SE525231C2 - Förfarande och anordning för att alstra plasma - Google Patents

Description

20 25 30 525 231 2 ningar av slaget Homopolar I, Ixion och F I. Den typiska plasmadensiteten är ca 1018 - 103m? Den andra betydelsefulla karaktäristiska storheten vid urladdningar i korsande fält är spän- ningsfallet mellan elektrodema.

Vid en drivström med låg strömstyrka är hastigheten för jonisering av den neutrala gasen liten och balanserar plasmaförlusterna, så att en plasmadensitet i jämvikt med låg nivå erhålls.

Den elektriska resistansen hos anod-katodsträckan är hög, vilket leder till ett stort potentialfall mellan anod och katod. Så snart som en motsatt process blir energetiskt möjlig, uppstår en starkt förstärkt joniseringsprocess.

Två förfaranden har beskrivits för plasmajonisering i system, som utnyttjar urladdningar vid korsande elektriska och magnetiska fält. Den praktiska tillämpbarheten av dessa beror på systemens dimensioner och styrkan hos det magnetiska fältet. Det förfarande, som är allmänt ac- cepterat i system med tillräckligt stora dimensioner och med starkt magnetfält, är det s k "R0tat- ing Plasma Approach". Detta förfarande baseras på, att det elektriska fältet intränger i plasmat och att plasmat är magnetiserat, se B. Lehnert, "Rotating Plasmas", Nuclear Fusion ll, 1971, sid. 485 - 533. Ett annat förfarande baseras på att det elektriska fältet är koncentrerat företrädesvis nära urladdningskatoden. Detta förfarande används för processer i system med svagt magnetfält och ej magnetiserade joner. Detta förfarande kan benämnas t ex "Secondary Electron Approach", se B. S. Danilin and B. K. Sirchin, Magnetron Sputtering Systems, Moskva, Radio i Sviaz, 1982.

Såsom är uppenbart från det följande, avser uppfinningen båda slagen av system och därför skall båda förfarandena för att bilda plasman användas.

Alfvén har postulerat, se H. Alfvén, "On the Origin of the Solar System", Clarendon Press, Oxford, 1954, att en starkt förstärkt joniseringsprocess skall uppstå, när den inbördes hastigheten hos gas/neutral gas uppnår det kritiska värdet vc, Alvéngränsen, given av v. = ace/mo” där øi joniseringspotentialen, e är elektronladdningen och mi är jonemas massa.

För anordningar med låg sputtringshastighet och låga plasmaförluster leder detta till en be- gränsning av anod-katodspärmingsfallet under urladdningens begynnelseperiod. För anordningar med hög sputtringshastighet leder det till en begräsning av anod-katodspärmingsfallet under hela urladdningstiden. Spärmingsfallet eller den kritiska spänningen VC ges av VC = CvcB 10 15 20 25 30 525 231 3 där C är en konstant och B är det magnetiska fältets styrka i urladdningsanordningen. Vid hög sputtringshastighet alstrar joniseringspotentialen çái hos de sputtrade atomerna metallångan. Detta innebär, att urladdningsspärmingen måste bero på materialet i sputtringskatoden.

Detta fenomen visades både genom undersökningar av plasmarörelse genom en neutral gas och genom experiment med plana magnetronsputtringsanordningar, se U. V. Fahleson, "Experi- ments with Plasma Moving through Neutral Gas", Physics Fluids, vol. 4, 1961, sid. 123 - 127, och D. V. Mozgrin, I. K. Fetisov, och G. V. Khodachenko, "High-Current Low-Pressure Quasi- Stationary Discharge in a Magnetic Field: Experimental Research", Plasma Physics Reports, vol. 21, nr. 5, 1995, sid. 400 - 409. I den senare skriften benämns den urladdning med hög strömstyr- ka och låg spänning i en magnetisk magnetronkonfiguration en "high-current diffuse regime".

Detta innebär, att övergången från en ExB-urladdning med låg strömstyrka till en urladd- ning med hög strömstyrka måste åtföljas av en minskning av spänningsfallet. Typiska potential- fall mellan anoden och katoden för kvasistationära urladdningar med låg strömstyrka ligger i om- rådet av omkring 10 - 0,3 kV och för hög strömstyrka i området av ca 300 - IOV.

Om kvasistationära urladdningar åstadkoms i magnetronsputtringsanordningar, erhålls i ett första område verksam katodsputtring men en låg joniseringshastighet av sputtringsgasen och metallångan. Inom ett andra område uppträder ett motsatt tillstånd med låg sputtringshastighet men med hög joniseringshastighet hos sputtringsgasen. Det kan sålunda sägas, att det är omöjligt att med hjälp av en separat kvasistationär urladdning med låg strömstyrka eller med hjälp av en separat urladdning med hög strömstyrka i korsande fält alstra höggradigt joniserade metallplas- maflöden.

De anordningar, som utnyttjar EXE-urladdningar, kan under korta tidsperioder fungera i det transienta, dvs det ej kvasistationära, området. Inom detta område är det möjligt att övervinna Alfvén-gränsen för urladdningsspärmingen. Liksom för urladdningar med hög strömstyrka, se den ovan anförda artikeln av B. Lehnert. Ej kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka och hög spärming uppträder i magnetronsputtringsanordningar och är mycket betydelsefulla för magnetronsputtringstillämpningar, eftersom dessa urladdningar möjliggör, att ett helt joniserat ogenomträngligt plasma erhålls i den magnetiska magnetronkonfigurationen. Såsom skall visas nedan, är det emellertid, om transienta urladdningar åstadkoms i magnetronsputtringsanordning- ar med hjälp av antingen urladdningar med hög strömstyrka eller urladdningar med låg ström- styrka, omöjligt att alstra höggradigt joniserade, starka metallplasmaflöden.

Metallplasmaflöden kan alstras av kvasistationära ExB-urladdningar med låg strömstyrka i en magnetronkonflguration för att sputtra atomer vid ett måttligt tryck av t ex 1 - 100 mTorr och med ett plasma av låg densitet. I detta fall alstras plasmat med hjälp av en RF-induktionsspole 10 15 20 25 30 525 231 4 anbragt i deponeringskammaren. Den i induktionsplasman alstrade elektrontätheten är omkring 10” - 1018.

Detta förfarande att belägga arbetsstycken har viktiga tillämpning vid fyllning av diken och vior med höga aspektförhållanden, som påträffas i mikroelektroniska tillverkníngsprocesser så- väl som vid sputtring av magnetiska material och modifiering av egenskaperna hos tunna filmer med hjälp av deponering av energirika joner, se J. Hopwood och F. Qian, "Mechanisms for high- ly ionized magnetron sputtring", J. Appl. Phys. 78 (12), 15 juli 1995, sid. 758 - 765.

Nackdelarna med detta forfarande att alstra metallplasman innefattar komplexiteten hos RF-joniseringsmetoden och det höga tryck hos sputtringsgasen, som erfordras för att åstad- komma plasma med låg densitet. Sputtringsgasen höga tryck erfordras på grund av den stora energiförbrukning, som är nödvändig för att åstadkomma ett plasma med låg densitet.

Urladdningar i korsande fält kan åstadkommas med enkla metoder och inom ett ytterligt stort arbetstrycksområde: från 10"” upp till 102 Torr. Magnetronurladdningar vid lågt tryck, upp till 10'5 Torr, kan åstadkommas på grund av självsputtringsfenomenet, se tex S. Kadlec och J.

Musil, "Low pressure magnetron sputtering and selfsputtering discharges", Vacuum, vol. 47, sid. 307 - 311, 1996. Detta forfarande att belägga arbetsstycken har betydelsefulla tillämpningar vid etsning av ytor med hjälp av metalljoner för att öka vidhäftningen hos deponerade skikt och för att fylla diken och vior med höga aspektförhållanden, som påträffas vid mikroelektronisk till- verkning.

De strömmar, som är nödvändiga för att alstra ett tätt plasma och upprätthålla detta med hjälp av ExB-urladdningar med stor strömstyrka, är tillräckligt stora, för att katodfläckar, och eventuellt också anodfläckar, skall bildas på de kalla elektrodytoma. Anordningar med sådana elektroder bör därför ha en naturlig tendens att bilda ekerforrnade azimutala plasmainhomogeni- teter, bågurladdningar, se B.A. Tozer, "Rotating Plasma", Proc. IEEE, vol. 112, 1965, sid. 218 - 228. Sådana tillstånd är strängt utbildade i alla typer av anordningar under urladdningarnas be- gynnelseperiod, när en stor drivström erfordras för "bum-out" av den neutrala gasen.

Med betraktande av fenomen förknippade med kalla elektroder och neutrala plasma kan experimenten angående bildning av plasmabågurladdningar sammanfattas på följ ande sätt: a. I experimenten med "Homopolar III" fann man, att under begynnelseperioden var urladdnings- strömmen begränsad till en uppsättning av cirka 10 till 12 smala radiella ekerurladdningar, båg- urladdningar, som roterade med plasmat, se W. R. Baker, A. Bratenal, A. W. De Sliva, W. B.

Kunkel, Proc. 4"' Int. Conf. Ionization Phenomena in Gases 2, Uppsala 1959, North-Holland Publishing Comp., Amsterdam, sid. 1171, och W.B. Kunkel, W. R. Baker, A. Bratenahl, K. Hal- bach, "Boundary Effects in Viscous Rotating Plasmas", Physics Fluids, vol. 6, 1963, sid. 699 - 10 15 20 25 30 525 231 708. b. I anordningen "Leatherhead Homopolar" med negativ polaritet observerades, att en eller två ekerurladdningar uppstod under urladdningens begynnelsesamrnanbrott. De breddes snart ut och bildade spiraler med ökande hastighet i utåtgående radiell riktning, se P. B. Barber, M. L. Pil- cher, D. A. Swift, B. A. Tozer, C. r. de la VIC conference intemationale sur les phenomènes d'io- nization dans le gas 2, Paris, 1963, 395. c. I anordningen "Kruisvuur I" observerades en enda excentrisk struktur, som roterade kring ax- eln med en hastighet i närheten av E/B, se C. E. Rasmussen, E. P. Barbian, J. Kistemaker, "Ioni- zation and current growth in an ExB discharge", Plasma Physics, vol. 11, 1969, sid. 183 - 195.

