CH668565A5

CH668565A5 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR SPRAYING A MATERIAL AT HIGH FREQUENCY.

Info

Publication number: CH668565A5
Application number: CH251686A
Authority: CH
Inventors: Klaus Wellerdieck; Urs Wegmann; Karl Dr Hoefler
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1989-01-13
Also published as: FR2600269B1; GB8710331D0; DE3706698A1; DE3706698C2; GB2191787B; JP2898635B2; FR2600269A1; JPS634065A; GB2191787A

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Zerstäuben eines Materials mittels Hochfrequenz gemäss Gattungsbegriff der Patentansprüche 1 und 4. DESCRIPTION The present invention relates to a method and an arrangement for atomizing a material by means of high frequency according to the preamble of claims 1 and 4.

Um bei Zerstäubungsanordnungen die Plasmadichte im Zerstäubungsraum zu erhöhen, werden schon seit langem Magnetfelder eingesetzt. Zunächst wurden solche Anordnungen für die Gleichstromzerstäubung entwickelt, bei der die Richtung der Zerstäubung durch die Polung des elektrischen Feldes klar definiert ist. Es ist stets die negativ geladene Kathode, die zerstäubt wird, weshalb auch häufig von Kathodenzerstäubung gesprochen wurde. Mit Hilfe von Magnetfeldern im Entladungsraum können die Elektronenbahnen verlängert und damit die Anzahl der pro Elektron erzeugten Ionen erhöht werden. Im US-Patent 4 166 018 (Chapin) wurde erstmals eine Anordnung mit ebenen Elektroden beschrieben, die sogenannte Planar-Magnetron-anordnung, bei welcher die magnetischen Feldlinien aus der Kathodenfläche aus und wieder in diese eintreten, also eine Art Tunnel über der Kathodenfläche bilden. Die Elektronen des Plasmas werden in diesem Tunnel gewissermassen eingeschlossen und von der negativ geladenen Kathode reflektiert. Wenn der Magnetfeldtunnel an der Kathodenebene ausserdem noch in sich geschlossen ist, kann der Grossteil der Elektronen innerhalb des Tunnels auf einer Endlosbahn gehalten werden. Eine solche Anordnung stellt eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit zur Kathodenzerstäubung mittels Gleichspannung dar. Magnetic fields have been used for a long time in order to increase the plasma density in the atomization chamber in atomization arrangements. Initially, such arrangements for direct current atomization were developed, in which the direction of the atomization is clearly defined by the polarity of the electric field. It is always the negatively charged cathode that is atomized, which is why it has often been spoken of as cathode atomization. With the help of magnetic fields in the discharge space, the electron trajectories can be lengthened and thus the number of ions generated per electron can be increased. In US Pat. No. 4,166,018 (Chapin), an arrangement with planar electrodes was described for the first time, the so-called planar magnetron arrangement, in which the magnetic field lines come out of and back into the cathode surface, that is to say form a kind of tunnel over the cathode surface . To a certain extent, the electrons of the plasma are enclosed in this tunnel and reflected by the negatively charged cathode. If the magnetic field tunnel at the cathode level is also still self-contained, the majority of the electrons within the tunnel can be kept on an endless path. Such an arrangement represents a very economical option for cathode sputtering by means of direct voltage.

Es ist auch bekannt, eine Zerstäubung mittels Hochfrequenz dufchzuführen. Dabei ergibt sich trotz Verwendung der ihre Polarität ständig wechselnden Hochfrequenzspannung eine Vorzugsrichtung der Zerstäubung und zwar ist es erfahrungsgemäss stets die Seite der kleineren Elektrodenfläche, von der bevorzugt abgestäubt wird (IBM J. Res. Deve-lop. März 1970, Seite 168). Allerdings ist die Abstäubung nicht strikt auf die Seite der kleineren Elektrode beschränkt, sondern es tritt gleichzeitig eine Abstäubung auch von der grösseren Elektrodenfläche auf, wenn die Differenz zwischen dem Plasmapotential und dem Potential der grösseren Elektrode die Sputterschwelle übersteigt. Je kleiner das Flächenverhältnis der grösseren zur kleineren Elektrodenfläche ist, desto mehr wird gleichzeitig auch von der grösseren Elektrodenfläche abgestäubt, bis bei einem Verhältnis von 1:1 keine der beiden Flächen in bezug auf die Abstäubungsrichtung mehr bevorzugt ist. Bei magnetfeldunterstützten Anordnungen der bisherigen Bauart (Magnetfeld an der zu zerstäubenden kleineren Elektrode) kann eine Zerstäubung der grösseren Elektrode sogar bei Flächenverhältnissen von 10:1 noch auftreten. It is also known to perform high frequency atomization. Despite the use of the high-frequency voltage, which constantly changes its polarity, this results in a preferred direction of atomization, and experience has shown that it is always the side of the smaller electrode area from which dust is preferentially extracted (IBM J. Res. Deve-lop. March 1970, page 168). However, the dusting is not strictly limited to the side of the smaller electrode, but at the same time dusting also occurs from the larger electrode area if the difference between the plasma potential and the potential of the larger electrode exceeds the sputtering threshold. The smaller the area ratio of the larger to the smaller electrode area, the more the larger electrode area is also dusted until, at a ratio of 1: 1, neither of the two areas is more preferred with respect to the direction of dusting. With magnetic field-supported arrangements of the previous type (magnetic field on the smaller electrode to be atomized), atomization of the larger electrode can still occur even with area ratios of 10: 1.

