DE3223245C2

DE3223245C2 - Ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE3223245C2
Application number: DE3223245A
Authority: DE
Inventors: Akio Ito; Kyuzo Nakamura; Yoshifumi Ota; Taiki Chiba Yamada
Original assignee: Nihon Shinku Gijutsu KK
Current assignee: Nihon Shinku Gijutsu KK
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-06-22
Publication date: 1986-05-22
Also published as: CH658750A5; US4412907A; DE3223245A1

Abstract

Eine ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung des Typs, bei dem eine Fangelektrode (1) aus einer ferromagnetischen Substanz, die auf einem Kathodenpotential liegt, und ein Substrat (18) in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer (17) vorgesehen sind, wobei die Fangelektrode (1) aus zumindest zwei separaten Segmenten (1a) aus einer ferromagnetischen Substanz zusammengesetzt ist, welche Segmente (1a) durch einen engen Spalt (5) einen Abstand voneinander aufweisen, so daß ein magnetisches Feld, das von einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (3) erzeugt wird, die hinter der Fangelektrode (1) angeordnet ist, nach außen über die Oberfläche der Fangelektrode (1) streuen kann. Der enge Spalt (5) ist in einer Ausdehnung quer zu der Dickenausdehnung der Fangelektrode (1) aus der ferromagnetischen Substanz derart ausgebildet, daß Ionen, die in den engen Spalt (5) eindringen, gegen die Innenwand des engen Spaltes (5) prallen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Vorrichtungen, bei denen als ferromagnetische Substanz Fe, Co, Fe-Ni, Co-Cr, Co-R, Fe₃O₄, BaO · Fe2Ü3 oder dergl. vorgesehen sind, werden als bekannt vorausgesetzt. Sie haben insbesondere den Vorteil, daß selbst dann, wenn die Intensität des Magnetfeldes, das durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung erzeugt wird, unter dem magnetischen Sättigungswert der ferromagnetischen Substanz liegt, ein verhältnismäßig großes magnetisches Streufeld auf der Oberfläche der Fangelektrode erzeugt werden kann und die Fangelektrode aus der ferromagnetischen Substanz in ihrer Dicke groß ausgeführt werden kann, und daß auf diese Weise das »Sputtern« oder Zerstäuben mittels Kathodenzerstäubung einer ferromagnetischen Substanz über eine lange Zeit und bei einem hohen Wirkungsgrad durchgeführt werden kann. Wenn in diesem Falle der enge Spalt zwischen den benachbarten Segmenten der ferromagnetischen Substanz unterhalb von etwa 3 mm liegt tritt unter der üblichen elektrischen Entladungsbedingung kein Plasma in den Spalt ein.
Es wurde indessen herausgefunden, daß eine geringe Möglichkeit eines unvorteilhaften Phänomens derart zu beobachten ist, daß die Tragplatte bestäubt wird und die sich ergebenden Partikel als Fremdkörper auf dem Substrat haften, obwohl das Plasma nicht in den kleinen

ίο Spalt von 3 mm oder von ähnlicher Abmessung eintreten kann. Dieses Phänomen tritt unter bestimmten Bedingungen, nämlich unter veränderten elektrischen Entladungsbedingungen auf. Die Ursache für dieses Phänomen ist nicht geklärt, kann jedoch dahingehend betrachtet werden, daß Ionen eines Gases, wie beispielsweise Ar oder dergl, das in die evakuierbare Bearbeitungskammer eingelassen wird, in einem dunklen Raum, der zwischen der Fangelektrode und einer Plasmazone vor der Fangelektrode ausgebildet ist, beschleunigt werden und einige von ihnen durch den engen Spalt durchtreten und die Tragplatte bestäuben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ein Bestäuben der Tragplatte und die dadurch bedingte Fremdpartikel-Ablagerung auf dem Substrat zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der enge Spalt in einer Ausdehnung quer zu der Dickenausdehnung der Fangelektrode aus der ferromagnetischen Substanz derart ausgebildet ist daß Ionen, die in den engen Spalt eindringen, gegen die innere Wandfläche des engen Spaltes prallen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für die beschriebene Vorrichtung.