Ur de ovan nämnda experimenten och andra sådana ses tydligt, att en ljusbågsbildning är förbunden med begynnelseperioden hos ExB-urladdningar med hög strömstyrka i de flesta an- ordningar.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att anvisa förfaranden och anordningar, som möjliggör framställning av intensiva plasmaflöden av företrädesvis gas eller gas-metall eller företrädesvis metall.

De problem, som uppfinningen sålunda avser att lösa, innefattar: 1. Hur man skall alstra starka plasmaflöden av företrädesvis gas eller gas-metall eller företrädes- vis metall genom jonisering av gas och metallånga, som framställs med hjälp av plana magnet- ronsputtringskatoder med hjälp av ett enkelt förfarande för att åstadkomma urladdningar i var- andra korsande fält. 2. Hur man skall åstadkomma dessa plasmaflöden utan att bilda koncentrerade bågurladdningar. 3. Hur man skall åstadkomma de pulsade urladdningar i korsande fält genom att utnyttja själv- sputtringsfenomenet.

Sålunda används allmänt vid ett förfarande för att åstadkomma ett plasmaflöde successiva kvasistationära och ej kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka i korsande elektriska och magnetiska fält. För att åstadkomma plasmat används sålunda en följd av urladd- ningar och förfarandet kan innefatta följ ande: l. En högspänníngsurladdning med låg strömstyrka i en magnetisk magnetronkonfiguration an- vänds för att framställa metallånga. Den följande joniseringen av ånga åstadkoms med hjälp av en urladdning med hög strömstyrka och låg eller hög spänning i samma magnetiska konfigura- tion. Den andra joniserande urladdningen börjar omedelbart efter den första eller med någon tidsfördröjning. Parametrama för pulsema och tidsfördröjningen hos den andra pulsen definieras av de krav, som påläggs av den höga jonisationen i klumparna av sputtrad ånga. 10 15 20 25 30 525 231 6 2. Metallångan kan framställas med hjälp av en likströmsurladdning. I detta fall alstrar metall- ångan ett kontinuerligt ångflöde bort från den magnetiska konfigurationen, i vilken urladdningen utförs. Om joniserande pulser följer och har en tillräcklig frekvens och drivström, är det möjligt att åstadkomma ett kontinuerligt metallplasmaflöde med modulerad styrka.

Följande grundläggande arbetsgångar kan användas: 1. Plasmat kan alstras i en magnetisk magnetronkonfiguration, i vilken kombinerade eller efter varandra följande ej kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka i korsande fält använts. 2. Plasmat kan alstras i en magnetisk magnetronkonfiguration, i vilken en kvasistationär urladd- ning med låg strömstyrka kombineras med eller följs av en ej kvasistationär urladdning med hög strömstyrka, varvid urladdningarna utförs i korsande fält. 3. Plasmat kan alstras i en magnetisk magnetronkonfiguration, i vilken kombinerade likströmsur- laddningar och ej kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i korsande fält används. 4. Plasmat kan alstras i en magnetisk magnetronkonfiguration, i vilken kombinerade ej kvasista- tionära urladdningar med låg strömstyrka och kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i korsande fält används. 5. Plasmat kan alstras i en magnetisk magnetronkonfiguration, i vilken kombinerade, efter var- andra följande ej kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka och kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i korsande fält används. 6. Plasmat kan alstras i en magnetisk magnetronkonfiguration, i vilken kombinerade ej kvasista- tionära urladdningar med hög strömstyrka och kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i korsande fält används.

De ovan närrmda kombinationerna av urladdningar i varandra korsande elektriska och magnetiska fält, som åstadkoms i en magnetisk magnetronkonfiguration, medger alstrandet av plasmaflöden av företrädesvis gas eller gas och metall eller mest föredraget av ett metallplasma- flöde. För kvasistationära urladdningar kan valet av förfarande grundas på de olika verkningsgra- derna hos urladdningarna med låg och hög strömstyrka för sputtring och jonisering i de olika fal- len.

Urladdningarna i varandra korsande fält har såsom nämnts ovan en naturlig tendens att bil- da ekerforrnade azimutala inhomogeniteter, bågurladdningar. Sannolikheten för övergång för en EXE-urladdning i anordningar av magnetrontypen till en koncentrerad bågurladdning ökar med ökande drivström. I urladdningen med låg strömstyrka uppträder bågurladdningar mycket sällan och det är möjligt att förhindra övergången till bågurladdningar genom speciellt utformade sche- man för undertryckande av ljusbågar i det kraftaggregat, som används för att åstadkomma ur- 10 15 20 25 30 525 231 7 laddningama. I urladdningar med hög strömstyrka föreligger en mycket hög sannolikhet att båg- urladdningar skall bildas och lösningar på problemet med ljusbågsbildning med användning av liknande scheman är inte verksamma. Såsom skall här beskrivas, kan undertryckande av ljusbå- gar åstadkommas med hjälp av ett nytt upptäckt fenomen för beroendet av bildning av ljusbågar på de plasmainneslutande egenskaperna hos den magnetiska magnetronkonfigurationen och på tiden mellan urladdningar. Den balanserade magnetiska magnetronkonfigurationen har relativt svaga plasmainneslutande egenskaper. Därför är det för att åstadkomma effektivt undertryckande av ljusbågar nödvändigt att använda ett magnetfält med hög styrka. Därvid minskar plasmaför- lustema, som orsakas av diffusion, med B'2 för klassisk diffusion eller med BJ för Bohm-diffu- sion, där B är den magnetiska fältstyrkan. Det visade sig, att för en balanserad magnetisk mag- netronkonfiguration är det för att åstadkomma effektivt undertryckande av ljusbågar nödvändigt att ha en magnetisk fältstyrka hos den radiella B-komponenten av cirka 0,07 - 0,3 T, varvid den radiella riktningen här tas som riktningar parallella med den väsentligen plana ytan hos katoden eller målet. Obalanserade eller kuspfonnade magnetiska konfigurationer har förbättrade plasma- inneslutande egenskaper och därför är det för effektivt undertryckande av ljusbågar nödvändigt att ha en magnetisk fältstyrka av cirka 0,04 - 0,3 T.

De plasmainneslutande egenskaperna hos den magnetiska konfigurationen påverkar starkt den undre gränsen hos det arbetstryck, som används i katodrummet. Det befanns, att för att för- bättra de plasmainneslutande egenskaperna skall arbetstrycket för ExB-urladdningen minskas.

För en viss arbetsfrekvens erfordras en gasatmosfär endast för att påbörja urladdningen. Efter ar- betsperioden är det möjligt att initiera urladdningen med hjälp av den kvarvarande plasmadensi- tet, som finns kvar från föregående puls. I detta fall alstras metallånga med hjälp av självsputt- ringsfenomenet och plasmat i den magnetiska fa'llan innehåller i första hand joner av metallen i målet. Plasmaflödet från den magnetiska fällan innehåller företrädesvis joner av metallen i målet.

Det kan allmänt sägas, att den primära idén för det här beskrivna förfarandet är att kombi- nera den magnetiska konfigurationen med förbättrade plasmainneslutande egenskaper med kva- sistationära urladdningar och ej kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka eller likströmsurladdningar och urladdningar med hög strömstyrka för att åstadkomma stabila och in- tensiva plasmaflöden. De kvasistationära urladdningarna och ej kvasistationära urladdningarna med låg och hög strömstyrka åstadkoms efter varandra med en upprepningsfrekvens, som över- skrider ett minimalt kritiskt värde, vilket beror på den magnetiska fällans plasmainneslutande egenskaper. Vid likströmsurladdningar för sputtring åstadkoms en hög joniseringshastighet av gas och metallånga med en hjälp av en periodisk upprepning av de joniserande urladdningarna.

De här beskrivna förfarandena och anordningama kan användas både vid "Rotating Plasma 10 15 20 25 30 525 251 8 Approach" ("den roterande plasmametoden") och "Secondary Electron Approach" ("sekundär- elektronmetoden"), som har nämnts ovan.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas i form av ej begränsande utfóringsfonner med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka: - Fig. la - lf är schematiska vyer av olika magnetiska magnetronkonfigurationer, vilka används vid magnetronsputtring i vilka: - F ig. la är vy av en forsta typ av obalanserad magnetisk magnetronkonfiguration, - Fig. lb är en vy av en balanserad magnetisk magnetronkonfiguration, - Fig. lc är en vy av en andra typ av obalanserad magnetisk magnetronkonñguration, - Fig. ld och le är vyer, som visar den magnetiska fältbild, vilken alstras av permanentmagneter, som är placerade bakom målet, och en elektromagnetisk spole, som är placerad framför målet, - Fig. lf är en vy av en kuspforrnad magnetisk konfiguration, - Fig. lg är en vy ovanifrån av en magnetisk konfiguration, som är typisk hos magnetroner med roterande magnet, - Fig. lh är en schematisk tvärsektion, som visar de magnetiska kraftlinjema i den magnetiska konfigurationen enligt fig. lg, - Fig. 2a och 2b är schematiska diagram, som visar gränsvärden mellan urladdningar med låg och hög strömstyrka av kvasistationär respektive ej kvasistationär typ, - Fig. 3a och 3b är schematiska diagram över ström- respektive spänningspulser som funktion av tiden för sputtrande och joniserande urladdningar i varandra korsande fält, - Fig. 4 är ett schematiskt diagram över periodiska strömpulser av det slag, vilket visas i fig. 3a, som funktion av tiden, - Fig. 5 är ett schematiskt diagram liknande fig. 4, som visar en alternativ form hos strömpulser- na, - Fig. 6 är ett schematiskt diagram liknande fig. 4, som visar strömpulser, vilka är överlagrade på en konstant strömnivå, - F ig. 7a är ett schematiskt diagram över konduktiviteten och plasmadensiteten som funktion av tiden i ett plasmainneslutande område, - Fig. 7b är ett schematiskt diagram, som är väsentligen likadant som fig. 4 och visar drivström- pulsema för att alstra konduktiviteten och plasmadensiteten enligt fig. 7a, - Fig. 8a är ett elektriskt kopplingsschema for en anordning för att alstra en metallånga och dettas jonisering, varvid anordningen har två pulsade krafiaggregat anslutna parallellt med varandra, - Fig. 8b är ett diagram liknande fig. 8a för en anordning, som innefattar ett enda pulsat kraftag- 10 15 20 25 30 525 2331 gregat med variabel impedans, - Fig. 8c är ett kopplingsschema liknande fig. 8a för en anordning med ett enda pulsat kraftaggre- gat kombinerat med ett likströmskraftaggregat, - Fig. 9 är ett detalj erat elektriskt kopplingsschema motsvarande schemat enligt fig. 8a, - Fig. 10 är ett detaljerat elektriskt kopplingsschema motsvarande schemat enligt fig. 8b, - Fig. 11 är ett detaljerat elektriskt kopplingsschema motsvarande schemat enligt fig. 8c, -Fig. l2a är en schematisk tvärsektion av en plasmakälla, i vilken urladdningar i varandra kor- sande elektriska och magnetiska fält används för alstrande av gas- eller gas- och metall- eller me- tallplasma, motsvarande den andra typen av obalanserad magnetisk magnetronkonfiguration, som visas i fig. lc och - Fig. 12b är en schematisk vy liknande fig. l2a, som visar en plasmakälla, i vilken urladdningar i varandra korsande elektriska och magnetiska fält används för alstrande av gas- eller gas- och metall- eller metallplasma, motsvarande de typer av magnetisk magnetronkonfiguration, som vi- sas i fig. ld och lf.

