DE2221600A1 - DEVICE FOR COATING SUBSTRATES THROUGH CATHODE DUSTING AND CLEANING THROUGH ION WETS IN THE SAME VACUUM CONTAINER - Google Patents
DEVICE FOR COATING SUBSTRATES THROUGH CATHODE DUSTING AND CLEANING THROUGH ION WETS IN THE SAME VACUUM CONTAINERInfo
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- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
Description
"VSB Elektromat DDE.-803 Dresden F-rl Marx-Straße"VSB Elektromat DDE.-803 Dresden F-rl Marx-Strasse
Dresden, den 20,4.1972Dresden, April 20, 1972
"Vorrichtung zum Beschichten von Substraten"Device for coating substrates
durch Katodenzerstäubung und zum Reinigenby cathode sputtering and for cleaning
^durch Ionenätzen im gleichen VakuumgefäßJ2-^ by ion etching in the same vacuum vessel
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zürn Beschichten von Substraten durch Katodenzerstäubung und zum Reinigen von Substrat- und largetoberflachen durch lonenätzen im gleichen Vakuumgefäß, welche im wesentlichen aus Mitteln zum Evakuieren, zum Gaseinlaß sowie einer Hochfrequenz-The invention relates to a device for coating substrates by cathode sputtering and for cleaning of substrate and larget surfaces by ion etching im the same vacuum vessel, which essentially consists of means for evacuation, gas inlet and a high-frequency
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quelle mit Anpaßglied und zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes bei paralleler Anordnung der wirksamen Elektrodenflächen besteht.source with adapter and to generate a homogeneous magnetic field with parallel arrangement of the effective Electrode surfaces.
Es sind bereits eine Mehrzahl von Vorrichtungen zum Beschichten fester Körper mit leitenden oder isolierenden Substanzen durch Eatodenzerstäubung bekannt, die in zunehmendem Maße in der Dünnschichttechnik angewendet werden. In ihrem Aufbau werden sie davon bestimmt, ob die Zerstäubung als Plasma- oder lonenstrahlserstäubung erfolgen soll«. Bei der Plasmas&orstäubuJig wird in einer verdünnten Gasatmosphäre eine Em;lacing erzeugt, und die Ionen werden aus dem Plasma durch, das Target abgesaugt, welches dabei ze.», ,stäubt wird© Bei der Ionen« Strahlzerstäubung werden die Ionen in einer Ionenquelle erzeugt, durch ein spezielles Elektrodensystem abgesaugt und als Strahl auf aas zu zerstäubende (Target geschossen· Die zur Zeit verbreitetste Art der Ionenzerstäubung ist die Hochfrequenzzerstäubung, deren besonderer Vorteil darin besteht, daß damit sowohl leitende als auch isolierende Substanzen mit etwa gleichem Nutzeffekt, zerstäubt werden können,, i*ür die asymmetrische Hochfrequenzserstäubung wird vielfach ein Diodensystem angewendet, welches aus einer Hochfrequenzelektrode besteht, die bei geerdeter Umgebung kapazitiv an das Hochfrequenzplasma angekoppelt wird. Bei der Konstruktion der ElektrodenanordnungThere are already a large number of devices for coating solid bodies with conductive or insulating ones Substances known by atomization that are present in are increasingly used in thin-film technology. In their structure they are determined by whether sputtering as plasma or ion beam sputtering should take place «. In the case of plasmas & dusty is in a dilute gas atmosphere produces an em; lacing, and the ions are sucked out of the plasma through the target, which in the process generates »,, is dusted © At the ions« With beam atomization, the ions are generated in an ion source and extracted by a special electrode system and as a beam at aas to be atomized (target shot · The currently most widespread type of ion atomization is the high-frequency atomization, the particular advantage of which is that it is both conductive and insulating Substances with approximately the same efficiency can be atomized, for asymmetrical high-frequency atomization a diode system is often used, which consists of a high-frequency electrode, which is grounded Environment is capacitively coupled to the high-frequency plasma. In the construction of the electrode assembly
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kommt es darauf an, die metallische Targetelektrode und ihre Zuführungen so abzuschirmen, daß an diesen Stellen keine Entladung brennte Dies wird dadurch erreicht, in dem man den Elektrodenabstand bis in die Größenordnung deren freien Weglänge verringert, jedoch nur soweit, daß die kapazitiven Verluste nicht unnötig hoch werden. · Nach diesem Prinzip sind bisher Diodensysteme gebaut worden, die Targetplatten bis zu 50 cm Durchmesser aufnehmen«. Damit können Substrat- » flächen von 40 cm Durchmesser mit einer Gleichmäßigkeit von - 0,5 % beschichtet werden,. Die Be schicht ungsraten hängen von der Art der zu zerstäubenden Substanz und von der zulässigen Substrattemperatur abo Mir das serienweise Beschichten von Substraten z*B0 von SiIiziumscheiben für die Mikroelektronik wird in der Eegel ein hoher Substratdurchlauf und damit eine hohe Produktivität der Anlage angestrebt. I1Ur diesen Zweck sind bisher Zerstäubungsanlagen hergestellt worden, die im Chargenbetrieb eine große Anzahl von Substraten auf- . nehmen oder im Durchlaufbetrieb über Vakuumschleusen eine kontinuierliche Beschickung ermöglichen. So sind z.B. Diodenzerstäubungssysteme mit zylindrischem Target oder 'auch polygonem Substrathalter