DE2903291A1

DE2903291A1 - Verfahren zur herstellung von abwechselnd uebereinanderliegenden metall- und glimmpolymerisationsschichten

Info

Publication number: DE2903291A1
Application number: DE19792903291
Authority: DE
Inventors: Helmold Dipl Phys Kausche; Winfried Dipl Phys Peters
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1979-01-29
Publication date: 1980-08-07

Description

Verfahren zur Herstellung von abwechselnd übereinander-
liegenden Metall- und Glimmpolymerisationsschichten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von abwechselnd übereinanderliegenden Metall-und Glimmpolymerisationsschichten, insbesondere zur Herstellung von elektrischen Kondensatoren, bei dem in einem Vakuumgefäß Substrate abwechselnd einer Metallisierung und einer Glimmpolymerisation von gasförmigen Monomeren ausgesetzt werden, ohne daß die Substrate zwischendurch mit Luft in Berührung kommen, und bei dem die jeweils nicht zu beschichtenden Teile der Substrate durch Blenden abgedeckt werden.
Ein derartiges Verfahren wÜrde an anderer Stelle bereits vorgeschlagen. Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, daß Metallschichten und Glimmpolymerisatschichten mit einem geringen Aufwand aufgebracht werden sollen Und daß eine rationelle Serienfertigung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Substrate in dem Vakuumgefäß auf einer Trägerplatte angeordnet werden, daß in der Nähe der Substrate eine Elektrode angeordnet ist, daß die Substrate auf der Trägerplatte abwechselnd einer Metallisierung durch eine Kathodenzerstäubung unter Verwendung eines Planar-Magnetrons (im folgenden als "Sputtern" bezeichnet) und einer Glimmpolymerisation von gasförmigen Monomeren ausgesetzt werden und daß die hierfür jeweils benötigten Gase in das Vakuümgefäß eingelassen und auf den benötigten Druck gebracht und nach der jeweiligen Beschichtung wieder abgesaugt werden.
Unter einem Planarmagnetron wird eine für eine Kathodenzerstäubung in einer Glimmentladung geeignete Elektrode verstanden, welche zumindest eine als Target dienende Metallplatte und außerhalb der Glimmentladung angeordnete Magnete enthält und in welcher die magnetischen Feldlinien dieser Magnete durch die Metallplatte hindurch in den Glimmentladungsraum hineinreichen. Durch das inhomogene Magnetfeld wird insbesondere im Bereich der Kanten der Magnete ein verstärkter Materialabtrag von der Metallplatte erreicht. Die Magnete können fest eingebaut sein oder während der Kathodenzerstäubung entlang der Metallplatte bewegt werden, um einen gleichmäßigen Materialabtrag zu erreichen.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Glimmpolymerisation und die Kathodenzerstäubung unter Verwendung eines Planarmagnetrons etwa gleich schnell ablaufen und etwa den gleichen Elektrodenabstand benötigen. Dadurch ist einfacher Aufbau der Vorrichtung und eine rationelle Fertigung ermöglicht.
Eine besonders rationelle Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die Trägerplatte elektrisch leitfähig ist und als Elektrode dient, daß in das mit den Substraten beschickte Vakuumgefäß zunächst ein Monomeres eingeführt wird, daß an die Trägerplatte ein Pol und an das Gehäuse und das Planarmagnetron der zweite Pol einer zur Erzeugung der Glimmentladung geeigneten HF-Spannung angelegt wird, daß nach dem Erreichen der gewünschten Schichtdicke der Glimmpolymerisatschicht die HF-Spannung abgeschaltet, der Glimmentladungsraum mit Argon kräftig durchgespült und anschließend auf den für die Kathodenzerstäubung notwendigen geringen Restdruck ausgepumpt wird, daß die Metallschicht aufgesputtert wird, daß nach dem Erreichen der gewünschten Dicke der Metallschicht das Vakuumgefäß mit dem Monomeren kräftig durchgespült wird, daß das Monomere auf den für den nächsten Glimmpolymerisationsprozeß benötigten Druck gebracht wird und daß damit der beschriebene Zyklus wieder von neuem beginnt.
