DE3047113A1

DE3047113A1 - Katodenanordnung und regelverfahren fuer katodenzerstaeubungsanlagen mit einem magnetsystem zur erhoehung der zerstaeubungsrate

Info

Publication number: DE3047113A1
Application number: DE19803047113
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Dr.-Ing. 6463 Freigericht Münz; Hans 6455 Erlensee Wolf
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1980-12-13
Filing date: 1980-12-13
Publication date: 1982-07-29
Also published as: JPS57123976A; CH657382A5; DE3047113C2; FR2496126B1; US4426264A; JPS642666B2; FR2496126A1

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

5000 Köln - 51

Katodenanordnung und Regel verfahren für Katodenzerstäubungsanlagen mit einem Magnetsystem zur Erhöhung der Zerstäubungsrate "

Die Erfindung betrifft eine Katodenanordnung für Katodenzerstäubungsanlagen, enthaltend eine Targetplatte aus dem zu zerstäubenden Material, ein hinter der Targetplatte befindliches Magnetsystem mit entgegengesetzten Polen, die in einer derartigen relativen Lage zur Targetplatte angeordnet sind, daß mindestens ein Teil der von den Polen ausgehenden Feldlinien durch die Targetplatte aus- und in diese wieder eintritt, sowie mit einer Verstelleinrichtung zur Veränderung der relativen Lage von Magnetsystem und Targetplatte.

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Eine derartige Katodenanordnung ist durch die DE-OS 27 35 525 bekannt. Dort ist zum Stande der Technik angegeben, daß man zur Vergleichmäßigung des Verbrauchs der Targetplatte die relative Lage von Magnetsystem und Targetplatte laufend verändert, indem man das Magnetsystem in ständiger Bewegung hält (Seite 5, Absatz 2). Bei der bekannten Maßnahme wird das Magnetsystem im Hinblick auf die spezielle Aufgabe parallel zur größten Oberfläche der Targetplatte bewegt. Hierdurch wird allerdings nicht derjenige Einfluß auf den Zerstäubungsvorgang ausgeglichen, der dadurch entsteht, daß sich durch den Verbrauch des Targetmaterials der Abstand der Targetoberfläche vom mittleren Verlauf der Magnetfeldlinien allmählich aber kontinuierlich ändert. Diese Änderung führt zu einer kontinuierlichen Änderung der Zerstäubungsbedingungen und damit auch der Eigenschaften der niedergeschlagenen Schichten. So wurde beispielsweise beobachtet, daß bei zunehmendem Verbrauch der Targetplatte ohne Eingriffe von außen die Zerstäubungsspannung sinkt. Dieser Effekt kann damit erklärt werden, daß die jeweils noch vorhandene Targetoberfläche allmählich in einen Bereich größerer Magnetfeldstärken gerät, so daß die Elektronen aus der durch das Magnetfeld gebildeten Elektronenfalle schwerer entweichen können, was zu einer Verminderung der Impedanz des Plasmas bzw. zu einer größeren Dichte der Ladungsträger führt. Eine Regelung auf konstante Spannung allein genügt jedoch nicht, da hierdurch der EntLadestrom ansteigen würde, was zu einer kontinuierlichen Erhöhung der Entladeleistung führt, e*i η Vorgang, der gleichfalls unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Katodenanordnung in der Weise zu verbessern, daß die

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Zerstäubungsbedingungen auch bei zunehmendem Verbrauch der Targetplatte weitgehend konstant gehalten werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Katodenanordnung erfindungsgemäß dadurch, daß die Bewegungsrichtung der Verstelleinrichtung im wesentlichen senkrecht zur größten Oberfläche der Targetplatte verläuft. Dies bedeutet im Hinblick auf das gleichfalls erfindungsgemäße Regel verfahren, daß bei zunehmenden Verbrauch der Targetplatte das Magnetsystem in der gleichen Richtung verschoben wird, in der sich auch die Restoberfläche der Targetplatte bewegt. Da nun das Targetmaterial während des Zerstäubungsvorganges keineswegs gleichförmig über die gesamte Targetoberfläche, womit die den Substraten zugekehrte Vorderseite gemeint ist, abgetragen wird, sondern vielmehr in Form einer ringförmig geschlossenen, grabenförmigen Vertiefung, über die in der Literatur bereits mehrfach berichtet wurde, erfolgt die rückwandernde Bewegung des Hagnetsystems im wesentlichen nach einem Mittelwert, welcher der durchschnittlichen Abtragung des Targetmaterials, ausgehend von der ursprünglichen Vorderseite, entspricht. Durch eine Erfassung der Zerstäubungsspannung und eine -Abstandsregelung zwischen Magnetsystem und Targetplatte ergibt sich automatisch diese Mittelwertsbildung.

