DE3047113C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Durch die DE-OS 27 07 144 ist es bekannt, zur Vergleich­ mäßigung der an sich linienförmigen Targeterosion das Magnetsystem laufend parallel zur größten Ausdehnungs­ richtung der Targetplatte zu verlagern. Mit einer solchen Maßnahme kann aber nicht der Effekt verhindert werden, daß sich der Abstand der eigentlichen Zerstäubungsfläche innerhalb des Targets vom Magnetsystem kontinuierlich ändert, ein Vorgang, der einen merklichen Einfluß auf das Beschichtungsverfahren und die Eigenschaften der Endprodukte hat. Dieser Einfluß kann damit erklärt werden, daß die jeweils noch vorhandene Targetoberfläche all­ mählich in einen Bereich größerer Magnetfeldstärken gerät, so daß die Elektronen aus der durch das Magnetfeld ge­ bildeten Elektronenfalle schwerer entweichen können. Dies führt zu einer Verminderung der Impedanz des Plasmas bzw. zu einer größeren Dichte der Ladungsträger. Eine Regelung auf konstante Spannung allein genügt jedoch nicht, da hierdurch der Entladestrom ansteigen würde, was zu einer kontinuierlichen Erhöhung der Entladeleistung führt, ein Vorgang, der gleichfalls unerwünscht ist.

Soweit die DE-OS 27 07 144 den Rat enthält, daß die Bewegungsrichtung des Magnetsystems von der Katode weg gerichtet sein soll, handelt es sich lediglich darum, den Zerstäubungsvorgang zu unterbrechen, und nicht darum, ihn unter möglichst konstanten Zerstäubungsbedingungen fortzuführen.

Die DE-OS 27 35 525 befaßt sich gleichfalls mit einem solchen Stande der Technik, gibt jedoch zu Lösung des Problems der ansonsten linienförmigen Erosion des Targets an, das Magnetsystem als Flachspule auszubilden, so daß das resultierende Magnetfeld möglichst weitgehend zumindest angenähert parallel zur Targetoberfläche verläuft. Dies setzt jedoch zur Ausbildung eines ausreichend starken Magnetfeldes voraus, daß die Flachspule von einem hohen Strom durchflossen wird. Infolgedessen ist nicht nur eine intensive Kühlung des durch den Zerstäubungsprozeß bereits thermisch hoch belasteten Targets erforderlich, sondern zusätzlich auch noch eine Abfuhr der Stromwärme der Flachspule. Die damit verbundene Leistungsvernichtung ist bereits aus Überlegungen hinsichtlich des Wirkungsgrades und der heutigen Energiekosten untragbar.

Durch die JA-OS 55-1 00 981 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei dem eine Regelung in Richtung einer möglichst konstanten Magnetflußdichte erfolgt. Diese Maßnahme setzt die Verwendung von Magnetsonden in unmittelbarer Nähe der Zerstäubungsfläche des Targets voraus. Da jedoch der Verbrauch des Targetmaterials örtlich sehr unerschiedlich und bei sogenannten Linear-Katoden an den Enden besonders stark ist, müßten zur Bildung eines geeigneten Mittelwerts zahlreiche Magnetsonden verwendet werden, die aus auf der Hand liegenden Gründen auch nicht ständig im Raum zwischen dem Target und den zu beschichtenden Substraten verbleiben könnten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern, daß das der Regelung zugrundeliegende Meßverfahren automatisch einen für den Zerstäubungsprozeß optimalen Mittelwert bildet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs.

Durch die Erfassung der Zerstäubungsspannung des Katodensystems geht die Erfindung einen vollständig anderen Weg: Da üblicherweise derartige Magnetronkatoden auf konstanten Strom geregelt werden, verändert sich die Spannung und damit auch die Leistung mit fortschreitendem Verbrauch des Targetmaterials. Eine Messung der Zerstäubungsspannung, die für die gesamte Oberfläche des Targets gilt, schafft hier automatisch einen geeigneten Mittelwert, der sich überraschenderweise als für die Regelung besonders geeignet erwiesen hat. Sofern es nämlich gelingt, durch die Regelanordnung außer dem Zerstäubungsstrom auch die Zerstäubungsspannung in engen Grenzen konstant zu halten und damit auch die Zerstäubungsleistung, sind die erzeugten Schichten in hohem Maße gleichförmig bzw. homogen.

