FI99029C - Process for doping basic material with doping material for preparing a chemical compound or alloy by means of a sputtering cathode and device for carrying out the process - Google Patents
Process for doping basic material with doping material for preparing a chemical compound or alloy by means of a sputtering cathode and device for carrying out the process Download PDFInfo
- Publication number
- FI99029C FI99029C FI920475A FI920475A FI99029C FI 99029 C FI99029 C FI 99029C FI 920475 A FI920475 A FI 920475A FI 920475 A FI920475 A FI 920475A FI 99029 C FI99029 C FI 99029C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- electrode
- sputtering
- magnetic
- cathode
- magnetic unit
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
- H01J37/3405—Magnetron sputtering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
S9029S9029
Menetelmä perusaineen seos tautiseksi seostusmateriaalilla kemiallisen yhdisteen tai lejeeringin valmistamiseksi käyttäen sputterointikatodia ja laitteisto menetelmän toteuttamiseksi 5Method for blending a mixture of a basic substance with a doping material for the preparation of a chemical compound or alloy using a sputtering cathode and equipment for carrying out the method 5
Keksintö koskee menetelmää perusaineen seostamisek-si seostusmateriaalilla kemiallisen yhdisteen tai lejeeringin valmistamiseksi käyttäen sputterointikatodia, joka toimii magnetroniperiaatteen mukaisesti, jolloin sputte-10 roidaan moniosaisesta, erityisesti kaksiosaisesta kohde- elektrodista, jolloin ainakin ensimmäisessä kohde-elektro-diosassa on ensimmäinen materiaalikomponentti ja ainakin toisessa kohde-elektrodiosassa on toinen materiaalikomponentti, jolloin sputterointiprosessin aikana ensimmäisessä 15 kohde-elektrodiosassa on erityinen ensimmäinen sputteroin- tiplasma ja toisessa kohde-elektrodiosassa erityinen toinen sputterointiplasma, jolloin sputterointiprosessin aikana substraatille levitetyt, sputteroidut materiaalikom-ponentit muodostavat seostetun perusaineen, kemiallisen 20 yhdisteen tai lejeeringin, jolloin ensimmäisen sputteroin- tiplasman magneettikenttää, erityisesti magneettikentän voimakkuutta, muutetaan ensimmäisen sputterointiplasman sputterointitehon muuttamiseksi, minkä avulla vaihdellaan kemiallisen yhdisteen tai lejeeringin koostumusta. Keksin- · 25 tö koskee lisäksi katodilaitteistoa tämän menetelmän to-The invention relates to a method for doping a base material with a doping material for the preparation of a chemical compound or alloy using a sputtering cathode operating according to the magnetron principle, sputtering from a multiparticulate, in particular a two-part target electrode, at least a first target electrode part and at least a second target the electrode portion has a second material component, wherein during the sputtering process the first target electrode portion has a specific first sputtering plasma and the second target electrode portion has a specific second sputtering plasma, wherein the sputtered material components applied to the substrate during the sputtering process form a doped the magnetic field of the sputtering plasma, in particular the strength of the magnetic field, is changed by the sputtering of the first sputtering plasma to vary the composition, thereby varying the composition of the chemical compound or alloy. The invention further relates to a cathode apparatus for carrying out this method.
• M• M
teuttamiseksi, jossa laitteessa on vähintään kaksi mag-neettiyksikköä, jotka tuottavat voimakkuudeltaan erilaiset - magneettikentät, jolloin kohde-elektrodi koostuu vähintään kahdesta osasta, ja jolloin kutakin kohde-elektrodin osaa j\.30 kohti on yksi magneettikenttä.in which the device has at least two magnetic units producing magnetic fields of different intensities, wherein the target electrode consists of at least two parts and wherein there is one magnetic field for each part of the target electrode.
Sputterointiprosesseissa käytetään käytännössä mm.In practice, sputtering processes use e.g.
• sellaisia suurtehosputterointilaitteistoja, joissa hiuk kasten törmäys- ja siten ionisaatiotodennäköisyyttä lisätään katodin edellä olevalla magneettikentällä.• high-power sputtering equipment in which the probability of particle collision and thus ionization is increased by the magnetic field above the cathode.
• 35 2 99029• 35 2 99029
Sellaista suurtehosputterointilaitteistoa kuvataan esimerkiksi saksalaisessa patenttijulkaisussa DE 2 417 288.Such a high-power sputtering device is described, for example, in German patent publication DE 2 417 288.
Siinä esitetään katodisputterointilaitteisto, jossa 5 on suuren sputterointinopeuden omaava katodi, jossa yhdel lä sen pinnoista on sputteroitava ja substraatille kerrostuva materiaali, siten järjestetty magneettilaitteisto, että sputterointialueelta poistuvat ja sinne palaavat mag-neettiviivat muodostavat purkausalueen, joka on muodoltaan 10 sulkeutuvan silmukan mallinen, ja jossa on sputteroidun ja sputterointipinnalta substraattiin liikkuvan materiaalin ratojen ulkopuolella oleva anodi.It discloses a cathodic sputtering apparatus having a high sputtering speed cathode having a material to be sputtered and deposited on a substrate on one of its surfaces, a magnetic apparatus arranged so that the magnetic lines exiting and returning to the sputtering zone form a discharge zone having a closed shape is the anode outside the paths of the sputtered material moving from the sputtering surface to the substrate.
