DE2350322B2

DE2350322B2 - Zerstaeubungsvorrichtung zum aufbringen duenner schichten auf ein substrat

Info

Publication number: DE2350322B2
Application number: DE19732350322
Authority: DE
Inventors: Dietrich 7082 Oberkochen; Ladel Josef 7084 Unterkochen Hoffmeister
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1973-10-06
Filing date: 1973-10-06
Publication date: 1976-03-25
Also published as: DE2350322A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat, bei der eine elektrische Entladung zwischen dem Substrat und einem in Sektoren unterteilten Target erzeugt ist und bei der die zu zerstäubenden Target-Sektoren auf gleicher oder unterschiedlich gewählter Spannung liegen.

Solche Zerstäubungsvorrichtungen sind unter dem Stichwort Kathodenzerstäubung oder lonenzerstäubung bekannt. Die Kathodenzerstäubung wird bekanntlich mit zwei, sich in den physikalischen Vorgängen unterscheidenden Verfahren durchgeführt. Das erste Verfahren ist die sogenannte Diodenzerstäubung mit Gleichstrom, welche auf das Zerstäuben von elektrischen Leitern begrenzt ist. Beim zweiten Verfahren erfolgt die Zerstäubung mit Hilfe eines Hochfrequenzfeldes, wodurch bekanntlich auch die Zers;äubung von Nichtleitern möglich ist.

Bekannt ist eine Zerstäubungsvorrichtung (DT-OS 19 08 310) bei welcher das Target aus einzelnen. voneinander isolierten Sektoren aus verschiedenen Materialien besteht. Damit lassen sich gleichzeitig mehrere Substanzen zerstäuben, d. h. es lassen sich auf dem Substrat Mischschichten erzeugen. Die Zusammensetzung dieser Schichten läßt sich dadurch wählen, daß die Sektoren an entsprechende, von Substanz zu Substanz verschiedene Spannungen gelegt werden, so daß verschiedene Substanzen mit unterschiedlicher Rate zerstäubt werden. Gleichmäßig dicke Schichten lassen sich mit dieser Vorrichtung jedoch nichi erzielen.

Es ist auch bekannt, das Target aus mehreren parallel zueinander angeordneten, stromdurchflossenen Rohren auFzubilden (DT-OS 16 90 691). Dies ermöglicht zwar die Verwendung eines weniger guten Vakuums, fuhrt jedoch auch nicht zu gleichmäßig dicken Schichten.

Eine räumliche Abgrenzung de? zwischen Target und Substrat brennenden Plasmas läßt sich mit einem bekannten Target erreichen (DT-OS 17 65 287). das aus einzelnen, auf gleicher Spannung liegenden Elementen aufgebaut ist. Eine Beeinflussung der Schichtdicke auf dem Substrat ist jedoch nicht möglich. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es bekannt (DT-OS 19 27 253). das Target, das Substrat oder zwischen beiden angeordnete Blenden zu bewegen. Diese Maßnahmen sind zwar geeignet, bestimmte Schichtdickenverläufe herzustellen. gehen aber fast immer auf Kosten der Auftragsgeschwindigkeit und sie bedeuten zugleich einen erheblichen mechanischen Aufwand. Die Reproduzierbarkeit, bzw. die Gutausbeute hängt dabei sehr von dem Material bzw. der geforderten Qualität der Schicht ab und übersteigt in den seltensten Fällen etwa 80%.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zerstäubungsvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich auch großflächige Schichten aus einheitlichem Material und mi. gleichmäßiger Dicke auf dem Substrat herstellen lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Target-Sektoren aus ein- und demselben Zerstäubungsmaterial bestehen und jeweils durch Erdungsstege voneinander getrennt sind.

Diese Maßnahme bedeutet, daß ein aus Teilfeldern zusammengesetztes elektrostatisches Feld vor dem Target entsteht, da Erdungsstege und Target-Sektoren auf verschiedenem Potential liegen und daß die von den Target-Sektoren abgestäubten Teilchen sich unter dem Einfluß der elektrostatischen Teilfeder so bewegen, daß sich eine Ionenwolke weitgehend homogener Dichte zum Substrat bewegt. Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise sehr gleichmäßige Schichtdicken erreichen und zugleich bezüglich der Faktoren, Materialpreis, Auftragszeit und ausnutzbarer Fläche des Targets ein gutes Ergebnis erzielen. Messungen haben ergeben, daß bei Schichten, die im Diodenverfahren mittels der neuen Zerstäubungsvorrichtung hergestellt wurden, die Ab weichung der Schichtdicke am Rand unter 1% lag, wobei bei Verwendung von Ringtargets die Targetfläche zu 80% ausgenutzt wurde. Damit läßt sich eine große Fläche oder eine größere Anzahl von Werkstük-

ken gleichzeitig und wirtschaftlich beschichten.

