DD216258A1

DD216258A1 - verfahren und anordnung zum steuern des katodenzerstaeubungsprozesses

Info

Publication number: DD216258A1
Application number: DD25248983A
Authority: DD
Inventors: Andreas Mohnke; Reinhard Tischmeier; Klaus Roth
Original assignee: Elektronische Bauelemente Veb
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1984-12-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik/Elektronik, speziell auf die Technologie der Katodenzerstaeubung. Ziel der Erfindung ist es, das Erosionsverhalten eines Targets genau zu ueberwachen, um den Katodenzerstaeubungsprozess entsprechend zu steuern. Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln und eine Anordnung zu schaffen, welche den Katodenzerstaeubungsprozess kontrollierbar gestalten. Erfindungsgemaess wird die Ausbreitung akustischer Oberflaechenwellen auf dem Target verwendet, wobei die Erosionstiefe eines Targets ueber die Laufzeit einer akustischen Oberflaechenwelle erfasst und zur Regelung des Katodenzerstaeubungsprozesses gesteuert wird. In der Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens sind die Wandler auf der Targetoberflaeche eines Targets angeordnet. Die Erfindung dient dem Beschichten von Substraten mit haftfesten Schichten.

Description

Verfahren und Anordnung zum Steuern des Katodenzerstäubungsprozesses·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elsktroteolinlk/Elektronik, speziell auf die Technologie der Katodenzerstäubung und dient dem Beschichten von Substraten mit haftfesten Schichten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DE-OS 2 821 119 ist bekannt, den Entladungsstromwert der Gasentladung bei konstanter Entladungsspannung mit einem Stromsollwert zu vergleichen und den sich ergebenden Differenzwert mit dem Arbeitsdruckistwert in einen Druckregler einzugeben. Der Zerstäubungsdruck wird beim Abweichen des Entladungsstromes vom Sollwert auf solche Werte gebracht, daß der Ent'ladungsstrom dem vorgegebenen Wert entspricht.

Der Regelvorgang erfaßt jedoch nicht den Zustand der Targetoberfläche, der für den Erosionsvorgang entscheidend ist* ' ' . ,

Aus der US-PS 4.172.020 ist bekannt, bei einer reaktiven Zerstäubung mit Hilfe eines Massenspektrometers den Gehalt des Sntladungsplasmas an Metall- und Metalloxidianen zu analysieren und aus dem Verhältnis der beiden Stoffe ein Signal zum Regeln des Partialdrucks des Reaktionsgases und zum Einstellen anderer Abscheideparameter zu gewinnen. Der Einsatz eines Massenspektrometers ist aber aufwendig und teuer.

Bekannt ist auch die US-PS 4.312.732, hier wird der Lackablöseprozeß durch Trockenätzung in §iner Reaktionskammer über Beobachtung der elektromagnetisohen Strahlung, die dem Lack zugeordnet 1st, gesteuert. Fehlt der Strahlungsanteil des Lackes, wird der Vorgang abgebrochen. Das Ver- _J fahren liefert lediglich eine Abdruckbedingung. Die Verhältnisse an der zerstäubten Fläche werden nur indirekt erfaßt.

Ziel der Erfindung

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Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Zustand der Targetoberfläche genau zu erfassen, um ein genaues überwachen des Srosionsvorganges eines Targets zu erreichen. Dadurch wird der Katodenzerstäubungsprozeß entsprechend gesteuert und kostengünstig gestaltet. Der Einsatz aufwendiger und teurer Apparaturen entfällt. Durch den gut gesteuerten Prozeß werden die Substrate mit haftfesten Schichten beschichtet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technischen Ursachen der Mängel liegen darin begründet, daß bei dem bekannten Stand der Technik der Zustand der Targetoberfläche nicht genau erfaßt wird, der jedooh für den Erosionsvorgang entscheidend ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln und eine .Anordnung zu schaffen, die eine genaue Analyse des Oberflächenzuständes eines Targets ermöglicht, und dadurch den Katodenzerstäubungsprozeß kontrollierbar gestaltet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Messen und Steuern, einschließlich Endabschalten des Katodenzerstäubungsprozesses die Ausbreitung akustischer Oberflächenwellen auf dem Target verwendet wird, indem durch die Ausbreitung die Erosionstiefe eines Targets über die Laufzeit der akustischen Oberfläohenwellen erfaßt wird. Es ist vorteilhaft, die Momentantemperatur des Targets mit Hilfe der Temperatur- Frequenzcharakteristik mindestens einer Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen zu erfassen und zur Messung und Steuerung des Katodenzerstäübungsprozesses zu verwenden·

Es ist zweckmäßig zur Steuerung des Prozesses die am Target eingespeiste HF-Leistung sowie die Targetspannung zu verwenden.

Des weiteren können der Druck sowie, die'Zusammensetzung des Arbeitsgasec; verwendet werden. _ .. ' Gemäß der Erfindung besteht die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens aus mindestens zwei Wandlern für akustische Oberflächenwellen, welche auf der Targetoberfläche eines Targets für die Katodenzerstäubung angeordnet sind. ,

Des weiteren ist die Verzögerungsleitung thermisch leitend auf dem Target angebracht.

