DE2246983C3 - Triode arrangement for cathode sputtering of substances by means of an electrical low-voltage discharge - Google Patents
Triode arrangement for cathode sputtering of substances by means of an electrical low-voltage dischargeInfo
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Description
, v,,v'.,_,..?_£ =_.,-._. ·.... .._j „,„η SL vnn elektrisch nichtleitenden Materialien (Isolatoren^, v ,, v '., _, ..? _ £ = _., -._. · .... .._ j "," η SL of electrically non-conductive materials (insulators ^
kammer (1) elektrisch isoliert ist, und daß die Antäte (7) auf ein Potential geschaltet ist, das nicht positiver ist als das der Wand der Zerstäubungskammer (I). chamber (1) is electrically isolated, and that the device (7) is switched to a potential that is not is more positive than that of the wall of the atomization chamber (I).
2. Triodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) zwischen der Glühkathodenkammer (11) und der Zerstäubungskammer (1) wenigstens auf der der Zerstäubungskammer (1) zugewandten Seite eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist.2. Triode arrangement according to claim 1, characterized in that the partition (9) between the hot cathode chamber (11) and the sputtering chamber (1) at least on the Has an electrically insulating surface facing the atomization chamber (1).
3. Triode η anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Glühkathodenkammer (11) und der Zerstäubungskammer (1) angeordnete und gegenüber3. Triode η arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the between the hot cathode chamber (11) and the sputtering chamber (1) arranged and opposite
von elektrisch nichtleitenden Materialien (Isolatoren) der Träger für das zu zerstäubende Material an eine Hochfrequenzspannung gelegt wurde, ergab sich eine starke Einkopplung des Hochirequenzstromes in der· ao Gleichstromkreis der Niederspannungsentladung, wodurch die Gefahr einer Überlastung desselben gegeben war.of electrically non-conductive materials (insulators) the carrier for the material to be atomized to a High-frequency voltage was applied, there was a strong coupling of the high-frequency current in the ao direct current circuit of the low voltage discharge, whereby there is a risk of overloading the same was.
Bei bekannten Anordnungen zur Zerstäubung von Isolatoren mittels einer Niederspannungsentladung, »5 bei denen gleichzeitig an das Target eine hiKhfrequente Spannung angelegt wurde, sind zumeist alle Elektroden durch das zerstäubte Isoliermaterial belegt. Aus diesem Grunde konnten auch keine dielektrischen Schichten durch reaktives Zerstäuben hergehenden "kammern' ΓίΓϊΐϊ eTektris^ToiiVrte 3ο stellt werden. Weitere Probleme entstanden dadurch. Trennwand (9) aus Metall besteht. daß durch Hochfrequenz-Spannungsabfaile bewirkteIn known arrangements for sputtering insulators by means of a low-voltage discharge, »5 with which a high frequency is sent to the target at the same time Voltage has been applied, most of the electrodes are covered by the sputtered insulating material. For this reason, no dielectric layers could be produced by reactive sputtering "chambers' ΓίΓϊΐϊ eTektris ^ ToiiVrte 3ο. Further problems arose as a result. Partition wall (9) consists of metal. caused by high frequency voltage drop
4. Triodenanordnung nach einem der Ansprü- Rückzerstäubungen der Substrate und der Wand der ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungskammer auftraten.4. Triode arrangement according to one of the claims, back-atomization of the substrates and the wall of the before 1 to 3, characterized in that the atomization chamber occurred.
Anode (7) der Entladung von einem Teil der Aus diesen Gründen hat man bisher meist die beWand der Zerstäubungskammer (1) gebildet ist 35 kannte kapazitive Hochfrequenzentladung zur Erzeu- und das gleiche Potential wie die Zerstäubungs- gung von dielektrischen Schichten verwendet. Jedoch kammer aufweist. a"ch diese sogenannte Dioden-HF-Entladung weistFor these reasons, the wall of the sputtering chamber (1) has usually been formed 35 known capacitive high-frequency discharge to generate and use the same potential as the sputtering of dielectric layers. However, has chamber. a " ch has this so-called diode RF discharge
5. Triodenanordnung nach einem der Ansprü- Nachteile auf. Selbst bei relativ hohen Drücken ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die (p> 10": Torr) ist die Trägerdichte in einer solchen Anode der Entladung als gesonderte Elektrode 40 Entladung gering (1O'°- 10 cm ), so daß hohe5. Triode arrangement according to one of the claims. Even at relatively high pressures before 1 to 3, characterized in that the (p> 10 " : Torr) the carrier density in such an anode of the discharge as a separate electrode 40 discharge is low (10 '° -10 cm), so that high
Spannungen zur Frreichung der gewünschten Zerstäubungsraten notwendig sind. Nebst den damit verbundenen konstruktiven Problemen wird dadurch die Belastung der Substrate durch das Bombardement von Sekundärelektronen groß. Außerdem ist die Produktionskapazität solcher Anlagen beschränkt, da die nutzbare Substratfläche stets kleiner als die Targetfläche ist. Demgegenüber weist die Trägerdichte in Niedervoltbögen Werte von 1012 bis 1013 Teilchen/cm'Tensions are necessary to achieve the desired atomization rates. In addition to the associated structural problems, this increases the stress on the substrates from the bombardment of secondary electrons. In addition, the production capacity of such systems is limited, since the usable substrate area is always smaller than the target area. In contrast, the carrier density in low-voltage arcs has values of 10 12 to 10 13 particles / cm '
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auf gegenüber der Zerstäubungskammer (1) negatives Potential geschaltet ist.is switched to negative potential with respect to the atomization chamber (1).