Außerdem hat eine Spannungsmessung den Vorteil, daß man die erforderlichen Spannungsabgriffe außerhalb des Vakuums vornehmen kann, so daß auch die Gewinnung der Meßwerte und die Signalverarbeitung keine Probleme aufwerfen.

Auf die angegebene Weise verbleibt die wirksame Oberfläche der Targetplatte stets in etwa im Bereich gleicher Magnetfeldstärken, so daß die Zerstäubungs­ parameter nahezu unverändert eingehalten werden können, und zwar ohne örtliche Messungen der Magnetfeldstärken. Dies hat auf die Genauigkeit des Regelverfahrens und damit auf die Schichteigenschaften einer Vielzahl nacheinander eingesetzter Chargen einen sehr positiven Einfluß, weil die Regelung nämlich nicht intermittierend sondern kontinuierlich erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher beschrieben, die im rechten Winkel zueinander stehende Schnitte durch eine rechteckige Katodenanordnung zeigen, wobei der Maßstab von Fig. 2 größer gewählt ist als derjenige von Fig. 1. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine rechteckige Katode in deren größter Symmetrieebene und

Fig. 2 einen Querschnitt etwa in der Mitte des Gegenstandes von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

In Fig. 1 ist eine Katodenanordnung 1 dargestellt, deren räumlich fixierte Bezugsplattform durch eine Tragplatte 2 gebildet wird, durch die die Katodenanordnung innerhalb der nicht gezeigten Vakuumkammer einer Katodenzerstäubungs­ anlage befestigt ist. An der Tragplatte 2 sind wiederum alle funktionswesentlichen Teile der Katodenanordnung befestigt. Hierzu gehört ein wannenförmiger Hohlkörper 3, der aus einem amagnetischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer besteht und lösbar mit der Tragplatte 2 verbunden ist. Der Hohlkörper 3 besitzt einen Boden 4, der zur Tragplatte 2 parallel verläuft und auf dem die dem Verbrauch unterliegende Targetplatte 5 befestigt ist. Die Targetplatte besteht aus einem Material, welches entweder in reiner Form oder in Form einer Verbindung mit einem reaktiven Zerstäubungsgas oder in inerter Atmosphäre auf den nicht gezeigten Substraten niedergeschlagen wird, die der Targetplatte 5 gegenüber angeordnet sind. Einzelheiten einer solchen Katoden­ zerstäubungsanlage sind Stand der Technik und werden daher nicht weiter erläutert.

Im Innern des Hohlkörpers 3 befindet sich ein Magnetsystem 6, welches aus einer zur Tragplatte 2 parallelen Magnethalteplatte 7 sowie aus einer Gruppierung von Permanentmagneten 8 besteht, die an der Magnet­ halteplatte 7 befestigt sind. Einzelheiten sind in Fig. 2 näher erläutert. Es ist zu erkennen, daß die Magnete 8 mit abwechselnder Polanordnung auf der Rückseite der Target­ platte angeordnet sind. Durch die relative Lage der Magnete zur Targetplatte haben die Feldlinien einen Verlauf, wie er in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, d. h. die von einem Pol ausgehenden Feldlinien treten durch die Targetplatte aus und nach einem bogenförmigen Verlauf im Bereich des anderen Poles in die Targetplatte wieder ein. Aufgrund dieses Verlaufes des Magnetfeldlinien wird ein sogenannter magnetischer Tunnel gebildet, welcher es erlaubt, die Zerstäubungsrate wesentlich zu erhöhen, gleichzeitig aber dazu führt, daß das Targetmaterial im Bereich des Tunnels stärker abgetragen wird, am stärksten in der Mitte eines jeden Tunnels.

