DE1790178A1 - Kathoden-Zerstaeubungsvorrichtung - Google Patents

Description

Pt 91 D

VARIAF ASSOCIATES
Palo Alto, California, USA

Kathoden-Zerstäubungsvorrichtung

Priorität: 11. Oktober 1967 - Vereinigte Staaten 3er.No. 674 539

Zusammenfassung

Es v/ird das sequentielle Aufstäuben von dünnschichtigen Mimen während eines einzigen Abpuiapzyklus in Verbindung irdt einer Vorrichtung beschrieben, bei der ein geerdeter Schirm zwischen mehreren Targetelektroden befestigt ist und nach unten in den Raum zwischen den Targetelektroden und einem Trägerhalter hineinragt. Stattdessen kann der Schirm auch am Trägerhaitsr befestigt werden und nach oben in den Raum zwischen den Target Elektroden und dem Trägerhalter hineinragen. Bei beiden Ausführungsformen v/ird Material, das von den an den Targetelektroden befestigten Targets zerstäubt wird, zusammengefaßt, so daß es nur auf den einem bestimmten Target atisgesetzten Trägern niedergeschlagen wird. Der .Trägerhalter ist mit einem Antrieb versehen, der selektiv gesteuert werden kann, so daß der Halter derart-gedreht wird, daß ausgewählte Targets ausgewählten Trägern dargeboten werden. Desientsprechend können dünnschichtige Filme während eines einzigen Abpumpzyklus hergestellt werden.

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8AD ORIGINAL

Stand der Technik

Die Erfindung, "betrifft allgemein Z er ε täubungs vorrichtungen zur Verwendung beim Niederschlagen von dünnen Filmen, auf ausgewählte Träger, und insbesondere eine Zerstäubungsvorrichtung zum sequentiellen Zerstäuben bei der Herstellung von dünnschichtigan Filmen und dünnen Fi La en von unterschiedlicher und sich ändernder Zusammensetzung.

In Zerβ täubungsvorrichtungen wird im allgemeinen die Bombardierung eines Targets aus ausgewähltem. Material mit energiersichen positiven Tonen verwendet, um Partikel aus dem Material herauszuschlagen, . die dann auf Träger niedergeschlagen.werden und an ' diesen haften, die auf Haltern oder Platinen in der ITähe der Targets angeordnet sind,.

Dia wachsende Verwendung von dünnen Filmen sowohl in der Forschung als. auch in industriellen und kor-i.ierziellen Anwendungen einschließlich üblicher.und kr-o.genischer Elektronik hat einen Bedarf an dünnen Filmen von.größerer Reinheit, größerer Gleichförmigkeit bei geringeren Kosten mit ^ich gebracht.

Da die Ionenstromdichte und die Zerstäubungsrate direkt mit dem Systemdruck zusammenhängen, werden relativ hohe Drucke benötigt, um zu gewährleisten, daß eine ausreichend große Ionenmenge zum Zerstäuben vorhanden-ist. Unter diesen Bedingungen sind die IdOglichkeiten natürlich sehr hoch, daß der dünne Film verunreinigt wird und mit restlichen Gasen chemisch reagiert. Um eine Verunreinigung zu verringern, ist es üblich gewesen, den Restgasdruck sehr stark herabzusetzen und dann das Vakuumgefäß, das die Zerstäubungsvorrichtung enthält, mit einem inerten, chemisch reinen Gas,- beispielsweise Argon, wieder zu füllen. Di-ase Lösung war zwar sehr wirksam, um eine Verunreinigung zu vermeiden, der Zeitaufwand und die Produktionskosten bei der Herstellung von gewöhnlichen einschichtigen dünnen Filmen wurden jedoch erhöht.