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer wichtigen Einzelheit der Vorrichtung gemäß Fig.l.
Fig.3 zeigt ein Diagramm, in dem Kurven für die elektrischen Entladungseigenschaften der beschriebenen Vorrichtung dargestellt sind.

Fig.4 zeigt eine Seitenschnittansicht eines modifizierten Ausführungsbeispiels für die beschriebene Vorrichtung.

F i g. 5 zeigt ein Diagramm, in dem Kurven für die elektrischen Entladungseigenschaften des modifizierten Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 4 dargestellt sind.

F i g. 6, 7 und 8 zeigen jeweils eine Seitenschnittansicht weiterer modifizierten Ausführungsbeispiele für die beschriebene Vorrichtung.

Zunächst werden die F i g. 1 und 2 betrachtet. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Fangelektrode, die aus einer ferromagnetischen Substanz, wie Fe oder dergl., hergestellt und in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer 17 derart angeordnet ist, daß sie einem Substrat 18 gegenübersteht. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Tragplatte, die aus einer nicht-ferromagnetischen Substanz hergestellt und auf der Rückseite der Fangelektrode 1 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die aus einem Bariumferritmagneten oder dergl. besteht und auf der Rückseite der Tragplatte 2 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Kühlwasserbehälter, der aus einer nicht-ferromagnetischen Substanz hergestellt ist und Wasser zum Kühlen der Tragplatte 2 enthält. Das Bezugszeichen 3a bezeichnet ein Magnetjoch, das Bezugszeichen 19 eine Anode und das Bezugszeichen 20 eine Gleichstromquelle.

Die Fangelektrode 1 aus der ferromagnetischen Substanz ist so konstruiert, daß eine Vielzahl von Segmenten la der ferromagnetischen Substanz derart angeordnet sind, daß sie einen engen Spalt 5 zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten belassen, so daß dann, wenn die Fangelektrode 1 auf ein Kathodenpotential gelegt wird, die Fangelektrode bestäubt wird und Atome auf dem Substrat 18 abgelagert werden.

Im Gegensatz zu der als bekannt vorausgesetzten Konstruktion ist hier der enge Spalt 5 als ein Spalt ausgebildet, der sich quer zu der Dickenausdehnung der Fangelektrode 1 derart erstreckt, daß er so geneigt oder abgewinkelt ist, daß er sich derart über die Tiefenausdehnung der Fangelektrode 1 erstreckt, daß Ionen, die in den quer verlaufenden engen Spalt eintreten, gegen dessen innere Wandfläche prallen. Dadurch kann das Phänomen, nämlich daß die Tragplatte bestäubt wird, vermieden werden.

Im einzelnen bedeutet dies gemäß dem Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, daß jedes Segment la der ferromagnetischen Substanz im Grunde genommen ringförmig mit einer Breite b von 3 mm und einer Höhe h von 5 mm ausgebildet ist, wobei seine Seitenfläche \b derart geneigt ist, daß sie eine Steigung von 25° in bezug auf eine vertikale Linie hat, die senkrecht und eine horizontale untere Fläche Ic ausgerichtet ist, so daß das Segment ein Parallelogramm bildet, das im Querschnitt rechteckig ist, und daß eine Vielzahl davon auf der Tragplatte 2 mit einem engen Spalt von 0,5 mm angebracht sind.

Hinter der Fangelektrode 1 aus Fe dieser Größe und Form ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung 3 oder ein Bariumferrit-Magnet angeordnet. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein magnetisches Feld mit einer Feldstärke von 730 Gauss in dem mittleren Bereich zwisehen den magnetischen Polen auf der Oberfläche der Fangelektrode 1 erzeugt werden kann. Während der Ar-Gasdruck in der evakuierbaren Bearbeitungskammer 17 variiert wird, werden unterschiedliche Spannungen aus der Gleichstromquelle 20 zum Prüfen der elektrischen Entladungscharakteristika dieser Anordnung angelegt.

