FR2600269A1

FR2600269A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR SPRAYING MATERIAL BY HIGH FREQUENCY DISCHARGE

Info

Publication number: FR2600269A1
Application number: FR8708516A
Authority: FR
Inventors: Klaus Wellerdieck; Urs Wegmann; Karl Hofler
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1987-06-18
Publication date: 1987-12-24
Anticipated expiration: 2007-06-18
Also published as: GB2191787B; DE3706698A1; JP2898635B2; DE3706698C2; JPS634065A; FR2600269B1; GB8710331D0; GB2191787A; CH668565A5

Abstract

1.PROCEDE ET AGENCEMENT POUR PULVERISER UNE MATIERE PAR DECHARGE A HAUTE FREQUENCE ENTRE AU MOINS DEUX ELECTRODES 5, 6, 11 DONT AU MOINS UNE 5 PORTE LA MATIERE A PULVERISER ET L'AUTRE 6, 11 CONSTITUE UNE CONTRE-ELECTRODE. UN CHAMP MAGNETIQUE EST PRODUIT DANS LA REGION DE CETTE DERNIERE. LES LIGNES 10 DE CE CHAMP SUIVENT, POUR LEUR PARTIE ESSENTIELLE, DES TRAJETS TRAVERSANT LA CONTRE-ELECTRODE 11, EN FORMANT DES ARCEAUX AU-DESSUS DE CELLE-CI. LA DENSITE DE FLUX MAGNETIQUE DANS UNE REGION DE LA CONTRE-ELECTRODE 6, 11 EST TELLE QU'UN PIEGE A ELECTRONS SOIT FORME DEVANT CELLE-CI. DES AIMANTS 9 PRODUISENT LE CHAMP MAGNETIQUE DANS LA REGION DE LA CONTRE-ELECTRODE. LE RAPPORT FF DE L'ENSEMBLE DE LA SURFACE F DE CONTRE-ELECTRODE 6, 11 PARTICIPANT A LA DECHARGE A L'ENSEMBLE F DES SURFACES D'ELECTRODE 5 PORTANT LA MATIERE A PULVERISER EST AU MAXIMUM DE 10:1.1.PROCESS AND ARRANGEMENT FOR SPRAYING MATERIAL BY HIGH FREQUENCY DISCHARGE BETWEEN AT LEAST TWO ELECTRODES 5, 6, 11 OF WHICH AT LEAST ONE 5 CARRIES THE MATERIAL TO BE SPRAYED AND THE OTHER 6, 11 CONSTITUTES A COUNTER-ELECTRODE. A MAGNETIC FIELD IS PRODUCED IN THE REGION OF THIS LATEST. THE LINES 10 OF THIS FIELD FOLLOW, FOR THEIR ESSENTIAL PART, PATHS THROUGH COUNTER-ELECTRODE 11, FORMING ARCLES ABOVE IT. THE MAGNETIC FLOW DENSITY IN A REGION OF COUNTER-ELECTRODE 6, 11 IS SUCH THAT AN ELECTRON TRAP IS FORMED IN FRONT OF IT. MAGNETS 9 PRODUCE THE MAGNETIC FIELD IN THE COUNTER-ELECTRODE REGION. THE RATIO FF OF THE ASSEMBLY OF THE COUNTER-ELECTRODE SURFACE F 6, 11 PARTICIPATING IN THE DISCHARGE TO THE SET F OF THE ELECTRODE SURFACES 5 CARRYING THE MATERIAL TO BE SPRAYED IS AT THE MAXIMUM OF 10: 1.

Description

PR XEDE ET AGENCEXENI POUR PULVERISER UNE MATIERE PAR DECHARGE A HAUTEPR XEDE AND AGENCEXENI FOR SPRAYING MATERIAL BY HIGH DISCHARGE

FREQUENCEFREQUENCY

La présente invention se rapporte à un procédé et un agencement 5 pour pulvériser une matière à haute fréquence, avec au moins deux électrodes dont au moins une porte la matière à pulvériser et au moins The present invention relates to a method and an arrangement 5 for spraying a material at high frequency, with at least two electrodes of which at least one carries the material to be sprayed and at least

une autre constitue la contre-électrode. another constitutes the counter-electrode.

Dans les agencements de pulvérisation, pour accroître la densité du plasma dans l'espace de pulvérisation, on utilise déjà depuis 10 longtemps des champs magnétiques. On a d'abord développe des agencements pour la pulvérisation en courant continu, lors de laquelle la direction de la pulvérisation est clairement définie par la polarité du champ électrique. C'est toujours la cathode, chargée négativement, qui est pulvérisée et, pour cette raison, on parle souvent de 15 pulvérisation cathodique". A l'aide de champs magnétiques dans l'espace de décharge, on peut allonger les trajectoires des électrons et accroître ainsi le nombre des ions produits par électron. Le brevet americain 4 166 018 (Chapin) a décrit pour la première fois un agencement avec électrodes planes, l'agencement dit "magnétron planar", 20 dans lequel les lignes de champ magnétique sortent de la surface cathodique et rentrent dans celle-ci, en formant donc un genre de tunnel au-dessus de la surface cathodique. Les électrons du plasma sont d'une certaine manière enfermés dans ce tunnel et sont réfléchis par la cathode chargée négativement. Si le tunnel de champ magnétique 25 sur le plan cathodique est en outre fermé en soi, la majeure partie des électrons à l'intérieur du tunnel peut être maintenue sur une trajectoire sans fin. Un tel agencement offre une possibilité très In spray arrangements, magnetic fields have been used for a long time to increase the density of the plasma in the spray space. We first developed arrangements for direct current spraying, during which the spraying direction is clearly defined by the polarity of the electric field. It is always the negatively charged cathode which is pulverized and for this reason we often speak of cathodic sputtering ". Using magnetic fields in the discharge space, the trajectories of the electrons can be lengthened and thus increasing the number of ions produced per electron. American patent 4,166,018 (Chapin) first described an arrangement with planar electrodes, the so-called "magnetron planar" arrangement, in which the magnetic field lines emerge from the cathodic surface and enter it, thus forming a kind of tunnel above the cathodic surface. The plasma electrons are in a certain way enclosed in this tunnel and are reflected by the negatively charged cathode. cathode-field tunnel 25 on the cathode plane is furthermore closed in itself, most of the electrons inside the tunnel can be maintained on an endless path. Such an arrangement offers a very

économique de pulvérisation cathodique par tension continue. economical sputtering by DC voltage.