Ein weiterer Vorteil der neuen Vorrichtung besteht darin, daß das Plasma sehr stabil brennt, so daß Schichten hoher Qualität und euter Haftfestigkeit entstehen. Damit lassen sich die an die Lunkerfreiheil 5 von Isolierschichten in der elektronischen Industrie und an die Haftfestigkeit von optisch wirksamen Schichten gestellten hohen Anforderungen erfüllen.

Gemäß einer Weiterbildung der beschriebenen Vorrichtung ist es zweckmäßig, die Target-Sektoren und/oder die Erdungsstege verschieden breit zu wählen; denn durch eine solche Aufteilung der Dimensionen von Target-Sektoren und Erdungsstegen kann man die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat nach eigenem Ermessen beeinflussen.

Normalerweise werden an alle Sektoren des Targets gleiche Spannungen gelegt. Zur Beeinflussung der Aufteilung der Schichtdickenverteilung auf dem Substrat kann es jedoch auch vorteilhaft sein, an die Sektoren verschiedene Spannungen zu legen. Es ist auch zweckmäßig, die einzelnen Sektoren auf unterschiedlichen Temperaturen zu halten. Durch diese Maßnahmen wird die Aufstäubrate der einzelnen Sektoren in vorherbestimmbarer und reproduzierbaren Weise geändert.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der F i g. 1 bis 7 der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der beschriebenen Vorrichtung in stark schematischer Darstellung.

Fig. 2 einen Schnitt durch ein als Ringtarget ausgebildetes Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ringtargets,

Fig.4 einen Schnitt durch ein als Bandtarget ausgebildetes Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 ein weiteres AusfOhrr.ngsbeispiel für ein Bandtarget,

F i g. 6 einen Schnitt durch ein als Rohrtarget ausgebildetes Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 ein zur Aufstäubung von vier verschiedenen Materialien dienendes Rohrtarget.

In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse einer Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung bezeichnet. Diese Vorrichtung enthält ein Substrat 2, an welches bei 9 eine Gleich- oder Hochfrequenz-Spannung einstellbarer Größe angelegt ist. In geringer Entfernung ist dem Substrat 2 das Target gegenübergestellt, das aus den Ring-Sektoren 3, 4, 5 besteht, welche durch Erdungsstege 6, 7, 8 voneinander getrennt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Target als Ringtarget ausgebildet, wobei die Sektoren 3, 4 und 5 jeweils auf verschiedener Gleichoder Hochfrequenz-Spannung liegen. Selbstverständlich ist es auch möglich, alle Sektoren 3,4, 5 auf dieselbe Spannung zu legen. Mit 14, 15, 16 sind die Zuleitungen zur Zuführung der Spannung zu den Targetsektoren bezeichnet. An das Gehäuse 1 ist bei 17 eine Vakuumpumpe angeschlossen, welche den Raum zwischen dem Substrat und dem Target 3 bis 8 auf einen, möglichst niedrigen Druck hält. ^¹⁰

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Ringtarget, das so ausgebildet ist, daß es auf einem Substrat eine Schicht gleichmäßiger Dicke mit überaus kleinem Randabfall erzeugt. Wie man erkennt, wächst die Breite der Target-Sektoren 20, 21, 22, 23 linear mit ihrem Abstand ^(l5 vom Mittelpunkt an, während die Breite der Erdungsstege 24, 25, 26, 27 mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt abnimmt.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ringtargei wächst die Breite der ringförmigen Target-Sektoren 28, 29, 30 mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt an, während die Breite der Erdungsstege 31, 32, 33 gleichbleibt. Mit Hilfe der Anschlüsse 34, 35, 36 können, die Target-Sektoren entweder auf dieselbe Gleich- oder Hochfrequenz-Spannung gelegt werden oder es ist auch möglich, an jeden Sektor eine andere Spannung zu legen.

Es ist möglich, die Target-Sektoren der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1, 2, 3 auf unterschiedlichen Temperaturen zu halten, um damit die Abstäubrate jedes Sektors zu steuern.

In F i g. 3 ist der Verlauf des elektrostatischen Feldes zwischen den Target-Sektoren und den Erdungsstegen gestrichelt eingezeichnet. Punktiert ist eingezeichnet, wie die von den Target-Sektoren abgestäubten Teilchen sich unter dem Einfluß dieser Felder bewegen. Man erkennt auch aus dieser sehr schematisch angelegten Zeichnung, daß die abgestäubten Teilchen auf dem Substrat eine Schicht gleichmäßiger Dicke erzeugen.

