DE2149606B2 - Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten durch Hochfrequenz-Katodenzerstäubung, vorzugsweise bei Drücken zwischen 10-' und 1O^-3 Torr mittels mindestens einer in einer Vakuumkammer angeordneten Katode, welche zur Vermeidung von Glimmentladungen auf Rückseite und Zuleitung mit einem auf Anodenpotential befindlichen Schirm umgeben ist, wobei zwischen Katode und Schirm mindestens ein weiterer, isoliert von Katode und Anode angeordneter, elektrisch leitender Zwischenschirm bekannt ist.

Eine solche Vorrichtung ist bereits bekannt (Veröffentlichung von G.F. Cuhman und R.N. Yaskο »Sputtering uniformity Control Cathode« in »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Vol.11. Nr. 9, Febr. 1969); dort ist vorgesehen, zwischen Katode und Schirm am Rande der Katode einen ringförmigen Zwischenschirm anzuordnen, der auf veränderbares Potential gelegt werden kann. Ein solcher Zwischenschirm kann jedoch keine Glimmentladungen in Bereichen außerhalb des Zwischenschirms zwischen Katode und Schirm verhindern, so daß dort die üblichen Abstände eingehalten werden müssen. Infolgedessen ist eine nennenswerte Verringerung der Verluste auf diese Weise nicht möglich. Der bekannte Zwischenschirm dient auch lediglich dazu, die Gleichmäßigkeit der Niederschlagsrate im Randbereich der Katode zu erhöhen.

Es ist auch bereits bekannt (DE-PS 7 36 170), daß die nicht zur Zerstäubung benutzten, auf Katodenpotential befindlichen Teile der Katode einschließlich ihrer Zuleitungen auf der gesamten Oberfläche mit einem auf Erdpotential befindlichen Schirm umgeben sein müssen. Der Spalt zwischen Katode und Schirm muß dabei so ene gehalten werden, daß in ihm keine Glimmerscheinungen auftreten können. Ein Maß bzw. die Obergrenze für die Dimensionierung des Spaltes stellt dabei der sogenannte Crooksche Dunkekaum dar. Es ist eine bekannte Tatsache, daß die Ausdehnung des Crookschen Dunkelraumes in Abhängigkeit von Gasart, Gasdruck und Spannung gewissen Schwankungen unterworfen ist

Bei den üblichen Drücken in Zerstäubungsanlagen bildet sich immer dann ein Plasma aus, wenn zwischen zwei Elektroden eine Potentialdifferenz genügender Höhe und ein Abstand vorhanden ist, der einen bestimmten Mindestabstand übersteigt Dieser »Mindestabstand« ist ein im wesentlichen von den obigen Größen abhängiger Wert In einem engeren Spalt kann sich kein Plasma ausbilden, da die Ionisierungswahrscheinlichkeit zu gering ist

Die Abschirmung ist einerseits unerläßlich, da durch sie wirksam verhindert wird, daß Material von der Katodenrückseite, der Katodenhalterung und der Stromzuführung abgestäubt und als Verunreinigung in die niedergeschlagene Schicht eingelagert wird, andererseits stellt sie bei Verwendung von Hochfrequenz eine unerwünschte elektrische Verlustquelle dar. Die Anordnung aus Katode und Schirm mit eingeschlossenem Luftspalt wirkt als Kondensator, dessen Wechselstromwiderstand mit zunehmender Frequenz abnimmt. Die Folge ist eine unerwünschte Phasenverschiebung bzw. ein unzulässig hoher Blindstrom. Bei der in der Praxis häufig verwendeten Frequenz von f = 13,56 MHz treten beispielsweise bei Plasmaströmen in der Größe von 0,5 A Blindströme in der Größenordnung von 5OA auf. Diese hohen Ströme fließen über Kondensatoren, Spulen und Zuführungen. Infolge der Stromwärme wird in diesen Teilen so viel Leistung freigesetzt, daß eine Wasserkühlung unumgänglich ist. Es handelt sich hierbei um zusätzliche ohrnsche Verluste, die den Wirkungsgrad der Anlage beträchtlich verschlechtern.

In diesem Zusammenhang ist es auch bereits bekannt (DE-AS 15 21321), bezüglich der Ausbildung des Spaltraumcs nach Möglichkeit an die höchstzulässige Grenze zu gehen. Abgesehen davon, daß durch eine solche Maßnahme die Anwendungsbreite der Anlage eingeengt wird, läßt sich bei der empfohlenen Maßnahme die Spaltweite nicht größer als 7 bis äußerstenfalls 10 mm gestalten. Die genannte Literaturstelle nennt sogar ein Maß von nur etwa 6 mm. Innerhalb dieser Größenordnungen wird jedoch das gesteckte Ziel nicht annähernd erreicht. Dies geht schon aus den bekannten Zusammenhängen hervor, denen zufolge der Wechselstromwiderstand eines Kondensators bei verdoppeltem Plattenabstand gerade auf das Doppelte steigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingang genannten Art die Kapazitätswerte wesentlich zu senken und dadurch einen verbesserten Wirkungsgrad, eine einfachere Kühlung und geringere Querschnitte in den Zuleitungen zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Katode an einem Durchführungsisolator durch den Vakuumbehälter befestigt ist, welcher gleichzeitig die Halterung für den mindestens einen elektrisch leitenden Zwischenschirm darstellt, und daß die Abstände der leitfähigen Flächen untereinander so bemessen sind, daß keine Glimmerscheinungen auftreten.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß infolge gleichzeitiger Halterung der Zwischenschirme am

gleichen Durchführungsisolator die Zwischenschirme notwendigerweise den gesamten Zwischenraum zwischen der'Katode und dem äußersten Schirm ausfüllen. Der mindestens eine Zwischenschirm ist dabei einwandfrei isoliert aufgehängt und nicht etwa an ein einstellbares Zwischenpotential angeschlossen. Infolgedessen kann sich das Potential an jedem Zwischenschinn in einer Weise frei einstellen, die den geometrischen Verhältnissen der Anordnung entspricht