Mainitussa patenttijulkaisussa ehdotetaan, että sputteroitava ja suihkutettavan substraatin suuntaan oleva 15 katodin pinta on tasainen, että substraattia voidaan lii kuttaa purkausalueen lähelle samansuuntaisesti tasaisen sputterointialueen kanssa tämän yläpuolella ja että magneettikentän tuottava magneettilaitteisto on sijoitettu katodin tasaisesta sputterointipinnasta poispäin olevalle 20 puolelle.In said patent publication it is proposed that the cathode surface 15 to be sputtered and directed in the direction of the substrate to be sprayed is flat, that the substrate can be moved close to the discharge area parallel to the flat sputtering area above it and that the magnetic field generating magnetic device 20 is located
Saksalaisessa hakemusjulkaisussa DE 3 812 379 on julkaistu magnetroniperiaatteella toimiva sputterointika- todi, jossa on vähintään yhdestä osasta koostuva kohde- elektrodi, kohde-elektrodin taakse sijoitettu magneet- ^· 25 tisysteemi, jossa on useita sisäkkäisiä ja sulkeutuvia • · ’···’ magneettiyksiköitä, joilla on erilainen poolisuus, joiden • * **.*·: avulla muodostetaan vähintään kaksi samalla tavalla sul- J,·’ · keutuvaa sisäkkäistä magneettista käytävää kaarimaisesti käyristetyistä kenttäviivoista, jolloin magneettiyksiköi-•‘•.,30 den kohde-elektrodista poispäin olevat navat ovat liitty- neet magneetin rungon välityksellä toisiinsa ja jolloin • ainakin yhden magneettikentän magneettinen kentänvoimak kuus on muutettavissa ainakin yhden muun magneettikentän ·...' magneettisen kentänvoimakkuuden suhteen siirtämällä jotain 35 rungon osista kohde-elektrodia kohti säätölaitteen avulla.German application DE 3 812 379 discloses a magnetron sputtering system with a target electrode consisting of at least one part, a magnetic system arranged behind the target electrode and a plurality of nested and closing magnetic units. , having different polarities, by means of which • * **. * ·: at least two nested magnetic passages closing in the same way are formed from arcuately curved field lines, leaving the magnetic units away from the target electrode. the poles are connected via a magnet body and wherein • the magnetic field strength of the at least one magnetic field is variable with respect to the magnetic field strength of the at least one other magnetic field by shifting one of the body portions 35 toward the target electrode by the control device.
3 99029 Tässä hakemusjulkaisussa ehdotetaan, että säätölaite on ohjattavissa sähköisen kytkentäpiirin välityksellä, joka vaikuttaa yhdessä optisen sensorin kanssa, joka on asennettu ainakin yhteen päällystystapahtumassa käytettävään 5 plasmarenkaaseen ja joka vastaa tämän plasmarenkaan kirk kaudesta .3 99029 It is proposed in this application that the control device is controllable by means of an electrical circuit which acts together with an optical sensor mounted on at least one plasma ring 5 used in the coating event and which corresponds to the Kirk period of this plasma ring.
Keksinnön perustana ovat seuraavat tehtävät:The invention is based on the following tasks:
Tehtävänasettelu käsittää kemiallisten yhdisteiden ja lejeerinkien valmistuksen substraateilla olevina ker-10 roksina sekä perusmateriaalin seostuksen. Yleisesti tulee saada aikaan parannetut edellytykset näiden kerrosten kustannuksilta edulliselle valmistamiselle.The task involves the preparation of chemical compounds and alloys as layers on substrates and the doping of the base material. In general, improved conditions for cost-effective production of these layers should be provided.
Erityisesti tulee asettaa teollisuudelle käytettäväksi taloudellinen menetelmä halutun seostuksen omaavien 15 kerrosten valmistamiseksi ja toisaalta tulee tehdä mahdol liseksi jonkin seostusmateriaalin vaihtaminen hinnaltaan edullisesti toiseen ja toisaalta kulloinkin kyseessä olevan seostusmateriaalin pitoisuuden hinnaltaan edullinen muuttaminen.In particular, an economical method for producing layers with the desired alloying should be made available to the industry and it should be possible to change from one low-cost alloying material to another and from another low-cost change in the concentration of the alloying material in question.
20 Itse seostus tulee voida suorittaa erittäin tarkas ti .20 It must be possible to carry out the mixing very accurately.
Keksinnön tehtävänä on lisäksi luoda edellytykset sille, että sputterointilaitteistossa seostusmateriaali, joka on kohde-elektrodina, voidaan vaihtaa ilman suurta 25 ajanhukkaa.It is a further object of the invention to create the conditions for the doping material in the sputtering apparatus, which is the target electrode, to be changed without a great waste of time.
• · · ^• · · ^
Asetetut tehtävät ratkaistaan keksinnön mukaisesti • · :.**i niin, että magneettikentän, erityisesti magneettikentän : voimakkuuden, muuttaminen suoritetaan muuttamalla ainakin yhden magneettiyksikön asemaa kohde-elektrodin pinnan suh-,30 teen, jolloin muutetaan etäisyyttä kohde-elektrodin pinnan ja ainakin yhden magneettiyksikön välillä.The set tasks are solved according to the invention by changing the position of the magnetic field, in particular the magnetic field: strength, by changing the position of the at least one magnetic unit relative to the target electrode surface, thereby changing the distance between the target electrode surface and the at least one magnetic unit. between.