Fig.4 zeigt einen Schnitt durch ein Bandtarget, wobei die Erdungsstege mit 37, und die Target-Sektoren mit 38 bezeichnet sind. Auch hier ist wieder der Verlauf der elektrostatischen Felder und der Weg der abgestäubten Partikel schematisch eingezeichnet. Ein solches Bandtarget kann in einer großen Lange hergestellt werden und eignet sich besonders für großflächige oder fortlaufende Bestäubungen.

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch ein Bandtarget, dessen Target-Sektor mit 39 bezeichnet ist. Dieser Sektor ist von der Erdungselektrode 40 umgeben. Einem solchen Bandtarget kann eine Form gegeben werden, die sich z. B. einer Kugelfläche oder einem anders geformten Substrat anpaßt.

Fig.6 zeigt einen Schnitt durch ein Rohrtarget. Dieses ist dadurch hergestellt, daß in den geerdeten Metallblock 41 Längsbohrungen eingebracht sind und daß in diese Bohrungen Rohre eingebracht sind. Diese Rohre wirken als Target-Sektor. Jedes der Rohre besteht aus einem Target-Träger 42 auf dem das eigentliche Targetmaterial 43 aufgebracht ist. Die Trägerrühre 42 sind zweckmäßig zur ^Temperierung oder Kühlung von Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit durchflossen, wie dies durch den Pfeil 44 angedeutet ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Rohre 42 zu drehen (Pfeil 45) um ein gleichmäßiges Abstäuben des Targetsmaterials zu erreichen.

In F i g. 6 ist wieder der Verlauf der elektrostatischen Felder zwischen den durch die stehengebliebenen Stege des Blockes 41 gebildeten Erdungsstegen und den durch die Rohre 42 gebildeten Targe'-Sektoren dargestellt.

Bildet man den Block 41 so aus wie dies die linke Hälfte der F i g. 6 zeigt, so kann das dargestellte Target auch zweiseitig verwendet werden.

F i g. 7 zeigt ein Rohrtarget, bei dem in einem geerdeten Block 46 ein Rohr 47 angeordnet ist. A'ich dieses Rohr kann wieder von einer Kühlflüssigkeit durchflossen sein. Auf dem Rohr sind sektorenförmig vier verschiedene Target-Materialien 48, 49, 50, 51 aufgetragen. Wird während des Bestäubungsvorganges das Rohr 47 schnell gedreht, so entsteht auf dem Substrat als Schicht eine Legierung aus den vier verwendeten Target-Myterialien. Bei langsamer Drehung des Rohres 47 entstehen Mehrfach-Schichien mit kontinuierlichem Übergang.

Alle hier dargestellten Ausführungsbeispielc lassen sich sowohl für Diodenzerstäubung als auch für eine Hochfrequenz-Zlcrstäubung verwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zerstäubungsvorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat, bei der eine elektrische Entladung zwischen dem Substrat und einem in Sektoren unterteilten Target erzeugt ist und bei der die zu zerstäubenden Target-Sektoren auf gleicher oder unterschiedlich gewählter Spannung liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren (3 bis 5, 20 bis 23, 28 bis 30) aus ein und demselben Zerstäubungsmaterial bestehen und jeweils durch Erdungsstege (6 bis 8,24 bis 27,31 bis 33) voneinander getrennt sind.

2. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren (20 bis 23,28 bis 30) verschieden breit sind.

3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdungsstege (24 bis 27) verschieden breit sind.

4. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Target kreisförmig ausgebildet ist, daß die Target-Sektoren (20 bis 23) und die Erdungsstege (24 bis 27) ringförmig angeordnet sind, und daß die Breite der ringförmigen Target-Sektoren (20 bis 23) mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt anwächst.

5. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Target-Sektoren (20 bis 23) linear mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt anwächst.

6. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch A. dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der ringförmigen Erdungsstege (24 bis 27) mit ihrem Abstand vom Mittelpunkt abnimmt.

7. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren (3 bis 5, 20 bis 23, 28 bis 30) auf un<erschiedlichen Temperaturen gehalten sind.

8. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren bewegbar sind

9. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Target-Sektoren aus mehreren um ihre Achse drehbaren Rohren (42) gebildet sind, die in einem auf Erdpotential liegenden Metallblock (41) nebeneinander angeordnet sind.

10. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (42) aus einem Trägermaterial bestehen, auf welches das Targetmaterial (43) aufgebracht ist.

11. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Sektoren (48 bis 51) eines rohrförmigen Trägers (47) mit verschiedenem Targetmaterial belegt sind.