DE19947935A1 - Einrichtung zum Magnetronzerstäuben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Magnetronzerstäuben, die im Wesentlichen auf einem Vakuumflansch angeordnet ist, der in der Kammerwand einer Vakuumkammer befestigt werden kann. Die Einrichtung besteht innerhalb der Vakuumkammer aus mindestens zwei Targets und außerhalb der Vakuumkammer zugehörig zu jedem Target aus je einem Magnetsystem und einer gemeinsamen Stromversorgungseinrichtung. Jedes Target (1, 2) ist peripher zu seiner Zerstäubungsoberfläche von einer zum Substrat (27) hin offenen Plasmaelektrode (9, 10) umgeben, die auf ein wahlfreies Potential gelegt werden kann. Im Bereich zwischen dem Target (1, 2) und der Plasmaelektrode (9, 10) oder direkt an der Plasmaelektrode (9, 10) sind Gasauslassöffnungen (13) vorhanden, die mit mindestens einer Gaszuführungseinrichtung (21) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Magnetronzer­ stäuben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei sind mindestens zwei Magnetron-Targets auf einem Vakuumflansch angeordnet, der in die Kammerwand einer Vakuumkammer eingebaut werden kann.

Solche Einrichtungen zum Magnetronzerstäuben werden in breitem Umfang zur Abscheidung dünner Schichten, vor allem aus elektrisch nichtleitenden chemischen Verbindungen, auf Substraten eingesetzt, um mechanische, optische oder dielektrische Eigenschaften zu erzeugen oder zu verbes­ sern.

Eine Zerstäubungseinrichtung der vorerwähnten Bauart auf einem Vakuumflansch ist in der DE 41 27 260 C1 beschrie­ ben. Die Anode befindet sich auf Masse-Potential oder ist elektrisch isoliert und ringförmig in Höhe des Targets angeordnet.

Eine solche Einrichtung ist insbesondere zum reaktiven Zerstäuben für die Abscheidung isolierender Verbindungs­ schichten nur sehr eingeschränkt einsetzbar, da die Anode nach kurzer Betriebszeit mit isolierenden Schichten be­ deckt ist und ihre Funktion verliert. In dem Maße, wie bei geerdeter Anode andere Teile der Vakuumkammer die Funktion der Anode übernehmen müssen, verändern sich wichtige Betriebsparameter der Magnetron-Zerstäubungseinrichtung wie Impedanz, Plasmaausdehnung und Beschichtungsrate, so dass die Qualität der abgeschiedenen Schichten starken Schwankungen unterworfen ist. Im Falle der Isolation der Anode vom Massepotential verliert die Einrichtung beim genannten Einsatzfall bereits nach kurzer Betriebszeit vollständig ihre Funktionsfähigkeit.

Die DE 41 27 260 gibt auch eine Mehrtarget-Anordnung an, bei der zwei konzentrische Targets und eine als Plasmasch­ irm bezeichnete Anode verwendet werden. Auch diese Anord­ nung weist die oben genannten Mängel beim reaktiven Zer­ stäuben zur Abscheidung isolierender Verbindungsschichten auf.

Die DE 37 38 845 gibt eine Zerstäubungseinrichtung an, die besonders für die reaktive Abscheidung isolierender Schichten geeignet sein soll. Sie ist durch eine zusätzli­ che Mittelelektrode im Bereich der nicht erodierenden Teile des Targets und durch eine Zwischenelektrode zwi­ schen einer Dunkelraumabschirmung und dem Target gekenn­ zeichnet. Durch diese Maßnahmen wird offensichtlich die Gefahr der Ausbildung von Bogenentladung, die ihren Ur­ sprung in der Aufladung isolierender Schichten auf den nicht erodierenden Targetbereichen haben, reduziert. Der langzeitstabile Betrieb beim reaktiven Zerstäuben ist jedoch auch mit dieser Einrichtung nicht gewährleistet, weil die als Anode wirkende Dunkelraumabschirmung durch Beschichtung unwirksam wird und Teile der Vakuumkammer die Anodenfunktion mit den beschriebenen Nachteilen übernehmen müssen. Die technische Gestaltung zweier Abschirmgehäuse, die sich in geringem Abstand voneinander befinden und dem dichten Plasma ausgesetzt sind, ist zudem problematisch. Nachteilig ist weiterhin, dass das beschichtende Plasma die gesamte Vakuumkammer ausfüllt und mit zunehmender Be­ triebszeit zu schwer kontrollierbaren Potentialverschie­ bungen führen kann.

