CH691686A5 - Vakuumbehandlungskammer. - Google Patents

Description

  



  Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumbehandlungskammer mit einer Zerstäubungselektrode und einer mit der Zerstäubungselektrode einen Entladungsraum bildenden Gegenelektrode gemäss Oberbegriff von Anspruch 1, ein Vakuum-Zerstäubungsverfahren und eine Magnetronanordnung für die vorerwähnte Kammer. 



  Es kann sich bei der Zerstäubungselektrode um eine Elektrode handeln, deren abgestäubtes Material als Schichtmaterial auf Werkstücke abgelegt wird, im Sinne einer Zerstäubungsbeschichtung, oder um eine Elektrode, auf welcher zu zerstäubende Werkstücke im Sinne des Zerstäubungsätzens angeordnet sind. 



  Im Weiteren handelt es sich um Fälle der erwähnten Zerstäubungstechnik, bei denen sich in der Behandlungskammer elektrisch isolierende Störschichten bilden, sei dies, indem von der Zerstäubungselektrode Material abgestäubt wird, das schlechter als ein Metall elektrisch leitet, sei dies, dass das von der Zerstäubungselektrode abgestäubte Material mit einem Reaktivgas reagiert und zur erwähnten schlecht oder nicht leitenden Isolationsbeschichtung führt. 



  In diesen Fällen geht es um das Problem, dass aufgrund der erwähnten Isolationsbeschichtung, an der Gegenelektrode, der Entladungsprozess zwischen Zerstäubungselektrode und Gegenelektrode zeitvariant wird bzw. instabil. 



  Während bei der Hochfrequenzzerstäubung die zunehmende Isolationsbeschichtung der nicht zerstäubten Elektrode, im Weiteren anodische Elektrode genannt, zur Folge hat, dass sich das DC-self-bias-Potenzial der Entladung verschiebt - aufgrund der zeitvariablen Kapazitätsbelegung an der anodischen Elektrode -, hat die erwähnte Isolationsbelegung der Anode bei DC-Zerstäubung zur Folge, dass die Entladungsspannung ansteigt und die Funktion der Anode mehr und mehr verloren geht, aufgrund der bei DC-Betrieb wirksamen Entkopplungswirkung der erwähnten Kapazitätsbelegung. 



  Gerade die DC-Zerstäubung, insbesondere die reaktive DC-Zerstäubung, wird heute aber bevorzugt, z.B. aufgrund der kostengünstigeren Anlagekonfiguration im Vergleich zu Hochfrequenz-Zerstäubungsanlagen. 



  Sowohl beim Hochfrequenzzerstäuben wie auch beim heute bevorzugt eingesetzten DC-Zerstäuben müssten, um einigermassen gleichbleibende Prozessbedingungen zu gewährleisten, die anodische Elektrode bzw. die Anode laufend gereinigt werden. Dies wäre selbstverständlich völlig unwirtschaftlich und ergäbe ausserdem laufend Probleme bezüglich Kontamination des Prozesses. Bei Magnetronzerstäubungsquellen, welche insbesondere bei der DC-Zerstäubung wegen der hohen Zerstäubungsraten besonders bevorzugt eingesetzt werden, ist das erwähnte Problem besonders akut. 



  Es ist offensichtlich, dass bei der Zerstäubung elektrisch schlecht leitender Materialien oder bei der Zerstäubung elektrisch gut leitender Materialien in einer Reaktivgasatmosphäre, worin, durch Reaktion, elektrisch schlecht leitendes Material gebildet wird, das erwähnte Isolationsproblem auch auf der Zerstäubungselektrode besteht. Dieses Problem aber wurde gelöst, insbesondere mit Blick auf den Einsatz kostengünstiger DC-Entladungsgeneratoren, durch Überlagerung einer pulsierenden Spannung, wie dies ausführlich in der EP-0 564 789 bzw. der US-Anmeldung Nr. 08/020 672 beschrieben ist, insbesondere unter Einsatz einer kostengünstigen Choppertechnik. 



  Bei DC-Zerstäubung wurde das obgenannte Problem bezüglich der Anode bisher dadurch zu lösen versucht, dass die Anodenfläche vergrössert wurde oder zusätzliche Jalousien oder Labyrinthe vorgesehen wurden, welche gegenüber dem Partikelstrom freibleibende, elektrisch leitende Oberflächenbereiche bewahren, derart, dass einerseits die Zerstäubungsentladung sich nicht in diese Bereiche ausbreiten kann (Einhaltung von Dunkelraumabständen), anderseits so, dass insbesondere Elektronen, trotz Isolationsbeschichtung der der Zerstäubungsentladung ausgesetzten Anodenflächen, einen niederohmigen Pfad auf die freien Oberflächen der Anode finden. 



