DE1765127A1

DE1765127A1 - Vorrichtung mit Duennfilmaufspruehen mit hochfrequenzangeregter Glimmentladung

Info

Publication number: DE1765127A1
Application number: DE19681765127
Authority: DE
Inventors: Davidse Pieter Dirk
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-04-10
Filing date: 1968-04-06
Publication date: 1972-04-06
Also published as: FR1560694A; DE1765127B2; US3471396A; GB1149370A

Description

International Business Machines Corporation,Armonfc lo5o5,H,Y./lJSA

Vorrichtung aum Dünnfilmauf sprühen mit hochfrequenzangeregter Glimmentladung

Die Erfindung betrifft ©ine Vorrichtung zum Biinnfilmauf sprühen hoehfrequenzangeregter Glimmentladung in einer elektrisch abg-3-echinaten Ionisationskauaner, in der ein jsu beschichtendes Substrat und ein Ziel aus dem aufzusprühenden Material untergebracht sind, welches Zdel unter Zwischenschaltung eines in einer elektrisch ab«

geschirmte.

er untergebrachten Impedanzenanpassungskreiseti an einen Hochfrequenzgeneratur angeschlossen ist.

Bei Torrichtungen dieser Art TriLrd im Zuge der G-limmentiadung Material aus dem sogenannten Ziel hereusgesehlagen und zerstäubt, das sich dann, ',^niget-ons zum Teil, als öünnfilm auf einem mit Ab·

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sowohl elektrisch leitendes als auch dielektrisohee Material versprüht werden»

Die zur Anregung der Glimmentladung erforderliche Hoohfrequqnz-energie kann aus einem Hochfrequenzgenerator üblicher Bauart stammen, der über einen geeigneten Leiter, zum Beispiel ein Koaxialkabel an den Impodanzonanpaseiingskrois angeschlossen ist. Bei bereits vorgeschlagenen Vorrichtungen der eingangs genannten Art, ist der Xmpedanzenanpassungskreist der in einer besonderen Kammer abgeschirmt ist, über ein aus dieser Kammer herausgefübiptes entsprechendes Kabel an das in der Ionisationskammer untergebrachte Ziel angeschlossen« Mit dieser bereits vorgeschlagenen. Vorrichtung lassen sich zwar gute Eünnfilme aufsprühen» aber die Ergebnisse sind nicht im wünschenswerten KaBe reproduzierbar. Es ergeben sich vielmehr Variationen in der Stärke des aufgetragenen Bünnfilmes. und andere Uhregelmäsaigfceiten·

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Dünnfilme in hochgradig reproduzierbarer Weise herstellbar sind.

Sie Erfindung ist daduroh gekennzeichnet, daee für die beiden Kammern ein gemeinsames nach aueaen elektrisch abgeschirmtes Gehäuse vorgesehen ist, dessen Innenraum duroh eine elektrisch abschirmende Zwischenwand in die beiden Kammern unterteilt iet, und dass ein Leiter zum Anschluss des Ziele an den Iapedanzenanpasoungiikreie gasdicht und elektrisch isoliert duroh die Zwischenwand hindurchgeführt ist. Haoh der Erfindung entfällt dl« Hotwendb.gkeit einer längeren Übertragungsleitung awiechen dem Impedanzen* anpaesungskreis und dem Ziel, die bei der vorgeschlagenen Vorrichtung deshalb notwendig ist, weil diese beiden Kammern in getrennten Gehäusen untergebracht waren. BLe Brfahrung hat gezjigt, dass daduroh die mit der Erfindung angestrebte Aufgabe lösbar ist und susaerdom die Auebeute_r dee heieet also die Sprührat3 bei Bonet gleichen Bedingungen vergrößert werden kann, weil die

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Vorlustö auf dem Verbindungekabel zm sehen dem Impedanzenanpassungskreis und dem Ziel entfallen· Diese Verluste sind auf einer solchen Verbindungskabel nahezu unvermeidbar, weil eine verlustfreie Anpassung an die Glimmentladung kaum möglich sein dürfte. Diese Umstände sind auch Ursache von Unregelmäßigkeiten in dem mit der bereits vorgeschlagenen Vorrichtung aufgesprühten Dünnfilm, weil diese Verluste sich während des Betriebes nicht konstant halten lassen wegen der sich ändernden elektrischen Eigenschaften der Entladungsetrecke·

Die praktische Anwendung hat gezeigt, dass die Ausbeute durch An-DTöndung der Erfindung um etwa 2o # gegenüber der vorgeschlagenen Vorrichtung sich steigern lässt.

