DE4412541A1 - Gaseinlassanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten in einem Vakuumrezipien­ ten, wie insbesondere mittels physikalischer oder chemischer Beschichtungsverfahren oder mittels Ätz­ verfahren, gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1, eine Anlage zum Zerstäuben oder Verdampfen gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 8, eine Kathodenzerstäu­ bungsanlage mit einem als Magnetron betriebenen Tar­ get gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 9 sowie ein Verfahren zum gleichmäßigen Behandeln von Substraten gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 15.

Beim Behandeln von Substraten, wie insbesondere beim Beschichten beispielsweise im Hochvakuum, kann es von größter Wichtigkeit sein, daß die Behandlung bzw. die Beschichtung verteilt über die gesamte Oberfläche gleichmäßig bzw. homogen erfolgt. Insbesondere in Fällen, wo mittels Arbeitsgasen oder Reaktivgasen ge­ arbeitet wird, hat es sich gezeigt, daß das Gasein­ laßsystem eine empfindliche Komponente darstellt in bezug auf den vorab geschilderten Sachverhalt.

Im besonderen in der Ätz- und Beschichtungstechnik unter Verwendung von sogenannten Plasmen, wie bei­ spielsweise bei Kathodenzerstäubung in einem Rezi­ pienten, ergeben sich bei nicht homogenen Gaspartial­ drücken der Arbeits- bzw. Reaktivgase inhomogene Oberflächen bzw. Schichtverteilung auf einem zu be­ handelnden Substrat in bezug auf Schichtdicke, Schichteigenschaften, wie Brechungsindex, Extink­ tionskoeffizient, Schichtspannung, Zusammensetzung etc.

Zur Lösung dieser Problematik sind diverse Ansätze bekannt. Zum einen wird vorgeschlagen, mittels soge­ nannter Getterflächen und Blenden einerseits unter­ schiedliche Partialdrücke auszugleichen und ander­ seits ein sogenanntes "Vergiften" des Targets durch das am Substrat für ein reaktives Abscheiden benötig­ te Gas zu verhindern.

So wird in der EP-A-0 347 567 die Verwendung einer Blende mit Zwischenraum zwischen Target und Substrat vorgeschlagen, wobei die Gase in diesen Zwischenraum zugeführt werden.

In S. Maniv et al., J.Vac.Sci.Technol. 18(2), 195, 1981, wird vorgeschlagen, zwischen Target und Sub­ strat eine Abschirmung mit Durchlaß anzuordnen und ein Reaktivgas durch ein Leitungssystem zuzuführen, welches diese Durchlaßöffnung umgibt, wobei die Aus­ trittsöffnungen dieses Leitungssystems gegen das Sub­ strat hin gerichtet sind.

In Schiller et al., Thin Solid Films, 64, 455, 1979, sind im Bereich des Targets sogenannte Getteroberflä­ chen vorgesehen, um ein "Vergiften" der Targetober­ fläche mit dem Reaktivgas, welches nahe zur Substrat­ oberfläche zugeführt wird, zu verhindern. Diese Get­ teroberflächen absorbieren das Reaktivgas, wie bei­ spielsweise Sauerstoff. Nahe der Targetoberfläche wird zudem ein inertes Arbeitsgas zugeführt, um das Reaktivgas vom Target fernzuhalten.

Weiter vorgeschlagen wird, daß eine Gaseinlaßanord­ nung ein Puffervolumen besitzt, an welchem mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen sind, wobei das Puffer­ volumen wesentlich größer ausgebildet ist als durch die Gaseinlaßanordnung bewirkte Amplituden von För­ dervolumenpulsationen. In der Regel sind derartige Puffervolumen längs ausgedehnte Pufferkammern mit in Längsrichtung weitgehendst gleich voneinander beab­ standeten Austrittsöffnungen. Das Problem bei derar­ tigen Pufferkammern, auch Rohrgasduschen genannt, be­ steht darin, daß es kaum möglich ist, den Gasdurch­ laß an allen Austrittsöffnungen zu steuern, da die­ ser stark von der Strömungsart in der Pufferkammer abhängig ist. Wohl ist es möglich, in derartigen Pufferkammern, Blenden oder andere Strömungswider­ stände anzuordnen, jedoch ist die Berechnung derarti­ ger Konstruktionen äußerst kompliziert.

Auch in der DE-OS-33 31 707 werden spezielle Maßnahmen beschrieben, die auf eine Entkoppelung der Ein­ wirkung des Reaktivgases auf das Target bzw. das Sub­ strat abzielen.