Vorteilhaft ist auch, daß durch die Anordnung von Zwischenschirmen der Abstand zwischen Katodenoberfläche und dem äußeren Schirm auf das τι-fache vergrößert wird, wobei »n^die Anzahl der verwendeten Schirme ist und der maximal zulässige Abstand zwischen der Katode und einem einzigen Schirm aufgrund der Verfahrens-Parameter vorgegeben ist Hieraus ist abzuleiten, daß die kapazitiven Verluste der Vorrichtung bei der Anordnung von »n« Schirmen auf den Wert Xfπ sinken.

Es ist auch zweckmäßig, wenn die Enden sämtlicher Schirme in der Weise ausgebildet sind, daß der äußere, auf Erdpotential liegende Schirm die Stirnkanten der Zwischenschirme umschließt und senkrecht auf die ihm gegenüberliegende Katodenfläche gerichtet ist. Die Abstände zwischen dem Außenschirm und den Kanten der Zwischenräume einerseits und zwischen Außenschirmkante und Katode andererseits haben dabei eine Größe, die dem Abstand der Schirme untereinander entspricht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Figur näher beschrieben, die einen schematischen Vertikalschnitt einer Hochfrequenz-Zerstäubuingsvorrichtung zeigt.

In der Figur ist mit 1 eine Grundplatte gezeichnet, die den unteren Anschluß eines Vakuumbehälters 2 in Form einer Glocke bildet Beide Kammerteile sind unter Zwischenlage bekannter Dichtungselemente 3 vakuumdicht miteinander verbunden. Die von 1 und 2 gebildete Vakuumkammer 4 ist über einen Absaugstutzen 5 mit nicht dargestellten Vakuumpumpen verbunden. Der Vakuumkammer 4 wird über eine Zuleitung 6 und ein Dosierventil 7 ein Edelgas, beispielsweise Argon, zugeführt. Auf der Grundplatte ist mittels einer Säule 8 ein Substrathalter 9 befestigt, der auf seine Oberseite ein Substrat 10, beispielsweise eine Platte aus Quarz, trägt. Dem Substrat gegenüber ist eine Katode 11 angeordnet, welche aus einer Tragplatte 12 und dem ;m zerstäubenden Katodenmaterial 13, beispielsweise aus Silizium, besteht Die Katode 11 ist an einer Tragstange 13 aufgehängt, die gleichzeitig die Stromzuführung bewirkt Als Energiequelle dient ein Hochfrequenzgenerator 15, dessen einer Ausgang über die Leitung 16 an die Tragstange 14 der Kathode 11 gelegt ist, und dessen anderer Ausgang über die Leitung 17 mit der auf Erdpbtential befindlichen Grundplatte 1 verbunden ist Ober die Leitung 18 wird die Erdung des elektrischen Anschlußkastens 19 bewirkt.

Die Tragstange 14 stützt sich gegenüber dem Vakuumbehälter 2 über einen Durchführungsisolator 20 ab, welcher gleichzeitig für die Halterung der aus Metall bestehenden Zwischenschirme 21 und 22 dient. Die Schirme können aber auch unter Zwischenschaltung isolierender Distanzhalter wie zum Beispiel Keramikperlen an der Tragstange 14 oder der Katode 11 befestigt sein. Für die Verbindung des Außenschirms mit Erdpotential ist dann ein besonderer Anschluß vorzusehen. Die Zwischenschirme sind außen von einem ebenfalls metallischen, auf Erdpotential befindlichen Schirm 23 umgeben, welcher elektrisch leitend am Durchführungsflansch 24 des geerdeten Vakuumbehälters 2 befestigt ist. Die Zwischenschirme 21 und 22 sind untereinander und gegenüber der Katode 11 mit der Tragstange 14 einerseits sowie gegenüber dem Schirm 23 andererseits elektrisch isoliert aufgehängt Der Abstand zwischen den einzelnen Schirmen untereinander und gegenüber dem abzuschirmenden Potential beträgt ca. 6 mm. Das gleiche Maß gilt für den Abstand »a« zwischen den Stirnkanten der Zwischenschirme und dem sie umgreifenden Ende 25 des äußeren Schirmes 23.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten durch Hochfrequenz-Katodenzerstäubung, vorzugsweise bei Drücken zwischen 10-' und 10-³Torr mittels mindestens einer in einer Vakuumkammer angeordneten Katode, welche zur Vermeidung von Glimmentladungen auf Rückseite und Zuleitung mit einem auf Anodenpotential befindlichen Schirm umgeben ist, wobei zwischen Katode und Schirm ι ο mindestens ein weiterer, isoliert von Katode und Anode angeordneter, elektrisch leitender Zwischenschirm vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Katode (12) an einem Durchführungsisolator (20) durch den Vakuumbehälter (2) befestigt ist, welcher gleichzeitig die Halterung für den mindestens einen elektrisch leitenden Zwischenschirm (21 bzw. 22) darstellt, und daß die Abstände der leitfähigen Flächen untereinander so bemessen sind, daß keine Glimmerscheinungen auftreten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden sämtlicher Schirme (21, 22, 23) in der Weise ausgebildet sind, daß der äußere, auf Erdpotential liegende Schirm (23) die Stirnkanten der Zwischenschirme (21, 22) umschließt und im wesentlichen senkrecht auf die ihm gegenüberliegende Katodenfläche gerichtet ist.