DD152814A1

DD152814A1 - PLASMATRONZERSTAEUBUNGSEINRICHTUNG

Info

Publication number: DD152814A1
Application number: DD22340580A
Authority: DD
Inventors: Juergen Salm; Klaus Steenbeck; Erwin Steinbeiss
Original assignee: Juergen Salm; Klaus Steenbeck; Erwin Steinbeiss; Winkler Siegfried
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1980-08-20
Publication date: 1981-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Plasmatronzerstaeubungseinrichtung, die bevorzugt in konventionellen Kathodenzerstaeubungseinrichtungen, die mit Hilfe der erfindungsgemaessen Einrichtung leicht in Hochratesputteranlagen vom Plasmatrontyp umgeruestet werden koennen, Verwendung findet. Die Aufgabe der Erfindung, eine separate, konstruktiv einfache Plasmatronzerstaeubungseinrichtung mit leichtem Targetwechsel ohne eine starr installierte Fluessigkeitskuehlung anzugeben, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass ein zum Plasmatronzerstaeuben ueblicherweise verwendetes Magnetsystem, insbesondere Ringspaltmagnetsystem, in einem thermisch gut leitenden Grundkoerper eingelassen ist, wobei zumindest die offene Seite der Spalte des Magnetsystems mit mindestens einem unerwuenschte Entladungen verhindernden Koerper versehen ist, worueber sich eine das Magnetsystem nicht beruehrende thermisch gut leitende mit einer Stromzufuehrung versehene Kathodenplatte befindet - auf der das Target vorzugsweise lose aufgelegt bzw. angeklemmt ist - welche seitlich ausserhalb des Magnetsystems mit dem Grundkoerper ueber eine oder mehrere elektrische Isolationsschichten oder -koerper oder mit Isolationsschichten versehenen Koerpern in thermischen Kontakt geringen Waermewiderstandes steht und die thermische Kontaktflaeche mindestens von der Groessenordnung der Targetabtragzone ist.The invention relates to a Plasmatronzerstaeubungseinrichtung, which preferably in conventional sputtering Kathodenzerstaeubungseinrichtungen, which can be easily rearranged by means of the inventive device in high sputtering systems of the plasma type, is used. The object of the invention to provide a separate, structurally simple Plasmatronzerstaeubungseinrichtung with a slight target change without a rigidly installed Fluigungsigkeitskuehlung is inventively achieved by a commonly used for Plasmatronzerstaeuben magnet system, in particular annular gap magnet system is embedded in a thermally well-conductive basic body, at least the open Side of the column of the magnet system is provided with at least one unwanted discharge preventing body, on what a magnetically non-contacting thermally well conductive provided with a current cathode plate is - on which the target is preferably loosely placed or clamped - which laterally outside the magnet system with the basic body is in thermal contact with low thermal resistance via one or more electrical insulation layers or bodies or bodies provided with insulation layers, and the thermal contact area is at least of the order of magnitude of the target erosion zone.