  In Fig. 1a ist der linke Teil einer typischen Magnetronzerstäubungsanordnung dargestellt, ohne zusätzliche Massnahmen zur Freihaltung der Anodenfläche mit Bezug auf eine Isolationsbelegung. Es bezeichnen:
 1 zerstäubter Targetkörper;
 2 Befestigungsrahmen für den Targetkörper 1;
 3 Befestigungsschrauben für Halterahmen 2 und Targetkörper 1;
 4 thermisch leitende Kontaktfolie;
 5 Kühlplatte;
 6 Kühlkanäle für Kühlmedium;
 7 rahmenförmige Anode;
 8 anlagenseitiger Befestigungsflansch für Magnetron;
 9 elektrische Isolation zwischen Kathode einerseits und Flansch/Anode anderseits;
 10 Magnetsystem mit Magnetsystemgehäuse 11;
 12 qualitativer Magnetfeldverlauf; 
 13 Störisolationsbeschichtung;
 14 Spalt. 



  Bei 13 ist, rein schematisch und qualitativ, die Ablagerung einer Kapazitätsbelegung-bildenden Störisolationsbeschichtung auf der Anode 7 dargestellt. Wie ersichtlich, wird dadurch der Entladungspfad zwischen Kathode und Anode schliesslich unterbrochen. Dabei ist zu bedenken, dass der Spalt 14 zwischen Anode 7 und Spannrahmen 2 wohl Dunkelraumbedingungen erfüllt, womit dort keine Entladung entstehen kann, dass aber Beschichtungspartikel in diesen Spalt eindringen und, wie dargestellt, Anode sowie Teile des Befestigungsflansches 8 belegen können. 



  Anhand von Fig. 1b sollen bekannte, das anhand von Fig. 1a geschilderte Problem lösende Massnahmen erörtert werden. Es ist die rechte Hälfte einer Magnetronquelle dargestellt, und für dieselben Bauteile sind dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1a verwendet. 



  Wie aus dem Vergleich der Figuren ersichtlich, ist der Spalt 14 min , Dunkelraumbedingungen genügend, als Labyrinth ausgebildet, sodass Anodenflächenbereiche bezüglich zerstäubten Materials, welches in den Dunkelraumspalt eintritt, aufgrund der stufenförmigen Spaltausbildung, wie bei 15 beispielsweise eingetragen, abgeschattet sind. Damit wird erreicht, dass Anodenoberflächen nicht isolationsbeschichtet werden und, frei, den elektrischen Entladungsstrompfad aufrecht erhalten. Elektronen bewegen sich, durch das Anodenpotenzial angezogen, wegen ihrer sehr hohen Beweglichkeit durch den Dunkelraumspalt 14 min  zu den frei bleibenden Anodenflächen 15, womit der Stromkreis geschlossen bleibt. 



  Im Weiteren ist es bekannt, anstelle der anhand von Fig. 1b beschriebenen Labyrinthe, sogenannte Rippenanordnungen oder Jalousien zu verwenden, welche, neben Abschattungszonen für Anodenflächenbereiche, auch die gesamte Anodenoberfläche vergrössern sollen. Damit soll vermieden werden, dass das Zuwachsen der Anodenflächen durch die Isolationsbelegung, bezogen auf die gesamte Anodenfläche, zu rasch erfolgt. Es wird hierzu verwiesen auf die US-A-3 514 391, die DE-PS-3 427 587 sowie die DE-PS-3 612 721. 



  Ein wesentlicher Nachteil der erwähnten Ansätze ist nun darin zu erblicken, dass es nicht möglich ist, ab Zerstäubungsbeginn zeitinvariante Betriebsbedingungen zu erreichen. Das nicht gehinderte, kontinuierliche Aufwachsen der Isolationsbeschichtung auf der Anode verändert laufend die Entladungsbedingungen. Sogar bei Jalousie- oder Labyrinthanordnungen wird eine relativ lange Zeit benötigt, bis sich der Betriebszustand stabilisiert, weil, ab Betriebsbeginn betrachtet, vorerst die wirksamen Anodenoberflächen abnehmen. 



