DE2415119A1

DE2415119A1 - Continuous cathodic sputtering chamber - with conveyor carrying substrates through split cylinder forming anode and cathode

Info

Publication number: DE2415119A1
Application number: DE2415119A
Authority: DE
Inventors: Helmold Dipl Phys Kausche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1975-10-16

Abstract

A cathodic sputtering appts. for the continuous throughput of substrates, with an inlet and outlet lock, a heating- and a cooling-chamber, sputtering chamber, vacuum pumps, conveyors for carrying the substrates through the appts., a high-frequency coil for producing the electrodeless discharge in the sputtering chamber, plus at least one water cooled anode and cathode. Both the anode and the cathode consist of cylinders with several longitudinal slits, and both surround the sputtering zone; the substrate conveyor is located directly in front of the anode; and interceptor plates or baffles are located along the sides of the substrate track to catch electrons. The anode and the cathode are pref. segments of the same cylinder. Provides continuous deposition of material at high rates without undue heating of the substrates.

Description

Kathodenzerstäubungsanlage mit kontinuierlichem Substratdurchlauf.Cathode sputtering system with continuous substrate flow.

Die Erfindung betrifft eine Kathodenzerstäubungsanlage mit kontinuierlichem Substratdurchlauf, die eine Eingangs- und eine Ausgangsschleuse, eine Aufheiz- und eine Abkühlkammer, eine Bestäubungskammer, Vakuumpumpen, Einrichtungen zum Transport der Substrate durch die Anlage, eine mit Hochfrequenzstrom gespeiste Spule zur Erzeugung einer elektrodenlosen Ringentladung in der Bestäubungskammer sowie wenigstens eine Anode und eine Kathode besitzt.The invention relates to a cathode sputtering system with continuous Substrate passage, which has an input and an output lock, a heating and a cooling chamber, a dusting chamber, vacuum pumps, equipment for transport the substrates through the system, a coil fed with high-frequency current for generation an electrodeless ring discharge in the dusting chamber and at least one Has anode and a cathode.

Es ist bereits eine derartige Kathodenzerstäubungsanlage mit kontinuierlichem Substratdurchlauf vorgeschlagen worden (VPA 72/1201). In dieser älteren Anlage werden die zu beschichtenden Substrate in Kassetten eingesetzt, die in einer Transporteinrichtung durch das Zentrum der Bestäubungskammer geführt werden. Die Zu- bzw. Abfuhr der Substrate erfolgt bei dieser Anlage über Vakuumschleusen, die am Eingang bzw. Ausgang der Bestäubungsanlage angeordnet sind. Zur Verstärkung des Zerstäubungsplasmas im Inneren der Zerstäubungskammer sind an den Stirnseiten der Bestäubungskammer von einem niederfrequenten Wechselstrom durchflossene Magnetspulen angeordnet.It is already such a sputtering system with continuous Substrate pass has been proposed (VPA 72/1201). Be in this older facility the substrates to be coated are inserted in cassettes, which are in a transport device be passed through the center of the pollination chamber. The supply and removal of the In this system, substrates take place via vacuum locks at the entrance or exit the pollination system are arranged. To amplify the atomization plasma in the Inside the spray chamber are on the front sides of the spray chamber from a low-frequency alternating current Arranged through solenoid coils.

Aus der D-PS 1 515 311 ist eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung mitingentladung in einem Plasmaraum, der innerhalb eines Rezipienten durch ein hochfrequentes, den Rezipienten axial durchdringendes, elektromagnetisches Feld erzeugt ist, bekannt, bei der Kathode, Anode und Auffänger als den Plasmaraum umhüllende Elektroden ausgebildet sind.A device for cathode sputtering is disclosed in D-PS 1 515 311 miting discharge in a plasma room, which is generated within a recipient by a high-frequency, an electromagnetic field penetrating axially through the recipient is generated, is known, in the case of the cathode, anode and collector, designed as electrodes enveloping the plasma space are.

