DE4237517A1

DE4237517A1 - Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit elektrisch nichtleitenden Schichten

Info

Publication number: DE4237517A1
Application number: DE4237517A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Scherer; Wolfram Dr Maas; Joachim Dr Szczyrbowski
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-05-11
Also published as: JPH06212421A; US5399252A; JP2574636B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit elektrisch nichtleiten den Schichten von elektrisch leitfähigen Targets in reak tiver (z. B. oxidierender) Atmosphäre, bestehend aus einer Stromquelle, die mit zwei in einer evakuierbaren Beschichtungskammer angeordneten, jeweils Magnete auf weisende Kathoden elektrisch verbunden ist und die elek trisch mit den Targets zusammenwirken, die zerstäubt werden und deren abgestäubte Teilchen sich auf dem Sub strat niederschlagen, wobei zwei elektrisch voneinander und von der Sputterkammer getrennte Anoden angeordnet sind, die in einer Ebene zwischen den beiden Kathoden und dem Substrat vorgesehen sind, wobei zwischen den Kathoden und den beiden Anoden ein Gasentladungsplasma erzeugbar ist, um die zum Beschuß der an Wechselspannung liegenden Kathoden erforderlichen Ionen zu erzeugen.

Es ist bereits eine Zerstäubungseinrichtung zur Herstel lung dünner Schichten bekannt (DD 2 52 205), bestehend aus einem Magnetsystem und mindestens zwei darüber angeordne ten Elektroden aus dem zu zerstäubenden Material, wobei diese Elektroden elektrisch so gestaltet sind, daß sie wechselweise Kathode und Anode einer Gasentladung sind. Die Elektroden sind zu diesem Zwecke an eine sinusförmige Wechselspannung von vorzugsweise 50 Hz angeschlossen.

Diese bekannte Zerstäubungseinrichtung soll besonders für die Abscheidung dielektrischer Schichten durch reaktive Zerstäubung geeignet sein. Durch den Betrieb der Einrich tung mit etwa 50 Hz soll vermieden werden, daß es zur Flitterbildung an der Anode und im Falle von Metallbe schichtung zu elektrischen Kurzschlüssen (sogenannten Arcs) kommt.

Bei einer anderen bereits bekannten Vorrichtung zum Auf stäuben eines dünnen Films, bei der die Geschwindigkeit des Niederbringens von Schichten unterschiedlicher Mate rialien regelbar ist (DE 39 12 572), um so zu extrem dünnen Schichtpaketen zu gelangen, sind mindestens zwei unterschiedliche Arten von kathodenseitig vorgesehenen Gegenelektroden angeordnet.

Weiterhin ist eine Anordnung zum Abscheiden einer Metal legierung mit Hilfe von HF-Kathodenzerstäubung bekannt (DE 35 41 621), bei der abwechselnd zwei Targets ange steuert werden, wobei die Targets die Metallkomponenten der abzuscheidenden Metallegierung jedoch mit unter schiedlichen Anteilen enthalten. Die Substrate sind zu diesem Zweck auf einem Substratträger angeordnet, der von einer Antriebseinheit während des Zerstäubungsvorgangs in Rotation versetzt wird.

Durch eine vorveröffentlichte Druckschrift (DE 38 02 852) ist es außerdem bekannt, bei einer Einrichtung für die Beschichtung eines Substrats mit zwei Elektroden und wenigstens einem zu zerstäubenden Material das zu be schichtende Substrat zwischen den beiden Elektroden in einem räumlichen Abstand anzuordnen und die Wechselstrom- Halbwellen als niederfrequente Halbwellen mit im wesent lichen gleichen Amplituden zu wählen.

Gemäß einer anderen vorveröffentlichten Druckschrift (DE 22 43 708) ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Glimmentladung bekannt mit einer in einem Arbeitsgas angebrachten Elektrodenanordnung, an die eine Betriebs spannung angelegt wird, wobei ein Magnetfeld erzeugt wird, das zusammen mit der Elektrodenanordnung mindestens eine Falle zum Festhalten praktisch aller von der Elek trodenanordnung emittierten Elektronen ergibt, die eine zur Ionisierung des Arbeitsgases ausreichende Energie haben. Für dieses Verfahren findet eine Elektrodenanord nung Verwendung, bei der die Elektroden paarweise vorge sehen sind. Insbesondere beschreibt diese Druckschrift auch Hohlelektroden, in deren Innerem eine Glimmentladung erzeugbar ist, wobei die Elektroden als Rohrschalen aus gebildet sind.