  Auch nachdem die freigehaltenen Anodenflächen ausschliesslich das Schliessen des Entladestromkreises übernommen haben, bleibt die Entladespannung hoch, aufgrund der relativ langen Wege, welche die Elektronen durchlaufen müssen. Hohe Spannungen führen aber regelmässig zu einer erhöhten Über- und Durchschlagshäufigkeit, was den Zerstäubungsprozess stört und insbesondere die gebildete Schicht, bei Beschichtungszerstäuben, unbrauchbar macht. Im Unterschied zum Einsatz von Labyrinthsystemen, ergibt sich durch reine Vergrösserung der Anodenfläche eine wesentlich längere Zeit des Anwachsens der Entladespannung, da die Anodenfläche kontinuierlich und gleichmässig zuwächst. 



  Solche nicht reproduzierbaren Betriebsbedingungen, welche sich unmittelbar auf die Beschichtungsqualität beim Zerstäubungsbeschichten auswirken, sind bei den heutigen Qualitätsanforderungen nicht akzeptabel. Es sei diesbezüglich auf die Beschichtung von Speicherplatten oder von Halbleiterstrukturen hingewiesen. 



  Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumbehandlungskammer eingangs genannter Art zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile behebt und die es erlaubt, elektrisch schlecht leitende Materialien, bis hin zu dielektrischen Materialien, störungsfrei, d.h. ohne arcing, und mit hoher Reproduzierbarkeit, bei hoher Produktivität, d.h. Wirtschaftlichkeit, und langen Standzeiten, realisieren zu können. Dabei soll sich der Zerstäubungsprozess rasch stabilisieren. 



  Zur Lösung der genannten Aufgabe zeichnet sich die erfindungsgemässe Vakuumbehandlungskammer nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aus. Dadurch, dass eine dritte Elektrode zusammen mit dem der Sichtverbindung zur Zerstäubungselektrode entzogenen Flächenbereich der Gegenelektrode einen weiteren Entladungsraum bildet - und Dunkelraumbedingungen diesbezüglich nicht genügt - und eine für Elektronen im Wesentlichen ungehinderte Verbindung zwischen den Entladungsräumen - nämlich dem Letzterwähnten und dem Zerstäubungsentladungsraum - besteht, wird erreicht, dass der frei gehaltene Anodenflächenbereich durch die weitere elektrisch hochleitende Entladung räumlich ausgedehnt wird, sodass die Zerstäubungsentladungselektronen praktisch ungehindert jederzeit niederohmig zur Anode fliessen können;

   dies trotz zunehmender Isolationsbeschichtung an den der Zerstäubungsentladung direkt zugewandten Anodenflächenbereichen. 



  Die Erfindung wird anschliessend anhand weiterer Figuren erläutert. 
 
   Die Fig. 1a und 1b stellen bekannte Vorkehrungen dar, die vorgängig erläutert wurden. 
   Fig. 2 zeigt, völlig schematisch, das Prinzip, welches an einer erfindungsgemässen Vakuumbehandlungskammer realisiert ist; 
   Fig. 3 schematisch, die Realisation des erfindungsgemässen Verfahrens bzw.

   Prinzips an einer erfindungsgemässen Vakuumbehandlungskammer für Hochfrequenzzerstäubung; 
   Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Vorgehens nach Fig. 3; 
   Fig. 5 schematisch, die Optimierung der Vakuumkammer nach Fig. 4, unter Berücksichtigung von Magnetfeld-bewirkten Abweichungen von den Gesetzen nach Koenig; 
   Fig. 6a in schematischer Darstellung, eine erste Ausführungsform einer bevorzugten DC-Zerstäubungskammer mit drei Varianten der Potenziallegung; 
   Fig. 6b zur heuristischen Erläuterung der Wirkung einer Variante an der Anordnung gemäss Fig. 6a, deren Kathoden/Anodenbereich vergrössert; 
   Fig. 6c zur heuristischen Erläuterung der Wirkung einer weiteren Variante an der Anordnung gemäss Fig. 6a, deren Kathoden/Anodenbereich vergrössert; 
   Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der bevorzugten DC-Zerstäubungskammer, in Darstellung analog zu Fig. 6a;

   
   Fig. 8 eine bevorzugte Kammer in teilweise geschnittener Darstellung. 
 