Auf die genannte Weise verbleibt die wirksame Oberfläche der Targetplatte s.tets in etwa im Bereich gleicher Magnetfeldstärken, so daß die Zerstäubungsparameter nahezu unverändert eingehalten werden. Dies hat auf die Schichteigenschaften einer Vielzahl, nacheinander eingesetzter Chargen einen sehr positiven Einfluß. Außerdem kann das Targetmaterial instärkerem Maße ausgenutzt werden, wodurch die Kosten des

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BeschichtungsVerfahrens zusätzlich gesenkt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben, die im rechten Winkel zueinander stehende Schnitte durch eine rechteckige Katqdenanordnung zeigen, wobei der Maßstab von Figur 2 größer gewählt ist als derjenige von Figur 1.

Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine rechteckige Katode

in deren größter Symmetrieebene und

Figur 2 einen Querschnitt etwa in der Mitte des Gegenstände: von Figur 1, in vergrößertem Maßstab.

In Figur 1 ist eine Katodenanordnung 1 dargestellt, deren räumlieh fixierte Bezugsplattform durch eine Tragplatte 2 gebildet wird, durch die die Katodenanordnung innerhalb der nicht gezeigten Vakuumkammer einer Katodenzerstäubungsanlage befestigt ist. An der Tragplatte 2 sind wiederum alle funktionswesentlichen Teile der Katodenanordnung befestigt. Hierzu gehört ein wannenförmiger Hohlkörper 3, der aus einem amagnetischen Werk-stoff wie beispielsweise Kupfer besteht und lösbar mit der Tragplatte 2 verbunden ist. Der Hohlkörper 3 besitzt einen Boden 4, der zur Tragplatte 2 parallel verläuft und auf dem die dem Verbrauch unterliegende Targetplatte 5 befestigt ist. Die Targetplatte

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besteht aus einem Material, welches entweder in reiner Form oder in Form einer Verbindung mit einem reaktiven Zerstäubungsgas oder in inerter Atmosphäre auf den nicht gezeigten Substraten niedergeschlagen wird, die der Targetplatte 5 gegenüber angeordnet sind. Einzelheiten einer solchen Katodenzerstäubungsanlage sind Stand der Technik und werden daher nicht weiter erläutert.

Im Innern des Hohlkörpers 3 befindet sich ein Magnetsystem 6, welches aus einer zur Tragplatte 2 parallelen Magnethalteplatte 7 sowie aus einer Gruppierung von Permanentmagneten 8 besteht, die an der Magnethalteplatte 7 befestigt sind. Einzelheiten sind in Figur 2 näher erläutert. Es ist zu erkennen, daß die Magnete 8 mit abwechselnder Polanordnung auf der Rückseite der Targetplatte angeordnet sind. Durch die relative Lage der Magnete zur Targetplatte haben die Feldlinien einen Verlauf, wie er in Figur 2 gestrichelt angedeutet ist, d.h. die von einem Pol ausgehenden Feldlinien treten durch.die Targetplatte aus und nach einem bogenförmigen Verlauf im Bereich des anderen Poles in die Targetplatte wieder ein. Aufgrund dieses Verlaufs der Magnetfeldlinien wird ein sogenannter magnetischer Tunnel gebildet, welcher es erlaubt, die Zerstäubungsrate wesentlich zu erhöhen, gleichzeitig aber dazu führt, daß das Targetmaterial im Bereich des Tunnels stärker abgetragen wird, am stärksten in der Mitte eir>es

25- jeden Tunnels.

Gemäß Figur 1 ist zwischen der Magnethalteplatte 7 einerseits ■ und der Tragplatte 2 andererseits eine Verstelleinrichtung 9

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angeordnet, die aus zwei Spindeltrieben 10 und 11 besteht. Die beiden Spindel triebe sind im Bereich der Enden der Tragplatte 1 angeordnet und, wie noch weiter unten aufgezeigt werden wird, gleichsinnig antreibbar.

Zu jedem Spindeltrieb gehört eine Spindel 12, 13, deren untere Enden 12a, 13a unverdrehbar in einem Halter 14, 15 befestigt sind, und zwar mit Hilfe eines Kerbstiftes 16. Die Halter und 15 sind ihrerseits unverdrehbar und mittels einer Dichtung 17 abgedichtet auf Lagerplatten 18, 19 befestigt, die ihrerseits mit der Magnethalteplatte 7 verschraubt sind.

Die Gewindespindeln 12, 13 sind in Spindelmuttern 20, 21 gelagert, die ihrerseits drehbar über Kugellager 22 in je einem Lagergehäuse 23, 24 gelagert sind. Diese Lagergehäuse sind mit der Tragplatte 2 verschraubt.

