DE3248121A1

DE3248121A1 - Hochleistungs-katodenanordnung fuer die erzeugung von mehrfachschichten

Info

Publication number: DE3248121A1
Application number: DE19823248121
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 6454 Bruchköbel Kubacha; Michael Dr.-Phys. 6458 Rodenbach Scherer
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1984-06-28
Also published as: US4488956A; DE3248121C2

Description

21. Dezember 1982 82521

LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

5000 Köln - 51

Hochleistungs-Katodenanordnung für die Erzeugung von Mehrfachschichten

Die Erfindung betrifft eine Hochleistungs-Katodenanordnung für die Erzeugung von Mehrfachschichten aus unterschiedlichen Targetmaterialien auf Substraten unter Verwendung von Magnetfeldgeneratoren für Magnetfelder₅ deren Feldlinien über dem Targetmaterial in sich geschlossene Entladungsrä'ume begrenzen, mit einer Transporteinrichtung für die Substrate.

ORIGINAL INSPECTED

21. Dezember 1982 82 521

Hochleistungs-Katoden der vorstehend beschriebenen Art sind sowohl mit ebenen als auch mit gewölbten Targetoberflächen bekannt, sie werden auch als "Magnetrons" bezeichnet. Ein derartiges Magnetron mit ebener Targetfläche ist in der DE-OS 30 47 113 beschrieben.

Bei derartigen Magnetrons ist hinter der Targetplatte mindestens ein Magnetfeldgenerator angeordnet, der sowohl als Elektromagnet ausgebildet als auch aus einer Gruppierung von Permanentmagneten bestehen kann. Die einzelnen Pole oder Polschuhe bilden in sich geschlossene Ringe, Rechtecke oder Ovale, die ineinander liegend angeordnet sind, so daß die Pole der einen Polarität außen und diejenigen der anderen Polarität innen liegen. Dies führt zur Ausbildung eines dreidimensionalen, zu einem Kreis, Rechteck oder Oval geschlossenen Tunnels von bogenförmigen Feldlinien, deren beiderseitige Fußpunkte in der Targetoberfläche liegen. Die Folge ist eine Konzentrierung der Glimmentladung auf einen Bereich innerhalb des "Tunnels", und zwar durch beträchtliche Erhöhung der KoIlisionswahrschein!ichkeit von Elektronen und Ionen, wodurch die Zerstäubungsrate des Targetmaterials und damit die Kondensationsrate auf den Substraten auf den zehn- bis zwanzig-fachen Wert erhöht wird. Aus diesem Grunde werden derartige Magnetrons auch als Hochleistungs-Katoden bezeichnet.

Man hat bisher mit derartigen Katoden auch bereits Mehrfachschichten aus unterschiedlichen Targetmaterialien erzeugt, indem man eine entsprechende Anzahl von Magnetrons,

J Z 4 O I Z I

21 . Dezember 1982 82521

die jeweils aus einem Magnetron-Grundkörper, einem Magnetfeldgenerator und einer Targetplatte bestanden, in einer Reihe hintereinander angeordnet.und die Substrate nacheinander unter sämtlichen Magnetrons hindurchbewegt hat. Auf diese Weise entstanden nacheinander Schichten aus den einzelnen Targetmaterialien, die jedoch streng voneinander getrennt waren. Ein besonders bekanntes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von infrarotreflektierenden Fensterscheiben, die als erste Schicht einen Haftvermittler, als zweite Schicht die eigentliche infrarotreflektierende Schicht und als dritte Schicht eine Schutz- u. Interferenzschicht aufweisen. Die Einzelschichten besitzen dabei keine übergangszone, so daß die Haftfestigkeit zwischen den einzelnen Schichten für bestimmte technische Anwendungsfälle, bei denen hohe mechanische Kräfte auf das Schichtensystem einwirken, nicht ausreichend ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochlei stungs-Katodenanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der allmählich ineinander übergehende Mehrfachschichten erzeugbar sind. Es geht dabei darum, zur Erhöhung der Haftfestigkeit eine sogenannte "Verzahnung" für die einzelnen Schichtmaterialien herbeizuführen. Eine solche Maßnahme war mit den bisher bekannten Magnetrons wegen der streng voneinander getrennten Magnetfelder und der Targetplatten nicht möglich.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Hochleistungs-Katodenanordnung erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens zwei unterschiedliche Target-