Gemäß Fig. 1 ist zwischen der Magnethalteplatte 7 einerseits und der Tragplatte 2 andererseits eine Verstelleinrichtung 9 angeordnet, die aus zwei Spindeltrieben 10 und 11 besteht. Die beiden Spindeltriebe sind im Bereich der Enden der Tragplatte 1 angeordnet und, wie noch weiter unten aufgezeigt werden wird, gleichsinnig antreibbar.

Zu jedem Spindeltrieb gehört eine Spindel 12, 13, deren untere Enden 12 a, 13 a unverdrehbar in einem Halter 14, 15 befestigt sind, und zwar mit Hilfe eines Kerbstiftes 16. Die Halter 14 und 15 sind ihrerseits unverdrehbar und mittels einer Dichtung 17 abgedichtet auf Lagerplatten 18, 19 befestigt, die ihrerseits mit der Magnethalteplatte 7 verschraubt sind.

Die Gewindespindeln 12, 13 sind in Spindelmuttern 20, 21 gelagert, die ihrerseits drehbar über Kugellager 22 in je einem Lagergehäuse 23, 24 gelagert sind. Diese Lager­ gehäuse sind mit der Tragplatte 2 verschraubt.

Mit den Spindelmuttern 20, 21 stehen in unverdrehbarem Eingriff Antriebswellen 25 und 26, wobei die Verdreh­ sicherung durch je einen nicht näher bezeichneten Kerb­ stift erfolgt. Auf den Antriebswellen 25, 26 befinden sich, gleichfalls unverdrehbar, Zahnräder 27, 28, die über einen Zahnriemen 29 miteinander in Verbindung stehen. Die Antriebswelle 26 besitzt einen Fortsatz 30, auf dem ein Servomotor 31 befestigt ist. Der Fortsatz 30 ist dabei zweckmäßig so lang ausgeführt, daß sich der Servomotor 31 außerhalb der Vakuumkammer befindet. Ein Abschirmblech 32 im Bereich der Spindeltriebe dient zum Schutz des Bedienungspersonals.

Der Servomotor 31 erhält seine Stellsignale von einem Regelkreis 33, der von einer Größe beaufschlagt wird, die der Zerstäubungsspannung proportional ist. Die Zerstäubungsspannung wird über eine Leitung 34 von einer Stromversorgung 36 abgegriffen, die über eine Leitung 37 mit der Katode und eine Leitung 38 mit Masse verbunden ist. Nach Vergleich der Zerstäubungsspannung mit einem Sollwert am Ausgang des Sollwertgebers 35 im Regelkreis 33 wird unter Berücksichtigung des Vorzeichens der Abweichung die Verstelleinrichtung 9 durch den Servomotor 31 in der Weise beeinflußt, daß die Zerstäubungsspannung möglichst weitgehend konstant gehalten wird.

Die gesamte Anordnung ist mit nicht gezeigten Kühlwasser­ anschlüssen und Kühlmittelkanälen versehen, um eine im Betrieb auftretende Beharrungstemperatur einhalten zu können.

Claims (1)

1. Verfahren zur Regelung des Abstandes von Magnetsystem und Targetplatte bei einer Katodenanordnung für Katodenzerstäu­ bungsanlagen, enthaltend eine sich fortschreitend verbrauchende Targetplatte aus dem zu zerstäubendem Material, ein hinter der Targetplatte befindliches Magnetsystem mit entgegenge­ setzte Polarität aufweisenden Polen, die in einer derartigen relativen Lage zur Targetplatte angeordnet sind, daß min­ destens ein Teil der von den Polen ausgehenden Feldlinien durch die Targetplatte aus- und in diese wieder eintritt, sowie mit einer Verstelleinrichtung zur Veränderung des ge­ nannten Abstandes von Magnetsystem und Targetplatte, wobei die Bewegungsrichtung der Verstelleinrichtung im wesentli­ chen senkrecht zur größten Oberfläche der Targetplatte ver­ läuft, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zerstäubungs­ spannung des Katodensystems erfaßt und mit einem Sollwert vergleicht, und daß man beim Auftreten einer Differenz den Abstand durch Betätigung der Verstelleinrichtung in Richtung auf die Einhaltung des Sollwerts verstellt.