DD261812A1

DD261812A1 - ARRANGEMENT FOR HIGH-RATE CATE-ESTABLISHMENT

Info

Publication number: DD261812A1
Application number: DD30435987A
Authority: DD
Inventors: Andreas Mohnke
Original assignee: Elektronische Bauelemente Veb
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1988-11-09

Abstract

Die erfinderische Loesung bezieht sich auf die Hochratezerstaeubung bei der Beschichtung von Substraten und von Werkstuecken beliebiger Art mit haftfesten Ueberzuegen. Die Anordnung bezieht sich auf eine Katodenzerstaeubung mit Trichtermagnetfeld und zusaetzlicher Elektronenquelle. Die Elektronenquelle speist Elektronen an der Spitze des Trichtermagnetfeldes ein. Durch die Anordnung der erfinderischen Mittel erhoeht sich die Erosionsrate der Katode und die Entladungsspannung sinkt.The inventive solution relates to the Hochratezerstaeubung in the coating of substrates and workpieces of any kind with adherent coatings. The arrangement relates to a Katodenzerstaeubung with funnel magnetic field and additional electron source. The electron source injects electrons at the tip of the funnel magnetic field. The arrangement of the inventive means increases the erosion rate of the cathode and the discharge voltage decreases.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Hochratekatodenzerstäubung. Es werden dünne, haftfeste Schichten auf Substrate und Werkstücke beliebiger Art abgeschieden.The invention relates to high rate sputtering. Thin, adherent layers are deposited on substrates and workpieces of any kind.

Characteristic of the known state of the art

Aus den Patentschriften DD 208633 und DD 218634 sind Einrichtungen für die Hochratezerstäubung mit Trichtermagnetfeld bekannt.From the patents DD 208633 and DD 218634 devices for high rate sputtering with funnel magnetic field are known.

Ihre Abscheiderate läßt sich allerdings nur durch eine Vergrößerung der zugeführten elektrischen Leistung steigern, weil die Ionisation des Arbeitsgases und damit der Strom positiver Gasionen zum Target begrenzt ist.Their deposition rate, however, can only be increased by increasing the supplied electrical power, because the ionization of the working gas and thus the flow of positive gas ions is limited to the target.

In der PS-US 4588490 und im Journal of Vacuum Science und Technology A4 (1986) 3, S. 393 bis 396 wird.eine Magnetronzerstäubungs„einrichtung beschrieben, die aus einer Hohlkatodenquelle für Elektronen und einem bekannten Planarmagneten besteht. Die Hohlkatodenquelle führt Elektronen durch das magnetische Ringspaltfeld in die Ringspaltentladung ein, was zu einerrrbedeutenden Anwachsen der Erosions- bzw. Abscheiderate führt. Die Elektronen müssen allerdings erst das magnetische Ringspaltfeld durchqueren, um in das Entladungsplasma zu gelangen.In the PS-US 4588490 and in the Journal of Vacuum Science and Technology A4 (1986) 3, pp 393-396, a magnetron sputtering device is described which consists of a hollow cathode source for electrons and a known Planarmagneten. The hollow cathode source introduces electrons through the magnetic annular gap field into the annular gap discharge, resulting in a significant increase in the erosion rate. However, the electrons must first pass through the magnetic annular gap field in order to reach the discharge plasma.

Aus diesem Grunde ist die Hohlkatodenquelle nahe am Target und möglichst im magnetischen Ringspaltfeld angeordnet. Das hat Instabilitäten der Entladung und Verluste an Elektronen zur Folge. Des weiteren verteilen sich die Elektronen wegen derFor this reason, the hollow cathode source is arranged close to the target and, if possible, in the magnetic annular gap field. This results in instabilities of discharge and loss of electrons. Furthermore, the electrons spread because of the

punktförmigen Einspeisung nicht gleichmäßig über das Target. ·punctiform feed not evenly over the target. ·

Eine verbesserte Hohlkatodenquelle mit mehreren Austrittsöffnungen für Elektronen wäre zu aufwendig.An improved hollow cathode source with multiple outlets for electrons would be too expensive.