Il est également connu de pulvériser par haute fréquence. Dans 30 ce cas, bien que la tension haute fréquence utilisée ait une polarité constamment changeante, il y a néanmoins une direction préférentielle de pulvérisation, l'expérience montrant que c'est toujours du côté de la plus petite surface d'électrode que la pulvérisation a lieu de préférence (voir "IBM J. Res. Develop.", Mars 1970, page 168). 35 Toutefois, la pulvérisation n'est pas rigoureusement limitée au côté de la plus petite électrode, et il y a aussi, en même temps, une pulvérisation de la plus grande surface d'électrode si la différence entre le potentiel du plasma et le potentiel de la plus grande électrode excède le seuil d'arrachement. Plus le rapport de la plus 5 grande à la plus petite surface d'électrode est élevé, plus il y a de pulvérisation simultanée depuis la plus grande surface d'électrode, jusqu'à ce que, pour un rapport de 1:1, aucune des deux surfaces ne présente plus de caractère préférentiel pour ce qui est du sens de la pulvérisation. Avec les agencements assistés par champ magnétique 10 connus dans Z'art antérieur (champ magnétique sur la plus petite électrode, celle à pulvériser), il peut encore y avoir une pulvérisation de la plus grande électrode, même en présence de rapports de surfaces It is also known to spray by high frequency. In this case, although the high frequency voltage used has a constantly changing polarity, there is nevertheless a preferential direction of sputtering, experience showing that it is always on the side of the smallest electrode surface that sputtering preferably takes place (see "IBM J. Res. Develop.", March 1970, page 168). 35 However, the spraying is not strictly limited to the side of the smallest electrode, and there is also, at the same time, a spraying of the largest electrode surface if the difference between the plasma potential and the potential of the largest electrode exceeds the tear-off threshold. The higher the ratio of the larger to the smaller electrode area, the more simultaneous spraying occurs from the larger electrode area, until, at a ratio of 1: 1, no of the two surfaces no longer has a preferential character as regards the direction of the spraying. With the arrangements assisted by magnetic field 10 known in the prior art (magnetic field on the smallest electrode, that to be sprayed), there may still be a spraying of the largest electrode, even in the presence of surface ratios.

de 10:1.10: 1.

Pour obtenir que les deux électrodes dans une chambre à vide 15 aient un rapport de surfaces tel que, lors de la pulvérisation sous haute fréquence, on soit assuré que la pulvérisation ne se produira pratiquement que d'un côté, on a souvent utilisé, dans l'art antérieur, la paroi-même de la chambre à vide comme contre-électrode dont la surface est sensiblement supérieure à dix fois celle de l'électrode 20 portant la matière à pulvériser, de sorte qu'il n'y avait plus à In order to obtain that the two electrodes in a vacuum chamber 15 have a surface ratio such that, when spraying at high frequency, it is ensured that the spraying will practically only occur on one side, it has often been used in prior art, the same wall of the vacuum chamber as a counter-electrode whose surface is substantially greater than ten times that of the electrode 20 carrying the material to be sprayed, so that there was no longer any

craindre une pulvérisation de la paroi de la chambre. fear spraying of the chamber wall.

Une autre possibilité décrite dans le brevet américain 3 661 761 consiste à munir de protubérances celle des électrodes qui, dans la chambre à vide, ne doit pas être pulvérisée, afin d'accroître sa 25 surface par rapport à celle de l'électrode portant la matière à pulvériser. Egalement lors de la pulvérisation HF, on a déjà utilisé des champs magnétiques pour accroître la densité du plasma, afin d'obtenir des taux de pulvérisation plus importants. Un tel agencement est 30 décrit par exemple dans le brevet américain US-PS 3 369 991. Dans l'agencement représenté sur la figure 1 de ce brevet, il y a, en face de l'électrode 22 portant la matière T à pulvériser, un dispositif 80 faisant office de contre- électrode et servant de support pour les substrats à revêtir, et des aimants 90 sont prévus dont les lignes de 35 - champ traversent pratiquement perpendiculairement aussi bien les Another possibility described in US Pat. No. 3,661,761 consists in providing protuberances for that of the electrodes which, in the vacuum chamber, must not be sprayed, in order to increase its surface relative to that of the electrode carrying the material to be sprayed. Also during HF sputtering, magnetic fields have already been used to increase the density of the plasma, in order to obtain higher sputtering rates. Such an arrangement is described for example in American patent US Pat. No. 3,369,991. In the arrangement shown in FIG. 1 of this patent, there is, opposite the electrode 22 carrying the material T to be sprayed, a device 80 acting as a counter electrode and serving as a support for the substrates to be coated, and magnets 90 are provided whose field lines cross almost perpendicularly as well

substrats que la surface-cible I d'ou la pulvérisation doit avoir lieu. substrates that the target surface I from which the spraying must take place.

