DE3316640A1

DE3316640A1 - Zerstaeubungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3316640A1
Application number: DE19833316640
Authority: DE
Inventors: Charles F. 80301 Boulder Colorado Morrison jr.
Original assignee: VAC- TEC SYSTEMS INC; Vac Tec Systems Inc
Current assignee: VAC- TEC SYSTEMS INC; Vac Tec Systems Inc
Priority date: 1982-08-16
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1984-02-16
Also published as: US4391697A; JPS5938385A; GB2125438A; GB8312202D0; FR2531810A1

Description

PRINZ- B^:UJMKE^:& PARTNER

Patentanwälte · Europ'eän Pa'tent""Attorneys J J Ί Du AO

München Stuttgart

-S*

Vac-Tec Systems, Inc. 6. Mai 19 83

2590 Central Avenue

Boulder, Colorado 80301 /V.St.A.

Unser Zeichen: V 770

Zerstäubungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das technische Gebiet der Erzeugung dünner Schichten und insbesondere
auf Verbesserungen eines mit einem Magnetron arbeitenden Zerstäubungsprozesses und einer Vorrichtung zur Bildung solcher Schichten, die aus hochpermeablen Materialien
bestehen kann.

Ein Verfahren zum Aufbringen dünner Schichten aus einem gewünschten Material auf einem Substrat ist das Diodenzerstäuben. Ein aus dem aufzubringenden Material bestehendes Target wird mit Gasionen beschossen, die durch ein
starkes elektrisches Feld beschleunigt worden sind. Der Beschüß bewirkt ein Ausstoßen von Teilchen in Atomgröße aus dem Target, die sich auf der Substratoberfläche als dünne Schicht absetzen. Dieser Zerstäubungsprozeß ist

im Vergleich mit anderen Verfahren langsam, und die zur Erzeugung einer durch Diodenzerstäubung auf gebrachten

Schw/bl

Schicht erforderliche elektrische Spannung ist relativ hoch. Es tritt eine Stromsättigung bei einem niedrigen Wert auf.

Die beim Diodenzerstäubungsprozeß auftretenden Nachteile sind in einem hohen Ausmaß durch die Anwendung der Magnetronzerstäubung gemildert worden. Wie aus Fig. 1A zu erkennen ist, ist ein Targetmaterial 14 mit niedriger Permeabilität hinter einem Feld aus Magneten 10 und -,Q 12 angebracht, wobei das Magnetron eine "rennbahnförmige" Entladung erzeugen kann; die Magnete können Magnete des Typs sein, der in den US-PSen 4 162 954, 4 180 450 und 4 265 729 beschrieben ist. Eine Kopplungsplatte 16 dient dazu, die Magnetfelder zwischen den zwei Magneten an ihren unteren Bereichen kurzzuschließen. Wegen der niedrigen Permeabilität des Targetmaterials gehen die magnetischen Kraftlinien 18 von den Magneten aus, durchlaufen das Targetmaterial 14 und verlaufen dann für eine gewisse Strecke im wesentlichen parallel

2Q zur Ebene der Targetoberfläche. Es wird ein elektrisches Feld erzeugt, das zu wenigstens einem Teil des Magnetfeldes senkrecht verläuft. Von dem elektrischen Feld werden Gasionen beschleunigt, so daß sie auf das Target 14 aufprallen, das dadurch zum Ausstoßen von Teilchen mit Atomgröße wie bei der Diodenzerstäubung veranlaßt wird. Das Magnetfeld über der Targetoberfläche begrenzt jedoch vom Target ausgestoßene Sekundärelektronen auf die Nähe der Targetoberfläche, so daß die Kollisionsrate zwischen den Sekundärelektronen und den Gasmolekülen im Gasplasma (allgemein Argon) vergrößert wird. Diese zusätzlichen Kollisionen dienen der Erzeugung zusätzlicher Gasionen und somit der Erzeugung von mehr Gasplasma, das auf die Nähe der Targetoberfläche beschränkt wird. Auf diese Weise wird die Abscheidungsgeschwindigkeitbei der Magnetronzerstäubung gegenüber der Diodenzerstäubung durch eine Größenordnung erhöht.