Um bei der Hochfrequenzzerstäubung in einer Vakuumkammer ein solches Flächenverhältnis der beiden Elektroden zu erreichen, dass praktisch eine Abstäubung nur von einer Seite gewährleistet ist, wurde bisher oft die Wand der Vakuumkammer selbst als die Gegenelektrode benutzt, deren Fläche gegenüber der das zu zerstäubende Material tragenden Elektrode wesentlich grösser als 10:1 war, so dass eine Zerstäubung der Kammerwand nicht mehr befürchtet werden musste. In order to achieve such an area ratio of the two electrodes in high-frequency atomization in a vacuum chamber that practically only one side is guaranteed, the wall of the vacuum chamber itself has often been used as the counter electrode, the surface of which opposite the electrode carrying the material to be atomized was considerably larger than 10: 1, so that there was no longer any need to fear that the chamber wall would be atomized.

Eine andere, in der US-Patentschrift 3 661 761 beschriebene Möglichkeit bestand darin, diejenige Elektrode in der Vakuumkammer, von der nicht abgestäubt werden sollte, mit Ausstülpungen zu versehen, um ihre Fläche gegenüber der das zu zerstäubende Material tragenden Elektrode entsprechend zu vergrössern. Another possibility, described in US Pat. No. 3,661,761, was to provide the electrode in the vacuum chamber from which it should not be dusted with protuberances in order to increase its area correspondingly compared to the electrode carrying the material to be atomized.

Auch bei der HF-Zerstäubung wurden schon Magnetfelder zur Erhöhung der Plasmadichte angewendet, um eine grössere Zerstäubungsrate zu erzielen. Eine derartige Anordnung ist z.B. in US-PS 3 369 991 gezeigt. Bei der in dieser Patentschrift in Fig. 1 dargestellten Anordnung steht der das zu zerstäubende Material T tragenden Elektrode 22 als Gegenelektrode eine Haltevorrichtung 80 für zu beschichtende Substrate gegenüber, wobei Magnete 90 vorgesehen sind, deren Feldlinien sowohl die Substrate als auch die Targetfläche T, von der abgestäubt werden soll, praktisch senkrecht durchstossen. Um eine Zerstäubung nur der letzteren sicherzustellen, sind wiederum diejenigen Flächen, die das gleiche Potential wie die Haltevorrichtung aufweisen, grösser ausgebildet, indem neben anderen geerdeten Teilen mindestens der Magnetic fields to increase the plasma density have also been used in HF sputtering in order to achieve a higher sputtering rate. Such an arrangement is e.g. in U.S. Patent 3,369,991. In the arrangement shown in this patent specification in FIG. 1, the electrode 22 carrying the material T to be atomized is opposed by a holding device 80 for substrates to be coated as a counter electrode, magnets 90 being provided, the field lines of which both the substrates and the target surface T, of that should be dusted, practically pierce vertically. In order to ensure that only the latter is atomized, those surfaces which have the same potential as the holding device are in turn made larger by adding at least the one in addition to other grounded parts

2 2nd

s io s io

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

metallische Boden der Vakuumkammer zusätzlich als Elektrodenfläche wirkt. Aus der Figur 1 der genannten US-Patentschrift lässt sich abschätzen, dass die Gesamtheit der nicht zu zerstäubenden geerdeten Elektrodenflächen zur Gesamtheit der das zu zerstäubende Material tragenden Elektrodenfläche T ein Verhältnis aufweist, das mit Sicherheit wesentlich grösser als 10:1 ist, so dass eine Abstäubung nur von der letzteren stattfindet. metallic bottom of the vacuum chamber also acts as an electrode surface. It can be estimated from FIG. 1 of the above-mentioned US patent that the total of the grounded electrode areas not to be atomized to the total of the electrode area T carrying the material to be atomized has a ratio that is certainly significantly greater than 10: 1, so that a Dusting only takes place from the latter.

