DE69835363T2 - Kontinuierliche abscheidung eines isolierenden materials mittels mehrerer unter alternierend positiver und negativer spannung stehender anoden - Google Patents

Kontinuierliche abscheidung eines isolierenden materials mittels mehrerer unter alternierend positiver und negativer spannung stehender anoden Download PDF

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Description

  • I. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Techniken zur Sputter-Ablagerung aus einem reaktiven Plasma, um Isolierschichten auf Substraten zu bilden und abzulagern, und insbesondere ein System und ein Verfahren für die Sputter-Ablagerung eines Isoliermaterials auf einem Substrat.
  • II. TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Sputtern ist ein Prozess, bei dem ein Target, das gewöhnlich ein Metall ist, in einer Position nahe bei einem Plasma (eine Wolke aus Ionen und Elektronen, die in gleicher Anzahl vorhanden sind) in einer Kammer angeordnet wird, aus der ein Großteil der Luft abgezogen wurde. Es werden wohl bekannte herkömmliche Mittel verwendet, um das Plasma zu erzeugen. An dem Target oder an der Katode wird eine negative Spannung relativ zu einer getrennten Elektrode, die als Anode bezeichnet wird, erzeugt, indem die negative Leitung einer Gleichspannungsleistungsversorgung mit dem Target verbunden wird. Die negative Spannung an dem Target zieht die Ionen aus dem Plasma an, die zum Target hin beschleunigt werden. Bei der Ankunft werden durch die Kollision der Ionen mit dem Target Targetatome physisch herausgeschlagen. Diese Targetatome bewegen sich von dem Target zu einem in der Nähe angeordneten Substrat, das mit ihnen beschichtet wird. Die ausgestoßenen Targetatome beschichten außerdem jede andere Oberfläche in dem System, da sie größtenteils neutral sind und keine praktische Möglichkeit vorhanden ist, ihren Weg zu lenken. Wenn Ionen aus dem Plasma abgezogen werden, gibt es in dem Plasma sofort einen Überschuss von Elektronen. Diese Überschusselektronen werden von der positiven Leitung der Gleichspannungsleistungsversorgung, die zum Erzeugen der Targetspannung verwendet wird, angezogen, wobei die positive Leitung mit einer separaten Elektrode, die als Anode bezeichnet wird, oder alternativ mit den Kammerwänden verbunden ist, wobei beide durch das Sammeln der Elektronen einen Plasmastromfluss erzeugen und deswegen als die den Plasmastrom erzeugende Elemente betrachtet werden können.
  • Wie beschrieben wurde, ist dies ein sehr gebräuchlicher Prozess zum Ablagern von dünnen Schichten aus Metallen. Er wird weit verbreitet bei der Bearbeitung von Halbleitern und bei der Erzeugung der reflektierenden Schicht auf Kompaktdisks und CD-ROMs, aktiven Schichten auf Festplatten für Computerspeichereinrichtungen und Schichten aus Metallen für viele andere funktionale und dekorative Anwendungen verwendet.
  • Der oben beschriebene Prozess wird als Gleichspannungs-Sputtern bezeichnet und erfordert, dass das Target (oder die Katode) leitend ist, da die Ionen, die am Target eintreffen, in der Lage sein müssen, ein oder mehrere Elektronen aufzunehmen, damit sie wieder neutral werden, um ein Aufladen der Targetoberfläche zu verhindern, was ein Bremspotential erzeugen würde, das den Prozess sehr schnell zum Erliegen bringen würde. Isolatoren haben keine freien Elektronen, die für diesen Zweck zur Verfügung stehen, so dass kein isolierendes Targetmaterial verwendet werden kann. Man kann dagegen Schichten aus isolierendem Material von einem metallischen Target ablagern, indem der Isolator durch eine Reaktion mit einem reaktiven Hintergrundgas chemisch behandelt wird. Dies wird als reaktives Sputtern bezeichnet. Al2O3 und SiO2 können z. B. aus Aluminium- bzw. Siliciumtargets erzeugt werden, wenn Sauerstoffgas in geeigneten Mengen in dem Hintergrundgas, das die Kammer füllt, vorhanden ist.
  • Es besteht ein steigendes Interesse an Prozessen, die die Ablagerung von derartigen isolierenden Schichten enthalten. Dieses Interesse rührt zumindest teilweise von der Anwendung derartiger Prozesse bei der Ablagerung von verschleißfesten Beschichtungen, isolierenden Schichten für Mikroschaltungen (einschließlich Vorrichtungen wie Dünnfilmköpfe) oder elektronischen Vorrichtungen wie Kondensatoren, Glasbeschichtungen in der modernen Architektur, Beschichtungen auf Polyesterschichten für architektonische Glaslaminate oder Sauerstoffsperren für Lebensmittelverpackungen, wärmereflektierende Beschichtungen für Hochleistungslampen oder Wärmeschilder für Induktionsöfen, Ablagerung von Sperrschichten und Funktionsschichten für Flachtafelanzeigen, die ITO-Glas enthalten, das in LCD-Anzeigen verwendet wird, und einer Vielzahl von ähnlichen funktionellen Anwendungen. Außerdem gibt es viele reaktive PVD-Prozesse, die verwendet werden, um dekorative Wirkungen auf einer Vielzahl von Substraten aus Kunststoff, Natur- und Kunstfasern und Metall.