Schlußendlich wird in der US-A-4 931 158 sogar eine zweite Entladung (Hilfsplasma) in Substratnähe vorge­ schlagen. Wiederum wird ein Arbeitsgas nahe zum Tar­ get eingeführt und ein Reaktivgas nahe dem Substrat. Mittels eines Gitters werden die beiden Plasmen von­ einander getrennt.

Nachteilig bei all diesen Maßnahmen ist, daß die Beschichtungsraten relativ niedrig sind und zudem nach wie vor die Gefahr besteht von örtlich unglei­ chen Gaszusammensetzungen oder örtlich ungleichen Gasflusses, womit die eingangs geforderte Homogenität beispielsweise einer Beschichtung nach wie vor nicht gewährleistet ist. Auch können durch unterschiedliche Gaszusammensetzungen bzw. unterschiedliche Gasparti­ aldrücke kleine Bogenentladungen am Target auftreten.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine reproduzierbare, homogene Gasverteilung entlang eines Targets oder entlang eines Substrates zu ge­ währleisten, um einerseits die gewünschte Homogenität bei der Behandlung eines Substrates zu gewährleisten und anderseits eine möglichst hohe Wirtschaftlichkeit des Behandlungsprozesses.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mittels einer Vorrichtung gemäß dem Wortlaut wie insbesonde­ re nach Anspruch 1 gelöst.

Vorgeschlagen wird, daß zum Behandeln von Substraten in einem Rezipienten, wie insbesondere mittels physikali­ scher oder chemischer Beschichtungsverfahren oder mittels Ätzverfahren mit mindestens einem Target, das eine Fläche aufweist mit zu zerstäubendem bzw. zu verdampfendem Mate­ rial, eine Gaseinlaßanordnung mit mehreren Gasaustritts­ öffnungen für den Einlaß eines Arbeits- und/oder eines an der Behandlung reaktiv teilnehmenden Gases in den Re­ zipienten vorzusehen ist, welche Öffnungen über ein Lei­ tungssystem mit mindestens einer Gasquelle mit gegebenem Gasdruck verbunden sind. Dabei ist es wesentlich, daß die Widerstandsbeiwerte der Austrittsöffnungen bezüglich der Stellen im Leitungssystem mit dem gegebenen Gasdruck so bemessen sind, daß an jeder Austrittsöffnung ein ge­ steuerter Gasfluß in den Rezipienten austritt.

Aufgrund dieses steuerbaren Gasflusses an jeder Stel­ le des Leitungssystems ist es möglich, auf die Gas­ verteilung im Rezipienten Einfluß zu nehmen und die­ se, wie gefordert, möglichst homogen auszubilden.

Mittels der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird es möglich, ein Reaktivgas präzis dosiert und/ oder verteilt am Target einzuführen, und zwar unmit­ telbar am Target, währenddem im Gegensatz dazu im Stand der Technik gelehrt wird, die Reaktivgase vom Target fernzuhalten.

Zum einen ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöff­ nungen der Gaseinlaßanordnung in bezug auf minde­ stens ein Target bzw. eine Materialquelle und/oder ein oder mehrere Substrate weitgehendst gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Damit wird verhindert, daß örtlich eine erhöhte Konzentration des zugeführten Gases bewirkt wird.

Zum andern ist es vorteilhaft, wenn das Leitungssy­ stem dergestalt ausgelegt ist bzw. die Widerstands­ beiwerte der einzelnen Austrittsöffnungen wenigstens nahezu gleich sind, so daß durch jede Austrittsöff­ nung pro Zeiteinheit wenigstens nahezu dieselbe Menge Gas in den Rezipienten austritt. Auch diese Maßnahme führt letztlich dazu, daß im Rezipienten, sei dies nahe am Target oder nahe bei einem oder mehreren Sub­ straten, eine weitgehendst gleichmäßige Gasvertei­ lung gewährleistet ist.

Damit die einzelnen Widerstandsbeiwerte der jeweili­ gen Austrittsöffnungen wenigstens nahezu gleich sind, wird gemäß einer Ausführungsvariante vorgeschlagen, daß die einzelnen Weglängen von der Gasquelle zu den Austrittsöffnungen im wesentlichen gleich lang sind und die Querschnittsflächen der einzelnen Austritts­ öffnungen im wesentlichen gleich groß ausgebildet sind. Um diese Forderung zu erfüllen, ist es bei­ spielsweise möglich, daß von der Gasquelle zu jeder Gasaustrittsöffnung eine getrennte Transportleitung angeordnet ist mit im wesentlichen gleichem Durchmes­ ser und gleicher Weglänge.

