DE2301593C3 - Wechselvorrichtung für Targets für Kathodenzerstäubung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wechselvorrichtung für Targets für Kathodenzerstäubung, die einen drehbaren Träger für zu zerstäubende Targets sowie wenigstens eine weitere Platte aufweist, die mit mindestens einer Ausnehmung versehen ist, wobei die einzelnen Platten auf gewünschte Potentiale gegenüber der Zerstäubungsanode schaltbar sind.

Eine solche Wechselvorrichtung ist bereits bekannt (DE-OS 16 90690); dort besteht die Kathode aus mehreren gegeneinander isolierten und gegebenenfalls relativ zueinander bewegbaren, z. B. verdrehbaren Platten, wobei die über einer untersten Platte befindlichen weiteren Platten mit Ausnehmungen versehen sind und die einzelnen Platten wahlweise auf solche Potentiale gegenüber der Anode gelegt werden können, daß ihre Zerstäubung — wenn diese für eine gerade herzustellende Schicht bestimmter Zusammensetzung nicht erwünscht ist — verhindert werden kann. Es besteht bei der bekannten Anordnung die Möglichkeit, die zu zerstäubenden Flächenteile der unterhalb der obersten Platte befindlichen Platten auszuwählen. Außerdem kann man dort entweder die darüber befindlichen Platten drehen, bis ihre Öffnungen über dem für eine Zerstäubung bestimmten Teil der Fläche einer unteren Platte stehen oder man kann die letztere drehen, bis der zu zerstäubende Flächenteil unter eine öffnung der darüber befindlichen Platten gelangt. Die bekannte Einrichtung verhindert jedoch nicht, daß während des Drehens Flächenteile zerstäubt werden, deren Zerstäubung nicht gewünscht ist, wenn nicht die Hochspannung währenddessen abgeschaltet wird. Zudem erfordert sie noch eine eigene Vakuumdrehdurchführung für jede Platte.

Es sind auch bereits andere derartige Anordnungen in der vorveröffentlichten Literatur vielfach beschrieben worden. Sie bestehen im allgemeinen aus einer evakuierbaren Arbeitskammer, in welcher ein von einer Ionenquelle erzeugter Ionenstrahl, der mehr oder weniger gebündelt sein kann, auf die Oberfläche des als Kathode geschalteten zu zerstäubenden Stoffes — Target genannt — gerichtet wird. Die zerstäubten Stoffteilchen werden im allgemeinen von eineii sogenannten Substrat (z. B. einer Glasplatte) aufgefangen, dessen Oberfläche mit einer Schicht des Stoffes belegt werden soll. Zur Zerstäubung von verschiedenen Stoffen sind mehrere verschiedene Targets, die aus den betreffenden Stoffen bestehen; erforderlich. Um diese zeillich nacheinander der Zerstäubung unterwerfen zu können, werden bekanntlich sogenannte Targetwechsler verwendet Es können auf einem drehbaren Träger der Wechselvorrichtung, welcher z. B. als Drehscheibe oder als Trommel ausgebildet sein kann, eine Mehrzahl von Targets angeordnet sein, von denen jeweils eines in den Weg des zerstäubenden Ionenstrahls gebracht wird. Um die übrigen Targets während der Zerstäubung eines bestimmten Targets gegen unerwünschte gleichzeitige Zerstäubung zu schützen, wird gewöhnlich eine

