Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstäubung
hohe Stromdichten und damit hohe Zerstäubungsraten bei der Metallzerstäubung mit
hoher Elektronenaustrittsarbeit erreicht werden. Die Erfindung benutzt ebenfalls
eine sogenannte unselbständige Entladung zur Bildung eines Plasmas, vermeidet jedoch
den genannten Nachteil der Glühkathode.Process for the production of metallic layers by means of cathode sputtering
high current densities and thus high atomization rates in metal atomization
high electron work function can be achieved. The invention also makes use
a so-called dependent discharge for the formation of a plasma, however, avoids
the mentioned disadvantage of the hot cathode.
Die Erfindung besteht darin, daß in dem Kathodenzerstäubungsgefäß
ein hochionisiertes Plasma durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt
wird, wobei sich eine Ringentladung ausbildet, deren Ionen zur Zerstäubung benutzt
werden. Die Plasmaerzeugung soll in weiterer Ausbildung der Erfindung möglichst
konzentriert und in dem Kathodenzerstäubungsgefäß möglichst begrenzt vorgenommen
werden. Zu diesem Zweck wird die Plasmaerzeugung in einem im wesentlichen abgeteilten
Raum des Zerstäubungsgefäßes durchgeführt. Das Zerstäubungsgefäß besteht also aus
zwei durch eine Öffnung miteinander verbundenen Räumen, dem Plasmaerzeugungsraum
und dem Zerstäubungsraum. Die Aufteilung der Zerstäubungseinrichtung in zwei Kammern
ist an sich bereits bekannt. Die bekannte Einrichtung zeigt jedoch eine andersartige
Aufteilung in einen Zerstäubungs- und einen Behandlungsraum.The invention consists in that in the sputtering vessel
a highly ionized plasma generated by a high frequency electromagnetic field
a ring discharge is formed, the ions of which are used for atomization
will. In a further embodiment of the invention, the plasma generation is intended to be as possible
concentrated and made as limited as possible in the sputtering vessel
will. For this purpose, the plasma generation is essentially divided
Carried out space of the nebulizer. The atomization vessel therefore consists of
two rooms connected to one another by an opening, the plasma generation room
and the atomization room. The division of the atomizing device into two chambers
is already known per se. However, the known device shows a different type
Division into a nebulization and a treatment room.
Um diesen Plasmaraum wird eine Spule derart angeordnet, daß sich bei
Anlegen einer Hochfrequenzspannung eine Ringentladung im Plasmaraum ausbilden kann.
Es sei erwähnt, daß die Anordnung von Hochfrequenzspulen in Kathodenzerstäubungsgefäßen
zur induktiven Erhitzung eines zu metallisierenden Körpers bereits bekannt ist.
In diesem Raum ist die Anode für die Kathodenzerstäubung zweckmäßig in Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten mittels Kathodenzerstäubung.
Die Kathodenzerstäubung ist bereits bekannt. Bei einer Kathodenzerstäubung wird
eine Kathode durch lonenaufschlag zerstäubt. Die Kathode besteht dabei zumindest
in ihren äußeren zu zerstäubenden Schichten aus einem Metall oder einer Metallegierung.
Die ausgeschlagenen, d. h. zerstäubten Atome oder Atomgruppen werden auf einem als
Unterlage für die herzustellende Schicht des Kathodenmaterials dienenden Auffänger
aufgefangen. Dieser Vorgang geschieht in einer solchen Weise, daß die zerstäubten
Panikelchen mit großer Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Auffängers auftreffen
und sich dort fest in diese einlagern. Auf diese Weise kann man festhaftende Schichten
erzeugen. Die Kathodenzerstäubung wird vorzugsweise in Edelgasen, z. B. Argon, oder
in Wasserstoff durchgeführt. Auf diese Weise wird eine Oxydation der metallischen
Schichten verhindert, und es ist z. B. bei der Verwendung von Edelgasen möglich,
eine besondere Reinheit der Schichten zu erzielen.A coil is arranged around this plasma space in such a way that at
Applying a high frequency voltage can form a ring discharge in the plasma space.
It should be mentioned that the arrangement of high-frequency coils in cathode sputtering vessels
for inductive heating of a body to be metallized is already known.
In this space, the anode for sputtering is useful in The invention
relates to a method for producing metallic layers by means of cathode sputtering.
Cathode sputtering is already known. With a cathode sputtering
a cathode is sputtered by ion impact. The cathode at least exists
in their outer layers to be atomized made of a metal or a metal alloy.