Pour assurer que seule cette dernière surface sera pulvérisée, les surfaces qui présentent le même potentiel que le dispositif-support sont, là encore, plus grandes, au moins le fond métallique de la 5 chambre à vide opérant en plus, à côte d'autres parties mises à la terre, en tant que surface d'électrode. De la figure i du brevet américain précité, on peut déduire que la totalité des surfaces d'électrode ne devant pas être pulvérisées, mises à la terre, est, par rapport à la totalité de la surface d'électrode T portant la matière à 10 pulvériser, - dans un rapport qui est certainement sensiblement supérieur à 10:1, de sorte qu'une pulvérisation n'a lieu que depuis la To ensure that only this latter surface will be sprayed, the surfaces which have the same potential as the support device are, here again, larger, at least the metallic bottom of the vacuum chamber operating in addition, alongside other grounded parts, as the electrode surface. From FIG. 1 of the aforementioned American patent, it can be deduced that the totality of the electrode surfaces not to be sprayed, grounded, is, relative to the totality of the surface of electrode T carrying the material to 10 spray, - in a ratio which is certainly significantly greater than 10: 1, so that spraying takes place only from the

dernière surface mentionnée.last surface mentioned.

Comme indiqué, lors de la pulvérisation HF, si le rapport des surfaces des électrodes est supérieur à 10:1, il n'y a plus lieu de 15 redouter une pulvérisation substantielle de la plus grande surface d'électrode. Dans le domaine compris entre 10:1 et environ 5:1, un effet perturbateur peut se produire, notamment si l'on opère avec des tensions de pulvérisation élevées. En technique des semi-conducteurs, et souvent aussi lors de la réalisation de minces couches pour 20 applications optiques, la pulvérisation des deux électrodes n'est déjà plus admissible avec des rapports de surface supérieurs à 5:1, et même avec un rapport inférieur, du fait du risque de souillure des surfaces à ouvrer ou des couches à leur appliquer. Une pulvérisation bilatérale conduit aussi à un rendement sensiblement plus faible, puisqu'une 25 partie de l'énergie de la décharge gazeuse est consommée par la As noted, during HF spraying, if the electrode area ratio is greater than 10: 1, there is no longer any reason to fear substantial spraying of the larger electrode area. In the range from 10: 1 to about 5: 1, a disturbing effect can occur, especially if operating with high spray voltages. In semiconductor technology, and often also when producing thin layers for 20 optical applications, the sputtering of the two electrodes is no longer admissible with surface ratios greater than 5: 1, and even with a lower ratio , due to the risk of soiling the surfaces to be worked or the layers to be applied to them. Bilateral spraying also leads to a significantly lower yield, since part of the energy of the gas discharge is consumed by the

pulvérisation indésirable de la contre-électrode. unwanted spraying of the counter electrode.

Par le brevet britannique 1 358 411, il est connu, dans le cas d'une installation de pulvérisation haute fréquence entre deux électrodes dont l'une porte une matière à pulvériser et l'autre porte 30 un substrat qui doit être revêtu, de maintenir un faible champ magnétique axial (qui facilite la décharge gazeuse à de faibles pressions) et, afin de protéger le substrat, ou la couche croissant sur celui-ci, contre le bombardement électronique, de produire immédiatement en avant de la table de travail portant le substrat, un 35 champ magnétique supplémentaire relativement fort, dont les lignes de By British Patent 1,358,411, it is known, in the case of a high frequency spraying installation between two electrodes, one of which carries a material to be sprayed and the other carries a substrate which must be coated, to maintain a weak axial magnetic field (which facilitates gas discharge at low pressures) and, in order to protect the substrate, or the growing layer thereon, against electronic bombardment, to produce immediately in front of the work table carrying the substrate, a relatively strong additional magnetic field, the lines of which

force forment des arceaux au-dessus de la surface du substrat. force form arches over the surface of the substrate.

Typiquement, le premier champ magnétique nommé possède une intensité de 100 Gauss seulement, tandis que le deuxième champ magnétique possède une densité de flux de 1000 Gauss. La coopération des deux champs a pour effet que les électrons formés dans la décharge gazeuse sont déviés de la région centrale de la table de travail (o se trouvent les substrats), et que le bombardement électronique des substrats est ainsi éliminé. Toutefois, avec cet agencement connu, si le rapport des surfaces des électrodes est inférieur à 10:1, la 10 suppression Ce la co-pulvérisation et de la plus grande des deux Typically, the first named magnetic field has an intensity of only 100 Gauss, while the second magnetic field has a flux density of 1000 Gauss. The cooperation of the two fields has the effect that the electrons formed in the gas discharge are deflected from the central region of the work table (where the substrates are located), and that the electronic bombardment of the substrates is thus eliminated. However, with this known arrangement, if the electrode area ratio is less than 10: 1, the suppression of co-sputtering and of the larger of the two

électrodes n'es' plus possible.electrodes are no longer possible.

La présente' invention a pour but d'indiquer un procédé et un agencement pour pulvériser une matière au moyen de haute fréquence, dans lesquels la co-pulvérisation de la plus grande surface d'électrode 15 sera éliminée en quasi totalité, même en présence de rapports de The object of the present invention is to indicate a method and an arrangement for spraying a material by means of high frequency, in which the co-spraying of the largest electrode surface 15 will be almost entirely eliminated, even in the presence of reports of

surfaces défavorables.unfavorable surfaces.

Avec le procédé- selon l'invention, ce but est atteint par le fait With the method according to the invention, this object is achieved by the fact

que la densité de flux magnétique dans une région -de la contreélectrode est établie de manière qu'un piège à électrons se forme 20 devant celleci. that the density of magnetic flux in a region of the counterelectrode is established so that an electron trap forms in front of it.