Aus der DT-PS 1 690 689 ist als Verb-esserung der vorstehend beschriebenen Kathodenzerstäubungsvorrichtutig bekannt, daß der von dem hochfrequenten, elektromagnetischen Feld durchdrungene Plasmaraum zusätzlich von einem magnetischen Gleich- oder Wechselfeld durchdrungen ist. Durch dieses zusätzliche Magnetfeld -wird die elektrische Ladungsträgerdichte im Plasma erhöht, was zu einer Verstärkung des sogenannten Anoden-Kathodenstromes und damit zu höneren Zerstäubungsraten und zu einer gleichmäßigeren Ausbildung der Schichtdicken führt.From DT-PS 1 690 689 is an improvement of the one described above Cathodic sputtering is known to be of the high frequency electromagnetic Field penetrated plasma space additionally by a magnetic direct or alternating field is permeated. This additional magnetic field increases the density of electrical charge carriers increases in the plasma, which leads to an increase in the so-called anode-cathode current and thus to higher atomization rates and to a more uniform formation of the Layer thickness leads.

Aus der DD-PS 1 515 313 ist eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung bekannt, bei der die Elektroden aus mehreren Stäben bestehen, die abwechselnd als Anode oder Kathode wirken, indem an jeweils nebeneinander liegende Stäbe eine Wechselspannung als Zerstäubungsspannung angelegt wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Elektroden und Ionen des Plasmas sich bevorzugt nur zwischen den Stäben bewegen und nicht zu den Substraten gelangen, wo sie eine unerwiu?schte Aufheizung derselben bewirken könnten.From DD-PS 1 515 313 a cathode sputtering device is known, in which the electrodes consist of several rods, which alternate as anode or Cathodes act by applying an alternating voltage to adjacent rods is applied as a sputtering voltage. This ensures that the electrodes and ions of the plasma preferentially only move between the rods and not to reach the substrates, where they cause undesired heating of the same could.

Mit Ausnahme der zuerst beschriebenen Anlage handelt es sich bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen um sogenannte Standanlagen. Aus Kostengründen wird in vielen Fällen jedoch ein Substratdurchlauf angestrebt.With the exception of the system described first, the above-described devices around so-called stand systems. For cost reasons is in In many cases, however, a substrate run-through is desired.

Beim Durchlauf von Substraten durch Bestäubungska=nern müssen die folgenden Forderungen erfüllt sein: Möglichst einfacher Aufbau, hohe Aufstäubrate, geringe Substrataufheizung, geringe iickenstreuung und gute Steuerbarkeit der Aufstaubparameter.When substrates run through dusting cans, the the following requirements must be met: construction that is as simple as possible, high atomization rate, low substrate heating, low thickness scattering and good controllability of the accumulation parameters.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenzerstäubungsdurchlaufanlage der eingangs gehannten'Art anzugeben, bei der insbesondere die unerwünschte Substrataufheizung gegenüber der in dem älteren Vorschlag beschriebenen Anlage verringert ist.The present invention is based on the object of a cathode sputtering system of the type mentioned at the beginning, in which, in particular, the undesired heating of the substrate compared to the system described in the older proposal is reduced.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Anode und Kathode als Mantelteile eines mehrfach längsgeschlitzten Hohlzylinders, der die Bestäubungszone umschließt, ausgebildet-sind, daß unmittelbar vor der Anode die Transportvorrichtung für die zu beschichtenden Substrate angordnet ist und daß an der Anode seitlich neben den Substraten Elektronenabfangbleche vorgesehen sind.This object is achieved in that the anode and cathode are used as jacket parts a hollow cylinder with multiple longitudinal slits, which encloses the pollination zone, Are designed that immediately in front of the anode, the transport device for the to be coated substrates is arranged and that on the anode side next to the Electron interceptor plates are provided for substrates.

