugsweise werden zwei separate Wände vorgesehen, von denen jede ein Elektrodensystem umgibt und das zugeordnete Plasma einschliesst ; diese haben auch den Vorteil, eine günstige Möglichkeit der Abstützung für die Magnetfeldspulen zu bieten.
Die getrennten Wände sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie zwei separate, unter Vakuum setzbare Kammern bilden, an Stelle von zwei Abteilungen innerhalb einer einzigen Kammer. Dadurch ist es möglich, die beiden Kammern sowohl atmosphärisch als auch elektrisch voneinander zu isolieren. Mit andern Worten, die beiden Kammern können dann, falls erforderlich, mit voneinander verschiedenen Gasen verschiedenen Druckes beaufschlagt werden. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Kammern miteinander durch eine Leitung zu verbinden, um sie mittels einer einzigen Vakuumpumpe zu bedienen, falls abweichende atmosphärische Zustände nicht erforderlich sind.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematischer Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen geeignete Formen von Doppelelektroden, die zu der Anordnung nach Fig. 1 gehören. Fig. 5 zeigt ein Beispiel für diverse Verbindungen zwischen den beiden Kammern. Fig. 6 ist ein in grösserem Massstab gehaltener Schnitt, der die Ausbildung einer Kammer mit mehr Einzelheiten zeigt, und Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines kontinuierlichen Systems.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung umfasst grundsätzlich zwei getrennte Kammern-l und 2--, die
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separate Pumpen angeschlossen werden. Die Einzelteile einer jeden Kammer sind untereinander gleich und werden daher gemeinsam beschrieben. Jede Kammer hat einen Boden in dem die Öffnungen-5 bzw. 6-ausgebildet sind, eine Deckplatte --12-- und eine im wesentlichen zylindrische Wandung-13-, die sich zwischen Boden und Deckplatte erstreckt und zugleich einen Träger für eine Magnetfeldspule--M-- bildet.
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--16-- ist mittels--21-- verbunden, die auch einen inneren Hohlraum --22-- für Kühlwasser aufweist.
Im betrieb bewirkt die
Zufuhr von Hochfrequenzenergie das Niederschlagen von Materialteilchen der Targetscheibe--20--auf einem vom Arbeitstisch--16--getragenen Gegenstand, nachdem die Kammern--l und 2--vorher evakuiert wurden, wie vorstehend beschrieben worden ist.
Während des Arbeitsprozesses werden die Magnetfeldspulen--14--normalerweise von einer nicht dargestellten Stromquelle mit Gleichstrom gespeist, um in jeder Kammer gleichmässige Arbeitsbedingungen zu schaffen, die zu gleichmässiger Ätzung und ebensolcher Beschichtung führen. Gemäss Fig. 1 haben die Elektroden - Scheibenform, was auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, die ausserdem die Wandung--13--einer jeden
Kammer zeigt. Scheibenelektroden sind wegen der mit ihnen erzielbaren Gleichförmigkeit der Beschichtung normalerweise vorzuziehen.
Als Alternative stellt Fig. 3 rechteckige Elektroden --21A-- dar ; solche können in einem kontinuierlichen System Verwendung finden, in dem Basismaterialien (Substrate) oder andere zu beschichtende Gegenstände aufeinanderfolgende Kammern passieren, in denen aufeinanderfolgende Stadien des
Prozesses durchgeführt werden.
Fig. 4 zeigt eine weitere Form einer Elektrode--21B--, die ebenfalls für die Verwendung in einem kontinuierlichen System bestimmt ist. Diese Gestaltung der Elektrode bewirkt eine weitere Verbesserung der
Gleichförmigkeit der Beschickung.
Verschiedene, den Kammern--1 und 2--zugeordnete Teile, einschliesslich des Arbeitstisches-16--, können untereinander elektrisch verbunden sein, wie in Fig. 5 beispielsweise dargestellt ist. Die beiden Kammern sind dort in Ansicht gezeigt. Die Elektroden--21--werden über Leitungen--24--von einer Hochfrequenzquelle-23-versorgt. Jede Elektrode hat eine Deckplatte --27-- und ist auf einem Isolator - montiert. Der Isolator sitzt seinerseits auf einem Teil--30--, der sowohl eine Deckplatte für die Kammer, als auch eine Abschirmung für die Elektrode --21-- darstellt. Die beiden Abschirmplatten--30-- auf den beiden getrennten Kammern sind mittels eines Leiters--31--miteinander verbunden, jedoch nicht geerdet.
Die Anwendung einer solchen Abschirmung ist beim Hochfrequenz-Materialaufdampfen allgemein üblich, und der Hauptzweck besteht darin, Entladungen zwischen den die Targets tragenden Elektroden--21--und andern Teilen zu verhüten, die Leistungsverluste und unerwünschte Erosion zur Folge hätten. Durch die Verbindung der beiden Abschirmplatten--30--wird eine grössere Stabilität der Hochfrequenzentladung bei hoher Energiezufuhr, d. h. bei mehr als 1 W Hochfrequenzenergie je cm2 Target-Fläche, erzielt.