Description

SaIm, Dr. Jürgen С 23 С 15/00SaIm, dr. Jürgen С 23 С 15/00

Steenbeck, Dr. Klaus P 75б/аSteenbeck, dr. Klaus P 75b / а

Steinbeiß, Dr. Erwin 30. 7. 1980Steinbeiß, dr. Erwin 30. 7. 1980

Title of the invention

PlasmatronZerstäubungseinrichtungPlasmatronZerstäubungseinrichtung

Anwendungsgebiet der. Erfindung Application area of the. invention

Die Erfindung betrifft eine Plasmatronzerstäubungseinrichtung, die. bevorzugt in konventionellen Kathodenzerstäufcmngsanlagen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung leicht in Hochratesputteranlagen vom Plasmatrontyp umgerüstet werden können, Verwendung findet. Es lassen sich auch vorteilhaft mehrere der erfindungsgemäßen Plasmatronzerstäubungseinrichtungen in einer Anlage einsetzen,, die insbesondere in Bewegung versetzt, eine homogene Beschichtung großer Chargen ermöglichen.The invention relates to a Plasmatronzerstäubungseinrichtung, the. preferably used in conventional Kathodenzerstäufcmngsanlagen, which can be easily converted using the device according to the invention in high-rate sputtering systems of the plasma type, is used. It can also be advantageous to use several of the invention Plasmatronzerstäubungseinrichtungen in a plant, which in particular set in motion, enable a homogeneous coating of large batches.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Ез sind eine Vielzahl von planaren Plasmatronzerstäubungseinrichtungen bekannt, die jedoch alle in einer fest in die Anlage eingebauten Form Verwendung finden müssen. Dies ist die Folge einer unter Vakuumbedingungen nur stationär möglichen Targetkühlung. Derartige Bauformen bedingen eine zaitintensive umständliche Auswechselbarkeit des Plastnatrons· Ferner ist der Ort der Quelle durch die bekannten Bauformen fixiert bzw. auf eine bestimmte vorgegebene Bahn beschränkt (z. B. DE-OS 2.707.144)· Weiterhin ist der Einbau üblicher PlasmatronZerstäubungseinrichtungen in konventionelle Kathodenzerstäubungsanlagen mit einem erheblichen konstruktiven Aufwand verbunden. Characteristic of the known technical Lös un gen Ез are known a plurality of planar Plasmatronzerstäubungseinrichtungen, each of which must be used in a built-in the form of investment. This is the result of only under stationary vacuum possible stationary target cooling. Furthermore, the location of the source is fixed by the known types of construction or limited to a certain predetermined path (eg DE-OS 2,707,144). Furthermore, the installation of conventional plasma atomizing devices is conventional Sputtering systems associated with a considerable design effort.

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Es ist das Ziel der Erfindung, eine schnell einsetzbareIt is the object of the invention to provide a rapidly deployable

bzw. auswechselbare Plasmatronzerstäubungseinrichtung anzugeben·or interchangeable Plasmatronzerstäubungseinrichtung specify ·

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine separate, konstruktiv einfache Plasmatronzerstäubungseinrichtung mit leichtem Targetwechsel ohne starr installierte Flüssigkeitskühlung anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß ein zum Plasmatronzerstäuben üblicherweise verwendetes Magnetsystem, insbesondere Ringspaltmagnetsystem, in einem thermisch gut leitenden Grundkörper eingelassen ist., wobei zumindest die offene Seite der Spalte des Magnetsystems mit mindestens einem unerwünschte Entladungen verhindernden Körper versehen ist, worüber sich eine das Magnetsystem nicht berührende thermisch gut leitende mit einer Stromzuführung versehene Kathodenplatte befindet - auf der das Target vorzugsweise lose aufgelegt bzw. federnd angeklemmt ist - welche seitlich außerhalbThe invention has for its object to provide a separate, structurally simple Plasmatronzerstäubungseinrichtung with easy target change without rigidly installed liquid cooling. The object is inventively achieved in that a commonly used for Plasmatronzerstäuben magnet system, in particular annular gap magnet system is embedded in a thermally highly conductive body., At least the open side of the column of the magnet system is provided with at least one unwanted discharges preventing body, what about a the magnet system is not touching thermally well conductive provided with a power supply cathode plate - on which the target is preferably placed loosely or resiliently clamped - which laterally outside

des Magnetsystems mit dem Grundkörper über eine oder mehrere elektrische Isolationsschichten oder -körper oder mit Isolationsschichten versehenen Körpern in thermischen Kontakt geringen Wärmewiderstands steht und die thermische Kontaktfläche mindestens von der Größenordnung der Targetabtragzone ist. Für die Schaffung eines der erfindungsgemäßen Lösung entsprechenden geeigneten Wärmekontakts des Grund- und gleichzeitig Kühlkörpers mit der Kathodenplatte sind eine Reihe äquivalenter vorteilhafter Lösungen möglich. Die aufwandmäßig einfachste Form ist eine Eloxierung eines aus Aluminium bestehenden Grundkörpers an den jeweiligen Berührungsflächen zur Kathodenplatte. Y/eitere Möglichkeiten sind das separate Einlegen geeignet passivierter Folien bzw. Bleche in den betreffenden Kontaktbereich bzw. das Einbringen fester Distanzstücke, z. B. Al^Oo-Keramikplättchen, die gegebenenfalls mit einem an den jeweiligen Kontaktflächen aufgebrachten duktilen Belag, z. B. aus Kupfer, versehen sind. Zwecks Gewährleistung eines bestmöglichen Wärmekontakts und eines kompakten Aufbaus der erfindungsgemäßeη Plasmatronserstäubungseinrichtuug ist die Kathodenplatte mit den betreffendenthe magnetic system with the base body is in thermal contact of low thermal resistance via one or more electrical insulation layers or bodies or bodies provided with insulation layers, and the thermal contact area is at least of the order of magnitude of the target removal zone. For the creation of a solution according to the invention suitable thermal contact of the base and at the same heat sink with the cathode plate a number of equivalent advantageous solutions are possible. The most simple form in terms of expense is an anodization of a basic body made of aluminum at the respective contact surfaces with the cathode plate. Y / eitere possibilities are the separate insertion of passivated films or sheets in the respective contact area or the introduction of solid spacers, z. B. Al ^ Oo ceramic plate, optionally with a applied to the respective contact surfaces ductile coating, for. B. copper, are provided. In order to ensure the best possible thermal contact and a compact structure of the invention Plasmatronserstäubungseinrichtuug is the cathode plate with the relevant

