DE1765609C - Hochfrequenz-Sprühvorrichtung - Google Patents

Description

platte befestigt und befindet sich damit in einer Zone atmosphärischen Druckes. Die andere Seite der Hochfrequenzzufuhr liegt an Erde, und eine geerdete Plaüe 9 dient dem Ausgleich des selbsterzeugten Plasmas. Die Platte 9 kann auch so angebracht sein, daß sie das mit dem gesprühten dielektrischen Werkstoff zu überziehende Werkstück oder Substrat trägt. In F i g. 5 ist ebenfalls eine Kammer 6, ein Pumpenanschluß 7, eine dielektrische Auftreffplatte 8, die eine Begrenzungsfläche der Kammer bildet, und eine Hochfrequenzelekirode 1 gezeigt. In diesem Falle findet die Entladung zwischen einer Kathode 9 und einer Anode 10 statt. Diese bekannten Anordnungen haben den Vorteil, daß die Elektrode in jedem Falle atmosphärischem Druck ausgesetzt ist, wodurch ein Durchschlag zu Erde vermieden werden kann. Sie werden j.iioch nicht bei hohen Hochfrequenzkräften ange-'.Mitidt, weil die Erosion der dielektrischen Auftrelfpl.ute diese derart schwächt, daß die Gefahr besteht. d;'iJ sie das an ihren Flächen auftretende Druckdiffep.Mtial nicht aushält und zerspringt.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1006 601 int (.nie Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten ii litels Kathodenzerstäubung bekannt, wobei die LJucntliche Behandlungskammer innerhalb eines vaküiimdichten Außenbehälters untergebracht ist. Das • '·, akuieren erfolgt über einen Stutzen am Außcnbe-Ii ilter, der über eine kleine Öffnung in der Achsen-,lüie mit der Behandlungskammer in Verbindung si,'Iu, so daß beide Kammern nicht vollständig gegeneinander abgedichtet sind. Durch diese kleine Öffnung wird es bei dieser Anordnung erreicht, daß nur minimale Anteile des aufzudampfenden Materials in die Aiißcnkammer gelangen, so daß aufwendige Einrichtungen für eine Wiedergewinnung dieses Materials aus einem dort vorgesehenen Pumpkreislauf entfallen können.

Eine ähnliche Vorrichtung ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 118 8% bekannt, bei der ebenfalls dünne Schichten hoher Reinheit und Güte mittels Kathodenzerstäubung in einem Füllgas niedergeschlagen werden. Das Füllgas wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt und dabei abgekühlt. Die Herstellung der dünnen Schicht auf einem Tragkörper erfolgt durch Zerstäuben einer Kathode." Kathode und Tragkörper befinden sich in einem Kathodenzersläubungsgefäß, das seinerseits in einem evakuierten Rezipienten angeordnet ist. Beide Gefäße sind wiederum durch eine kleine Öffnung miteinander verbunden

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingang·.! genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Hochfrequeriz-Sprülworrichtung so weiterzubilden, daß sie sicher und praktisch ohne Gefahr eines Durchschlagcs zwischen der Hochfrequenz Elektrode und Erde arbeitet. Diese Aufgabe wird erlindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auftreffplatte aus Isoliermaterial einen Bcgrcnzungswandtcil der evakuierbaren Kammer bildet, und daß die Hoch f requenz-Elcktrode, an der die Auftreffplatte befestigt ist, außerhalb der Kammer in einer /weiten evakuierbaren Kammer untergebracht ist, in der während des Betriebs der Vorrichtung ein hinreichend verminderter Druck keine Entladungen zwischen der Hochfrequenz-Elektrode und anderen, geerdeten Metallteilen der Vorrichtung entstehen läßt.

Durch die getroffene Anordnung werden die schädlichen Entladungen zwischen der Hochfrequenz-Elektrode und geerdeten Metallteilen, wie auch Zerstörungen der Auftreffplatte bzw. der Hochfrequenz-Elektrode durch hohe Druckdifferenzen vermieden.

Es wird bevorzugt, wenn die evakuierbare Kammer innerhalb der zweiten Kammer untergebracht ist. Durch den in der zweiten Kammer einstellbaren Druck läßt sich die auf die Hochfrequenz-Elektrode bzw. die Auftreffplatte einwirkende Druckdifferenz genau beherrschen.

Es dient weiterhin einer Verhinderung von Durchschlagsenlladungen, wenn die Vorrichtung durch einen dielektrischen Schirm gekennzeichnet ist, der eine sonst frei liegende Fläche der Elektrode abdeckt. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch eine weitere Hochfrequenz-Elektrode und eine weitere daran befestigte Auftreffplatte aus Isoliermaterial, wobei die weitere Auftreffplatte einen weiteren Begrenzungswandteil der evakuierbaren Kammer bildet und die weitere Elektrode innerhalb der zweiten evakuierbaren Kammer untergebracht ist.

