DE1765609C

DE1765609C - High frequency spray device

Info

Publication number: DE1765609C
Application number: DE19681765609
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Norman Uckfield Sussex Jackson (Großbritannien)
Original assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Current assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Priority date: 1967-06-23
Filing date: 1968-06-19
Publication date: 1973-05-10

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.plate and is thus in a zone of atmospheric pressure. The other side of the high frequency feed lies on earth, and an earthed plaüe 9 serves to compensate for the self-generated Plasmas. The plate 9 can also be attached so that it is with the sprayed dielectric material to be coated workpiece or substrate carries. In Fig. 5 is also a chamber 6, a pump connection 7, a dielectric target 8 forming a boundary surface of the chamber, and a High frequency electrode 1 shown. In this case it takes place the discharge between a cathode 9 and an anode 10 takes place. These known arrangements have the advantage that the electrode is exposed to atmospheric pressure in each case, whereby a breakdown to earth can be avoided. They are not yet attracted to high high-frequency forces - '. Mitidt, because the erosion of the dielectric deposits weakens this so that there is a danger. d; 'iJ the pressure difference occurring on their surfaces does not endure and shatters.

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.The German interpretation document 1006 601 int (never a device for producing thin layers ii litels cathode sputtering known, with the LJucntliche treatment chamber within a vacuum Outer container is housed. The acuating takes place via a socket on the outside filter, which has a small opening in the axis, lüie with the treatment chamber in connection si, 'Iu, so that both chambers are not completely against each other are sealed. Through this small opening it is achieved with this arrangement that only minimal Proportions of the material to be vaporized get into the outer chamber, so that expensive facilities for a recovery of this material from a pumping circuit provided there be able.

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 verbundenA similar device is known from German Auslegeschrift 1 118 8%, in which also thin layers of high purity and quality are deposited in a filling gas by means of cathode sputtering will. The filling gas is guided in a closed circuit and cooled in the process. The production the thin layer on a support body is made by sputtering a cathode. "Cathode and support body are located in a cathode disruption vessel, which in turn is in an evacuated recipient is arranged. Both vessels are in turn connected to one another by a small opening

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.Based on a device of the input ·.! mentioned type, the invention is based on the object to further develop this high-frequency spray device, that they are safe and practically without the risk of a breakdown between the high-frequency electrode and earth works. This object is achieved according to the invention in that the target plate of insulating material forms a boundary wall part of the evacuable chamber, and that the high f requenz Elcktrode, to which the target is attached, outside the chamber in a / wide evacuable Chamber is housed in which a sufficiently reduced during operation of the device Do not pressure any discharges between the high-frequency electrode and other, earthed metal parts the device can arise.

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.Due to the arrangement made, the harmful discharges between the high-frequency electrode and earthed metal parts, as well as destruction of the target or the high-frequency electrode avoided by high pressure differences.

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.It is preferred if the evacuable chamber is accommodated within the second chamber. The pressure which can be set in the second chamber allows the pressure to be applied to the high-frequency electrode or precisely control the pressure difference acting on the target.

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.It also serves to prevent puncture charges, when the device is characterized by a dielectric screen which covers an otherwise exposed surface of the electrode. An advantageous embodiment is characterized by a further high-frequency electrode and a further impact plate made of insulating material attached thereto, the further impact plate being a forms another boundary wall part of the evacuable chamber and the other electrode within the second evacuable chamber is housed.

Hierdurch wird ein Hochfrequenz-Elektrodensysteni mit Zwillingselektroden geschaffen.This creates a high-frequency electrode system created with twin electrodes.

Nachstehend sind zwei Ausfiihrungsfornn'n der Erfindung an Hand der F i g. 6 und 7 näher erläutert; und zwar zeigtBelow are two embodiments Invention on the basis of FIG. 6 and 7 explained in more detail; namely shows

F i g. 6 eine schematische Darstellung der beschriebenen Sprühvorrichtung, undF i g. 6 is a schematic representation of the described Spray device, and

F i g. 7 eine schematische Darstellung der beschriebenen Hochfrequenzelektrodenanordnung für eine andere Ausführungsform.F i g. 7 is a schematic representation of the described High frequency electrode arrangement for another embodiment.