  In Fig. 2 ist eine auf kathodischem Potenzial liegende Zerstäubungselektrode 20 dargestellt. Zwischen ihr und einer auf anodischem Potenzial liegenden Gegenelektrode 22 wird in einem Arbeitsgas, wie beispielsweise Argon, die Primärentladung I unterhalten. Das Targetmaterial an der Elektrode 20 wird zerstäubt und ist entweder selbst elektrisch schlecht leitend, wesentlich schlechter als ein Metall, oder gar dielektrisch, oder es bildet sich in der Primärentladung I, zwischen dem von der Elektrode 20 abgestäubten Material und einem eingelassenen Reaktivgas, eine schlecht leitende Materialverbindung. Jedenfalls legt sich unter anderem auf der anodischen Elektrode 22 eine Isolationsbelegung 24 ab. Ausserhalb direkter Sichtverbindung von der Zerstäubungselektrode 20 ist, wie beispielsweise dargestellt, ringförmig, eine dritte Elektrode 26 vorgesehen. 



  Durch Vorkehrungen, wie Schirmbleche, oder durch Teile der dritten Elektrode 26 selbst, schematisch bei 28 dargestellt, wird über Dunkelraumbedingungen-gehorchenden Spalten 29 verhindert, dass sich die Entladung I auch hinter die Elektrode 22 ausbreitet. Hingegen herrschen zwischen der dritten Elektrode 26 und der anodischen Elektrode 22 Abstandsverhältnisse, die das Entstehen und Aufrechterhalten einer Entladung II, im Weiteren subsidiäre Entladung genannt, zulassen. Wie schematisch mit der einseitigen Aufhängung der auf Dunkelraumabstand gehaltenen Schirme 28 dargestellt, besteht im Weiteren ein praktisch freier Durchtritt vom Entladungsraum I zum Entladungsraum II. Damit ergeben sich folgende Verhältnisse:
 - Die Rückseite der anodischen Elektrode 22 ist störbeschichtungsfrei; 



  - die subsidiäre Entladung II bildet eine hochleitende Verbindung zwischen anodischer Elektrode 22 und dritter Elektrode 26 und, ersatzbildartig betrachtet, eine niederohmige Verbindung zwischen Entladungsraum I und leitenden Flächen der anodischen Elektrode 22. Parallel zur Störbeschichtung 24, letztere elektrisch kurzschliessend, liegt die hochleitende subsidiäre Entladung II. 



  Weil die subsidiäre Entladung II sehr niederohmig ist, wirken sich sehr rasch Isolationsbeschichtungen 24 nicht mehr aus; der Elektronenstromfluss wird, wie eingetragen, über die eigentlich die freien Flächen der anodischen Elektrode 22 räumlich ausdehnende Entladung II sichergestellt. 



  Das Potenzial der dritten Elektrode 26, mit  PHI 26 bezüglich demjenigen der anodischen Elektrode 22 eingetragen, ist diesbezüglich vorteilhafterweise wiederum anodisch, womit in der subsidiären Entladung II die anodische Elektrode 22 kathodisch wirkt und damit gar freigestäubt wird. 



  Es wurde bewusst von anodischer und kathodischer Elektrode gesprochen, den Fall der Hochfrequenz betriebenen Entladung I und gegebenenfalls auch II mitberücksichtigend. Wird nämlich, den Gesetzen von Koenig folgend, die der Entladung I zugewandte Elektrodenfläche kleiner gewählt als diejenige der Elektrode 22, dann stellt sich, bei Hochfrequenzbetrieb, kathodisches Potenzial an Elektrode 20 ein, anodisches an Elektrode 22, ohne dass Letztere durch DC-Potenziale als Anode und Kathode definiert wären. Im Weiteren wird in diesem Sinne auch bei Hochfrequenzbetrachtungen von "Anode" und "Kathode" gesprochen. 



  In den Fig. 3 bis 5 wird nun auf einige Möglichkeiten eingegangen, eine erfindungsgemässe Vakuumbehandlungskammer für die Hochfrequenzzerstäubung zu konzipieren. Dabei werden für das Verständnis vorausgesetzt die Flächengesetze nach Koenig sowie Kenntnis über die Möglichkeit, das durch Koenig geforderte Flächenverhältnis durch Vorsehen tunnelförmiger Magnetfelder, in Grenzen, zu ändern, wozu auf die DE-OS-3 706 698 verwiesen wird, entsprechend der US-Anmeldung Nr. 047 896 bzw. der US-Anmeldung Nr. 829 739. 