Dieser Aufbau ist mechanisch einfacher und ermöglicht es, die Dickenstreuung der abgeschiedenen Schichtdicke enkrecht zurTransportrichtung in einfacher Weise durch die Wahl der Breite des Anodenteiles auf ein Minimum zu verringern. Die an der Anode angebrachten etwa radial gerichteten Elektronenabfangbleche fangen die sich unter der Wirkung des niederfrequenten, axial gerichteter Magnetfeldes auf Kreisbahnen bewegenden Elektronen ab, bevor diese auf die Substrate gelangen und diese aufheizen können.This structure is mechanically simpler and allows the thickness variation the deposited layer thickness perpendicular to the transport direction in a simple manner to be reduced to a minimum by choosing the width of the anode part. The on the anode attached approximately radially directed electron intercepting plates catch the under the effect of the low-frequency, axially directed magnetic field Electrons moving in circles before they reach the substrates and can heat them up.

Vorteilhaft ist der Hohlzylinder, der die Zerstäubungselektroden bildet, vierfach längsgeschlitzt und wassergekuh'lt, wobei einer der ZYlinderteile als Anode, die anderen als Kathode geschaltet sind. Der Anodenteil beträgt dabei etwa ein Viertel des Umfanges und trägt die Substrattransportvorrichtung.The hollow cylinder that forms the sputtering electrodes is advantageous. four times longitudinally slit and water-cooled, with one of the cylinder parts as the anode, the others are connected as cathode. The anode part is about a quarter of the circumference and carries the substrate transport device.

Eine- weitere Verringerung der unerwünschten Substrataufheizung '-nßt sich dadurch erreichen, daß der Eohlzylinder ereifach längsgeschlitzt ist, daß zwei der Zylinderteile abwechselnd als Anode und Kathode geschaltet sind, indem an diese beiden Zylinderteile eine Wechselspannung als Zerstäubungsspannung gelegt wird, und daß der dritte Zylinderteil die Transporteinrichtung für die zu beschichtenden Substrate trägt.A further reduction in the undesired heating of the substrate 'wets can be achieved in that the Eohl cylinder is eifach longitudinally slit that two the cylinder parts are alternately connected as anode and cathode by connecting to them an alternating voltage is applied to both cylinder parts as sputtering voltage, and that the third cylinder part is the transport device for the to be coated Substrates.

Vorzugsweise transportiert die Transportvorrichtung die zu beschichtenden Substrate in liegender Stellung.The transport device preferably transports those to be coated Substrates in a lying position.

Als Transportvorrichtung kommt beispielsweise eine end-Bose Kette infrage, mittels der die Substrate durch die Zerstäubungskammer geführt werden. In diesem Falle ist die Zerstäubungskammer waagerecht liegend angeordnet. Zur Verringerung der Verunreinigungsgefahr können die Substrate auch vertikal laufen. Zu beiden Seiten des Bestäubungsraumes können beispielsweise Stapelräume mit Substratmagazinen oder aber auch Vakuumschleusen angeschlossen sein. Zur Stapelung der beschichteten Substrate-können drei schrittweise synchron umlaufende Ketten mit Fortsätzen verwendet werden, zwischen die die Substrate geschoben werden.An end-Bose chain, for example, is used as a transport device in question, by means of which the substrates are guided through the sputtering chamber. In this case the atomization chamber is arranged lying horizontally. To reduce The substrates can also run vertically due to the risk of contamination. On both sides of the pollination room can, for example, stack rooms with substrate magazines or but vacuum locks must also be connected. Can be used for stacking the coated substrates three incrementally synchronously revolving chains with extensions are used between which the substrates are pushed.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden: Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsge mäße Bestäubungsanlage.The invention is to be explained in more detail with the aid of the drawing: Pig. 1 shows a longitudinal section through the pollination system according to the invention.

Fig. 2 zeigt.einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Bestäubungsanlage entlang der Trennlinie Iu -II in Fig. 1.Fig. 2 shows a cross section through the pollination system according to the invention along the dividing line Iu -II in FIG. 1.

