NL9301479A - Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting. - Google Patents

Description

Titel: Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting.

De uitvinding betreft een microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens de aanhef van conclusie 1.

Op talrijke gebieden van de techniek is het vereist dunne lagen op substraten aan te brengen. Bijvoorbeeld worden glasplaten voorzien van een laag om ze bijzondere eigenschappen te verschaffen, of uurwerkkasten van een minder edel metaal worden bekleed met een laag van een edel materiaal.

Voor het opbrengen van dunne lagen op substraten zijn reeds methoden voorgesteld, waaruit slechts de galvaniseertechniek en het aanbrengen van een laag vanuit een plasma worden genoemd. Het aanbrengen van een laag vanuit een plasma is de laatste jaren belangrijker geworden, daar het mogelijk is een groot aantal materialen als opbrengmateriaal te gebruiken.

Om een voor het aanbrengen van een laag geschikt plasma te vervaardigen zijn eveneens verschillende methoden voorgesteld. Van deze methoden is de kathodeverstuivingsmethode, die ook sputteren wordt genoemd, vanwege zijn hoge laag-opbrengpercentages van groot belang. De laag-opbrengpercentages zijn bij het sputteren nog te vergroten indien in de ruimte voor de verstoven kathode een microgolf wordt ingestraald.

Er zijn reeds meerdere inrichtingen voor een microgolf ondersteunt sputteren bekend (US-A 4.610.770, US-A 4.721.553, DE-A 3.920.834). Hierbij worden de microgolven of parallel of loodrecht of onder een bepaalde hoek naar het substraatoppervlak toegevoerd. Door het samenwerken van het magneetveld van de magnetron met de microgolven kan een elektronen-cyclotron-resonatie (ECR) worden opgewekt, die de deeltjes van het plasma versterkt ioniseert.

Bij de meeste inrichtingen is het echter nadelig dat de ECR-conditie in de nabijheid van de sputterkathode optreedt, waar de stimulering van de deeltjes niet zo noodzakelijk is als ter plaatse van het substraat. Om dit nadeel op te heffen wordt bij de inrichting volgens DE-A 3.920.834 de microgolf op een substraat ingestraald, dat op zijn beurt door de veldlijnen van een permanente magneet is doorgedrongen. Hierdoor is direct boven het substraat de ECR-conditie vervuld. Weliswaar kan bij deze bekende inrichting een plasma-ontlading slechts worden bereikt tot aan een bepaalde minimum spanning en tot aan een bepaalde minimum druk. Zelfs door zeer sterke magneetvelden aan het trefplaatoppervlak is de plasma-ontbrandingsspanning niet te verlagen. Hoge ontladingsspanningen leiden echter tot ongewenste effecten, bijv. tot het inbouwen van edelgassen in de substraatstructuur of tot stralingsschade.

De uitvinding heeft daarom tot doel het werkgebied van magnetronkathodeontladingen tot aan lage ontladingsspanningen en/of werkdrukken te vergroten.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de kenmerken van conclusie 1.

Het met de uitvinding bereikte voordeel bestaat in het bijzonder daarin, dat bij een hoge plasmadichtheid en bij een relatief lage deeltjesenergie ontladingen reeds bij een lage kathodespanning mogelijk zijn. Ook zijn de drukken waarbij de ontladingen optreden zeer laag. Bij reactieve processen leidt de activering van de reactieve deeltjes bovendien tot een duidelijke reductie van de reactieve-gas-partiële-druk. Indien bijvoorbeeld zuurstof als reactief-gas wordt toegepast, verminderd het ongewenste terugsputtereffect zich.

Een uitvoeringsvoorbeeld volgens de uitvinding is in de tekeningen weergegeven en wordt hieronder nader beschreven. Hierin toont:

Fig. 1 een deel van de plasmakamer met een magnetronkathode en een microgolfbestraling; fig. 2 een perspectivische aanzicht van het gebied van de microgolfbestraling in de plasmakamer; fig. 3 een spleetopstelling in een TEio-holle-ruimtersonator.