Es sind weiterhin verschiedene Anordnungen mit zwei Tar­ gets bekannt, die je mit einer Anschlussklemme einer Bipo­ lar-Stromquelle verbunden sind und mit einer Frequenz im Bereich von 10 . . . 100 kHz im Wechsel als Anode und Katho­ de gepolt sind. Solche als Dual-Magnetron-System oder Twin Mag bezeichneten Zerstäubungsanordnungen (z. B. DD 2 52 205 und DE 38 02 852) lösen das Problem der Bedeckung der Elektroden mit nichtleitenden Schichten nachhaltig und sichern damit das langzeitstabile Abscheiden solcher Verbindungsschichten durch Magnetronzerstäuben.

Nachteilig ist, dass derartige Einrichtungen als sogenann­ te Einbausysteme einschließlich ihrer Magnetsysteme im Vakuum angeordnet sind. Sie weisen keine Einstellmöglich­ keiten für den Abstand zwischen den Magnetsystemen und den Targets auf. Die Magnetsysteme sind oft gemeinsam mit den Kühlplatten und Targets zu einer Baugruppe vereinigt und tragen das gleiche Potential. Zum Teil sind sie von einer Dunkelraumabschirmung umgeben, die höchstens bis zur Targetebene reicht.

Es sind auch Zerstäubungseinrichtungen bekannt, bei denen die Magnetsysteme auf floatendem Potential liegen. Im Bereich zwischen den Targets bzw. den aus Magnetsystem, Kühlplatte und Target bestehenden Baugruppen ist eine geerdete oder auf floatendem Potential liegende Trennwand aus weichmagnetischem Material angeordnet, die in der Ebene der Targets endet (vgl. DE 29 61 7057, DE 29 61 0720 U1, DE 197 56 162). Zum Einlass des reaktiven Gases dienen separate Gaseinlasssysteme mit meist großem Querschnitt und damit großer Regelzeitkonstante, die keine schnelle Reaktion auf Regelabweichungen erlaubt. Die in den Ero­ sionszonen beobachtete ungleichmäßige Abtragung des Tar­ getmaterial hat ihre Ursache z. T. in der Überlagerung der Magnetfelder der beiden Magnetsysteme.

Dazu wird z. B. in der DE 29 61 7057 vorgeschlagen, durch das Einfügen eines magnetischen Kurzschlusses eine Homoge­ nisierung vorzunehmen und damit für jeden Abschnitt der Magnetron-Zerstäubungseinrichtung den partiellen Entla­ dungswiderstand anzupassen. Eine praktische Vorgehensweise dafür wird jedoch nicht angegeben. Bei allen bekannten Zerstäubungsanordnungen sind z. T. sehr hohe Aufwendungen erforderlich, um eine hohe Konstanz der Schichtgleichmä­ ßigkeit auf den Substraten zu erreichen. So ist es be­ kannt, mehrere getrennte Regelkreise für die Gaszufuhr mit geeigneten optischen Sensoren zu verwenden. Es gelingt außerdem nicht, die Gefahr der Entstehung von Bogenentla­ dungen, die ihren Ausgang vor allem im Spaltbereich zwi­ schen den Targets nehmen, so weit herabzusetzen, dass ein störungsfreier Betrieb über z. B. 100 Stunden erreicht wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Magne­ tronzerstäuben mit mindestens zwei Targets anzugeben, mit der der technische Aufwand zur Erreichung einer hohen Gleichmäßigkeit der auf Substraten abgeschiedenen Schich­ ten reduziert wird, das Regelverhalten der Einrichtung verbessert und die Gefahr der Ausbildung von Bogenentla­ dungen beim reaktiven Abscheiden isolierender Schichten minimiert werden. Dabei soll die Konstanz der Parameter des Magnetron-Zerstäubungsprozesses auch im Langzeitbe­ trieb aufrechterhalten werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung zum Magnetronzerstäuben mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungswesentlich ist die gemeinsame, parallele und eigenständige Anordnung von mindestens zwei Magnetrontar­ gets auf einem Vakuumflansch, der in die Kammerwand einer Vakuumanlage eingebaut werden kann. Dabei sind die Targets auf Kühlplatten innerhalb der Vakuumkammer positioniert und die zugehörigen Magnetsysteme sowie andere Bauelemente im Wesentlichen außerhalb der Vakuumkammer angeordnet.