L'action de l'agencement de champ magnétique selon l'invention, ayant pour effet de supprimer la pulvérisation de la contre-électrode & plus grande surface, repose sur le fait qu'un piège à électrons est formé par des lignes de champ magnétique sortant de la contre25 électrode et y rentrant en formant des arceaux au-dessus d'elle (un piège analogue est formé au-dessus de la cathode dans les agencements antérieurs de pulvérisation sous tension continue). On obtient ainsi un accroissement substantiel de la densité des porteurs de charge devant l'électrode ne devant pas être pulvérisée et, de manière surprenante, 30 cela ne conduit pas à une pulvérisation accrue de cette électrode (ainsi qu'il y aurait eu lieu de s'y attendre sur la base de l'action connue, accroissant fortement le taux de pulvérisation, d'un piège magnétique à électrons devant la cathode, dans le cas des agencements à magnétron planar>. Au contraire, cela conduit à une suppression 35 poussée de la pulvérisation, ce qui est confirmé par l'expérience au moyen du dispositif ou agencemernt selon l'invention, Cela peut être éventuellement expliqué par le fait que la densité accrue des porteurs de charge devant la surface ne devant pas être pulvérisée a pour effet qu'il y a une chute de tension sensiblement plus faible que celle qu'il 5 y aurait sans la présence de ce champ magnétique. Ainsi, la pulvérisation de ce côté d'électrode peut être pratiquement tout à fait éliminée. Il n'y a plus de pulvérisation, même avec un rapport de la surface de la plus grande électrode à la surface de la plus petite électrode inférieur à 10:1. Ce n'est que si le rapport de la surface de 10 l'électrode ne devant pas être pulvérisée à la surface de l'électrode à pulvériser est inférieur à 1:1 que la pulvérisation sous haute fréquence de l'électrode la plus petite ne peut plus être évitée par un champ magnétique. Cette dernière situation existe dans les agencements a magnétron planar o la surface à pulvériser est sensiblement plus 15 petite que la paroi intérieure de la chambre de pulvérisation, servant de contre-électrode. Alors que, dans le cas de la pulvérisation cathodique sous tension continue, le piège à électrons devant la cathode sert à accroître le taux de pulvérisation, le piège à électrons selon l'invention empêche la pulvérisation du côté de la plus grande 20 électrode. Cette inhibition repose sur une modification de la The action of the magnetic field arrangement according to the invention, having the effect of suppressing the spraying of the counter electrode & larger surface, rests on the fact that an electron trap is formed by magnetic field lines. leaving the counter-electrode 25 and re-entering it by forming arches above it (a similar trap is formed above the cathode in previous arrangements of continuous voltage spraying). This results in a substantial increase in the density of the charge carriers in front of the electrode which is not to be sprayed and, surprisingly, this does not lead to increased spraying of this electrode (as would have been the case). to be expected on the basis of the known action, greatly increasing the sputtering rate, of a magnetic electron trap in front of the cathode, in the case of planar magnetron arrangements>. On the contrary, this leads to suppression 35 increased spraying, which is confirmed by experience by means of the device or arrangement according to the invention, This can possibly be explained by the fact that the increased density of charge carriers in front of the surface not to be sprayed has the As a result, there is a significantly lower voltage drop than there would be without this magnetic field, so sputtering on this side of the electrode can be virtually eliminated. No more spraying, even with a ratio of the area of the largest electrode to the area of the smallest electrode less than 10: 1. Only if the ratio of the area of the electrode not to be sprayed to the area of the electrode to be sprayed is less than 1: 1 does the high frequency spraying of the smallest electrode not can no longer be avoided by a magnetic field. This latter situation exists in planar magnetron arrangements where the surface to be sprayed is substantially smaller than the interior wall of the spray chamber, serving as a counter electrode. While in the case of sputtering under continuous voltage, the electron trap in front of the cathode serves to increase the sputtering rate, the electron trap according to the invention prevents sputtering on the side of the larger electrode. This inhibition is based on a modification of the

distribution de potentiel dans l'espace de décharge. potential distribution in the discharge space.

Avec un dimensionnement approprié (figure 1) de la distribution du champ magnétique et de la géométrie de l'espace de décharge, on peut obtenir, avec l'agencement d'aimant selon l'invention, les 25 avantages connus d'une décharge HF renforcée par champ magnétique, cela même avec des rapports de surfaces très défavorables. Cela concerne en premier lieu les débits assez élevés sur la surface à pulvériser, en présence de tensions de décharge et de pressions de gaz assez faibles. On peut aussi établir des profils d'enlèvement très 30 homogènes sur la surface à pulvériser, ce qui n'était possible jusqu'à With an appropriate dimensioning (FIG. 1) of the distribution of the magnetic field and of the geometry of the discharge space, the known advantages of an HF discharge can be obtained with the magnet arrangement according to the invention. reinforced by magnetic field, even with very unfavorable surface ratios. This concerns first of all the fairly high flow rates on the surface to be sprayed, in the presence of fairly low discharge voltages and gas pressures. It is also possible to establish very homogeneous removal profiles on the surface to be sprayed, which was not possible until

présent qu'avec des champs magnétiques déplacés par rapport à cellesci. present only with magnetic fields displaced compared to those.

Xême avec des agencements connus (champ magnétique dans la Xeme with known arrangements (magnetic field in the

région de la surface à pulvériser), l'invention permet d'éviter 35 sûrement la pulvérisation de l'électrode ayant la plus grande surface. region of the surface to be sprayed), the invention surely avoids spraying of the electrode having the largest surface.