Es ist aber auch möglich, daß die Verbindung von der Gasquelle zu den Gasaustrittsöffnungen analog dem Sy­ stem eines sogenannten binären Baumes ausgebildet ist, indem von der Gasquelle bzw. von jeder Verzwei­ gung im Leitungssystem gleich beabstandet zwei nach­ geschaltete bzw. nachfolgende Verzweigungen gespiesen werden, welche ihrerseits gegebenenfalls je zwei nachgeschaltete Verzweigungen bzw. gegebenenfalls Austrittsöffnungen speisen.

Grundsätzlich lehrt die Erfindung, daß der Gasein­ laß in einen Vakuumrezipienten entweder über die Länge der Zuleitung oder über den Querschnitt der Auslaßöffnung oder mittels beider Maßnahmen ein­ stellbar bzw. reproduzierbar einstellbar ist.

Falls mehrere Gase in den Rezipienten einzuführen sind, wie beispielsweise einerseits nahe dem Target und anderseits nahe einem oder mehreren Substraten, ist es vorteilhaft, pro einzuleitendes Arbeits- oder Reaktivgas eine Gaseinlaßanordnung in bezug auf das Target und das oder die Substrate anzuordnen, wobei die jeweiligen Gaseinlaßanordnungen, wie vorab be­ schrieben, erfindungsgemäß ausgebildet sind.

Die vorab erfindungsgemäß definierte Vorrichtung bzw. Gaseinlaßanordnung eignet sich insbesondere für eine Anlage zum Zerstäuben oder Verdampfen mit minde­ stens einem Target, welches eine Fläche mit zu ver­ dampfendem bzw. zu zerstäubendem Material aufweist.

Als beispielsweise ausgebildete Anlage sei eine Ka­ thodenzerstäubungsanlage erwähnt mit einem als Magne­ tron betriebenen Target und einer das Magnetron bzw. die Kathode wenigstens teilweise umgebenden bzw. ein­ fassenden Gaseinlaßanordnung, wobei vorzugsweise die Austrittsöffnungen weitgehendst gleichmäßig in bezug auf das Magnetron verteilt angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante einer derarti­ gen Kathodenzerstäubungsanlage wird vorgeschlagen, daß die Gaseinlaßanordnung in einem die Kathode um­ gebenden Anodenrahmen des Magnetrons integriert ange­ ordnet ist und somit selbst Teil der Anode ist. Da­ durch kann die Entladung gezielt auf die Austritts­ öffnungen gezogen werden, um eine effiziente Anregung des Reaktivgases zu erhalten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist es mög­ lich, die Gaseinlaßanordnung elektrisch isoliert zu betreiben oder auch zur Bildung eines weiteren Entla­ dungskreises auf Spannung bzw. auf Masse zu legen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kathodenzerstäubungsanlage wird das Magnetron durch das Target, einen Anodenrahmen und die im Anodenrahmen integriert angeordneten Gas­ austrittsöffnungen gebildet, welcher Anodenrahmen vorzugsweise wassergekühlt ist und gegebenenfalls so weit über den Targetrand hineingezogen ausgebildet ist, damit die Austrittsöffnungen auf den Erosions­ graben des Targets gerichtet sind, wobei vorzugsweise der Dunkelfeldabstand überall gleich ausgebildet ist.

Zusätzlich zur Gaseinlaßanordnung, integriert ange­ ordnet in einem Anodenrahmen, ist es selbstverständ­ lich möglich, weitere Gaseinlaßanordnungen vorzuse­ hen, welche beispielsweise vorgesehen sind für das Einführen eines Reaktivgases im Bereich des oder der zu behandelnden bzw. zu beschichtenden Substrate. Da­ bei muß aber die Gaseinlaßanordnung nicht zwingend im Anodenrahmen integriert angeordnet sein, sondern sie kann auch unabhängig vom Anodenrahmen in irgend­ einem Rahmen integriert angeordnet sein.