• Erityisesti esitetään menetelmä perusmateriaalin seostamiseksi ainakin yhdellä seostusmateriaalilla käyttämällä sputterointikatodia, joka toimii magnetroniperiaat-'35 teen mukaisesti, jossa menetelmässä otetaan huomioon se, 99029 4 että sputterointi suoritetaan moniosaisesta, erityisesti kaksiosaisesta kohde-elektrodista, jolloin ainakin ensimmäinen kohde-elektrodin osa on perusainetta (perusainekoh-de-elektrodi) ja ainakin toinen kohde-elektrodin osa on 5 seostusmateriaalia (seostusmateriaalikohde-elektrodi), että sputterointiprosessin kuluessa perusainekohde-elekt-rodille on laitettu erityinen ensimmäinen sputterointi-plasma (perusaineplasma) ja seostusmateriaalikohde-elekt-rodille erityinen toinen sputterointiplasma (seostusmate-10 riaaliplasma), että sputterointiprosessin aikana substraa tille levitetty, sputteroitu perusaine seostetaan sputte-roidulla seostusmateriaalilla.In particular, there is provided a method of doping a base material with at least one dopant using a sputtering cathode operating in accordance with the magnetron principle, the method taking into account that the sputtering is performed on a multiparticulate, in particular a two-part, target electrode ( base target electrode) and at least a second portion of the target electrode is 5 doping materials (doping target electrode) that during the sputtering process a special first sputtering plasma (base plasma) and a dopant target electrode specific second sputtering are placed on the base target electrode doping material-10 material plasma) that the sputtered base material applied to the substrate during the sputtering process is doped with a sputtered dopant material.
Lisäksi ehdotetaan, että seostusmateriaaliplasman magneettikenttää, erityisesti magneettikentän voimakkuut-15 ta, muutetaan seostusmateriaaliplasman sputterointitehon muuttamiseksi, minkä vaikutuksesta perusaineen seostus vaihtelee.In addition, it is proposed that the magnetic field of the dopant plasma, in particular the strength of the magnetic field, be altered to change the sputtering power of the dopant plasma, as a result of which the doping of the base material varies.
Tällöin voidaan ottaa huomioon, että perusaineplas-man magneettikenttää, erityisesti magneettikentän voimak-20 kuutta, muutetaan perusaineplasman sputterointitehon muut tamiseksi, minkä vaikutuksesta perusaineen seostus vaihtelee .In this case, it can be taken into account that the magnetic field of the base plasma, in particular the magnetic field strength, is changed to change the sputtering power of the base plasma, as a result of which the doping of the base material varies.
Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista, että vähintään yhden magneettiyksikön asema on muutetta-25 vissa kohde-elektrodin pinnan suhteen, jolloin vähintään • · *··'* yhden magneettiyksikön ja kohde-elektrodin pinnan välinen • « ‘i etäisyys on muutettavissa. Sputterointiprosesseissa käyte- • « « v · tään käytännössä mm. sellaisia suurtehosputterointilait- teistoja, joissa hiukkasten törmäys- ja siten ionisaa-30 tiotodennäköisyyttä lisätään katodin edessä olevalla mag- :*:*· neettikentällä.The device according to the invention is characterized in that the position of the at least one magnetic unit is variable with respect to the surface of the target electrode, whereby the distance between at least one magnetic unit and the surface of the target electrode is variable. In sputtering processes, • «« in practice, e.g. High power sputtering equipment in which the probability of particle collision and thus ionization is increased by a magnetic field in front of the cathode.
* Erityisen tiivis rakennustapa saavutetaan siten, että sputterointikatodin magneettisysteemi koostuu keskellä olevasta magneettiyksiköstä, jonka sijainti on muutet-35 tavissa, ja ainakin yhdestä, keskellä olevaa magneettiyk- 5 99029 sikköä ympäröivästä magneettiyksiköstä (ulompi magneet-tiyksikkö), jolla on kiinteä asema, että keskellä olevassa magneettiyksikössä on ensimmäinen kohde-elektrodin osa, jossa on ensimmäinen materiaalikomponentti, että ulommassa 5 magneettiyksikössä on toinen kohde-elektrodin osa, jossa on toinen materiaalikomponentti.* A particularly dense construction is achieved in that the magnetic system of the sputtering cathode consists of a central magnetic unit with a variable position and at least one magnetic unit surrounding the central magnetic unit (outer magnetic unit) with a fixed position, the magnetic unit has a first target electrode portion having a first material component, and the outer magnetic unit has a second target electrode portion having a second material component.
Tällöin voidaan ottaa huomioon, että sputterointi-katodin magneettisysteemi koostuu keskellä olevasta magneettiyksiköstä, jonka sijainti on muutettavissa, ja aina-10 kin yhdestä, keskellä olevaa magneettiyksikköä ympäröiväs tä magneettiyksiköstä (ulompi magneettiyksikkö), jolla on kiinteä asema, että keskellä olevaan magneettiyksikköön on laitettu seostusmateriaalista oleva kohde-elektrodi, että ulompaan magneettiyksikköön on laitettu perusaineesta ole-15 va kohde-elektrodi.In this case, it can be taken into account that the magnetic system of the sputtering cathode consists of a central magnetic unit, the position of which can be changed, and always at least one magnetic unit surrounding the central magnetic unit (outer magnetic unit), which has a fixed position. that a target electrode of the base material is inserted in the outer magnetic unit.
Lisäksi ehdotetaan, että liikkuvalle magneettiyksi-kölle on suunniteltu säätölaite, joka sijoittaa liikkuvan magneettiyksikön tietyille etäisyyksille ensimmäisen kohde-elektrodin pintaan nähden.In addition, it is proposed that a control device be designed for the movable magnetic unit, which places the movable magnetic unit at certain distances from the surface of the first target electrode.