Wie gesagt, ist also bei der HF-Zerstäubung bei einem Flächenverhältnis der Elektroden grösser 10:1 eine wesentliche Mitzerstäubung der grösseren Elektrodenfläche nicht mehr zu befürchten. Im Bereich 10:1 bis etwa 5:1 kann ein störender Effekt auftreten, insbesondere dann, wenn mit hohen Zerstäubungsspannungen gearbeitet wird. In der Halbleitertechnik und oft auch beim Herstellen dünner Schichten für optische Zwecke ist jedoch schon bei Flächenverhältnissen grösser als 5:1 und erst recht bei einem darunterliegenden Verhältnis die Abstäubung von beiden Elektroden wegen der Gefahr der Verunreinigung der zu bearbeitenden Flächen bzw. der darauf aufzubringenden Schichten nicht mehr tragbar. Eine beidseitige Abstäubung führt auch zu einem wesentlich verschlechterten Wirkungsgrad, weil ein Teil der Energie der Gasentladung für die unerwünschte Zerstäubung der Gegenelektrode aufgewendet wird. As said, in the case of HF sputtering with an area ratio of the electrodes greater than 10: 1, there is no longer any fear of substantial co-sputtering of the larger electrode area. A disruptive effect can occur in the range 10: 1 to about 5: 1, especially when working with high atomization voltages. In semiconductor technology and often also in the production of thin layers for optical purposes, however, even with area ratios greater than 5: 1 and especially with an underlying ratio, the dusting of both electrodes is due to the risk of contamination of the surfaces to be processed or of the layers to be applied thereon no longer portable. Dusting on both sides also leads to a significantly reduced efficiency because part of the energy of the gas discharge is used for the undesired sputtering of the counterelectrode.

Aus der britischen Patentschrift 1 358 411 ist bekannt, bei einer Hochfrequenz-Zerstäubungsanlage zwischen den zwei Elektroden, von denen die eine ein zu zerstäubendes Material und die andere ein Substrat, das beschichtet werden soll, trägt, ein schwaches, axiales Magnetfeld aufrechtzuerhalten (welches die Gasentladung bei niedrigen Drücken unterstützt) und um das Substrat bzw. die darauf aufwachsende Schicht vor Elektronenbeschuss zu schützen, im unmittelbaren Nahbereich vor dem das Substrat tragenden Arbeitstisch ein verhältnismässig starkes zusätzliches Magnetfeld zu erzeugen, dessen Kraftlinien über der Substratoberfläche Bögen bilden. Typischerweise weist das erstgenannte Magnetfeld eine Stärke von nur 100 Gauss auf, während das zweite Magnetfeld eine Flussdichte von 1000 Gauss besitzt. Durch das Zusammenwirken der beiden Felder werden die in der Gasentladung gebildeten Elektronen von dem zentralen Bereich des Arbeitstisches (wo die Substrate liegen) abgelenkt und dadurch ein Elektronenbeschuss der Substrate unterdrückt. Mit dieser bekannten Anordnung ist jedoch, wenn das Flächenverhältnis der Elektroden 10:1 unterschreitet, eine Unterdrückung der Mitzerstäubung auch der grösseren der beiden Elektroden nicht mehr möglich. It is known from British patent specification 1,358,411 to maintain a weak, axial magnetic field (which the .may be used in a high-frequency sputtering system between the two electrodes, one of which carries a material to be sputtered and the other a substrate which is to be coated) Supports gas discharge at low pressures) and in order to protect the substrate or the layer growing thereon from electron bombardment, to generate a relatively strong additional magnetic field in the immediate vicinity of the work table supporting the substrate, the lines of force of which form arcs above the substrate surface. The first-mentioned magnetic field typically has a strength of only 100 gauss, while the second magnetic field has a flux density of 1000 gauss. Through the interaction of the two fields, the electrons formed in the gas discharge are deflected from the central area of the work table (where the substrates are located), thereby suppressing electron bombardment of the substrates. With this known arrangement, however, if the area ratio of the electrodes falls below 10: 1, suppression of co-atomization, even of the larger of the two electrodes, is no longer possible.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Anordnung zum Zerstäuben eines Materials mittels Hochfrequenz anzugeben, bei dem die Mitzerstäubung der grösseren Elektrodenfläche auch bei ungünstigen Flächenverhältnissen weitestgehend unterdrückt ist. In contrast, the present invention has for its object to provide a method and an arrangement for atomizing a material by means of high frequency, in which the co-atomization of the larger electrode area is largely suppressed even in unfavorable area conditions.

Diese Erfindungsaufgabe kann durch das Verfahren bzw. eine Anordnung gemäss den Patentansprüchen gelöst werden. This object of the invention can be solved by the method or an arrangement according to the patent claims.