Wenn Materialaufdampfen mit Vorspannung oder mit kontrollierter Blindleistung nötig ist, kann der Arbeitstisch in einer oder in beiden Kammern mit einer Gleich-Vorspannung gegenüber den andern Teilen gespeist werden, oder auch mit einer in ihrer Frequenz nicht begrenzten Wechselspannung gegenüber den andern Teilen. Eine weitere Möglichkeit, die sich in Verbindung mit den vorstehend erwähnten bietet, besteht darin, eine Gleichspannung an eine Polarisationselektrode in einer oder in beiden Kammern zu legen.
Fig. 5 zeigt auch einige der äusseren Anschlüsse an den beiden Kammern. So sind die Kühlwassereinlass-und - auslass anschlüsse für die Elektroden--21--mit--35 bzw. 36--bezeichnet, und die entsprechenden Anschlüsse für die Arbeitstische --16-- mit --37 bzw. 38--. Die Leitung --3-- hat einen Flansch --40-- zur Verbindung mit einer Pumpe und weist auch ein Manometer--41--auf. Die Leitung--3-- selbst ist bei --42-- geerdet ; sie gestattet die Evakuierung beider Kammern mittels einer einzigen Pumpe. Eine Gaszuleitung --4S-- mit einem Abschlussventil --46-- ist mit beiden Kammern verbunden, um diese erforderlichenfalls wieder mit Gas füllen zu können.
Fig. 6 zeigt Einzelheiten des inneren Aufbaues einer Kammer. Wie ersichtlich, schliesst die Deckplatte - 27-- den Kühlwasserraum --22-- der Elektrode --21-- ab. Der Isolator --28-- zwischen der Elektrode --21-- und der Abschirmplatte-30-ist mit O-Ring-Dichtungen-50-versehen, die in entsprechende Nuten passen und eine gute Abdichtung gewährleisten. Die kombinierte Deck- und Abschirmplatte --30-- hat einen Fortsatz --51--, um die Wirksamkeit ihrer Abschirmung zu steigern.
Der dargestellte Arbeitstisch--16--ist auch als Deckel für seinen Kühlwasserraum--17--ausgebildet und mit Schrauben--52--befestigt, von denen eine gezeigt ist. Ausser der Kühlwasserzuleitung--37--ist auch eine Zuleitung--54--für ein inertes Gas vorgesehen, wie z. B. Argon, das unter einem etwas höheren Druck als das Kühlwasser steht und in eine kreisförmige Nut--55--an der Unterseite des Arbeitstisches geführt wird. O-Ring-Dichtungen sind auf beiden Seiten der Nut --55-- vorgesehen ; aber auch, falls beide Dichtungen defekt werden sollten, würde der Gasüberdruck das schädliche Eindringen von Wasser in die Kammer verhüten.
In der schematischen Perspektivansicht nach Fig. 7 sind bereits beschriebene Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die verwendeten Elektroden haben die Form nach Fig. 4 und sind deshalb mit--21B-- bezeichnet. Jede Elektrode ist mit einer Abschirmung --60-- ausgestattet, deren Form der Aussenkontur der Elektrode angepasst ist, und die Abschirmungen in jeder Kammer sind aus den bereits erwähnten Gründen durch einen Leiter --61-- untereinander verbunden. Wie gezeigt, sind in den Trennwänden-62-zwischen benachbarten Kammern Öffnungen--63--vorgesehen, die dem Durchgang eines Konveyors dienen, der nicht dargestellte, zu beschichtende Basismaterialien trägt.
Um den Gasdurchtritt von einer Kammer in die nächste zu beschränken, müssen die Öffnungen--63--den Konveyor--64--eng umschliessen. Die Basismaterialkörper
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sind am Konveyor in solchen Abständen voneinander angeordnet, dass sich jeweils einer von ihnen in einer Kammer und der nächste in der benachbarten Kammer befindet ; bei stufenweiser Vorwärtsbewegung des Konveyors wird daher jeder Körper stets von einer Kammer in die nächste befördert. In dieser Weise können in den beiden Kammern aufeinanderfolgende Stufen eines Arbeitsprozesses durchgeführt werden. An Stelle eines Konveyors für individuelle Körper kann auch ein Substrat in der Form eines kontinuierlichen Streifens die Kammern in ununterbrochener Bewegung durchlaufen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Hochfrequenz-Materialaufdampfen mit einer evakuierbar umhüllten Doppelelektroden-
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zumindest einer Zwischenwand elektrisch isoliert sind, welche die den beiden Elektrodensystemen zugeordneten elektrischen Felder trennt.
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