  • In diesen Fällen tritt jedoch dann ein Problem auf, wenn das Reaktionsprodukt ein elektrischer Isolator ist. Da die isolierende Schicht, wie oben beschrieben wurde, alle Oberflächen in der Kammer (die eigentlich geeignet ist) beschichtet, wird sie schließlich sicher auch die Anode beschichten. Wenn dies geschieht, ist der Leitungsweg für die Elektronen bedeckt und der Prozess kann nicht aufrechterhalten werden. Dies wurde als das Problem der "verschwindenden Anode" bezeichnet. In der Vergangenheit wurde dieser Prozess betrieben, bis dieser Effekt begann, ernsthafte Probleme zu bewirken, woraufhin das System geöffnet wurde, um die störende Isolierschicht von der Anode mechanisch abzukratzen, um eine neue metallische Oberfläche zu schaffen. Dadurch ist ein ununterbrochener Betrieb ohne diese Wartung nicht möglich.
  • Ein weiterer Nachteil, der die Beschichtung der Anode mit einem Isolator betrifft, besteht darin, dass sich der Isolator im Allgemeinen auflädt, wenn die Elektronen versuchen, sich darauf anzusammeln. Diese Ladung kann ein elektrisches Feld in der isolierenden Schicht auf der Anode bewirken, das die dielektrische Durchschlagsfestigkeit des Schichtmaterials übersteigen kann. Wenn dies geschieht, kann ein Lichtboden gebildet werden und die Energie in diesem Lichtbogen kann bewirken, dass Teile der Schicht von der Anode ausgeworfen werden, wodurch Partikel erzeugt werden, die in der Schicht eingeschlossen werden können, die auf dem Substrat gezogen wird, wodurch wiederum Defekte erzeugt werden, die in dem Endprodukt unannehmbar sind.
  • In einem Artikel mit dem Titel "A Quasi-direct-current Sputtering Technique for the Deposition of Dielectrics at Enhanced Rates" von Este u. a., der in J. Vac. Sci. Technol. A, Bd. 6, Nr.3 (Mai/Juni 1988) veröffentlicht wurde, wurde ein Lösungsansatz für den Sputterprozess vorgeschlagen, bei dem zwei Targets für die Ablagerung von dielektrischen oder isolierenden Schichten abwechselnd verwendet werden. Die Leistungsversorgung, die in diesem Fall einen Ausgang mit Wechselspannungspotential hat, ist mit den beiden Targets verbunden, so dass sie gegenseitig abwechselnd positiv und negativ angesteuert werden. Dies bewirkt, dass jedes Target als eine Anode für das jeweils andere wirkt. Wenn die Umkehrung ausreichend häufig erfolgt, wird lediglich eine sehr dünne Schicht des Isolators auf dem Target, das als Anode wirkt, gebildet und diese sehr dünne Schicht kann durch Sputtern entfernt werden, wenn dieses Target an der Reihe ist, negativ zu sein. Dies ist möglich, da der Isolator den Sputterprozess nicht plötzlich unterbricht, sondern infolge von Ladungseffekten wird seine Anwesenheit den Prozess verlangsamen und schließlich unterbrechen. Wenn die Schicht sehr dünn ist, kann sie durch Sputtern entfernt werden, bevor der Prozess anhält. Die gewöhnliche Dauer für eine Umkehrung beträgt einige zehn Mikrosekunde, damit eine zu geringe Zeit für die Bildung einer dicken Schicht vorhanden ist. Siehe außerdem das Dokument von Schiller u. a. mit dem Titel "Pulsed Magnetron Sputter Technology", das in Proceedings of the 1993 International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films, Surf. Coat. Tech. Bd. 61, (1993), S. 331 veröffentlicht wurde und einen Lösungsansatz mit doppeltem Magnetron-Target behandelt, der dem von Este u. a. dahingehend ähnlich ist, dass jedes der Targets in einem Zyklus des Ausgangssignals der Leistungsversorgung einmal als Katode und einmal als Anode wirkt.
  • Dies hat sich größtenteils als erfolgreicher Lösungsansatz für das Problem der "verschwindenden Anode" erwiesen. Er besitzt zwar den Teilteil, das zwei Targets erforderlich sind, wodurch sich die Kosten des Systems erhöhen und außerdem die Wartung komplizierter wird. Es ist außerdem schwierig, diesen Prozess mit doppeltem Target an vorhandene Sputtersysteme anzupassen, da häufig kein Platz für das zweite Target vorhanden ist.