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Wärmekontaktflachen fest - bevorzugt mittels Schraubverbindungen - mit dem Grundkörper verbunden. Die erfindungsgemäße Plasmatronzerstäubungseinrichtung läßt sich in konventionelle Zerstäubungsanlagen ohne großen Aufwand und bezüglich ihres Ortes und ihrer Lage zu den zu beschichtenden Substraten frei wählbar einsetzen. Es wurde gefunden, daß bei für das reaktive Sputtern üblichen Zerstäubungsraten mit der erfindungsgemäßeη Plasmatronzerstäubungseinrichtung eine ausreichende Kühlung des Targets gewährleistet ist. Besonders vorteilhaft ist der mit der erfindungsgemäßen Einrichtung mögliche leichte Targetwechsel, wodurch auf das teure und schwer auszuführende Targetanbonden verzichtet werden kann.Heat contact surfaces fixed - preferably by means of screw - connected to the body. The Plasmatronzerstäubungseinrichtung invention can be used in conventional sputtering without much effort and with respect to their location and their location to the substrates to be coated freely selectable. It has been found that adequate atomization of the target is ensured with sputtering rates customary for reactive sputtering using the plasma-atomizing device according to the invention. Particularly advantageous is the possible with the device according to the invention slight target change, which can be dispensed with the expensive and difficult to perform target bonding.

Au s f uhr un At the end of the day gs gs b e i sby S jpJL jpJL e 1e 1

Zur näheren Illustration der erfindungsgemäßen Lösung soll folgendes Ausführungsbeispiel dienen. Zur Herstellung von SiOp-Schichten durch reaktive Zerstäubung von Si in Argon-Sauers toffgemisсheη wurde eine Plasmatronquelle mit folgendem Aufbau verwendet. In den kreiszylindrischen Grundkörper 1 aus Al von 11 cm Durchmesser ist das Magnetsystem 2 eingelassen, dessen äußerer Pol aus einem Ferritring mit dem Außendurchmesser von 72 mm und dem Innendurchmesser vonFor a more detailed illustration of the solution according to the invention, the following embodiment is intended to serve. For the preparation of SiO 2 layers by reactive sputtering of Si in Argon-Sauerers toffgemissheη a Plasmatronquelle was used with the following structure. In the circular cylindrical body 1 made of Al 11 cm in diameter, the magnet system 2 is embedded, the outer pole of a ferrite ring with the outer diameter of 72 mm and the inner diameter of

besteht 40 mnrnxnd dessen innerer Pol einen Durchmesser von 25 mm hat. Die Kathodenplatte 3 aus V2A-Stahl mit der Dicke von 5 mm und dem Durchmesser von 103 mm hat auf der Oberseite eine Einsenkung von 2,2 min, in die eine 2-ZoIl-Si-Scheibe von 2 mm Dicke als Target 4 eingelegt ist. Die Kathodenplatte 3 is,t seitlich über eine Steckverbindung mit einem flexiblen Kabel als Stromzuführung verbunden. Die Wärmeabfuhr von der Kathodeηρlatte 3 in den Grundkörper 1 ist über vier Distanzscheiben 5 aus hochgebrannter Al₀O-,-consists of 40 mm, whose inner pole has a diameter of 25 mm. The cathode plate 3 made of V2A steel with the thickness of 5 mm and the diameter of 103 mm has on top of a depression of 2.2 min, in which a 2-ZoIl-Si disc of 2 mm thickness is inserted as a target 4 , The cathode plate 3 is, t connected laterally via a plug connection with a flexible cable as a power supply. The heat dissipation from the cathode plate 3 into the main body 1 is via four spacers 5 of high-fired Al ₀ O -, -