Weiterhin sind ein Verfahren und eine Vorrichtung in einer älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung beschrieben (P 41 06 770.3) zum reaktiven Beschichten eines Substrats mit einem elektrisch isolierenden Werk stoff, beispielsweise mit Siliziumdioxid (SiO₂), beste hend aus einer Wechselstromquelle, die mit in einer Beschichtungskammer angeordneten Magnete einschließende Kathoden verbunden ist, die mit Targets zusammenwirken, wobei zwei erdfreie Ausgänge der Wechselstromquelle mit je einer ein Target tragenden Kathode verbunden sind, wobei beide Kathoden in der Beschichtungskammer neben einanderliegend in einem Plasmaraum vorgesehen sind und zum gegenüberliegenden Substrat jeweils etwa den gleichen räumlichen Abstand aufweisen. Der Effektivwert der Ent ladespannung wird dabei von einer über eine Leitung an die Kathode angeschlossenen Spannungseffektivwerterfas sung gemessen und als Gleichspannung einem Regler über eine Leitung zugeführt, der über ein Regelventil den Reaktivgasfluß vom Behälter in die Verteilerleitung so steuert, daß die gemessene Spannung mit einer Sollspan nung übereinstimmt.

Es ist auch eine Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrats in einer älteren, nicht vorveröffentlich ten Patentanmeldung beschrieben (P 41 36 655.7; Zusatz zu P 40 42 289.5), bei der eine elektrisch von der Vakuum kammer getrennte, als Magnetronkathode ausgebildete, aus zwei elektrisch voneinander getrennten Teilen bestehende Kathode, bei der der Targetgrundkörper mit Joch und Magneten als der eine Teil - unter Zwischenschaltung einer Kapazität - an den negativen Pol einer Gleich strom-Spannungsversorgung und das Target als der andere Teil über eine Leitung und unter Zwischenschaltung einer Drossel und einem dieser parallel liegenden Widerstand an die Stromversorgung angeschlossen ist und bei der das Target über eine weitere Kapazität mit dem Pluspol der Stromversorgung und mit der Anode verbunden ist, die ihrerseits - unter Zwischenschaltung eines Widerstands - auf Masse liegt, wobei in Reihe zur induktionsarmen Kapa zität eine Induktivität in die Zweigleitung zum Wider stand und zur Drossel eingeschaltet ist und der Wert für den Widerstand typischerweise zwischen 2 KΩ und 10 KΩ liegt.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Sub strats durch reaktive Kathodenzerstäubung bekannt (DAS 25 13 216), bei dem in einer evakuierbaren Kammer eine Anode und eine Zerstäubungskathode (Target) aus leitfähigem Material angeordnet sind, zwischen denen ein Gasentladungsplasma aufrechterhalten wird, um die zum Beschuß der an Wechselspannung liegenden Zerstäubungs elektrode erforderlichen Ionen zu erzeugen, bei dem die Kammer ein unter einem bestimmten Partialdruck stehendes reaktives Gas enthält, welches in Reaktion mit dem Tar getmaterial eine isolierende Verbindung bildet, bei dem ein Teil des Targets sich mit der bei der reaktiven Zer stäubung gebildeten isolierenden Schicht überzieht, während der übrige Bereich der Targetoberfläche durch Ionenbeschuß frei von der isolierenden Schicht bleibt, und bei dem eine Energiequelle mit Lichtbogenunter drückungsschaltung verwendet wird, wobei die an der Zer stäubungselektrode liegende Wechselspannung eine Frequenz aufweist, die größer als 400 Hz und kleiner als 60 000 Hz ist.

Schließlich ist eine planare Magnetronkathode bekannt (EP 0 413 354), die für einen reaktiven Gleichstrom- Sputterprozeß geeignet ist und bei der auf einer planen Rückenplatte ein oder mehrere Targets des zu sputternden Materials fest angeordnet sind, wobei beiderseits des sich während des Beschichtungsprozesses bildenden Erosi onsgrabens auf dem oder den Targets Masken aus elektrisch isolierendem Werkstoff, beispielsweise aus Glas, elek trisch floatend angeordnet, beispielsweise auf die ent sprechenden Partien der Targetoberfläche aufgeklebt sind, um ein Arcing dieser Partien zu vermeiden.