Es ist zu erkennen, daß das durch die Kraftlinien 18

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• ι-

angezeigte, schleifenförmig verlaufende Magnetfeld notwendig ist, um das Plasma nahe der Oberfläche des Targets 14 einzufangen. Wenn jedoch mittels der Magnetronzerstäubung ein Material mit hoher Permeabilität zerstäubt werden soll, wird das schleifenförmig verlaufende Magnetfeld kurzgeschlossen, wie in Fig. 1B dargestellt ist. Das hochpermeable Target 24 koppelt alle magnetischen Kraftlinien in wirksamer Weise ebenso wie die Kopplungsplatte 16 von einem Magneten zum anderen. Das Fehlen der schleifenförmigen Kraftlinien zum Einfangen des Plasmas in der Nähe des hochpermeablen Targetmaterials würde die Magnetronzerstäubung auf eine gewöhnliche Diodenzerstäubung mit der damit verbundenen, auf die Stromsättigung zurückzuführenden relativ niedrigen Zerstäubungsrate reduzieren'.

Zur Erzielung einer Magnetronzerstäubung hochpermeabler Materialien sind mehrere Lösungen versucht worden, die allerdings nur einen begrenzten Erfolg zeigten. Bei

2Q einer Lösung wird ein sehr dünnes, hochpermeables Target benützt, so daß es durch die Magneten gesättigt wird und daher nicht mehr das ganze Magnetfeld nebenschließen kann. Wenn die Targets jedoch so dünn gemacht werden, daß sie nicht mehr das ganze Feld nebenschließen, werden die Targets schnell erschöpft, bevor sich auf merklichen Mengen des empfangenen Substrats eine Schicht angesammelt hat. Bei anderen Lösungen werden relativ normale Targetdicken angewendet, doch wird dabei mit sehr starken Magneten gearbeitet, die ebenfalls wieder

QQ dazu dienen, das Targetmaterial zu sättigen und ein schwaches schleifenförmiges Magnetfeld darüber aufrechtzuerhalten. Dies erfordert zumindest eine zweite Gruppe von Magneten oder einen extrem leistungsstarken Elektromagneten. Bei Targets aus Eisen und Nickel mit bescheidenen Abmessungen lassen sich damit zwar gute Ergebnisse erzielen, doch gilt dies nicht für Permalloy, Samariumkobalt und andere Materialien mit sehr hoher Permeabilität. Diese Lösung ist in der DE-PS 30 12

beschrieben.

Ein weiteres Verfahren zur Ermöglichung der Magnetronzerstäubung besteht darin, die zur Sättigung des Targetg materials erforderliche Feldstärke zu reduzieren. Dies kann durch Erwärmen des Targetmaterials über seinen Curie-Punkt erreicht werden, wie in der US-PS 4 299 beschrieben ist. Keines der oben beschriebenen Verfahren eignet sich jedoch ernsthaft zur industriellen Be-,Q schichtung, so daß das Zerstäuben hochpermeabler Materialien immer noch unter Anwendung der Diodenzerstäubung mit ihrer sehr niedrigen Aufbringungsgeschwindigkeit durchgeführt wird.

-,ρ- Angesichts der oben geschilderten Schwierigkeiten bei der Zerstäubung hochpermeabler Materialien soll mit Hilfe der Erfindung eine Vorrichtung geschaffen werden, mit deren Hilfe sowohl hochpermeable als auch nicht permeable Materialien mit hoher Zerstäubungsrate zer-

2Q stäubt werden können. Die zu schaffende Vorrichtung soll so ausgebildet sein, daß die magnetische Sättigung des Targetmaterials entweder durch starke Magnetfelder oder durch Erwärmen über ihren Curie-Punkt nicht erforderlich ist.