Eine zur Durchführung eines Verfahrens der beschriebenen Art geeignete Vorrichtung, welche Gaseinlaßrohre und Gasabsaugrohre und Absaugpumpen enthält, weist die Merkmale auf, daß in einem Vakuumgefäß eine Trägerplatte angeordnet ist, daß über dieser Trägerplatte ein Planarmagnetron angeordnet ist, daß das Planarmagnetron in einer zur Trägerplatte parallelen Ebene verschiebbar ist, daß die Substrate bei einer Verschiebung des Magnetrons ihre Lage beibehalten und daß die Vorrichtung jeein gesondertes Pumpenaggregat für die Einstellung des Druckes für die Glimmentladung und für den Sputterprozeß enthält. Eine derartige Vorrichtung ist vorteilhaft so ausgeführt, daß sie zur Einstellung des für die Glimmentladung erforderlichen Druckes eine Vorpumpe und eine Wälzkolbenpumpe und für die Einstellung des für den Sputterprozeß erforderlichen Druckes eine Vorpumpe und Turbomolekularpumpe enthält. Die Wälzkolbenpumpe ist sehr leistungsfähig, er reicht beim Spülen einen Druck von nur 1 Torr sehr schnell, ist aber nicht zur Erzeugung von Drucken unter 10 2Torr geeignet. In diesem Bereich ist wiederum die Turbomolekularpumpe sehr leistungsfähig.
VorteilhaSterweise enthalt das Vakuumgefäß eine Vakuums schleuse zur Beschickung und zur Entnahme der Substrate.
Dadurch ist ein quasikontinuierlicher Betrieb der Anlage möglich.
Ein sehr schnelles Arbeiten mit der Anlage ist mögliche indem sie gesonderte Vorratsbehalter für die Spülgase und für die bei der jeweiligen Beschichtung einzulassenden Gase enthält und indem die Spülgase unter einem höheren Druck gehalten werden als die bei der Beschichtung einzulassenden Gase.
Als aufzusputterndes Metall eignet sich insbesondere Aluminium. Dieses wird in einer Argonatmosphare aufgesputtert.
Da die Substrate während der Beschichtung nicht bewegt werden, ist eine relativ einfache Maskentechnik zur Abdeckung der nicht zu beschichtenden Teile der Substrate anwendbar.
Für die Arbeitsgänge Abpumpen des nicht mehr benötigten Gases und Spülen und Füllen mit dem neuen Gas sind bei Verwendung von handelsüblichen Pumpen der genannten Art mit automatisch gesteuerten Ventilen nur wenige Sekunden erforderlich.
Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert.
Sie ist nicht auf das in der Figur gezeigte Beispiel beschränkt. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in teilweise geschnitter Ansicht.
Ein Vakuumgefäß 1 ist mit einem Deckel 2 verschlossen. An dem Deckel 2 ist ein Planarmagnetron 3 mit einem Metalltagert 6 - vorzugsweise aus Aluminium - elektrisch isoliert angebracht. Unter diesem Metalltarget 6 befindet sich in einem relativ geringen Abstand eine Trägerplatte 4 für die Substrate 5. Die Trägerplatte 4 einerseits und das Planenmagnetron 3 und das Vakuumgefäß 1 andererseits sind mit je einem Pol 7 bzw. 8 einer nicht dargestellten hochfrequenten Spannungsquelle für den Glimmprozeß elektrisch leitend verbunden. Das Planmagnetron ist in Pfeilrichtung A verschiebbar, so daß die Substrate 5 gleichmäßig metallisiert werden. Durch eine Vekuumschleuse 11 können die Substrate 5 in Pfeilrichtung 3 entnommen und neue Substrate eingeführt werden Eine Abschirmung 12 verhindert Überschläge zwischen der isoliert angeordneten, als Elektrode dienenden Trägerplatte 4 und dem geerdeten Vakuumgefäß 1.
Uber ein Ventil 13 sind eine Wälzkolbenpumpe 15 und eine Vorpumpe 16 an das Vakuumgefäß 1 angeschlossen. Diese Pumpen dienen zur Einstellung des für die Glimmpolymerisation erforderlichen Druckes. Über ein Ventil 14 sind eine Turbomolekularpumpe 17 und eine Vorpumpe 18 an das Vakuumgefäß 1 angeschlossen. Diese Pumpen dienen zur Einstellung des für das Sputtern notwendigen Vakuums von beispielsweise 5.10 3 Torr.
Das Monomere wird über einen Anschluß 19 und Ventile 20 Vorratsbehältern 21 und 22 zugeführt. Der Vorratsbehälter 21 wird auf einem kleineren Druck gehalten und ver- sorgt über das Ventil 24 das Vakuumgefäß während der Glimmpolymerisation mit den Monomeren. Das Gefäß 22 ist auf einem relativ hohen Druck gehalten. Es bewirkt über das Ventil 25 die Durchspülung des Vakuumgefäßes vor der Glimmpolymerisation.
Über die Leitung 26 wird durch die Ventile 27 Argon in die Vorratsbehälter 28 und 29 eingelassen. Der Vorratsbehälter 28 ist'auf einem relativ geringen Druck gehalten und versorgt das Vakuumgefäß.1 über das Ventil 30 während des Sputterns mit Argon. Der Vorratsbehälter 29 ist auf einem höheren Druck gehalten und bewirkt über ein Ventil 31 ein Durchspülen des Vakuumgefäßes 1 vor dem Sputterprozeß.
Während des Durchspülens mit Argon bzw. mit Monomeren und während der Beschichtung sind die Pumpen 17, 18 bzw.
15, 16 über die Ventile 14 bzw. 13 mit dem Vakuumgefäß 1 verbunden. Mittels der zugeführten Gasmenge und Sauggeschwindigkeit wird der gewünschte Druck eingestellt.
7 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e