Schlußendlich wird ein Verfahren zum gleichmäßigen Behandeln von Substraten in einem Rezipienten, wie insbesondere mittels physikalischer oder chemischer Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise Sputter­ verfahren oder mittels Ätzverfahren, vorgeschlagen, wobei über eine Gaseinlaßanordnung mit mehreren Aus­ trittsöffnungen von mindestens einer Gasquelle mit gegebenem Gasdruck mindestens ein Arbeits- und/oder ein an der Behandlung reaktiv teilnehmendes Gas in den Rezipienten eingeführt wird, wobei an jeder Aus­ trittsöffnung der austretende Gasfluß gesteuert er­ folgt, indem die Widerstandsbeiwerte der einzelnen Austrittsöffnungen bezüglich der Stellen im Leitungs­ system mit dem gegebenen Gasdruck entsprechend dem geforderten Gasfluß bemessen sind. Vorzugsweise wird an jeder Austrittsöffnung pro Zeiteinheit die gleiche Menge Gas in den Rezipienten eingeführt.

Die vorab beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrich­ tungen, Anlagen sowie Verfahren sind selbstverständ­ lich nicht auf die beispielsweise angeführte Katho­ denzerstäubungsanlage mit einem Magnetron beschränkt, sondern sind bei beliebigen Behandlungs- bzw. Be­ schichtungsanlagen und -vorrichtungen verwendbar, wo eine gleichmäßige Behandlung bzw. Beschichtung eines Substrates gefordert wird. Dabei ist es unerheblich, ob im Rezipienten bei normalem Arbeitsdruck, redu­ ziertem Druck, wie Hochvakuum oder Ultrahochvakuum, gearbeitet wird. Auch eignen sich die erfindungsge­ mäß definierten Gaseinlaßanordnungen und das ent­ sprechende Verfahren für das Einführen irgendwelcher Arbeits- oder Reaktivgase in einen Rezipienten.

Die Erfindung wird nun beispielsweise und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Gaseinlaßanordnung gemäß dem Stand der Technik, umfassend eine sogenannte Pufferkam­ mer bzw. Gasrohrdusche;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Gaseinlaßanordnung, ausgebildet als sogenannter binärer Baum;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante einer Gas­ einlaßanordnung;

Fig. 4 eine Kathodenzerstäubungsanlage mit einem Ma­ gnetron und einer Gaseinlaßanordnung, wie beispielsweise dargestellt in Fig. 2;

Fig. 5 im Querschnitt das Target und einen Anoden­ rahmen einer Kathodenzerstäubungsanlage, ana­ log derjenigen schematisch dargestellt in Fig. 4; und

Fig. 6 eine ausschnittsweise Detailskizze einer be­ vorzugten Ausführungsvariante eines Anoden­ rahmens mit einer Gasaustrittsöffnung, wie beispielsweise zu verwenden in der Anordnung gemäß Fig. 5.

In Fig. 1 ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine Gaseinlaßanordnung dargestellt, in welcher, den einzelnen Austrittsöffnungen 6 vorgeschaltet, eine Pufferkammer 10 angeordnet ist. Entlang dieser Puf­ ferkammer 10 sind einzelne Austrittsöffnungen, längs ausgedehnt und vorzugsweise gleich voneinander beab­ standet, angeordnet. Je größer die Querschnittsflä­ che 11 der Pufferkammer 10 gewählt wird, um so eher ist gewährleistet, daß der Widerstandsbeiwert der einzelnen Austrittsöffnungen 6 gleich ist bzw. daß die einzelnen Austrittsöffnungen von gleichen Gasmen­ gen durchflossen werden. Allerdings hat es sich in der Praxis gezeigt, daß für das Austreten gleicher Gasmengen verhältnismäßig große Querschnitte von derartigen Pufferkammern bzw. Gasrohrduschen gewählt werden müssen. Zudem ist das Funktionieren einer der­ artigen Gasrohrdusche stark von der gewählten totalen Gasdurchflußmenge und von der Strömungsart abhängig, so daß bei einer gewählten Durchflußmenge sehr wohl eine gleichmäßige Verteilung erreicht werden kann, währenddem dann bei anderen totalen Durchflußmengen die Verteilung nicht mehr uniform ist. Wohl wäre es möglich, in der Pufferkammer zusätzlich Umlenkblenden oder Widerstandselemente anzuordnen, doch ist die Be­ rechnung derartiger Konstruktionen sehr kompliziert, und auch dann ist nicht gewährleistet, daß in der ganzen Pufferkammer die Strömungsart immer gleichar­ tig ist.

Aus diesem Grunde werden erfindungsgemäß einfachere Alternativen vorgeschlagen, wie sie in den nachfol­ gend beschriebenen Figuren dargestellt sind.