Auf einer zunächst metallisch blanken Oberfläche des Targets bildet sich erfahrungsgemäß eine dünne Schicht aus elektrisch isolierenden Oxiden des Targetwerkstoffs aus, die dann die Ursache für das Arcing darstellen. Sind diese Partien von vornherein mit Masken aus einem Nicht leiter abgedeckt, dann finden in den abgedeckten Partien auch keine Spannungsdurchschläge statt, da die auf gekleb ten Masken - verglichen mit abgelagerten Schichten - aus beispielsweise einem Oxid des Targetwerkstoffs ungleich dicker sind und dadurch solche Durchbrüche verhindern.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrun de, eine Vorrichtung zu schaffen, die einerseits die während des Beschichtungsprozesses mittels Magnetron- Sputterquelle in reaktiver Atmosphäre auftretenden Arcs in einer frühen Phase des Prozesses, in der die Neigung zur Bildung eines Arcs zunimmt, erkennt und entgegenwirkt und die andererseits vermeidet, daß insbesondere bei kritischen Sputtermaterialien (z. B. Silizium) überhaupt Substratbeschädigungen infolge von Flitterbildung oder abspritzenden Materialteilchen auftreten können.

Schließlich soll die Vorrichtung so gestaltet sein, daß die Besonderheiten von Anlagen extremer Größe keinen negativen Effekt auf die Langzeitstabilität des Verfah rens und die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit der Vorrichtung haben können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vor richtung gelöst, bestehend aus einer Stromquelle, die mit zwei in einer evakuierbaren Beschichtungskammer angeord neten, jeweils Magnete aufweisende Kathoden elektrisch verbunden ist, die elektrisch mit den Targets zusammen wirken, die zerstäubt werden und deren abgestäubte Teil chen sich auf dem Substrat niederschlagen, wobei zwei elektrisch voneinander und von der Sputterkammer getrenn te Anoden angeordnet sind, die in einer Ebene zwischen den Kathoden und dem Substrat vorgesehen sind, wobei zwischen den beiden Kathoden und den beiden Anoden ein Gasentladungsplasma erzeugbar ist, um die zum Beschuß der an einer Wechselspannung mit einer Frequenz, die größer als 40 Hz und kleiner als 60 000 Hz ist, liegenden Katho den erforderlichen Ionen zu erzeugen, wozu die beiden Ausgänge der Sekundärwicklung eines mit einem Mittelfre quenzgenerator verbundenen Transformators jeweils an eine Kathode über Versorgungsleitungen angeschlossen sind und die erste und die zweite Versorgungsleitung über eine Zweigleitung untereinander verbunden sind, in die ein Schwingkreis eingeschaltet ist und wobei - jeweils paral lel den Erosionsbereichen der Targets - Leisten oder Zuschnitte aus dünnwandigen Profilmaterialien oder Ble chen angeordnet sind, die aus einem vom Targetmaterial verschiedenen Werkstoff, vorzugsweise aus hochschmelzen dem Edelstahl oder einer Keramik, gebildet sind, wobei die Leisten oder Zuschnitte mit der Targetgrundplatte und/oder dem Magnetjoch verbunden oder von dieser gehal ten sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit Vorteil jede der beiden Versorgungsleitungen jeweils sowohl über ein das Gleichspannungspotential gegenüber Erde einstel lendes erstes Netzwerk mit der Beschichtungskammer als auch über ein entsprechendes zweites Netzwerk mit der jeweiligen Anode verbunden.

Zweckmäßigerweise ist dabei jede der beiden Versorgungs leitungen jeweils sowohl über ein das Gleichspannungs potential gegenüber Erde einstellendes erstes elektri sches Glied mit der Beschichtungskammer als auch über ein entsprechendes zweites elektrisches Glied mit der jewei ligen Anode und über jeweils eine Zweigleitung - unter Zwischenschaltung eines Kondensators - mit der Beschich tungskammer verbunden, wobei zur Dämpfung von Überströmen eine Drossel in die erste Verbindungsleitung vom Anschluß der Sekundärwicklung zur Kathode zwischen dem Schwing kreis und dem Wicklungsanschluß eingeschaltet ist.

