DE2608323A1

DE2608323A1 - Anordnung zum zerstaeuben von festkoerpern im hochvakuum, insbesondere von dielektrischen stoffen in wechselspannungs- kathodenzerstaeubungs-anlagen

Info

Publication number: DE2608323A1
Application number: DE19762608323
Authority: DE
Inventors: Jiri Dlouhy
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1976-02-06
Filing date: 1976-02-28
Publication date: 1977-08-11
Also published as: CH601492A5; DE7606084U1

Description

Anordnung zum Zerstäuben von Festkörpern im Hochvakuum, ins-
besondere von dielektrischen Stoffen in Wechaelspannungs-Kathodenzerstäubungs-Anlagen.
Bekanntlich dienen Kathodenzerstäubungs-Anlagen zur Festkörperzerstäubung durch den Besch,uss mit positiven Ionen im Vakuum bzw. im Hochvakuum und werden häufig zur Herstellung dünner Schichten verwendet.
Bei der Kathodenzerstäubung wird der zu zerstäubende Festkörper (Target) entweder einer hohen negativen Gleichspannung ausgesetzt (Gleichspannungszerstäubung), oder auf dem Festkörper wird eine hochfrequente Spannung kapazitiv eingekoppelt (Wechselspannungszerstäubung). Dies erlaubt eine Beschleunigung der erzeugten Ionen auf Metalle und auch auf Isolatoren (dielektrische Stoffe).
Während zu zerstäubende Metalle problemlos elektrisch leitend auf den dafür bestimmten Trägern aufgebracht werden können, erweist sich eine Kontaktierung bei zu zerstäubenden Isolatoren in den dafür besonders geeigneten Hochfrequenz- Kathodenzerstäubungs-Anlagen häufig als sehr schwierig.
Wohl können gewisse Isolatoren durch Kontaktierungsmaterialien aus Indium oder Zinn und eine entsprechende Wärmebehandlung mit dem Träger verbunden werden. Häufig entstehen jedoch dabei im Isolator Wärmespannungen, welche zum Bruch des Isolators fuhren können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung anzugeben, welche erlaubt, auch spröde Festkörper, insbesondere Isolatoren, derart auf einem Träger aufzubringen, dass eine Zerstäubung in Wechs elspannungs -Kathodenzerstäubungs-Anlagen möglich wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerstäubende Material auf einem elektrisch leitenden Träger aufgeklebt ist.
Anhand von Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Es zeigen: Fig. 1, eine Hochfrequenz- Kathodenzerstäubungs-Anlage zur Herstellung dünner Schichten gemäss Stand der Technik und Fig. 2, einen Träger mit aufgeklebtem, zu zerstäubendem Isolator (SiO2).
Eine in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Hochfrequenz- Kathodenzerstäubungs-Anlage (Balzers-Zerstäubungssystem Sputron II mit RF-Sputron RFM 101) weist einen zu zerstäubenden Isolator 1 auf. Der Isolator 1 ist auf einen mit Hohlräumen versehenen Träger 2 aufgebracht. Durch eine Zerstäubungskammer 3 mit angeschlossener Vakuumpumpe 4 und eingebauter Glühkathode 5 wird der Isolator 1 samt Träger 2 weiträumig umschlossen. Auf der Zerstäubungskammer 3 ist ferner ein Ventil 6 mit angeschlossener Edelgaszufuhrung 7 sowie eine toroidförmige Magnetspule 8 angebracht. Der Ausgang eines Hochfrequenz-Generators 9 ist über eine abgeschirmte Hochfrequenzleitung 10 an den Isolator 1 angekoppelt. Der Träger 2 ist über eine KUhlwasserzuleitung 11 an einen nicht dargestellten Kühler angeschlossen. Im Inneren der Zerstäubungskammer 3 befindet sich ein Substrathalter 12, welcher die zu beschichtenden Substrate aufnimmt.
Der Träger 2 mit darauf befindlichem Isolator 1 ist von einer ringförmigen Anode 13 umgeben.
Zur Zerstäubung des Isolators 1 sind folgende Massnahmen erforderlich: Die Zerstäubungskammer 3 wird mittels der Vakuumpumpe 4 auf einen Druck von ca. 10 D Torr evakuiert. Anschliessend wird über die EdelgaszufUhrung 7 und das Ventil 6 Argon in die Zerstäubungskammer 3 eingelassen. Durch einen durch die Glühkathode 5 fliessenden Strom i1 werden Elektronen in die Zerstäubungskammer 3 emittiert. Ein durch die Magnetspule 8 fliessender Strom i2 erzeugt über dem Isolator 1 ein Magnetfeld von ca. 100 Gauss. Eine an eine nicht dargestellte Hilfs-Anode angelegte Spannung von ca. +100 Volt beschleunigt einen Teil der von der Glühkathode 5 emittierten Elektronen Richtung Anode 13 und ionisiert dabei Argon-Atome. Dieser Vorgang wird durch einen blau leuchtenden Lichtbogen sichtbar. Jetzt wird der Hochfrequenz-Oenerator 9 eingeschaltet, so dass über die Hochfrequenzleitung 10 dem Isolator 1 eine hochfrequente Spannung eingekoppelt wird. Diese Spannung wird als Folge der unterschiedlichen Beweglichkeit der Elektronen und Ionen im Plasma an der Dunkelraumschicht, welche sich vor dem Isolator 1 ausbildet, gleichgerichtet, so dass sich im Mittel eine negative Spannung auf der Oberfläche des Isolators 1 aufbaut.