In Fig. 2 ist eine Gaseinlaßanordnung für das Ein­ führen eines Arbeits- oder Reaktivgases in einen Re­ zipienten schematisch dargestellt. Von einer Gasquel­ le 1 führt eine Leitung zu einer ersten Verzweigung 2. Von dieser Verzweigung gleich beabstandet, werden über zwei gleich dimensionierte Leitungen zweite Ver­ zweigungen 3 gespiesen. Von diesen Verzweigungen 3 werden erneut über gleich lange und gleich dimensio­ nierte Leitungen je weitere dritte Verzweigungen 4 gespiesen. Schlußendlich werden von weiteren vierten Verzweigungen 5 jeweils je zwei Austrittsöffnungen 6 gespiesen. Durch diese Konstruktion des Gaseinlaßsy­ stemes ist gewährleistet, daß jede Austrittsöffnung 6 denselben Widerstandsbeiwert besitzt und somit durch jede Austrittsöffnung 6 pro Zeiteinheit die gleiche Gasmenge in den Rezipienten ausgegeben wird. Selbstverständlich ist es möglich, Verzweigungen in weiteren Ebenen auszubilden, wobei die Verzweigungen bzw. die Anzahl der Austrittsöffnungen aufgrund der Größe des Targets bzw. des Substrates zu wählen ist, an welches das einzuführende Gas abzugeben ist.

Durch die in Fig. 2 dargestellte Gaseinlaßanordnung ist es möglich, verteilt über ein Substrat oder ein Target eine homogene Gasverteilung zu erreichen, wo­ durch sich beispielsweise eine homogene Reaktionsrate einstellt. Damit lassen sich die Aufgaben gemäß ge­ forderten homogenen Schichteigenschaften, wie vorab erwähnt, über einen gewünschten Bereich oder über das ganze zu behandelnde bzw. zu beschichtende Substrat erzielen.

Eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsge­ mäßen Einlaßanordnung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Von einer Gasquelle 1 werden über gleich lange und gleich dimensionierte Transportleitungen 8 die jeweiligen endständig angeordneten Gasaustritts­ öffnungen 6 gespiesen. Diese Gasaustrittsöffnungen 6 sind dabei weitgehendst gleich dimensioniert, d. h. ihre Querschnittsfläche der Austrittsöffnung ist gleich dimensioniert. Durch diese Ausgestaltung des Gaseinlaßsystems ist wiederum gewährleistet, daß die Widerstandsbeiwerte der einzelnen Gasaustritts­ öffnungen gleich sind und somit pro Zeiteinheit die gleiche Gasmenge in den Rezipienten ausgegeben wird.

In den Darstellungen gemäß Fig. 2 und 3 ergeben sich in jedem Falle gleich lange Leitungen, wobei bei gleich gewähltem Durchmesser der Austrittsöffnung auch der Gasfluß in jeder Austrittsöffnung gleich ist. Durch Variieren des Durchmessers bzw. der Quer­ schnittsfläche der Austrittsöffnung ist es nun aber bei gleich langen Zuführleitungen mit gleichem Lei­ tungsquerschnitt möglich, gezielt in jeder Austritts­ öffnung den Gasfluß reproduzierbar zu steuern. Ana­ log ist es umgekehrt möglich, bei gleich großen Aus­ trittsöffnungen den Gasfluß wiederum reproduzierbar zu steuern, indem die Länge oder der Querschnitt der Zuführleitungen variiert wird. Ein derartig gezieltes reproduzierbares Einstellen des Gasflusses ist bei­ spielsweise mit einer Gasrohrdusche, wie in Fig. 1 dargestellt, kaum möglich.

In Fig. 4 ist nun schematisch eine Gaseinlaßanord­ nung, wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt, in bezug auf ein Target bzw. auf ein Magnetron einer Ka­ thodenzerstäubungsanlage angeordnet dargestellt. Beidseits der Längsausdehnung eines Magnetrons, um­ fassend ein Target 22 und einen das Target allseitig umgebenden, beispielsweise wassergekühlten Anodenrah­ men 28, sind Gasaustrittsöffnungen 6 gegen das Target 22 hin gerichtet angeordnet. Diese Gasaustrittsöff­ nungen 6 werden von einem Leitungssystem gespiesen, beginnend von einer Gasquelle 1, welche ihrerseits Verzweigungen 2 speist, welche nachfolgend wiederum Verzweigungen 3 bzw. 4 speisen. Dabei wird aus Fig. 5 deutlich erkennbar, daß das Leitungssystem analog Fig. 1 entsprechend einem binären Baum aufgebaut ist, indem von der Gasquelle 1 bzw. den Verzweigungen 2, 3 und 4 jeweils weitere Verzweigungen oder die Gasaus­ trittsöffnungen 6 gespiesen werden, welche je gleich beabstandet von der entsprechenden Verzweigung ange­ ordnet sind. Dadurch wird sichergestellt, daß von der Gasquelle 1 zu jeder Gasaustrittsöffnung 6 die­ selbe Weglänge im Leitungssystem zurückgelegt werden muß. Der Vorteil ist, daß in dieser Anordnung die Wirksamkeit des oder der eingeführten Gase unabhängig von der Strömungsart bzw. dem Strömungsbereich immer gleich ist.