ίο feststehende Abdeckung verwendet welche eine öffnung zur Freigabe jeweils eines Targets zum Zwecke der Zerstäubung aufweist Eine solche Targetwechselvorrichtung ist z. B. in der schweizer Patentschrift 5 27 917 beschrieben worden. Dort muß der zerstäubende Ionenstrahl bzw. die Beschleunigungsspannung während des Wechselns abgeschaltet werden, wenn eine unerwünschte Zerstäubung von Teilen der Wechselvorrichtung, z. B. der Haltevorrichtungen für die Targets, vermieden werden soll, weiche beim Wechseln zeitweise unter die Freigabeöffnung gelangen und damit der Einwirkung des Ionenstrahl ausgesetzt werden könnten. Die Notwendigkeit des ständigen Ab- und Wiederanschaltens beeinträchtigt die betriebssichere Bedienung der Anlage. Ferner fällt die bei den üblichen Hochspannungsversorgungseinrichtungen erforderliche Schaltzeit von einigen Sekunden bei manchen industriellen Herstellungsprozessen (z. B. beim AufDringen von Vielschichtsystemen, die aus 20 oder mehr Schichten bestehen) wirtschaftlich ins Gewicht Bei einer längeren Unterbrechung der Beschichtung können Substrat und Targets während der Unterbrechungszeit durch Moleküle des Restgases bedeckt werden, was zu einer qualitativen Verschlechterung z. B. schlechterem Haften oder zu veränderten elektrischen oder optischen Eigenschaften der Schichten führt. Andererseits sind schnelle Hochspannungsschalter, die notwendig wären, um die genannten Nachteile der Schaltzeit zu verringern, aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Wechselvorrichtung der eingangs genannten Art die Betriebsspannung während des Wechselns der Targets eingeschaltet zu lassen und dennoch eine unerwünschte Zerstäubung von Teilen der Wechselvorrichtung während des Wechselns zu verhindern. Diese Aufgabe wird

« erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem drehbaren Träger für die zu zerstäubenden Targets zwei Platten als Abschirmelektroden zugeordnet sind, wovon die eine feststehend ist und die andere mit dem drehbaren Targetträger mechanisch starr verbunden ist, derart, daß sie bei dessen Drehung stets mitgedreht wird.

Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß die Targets gewechselt werden können ohne daß die Arbeitsspannung abgeschaltet werden muß. Durch die mitbewegte Abdeckung ist eine Zerstäubung von Teilen der Haltevorrichtung, also vor allem des Trägers der Targets ausgeschlossen; es können nur die Targets selbst zerstäubt werden, solange sie sich im Bereich der Einwirkung des Ionenstrahl befinden.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Einrichtung

ω Hegt darin, daß ein allmählicher Übergang von der Zerstäubung eines ersten Targets auf ein zweites Target ermöglicht wird, sodaß z. B. Schichten mit gleitendem Übergang von einer Schichtkomponente zu einer anderen Schichtkomponentc senkrecht zur Schicht-

^hr> oberfläche hergestellt werden können.

Dank dem Umstand, dall während des Wechsels der Targets die Hochspannung nicht abgeschaltet zu werden braucht, ist das Zerstäuben mit der beschriebe-

wn Einrichtung besonders geeignet für automatisierte Zerstäubungsanlagen zum Aufbringen von dünnen Schichten.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt ein erstes Beispiel im Schnitt senkrecht zur Drehachse des beweglichen Trägers für die Targets, sowie eine Aufsicht von oben. F i g. 1 a ist ein Schnitt nach der Linse Λ-O-ßder F i g. Ib.

Die F i g. 2 zeigt ebenfalls in Ansicht von oben eine Anordnung von vier Targets auf einem Drehtisch, derart, daß Mischschichten aus zwei verschiedenen Komponenten mit gleitendem Obergang der Schichtzusammensetzung aus den beiden Komponenten hergestellt werden können.

Die Fig.3 schließlich zeigt eine Ausbildung der beschriebenen Einrichtung, für die Zerstäubung eines einzigen Targets von Ringform, wobei jedoch nacheinander verschiedene Oberflächenbereiche des ringförmigen Targets zur Zerstäubung gelangen.

