DE1515311C

DE1515311C - Cathode sputtering device

Info

Publication number: DE1515311C
Authority: DE
Inventors: Helmold Dipl Phys 8000 München Kausche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-02-18

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur einem Kühl- oder Heizmedium, z. B. Wasser, durch-The invention relates to a device for a cooling or heating medium, e.g. B. water, through-

Kathodenzerstäubung mit Ringentladung in einem fiießbare Wandung der Elektroden kann dabei inCathode sputtering with ring discharge in a flowable wall of the electrodes can be used in

Plasmaraum, der innerhalb eines Rezipienten durch entsprechender Weise gekühlt bzw. aufgeheizt sein,Plasma room that is cooled or heated in a suitable manner within a recipient,

ein hochfrequentes, den Rezipienten axial durch- Die Kühlung bzw. Aufheizung der Kathode erfolgta high-frequency, axially through the recipient. The cooling or heating of the cathode takes place

dringendes, elektromagnetisches Feld erzeugt ist. 5 vorzugsweise durch das gleiche Kühl- bzw. Heiz-urgent electromagnetic field is generated. 5 preferably by the same cooling or heating

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung erfolgt medium, das eine beispielsweise als Träger derIn such a known device, the medium takes place, for example as a carrier of the

die Ringentladung zur Konzentrierung und Begren- Kathode dienende Einrichtung durchströmen kann,the ring discharge for concentrating and limiting the cathode can flow through,

zung des Plasmas in einem im wesentlichen abgeteilten An Hand der Zeichnung soll die Erfindung intion of the plasma in an essentially divided. With reference to the drawing, the invention is intended in

Raum des Zerstäubungsgefäßes (deutsche Auslege- Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden,Space of the atomization vessel (German interpretation form of an embodiment to be explained,

schrift 1 122 801). ίο Eine außerhalb des Rezipienten 2 angeordnete unddocument 1 122 801). ίο one arranged outside of the recipient 2 and

Die Kathodenzerstäubung mit Ringentladung im von elektrischem Strom durchflossene HF-Spule 3The cathode sputtering with ring discharge in the HF coil 3 through which an electric current flows

Plasmaraum bietet gegenüber dem mit durch Hoch- erzeugt in einer als Anode geschalteten, behälter-Compared to the one generated by high- in a container connected as an anode, the plasma room offers

spannung erzeugter Glimmentladung arbeitenden artigen Elektrode 1, z.B. aus Kupfer, bei einemVoltage generated glow discharge working like electrode 1, e.g. made of copper, in a

Verfahren bekanntlich den Vorteil, daß niedrigere Druck des Füllgases zwischen 10"¹ und 10~⁴ TorrA method is known the advantage that lower pressure of the filling gas between 10 "and 10 ¹ ~ ⁴ Torr

Spannungen verwendet werden können, und zwar 15 eine elektrodenlose Ringentladung. Zur VermeidungVoltages can be used, namely an electrodeless ring discharge. To avoid

auch bei niedrigem Gasdruck, der für eine gleich- einer Abschirmung des hochfrequenten elektromagne-even at low gas pressure, which is necessary for shielding the high-frequency electromagnetic

mäßige Bestäubung großer Flächen erforderlich ist. tischen Feldes ist die Elektrode 1 bei 4 geschützt. Diemoderate pollination of large areas is required. table field, electrode 1 is protected at 4. the

Es ist auch schon bekannt, den Zerstäubungsvor- beiden Zylinderhälften la, Ib sind mittels isolierengang im Innern eines Raumes bzw. Behälters, der der Zwischenstücke 5 gegen die Kathode 8, 9 und seinerseits wieder von einem Rezipienten umgeben ao den Auffänger 11 abgestützt und von der Grundist, durchzuführen. Dabei ist der Behälter bis auf platte 7 der Vakuumanordnung elektrisch getrennt, zwei Öffnungen zum Zu- bzw. Abführen des Zer- Eine im Bereich des Behälterbodens 7 angeordnete stäubungsgases völlig geschlossen und mit der Kathode 8 ist auf einer beispielsweise kreisscheiben-Anode elektrisch verbunden (deutsche Auslegeschrift förmigen Platte 9 aufgebracht. Die Platte 9 wird 1 188 896). 25 vorzugsweise von der nicht dargestellten Heiz- undIt is also already known that the atomizing front two cylinder halves la, Ib are supported by means of an isolating passage in the interior of a space or container that surrounds the intermediate pieces 5 against the cathode 8, 9 and in turn by a recipient ao the collector 11 and supported by the Reason is to carry out. With the exception of plate 7 of the vacuum arrangement, the container is electrically isolated, two openings for supplying and removing the atomizing gas in the area of the container bottom 7 are completely closed and electrically connected to the cathode 8 on, for example, a circular disk anode (German Applied Auslegeschrift-shaped plate 9. The plate 9 is 1 188 896). 25 preferably from the heating and not shown