Es kommt also darauf an, die Kathoden "weich" zu zünden, was mit Hilfe einer Drossel geschehen kann, die zwischen dem Transformator und dem Mittelfrequenzgenerator einge schaltet ist. Weiterhin ist eine Umschwinganordnung zwi schen den Kathoden vorgesehen, die durch ein Arc zum Schwingen angeregt werden kann und die den Arc beim Umschwingen löscht. Die Eigenresonanz des Schwingkreises muß dabei ein Vielfaches der Arbeitsfrequenz der Anord nung sein.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög lichkeiten zu, die beispielsweise in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt sind, und zwar zeigen:

Fig. 1 das Schaltschema einer Zweikathodenanord nung,

Fig. 2 das Schaltschema einer alternativen Aus führungsform der Zweikathodenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt durch eine Kathode,

Fig. 4 den Schnitt durch eine alternative Aus führungsform der Kathode und

Fig. 5 den Schnitt durch eine dritte Ausführungs form der Kathode.

Gemäß Fig. 1 werden in der Beschichtungskammer 15 zwei Kathoden 1, 2 von dem Mittelfrequenzgenerator 13 mit sinusförmigem Wechselstrom der Frequenz von 40 kHz so gespeist, daß die Kathoden abwechselnd den Minus- und den Pluspol der Sputterentladung darstellen.

In der Beschichtungskammer 15 sind die beiden Magnetron kathoden 1, 2 so benachbart angeordnet, daß zwischen den beiden Kathoden ein Plasma gezündet werden kann. Dabei werden die Kathoden so orientiert, daß die Oberflächen der auf den Kathoden angeordneten Targets 3, 4 in einer Ebene und parallel zur Ebene des Substrats 7 liegen oder unter einem Winkel zueinander und zur Substratebene ange ordnet sind.

Zwischen den Targets 3, 4 und der Substratebene ist ein Abstand A eingehalten. In diesem Zwischenraum sind die Elektroden 5, 6 angeordnet, die über die elektrischen Netzwerke 8 und 9 mit den Kathoden 1 bzw. 2 in den Punk ten 10 bzw. 11 verbunden sind.

In den Verbindungspunkten 10 bzw. 11 der Versorgungslei tungen 20, 21 sind die Kathoden 1 bzw. 2 außerdem mit jeweils einem Anschluß 12a, 12b der Sekundärwicklung des Transformators 12 verbunden. Dieser Transformator 12 erhält seine Energie aus dem Mittelfrequenzgenerator 13, in dem eine Ausgangsklemme 26 dieses Mittelfrequenzgene rators 13 mit einem Anschluß der Drosselspule 14, die andere Ausgangsklemme 23 des Mittelfrequenzgenerators 13 mit einem Anschluß 12c der Primärwicklung des Transfor mators 12 und der andere Anschluß 12d der Primärwicklung des Transformators 12 mit dem zweiten Anschluß der Dros selspule 14 verbunden sind.

Die Verbindungspunkte 10 bzw. 11 sind außerdem noch an die Netzwerke 16 bzw. 17 angeschlossen. Der jeweils zweite Anschluß 24, 25 der Netzwerke 16, 17 ist mit der Beschichtungskammer 15 verbunden. An den Verknüpfungs punkt 10 ist der eine Anschluß einer Spule 19 angeschlos sen, deren zweiter Anschluß mit einem Anschluß des Kon densators 18 verbunden ist. Der zweite Anschluß des Kon densators ist mit Verknüpfungspunkt 11 über die Zweiglei tung 22 verbunden.

Die Netzwerke 8, 9 und 16, 17 bestehen aus Reihenschal tungen von Dioden, Widerständen und Kondensatoren und stellen insgesamt das Gleichspannungspotential gegenüber der Erde (Masse) ein.