20 Erityisesti liikkuvalle magneettiyksikölle on suun niteltu säätölaite, joka sijoittaa liikkuvan magneettiyksikön tietyille etäisyyksille seostusmateriaalista olevan kohde-elektrodin pinnan suhteen.20 In particular, a control device is designed for the movable magnetic unit, which places the movable magnetic unit at certain distances with respect to the surface of the target electrode made of the doping material.
Eräässä edullisessa suoritusmuodossa ehdotetaan, 25 että ensimmäinen kohde-elektrodin osa muodostaa aivan pyö- ’···* reän levyn, joka on rengasmaisen toisen kohde-elektrodin *. " osan ympäröimä.In a preferred embodiment, it is proposed that the first part of the target electrode form an all-round plate which is an annular second target electrode *. "surrounded by part.
· Tällöin voidaan ottaa huomioon, että seostusmateri aalista oleva kohde-elektrodi muodostaa aivan pyöreän le-30 vyn, joka on rengasmaisen perusaineesta olevan kohde-elek- trodin ympäröimä.· In this case, it can be taken into account that the target electrode of the doping material forms a completely circular plate-30 surrounded by an annular target electrode of the base material.
Vaihtoehtoisesti voidaan ehdottaa, että sputterin- tikatodi muodostaa pitkän katodin, jossa on oleellisesti suorakulmainen magneettisysteemi, että keskellä oleva, 35 oleellisesti suora magneettisysteemin magneettiyksikkö, on säädettävissä.Alternatively, it may be suggested that the sputtering cathode form a long cathode with a substantially rectangular magnetic system, that the central, substantially straight magnetic unit of the magnetic system be adjustable.
6 990296 99029
Jotta luotaisiin edellytykset sputterointilaitteis-ton uudelleenvarustamiselle, ehdotetaan edelleen, että ensimmäinen kohde-elektrodin osa on kiinnitetty helposti irrotettavaksi, erityisesti käyttäen ruuviliitosta kato-5 dialtaaseen, edullisesti kupariseen rakenneosaan.In order to create the conditions for retrofitting the sputtering apparatus, it is further proposed that the first part of the target electrode is fastened for easy removal, in particular by means of a screw connection to the roof-5 diathase, preferably a copper component.
Tällöin voidaan suunnitella niin, että seostusmate-riaalista oleva kohde-elektrodi on kiinnitetty helposti irrotettavaksi, erityisesti käyttäen ruuviliitosta kato-dialtaaseen, edullisesti kupariseen rakenneosaan.In this case, it can be designed so that the target electrode made of the doping material is attached for easy removal, in particular by means of a screw connection to the cathodiata, preferably a copper component.
10 Tilaa säästävä rakenteellinen ratkaisu on sellai nen, että säädettävä magneettiyksikkö on asennettu liikkuvaksi rungon, erityisesti runkolevyn läpi.10 The space-saving structural solution is such that the adjustable magnetic unit is mounted movably through the body, in particular through the body plate.
Eräässä erityisessä suoritusmuodossa ehdotetaan, että perusaineesta oleva kohde-elektrodi koostuu ln203:sta 15 ja seostusmateriaalista oleva kohde-elektrodi tinasta.In a particular embodiment, it is proposed that the target electrode of the base material consists of ln 2 O 3 and the target electrode of the dopant material is tin.
Keksinnön avulla saavutetaan seuraavia etuja:The invention provides the following advantages:
Saadaan käyttöön taloudellinen menetelmä erilaisista kemiallisista yhdisteistä tai lejeeringeistä koostuvien kerrosten ja halutun seostuksen omaavien kerrosten valmis-20 tamiseksi. Kustannuksiltaan edullisella tavalla voidaan sputterointilaitteiston seostusmateriaali vaihtaa ja kulloinkin kyseessä olevan seostusmateriaalin pitoisuutta perusaineessa voidaan muutella.An economical method is provided for preparing layers of various chemical compounds or alloys and layers having the desired alloying. In a cost-effective manner, the doping material of the sputtering device can be changed and the concentration of the doping material in question in the respective base material can be varied.
Muita keksinnön, tehtävän asettelun ja saavutettu- · · 25 jen etujen yksityiskohtia saadaan seuraavasta keksinnön • · mukaisten suoritusesimerkkien kuvauksesta.Further details of the invention, the task layout and the advantages achieved can be found in the following description of embodiments according to the invention.
• · '.*·· Näitä suoritusesimerkkejä ja tekniikan tasoa, josta • · » ' lähdetään liikkeelle suoritusesimerkkien yhteydessä, sel vennetään kolmen kuvan avulla.• · '. * ·· These embodiments and the state of the art, from which • · »' is started in connection with the embodiments, are illustrated by means of three figures.
·*·.. 30 Kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaista sputte- .·:*. rointilaitteistoa.· * · .. 30 Figure 1 shows a prior art sputte-. rointilaitteistoa.
• · · • Kuvioissa 2 ja 3 on kahden suoritusesimerkin yksi tyiskohtien kaavamainen esitys.• · · • Figures 2 and 3 show a schematic representation of the details of two exemplary embodiments.
Seuraavassa keksinnön mukaisten suoritusesimerkkien 35 kuvauksessa lähdetään liikkeelle tekniikan tasosta, joi- li 7 99029 laista esitetään saksalaisessa patenttijulkaisussa DE 2 417 288 ja saksalaisessa hakemusjulkaisussa DE 3 812 379.In the following description of embodiments 35 according to the invention, starting from the state of the art, 7 99029 laws are disclosed in German patent publication DE 2 417 288 and German application publication DE 3 812 379.