bekannt, die bei Einsatz spezieller Substratdreheinrichtungen die mehrfache Menge Substrate je Schicht aufnehmen können. Die Beschichtung erfolgt dann nacheinander in' mehreren Schritten ohne Vakuurnunterbrechungo Im anderen Falle werden Substrate überIt is important to shield the metallic target electrode and its leads so that no discharge burned at these points. This is achieved by reducing the electrode spacing to the order of their free path, but only to the extent that the capacitive losses are not unnecessary get high. · According to this principle, diode systems have so far been built that accommodate target plates up to 50 cm in diameter «. This means that substrate »areas with a diameter of 40 cm can be coated with a uniformity of - 0.5%. The loading layer ungsraten depend on the nature of the atomized substance and on the allowable substrate temperature from o Me the series as coating substrates z * B 0 of SiIiziumscheiben for microelectronics, a high substrate throughput and thus a high productivity of the system is sought in the Eegel. I 1 For this purpose, sputtering systems have so far been produced, which on a large number of substrates in batch operation. or enable continuous loading via vacuum locks in continuous operation. For example, diode sputtering systems with a cylindrical target or a polygonal substrate holder are known which, when using special substrate rotating devices, can accommodate multiple quantities of substrates per layer. The coating then takes place one after the other in several steps without interrupting the vacuum. In the other case, substrates are overlaid
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Vakuumschleusen in eine Zerstäubungskammer eingeführt, die parallele Platten als Elektroden enthält. Das Aufnahmevermögen einer solchen Anordnung ist in der Regel wesentlich geringer als das einer koaxialen Anordnung; jedoch hat die letztere den Vorteil, daß sie kontinuierlich beschickt werden kann und störende Zwischenbelüftungen, wie sie im Chargenbetrieb auftreten, wegfallene Vacuum locks are introduced into a sputtering chamber containing parallel plates as electrodes. The capacity of such an arrangement is generally much lower than that of a coaxial arrangement; however, the latter has the advantage that it can be charged continuously and interfering ventilation, such as occur in batch operation, is eliminated e
Des weiteren ist eine Hochfrequenzzerstäubungseinrich— tung mit stabförmigen Hochfrequenzelektroden und plattenförmigen Substratelektroden bekannt« Als Hochfrequenz— elektroden sind spiralförmig gewickelte Metallfolien eingesetzt, die von dem zu zerstäubenden Material hülsenförmig umgeben sind, welches allseitig abgestäubt werden soll· Bei einer derartigen Elektrodenanordnung ergeben sich durch den gemeinsamen Entladungsraum mehr oder weniger ungünstige Dickenverhältnisse der auf den Substraten aufwachsenden Schicht, sowie nach den offenen Seiten des Entladungsraumes erhebliche Materialverluste0 Furthermore, a high-frequency atomizing device with rod-shaped high-frequency electrodes and plate-shaped substrate electrodes is known discharge space more or less unfavorable thickness ratios of the growing layer on the substrates, as well as significant to the open sides of the discharge space material losses 0
In einer anderen neuartigen Katodenzerstäubungseinrichtung ist beispielsweise die innere Behälterwand eines zylindrischen Vakuumgefäßes als Katode ausgebildet und der Innenraum stellt zugleich eine Hauptentladungskammer mit zentraler Anodenanordnung dar. Dieser Hauptentladungskammer ist eine Hilfskammer zum Ein- und Ausführen der Substrate zugeordnete Von der Hilfskammer kann zumIn another novel cathode sputtering device, for example, the inner container wall is one cylindrical vacuum vessel designed as a cathode and the interior also provides a main discharge chamber with a central anode arrangement. This main discharge chamber is an auxiliary chamber for entry and exit the substrates associated from the auxiliary chamber can to
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Reinigen der Gefäßwände und Substrate auch eine stabförmige Hilfsanode in die Hauptentladungskammer eingeführt werden. Bei dieser Anordnung müssen nach der Vorreinigung durch Ionenätzen die Substrate anschließend zur Beschichtung in die Hauptentladungskammer eingebracht werden« Dieses Zweikammersystem bedingt jedoch ein großes Bauvolumen und bedarf hinsichtlich der verstellbaren druckdichten Mechanismen für Elektroden und Substratträger einen hohen technischen Aufwand· Außerdem arbeitet das System mit außenliegender Katode nach dem Prinzip der Hohlkatodenentladung, welches eine sehr hohe magnetische Feldstärke erfordert, deren Erzeugung bei großen Abmessungen des Vakuumgefäßes Ökonomisch nicht mehr vertretbar ist* Bei der Verwendung scheibenförmiger Hochfrequenzelektroden mit einseitiger Abschirmung vergrößern sich mit der Elektrodenfläche die Abschirmflächen und damit in der Regel auch die Energieverluste, wofür ebenfalls höhere Generatorleistungen erforderlich sind·Clean the vessel walls and substrates also a rod-shaped one Auxiliary anode can be inserted into the main discharge chamber. With this arrangement, after the pre-cleaning the substrates are then introduced into the main discharge chamber for coating by ion etching are «However, this two-chamber system requires a large construction volume and requires adjustable pressure-tight mechanisms for electrodes and substrate carriers a high technical effort · In addition the system works with an external cathode according to the principle of hollow cathode discharge, which is a very Requires high magnetic field strength, the generation of which is economical with large dimensions of the vacuum vessel is no longer justifiable * When using disc-shaped high-frequency electrodes With one-sided shielding, the shielding areas increase with the electrode area and thus increase in size Usually also the energy losses, for which higher generator outputs are also required