  Gemäss Fig. 3 wird ein Hochfrequenzgenerator 30 auf die Zerstäubungskathode 20 und die Gegenanode 22 geschaltet. Mittels Dunkelraumabschirmungen 28 wird das Ausbreiten der Entladung hinter die Anode 22 verhindert. Die Dunkelraumabschirmung 28 lässt aber einen praktisch ungehinderten Durchgang zwischen Entladungsraum I und Rückseite der Anode 22 frei. Dort ist die dritte Elektrode 26 auf Entladungsabstand zur Rückseite der Anode 22 angeordnet und, vorzugsweise und mit Bezug auf die Anode 22, anodisch über eine Gleichspannungsquelle 32 auf Potenzial gelegt. Wie bereits in Fig. 2, ist auch hier das Innengehäuse der Vakuumkammer nicht eingetragen, weil Letzteres bevorzugterweise als dritte Elektrode 26 eingesetzt wird, was aber an den erläuterten Prinzipien nichts ändert. 



  Fig. 4 zeigt, in einer Darstellung analog zu Fig. 3, die Verhältnisse, wenn anstelle der Gleichspannungsquelle 32 auch zwischen der dritten Elektrode 26 min  und Anode 22 ein Hochfrequenzgenerator 32 min  geschaltet wird. Um in einem solchen Fall, in welchem auch die subsidiäre Entladung II eine Hochfrequenzentladung ist, die dritte Elektrode 26 min bezüglich der Anode 22 anodisch zu betreiben, wird, wie schematisch dargestellt, die entladungswirksame Fläche der dritten Elektrode 26 min  grösser gewählt als die freie Anodenfläche, welche an der subsidiären Entladung II beteiligt ist. 



  Wie oben erwähnt wurde, ist es bekannt, dass beim Hochfrequenzzerstäuben durch Anlegen tunnelförmiger Magnetfelder an die Anode, unter Beibehalt ihrer Anodenwirkung, deren Fläche wesentlich reduziert werden kann, praktisch bis zu einem Verhältnis von 1, bezogen auf die zerstäubte Kathodenfläche. Wird dies bei der Anordnung von Fig. 4 konsequent ausgenützt, so ergibt sich eine Anordnung, wie sie schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. 



  Anhand der Fig. 6 bis 8 wird nun auf die weitaus bevorzugte Realisationsform der erfindungsgemässen Vakuumbehandlungskammer, nämlich für DC-Zerstäubung, eingegangen. Erste grundsätzliche Ausführungsvarianten (a) bis (c) sind schematisch in Fig. 6a dargestellt. In der Vakuumkammer 40 ist die Kathode 20, bevorzugt eine Magnetronkathode, vorgesehen, wie mit der Isolation 41 schematisch dargestellt, bezüglich des Kammergehäuses isoliert. Die Anode 22, als Ringanode ausgebildet, bildet gleichzeitig mit ihrer Innenpartie die Dunkelraumabschirmung 28. Die Anode 22 ist, wie wiederum mit der Isolation 41 schematisch dargestellt, bezüglich des Gehäuses der Kammer 40 isoliert. Zwischen Kathode 20 und Anode 22 ist der DC-Generator 42 geschaltet. In dieser Anordnung wirkt das Innengehäuse der Kammer 40, mit 26 min  min  bezeichnet, als dritte Elektrode.

   Wie mit dem Auswahlschalter 43 schematisch darge stellt, kann die Anode 22 wie folgt potenzialbeaufschlagt werden: 



  (a) Kathode 20 und Anode 22 und mithin Generator 42 sind bezüglich der dritten Elektrode 26 min  min  isoliert; 



  (b) zwischen Anode und dritter Elektrode 26 min  min  ist ein Widerstand geschaltet; 



  (c) die Anode 22 ist auf das Potenzial der dritten Elektrode 26 min  min  am Gehäuse 50, üblicherweise Referenzpotenzial, d.h. Massepotenzial, geschaltet. 



  In Fig. 6b ist ein vergrösserter Ausschnitt gemäss Fig. 6a dargestellt, bei Beschaltungsvariante (a). Aufgrund der negativen Ladungsbelegung auf der Isolationsbelegung 24 der Anode 22 wird das Plasmapotenzial der Zerstäubungsentladung I bezüglich der dritten Elektrode 26 min  min , nämlich der üblicherweise auf Masse gelegten Gehäusewandung der Kammer 40, abgesenkt. Es entsteht die subsidiäre Entladung II zwischen freiliegenden Anodenflächen und Gehäuse, wobei die Anode 22 bezüglich dieser Entladung als Kathode wirkt und mithin tendenziell in der subsidiären Entladung II freigestäubt bleibt. 