In der vorstehend beschriebenen Anordnung erzeugt der Mittelfrequenzgenerator 13 eine sinusförmige Wechselspan nung, die mit dem Transformator 12 so hochgespannt wird, daß der Spannungsbereich an die Arbeitsspannung der Magnetronkathode 1, 2 angepaßt ist. Die beschriebene Schaltung Kathode 1, Transformator 12 zu Kathode 2 impli ziert, daß zwischen den beiden Kathoden eine galvanische Verbindung besteht, in die über den Transformator 12 die Wechselspannung induziert wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß zum einen Zeitpunkt die Kathode 1 den Minuspol, d. h. den sputternden Teil der Entladung, und Kathode 2 den Pluspol der Entladung bilden. Zu einem anderen Zeitpunkt bildet die Kathode 1 den Pluspol der Entladung, und Kathode 2 ist der Minuspol und sputtert damit.

Die Frequenz der Mittelfrequenzspannung wird so niedrig gewählt, daß die Plasmaentladung bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung verlischt. Sie zündet in jeder Halb welle der Wechselspannung neu, sobald die Spannung am Transformator 12 genügend angestiegen ist.

Dieses Wechselspiel sorgt dafür, daß die Entladung immer eine durch das Absputtern blanke Oberfläche als Pluspol findet. Die Wechselfrequenz muß so hoch gewählt werden, daß die Belegung der Bereiche neben den Erosionsgräben vermieden wird.

Da der physikalische Mechanismus identisch zum Gleich spannungssputtern ist, treten natürlich auch Arcs auf. Aber die Entstehung eines Arcs ist neben den Bedingungen an der Targetoberfläche auch an Zeit, Strom- und Poten tialbedingungen geknüpft (man wählt daher die Wechselfre quenz so hoch, daß die Polarität schon wieder wechselt, bevor sich der Arc ausbilden konnte). Die Drossel 14 bewirkt eine Verzögerung im Stromanstieg sowohl beim Zünden als auch bei der Ausbildung der Arcs. Der aus der Spule 19 und dem Kondensator 18 gebildete Schwingkreis ist auf eine Frequenz eingestellt, die wesentlich höher ist als die Arbeitsfrequenz - etwa das 50fache. Sollte sich ein Arc ausbilden, schwingt dieser Schwingkreis an und verursacht einen zusätzlichen Wechsel in der Polari tät der Kathoden 1, 2, so daß der Arc sofort verschwin det. Die Netzwerke 8, 9 bzw. 16, 17 sorgen dafür, daß die Potentiale der Elektroden 5, 6 und der Beschichtungskam mer 15 so gehalten werden, daß geringe Feldstärken in der Kammer 15 auftreten und damit die Arc-Bildung ebenfalls verzögern. Die praktische Arc-Freiheit wird nun durch die Kombination dieser Maßnahmen erreicht: 2 galvanisch ver bundene Kathoden der weiter unten beschriebenen Bauart, Frequenz, Drossel, Netzwerke für Potentialeinstellung.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 werden in der Beschichtungskammer 15 zwei Kathoden 1, 2 von dem Mittelfrequenzgenerator 13 mit sinusförmigem Wechselstrom der Frequenz von 40 kHz so gespeist, daß die Kathoden abwechselnd den Minus- und den Pluspol der Sputterentla dung darstellen.

Im Zwischenraum A sind die Elektroden 5, 6 angeordnet, die über ein jeweils aus einem Kondensator 28 bzw. 29 und einer Diode 34 bzw. 35 bestehendes elektrisches Glied mit den Kathoden 1 bzw. 2 in den Punkten 10 bzw. 11 verbunden sind.

In den Verbindungspunkten 10 bzw. 11 der Versorgungslei tungen 20, 21 sind die Kathoden 1 bzw. 2 außerdem mit jeweils einem Anschluß 12a, 12b der Sekundärwicklung des Transformators 12 verbunden, wobei in die Verbindungslei tung vom Punkt 12 zum Anschluß 12a noch eine Drosselspule 27 eingeschaltet ist. Dieser Transformator 12 erhält seine Energie aus dem Mittelfrequenzgenerator 13, in dem eine Ausgangsklemme 23 dieses Mittelfrequenzgenerators 13 mit einem Anschluß 12c der Primärwicklung des Transforma tors 12 und der andere Anschluß 12d der Primärwicklung des Transformators 12 mit dem zweiten Anschluß 26 des Generators 13 verbunden ist.