Die die Zerstäubung der grösserflächigen Gegenelektrode unterdrückende Wirkung der erfindungsgemässen Magnetfeldanordnung beruht darauf, dass durch die aus der Gegenelektrode ein- und austretenden, über ihr einen Bogen bildenden Magnetfeldlinien eine Elektronenfalle gebildet wird (ähnlich wie über der Kathode bei bisherigen Gleich-spannungszerstäubungs-Anordnungen). Dadurch wird eine wesentliche Vergrösserung der Ladungsträgerdichte vor der nicht zu zerstäubenden Elektrode erzielt und überraschenderweise führt diese nicht etwa zu einer erhöhten Abstäubung von der besagten Elektrode (wie auf Grund der bekannten, die Zerstäubungsrate wesentlich erhöhenden Wirkung einer magnetischen Elektronenfalle vor der Kathode The effect of the magnetic field arrangement according to the invention, which suppresses the sputtering of the larger counter electrode, is based on the fact that an electron trap is formed by the magnetic field lines entering and exiting, forming an arc above it (similar to the cathode in previous direct voltage sputtering arrangements). This results in a substantial increase in the charge carrier density in front of the electrode that is not to be sputtered, and surprisingly, this does not lead to increased sputtering from the said electrode (as is the case due to the known effect of a magnetic electron trap in front of the cathode that significantly increases the sputtering rate

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bei Planarmagnetron-Anordnungen zu erwarten gewesen wäre) sondern zu einer weitgehenden Unterdrückung der Abstäubung, wie durch die Erfahrimg mit der erfindungsgemässen Vorrichtung bestätigt wird. Dies wird möglicherweise dadurch erklärt, dass durch die erhöhte Ladungsträgerdichte vor der nicht zu zerstäubenden Fläche ein wesentlich kleinerer Spannungsabfall zustande kommt als er ohne Vorhandensein dieses Magnetfeldes auftreten würde. Somit kann auch die Zerstäubungswirkung an dieser Elektrodenseite praktisch vollständig unterdrückt werden. Eine Zerstäubung tritt dann auch bei einem Flächenverhältnis der grösseren zur kleineren Elektrode unterhalb von 10:1 nicht mehr auf. Erst wenn das Verhältnis der nicht zu zerstäubenden zu der zu zerstäubenden Elektrodenfläche 1:1 unterschreitet, lässt sich die Hochfrequenzzerstäubung der nunmehr kleineren Elektrode auch durch ein Magnetfeld nicht mehr verhindern. Diese letztere Situation liegt eben bei den bekannten Planarmagnetron-Anordnungen vor, wo die zu zerstäubende Fläche wesentlich kleiner ist, als die als Gegenelektrode dienende Innenwand der Zerstäubungskammer. Während also bei der Gleichspannungskathodenzerstäubung die Elektronenfalle vor der Kathode der Erhöhung der Zerstäubungsrate dient, bewirkt die Elektronenfalle gemäss Erfindung eine Verhinderung der Zerstäubung auf der Seite der grösseren Elektrode. Diese Verhinderung beruht auf einer Änderung der Spannungsaufteilung im Entladungsraum. would have been expected with planar magnetron arrangements), but to a large extent suppression of the dusting, as is confirmed by experience with the device according to the invention. This may be explained by the fact that the increased charge carrier density in front of the surface that is not to be atomized results in a much smaller voltage drop than would occur without the presence of this magnetic field. In this way, the atomizing effect on this electrode side can also be virtually completely suppressed. Atomization then no longer occurs even with an area ratio of the larger to the smaller electrode below 10: 1. Only when the ratio of the non-atomized to the atomized electrode area falls below 1: 1 can the high-frequency atomization of the now smaller electrode no longer be prevented even by a magnetic field. This latter situation occurs precisely in the known planar magnetron arrangements, where the area to be atomized is considerably smaller than the inner wall of the atomizing chamber, which serves as the counter electrode. Thus, while in the case of direct voltage cathode sputtering the electron trap in front of the cathode serves to increase the sputtering rate, the electron trap according to the invention prevents sputtering on the larger electrode side. This prevention is based on a change in the voltage distribution in the discharge space.

Bei entsprechender Dimensionierung (Fig. 1) des Magnetfeldverlaufes und der Geometrie des Entladungsraumes können mit der erfindungsgemässen Magnetanordnung die bekannten Vorteile einer magnetfeldgestützten HF-Entladung auch bei ungünstigen Flächenverhältnissen erreicht werden. Dies betrifft vor allem höhere Raten auf der zu zerstäubenden Fläche, bei niedrigeren Entladungsspannungen und niedrigen Gasdrücken. Es ist auch möglich, sehr homogene Abtragprofile an der zu zerstäubenden Fläche einzustellen, was bisher nur mit relativ zu diesen bewegten Magnetfeldern möglich war. With appropriate dimensioning (FIG. 1) of the magnetic field profile and the geometry of the discharge space, the known advantages of a magnetic field-assisted HF discharge can be achieved with the inventive magnet arrangement even in the case of unfavorable surface conditions. This concerns above all higher rates on the surface to be atomized, with lower discharge voltages and low gas pressures. It is also possible to set very homogeneous removal profiles on the surface to be atomized, which was previously only possible with magnetic fields moving relative to these.