Um Unterschiede des erosiven Abtrages auf der Targetoberfläche zu erfassen, können auch mehrere Wandler, welche eine oder mehrere Verzögerungsleitungen bilden, auf der Targetoberfläche angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführung ist in jedem Gebiet außerhalb der Srosionszone mindestens ein-Wandler für akusti-

sehe Oberflächenwelle]! angeordnet. Das trifft speziell für die Magnetron- oder Piasmatronzerstäubung zu. Die Wandler und/oder die Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen sind von einem leitenden Gehäuse, welches auf Targetpotential liegt, mindestens teilweise umgeben.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die akustischen Oberflächeüwellen auf ihrem V/eg zwischen den Wandlern mindestens teilweise durch das Erosionsgebiet des Targets laufen.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung zur Steuerung des Katodenzerstäubungsprozesses. In der Anordnung trägt ein Target 3 auf seiner überfläche 4 zwei Wandler für akustische Oberflächenwellen 1 und 2. Eine Abschirmung 7 begrenzt das Erosionsgebiet 6 von Target 3. Die Wandler für akustische Qberflächenwellen 1 und 2 und der- Abschnitt der Targetoberfläche 4 zwischen den Wandlern 1 und 2 bilden eine Verzögerungsleitung für akustische Überflächenwellen.

Wandler 1 formt elektrische Energie eines durchstimmbaren HF-Generators in eine akustische Oberflächenwelle um, die sich auf der Targetoberfläche 4 von Wandler 1 zu Wandler fortpflanzt. Die Wellenausbreitungsrichtung kann auch umgekehrt werden. Wandler 2 wandelt die Welle in ein elektisches Ausgangssignal zurück, das auf einem Sichtgerät dargestellt wird. Die Resonanzfrequenz der Verzögerungsleitung ist temperaturabhängig.

Während des Katodenzerstäubungsprozesses erwärmt sich die Oberfläche 4 des Targets 3 durch den Aufprall von positiven Arbeitsgasionen in der Erosionszone 6. Da ein Großteil der Energie der positiven Ionen an der Targetob erfläche 4 in Wärme umgesetzt wird, ist die Oberflächentemperatur des Targets 3 ein empfindlicher Indikator für den Ionenstrora und das Erosionsverhalten des Targets.

Die Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwelle]* erlaubt über die Messung ihrer temperaturabhängigen Resonanzfrequenz eine reproduzierbare Einstellung aller Prozeßparameter für den Katodenzerstäubungsprozeß. Für die Wandler 1 und 2 sind alle, bekannten Wandler-Konfiguratipnen für akustische Oberfläohenwellen z.B. Interdigitalwandler, Keilwandler einsetzb&r. Die Abschirmung 7, die ein positiveres Potential als das Target 3 hat, verhindert ein Abstäuben der Wandler 1 und 2. ^x '

Fig. 2 stellt eine weitere Anordnung zur Steuerung des Katodenzerstäubungsprozesses dar· Auf der Oberfläche 4 des Targets 3 ist thermisch leitend eine Oberflächenwellenverzögerungsleitung 5 mit den Wandlern 1 und 2 befestigt. Die Abschirmung 7 begrenzt das Erosionsgebiet 6, von Target 3. <

Die Verzögerungsleitung 5 hat einen großen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz. Sie besteht aus einem Material, das eine effektive Anregung und geriiige Laufdämpfung für akustische Oberflacb.enwei3.en besitzt. Über die Messung der temperaturabhängigen Resonanzfrequenz der Verzögerungsleitung 5 kann man den Katodenzerstäubungsproiieß reproduzierbar gestalten. Die .Abschirmung" 7, die auf einem positiveren Potential als das Target 3 liegt, verhindert ein Abstäuben der Verzögerungsleitung 5.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Steuerung des Katoden-Zerstäubungsprozesses mit elektrisch abgeschirmter Verzögerungsleitung 5. Auf der Oberfläche 4 des Targets 3 ist thermisch leitend eine Oberflächenwellenverzögerungsleitung 5 mit den Wandlern 1 und 2 befestigt. Die Abschirmung 7 beschränkt die Targeterosion auf das Gebiet 6.

Die Verzögerungsleitung 5 hat einen großen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz. Sie dient zur Messung der Oberflächentemperatur des !Targets 3. Um die Anregung von unerwünschten Volumen- oder Oberfläphenwellen zu vermeiden, ist die Verzögerungsleitung

5 von einem elektrisch leitenden Gehäuse 8 umgeben. Gehäuse 8 hat Targetpotential«

Eventuell vorhandene Massepunkte im Wandlerbereich liegen auch auf Targetpotential.

Die Abschirmung 7 liegt auf positiverem Potential als das Target 3 und verhindert ein Abstäuben des Gehäuses 8.