  Sobald die subsidiäre Entladung II, mit einem Plasmapotenzial von ca. 30 V, sich ausgebildet hat, ist über diese Entladung II die Zerstäubungsentladung I mit Anode und Kathode an das Massepotenzial der dritten Elektrode 26 min  min  gebunden, mit einem Differenzpotenzial von ungefähr 30 V. Aus Sicherheitsaspekten, insbesondere in Betriebszuständen, an welchen die Subsidiärentladung II sich noch nicht ausgebildet hat, also zu Beginn des Zerstäubungsvorganges, wird, gemäss Variante (b), ein Widerstand R zwischen Anode 22 und Rezipient, entsprechend 26 min  min , geschaltet. Damit wird sichergestellt, dass die Potenzialdifferenz zwischen Anode 22 und Referenzpotenzial am Gehäuse, bevor sich die subsidiäre Entladung II bildet, nicht gefährlich ansteigen kann. 



  In Fig. 6c sind die Verhältnisse gemäss Schaltungsvariante (c) dargestellt. Der metallische Anodenkörper der Anode 22 bildet hier die eine Platte eines durch die Isolationsbelegung 24 gebildeten Kondensators, die andere wird durch die negative Ladungsbelegung auf der Isolationsbelegung 24 gebildet. Die subsidiäre Entladung II entsteht hier zwischen der schlecht beweglichen negativen Ladungsbelegung 44 und den freien Flächen der Anode 22. Die dritte Elektrode wird hier eigentlich durch die negative Ladungsbelegung 44 gebildet. 



  Rückblickend auf Fig. 6a, und unter Berücksichtigung der Erläuterungen zu Fig. 6b und 6c, ist ersichtlich, dass durch Variation des Widerstandes R von 0 bis  INFINITY  die Extreme nach Fig. 6b bzw. 6c realisiert werden können. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass immer dann, wenn es gelingt, eine Subsidiärentladung gemäss Fig. 6b zu erzeugen, bevor eine Subsidiärentladung gemäss Fig. 6c entsteht, Letztere nicht mehr entstehen wird. Bevorzugt wird aus Stabilitätsgründen ein Vorgehen gemäss Variante (a) und unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten nach (b). 



  In Fig. 7 ist eine prinzipiell andere Variante dargestellt. Wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, wird hier die Anode 22 bezüglich der dritten Elektrode 26 min  min  mit einem eigens dafür vorgesehenen DC-Generator 46 auf negatives Potenzial gelegt, womit ab Prozessbeginn die subsidiäre Entladung II mit kathodisch betriebener Anode 22 gezündet wird. Obwohl unter dem Aufwandaspekt weniger optimal als die vorbeschriebe nen Varianten, ist diese Ausführungsform, wie ohne weiteres ersichtlich, bezüglich Prozessbeherrschung die sicherste. 



  Bevorzugterweise wird als Kathode 20 in jedem Fall eine Magnetronkathode eingesetzt. Zur Beherrschung von Sputtermaterial- oder Schichtmaterial-bewirkten Isolationsbelegungsproblemen an der Kathode 20 wird, wie in Fig. 7 bei 47 dargestellt, bevorzugterweise eine AC-Spannung überlagert, vorzugsweise eine pulsierende. Dies wird vorzugsweise (wie gestrichelt bei 48 eingetragen), durch eine Choppereinheit realisiert, die den DC-Generator 42 überbrückt und, gesteuert oder geregelt, eine niederohmige Ladungsausgleichsverbindung für die Kathode 20 schafft, wie dies in der US-08/020 672 sowie in der EP-0 564 789 ausführlich beschrieben ist. 



  Die Plasmadichte in der Subsidiärentladung II wird bevorzugterweise durch Anlegen eines Magnetfeldes erhöht. 



  In Fig. 8 ist eine heute realisierte und ausgetestete Anordnung schematisch dargestellt. Am als dritte Elektrode wirkenden Rezipientengehäuse 50 ist eine Planarmagnetronquelle 52 des Typs ARQ 100 der Anmelderin angeflanscht. Ein auf fliegendem Potenzial betriebener Ring 54 umgibt, auf Dunkelraumabstand, das Target 56 der Quelle 52. Es ist durchaus möglich, den Ring 54 einteilig mit dem Gehäuse 50 auszubilden. Die als Gegenelektrode wirkende Anode 58 ist mittels Isolationsstützen 60 am Gehäuse befestigt und ist targetseitig auf Dunkelraumabstand herangeführt, während gehäuseseitig der Entladungsraum für die subsidiäre Entladung II bezüglich Gehäuse 50 freiliegt.