Als Ergebnis daraus wurde herausgefunden, daß vergleichsweise hohe Entladungsströme — eigentümlich einem Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungsverfahren —,wie in F i g. 3 gezeigt, erzeugt wurden.

Fi g. 3 zeigt eine Kurve A für den Fall 0,133 Pa des Ar-Gasdruckes, eine Kurve B für den Fall 0,4 Pa eine Kurve C für den Fall 0,93 Pa, eine Kurve D für den Fall 1,33 Pa, eine Kurve E für den Fall 2,66 Pa und eine Kurve F für den Fall 6,65 Pa. In diesem Fall hat die Fangelektrode die Abmessung 203 mm χ 127 mm, und der Abstand davon zu dem Substrat 18 beträgt 50 mm. Die Ablagerungsgeschwindigkeit von Fe auf der Oberfläche des Substrats 18 ist eine hohe Geschwindigkeit von 210 · 10-'° m/s unter der Bedingungeines Punktes Gin Fig.3, d. h. unter der Bedingung von 1,33 Pa des Ar-Gasdruckes und einer Spannung von 450 V. Es wurde festgestellt, daß irgendwelche Substanzen der Tragplatte 2 nicht in der Ablagerung enthalten sind. Aus dieser Tatsache kann geschlossen werden, daß die Ionen, die in den abgewinkelten, engen Spalt 5 von der Vorderseite der Fangelektrode 1 her eintreten, auf ihrem Wege gegen die innere Wandfläche prallen und die Tragplatte 2, die weiter hinten angeordnet ist, nicht erreichen können.

Jedes der Segmente la der ferromagnetischen Substanz, die die Fangelektrode 1 aus der ferromagnetischen Substanz darstellen, kann mit einem hügelförmigen Bereich versehen sein, der eine schräge Fläche id hat, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist, um die Lebensdauer der Fangelektrode 1 zu verlängern. In diesem Fall kann ein abgewinkelter enger Spalt 5a. der jeweils zwischen benachbarten Segmenten la, la ausgebildet ist, aus zwei gegabelten, divergierenden Spalten zusammengesetzt sein, so daß dazwischen ein kleines dreieckiges Segment Ie der ferromagnetischen Substanz gebildet wird. In einem Beispiel, bei dem die Fangelektrode 1 aus einer ferromagnetischen Substanz, wie in Fig.4 gezeigt, nämlich beispielsweise aus Fe hergestellt und so aufgebaut ist, daß ein Abstand c zwischen den Hügeln, der einen Teil davon bildet, 20 mm, eine Höhe ddes Basisbereiches der Fangelektrode 1 5 mm, die Breite jedes der divergierenden engen Spalte 5a, 5a 2 mm ausmacht und der Neigungswinkel davon etwa 25° beträgt, ergibt sich, wenn eine Gleichspannung, während diese in ihrem Wert variiert, angelegt wird, eine elektrische Entladungscharakteristik, wie sie in Fig.5 gezeigt ist In Fig.5 zeigt eine Kurve //die elektrische Entladungscharakteristika für den Fall, daß der Ar-Gasdruck in der evakuierbaren Bearbeitungskammer 17 0,067 Pa ist, eine Kurve /für den Fall, daß der Gasdruck 0,133 Pa ist, eine Kurve / für den Fall, daß der Gasdruck 0,4 Pa ist, eine Kurve K, wenn der Gasdruck 1,33 Pa ist und eine Kurve L, für den Fall, daß der Gasdruck 2,66 Pa ist.