Fig. 4 stellt eine Anordnung zur Steuerung des Katodenzerstäubungsprozesses mit einem Target für die Magnetron- oder Piasmatronzerstäubung 3 dar. Auf der Oberfläche 4 des Targets 3 sind zu beiden Seiten der Erosionszone

6 je ein Wandler für akustische Oberflächenwellen 1 und 2 angebracht. Die Abschirmung 7 begrenzt die Erosionszone 6.

Die Wandler für akustische Oberflächenwellen 1 und 2 und die Efosionszone 6 des Targets 3 bilden eine Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen. Wandler 1 formt elektrische Energie eines durchstimmbaren HF-Generators in eine akustische Oberflächenwelle um, die sich durch die Erosionszone 6 von Wandler 1 zu Wandler 2 fortpflanzt. Die Wellenausbreitungsrichtung kann auch umgekehrt werden. Wandler 2 wandelt die Welle in ein elektrisches Ausgangssignal zurück, das auf einem Sichtgerät dargestellt wird.

Die Laufzeit der Oberflächenwelle ist von den Abmessungen der Erosionszone 6 abhängig.

Für die Wandler 1 und 2 sind alle bekannten Wandlerkonfiguratioen für akustische Oberflächenwelleη z.B. Interdigitalwandler, Kellwandler einsetzbar. Die Abschirmung 7, die ein positiveres Potential als das , Target 3 hat, verhindert ein Abstäuben der Wandler 1 und 2,

Die Erfassung der Prozesse an der Targetoberfläche mit akustischen Oberflächenwellen ist vorteilhaft, da die Wellen nur etwa eine Wellenlänge in das Ausbreitungsmediura eindringen. Die üblichen Wellenlängen liegen im, Bereich von 1 bis 100 ,um.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren und Anordnung zum Steuern des Katodenzerstäubungsprozesses, bei dem in einem Rezipienten gefüllt mit einem Arbeitsgas bestimmter Zusammensetzung und unter definiertem Druck durch Zuführung einer einstellbaren elektrischen Leistung am Target eine Glimmentladung gezündet wird, deren Ionen einen bestimmten Materialabtrag an der Oberfläche des Targets bewirken, wobei am Target ein Teil der Ionenenergie in Wärme umgesetzt wird, gekennzeichnet dadurch, daß zum Messen und Steuern des Katodenzerstäubungsprozesses die Ausbreitung akustischer Oberflächenwellen auf dem Target (3,) verwendet wird, wobei eine oder mehrere sich ausbreitende akustische Oberflächenwellen auf dem Target (3) angeregt werden, durch deren Ausbreitung die Erosionstiefe eines Targets über die Laufzeit der akustischen Oberflächenwellen erfaßt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Momentantemperatur des Targets (3) mit Hilfe der Temperatur-Frequenzcharakteristik mindestens einer Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen gemessen wird. ^!

3. Verfahren nach Punkt 2 gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung des Katodenzerstäübungsprozesses die am Target (3) eingespeiste HF-Leistung verwendet wird. ,

4. Verfahren nach Punkt 2 gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung des Katodenzerstäubungsprozesses die Targetspannung verwendet wird.

5. Verfahren nach Punkt 2 gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung des Katodenzerstäubungsprozesses der Druck des Arbeitsgases verwendet wird.

6. Verfahren nach Punkt 2 gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerung des Katodenaei'staubungsprozesses die Zusammensetzung des Arbeitsgases verwendet wird,

7. Anordnung zur Steuerung des Katodenzerstäubungsprozesses nach Punkt 1, bestehend aus mindestens zwei Wandlern für akustische Oberflächenwellen (1, 2), die mindestens eine Verzögerungsleitung auf Basis akustischer Oberflächenwellen' bilden, gekennzeichnet dadurch, daß die Wandler für akustische Oberflächenwellen (1, 2) auf der Targetoberfläche (4) eines Targets für die Katodenzerstäubung (3) angeordnet sind. _v .

8. Anordnung zur Steuerung des Katodenzerstäübungspro™ aesses nach Punkt 7_? gekennzeichnet dadurch, daß die Verzögerungsleitung (5) aus einem Material mit großen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz besteht und thermisch leitend auf dem Target (3) ange-

. ordnet ist.,

9. Anordnung nach Punkt 7. gekennzeichnet dadurch, daß. die akustischen Oberflächenwellen auf ihrem Weg zwischen den Wandlern (1_? 2) mindestens teilweise durch eine Erosionszone (6) des Targets (3) laufen«,

10, Anordnung nach Punkt 9_? gekennzeichnet dadurch, daß die Wandler für akustische Oberflächenwellen (1, 2) auf der Targetoberfläche (4) eines Targets (3) so angeordnet sind, daß sich in jedem Gebiet außerhalb der Srosionszone (6) mindestens ein Wandler für akustische Oberflächenwellen (1, 2) befindet.

11. Unordnung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Wandler für akustische Oberflächenwellen (1, 2) und/oder die Verzögerungsleitung für akustische Oberflächenwellen (5) von einem elektrisch leitenden Gehäuse (8), das auf Targetpotential liegt, mindestens teilweise umgeben sind.

Hierzu zwei Blatt Zeichnungen.