Die Erfindung betrifft eine Triodenanordnung zur Kathodenzerstäubung von Stoffen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung zwischen einerThe invention relates to a triode arrangement for cathode sputtering of substances by means of an electrical one Low voltage discharge between a
Anode in einer Zerstäubungskammer und einer in ei- 50 auf. Dadurch wird es möglich, bei geringen Targetner getrennten, mit der Zerstäubungskammer über spannungen Materialien mit hohen Raten selbst imAnode in a sputtering chamber and one in a 50 on. This makes it possible with low Targetner separate, with the atomization chamber over voltages materials at high rates even in the
10"-Torr-Bereich zu zerstäuben. Die Substratbelastung durch Sekundärelektronen kann in diesem Falle durch Anlegen statischer Magnetfelder weitgehend vermieden werden.Sputter 10 "torr range. The substrate load secondary electrons can in this case largely by applying static magnetic fields be avoided.
Um der erwähnten Gefahr einer unerwünschten Zerstäubung von Einbauteilen und Kammerwänden zu begegnen, ist es aus der USA.-Patentschrift 3544445 bekannt, zu schützende Teile in der Zer-To avoid the mentioned risk of undesired atomization of built-in parts and chamber walls to counter, it is known from the United States patent 3544445, parts to be protected in the Zer-
Träger für einen Vorrat des zu zerstäubenden Stoffes 60 stäubungskammer elektrisch isoliert aufzustellen, so und ferner eine Haltevorrichtung für zu beschichtende daß sie bei Betrieb ein Schwebepotential annehmen, Gegenstände vorgesehen sind. Bei dieser bekannten oder sie an eine positive Spannung zu legen. Um die Einrichtung ist das vom Träger gehaltene Zerstäu- Innenwand der Zerstäubungskammer gegen Zerstäubungsmaterial von der Anode umgeben, wobei die der bung zu schützen, wurde diese durch auf Schwebepo-Zerstäubung unterworfene Fläche innerhalb einer 65 tential befindliche (also isoliert aufzustellende) oder Aussparung derselben liegt. aus Isoliermaterial bestehende Schirme abgedeckt.To set up support for a supply of the substance to be atomized 60 dusting chamber electrically insulated, so and also a holding device for those to be coated that they assume a floating potential during operation, Objects are provided. At this known or to put them to a positive voltage. To the The device is the atomizing inner wall of the atomizing chamber held by the carrier against the atomizing material surrounded by the anode, to protect the exercise, this was carried out by on Schwebepo atomization subject area within a potential 65 (i.e. to be set up in isolation) or Recess of the same lies. screens made of insulating material are covered.
Eine solche Anordnung weist den Nachteil auf, daß Um die Innenseite der Glühkathodenkammer gegen beim Betrieb die Gefahr von elektrischen Durch- Ionenaufprall zu schützen, wurde auch diese schon mitSuch an arrangement has the disadvantage that to the inside of the hot cathode chamber against To protect the risk of electrical through-ion impact during operation, this was also already included
■ **** n^* »■^■•■■■^^llf IHK *pl^ 1 M i^r' tf iUUWUIIILtJniUllll 1 Vl %Bl^ V* eine öffnung in einer gemeinsamen Trennwand verbundenen Glühkathodenkammer befindlichen Glühkathode, wobei der zu zerstäubende Stoff anodenseitig in der Achse der Entladung angeordnet ist. ■ **** n ^ * »■ ^ ■ • ■■■ ^^ llf IHK * pl ^ 1 M i ^ r 'tf iUUWUIIILtJniUllll 1 Vl% Bl ^ V * a hot cathode located in a common partition connected to the hot cathode chamber, whereby the substance to be atomized is arranged on the anode side in the axis of the discharge.