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 SeiteIn Fig. 6 is a vacuum chamber II with a Pump connection 12 and an inner chamber 13 are shown. The chamber 13 has a glass tube! 4, at one end by a metallic, earthed plate 15 and at the other end by a strike plate 16 is closed from insulating material. On the outer surface of the landing plate 16 is a high frequency electrode 17 attached, to which a high-frequency voltage is applied via a line 18. the Plate 15 is provided with an opening connected to a pump system, but this is shown in FIG. 6th is not shown. The chamber 14 can instead by a small, leading to the chamber 11, restrictive Opening to be pumped out. There is also an inlet (not shown) in plate 15 in the form of a Gas nozzle provided for introducing gas up to a desired pressure. Chambers 1.1 and 14 both can be evacuated, but at different pressures. In operation, one side is the high frequency feed grounded while the other side

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,5 ″ is connected to the electrode 17 via the line 18. With a single high-frequency electrode 17 For example, a plasma can be generated at a pressure in the range of 10 "- 'torr. Some difficulty occurs when it is generated at lower pressures,

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 einemhowever, once started it can be sustained at a pressure as high as around is a factor of 10 smaller. The connection of evacuation through the opening (not shown) in the Plate 15 and introduction of gas through the nozzle (not shown) allows the chamber 14 to be placed on the to bring the desired pressure in the desired environment, / .. B. argon, for the process. The Plasma generated in the chamber 14 causes the target 16 to be sprayed for deposition thereon

Substrat oder auf Substraten, die zweckmäßigerweise starr oder drehbar an der Platte 15 befestigt oder auf ihr gelagert sein können.Substrate or on substrates that are advantageously rigidly or rotatably attached to the plate 15 or on her can be stored.

Die Kammer 11 wird unabhängig von der KammerThe chamber 11 becomes independent of the chamber

5 J 65 J 6

14 auf einen Druck gepumpt, der niedrig genug isl, bung, wie sie für die Arbeit erforderlich ist, und di-14 pumped to a pressure low enough, exercise such as is required for the work, and di-

beispiclsweisc nicht wesentlich mehr als H) ■"■ lorr be- elektrischer Abschirmung darstellt. So ist eine SeiteFor example, it does not represent much more than H) ■ "■ lorr electrical shielding. This is how one side is

trägt, um eine Entladung zwischen der Elektrode 17 der lsolatoi-AuftrefTplalle 16 zu einer (nicht gczeig-carries in order to cause a discharge between the electrode 17 of the isolatoi-AuftrefTplalle 16 to a (not shown-

und irgendwelchen geerdeten Metallteilen der Kam- ten) Sprühkammer hin offen, und ihre andere Seiteand any earthed metal parts of the chamber) spray chamber open, and its other side

mer zu verhindern. Der DilTerentialdruck an der Auf- 5 ist an einer Hoclifrequenzclektrodc 17 befestigt, diemore to prevent. The DilTerentialdruck on the Auf- 5 is attached to a Hoclifreferenzclektrodc 17, the

trennplatte 16 isl nun im Verhältnis zu dem in den in einem mit einer Vakuumanlage verbundenen Rohrseparating plate 16 isl now in relation to that in a pipe connected to a vacuum system

Anordnungen gemäß F i g. 4 und 5 minima!, und die 20 untergebracht isl, die hinreichend niedrigen DruckArrangements according to FIG. 4 and 5 minima !, and the 20 housed isl, the sufficiently low pressure

Gefahr des Zerplatzens ist gering oder ausgeschaltet. zum Vermeiden einer Umladung aufrechterhält.The risk of bursting is low or eliminated. to avoid reloading.

Wenn mehr als eine Hochfrequenz-Elektrode ver- Die den Wandungen des Rohres 20 zugekehrtenIf more than one high-frequency electrode is used, the walls of the tube 20 are facing

wendet würde, müßte jede innerhalb der Kammer 11 io Oberflächen der Elektrode sind durch einen dielck-would apply, each surface of the electrode within the chamber 11 would have to be covered by a dielectric

angcordnct sein und durch ein oder mehrere diclck- Irischen Schirm 21 abgeschirmt, der gewährleistet,be angcordnct and shielded by one or more thick Irish screen 21, which ensures

trische Teile mit dem Inneren der Kammer 14 kapa- daß zwischen diesen Oberflächen und den Wandun-trical parts with the interior of the chamber 14 capacitance that between these surfaces and the wall

zitiv gekoppelt sein. gen des Rohres unter normalen Betriebsbedingungenbe quoted together. of the pipe under normal operating conditions

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 magneliIn the case of small pump systems with a spray chamber, no breakdown occurs. These Elcktrodenanordmcssungen in the range of 12 inches (30.48 cm) can 15 voltage can for a self-generating piasina system, in the chamber 11 pressures about up to 5 · H) - ¹ · Torr such. B. the system shown in FIG. 1 or a system that is ultimately similar to the system shown in FIG. 5 depends on the metric arrangement of the system by an Anodc / Kalhodc gel systems, in which the distances between sound is used,
the parts are 10 cm or less, 20 devices of the type described are allowed to occur for higher pressures, since here the risk of spraying at very different pressures position of discharges between the high-frequency can be used without it being necessary to ground The shielding electrode or the high-frequency leakage and elec- trode of the high-frequency leakage electrode or electrodes are lower because the ion path is too small to be provided. As is known, spray rates can be as high as ionization can occur. Pressures of 25 can be improved, and even at low pressure - ² Torr or more, depending on the required plasma, tens of high-frequency electrodes can be obtained in the spray chamber 14 using standard spray conditions. if facilities for making a magneli