Die Targets mit den Kühlplatten sind einzeln von Plasma­ elektroden umschlossen. Diese Plasmaelektroden umgeben die Targets peripher zur Zerstäubungsoberfläche in einem geringen, als Dunkelraumabgrenzung wirkenden Abstand von etwa 2 bis 4 Millimetern. In einer Ausgestaltung der Erfindung überragen die Plasmaelektroden die Ebene der Zerstäubungsoberfläche der Targets in Richtung zu den Substraten mindestens teilweise um wenigstens ein Viertel des Abstandes zwischen den Targets und den Substraten.

Die Plasmaelektroden sind gegenüber den Targets und Kühl­ platten elektrisch isoliert, jedoch vorzugsweise mit einem elektrischen Anschluss versehen, mittels dessen sie auf ein frei einstellbares elektrisches Potential gelegt werden können. Die zweckmäßige Wahl des Potentials hängt vor allem von der Art des Zerstäubungsmaterials, des Reaktivgases und der eingespeisten Entladungsleistung ab. Wird z. B. Aluminium in einem Argon-Sauerstoff-Gemisch mit einer Leistungsdichte auf dem Target von 15 W/cm² zer­ stäubt, um Substrate mit Aluminiumoxid-Schichten zu be­ schichten, so ist ein Potentialunterschied von + 30 V gegenüber dem Potential der Vakuumkammer zweckmäßig.

Erfindungsgemäß sind zusätzlich in den Bereichen zwischen den Targets und den Plasmaelektroden oder direkt in den Plasmaelektroden integriert Gasauslassöffnungen, vorzugs­ weise eine Vielzahl davon, vorhanden, die mit mindestens einer Gaszuführungseinrichtung verbunden sind.

Mit der spezifischen Gaszuführung zu jedem einzelnen Target wird eine sehr gleichmäßige Verteilung des Träger­ gases der Plasmaentladung und/oder des Reaktivgases ge­ währleistet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind an den Plasmaelektroden Blenden angeordnet, die die Spalte zwi­ schen den Targets und den Plasmaelektroden in einem gerin­ gen, als Dunkelraumbegrenzung wirkenden Abstand von der Zerstäubungsoberfläche der Targets überdecken. Damit wird ein Eindringen von Plasma in die Spalte im Bereich hoher elektrischer und magnetischer Feldstärke zur Auslösung von Bogenentladungen führen kann, vermieden.