DETALJERAD BESKRIVNING De magnetkonfigurationer hos magnetronsputtringskatoder, som företrädesvis används in- om den konventionella tekniken for en magnetisk fältstyrka upp till 0,1 T, visas i fig. lb - lf.

Sålunda visas i fig. lb en balanserad magnetisk magnetronkonfiguration medan i fig. la och lc obalanserade magnetiska magnetronkonfigurationer visas. Ändringarna av den magnetiska fält- konfigurationen åstadkoms här genom att ändra konfigurationen hos permanentmagneterna i magnetronkällan.

Sålunda visas i den schematiska bilden i fig. la en första typ av obalanserad magnetisk magnetronkonfiguration. Den magnetiska sputtringskatoden l är en väsentligen plan kropp av det material, som skall sputtras, och kan ha formen av en cirkelrund skiva eller en rektangelfor- mad skiva. Vid den bakre eller undre ytan av katoden visas en perrnanentmagnetanordning, som innefattar en yttre magnet 2 och en central magnet 3, varvid den centrala magneten är belägen vid mitten av katodens bakre sida och den yttre magneten är belägen vid kanten av katodens bak- re sida. De pilfórsedda linjerna visar de magnetiska kraftlinj ernas riktning. Styrkan hos den cent- rala permanentmagneten 3 väljs att vara större än styrkan hos den yttre magneten 2, så att bland de magnetiska fältlinje 4, som allmänt går från magnetemas nordpoler till sydpoler, vissa fältlin- jer sträcker sig endast mellan polema hos den centrala permanentmagneten.

I vyn av en balanserad magnetisk magnetronkonñguration enligt fig. lb ses denna ha vä- sentligen samma uppläggning som magnetronkonfigurationen enligt fig. la. Styrkan hos den centrala magneten är emellertid vald att vara lika med styrkan hos den yttre magneten, så att vä- 10 15 20 25 30 525 231 10 sentligen alla magnetiska fältlinjer sträcker sig mellan en pol hos den centrala magneten 3 och en pol hos den yttre magneten 2. Det skuggade området i figuren är plasmainneslutningsområdet och också det område, i vilket urladdningens effektutveckling sker.

I den schematiska bilden i fig. lc visas en vy av en andra typ av obalanserad magnetisk magnetronkonfiguration, i vilken styrkan hos permanentmagneterna är vald på ytterligare ett an- nat sätt. Här sträcker sig vissa av faltlinjerna mellan polema hos den yttre magneten, varvid de fáltlinjer, som börjar eller slutar vid den centrala magneten, alla har sina andra ändar vid den ytt- re magneten.

De obalanserade konfigurationerna, som visas i fig. la och lb, klassificeras som Typ 1 re- spektive Typ II, se B. Window och N. Savvides, "Charged particle fluxes from planar magnetron sputtering sources", J. Vac, Sci. Technol, A 4(2), 1986 sid. 196 - 202.

Ett alternativt sätt att åstadkomma olika magnetiska konfigurationer är att använda en yttre, företrädesvis toroidformad, magnetisk spole, se I. Ivanov, P. Kazansky, L. Hultman, I. Petrov, and J -E. Sundgren, "Influence of an extemal axial magnetic field on the plasma Characteristics and deposition conditions during direct current planar magnetron sputtering", J. Vac. Sci. Tech- nol., A l2(2), 1994, sid. 314 - 320. Sålunda visas i vyema i fig. 1d, le och lf magnetiska konfi- gurationer, som åstadkoms av perrnanentmagneter 2, 3, vilka är placerade bakom målet 1, och en elektromagnetisk spole 5, som är placerad framför målet. I fig. ld och le har spolen en diameter, som är större än målets diameter. Pilama visar magnetfaltets riktning. I fig. lf visas en kuspfor- mad magnetisk konfiguration, i vilken spolen 5 har en diameter, som är mindre än målets och den yttre magnetens diameter. Den elektromagnetiska spolen 5 har en höjd bwfl, dvs dess ut- sträckning i en riktning vinkelrätt mot katodens 1 plan, och en inre diameter Dcofl. h och D är all- mänt höjden och diametern hos området för plasmainneslutning, varvid effektutvecklingen vid urladdningen försiggår i detta område. Formen hos plasmainneslutningsområdet kan grovt be- traktas vara en cylinder med diameter D och höjd H för en plan cirkulär katod 1 eller en rätvink- lig parallellepiped för en plan rektangulär katod. I det senare fallet är D katodens minsta mått och det minsta måttet hos parallellepipedens basyta och h är parallellepipedens höjd.

Beroende på riktningen hos den elektriska strömmen i spolen 5 kan dettas fält användas för att förstärka antingen den yttre polen 2 eller den centrala polen 3 hos pennanentmagnetema, så- som visas i fig. ld och le. Denna metod ger en plasmadensitet inuti plasmainneslutningsområdet av cirka 1016 m* cch cinhandahåilcf cckcå mcdcl för au vaficfa jcnflödcc vid katcdcn cncf sub- stratet av mer än en storleksordning. Fortfarande är joniseringsgraden lägre än 10%. Därför kan en variation enbart av magnetfältets styrka och dess geometri inte ge en magnetronsputtringska- tod, som fungerar som metallplasmakälla med hög ekvivalent strömstyrka. 10 15 20 25 30 525 231 1 1 Den kuspforrnade magnetiska konfigurationen enligt fig. lf har använts för att alstra ett tätt plasma med hjälp av kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka, som alstras av periodis- ka pulser med låg frekvens, mindre än 10 Hz. Två axiellt symmetriska elektromagnetiska spolar med motsatta strörnriktningar alstrade den kuspformade magnetiska konfigurationen, se den ovan anförda artikeln av D.V. Mozgrin et al.

Den konfiguration, som innefattar ett kuspfonnat magnetiskt fält, vilket alstras av penna- nentmagneter och en elektromagnetisk spole, och som visas av fig. lf, skall nu betraktas. I denna är den elektromagnetiska spolen 5 placerad på ett avstånd h = aD, där H också är plasmaområ- dets höjd, från den friliggande främre ytan hos magnetronsputtringskatoden 1, där g är en koeffl- cient med ett värde i området 0,1 - 1 och D liksom ovan är inneslutningsområdes diameter och sålunda katodens diameter för det fall, att denna har en cirkulär forrn, eller lika med katodens minsta mått för det fall, att denna har rektangulär plan form. Det inre måttet hos den elektromag- netiska spolen 5 för det fall, att denna har en cirkulär form är Dm = _bD, där b är en koefflcient med ett värde i området 0,4 - 1,4 och Dm" är den inre diametern. Innermåtten hos spolen, för det fall att denna har rektangulär fonn, är Dwi; och H, där Dcon = l_>D, Dcofl är det minsta innennåttet hos spolen och b är en koefflcient med ett värde i området 0,4 - 1,4. Höjden hem; hos den elektro- magnetiska spolen 5 är lika med bwfl = cD, där c är en koefflcient med ett värde i ornrådet 0,3 - 3.

Den magnetiska konfiguration, som är typisk för magnetroner med roterande magnet, visas i fig. lg, se också U,S. patent 5,252,l94 för Richard A. Demaray et al. Perrnanentmagneterna 2' är placerade vid katodens l sputtringsyta, såsom visas i figuren. Magnetaggregatet 2' roterar kring katodens mitt parallellt med dennas bakre yta. Konñgurationen hos de magnetiska kraftlin- jema ses i fig. lh. Konfigurationen har ett karaktäristiskt mått D.

Vid det här beskrivna förfarandet kan allmänt magnetiska konfigurationer av de slag, som visas i fig. lb, lc, ld, lf och lg, användas. Vid det förfarande, som diskuteras i det följande, be- traktas emellertid företrädesvis den konfiguration, som har en obalanserad magnetronkonfigura- tion och visas i fig. lc.

Kvasistationära urladdningar, som alstras i balanserade magnetronsputtringsanordningar, såsom i den vilken visas i fig. lb, kännetecknas av effektiv katodsputtring men låg joniserings- grad hos sputtringsgasen och metallångan för urladdningar med låg strömstyrka eller av en låg sputtringshastighet men mycket hög joniseringseffektivitet hos sputtringsgasen och metallångan för urladdningar med höga strömstyrkor. Det kan sålunda sägas, att det med hjälp av kvasistatio- nära urladdningar med låg eller hög strömstyrka i varandra korsande fält är omöjligt att alstra in- tensiva, höggradigt joniserade metallplasmaflöden. 10 15 20 25 30 525 231 12 Konventionella förfaranden för att öka plasmaflödena för magnetronurladdningar av lik- strömstyp är företrädesvis baserade på förbättring av plasmainneslutningsegenskaperna hos den magnetiska magnetronkonfigurationen. Dessa förfaranden är uppenbara, eftersom joniseringsef- fektiviteten i plasman i hög grad beror på elektrondensiteten. Plasmainneslutningen kan förbätt- ras genom att öka den magnetiska fältstyrkan och/eller genom att ändra den magnetiska fältkon- figurationen.