   Mit B ist das Magnetfeld und insbesondere auch das Streufeld der Magnetronquelle 52 eingetragen, welches die Anode 58 durchdringt und mithin ein namhaftes Magnetfeld im Subsidiärentladungsraum zwischen Anode 58 und Ge häuse 50 bildet. 



  Die Anode wurde gemäss Beschaltungsvariante (b) von Fig. 6a beschaltet, mit R = 1 k OMEGA . Der radiale Abstand  DELTA r zwischen Anode 58 und Gehäuse 50 betrug ca. 80 mm. 



  Der Abstand d zwischen Anodenrückseite und Gehäuse betrug 10 mm bis 15 mm. Das Gehäuse war auf Masse geschaltet. Mit der erwähnten Quelle betrug die Magnetfeldstärke im Subsidiärentladungsraum der Breite d 100 G. 



  Die erfindungsgemässe Kammer wurde wie folgt betrieben: 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>Magnetronleistung:<SEP>2 kW bis 4 kW;
<tb><SEP>Primärentladespannung zwischen Target 56 und Anode 58:<CEL AL=L>- 400 V bis 600 V im metallischen Mode,
 - 200 V bis 330V im Reaktivmode;
<tb><SEP>Argondruck:<SEP>4 . 10<-><3> mbar bis 8 . 10<-><3> mbar;
<tb><CEL AL=L>Reaktivgas:<SEP>O2, N2;
<tb><SEP>Sauerstoffdruck:<SEP>2 . 10<-><3> mbar;
<tb><SEP>Stickstoffdruck:<CEL AL=L>3 . 10<-><3> mbar;
<tb><SEP>Abstand zu beschichtender Substrate vom Target:<SEP>70 mm. 
<tb></TABLE> 



  Die Spannung zwischen Masse und diesbezüglich negativer Anode 58 war zwischen 0 V und 100 V, wobei durch die Wahl des erwähnten Widerstandes R der Betrieb auf 20 V bis 40 V festgesetzt wurde. 



  Es werden folgende Betriebswerte angeraten: 


 Magnetron: 
 



  Übliche und typische Magnetfeldstärken, gemessen parallel zur Zerstäubungsneufläche und unmittelbar an der Targetoberfläche, bezüglich Targetzentrum in radialer Richtung: typisch 150 G bis 700 G, wobei bevorzugterweise Feldstärken von 150 G bis 400 G eingesetzt werden. 


 Arbeitsdruckbereich: 
 



  Als Totaldruckbereich wird bevorzugterweise ein Druck zwischen 1 x 10<-><3> mbar bis 1 x 10<-><1> mbar eingesetzt. 


 Auslegung des subsidiären Entladungsraumes: 
 



  Im Entladungsraum sind die kleinsten Abstände zwischen diesen Raum berandende Feststoffflächen: 



  1  lambda f </= 15  lambda f. 



  Es wird dabei bevorzugterweise nicht mehr als 5  lambda f gewählt. 



  Dabei bezeichnet  lambda f die freie Weglänge des verwendeten Arbeitsgases bei den angegebenen Druckverhältnissen. 



  Dies ergibt eine Minimalausdehnung des subsidiären Entladungsraumes in allen Dimensionen, typischerweise von 5 mm bis 50 mm, bevorzugterweise von 5 mm bis 30 mm, wobei insbesondere zwischen 10 mm und 25 mm. Dabei handelt es sich, wie bereits erwähnt, um den kürzesten der entlang des subsidiären Entladungsraumes auftretenden Berandungsflächenabstände. 


 Subsidiäres Magnetfeld: 
 



  Wie erwähnt wurde, kann das subsidiäre Magnetfeld im subsidiären Entladungsraum durch eigens dafür vorgesehene Magnete oder aber durch das Streufeld einer vorgesehenen Magnetronanordnung erzeugt werden. Es beträgt, vorzugsweise an mindestens einer Stelle im subsidiären Entladungsraum, vorzugsweise mehr als 10 G bis hin zur maximalen Magnetfeldstärke des verwendeten Magnetrons, beträgt aber vorzugsweise an mindestens einer Stelle zwischen den den subsidiären Entladungsraum definierenden Elektroden nicht mehr als 50% des Magnetronfeldes, wie oben definiert, als Maximalwert. 