Mit den Spindelmuttern 20, 21 stehen in unverdrehbarem Eingriff Antriebswellen 25, 26, wobei die Verdrehsicherung durch je einen nicht näher bezeichneten Kerbstift erfolgt. Auf den Antriebswellen 25, 26 befinden sich, gleichfalls unverdrehbar, Zahnräder 27,. 28, die über einen Zahnriemen 29 miteinander in Verbindung stehen. Die Antriebswelle 26 besitzt einen Fortsatz 30, auf dem ein Einstellknopf 31 befestigt ist. Der Fortsatz 30 ist dabei zweckmäßig so lang ausgeführt, daß sich der Einstellknopf 31 außerhalb der Vakuumkammer befindet. Ein Abschirmblech 32 im Bereich der Spindeltriebe dient zum Schutz des Bedienungspersonals.

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Der Einstellknopf 31 kann durch einen nicht gezeigten Servomotor ersetzt werden, der seine Stel1 signale von einem gleichfalls nicht gezeigten Regelkreis erhält, der von einer Größe beaufschlagt wird, die der Zerstäubungsspannung proportional ist. Die Zerstäubungsspannung wird mit einem Sollwert verglichen, wobei unter Berücksichtigung des Vorzeichens der
Abweichung die Verstelleinrichtung 9 in der Weise beeinflußt wird, daß die Zerstäubungsspannung möglichst weitgehend
konstant gehalten wird.

Die gesamte Anordnung ist mit nicht gezeigten Kühlwasseranschllissen und Kühlmi ttel kanal en versehen, um eine im Betrieb auftretende Beharrungstemperatur einhalten zu können.

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Leerseite

Claims

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ANSPRÜCHE:

[ 1.]Katodenanordnung für Katodenzerstäubungsanlagen, enthaltend \—-/eine Targetplatte aus dem zu zerstäubenden Material, ein hinter der Targetplatte befindliches Magnetsystem mit entgegengesetzten Polen, die in einer derartigen relativen Lage zur Targetplatte angeordnet sind, daß mindestens ein Teil der von den Polen ausgehenden Feldlinien durch die Targetplatte aus- und in diese wieder eintritt, sowie mit einer Verstelleinrichtung zur Veränderung der relativen Lage von Magnetsystem und Targetplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung der Verstelleinrichtung (9) im wesentlichen senkrecht zur größten Oberfläche der Targetplatte (5) verläuft.

2. Katodenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Tragplatte (2), an der die Targetplatte (5) parallel zur Tragplatte befestigt ist, durch mindestens einen Spindeltrieb (10, 11) mit einer senkrecht zur Tragplatte ausgerichteten Gewindespindel (12, 13) und einer zugehörigen Spindelmutter (20, 21), sowie durch die Lagerung der Spindelmutter an der Tragplatte und der Gewindespindel am Magnetsystem (6).

3, Katodenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (6) an einer Magnethalteplatte (7) befestigt ist, die mit Haltern (14, 15) für die Enden (12a, 13a) der Gewindespindeln (12, 13) ausgestattet ist

ORIGINAL INSPECTED

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4. Katodenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetplatte (5) Teil eines wannenförmigen Hohlkörpers (3) ist, der mit der Tragplatte (2) lösbar verbunden ist, und daß die Magnethaiteplatte ' (7) mit dem Magnetit system (6) im Hohlkörper angeordnet ist.

5. Katodenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein mehrerer Spindeltriebe (10, 11) diese gekuppelt sind.

6. Katodenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzei ch net-, daß die Spindelmuttern (20, 21) drehbar in je einem an der Tragplatte (2) befestigten Lagergehäuse (23, 24) gelagert sind, und daß die Enden der Gewindespindeln (12, 13) unverdrehbar in ihren Haltern (14, 15) befestigt sind.

7. Katodenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Spindeltriebe (10, 11) durch Zahnräder (27, 28) und einen Zahnriemen (29) gleichsinnig miteinander gekuppelt sind.

.8. Verfahren zur Regelung des Abstandes von Magnetsystem und Targetplatte bei fortschreitendem Verbrauch des Targetmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zerstäubungsspannung des Katodensystems erfaßt und mit einem Sollwert vergleicht, und daß man beim Auftreten einer Differenz den Abstand durch Betätigung der Verstelleinrichtung in Richtung auf die Einhaltung des Sollwerts verstellt.

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9. Katodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (6) in einem Raum angeordnet ist, der gasgefüllt ist und beim Zerstäubungsbetrieb unter einem höheren Druck als dem Zerstäubungsdruck, vorzugsweise unter Atmosphärendruck gehalten ist.

10. Katodenanordnung nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzei chnet, daS der Innenraum des wannenförmigen Hohlkörpers (3) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.