The knocked out, d. H. Atomized atoms or groups of atoms are called on a
Support for the layer of cathode material to be produced serving as a catcher
caught. This process happens in such a way that the atomized
Particles hit the surface of the catcher at great speed
and become firmly embedded in them there. This way you can get firmly adhering layers
produce. The cathode sputtering is preferably carried out in noble gases, e.g. B. argon, or
carried out in hydrogen. In this way there is an oxidation of the metallic
Layers prevented, and it is z. B. possible when using noble gases,
to achieve a special purity of the layers.
Die Kathodenzerstäubung verlangt zwischen der Anode und der Kathode
eine Spannung, die abhängig ist von der Art und dem Druck der Zerstäubungsatmosphäre.
Bei den bekannten Zerstäubungsverfahren wird mit Hilfe dieser Spannung eine sogenannte
anomale Glimmentladung erzeugt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß
Spannungen von mehreren 1000 Volt erforderlich sind, wenn Metalle mit hoher Elektronenaustrittsarbeit
zerstäubt werden sollen. Die Spannung wird dabei für eine gegebene Anordnung durch
die Stromdichte bzw. die Zerstäubungsrate des betreffenden Füllgases festgelegt.
Die erforderliche Spannung ist ferner um so höher, je niedriger der Gasdruck gewählt
wird. Für die gleichmäßige Bestäubung größerer Flächen ist aber ein möglichst niedriger
Gasdruck erforderlich, weil für die Verwirklichung dieses Zieles der Abstand Auffänger/Kathode
nur wenige freie Weglängen betragen darf.The sputtering takes place between the anode and the cathode
a voltage that depends on the type and pressure of the atomizing atmosphere.
In the known sputtering process, a so-called voltage is generated with the aid of this voltage
abnormal glow discharge generated. The disadvantage of this method is that
Voltages of several 1000 volts are required when using metals with a high electron work function
to be atomized. The voltage is thereby determined for a given arrangement
the current density or the atomization rate of the filler gas in question.
Furthermore, the lower the selected gas pressure, the higher the voltage required
will. For the even pollination of larger areas, however, a lower one is as low as possible
Gas pressure is required because the distance between the collector and the cathode is necessary to achieve this goal
may only be a few free path lengths.
Weiterhin ist es bekannt, Kathodenzerstäubung mit unselbständiger
Entladung vorzunehmen. Dabei kommt man mit geringeren Spannungen aus. Bei dieser
Art wird neben der Kathode eine Hilfsglühkathode in das Zerstäubungsgefäß eingesetzt.
Diese Hilfskathode dient zur Erzeugung von Plasma. Als nachteilig wirkt sich dabei
jedoch die gleichzeitige Zerstäubung der Glühkathode aus.Furthermore, it is known to use cathode sputtering
Discharge. You get by with lower tensions. At this
Art, an auxiliary incandescent cathode is inserted into the atomization vessel in addition to the cathode.
This auxiliary cathode is used to generate plasma. It has a disadvantageous effect
but the simultaneous sputtering of the hot cathode.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der Kathodenzerstäubung
in der Weise zu verbessern, daß man auch bei extrem niedrigen Gasdrucken mit Spannungen
unter 1000 V auskommt. Trotzdem sollen
Form eines axialen
Stiftes, um die Ausbildung der Ringentladung nicht zu beeinträchtigen, eingeführt,
Die Zerstäubungskathode befindet sich erfindungsgemäß außerhalb des eigentlichen
Plasmaraumes, aber möglichst in deren Nähe. Durch die Anordnung der Zerstäubungskathode
zwischen Plasmaraum und Auffangkörper kann eine günstige Zerstäubung und Niederschlagung
des Zerstäubungsmaterials auf dem Auffangkörper erzielt werden. Als Füllgas für
eine solche Kathodenzerstäubungsanordnung wird, wie bereits bekannt, weitgehend
Edelgas verwendet. Je nach der angelegten Hochfrequenzspannung, dem Druck und der
Art des Füllgases sowie den Abmessungen des Plasmaraumes des Zerstäubungsgefäßes
wird mehr oder weniger Plasma in diesem Raum erzeugt. Die auf diese Weise erzeugten
Ionen werden nun durch das zwischen Anode und Kathode angelegte elektrische Feld
je nach dem Druck und der Spannung mehr oder weniger stark auf die Zerstäubungskathode
aufschlagen und dadurch eine Zerstäubung des Kathodenmaterials vornehmen.The object of the invention is to improve the cathode sputtering process in such a way that voltages below 1000 V can be used even at extremely low gas pressures. Nevertheless, the form of an axial pin should be introduced so as not to impair the formation of the ring discharge. According to the invention, the sputtering cathode is located outside the actual plasma space, but as close as possible to it. By arranging the atomization cathode between the plasma space and the collecting body, favorable atomization and deposition of the atomizing material on the collecting body can be achieved. As is already known, noble gas is largely used as the filling gas for such a cathode sputtering arrangement. Depending on the applied high-frequency voltage, the pressure and the type of filling gas as well as the dimensions of the plasma space of the atomization vessel, more or less plasma is generated in this space. The ions generated in this way will now strike the sputtering cathode to a greater or lesser extent, depending on the pressure and voltage, due to the electrical field applied between anode and cathode, and thereby effect sputtering of the cathode material.