Vorausgesetzt, daß der Leitungsquerschnitt überall gleich ist und auch der Öffnungsquerschnitt bei je­ der Austrittsöffnung 6 gleich groß ist, sind somit wiederum die Widerstandsbeiwerte sämtlicher Aus­ trittsöffnungen 6 gleich, womit an jeder Gasaus­ trittsöffnung pro Zeiteinheit unabhängig von der Strömungsart dieselbe Gasmenge gegenüber dem Target 22 ausgegeben wird. Beim auszugebenden Gas kann es sich entweder um ein Arbeitsgas, wie ein inertes Edelgas, wie beispielsweise Argon, handeln, oder um ein Reaktivgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff, oder aber um ein Gasgemisch, beispiels­ weise bestehend aus einem inerten Edelgas (Ar) und Sauerstoff (O₂). Das Reaktivgas reagiert mit dem zu verdampfenden bzw. zu zerstäubenden Metall, wobei entsprechende Nitride bzw. Oxide hergestellt werden können zur Erzeugung von Nitrid- oder Oxidschichten auf einem Substrat. Dabei kann die Nitrid- bzw. Oxid­ bildung bereits auf der Targetoberfläche erfolgen oder nach dem Verdampfen des Metalls. Vorzugsweise sind die einzelnen Gasaustrittsöffnungen 6 voneinan­ der gleich beabstandet angeordnet, um eine gleichmäßige Gasverteilung über dem Target zu erzeugen.

Analog der Gaseinlaßanordnung, dargestellt in Fig. 4, kann selbstverständlich auch eine Gaseinlaßanord­ nung gegenüber einem Substrat angeordnet werden, in­ dem das System im Sinne eines binären Baumes aufge­ baut ist.

In Fig. 5 ist im Querschnitt ein Target sowie der das Target umgebende Anodenrahmen eines Magnetrons darge­ stellt, beispielsweise entsprechend einem Schnitt entlang der Linien I-I in Fig. 4. Zur Erläuterung der Anordnung gemäß Fig. 5 wird auf Fig. 6 verwiesen, wo im Querschnitt ausschnittsweise eine Detailskizze ei­ nes Teils des Anodenrahmens dargestellt ist, wie er in der Anordnung gemäß Fig. 5 verwendet worden ist. Der Ausschnitt zeigt dabei die Stelle des Anodenrah­ mens, wo ein Gasrohr bzw. eine Austrittsöffnung 6 an­ geordnet ist.

Der Anodenrahmen 28 eines Magnetrons ist seitlich zum Target 22 angeordnet, welches Target 22 auf einer Targetkühlplatte 21 aufliegend angeordnet ist, welche wiederum auf einer Wasserkühlung mit Magnetsystem 20 aufliegend angeordnet ist. Es handelt sich somit bei der dargestellten Anordnung um ein sogenanntes Magne­ tron, wie es beispielsweise bei Kathodenzerstäubungs­ anlagen verwendet wird. Das Target 22 wird schlußendlich seitlich mittels eines sogenannten Target­ klemmringes 23 auf der Targetkühlplatte 21 gehalten. Target 22, Kühlplatte 21, Magnetsystem 20 und der Targetklemmring 23 bilden dabei zusammen die Kathode 24 des dargestellten Magnetrons.

Die seitlich zur Kathode 24 angeordnete Anode umfaßt einerseits den Anodenrahmen 28, durch welchen hin­ durch sich ein Gasrohr 29 erstreckt, frontseitig um­ fassend die Gasaustrittsöffnung 6. Zur Kühlung des Anodenrahmens 28 ist eine Wasserkühlung 27 vorgese­ hen, welche Kühlung insbesondere wichtig ist, falls die Entladung auf die Gasaustrittsöffnung gezogen werden soll, um so eine effiziente Anregung des Reak­ tivgases zu bewirken. Dies wird insbesondere dann er­ reicht, wenn das Gasrohr selbst Teil der Anode ist bzw. wenn der Gasaustritt gegenüber der Anode nicht isoliert ist. Ein derartig integrales Anordnen des Gasaustritts in der Anode hat positive Auswirkungen sowohl auf Schichtqualität als auch auf die Beschich­ tungsrate. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Gasaus­ trittsöffnungen auf den Erosionsgraben des Targets hin gerichtet sind, der in Fig. 6 schematisch durch die Vertiefung 32 in der Oberfläche des Targets 22 dargestellt ist.