Näiden julkaisujen selitysosia ja kuvia voidaan 5 pitää lähtökohdan selvennyksenä seuraavassa kuvattaviin keksinnön mukaisiin suoritusesimerkkeihin.The explanatory parts and figures of these publications can be considered as a clarification of the starting point for the embodiments of the invention described below.
Suoritusesimerkeissä kuvataan sputterointimenetel-miä ja sputterointilaitteistoja perusmateriaalin seostamista varten. Kuten on esitetty, keksintö käsittää myös 10 menetelmiä ja laitteistoja kemiallisten yhdisteiden val mistamiseksi ja lejeerinkien valmistamiseksi.The working examples describe sputtering methods and sputtering equipment for doping the base material. As set forth, the invention also encompasses methods and apparatus for preparing chemical compounds and alloys.
Kuvassa 1 esitetään erään sinänsä tunnetun sputte-rointilaitteiston oleelliset rakenneosat. Tällöin kyseessä on kammio, jota kokonaisuudessaan on merkitty numerolla 1. 15 Kammiossa on suojauskotelo 2. Kammion pohjalla on subst raatti 3. Sputterointitapahtuman kuluessa substraatille levitetään kerros 4. Sputterointitapahtuman aikana kammion sisätila ja suojauskotelo ovat alipaineessa, tarkemmin sanottuna kammion paine on saatettu sputterointiprosessin 20 vaatimalla matalalle painetasolle.Figure 1 shows the essential components of a sputtering apparatus known per se. In this case, the chamber is marked in its entirety with the number 1. 15 The chamber has a protective housing 2. The bottom of the chamber has a substrate 3. During the sputtering operation a layer 4 is applied to the substrate. During the sputtering operation, the interior of the chamber and the protective housing are under reduced pressure. low pressure level.
Kammion yläosassa on magnetronikatodi, jota on kokonaisuudessaan merkitty numerolla 5. Tämän suurjänniteka-todin yksityiskohdat ovat löydettävissä alussa esitetyistä saksalaisesta patenttijulkaisusta DE 2 417 288 ja saksa- · · 25 laisesta hakemusjulkaisusta DE 3 812 379.At the top of the chamber there is a magnetron cathode, which is indicated in its entirety by the number 5. Details of this high-voltage tech can be found in the German patent publication DE 2 417 288 and the German application DE 3 812 379, which are presented at the beginning.
• · *···* Tyypillistä suurtehokatodille on magneettisysteemi, • » joka koostuu magneeteista 6, 7, 8. Magneettisysteemi on «vt V : laitettu katodialtaaseen 9.• · * ··· * A high power cathode is characterized by a magnetic system, • »consisting of magnets 6, 7, 8. The magnetic system is« vt V: placed in the cathode basin 9.
Katodialtaan kammion keskustan suuntaan olevalla 30 puolella on kohde-elektrodi 10.The cathode basin side 30 facing the center of the chamber has a target electrode 10.
Tämä sputterointilaite on varustettu tasavirtaener-• gianhuoltoyksiköllä 11 ja suurtaajuusenergianhuoltoyksi- köllä 12.This sputtering device is equipped with a • DC power supply unit 11 and a high frequency power supply unit 12.
Numerot 13 ja 14 esittävät 02-säiliötä ja Ar-säi-35 liötä. Putkilinjoja 15 ja 16 pitkin 02 ja Ar johdetaan kam- 8 99029 mioon. Ne muodostavat siellä reaktiiviselle sputterointi-tapahtumalle välttämättömän reaktiivisen kaasuseoksen ja välttämättömän reaktiivisen kaasuatmosfäärin.Numbers 13 and 14 denote the O2 tank and the Ar tank 35. Along pipelines 15 and 16, O 2 and Ar are led to chamber 8 99029. There, they form the necessary reactive gas mixture for the reactive sputtering event and the necessary reactive gas atmosphere.
Kohde-elektrodin pinnalla 17 ovat havaittavissa 5 syövytetyt alueet 18 ja 19 (eroosiokuopat).On the surface 17 of the target electrode, 5 etched areas 18 and 19 (erosion wells) are detectable.
Näiden eroosiokuoppien välissä on keskialue 20, joka ei ole syöpynyt lainkaan tai voimakkaasti. Myöskään reuna-alueet 21, 22 eivät ole syöpyneet lainkaan tai voimakkaasti .Between these erosion wells is the central region 20, which is not corroded at all or strongly. Also, the edge areas 21, 22 are not corroded at all or strongly.
10 Suoritusesimerkeissä on lähtökohtana eräs sinänsä tunnettu sputterointikatodi, joka toimii magnetroniperi-aatteen mukaan ja joka on muun muassa tunnettu siitä, että katodin eteen muodostuu kaksi samankeskistä plasmarengasta eli sputterointirengasta. Tähän liittyen katso edellä mai-15 nittu saksalainen hakemusjulkaisu 3 812 379, kuvion 1 vii tenumerot 29 ja 30.In the exemplary embodiments, the starting point is a sputtering cathode known per se, which operates according to the magnetron piper principle and which is characterized, inter alia, by the formation of two concentric plasma rings, i.e. a sputtering ring, in front of the cathode. In this connection, see the above-mentioned German application 3,812,379, reference numerals 29 and 30 in Fig. 1.