Durch die Erfindung kann auch bei bekannten Anordnungen (Magnetfeld im Bereich der zu zerstäubenden Fläche) die Zerstäubung der flächenmässig grösseren Elektrode sicher verhindert werden. Für eine optimale Handhabung des erfindungsgemässen Verfahrens wird empfohlen, die magnetische Flussdichte im Bereich der Gegenelektrode so einzustellen, dass die Plasmadichte in der unter Einwirkung des Magnetfeldes entstehenden Elektronenfalle um mindestens Vî grösser ist als die Plasmadichte, die am gleichen Ort unter sonst gleichen Bedingungen, jedoch ohne Einwirkung des Magnetfeldes auftreten würde. Durch Messung der Plasmadichte einmal mit und ein zweites Mal ohne Magnetfeld unter sonst gleichen Bedingungen kann also vorgängig ermittelt werden, ob die Einstellung des Magnetfeldes richtig ist. Ein anderer Parameter, der für die Einstellung sehr nützlich ist, ist die Gleichspannungs-Potentialdifferenz zwischen der Gegenelektrode und dem Plasma im Entladungsraum. Das Magnetfeld sollte so bemessen werden, dass diese Gleich-spannungs-Potentialdifferenz einen Wert von weniger als 100 V annimmt. The invention can also reliably prevent the sputtering of the larger electrode in known arrangements (magnetic field in the area of the surface to be sputtered). For optimal handling of the method according to the invention, it is recommended to set the magnetic flux density in the area of the counterelectrode in such a way that the plasma density in the electron trap arising under the influence of the magnetic field is at least Vî greater than the plasma density, which is at the same place under otherwise identical conditions, however would occur without exposure to the magnetic field. By measuring the plasma density once with and a second time without a magnetic field under otherwise identical conditions, it can be determined beforehand whether the setting of the magnetic field is correct. Another parameter that is very useful for the adjustment is the DC potential difference between the counter electrode and the plasma in the discharge space. The magnetic field should be dimensioned so that this DC voltage potential difference takes on a value of less than 100 V.

Eine bewährte erfindungsgemässe Anordnung zum Zerstäuben eines Materials mittels Hochfrequenz ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis |0| / ® der Summe |®| der Absolutbeträge der die Gegenelektrodenfläche durch-stossenden magnetischen Flüsse zur Summe <D der mit ihrem Vorzeichen berücksichtigten, die Gegenelektrodenfläche durchstossenden magnetischen Flüsse grösser als 2:1 ist. A proven arrangement according to the invention for atomizing a material by means of high frequency is characterized in that the ratio | 0 | / ® the sum | ® | the absolute amounts of the magnetic fluxes penetrating the counter electrode surface to the sum <D of the magnetic fluxes considered with their sign and penetrating the counter electrode surface is greater than 2: 1.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. It shows:

Figur 1 eine Ätzanlage bei der die zu zerstäubenden Flächen auf Erdpotential liegen und die mit tunnelförmigen 1 shows an etching system in which the surfaces to be atomized are at earth potential and which are tunnel-shaped

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

668 565 668 565

4 4th

Magnetfeldlinien beaufschlagte Gegenelektrode mit der Hochfrequenzspannung verbunden wird; Magnetic field lines applied counter electrode is connected to the high frequency voltage;

Figur 2 schematisch eine Anordnung, bei der die Hochfrequenzzuführung an der zu zerstäubenden Seite erfolgt, wogegen die nicht zu zerstäubende Gegenelektrode durch die geerdete Wand der Vakuumkammer gebildet wird; FIG. 2 shows schematically an arrangement in which the high-frequency supply takes place on the side to be atomized, whereas the counterelectrode that is not to be atomized is formed by the grounded wall of the vacuum chamber;

Figur 3 das Schema einer Anlage, bei der die aktive Fläche der zu zerstäubenden Elektrode gleich gross ist wie die Fläche der Gegenelektrode. Figure 3 is a diagram of a system in which the active area of the electrode to be atomized is the same size as the area of the counter electrode.