Der Anodenrahmen 28 liegt auf einer Anodengrundplatte 26 auf, mit welcher Grundplatte der Rahmen beispiels­ weise über Schrauben fest verbunden ist, wodurch der Anodenrahmen leicht demontiert werden kann. Die Grundplatte 26 ist ihrerseits auf einer Anodenbasis­ platte 25 angeordnet. Anodenbasisplatte 25, Grund­ platte 26 sowie der Anodenrahmen 28 können selbstver­ ständlich auch aus einem Stück hergestellt sein.

In der in Fig. 6 dargestellten Detailskizze ist die Anodengrundplatte 26 über den Targetklemmring 23 bis über den Targetrand hineingezogen, um so Überschläge, die in den Randzonen des Targets entstehen, wirk­ sam zu unterdrücken. Denkbar ist es selbstverständ­ lich, daß die Anodengrundplatte 26 noch weiter über das Target hineingezogen wird. Wesentlich ist dabei, daß der Dunkelfeldabstand 30 überall gleich ist, da­ mit das oberhalb des Targets gebildete Plasma wirksam abgeschirmt ist. Natürlich kann man diese Abschirmung des Plasmas auf viele Arten bewerkstelligen, jedoch hat sich die in Fig. 6 beispielsweise dargestellte Ausführung als vorteilhaft erwiesen.

Bei den in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Anwendungen einer erfindungsgemäßen Gaseinlaßanordnung handelt es sich nur um ein Ausführungsbeispiel, um die Erfin­ dung näher zu erläutern. So ist es beispielsweise auch möglich, Gaseinlaßleitungen unabhängig vom Ano­ denrahmen anzuordnen, d. h. isoliert vom Anodenrahmen in irgendeinem Rahmen, umgebend das Target. Im weite­ ren kann die Gaseinlaßanordnung auf Masse geschaltet betrieben werden oder aber auf separate Spannung ge­ schaltet.

Selbstverständlich ist es möglich, die verschiedenen beschriebenen und beanspruchten Ausführungsvarianten von Gaseinlaßanordnungen in allen möglichen Arten von Behandlungs- bzw. Beschichtungsanlagen zu verwen­ den, wo ein Substrat in einem Rezipienten an seiner Oberfläche zu behandeln ist. Zu denken sind dabei insbesondere an alle möglichen Ausführungsvarianten von Anlagen, wie sie für die Durchführung von PVD- und CVD-Prozessen verwendet werden.

Aber auch die Ausgestaltung der erfindungsgemäß de­ finierten Gaseinlaßanordnungen selbst ist nicht auf die Beispiele in den Fig. 2 und 3 beschränkt, sondern umfaßt sämtliche Gaseinlaßsysteme bei derartigen Anlagen, wo der Gaseinlaß gesteuert erfolgt bzw. wo mittels gezielten Gaseinlasses eine vorzugsweise gleichmäßige Gasverteilung bewirkt werden kann.

Claims (15)