Näiden liitteiden kuvion 2 mukaisessa suoritusesi-merkissä valitaan katodijärjestely, jossa on myös useita sputterointirenkaita samalla katodilla. Tämän seurauksena 20 saadaan erityisesti valittu magneettikenttä. Katodille laitetaan, ja tämä on keksinnön tulos, joka on keksinnön kohteen perustana, kullekin sputterointirenkaalle erilainen kohde-elektrodimateriaali.In the exemplary embodiment of these appendices according to Figure 2, a cathode arrangement is selected which also has several sputtering rings on the same cathode. As a result, a specially selected magnetic field is obtained. A different target electrode material is applied to the cathode, and this is the result of the invention, which is the basis of the object of the invention, for each sputtering ring.
Koska jokaisen sputterointirenkaan magneettikentän " ' 25 voimakkuuden avulla voidaan jakaa sputterointitehoa, eri- • · Λ laisia materiaaleja voidaan sputteroida erilaisilla no- * » V·· peuksilla, niin että mielivaltaiset seostukset ovat mah- dollisia.Since the strength of the magnetic field "'25 of each sputtering ring can be used to distribute the sputtering power, different materials can be sputtered at different speeds, so that arbitrary alloys are possible.
Sputterointirenkaan magneettikentän voimakkuutta i‘. 30 voidaan muuttaa nostamalla tai siirtämällä lähemmäksi vas- ♦ ♦ ♦ ♦ taavia magneetteja kohde-elektrodin pintaan nähden.The magnetic field strength i ’of the sputtering ring. 30 can be changed by raising or moving the corresponding ♦ ♦ ♦ ♦ magnets relative to the surface of the target electrode.
Kuviossa 2 esitetään yksityiskohtaisesti kaksois-rengasmagnetroni-suurtehokatodi kaavamaisesti ja poikkileikkauksena, jolloin leikkaus on tehty kaksoisrenkaan 35 keskustan kautta: 9 99029Figure 2 shows in detail a schematic and cross-section of a double-ring magnetron high-power cathode, the section being made through the center of the double ring 35: 9 99029
Rengasmaiseen katodialtaaseen 23 on laitettu runko-levy 24. Runkolevyyn on kiinnitetty kaksi samankeskisesti toisiinsa nähden sijaitsevaa rengasmaista magneettia. Kuviossa 2 kuvattu ulomman rengasmaisen magneetin poikki-5 leikkauksia numeroilla 25 ja 28. Sisemmän rengasmaisen magneetin poikkileikkauksilla on numerot 26 ja 27.A body plate 24 is placed in the annular cathode basin 23. Two annular magnets located concentrically with respect to each other are attached to the body plate. The cross-sections of the outer annular magnet 5 shown in Figure 2 are numbered 25 and 28. The cross sections of the inner annular magnet are numbered 26 and 27.
Numero 29 esittää magneettia, joka sijaitsee liikkuvasti runkolevyn keskellä. Magneetin 29 liikettä esittää kaksoisnuoli 30. Numero 31 esittää paikannuselintä, jonka 10 avulla magneetti 29 sijoitetaan keskellä olevan kohde- elektrodin pinnan suhteen. Paikannuselin johtaa rakenneosaan 42.Numeral 29 shows a magnet movably located in the center of the body plate. The movement of the magnet 29 is indicated by a double arrow 30. The number 31 shows a locating member 10 by means of which the magnet 29 is positioned relative to the surface of the target electrode in the middle. The locating member leads to the component 42.
Keskellä olevaa kohde-elektrodia ympäröi rengasle-vymäinen ulkopuolinen kohde-elektrodi 38.The central target electrode is surrounded by an annular outer target electrode 38.
15 Sinänsä tunnetulla tavalla sputterointilaitteiston prosessikammion sisälle on laitettu katodia vastapäätä oleva kuumennettava substraattikantaja 43, jolla substraatti on kalvona. Substraatille 39 levitetään kerros 41. Sputteroimalla samanaikaisesti perusainetta ja seostusma-20 teriaalia substraatille kasvaa seostettu kerros.In a manner known per se, a heated substrate carrier 43 with a substrate in the form of a film is placed inside the process chamber of the sputtering apparatus. A layer 41 is applied to the substrate 39. By simultaneously sputtering the base material and the dopant 20 on the substrate, the doped layer grows.
Kuten kuvaan 2 on kirjaimilla S ja N merkitty, magneettien 25 - 29 etelä- ja pohjoisnavat sijaitsevat vuorotellen ylä- ja alapuolella, niin että magneeteille tuotetaan magneettikenttiä, jotka, kuten magnetronin tapauk- ... 25 sessa on tunnettua, johtavat samankeskisiin plasmaputkiin.As indicated by the letters S and N in Figure 2, the south and north poles of the magnets 25-29 are located alternately above and below, so that magnetic fields are produced on the magnets which, as is known in the case of the magnetron, lead to concentric plasma tubes.
« · *···* Tässä suoritusesimerkissä syntyy kaksi rengasmaista * · ♦ . '! plasmaputkea, keskellä sijaitseva sputterointiplasmaputki, *,·' : jonka poikkileikkausta on merkitty numeroilla 32 ja 33, ja ulompi sputterointiplasmaputki, jonka poikkileikkauksia on i\. 30 merkitty numeroilla 34 ja 35.«· * ··· * In this exemplary embodiment, two annular * * ♦ are created. '! a plasma tube, a sputtering plasma tube in the middle, *, · ': with a cross-section marked with the numbers 32 and 33, and an outer sputtering plasma tube with a cross-section of i \. 30 marked with numbers 34 and 35.
j*·*; Seostusmateriaalin pitoisuutta kerroksessa 41 subs- * • traatilla 39 voidaan vaihdella siten, että keskellä oleva magneetti 29 asennetaan eri etäisyyksille keskellä olevan kohde-elektrodin pinnasta 36.j * · *; The concentration of the doping material in the layer 41 on the subs * wire 39 can be varied by mounting the center magnet 29 at different distances from the surface 36 of the center target electrode.