Die Zerstäubung des in der ringförmigen Anode 13 befindlichen Isolators 1 durch aufprallende Ionen setzt ein. Durch die Wirkung der Magnetspule 8 ergibt sich eine Fokussierung des Plasmas und damit eine gleichmässige Zerstäubung des Isolators 1 über seine gesamte, dem Argonionen-Beschuss ausgesetzte Oberfläche.
Die aufprallenden Argonionen bewirken einen erheblichen Temperaturanstieg im Isolator 1 und erfordern eine ständige Wärmeabfuhr. Durch die Kühlwasser-Zuleitung 11 fliesst ein Khlwasserstrom durch den Träger 2 und bewirkt eine Kühlung des Isolators 1. Es ergibt sich daraus die Forderung, den Isolator 1 möglichst dünn auszubilden und gut wärmeleitend mit dem Träger 2 lösbar zu verbinden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch gelöst, dass der Träger 2, Fig. 2, durch einen Aluminium-Kleber 20 auf die sehr dünnwandig ausgeführte stirnseitige Oberfläche des Trägers 2 aufgeklebt ist.
Zu diesem Zweck wurde erfolgreich der im Handel erhältliche Aluminium-Kitt Devcon F von der Firma Devcon Corporation in Danvers/Massachusetts USA, eingesetzt.
Dieses Material wird im Hochfrequenz-KathodenzerstSubungs-Betrieb elektrisch leitend und ergibt damit eine hervorragende Wärmeableitung vom Isolator 1 Ueber den Träger 2 an das Kühlwasser.
Die Wandstärken des Trägers 2 betragen an der Klebefläche einige Zehntelmillimeter. Es hat sich gezeigt, dass bei wenigstens partiellen Wandstärken von 0,05- 2mm, an der Klebefläche gemessen, eine ausreichende Wärmeabfuhr vorhanden ist. Die maximale Betriebstemperatur des Aluminium-Klebers 20 von 130 0C wurde nie überschritten.
Anstelle des handelsüblichen Klebers wurde erfolgreich auch eine Mischung bestehend aus 20 Gewichts-Prozent Epoxyharz und 80 Gewichts-Prozent Aluminiumpartikeln verwendet. Dabei wurde als Epoxyharz das temperaturbeständige Araldit 183/2315 (Harz) und 157/2316 (Härter) von Ciba-Geigy eingesetzt. Die Aluminiumpartikel wiesen eine Korngrösse von ca. 3-lOvu auf.
Anstelle der Aluminiumpartikel könnten jedoch auch Kupferpartikel, annähernd gleicher Korngrösse und Konzentration verwendet werden.
Durch die beschriebene Klebung des zu zerstäubenden Festkörpers wird der Einsatzbereich von Kathodenzerstäubungs-Anlagen beträchtlich erweitert. Es wird möglich, auf einfache Weise auch sehr empfindliche Festkörper ohne Risiko rationell auf den Träger aufzubringen und erfolgreich zu zerstäuben.
Die Erfindung ermöglicht, beispielsweise dielektrische Stoffe sowie Metalle ohne kostspielige Lötprozesse auf einfache Weise auf einen Träger aufzubringen und zu zerstäuben. So wurden u.a. Molybdän, Wolfram, Wolfram-Bronzen, R 1203 und Tantal-Materialien mit Zerstäubungsleistungen von 210 W/cm2 bis 640 W/cm2 während 1-3 Stunden Versuchsdauer zerstäubt.
Die Substrattemperaturen betrugen zwischen 200-4000C.
L e e r s e i t e

Claims

PatentansDrllche (( Anordnung zum ZerstRuben von Festkörpern im Hochvakuum, ins-- 1 Anordnung zum Zerstäuben von Festkörpern im Hochvakuum, insbesondere von dielektrischen Stoffen in Wechselspannungs-Kathodenzerstäubungs-Anlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerstäubende Material auf einem elektrisch leitenden Träger (2) aufgeklebt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber eine Mischung aus Kunststoffen und Metallpartikeln ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber eine Mischung von wenigstens annähernd 20 Gew.-% Epoxyharz und 80 Gew.-S Aluminiumpartikeln ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Trägers (2) an der Klebe fläche wenigstens partiell 0,05 - 2,0 mm dick ist, und dass der Träger (2) Hohlräume aufweist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlräumen des Trägers (2) ein Kühlmedium vorhanden ist.