I diagrammen i fig. 2a och 2b visas övergången från området med låg strömstyrka till om- rådet med hög strömstyrka. I diagrammet i fig. 2a visas spänningen som funktion av urladd- ningsströmmen för fallet med kvasistationära urladdningar. Övergångsströmmen Imnsmon motsva- rar urladdningsströmmens eller drivströmmens värde, när urladdningen i början med hög spän- ning övergår till en urladdning med låg spänning. När plasmadensiteten är tillräckligt hög, vilket uppnås för en tillräckligt hög drivström, för att upprätta nästan isotropa och lika stora jon- och elektrontemperaturer, blir komponenten E” hos det elektriska fältet, som är parallell med det magnetiska B-fältet, liten jämförd med dess transversella komponent EH. Plasmat lyder då isoro- tationslagen, enligt vilken vinkelhastigheten blir likfonnig längs en magnetisk fältlinje och plas- mat roterar som en helhet, ett så kallat roterande plasma, se den ovan anförda artikeln av B. Leh- nert. För låga plasmadensiteter, dvs för låg drivström, finns också kvasistationära urladdningar, i vilka det längsgående elektriska fältet EU inte kan försummas och isorotationslagen blir ogiltig.

Nyligen utförda system innefattar Penning-celler såväl som magnetronsputtringskatoder, som drivs av likströmsurladdningar. lsorotationsfenomenet definierar gränsen mellan kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka. Praktiskt sett leder övergången från urladdningar med låg strömstyrka till hög strömstyrka i en sänkning av urladdningsspänningen ned till värden, som motsvarar Alfvén-gränsen.

Den heldragna linjen och den streckade linjen i diagrammet i fig. 2b visar metalldcpone- ringshastigheten respektive gasplasmaflödesintensiteten som funktioner av drivströmmen för ej kvasistationära urladdningar. I området med låg strömstyrka, dvs i de första två områdena I och II, ökar först deponeringshastigheten, i området I, och blir sedan konstant, i området II, för ökan- de drivström. I området med hög strömstyrka, dvs i områdena III och IV, minskar först depone- ringshastigheten, i området III, och blir sedan konstant, i området IV, för ökande drivström. För ej kvasistationära urladdningar kan detta uppförande hos deponeringshastigheten förklaras av det nu upptäckta fenomenet med olika beroenden hos intensiteten av alstrandet av gas- och metall- plasma på urladdningens intensitet eller drivströmstyrka i den magnetiska magnetronkonfigura- tionen. Det har visat sig, att för en ökande urladdningsströmstyrka ökar intensiteten hos alstran- det av metallplasma från början upp till en viss nivå och avtar därefter starkt, se den heldragna 10 15 20 25 30 525 251 13 linjen i diagrammet i fig. 2b. Gasplasmaflödets intensitet ökar hela tiden för en ökande urladd- ningsströmstyrka.

En förklaring av detta fenomen kan vara grundad på fenomenet med alstrande av en hög strömstyrka av sekundärelektroner, vilka utsänds från katoden, genom att denna bombarderas med joner med hög intensitet, som härleds från urladdningens drivström. Sekundära elektroner, som skall accelereras upp till det höga katodspäriningsfallet, joniserar effektivt gas och ånga ge- nom kollisioner mellan elektroner och neutrala partiklar och genom fenomenet med destabilise- ring av plasmat av gas och sputtrad ånga nära katoden. Detta leder till excitation av plasmainsta- biliteter av kinetisk typ, som i sin tur starkt ökar den effektiva kollisionsfrekvensen och därige- nom effektivt uppvärmer den större delen av elektronerna i plasmat. Enligt P. Gopalraja, se P.

Gopalraja and J. Foster, "Nonlinear wave interaction in a magnetron plasma", Applied Physics Letters, Vol. 77, No. 22, Nov. 2000, sid. 3526 - 3528, kan den intensiva strålen av sekundärelekt- roner med hög energi driva instabiliteter av typ "beam-plasma" ("stråle-plasma").

Både den höga elektrondensiteten nära katoden och den höga temperaturen hos elektroner- na leder till ett fenomen med effektiv jonisering av ånga i området för katodspäriningsfallet. För att joniseras i området för katodspänningsfallet sänds gas- och metalljonema tillbaka till kato- dens yta av de elektriska fält, som föreligger i det området, vilket är själsputtringsfenomenet.

Detta leder till en skarp minskning av deponeringshastigheten, om urladdningens drivström över- skrider ett visst värde. Detta värde visas i fig. 2b som linjen för strömmen Iumsifion. Detta fenomen är tydligast för katoder framställda av metaller med lågt sputtringsutbyte. Vid den motstående si- dan av katodspänningsfallsområdet är sputtringsgasema och/eller de reaktiva gaserna belägna, vilka ytterst effektivt joniseras genom samma fenomen. För en cirkulär plan magnetronsputt- ringskatod av titan med diameter 150 mm, som drivs i det ej kvasistationära området med följan- de parametrar: urladdningsström 1400 A och urladdningsspänning 500 - 600 V, är till exempel deponeringshastigheten omkring 0 och förhållandet mellan Arli-strömmen och Tiïströmmen är 1:10 000. Detta fenomen möjliggör en utformning av en plasmakälla, som fungerar som gasplas- makälla eller som gas-/metallplasmakälla eller som metallplasmakälla, vilken är mycket lovande inte enbart för PVD-tillämpningar utan också för CVD-tillämpningar.

Om magnetronsputtringskatoden drivs endast i området för ej kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka eller i området med kombinerade ej kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka och kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i varandra korsande fält, alst- rar den företrädesvis ett gasplasma med låg nedsmittning av ett plasma av katodmetallen. Om så- dana urladdningar används i kombination med urladdningar med låg strömstyrka, fungerar syste- met som gas-/metall- eller metallplasmakälla, efiersom urladdningarna med låg strömstyrka möj- 10 15 20 25 30 525 231 14 liggör, att området i den magnetiska magnetronkonfigurationen ovanför laddningsseparations- skiktet blir fyllt med metallånga. Denna ånga är joniserad tillsammans med gasen på grund av urladdningama med hög strömstyrka. Det är uppenbart, att systemet för korrekt funktion som gas-/metall- eller metallplasmakälla erfordrar en specifik tidstöljd hos efter varandra följande pulser och ett specifikt val av pulsernas varaktigheter. Det vill säga att varaktigheten hos de om- bildande pulsema inte skall vara större än tiden för klumpen av ånga att förflytta sig tvärs över den magnetiska magnetronkonfigurationen, i vilken energiutvecklingen äger rum.

Gränsen mellan ej kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka kan specifice- ras såsom íöljer. En urladdningsström med låg styrka motsvarar det område, i vilket depone- ringshastigheten, som ges av metallen i magnetronens sputtringskatod, hela tiden ökar eller är ungefär konstant för ökande urladdningsström, se områdena I respektive II i diagrammet i fig. 2b. En urladdningsström med hög strömstyrka motsvarar det område, i vilket deponeringshastig- heten, som ges av metallen i magnetronsputtringskatoden, hela tiden minskar eller är ungefär konstant för ökande urladdningsström, se områdena III och IV i diagrammet i fig. 2b. Både de kvasistationära och de ej kvasistationära urladdningama har en övergång från urladdningar med låg strömstyrka till urladdningar med hög strömstyrka, förutsatt att effekten i urladdningarna överskrider effekten för "burn-out", se den ovan anförda artikeln av B. Lehnert och den publice- rade intemationella patentansökningen nr. WO 98/40532, och de motsvarande drivströmmarna överskrider "burn-out"-strömmen, se linjema för Ifmsifion i diagrammen i fig. 2a och 2b.

När urladdningarna utförs i varandra korsande elektriska och magnetiska fält i anordningar med magnetronsputtringskatoder, måste för beräkning av "bum-out"-strömmen fenomenet med plasmaturbulisering betraktas. Det är nödvändigt att observera, att en låg nivå för plasmaturbuli- sering kan erhållas redan vid urladdningsström med låg styrka, se fig. 2b, område II, och det par- ti av område I, som ligger nära område II, men det ger en låg nivå, mindre än 10%, av jonise- ringsgrad hos den sputtrade ångan. Denna metod används redan praktiskt i kommersiellt tillgäng- liga deponeringskällor av typ SIP ("Self Ionized Plasma"), som är tillgängliga från Applied Ma- terials, se Intemet-dokumentet Barry L. Chin, G. Yao, P. Ding, J. Fu and L. Chen, "Barrier and Seed Technologies for Sub-0.10 um Copper Chips", Semiconductor Intemational, May 2001, http://www.semiconductor.net/semiconductor/issues/2001/200105/04six0l05m.

Fördelen med de här beskrivna förfaranden och anordningama ligger särskilt i möjligheten att alstra höggradigt joniserade, upp till fullständigt joniserade, metallplasmaflöden.

I diagrammen i fig. 3a och 3b visas strömmen och spänningama hos de pulser, som an- bringas mellan katoden 1 och anoden, ej visad, varvid anoden allmänt sett innefattar väggama hos sputtringskarnrnaren, som funktioner av tiden för att åstadkomma sputtrings- och jonise- 10 15 525 231 15 ringsurladdningar i varandra korsande fält med hög effektivitet. Däri är I urladdnings- eller driv- strömmen och U är urladdningsspänningen. Pulsema innefattar ett forsta långt tidsintervall, med hög spänning U1 och låg ström 11, för att åstadkomma en sputtringsurladdning, som följs av ett andra intervall, i vilket en joniseringsurladdning alstras. I det andra intervallet, som är avsevärt kortare än det första intervallet, är den anbringade spänningen U; låg och strömmen 12 är hög. t; är begynnelsetiden för sputtringsurladdningsintervallet och tg är den tidpunkt, vid vilken sputt- ringsurladdningsintervallet slutar. t3 är den tidpunkt, vid vilken den joniserande urladdningen börjar och vilken här är lika med t; t4 är den tidpunkt, när den joniserande urladdníngsperioden slutar. t; är dessutom den tidpunkt, när fronten hos klumpen av sputtrad ånga kommer fram till gränserna hos området for effektutveckling.

Fig. 4 är ett diagram över pulsernas strömstyrka som funktion av tiden och visar schema- tiskt, hur pulsema upprepas med en pulsupprepningsperiod T.