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Ernergieverluste möglichst niedrig zu halten, sowie Innerhalb einer Charge mit möglichst geringem Aufwand eine hohe Dickengleichmäßigkeit der aufwachsenden Schicht auf der Oberfläche einer Vielzahl von Substraten zu erzielen* The purpose of the invention is to reduce the energy losses to keep it as low as possible, as well as a high uniformity of thickness within a batch with the least possible effort of the growing layer on the surface of a variety of substrates *
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten durch Katodenzerstäubung und zum Reinigen durch Ionenätzen zu entwickeln, deren Elektroden und/oder Substratträger derart ausgebildet sowie in einer Zerstäubungskammer angeordnet und beschaltet sind, daß damit eine wesentliche Vergrößerung der wirksamen Elektrodenflächen erreicht wird und die Beschichtung einer Vielzahl von Substraten je Arbeitszyklus nach vorheriger !Reinigung im gleichen Vakuumgefäß ohne Zwischenbelüftung möglich ist.The invention is based on the object of a device for coating substrates by cathode sputtering and to develop their electrodes and / or substrate carriers for cleaning by ion etching designed in such a way and arranged and wired in an atomization chamber that thus a substantial Enlargement of the effective electrode area is achieved and the coating of a variety of Substrates per work cycle after previous cleaning is possible in the same vacuum vessel without intermediate ventilation.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens einer mit mindestens, zwei aktiven Flächen versehenen (Targetelektrode eine entsprechende Anzahl Substratelektroden zur Bildung mehrerer Entladungsräume symmetrisch zugeordnet sind, und daß die Elektroden Mittel zum Umschalten auf unterschiedliche Potentiale aufweisen» Dabei sind die Elektroden vorzugsweise in einem zylindrischen Vakuumgefäß über abgeschirmte und isolierte Hochfrequenzzuleitungen eingesetzt· In einer weiteren Ausführung sind die Elektroden als plattenförmige Eechtkante ausgebildet, deren Innenraum mit Flüssigkeitskühlung versehen ist und deren Außenflächen entweder mit Targetmaterial oder mit Substraten gemäß dem jeweiligen Verwendungszweck bedeckt sind· Eine vorteilhafte Lösung der Erfindung besteht darin, daß mehrere Substratelektroden undAccording to the invention the object is achieved in that at least one target electrode provided with at least two active surfaces (a corresponding number Substrate electrodes are symmetrically assigned to form a plurality of discharge spaces, and that the electrodes have means to switch to different potentials »The electrodes are preferably in one Cylindrical vacuum vessel inserted over shielded and insulated high-frequency leads · In another The electrodes are designed as plate-shaped real edges formed, the interior of which is provided with liquid cooling and the outer surfaces either with target material or with substrates according to the respective application are covered · An advantageous solution of the invention is that several substrate electrodes and
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mehrere Targetelektroden jeweils abwechselnd hintereinander angeordnet sind, und daß die Substratelektroden und/oder die Targetelektroden jeweils gleichzeitig oder nacheinander in Reihe oder parallel an die Hochfr equenzqueile anschließbar gestaltet sind* In einer weiteren Ausgestaltung ist die Targetelektrode als ein in einer Ebene mäanderförmig gebogenes Rohr ausgebildet, wobei dessen Mantellinien sich im geradlinigen Teil des Rohrmäanders berührene Für die Isolatorschicht- herstellung ist es vorteilhaft, wenn das mäanderförmig gebogene, als Targetelektrode ausgebildete Rohr aus einem Isolierstoff besteht, und daß seine Innenfläche eine Metallschicht zur leitung der Hochfrequenzenergie aufweist. Der Rohrkörper, ist zugleich als Flüssigkeitskühler geeignet. several target electrodes are arranged alternately one behind the other, and that the substrate electrodes and / or the target electrodes can be connected to the high frequency source simultaneously or one after the other in series or in parallel wherein the surface lines located in the straight part of the Rohrmäanders touch e for the Isolatorschicht- is making it advantageous if the meander-shaped curved formed as a target electrode pipe is made of an insulating material, and that its inner surface has a metal layer for conducting the radio frequency energy. The tubular body is also suitable as a liquid cooler.