Die erfinderische Ausgestaltung verbindert es auch, dass auf die Leitungsverbindung zwischen dem Impedanzenanpaseungskreis und dem Ziel äursere Felder, z.B. öffentliche Radioübertragungen, störend einwirkan können und dass umgekehrt auf dieser !leitungsverbindung Hocnfraquenzwellen abgestrahlt werden, die andere Hochfrequenz· einrichtungen, z.B. 3ff<m*lieb». Rundfunkübertragungen stören könnten

Dio Loitting zum Anschluss des Ziels wird man zweokmässig mögliohst kurz ausgestalten· Dies ist möglich bei einer zweckraässigen Y/eitertildung der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ziel auf der der Zwischenwand zugekehrten Seite und das Substrat mit Abstand dazu an der gegenüberliegenden Seite in der Ionisationskammer angeordnet ist.

JiLne bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer für den Impedanzenanpassungskreis ein Kondensator untergebracht ist, der zwischen die übrigen einen Schwingkreis bildenden Teile des Impedanzenanpassungskreises und den Leiter für das Ziel geschaltet ist· Dieser Kondensator gehört dann zum Impedanzenanpassungskreis als Anpassungsglied dazu und muss bei der Auslegung dessen berücksichtigt werden· Er begünstigt os zudem, die Vorrichtung in Verbindung mit leitenden Zielraafcerialien zu verwenden.

Eine ssweckmäBRige Weiterbildung der Erfindung empfiehlt,HLttsl zur Erswgung ri.'v:?. r?t«ri-isnären Ma^iF-tioldes in Richtung des Jo- ;-1;arae3 zwl.Qchov dem Hub Rtrat und dorn. Ziel, vorzusehen. Durch

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ein solches stationäres Magnetfeld .kann, wie die Erfahrung zoigt, die Glimmentladung stabilisiert werden, Schwankungen in der (τϋπίτ.-entladung, die noch zu llngloichmäeaigkeiton in dem aufzusprühenden film führen, könnten, können auf diese Weise weitgehend unterdrückt worden. Ein dementspreohende bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Substrat auf einer mit Abstand zu der Zwischenwand gegenüberliegenden IonisationafcaniraorgohäuBGwana angeordneten Trägerplatte planparallel zum scheibenförmig ausgebildeten Ziel Hegt» und dass zwischen der genannten Gehäueewand und der Trägerplatte : torosiCrmige Pei»anen1aiagnete aufgestapelt sind, derart, dass das durch sie erregte stationäre Magnetfeld senkrecht au der durch das Substrat bzw. das Ziel definierten Ebene verläuft.

Firfifidung wird n'-ii anhand der beigefügten Zeichnung nähe? erläutert·

In der Zedohnung zeigt

Figur 1 «in eretos Ausführungsbeispiel und

Figur c ein zweites Auefünrungebeispiel naoh der W Erfindung.

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Die Vorrichtung gemäss Eigur 1 dient dazu, ein elektrisch leitendes Material zu zerstäuben bzw« aufzusprühen. Mit Io ist ein ?iel aua Sprühmaterial bezeichnet, dass durch eine hoohfrequenzangeregte Glimmentladung in der Ionisationskammer 11 versprüht weiden soll, so daea sieh auf dem Substrat 12, das auf dem Träger 13 liegt, ein PiIm aus Metall niederschlägt. Mit 14 ist eine Vakuumpumpe bezeichnet, mittels derer die Ionisationskammer 11 über einen Absaugstutzen evakuiert werden kann« Über einen Einlasstotzen 16 wird to#l Betrieb In die Ioni sation sVamrcer 11 ionisierbares Gas eingelassen, dass mittels der Vakuumpumpe 14 ständig unter einem bestimmten Betriebsunterdruck gehalten wird. Der Träger 13 lsi; über einen elektrisch leitenden Halter und den ebenfalls eleksriscsä leitenden Gehäueefcoden 9 an Massenpotential angeschlossen. An das Ziel Io 1st ein in üblicherweise ausgeführter Hochfrequenzgenerator 18 über einen Impedanzenanpassungskreis 19 mit der verstellbaren Kapazität 2ο angeschlossen«