Fig. 5 är ett diagram liknande frg. 4 men här är enligt en andra utfóringsform tidsinterval- len för sputtringsurladdningama och de joniserande urladdningarna åtskilda av ett kort tidsinter- vall med längd A = (tg - tz), under vilket inte någon spänning är pålagd.

Fig. 6a, 6b är diagram över strömmen som funktion av tiden och visar, hur pulsema kan påläggas enligt en tredje utföringsforrn. I diagrammet i fig. 6a visas en konstant ström IDC, som används för att åstadkommas sputtringsurladdningen. Denna konstanta ström är kombinerad med en pulsad joniserande urladdning, såsom visas i fig. 6b, varvid drivströmmen I; under pulserna i 20 joniseringsurladdningarna är avsevärt större än den konstanta strömmen. tg är begynnelsetid- 25 30 punktema för intervallen med joniserande urladdningama och t4 är den tidpunkt, när de jonise- rande urladdningarna slutar.

Fig. 7a är ett diagram, som visar konduktiviteten Q och plasmadensiteten g som funktion av tiden i plasmainneslutningsområdet. Drivströmmens pulser visas i diagrammet i fig. 7b som fimktion av tiden. Påfyllningen av plasmainneslutningsområdet med metallånga kan åstadkom- mas med hjälp av en likströmsurladdning, se fig. 6a, 6b, eller med hjälp av pulsade urladdningar med låg strömstyrka, såsom i fig. 3a, 3b, 4 och 5. I fig. 7a är Ömax och nmax är den maximala kon- duktiviteten hos urladdningsgapet respektive den maximala plasmadensiteten i plasmainneslut- ningsonirådet, som alstras av den joniserande urladdningen, och ömm och nmm är den minimala konduktiviteten respektive den minimala plasmadensiteten för det fall, när magnetronsputtrings- urladdningen kan initieras utan närvaro av sputtringsgas. Tmax är den maximala tiden mellan joni- seringspulser, inom vilka det är möjligt att initiera magnetronsputtringsurladdningar utan sputt- ringsgas.

Vid prov av de magnetiska konfigurationer, som har beskrivits i samband med fig. la - lg, 10 15 20 25 30 525 231 16 visade det sig, att: l. Styrkan och geometrin hos det magnetiska fält, som definierar inneslutningsegenskapema för plasmat, påverkar starkt övergången av en ExB-urladdning med låg strömstyrka till en ExB-ur- laddning med hög strömstyrka eller eventuellt till en koncentrerad ljusbågsurladdning. De an- vändbara och sålunda här föredragna konfigurationerna, för stabil funktion utan någon bildning av koncentrerade ljusbågar i de kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka, är de magnetiska konfigurationer, som schematiskt visas i fig. lb, lc, ld, lf och lg, såsom ovan har angivits. 2. Plasmainhomogeniteter såsom koncentrerade ljusbågar är förhärskande under en kvasistatio- när hållmod i system med stora plasmaförluster, dvs låga inneslutningsegenskaper. 3. Förloppet med bildning av koncentrerade ljusbågar beror på plasmaintensiteten från början i den magnetiska fallan vid startperioden av den joniserande urladdningen med hög strömstyrka i varandra korsande fält. 4. Vid anbringande av urladdningar i varandra korsande fält på magnetronsputtringskatoder finns ett högst betydelsefullt fenomen, som innefattar bildning av katodfläckar. Det är ett välkänt fak- tum, att katodfläckar bildas, om fáltemission av elektroner från katoden övergår till termoelekt- risk emission, som leder till en explosiv elektronutsändning och ombildning av katodmetallen, vid skarpa inhomogeniteter på katodytan, till täta plasmaklumpar. Dessa plasmaklumpar bildar plasmainhomogeniteter, som är centrum för bildning av koncentrerade ljusbågar. Det är uppen- bart, att för att minska sannolikheten för explosiv elektronemission är det nödvändigt att avlägs- na de skarpa inhomogenitetema från katodens yta. Det visade sig, att likströmsurladdningar och de kvasistationära och ej kvasistationära urladdningar med låg strömstyrka är effektiva förfaran- den för polering av katodytan och i motsats därtill kvasistationära och ej kvasistationära urladd- ningar utgör mycket effektiva förfaranden för att göra katodytan grov. Om därför endast kvasi- stationära och i synnerhet ej kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka används för alst- rande av plasma ökar bildningen av koncentrerade katodljusbågar med varaktigheten av depone- ringsförloppet. Om dubbelpulsurladdningar eller en kombination av en anbringad likström eller konstant ström och pulsurladdningar med hög strömstyrka används, undertrycks starkt bildning- en av koncentrerade katodljusbågar. Sålunda kan de koncentrerade ljusbågsurladdningarna un- dertryckas genom att scheman för ljusbågsundertryckande väljs på lämpligt sätt, vilka utförs i kraftaggregaten för att driva plasmat.

Det ovan nämnda fenomenet visar, att för att undvika bildning av ljusbågsurladdningar un- der urladdningar med hög strömstyrka är det nödvändigt att starta urladdningen med hög styrka med en tillräckligt begynnelsekonduktivitet i urladdningsgapet. Detta kan uppnås genom att ha 10 15 20 25 30 525 231 17 en tillräcklig plasmadensitet i magnetfällan vid urladdningens begynnelseperiod, se fig. 7, och bibehålla låga plasmaíörluster under urladdningen.

Det visade sig, att det uttryckt i elektriska och magnetiska parametrar och tidsparametrar för den använda urladdningen för att undvika ljusbågsbildning är nödvändigt att använda följan- de värden på parametrar: a. Den magnetiska magnetronkonfigurationen av den balanserade typen, se fig. lb, måste ha en maximal radiell styrka hos magnetfältet av 0,07 - 0,3 T vid katodens sputtringsyta, varvid de ra- diella riktningama tas parallellt med planet i målets eller katodens främre yta. b. Den magnetiska magnetronkonfigurationen av den obalanserade typen, se fig. lc och ld, mås- te ha en maximal radiell styrka hos det magnetiska fältet av 0,04 - 0,3 T vid katodens sputtrings- yta. c. Den kuspformade axialsyrrimetriska magnetiska konfigurationen, se fig. lf, måste ha en maxi- mal radiell styrka hos det magnetiska fältet av 0,04 - 0,3 T vid katodens sputtringsyta. Den an- vända kuspfonnade magnetiska konfigurationen alstras av ett balanserat magnetiskt magnetron- fält, som åstadkoms av ett permanentmagnetsystem kombinerat med det magnetiska fältet från en toroidfonnad elektromagnetisk spole med relativt liten diameter. d. Urladdningar med låg och hög strömstyrka måste upprepas periodiskt och följa efter varandra i tiden med en pulsupprepningsfrekvens f av storleksordningen 100 Hz - 20 kHz, särkilt med en frekvens av 0,5 - 2 kHz, där f = 1/T och T är pulsemas upprepningsperiod.

Det visade sig, att om upprepningsfrekvensen f är mindre än 20 Hz, kunde tändningen av de pulsade periodiska urladdningama med låg och hög strömstyrka inte uppnås utan en yttre för- jonisering. Utan någon yttre töijonisering har urladdningarna ett slumpmässigt uppträdande och försiggår i form av koncentrerade ljusbågsurladdningar. I området 20 - 100 Hz kan urladdningar- na tändas periodiskt utan någon yttre föijonisering på grund av den kvarvarande elektriska kon- duktiviteten hos urladdningsgapet. Den kvarvarande konduktiviteten orsakas av restplasma, som finns kvar i den magnetiska konfigurationen från föregående puls. Om pulsupprepningsfrekven- sen har ett värde av 20 - 100 Hz, har det plasma, som är kvar i den magnetiska konfigurationen från föregående puls, en låg densitet och bildning av ljusbågsurladdningar har hög sannolikhet, särskilt för urladdningar med hög strömstyrka. Detta gäller för alla de ovan nämnda magnetiska fältparametrarna i styckena under a, b, c. Om den magnetiska fältstyrkan är mindre än 0,03 T, kan de kvasistationära urladdningarna med hög strömstyrka överhuvudtaget inte startas.

Om pulsupprepningsfrekvensen är större än 100 Hz, har de pulsade periodiska urladdning- arna med låg och hög strömstyrka en stabil, ljusbågsfri funktion, om de magnetiska fältparamet- rarna väljs enligt med vad som sägs i styckena a, b, c ovan. 10 15 20 25 30 525 231 18 Pulsupprepningsfrekvensen är en avgörande faktor för att uppnå en självsputtrande drift.

Det självsputtrande driftområdet vid närvaro av sputtringsgas såsom Ar kan uppnås redan vid en frekvens, som är något högre än 100 Hz. Detta gäller, om argon medverkar i självsputtringsom- rådet. Utan sputtringsgas uppträder självsputtringsdrift vid frekvenser högre än 100 Hz.

Efter begynnelseperioden är det möjligt att initiera ExB-urladdningama med låg och hög strömstyrka i den restdensitet av plasma, som finns kvar från föregående puls. I detta fall alstras metallånga på grund av självsputtringsfenomenet och det plasma, som fyller den magnetiska fal- lan, innehåller i forsta hand joner av metallen i målet. Plasmaflödet från den magnetiska fällan innehåller företrädesvis dessutom också joner av metall i målet. Självsputtringsfenomenet kan åstadkommas för varje typ av katodmaterial, om urladdningama med låg och hög strömstyrka används och följer efter varandra eller allmänt av en likströmsurladdning efterföljd av en urladd- ning med hög strömstyrka, se fig. 3a - 7, och om de ovan i styckena a - d villkoren är uppfyllda.

Självsputtringsområdet är i hög grad betydelsefiillt för sådana tillämpningar som riktningsbun- den etsning eller rengöring av ytan hos arbetsstycken med hjälp av metalljoner för att öka vid- häftningen hos deponerade skikt eller för att fylla diken och vior med höga aspektförhållanden, som man påträffar vid framställning av mikroelektroniska anordningar.