In weiterer Ausbildung der Erfindung- besteht die Targetelektrode ebenfalls aus einem mit einer Flüssigkeitskühlung versehenen Rechtkant, welches zentral in dem auf Anodenpotential geschalteten Vakuumgefäß eingesetzt ist0 Die großen Seitenflächen des Rechtkantes sind mit Targetmaterial bedeckt und die übrigen Flächen desselben weisen auf Anodenpotential geschaltete Abschirmungen auf«, Ferner sind zwischen den aktiven Flächen der Targetelektrode und dem Vakuumgefäß prismatische Trommeln als Substratelektroden drehbar angeordnet, welche Antriebselemente aufweisen, durch die die Substratelektroden sowohl in kontinuierliche Rotation versetzbar als auch mit ihren Seitenflächen parallel zu den großen üeitenflachen der Targetelektrode arre-In a further embodiment of the invention, the target electrode also consists of a right edge provided with liquid cooling, which is inserted centrally in the vacuum vessel connected to anode potential 0 The large side surfaces of the right edge are covered with target material and the other surfaces of the same have shields connected to anode potential « Furthermore, prismatic drums are rotatably arranged as substrate electrodes between the active surfaces of the target electrode and the vacuum vessel, which have drive elements through which the substrate electrodes can both be set in continuous rotation and with their side surfaces parallel to the large side surfaces of the target electrode.
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tierbar gestaltet sindo Weiterhin sind bei allen Elektrodenanordnungen zwischen den Targetelektroden und den Substratelektroden Blenden wahlweise parallel oder senkrecht zu den Elektroden verschiebbar angeordnete Ein zweckmäßiger Aufbau der Vorrichtung besteht noch darin, daß die Targetelektrode aus einem polygontrommelartigen Vieleck zusammengesetzt, mit Flüssigkeitskühlung versehen und koaxial in das auf Anodenpotential geschaltete Vakuumgefäß eingesetzt isto Dabei sind die senkrechten Seitenflächen derselben mit Targetmaterial bedeckt und ihre Deck— und Bodenflächen weisen auf Anodenpoten— tial geschaltete Abschirmungen aufo Ferner ist die Substratelektrode aus einem, dem Vieleck der Targetelektrode gleichzahligen, aus einzelnen Rechtkants zusammengesetzten Vieleck gebildet, einseitig mit Substraten bedeckt und zwischen dem Vakuumgefäß und den aktiven Flächen der Targetelektrode angeordnete Schließlich sind Antriebselemente zum Drehen der Rechtkante um ihre Hochachsen und Mittel zum Arretieren in einer zu den Seitenflächen der Targetelektrode parallelen Stellung vorgesehen. Innerhalb jeder Substratelektrode sind unmittelbar hinter den mit Substraten bedeckten Seitenflächen Substratheizer austauschbar eingesetzt» Abweichend davon können zwischen Innenwand des Vakuumgefäßes und Substratelektroden bogenförmig gestaltete Substratheizer mit zu den Flächen der Substratelektroden gerichteten Reflektoren austauschbar eingesetzt sein«,Furthermore, in all electrode arrangements between the target electrodes and the substrate electrodes, panels are optionally arranged parallel or perpendicular to the electrodes Anode potential switched vacuum vessel is used o The vertical side surfaces of the same are covered with target material and their top and bottom surfaces have shields connected to anode potential o Furthermore, the substrate electrode is formed from a polygon composed of individual rectangles, equal to the polygon of the target electrode, one side covered with substrates and arranged between the vacuum vessel and the active surfaces of the target electrode in order to lock it in a position parallel to the side surfaces of the target electrode. Within each substrate electrode, substrate heaters are interchangeably inserted directly behind the side surfaces covered with substrates.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Zeichnungen mit Teilschnitten näher erläutert.The invention is illustrated by means of exemplary embodiments and the following drawings with partial sections explained in more detail.
Figo 1 und 2 zeigen Aufriß und Grundriß von einer Elektrodenanordnung an parallelen Platten in einem zylindrischen Vakuumgefäß, "bei der sich mehrere Entladungsräume ergebenFigures 1 and 2 show an elevation and plan view of one Electrode arrangement on parallel plates in a cylindrical vacuum vessel, "in which there are several discharge spaces
Pig. 3 zeigt den Grundriß einer durch Hintereinanderschaltung vervielfachten Elektrodenanordnung Pig. 3 shows the plan of a series connection multiplied electrode arrangement
Fig· 4 zeigt den Aufriß einer Targetelektrode, die als ein mäanderförmig gebogenes Hohr ausgebildet istFig. 4 shows an elevation of a target electrode which is designed as a meandering tube is trained
Fig» 5 und 6 zeigen Aufriß und Grundriß einer Elektrodenanordnung mit einem zentralen Hechtkant als Targetelektrode und drehbaren prismatischen Trommeln als Substratelektroden Figures 5 and 6 show an elevation and plan view of an electrode assembly with a central pike edge as target electrode and rotatable prismatic drums as substrate electrodes
Fig· 7 und 8 zeigen Aufriß und Grundriß einer Elektrodenanordnimg mit einem polygontrommelar-Figures 7 and 8 show an elevation and plan view of an electrode assembly with a polygon drum
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tigen Vieleck als Targetelektrode und einem koaxial dazu angeordneten gleichzahligen Vieleck als Substratelektrode, die aus einzelnen um ihre Hochachse drehbaren Rechtkante zusammengesetzt ist.term polygon as a target electrode and a coaxially arranged equal number Polygon as substrate electrode, which is composed of individual right-hand edges that can be rotated around their vertical axis.