  • Ein gravierenderer Nachteil des Lösungsansatzes mit doppeltem Target wird jedoch durch die Tatsache bewirkt, dass ein geeigneter Aufbau der Targetbaueinheit gewöhnlich Magnete enthält, um ein Magnetfeld über der Targetoberfläche zu erzeugen, um die Plasmadichte zu vergrößern. Dieses Magnetfeld behindert den Elektronenfluss zum Target. Deswegen ist ein geeigneter Aufbau für eine Katode im Allgemeinen kein guter Aufbau für eine Anode, bei dem eine ungehinderte Sammlung der Elektronen aus dem Plasma notwendig ist. In einem Sputtersystem gibt es eine Potentialdifferenz zwischen dem Plasma und dem Target oder der Katode, die als "Katodenspannungsabfall" bezeichnet wird. Es gibt gleichfalls eine Potentialdifferenz zwischen dem Plasma und der Anode, die als "Anodenspannungsabfall" bezeichnet wird. In einem gut aufgebauten System erscheint nahezu die gesamte Spannung der Leistungsversorgung als Katodenspannungsabfall und eine geringe Spannung als Anodenspannungsabfall. In einem typischen Fall könnten der Katodenspannungsabfall 600 Volt und der Anodenspannungsabfall weniger als 20 Volt betragen. Bei dem System mit doppeltem Target erhöht sich der Anodenspan nungsabfall auf viel größere Werte, die häufig 50 bis 100 Volt betragen. Dadurch werden zwei ernsthafte Symptome erzeugt. Erstens verändert der größere Anodenspannungsabfall das Plasmapotential derart, dass ein Bombardement des Substrats mit höherer Energie erfolgt. Das kann nützlich sein, wenn ein Bombardement mit bestimmten Ionen dazu beträgt, dass die wachsende Schicht dichter wird, eine Substratbombardement ist jedoch mit einer Substraterwärmung gleichbedeutend und dies kann ein wesentlicher Nachteil sein, wenn das Substrat ein wärmeempfindliches Material, wie etwa Kunststoff, enthält. Da zweitens der Leistungsversorgungsstrom durch die Anode verläuft, stellt das Produkt aus dem Anodenspannungsabfall und dem Strom die Verlustleistung in der Anode dar. Dies kann an sich ein Problem sein, doch selbst dann, wenn die Anode der Erwärmungswirkung widerstehen kann, muss die Verlustleistung in der Anode notwendigerweise von der Leistung der Leistungsversorgung (d. h. die eigentliche Vorrichtung oder selbst ein Teil der Schaltungsanordnung, die eine Versorgung mit Leistung für die entsprechenden Elemente ermöglicht oder dazu beiträgt) subtrahiert werden und verringert dadurch die Leistung, die an der Katode für Zwecke des Sputterns zur Verfügung steht. Somit wird die Ablagerungsrate, die gleich jedem Watt Leistung ist, das von der Leistungsversorgung geliefert wird, um das Verhältnis zwischen Anodenspannungsabfall und Katodenspannungsabfall verringert. Im oben genannten Fall für das Sputtern mit doppelter Katode würde die Anode ein Sechstel der Leistung aufnehmen (der Strom, multipliziert mit 100 Volt von den 600 Volt, die von der Leistungsversorgung zur Verfügung stehen) und die Katode würde den Rest von fünf Sechsteln aufnehmen. Dies stellt einen Verlust von 16,7 % der möglichen Sputterleistung dar, während ein Anodenspannungsabfall von 10 Volt lediglich 1,7 % der möglichen Leistung "stehen" würde, um die Anode zu erwärmen. Andere Verluste können natürlich vorhanden sein, ein wesentlicher Anodenspannungsabfall kann jedoch die Ablagerungsrate deutlich verringern.
  • Demzufolge besteht ein Bedarf an einem anderen Lösungsansatz, um die oben beschriebenen Nachteile, die bei Prozessen des reaktiven Sputterns im Stand der Technik vorhanden sind, zu überwinden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen Betrieb mit einzelnem Target mit einer separater Anodenbaueinheit mit einem geringen Anodenspannungsabfall und deswegen geringem Substratbombardement und guter Ausnutzung der Sputterleistung, wobei das Problem der "verschwindenden Anode" nicht vorhanden ist.
  • Andere Lösungsansätze haben ebenfalls versäumt, die Anforderungen zu erfüllen, die durch die vorliegende Erfindung eingehalten werden, wobei der Lösungsansatz, der im US-Patent Nr. 3.562.142 offenbart ist, ein Verfahren zur Sputterplattierung enthält, bei dem mehrere Targets vorhanden sind, bei denen durch die Verwendung einer verhältnismäßig hohen Frequenz von 13,56 MHz gleichzeitig durch Sputtern abgelagert wird. Dieser Systemtyp erzeugt keinen abwechselnd erfolgenden Sputterprozess, der in der vorliegenden Erfindung offenbart ist, und erzeugt keine selbsttätige Vorspannung durch die Wirkungen der Unterschiede in der Beweglichkeit von Ionen und Elektronen, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Der Lösungsansatz, der in der japanischen Patentanmeldung JP 59 069 266 von Fujitsu offenbart ist, enthält in ähnlicher Weise einen Aufbau, bei dem eine hohe Gleichspannung an das Target angelegt wird, um seine Ziele zu erreichen. Er offenbart nicht die Verwendung einer Wechselspannungsfrequenz, die bewirkt, dass die Katode eine negative selbsttätige Vorspannung relativ zu dem Plasma annimmt, so dass an der Katode ein Sputtern ausgeführt und eine Schicht abgelagert werden kann. Er offenbart ebenfalls nicht den Aufbau, bei dem die Anoden und die positive Leitung einer Gleichspannungsversorgung mit einer Sekundärwicklung eines Transformators verbunden werden, um die abwechselnde Verwendung der Anoden zu ermöglichen, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Im Unterschied zum Literaturhinweis von Fujitsu verwendet die vorliegende Erfindung einen Aufbau, z. B. unter Verwendung einer mit Abgriffen versehenen Spule oder eines mit Abgriffen versehenen Transformators in Verbindung mit Frequenzbereichen seiner Wechselspannungsleistungsversorgung, um die gewünschten Ergebnisse zu erreichen.