Pour optimaliser la conduite du procéde selon l'invention, il est recommandé d'établir la densité de flux. magnétique dans la région de la contre-électrode, de manière que la densité du plasma dans le piège à électrons créé sous l'effet du champ magnétiqure soit d'au moins 1/3 5 plus grande que la densité du plasma qui existerait au môme endroit, dans des conditions identiques, toutefois sans l'action du champ magnétique. En mesurant la densité du plasma une première fois avec champ magnétique et une deuxième fais sans champ magnétique, toutes autres conditions étant par ailleurs égales, on peut donc déterminer si 10 le réglage d. champ magnétique est correct. Un autre paramètre très utile pour le réglage est la tension continue existant en tant que différence de 3. otentiel entre la contre-électrode et le plasma dans l'espace de décharge. Le dimensionnement du champ magnétique doit être tel que cette différence de potentiel de tension continue prenne une 15 valeur inférieure à 100 V. Dans l'agencement prévu par l'invention, comportant au moins deux électrodes dont au moins une porte la matière à pulvériser et une autre constitue la contre-électrode ne devant pas étre pulvérisée, et des aimants pour produire un champ magnétique dans la région de la 20 contre-électrode, lesquels sont agencés de manière qu'une partie substantielle des lignes de champ magnétique sorte de la surface de la contre-electrode et y rentre en formant des arceaux au-dessus de la surface de cette contre-électrode, le rapport F/F' de l'ensemble de la surface F de contre-électrode participant activement à la décharge à 25 l'ensemble F' des surfaces d'électrode portant la matière à pulvériser To optimize the conduct of the process according to the invention, it is recommended to establish the flux density. magnetic in the region of the counter electrode, so that the density of the plasma in the electron trap created under the effect of the magnetic field is at least 1/3 5 greater than the density of the plasma which would exist at the same place, under identical conditions, however without the action of the magnetic field. By measuring the density of the plasma a first time with a magnetic field and a second time without a magnetic field, all other conditions being equal, it can therefore be determined whether the setting d. magnetic field is correct. Another very useful parameter for adjustment is the DC voltage existing as a 3. potential difference between the counter electrode and the plasma in the discharge space. The dimensioning of the magnetic field must be such that this difference in direct voltage potential takes a value less than 100 V. In the arrangement provided by the invention, comprising at least two electrodes of which at least one carries the material to be sprayed and another is the counter electrode not to be sprayed, and magnets for producing a magnetic field in the region of the counter electrode, which are arranged so that a substantial part of the magnetic field lines emerge from the surface of the counter-electrode and enters it by forming arches above the surface of this counter-electrode, the ratio F / F 'of the entire surface F of the counter-electrode actively participating in the discharge at 25 l 'set F' of the electrode surfaces carrying the material to be sprayed

est au maximum de 10:1. Avantageusement, le rapport 11/q de la somme I| des valeurs absolues des flux magnétiques traversant la surface de contre électrode à la somme # des flux magnétiques traversant la surface de contre-électrode, ces derniers étant pris en compte avec 30 leur signe, est supérieur à 2:1. is a maximum of 10: 1. Advantageously, the ratio 11 / q of the sum I | absolute values of the magnetic fluxes crossing the counter electrode surface to the sum # of the magnetic fluxes crossing the counter electrode surface, the latter being taken into account with their sign, is greater than 2: 1.

Parmi les différents modes possibles de réalisation de l'agencement, l'invention prévoit notamment que: - les électrodes enferment pratiquement tout l'espace de décharge, à l'exception des interstices servant à la mise sous vide et 35 à l'isolement électrique mutuel; - à l'électrode portant la matière à pulvériser est également associé un aimant dont les lignes de force, au moins pour une partie Among the various possible embodiments of the arrangement, the invention provides in particular that: the electrodes enclose practically the entire discharge space, with the exception of the interstices used for evacuating and for electrical insulation mutual; - a magnet is also associated with the electrode carrying the material to be sprayed, the lines of force of which, at least in part

d'entre elles, sortent de cette électrode et y rentrent. of them, come out of this electrode and enter it.

On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation 5 particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les A particular embodiment of the invention will now be described in more detail which will make it easier to understand the

caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les essential characteristics and advantages, it being understood however that this embodiment is chosen by way of example and that it is in no way limiting. Its description is illustrated by

dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une installation de décapage dans laquelle les surfaces à pulvériser sont au potentiel de la terre, et la contre-électrode exposée à des lignes de champ magnétique en forme d'arceaux ou de tunnel est reliée à la tension alternative à haute fréquence; - la figure 2 représente schématiquement un agencement dans lequel la haute fréquence est appliquée au côté à pulvériser, tandis que la contre-électrode ne devant pas être pulvérisée est constituée par la paroi de la chambre à vide mise à la terre; et - la figure 3 représente le schéma d'une installation dans 20 laquelle la surface active de l'électrode à pulvériser est de même annexed drawings in which: - Figure 1 shows a pickling installation in which the surfaces to be sprayed are at ground potential, and the counter-electrode exposed to magnetic field lines in the form of arcs or tunnels is connected to high frequency alternating voltage; - Figure 2 schematically shows an arrangement in which the high frequency is applied to the side to be sprayed, while the counter-electrode not to be sprayed is constituted by the wall of the earthed vacuum chamber; and FIG. 3 represents the diagram of an installation in which the active surface of the electrode to be sprayed is likewise

taille que la surface de la contre-électrode. size than the surface of the counter electrode.

Sur la figure 1, la référence 1 désigne la chambre à vide qui est constituée d'une partie supérieure 2 et d'un fond 3 et qui peut être mise sous vide par la tubulure d'aspiration 4 à laquelle est 25 raccordée une pompe à vide. Du côté tourné vers l'espace sous vide, la plaque de fond 3 est réalisée en tant qu'électrode 5 portant le substrat 5' à pulvériser, c'est-à-dire ici à décaper, lequel est en visà-vis de l'électrode 6 en forme de hotte constituant une électrode conjuguée, dite "contreélectrode", non destinée à être pulvérisée. Lors 30 du fonctionnement, cette dernière est raccordée, par l'intermédiaire d'un condensateur 8, à une source haute fréquence externe par l'amenée de tension haute fréquence 7 traversant la paroi de la chambre de manière étanche au vide. On peut en outre voir sur la figure 1 que la chambre à vide est entourée par un électroaimant ou un aimant 35 permanent 9 dont les lignes de champ pénétrant dans la chambre g forment sur le coté intérieur de la partie cylindrique 11 de l'électrode 6, des arceaux formant tunnel au sens de l'invention, au moins une partie essentielle des lignes de forces 10 sortant de la In FIG. 1, the reference 1 designates the vacuum chamber which consists of an upper part 2 and a bottom 3 and which can be evacuated by the suction pipe 4 to which a pump is connected. empty. On the side facing the vacuum space, the bottom plate 3 is made as an electrode 5 carrying the substrate 5 ′ to be sprayed, that is to say here to be stripped, which is opposite the electrode 6 in the form of a hood constituting a conjugate electrode, known as a "counterelectrode", not intended to be sprayed. During operation, the latter is connected, via a capacitor 8, to an external high frequency source by the high frequency voltage supply 7 passing through the wall of the chamber in a vacuum-tight manner. It can also be seen in FIG. 1 that the vacuum chamber is surrounded by an electromagnet or a permanent magnet 9 whose field lines penetrating into the chamber g form on the inner side of the cylindrical part 11 of the electrode 6 , hoops forming a tunnel within the meaning of the invention, at least an essential part of the lines of force 10 leaving the