In Figur 1 bezeichnet 1 die Vakuumkammer, die aus einem oberen Teil 2 und einem Boden 3 besteht und über den Saugstutzen 4, an den eine Vakuumpumpe angeschlossen wird, evakuierbar ist. Die Bodenplatte 3 ist auf der dem Vakuumraum zugewandten Seite als eine das zu zerstäubende — d.h. hier zu ätzende — Substrat 5' tragende Elektrode 5 ausgebildet, welcher die haubenförmige Elektrode 6 als nicht zu zerstäubende Gegenelektrode gegenüber steht. Letztere wird beim Betrieb über die vakuumdicht durch die Kammerwand hindurchgeführte Hochfrequenzspannungszuführung 7 unter Dazwischenschaltung eines Kondensators 8 an eine externe Hochfrequenzquelle angeschlossen. Die Vakuumkammer ist, wie aus der Figur 1 weiter ersichtlich, von einem Elektro- oder Permanentmagneten 9 umschlossen, dessen Feldlinien in die Kammer hineinragend auf der Innenseite des zylindrischen Teiles 11 der Elektrode 6 im Sinne der Erfindung tunnelförmige Bögen bilden, indem wenigstens ein wesentlicher Teil der Kraftlinien 10 aus der Fläche 11 aus-und in diese wieder eintreten. In FIG. 1, 1 denotes the vacuum chamber, which consists of an upper part 2 and a base 3 and can be evacuated via the suction nozzle 4, to which a vacuum pump is connected. The bottom plate 3 is on the side facing the vacuum space as one to be atomized - i.e. here to be etched - substrate 5 'carrying electrode 5, which is opposite hood-shaped electrode 6 as a non-atomizing counter electrode. The latter is connected to an external high-frequency source during operation via the high-frequency voltage feed 7, which is passed through the chamber wall in a vacuum-tight manner, with the interposition of a capacitor 8. As can also be seen from FIG. 1, the vacuum chamber is enclosed by an electric or permanent magnet 9, the field lines of which protrude into the chamber on the inside of the cylindrical part 11 of the electrode 6 in the sense of the invention form tunnel-shaped arches, in that at least a substantial part of the lines of force 10 emerge from the surface 11 and re-enter it.

Die Hochfrequenzspannungsdurchführung 7 weist einen spannungsführenden Leiter 12 auf, der von einer isolierenden Platte 13 getragen ist, die ihrerseits mittels eines Flanschringes 14 und unter Verwendung eines Dichtringes 15 vakuumdicht an eine Öffnung der Kammerwand 1 angeschraubt ist, wobei der Leiter 12 durch die Öffnung in die Kammer hineinragt und dort als Träger 17 für die Elektrode 6 ausgebildet ist. Der Isolator 18 und die metallische Mutter 19 dienen dem Anpressen des Dichtringes 23 an den Leiter 12 und an die Isolierplatte 13. The high-frequency voltage feedthrough 7 has a live conductor 12, which is supported by an insulating plate 13, which in turn is vacuum-tightly screwed to an opening of the chamber wall 1 by means of a flange ring 14 and using a sealing ring 15, the conductor 12 through the opening into the Protrudes chamber and is formed there as a carrier 17 for the electrode 6. The insulator 18 and the metallic nut 19 serve to press the sealing ring 23 onto the conductor 12 and onto the insulating plate 13.

Die beschriebene Anordnung kann für die sequentielle Bearbeitung einzelner Wafer in einer Halbleiter-Produk-tionsanlage verwendet werden. Bei dieser Anordnung sollen einige 10 nm Oxid von der Waferoberfläche abgeätzt werden, bevor in der gleichen Vakuumkammer die eigentliche Beschichtung erfolgt. Mit der Anordnung gemäss Figur 1 wurden Ätzraten von über 30 nm/min für SÌO2 auf einem Si-Wafer erreicht. Entscheidend ist dabei, dass auf einem 6"-Wafer eine Gleichmässigkeit von besser als + / — 5% erreicht wird und bei einer Leistungsdichte von ca. 1.2 W/cm2 in einer 13.56 MHz Argonentladung von 0,5 Pa Druck eine Selfbias-Spannung von nur 600 Vdc (0 auftritt. The arrangement described can be used for the sequential processing of individual wafers in a semiconductor production system. In this arrangement, a few 10 nm oxide should be etched off the wafer surface before the actual coating takes place in the same vacuum chamber. With the arrangement according to FIG. 1, etching rates of over 30 nm / min for SÌO2 were achieved on a Si wafer. The decisive factor here is that a uniformity of better than + / - 5% is achieved on a 6 "wafer and a self-bias voltage of at a power density of approx. 1.2 W / cm2 in a 13.56 MHz argon discharge of 0.5 Pa pressure only 600 Vdc (0 occurs.

Annähernd gleiche Ätzraten von ca. 30 nm/min konnten bisher nur durch extrem hohe Spannungen von ca. 2 KV und Drücke um 1 Pa erreicht werden. Die Anwendung derart hoher Spannungen bzw. hoher Drücke stellte in der Halbleiterfertigung bisher ein Problem dar, welches durch die Erfindung nunmehr als gelöst erscheint. Approximately the same etching rates of approx. 30 nm / min could only be achieved with extremely high voltages of approx. 2 KV and pressures around 1 Pa. The use of such high voltages or high pressures has hitherto been a problem in semiconductor production, which now appears to be solved by the invention.