I diagrammet i fig. 7a visas självsputtringsfenomenet. Urladdningen med låg strömstyrka med en strömstyrka l; fyller den magnetiska fällan nära katoden med metallånga. J oniseringsgra- den hos gasen och metallångan orsakad av urladdningen med låg strömstyrka är försumbar jäm- fört med den, som fås vid urladdningar med hög strömstyrka och inte är inritad fig. 7a. Urladd- ningen med hög strömstyrka joniserar ångan och sputtringsgasen. Plasmadensiteten ökar från värdet nmm upp till värdet nmax under perioden från tg, tg upp till t4. Motsvarande konduktivitet hos urladdningsgapet ökar från värdet omm upp till omm. Efter sluttiden t4 hos urladdningen med hög strömstyrka börjar en period med avklingande av plasmat. Detta leder till, att konduktivite- ten hos urladdningsgapet minskar ned till omm. Värdena omm och omm beror på pulsemas upprep- ningsperiod T, nmm och plasminneslutníngsegenskaperna hos den magnetiska konfigurationen, dvs hos den magnetiska fällan, förutsatt att parametrarna ligger inom området för de parametrar, som anges i styckena a - d ovan. Det arbetssätt, som visas av fig. 7, kan endast uppnås genom att fylla den magnetiska fällan med metallånga, som alstras av urladdningen med låg strömstyrka med amplitud Il. I detta fall är närvaron av gas nödvändig endast för att starta urladdningama.

Det här beskrivna förfarandet innefattande framställning av metallplasma genom att åstad- komma en metallånga med hjälp av magnetronsputtring och följ ande jonisering av den framställ- da ångan med hjälp av pulsade urladdningar i varandra korsande fält har vissa likheter med det ovan beskrivna RF-förfarandet. Vid det förfarandet åstadkoms metallplasmaflödet med hjälp av 10 15 20 25 30 525 231 19 ExB-urladdningar med låg strömstyrka i en magnetisk magnetronkonfiguration för sputtring av atomer vid måttligt tryck, t ex av 1 - 100 mTorr, vilket ger upphov till ett plasma av låg densitet.

I det fallet framställs plasmat av en RF -induktionsspole, som är anordnad inuti deponeringskam- maren. Den i induktionsplasman åstadkomna elektrondensiteten ligger i området 1017 - 1018 ma.

Nackdelarna med RF-förfarandet för framställning av metallplasma innefattar komplexitet hos RF-joniseringsmetoden och det erforderliga höga trycket hos sputtringsgasen, vilket också an- vänds för att åstadkomma lågdensitetsplasmat.

Dimensionema hos den magnetiska fallan och metallångans expansionshastighet definierar den tid, som erfordras för att fylla magnetfällan med metallånga. Den karaktäristiska expansions- hastigheten hos metallångan kan erhållas ur energifördelningen hos de sputtrade atomerna. Ener- gifördelningen hos de sputtrade atomerna enligt en linjär kollisionskaskadteori beskrivs av Thompson-forrneln, som ursprungligen härleddes för energier i keV-ornrådet. Senare har experi- ment bekräftat, att denna fonnel är giltig ned till eV-ornrådet, se H. Oechsner, "Energievertei- lungen bei der Festkörperzerstäubung durch Ionenbeschuss", Zeitschrift fiír Physic A, nr. 238, 1970, sid. 433 - 451. För olika metaller är den karaktäristiska expansionshastigheten för metall- ånga av storleksordningen 103 - 3-103 rn/s.

Vidare visade det sig, att den karaktäristiska höjden h, se fig. lc, lf, hos den magnetiska fällan eller inneslutningsområdet skall vara av storleksordningen hos målets diameter D för plan cirkulär geometri eller hos det mindre måttet D hos en rektangulär katod. Måtten D och h defini- erar volymen för energiutveckling inuti den magnetiska fällan.

I praktiken är varaktigheten (tz-tr) för den första perioden i pulser för urladdníngar med låg strömstyrka lika med tiden för att fylla volymen, i vilken effektutvecklingen sker och vilken lig- ger inuti den magnetiska fällan, med metallånga. Varaktigheten skall vara ßlD, där konstanten ßl mäts i us/cm och har ett värde i ornrådet 0,1 - 3 us/cm och D mäts i cm. Varaktigheten (t4-t3) hos perioden för urladdningama med hög strömstyrka i pulsema beror också på måtten D och h och har ett värde ßzD, där konstanten ß; mäts i ps/cm och har ett värde i området 0,1 - 1 us/cm och D mäts i cm.

Den andra perioden hos pulsema med urladdningen med hög strömstyrka kan följa direkt, exakt efter de första periodema hos pulsema för urladdning med låg strömstyrka, såsom visas av diagrammen i fig. 3a, 4 och 7b. Dessa andra perioder kan också börja någon tid A = (tg-tg) efter slutet av de föregående första periodema, såsom visas av diagrammet i fig. 5. Värdet på denna fördröjningstid A beror på den erforderliga joniseringsgraden hos metallångklumpen och är av storleksordningen A = 9D, där g är en konstant, mätt i s/cm, och har ett värde i området 5-10* - 10'6 s/cm och D mäts i cm liksom ovan. 10 15 20 25 30 525 251 20 Generering av metallplasmat kan med hjälp av det ovan beskrivna förfarandet innefattande pulser med två olika strömnivåer åstadkommas genom att kontinuerligt alstra ett flöde av metall- ånga med hjälp av en likströmsurladdning och låta denna beledsagas av pulsade joniserande kva- sistationära urladdningar med hög strömstyrka, se diagrammen i fig. 6a, 6b. I detta fall definieras upprepningsperioden T hos de pulsade urladdningarna av expansionshastigheten hos metallångan och av måtten hos den magnetiska fällan. Upprepningsperioden hos urladdningarna med stor strömstyrka är lika med summan av varaktigheten ßlD för pulser med låg strömstyrka, såsom de- fmierats ovan, där konstanten ß; mäts i us/cm och har ett värde i området 0,1 - 3 us/cm, och var- aktigheten ßzD för pulsema med hög strömstyrka, som definierats ovan, där konstanten ß; mäts i us/cm och har ett värde i området 0,1 - 1 tis/cm.

Såsom kan ses i diagrammen i fig. 3a - 7, genereras urladdningarna företrädesvis, så att i varje puls eller del av puls strömmen såsom funktion av tiden har rektangulär form.

Vidare genereras urladdningarna företrädesvis, så att under de första periodema, för de i fig. 3a - 5 visade pulsema, drivströmmen mellan anoden och katoden är ulS, där u; är en kon- stant, som mäts i A/cmz och har ett värde i området 0,1 - 1 A/cmz och S är ytinnehållet hos den aktiva ytan hos katoden mätt i cmz. Urladdningama genereras också företrädesvis, så att under de andra periodema, för de i fig. 3a - 5 visade pulserna och de i fig. 6b visade pulserna med hög strömstyrka, drivströmmen mellan anoden och katoden är ugS, där u; är en konstant, som mäts i A/cmz och har ett värde i området l - 10 A/cmz och S är ytinnehållet hos den aktiva ytan hos ka- toden mätt i cmz.

Magnetronema med roterande magneter måste betraktas separat. För beräkning av de er- forderliga värdena på pulserna med hög och låg strömstyrka måste sputtringsarean hos katoden för fast magnet väljas. Den sputtrade arean mäts i cmz. Koefficienterna för pulsema med låg och hög strömstyrka är lika med koefficientema för magnetronkonfigurationen enligt den schematis- ka bilden i fig. lc, som är vald som grundläggande konfiguration. För beräkning av pulsvaraktig- heter måste det karaktäristiska måttet D, se fig. lh, tas som måttet hos den sputtrade arean för fast magnet i den riktning, som sammanfaller med nord-sydriktningen inom permanentmagneten.

I den kammare, i vilken urladdningama åstadkoms, kan föreligga en blandning av sputt- ringsgaser och reaktiva gaser vid ett tryck av företrädesvis 1040 - 10'2 Torr.

I fig. 8a, 8b och Sc visas elektriska kopplingsscheman för anordningar för att åstadkomma en metallånga och jonisering av denna enligt det ovan beskrivna förfarandet. Anordningarna för att utföra förfarandet med generering av gas- eller gas-metall- eller företrädesvis metallplasma innefattar fyra huvuddelar, se fig. 8a - Sb: 1. magnetronsputtringskatoden 1 eller C, 10 15 20 25 30 525 251 21 2. ett pulsat kraftaggregat eller ett likströmaggregat för att åstadkomma sputtring av katoden, 3. ett pulsat kraftaggregat för att jonisera gas och metallånga, 4. en tidgivningskrets for samordning av drivningen av kraftaggregaten.

Magnetronsputtringskatoden l, C är av den balanserade eller obalanserade typen eller en kombination av en katod med balanserad magnetisk konfiguration och en elektromagnetisk spo- le, som åstadkommer ett magnetiskt tilläggsfalt, såsom ovan har beskrivits. Likströmskraftaggre- gatet driver magnetspolen 5. Det inneboende magnetfältet är av den balanserade eller av den kuspforrnade konfigurationen, se fig. ld och lf. Om den magnetiska magnetkonfigurationen är av balanserad typ, ligger det maximala värdet på den radiella komponenten hos magnetfältet vid katodens sputtringsyta i området 0,07 - 0,3 T. Om den obalanserade magnetiska magnetronkonfi- gurationen används, är det maximala värdet på det magnetiska fåltets radiella komponent vid ka- todens sputtringsyta i området 0,04 - 0,3 T. Om den kuspformade, axiellt symmetriska magnetis- ka konfigurationen används, är det maximala värdet på magnetfältets radiella komponent vid ka- todens sputtringsyta i området 0,04 - 0,3 T.

I fig. 8a visas ett kopplingsschema för en elektrisk krets, som har två pulsade kraftaggre- gat, vilka är kopplade parallellt med varandra och är anslutna till en urladdningsanordning, dvs till magnetronsputtringskatoden 1, C, och anoden A. Urladdningsanoden kan vara väggama i va- kuumkamrnaren, som då är ansluten till jord, eller en speciellt utformad anod, vilken kan ha en elektrisk potential skild från jord eller ha jordpotential. Ett forsta kraftaggregatet PS-1 alstrar pulser för sputtring av målet, dvs urladdningamas del med låg strömstyrka. Ett andra kraftaggre- gat PS-2 alstrar pulser för jonisering av den sputtrade metallångan och sputtringsgaser och reak- tiva gaser, dvs urladdningsdelen med hög strömstyrka. Tidgivningskretsen ll alstrar dubbla triggpulser. Tidsintervallen mellan triggpulserna och deras upprepningsfrekvens är variabla. RAC är den karaktäristiska impedansen hos urladdningsgapet, dvs hos vägen mellan anoden A och ka- toden 1, C.