Das Gehäuse 21 besteht aus leitendem Material, zum Beispiel Metall und ist an Massenpotential angeschlossen« In dem Gehäuse 21 i it sowohl der Impedanzenanpassungskreis 19 als auch die Ionisatl>nskammer 11 untergebracht, und zwar vollständig nach ausaen abgeschlossen. Der geschlossene Innenraum des Gehäuses 21 ist durih eine leitende Zwischenwand 22 in zwei Kammern unterteilt« nämlich in die Ionisationskammer H und eine Kammer 23 für den Impedaiaenanpaseungskrei s♦

Der Ausgang des Hochfrequenzgenerators 13 ist über die Leitung 24 an den Impedanzenanpasaungskreia 19 angeschlossen, der seiner3oito über die Kapazität 2o und einen als Durchführung ausgebildeten elektrischen Leiter 2f> an das Ziel Io angeschlossen ist. Der Leiter 25 ist in einer Isolierdurchführung 26 durch die Zwischenwand 22 nindurchgeführt. Die Isolierdurchführung 26 isoliert elektrisch den Leiter 25 gegenüber der Zwischenwand 22 und di^hteb die Ionisationskammer Il gegenüber der Kammer 23 vakuumdicht ab. Der Leiter 25 ist ein Metallstab, dar aucb das Ziel 10 bait*; rt.

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Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Leitung 24 verlustfreie Übertragung der Hochfrequenz gestattet, weil sie, wie Übliche tTbertragungsleitungen dieser Art, aussen abgeschirmt ist und zum Beispiel als Koaxialleitung ausgebildet ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es nicht möglich ist, bei bekennten Einrichtungen die Verbindung zwlsohen dem Iftpedanzenanpassungskreis und dem Ziel Io durch Einsetzen einer eolohen Koaxialleitung als Übertragungsglied verlustarm zu gestalten, denn eine solche Koaxialleitung hat eine charakteristische Impedanz und die Übertragung ist axof dann verlustarm, wenn der Bingangöwi der stand der versorgten Stelle eine entsprechende Impedanz hat »Diese Verhältnisse lassen sich hier nicht herbeiführen, weil die betreffende Impedanz, bedingt durch die Glimmentladung und die beteiligten Elemente, bei Betrieb nicht konstant bleibt· Hlt einem Leiter, entsprechend dem Leiter 24, lässt sich mithin die HoohfrecLuenzenergie weder verlustarm noch mit gleichbleibendem Verlust von dem Impedanzenanpassungskrels des Zieles Io Übertragen. Infolge der erfinderischen Ausgestaltung der Kammern 23 und 11 stellt sich j adoch bei Ausf Uhrungsformen nach der Erfindung ein entsprechend as Übertragungsproblem nicht·

Bei Betrieb wird die Ionisationskammer 11 Über die Vakuumpumpe 14 laufend evakuiert und gleichzeitig ein ionisierbares Sas, zum Beispiel. Argon, gedrosselt über den ES.nl aß stutzen 16 in die Ionisationskammer 11 eingeführt und dort mittels der Vakuumpumpe 14 unter einem Druck von beispielsweise 2 bis 25 χ lo~^ !Torr gehalten. Die Gasfüllung der Ionisationskammer U kann aus Edelgas, zum Beispiel Argon, Neon usw« oder aus einem reaktionsfähigen Sas, zum Beispiel Sausretoff, Stickstoff, Wasserstoff usw. oder einer Mischung eines Edelgases und eines agierenden Gases bestehen.

Der Sprühweg soll mö'gliohat klein sein, damit die versprühten feilchen möglichst wenig von den Gasmolekühlen abgelenkt werden· Die Ziel Io kann aus irgend einem leitenden Material, zum Beispiel Aluminium, Molybden, Gold, Platin, Kupfer oder Legierungen die se ? Metalle bestehen» Es kann aber auch aus Halbleitermaterialien,

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Beispiel Silicium und Germanium bestehen.

Bei Betrieb gelangt Hochfrequenz energie aus dem Hochfrequenzgenerator 18 über den Leiter 24 in den Impedanzenanpaesungskrele IS« der so abgestimmt wird,dass er die konstante Impedanz des Generators 18 einsc&liesslioh des Leiters 24 auf die eich ändernde Impedanz der Glimmentladung und der daran beteiligten Elemente anpasst. Der Ausgang des Impedanzenanpaeaungakreie 19 iet an das Ziel Io angeschlossen, wodurch in der Ionisationskammer 11 eine Glimmentladung angeregt wird, duroh die leitendes Material in dem Ziel Io versprüht wird, das sich dann als Überzug auf dem Substrat 12 niederschlägt.