Object of the invention

Der nützliche Effekt zum bekannten Stand der Technik besteht darin, daß mit der erfinderischen Lösung die Abscheidung dünner Schichten in kürzerer Zeit erfolgt und bei guter Ausnutzung des Targets erreicht wird.The useful effect of the known prior art is that the inventive solution, the deposition of thin layers takes place in a shorter time and is achieved with good utilization of the target.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Katodenzerstäubung zu schaffen, die eine stabile Glimmentladung und eine gleichmäßige Verteilung der Elektronen aus der Elektronenquelle über das gesamte Target ermöglicht.The object of the invention is to provide a sputtering arrangement which enables a stable glow discharge and a uniform distribution of the electrons from the electron source over the entire target.

Die Elektronen sollen dem Entladungsplasma direkt zugeführt werden, ohne das Magnetfeld erst durchstoßen zu müssen.The electrons should be fed directly to the discharge plasma without having to pierce the magnetic field.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Austrittsöffnung der Elektronenquelle auf die Katode mit dem Target gerichtet ist und daß die Austrittsöffnung der Elektronenquelle in einem Abstand zum katodenseitigen Magneten der Magneteinrichtung angeordnet ist, der etwa gleich dem Abstand des nichtkatodenseitigen Magneten ist.According to the invention the object is achieved in that the outlet opening of the electron source is directed to the cathode with the target and that the outlet opening of the electron source is arranged at a distance from the cathode-side magnet of the magnetic device, which is approximately equal to the distance of the non-cathode side magnet.

Ein katodenseitiger Ringmagnet und ein in einem Abstand von ihm befindlicher nichtkatodenseitiger Magnet sind so gepolt, daß sie sich gegenseitig anziehen.A cathode-side ring magnet and a non-cathode-side magnet located at a distance therefrom are poled to attract each other.

Wegen der größeren Polfläche des katodenseitigen Ringmagneten bildet sich ein trichterförmiges Magnetfeld mit der größeren Öffnung zur Katode bzw. zum Target. Beide Magnete sind Permanentmagnete. Der katodenseitige Magnet trägt auf der dem Target abgewandten Seite eine Kurzschlußplatte aus magnetisch gut leitendem Material.Because of the larger pole face of the cathode-side ring magnet, a funnel-shaped magnetic field with the larger opening forms to the cathode or to the target. Both magnets are permanent magnets. The cathode-side magnet carries on the side facing away from the target a short-circuiting plate of magnetically good conducting material.

Die Elektronenquelle speist Elektronen an der Spitze des Trichtermagnetfeldes ein. Das elektrische Feld der Glimmentladung erfaßt diese Elektronen und läßt sie im Trichtermagnetfeld schwingen.The electron source injects electrons at the tip of the funnel magnetic field. The electric field of the glow discharge detects these electrons and causes them to oscillate in the funnel magnetic field.

Da die Elektronen direkt an der Spitze des Magnetfeldes zugeführt werden, müssen sie das Magnetfeld nicht erst durchqueren, um ins Entladungsplasma zu gelangen.Since the electrons are fed directly to the tip of the magnetic field, they do not have to pass through the magnetic field first to get into the discharge plasma.

Durch die Bewegung im trichterförmigen Kanal können sie sich ungehindert über das gesamte Target ausbreiten.The movement in the funnel-shaped channel allows them to spread unhindered over the entire target.

Als Elektronenquelle eignen sich beispielsweise Hohlkatodenentladungsröhren oder Glühfäden.For example, hollow cathode discharge tubes or filaments are suitable as the electron source.

embodiment

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

In Fig. 1 wird eine Anordnung zur Hochratezerstäubung mit Trichtermagnetfeld und zusätzlicher Elektronenquelle zur Zerstäubung eines ebenen Targets dargestellt.FIG. 1 shows an arrangement for high-rate sputtering with funnel magnetic field and additional electron source for sputtering a planar target.

Die Anordnung enthält eine Katode mit Target 1, einem ringförmigen katodenseitigen Magneten 9 und einem nichtkatodenseitigen Ringmagneten 10, der zentrisch bezüglich des katodenseitigen Magneten und in einem Abstand von vorzugsweise drei bis zehn cm zum katodenseitigen Magneten angeordnet ist.The assembly includes a cathode with target 1, an annular cathode-side magnet 9 and a non-cathode-side ring magnet 10, which is arranged centrally with respect to the cathode-side magnet and at a distance of preferably three to ten cm to the cathode-side magnet.