Bei der beschriebenen Anordnung wurde für die nicht zu zerstäubende Gegenelektrode z.B. ein Verhältnis von |4>| / $ von 3,5 gemessen, wobei |0| einen Wert von 7 x 10_4Vsec und $ einen Wert von 2 x 10~4 Vsec aufwies. Die Bestimmung dieser magnetischen Flüsse erfolgte durch punktweises Ausmessen der gesamten Elektrodenfläche mittels einer Hallsonde (z.B. Bell Gaussmeter, Modell 620). In the arrangement described, for the counterelectrode not to be atomized, e.g. a ratio of | 4> | / $ of 3.5, where | 0 | had a value of 7 x 10_4Vsec and $ a value of 2 x 10 ~ 4 Vsec. These magnetic fluxes were determined by measuring the entire electrode area point by point using a Hall probe (e.g. Bell Gaussmeter, Model 620).

Die folgende Tabelle zeigt dieses und zwei weitere Beispiele in tabellarischer Darstellung. The following table shows this and two other examples in tabular form.

Beispiel example

1® 1 1® 1

© ©

l®l/0 l®l / 0

Nr. 1 number 1

7 7

2 2nd

3.5 3.5

Nr. 2 No. 2

7.5 7.5

1.5 1.5

5 5

Nr. 3 No. 3

8.7 8.7

0.3 0.3

29 29

(Alle Angaben der magnetischen Flüsse in 10 4 Voltsekunden = KT4 Weber; 1 Wb = 1 Vs). (All information on the magnetic fluxes in 10 4 volt seconds = KT4 Weber; 1 Wb = 1 Vs).

Als Mass für den Effekt, der durch die erfindungsgemäs-se Magnetfeldanordnung erreicht wird, kann die Potentialdifferenz zwischem dem Plasma im Entladungsraum und der nicht zu zerstäubenden Elektrode gemessen werden; diese Potentialdifferenz lag in allen drei Beispielsfällen unterhalb 100 Volt. The potential difference between the plasma in the discharge space and the non-atomizing electrode can be measured as a measure of the effect which is achieved by the magnetic field arrangement according to the invention; this potential difference was below 100 volts in all three example cases.

Die Figur 1 zeigt als weitere Ausgestaltungsmöglichkeit, dass auch hinter (unterhalb) der die zu zerstäubenden Substrate tragenden Elektrode 5 ein Magnet 20 angeordnet werden kann, um auf diese Weise zusätzlich eine ähnliche die Zerstäubungsrate erhöhende Wirkung wie bei den bekannten magnetfeldunterstützten Gleichspannungs-Kathodenzer-stäubungseinrichtungen zu erreichen. In diesem Falle werden auch über den Flächen, von denen abgestäubt werden soll, tunnelförmige Magnetfeldlinien erzeugt, welche dort eine erhöhte Ladungsträgerkonzentration und damit, wie gesagt, eine erhöhte Zerstäubungsrate zur Folge haben. Da die Elektrodenfläche 5 bzw. die Fläche des zu zerstäubenden Substrates wesentlich kleiner ist als die Fläche der Gegenelektrode findet hier auf jeden Fall eine Zerstäubung statt, die nicht durch das Feld des Magneten 20 unterdrückt werden kann. Eine mögliche Zerstäubung der Gegenelektrode 6 wird jedoch auch in dieser Anordnung erfindungsgemäss durch das Magnetfeld 10 verhindert. 1 shows, as a further possible embodiment, that a magnet 20 can also be arranged behind (below) the electrode 5 carrying the substrates to be sputtered, in order in this way to additionally have a similar effect which increases the sputtering rate as in the known magnetic field-assisted direct voltage cathode sputtering devices to reach. In this case, tunnel-shaped magnetic field lines are also generated over the surfaces from which dusting is to take place, which result in an increased charge carrier concentration and thus, as said, an increased atomization rate. Since the electrode area 5 or the area of the substrate to be atomized is significantly smaller than the area of the counterelectrode, atomization takes place here in any case, which cannot be suppressed by the field of the magnet 20. A possible sputtering of the counter electrode 6 is, however, also prevented in this arrangement by the magnetic field 10.