  • Der Lösungsansatz, der im Patent JP 60 256 819 von Ulvac Corporation beschrieben ist, enthält eine Steuerung der elektrischen Leistung, um die HF-Spannung jederzeit auf einem festen Pegel zu halten. Dieser Systemtyp erzeugt keine Transformatoranordnung, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.
  • III. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist deswegen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anodenfunktion für Systeme des reaktiven Sputterns mit Charakteristiken zu schaffen, die einen verhältnismäßig kleinen Anodenspannungsabfall relativ zu dem Anodenspannungsabfall, der in Sputtersystemen mit doppelter Anode beobachtet wird, erzeugen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Substraterwärmung in Sputtersystemen unter die Erwärmung zu senken, die normalerweise in Sputtersystemen mit doppelter Katode auftritt.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sputterrate des Target in einem Sputtersystem für jedes Watt an Leistung, das durch die Leistungsversorgung der Katode geliefert wird, über den Wert zu vergrößern, der normalerweise in Sputtersystemen mit doppelter Katode auftritt.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen ununterbrochenen Betrieb zu schaffen, indem eine Unterbrechung des Prozesses des reaktiven Sputterns infolge der Bildung einer isolierenden Schicht an der Anode (den Anoden) des Systems verhindert wird.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Gleichförmigkeit der Ablagerung zu verbessern, indem die Ungleichförmigkeit von elektrischen Feldern, die durch die Bildung von isolierenden Schichten auf der Anode (den Anoden) des Systems bewirkt wird, vermieden wird.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Bildung von Lichtbögen zu verhindern, die infolge der Bildung von isolierenden Schichten auf der Anode (den Anoden) des Systems auftreten können, und dadurch die Verteilung von Partikeln in der Kammer zu verhindern, die durch die mechanischen Kräfte bewirkt werden, die durch diese Lichtbogenbildung erzeugt werden.
  • Demzufolge ist die vorliegende Erfindung auf ein System für die Sputter-Ablagerung eines isolierenden Materials auf einem Substrat in einer ununterbrochenen Betriebsart gerichtet. Die vorliegende Erfindung offenbart einen neuartigen Aufbau für eine Anodenbaueinheit, um dies zu ermöglichen, wobei die Baueinheit wenigstens zwei Anoden umfasst, wovon wenigstens eine zu einem beliebigen Zeitpunkt positiv vorgespannt sein kann (d. h. die entgegengesetzte Polarität des Targets), um eine reine positive Anode für das System zu schaffen oder diese allgemeiner ausgedrückt in einen "Elektronensammelzustand" zu versetzen, und wenigstens während einer bestimmten Zeitperiode in Bezug auf das Plasma negativ vorgespannt sein kann (d. h. die gleiche Polarität wie das Target aufweist) oder allgemeiner ausgedrückt sich in einem "Ionensammelzustand" befindet, so dass isolierendes Material, das sich darauf abgelagert haben könnte, durch Sputtern entfernt wird. Dieses Entfernen von isolierendem Material, das sich auf der Anodenstruktur gebildet haben könnte, ermöglicht deren fortgesetzte wirksame Verwendung zum Sammeln von Elektronen aus dem Plasma, wenn sie positiv vorgespannt ist, und somit deren fortgesetzte wirksame Verwendung als eine Anode für das System. Dies ermöglicht den ununterbrochenen Betrieb des Systems. Eine Katodenleistungsversorgung (d. h. wie oben erwähnt wurde, die eigentliche vor oder sogar ein Teil der Schaltungsanordnung, der beteiligt ist oder wirkt, um die Lieferung von Leistung an die Katode zu ermöglichen) kann verwendet werden, um ein negatives Potential (Ionensammelpotential) an der Katode zu erzeugen, wobei diese Versorgung von der Anodenleistungsversorgung getrennt sein kann und bewirken kann, dass der Zustand der Anoden zwischen dem Ionensammelzustand und der Elektronensammelzustand gewechselt wird, wobei die Leistungsversorgung eine Wechselspannungsleistungsversorgung mit einer Frequenz ist, so dass die Katode ein Potential der selbsttätigen Vorspannung annimmt, das relativ zu dem Plasma negativ ist.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ferner die Tätigkeiten des Vorsehens einer Beschichtungskammer, des Erzeugens eines Plasmas, des Vorsehens einer Targetkatode, an der ein Sputtern ausgeführt wird, und wenigstens zweier Anoden, des Haltens der Katode auf einem negativen Potential, sowie des Umschaltens oder des wechselweisen Versetzens der Anoden in einen Ionensammelzustand (Sputterzustand) und einen Elektronensammelzustand. Das Vorhandensein des Elektronensammelzustands ermöglicht bei diesem Verfahren das Entfernen einer isolierenden Ablagerung auf den Anoden durch Sputtern und dadurch einen ununterbrochenen Arbeitsvorgang.