Die Verbindungspunkte 10 bzw. 11 sind außerdem noch an die Dioden 30 bzw. 31 angeschlossen, denen jeweils noch ein Widerstand 32 bzw. 33 nachgeschaltet ist. Die Wider stände 32 bzw. 33 sind jeweils mit der Beschichtungskam mer 15 verbunden. An den Verknüpfungspunkt 10 ist der eine Anschluß einer Spule 19 angeschlossen, deren zweiter Anschluß mit einem Anschluß des Kondensators 18 verbunden ist. Der zweite Anschluß des Kondensators ist mit Ver knüpfungspunkt 11 über die Zweigleitung 22 verbunden.

Die jeweils aus einem Widerstand 32 bzw. 33 und einer Diode 30 bzw. 31 gebildeten elektrischen Glieder stellen insgesamt das Gleichspannungspotential gegenüber der Erde (Masse) ein. Es sei noch erwähnt, daß die elektrischen Glieder 28, 34 bzw. 29, 35 über Zweigleitungen 38, 39, in die jeweils Kondensatoren 36, 37 eingeschaltet sind, mit der Kammer 15 verbunden sind.

In der Anordnung gemäß Fig. 2 erzeugt der Mittelfre quenzgenerator 13 eine sinusförmige Wechselspannung, die mit dem Transformator 12 so hochgespannt wird, daß der Spannungsbereich an die Arbeitsspannung der Magnetron kathoden 1, 2 angepaßt ist. Die beschriebene Schaltung Kathode 1, Transformator 12 zu Kathode 2 impliziert, daß zwischen den beiden Kathoden eine galvanische Verbindung besteht, in die über den Transformator 12 die Wechsel spannung induziert wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß zu einem Zeitpunkt die Kathode 1 den Minus pol, d. h. den sputternden Teil der Entladung, und Katho de 2 den Pluspol der Entladung bilden. Zu einem anderen Zeitpunkt bildet die Kathode 1 den Pluspol der Entladung, und Kathode 2 ist der Minuspol und sputtert damit.

Die Frequenz der Mittelfrequenzspannung wird wiederum so niedrig gewählt, daß die Plasmaentladung bei jedem Null durchgang der Wechselspannung verlischt und in jeder Halbwelle der Wechselspannung neu zündet, sobald die Spannung am Transformator 12 genügend angestiegen ist.

Die Drossel 27 bewirkt eine Verzögerung im Stromanstieg sowohl beim Zünden als auch bei der Ausbildung der Arcs. Der aus der Spule 19 und dem Kondensator 18 gebildete Schwingkreis ist auf eine Frequenz eingestellt, die wesentlich höher ist als die Arbeitsfrequenz - etwa das 50fache. Sollte sich ein Arc ausbilden, schwingt dieser Schwingkreis an und verursacht einen zusätzlichen Wechsel in der Polarität der Kathoden, so daß der Arc sofort verschwindet. Die elektrischen Glieder 28, 34 bzw. 29, 35 sorgen dafür, daß die Potentiale der Elektroden 5, 6 und der Beschichtungskammer 15 so gehalten werden, daß gerin ge Feldstärken in der Kammer 15 auftreten und damit die Arc-Bildung ebenfalls verzögern. Die praktische Arc- Freiheit wird nun durch die Kombination folgender Maßnah men erreicht: Zwei galvanisch verbundene Kathoden 1, 2, Schwingkreis 18, 19, Drossel 27, elektrische Glieder 28, 34 bzw. 29, 35 und 30, 32 bzw. 31, 33 für die Potential einstellung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kathoden 1, 2 sind in den Fig. 3 bis 5 vergrößert und im Längs schnitt näher beschrieben, wobei die Einzelteile selbst in diesen vergrößerten Darstellungen mit abweichenden Ziffern benannt sind.

Wie Fig. 3 zeigt, bestehen die Kathoden 1, 2 jeweils aus einem Magnetjoch 54 mit den auf diesem angeordneten Per manentmagneten 45, 45′, 45′′, einer Targetgrundplatte 52, dem ein ringförmig geschlossenes Oval bildenden Target 43, 43′ (z. B. aus leitfähigem Si) und den Leisten 46, 47, 48 aus hochschmelzendem Werkstoff, die jeweils das Target 43, 43′ einrahmen.

Die außenliegenden Leisten 46, 48 sind mit Hilfe von Schrauben 56, 57 auf dem Magnetjoch 54 befestigt, und die mittlere Leiste 47 ist mit Hilfe einer Schraube 58 auf der Targetgrundplatte 52 fest angeordnet.