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ORIGINAL

Bis Tervv-endLtng vcn "bekannten ZerstÖAibungsvorrichtungeii zur Herstellung iron diinnseliichtigen .l?ilnen aus Verbindungen erhöht noch ölen Bedarf an Zeit raid Produkt ions auf wand, und die Verunreini-■^ungs_:.jroblene werden Boch in unerwünschtem Maße erneut herbeigeführt, Kail es bei den bekannten Systemen erforderlich ist, daß diese .zwischen aufeinanderfolgenden Zersteubungszyklen der Luft ausgesetzt werden, um dae Targetmaterial- zu wechseln.

I*bliche ZaretäuibtmgsTorriciitungen der bisher bekannten Art sind ■im allgemeinen auf sogenannte partiaweise Produktion von dünnen "Filmen beschränkt gewesen, im Unterschied zu einer sequentiellen 'Zeri?t5ubungstechaI3i,'wie sie beim Anrneldungsgegenstand möglich ist. \

liine partieweise Produktion erfordert ein vollständiges Durchlaufen des Arbeitszyklus des Takuumsystems jedesnal, wenn eine andere und verschiedene Schicht aus einem dünnen Film niedergeschlagen wird,, weil jede Schicht erfordert, daß andere Targets an den Targetelektraien cefestitt v.^rerden. Dabei werden die Träger in den Zwischenstufen des Yerfahrens der Luft ausgesetzt, \\'odureli sie sehr oft -in-unerwünscht em Maße verunreinigt und beschädigt v/erden, teispi^lsv/eise werden Löcher durch kleinste Staubpartikel hervorgerufen, die sich auf den Trägern sammeln.

Sine Anzahl sequentieller Zerstäubungssj^steme ist bereits, vorgeschlagen worden. Sechnische Schwierigkeiten haben jedoch dazu geführt, daß diese als unbrauchbar bezeichnet werden- müssen. Bei einigen Systemen sind umlaufende Targets verwendet worden, während bei anderen komplizierte mehrstufige ZerstäubungsStationen verv.'Giidet warden, die 2iit empfindlichen Eingangs-Ausgangs-Luftschleusen versehen sind. Umlaufende Targets bringen das Problem einer .ausreichenden Kühlung der Targetelektroden nit sich, während Luftschieusensysteme in erheblichem Umfang zusätzliche und auf wendige Einrichtungen benötigen, was in vielen üblichen Anvendungsfallen der Zerstäubungstechnik unerwünscht'öder unwirtschaftlich ist. ^:

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Es ist deshalb eine Zerstäubungsvorrichtung erwünscht, bei der die Vorteile üblicher. Vorrichtungen beibehalten werden, während es möglich ist, hochreine dünnschichtige Filme mit geringen Kosten herzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung . .. . ..

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet die meisten der oben beschriebenen Nachteile üblicher Zerstäubungsvorrichtungen und ermöglicht es, bei niedrigen Kosten reine dünnschichtige Filme herzustellen. Weiterhin können vorhandene Zerstäubungsvorrichtungen mit geringem Aufwand so modifiziert v/erden, daß die Erfindung ausgewertet werden kann. .

Wie noch naher.beschrieben"wird, wird erfindungsgemäß ein sequentielles Zerstäuben von dünnschichtigen Filmen verfügbar gemacht, indem in Kombination-ein neuartiger Trägerhalter und Targetelektrodenschirm verwendet werden.

Der Trägerhalter, der unter den Targetelektroden angeordnet ist, wird mit einer Einrichtung versehen, die eine vertikale und winkelmäßige" Verstellung der Träger relativ zu den darüber befindlichen Targets ermöglicht-wird. Eine geerdete Abschirmung, die das Fiederschlagen von Material auf ausgewählte Träger beschränkt, ist zwischen den Elektroden befestigt und ragt nach unten in den Raum zwischen den Elektroden und den Trägern.

Stattdessen kann eine in ähnlicher Weise geerdete Abschirmung fest am Trägerhalter selbst befestigt v/erden und nach oben in den G-liramentladungsraum hineinragen, in jedem Falle kann eine sequentielle Zerstäubung dadurch, bewirkt werden, daß verschiedene Targetmaterialien an den verschiedenen. Targetelektrodenplatten befestigt v/erden und der Trägerhalter verdreht wird, bis die Träger sich unter dem jeweils gewünschten Targetmaterial befinden. Die Abschirmung beschränkt das Zerstäuben des Materials auf den gewählten Träger, wie noch beschrieben wird.