In der F i g. 1 bezeichnet 1 den beim Betrieb auf das jeweils zu zerstäubende Target 11 einfallenden Strahl positiv geladener Ionen. 2 bedeutet mit dem drehbeweglichen Träger 7 für die Targets mitbewegte Abdeckung, welche, von einem Isolator 3 getragen, am Drehtisch 7 befestigt ist 4 bezeichnet die Spannungszuführung für die während des Betriebes auf ein gegenüber den Träger 7 und den Targets 11, 12, 13 und 14 auf ein positives Potential aufzuladende Abdeckung, 5 eine Hochspannungszuführung für den Drehtisch 7 und die von ihm gehaltenen Targets und 6 einen Isolator. Mit dem als Drehtisch ausgebildeten Targethalter 7 ist ein Zahnradgetriebe 9 verbunden, welches über die Welle 8 angetrieben werden kann.

Mit 10 ist eine feststehende Abdeckung bezeichnet, welche, wie in F i g. 1 angedeutet ist, eine Öffnung 16 zur Freigabe jeweils eines Targets aufweist. Die Fig. Ib zeigt, wie vier Targets auf dem Drehtisch angeordnet werden können, derart, daß jeweils nur eines in Deckung mit der Öffnung 16 der festen Abdeckung gebracht werden kann und damit der Zerstäubung unterliegt. Die feststehende Abdeckung 16 ist nur dann notwendig, wenn — besonders im Falle der Zerstäubung bei höheren Gasdrücken, etwa in einer Kathodenzerstäubungsanlage — die Gefahr besteht, daß außer dem in der eigentlichen Zerstäubungsposition befindlichen Target gleichzeitig auch die übrigen auf der beweglichen Trägereinrichtung angeordneten Targets mit zerstäubt werden könnten. Ferner ist die feststehende Abdeckung zu empfehlen, um der Gefahr vorzubeugen, daß infolge der Streuung am Restgas in der Zerstäubungskammer während der Zerstäubung eines Targets Teilchen desselben auf die Oberfläche eines anderen Targets gelangen und dieses dadurch verunreinigt wird.

Die F i g. 1 a zeigt noch ein Schutzgehäuse 15, welches aus einem oberen Teil 15a und einem unteren Teil t5b besteht. Zwischen den beiden Flanschen ist, wie die F i g. 1 a zeigt, der schon erwähnte ringförmige Isolator 6 gehalten, der seinerseits, wie ersichtlich, den Drehtisch 7 und die elektrischen Spannungszuführungen 4 und 5 für die Targets bzw. die Abdeckung trägt.

Aus der F i g. 2 ist zu ersehen, wie die Targets 11 bis 14 in bezug auf die Freigabeöffnung 16 der feststehenden Abdeckung angeordnet werden können, damit gleichzeitig zwei verschiedene Targets, im gezeichneten Beispiel die Targets 11 und 12, «eilweise zur Zerstäubung gelangen. Das Verhältnis der von den beiden Targets zerstäubten Anteile wird durch das Flächenverhältnis der von der von der Öffnung 16 jeweils freigegebenen Teile der beiden Targetoberflächen bestimmt Durch entsprechende Einstellung des Drehtisches ist es möglich, jedes beliebige Flächenverhältnis s einzustellen.

Mit der Anordnung der Fig.3 kann ringförmiges Target 17 kontinuierlich zerstäubt werden, indem es während der Zerstäubung gleichmäßig oder schrittweise um die Ringachse gedreht wird. Durch die Wahl der

ίο Größe der Freigabeöffnung 16 kann einerseits eine relativ kleinflächige Quelle der zerstäubten Teilchen geschaffen werden, wie dies für manche Fälle der Bestäubung von Substraten mit dünnen Schichten aus optisch geometrischen Gründen erwünscht ist, anderer-