Vorzugsweise liegt zwischen dem Impedanzenanpassungskreis 19 uad dem Ziel Io ein Kondensator 2o. Durch diesen Kondensator wird ?s möglich, leitendes Elektrodenmaterial zu versprühen und im Falle eines Zieles Io aus dielektrischem Material wird durch diesen Iondensator 2o die Qualität des aufgesprühten Filmes verbessert. Sie Kapazität 2o ist im dargestellten Ausführungsbeispiel einstellbar und bildet einen Teil des Impedanzenanpassungslcreises 19· Man kann anstelle des einstellbaren Kondensators 2o auch einen festen Kondensator 2o verwenden und zur Einstellung des Impede 3-zenanpa8sungskreise8 den anderen Kondensator dieses Anpassungekreises verstellen, der zu diesem Zweck, wie dargestellt, verstellbar susgebildet ist, oder aber die Induktivität des Impedanzenanpassungskreises 19 verstellbar ausgestalten, und dort die Einstellung vornehmen. Natürlich sind auch Kombinationen der angegebenen Möglichkeiten ausführbar. Der Kondensator 2o kann in Fortfall geraten, die Erfindung 1st auch ohne diesen Kondensator 2o ausführbar, In welchem Fall die Induktivität des Impedanzenanpassungskreises 19 direkt an den Leiter 25 angeschlossen ist.

Figur 2 zeigt ein zwei tos Aueführungebeispiel nach der Erfindung, Nach Figur 2 ist mit 3o oin Hochfreq.uenf5genorator, mit 31 ein Lei tor,

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BdLt 32 ein Impedanzenanpaesungskreis, ait 33 ein verstellbarer Kondensator, mit 34 ein gemeinsames an Masse angeschlossene β Gehäuee aus leitendem Material, mit 35 eine Zwischenwand, mit 36 ein Einlage und mit 37 eine Vakuumpumpe bezeichnet. Die genannten Teile haben die gleiche Funktion nie beim ersten Ausführungsbeiepiel und sind auch entsprechend ausgestaltet· Die Torrichtung gemäss Figur 2 dient dazu, dielektrisches Material auf ein auf dem Träger 39 abgelegtes Substrat 38 zu sprühen» Das Ziel 4o besteht aus dielektrischem Material und ist an einer 'Elektrode befestigt, die Über den Leiter 42 am Ausgang des Impedanzenanpassungekreises 32 angeschlossen ist· Der Leiter 42 ist isoliert durch die Zwischenwand 35 hindurchgefUhrt· Mit 43 ist ein Schirm aus leitendem Materiel bezeichnet, der an der Zwischenwand 35 befestigt ist und die Elektrode 41 teilweise umgibt, um sicherzustellen, dass kein Elektrodenmaterial versprüht wird. Gelangt Hochfrequenzenergie an die Elektrode 41, so wird dadurch eine GaseniflLadung in der Ionisationskammer 61 angeregt, die ihrert eit» dieloktrisohes Material aus dem Ziel 4o versprühen lässt, ,da sich dann als Überzug auf dem Substrat 33 niederschlägt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Stapel torosförmiger Perm?>neniaaagnete 44 vorgesehen, wodurch ein magnetisches Feld auf die Glimmentladung ausgeübt wird, das konstant ist und sich in Richtung des in Figur 2 eingezeichneten Pfeiles senkrecht zur Oberfläche des Zieles 4o erstreckt. Das Vorzeichen der Feldrieht mg ist beliebig. Durch ein.solches magnetisches Fold wird die G*.imm~ entladung stabilisiert und der Niederschlag auf dem Substrat 38 erfolgt mit größerer Ausbeute.

Die Anwendung magnetischer Felder in Verbindung mit der Erfi idui..f. ist nicht auf Vorrichtungen zum Versprühen von dielektrische η Material beschränkt. Solche magnetische Felder können auch tjim Versprühen leitender Materialien eingesetzt werden, also auci in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 ang >wendet worden.

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Ale dielektrische Materialien, die mit Vorrichtungen nach der _ ... , __,., . . . beisnielsweise _,,. .

Erfindung versprüht werden können, kommen/Infrage » Siliziiam-Hitrid-Quarz, Borsilikat-Gläser, Oalcium-Aluminiumsilikat-öläser, hitsebeständige Metalloxydo, wie zum Beispiel Aluminiumoxyd und Mineralien) vdo zum Beispiel Mullit.

In Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Pigur 2 wurde ein Silizium-Di oxydfilm unter folgenden Bedingungen aufgesprüht ι

Hochfroquena'-Bingangsenergie an der

Elektrode	3ooo Watt
Frequenz	13.57 Mhz
Jüruok	Io x IcT ¹PoTT
Ate© sphäre	loo $ Argon
Dsornlioesaer der Elektrode	3o om
Durchmesser des Ziels	31 cm
Hiederechlagsrate	35o pro Kinute
Stärke des niedergeschlagenen Films	15 ooo £

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Claims

Τ765Ί27

meine Akte s ρ 15 834 Docket : B-¥I-9-66o4o

AHSPBgCgE

Vorrichtung ζυα EünnfÜmaofsprühen mit hoehfrequenzangereg ;er Glimmentladung in einer elektrisch abgeschirmten Xonlsatio, ε-kammer, in der ein au beschichtendes Substrat und ein Ziel aus dem aufzusprühenden Material -untergebracht Bind, welch s Ziel unter ZvLgeheneohaltang eines in einer elektrisch abg; -

Ϊ weiten
Qa/KamuBT untorgabarachten Impedanzenacpassungskreisre

an einon Hochfretuenzgenarator angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die baid/sn Karaiüern (11,23) ein geae: naaiaeß nach außen elektrisch abgeschirmtes Gehäuse (2Z) voiesehen ist. dessen InnanrsaaB durch eine elektrisch abachirm nd& Zwischenwand (22) iji die beiden Kammern unterteilt ist, und dass ein Leiter (25) &m Anschluss des Ziele Clo) an d,,n IiDpeaaasonanpass^ngakreis (19) gasdicht und elektrisch iso' ier' durch di9 ZudschentTend (22) Mndurehgeführt ist»

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dase das Ziel (lo) suf der dar Zwischenwand (22) zugekehrten Seite und das Substrat (12) mit Atatand daau an der gegenüberliegenden Seite in der Ionisationskammer (11) angeordnet ist.
3· Yoirtchtuag nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet» dass in der Kammer (25) für den Impedanzenanpassungskreis (19) ein Kondensator (2o) untergebracht ist, der zwischen die übrige« einen Schvdngkreis bildenden Teile des Impendanjsenani>ßseungsicreisefj (19) utid den Iseiter (25) für das Ziel (1 ■>} gsacttaltet ist.
4·· Yorrichtang nach Anspruch 5> rladur«!b gekennsoichnst, dass der Kondensator (2o) hir/.eiohtlioh seiner Kapazität verstellbar lot.
5. Vorrichtung nach einem oder roelreoren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» dass das Ziel (4o) mit ei.ie* an dem Leiter (42) befestigten scheibenförmigen Elektrode UD }»:üitorlegt ist mtd dasa ein sich zisdechen dieser KLektrcde (41/ der Zwischenwand (35) erstreckender elektrisch abschir.aen-(43) vorgesehen ist, der an der 2STüdschenwand (5 5) iid ad.t dieserleitend verbunden ist und die KIe£~ ";de 14t) wenigstens zum 5.'eil !angibt und abichirmt.
6. ^o.rrieirtang nach einem oder mehreren der vorhergehenden An--

naijtiiGhnei; durch Mittel (44) ?u^ Br-zeu^ing ei.xes Hagw«ti'eldös in Fiohtung des Absi;andes dem bunpt.rat (33; ur-ri &&& Z±ol
7. Vomlchti'-ng nacb. Anep-a^oh 6, dadurch gekennzoichnet, dass as

! ge Sufcgtrsit (38) anf einsr mi.t Abstand au dei clei (35) ge-£Siiüberl5egender. lonisatr.onskaiainerg^h^ Tif· :,id or·gefj>-5 loten. Trägex-platte (39) planparallel zum sc^ei «>/.-

eii äiea (4o; liegt_$ und öass zwischer. d-fj *

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genannten Gehäusewand und der Trägerplatte (39) torosfSrmige Permanentmagnete (44) aufgestapelt sind, derart, dass das durch sie orregte stationäre Magnetfeld senkrecht su der durch da« Substrat b£5W. döö ?iel öof linierten Ebene verläuft.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekonnzeichnet, dass der Leiter (25) zum elektrischen Anschluss des Zieles an den Impedanzenanpaseungskreis (19) ein Motallstab ist, der gleichzeitig das Ziel (10) hclte t.

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