In Fig. 1 erkennt man, daß die erlndungsgemaße Anlage in drei Fauntabschnitte eingeteilt ist. Man erkennt die Vorratskammer 1, in der die unbeschichteten Substrate eingesetzt, evakuiert und vorbeheizt werden, die Bestäubungskammer 2 und eine Kammer3, in der die beschichteten Substrate gestapelt werden. Aufgebaut ist die Anlage aus drei hohlzylindrischen Rohrstücken 4, 5, 6, wovon wenigstens das mittlere Rohrstück 5 aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen muß. Zwischen den einzelnen Rohrstücken sind metallische Ringe 51 und 52 angeordnet, die die Halterung und Verbindung der einzelnen Teile übernehmen. Mit Hilfe der Platten 40 und 60 ist die Anlage vakuumdicht nach außen abgeschlossen.In Fig. 1 it can be seen that the system according to the invention is divided into three sections is divided. One recognizes the storage chamber 1 in which the uncoated substrates used, evacuated and preheated, the dusting chamber 2 and a chamber 3, in which the coated substrates are stacked. The system is built up three hollow cylindrical pipe sections 4, 5, 6, of which at least the middle pipe section 5 must consist of an electrically insulating material. Between each Pipe pieces are metallic rings 51 and 52 arranged, which the holder and connection of the individual parts. With the help of the plates 40 and 60, the system is vacuum-tight closed to the outside.

Die Durchführungen zum Anschluß der Vakuumpumpe, zum Zuführen des Zerstäubungsgases und zum Zuführen der Zerstäubungsspannungen sind der ubersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.The bushings for connecting the vacuum pump, for supplying the The atomizing gas and the supply of the atomizing voltages are clear because of not shown.

In der Bestäubungskammer 2 erkennt man die Kathode 7 und die Anode 8, die als Mantelteile eines Hohlzylinders ausgeführt und mit Isolierstützen 21 abgestützt sind.The cathode 7 and the anode can be seen in the dusting chamber 2 8, which are designed as jacket parts of a hollow cylinder and with insulating supports 21 are supported.

Um zu verhindern, daß das von der Hochfrequenzspule 19 erzeugte hochfrequente Magnetfeld, das das (schraffiert dargestellt) Plasma 22 erzeugt, von dem Elektrodenzylinder kurzgeschlossen wird, ist dieser mehrfach mit Längsschlitzea 10 versehen. Die zu beschichtenden Substrate 11 sind in der Vorratskammer 1 in einem Magazin 17 angeordnet. Aus diesem Magazin 17 werden sie mit Hilfe einer Kettenvorrichtung 12 entnommen, durch die Zerstäubungskammer 2 in unnittelbarer Nähe der Anode 8 geführt und in der Kammer 3 in einer Aufzugsvorrichtung 16, die ebenfalls wieder aus einer mit Ketten ausgebauten Vorrichtung, die nach Art eines Paternoster arbeitet, ausgeführt sein kann, gestapelt. Die Transportkette 12 wird mit Hilfe der Umlenkrollen 13 urd 14 und mit Hilfe der Führungsrollen 15 geführt. Die Rolle 13 wird mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Motors angetrieben. Die Aufzugsvorrichtung 16 muß synchron mit der Transportvorrichtung 12 zusammenarbeiten. Die eigentliche Bestäubungskammer 2 ist mit Hilfe von abschirmenden Bändern 18, die nur einen schmalen Durchlaß für die Substrate besitzen, gegen die beiden Kammern 1 und 3 abgeschlossen.To prevent the high frequency generated by the high frequency coil 19 Magnetic field generated by the plasma 22 (shown hatched) from the electrode cylinder is short-circuited, this is provided several times with longitudinal slots a 10. The too coating substrates 11 are in the Larder 1 in one Magazine 17 arranged. From this magazine 17 they are with the help of a chain device 12 removed, passed through the sputtering chamber 2 in the immediate vicinity of the anode 8 and in the chamber 3 in an elevator device 16, which again also consists of a with chains expanded device that works in the manner of a paternoster executed can be stacked. The transport chain 12 is urd with the help of pulleys 13 14 and guided with the help of the guide rollers 15. The role 13 is with the help of a (not shown) motor driven. The elevator device 16 must be synchronous cooperate with the transport device 12. The actual pollination chamber 2 is with the help of shielding tapes 18, which only have a narrow passage for possess the substrates, sealed off from the two chambers 1 and 3.