35 10 9902935 10 99029
Keskellä oleva kohde-elektrodi 37 on kiinnitetty katodialtaaseen 23 ruuviliitoksella 40 helposti irrotettavaksi .The central target electrode 37 is attached to the cathode basin 23 by a screw connection 40 for easy removal.
Kuvan 2 mukaisessa suoritusesimerkissä seostusmate-5 riaali eli keskellä oleva kohde-elektrodi 37 koostuu ti nasta (Sn) , joka on ruuvattu kuparilevylle. Perusmateriaali eli rengasmainen ulompi kohde-elektrodi 38 koostuu in-diumoksidista (ln203) .In the embodiment according to Fig. 2, the doping material 5, i.e. the central target electrode 37, consists of a pin (Sn) screwed onto a copper plate. The base material, i.e., the annular outer target electrode 38, consists of indium oxide (ln203).
On itsestään selvää, että aina käyttäjän kullois-10 tenkin toiveiden mukaan on mahdollista käyttää muita mate riaaleja.It is self-evident that it is always possible to use other materials according to the user's wishes.
Kuvan 3 mukaisessa suoritusesimerkissä valittiin sinänsä tunnettu pitkä katodi, jolla on suorakulmainen poikkileikkaus. Kuva 3 on räjäytyspiirros.In the embodiment according to Fig. 3, a long cathode with a rectangular cross section known per se was chosen. Figure 3 is an exploded view.
15 Katodiallasta on kuvattu numerolla 47. Kohde-elekt rodia kokonaisuudessaan on kuvattu numerolla 48. Se koostuu ulommasta kohde-elektrodiosasta 49 ja keskellä olevasta kohde-elektrodiosasta 50, jotka ovat tunnistettavissa kuvassa 3 erilaisen viivoituksen ansiosta.15 The cathode basin is described at 47. The target electrode as a whole is shown at 48. It consists of an outer target electrode portion 49 and a central target electrode portion 50, which are identifiable in Figure 3 by a different line.
20 Magneettisysteemiä kokonaisuudessaan on merkitty numerolla 46. Magneettisysteemi käsittää magneettiyksiköt 44 ja 53. 44 on kiinteä ja ulkopuolelle asennettu magneet-tiyksikkö. Molemmat magneettiyksiköt ovat suorakulmaisia kuten kuvasta 3 käy ilmi.20 The magnetic system as a whole is denoted by the number 46. The magnetic system comprises magnetic units 44 and 53. 44 is a fixed and externally mounted magnetic unit. Both magnetic units are rectangular as shown in Figure 3.
' . 25 Kiinteä järjestely tarkoittaa sitä, että molemmat • · · magneettiyksiköt 44 ja 53 on asennettu kiinteästi ulomman • ♦ *.··* kohde-elektrodiosan 49 pinnalle, joka koostuu perusainees- V*: ta.'. 25 The fixed arrangement means that both magnetic units 44 and 53 are fixedly mounted on the surface of the outer electrode portion 49, which consists of a base material V *.
• · · ·,· ·' Magneettisysteemi käsittää lisäksi keskellä olevan 30 magneetin 45, joka on muodoltaan suora ja jolla voi olla ·*·.. keskellä olevan kohde-elektrodiosan, joka koostuu seostus- materiaalista, pinnan suhteen eri asemia, erityisesti eri etäisyyksiä.The magnetic system further comprises a central magnet 45 in the form 30, which is straight in shape and may have different positions, in particular different distances, with respect to the surface of the central target electrode part consisting of the doping material. .
Nämä keskellä olevan magneetin 45 sijoitusmahdolli-35 suudet esitetään molemmilla kaksoisnuolilla 51 ja 52.These placement possibilities of the central magnet 45 are indicated by both double arrows 51 and 52.
11 9902911 99029
Kuvan 3 mukaisen suoritusesimerkin toteutustapa on kuvan 2 mukaisen suoritusesimerkin kaltainen: Seostusmate-riaalin pitoisuus määrätään keskellä olevan kohde-elektro-diosan 50 pinnan ja keskellä olevan magneetin 45 etäisyy-5 den avulla. Jos tätä etäisyyttä muutetaan, myös seostusma- teriaalin pitoisuus perusmateriaalissa muuttuu.The embodiment of the embodiment according to Fig. 3 is similar to the embodiment according to Fig. 2: The concentration of the doping material is determined by the surface of the target electrode portion 50 in the middle and the distances 45 of the magnet 45 in the middle. If this distance is changed, the concentration of the dopant material in the base material also changes.