Wie aus Figo 1 und 2 ersichtlich ist, befindet sich das Zerstäubungssystem in einem zylindrischen Vakuumgefäß 4 als parallele Plattenanordnung von Targetelektrode 1 und Substrat elektrode 5<> Dabei ist die Targetelektrode 1 auf beiden Seiten mit Targetmaterial 2 bedeckt und von zwei Substratelektroden 5 umgeben, die ihrerseits auf der der Targetelektrode 1 zugekehrten Fläche Substrate 6 aufweisen» Bei Inbetriebnahme dieser Anordnung ergeben sich zwei Entladungs- und somit zwei Zerstäubungsräume, die Targetelektrode 1 wird auf beiden Seiten zerstäubt und die gegenüberliegenden Substratelektroden 5 werden gleichzeitig beschichtet. Die Zuführung der Hochfrequenzenergie erfolgt über elektrisch isolierende mit Abschirmung 3 versehene Hochfrequenz Zuleitungen, die gleichzeitig als EJuhlmittelzu- und -ablauf dienen« Die Abschirmungen 3 reichen bis dicht an die plattenförmigen Elektroden und verhindern die Ausbildung von Entladungen an den Elektrodenzuführungen· As can be seen from FIGS. 1 and 2, the atomization system is located in a cylindrical vacuum vessel 4 as a parallel plate arrangement of target electrode 1 and Substrate electrode 5 <> The target electrode 1 is on both sides covered with target material 2 and surrounded by two substrate electrodes 5, which in turn on the The surface facing the target electrode 1 has substrates 6 two discharge and thus two sputtering spaces, the target electrode 1 is sputtered on both sides and the opposing substrate electrodes 5 become simultaneously coated. The high-frequency energy is supplied via electrically insulating shields 3 High-frequency supply lines, which are also used as and drainage serve «The shields 3 extend right up to the plate-shaped electrodes and prevent them the formation of discharges on the electrode leads
Um saubere BeSchichtungsverhältnisse zu gewährleisten ist es erforderlich, vor dem Beschichten ein Reinigen der Oberflächen von Target- und Substratmaterial durch lonen-To ensure clean coating conditions it is necessary, prior to coating, to clean the surfaces of the target and substrate material by means of ionic
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ätzen vorzunehmen, wozu die Elektroden durch, in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel umgepolt oder auf unterschiedliche Potentiale einer Hochfrequenzquelle angeschlo'ssen werden.make etching, including the electrodes through, in the drawing Means not shown reversed polarity or connected to different potentials of a high-frequency source will.
Zum Auffangen der anfänglich abgestäubten Schmutzschichten dienen Blenden 9» die zwischen der Targetelektrode und den Substratelektroden 5 wahlweise parallel oder senkrecht zu den Elektroden verschiebbar angeordnet sind«. Die Blenden können beispielsweise aus flexiblen Metallblech bestehen, dasmit Hilfe einer in der Zeichnung nichtdargestellten Drehvorrichtung über Rollen gezogen wird, wobei die Blenden an* Bändern aufgespannt sind, die in Verbindung mit der Drehvorrichtung ihren Transport ermöglichen«, Wie in lig· 3 gezeigt ist, kann die gesamte BeSchichtungsfläche dadurch vergrößert werden, daß mehrere Target- und Substrat elektroden 5» 1} 5» 1» < >.o 5» abwechselnd hintereinander angeordnet sind, und daß die Elektroden gleichzeitig oder auch nacheinander an die Hochfrequenzquelle angeschlossen werdeno Die unterschiedliche Impedanz.des Arbeitskreises bei Einzel- oder Parallelschaltung der Targetelektroden 1 muß bei der Dimensionierung der Hochfrequenzquelle und des Schaltkreises zur Anpassung entsprechend berücksichtigt werden,.To catch the initially dusted layers of dirt, screens 9 "which are arranged between the target electrode and the substrate electrodes 5 so that they can be moved either parallel or perpendicular to the electrodes" are used. The screens can consist, for example, of flexible sheet metal, which is pulled over rollers with the aid of a rotating device (not shown in the drawing), the screens being stretched on straps which, in connection with the rotating device, enable them to be transported «, as shown in FIG. 3, the entire coating surface can be enlarged by adding several target and substrate electrodes 5 »1} 5» 1 »<>. o 5 »are arranged alternately one behind the other, and that the electrodes are connected to the high-frequency source simultaneously or one after the other o The different impedance of the working group with individual or parallel connection of the target electrodes 1 must be taken into account when dimensioning the high-frequency source and the circuit for adaptation ,.
