DE4426200A1

DE4426200A1 - Kathodenzerstäubungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4426200A1
Application number: DE4426200A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Ing Gesche; Berthold Dipl Phys Ocker; Reiner Dipl Ing Hinterschuster; Mark Dipl Ing Saunders
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1994-07-23
Filing date: 1994-07-23
Publication date: 1996-01-25
Also published as: JPH0853759A; US5538609A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung mit einer eine zu zerstäubende Fläche eines Targets aufweisenden Kathode, einer Magnetanordnung nahe der Kathode und an der der zu zerstäubenden Fläche gegenüberliegenden Seite, zur Erzeugung magnetischer Kraft linien, die im Wesentlichen in die zu zerstäubende Fläche eintreten und aus ihr wieder austreten und einen tunnelförmigen Bereich bilden, der über einem dadurch definierten Pfad auf der zu zerstäubenden Fläche des Targets liegt, sowie mit einer vom Substrat gebildeten Anode in Nachbarschaft zur Kathode und mit einem Anschluß der Kathode an eine Hochfrequenz-Quelle, wobei die zu zerstäubende Fläche und die Magneteinrichtung innerhalb eines evakuierbaren Gehäuses liegen und die Magnetanordnung relativ zur Kathode bewegbar gelagert ist und von einer Bewegungseinrichtung angetrieben ist, wobei während eines Bewe gungszyklus der Pfad die zu zerstäubende Fläche überstreicht.

Es ist bekannt (US 4.444.643) die Magnetanordnung bei planaren Magnetron-Kathoden gegen über dem Target auf einer Kreisbahn zu bewegen, wozu die Magnete mit einer Welle drehfest verbunden sind die lotrecht zur Fläche des Targets angeordnet und motorisch angetrieben ist. Die Kammer in der die Magnetanordnung rotiert ist nach außen hin von einem Deckel verschlossen, der aus elektrisch isolierendem Werkstoff, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist wobei die Kammer selbst unter atmosphärischem Druck steht.

Bekannt sind auch Magnetanordnungen (DOS 27 07 144) die gegenüber einem planaren Target in einer zum Target parallelen Ebene hin- und her bewegbar sind. Auch in diesem Falle sind die Magnetanordnungen außer halb der Prozeßkammer angeordnet und dem atmosphärischen Druck ausgesetzt.

In einer älteren Patentanmeldung wurde bereits eine Beschichtungs anlage vorgeschlagen (P 44 15 232.9) mit einer innerhalb einer Beschich tungskammer angeordneten, einen Magnetsatz aufweisenden Zerstäu bungskathode, welche eine mit negativem Potential verbundene Elektrode mit einem Magnetsatz aufweist und bei der auf der dem Magnetsatz angewandten Seite der Elektrode ein das zu zerstäubende Material bildende Target befestigt ist, wobei auf der dem Target abgewandten Seite der Elektrode eine Druckausgleichkammer vorgesehen ist, welche einen Vakuumanschluß zum Einstellen eines dem Unterdruck in der Beschichtungskammer entgegenwirkenden Unterdruck aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Vorteile bekannter Magne tronkathoden mit bewegbaren Magnetsätzen so zu verbessern, daß sie zur Beschichtung von besonders großflächigen Substraten insbesondere mit elektrisch isolierenden Materialien bei hohen Ansprüchen an die Schichtdickengleichmäßigkeit und Schichthomogenität geeignet sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die die Magnetanordnung umschließende Kammerwand und das das Target tragende Gehäuse elektrisch isoliert gehalten sind, wobei die Kathode auf ihrer der Anode abgewandten Seite von einer topfförmigen Abschirmung umschlossen ist, deren umlaufender Rand fest auf der Außenwand des Gehäuses aufliegt, wobei die Kammer über eine Rohrleitung mit einer Vakuumquelle verbunden ist, die durch den freien Innenraum des Abschirmtopfes durch eine Isoliermanschette in zwei Teilstücke unterteilt ist, wobei in einem Spalt der von den beiden Teilstücken gebildet ist und der als Dunkelraum wirkt zwei zueinander parallele Metallgitter angeordnet sind, von denen das eine Gitter mit dem Abschirmtopf an Erde und das andere Gitter über das andere Rohrstück an Hochfrequenz ange schlossen ist, so daß Nebenplasmen nicht gezündet werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Ansprüchen gekenn zeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der anhängenden Zeichnung schematisch näher dargestellt, die den Längsschnitt durch eine Diodenanordnung für Hoch frequenzzerstäubung mit bewegbarer Magnetanordnung und Abschirm topf zeigt.