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SAOORIGINAL

Die Einfachheit der neuartigen Anordnung führt von selbst zum gleichzeitigen Zerstäuben von mehreren verschiedenen Targets, eine Anpassung an verschiedene Typen von Zerstäubungsvorrichtungen, die sowohl mit Glimmentladungen als auch mit gestützten Entladungen arbeiten, und zur Freiheit von Zwischenstufen-Yerunreini-■gung der dünnschiehtigen Filme. Dabei werden selbstverständlich die Vorteile einer adäquaten Targetelektrodenkühlung und eines zuverlässigen elektrischen Betriebes der üblichen Zerstäubungssysteme beibehalten.

Durch die Erfindung soll also eine sequentielle Zerstäubungsvorrichtung verfügbar gemacht werden, mit der dünnschichtige Filme höherer Qualität bei niedrigeren Kosten hergestellt werden können.

Weiter soll durch die Erfindung eine Vorrichtung dieser Art verfügbar gemacht -werden, bei der eine Abschirmung innerhalb des Gliimnentladungsraumes angeordnet ist, um die Zerstäubung auf gewählte Träger zu beschranken.

Ferner soll durch die Erfindung eine Vorrichtung der genannten Art verfügbar gemacht werden, bei der ein Trägerhalter einstellbar für vertikale und Winkelmaßige Verstellungen relativ zu den Targets ist, um die Zerstäubung des Material auf gewählte Träger zu kontrollieren.

Diese und weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform

der Erfindung; und
Hg. 2 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

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In Pig. 1 ist eine Zerstäubungsvorrichtung nit gestützter Entladung dargestellt, bei der eine Induktionsspule 1 (unterbrochene Linie) Hochfrequenzenergie an ein Plasma liefert, um eine GlLarientladung zwischen ζ v/ei Targetelektroden 2, 3 und einem geerdeten Trägerhalter 4 aufrechtzuerhalten. Das Targetmaterial 5, 6, das zur Erzeugung von dünnschichtigen Filmen von unterschiedlicher Zusammensetzung ist, ist in geeigneter Weise, beispielsweise rait nicht dargestellten Klemmen, an den Elektroden 2, 3 befestigt. Eine geerdete Abschirmung 10 ist über der Oberseite der Elektroden 2, 3 angeordnet und gegen diese isoliert und beschränkt zusammen ait der Spule 1 und dem geerdeten Trägerhalter 4 die Glimmentladung, so daß eine sehr dichte Ionenquelle zum optimalen Zerstäuben gewährleistet ist. Eine vertikal ansteigende Sperr-Abschirmung 15 ist am geerdeten Trägerhalter 4 befestigt und unterteilt "diesen in wenigstens zwei gleiche Sektionen. Ein Antrieb 11, beispielsweise ein von außen steuerbarer Servomotor, ist in irgendeiner bekannten V/eise ,:.it den Irägerhalter 4 rekuppelt. Träger 7 werden vom Halter 4 gehaltert und werden nit dem Antrieb 11 unter gewählten Targetaaterialien 5, 6 positioniert.

Zv/ei Haltearme 16, 17 sind einstellbar an vertikal nach oben führenden Rohren 13 aus rostfreiem Stahl befestigt, um die Elektroden 2, 3 bzw. den Trägerhalter 4 festzuhalten, εο daß oine Ilöslichkeit besteht, den Abstand, zwischen Target und Träger zum optimalen Zerstäuben einzustellen. Zwei Kühlrohre 22, 23 sind an den Elektroden 2, 3 befestigt und bilden eine Leitung fur Kühlmittel zum Kühlen derselben. Gewünschtenfalls können die Rohre 22, 23 aus leitendem Werkstoff bestehen und dauit gleichzeitig dazu dienen, elektrische Energie den Elektroden 2, 3 zuzuführen.