  • Um eine Verschmutzung der auf dem Substrat wachsenden Schicht sicher zu vermeiden, kann die Anode vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Target hergestellt sein, da ein Teil ihres Materials ebenso auf dem Substrat abgelagert werden könnte. Wie bereits dargestellt wurde, wird jedoch ein sehr geringer Teil der Anode tatsächlich gesputtert, und wenn ein Schutz angeordnet wird, um den Großteil des gesputterten Materials von der Anode aufzunehmen, so dass es weder an dem Target noch an dem Substrat ankommt, kann die Verschmutzung minimal gehalten werden und es können andere Materialien verwendet werden.
  • Eine derartige Lösung kann leichter an vorhandene Systeme angepasst werden, da die Anode physikalisch viel kleiner als ein zusätzliches Target ist und im Allgemeinen in einem System ein ausreichender Raum vorhanden ist, um das erforderliche Paar von Anoden anzuordnen.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet in einer Ausführungsform zwei Anoden gemeinsam mit einem einzigen Target, um einen ununterbrochenen Betrieb zu ermöglichen. Eine kleine Hilfswechselspannungsleistungsversorgung (die als "Anodenversorgung" bezeichnet wird), die zwischen die beiden Anoden geschaltet ist, erzeugt eine Wechselspannung mit einem Spitzenwert in der Größenordnung von einigen hundert Volt. Wenn eine Anode positiv ist und deswegen als Anode wirkt, wird bewirkt, dass die andere Anode in Bezug auf das Plasma negativ ist. Diese negative Spannung zieht Ionen aus dem Plasma an (der "Ionensammelzustand"), wobei diese Ionen einen Teil der Anodenoberfläche durch Sputtern entfernen. Die andere Anode wird währenddessen in dieser Periode auf einen positiven Wert gesteuert und dieses Element zieht deshalb die Elektronen aus dem Plasma an und sammelt diese (der "Elektronensammelzustand"). In abwechselnden Halbzyklen der Anodenversorgung wirkt jedes Anode abwechselnd entweder als ein Elektronenkollektor oder als ein Ionenkollektor, wobei die Anode in dem zuletzt genannten Fall gesputtert wird. Der Sputterprozess hält die Anode frei von einer isolierenden Schicht. Das eine sehr geringe Sputterleistung erforderlich ist, um die dünne Schicht zu entfernen, die in jedem Halbzyklus gebildet wurde, wird nur sehr wenig des Anodenmaterials tatsächlich durch Sputtern entfernt und es kann bewirkt werden, dass die Anode lange hält.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Anoden in der Kammer angeordnet und jede Anode wird während eines bestimmten Abschnitts eines Wechselzyklus negativ angesteuert, damit ein Sputtern erfolgen kann. Zu jedem Zeitpunkt wird wenigstens eine der Anoden auf einem positiven Potential gehalten, um Elektronen aus dem Plasma anzuziehen und zu sammeln. Alternativ können alle Anoden vorzugsweise während des Zyklus gleichzeitig negativ angesteuert werden, so dass die Periode, während der alle Anoden negativ sind, nicht ausreichend lang ist, um das Plasma zu löschen, d. h. dass die Dichte der Ionen und Elektronen in dem Plasma auf Pegel unter 10 % des stationären Wertes verringert wird.
  • Während die Konzeption der vorliegenden Erfindung durch die Notwendigkeit einer reinen Anode beim reaktiven Sputtern von isolierenden Materialien angeregt wurde, sollte jedoch angemerkt werden, dass es nicht ungewöhnlich ist, dass Anoden bei einer metallischen Ablagerung mit schwach leitenden Schichten beschichten werden könne, die durch das Hintergrundgas auf sie zurückgestreut werden, und deshalb besitzt die vorliegende Erfindung eine Anwendungsmöglichkeit über das reaktive Sputtern von Isolatoren hinaus.
  • In allen diesen Ausführungsformen ist es notwendig, dass die Katode in Bezug auf das Plasma negativ gehalten wird, so dass sie gesputtert und eine Schicht abgelagert werden kann. Dies wird mit einer Katodenleistungsversorgung realisiert, die eine einfache Gleichspannungsversorgung oder eine Hochfrequenzversorgung sein kann. In dem zuletzt genannten Fall entsteht ein so genanntes "Selbstvorspannungs-" Potential auf der Targetoberfläche infolge der asymmetrischen Natur des Plasmas über einen Frequenzbereich, der durch einen unteren Grenzwert, bei dem die Ionen die Katode in einem einzelnen Halbzyklus vollständig erreichen können, und einen oberen Grenzwert, bei dem die Elektronen die Katode in einem einzelnen Zyklus der wechselnden Signalform nicht erreichen können, definiert ist. Zwischen diesen beiden Grenzwerten können die Elektronen den Spalt zwischen dem Plasma und der Katodenoberfläche überqueren, während die Ionen dies nicht können, wobei die auf diese Weise erzeugte Asymmetrie das Auftreten einer selbsttätigen Vorspannung an der Katode auf eine Weise bewirkt, die einem Fachmann auf dem Gebiet der Plasmabearbeitung wohlbekannt ist.
  • Eine positive Leitung der Katodenleistungsversorgung ist ferner mit einer Sekundärwicklung eines Transformators verbunden, der wenigstens eine Primärwicklung, die mit der Hilfswechselspannungsversorgung verbunden ist, und wenigstens eine weitere Sekundärwicklung, die mit den Anoden verbunden ist, aufweist.