Dies wird mit Hilfe der Erfindung mittels eines aus zwei Teilen bestehenden Targets erreicht, zwischen denen eine Lücke freigelassen ist in der eine Plasmaquelle angeordnet ist, wobei über dem Target ein schwa-

₃q ches Fangfeld gebildet wird, damit das Plasma in der Nähe des Target gehalten wird. Wenn das Target aus einem hochpermeablen Material besteht, wird durch das Target und die Lücke ein Magnetfeld gelegt, damit die Plasmaquelle entsteht. Wegen der Lücke verläuft nicht

gg das gesamte angelegte Feld durch das Target und die Lücke, was bedeutet, daß der Rest des Feldes zu dem über dem Target verlaufenden schwachen Fangfeld wird. Auf diese Weise können Materialien zerstäubt werden,

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die eine sehr hohe Permeabilität haben.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A einen Schnitt einer typischen Magnetronzerstäubungsvorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 1B einen Schnitt eines Teils der MagnetronzerstäuiQ bungsvorrichtung von Fig. IA mit einem hochper-

meablen Targetmaterial,

Fig. 2 einen Schnitt eines Teils der Magnetronzerstäubungsvorrichtung von Fig. 1A, jedoch in der Ausgestaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt zur Veranschaulichung einer Abwandlungsmöglichkeit einer im Handel erhältlichen Magnetronzerstäubungsvorrichtung für ein Arbeiten gemäß der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

2g Fig. 5 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt zur Veranschaulichung der Anwendung der Erfindung zur Plasmaerzeugung in einer weiteren Zerstäubungsvorrichtung.

Es wird nun genauer auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Darstellungen die gleichen Bauteile bezeichnen; es ist zu erkennen, daß die dargestellten Ausführungsbeispiele in der erforderlichen Druckgasatmosphäre untergebracht sind, die zur Plasmaerzeugung aus den vorhandenen Gasmolekülen führt. Die Auswahl eines geeigneten Gases, der geeigneten

\ Werte für den Gasdruck, die Versorgungsspannung und den Abstand von Kathode zu Anode sowie der Stelle am Substrat, die beschichtet werden soll, wird für den Fachmann nach Studium der nachfolgenden Ausführungen klar erkennbar.

Fig, 2 zeigt schematisch eine nach der Erfindung ausbildete Kathode, wobei es sich bei dieser Kathode um den bekannten "Rennbahntyp" handelt. Die Kathode ent-

-IO hält eine Außenkathode 24a und eine davon durch eine Lücke 25 getrennte Innenkathode 24b. In der Lücke ist ein Feld dargestellt, das sich parallel und mit gleicher Stärke von einer Seite zur anderen erstreckt. Obgleich sich das Feld zwischen hochpermeablen Material-

jr blöcken erstreckt, ist es nicht stärker als das übliche Magnetronfeld. Dies bedeutet, daß das Feld nur ebenso stark wie die darunter befindlichen Treibermagnete 10 und 12 ist. Zusätzlich zur Erzeugung des starken Feldes in der Lücke 25 erzeugen die Magnete 10 und 12 auch ein

2Q schwaches Schleifenfeld 18 über den das Target bildenden Kathoden 24a und 24b.

Mit zunehmendem Abstand über der Lücke 25 sinkt die Feldstärke schnell unter die für die Magnetronwirkung in der Ausführung von Fig. 1A notwendige Feldstärke von 80 bis 100 Gauss ab. Daraus ergibt sich ganz klar, daß die Lücke 25 der Hauptplasmagenerator ist, während das darüber befindliche schwache Feld mit schleifenförmigem Verlauf dazu dient, das Plasma nahe bei den

OQ Targetelementen zu halten, wo die meisten Targetmaterialien bei verschiedenen Leistungsdichten von 1-25 Mikron Argon zerstäuben. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also die Plasmaerzeugungsfunktion von der Plasmaanwendungsfunktion getrennt. Dies steht im Gegen-

Q,- satz zur Ausführungsform von Fig. 1A, in der das Feld 18 sowohl zur Plasmaerzeugung (zum Eingrenzen der ionisierenden Elektronen) als auch zur Plasmaanwendung (zum Eingrenzen des das Target zerstäubenden Plasmas)

benutzt wird. Wenn die Lücke das Plasma zu leicht erzeugt, könnte es sein, daß das Target keinen genügenden Beschleunigungsmantel zur Verursachung der Zerstäubung entwickelt. Wenn die Plasmaproduktion zu schwach ist, tritt Sättigung ein, oder es werden zu hohe Spannungen benötigt. Die Geometrie der Lücke und der Arbeitsdruck arbeiten so zusammen, daß eine Steuermöglichkeit dieser Beziehungen erhalten wird. Die folgenden Werte sind

gemessen worden (bei einer Normierung auf 10,4 Watt/cm

2Q und bei einem Abstand von 10 cm zwischen dem Target und dem Substrat):