Es ist weiterhin vorteilhaft, eine Schirmelektrode nach Anspruch 4 vorzusehen. Diese Schirmelektrode umschließt alle Targets und die umgebenden Plasmaelektroden. Die Schirmelektrode ist auf dem Vakuumflansch isoliert an­ geordnet und weist eine Öffnung in der Richtung von den Targets zum Substrat auf, durch die das zerstäubte Materi­ al ungehindert von den Targets zu den Substraten gelangen kann. Die Schirmelektrode kann an ein wahlfreies Potential gelegt werden. Für die Wahl des Potentials der Schirmelek­ trode gelten ähnliche Bemessungsgrundsätze wie für die Potentiale der Plasmaelektroden. Im genannten Beispiel hat sich ein Potential der Schirmelektrode von + 15 V bewährt. Durch die Schirmelektrode wird das Plasma daran gehindert, sich ungehindert in den übrigen Bereich der Vakuumkammer auszubreiten und diese sowie weitere Einbauteile zu be­ schichten. Insbesondere kann auch der Reaktivgashaushalt der Magnetron-Entladung vorteilhaft kontrolliert werden. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Gasauslassöffnungen im Bereich zwischen den Plasmaelek­ troden und den Targets ergibt sich eine sehr geringe Zeitkonstante für die Gasregelung.

In überraschender Weise wird mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine gleichmäßige Erosion der Targets auch dann erreicht, wenn die von den besagten Plasmaelektroden umgebenen Targets direkt nebeneinander angeordnet sind und eine Überlagerung ihrer Magnetfelder stattfindet.

Die Erfindung kann mit weiteren Bauelementen in vorteil­ haften Weise kombiniert werden. So kann mindestens ein Lichtsensor an einem oder jedem Target vorgesehen werden, wobei der eigentliche Lichtsensor außerhalb der Vakuumkam­ mer, z. B. auch direkt am Vakuumflansch, montiert wird und eine Lichtleiteinrichtung in den Vakuumraum eingebracht wird, welche den Vakuumflansch durchdringt und deren Lichteintrittsöffnung sich im Bereich oberhalb der dem Substrat zugewandten Targetseite befindet. Die Lichtleit­ einrichtung kann durch faseroptische Bauelemente gebildet werden. Alternativ eignet sich auch ein Rohr, dessen Innenfläche lichtreflektierend ausgebildet ist, oder ein Spiegel zur Strahlumlenkung. Mit dem Lichtsensor und gegebenenfalls mit einer elektronischen Signalaufberei­ tungseinheit, die zweckmäßigerweise ebenfalls auf dem Vakuumflansch außerhalb des Vakuums angeordnet ist, lässt sich der reaktive Zerstäubungsprozess optimal regeln.

Mechanisch verstellbare Hubsysteme für die Lageänderung der Magnetsysteme für jedes Target als weitere Ausgestal­ tung der Erfindung, erlaubt die bestmögliche Anpassung der Magnetfeldstärke auf den Zerstäubungsoberflächen der Targets im Bereich des magnetischen Tunnels in Abhängig­ keit von der Art des Targetmaterials, den Prozessbedingun­ gen und dem Erosionszustand des Targets.

Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Einrich­ tung wird erreicht, wenn außerhalb der Vakuumkammer, z. B. direkt am Vakuumflansch, ein Drucksensor angeordnet ist, der mit den Räumen zwischen den Targets und den Substraten bzw. dem von der Schirmelektrode umschlossenen Raum in Verbindung steht. Dadurch ist eine Druckmessung in un­ mittelbarer Umgebung der Plasmaentladung möglich. Die Druckmessung wird gegenüber der üblicherweise in der Vakuumkammer durchgeführten Druckmessung wesentlich ver­ bessert, was sich sehr vorteilhaft für die Stabilität der Magnetronentladung auswirkt.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann im einfachsten Fall ein geeignetes Potential der Plasma­ elektroden und/oder der Schirmelektrode durch Isolation dieser Elektroden gegen den Vakuumflansch erreicht werden, so dass sich ein floatendes Potential einstellt.