Die Kathodenzerstäubungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem evakuierbaren Gehäuse 8, einer in einer Aussparung der Gehäusewand angeordneten Kathode 4 mit einem Target 10, einer Targetrückenplatte 22 und einer Magnetanordnung 5, einer die Kammer 11 auf der dem Target 10 abgewandten Seite der Rückenplatte 22 abschließenden Kammerwand 12, einem die Rückenplatte 22 gegenüber der Gehäusewand 8 elektrisch isolierenden Ring 23, einer die Kammer 11 mit einer Vakuumquelle verbindenden Rohrleitung 16 die aus zwei Teil stücken 16a, 16b, gebildet ist die über eine Manschette 18 aus elektrisch isolierendem Werkstoff miteinander verbunden sind, wobei das eine Teilstück 16b gegenüber dem anderen Teilstück 16a einen Abstand aufweist, der dem Dunkelraumabstand (von etwa 2-3 mm) entspricht und der den Einbau von zwei zueinander parallelen Metallgitter-Scheiben 20, 21 gestattet von denen das eine Gitter 21 elektrisch leitend mit der Rohrleitung 16b und das gegenüberliegende Gitter 20 mit der Rohr leitung 16a und damit mit der Masse verbunden ist, so daß sich kein Nebenplasma an dieser Stelle entwickeln kann. In der von der Rückenplatte 22 und dem Wandteil 12 gebildeten Kammer 11 ist eine Magnetanordnung 5 auf der motorisch angetriebenen Welle 25 gelagert, wobei die Welle 25 in Lagern 26, 27 gehalten ist die im Zusammenspiel mit der aus Isolierwerkstoff gefertigten Welle 25 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der topfförmigen Abschirmung 14 die mit dem ge erdeten Gehäuse 8 verbunden ist und der auf Hochfrequenz liegenden Kathode 4 verhindert. Der Kathode 4 bzw. dem Target 10 ist im Gehäuse 8 gegenüberliegend der Substrathalter 28 mit dem Substratteller 29 und dem Substrat 13 vorgesehen, wobei der Substratteller 29 an den Erdleiter 30 angeschlossen ist, während die metallische Kammerwand 12 über die Leitung 7 mit der Hochfrequenzquelle 9 verbunden ist. Die sich auf den Isolator-Ring 23 abstützende Rückenplatte 22 und das Wandteil 12 bilden zusammen eine evakuierbare Kammer 11 mit dem Vorteil, daß eine Durchbiegung des Targets 10 in jedem Falle vermieden wird, da die Druckdifferenz zwischen dem Beschichtungsraum 31 und der Kammer 11 sehr gering gehalten werden kann. Es ist also möglich, ein vergleichs weise großflächiges und dünnwandiges Target 10 vorzusehen, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Target infolge einer Verformung unter Druck beschädigt wird. Insbesondere kann ein aus mehreren druckem pfindlichen Teilstücken zusammengesetztes Target bei der beschrie benen Konfiguration problemlos verwendet werden, weil sich das Bodenteil der Rückenplatte 22 auch bei relativ dünnwandiger Ausführung während des Sputterprozesses nicht wölbt bzw. verformt.

Bezugszeichenliste

3 Zerstäubungsfläche
4 Kathode
5 Magnetanordnung
6 Anode
7 elektrischer Anschluß, Leitung
8 Gehäuse
9 Hochfrequenzquelle
10 Target
11 Magnetanordnung umschließende Kammer, Druckaus gleichskammer
12 Kammerwand, Wandteil
13 Substrat
14 topfförmige Abschirmung, Abschirmtopf
15 umlaufender Rand
16, 16a, 16b Rohrleitung
17 Innenraum des Abschirmtopfes
18 Isoliermanschette
19 Spalt, Dunkelraum
20 Metallgitter
21 Metallgitter
22 Rückenplatte
23 Isolator-Ring
24 Prozeßkammer
25 Welle
26 Wellenlager
27 Wellenlager
28 Substrathalter
29 Substratteller
30 Erdleiter, Leitung
31 Beschichtungsraum

Claims

1. Kathodenzerstäubungsvorrichtung mit einer eine zu zerstäubende Fläche (3) eines Targets (10) aufweisenden Kathode (4), einer Magnetanordnung (5) nahe der Kathode (4) und an der der zu zerstäubenden Fläche (3) gegenüberliegenden Seite zur Erzeu gung magnetischer Kraftlinien, die im wesentlichen in die zu zer stäubende Fläche (3) eintreten und aus ihr wieder austreten und einen tunnelförmigen Bereich bilden, der über einen dadurch definierten Pfad auf der zu zerstäubenden Fläche (3) des Targets (10) liegt, sowie mit einer vom Substrat (11) gebildeten Anode (6) in Nachbarschaft zur Kathode (4) und mit einem Anschluß (7) der Kathode (4) an eine Hochfrequenz-Quelle (9), wobei die zu zer stäubende Fläche (3) und die Magneteinrichtung (5) innerhalb eines evakuierbaren Gehäuses (8) liegen und die Magnetan ordnung (5) relativ zur Kathode (4) bewegbar gelagert und von einer Bewegungseinrichtung angetrieben ist, wobei während eines Bewegungszyklus der Pfad die zu zerstäubende Fläche über streicht, dadurch gekennzeichnet, daß die die Magnetanordnung umschließende Kammerwand (12) und die das Target (10) tra gende Rückenplatte (9) gegenüber der Wand des Gehäuses (8) elektrisch isoliert gehalten sind, wobei die Kathode (4) auf ihrer der Anode (6) abgewandten Seite von einer topfförmigen Abschirmung (14) umschlossen ist, deren umlaufender dem Gehäuse (8) zugewandter Rand (15) fest auf der Außenwand des Gehäuses (8) aufliegt, wobei die Kammer (11) über eine Rohrleitung (16) mit einer Vakuumquelle verbunden ist, die durch den freien Innenraum (17) des Abschirmtopfes (14) hindurchgeführt ist und die im Bereich des Innenraums (17) durch eine Isoliermanschette (18) in zwei Teilstücke (16a, 16b) unterteilt ist, wobei in einem Spalt (19) der von den beiden Teilstücken (16a, 16b) der Rohrleitung (16) gebildet ist und der als Dunkelraum wirkt zwei zueinander parallele Metallgitter (20, 21) angeordnet sind, von denen das eine Gitter (20) mit dem Abschirmtopf (14) an Erde und das andere Gitter (21) über das Rohrstück (16b) an Hochfrequenz angeschlossen ist.

2. Kathodenzerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung (5) von einer in der Kammerwand (12) gelagerten Welle (25) angetrieben ist die aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet ist, so daß ein Stromdurchgang von der auf Hochfrequenz liegenden Kammer wand (12) zum geerdeten Gehäuse (8) der Prozeßkammer aus geschlossen ist.