Hierdurch wird ein Hochfrequenz-Elektrodensysteni mit Zwillingselektroden geschaffen.

Nachstehend sind zwei Ausfiihrungsfornn'n der Erfindung an Hand der F i g. 6 und 7 näher erläutert; und zwar zeigt

F i g. 6 eine schematische Darstellung der beschriebenen Sprühvorrichtung, und

F i g. 7 eine schematische Darstellung der beschriebenen Hochfrequenzelektrodenanordnung für eine andere Ausführungsform.

In Fig. 6 ist eine Vakuumkammer Il mit einen Pumpcnanschluß 12 und einer inneren Kammer 13 gezeigt. Die Kammer 13 weist ein Glasrohr !4 auf, das an einem Ende durch eine metallische, geerdete Platte 15 und am anderen Ende durch eine Auftreflplatte 16 aus Isoliermaterial verschlossen ist. An der Außenfläche der Auflreffplattc 16 ist eine Hochfrequenzelektrode 17 befestigt, an die über eine Leitung 18 eine Hochfrequenzspannung gelegt wird. Die Platte 15 ist mit einer mit einem Pumpsyslem verbundenen Öffnung versehen, was allerdings in F i g. 6 nicht gezeigt ist. Die Kammer 14 kann statt dessen durch eine kleine, zur Kammer 11 führende, restriktive Öffnung ausgepumpt werden. Es ist auch ein (nicht gezeigter) Einlaß in der Platte 15 in Form einer Gasdüse zum Einführen von Gas bis zu einem gewünschten Druck vorgesehen. Die Kammern 1.1 und 14 können also beide evakuiert werden, aber auf verschiedene Drücke. Bei Betrieb ist eine Seite der Hochfrequenzzufuhr geerdet, während die andere Seite

5« über die Leitung 18 an die Elektrode 17 angeschlossen ist. Bei einer einzigen Hochfrequenzelektrode 17 kann ein Plasma bei einem Druck im Bereich von 10"-' torr erzeugt werden. Eine gewisse Schwierigkeit tritt bei seiner Erzeugung bei geringeren Drücken auf,

es kann jedoch, wenn es einmal begonnen hat, bei einem Druck aufrechterhalten werden, der etwa um einen Faktor 10 kleiner ist. Die Verbindung von Evakuierung durch die (nicht gezeigte) Öffnung in der Platte 15 und Einführung von Gas durch die (nicht gezeigte) Düse gestattet es, die Kammer 14 auf den für das Verfahren gewünschten Druck in der gewünschten Umgebung, /.. B. Argon, zu bringen. Das in der Kammer 14 erzeugte Plasma bewirkt das Sprühen der Auftreffplatte 16 zur Ablagerung auf einem

Substrat oder auf Substraten, die zweckmäßigerweise starr oder drehbar an der Platte 15 befestigt oder auf ihr gelagert sein können.

Die Kammer 11 wird unabhängig von der Kammer

5 J 6

14 auf einen Druck gepumpt, der niedrig genug isl, bung, wie sie für die Arbeit erforderlich ist, und di-

beispiclsweisc nicht wesentlich mehr als H) ■"■ lorr be- elektrischer Abschirmung darstellt. So ist eine Seite

trägt, um eine Entladung zwischen der Elektrode 17 der lsolatoi-AuftrefTplalle 16 zu einer (nicht gczeig-

und irgendwelchen geerdeten Metallteilen der Kam- ten) Sprühkammer hin offen, und ihre andere Seite

mer zu verhindern. Der DilTerentialdruck an der Auf- 5 ist an einer Hoclifrequenzclektrodc 17 befestigt, die

trennplatte 16 isl nun im Verhältnis zu dem in den in einem mit einer Vakuumanlage verbundenen Rohr

Anordnungen gemäß F i g. 4 und 5 minima!, und die 20 untergebracht isl, die hinreichend niedrigen Druck

Gefahr des Zerplatzens ist gering oder ausgeschaltet. zum Vermeiden einer Umladung aufrechterhält.