Vorzugsweise sind die Elektroden jedoch mit einstellbaren Spannungsquellen verbunden, oder ein geeignet bemessenes Netzwerk aus Widerständen, Kondensatoren und Induktivitä­ ten dient im Sinne von Anspruch 8 zur Einstellung der optimalen Potentiale.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung mit zwei parallel angeordneten Targets 1 und 2, die auf Kühlplatten 3 bzw. 4 aus Kupfer mittels je einer Bondschicht wärmeleitend und elektrisch leitend gehaltert sind. Die Kühlplatten 3 und 4 sind vakuumseitig elektrisch isoliert auf einem Vakuumflansch 12 angeordnet. Im Beispiel bestehen die Targets 1 und 2 aus Aluminium. Die Kühlplatten 3 und 4 und die Targets 1 und 2 sind gleich groß und rechteckig mitbeispielhaft einer Längs­ ausdehnung von 750 mm und einer Ausdehnung in Querrichtung von 130 mm.

Außerhalb der Vakuumkammer befinden sich, zugeordnet zu jedem der Targets 1 und 2, Magnetsysteme 5 bzw. 6, die oberhalb der Zerstäubungsoberfläche der Targets 1 und 2 je ein tunnelförmiges Magnetfeld 38 erzeugen. In der Zeich­ nung ist das Magnetfeld 38 schematisch mit Pfeilen ange­ deutet und erstreckt sich über die gesamte Länge der langgestreckten rechteckigen Targets 1 und 2.

In den Vakuumflansch 12 sind Polschuhe 36 eingelassen, wodurch eine höhere und gleichmäßige Feldstärke der tun­ nelförmigen Magnetfelder 38 oberhalb der Zerstäubungsober­ flächen der Targets 1 und 2 erreicht wird. Es ist weiter­ hin je ein mechanisch verstellbares Hubssystem 14 vor­ gesehen, mit dem der Abstand zwischen den Magnetsystemen 5 und 6 und den Polschuhen 36 in Abhängigkeit von der Targe­ terosion, dem Targetmaterial oder den technologischen Erfordernissen des Beschichtungsprozesses eingestellt werden kann. Die Hubsysteme 14 sind an einer Montageplatte 25 montiert, die mittels Stützen 26 am Vakuumflansch 12 befestigt sind. Mit den Magnetsystemen 5 und 6 ist jeweils ein Positionssensor 19 zur Messung der Lage der Magnetsy­ steme 5 bzw. 6 verbunden.

Umgeben sind die beiden Targets 1 und 2 jeweils von einer Plasmaelektrode 9 bzw. 10, die isoliert auf dem Vakuum­ flansch 12 angeordnet sind und elektrisch mit einem elek­ trischen Netzwerk 30 verbunden werden können. Die Plasmaelektroden 9 und 10 umschließen die Targets 1 und 2 sowie die Kühlplatten 3 und 4 vollständig, wobei Spalte 34 und 35 mit einer Breite von ca. 3 mm eingestellt sind. Die Plasmaelektroden 9 und 10 ragen in Richtung der Substrate 27 über die Zerstäubungsoberfläche der Targets 1 und 2 hinaus und sind zu den Substraten 27 hin offen. Der Überstand über die Zerstäubungsoberfläche der Targets 1 und 2 beträgt auf der der Schirmelektrode 11 zugewandten Seite 80% des Abstandes zwischen den Targets 1 und 2 und den Substraten 27. In dem Bereich zwischen beiden Targets 1 und 2 beträgt der Überstand 40% des besagten Abstandes.

Eine elektrisch isoliert angeordnete Schirmelektrode 11 umgibt die beiden Targets 1 und 2 sowie die zugehörigen Plasmaelektroden 9 und 10 und schirmt den Raum zwischen den Targets 1 und 2 und den Substraten 27 mit Ausnahme einer Dampfaustrittsöffnung 31 zum Austritt des zerstäub­ ten Materials ab.

Im Beispiel ist die Schirmelektrode 11 durch eine Abwinke­ lung derart gestaltet, dass sich zwischen der Schirmelek­ trode 11 und den Plasmaelektroden 9 bzw. 10 ein Spalt 33 ausbildet, der im Bereich von ca. 5 mm bis 20 mm liegt.