I kopplingsschemat i fig. 8b visas i stället ett system innefattande endast ett pulsat kraft- aggregat med variabel impedans. Tidgivningskretsen ll alstrar dubbla triggpulser såsom ovan beskrivits.

I fig. 8c visas den elektriska ledningsdragningen hos ett system med endast ett pulsat kraft- aggregat kombinerat med ett likströmskraftaggregat. Tidgivningskretsen alstrar här endast en triggpuls med variabel upprepningsfrekvens.

Det detaljerade kopplingsschema, som visas i fig. 9, motsvarar den i fig. 8a visade kretsen.

Kretsen innefattar två pulsade kraftaggregat PS-1, PS-2, som är kopplade parallellt med var- andra, och varje kraftaggregat är baserat på en CL-krets eller CL-oscillator. Varje kraftaggregat 10 15 20 25 30 525 231 22 innefattar en kondensator Cl, C;, som är ansluten parallellt med en laddningskrets 13 och en diod D1, D;. En anslutning hos kondensatorerna är förbunden med anoden A via en induktans Ll, L; och en brytare Tl, T;. Induktansema L1 och L; används för att begränsa urladdningsströmmama.

Ll-induktansen har en sådan storlek, som är nödvändig för att alstra sputtringspulserna med låg strömstyrka. L;-induktansen har en så liten storlek som erfordras för att alstra joniseringspulser- na med hög strömstyrka. Tyristorer används som brytarna Tl, T;. I princip är vilken typ som helst av snabba brytare för höga strömmar lämplig. Tidgivningskretsen ll alstrar dubbla pulser för att starta de pulsade urladdningarna, tex såsom visas i fig. 4. Laddningskretsarna 13 är av vilken typ som helst av pulsad laddningskrets. Kondensatorema Cl och C; laddas under tidsperi- oden mellan sputtringsförloppen och joniseringsförloppen. Diodema Dl, D; kortsluter kondensa- torema Cl, C; för att förhindra pulser med omvänd polaritet. Pulser med omvänd polaritet kan uppträda, om den karaktäristiska impedansen RAC hos urladdningsgapet är för liten.

Det i fig. 10 visade detaljerade kopplingsschemat motsvarar det i fig. 8b visade. Kretsen har ett enda pulsat kraftaggregat av samma CL-typ, som används i fig. 9. En begränsning av ur- laddningsströmmen åstadkoms dock med hjälp av ett motstånd R, som är kopplat i serie med brytaren T; och induktansen L; hos kraftaggregatet och kan kortslutas av en tyristorbrytare T3, som är kopplad parallellt med motståndet, efter en viss tidsperiod, som är nödvändig för alstran- det av ångan. Tidgivningskretsen 11 alstrar dubbla pulser, som avges till brytama T; och T; för att ge pulser, såsom visas i t ex fig. 4.

Det detaljerade i fig. ll visade kopplingsschemat motsvarar det i fig. 8c visade. Kretsen har ett enda pulsat kraftaggregat av samma CL-typ, som används i fig. 9, och ett likströmskraft- aggregat, som är anslutet till anoden och katoden via en diod D3. Tidgivningskretsen alstrar en- kelpulser för att åstadkomma urladdningspulser, såsom visas i fig. 6.

Fig. 12a, 12b är schematiska tvärsektioner av plasmakällor, i vilka urladdningar i varandra korsande elektriska och magnetiska fält används för alstrande av gas- eller gas- och metall- eller metallplasma. Såsom injektor för metallånga till joniseringsområdet används en plan magnetrön- sputtringskatod.

I fig. 12a visas den obalanserade magnetiska magnetronkonfigurationen av den andra ty- pen, såsom visas i fig. lc. Permanentmagnetsystemet 21 är sålunda av den obalanserade typen, Typ II, och är beläget vid baksidan av katoden 23. Magnetsystemet skall åstadkomma ett mag- netfält med maximal styrka 0,3 T hos sin radiella komponent vid den aktiva ytan eller den främre ytan hos katoden 23. Ett mekaniskt system 22 är anordnat för att inställa den magnetiska fältstyr- kan i det centrala främre området 5 hos katodens främre yta. Gränsema för inställning av det magnetiska fältet är 0,04 T och 0,3 T. Precisionen hos inställningen av det magnetiska fältet är 10 15 20 25 30 525 231 23 0,005 T.

Katoden 23 är en cirkulär eller rektangulär plan magnetronsputtringskatod av konventio- nell typ. Anoden 24 för ExB-urladdningar innefattar sidoväggama hos sputtringskamrnaren, som innefattar ett cylindriskt eller rektangulärt rör 35 och en plan skiljevägg 32 innefattande ett ut- lopp 34 för plasmaflödet. Utloppet 34 har formen av ett avsmalnande munstycke. Den inre ytan hos munstycket 34 är utformad som en magnetisk fältyta. Munstyckets 34 tvärsnitt taget vinkel- rätt mot plasmakällans axel har cirkulär form för cirkulär katod 23 eller rektangulär form för rektangulär katod. Anoden 24 är ansluten till jord, såsom anges vid 31.

Katoden 23, anoden 24 och permanentmagnetsystemet 21 är alla vattenkylda. Öppningarna för inlopp och utlopp av vatten visas vid 30. En elektrisk isolator 28 är anordnad mellan anoden 24 och katoden 23. En inloppsöppning 29 för gas är anordnad i det cylindriska röret 35 för att släppa in gasen i anodkärlet.

Kraftaggregatet 26 är anordnat enligt någon av fig. 8a - fig. 11. Upprepningsfrekvensen hos det anbringade pulserna är varierbar från 100 Hz till 20 kHz. Kraftaggregatet 26 måste, for en resistiv last av l ohm, alstra pulser med toppspänningar i området 0,4 - 4 kV. Kraftaggregatet 26 skall fiangerar med en resistiv last av 2-10'3 (cma) S ohm. Ytinnehållet S är arean hos den sputtrade katodytan mätt i cmz. Stigtiden för strömpulsen från 0 A upp till toppströmmen är l0'5 s vid en resistiv last av 0,3 ohm. Kraftaggregatet 26 är anslutet till plasmakällan via en koax- ialkabel 27. Koaxialkabelförbindningen används för att minska induktansen i ledningen mellan kraftaggregatet och plasmakällan. Detta möjliggör, att den erforderliga stigtiden hos den jonise- rande urladdningsströmmen kan uppnås. Stigtiden hos den joniserande urladdningsströmmen måste vara mindre än tiden for klumparna av metallånga att förflytta sig över den magnetiska faltkonfigurationen 25 vid katodens 23 aktiva främre sida.

I den schematiska tvärsektionen i fig. 12b visas något mera detalj erat den magnetiska mag- netronkonfigurationen, som antyds i fig. Id och lf. Dessa magnetiska konfigurationer erhålls med hjälp av ett permanentrnagnetsystem av den balanserade typen, såsom visas i den schematis- ka bilden i fig. lb, och genom att anordna en elektromagnetisk spole 36, som har en obalanseran- de effekt. För övrig är utformningen av plasmakällan likadan som den i fig. l2a visade.

Den magnetfältsintensitet, som alstras av permanentmagnetsystemet 21, och precisionen hos fältinställningen är likadana som de vilka har beskrivits med hänvisning till fig. l2a. Den elektromagnetiska spolen 36 alstrar ett magnetfält med intensitet, som är tillräcklig för att vid mitten av ytan hos sputtringskatoden 23 erhålla en fältintensitet av upp till 0,15 T. Det av den elektromagnetiska spolen 36 alstrade magnetiska fältet är varierbart från 0 T upp till den maxi- mala intensiteten med en precision av 0,001 T. 525 251 24 Plasmakällorna enligt fig. l2a och 12b är anslutna till ett vakuurnkärl 33.

Plasmakällorna enligt fig. l2a och l2b fungerar på följande sätt. Magnetfaltsintensiteten från början är 0,15 T. Sputtrings- och joniseringsgasema tillförs anodkärlet 24 via gasinloppet 29. Drifttrycket från början är i området 102 - 104 Torr. Efter det att det erforderliga drifttrycket 5 har uppnåtts, sätt kraftaggregatet 26 igång. Kraftaggregatet tillhandahåller pulsema med låg strömstyrka och hög strömstyrka till plasmakällan. Upprepningsfrekvensen från början hos de anbringade pulserna är 100 Hz. Efter det att urladdningen har tänts, inställs magnetfältet intensi- tet och upprepningsfrekvensen för pulsema, så att urladdningar utan något bildning av koncent- rerade ljusbågar erhålls. Om man önskar att plasmakällan drivs med hjälp av självsputtringsme- 10 toden, ökas pulsemas upprepningsfrekvens med en samtidig minskning av driftstrycket. Pulser- nas upprepningsfrekvens ökas upp till det värde, när plasmakällan kan fungera utan arbetsgas.

Bastrycket (driftstrycket) skall vara mindre än l0'2 - 104 Torr. Inom detta område alstrar plasma- källan endast metallplasma.

Claims (38)

10 15 20 25 30 525 231 25 PATENTKRAV

1. Förfarande för att alstra plasmaflöden av en metall och/eller gas innefattande, att elekt- riska urladdningar alstras periodiskt mellan en anod och en magnetronsputtringskatod av metall, varvid katoden är framställd av en metall eller metaller, vilka är nödvändiga för alstrandet av metallplasma, i varandra korsande elektriska och magnetiska fält i en kammare med en gas vid lågt tryck, kännetecknat av att urladdningama alstras, så att varje urladdning innefattar - en första period med låg elektrisk ström, som passerar mellan anoden och katoden för att åstad- komma en metallånga genom magnetronsputtring, och - en andra period med hög elektrisk ström, som passerar mellan anoden och katoden för att åstad- komma en jonisering av gasen och den alstrade metallångan.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att urladdningama alstras med en frekvens av 100 Hz - 20 kHz.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att urladdningama alstras med en frekvens av 0,5 - 2 kHz.

4. Förfarande för att alstra plasma i en magnetisk magnetronkonfiguration enligt något av krav 1 - 3, kännetecknat av att kombinerade ej kvasistationära urladdningar med låg och hög strömstyrka i varandra korsande fält används.