• · · • 1 * · · • · • · • · • « · · ·• · · • 1 * · · • · • · • • «« ·
Claims (16)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4107711 | 1991-03-09 | ||
| DE19914107711 DE4107711C2 (en) | 1991-03-09 | 1991-03-09 | Method and device for depositing doped layers or chemical compounds or alloys using a magnetron cathode |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI920475A0 FI920475A0 (en) | 1992-02-04 |
| FI920475A FI920475A (en) | 1992-09-10 |
| FI99029B FI99029B (en) | 1997-06-13 |
| FI99029C true FI99029C (en) | 1997-09-25 |
Family
ID=6426953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI920475A FI99029C (en) | 1991-03-09 | 1992-02-04 | Process for doping basic material with doping material for preparing a chemical compound or alloy by means of a sputtering cathode and device for carrying out the process |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0578837A (en) |
| BE (1) | BE1004534A3 (en) |
| CH (1) | CH684950A5 (en) |
| DE (1) | DE4107711C2 (en) |
| FI (1) | FI99029C (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19813075A1 (en) * | 1998-03-25 | 1999-09-30 | Leybold Ag | Device for coating a substrate |
| US8357267B2 (en) | 2005-10-26 | 2013-01-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Film producing method using atmospheric pressure hydrogen plasma, and method and apparatus for producing refined film |
| JP4750619B2 (en) * | 2006-05-09 | 2011-08-17 | 株式会社昭和真空 | Magnetron cathode and sputtering equipment equipped with it |
| JP7045177B2 (en) * | 2017-12-12 | 2022-03-31 | 株式会社アルバック | Spattering equipment |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU491734A1 (en) * | 1971-11-18 | 1975-11-15 | ||
| US4166018A (en) * | 1974-01-31 | 1979-08-28 | Airco, Inc. | Sputtering process and apparatus |
| DD118304A1 (en) * | 1975-04-08 | 1976-02-20 | ||
| SU620513A1 (en) * | 1976-12-30 | 1978-07-12 | Предприятие П/Я В-2763 | Cathode assembly |
| DE3248121A1 (en) * | 1982-12-24 | 1984-06-28 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | HIGH-PERFORMANCE CATODE ARRANGEMENT FOR THE PRODUCTION OF MULTIPLE LAYERS |
| US4486287A (en) * | 1984-02-06 | 1984-12-04 | Fournier Paul R | Cross-field diode sputtering target assembly |
| EP0246765A3 (en) * | 1986-05-15 | 1988-12-14 | Varian Associates, Inc. | Apparatus and method for manufacturing planarized aluminium films |
| JP2566137B2 (en) * | 1986-12-25 | 1996-12-25 | ティーディーケイ株式会社 | Thin film manufacturing method |
| US4865710A (en) * | 1988-03-31 | 1989-09-12 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Magnetron with flux switching cathode and method of operation |
| DE3812379A1 (en) * | 1988-04-14 | 1989-10-26 | Leybold Ag | SPRAYING CATHODE ACCORDING TO THE MAGNETRON PRINCIPLE |
| JPH02179871A (en) * | 1988-12-28 | 1990-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Formation of thin film and magnetron sputtering device |
| DE3929695C2 (en) * | 1989-09-07 | 1996-12-19 | Leybold Ag | Device for coating a substrate |
-
1991
- 1991-03-09 DE DE19914107711 patent/DE4107711C2/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-11-20 CH CH339191A patent/CH684950A5/en not_active IP Right Cessation
-
1992
- 1992-01-15 BE BE9200036A patent/BE1004534A3/en not_active IP Right Cessation
- 1992-02-04 FI FI920475A patent/FI99029C/en active
- 1992-03-09 JP JP5035392A patent/JPH0578837A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1004534A3 (en) | 1992-12-08 |
| FI920475A (en) | 1992-09-10 |
| DE4107711C2 (en) | 1999-11-11 |
| FI920475A0 (en) | 1992-02-04 |
| JPH0578837A (en) | 1993-03-30 |
| FI99029B (en) | 1997-06-13 |
| DE4107711A1 (en) | 1992-09-10 |
| CH684950A5 (en) | 1995-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5317235A (en) | Magnetically-filtered cathodic arc plasma apparatus | |
| EP2186108B1 (en) | Low impedance plasma | |
| CA2846177C (en) | Low pressure arc plasma immersion coating vapor deposition and ion treatment | |
| CN102628159A (en) | Arc deposition system and filter thereof | |
| EP2640865B1 (en) | Soft sputtering magnetron system | |
| EP0537011A1 (en) | Sputtering apparatus | |
| DE4106770A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR REACTIVELY COATING A SUBSTRATE | |
| KR20110020918A (en) | Apparatus and method for uniform deposition | |
| GB1587566A (en) | Sputtering device and method | |
| US6055928A (en) | Plasma immersion ion processor for fabricating semiconductor integrated circuits | |
| FI99029C (en) | Process for doping basic material with doping material for preparing a chemical compound or alloy by means of a sputtering cathode and device for carrying out the process | |
| US20060175190A1 (en) | Vacuum arc source comprising a device for generating a magnetic field | |
| JPS6116347B2 (en) | ||
| EP0966021A2 (en) | Device for coating substrates in a vacuum chamber | |
| RU1797629C (en) | Device for applying coatings in vacuum | |
| RU2564642C2 (en) | Coat application source and method of its fabrication | |
| WO2021001536A1 (en) | Cathodic arc source | |
| US20130206585A1 (en) | Compact, filtered ion source | |
| KR101087685B1 (en) | Vacuum evaporation device | |
| JP7212234B2 (en) | arc source | |
| EP2485241B1 (en) | Post cathode physical vapor deposition system and magnet array for use within a post cathode | |
| RU111138U1 (en) | CATHODE-SPRAY ASSEMBLY OF MAGNETRON (OPTIONS) | |
| KR101920840B1 (en) | Apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate and deposition system | |
| KR100483585B1 (en) | Hollow cathode magnetron target and HCM sputtering equipment | |
| US20170229294A1 (en) | Filter apparatus for arc ion evaporator used in cathodic arc plasma deposition system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB | Publication of examined application |