Zur Beschichtung großer !Flächen mit hohen Sauberkeitsanforderunyen werden vorteilhafterweise Rohre aus dem zu zerstäubenden Material als Targetelektroden eingesetzt, wobei mehrere Rohre nebeneinander in einer Ebene angeord-For coating large! Areas with high cleanliness requirements tubes made of the material to be sputtered are advantageously used as target electrodes, several pipes arranged side by side in one level
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net sindo Ihr Außendurchmesser und Abstand zur Substratelektrode .sind so gewählt, daß die Dickenunterschiede der auf der Substratplatte aufwachsenden Schicht innerhalb vorgegebener Toleranzen bleiben. In Fig. 4 ist eine Targetelektrode gezeigt, bei der zwei Rohre 10 mäanderförmig gebogen und in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Mantellinien des Rohrmäanders im geradlinigen Teil berühren© Die Rohre 10 werden vom Kühlmittel durchflossen und weisen elektrisch isolierende Vakuumdurchführungen auf, durch welche die Zuführung der Hochfrequenzenergie und des Kühlmittels erfolgte Bei Rohren aus elektisch isolierendem Material ist auf deren Innenflächen ein festhaftender metallischer Belag angebracht, dessen Dicke . so gewählt ist, daß eine ausreichende Hochfrequenzleitfähigkeit und ein stabiler Kontakt zur Elektrodenzuführung vorhanden sindo Die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat hängt vom Durchmesser der Rohre, von ihrem Abstand zueinander und zum Substrat ab«, Beispielsweise sind bei einem Rohrdurchmesser von 3 cm und gegenseitiger Berührung der Mantellinien die Dickenunterschiede auf dem Substrat in einem Abstand von 3 cm kleiner als 2%, nach einer näherungsweisen Berechnung sogar kleiner als 1%. Bei der Zerstäubung von Isolatorsubstanzen, z.Bo Glas, ist das erfindungsgemäße Rohrtarget besonders vorteilhaft, da es sich leicht herstellen läßt und dienet sindo your outer diameter and distance to the substrate electrode Are chosen so that the differences in thickness of the layer growing on the substrate plate are within specified tolerances remain. In Fig. 4, a target electrode is shown in which two tubes 10 curved in a meander shape and next to each other in one plane are arranged, whereby the surface lines of the pipe meander touch in the straight part © Die Pipes 10 are traversed by the coolant and have electrically insulating vacuum feedthroughs which the high-frequency energy and the coolant were supplied. For pipes made of electrically insulating Material is firmly adhering to their inner surfaces metallic covering attached, its thickness. is chosen so that a sufficient high-frequency conductivity and there is a stable contact to the electrode feed o The layer thickness distribution on the substrate depends on the diameter of the tubes, their distance from one another and from the substrate «, for example are with a pipe diameter of 3 cm and more Touching the surface lines less than the thickness differences on the substrate at a distance of 3 cm 2%, according to an approximate calculation even less than 1%. When atomizing insulator substances, e.g. glass, the tubular target according to the invention is special advantageous because it is easy to manufacture and the
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Rohrenden zugleich als isolierende Vakuumdurchführungen geeignet sind. Der als Hochfrequenzelektrode dienende metallische Innenbelag bleibt gegenüber dem Zerstäubungs— raum vollkommen abgeschirmt, wodurch Verschmutzungen in den aufwachsenden Schichten durch das Material der Elektrode ausgeschlossen sind.Pipe ends are also suitable as insulating vacuum feedthroughs. The one serving as a high frequency electrode The metallic inner lining remains completely shielded from the atomization area, which means that there is no contamination are excluded in the growing layers by the material of the electrode.