In figuur 1 is een deel van plasmakamer 1 weergegeven, waarvan het huis 2 slechts indirect is weergegeven. In het huis 2, bevindt zich een substraat 3, waarop een laag dient te worden aangebracht, op een onderlegger 4, welke via een elektrische leiding 5 met een pluspool van een stroomvoorziening 6 is verbonden. Het is duidelijk dat de onderlegger 4, welke als houder voor het substraat 3 dient, niet plaatsvast aangebracht hoeft te zijn. Integendeel, hierbij kan het ook een beweegbare houder betreffen, zoals in het algemeen bij in-lijn-inrichtingen het geval is. De onderlegger 4 hoeft niet met de pluspotentiaal te zijn verbonden, maar kan als elektrisch geïsoleerd element zijn uitgevoerd of met een bijzondere spanningsbron zijn verbonden. Met een bijzondere spanningsbron kan een voorspanning of een biasspanning worden aangebracht, waarmee het mogelijk is het aantal en de energie van de deeltjes die op het substraat 3 botsen, iets te sturen.

Tegenover het substraat 3 is een sputter- of verstuivingselektrode 7 aangebracht, die met een kathodebak 8 in verbinding staat. Aan de kathodebak 8 is de negatieve pool van de stroomvoorziening aangesloten. De kathodebak 8 steunt op elektrische isolatoren 9,10, die zelf in een uitsparing van de bovenste wand 11 van het huis 2 zijn geplaatst en telkens zijn voorzien van een afdichtring 44,45.

In de kathodebak 8 zijn drie permanente magneten 14 tot 16 met een juk 13 aangebracht. Aan beide zijden van de sputterelektrode 7 is telkens een holle geleider 17,18 aangebracht, waarvan de langsas parallel met het oppervlak van de sputterelektrode 7 verloopt en in een L-vormige plaat 19,20 eindigt. De L-vormige plaat 19,20 vormt het voorste deel van een kathodeafschermkast, welke als anode fungeert en in dit gebied een verdelingsscherm voorstelt. Ieder van de beide holle geleiders 17,18 heeft een 90°-buigpunt 21,22, waarlangs deze naar boven verder loopt en via een flens 23,24 met een holle-ruimte-resonator 25,26 in verbinding staat. Tussen een holle-ruimte-resonator 25,26 en een holle geleider 17,18 is een kwartsschijf 29,30 aangebracht, waardoorheen de microgolven kunnen gaan. Deze kwartsschijven scheiden de plasma- of vacuümkamer 1 qua druk van de buitenwereld.

Door de bijzondere opstelling van de noord- en zuidpolen van de permanente magneten 14 tot 16 worden er cirkelboogvormige magnetische veldlijnen 31,32 gevormd, waarin bij instralende microgolven een elektronen-cyclotron-resonantie ontstaat. De holle geleiders 17,18 leiden de microgolfenergie via de L-vormige platen 19,20 direct in het gebied tussen de trefplaat 7 en het substraat 3. Daar worden de aanwezige gassen geabsorbeerd. Het is duidelijk dat door een niet weergegeven gasinlaat een edelgas bijvoorbeeld Argon en/of een reactief gas bijvoorbeeld zuurstof, binnengelaten kunnen worden.

Bij de in figuur 1 weergegeven inrichting voldoen reeds lage spanningen van de stroomvoorziening 6, om bijvoorbeeld bij een druk van 1 jibar een glimontlading te bewerkstelligen.

Indien er een reactief gas wordt toegepast, dan kan de reactieve-partiële-druk aanzienlijk worden verminderd, hetgeen in het geval van zuurstof ongewenste terugsputtereffecten verminderd. Dat is in het bijzonder van belang bij het aanbrengen van een laag met hoge-temperaturen-supra-geleiders of bij indium- of tinoxide.

Om dit positieve effect te versterken zijn een eerste elektromagneet 40 en een tweede elektromagneet 41 aangebracht. Terwijl de eerste elektromagneet 40 ringvormig om de trefplaat 7 is aangebracht, bevindt zich een tweede elektromagneet 41 aan het einde van de holle geleiders 17,18, en wel ter plaatse van de L-vormige platen 19,20. De elektromagneten 40,41 hebben in figuur 1 een rechthoekige doorsnede. In de praktijk worden echter aan elektromagneten met een vierkante doorsnede de. voorkeur gegeven.

De elektromagneten 40,41 kunnen in plaats van ringvormig ook rechthoekige om de trefplaat 7 resp. om de platen 19,20 zijn aangebracht.

