NL9401598A - Plasma-verstuivingsinrichting met een microgolfondersteuning. - Google Patents

Description

Titel: Plasma-verstuivingsinrichting met een microgolf- ondersteuning.

BESCHRIJVING

De uitvinding heeft betrekking op een plasma-verstuivingsinrichting met een microgolf-ondersteuning, voorzien van een doel, dat aan een elektrisch potentiaal ligt, een microgolfbron, waarvan de microgolven toegevoerd worden aan een plasmaruimte voor het doel en een plasmaruimte voor het doel.

Dergelijke inrichtingen worden b.v. ingezet voor het aanbrengen van dunne lagen op glasschijven, kunststof foliën of dergelijke. Deze dunne lagen dienen vaak voor verschillende doeleinden. Zo kunnen van lagen voorziene vensters zeer bepaald lichtgolflengten reflecteren of doorlaten, terwijl gelaagde kunststof brillenglazen een harder oppervlak moeten bezitten. Bij CD-schijven staat de reflectie of de niet-reflectie van laserstralen in het middelpunt, die wederom een informatie over muziek- en spraakinhoud bevat.

Voor het aanbrengen van dunne lagen zijn reeds talrijke werkwijzen voorgesteld, waarvan slechts de galvano-techniek en het aanbrengen van lagen met behulp van een plasma vermeld worden.

Bij het aanbrengen van lagen met behulp van een plasma heeft de zogenaamde sputter- of verstuivingstechniek een grote betekenis verkregen. Hierbij wordt aan een elektrode een doel van een bepaald materiaal aangebracht en door opvliegende geladen deeltjes, b.v. ionen, verstoven. De verstoven deeltjes slaan dan op een substraat, b.v. een glas- schijf, neer.

Bij een bekende inrichting voor het opwekken van een transparante en elektrisch geleidende laag uit In-O, Sn-O, Zn-O, Cd-Sn-0 of Cd-In-0 wordt doelmateriaal verstoven, waarbij de sterkte van een magneetveld op het oppervlak van een doel 600 Oe of hoger ligt en waarbij het doel wordt aangesloten op een gelijkspanning, waarop een hoog frequente wisselspanning is gesuperponeerd (ΕΡ-Ά-0 447 850). Van de hierbij toegepaste doel-materialen geeft het op In-0 gebaseerde doel met een geringe toevoeging van Sn - vaak als ITO aangeduid - een laag met een zeer geringe weerstandswaarde.

Om het verstuivingseffect te verbeteren, is het verder bekend, microgolven aan het plasma toe te voegen (US-A-4 610 770, US-A-4 721 553, DE-A-3 920 834, JP-A-62 170 475, JP Patents Abstracts C-469, 16 januari 1988, vol.12, nr.15; JP-A-63 297 557, JP Patents Abstracts C-581, 4 april 1989, vol.13, nr.134). Hier worden de microgolven hetzij parallel hetzij loodrecht op het substraatoppervlak in het plasmabereik toegevoerd.

Er zijn ook magnetron-spetterinrichtingen bekend, waarbij microgolven via coaxiale of separate holle geleiders tussen substraat en doel ingebracht worden, en weliswaar onmiddellijk parallel aan het oppervlak van het doel (Y.Yoshida: Microwave-enhanced magnetron sputtering, Rev. Sci.Intrum.63 (1), januari 1982, blz.179-183; Y.Yoshida: Property of a Microwave Magnetron Plasma Source Inside a Coaxial Line, Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31, 1992, blz.1480-1484; DE-A-4 210 284). De holle geleiders bezitten hierbij aan hun uiteinde een relatief grote dwarsdoorsnede en bevatten geen resonator.

Bij een andere bekende inrichting voor het opwekken van microgolfplasma met grote uitspreiding en homogeniteit wordt de microgolfenergie vanuit een golfgeleider toegevoerd aan een tweede golfgeleider en zodanig bepaald en variabel aangekoppeld, dat in de verwerkingszone een homogeen plasma opgewekt wordt (DD-Al-263 648) . Deze inrichting heeft evenwel geen betrekking op een verstuivingsinrichting. Hetzelfde geldt voor een andere bekende microgolfplasma-apparaat, dat aan een oppervlak een ontladingskamer met een diëlek-trische plaat bezit (DE-A-4 134 900).

Tenslotte is ook nog een inrichting bekend voor het opwekken van glimlichtontladingen, die aan een microgolf-holle geleider resonator met één of meerdere koppelplaatsen bezit (DE-A-4 113 142) . Deze inrichting bezit weliswaar een microgolf-holle geleider-resonator maar is evenwel geen spetterinrichting.