In diesem Fall beträgt der Abstand zwischen der Fangelektrode 1 und dem Substrat 18 30 mm. Insbesondere wenn der Ar-Gasdruck etwa 1,33 Pa und die Gleichspannung ungefähr 600 V betragen, wird Fe auf der Oberfläche des Substrats 18 bei einer Geschwindigkeit von 105 · 10-¹⁰ m/s abgelagert, und es wurde festgestellt, daß irgendeine Substanz der Tragplatte 2 nicht in der Ablagerung enthalten ist.

Die Fig.6 bis 8 zeigen einige modifizierte Ausführungsbeispiele, bei denen jeder enge Spalt 5 in einen Bereich abgewinkelt ist, der sich quer zu der Dickenausdehnung der Fangelektrode 1 aus einer ferromagnetischen Substanz erstreckt. In diesen Fällen kann jeder der engen Spalte 5 beispielsweise auf die Weise ausgebildet werden, daß ein drahtartiges Schneidwerkzeug 21 in eine Berührung unter Druck mit der Oberfläche der Fangelektrode ί gebracht wird, unter dieser Druckbedingung horizontal umgedreht wird, dann auf diese Weise graduell nach innen vorwärtsbewegt wird, bei einem bestimmten Schnitt-Tiefenpunkt nach links oder rechts bewegt wird und dann nach unten geführt wird, um einen Durchschnitt auszuführen. In einer derart entstandenen Anordnung prallen die Ionen gegen einen abgewinkelten Bereich 22 des engen Spaltes 5, und es wird dadurch verhindert, daß sie weiter in der Tiefe vordringen und austreten. Folglich wird die Tragplatte 2 niemals bestäubt.

Auf diese Weise wird die Vielzahl der engen Spalte, die einen Teil der Fangelektrode aus der ferromagnetischen Substanz darstellen, so ausgebildet, daß sie sich derart quer über die Dickenausdehnung dev Fangelektrode erstrecken, daß verhindert werden kann, daß die Tragplatte durch die Ionen, die in die engen Spalte eintreten, bestäubt wird. Da ein vergleichsweise starkes magnetisches Feld aus der Oberfläche der Fangelektrode heraus gestreut wird, kann die ferromagnetische Substanz bei einer hohen Geschwindigkeit auf der Oberfläche des Substrats abgelagert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung des Typs, bei dem eine Fangelektrode aus einer ferromagnetischen Substanz, die auf einem Kathodenpotential liegt, und ein Substrat in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer vorgesehen sind, wobei die Fangelektrode aus zumindest zwei separaten Segmenten aus einer ferromagnetischen Substanz zusammengesetzt ist, welche Segmente durch einen engen Spalt einen Abstand voneinander aufweisen, so daß ein magnetisches Feld, das von einer Magnetfelderzeugungseinrichtung erzeugt wird, die hinter der Fangelektrode angeordnet ist, nach außen über die Oberfläche der Fangelektrode streuen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Spalt (5) in einer Ausdehnung quer zu der Dickenausdehnung der Fangelektrode (1) aus der ferromagnetischen Substanz derart ausgebildet ist, daß Ionen, die in den engen Spalt (5) eindringen, gegen die innere Wandfläche des engen Spaltes (5) prallen.

2. Ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Spalt (5) derart geneigt ist, daß er sich über die Dickenausdehnung der Fangelektrode (1) aus der ferromagnetischen Substanz erstreckt.

3. Ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein querverlaufender enger Spalt derart abgewinkelt ist, daß er sich quer zu der Dickenausdehnung der Fangelektrode (1) erstreckt.

4. Ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangelektrode (1) aus der ferromagnetischen Substanz auf ihrer vorderen Fläche mit einem hügelförmigen Bereich, der über diese Fläche hervorsteht, ausgebildet ist.

5. Ferromagnetische Hochgeschwindigkeits-Katnodenzerstäubungs-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Spalt (5) in zwei geneigte, divergierende Spalte unterteilt ist.