Die ganze beschriebene Vorrichtung ist in eine Vakuumkammer 25 eingeschlossen, beispielsweise eine Vakuumglocke, deren offenes Ende vakuumdicht an eine Unter druckverteilung 26 auti rostfreiem

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Stahl ;it spxilenartigem Aufbau angesetzt ist. Eine Hochvakuumpumpe 27 ist an die Verteilung 26 angeschlossen, um die Kammer 25 zu evakuieren und. ti it einem chemisch reinen inerten Gas, beispielsweise Argon, wieder zu füllen. Eine oder mehrere Öffnungen 27 sind in der Verteilung 26 vorgesehen, um Kühlmittel und elektrische leitungen in die Kanter 25 hinein- und aus dieser herauszuf'.'hren.

Ih Pig. 2 ist eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt, die im &esamtaufbau im"wesentlichen der Ausführungsform nach Pig. 1 gleicht.

Bei der Ausführungsform nach Pig. 2 ist jedoch eine Sperr-Abschirraung 15' an der geerdeten Abschirmung 10 befestigt und ragt nach unten in. den Raum zwischen den Elektroden 2, 3 und dem Trägerhalter 4. ^T"/ie- in Verbindung .mit Pig. 1 bereits beschrieben worden ist, schränkt die Sperr-Abschirmung 15' die Zerstäubung des Materials von jeden der "Tar^etiriaterialien 5, 6 auf ausgewählte der ."rager 7 ein.

Im Betrieb wird die Vakuumkammer 25 xit der Pumpe 27 auf einen Druck von 10~° bis 10""' Torr evakuiert, je nach den zulässigen Restgasdruck. Je nach dem Restgasdruck wird zum Auspumpen eine Zeitspanne von 10 Hinuten oder mehr als 24 Stunden benötigt, üblicherweise dauert das Abpumpen 30 Ilinuten.

lach, dem Rückfällen der evakuierten Kammer 25 nit einem inerten chenisch reinen Sas. beispielsweise Argon, wird geeignete elektrische Energie an die Elektroden 2, 3 und Hochfrequenzenergie an die Induktionsspule 1 gelegt. Das Zerstäuben des Materials beginnt sofort, so daß die/Träger 7 in der gewünschten Dicke beschichtet wsrden. Wenn die gewünschte Dicke erreicht: ist, verdreht der Antrieb 11 den Trägerhalter 4 derart, daß Träger 7 unter ein anderes target kommen, und daraufhin wird die Zerstäubung erneut eingeleitet.

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31G1NAL

Da der dünnschichtige PiIm niedergeschlagen werden kann, ohne daß die Träger 7 der Luft ausgesetzt v/erden, wird eine Verunreinigung, die durch Berührung mit der Luft verurse,cht wird, vollständig vermieden. Weiterhin wird die Herstellungszeit für einen zweischichtigen dünnen Film wesentlich herabgesetzt, weil die Zwischenstufe einer Evakuierung der Karamer 25 nicht mehr nötig ist. ·

SIOWiU UM
BAD ORIGINAL

Claims (5)

V1 P191- D Patentansprüche

1. Kathodenzerstäubungsvorrichtung zur sequentiellen Zerstäubung, mit Targetelektroden, mit denen Targetmaterial auf Träger zerstäubt wird, die auf ein era Trägerhalter in der ITähe der Targetelektroden gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung in den Raum zwischen den Targetelektroden und dem Träger hineinragt, .und ein Antrieb mit dem Trägerhalter gekuppelt ist, um auf dem Trägerhalter gehalterte Träger wahlweise so zu positionieren, daß sie zerstäubtes Material "von einer ausgewählten der Targetelektroden erhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die • Abschirmung von den Targetelektroden nach unten hervorsteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch.1, dadurch gekennzeicimet, daß die Abschirmung am Trägerhalter befestigt ist und von. diesem zu den Targetelektroden hin hervorsteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung geerdet ist,

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Elektromotor ist.

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SAO ORIGINAL

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