Als Zerstäubungsgefäß eignet sich besonders vorteilhaft ein Glaskolben,
der an einer Stelle stark eingeschnürt ist. In einem Teil dieses Zerstäubungskolbens
kann das durch eine Spule über diesen Kolbenteil erzeugte hochfrequente elektrische
Feld die Plasmaerzeugung vornehmen und die Ringentladung herbeiführen. Das Plasma
ist dann vorwiegend auf diesen Raum begrenzt, d. h., es kann sich in diesem Raum
konzentriert ausbilden. Durch Variation der an die Hochfrequenzspule angelegten
Spannung kann die Plasmakonzentration verändert werden. Auf diese Weise ist es möglich,
die Bedingungen für die Kathodenzerstäubung zu verändern und damit eine gute Steuerung
für die Zerstäubung in der Hand zu haben. In der Nähe dieser Einschnürung des Glaskolbens
befindet sich die Zerstäubungskathode und etwas weiter entfernt der Auffänger.A glass flask is particularly suitable as the atomizing vessel,
which is strongly constricted in one place. In part of this atomizing piston
can the high-frequency electrical generated by a coil over this piston part
Field to make the plasma generation and bring about the ring discharge. The plasma
is then mainly limited to this space, i. i.e., it can be in this room
focus on training. By varying the applied to the high frequency coil
Voltage can change the plasma concentration. In this way it is possible
changing the conditions for sputtering and thus good control
to have in hand for atomization. In the vicinity of this constriction of the glass bulb
is the sputtering cathode and a little further away is the collector.
Als Beispiel wird in der Zeichnung eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben.As an example, an arrangement for implementation is shown in the drawing
of the method according to the invention.
Ein Glaskolben 1 ist auf eine Unterlagplatte 3 derart gesetzt,
daß zwischen beiden Dichtungsmöglichkeiten in Form von Dichtringen 2 angebracht
sind. Dieser Glaskolben ist an der Stelle 12 eingeschnürt. In dem in der
Figur dargestellten unteren Teil des Kolbens befindet sich die Zerstäubungskathode
4, die mit der elektrischen Stromzuführungsleitung 5 verbunden ist. Der Auffangkörper
6 liegt auf einer verschiebbaren Trägeranordnung 7. Sowohl die Stromzuführungsleitung
5 als auch die Trägeranordnung 7
sind ebenfalls mit Dichtungsmitteln
2 an den Durchtrittsstellen durch die Grundplatte versehen. In den oberen Teil
(10) des Glaskolbens ist die Anode 8
eingeschmolzen. Um diesen oberen
Teil ist eine Spule 9, bestehend aus mehreren Windungen elektrisch leitenden
Drahtes, angeordnet. Zu Beginn des Verfahrens wird der auf der Unterlage aufgesetzte
Glaskolben durch eine Bohrung 11 leer gepumpt und danach mit dem Füllgas
gefüllt. Nach Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Spule 9 wird in dem
oberen Teil 10 des Glaskolbens Plasma erzeugt. Nach Anlegen von Spannung
an die Anode 8 und Kathode 4
bewegen sich Ionen mit großer Geschwindigkeit
aus dem Plasmaraum 10 in Richtung zur Kathode 4, von der sie beim
Auftreffen Atome oder Atomgruppen des Kathodenmaterials ausschlagen. Diese werden
dann auf dem Auffangkörper 6 aufgestäubt.A glass bulb 1 is placed on a base plate 3 in such a way that sealing options in the form of sealing rings 2 are attached between the two. This glass bulb is constricted at point 12. The sputtering cathode 4, which is connected to the electrical power supply line 5, is located in the lower part of the piston shown in the figure. The collecting body 6 lies on a displaceable carrier arrangement 7. Both the power supply line 5 and the carrier arrangement 7 are also provided with sealing means 2 at the points of passage through the base plate. The anode 8 is melted into the upper part (10) of the glass bulb. A coil 9, consisting of several turns of electrically conductive wire, is arranged around this upper part. At the beginning of the process, the glass bulb placed on the base is pumped empty through a bore 11 and then filled with the filling gas. After applying a high-frequency voltage to the coil 9 , plasma is generated in the upper part 10 of the glass bulb. After voltage is applied to the anode 8 and cathode 4 , ions move at great speed out of the plasma space 10 in the direction of the cathode 4, from which they eject atoms or groups of atoms of the cathode material when they strike. These are then dusted onto the collecting body 6 .