In de niet openbaar gemaakte octrooiaanvragen worden bovendien voordelige instralingen met microgolven in het plasma voorgesteld (Duitse octrooiaanvragen P 42 30 290.0 en P 42 30 291.9). De ontlaadspanningen bij het verstuiven van het doel, in het bijzonder bij ITO-spetteren, zijn hierbij evenwel nog relatief hoog.

Het doel van de uitvinding is derhalve de ontlaad-spanning bij het verstuivingsproces te verminderen.

Dit doel wordt bereikt doordat volgens de uitvinding tenminste een microgolf-ringresonator het doel omvat, en dat voorzien is in een sleufsysteem waardoor de microgolven uit de microgolf-resonator in de plasmaruimte ingevoerd kunnen worden.

Met de uitvinding wordt bereikt dat in het bijzonder de ontlaadspanning bij het spetteren aanzienlijk verminderd wordt, en bij het ITO-spetteren b.v. van 270 volt tot 100 volt. Dit effect wordt verkregen door het aanbrengen van een microgolf-ringresonator, waarvan de microgolven via verschillende sleuven in de plasmaruimte gekoppeld worden, waarbij zij eveneens een extra ionisatie geven en derhalve de ontlaadspanning verlagen. Daar volgens de uitvinding de microgolfkoppeling niet plaats vindt door een donkere ruimte van de kathode, maar door afzonderlijke sleuven, wordt ook boogvorming voorkomen, waarbij overslag optreedt. De ring- resonator overeenkomstig de uitvinding is in vergelijk met andere inrichtingen zeer compact en eenvoudig opgebouwd.

Zij laat zich gemakkelijk met lange kathoden combineren. Bovendien bezit een ringresonator het voordeel dat het om een resonator gaat, die geen storende reflecties aan de eindvlakken bezit.

De uitvinding zal onderstaand aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de tekening nader worden uiteengezet. Hierin toont:

Fig.l een doorsnede van een plasmakamer met een magne-tronkathode in een microgolfinstraling;

Fig.2 een perspectivische weergave van een instra-lingsbereik van de microgolf in de plasmakamer.

In fig.l is een doorsnede van een plasmakamer 1 weergegeven, waarvan het huis 2 slechts aanduidingsgewijze getoond is. In dit huis 2 bevindt zich één van een laagte voorzien substraat 3 op een ondergrond 4, die over een elektrische leiding 5 verbonden is aan de pluspool van de spanningsbron 6. Het is duidelijk dat de ondergrond 4, die als ondersteuning dient voor het substraat 3, niet vast verbonden moet zijn. Het kan hier eveneens om een beweeglijke drager gaan, zoals dit bij In-lijn-inrichting in het algemeen het geval is. De ondergrond 4 moet ook niet op plus-potentiaal liggen, maar kan als elektrisch geïsoleerd element uitgevoerd zijn of aan een specifieke spanningsbron liggen. Met een specifieke spanningsbron kan een voorspanning worden ingesteld, met behulp waarvan het mogelijk is, de hoogte van de energie van de ionen, die op het substraat 3 aankomen, iets te sturen.

Tegenover het substraat 3 is een spetter- of verstui-vingselektrode 7 aangebracht, die in verbinding staat met een kathodehouder 8. Aan de kathodehouder 8 is de negatieve pool van de spanningsbron 6 aangesloten. De kathodehouder 8 rust op elektrische isolatoren 9, 10 die op hun beurt op een resonatorhuis 11, 12 rusten en voorzien zijn van af- dichtingsringen 13, 14.

In de kathodehouder 8 zijn drie permanente magneten 15-17 verbonden met een juk 18. Aan beide zijden van de spetterelektrode 7 is eveneens een sleufsysteem aangebracht, voorzien van een opening van het resonatorhuis 11, 12. In het resonatorhuis 11, 12 is een diëlektricum 21, 22 aangebracht. Het sleufsysteem bezit telkens een eerste sleuf 19 resp. 20 en een tweede sleuf 31 resp. 33, die telkens door een scheidingswand 32 resp. 34 van elkaar gescheiden zijn.

De scheidingswanden 32, 34 bestaan hetzij uit een metaal zoals koper, molybdeen of aluminium; zij kunnen eveneens ook uit een voor microgolven verliesarm diëlektricum zoals teflon, kwarts, trolon of polystyrol bestaan. Het aantal sleuven 19, 31 resp. 20, 33 is niet tot twee beperkt. Hoe meer sleuven er aangebracht zijn, des te meer microgolf-energie kan per afstandeenheid uit de resonator in de plasma-ruimte gekoppeld worden. Bij teveel sleuven worden evenwel teveel microgolven per afstandseenheid uitgekoppeld, zodat het niet meer mogelijk is, de microgolven met gelijkmatige intensiteit langs de kathode in het plasmaruimte uit te koppelen. Aan de andere kant kan met dit effect benutten, wanneer men op verschillende plaatsen langs de kathode verschillend veel microgolven uit de resonator wil uitkoppelen.