- 5 ORIGINAL INSPECTED

82521

21. Dezember 1982

materialien im Bereich mindestens eines Magnetfeldgenerators, der mindestens einen in sich geschlossenen Entladungsraum ausbildet, an mindestens einer Grenzlinie aneinanderstoßen und daß die Transportrichtung der Substrate senkrecht zu der mindestens einen Grenzlinie verläuft.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme erstreckt sich der aus Magnetfeldlinien gebildete "Tunnel" über mindestens zwei unterschiedliche Targetmaterialien, die auch unmittelbar aneinanderstossen. Durch diese Maßnahme kann die Glimmentladung nicht entweichen, so daß die hohe Zerstäubungsrate erhalten bleibt. Da nun die zerstäubten Partikel des Targetmaterials sich nicht nur in normaler Richtung von der Targetoberfläche entfernen, sondern durch einen Streueffekt auch unter nahezu beliebigen Raumwinkeln hiervon, findet im Bereich der Grenzlinie eine gründliche Durchmischung der Partikel der einzelnen Targetmaterialien statt, die mit zunehmender Entfernung von der Grenzlinie aufgrund statistischer Wahrscheinlichkeiten zu- bzw. abnimmt. Infolge der Transportrichtung der Substrate senkrecht zu dieser Grenzlinie bildet sich hierdurch zwischen den unterschiedlichen Targetmaterialien auf dem Substrat eine Obergangszone mit kontinuierlichem Übergang aus, in der sich die einzelnen Targetmaterialien verzahnen. Hierdurch wird die Haftfestigkeit beträchtlich erhöht.

Es ist zwar durch die DE-OS 22 43 708 bekannt, eine Magnetronanordnung entweder aus einer Kreisscheibe und einem diese mit Abstand umgebenden Kreisring oder aus zwei halbkreisförmigen Scheiben aufzubauen, die gleichfalls einen

\j c *-r \j ι <£_

21. Dezember 1982 82521

Spalt zwischen sich freilassen. Der einzige, in sich geschlossene Feldlinientunnel erstreckt sich dabei über beide KatodentefIe, die mit Wechselspannung (Hochfrequenz) versorgt werden. Da hierbei die Katodenteile ständig unterschiedliche Potentiale relativ zueinander einnehmen, ist der Luftspalt dazwischen aus Isolationsgründen unbedingt erforderlich. DarUberhinaus bestehen die beiden Katodenteile aus dem gleichen Werkstoff, so daß weder die Möglichkeit noch die Problemstellung gegeben ist, in einem Übergangsbereich sogenannte Misch-Schichten zu erzeugen.

Es ist gemäß der weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Targetmaterialien mindestens zwei planparallele Platten mit rechteckigem bzw. quadratischem Grundriß bilden und wenn die Platten innerhalb des mindestens einen Entladungsraums unmittelbar aneinanderstoßen.

Ein AusfUhrungsbeispiel des Erfindunpsgegenstandes wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert.

Die' Figur zeigt eine Hochleistungs-Katodenanordnung 1, die mittels eines DurchfUhrungsisolators 2, der als Tragstütze ausgebildet ist, an der oberen ßegrenzungswand einer nicht dargestellten Vakuumkammer befestigt ist. Die Hochleistungs-Katodenanordnung 1 besitzt einen Katoden-Grundkörper 3, der in an sich bekannter Weise als quaderförmige Wanne ausgebildet ist und in dem sich der weiter oben beschriebene Magnetfeldgenerator befindet.

ORIGINAL INSPECTED

374Ö \'l'\

._ 21. Dezember 1982 *■ 82521

Der Katodengrundkörper ist weiterhin von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, um die Betriebstemperatur niedrig zu halten.

Auf der unteren ebenen Begrenzungsfläche des Katodenkörpers 3 sind zwei voneinander verschiedene Targetmaterialien 4 und 5 in Form zweier planparalleler Platten mit rechteckigem Grundriß so befestigt, daß sie in gut wärmeleitender Verbindung mit dem Katodengrundkörper 3 stehen.

Die weiter oben beschriebene, an sich bekannte, Ausbildung des Magnetfeldgenerators führt zur Erzeugung eines in sich geschlossenen Entladungsraums 6, der sich über beide Targetmaterialien 4 und 5 erstreckt. Einige der Magnetfeldlinien sind als Bögen dargestellt.