Fe )

Ni ) 450 nm/min

^Co )

Permalloy (79% Ni, 4% Mo, )

16+% Fe) ) 350 nm/min

In der Lücke ist ein Boden 27 angebracht, der entweder

2Q aus einem dünnen permeablen Material wie dem Targetmaterial oder aus einem nicht permeablen Material wie Keramik bestehen kann. Es ist beobachtet worden, daß der Boden der Lücke zerstäuben kann. Wenn der Boden also aus Targetmaterial besteht, wird der Ausstoß der · Kathode nicht verunreinigt. Dies trägt zur Kompliziertheit bei und muß sehr sorgfältig ausgeführt werden, damit eine lange Lebensdauer erzielt wird, ohne daß das innenliegende Target und das außenliegende Target magnetisch kurzgeschlossen werden. Wenn jedoch die Breite der Lücke zur Erzielung eines praxisgerechten Minimums reduziert wird, wird der Boden der Lücke weniger kritisch. Bei einer Breite der Lücke von 0,3 cm ergab ein keramischer Boden nahezu keine Änderung der Arbeitseigenschaften. Das Keramikmaterial wurde schnell überzogen, so daß sich mit der Zeit eine geringe Dicke aufbaute. Wenn der Aufbau zu einem Problem wurde, so daß das Feld in der Lücke nebengeschlossen würde, kann die Lücke geringfügig verbreitert werden, so daß das

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tatsächliche Ausmaß des Aufbaus sehr niedrig ist. Es kann sein, daß äußerst schmale Lücken kein für die Verursachung der Magnetronwirkung ausreichendes schleifenförmiges Magnetfeld ergeben; eine Ausführung mit einer Lücke mit der Breite von 1,5 mm würde nicht arbeiten.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die durch nachträgliche Ausstattung eines bereits existierenden Magnetronsystems verwirklicht

2Q werden kann, das von der Firma Vac-Tec Systems, Inc., 2590 Central Avenue, Boulder, Colorado 80301 hergestellt und vertrieben wird. In Fig. 3 weist die hochpermeable Kopplungsplatte 16 auf ihrer Oberseite einen Mittelmagneteri 12 auf. Der Außenmagnet 10 ist ebenfalls 5 an der Kopplungsplatte 16 angebracht. Es ist ein nicht permeables Kopplungsstück 30 mit hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen, an dem ein herkömmliches Kühlwasserrohr 32 befestigt ist. Das wärmeleitende Kopplungsstück ist mit hochpermeablen Kopplungsplatten 34 und 36 längs ihrer Kontaktlinien hartverlötet. Es ist zu erkennen, daß das Magnetron zur Mittellinie C, symmetrisch ist (was auch bei den anderen Figuren der Zeichnung gilt) und daß das Polstück 36 bei Betrachtung von oben eine ebene, kreisförmige, längliche oder rechteckige Platte ist, während das Polstück 34 ein relativ ebener kreisförmiger, länglicher oder rechteckiger Ring ist. In dem stark wärmeleitenden Kopplungsstück 30 ist eine Nut 38 angebracht, die das den keramischen Boden bil-' dende Targettrennglied 40 aufnimmt. Zwei hochpermeable Targetelemente 42 und 44 sind auf den Polstücken 34 und 36 angebracht und werden von dem keramischen Targettrennglied 40 im Abstand gehalten.

Für die meisten Targets kann das Magnetfeld die Nieder-. haltefunktion des Targets ausüben, so daß keine Klemmvorrichtung benötigt wird; hiervon ist möglicherweise Nickel ausgenommen. Es ist erwünscht, daß die Bodenflächen der Targetstücke zur Erzielung einer guten

Übertragung der Wärme und des Magnetfeldes eben geschliffen sind. Das keramische Targettrennglied, das verhindert, daß das äußere Targetelement 42 gegen das innere Targetelement 44 gezogen wird, macht es außerdem unmöglich, daß der Kathodenausstoß durch Zerstäuben des wärmeleitenden Kopplungsstücks 30 verunreinigt wird. Das Anbringen und das Entfernen der Targetelemente erfordert einige Sorgfalt. Wegen der Stärke des Magneten 12 ist das in der Mitte befindliche Targetelement 44

IQ stark mit dem Polstück 36 verbunden. Es kann nur entfernt werden, nachdem auch das äußere Targetelement und das keramische Trennglied entfernt worden sind. Es ist äußerst nützlich, das äußere Targetelement aus mehreren Teilen zusammenzusetzen, so daß die Teile nach einer vollständigen Abtragung auf einer Seite endweise umgedreht und erneut benutzt werden können.