Fi g. 7 zeigt eine Elektrodenanordnung, die eine sehen Feldes in der Zone der HochfrcqucnzelcktrodcFi g. Fig. 7 shows an electrode arrangement which produces a field in the zone of the high-frequency electrode

Kombination der Nicdrig-Druck-Elektrodcnumgc- 30 vorgesehen werden.Combination of Nicdrig-Druck-Elektrodcnumgc- 30 can be provided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

765 609 \ 1 2 area for precipitation on a suitable for this purpose: intended surface is conveyed. High frequency spray devices can be used in

1. Divide high-frequency spraying device into two groups, namely those in which a chamber can be evacuated, in which a glow discharge is maintained between a heat source, and in which a mixing cathode and anode made of an insulating material hit plate is used on an electrical plasma and those in which a trode is attached, to which a high-frequency voltage can be applied, the high-frequency electric field being used for this purpose, characterized in that the target plate (16) is made of insulating material. ₁₀ witnesses. In both cases the plasma is generated in a rial a boundary wall part of the evacuable zone, which forms a characteristic umcK nat, chamber (13), and that the high frequency of the usually in the range of 5 · lorr to electrode (17), at the the target plate (16) is ΙΟ " ² Torr.

is fixed, outside the chamber (13) in a It is desirable that the occurrence of pressure

second evacuable chamber (11) under 15 shock discharges between metallic electrodes

is brought, in which during operation the pre - d. H. between a high frequency electrode and

direction a sufficiently reduced pressure no earth - is prevented, as this prevents the spraying of the

Discharges between the high-frequency electrode dielectric is reduced or prevented, while

(17) and other, earthed metal parts before the electrode is sprayed. Such

direction can arise. 20 breakdown discharges have so far been carried out by three

2. Device according to claim 1, thereby preventing known methods. These are marked with a scheme, that the evacuable chamber (15) table in Figs. 1, 2 and 3 or 4 and .-> the drawing housed within the second chamber (11) is shown. F i g. 1 shows one with a is. dielectric target 2 in connection

3. Device according to claim 1 or 2, ₅ rising high-frequency electrode 1 in which the by Indicates schlagsenlladung by a dielectric shield is prevented overall a, daii a (21), which provided an otherwise exposed surface of the Elck- solid dielectric screen 3 is which trode (17) covers. shields the parts of the electrode that are not covered by the

4. Device according to one of claims I AuftrefTplatte be shielded. This arrangement up to 3, characterized by a further high frequency electrode is not used in the case of plasma generated by high frequency nor a further electrode, because the high-strength contact plate made of insulating material is not used economically,
further target plate a further limit F i g. 2 shows a high-frequency electrode 1, the tongue wall part of the evacuable chamber (13) upper surface of which is provided with a dielectric (not shown), and the further electrode is provided within the target plate. The electrode is surrounded by a grounded metal screen 4 below the second evacuable chamber (11). is at a distance from the target.

which is not sufficient for breakdown discharges. F i g. 3 shows a similar arrangement with two high-frequency

40 quenzclektroden 1 and 5, which are of a similar one

earthed screen 4 are surrounded. With this arrangement, the distance between the electrode and

The invention relates to a high frequency spray the screen not to be too small, as the capacitance swirl device with an evacuable chamber in which the values increase the smaller the distance, a glow discharge is sustained, and in 45 if the distance is too great, they ionize the one target made of an insulating material to so many electrons accelerated over the distance an electrode is attached, to which a high fre- Atoms of the exhausting gas, that of the undesired frequency voltage can be applied. Breakthrough occurs. The mentioned capacity

Such devices are already known; and changes are undesirable because they lead to some or all of the processes described below, even when using one procedure:
which is a dielectric target, which a) frequency conversion,

Metal electrode, immersed in a plasma b) Change in the load resistance of the elec-

will. Then a suitable high-frequency voltage electrode is

voltage applied to the electrode so that the front c) load the power supply so that it fails

side of the dielectric target due to the 55 or not working uniformly,
capacitive coupling with the electrode a change

self-tension absorbs. Since the electrons of these effects are reduced in the plasma, a greater mobility than the ions depends on the surrounding gas and its pressure. For the high frequency voltage leads to the fact that on the argon a distance of inches (0.635 cm) on the front of the target plate is a negative equal to a pressure of 5 · ΙΟ " ³ Torr typical.
Current bias is built up and the impingement. The third known method is shown in FIG. 4 and 5

Plate bombarded with high-energy ions are shown, the arrangements for a by high frequency can, with the spraying taking place. self-generated plasma or for an anode

Spraying is a term used to describe a process and cathode-generated discharge. F i g. 4th in a vacuum, in which an impact plate with energy 65 shows a vacuum chamber 6 with a pump nozzle Ions or atoms is bombarded so that they circuit 7 and an end plate 8, which is the dielectric eroded, the eroded material representing from the target. A metallic electrode 1 the target is sprayed and by the surrounding it is on the outside of the dielectric impact