  • IV. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt ein herkömmliches Sputter-System mit einzelnem Target unter Verwendung von Gleichspannungsleistung;
  • 2 zeigt ein herkömmliches Sputter-System mit doppeltem Target unter Verwendung von Wechselspannungsleistung;
  • 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Anoden, die durch eine sinusförmige Spannungsquelle angesteuert wird, wobei die Spannung an den beiden Anoden um eine Phase von 180° zueinander verschoben ist;
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit drei Anoden, die durch eine sinusförmige Dreiphasen-Spannungsquelle angesteuert wird, wobei die Spannung an den Anoden um eine Phase von 120° zueinander verschoben ist;
  • 5 zeigt eine Mehrphasen-Konfiguration mit mehreren Anoden, bei der mehrere Anoden durch eine gepulste Leistungsversorgung angesteuert werden, wobei eine Impulsfolgesteuerung die Impulsspannungen an jeder Anode steuert;
  • 6 veranschaulicht eine einzelne Anode, die in einer Kammer angeordnet ist, mit einem elektrischen Hilfselement, das eine Diode oder ein Kondensator sein kann, um die elektrischen Wirkungen einer Isolierschicht zu zeigen;
  • 7 veranschaulicht eine Konfiguration mit einzelner Anode, wobei das elektrische Element von 6 durch eine Kurzschlussverbindung ersetzt ist, um weitere elektrische Wirkungen einer Isolierschicht zu zeigen; und
  • 8 veranschaulicht eine Einzelheit von 7 der an den Wänden abgelagerten Schicht und wie diese einen Ersatzkondensator bildet, um weitere elektrische Wirkungen einer Isolierschicht zu zeigen.
  • V. BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist leicht verständlich, dass die grundlegenden Konzepte der vorliegenden Erfindung auf mehrere Arten ausgeführt werden können. Sie enthält sowohl Prozesse oder Verfahren als auch Vorrichtungen, um dies zu realisieren. Während außerdem eine spezielle Schaltungsanordnung offenbart wird, sollte klar sein, dass diese nicht nur bestimmte Verfahren darstellt, sondern außerdem auf mehrere Arten variiert werden kann. Es ist wichtig, dass ebenso wie all das Vorhergehende alle diese Facetten so verstanden werden sollte, dass sie durch diese Offenbarung eingeschlossen sind.
  • 1 zeigt ein herkömmliches System mit einzelnem Target. In diesem Fall kann eine diskrete Anode 5 vorhanden sein oder es kann eine alternative Verbindung hergestellt werden, wodurch die positive Leitung einer Gleichspannungskatoden-Sputter-Leistungsversorgung 6 mit der Kammer 1 und nicht mit der Anode 5 verbunden ist. In diesem Fall kann die Anode 5 weggelassen werden. Die alternative Verbindung ist in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt. Ionen werden aus dem Plasma zu dem Target 4 angezogen und bewirken beim Auftreffen auf das Target 4, dass gesputterte Atome gemäß wohlbekannten Prinzipien aus dem Target 4 ausgestoßen werden. Diese gesputterten Atome durchqueren den Raum zwischen dem Target und dem Substrat 3 und werden dort abgelagert, wodurch sie darauf eine dünne Schicht aus dem Targetmaterial bilden.
  • Wenn das Target aus Metall ist und das Hintergrundgas (Sputter-Gas) ein Edelgas, wie etwa Argon, ist, wodurch Metallschichten auf dem Substrat 3 abgelagert werden, gibt es wenige Probleme mit der in 1 gezeigten Konfiguration. Wenn jedoch ein reaktives Gas in die Kammer 1 eingeleitet wird, um auf dem Target eine chemische Verbindung zu erzeugen, und wenn das Reaktionsprodukt ein elektrischer Isolator ist, treten Probleme auf. Da die Isolierschicht alle Oberflächen in der Kammer 1 bedeckt, wird sie schließlich die Anode (oder bei einer alternativen Verbindung die Kammerwände) bedecken. Wenn dies geschieht, ist der Leitungsweg für die Elektronen, die aus dem Plasma 2 strömen, bedeckt und der Prozess kann nicht aufrechterhalten werden. Dies wird als das Problem der "verschwindenden Anode" bezeichnet. Obwohl die Kammer 1 geöffnet und die störende Isolierschicht von der Anode oder den Kammerwänden abgekratzt werden kann, um eine neue metallische Oberfläche zu erzeugen, ist dies teuer zeitaufwändig und es wäre wünschenswert, wenn dies nicht getan werden müsste. Es wird angenommen, dass dieser Wunsch die Erfindung des in 2 gezeigten Systems angeregt hat.