Fig. 4 zeigt die gleiche mit hoher Rate arbeitende Zerstäubungsvorrichtung wie in Fig. 3, jedoch in einer Gesamtschnittansicht mit einer geringfügig geänderten Anordnung der Targetelemente. Die äußeren Targetelemente 42 erstrecken sich nach oben weiter von den Polstücken weg als dies beim mittleren Targetelement 44 der Fall ist, so daß sie stärker als in der Ausrichtung von Fig. 3 zerstäubt werden. Die Verteilung des zerstäubten Materials ist bei der Kathodenanordnung von Fig. 4 über eine breitere Substratfläche gleichmäßiger als in der Ausführungsform von Fig. 3. Dies scheint auf das unter einem Winkel von den aufrechten Zerstäubungsflächen der äußeren Targetelemente 42 ausgestoßene Material zurückzuführen zu sein.

Eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung ist in Fig. dargestellt, bei der die Plasmaerzeugung gegenüber dem Substrat "verdeckt" ist. Hinsichtlich der Funktion gleicht die Anordnung der Anordnung von Fig. 3 mit der Ausnahme, daß sich das keramische Trennglied 40 über die Oberfläche des mittleren Targetelements 44 erstreckt

und daß es das äußere Targetelement 42 im Abstand vom Targetelement 44 hält. Auf diese Weise befindet sich das das Plasma erzeugende intensive Magnetfeld im Bereich zwischen der oberen Außenkante des mittleren Targetelements 44 und der unteren Innenkante des äußeren Targetelements 42, wobei das das Plasma zurückhaltende schwache Feld schleifenförmig zwischen den Targetelementen 42 und 44 verläuft. In dieser Anordnung ist das keramische Targettrennglied 40 an der Plsmaerzeu-

2Q gungslücke wesentlich weniger kritisch, da dieser Bereich sehr schnell durch die unter kleinem Winkel erfolgende Zerstäubung vom mittleren Target beschichtet wird. Diese Ausführung ist kritischer hinsichtlich der Dicke des mittleren Targetelements, da die Lücke wenigstens 3 mm betragen sollte.

In der Ausführungsform von Fig. 5 ist es möglich, das Targetmaterial vom Rand her zuzuführen, was bedeutet, daß beispielsweise die in Fig.. 5 dargestellten Teile 2Q getrennte Elemente sein könnten, wobei das auf der rechten Seite befindliche Teil 42 zur linken Seite hin zugeführt wird, während das auf der linken Seite befindliche Teil 42 zur rechten Seite hin zugeführt würde.

Der größte Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwar die Fähigkeit, hochpermeable Materialien mit hoher Zerstäubungsrate zu zerstäuben, doch kann sie auch dazu benutzt werden, nicht permeable Targetmateri-

3Q alien mit hoher Zerstäubungsrate zu zerstäuben; dabei findet immer noch die vorteilhafte und höchst wirksame Plasmaerzeugung statt, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung charakteristisch ist. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Zerstäubung eines nicht permeablen Targets mit hoher Zerstäubungsrate erzielt werden kann, während der erwünschte Plasmagenerator beibehalten ist; diese Ausführungsform könnte aber auch zur Zerstäubung permeabler Materialien benutzt