In Fig. 1 erkennt man außerdem zwei Spulen 20, die links und rechts von der Bestäubungekanmer 2 angeordnet sind.In Fig. 1 you can also see two coils 20, the left and right are arranged by the pollination indicator 2.

Mit Wffilfe dieser beiden Spulen wird das niederfrequente axiale Magnetfeld erzeugt, das zur Verstärkung des Zerstäubungsplasmas beigträgt und das außerdem dafür sorgt, daß sich die Zerstäubungselektroden auf Kreisbahnen bewegen, wodurch sie von den Abfangblechen 9 leichter abgefangen werden können.With the help of these two coils, the low-frequency axial magnetic field is generated that contributes to the amplification of the sputtering plasma and that as well ensures that the sputtering electrodes move on circular paths, whereby they can be more easily intercepted by the intercepting plates 9.

In Pig. 2 erkennt man sehr deutlich die Anordnung der Zerstäubungselektroden 7, 8 im Inneren der Zerstäubungskammer 2. Man erkeent den Glasrezipienten 5, der von der Hochfrequenzspule 19 umgeben ist. Im Inneren des Vakuumrezipienten 5 erkennt man die als mehrfach längsgeschlitzten Hohlzylinder ausgebildeten Zerstäubungselektroden. Besonders deutlich erkennt man hier die tberlappungsstellen an den Längsschlitzen 10 und die Elektronenabfangbleche 9. Die Substrate 11 liegen auf der Transportkette 12, die von den Rollen 15, die ihrerseits an dem Anodenblech befestigt sind geführt werden.In Pig. 2 the arrangement of the sputtering electrodes can be seen very clearly 7, 8 inside the atomization chamber 2. One recognizes the glass recipient 5, the is surrounded by the high frequency coil 19. Detects inside the vacuum recipient 5 the sputtering electrodes designed as multiple longitudinally slotted hollow cylinders. The overlapping points at the longitudinal slits can be seen particularly clearly here 10 and the electron trapping plates 9. The Substrates 11 are on top the transport chain 12, which is from the rollers 15, which in turn on the anode plate are attached to be guided.

4 Patentansprüche 2 Figuren4 claims 2 figures

Claims

Patent claims cathode sputtering system with continuous substrate flow, one entry and one exit lock, one heating and one cooling chamber, a dusting chamber, vacuum pumps, devices for transporting the substrates through the system, a coil fed with high frequency current to generate a electrodeless ring discharge in the pollination chamber and at least one water-cooled one Anode and cathode have, d u r c g e n n z e i c h n e t, that anode (8) and cathode (7) as a jacket part of a hollow cylinder with multiple longitudinal slits, the enclosing the dusting zone (2) are formed that immediately in front of the anode (8) the transport device for the substrates (12) to be coated is arranged and that on the anode (8) laterally next to the .Substraten (electron intercepting plates (9) are provided

2. Plant according to claim 1 d a u r c h g e k e n n -s e i c n e t, that the hollow cylinder is longitudinally slit four times and that one of the Cylinder parts as anode, -the others are connected as cathode.

3. Plant according to claim 1, d a d u r o h g e k e n n -z e i c h n e t that the hollow cylinder is longitudinally slit three times, that two of the cylinder parts are alternately connected as anode and cathode by attaching to these two cylinder parts an alternating voltage is applied as atomization voltage, and that the third cylinder part carries the transport device for the substrates to be coated.

4. Plant according to claim 1, 2 or 3, d a d u r c h g e -k e n-n z E i c h n e t that the transport device the substrates to be coated in a lying position Position transported.