Wenn mehr als eine Hochfrequenz-Elektrode ver- Die den Wandungen des Rohres 20 zugekehrten

wendet würde, müßte jede innerhalb der Kammer 11 io Oberflächen der Elektrode sind durch einen dielck-

angcordnct sein und durch ein oder mehrere diclck- Irischen Schirm 21 abgeschirmt, der gewährleistet,

trische Teile mit dem Inneren der Kammer 14 kapa- daß zwischen diesen Oberflächen und den Wandun-

zitiv gekoppelt sein. gen des Rohres unter normalen Betriebsbedingungen

Bei kleinen Pumpsystemen mit Sprühkammerab- kein Durchschlag auftritt. Diese Elcktrodenanordmcssungen im Bereich von 12ZoIl (30.48 cm) können 15 nung kann für ein selbslerzeugcndes Piasinasystem, in der Kammer 11 Drücke etwa bis zu 5 · H)-¹· Torr wie z. B. das in l·" i g. (1 gezeigte oder ein dem in herrschen, was allerdings letzten Endes von der geo- F i g. 5 gezeigten System ähnliches System, bei dem metrischen Anordnung des Systems abhängt. Bei klci- die Glimmentladung durch eine Anodc/Kalhodc gelieren Systemen, bei denen die Abstände zwischen schallen wird, verwendet werden,
den Teilen 10 cm oder weniger betragen, dürfen 20 Vorrichtungen nach Art der beschriebenen sind für größere Drücke auftreten, da hier die Gefahr der Ent- Sprühvorgänge bei sehr unterschiedlichen Drücken stellung von Entladungen zwischen der Hochfrequenz- verwendbar, ohne daß es notwendig ist, Erd-Abschirelektrodc oder den Hochfrequenzelcktrocicn und mung der Hochfrequenzclcktrode oder -elektroden Erdeteilcn geringer ist, weil der loncnweg zu klein vorzusehen. Wie bekannt, können Sprühraten vcrist, als daß Ionisation auftreten könnte. Drücke von 25 bessert werden und ein bei geringem Druck selbst-K)-² Torr oder darüber können, je nach den erfordcr- erzeugtes Plasma kann unter Verwendung einer einliehen Sprühbedingungen, in der Sprühkammer 14 zigen Hochfrequcnzcicktrode gewonnen werden herrschen. wenn Einrichtungen zum Herstellen eines magneli

Fi g. 7 zeigt eine Elektrodenanordnung, die eine sehen Feldes in der Zone der Hochfrcqucnzelcktrodc

Kombination der Nicdrig-Druck-Elektrodcnumgc- 30 vorgesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

765 609 \ 1 2 Bereich zum Niederschlag auf einer geigneten hierfür Patentansprüche: vorgesehenen Oberfläche befördert wird. Hochfrequenz-Sprühvorrichtungen lassen sich in

1. Hochfrequenz-Sprühvorrichtung mit einer zwei Gruppen einteilen, nämlich solche, bei denen evakuierbaren Kammer, in der eine Glimmentla- 5 ein durch Glimmentladung zwischen einer therdung aufrechterhalten wird, und in der eine Auf- mischen Kathode und einer Anode erzeugtes treffplatte aus einem Isoliermaterial an einerElek- Plasma verwendet wird und solche, Bei denen trode befesügt ist, an die eine Hochfrequenzspan- das elektrische Hochfrequenzfeld dazu verwendet nung anlegbar ist, dadurch gekennzeich- wird, eine Hochfrequenz-Glimmentladung zu ernet, daß die Auftreffplatte (16) aus Isoliermate- ₁₀ zeugen. In beiden Fällen wird das Plasma in einer rial einen Begrenzungswandteil der evakuierbaren Zone erzeugt, die einen charakteristischen umcK nat, Kammer (13) bildet, und daß die Hochfrequenz- der gewöhnlich im Bereich von 5 · lü lorr bis elektrode (17), an der die Auftreffplatte (16) be- ΙΟ"² Torr liegt.

festigt ist, außerhalb der Kammer (13) in einer Es ist erwünscht, daß das Auftreten von Durcn-

zweiten evakuierbaren Kammer (11) unterge- 15 Schlagsentladungen zwischen metallischen Elektroden

bracht ist, in der während des Betriebs der Vor- — d. h. zwischen einer Hochfrequenzelektrode und

richtung ein hinreichend verminderter Druck keine Erde — verhindert wird, da dadurch das Sprühen des

Entladungen zwischen der Hochfrequenzelektrode Dielektrikums verringert oder verhindert wird, wah-

(17) und anderen, geerdeten Metallteilen der Vor- rend ein Sprühen der Elektrode stattfindet. Solche

richtung entstehen läßt. 20 Durchschlagsentladungen wurden bisher durch drei

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- bekannte Verfahren verhindert. Diese sind schemakennzeichnet, daß die evakuierbare Kammer (15) tisch in den Fig. 1, 2 und 3 bzw. 4 und .-> der innerhalb der zweiten Kammer (11) untergebracht Zeichnung dargestellt. F i g. 1 zeigt eine mit einer ist. dielektrischen Auftreffplatte 2 in Verbindung ste-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ge- a₅ hende Hochfrequenzelektrode 1, bei der die Durchkennzeichnet durch einen dielektrischen Schirm schlagsenlladung dadurch verhindert wird, daii ein (21), der eine sonst frei liegende Fläche der Elck- fester dielektrischer Schirm 3 vorgesehen ist, welcher trode (17) abdeckt. die Teile der Elektrode abschirmt, die nicht von der