Der katodenseitige Manget trägt auf der der Katode mit Target abgewandten Seite eine Kurzschlußplatte 8 aus magnetisch leitendem Material. Beide Magnete sind Permanentmagnete. Sie sind auf Anziehung gepolt. Da die Polfläche des katodenseitigen Magneten größer als die des nichtkatodenseitigen Magneten ist, bilden sich Feldlinien des magnetischen Trichterfeldes 6, dessen größere Öffnung auf der Katode mit Target liegt.The cathode-side Manget carries on the side facing away from the cathode with the target a short-circuiting plate 8 of magnetically conductive material. Both magnets are permanent magnets. They are poled on attraction. Since the pole face of the cathode-side magnet is larger than that of the non-cathode-side magnet, field lines of the magnetic funnel field 6 form, whose larger opening lies on the cathode with target.

In der Nähe des katodenseitigen Magneten befinden sich Feldlinien des Ringspaltmagnetfeldes 7.In the vicinity of the cathode-side magnet are field lines of the annular gap magnetic field. 7

Die Form der Feldlinien des magnetischen Trichterfeldes ist durch Verschiebung des nichtkatodenseitigen Magneten in vertikaler und/oder horizontaler Richtung einfach zu beeinflussen. Die Substrate 3 sind auf einem Substrathalter 2 befestigt.The shape of the field lines of the magnetic funnel field can be easily influenced by displacement of the non-cathode-side magnet in the vertical and / or horizontal direction. The substrates 3 are mounted on a substrate holder 2.

Eine Elektronenquelle 5 mit der Austrittsöffnung 4 ist durch den nichtkatodenseitigen Magneten (Ringmagneten) und durch den Substrathalter auch in vertikaler und/oder horizontaler Richtung bewegbar.An electron source 5 with the outlet opening 4 can also be moved in the vertical and / or horizontal direction by the non-cathode-side magnet (ring magnet) and by the substrate holder.

Als Elektronenquelle bietet sich vorzugsweise eine Hohlkatodenentladungsröhre an.The electron source is preferably a hollow cathode discharge tube.

Die Katode mit Target ist mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden, die positive Anode umgibt die Katode ringförmig. Bei HF-Zerstäubung übernimmt der metallische Rezipient die Funktion der Anode.The cathode with target is connected to the negative pole of a DC voltage source, the positive anode surrounds the cathode ring. In RF sputtering, the metallic recipient assumes the function of the anode.

Die Elektronenquelle wird in bekannter Weise mit einer Spannungsquelle verbunden.The electron source is connected in known manner with a voltage source.

(Anode und Spannungsquelle sind nicht dargestellt.)(Anode and voltage source are not shown.)

Die Elektronenquelle speist Elektronen an der Spitze des Trichtermagnetfeldes ein. Das elektrische Feld der Glimmentladung erfaßt diese Elektroden und läßt sie im Trichtermagnetfeld in vertikaler Richtung schwingen. Sie verteilen sich über die gesamte Katode mit Target. Die eingeführten Elektronen bewirken einen sprunghaften Anstieg der Ionisation des Arbeitsgases.The electron source injects electrons at the tip of the funnel magnetic field. The electric field of the glow discharge detects these electrodes and causes them to oscillate in the funnel magnetic field in the vertical direction. They spread over the entire cathode with Target. The introduced electrons cause a sudden increase in the ionization of the working gas.

Dadurch stehen vermehrt positive Ionen zum Abtrag der Katode zur Verfügung. Die Entladungsspannung verringert sich drastisch.As a result, more positive ions are available for removing the cathode. The discharge voltage decreases drastically.

Die besonderen Vorteile der Trichterfeldanordnung sind eine homogene Abtragung der Katode im Bereich der großen Öffnung des Trichtermagnetfeldes und die Möglichkeit eine magnetisch leitende Katode mit beliebiger Dicke zu zerstäuben.The particular advantages of the funnel field arrangement are a homogeneous removal of the cathode in the region of the large opening of the funnel magnetic field and the possibility to disperse a magnetically conductive cathode of arbitrary thickness.

Claims

Arrangement for high-rate sputtering in a cathode sputtering system with additional electron source, using a cathode-side magnet (9) and a non-cathode side magnet (10), which is arranged at a distance from the cathode side magnet and preferably centrally with respect to the cathode side magnet, wherein the pole face of the cathode side magnet larger is the pole face of the non-cathode magnet, and an electron source, preferably a hollow cathode source, characterized in that the exit opening (4) of the electron source (5) is directed to the cathode with target (1) and the exit opening is spaced from the cathode side magnet which is approximately equal to the distance of the non-cathode side magnet.

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