Es ist weiterhin bekannt, die unerwünschte Be- Kühleinrichtung getragen. Die Wandung des Behäl-It is also known to wear the undesired cooling device. The wall of the container

stäubung des Rezipienten dadurch zu verhindern, ters 1 und die Trägerplatte 9 können beispielsweiseTo prevent dusting of the recipient, ters 1 and the carrier plate 9 can, for example

daß die Kathode in einem Abstand von der Wandung . mit Kühlrohren od. dgl. versehen sein, die mit ent-that the cathode is at a distance from the wall. be provided with cooling pipes or the like, which are

des Rezipienten angeordnet wird, der geringer ist als sprechenden, in der Zeichnung nicht dargestellten,of the recipient who is less than speaking, not shown in the drawing,

die freie Weglänge der Ionen bei dem im Vakuum- 30 rohrförmigen Zu- und Ableitungen in gas- bzw.the free path of the ions in the case of the tubular inlet and outlet pipes in the vacuum in gas or

gefäß herrschenden Druck (deutsche Auslegeschrift flüssigkeitsdurchlässiger Verbindung stehen. Durchvessel prevailing pressure (German interpretative text liquid-permeable connection. Through

599 565). Beschicken der Rohrleitungen mit Kühl- bzw. Heiz-599 565). Loading the pipelines with cooling or heating

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- medium, wie z. B. Wasser, wird eine Kühlung bzw. gründe, die eingangs beschriebene Vorrichtung so zu Ausheizung dieser Elemente und damit eine Überverbessern, daß eine unerwünschte Bestäubung des 35 hitzung des Rezipienten oder eine Verunreinigung ζ. B. aus Glas bestehenden Rezipienten und damit der herzustellenden Schichten durch austretende ein Kurzschluß des plasmaerzeugenden, elektro- Fremdatome bzw. Fremdmoleküle unterbunden. Die magnetischen Feldes verhindert wird. Evakuierung des Rezipienten erfolgt über eine in derThe present invention has the object to medium such. B. water, a cooling or reasons to bake out these elements and thus over-improve the device described above, that undesirable pollination of the recipient or contamination ζ. B. made of glass recipients and thus the layers to be produced by exiting a short circuit of the plasma-generating, electro-foreign atoms or foreign molecules prevented. the magnetic field is prevented. The recipient is evacuated via an in the

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Zeichnung nicht dargestellte und über eine Durchgelöst, daß Kathode, Anode und Auffänger als den 40 brechung 10 des Trägers 7 angeschlossene Vakuum-Plasmaraum umhüllende Elektroden ausgebildet sind, pumpe.According to the invention, this object is achieved by drawing not shown and by means of a that cathode, anode and collector as the 40 refraction 10 of the carrier 7 connected vacuum plasma chamber enveloping electrodes are formed, pump.

Die Elektroden bestehen vorteilhaft aus mehreren Zur Schaffung eines Auffängers 11 mit hochreinerThe electrodes advantageously consist of several To create a collector 11 with high purity

durch Aufschneiden eines gegebenenfalls wenigstens Oberflächenbeschaffenheit hat es sich hierbei alsby cutting open a possibly at least surface texture, it has turned out to be

teilweise stirnseitig abgeschlossenen Hohlzylinders in zweckmäßig erwiesen, wenn man vor Beginn derpartially closed at the end of the hollow cylinder has proven expedient if one before the beginning of the

Längsrichtung gebildeten Teilen, wobei jeweils auf 45 Zerstäubung den Auffänger 11 und die Kathode 8Parts formed in the longitudinal direction, the collector 11 and the cathode 8

gleichem Potential befindliche Teile miteinander ver- z. B. mittels eines Schalters 14 an gleiches Potential,parts located at the same potential with one another z. B. by means of a switch 14 to the same potential,

bindbar sind. In Abwandlung zur vorgenannten Aus- nämlich Kathodenpotential, legt. Die Spannungs-are bindable. In a modification of the aforementioned statement, namely cathode potential, lays down. The tension

führungsform kann man hierbei den einen bzw. die quelle 6 symbolisiert die zwischen Anode 1 undLeadership you can here the one or the source 6 symbolizes the between anode 1 and

einen Teile der Elektroden als Kathode schalten, Kathode 8 herrschende Zerstäubungsspannung,switch part of the electrodes as cathode, cathode 8 prevailing sputtering voltage,

während die entsprechenden anderen Elektrodenteile 50 Bei einem Ausführungsbeispiel hat es sich als äus-while the corresponding other electrode parts 50. In one embodiment, it has proven to be