Solche Triodenanordnungen sind bereits bekannt (deutsche Patentschrift 1515294), wobei unter Anwesenheit eines die Entladung bündelnden Magnetfeldes in der evakuierbaren Zerstäubungskammer einSuch triode arrangements are already known (German Patent 1515294), with presence a magnetic field concentrating the discharge in the evacuable atomization chamber
einem isolierenden keramischen Überzug versehen bzw. wurde die Glühkathode in einem innerhalb der Glühkathodenkammer befindlichen isolierenden Keramikrohr untergebracht, das ein Stück weit wie eine Düse aus der Kathodenkammcr in die Zerstäubungskammer hineinragen konnte, un; den austretenden Elektronenstrahl besser zu bündeln. Solche Maßnahmen zum Schutz von Einbauteilen und Innenwänden sind jedoch aufwendig, denn sie ertordern für jeden zu schützenden Teil eine isolierte Aufstellung bzw sogar eisten besonderen Schirm und/oder eine eigene Spannungsquelle.provided with an insulating ceramic coating or became the hot cathode in an insulating ceramic tube located inside the hot cathode chamber housed, which could protrude a bit like a nozzle from the cathode chamber into the sputtering chamber, un; the exiting Better focus electron beam. Such measures to protect built-in parts and interior walls are, however, expensive, because they require an isolated list or for each part to be protected even a special screen and / or its own power source.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Triodenanordnung der eingangs genannten Art die Einbauteile und Kammerwände gegen Zerstäubung durch relativ einfache Maßnahmen zu schützen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennwand gegenüber der Glühkathodenkammer und gegenüber der Zerstäubungskammer elektrisch isoliert ist, und daß die Anode auf ein Potential geschaltet ist, das nicht positiver ist als das der Wand der Zerstäubungskammer.The invention is based on the object of a triode arrangement of the type mentioned at the beginning to protect the built-in parts and chamber walls against atomization by relatively simple measures. According to the invention, this object is achieved by that the partition opposite the hot cathode chamber and opposite the sputtering chamber is electrically isolated, and that the anode is switched to a potential which is not more positive than that of the Wall of the atomization chamber.
Dadurch entfällt in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit, die zu schützenden Einbauteile elektrisch isoliert aufzustellen bzw. sämtliche zu schützenden Wandteile durch zusätzliche Schirme abzudecken, und dadurch gelingt es, einen vollständigen Schutz gegen Zerstäubung für die Einbauteile und die Wand der beiden Kammern zu erzielen, wobei Einbauten und die Wand der Zerstäubungskammer auf Erdpotential gelegt werden können. Damit ist ein konstruktiv einfacher Aufbau gegeben.This advantageously eliminates the need to electrically connect the built-in parts to be protected set up in isolation or cover all parts of the wall to be protected with additional screens, and this makes it possible to achieve complete protection against atomization for the built-in parts and the wall of the to achieve both chambers, with internals and the wall of the atomization chamber at ground potential can be laid. This results in a structurally simple structure.
Wahrscheinlich beruht die Wirkung der beschriebenen Anordnung darauf, daß durch die zwei voneinander elektrisch isolierten Kammern das Plasma der Bogenentladung auf negatives Potential gegenüber den Wänden der Zerstäubungskammer gebracht wird. Dasselbe gilt für die auf gleichem Potential wie die Kammerwände befindlichen Einbauteile.Probably the effect of the arrangement described is based on the fact that by the two of each other electrically isolated chambers oppose the plasma of the arc discharge to negative potential is brought to the walls of the spray chamber. The same goes for those on the same potential as them Chamber walls located built-in parts.
Es ist zweckmäßig, wenn die Trennwand zwischen der Glühkathodenkammer und der Zerstäubungskammer wenigstens auf der der Zerstäubungskammer zugewandten Seite eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist. Wenn die Trennwand aus Metall besteht, muß eine entsprechende Isolierung gegenüber beiden Kammern vorgesehen werden.It is useful if the partition between the hot cathode chamber and the sputtering chamber an electrically insulating surface at least on the side facing the atomization chamber having. If the partition wall is made of metal, appropriate insulation must be used both chambers are provided.
Die Anode der Entladung kann vcn einem Teil der Wand der Zerstäubungskammer gebildet sein und das gleiche Potential wie diese aufweisen. Sie kann aber auch als gesonderte Elektrode ausgebildet sein; in diesem Falle erteilt man ihr zweckmäßigerweise ein gegenüber der Zerstaubungskammer negatives Po tential.The anode of the discharge can be formed from part of the wall of the sputtering chamber and that have the same potential as this. But it can also be designed as a separate electrode; in in this case it is expediently given a Po that is negative in relation to the atomization chamber potential.