  • In 2 sind zwei Targets 7 und 8 in dem Raum angeordnet, der normalerweise in 1 von einem einzelnen Target 4 eingenommen wird, und es ist keine separate Anode vorgesehen. Eine Quelle für Wechselspannungsleistung 10 ist zwischen den beiden Targets 7 und 8 über einen Trennkatodentransformator 9 angelegt. Auf diese Weise kann das Target 7 als eine Anode für das Target 8 wirken, wenn die Spannung zwischen den Targets derart ist, dass das Target 7 positiv in Bezug auf das Target 8 ist. Das Target 8 kann gleichfalls als eine Anode für das Target 7 wirken, wenn die Spannung zwischen den Targets derart ist, dass das Target 8 positiv in Bezug auf das Target 7 ist. Das die Leistungsversorgung 10 eine Wechselspannungsleistungsversorgung ist, wird diese Situation nach jedem Halbzyklus des Stroms umgekehrt. Wenn diese Umkehrung ausreichend häufig erfolgt, wird lediglich eine sehr dünnen Schicht eines Isolators auf dem Target 7 ausgebildet, wenn es als eine Anode wirkt, und diese sehr dünnen Schicht kann durch Sputtern entfernt werden, wenn das Target 7 an der Reihe ist, negativ zu sein. Das Gleiche gilt für das Target 8. in Systemen wie das in 2 gezeigte System beträgt die Frequenz der Leistungsversorgung 10 normalerweise etwa 40 kHz, was einer Umkehrung nach jeweils 12,5 ms entspricht.
  • Wie oben erwähnt wurde, hat sich dies als ein erfolgreicher Lösungsansatz erwiesen, besitzt jedoch den Nachteil, dass zwei Targets 7 und 8 erforderlich sind, was die Kosten des Systems erhöht und die Wartung verkompliziert. Außerdem kann der geeignete Aufbau einer Targetbaueinheit, wie etwa Target 7 oder 8, die Erzeugung eines Magnetfelds über der Targetoberfläche enthalten und dieses Feld kann den Strom von Elektronen zu dem Target behindern. Dies kann den Anodenspannungsabfall (die Spannung zwischen dem positiven Target und dem Plasma 2) auf Werte von 100 Volt vergrößern, wodurch wiederum ein Substratbombardement mit höherer Energie und eine Substraterwärmung erzeugt werden. Außerdem kann die spezifische Ablagerungsrate (Rate pro Watt Leistung) um den Anteil des Anodenspannungsabfalls an dem Katodenspannungsabfall (die Spannung zwischen dem negativen Target und dem Plasma 2) verringert werden.
  • Eine der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. In der Kammer 1 sind das Substrat 3, das Target 4 und wenigstens zwei Anoden 11 und 12 angeordnet. Eine Anodenantriebsversorgung 14 liefert eine Wechselspannung, die durch einen Anodentransformator 13 getrennt ist, an die beiden Anoden, so dass dann, wenn die Anode 11 positiv angesteuert wird, die Anode 12 negativ angesteuert wird und umgekehrt. Die Sekundärwicklung des Transformators 13 hat einen "Abgriff', was bedeutet, dass eine Verbindung mit der Sekundärwicklung an einem Punkt hergestellt wird, der von den Enden entfernt ist. Der Abgriff (der so gezeigt ist, dass er die Katode mit wenigstens einer Sekundärwicklung des Transformators verbindet) kann sich in der elektrischen Mitte des Transformators befinden, um eine gleichmäßige Teilung der Spannung zu bewirken. Das Target 4 wird negativ in Bezug auf den Abgriff der Sekundärwicklung des Transformators 13 durch eine Katodenleistungsversorgung 6 gehalten, die die Sputterleistung liefert.
  • Wenn der Spannungszyklus der Anodenversorgung 14 derart ist, dass die Anode 11 positiv in Bezug auf die Anode 12 ist, wird die Anode 11 Elektronen aus dem Plasma sammeln (d. h. sie kann als in einem "Elektronensammelzustand" befindlich bezeichnet werden). Dies wird einen Elektronenstrom in der linken Hälfte der Sekundärwicklung des Transformators 13 zu Folge haben, der von der Anode 11 zur positiven Leitung der Gleichspannungsversorgung 6 fließt. Diese Elektronen werden mit Ionen kombiniert, die am Target 4 aus dem Plasma 2 eintreffen, um den Stromkreis zu schließen. Zwischenzeitlich wird die Anode 12 durch die Wirkung des Transformators 13 und der Anodenversorgung 14 in Bezug auf das Plasma negativ angesteuert (d. h., die Anode befindet sich in einem "Ionensammelzustand"). Diese Ionen bewirken ein Sputtern der Oberfläche der Anode 12. Dieses Sputtern der Anode 12 entfernt den Aufbau von isolierenden Materialien, die sich darauf während dem vorherigen Halbzyklus der Wechselspannungsleistungsversorgung 14 gebildet haben könnten, als die Anode 12 positiv und dadurch nahe am Plasmapotential war.
  • Wenn der Spannungszyklus der Anodenversorgung 14 derart ist, dass die Anode 12 in Bezug auf die Anode 11 positiv ist, wird die Anode 12 in ähnlicher Weise Elektronen aus dem Plasma sammeln. Dies wird einen Elektronenstrom in der rechten Hälfte der Sekundärspule des Transformators 13 bewirken, der von der Anode 12 zu der positiven Leitung der Gleichspannungsversorgung 6 fließt. Diese Elektronen werden mit Ionen kombiniert, die aus dem Plasma 2 an dem Target 4 eintreffen, um den Stromkreis zu schließen. Zwischenzeitlich wird die Anode 11 durch die Wirkung des Transformators 13 und der Anodenversorgung 14 in Bezug auf das Plasma negativ angesteuert und dieses negative Potential zieht Ionen aus dem Plasma an, was ein Sputtern der Oberfläche der Anode 11 bewirkt. Dieses Sputtern der Anode 11 entfernt Ablagerungen von isolierenden Materialien, die sich darauf in dem vorherigen Halbzyklus der Wechselspannungsleistungsversorgung 14 gebildet haben könnten, als die Anode 11 positiv und deswegen nahe am Plasmapotential war.