Während des Betriebs der Vorrichtung bleiben die Erosi onszonen B, B′ des Si-Targets 43, 43′ blank, während die beispielsweise aus Edelstahl gebildeten Leisten 46, 47, 48 mit einer sehr dünnen Schicht aus SiO₂ belegt werden.

Die Gefahr einer Substratverunreinigung infolge eines Arcs ist jedoch vollständig gebannt, da die oben be schriebene Schaltung solche Arcs nahezu vollständig eli miniert. Für den Fall, daß dennoch ein - wenn auch nie derenergetischer - Arc auftreten sollte, kommt es zu keiner Flitter- oder Spratzbildung, da der Leistenwerk stoff extrem hochschmelzend ist und deshalb nicht die Gefahr besteht, daß Teilchen aus dem Leistenwerkstoff aufgeschmolzen werden und auf dem Substrat Pin-holes bilden.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die das Target 43, 43′ einrahmenden Leisten 46, 47, 48 einen sehr schmalen Abstand zum Target 43, 43′ aufweisen, sind die Leisten 49, 50, 51 so ausgeformt, daß sie jeweils mit einer dem Substrat 7 zugekehrten Kante das Target 44, 44′ übergreifen und dieses fest auf die Targetgrundplatte 53 ziehen. Im übrigen gleicht die Wirkungsweise den Leisten 49, 50, 51 nach Fig. 3.

Die das Target einrahmenden Leisten können aber auch als Blechzuschnitte 65, 66, 67 ausgebildet sein (Fig. 5), die nach Art von Masken das Target 61, 61′ teilweise mit Abstand übergreifen und im übrigen gegenüber der Target grundplatte 59 mit Hilfe von Distanzstücken 62, 63, 64 elektrisch isoliert angeordnet sind. In einem solchen Falle können keinerlei Arcs auftreten, wenn die Blechzu schnitte über einen Leiter 68 darüber hinaus elektrisch auch noch auf Masse-Potential gelegt sind.

Bezugszeichenliste

1 Kathode
2 Kathode
3 Target
4 Target
5 Anode, Elektrode
6 Anode, Elektrode
7 Substrat
8 elektrisches Netzwerk
9 elektrisches Netzwerk
10 Verbindungspunkt, Verknüpfungspunkt
11 Verbindungspunkt, Verknüpfungspunkt
12 Transformator
12a, 12b Anschlußklemmen
12c, 12d Anschlußklemmen
13 Mittelfrequenzgenerator
14 Drosselspule
15 Beschichtungskammer
16 Netzwerk
17 Netzwerk
18 Kondensator
19 Spule
20 Versorgungsleitung
21 Versorgungsleitung
22 Zweigleitung
23 Ausgangsklemme
24 Anschluß
25 Anschluß
26 Ausgangsklemme
27 Drosselspule
28 Kondensator
29 Kondensator
30 Diode
31 Diode
32 Widerstand
33 Widerstand
34 Diode
35 Diode
36 Kondensator
37 Kondensator
38 Zweigleitung
39 Zweigleitung
40 Verbindungsleitung
41 Verbindungsleitung
43, 42′ Target
44, 44′ Target
45, 45′ 45′′ Magnet
46 Leiste
47 Leiste
48 Leiste
49 Leiste
50 Leiste
51 Leiste
52 Targetgrundplatte
53 Targetgrundplatte
54 Magnetjoch
55 Magnetjoch
56 Schraube
57 Schraube
58 Schraube
59 Targetgrundplatte
60 Magnetjoch
61, 61′ Target
62 Distanzstück, Zwischenstück
63 Distanzstück, Zwischenstück
64 Distanzstück, Zwischenstück
65 Blechzuschnitt
66 Blechzuschnitt
67 Blechzuschnitt
68 elektrischer Leiter
69 Vorsprung, Randteil
70 Vorsprung, Randteil
71 Vorsprung, Randteil
72 Vorsprung, Randteil

Claims

1. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats (7), insbesondere mit nichtleitenden Schichten, von elek trisch leitfähigen Targets (3, 4 bzw. 43, 43′ und 44, 44′ und 61, 61′) in reaktiver Atmosphäre,

