DE19722056A1

DE19722056A1 - Verfahren und Anordnung zum Herstellen dünner Schichten mittels Niederdruck-Gasentladung in einer Hohlkathode

Info

Publication number: DE19722056A1
Application number: DE1997122056
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Gesche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-12-03

Description

Gegenstand der Anmeldung, Anwendungsbereiche

Sputterverfahren, die mit einer Niederdruck-Gasdentladung arbeiten (PVD), finden vielfältige Anwendungen bei der Herstellung dünner Schichten. Getrieben von hochtechnologischen Anwendungen in Elektronik, Mikroelektronik und Optik haben diese Verfahren weite industrielle Anwendungen, zum Beispiel in der Glas- und Folienbeschichtung, der Hartstoffbeschichtung von Werkzeugen und Maschinen teilen und der Beschichtung von Kunststoffgehäusen gefunden.

Stand der Technik

Im allgemeinen ist in einer Sputteranlage ein planares, rundes oder rechteckiges Target als Kathode gegenüber von den Substraten angeordnet, das häufig mit ei nem Magnetsatz zur Erhöhung der Plasmadichte ausgerüstet ist (Magnetron Sputtern). Weniger häufig werden ionenstrahlgestützte Sputterverfahren verwen det. Hohlkathoden liefern einen Materialstrom durch einen Öffnungsquerschnitt.

An diesen Targetstrukturen werden planare Substrate häufig vorbeigeführt, indem sie auf einem Drehteller plaziert oder linear bewegt werden. Die so entstehende Parallelplattenstruktur liefert hochwertige Beschichtungsergebnisse mit guter Effi zienz.

Sind die zu beschichtenden Teile komplex geformt und soll die Beschichtung all seitig erfolgen, so müssen die Substrate im allgemeinen auf bewegten Haltern mittels Planeten-Systemen gedreht werden, da die Beschichtungswirkung der Sputtertargets weitgehend anisotrop ist. Dies ist aufwendig und liefert schlechtere Ergebnisse. Weiterhin wird ein großer Anteil des Beschichtungsmaterials verloren, was die Effizienz dieser Anlagen stark beeinträchtigt.

Beschreibung der Verfahrens

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Targetelek trode (1) als Hohlraum ausgeführt wird, in dem sich die zu behandelnden Teile (2) während der Beschichtung befinden. Die Anode (4) ist von der Kathode (1) durch einen Isolator (3) getrennt. Zwischen Kathode und Anode wird die elektrische Spannungsversorgung (5) angeschlossen.

Weiterhin wird eine Gasversorgung (7) für das inerte Sputtergas oder ggfs. Reak tivgase vorgesehen, das Vakuum wird durch ein Pumpsystem (6) erzeugt.

In dieser Anordnung entsteht bei angelegter Spannung durch den Hohlkatho deneffekt ein relativ dichtes Plasma. Die Ionen werden aus dem Plasma zum Tar getmaterial (1) hin beschleunigt und zerstäuben dieses. Da dieser Effekt an annä hernd der ganzen einschließenden Fläche des Kathodenvolumens auftritt, bildet sich innerhalb der Kathode eine Konzentration des zerstäubten Targetmaterials. Diese bewirkt eine gleichmäßige und allseitige Beschichtung der innerhalb des Kathodenvolumens angeordneten Substrate (2).

Der Dampf des Targetmaterials wird selbst auch zu einem hohen Anteil ionisiert, was die Haftfestigkeit vieler Schichtsysteme verbessert.

Verluste an Targetmaterial treten nur an der Öffnung zur Anode hin auf, die im Vergleich mit der Gesamtfläche klein ist. Dadurch ist die Ausnutzung des Target materials und damit die Effizienz des Verfahrens sehr hoch.

Neben der bislang beschriebenen stationären Beschichtung ist es leicht möglich, die Kathode mit zwei Öffnungen zu versehen und die Substrate chargenweise oder kontinuierlich durch die Hohlkathode hindurchzubewegen, was für viele Material flußkonzepte vorteilhaft sein kann.

Weiterhin kann die Plasmadichte durch zusätzliche Magnetfelder gesteigert wer den, deren Quellen außerhalb der Hohlkathode angeordnet sein können, als Per manentmagnete oder elektrische Spulen ausgeführt sein können und gegebenen falls während der Beschichtung bewegt werden können.

Claims

1. Verfahren und Anordnung zum Herstellen dünner Schichten mittels Nieder druck-Gasentladung in einer Hohlkathode, deren Oberfläche durch Ionenbe schuß abgetragen wird und sich auf den Substraten niederschlägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkathode ein Volumen umschließt, in dessen In nerem die zu beschichtenden Substrate angeordnet sind.

2. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkathode eine zylindrische Form aufweist

3. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkathode eine Öffnung aufweist, vor der in einem Abstand eine Anode an geordnet ist, die zur Hohlkathode isoliert ist.

4. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate innerhalb der Hohlkathode isoliert angebracht sind.

5. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate durch die Hohlkathode hindurch bewegt werden und in der Hohlka thode entsprechende Öffnungen vorhanden sind.

6. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung während der Beschichtung erfolgt.

7. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkathode oder ein Behälter, der diese direkt umschließt und mit dieser lei tend verbunden ist, als Vakuumkammer ausgebildet ist.

8. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Magnetfelder vorgesehen werden.

9. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen der Magnetfelder außerhalb der Hohlkathode angeordnet werden und ein Magnetfeld innerhalb derselben erzeugen.

10. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen der Magnetfelder während der Beschichtung bewegt werden.

11. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen der Magnetfelder durch Permanentmagnete gebildet werden.

12. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen der Magnetfelder durch stromdurchflossene Spulen gebildet werden.