CH657382A5 - Verfahren zur regelung des abstandes von magnetsystem und targetplatte bei einer katodenanordnung fuer katodenzerstaeubungsanlagen. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH 1. Verfahren zur Regelung des Abstandes von Magnetsy-siein und Targetpiatie bei einer Katodenanordnung für Katodenzerstäubungsanlagen, enthaltend eine fortschreitend verbrauchte Targetplatte aus dem zu zerstäubenden Material, ein hinter der Targetplatte befindliches Magnetsystem mit entgegengesetzte Polarität aufweisenden Polen, die in einer derartigen relativen Lage zurTargetplatte angeordnet sind, dass mindestens ein Teil der von den Polen ausgehenden Feldlinien durch die Targetplatte aus-und in diese wieder eintritt, sowie mit einer Versteileinrichtung zur Veränderung des genannten Abstandes von Magnetsystem und Targetplatte, wobei die Bewegungsrichtung der VerStelleinrichtung im wesentlichen senkrecht zur grössten Oberfläche der Targetplatte verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zerstäubungsspannung 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.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die Japanische Offenlegungsschrift 55 100 981 ist eine Vorrichtung im Sinne des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden, bei der der Abstand zwischen dem Magnelsystem und dem Target manuell in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte eingestellt wird. Massgebend für den Zerstäubungsvorgang ist aber die magnetische Feldstärke auf der Zerstäubungsseite des Targets, und diese Feldstärke ist örtlich sehr unterschiedlich. Es ist daher ausserordentlich schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die magnetische Feldstärke an einer Vielzahl von Stellen so genau zu messen, dass eine zuverlässige Regelung überhaupt möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so zu verbessern, dass die Zerstäubungsbedingungen auch bei zunehmendem Verbrauch derTarget-platte weitgehend konstant gehalten werden können.

Zur Lösung der Erfindungsaufgabe wird das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.

Dies bedeutet, dass bei zunehmendem Verbrauch derTar-gelplatte das Magnetsystem in der gleichen Richtung verschoben wird, in der sich auch die Restoberfläche der Targetplatte bewegt. Da nun das Targetmaterial während des Zer-stäubungsvorganges keineswegs gleichförmig über die gesamte Targetoberfläche, womit die den Substraten zugekehrte Vorderseite gemeint ist, abgetragen wird, sondern vielmehr in Form einer ringförmig geschlossenen, grabenför-migen Vertiefung, über die in der Literatur bereits mehrfach berichtet wurde, erfolgt die rückwandernde Bewegung des Magnelsystems im wesentlichen nach einem Mittelwert, welcher der durchschnittlichen Abt ragung des Targetmaterials, ausgehend von der ursprünglichen Vorderseite, entspricht. Durch eine Erfassung der Zerstäubungsspannung und eine Abstandsregelung zwischen Magnetsystem und Targetplatte ergibt sich automatisch diese Mittehvertsbildung.

Auf die genannte Weise verbleibt die wirksame Oberfläche derTargetplatte stets in etwa im Bereich gleicher Magnetfeldstärken, so dass die Zerstäubungsparameter nahezu unverändert eingehalten werden. Dies hat auf die Schichteigenschaften einer Vielzahl, nacheinander eingesetzter Chargen einen sehr positiven Einfluss. Ausserdem kann dasTarget-material in stärkerem Masse ausgenutzt werden, wodurch die Kosten des Beschichtungsverfahren zusätzlich gesenkt werden können. Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben, die im rechten Winkel zueinander stehende Schnitte durch eine rechteckige Katodenanordnung zeigen, wobei der Massstab von Figur 2 grösser gewählt ist als derjenige von Figur 1. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine rechteckige Katode in deren grösster Symmetrieebene und

Figur 2 einen Querschnitt etwa in der Mitte des Gegenstandes von Figur 1, in vergrössertem Massstab.

In Figur 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 Katodenzerstäubungsanlage befestigt ist. An derTragplatte 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 derTragplatte 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 derTargetplatte 5 gegenüber angeordnet sind. Einzelheiten einer solchen Katodenzerstäubungsanlage sind Stand derTechnik und werden daher nicht weiter erläutert.

Im Innern des Hohlkörpers 3 befindet sich ein Magnetsystem 6, welches aus einer zur Tragplatte 2 parallelen Magnet-halteplatte 7 sowie aus einer Gruppierung von Permanentmagneten 8 besteht, die an der Magnethalteplatte 7 befestigt sind. Einzelheiten sind in Figur 2 näher erläutert. Es ist zu erkennen, dass die Magnete 8 mit abwechselnder Polanordnung auf der Rückseite derTargetplatte angeordnet sind. Durch die relative Lage der Magnete zurTargetplatte haben die Feldlinien einen Verlauf, wie er in Figur 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 Verlaufs der Magnelfeldli-nien wird ein sogenannter magnetischerTunnel gebildet, welcher es erlaubt, die Zerstäubungsrate wesentlich zu erhöhen, gleichzeitig aber dazu führt, dass das Targetmale-rial im Bereich des Tunnels stärker abgetragen wird, am stärksten in der Mitte eines jeden Tunnels.

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

Zu jedem Spindeltrieb gehört eine Spindel 12, 13, deren untere Enden 12a, 13a 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 Lagergehäuse sind mit derTragplatte 2 verschraubt.

Mit den Spindelmultern 20, 21 stehen in unverdrehbarem Eingriff Antriebswellen 25,26, wobei die Verdrehsicherung

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durch je einen nicht näher bezeichneten Kerbstift 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 Einstellknopf 31 befestigt ist. Der Fortsatz 30 ist dabei zweckmässig so lang ausgeführt, dass sich der Einstellknopf 31 ausserhalb der Vakuumkammer befindet. Ein Abschirmblech 32 im Bereich der Spindeltriebe dient zum Schutz des Bedienungspersonals.

Der Einstellknopf 31 kann durch einen nicht gezeigten Servomotor ersetzt werden, der seine Stellsignale von einem gleichfalls nicht gezeigten Regelkreis erhält, der von einer Grösse beaufschlagt wird, die der Zerstäubungsspannung proportional ist. Die Zerstäubungsspannung wird mit einem Sollwert verglichen, wobei unter Berücksichtigung des Vor-5 Zeichens der Abweichung die Versteileinrichtung 9 in der Weise beeinflussl wird, dass die Zerstäubungsspannung möglichst weitgehend konstant gehalten wird.

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

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1 Blatt Zeichnungen