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I AuftrefTplatte abgeschirmt werden. Diese Anordnung bis 3, gekennzeichnet durch eine weitere Hoch- 30 wird bei durch Hochfrequenz erzeugtem Plasma norfrequenzelektrode und eine weitere daran bete- malerwcise nicht verwendet, da dabei die Hocnfrestigtc AuftrefTplatte aus Isoliermaterial, wobei die quenzenergie nicht wirtschaftlich ausgenutzt wird,
weitere Auftreffplatte einen weiteren Begren- F i g. 2 zeigt eine Hochfrequenzelektrode 1, deren zungswandteil der evakuierbaren Kammer (13) obere Oberfläche mit einer (nicht gezeigten) dielcklnbildel, und die weitere Elektrode innerhalb der 35 sehen Auftreffplatte versehen ist. Die Elektrode ist zweiten evakuierbaren Kammer (11) unterge- von einem geerdeten Metallschirm 4 umgeben, der bracht ist. sich in einem Abstand von der Auftreffplatte befindet.

der für Durchschlagsentladungen nicht genügt. F i g. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung mit zwei Hochfrc-

40 quenzclektroden 1 und 5, die von einem ähnlichen

geerdeten Schirm 4 umgeben sind. Bei dieser Anordnung darf der Abstand zwischen der Elektrode und

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Sprüh- dem Schirm nicht zu klein sein, da die Kapazitätswirvorrichtung mit einer evakuierbaren Kammer, in der kungcn sich erhöhen, je geringer der Abstand wird, eine Glimm-Entladung aufrechterhalten wird, und in 45 Wenn der Abstand jedoch zu groß ist, ionisieren die der eine Auftreffplatte aus einem Isoliermaterial an über den Abstand beschleunigten Elektronen so viele einer Elektrode befestigt ist, an die eine Hochfre- Atome des uirgcbenden Gases, daß der unerwünschte quenz-Spannung anlegbar ist. Durchschlag eintritt. Die genannten Kapazitätswir-

Solche Vorrichtungen sind bereits bekannt; und kungen sind unerwünscht, da sie zu einigen oder allen zwar auch unter Anwendung eines Verfahrens, bei 5° der nachstehend beschriebenen Vorgänge fuhren:
dem eine dielektrische Auftreffplatte, die einer a) Frequenzumwandlung,

Metallelektrode aufliegt, in ein Plasma eingetaucht b) Änderung des Belastungswiderstandes der Elek-

wird. Dann wird eine geeignete Hochfrequenzspan- trode,

nung an die Elektrode angelegt, so daß die Vorder- c) Belastung der Stromzufuhr, so daß sie versagt

seite der dielektrischen Auftreffplatte auf Grund der 55 oder nicht gleichmäßig arbeitet,
kapazitiven Kopplung mit der Elektrode eine Wech- Die maximale Größe des zulässigen Abstandes, bei

selspannung aufnimmt. Da im Plasma die Elektronen der diese Auswirkungen vermindert werden, hängt eine größere Beweglichkeit besitzen als die Ionen, von dem umgebenden Gas und seinem Druck ab. Für führt die Hochfrequenzspannung dazu, daß auf der Argon ist ein Abstand von "Λ Zoll (0,635 cm) hei Vorderseite der Auftreffplatte eine negative Gleich- 60 einem Druck von 5 · ΙΟ"³ Torr typisch.
Stromvorspannung aufgebaut wird und die Auftreff- Das dritte bekannte Verfahren ist in F i g. 4 und 5

platte mit energiereichen Ionen beschossen werden gezeigt, die Anordnungen für ein durch Hochfrequenz kann, wobei das Sprühen stattfindet. selbsterzeugtes Plasma bzw. für eine durch Anode

Sprühen ist eine Bezeichnung für einen Prozeß und Kathode erzeugte Entladung darstellen. F i g. 4 im Vakuum, bei dem eine Auftreffplatte mit energi- 65 zeigt eine Vakuumkammer 6 mit einem Pumpcnanschen Ionen oder Atomen beschossen wird, so daß sie schluß 7 und einer Endplatte 8, die die dielektrische erodiert, wobei das erodierte Material von der Auf- Auftreffplatte darstellt. Eine metallische Elektrode 1 treffplatte abgesprüht und durch den sie umgebenden ist auf der Außenseite der dielektrischen Auftreff-