Die beschriebene Anordnung kann in vorteilhafter Weise nicht nur /um Beschichten von Gegenständen verwendet werden, sondern auch dazu dienen, diese in an sich bekannter Weise einer anodischer. Oxydation in einer Glimmentladung in Sauerstoff zu unterwerfen. Zu diesem Zweck wird über ein Ventil Sauerstoff in die Anlage eingeführtThe described arrangement can advantageously not only be used to coat objects are used, but also serve to this in a known manner an anodic. oxidation subject to a glow discharge in oxygen. For this purpose, oxygen is introduced into the system via a valve
ίο Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch die evakuierbare Zerstäubungskammer 1. in welcher auf Haltevorrichtungen 2 die mit dem zerstäubten Material zu beschich-ίο The following is an embodiment of the invention explained in more detail with reference to the drawing. The drawing shows schematically the evacuable atomization chamber 1. in which on holding devices 2 the to be coated with the atomized material
tenden Gegenstände 3 angeordnet sind. Durch einen Isolator 4 wird über die Zuleitung 5 die erforderliche Betriebsspannung an das zu zerstäubende Material 6 (Target) durch die Grundplatte 7 hindurch in die über dem Pumpstutzen 8 evakuierbare Zerstäubungskam-trending objects 3 are arranged. By means of an insulator 4 via the supply line 5, the required Operating voltage to the material 6 to be sputtered (target) through the base plate 7 into the over the pump nozzle 8 evacuable atomization chambers
ao mer eingeführt. Die Zerstäubungskammer 1 steht über eine Öffnung in einer gemeinsamen Trennwand 9 mit der Glühkathodenkammer Il in Verbindung. In dieser ist die Kathode 13 vorgesehen, weicht über die durch die isolierende Flanschplatte 14 hin-ao mer introduced. The atomization chamber 1 stands through an opening in a common partition 9 with the hot cathode chamber II in connection. In this the cathode 13 is provided, gives way through the insulating flange plate 14
»5 durchgeführten Stromzuführungen mit Heizstrom versorgt wird. Gegenüber beiden genannten Kammern ist die als Blende ausgebildete metallische Trennwand 9 durch Isolatoren 10 elektrisch isoliert. Die Gluhkathodenkammer wirkt als Ionisationskammer für das über ein Nadelventil 12 in dosierter Menge eingeführte zu ionisierende Gas.»5 power supply lines with heating current is supplied. Opposite both of the named chambers is the metallic one designed as a diaphragm Partition wall 9 electrically insulated by insulators 10. The glow cathode chamber acts as an ionization chamber for the gas to be ionized which is introduced in a metered amount via a needle valve 12.
Eine die Zerstäubungskammer 1 umgebende Spule 15 dient zur Erzeugung des die Entladung führenden Magnetfeldes. Beim Betrieb liegt Grundplatte 7 derA coil 15 surrounding the atomization chamber 1 serves to generate the discharge leading to the discharge Magnetic field. In operation, the base plate 7 is the
Zerstäubungskammer auf Erdpotential, wogegen die Glühkathode 13 in der Ionisationskammer mit dem negativen Pol eines auf seiner positiven Seite geerdeten Gerätes 16 zur Erzeugung hoher Gleichströme verbunden ist.Sputtering chamber on earth potential, whereas the hot cathode 13 in the ionization chamber with the negative pole of a device 16 grounded on its positive side for generating high direct currents connected is.
An das Target 6 wird, wenn Gleichspannungszerstäubung gewünscht wird, eine vom Gerät 17 gelieferte negative Gleichspannung von einigen K)OO Volt oder - wenn Wechselspannungszerstäubung gewünscht ist, die vom Gerät 18 gelieferte Wechselspannung (vorzugsweise Hochfrequenz) angelegt. Die Niederspannung brennt bei der beschriebenen Anordnung zwischen der Glühkathode 13 in der Kammer 11 und der Grundplatte 7 der Zerstäubungskammer 1. Dabei wird das anodenseitig in der Achse der Bogenentladung angeordnete Target mit hohem Wirkungsgrad zerstäubt.If DC voltage atomization is desired, one supplied by the device 17 is applied to the target 6 negative direct voltage of a few K) OO volts or - if alternating voltage atomization is desired is, the alternating voltage (preferably high frequency) supplied by the device 18 is applied. the In the arrangement described, low voltage burns between the hot cathode 13 in the chamber 11 and the base plate 7 of the atomization chamber 1. The anode side is in the axis of Arc discharge arranged target atomized with high efficiency.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH1476071A CH551497A (en) | 1971-10-06 | 1971-10-06 | ARRANGEMENT FOR THE ATOMIZATION OF SUBSTANCES USING AN ELECTRIC LOW VOLTAGE DISCHARGE. |
CH1476071 | 1971-10-06 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2246983A1 DE2246983A1 (en) | 1973-04-12 |
DE2246983B2 DE2246983B2 (en) | 1975-11-20 |
DE2246983C3 true DE2246983C3 (en) | 1976-06-24 |
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