Claims

PatentansprUche 1,. Verfahren zur Herstellung von abwechselnd übereinanderliegenden Metall- und Glimmpolymerisationsschichten, insbesondere zum Aufbau von elektrischen Kondensatoren, bei dem Substrate in einem Vakuumgefäß abwechselnd einer Metallisierung und einer Glimmpolymerisation von gasförmigen Monomeren ausgesetzt werden, ohne daß die Substrate zwischendurch mit Luft in Berührung kommen, und bei dem die jeweils nicht zu beschichtenden Teile der Substrate durch Blenden abgedeckt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Substrate (5) in dem Vakuumgefäß (1) auf einer Trägerplatte (4) angeordnet werden, daß in der Nähe der Substrate eine Elektrode angeordnet ist, daß die Substrate (5) auf der Trägerplatte (4) abwechselnd einer Metallisierung durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) unter Verwendung eines Planarmagnetrons und einer Glimmpolymerisation von gasförmigen Monomeren ausgesetzt werden und daß die hierfür jeweils benötigten Gase in das Vakuumgefäß eingelassen und auf den jeweils benötigten Druck gebracht und nach der jeweiligen Beschichtung wieder abgesaugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n et , daß in das mit den Substraten (5) beschickte Vakuumgefäß (1) zunächst ein Monomergas eingeführt wird, daß an die Trägerplatte (4) und an das Magnetron (3) und- das Vakuumgefäß (1) eine zur Erzeugung der Glimmentladung geeignete HF-Spannung angelegt wird, daß nach dem Erreichen der gewünschten Schichtdicke der Glimmpolymerisationsschicht die HF-Spar} nung abgeschaltet, der Entladungsraum mit Argon kräftig durchgespült und anschließend auf den für die Kathodenzerstäubung notwendigen geringen Restgasdruck ausgepumpt wird, daß die Metallschicht aufgesputtert wird, daß nach dem Erreichen der gewünschten Dicke der Metallschicht das Vakuumgefäß.mit den Monomeren kräftig durchgespült wird, daß das Monomergas auf den für den nächsten Glimmpolymerisationsprozeß benötigten Druck gebracht wird und daß der beschriebene Zyklus wieder von vorne beginnt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Magnetron (3) während des Sputterns in einer zur Trägerplatte (4) parallelen Ebene bewegt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche Gaseinlaßrohre und Gasabsaugrohre und Absaugpumpen enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einem Vakuumgefäß (1) eine Trägerplatte (4) angeordnet ist, daß über dieser Trägerplatte (4) ein Magnetron (3) mit Metalltarget (6) angeordnet ist, daß das Magnetron (3) in einer zur Trägerplatte (4) parallelen Ebene verschiebbar ist und daß die Vorrichtung je ein gesondertes Pumpenaggregat für die Einstellung des Druckes für die Glimmentladung bzw.

für die Kathodenzerstäubung enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß sie zur Einstellung des für die Glimmentladung erforderlichen Druckes eine Vorpumpe (16) und eine Wälzkolbenpumpe (15) und für die Einstellung des für die Kathodenzerstäubung erforderlichen Druckes eine Vorpumpe (18) und eine Turbomolekularpumpe (17) enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a -d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , daß das Vakuum- gefäß eine Vakuumschleuse (11) zur Beschickung und zur Entnahme der Substrate enthält.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie gesonderte Vorratsbehälter für die Spülgase (22, 29) und für die bei der jeweiligen Beschichtung einzulassenden Gase (21, 28) enthält und daß die Spülgas unter einem höheren Druck gehalten werden als die bei der Beschichtung einzulassenden Gase.