als Anode und Auffänger dienen. Bei dieser Ausfüh- reichend gezeigt, wenn, bei Füllung des Rezipientenserve as anode and catcher. In this embodiment, it is shown extensively when, when the recipient is filled

rungsform kann die stirnseitig angeordnete Kathode mit Argon (etwa 1 · 10~³ Torr), zwischen dem alsThe cathode at the front can be filled with argon (approx. 1 · 10 ^-3 Torr), between the as

entfallen. Durch diese besondere Gestaltung derElek- Anode geschalteten Behälter und der Kathode eineomitted. Due to this special design of the electrical anode switched container and the cathode one

troden, die z. B. aus Kupfer bestehen, wird eine Ab- Zerstäubungsspannung von 500 V herrscht, um eine schirmung des angelegten hochfrequenten elektro- 55 Aufstäubrate der Schicht von 4 A/sec zu erzielen,troden z. B. made of copper, there is a sputtering voltage of 500 V to a shielding of the applied high-frequency electro- 55 sputtering rate of the layer of 4 A / sec,

magnetischen Feldes vermieden. Die beiden Zylinder- Die Größe des durch das Plasma von der Anodemagnetic field avoided. The two cylinders- The size of the plasma from the anode

hälften sind gegen die übrigen Elemente der Vor- zur Kathode fließenden elektrischen Stromes beträgthalves are against the other elements of the electrical current flowing upstream to the cathode

richtung elektrisch isoliert. bei einer Energie der hochfrequenten Wechselstrom-direction electrically isolated. at an energy of the high-frequency alternating current

Ein ansonsten bei hoher Betriebsleistung der Vor- einrichtung von etwa 1 kW 1 A. Unter diesen Bedin-An otherwise with a high operating power of the device of about 1 kW 1 A. Under these condi-

richtung auftretendes Aufheizen des Rezipienten 60 gungen zerstäubte Atome besitzen eine mittleredirection occurring heating of the recipient 60 atomized atoms have an average

wird durch eine an sich bekannte, zur Kühlung des Energie von etwa 10 eV. Da diese Partikelchen aufis by a known, for cooling the energy of about 10 eV. Since these particles on

Behälters und der Kathode dienende Einrichtung Grund ihrer großen freien Weglänge nur wenig ge-The container and the cathode serving device due to their large free path only slightly

unterbunden. Die gleiche Einrichtung dient, sofern streut werden, treffen sie mit einer im Vergleich zuprevented. The same facility is used, provided they are scattered, they meet with a compared to

man sie als Heißwasserkreislauf betreibt und den Be- den bisherigen Kathodenzerstäubungsverfahren umit is operated as a hot water circuit and the previous cathode sputtering processes are reversed

halter samt Kathode auf etwa 80° C erhitzt, zum 65 Größenordnungen höheren Energie auf den Auf-holder including cathode heated to about 80 ° C, for 65 orders of magnitude higher energy on the

F.ntgascn der Apparatur. Dies trägt bekanntlich zur fanger auf. Derart hergestellte Schichten unterschei-Degassing the apparatus. As is well known, this contributes to the fanger. Layers produced in this way differ

Schaffung von Schichten hoher Reinheit bei. Die den sich in ihren Eigenschaften wesentlich von denCreating layers of high purity. Which differ in their properties essentially from the

beispielsweise doppelwand!)» auscebildete und von nach den üblichen Verfahren hergestellten Schichten.For example, double wall!) »formed and made of layers produced by the usual methods.

Andererseits kann die erfindungsgemäße Vorrichtung von der direkten Bestrahlung des Auffängers mit Partikelchen hoher Energie bis zur reinen Diffusion der Metallpartikel in den Auffänger in jede gewünschte Zwischenstufe eingeregelt werden.On the other hand, the device according to the invention from direct irradiation of the collector with particles of high energy to pure diffusion the metal particles in the catcher can be regulated in any desired intermediate stage.

Claims

Patent claims:

1. Apparatus for cathode sputtering with ring discharge in a plasma chamber that is inside of a recipient through a high-frequency electromagnetic that axially penetrates the recipient Field is generated, characterized that the cathode, anode and collector are designed as electrodes (1, 8, 9, 11) enveloping the plasma space. »5

2. Device according to claim 1, characterized in that the electrodes (1, 8, 9, 11) consist of several parts («, h) formed in the longitudinal direction by cutting open an at least partially closed hollow cylinder fi), each at the same potential located parts can be connected to one another.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that one for cooling or heating the electrode serving device is provided.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the cathode is connected to a cooling or heating device serving as a support for the cathode connected is.

1 sheet of drawings