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werden. Auf der Kopplungsplatte 16 sind die herkömmlichen Mittel- und Außenmagnete 12 bzw. 10 angebracht. Das niedrig permeable oder nicht permeable Targetmaterial 14a, 14b befindet sich auf den Magneten 10 und 12, wobei die innenliegenden und die außenliegenden Targetelemente durch eine ringförmige Lücke 50 voneinander getrennt sind* Unterhalb der Lücke befindet sich ein Magnet 50 zur Erzeugung eines starken Magnetfelds in der Lücke. Die Magnete 10 und 12 erzeugen das gewünschte 0 schwache Feld über dem Target 14a, 14b. Permeable Polstücke 54 und 56 ragen in die Lücke 50, damit darin ein starkes Feld erzeugt wird. Dieses starke Feld ist für die hohe Rate der Plasmaerzeugung verantwortlich. Die Polstücke sind vorzugsweise mit Schichten 58 überzogen, die aus dem Material des Targets 14a, 14b bestehen. Das von den Polstücken 54 und 56 in Zusammenwirkung mit dem Magnet 52 erzeugte starke Magnetfeld bildet einen mit hoher Rate arbeitenden Plasmagenerator, der das Plasma nach oben in das schwache Magnetronfangfeld abgibt, von wo aus es nach unten auf die nicht permeablen Targetelemente 14a, 14b gelangt und diese zerstäubt.

Es sei bemerkt, daß sich die mittleren und die äußeren Targetelemente und alle in der Lücke vorhandenen Oberflächen mit Ausnahme in der Ausführungsform von Fig. auf dem gleichen elektrischen Potential befinden, obgleich unterschiedliche Prozesse ablaufen. Der Unterschied zwischen dem Plasmagenerator und den Targetflächen ist eine Sache der Geometrie und der Art des vorhandenen Magnetfeldes. Die kathodischen Plasmageneratoren der Figuren 2 bis 5 erleiden eine gewisse Zerstäubung der in der Lücke befindlichen Oberflächen, jedoch wird wegen des parallelen Verlaufs der Flächen ein großer Teil des zerstäubten Materials auf der Gegenfläche abgelagert. Dies ist sehr schonend für den Plasmageneratoraufbau, jedoch kann es eine langsame Erholung des Generators von einer Verunreinigung durch

Oxide oder andere Stoffe bewirken. Die Erholungszeiten der Ausführungsform von Fig. 5 sind wesentlich kürzer als die der Ausführungsform von Fig. 3.

Die Kombination aus dem schwachen Fangfeld und dem starken Plasmagenerator, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Anwendung findet, überwindet die Schwelle/ die die hohe Permeabilität einer Zerstäubung mit hoher Rate entgegensetzt. Je höher die Permeabilität ist,

IQ desto besser arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung, da sie die Permeabilität konstruktiv ausnutzt anstelle sie zu bekämpfen. Die erfindungsgeraäße Vorrichtung trennt zumindest teilweise die Funktionen der Plasmaerzeugung und der Zerstäubung, eine Trennung, die eine 5 Optimierung beider Funktionen erlaubt.

Allgemein kann jeder Teil eines Polflächentargets, der so ausgebildet werden kann, daß er Kraftlinien gegen den anderen Teil und über die Plasmaquelle lenkt, vom eingefangenen Plasma zum Zerstäuben gebracht werden.

Bei vielen Magnetronarbeiten gibt es ein Problem bezüglich einer Vermeidung einer Verbindung von Anode und Kathode durch Kraftlinien, da Plasma entweichen und ein Zerstäuben nicht möglich sein könnte. Da die Funktion der Plasmaerzeugung von der Funktion der Kathodenzerstäubung getrennt ist, kann dieses Problem also eliminiert werden.

Die Erfindung kann als Beispiel für die Verwendung einer gO in ein relativ schwaches magnetisches Fangfeld arbeitenden Plasmaquelle angesehen werden, bei der nahe der Kathode eine hohe Plasmadichte aufrechterhalten wird. Ohne die magnetische Falle (an anderen Stellen als am Generator) würde eine Vorzerstäubung stattfinden. Die Plasmaerzeugung kann mittels eines anodischen oder eines kathodischen Generators erfolgen. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 6 ist der Generator beispielsweise ein kathodischer Generator, wenn die Schichten 58 auf Kathoden-

potential (dem Targetpotential) liegen, während er ein anodischer Generator ist, wenn diese Schichten auf Anodenpotential liegen. Die kathodische Vorrichtung neigt zum Zerstäuben, und die anodische Vorrichtung benötigt eine gute Elektronenquelle. Beide sind somit Einschränkungen unterworfen.