1. Anlage zum Behandeln von Substraten in einem Vakuum­ rezipienten mittels physikalischer oder chemischer Be­ schichtungsverfahren oder mittels Ätzverfahren, mit min­ destens einem Target, das eine Fläche mit zu zerstäuben­ dem bzw. zu verdampfendem Material aufweist, umfassend mindestens eine Gaseinlaßordnung mit mehreren Gasaus­ trittsöffnungen (6) für den Einlaß eines Arbeits- und/ oder eines an der Behandlung reaktiv teilnehmenden Gases oder eines Gemisches in den Rezipienten, die über ein Leitungssystem mit mindestens einer Gasquelle (1) mit gegebenem Gasdruck verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Widerstandsbeiwerte der Austrittsöffnungen (6) bezüglich der Stellen im Leitungssystem mit dem gege­ benen Gasdruck so bemessen sind, daß an jeder Öffnung ein gesteuerter Gasfluß austritt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (6) in bezug auf das mindestens eine Target (22) bzw. eine Materialquelle und/oder ein oder mehrere Substrate weitgehendst nach einem vorgegebe­ nen Verteilungsprofil ausgebildet sind, wie beispielswei­ se gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gaseinlaßanordnung dergestalt ausgelegt ist bzw. daß die Widerstandsbeiwerte der ein­ zelnen Austrittsöffnungen wenigstens nahezu vorgegebene Werte aufweisen, die beispielsweise nahezu gleich sind, so daß durch jede Austrittsöffnung unabhängig vom Strö­ mungsbereich bzw. der Strömungsart pro Zeiteinheit wenig­ stens nahezu die vorgegebene Menge, wie beispielsweise dieselbe Menge Gas in den Rezipienten austritt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Weglängen von der Gas­ quelle (1) zu den Austrittsöffnungen (6) im wesentlichen gleich sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß von der Gasquelle zu jeder Gasaus­ trittsöffnung eine getrennte Transportleitung (8) ange­ ordnet ist, mit im wesentlichen gleichem Durchmesser und gleicher Weglänge.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindung von Gasquelle (1) zu den Gasaustrittsöffnungen (6) analog dem System eines so­ genannten binären Baumes ausgebildet ist, indem von der Gasquelle (1) bzw. von jeder Verzweigung (2, 3, 4) im Lei­ tungssystem gleich beabstandet zwei nachgeschaltete bzw. nachfolgende Verzweigungen (3, 4, 5) gespiesen werden, wel­ che ihrerseits gegebenenfalls je zwei nachgeschaltete Verzweigungen (4, 5) bzw. gegebenenfalls Austrittsöffnun­ gen (6) speisen.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens je eine Gaseinlaßanordnung in bezug auf ein Target bzw. eine Materialquelle und/oder auf das oder die Substrate vorgesehen ist.

8. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Kathodenzerstäu­ bungsanlage handelt mit einem als Magnetron betriebenen Target und einer das Magnetron bzw. die Kathode wenig­ stens teilweise umgebenden bzw. einfassenden Gaseinlaß­ anordnung, wobei vorzugsweise der Gasstrom aus jeder der Austrittsöffnungen einen vorgegebenen Wert aufweist und beispielsweise weitgehendst gleichmäßig auf das Mag­ netron einwirkt.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßanordnung in einem die Kathode umgebenden Anodenrahmen des Magnetrons integriert angeordnet ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gaseinlaßanordnung derart ausge­ bildet ist, daß eine Entladung gezielt auf die Aus­ trittsöffnungen gezogen wird, beispielsweise durch Auf- Spannung-Legen der Gaseinlaßanordnung, so daß Öffnungen als Teil einer Elektrode eine Entladungsstrecke bilden.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gaseinlaßanordnung elektrisch isoliert ist zur Bildung eines zweiten Entladungskreises.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Magnetron durch das Target, einen Anodenrahmen und die im Anodenrahmen integriert angeord­ neten Austrittsöffnungen gebildet wird, welcher Anoden­ rahmen vorzugsweise wassergekühlt ist und so weit über den Targetrand hineingezogen ausgebildet ist, um Über­ schläge in den Randzonen des Targets wirksam zu unter­ drücken, und daß die Gasaustrittsöffnungen vorzugsweise auf den Erosionsgraben des Targets gerichtet sind.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine weitere Gaseinlaßan­ ordnung in bezug auf mindestens ein Substrat angeordnet ist.

14. Verfahren zum gleichmäßigen Behandeln von Substraten mittels physikalischer oder chemischer Beschichtungsver­ fahren oder mittels Ätzverfahren in einem Vakuumrezipien­ ten mit mindestens einem Target, das eine Fläche mit zu zerstäubendem bzw. zu verdampfendem Material aufweist, wobei über eine Gaseinlaßanordnung mit mehreren Aus­ trittsöffnungen von mindestens einer Gasquelle mit gege­ benem Gasdruck mindestens ein Arbeits- und/oder ein an der Behandlung reaktiv teilnehmendes Gas in den Rezipien­ ten eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an je­ der Austrittsöffnung der austretende Gasfluß gesteuert erfolgt, indem die Widerstandsbeiwerte der Einlaßöffnun­ gen bezüglich der Stellen im Leitungssystem mit dem gege­ benen Gasdruck entsprechend dem geforderten Gasfluß be­ messen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Austrittsöffnung pro Zeiteinheit wenigstens nahezu die gleiche Menge Gas in den Rezipienten einge­ führt wird.