In den Figuren 2 und 3 sind Teile, denen in Hinblick auf die Erfindung die gleiche Funktion zukommt, mit den folgenden gleichen Bezugszeichen versehen: Es bedeutet 25 die die zu zerstäubenden Flächen tragende Elektrode, 26 die nicht zu zerstäubende Gegenelektrode, in deren Nähe jeweils Magnete 27 angeordnet sind, deren Feldlinien 28 gemäss Patentanspruch wenigstens zum Teil aus der genannten Elektrode aus- und in diese wieder eintreten, also über der Elek-trodenfläche einen Tunnel bilden. Die Kammerwand ist mit 29, der Evakuierungsstutzen mit 30, die Hochfrequenzzuführung mit 31 und der Hochfrequenzgenerator mit 32 angedeutet. In Figur 2 stellt der untere Teil der Kammerwand die nicht zu zerstäubende Gegenelektrode dar. In Figur 3 dagegen ist der untere Teil der Kammerwand die zu zerstäubende Elektrode bzw. Träger des zu zerstäubenden Materials. Gegenüber der Anordnung der Figur 2 zeichnet sich diejenige der Figur 3 auch dadurch aus, dass die zu zerstäubende aktive Elektrodenfläche und die Gegenelektrode flächenmässig gleich gross sind; trotzdem wird dank der erfindungsgemässen Anordnung eines Magneten hinter der Gegenelektrode ein Zerstäuben derselben weitgehend verhindert (während nach bisherigem Stand der Technik im Falle gleich grosser Elektrodenflächen bei Verwendung von Hochfrequenz beide gleichermassen der Zerstäubung unterworfen waren). In FIGS. 2 and 3, parts which have the same function with regard to the invention are provided with the following same reference symbols: 25 denotes the electrode carrying the surfaces to be atomized, 26 the counterelectrode not to be atomized, and magnets in the vicinity thereof 27 are arranged, the field lines 28 of which, at least in part, emerge from the electrode and enter it again, that is to say form a tunnel over the electrode surface. The chamber wall is indicated with 29, the evacuation connection with 30, the high-frequency supply with 31 and the high-frequency generator with 32. In FIG. 2, the lower part of the chamber wall represents the counterelectrode not to be atomized. In FIG. 3, however, the lower part of the chamber wall is the electrode to be atomized or the carrier of the material to be atomized. Compared to the arrangement in FIG. 2, that in FIG. 3 is also distinguished by the fact that the active electrode surface to be atomized and the counter electrode have the same area; nevertheless, thanks to the arrangement according to the invention of a magnet behind the counter electrode, sputtering of the latter is largely prevented (whereas according to the prior art in the case of electrode surfaces of the same size when using high frequency, both were equally subjected to sputtering).

Unter aktiver Elektrode im Sinne dieser Beschreibung werden solche Elektrodenteile verstanden, welche der Entladungsstrom durchfliesst. Es ist zweckmässig, die vom Zerstäubungsraum abgewandte Rückseite der Elektroden mit Abschirmungen wie z.B. 33 in Figur 2 zu versehen, wodurch die Entladung (in an sich bekannter Weise) auf der Rückseite unterdrückt wird. Für derartige sogenannte Dunkelraum-Abschirmungen können auch Teile der Kammerwand verwendet werden wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt. For the purposes of this description, active electrode is understood to mean those electrode parts through which the discharge current flows. It is expedient to cover the back of the electrodes facing away from the atomization chamber with shields, e.g. 33 in Figure 2, whereby the discharge (in a conventional manner) is suppressed on the back. Parts of the chamber wall can also be used for such so-called dark room shields, as shown in FIGS. 1 and 3.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

s s

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

668565 PATENT CLAIMS

1. A method for atomizing a material by means of high-frequency discharge between at least two electrodes, at least one of which carries the material to be atomized and at least another forms the non-atomizing counter electrode, a magnetic field being generated in the area of the counter electrode, the field lines of which are to a large extent Forming an arc over the counter electrode, emerging from it and re-entering it, characterized in that the magnetic flux density (10, 28) is set in a region of the counter electrode (6, 11, 26) in such a way that an electron trap is located in front of it trains.

2. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic flux density in the region of the counter electrode is set so that the plasma density in the electron trap arising under the action of the magnetic field is at least greater than the plasma density at the same location, but under otherwise identical conditions would occur without exposure to the magnetic field.

3. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic field is set so that the DC voltage difference between the counter electrode (6,

11, 26) and the plasma in the discharge space assumes a value of less than 100 V.

4. Arrangement for atomizing a material by means of high frequency with at least two electrodes, at least one of which carries the material to be atomized and another forms the non-atomizing counter electrode, and with magnets for generating a magnetic field in the area of the counter electrode, which are arranged in this way, that a substantial part of the magnetic field lines arises from the counter-electrode surface and enters and re-enters it, characterized in that the ratio F / F 'of the total of the counter-electrode surface F actively participating in the discharge to the total F' of that to be atomized Material-bearing electrode areas is at most 10: 1.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the ratio | <S | / <£> the sum | 0 | the absolute amounts of the magnetic fluxes penetrating the counter electrode area to the sum of the magnetic fluxes considered with their sign and penetrating the counter electrode area is greater than 2: 1.

6. Arrangement according to claim 4, characterized in that the electrodes (5, 6, 11, 25, 26) practically completely enclose the discharge space except for the evacuation and the mutual electrical insulation.

7. Arrangement according to claim 4, characterized in that the electrode 5 to be atomized material (5 ') carrying a magnetic field is also assigned, the force lines at least partially out of this and re-enter them.