5. Förfarande för att alstra plasma i en magnetisk magnetronkonfiguration enligt något av krav 1 - 3, kännetecknat av att kombinerade kvasistationära urladdningar med låg strömstyrka och ej kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i varandra korsande falt används.

6. Förfarande för att alstra plasma i en magnetisk magnetronkonfiguration enligt något av krav 1 - 3, kännetecknat av att kombinerade ej kvasistationära urladdningar med låg strömstyr- ka och kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i varandra korsande fält används.

7. F örfarande för att alstra plasma i en magnetisk magnetronkonfiguration enligt något av krav 1 - 3, kännetecknat av att kombinerade efter varandra följande ej kvasistationära urladd- ningar med låg och hög strömstyrka och kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i var- andra korsande fält används.

8. Förfarande för att alstra plasmai en magnetisk magnetronkonfiguration enligt något av krav 1 - 7, kännetecknat av att kombinerade ej kvasistationära urladdningar med hög strömstyr- ka och kvasistationära urladdningar med hög strömstyrka i varandra korsande fålt används.

9. F örfarande enligt något av krav 1 - 8, kännetecknat av att urladdningarna åstadkoms, så att i de första perioderna drivströmmen mellan anoden och katoden är plS, där p; är en konstant, som mäts i A/cmz och har ett värde av 0,1 - 1 A/cmz, och S är ytinnehållet hos katodens aktiva yta mätt i cmz. 10 15 20 25 30 525 231 26

10. Förfarande enligt något av krav 1 - 9, kännetecknat av att urladdningama åstadkoms, så att i de första perioderna strömmen som funktion av tiden har rektangulär form.

11. Förfarande enligt något av krav 1 - 10, kännetecknat av att urladdningama åstadkoms, så att i de andra periodema strömmen som funktion av tiden har rektangulär form.

12. Förfarande enligt något av krav 1 - 11, kännetecknat av att urladdningarna åstadkoms, så att de första perioderna har en varaktighet ßlD, där ß är en konstant, som mäts i us/cm och har ett värde 0,1 - 3 us/cm, och D är diametern hos en cirkulär katod eller det mindre måttet hos en rektangulär katod mått i cm.

13. Förfarande enligt något av krav 1 - 12, kännetecknat av att urladdningarna åstadkoms, så att under de andra perioderna drivströmmen mellan anoden och katoden är pgS, där pg är en konstant, som mäts i A/cmz och har ett värde av 1 - 10 A/cmz och S är ytinnehållet hos katodens aktiva yta mätt i cmz.

14. F örfarande enligt något av krav 1 - 13, kännetecknat av att urladdningarna åstadkoms, så att de andra perioderna har en varaktighet ßgD, där Bg är en konstant, som mäts i us/cm och har ett värde av 0,1 - 1 us/cm, och D är diametem hos en cirkulär katoden eller det mindre måttet hos en rektangulär katod mätt i cm.

15. Förfarande enligt något av krav 1 - 14, kännetecknat av det ytterligare steget att i kammaren tillhandahålla en blandning av sputtringsgaser och reaktiva gaser vid ett tryck av 10"” - 10* Torr.

16. Förfarande enligt något av krav 1 - 15, kännetecknat av det ytterligare steget att i kammaren anordna en magnetisk magnetronkonfiguration av balanserad typ med ett maximalt värde av 0,07 - 0,3 T på magnetfältets radiella komponent vid katodens aktiva yta.

17. Förfarande enligt något av krav 1 - 15, kännetecknat av det ytterligare steget att i kammaren anordna en magnetisk magnetronkonfiguration av obalanserad typ med ett maximalt värde av 0,04 - 0,3 T på magnetfåltets radiella komponent vid katodens aktiva yta.

18. Förfarande enligt något av krav 1 - 15, kännetecknat av det ytterligare steget att i kammaren anordna en magnetisk magnetronkonfiguration av typen med kuspformad, axiellt symmetriskt magnetisk konfiguration, med ett värde av 0,04 - 0,3 T på magnetfältets radiella komponent vid katodens aktiva yta.

19. F örfarande enligt något av krav 1 - 18, kännetecknat av att urladdningarna åstadkoms, så att en fördröjning finns mellan de första och andra perioderna, varvid ingen drivström an- bringas under fördröjningen.

20. Förfarande enligt krav 19, kännetecknat av att fördröjningen har ett tidsvärde t = gD, där g är en konstant, som mäts i s/cm och har ett värde av 5-10* - 10'6 s/cm, och D är diametern 10 15 20 25 30 525 231 27 hos katoden mätt i cm.

21. Förfarande för att alstra plasmaflöden av en metall och/eller en gas innefattande, att elektriska urladdningar periodiskt alstras mellan en anod och en magnetronsputtringskatod av metall, varvid katoden är framställd av en metall eller metaller, vilka är nödvändiga för alstrande av metallplasmat, i varandra korsande elektriska och magnetiska fält i en kammare med gas av lågt tryck, kännetecknat av att - en permanent likströmsurladdning anbringas med låg elektrisk ström, som passerar mellan ano- den och katoden, för att åstadkomma en metallånga med hjälp av magnetronsputtring, och - de periodiska urladdningarna åstadkoms med hög elektrisk ström, som passerar mellan anoden och katoden för att åstadkomma en jonisering av gasen och den alstrade metallångan.

22. Förfarande enligt krav 21, kännetecknat av att de periodiska urladdningarna åstad- koms med ett intervall mellan dem lika med ßlD, där ßl är en kontant, som mäts i its/cm och har ett värde av 0,1 - 3 us/cm, och D är diametern hos katoden mätt i cm.

23. Förfarande enligt något av krav 21 - 22, kännetecknat av att de periodiska urladdning- ama åstadkoms, så att drivströmmen mellan anoden och katoden är ugS, där u; är en konstant, som mäts i A/cmz och har ett värde av 0,1 - 3 us/cm, och S är ytinnehållet hos katoden aktiva yta mätt i cmz.

24. Förfarande enligt något av krav 21 - 23, kännetecknat av att de periodiska urladdning- arna åstadkoms, så att strömmen som funktion av tiden har rektangulär form.

25. Förfarande enligt något av krav 21 - 23, kännetecknat av att de periodiska urladdning- arna åstadkoms, så att de får en varaktighet ßlD, där ß; är en konstant, som mäts i ps/cm och har ett värde av 0,1 - 1 us/cm, och D är diametern hos katoden mätt i cmz.

26. Förfarande för att alstra plasma i en magnetisk magnetronkonfiguration enligt krav nå- got av krav 21 - 25, kännetecknat av att urladdningama med hög strömstyrka är ej kvasistatio- nära eller kvasistationära och utförs i varandra korsande elektriska och magnetiska fält.

27. Anordning för att alstra plasmaflöden av en metall och/eller en gas innefattande - en kammare för att upprätthålla ett lågt tryck av gas, - en anod och en magnetronsputtringskatod, varvid katoden är framställd av en metall eller av metaller, vilka är nödvändiga för alstrande av ett metallplasma, - en kraftaggregatsuppsättning för att alstra en elektrisk urladdning eller elektriska urladdningar mellan anoden och katoden, - ett magnetaggregat för att åstadkomma urladdningarna i varandra korsande elektriska och mag- netiska fält, kännetecknad av att 10 15 20 25 30 525 231 28 - kraftaggregatsuppsättningen innefattar ett första kraftaggregat för att avge pulser eller för att avge likströmseffekt för att alstra en gas/metallånga med hjälp av magnetronsputtring av kato- den, - kraftaggregatsuppsättningen innefattar ett andra kraftaggregat för att avge pulser för jonisering av gas och/eller metallånga, som framställs i kammaren, och - anordningen vidare innefattar en tidgivningskrets för att avge triggpulser till kraftaggregatet resp. kraftaggregaten, eller att - kraftaggregatsuppsättningen innefattar ett enda kraftaggregat för att avge första pulser för att åstadkomma en gas-/metallånga med hjälp av magnetronsputtring av katoden och för att avge andra pulser för jonisering av gasen och/eller metallånga, som framställs i kammaren, och - anordningen vidare innefattar en tidgivningskrets för att avge triggpulser till det enda kraftagg- regatet.

28. Anordning enligt krav 27, kännetecknad av att minst ett av kraftaggregaten är dimen- sionerat att för en resistiv last av 1 ohm alstra pulser med toppspärmingar i området 0,4 - 4 kV.

29. Anordning enligt något av krav 27 - 28, kännetecknad av att minst ett av kraftaggre- gaten är dimensionerat att drivas med en resistiv last av 2-l0'3 (cmâ) - S ohm, där S är ytinnehål- let hos sputtringskatodens yta mätt i cmz.

30. Anordning enligt något av krav 27 - 29, kännetecknad av att minst ett av kraftaggre- gaten innefattar en CL-oscillator med en induktans, som begränsar urladdningsströmmen.

31. Anordning enligt något av krav 27 - 30, kännetecknad av att första och andra kraft- aggregatet finns anordnade, vilket vart och ett innefattar en CL-oscillator, och att de är kopplade parallellt med varandra.

32. Anordningen enligt något av krav 27 - 30, kännetecknat av att ett enda kraftaggregat finns anordnat, varvid kraftaggregatet innefattar ett motstånd R, som är anordnat att periodiskt kortslutas för att avge de andra pulsema.

33. Anordningen enligt något av krav 27 - 32, kännetecknat av att magnetaggregatet inne- fattar ett mekaniskt system för att inställa magnetfaltet vid katodens aktiva yta.

34. Anordning enligt krav 33, kännetecknat av att det mekaniska systemet möjliggör, att magnetaggregatet placeras på varierande avstånd från katodens bakre yta.

35. Anordning enligt något av krav 27 - 34, kännetecknat av att anoden har en form, som bildar en anodkamrnare, vilken är belägen vid katodens aktiva yta och är en avdelning av låg- tryckskarnrnaren, varvid kammaren har ett utlopp i en del anordnad för arbetsstycken i lågtrycks- kammaren. 525 231 29

36. Anordning enligt krav 35, kännetecknad av att utloppet har ytor belägna längs magne- tiska faltlinjer.

37. Anordning enligt något av krav 27 - 36, kännetecknad av att en spole ansluten till ett RF-aggregat omger en del av en kammare, vilken bildas av anoden.

38. Anordning enligt något av krav 27 - 37, kännetecknad av att magnetaggregatet är an- ordnat att rotera kring en symmetriaxel hos katoden.