Der Einlass des Plasma-Trägergases Argon erfolgt durch Bohrungen 32 im Vakuumflansch 12 in den Spalt, den der Vakuumflansch 12 mit den Kühlplatten 3 bzw. 4 bildet.

Die erfindungsgemäßen Gasauslassöffnungen 13 sind spezi­ fisch für das Prozessgas vorgesehen und befinden sich im Beispiel in den unteren Abschnitten der Plasmaelektroden 9 und 10. Diese Gasauslassöffnungen 13 sind über Regelventi­ le 22 mit Gaszuführungseinrichtungen 21 verbunden. In Längsrichtung der Magnetronzerstäubungseinrichtung sind eine Vielzahl von Gasauslassöffnungen 13 angeordnet. Die Gasauslassöffnungen 13 sind so angeordnet, dass der Gas­ einlass in die Spalte 34 bzw. 35 erfolgt. Dadurch wird ein gleichmäßiger Einlass des Prozessgases Sauerstoff direkt in den Plasmaraum gewährleistet.

Diese Ausführung des Gaseinlasses ermöglicht sehr kurze Reaktionszeiten der Regelkreise für den Gaseinlass und damit eine sehr gute Prozessstabilität. Es ist auch mög­ lich, die Gasauslassöffnungen 13 so anzuordnen, dass das Gas allein oder zusätzlich in den Raum zwischen den Plas­ maelektroden 9 bzw. 10 und der Schirmelektrode 11 einge­ lassen wird.

Weiterhin sind an den Plasmaelektroden 9 und 10 Plasma­ blenden 7 und 8 angeordnet, die die Spalte 34 bzw. 35 zwischen den Targets 1 und 2 und den Plasmaelektroden 9 und 10 überdecken. Dadurch können Bogenentladungen in diesem Bereich hoher elektrischer und magnetischer Feld­ stärke vermieden werden. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Plasmablenden 7 und 8 soweit in den Bereich über den Targets 1 und 2 reichen, dass die nicht erodierenden Zonen der Zerstäubungsoberfläche teilweise oder vollständig überdeckt werden bzw. bis ca. 1 mm an die Erosionszone heranreichen.

Die Kühlplatten 3 und 4 mit den Targets 1 und 2 sind über Stromdurchführungen im Vakuumflansch 12 an eine Stromver­ sorgungseinrichtung 37 angeschlossen. Die Stromversor­ gungseinrichtung 37 liefert bipolare Pulse mit einer Polwechselfrequenz von 50 kHz, wodurch die Targets 1 und 2 mit dieser Frequenz alternierend als Kathode und Anode der Magnetronentladung geschaltet sind.

Die elektrisch isoliert angeordneten Plasmaelektroden 9 und 10 und die Schirmelektrode 11 sind an das elektrische Netzwerk 30 mit Widerständen, Kondensatoren, Induktivi­ täten und Halbleiterbauelementen angeschlossen, die eine spezifische Potentialeinstellung ermöglichen. Als Bezugs­ potential dient im Ausführungsbeispiel der Vakuumflansch 12. Die Potentialeinstellung erfolgt in Abhängigkeit von der Art der Targets 1 und 2 und der eingespeisten Lei­ stung.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt eine erhebliche Reduzierung von Bogenentladungen und eine deutliche Ver­ besserung der Langzeitstabilität, beispielsweise bei der Abscheidung von Aluminiumoxidschichten. Im Beispiel legt das Netzwerk 30 beim Abscheiden von Aluminiumoxid mit einer Leistung von 15 kW die Potentiale wie folgt fest: Plasmaelektroden 9 und 10: + 30 V, Schirmelektrode 11: + 10 V.