Die in Hg, 5 und 6 gezeigte Elektrodenanordnung stellt eine weitere vorteilhafte lösung der Aufgabe dar. Abweichend von den bisherigen Beispielen ist die Targetelektrode 11 zentral in das auf Anodenpotential geschaltete Vakuumgefäß 14 eingesetzt. Sie besteht ebenfalls aus einem mit einer Flüssigkeitskühlung versehenen Hechtkant f dessen große Seitenflächen mit Targetmaterial 12 und dessen kleine Seitenflächen sowie die Deck— und Bodenfläche mit auf Anodenpotential geschalteten Abschirmungen 13 bedeckt sind, lerner sind zwischen.den aktiven Flächen der Targetelektrode 11 und dem Vakuumgefäß 14 prismatische Trommeln als Substratelektroden 15 drehbar angeordnet, die über Antriebselemente 18 verfügen und deren Flächen mit Substraten 16 bedeckt sind» I1Ur den Reinigungsprozeß erfolgt ein Umpolen oder Umschalten der Elektroden auf unterschiedliche Potentiale* Ferner sind zwischen den sich gegenüberstehenden Fläohen·- paaren fLer Tar get elektrode 11 und der Substratelektroden 15 de e^ne Blende 19 verschiebbar eingesetzt* 2um Segeln des Wärmeaustausches ist die Targetelektrod· 11 mit 2u*-The electrode arrangement shown in FIGS. 5 and 6 represents a further advantageous solution to the problem. In contrast to the previous examples, the target electrode 11 is inserted centrally into the vacuum vessel 14 which is switched to anode potential. It also consists of a sleeve provided with a liquid cooling Hecht Kant f whose large side faces with target material 12 and its small side surfaces and the top and bottom surfaces switched to anode potential shields 13 are covered, learner are zwischen.den active surfaces of the target electrode 11 and the vacuum vessel 14 prismatic drums rotatably disposed as a substrate electrode 15, which are equipped with drive elements 18 and their surfaces are covered with substrates 16 »I 1 Ur the cleaning process is performed reversing the polarity or switch the electrodes to different potentials * Furthermore, between the confronting Fläohen · - mate fler Tar get electrode 11 and the substrate electrodes 15 de e ^ ne screen 19 inserted displaceably * 2 to sail the heat exchange the target electrode 11 with 2u * -
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und Ablaufleitungen für Kühlmittel versehen» Schlitßliohand drain lines for coolant provided »Schlitßlioh
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sind im Inneren jeder Substratelektrode 15 unmittelbar hinter den mit Substraten 16 bedeckten Seitenflächen · Substratheizer 17 austauschbar eingesetzt. Abweichend davon können zwischen der Innenwand des Vakuumgefäßes 14 und den Substratelektroden 15 auch bogenförmig gestaltete Substratheizer 7 mit zu den Trommelflächen gerichteten Reflektoren 20 austauschbar eingesetzt werden» Die Substratheizer 7| 17 werden insbesondere für den Reinigungsprozeß zum zusätzlichen Ausheizen der Substrate benötigt.are inside each substrate electrode 15 directly behind the side surfaces covered with substrates 16, substrate heater 17 is replaceably inserted. Different Of these, between the inner wall of the vacuum vessel 14 and the substrate electrodes 15 can also be arcuate Substrate heater 7 with directed towards the drum surfaces Reflectors 20 can be used interchangeably »The substrate heater 7 | 17 are used in particular for the Cleaning process required for additional heating of the substrates.
Wie aus Mg, 7 und 8 ersichtlich ist, befindet sich koaxial in dem auf Anodenpotential geschalteten Vakuumgefäß 24 die aus einem polygontrommelartigen Vieleck zusammengesetzte Targetelektrode 21, Ihre senkrechten Seitenflächen sind mit Targetmaterial 22 bedeckt und ihre Deck- und Bodenflächen weisen auf Anodenpotential geschaltete Abschirmungen 23 auf. Zum Zwecke des Wärmeaustausches ist der Innenraum der Target elektrode mit einer !flüssigkeitskühlung versehen. Zwischen dem Vakuumgefäß 24 und der Targetelektrode 21 ist ebenfalls koaxial die Substrat elektrode 25 angeordnet« Diese ist aua einem, dem Vieleok der Targetelektrode 21 gleichzahligen, aus einzelnen fiechtkants zusammengesetzten Vieleok gebildet. Jedes Hechtkant ist einseitig mit Substraten. 26 bedeckt und weist im Inneren unmittelbar hinter den Substraten 26 austauschbare Substratheizer 27 auf· Außerdem steht jedes einzelne Reoht- As can be seen from Mg, 7 and 8, the target electrode 21, which is composed of a polygonal drum-like polygon, is coaxially located in the vacuum vessel 24, which is connected to anode potential, its vertical side surfaces are covered with target material 22 and its top and bottom surfaces have shields 23 connected to anode potential . For the purpose of heat exchange, the interior of the target electrode is provided with liquid cooling. Between the vacuum vessel 24 and the target electrode 21, the substrate electrode 25 is also arranged coaxially. This is formed from a polygon composed of individual polygonal edges equal to the number of the target electrode 21. Each pike edge is one-sided with substrates. 26 covers and has exchangeable substrate heaters 27 inside immediately behind the substrates 26.