In figuur 2 is een belangrijk deel van de inrichting volgens figuur 1 nog een keer in een perspectivische aanzicht weergegeven. Men ziet hier dat een microgolf 50 van een niet weergegeven oscillator in een verdeler 51 en daar via aansluitstukken 52,53 in de holle-ruimte-resonator 25,26 wordt geleid. Uit de holle-ruimte-resonator 25,26 worden de microgolven door de kwartsschijven 29,30 in de holle geleider 17,18 geleid, vanwaar zij direct onder de trefplaat 7 een elektronen-cyclotron-resonatie kunnen veroorzaken.

De telkens naar de kwartsschijven 29,30 toegekeerde zijdelingse delen 27,28 van de holle-ruimte-resonators 25,26 omvatten de spleten 34,35 op een afstand van de halve golflengte van de in de resonators 25,26 gevormde microgolf, uit welke spleten de microgolven komen.

De spoelen 40,42 en de spoelen 41,43 vormen een gezamenlijke opstelling, waardoor het magnetronveld van de kathode 8, door een min of meer homogeen magneetveld parallel aan het trefplaatoppervlak wordt bedekt. In een dergelijk magneetveld kunnen de elektronen zeer effectief met de microgolf in wisselwerking treden. Dit leidt tot een verdere ionisering van het plasma. Bovendien wordt de plasmaverdeling in zijn geheel gelijkmatiger, waardoor ook een beter gebruik van de trefplaat oplevert.

In figuur 3 is een deel van figuur 2 getoond, die de precieze positie van de spleten 34,35 in een wand 27 van een holle-ruimte-resonator, bijvoorbeeld de holle-ruimte-resonator 25, bij 2,45 GHz laat zien. Deze spleten 34,35 sluiten onderling een hoek van 90 graden in en hebben een onderlinge afstand van de middelpunten van λ/2. Relatief ten opzichte van de wand 27 hebben ze een helling van 45 graden.

Achter de wand 27 ziet men een afscherming 36 in de holle geleider 25. Het is duidelijk dat de in figuur 3 getoonde wand 27 verder naar boven en/of naar beneden doorloopt en meerdere spleten kan hebben, die alle een afstand van λ/2 tot de respectievelijke naastgelegen spleet hebben. De spleten herhalen zich derhalve bij een lange inrichting periodiek. De uit de spleten tredende microgolfintensiteit kan door meer of minder vernauwde afscherming 36 tussen de spleten in de resonator worden gestuurd.

Claims (9)

1. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting met a. een vacuümkamer (1); b. een trefplaat (7) in deze vacuümkamer (1), die met een elektrode (8) is verbonden, welke is aangesloten op een stroomvoorziening (6); c. een magnetroninrichting (14,15,16) waarvan het magneetveld (31,32) uit de trefplaat (7) treedt en hier weer in terugtreedt; d. een microgolf (50), die naar het gebied van de trefplaat (7) is geleid; met het kenmerk, dat een elektromagneet (21,22) is aangebracht om de trefplaat (7).

2. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de microgolf (50) in twee van elkaar gescheiden holle ruimte resonatoren (25,26) worden ingevoerd en dat ze vandaar in de ruimte voor de trefplaat (7) komen.

3. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat is voorzien in een eerste holle geleider (25) en een tweede holle geleider (17), waarbij tussen de beide holle geleiders een microgolfdoorlatende schijf (29) is aangebracht.

4. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de magneetinrichting uit drie afzonderlijke magneten (14,15,16) bestaat, die door een juk (13) met elkaar zijn verbonden.

5. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens, conclusie 1, met het kenmerk, dat de magneetinrichting (14 tot 16) en een juk (13) in een kathodebak (8) zijn ondergebracht, die met een elektrische potentiaal is verbonden.

6. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de kathodebak (8) via isolatoren (9,10) met een huis (2) van de vacuümkamer (1) is verbonden.

7. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tweede holle geleider (17,18) aan zijn uiteinde een uitstekend deel (19,20) heeft, waaromheen een tweede elektromagneet (41) is aangebracht.

8. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de microgolf (50) uit de eerste holle geleider (25) via spleten (34,35) in de tweede holle geleider (17) terechtkomt.

9. Microgolfondersteunde verstuivingsinrichting volgens conclusie 8, mat het kenmerk, dat de middelpunten van de spleten (34,35) onderling een afstand van λ/2 hebben, waarbij λ de golflengte van de microgolf is.