- bestehend aus einer Stromquelle (12, 13, 14), die mit zwei in einer evakuierbaren Beschich tungskammer (15) angeordneten, jeweils Magnete (45, 45′, 45′′) aufweisende Kathoden (1, 2) elektrisch verbunden ist, die elektrisch mit den Targets (3, 4 bzw. 43, 43′ und 44, 44′ und 61, 61′) zusammenwirken, die zerstäubt werden und deren abgestäubte Teilchen sich auf dem Substrat (7) niederschlagen,
- wobei elektrisch voneinander und von der Sput terkammer (15) getrennte Anoden (5, 6) angeord net sind, die in einer Ebene zwischen den Kathoden (1, 2) und dem Substrat (7) vorgesehen sind,
- wobei zwischen den beiden Kathoden (1, 2) und den beiden Anoden (5, 6) ein Gasentladungsplas ma erzeugbar ist, um die zum Beschuß der an einer Wechselspannung mit einer Frequenz, die größer als 40 Hz und kleiner als 60 000 Hz ist, liegenden Kathoden (1, 2) erforderlichen Ionen zu erzeugen,
- wozu die beiden Ausgänge (12a, 12b) der Sekun därwicklung eines mit einem Mittelfrequenzgene rator (13) verbundenen Transformators (12) jeweils an eine Kathode (1 bzw. 2) über Versor gungsleitungen (20, 21) angeschlossen sind
- und die erste und die zweite Versorgungsleitung (20, 21) über eine Zweigleitung (22) unterein ander verbunden sind, in die ein Schwingkreis eingeschaltet ist, und
- wobei jeweils parallel zu den Erosionsbereichen (B, B′ bzw. C, C′ bzw. D, D′) der Targets (3, 4 bzw. 43, 43′ und 44, 44′ und 61, 61′) Leisten (46, 47, 48 bzw. 49, 50, 51) oder Zuschnitte (65, 66, 67) aus Profilmaterialien oder Blechen angeordnet sind, die aus einem vom Targetmate rial verschiedenen Werkstoff, vorzugsweise aus hochschmelzendem Edelstahl oder einer Keramik, gebildet sind,
- wobei die Leisten (46, 47, 48 bzw. 49, 50, 51) oder Zuschnitte (65, 66, 67) mit der Target grundplatte (52, 53, 59) und/oder dem Magnet joch (54, 55, 60) verbunden oder von dieser gehalten sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (61, 61′) so bemessen ist, daß seine ganze dem Substrat (7) zugekehrte, ein ringförmiges geschlossenes Oval bildenden Fläche während des Sputtervorgangs den Erosionsbereich (D, D′) bildet, wobei die Randbereiche dieser Targetfläche von Blechzuschnitten (65, 66, 67) umrahmt sind, die die Ränder des Erosionsbereichs (D, D′) mit Abstand übergreifen und jeweils von elektrisch isolierenden Zwischenstücken (62, 63, 64) auf der Targetgrund platte (59) gehalten und über elektrische Leiter (68) mit Masse verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (43, 43′) so bemessen ist, daß seine ganze dem Substrat (7) zugekehrte, ein ringförmig geschlossenes Oval bildende Fläche während des Sput tervorgangs den Erosionsbereich (B, B′) bildet, wobei die Randbereiche des Targets (43, 43′) von Leisten (46, 47, 48) aus einem hochschmelzenden Werkstoff umrahmt sind, die mit der Targetgrund platte (52) und/oder dem Magnetjoch (54) fest ver bunden, vorzugsweise verschraubt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (44, 44′) so bemessen ist, daß seine ganze dem Substrat (7) zugekehrte, ein ringförmig geschlossenes Oval bildende Fläche während des Sputtervorgangs den Erosionsbereich (C, C′) bildet, wobei die Randbereiche des Targets (44, 44′) von Leisten (49, 50, 51) aus einem hochschmelzenden Werkstoff umrahmt sind, die mit der Target grundplatte (53) und/oder dem Magnetjoch (55) fest verbunden sind und deren jeweils dem Target (44, 44′) zugekehrten oberen Kanten ein vorspringendes Randteil (69, 70 bzw. 71, 72) aufweisen, mit dem die Leiste (49, 50, 51) auf dem Target (44, 44′) auf liegen und diese damit gegen die Targetgrundplatte (53) pressen.