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kant mit Antriebselementen 8 in Wirkungsverbindung und ist um seine Hochachse in die jeweilige Parallelstellung zu den Seitenflächen der Targetelektrode 21 einstellbar« Wird keine Substratheizung 2? benötigt, so kann anstelle jedes Rechtkantes auch eine in der Zeichnung nicht dargestellte, an beiden Längsseiten zur Versteifung abgekantete ebene Platte als Substratelektrode 25 eingesetzt werden. Zum Entfernen von 3?remdschichten auf den Oberflächen von Targetmaterial 22 und Substratmaterial 26 durch Ionenätzen werden die Rechtkante mit Hilfe der , Antriebselemente 8 um ihre Hochachse um 180° gedreht, so daß die mit Substraten 26 bestückten Seiten von der Targetelektrode 21 abgewandt und der Innenwand des Vakuumgefäßes 24 zugekehrt sind. Während in der bisherigen Stellung die Rechtkante auf Anodenpotential bzw© auf ein Potential zwischen Anodenpotential und Katodenpötential gelegt werden konnten, werden in der um 180° gedrehten Stel lung die Rechtkante auf Katodenpotential bzw, auf ein Potential zwischen Katodenpotential und Anodenpotential gelegt. Dadurch werden im letzten Falle die Oberflächen der Substrate durch Ionenbeschuß abgetragen bzw. gereinigte, Die Reihenfolge der Spannungszuführung an die Elektroden ist frei wählbar und richtet sich danach, welche Oberflächen zuerst oder zuletzt gereinigt werden sollen. Eine bevorzugte Reihenfolge besteht darin, zuerst die Subrjtratelektrode 25 mit dem Anodenpotential des Vakuumgefäßes 24 zu verbinden und anschließend auf Katoderi-edge with drive elements 8 in operative connection and is around its vertical axis in the respective parallel position adjustable to the side surfaces of the target electrode 21 «Will no substrate heater 2? needed so can instead each right edge also one not shown in the drawing, bevelled on both long sides for stiffening flat plate used as substrate electrode 25 will. For removing 3 remnant layers on the surfaces of target material 22 and substrate material 26 by ion etching the right edge is made with the help of Drive elements 8 rotated about their vertical axis by 180 °, so that the sides equipped with substrates 26 of the target electrode 21 facing away and facing the inner wall of the vacuum vessel 24. While in the previous position the right edge to anode potential or © to a potential between the anode potential and the cathode potential are in the position rotated by 180 ° ment the right edge on cathode potential or on a potential placed between cathode potential and anode potential. As a result, in the latter case, the surfaces of the Substrates removed or cleaned by ion bombardment, The order in which voltage is applied to the electrodes can be freely selected and depends on which surfaces are to be cleaned first or last. A preferred order is to first place the substrate electrode 25 at the anode potential of the vacuum vessel 24 and then on Katoderi-
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potential umzuschalten. Es ist außerdem möglich, durch gestufte Spannungszuführung vom Targetmaterial 22 und •den Substraten 26 gleiche Abtragungsraten zu erzielene Das Potential der Targetelektrode 21 muß ungefähr das Doppelte betragen wie das der Substratelektrode 25, gemessen gegen das Anodenpotential des Vakuumgefäßes 24« Di'e Zuführung der Hochfrequenzenergie an die Elektroden erfolgt durch in der Zeichnung nicht dargestellte koaxiale Leitungen© Nach dem Reinigungsprozeß der Oberflächen von Targetmaterial 22 und Substraten 26 werden die Rechtkante der Substratelektrode 25 wieder in ihre Ausgangslage zurückgeschwenkt und vom Katodenpotential getrennt, so daß anschließend die Beschichtung der Substrate 26 durch Abstäuben des Targetmaterials 22 erfolgen kanne Die Substrate 26 können hierbei auf Anodenpotential gelegt werden oder sie nehmen bei isoliertem Betrieb ein durch die Plasmaparameter bestimmtes Wandpotential an0 Dies führt zu einer gewissen Rückzerstäubung der kondensierenden Schicht und bewirkt eine Verbesserung der Schichteigenschaf ten οto switch potential. It is also possible, by stepped voltage supply from the target material 22 and • the substrates to achieve e the potential of the target electrode 21 has 26 equal removal rates are approximately twice as that of the substrate electrode 25, measured versus the anode potential of the vacuum vessel 24 "Di'e feeding of the High-frequency energy to the electrodes takes place through coaxial lines (not shown in the drawing). After the cleaning process of the surfaces of target material 22 and substrates 26, the right edge of the substrate electrode 25 is swiveled back into its starting position and separated from the cathode potential, so that the substrate 26 is then coated can be done dusting of the target material 22 e substrates 26 can hereby be placed on anode potential or take them with insulated operating a particular through the plasma parameters wall potential to 0. This leads to a certain reverse sputtering of the condensing layer and causes an improvement in shift characteristics ο
Bei allen BeSchichtungsvorgängen wird das Plasma durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Magnetfeld so eingestellt, daß der Katodendunkelraum ca. 1/4 bis 3/4 des Abstandes von der zu zerstäubenden Oberfläche zur Gegenelektrode ausmacht. Die Heizung der Substrate 26 kann Ue nach Bedarf durch die Substratheizer 27 vor oder auch während dem Beschichten erfolgen»In all coating processes, the plasma is adjusted by a magnetic field not shown in the drawing so that the cathode dark space is about 1/4 to 3/4 of the distance from the surface to be sputtered to the counter electrode. The substrates 26 can be heated as required by the substrate heater 27 before or during the coating.
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