surface 11 et y rentrant.surface 11 and returning there.

Le dispositif de traversée pour amenée de tension haute fréquence 7 présente un conducteur 12 portant la tension, supporté par une plaque isolante 13 qui est elle-même raccordée par vissage, de manière étanche au vide, à une ouverture de la paroi 1 de la chambre, au moyen d'un anneau à bride 14, et en utilisant un anneau d'étanchéité 10 15. Le condu: -ur 12 traverse l'ouverture et pénètre dans la chambre o il est aménrgé en tant que support 17 de l'électrode 6. L'isolateur 18 et l'écrou métallique 19 servent à appuyer l'anneau d'étanchéité 23 The feed-through device for high-frequency voltage supply 7 has a conductor 12 carrying the voltage, supported by an insulating plate 13 which is itself connected by screwing, in a vacuum-tight manner, to an opening in the wall 1 of the chamber , by means of a flange ring 14, and using a sealing ring 10 15. The conduit: -on 12 crosses the opening and enters the chamber where it is arranged as a support 17 for the electrode 6. The insulator 18 and the metal nut 19 serve to support the sealing ring 23

contre le conducteur 12 et la plaque isolante 13. against the conductor 12 and the insulating plate 13.

L'agencement décrit peut être utilisé pour ouvrer et traiter 15 séquentiellement des galettes ou plaquettes individuelles dans une installation de production de semi-conducteurs. Avec cet agencement, il s'agit d'enlever de la surface des plaquettes, par décapage, quelques dizaines de nm d'oxyde avant que le revêtement proprement dit ait lieu dans la même chambre à vide. Avec l'agencement selon la figure 1, 20 on a obtenu des taux de décapage excédant 30 nm/min pour le Si02 sur une plaquette de silicium. Un point décisif est que l'on atteint alors, sur une plaquette de 15,24 cm (6 pouces) une régularité meilleure que 5 %, et qu'avec une densité de puissance d'environ 1,2 W/cms il y a une tension d'autopolarisation de seulement 600 Vc (600 Volts de tension continue), dans une décharge à 13,56 XHz dans l'argon sous une pression de 0,5 Pa (!), Jusqu'& présent, on ne pouvait obtenir des taux de décapage à peu près identiques, de l'ordre de 30 nm/min, qu'avec des tensions extrêmement élevées, de l'ordre de 2 kV, et des pressions d'environ 30 1 Pa. L'emploi de telles hautes tensions/hautes pressions représentait dans l'art antérieur, lors de la fabrication de semi- conducteurs, un The arrangement described can be used to sequentially open and process individual wafers or wafers in a semiconductor production facility. With this arrangement, it is a question of removing from the surface of the wafers, by pickling, a few tens of nm of oxide before the actual coating takes place in the same vacuum chamber. With the arrangement according to Figure 1, pickling rates exceeding 30 nm / min were obtained for SiO2 on a silicon wafer. A decisive point is that one then reaches, on a 15.24 cm (6 inch) wafer a regularity better than 5%, and that with a power density of about 1.2 W / cms there is a self-polarization voltage of only 600 Vc (600 Volts of direct voltage), in a discharge at 13.56 XHz in argon under a pressure of 0.5 Pa (!), Until now, we could not obtain roughly identical pickling rates, of the order of 30 nm / min, with that of extremely high voltages, of the order of 2 kV, and pressures of approximately 30 1 Pa. The use of such high voltages / high pressures represented in the prior art, during the manufacture of semiconductors, a

problème qui s'avère maintenant résolu par l'invention. problem which now turns out to be solved by the invention.

Dans le cas de l'agencement décrit, on a mesuré, pour la contreélectrode, celle ne devant pas être pulvérisée, un rapport I1/0 de par 35 exemple 3, 5, 11 ayant une valeur de 7 x 10-4Vsec et 0 une valeur de 2 x 10-4Vsec. La détermination de ces flux magnétiques a été faite par des mesures ponctuelles sur l'ensemble de la surface de l'électrode, au In the case of the described arrangement, for the counterelectrode, that which should not be sprayed, a ratio I1 / 0 of for example 3, 5, 11 having a value of 7 × 10 -4 Vsec and 0 was measured. value of 2 x 10-4Vsec. The determination of these magnetic fluxes was made by point measurements over the entire surface of the electrode, at

moyen d'une sonde de Hall (par exemple Gauss-mètre Bell, modèle 620). by means of a Hall probe (eg Bell Gaussmeter, model 620).

Cela est présenté dans le tableau suivant qui montre aussi deux autres exemples. Exemple Ili il/ il 1 7 2 3,5 This is presented in the following table which also shows two other examples. Example Ili he / he 1 7 2 3.5

I' 2 7,5 1,5 5I '2 7.5 1.5 5

NI 3 8,7 0,3 29NI 3 8.7 0.3 29

(Tous les flux magnétiques indiqués sont en 10-,Vsec, c'est-à-dire en (All the magnetic fluxes indicated are in 10-, Vsec, i.e. in

-,Weber; 1 Wb = 1 Vs).-, Weber; 1 Wb = 1 Vs).