Außerhalb der Vakuumkammer ist für jedes Target 1 und 2 ein Lichtsensor 18 angeordnet, dessen Signal von einer Wandler-Elektronik 24 aufbereitet und als Digitalsignal weitergeleitet wird. Ein Fenster aus Quarzglas 17 dichtet die Öffnungen im Vakuumflansch 12 ab. Je eine Lichtleit­ einrichtung 16 in Form eines innen polierten Metallrohres mit einem freien Innendurchmesser von ca. 6 mm leitet das von der Plasmaentladung emittierte Licht, von einer Licht­ eintrittsöffnung 28, in Form einer Bohrung in den Plasma­ elektroden 9 bzw. 10 mit einem Durchmesser von ca. 4 mm, bis zum Lichtsensor 18. Dabei ist sichergestellt, dass die Lichtleiteinrichtung 16 die Plasmaelektroden 9 bzw. 10 nicht mit dem Vakuumflansch elektrisch kurzschließt. Als alternative Ausführung können auch Lichtleitfasern an­ stelle des Metallrohres verwendet werden. Lichtleitfasern sind auch vorteilhaft außerhalb des Vakuums zur Licht­ leitung vom Quarzfenster 17 zum Lichtsensor 18 einsetzbar. Die beispielhafte Einrichtung ist weiterhin mit einem Drucksensor 20 ausgerüstet, der mit einer Bohrung im Vakuumflansch 12 verbunden ist und vorzugsweise gasart­ unabhängig mittels piezoelektrischer Wandlung den Druck im eigentlichen Plasmaraum innerhalb der Schirmelektrode 11 misst. Vorteilhaft ist auch das Anbringen eines Druck­ leitrohres 29 mit einem inneren freien Durchmesser von ca. 15 mm in Fortsetzung der Bohrung im Vakuumflansch 12, dessen andere Öffnung bis dicht an eine Bohrung mit einem Durchmesser von ca. 15 mm in der Plasmaelektrode 9 bzw. 10 herangeführt ist. Dadurch wird unmittelbar der Druck im Entladungsraum gemessen. Durch eine elektrisch isolierende Montage des Druckleitrohres 29 ist sichergestellt, dass die Plasmaelektroden 9 und 10 nicht mit dem Vakuumflansch 12 elektrisch kurzgeschlossen werden. Diese Druckmessung bietet gegenüber der üblichen Druckmessung in der Vakuum­ kammer den Vorteil größerer Genauigkeit und geringerer Zeitverzögerung des Messsignals durch die direkte Kopplung an den von der Schirmelektrode 11 umschlossenen Beschich­ tungsraum. Das elektrische Signal des Drucksensors 20 wird mittels Wandler-Elektronik 23 in ein Digitalsignal gewan­ delt und über eine optische Datenübertragungseinrichtung an eine Steuer- und Regelelektronik weitergeleitet.

Die auf dem Vakuumflansch 12 integrierten Sensoren und elektronischen Signalverarbeitungseinheiten sind ein vorteilhafter Weg, um einen geringen Störpegel der Mess­ signale durch elektromagnetische Strahlung, die bei der gepulsten Energieeinspeisung in die Magnetronentladung auftritt, zu erreichen.

Die gesamte Einrichtung ist auf einem einzigen Vakuum­ flansch angeordnet. Es kann jedoch aus konstruktiven Gründen zweckmäßig sein, zwei getrennte Vakuumflansche bzw. einen geteilten Vakuumflansch zu verwenden.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

Target

2

Target

3

Kühlplatte

4

Kühlplatte

5

Magnetsystem

6

Magnetsystem

7

Plasmablende

8

Plasmablende

9

Plasmaelektrode

10

Plasmaelektrode

11

Schirmelektrode

12

Vakuumflansch

13

Gasauslassöffnung

14

Hubsystem

15

16

Lichtleiteinrichtung

17

Fenster

18

Lichtsensor

19

Positionssensor

20

Drucksensor

21

Gaszuführungseinrichtung

22

Regelventil

23

Wandler-Elektronik

24

Wandler-Elektronik

25

Montageplatte

26

Stützen

27

Substrat

28

Lichteintrittsöffnung

29

Druckleitrohr

30

elektrisches Netzwerk

31

Dampfaustrittsöffnung

32

Bohrung

33

Spalt

34

Spalt

35

Spalt

36

Polschuhe

37

Stromversorgungseinrichtung

38

Magnetfeld

39

40

41

Claims (8)