seits wird eine lange Betriebsdauer ohne Auswechseln des Targets ermöglicht, da das Ringtarget einen großen Vorrat des zu zerstäubenden Stoffes darstellt Man kann das Ringtarget auch für die gleichzeitige Zerstäubung zweier verschiedener Stoffe in einem beliebig wählbaren Mischungsverhältnis ausbilden. Wenn z.B. der innerhalb des in F i g. 3 gestrichelt mit 20 angedeuteten Kreises liegende Oberflächenteil des Ringes aus einem ersten Stoff besteht und der Rest der Ringfläche aus einem zweiten Stoff, so kann, wie ersichtlich, je nach der Lage des Ringes in bezug auf die Öffnung 16 jedes beliebige Verhältnis der zur Zerstäubung gelangenden stofflich verschiedenen Flächenteile eingestellt werden. Man könnte auch einzelne Ringsegmente (Halbringe, Viertelringe) stofflich verschieden ausbilden, und auf

λο diese Weise das Wechseln von der Zerstäubung eines Stoffes zur Zerstäubung eines anderen Stoffes ermöglichen.

In den Ausführungsbeispielen wurde als beweglicher Träger für die Targets ein Drehtisch vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, daß anstelle des Drehtisches eine die Targets tragende Trommel verwendet werden könnte, die mit einer mitbewegten, auf ein positives Potential aufladbaren Abdeckung versehen ist und gegenüber einer feststehenden Abdeckung mit FreigabeÖffnung derart angeordnet ist, daß jeweils nur die gewünschten Targets der Zerstäubung unterworfen werden. Eine Zerstäubung der Abdeckung ist nicht möglich, da diese beim Betrieb auf ein positives Potential aufgeladen wird, welches gleich oder annähemd gleich dem Anodenpotentiai ist, souaB die Abdeckung gegenüber den positiven Ionen als Abschirmelektrode wirkt. Am einfachsten ist es, die mitbewegte Abdeckung durch elektrisch leitende Verbindung mit der Anode auf Anodenpotential zu legen. Es ist aber auch möglich, sie gegenüber den anderen Teilen der Vorrichtung elektrisch zu isolieren, wobei sie sich bei Betrieb unter dem anfänglichen Aufprall von positiv geladenen Ionen in kurzer Zeit positiv auflädt, bis sie ein zur Abschirmung der Ionen hinreichendes Potential erreicht hat.

Die beschriebene Target-Wechselvorrichtung kann in jeder bekannten Anordnung zur Zerstäubung von Stoffen mittels Ionen z. B. in bekannten Kathodenzerstäubungsanlagen eingesetzt werden. Besonders bewährt hat sich ihre Verwendung bei den sogenannten Triodenzerstäubungsanlagen, wobei die zu zerstäubende Fläche in einer elektrischen Bogenentladung zwisci.en einer Glühkathode und einer Anode angeordnet wird und die zerstäubenden Ionen aus dem Plasma

b^r< der Bogenentladung durch eine auf die Targets gelegte negative Hochspannung extrahiert werden. Es kann hierbei die feststehende Abdeckung der beschriebenen Targetwcchselvorrichtung als Anode der Niederspan-

nungsentladung Verwendung finden, während die mitbewegte Abdeckung, wie erwähnt, mit der Anode verbunden oder auf Schwebepotential (gegenüber allen anderen Teilen elektrisch isoliert) gehalten werden kann, wobei sie sich beiir Betrieb von selbst positiv auflädt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wechselvorrichtung für Targets für Kathodenzerstäubung, die einen drehbaren Träger für zu zerstäubende Targets sowie wenigstens eine weitere Platte aufweist, die mit mindestens einer Ausnehmung versehen ist, wobei die einzelnen Platten auf gewünschte Potentiale gegenüber der Zerstäubungsanode schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem drehbaren Träger (7) für die zu zerstäubenden Targets (11, 12, 13, 14) zwei Platten (2, 10) als Abschirmelektroden zugeordnet sind, wovon die eine (10) feststehend ist und die andere (2) mit dem drehbaren Targetträger (7) mechanisch starr verbunden ist, derart daß sie bei dessen Drehung stets mitgedreht wird.