De breedte van de sleufopeningen wordt door de afstand bepaald, van waar een plasma in de sleufopeningen ontsteekt. Deze afstand hangt af van de gasdruk en het aanwezige magneetveld tussen 0,5 mm en 3 mm. De sleufbreedte moet zodanig gekozen worden, dat in de sleuven geen plasma kan branden. Parallel aan deze sleuven verlopen de katho-den-donkere ruimte 35 resp. 36. De met 35 en 36 aangegeven donkere ruimten zijn de donkere ruimten tussen de kathode op de op aardpotentiaal liggende buitenwanden 11, 12 van de ringresonator.

Het sleufsysteem wordt door reflectorblik 23, 24 begrensd, waaronder zich een kathode-afschermruimte 25, 26 bevindt, die telkens aansluit op een elektromagneet 27, 28. Met 29, 30 zijn gasinlaatbuizen aangegeven.

De resonatoren 21 resp. 22 werken met microgolffrequenties in het giga-hertz-bereik, bij voorkeur bij 2,45 GHz. Om de afmetingen van de resonatoren 21, 22 klein te houden, is hun binnenruimte opgevuld met een voor microgolven verliesarm diëlektricum, b.v. met teflon, trolon, polystyrol of dergelijke.

De microgolfresonator 11, 12; 21, 22 ligt op aard-potentiaal en is via een teflon-isolator 9, 10 gescheiden van de kathode, die op negatieve potentiaal ligt.

De microgolven worden over de vermelde sleuven 19, 31; 20, 33 uit de resonator 21, 22 in het plasmaruimte gekoppeld. Daarbij is beslissend dat bij deze inrichting geen microgolven door de donkere ruimte 35, 36 van de kathode 8 in het plasmabereik, daat dit tot boogvorming in de donkere ruimte 35, 36 kan leiden. Er kunnen ook extra elektromagneten 27, 28 aangebracht worden, waardoor de ionisatiewerking van de microgolf in het plasma verhoogd, dat door een kathode-afschermruimte 25, 26 omgeven is.

In fig.2 is de inrichting van fig.l in perspectivische vorm getoond. Hierbij herkent men duidelijk een holle geleider-T-element 40, waaraan de microgolven kunnen worden toegevoerd. Dit T-element bezit een dwars verlopende rechthoekige holle geleider 42 met een hieraan verticaal verlopende rechthoekige holle geleider 41. Met 43 zijn de in de holle geleider 41 toegevoerde microgolven gesymboliseerd. De dwars verlopende holle geleider 42 is aan zijn onderzijde open, zodat de daar uittredende microgolven 50, 51 in de daaronder gelegen resonator 11, 12 komen. Uit de sleuven 19, 31 resp. 20, 33 treden de microgolven uit, die hier worden gesymboliseerd door meanderende pijlen 53, 54 resp. 56, 57, 58.

Het onderste gebied van de resonator is in fig.2 niet nader aangegeven, omdat hij net zo er uit ziet als in het bovenste gebied. Hier mankeren alleen een holle geleider voor het inkoppelen van de microgolven. Op deze wijze is een gesloten ring mogelijk.

Daar het bij de in figuren 1 en 2 getoonde kathode om een rechthoekige kathode gaat, is ook de ringresonator een rechthoekige ringresonator. Wordt evenwel een ronde kathode aangebracht, dan zou een cirkelvormige resonator van voordeel zijn.

Claims (10)

1. Plasma-verstuivingsinrichting met microgolf-ondersteuning, waarbij voorzien is in a) een doel dat op elektrisch potentiaal ligt, b) een microgolfbron, waarvan de microgolven worden toegevoerd in het plasmaruimte voor het doel; c) een plasmaruimte voor het doel, gekenmerkt door d) tenminste een microgolf-ringresonator die het doel omsluit, e) een sleufsysteem, waardoor de microgolven uit de microgolfresonator toegevoerd worden aan het plasma-ruimte.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ringresonator gevuld is met een diëlektricum.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het diëlektricum teflon, trolon of polystyrol is.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het sleufsysteem zodanig is uitgevoerd, dat de microgolven niet door de kathode-donkere ruimte komen.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het doel deel van een magnetronkathode is.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de microgolven bij voorkeur een frequentie bezitten van 2,45 GHz.

7. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de microgolf-ringresonator op aardpotentiaal ligt.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen de microgolf-ringresonator en de kathode een isolator is aangebracht.

9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het plasmaruimte zijdelings door een reflectorplaat (23,24) begrensd is.

10. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een kathode-afschermkast (25,26) aangebracht is, waarin zich de elektromagneten (27,28) bevinden.