  Es wurden SiO2-, TiO2- sowie SiN-Schichten abgelegt mit relativ hohen Raten von 46  ANGSTROM /sec im metallischen Mode bei Quellenleistung von 2 kW für SiO2 und von 22  ANGSTROM /sec im metallischen Mode, ebenfalls bei 2 kW Quellenleistung für SiN-Schichten. Der Zerstäubungsbeschichtungsprozess war sowohl im metallischen wie auch im reaktiven Mode praktisch ab Betriebsbeginn stabil: Das subsidiäre Plasma II bildete sich unmittelbar bei Betriebsaufnahme.

Claims (13)

1. Vakuumbehandlungskammer mit einer Zerstäubungselektrode (20, 56) und einer mit der Zerstäubungselektrode einen Entladungsraum (I) bildenden Gegenelektrode (22, 58), woran ein Flächenbereich der Sicht von der Zerstäubungselektrode her entzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Elektrode (26, 26 min , 26 min min , 50) mit dem Flächenbereich einen weiteren Entladungsraum (II) bildet und eine für Elektronen im Wesentlichen ungehinderte Verbindung zwischen den Entladungsräumen (I, II) besteht.

2. Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode die Zerstäubungselektrode (20, 56) mit Dunkelraumabstand umschlingt und die kürzeste Verbindung zwischen dem Flächenbereich und der dritten Elektrode (26, 26 min , 26 min min , 50) wesentlich grösser ist.

3.

Kammer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Elektrode (26, 26 min , 26 min min , 50) bezüglich der Gegenelektrode (22, 58) so elektrisch gespiesen und/oder dimensioniert ist, dass die Gegenelektrode (22, 58) diesbezüglich als Kathode wirkt.

4. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Elektrode (26, 26 min , 26 min min , 50) bezüglich der Gegenelektrode (22, 58) elektrisch isoliert oder über einen ohmischen Widerstand oder direkt mit der Gegenelektrode verbunden ist oder dass die dritte Elektrode erst durch Zerstäubungsbetrieb an der Gegenelektrode (22; selbst entsteht oder dass die Gegenelektrode mittels einer Spannungsquelle (32, 32 min , 46) mit der dritten Elektrode verbunden ist.

5.

Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammerinnengehäuse die dritte Elektrode bildet.

6. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungselektrode bezüglich der Gegenelektrode DC-gespiesen ist oder mit einer pulsierenden DC-Spannung, vorzugsweise, dass diese beiden Elektroden über einen DC-Generator (42) mit vorgeschalteter Choppereinheit (48), vorzugsweise mit Parallelchopper, verbunden sind.

7. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zerstäubte Fläche der Zerstäubungselektrode aus Material besteht, das schlechter leitet als Metall, und/oder dass an der Kammer eine Gastankanordnung mit einem Reaktivgas angeschlossen ist.

8. Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungselektrode Teil einer Magnetronquelle ist.

9.

Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetanordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im weiteren Entladungsraum (II) vorgesehen ist und dass, bei Einsatz eines Magnetrons als Zerstäubungsquelle, vorzugsweise dessen Streufeld das erwähnte Magnetfeld im weiteren Entladungsraum (II) bildet.

10. Vakuum-Zerstäubungsverfahren, bei dem in einem Vakuumrezipienten eine elektrisch schlecht leitende Beschichtung erfolgt, wobei zwischen einer Zerstäubungselektrode und einer Gegenelektrode eine Entladung (I) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man Oberflächenbereiche der Gegenelektrode gegenüber der Entladung (I) einer Sichtverbindung entzieht und sie über eine weitere Entladung (II) mit der Zerstäubungsentladung (I) verbindet.

11.

Magnetronanordnung für eine Vakuumkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer Zerstäubungselektrode sowie einer Gegenelektrode (58), woran ein Flächenbereich der Sicht von der Zerstäubungselektrode (56) her entzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Elektrode (50) mit dem Flächenbereich einen Entladungsraum (II) bildet.

12. Magnetronanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Streufeld der Magnetronanordnung den Entladungsraum (II) durchdringt.

13. Magnetronanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetanordnung eigens zur Erzeugung eines Magnetfeldes primär im Entladungsraum (II) vorgesehen ist.