1. Einrichtung zum Magnetronzerstäuben, die im Wesentli­ chen auf einem Vakuumflansch angeordnet ist, der zur Beschichtung von mindestens einem Substrat in der Kammerwand einer Vakuumkammer befestigt werden kann, bestehend innerhalb der Vakuumkammer aus mindestens zwei wärmeleitend mit je einer Kühlplatte verbundenen Targets und außerhalb der Vakuumkammer zugehörig zu jedem Target bzw. jeder Kühlplatte je ein Magnetsystem zur Erzeugung eines tunnelförmigen, das jeweilige Target durchdringende Magnetron-Magnetfeld, wobei vorzugsweise zugehörig zum Magnetsystem im Vakuum­ flansch im Bereich der Pole des Magnetsystems ferroma­ gnetische Polschuhe vakuumdicht eingelassen sind, und einer Stromversorgungseinrichtung, deren Anschluss­ klemmen mit mindestens je einem Target über Strom­ durchführungen im Vakuumflansch elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Target (1, 2) peripher zu seiner Zerstäubungs­ oberfläche von einer zum Substrat (27) hin offenen Plasmaelektrode (9, 10) umgeben ist, die auf ein wahl­ freies Potential gelegt werden kann und dass im Be­ reich zwischen dem Target (1, 2) und der Plasmaelek­ trode (9, 10) oder direkt an der Plasmaelektrode (9, 10) vorzugsweise eine Vielzahl von Gasauslassöffnun­ gen (13) vorhanden sind, die mit mindestens einer Gas­ zuführungseinrichtung (21) verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Plasmaelektrode (9, 10) die Ebene der Zerstäubungsoberfläche der Targets (1, 2) in Richtung zum Substrat (27) um einen Betrag über­ ragt, der mindestens ein Viertel des Abstandes zwi­ schen den Targets (1, 2) und dem Substrat (27) ent­ spricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an der Plasmaelektrode (9, 10) Plasma­ blenden (7, 8) vorhanden sind, die die Spalte (34, 35) zwischen der Plasmaelektrode (9, 10) und dem Target (1, 2) zumindestens teilweise überdecken.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Vakuumflansch (12) eine zum Substrat (27) hin offene Schirmelektrode (11) angeordnet ist, die alle Targets (1, 2) und die sie umgebenden Plasmaelektroden (9, 10) umschließt und an ein wahlfreies Potential gelegt werden kann.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Vakuumkammer minde­ stens ein Lichtsensor (18) vorhanden ist, der mit einer Lichtleiteinrichtung (16) verbunden ist, welche den Vakuumflansch (12) durchdringt und deren Lichtein­ trittsöffnung (28) sich im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Linie zwischen der Oberfläche des Targets (1, 2) und dem Substrat (27) befindet.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Vakuumkammer am Vakuumflansch (12) jedem der Targets (1, 2) ein mecha­ nisch verstellbares Hubsystem (14) zur Einstellung eines vorgebbaren Abstandes zwischen dem Magnetsystem (5, 6) und den Polschuhen (36) vorhanden ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Vakuumkammer minde­ stens ein Drucksensor (20) vorhanden ist, der über eine Druckleitung (29), die den Vakuumflansch (12) durchdringt, mit dem Raum innerhalb der Schirmelek­ trode (11) verbunden ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Vakuumkammer ein elektrisches Netzwerk (30) vorhanden ist, welches aus Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten und/oder aktiven Bauelementen wie Spannungsquellen besteht, und über elektrische Leitungen, die durch elektrische Isolatoren im Vakuumflansch (12) in die Vakuumkammer eingeführt sind, mit den Plasmaelektroden (9, 10)und der Schirmelektrode (11) verbunden sind.