La difference de potentiel entre le plasma dans l'espace de 15 décharge et l'électrode à pulvériser peut être mesurée pour fournir une mesure de l'effet obtenu grâce à l'agencement de champ magnétique selon l'invention. Dans les trois cas cités en exemple, cette The potential difference between the plasma in the discharge space and the electrode to be sprayed can be measured to provide a measure of the effect obtained by the magnetic field arrangement according to the invention. In the three cases cited as an example, this

différence de potentiel était inférieure à 100 Volts. potential difference was less than 100 Volts.

Pour illustrer une autre configuration possible, la figure 1 20 montre qu'un aimant 20 peut aussi être agencé derrière (en dessous de) l'électrode 5 portant les substrats à pulvériser, afin d'obtenir en plus, de cette manière, un effet analogue accroissant les taux de pulvérisation, comme dans les dispositifs de pulvérisation cathodique à tension continue connus renforcés par champ magnétique. Dans ce cas, 25 des lignes de champ magnétique en forme de tunnel sont aussi produites au- dessus des surfaces d'o la pulvérisation doit partir, ces lignes de champ provoquant une concentration accrue des porteurs 'de charge et par conséquent, comme déjà indiqué, un taux de pulvérisation accru. Comme la surface 5 de l'électrode, ou encore la surface du 30 substrat à pulvériser, est plus petite que la surface de la contreélectrode, il y a alors dans tous les cas une pulvérisation qui ne peut pas être inhibée par le champ de l'aimant 20. Toutefois, dans cet agencement aussi, une éventuelle pulvérisation de la contre-électrode 6 To illustrate another possible configuration, FIG. 20 shows that a magnet 20 can also be arranged behind (below) the electrode 5 carrying the substrates to be sprayed, in order to obtain, in this way, an effect analog increasing spray rates, as in known DC voltage sputtering devices reinforced by magnetic field. In this case, tunnel-shaped magnetic field lines are also produced over the surfaces from which the spray is to leave, these field lines causing increased concentration of the charge carriers and therefore, as already indicated. , an increased spray rate. As the surface 5 of the electrode, or even the surface of the substrate to be sprayed, is smaller than the surface of the counterelectrode, there is then in all cases a spraying which cannot be inhibited by the field of the magnet 20. However, in this arrangement also, a possible spraying of the counter-electrode 6

est, grâce à l'invention, évitée par le champ magnétique 10. is, thanks to the invention, avoided by the magnetic field 10.

Sur les figures 2 et 3, les pièces ou parties assumant la même fonctior, du p__..t de vue de l'invention sont munies- des mêmes références: Z désigne l'électrode portant les surfaces à pulvériser, et 26 désigne l'électrode conjuguée dite contre-électrode, qui ne doit pas être pulverisée, à proximité de laquelle sont agencés des aimants 5 27 dont au moins une partie des lignes de champ 28 sortent de ladite électrode et rentrent de nouveau dans celle-ci, donc forment un tunnel au-dessus de la surface d'électrode. La paroi de la chambre est désignée par la référence 29, la tubulure de mise sous vide par la référence 30, l'amenée de haute fréquence par la référence 31, et le 10 générateur haute fréquence par la référence 32. Sur' la figure 2, la partie inférieure de la paroi de la chambre constitue la contreélectrode qui ne doit pas être pulvérisée. Par contre, sur la figure 3, la partie inférieure de la paroi de la chambre est l'électrode à pulvériser, ou le support de la matière à pulvériser. L'agencement 15 selon la figure 3 se distingue aussi de celui selon la figure 2 par le fait que la surface active d'électrode à pulvériser et la contreélectrode ont des dimensions de surface égales. Toutefois, grâce à l'agencement, selon l'invention, d'un aimant derrière la contreélectrode, toute pulvérisation de celle-ci est évitée (alors que, dans 20 l'état antérieur de la technique, les deux électrodes étaient soumises à une pulvérisation si elles avaient des surfaces égales, lors de In FIGS. 2 and 3, the parts or parts assuming the same function, from the viewpoint of the invention are provided with the same references: Z denotes the electrode carrying the surfaces to be sprayed, and 26 denotes the conjugate electrode called counter electrode, which must not be sprayed, near which magnets 5 27 are arranged, at least part of the field lines 28 of which exit from said electrode and re-enter therein, thus forming a tunnel above the electrode surface. The wall of the chamber is designated by the reference 29, the evacuation pipe by the reference 30, the high-frequency supply by the reference 31, and the high-frequency generator by the reference 32. In FIG. 2 , the lower part of the chamber wall constitutes the counterelectrode which must not be sprayed. On the other hand, in FIG. 3, the lower part of the wall of the chamber is the electrode to be sprayed, or the support for the material to be sprayed. The arrangement 15 according to FIG. 3 is also distinguished from that according to FIG. 2 by the fact that the active surface of the electrode to be sprayed and the counterelectrode have equal surface dimensions. However, thanks to the arrangement, according to the invention, of a magnet behind the counterelectrode, any sputtering of the latter is avoided (whereas, in the prior art, the two electrodes were subjected to a spray if they had equal areas, when

l'utilisation de haute fréquence).the use of high frequency).

Dans la présente description, les mots "électrode active" In the present description, the words "active electrode"

désignent des parties d'électrode parcourues par le courant de 25 décharge. Il est opportun que le côté arrière des électrodes, celui non denote parts of the electrode through which the discharge current flows. It is advisable that the rear side of the electrodes, that not

tourné vers l'espace de pulvérisation, soit muni d'écrans, comme par exemple 33 sur la figure 2, ce qui supprime (de manière connue) la décharge du côté arrière. Pour de tels écrans dits "anti-effluve", on peut aussi utiliser des parties de la paroi de la chambre, comme 30 représenté sur les figures 1 et 3. facing the spraying space, or provided with screens, such as for example 33 in FIG. 2, which eliminates (in known manner) the discharge from the rear side. For such so-called "anti-corona" screens, parts of the chamber wall can also be used, as shown in FIGS. 1 and 3.

Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la 35 réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses l1 Naturally, the invention is in no way limited by the features which have been specified in the foregoing or by the details of the particular embodiment chosen to illustrate the invention. All kinds of variations can be made to the particular embodiment which has been described by way of example and to its 11

éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques dies moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. constituent elements without departing from the scope of the invention. The latter thus includes all the means constituting technical equivalents of the means described and their combinations.

RBVENICAT IONúRBVENICAT IONú

1. Procedé de pulvérisation d'une matière par décharge à haute fréquence entre au moins deux électrodes (5,6,11; 25,26) dont au moine 5 une (5; 25) porte la matière à pulvériser et l'autre constitue la contre-électrode ne devant pas être pulvérisée, un champ magnétique étant produit dans la région de cette contre-électrode, les lignes de ce champ suivant, pour leur partie essentielle, des trajets sortant de la contre-électrode et y rentrant, en formant des arceaux au-dessus de 10 cette contre--e.ectrode, caractérisé par le fait que la densité de flux 1. Procedure for spraying a material by high frequency discharge between at least two electrodes (5,6,11; 25,26) of which at least 5 one (5; 25) carries the material to be sprayed and the other constitutes the counter electrode not to be sprayed, a magnetic field being produced in the region of this counter electrode, the lines of this field following, for their essential part, paths leaving the counter electrode and returning there, forming poles above 10 this counter - e.ectrode, characterized in that the flux density

magnétique (10. 28) dans une région de la contre-électrode (6, 11, 26) est établie de manière qu'un piège à électrons se forme devant celleci. The magnetic field (10. 28) in a region of the counter electrode (6, 11, 26) is set up so that an electron trap is formed in front of it.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 15 la densité de flux magnétique dans la région de la contre-électrode 2. Method according to claim 1, characterized in that the density of magnetic flux in the region of the counter-electrode

(6,11;26) est établie de manière que la densité de plasma dans le piège à électrons résultant de l'action du champ magnétique soit dau moins un tiers plus grande que la densité de plasma qui, dans les mêmes conditions, toutefois sans l'action du champ magnétique, 20 existerait au même endroit. (6,11; 26) is established in such a way that the plasma density in the electron trap resulting from the action of the magnetic field is at least a third greater than the plasma density which, under the same conditions, however without the action of the magnetic field, 20 would exist in the same place.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le champ magnétique est établi de manière que la différence de tension continue entre la contre-électrode (6, 11., 26) et le plasma dans la chambre de décharge prenne une valeur inférieure à 100 V. 4. Agencement pour pulvériser une matière au moyen de haute fréquence, comportant au moins deux électrodes (5, 6,11; 25, 26) dont au moins une (5; 25) porte la matière à pulvériser et une autre (6,11; 26) constitue la contreélectrode ne devant pas être pulvérisée, et des aimants (9; 27) pour produire un champ magnétique dans la région de 30 la contre-électrode, lesquels sont agencés de manière qu'une partie substantielle des lignes de champ magnétique (10) sorte de la surface de la contre-électrode et y rentre en formant des arceaux au-dessus de la surface de cette contreélectrode, caractérisé par le fait que le rapport F/F' de l'ensemble de la surface F de contre-électrode (6,11. 35 participant activement à la décharge A l'ensemble F' des surfaces d'électrode (5; 25) portant la matière à pulvériser est au maximum de :1. 5. Agencement selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le rapport I#1/J de la somme I 1 des valeurs absolues des flux 5 magnétiques traversant la surface de contre-électrode (11; 26) à la somme # des flux magnétiques traversant la surface de contreélectrode, ces- derniers étant pris en compte avec leur signe, est 3. Method according to claim 1, characterized in that the magnetic field is established so that the continuous voltage difference between the counter electrode (6, 11., 26) and the plasma in the discharge chamber takes a value less than 100 V. 4. Arrangement for spraying a material by means of high frequency, comprising at least two electrodes (5, 6, 11; 25, 26) of which at least one (5; 25) carries the material to be sprayed and a other (6,11; 26) constitutes the counterelectrode not to be sprayed, and magnets (9; 27) for producing a magnetic field in the region of the counterelectrode, which are arranged so that a substantial part magnetic field lines (10) come out of the surface of the counter electrode and enter it by forming arches above the surface of this counter electrode, characterized in that the ratio F / F 'of the assembly of the counter-electrode surface F (6, 11, 35 actively participating in the discharge At the ens fits F 'to the electrode surfaces (5; 25) carrying the material to be sprayed is at most: 1. 5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the ratio I # 1 / J of the sum I 1 of the absolute values of the magnetic fluxes 5 crossing the counter-electrode surface (11; 26) to the sum # of the fluxes magnetic crossing the counterelectrode surface, these being taken into account with their sign, is

supérieur à 2:1.greater than 2: 1.

6. Agencement selon la revendication 4, caractérisé par le fait 10 que les électrodes (5, 6, 11, 25, 26) enferment pratiquement tout l'espace de décharge, a l'exception des interstices servant à la mise 6. Arrangement according to claim 4, characterized in that the electrodes (5, 6, 11, 25, 26) enclose practically the entire discharge space, with the exception of the interstices used for placing

sous vide et à l'isolement électrique mutuel. vacuum and mutual electrical isolation.

7. Agencement selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'à l'électrode (5) portant la matière à pulvériser (5') est également 15 associé un aimant (20) dont les lignes de force, au moins pour une 7. Arrangement according to claim 4, characterized in that the electrode (5) carrying the material to be sprayed (5 ') is also associated with a magnet (20) whose lines of force, at least for one

partie d'entre elles, sortent de cette électrode (5) et y rentrent. part of them, leave this electrode (5) and return there.