Im allgemeineren Fall, in dem der Generator kein integraler Teil der Kathode oder der Anode ist, ist eine elek-

2Q trische Steuerung des Generatorausgangs vorhanden, so daß der Strom und die Spannung getrennt kontrolliert werden können. Dies könnte erreicht werden, indem über dem Target bei einer vom Target entfernten Plasmaquelle ein Fangfeld vorgesehen wird, d.h. ein Feld, das nicht 5 in einer Lücke im Target wie in der erfindungsgemäßen Anordnung angeordnet ist. Ohne diese Trioden-(oder Tetroden-)Steuerung ist es nicht immer möglich, die gewünschten Betriebssituationen zu erhalten.

2Q In Anbetracht der obigen Ausführungen sind für den Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennbar. Unterschiedliche Arten von Magneten (Permanentmagneten, Elektromagneten usw.) Materialien, ionisierenden Gasen und Ausrichtungen der elektrischen und magnetischen Felder können abhängig von den bestimmten Zerstäubungskenngrößen angewendet werden, die erwünscht sind. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ihr Umfang ergibt sich aus den Ansprüchen.

Claims

PRINZ, BUNKE &PÄRTN*ER

Patentanwälte · European - Patent Attorneys 3316640

München Stuttgart

6. Mai 1983

Vac-Tec Systems, Inc.
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Boulder, Colorado 80301 /V.St.A.

Unser Zeichen: V 770

Patentansprüche

M. Zerstäubungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Target aus dem zu zerstäubenden Material, wobei das Target wenigstens ein erstes und ein davon durch eine Lücke im Abstand befindliches zweites Element enthält, eine Anode, eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen der Anode und dem Target, einer Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Plasmas innerhalb der Lücke und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Fangmagnetfeldes zum Eingrenzen wenigstens eines Teils des Plasmas nahe beim Target.

2. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target im wesentlichen aus einem magnetisch permeablen Material besteht.

3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target im wesentlichen aus nicht magnetischem permeablen Material besteht.

Schw/bl

4. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugungseinrichtung mittels zur Erzeugung eines Magnetfeldes quer zu wenigstens einem Teil der Lücke enthält.

5. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende der Lücke, das von der Stelle, an der das Plasma nahe beim Target eingeschlossen ist, entfernt liegt, ein Bodenteil angeordnet ist.

6. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Targetelement ringförmig ist und daß das zweite Targetelement zumindest angrenzend an den offenen Abschnitt des ringförmigen ersten

j5 Targetelements angeordnet ist.

7. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Targetelemente in einer Ebene liegen.

8. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die beiden Targetelemente in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.

9. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Targetelemente senkrecht zueinander angeordnet sind.

10. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Targetelement innerhalb des offenen Abschnitts des ersten Targetelements angeordnet ist.

11. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Targetelemente in unterschiedlichen, parallelen Ebenen angeordnet sind.

12. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge-

kennzeichnet, daß sich die Lücke zwischen den beiden Targetelementen zwischen dem inneren, unteren Umfang des ersten Targetelements und dem äußeren, oberen Umfang des zweiten Targetelements erstreckt.

13. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch einen ersten und einen zweiten Magneten zur Erzeugung des Fangmagnetfeldes und eines weiteren Feldes, das ein Lückenfeld quer über die Lücke enthält, wobei ■IQ das Lückenfeld von der Plasmaerzeugungseinrichtung ausgenutzt wird.

14. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Target ein magnetisch permeables 5 Material enthält, wobei sich das Fangmagnetfeld über und durch das Target erstreckt, und daß das weitere Feld nacheinander durch das erste Targetelement, die Lücke und dann durch das zweite Targetelement verläuft.

2015. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnete jeweils angrenzend an die beiden Targetelemente angeordnet sind.

16. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnete auf der Seite des Targets angeordnet sind, die der Seite gegenüberliegt, an der das Plasma eingeschlossen ist.

17. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Fangmagnetfeldes einen ersten und einen zweiten Magneten enthält.

18. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge-

kennzeichnet, daß das Target aus einem magnetisch permeablen Material besteht und daß der erste und der zweite Magnet ebenfalls ein weiteres Feld erzeugen, das nacheinander durch das erste Targetelement, die Lücke und

4 1 dann durch das zweite Targetelement verläuft.

19. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet

durch einen dritten Magneten, der ein Lückenfeld wenig-5 stens quer über einen Teil der Lücke erzeugt, wobei das Lückenfeld von der Plasmaerzeugungseinrichtung ausgenutzt wird.