Keramik von 1 mm Dicke gewährleistet, deren je 4 cm große Ober- und Unterseiten mit einer etwa 20 /um dicken Kupferschicht versehen sind, über einem mit Schrauben befestigten und durch Keramikacheiben 6 isolierten Ring 7 ist die Kathodenplatte 3 fest auf die Distanzacheiben 5 gepreßt, so daß ein ausreichend guter Wärmekontakt entsteht. Unterhalb der Katiiodenplatte 3 dient eine 0,8 mm dicke, in einerGuaranteed ceramic of 1 mm thickness, each of which 4 cm large top and bottom sides are provided with an approximately 20 / um thick copper layer over a screw-mounted and insulated by ceramic discs 6 ring 7, the cathode plate 3 is pressed firmly on the spacer washers 5, so that a sufficiently good thermal contact is created. Below the Katiiodenplatte 3 is a 0.8 mm thick, in one

~ 4 —~ 4 -

Facette des Grundkörpers aufliegende, Glasplatte 8 zur Unterdrückung von Nebenentladungen· Das Plasmatron wird zweckmäßigerweise mit der planaren Unterseite des Grundkörpers auf eine ebene metallische Unterlage (Rezipientengrundplatte) gestellt. Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich selbstverständlich auch in solcher Weise aufbauen, daß das Magnetsystem 2 nur teilweise oder nicht in den Gpundkörper eingelassen ist und dafür ein entsprechend dicker, die Wärmeableitung übernehmender elektrisch isolierender oder mit isolierenden Schichten bedeckter Körper aufgelegt ist, über dem dann die Kathodenplatte 3 angebracht ist. Mit der beschriebenen Vorrichtung werden Substrate von 2 Zoll Durchmesser routinemäßig mit 1 ... 3 /um dicken SiO₂-Schichten reaktiv bestäubt. Entiadungsleistung und Beschichtungsrate liegen zwischen 150 У/ bei 3 уum/h und 300 W bei 20 уum/h. Bei gutem Wärmekontakt des Grundkörpers zu massiven Konstruktionsteilen sind auch höhere-Leistungen möglich. Das Silizium-Target befand sich auf der Temperatur von Rotglut und war nach dem Verbrauch durch einfaches Herausnehmen schnell auswechselbar« Umrüstungen der Innenaufbauten des Rezipienten zur Anpassung an unterschiedliche Beschichtungsaufgaben v/erden durch die Unabhängigkeit von Kühlwasserleitungen sehr vereinfacht. Vergleichbare Ergebnisse werden unter Verwendung eines eloxierten Grundkörpers bzw. Auflegen eines eloxierten 1 mm dicken Aluminiumringes auf den Grundkörper statt der AlpOo-Keramikplättchen erreicht.Facet of the body resting, glass plate 8 for the suppression of side discharges · The Plasmatron is expediently placed with the planar underside of the body on a flat metallic surface (recipient base plate). The device according to the invention can of course also be constructed in such a way that the magnet system 2 is embedded only partially or not in the Gpundkörper and for a correspondingly thicker, the heat dissipation acquiring electrically insulating or covered with insulating layers body is placed, then the cathode plate 3 is attached. With the described device, substrates of 2 inches in diameter are routinely dusted with 1 to 3 μm thick SiO ₂ layers. Entiadungsleistung and coating rate are between 150 У / at 3 уum / h and 300 W at 20 уum / h. With good thermal contact of the body to massive structural parts and higher powers are possible. The silicon target was at the temperature of red heat and could be quickly replaced after consumption by simply removing it. "Conversion of the internal structure of the recipient to adapt to different coating tasks is greatly simplified by the independence of cooling water pipes. Comparable results are achieved using an anodized base body or placing an anodized 1 mm thick aluminum ring on the base body instead of the AlpOo ceramic plates.

Claims

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E urface for certification

1. Plasmatronzerstäubungseinrichtung, characterized in that a commonly used for Plasmatronzerstäuben magnet system, in particular annular gap magnet system is embedded in a thermally highly conductive body, wherein at least the open side of the column of the magnet system is provided with at least one unwanted discharges preventing body, what is a Magnetic system not touching thermally well conductive provided with a power supply cathode plate is - on which the target is preferably loosely placed or clamped - which laterally outside of the magnet system with the body via one or more electrical insulation layers or bodies or provided with insulating layers bodies in thermal contact low heat resistance and the thermal contact area is at least of the order of magnitude of the target erosion zone,

2. Plasmatronzerstäubungseinrichtung according to item 1, characterized in that the insulating body between the base body and the cathode plate consists of one or more ALpOo Keratnikplättchen.

3. PlasmatronZerstäubungseinrichtung according to item 1 and 2, characterized in that the Al ₂ O -, - Ke ramikplättchen with a ductile coating, in particular of copper, are provided.

4. Plasmatronzerstäubungseinrichtung according to item 1, characterized in that the insulating layer is produced by the anodized at its top body.

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