Deren Verlauf bestimmt auch die Lage der Pole bzw. Polschuhe hi η t e r den Targetmaterialien. Die alle äußeren Fußpunkte der Feldlinien miteinander verbindende geschlossene Linie bestimmt die Lage des Poles bzw. der Pole einer Polarität, die alle innenliegenden Fußpunkte verbindende geschlossene Linie bestimmt die Lage des jeweils anderen Poles bzw. der anderen Pole. Es versteht sich, daß die eingezeichneten Feldlinien nur symbolisch für eine unendliche Zahl von Feldlinien stehen und daß die Fußpunkte aller Feldlinien nicht nur auf zwei geschlossenen Linien liegen sondern sich über die in der Figur sichtbare Targetoberfläche verteilen. Beim Betrieb der Vorrichtung ergibt sicH jedoch infolge des konzentrierten Entladungsraums 6 ein örtlich stark erhöhter Verbrauch der Targetmaterialien, der zu einer grabenförmigen Ver-

J 14ö IZ I

21. Dezember 1982 82521

tiefung an der Stelle der eingezeichneten Feldlinien führt. Innerhalb bzw. unterhalb dieses Entladungsraums 6 stossen die beiden Targetmaterialien 4 und 5 an einer gemeinsamen Grenzlinie 7 unmittelbar aneinander.

Unterhalb der Hochleistungs-Katodenanordnuno 1 befindet sich eine Transporteinrichtung 8 für die Substrate 9. Die Transporteinrichtung kann als Endlosförderer, oder aber auch als eine Rollenstraße ausgeführt sein, über die die Substrate einzeln oder auf plattenförmigen Trägern geführt werden. Die Transportrichtung der Transporteinrichtung 8 ist durch einen Pfeil 1Θ vorgegeben. Diese Transportrichtung verläuft senkrecht zu der sich quer über die gesamte Breite des Katodengrundkörpers 3 erstreckenden Grenzlinie 7, so daß die einzelnen Substrate nacheinander in den Bestäubungsbereich des Targetmaterials bzw. 5 gelangen. Es versteht sich, daß das Verhältnis der einzelnen Schichtdicken etwa dem Verhältnis der Längenausdehnung der Targetmaterialien 4 und 5, in Transportrichtung gesehen, entspricht, vorausgesetzt, daß die Zerstäubungsrate für beide Targetmaterialien etwa gleich groß ist. Etwaige Unterschiede in den Zerstäubungsraten können durch eine entsprechende Verlegung der Grenzlinie 7 kompensiert werden. In jedem Falle entsteht dann eine Übergangs- oder Mischschicht zwischen den beiden Targetmaterialien, wenn das betreffende Substrat 9 unter der Grenzlinie 7 hindurchläuft.

Es ist natürlich möglich, mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier unterschiedliche Targetmaterialien zu verwenden, sofern die dann mehrfach vorhandenen Grenzlinien zwischen

ORIGINAL INSPECTED

21, Dezember 1982 82521

den einzelnen Targetmaterialien jeweils im Bereich eines Entladungsraums liegen. Es ist auch möglich, innerhalb des gesamten Katodengrundkörpers mehr als einen Magnetfeldgenerator bzw. mehr als einen Entladungsraum vorzu-

sehen, wobei dann lediglich dafür Sorge zu tragen ist, daß die Entladungsräume im Bereich der Grenzlinien nicht unterbrochen sind.

- Leerseite ~

Claims

21. Dezember 1982 82521

-X-

ANSPROCHE:

Hochleistungs-Katodenanordnung für die Erzeugung von Mehrfachschichten aus unterschiedlichen Targetmaterialien auf Substraten unter Verwendung von Magnetfeldgeneratoren für Magnetfelder, deren FeIdlinien über dem Targetmaterial in sich geschlossene Entladungsräume begrenzen, mit einer Transporteinrichtung für die Substrate, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei unterschiedliche Targetmaterialien (4, 5) im Bereich mindestens eines Magnetfeldge.nerators, der mindestens einen in sich geschlossenen Entladungsraum (6) ausbildet, an mindestens einer Grenzlinie (7) aneinanderstossen und daß die Transportrichtung der Substrate (9) senkrecht zu der mindestens einen Grenzlinie verläuft.
2. Hochleistungs-Katodenanordnunp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetmaterialien (4, 5) mindestens zwei planparallele Platten mit rechteckigen bzw. quadratischen Grundriß bilden und daß die Platten innerhalb des.mindestens einen Entladungsraumes (6) aneinanderstoßen.

-V

ORIGINAL INSPECTED