  • Somit wirkt jedes der Anodenelemente 11 und 12 abwechselnd als wahre Anoden (Elektronenkollektoren) und als gesputterte Katoden (Ionenkollektoren) in Abhängigkeit von der momentanen Polarität der Wechselspannungsleistungsversorgung 14.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt. In dieser Figur wurde im Vergleich zu 3 eine zusätzliche Anode 15 in der Nähe des Target 4 angeordnet. Die drei Anoden 11, 12 und 15 werden über einen Dreiphasen-Transformator 16, der hier in einer Dreieck-Stern-Schaltung gezeigt ist, angesteuert. Der Transformator 16 kann natürlich auch in einer Stern-Stern-Konfiguration konfiguriert sein, wie in der Technik wohlbekannt ist. Es ist ein Merkmal der Sternschaltung, dass jeweils eine Leitung von jeder der drei Sekundärwicklungen mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist, der gewöhnlich als "neutraler" Punkt bezeichnet wird. Wie gezeigt ist, ist die Katodenleistungsversorgung 6 mit ihrer positiven Leitung durch diesen gemeinsamen Punkt mit wenigstens einer Sekundärwicklung des Trans formators und seine negative Leitung ist mit der eigentlichen Katode verbunden.
  • 5 zeigt eine andere Ausführungsform. In diesem Fall sind mehrere Anoden 18 in der Nähe zum Target 4 angeordnet und werden durch eine gepulste Anodenleistungsversorgung 19 angesteuert (die möglicherweise eine Mehrphasenvorsorgung ist). Dabei kann stets wenigstens eine Anode auf einem positiven Potential sein, damit sie nahe am Plasmapotential ist und Elektronen sammeln kann oder wenigstens die Periode, während der alle Anoden in Bezug auf das Plasma negativ sind, wird ausreichend kurz gehalten, damit das Plasma nicht gelöscht wird. (Es ist hier beabsichtigt und es ist für einen Fachmann leicht verständlich, dass wenigstens eine Anode "stets" in einem "Ionensammelzustand" ist, selbst wenn es kurze Unterbrechungen gibt, solange das Plasma nicht gelöscht wird.) Dies könnte sicherstellen, dass das Plasmapotential in Bezug auf die Kammer stabil bleibt und der Sputter-Prozess fortgesetzt wird. Die Impulse an den Anoden können dabei in einer bestimmten Folge durch die Impulsfolgeschaltungseinheit 20 angeordnet werden. Die Impulse könnten so angeordnet werden, dass über einem Zyklus der Folge, die durch die Impulsfolgeschaltungseinheit 20 erzeugt wird, jede Anode ein negatives Potential relativ zum Plasma angenommen haben könnte, damit sie Ionen anzieht und deswegen gesputtert wird. Diese Aktion sollte ein Entfernen einer dünnen Materialschicht von jeder Anode in jedem Zyklus der Impulsfolgeschaltungseinheit 20 bewirken, wodurch sichergestellt werden könnte, dass ihre metallische Oberfläche leitend bleibt, so dass sie eine wirkungsvolle anziehende Einrichtung für Elektronen (d. h. die effektiv als eine Anode wirkt) sein kann, wenn sie ihrerseits durch die gepulste Leistungsversorgung 19 positiv angesteuert wird. Die Zeit, die die Anode jeweils in einem negativen und einem positiven Zustand verbringt, muss natürlich nicht gleich sein, und die Zeit, die in einem Zustand verbracht wird, kann für jede Anode unterschiedlich sein, wobei diese Zeiten geändert werden können, um den Prozess zu optimieren, wobei die relative Beweglichkeit der Ionen und Elektronen neben anderen Faktoren berücksichtigt werden. Ein Fachmann würde leicht verstehen, dass eine derartige Impulssteuerung außerdem den Vorteil einer gleichmäßigeren Leistungsversorgung des Plasmas z. B. im Vergleich zu einem System des Typs mit sinusförmigem Wechsel bieten könnte.
  • 6 zeigt einen Aufbau mit einzelner Anode, der den allgemeinen Aspekt einer Isolierschicht, die in der Schaltung als ein Kondensator wirkt, veranschaulicht. Dies unterscheidet sich von 1 durch die Hinzufügung eines in Reihe geschalteten elektrischen Elements 21, das die positive Leitung der Katodenversorgung 6 mit der Kammer 1 verbindet. Dieses Element 21 ist als eine Diode dargestellt, es könnte jedoch ebenso ein Kondensator sein. Die Anodenleistungsversorgung 14 ist über einen Trenntransformator 13 mit der Anode 5 in Reihe geschaltet. Wenn die Polarität der Anodenleistungsversorgung 14 (die typischerweise eine Wechselspannungsversorgung ist) derart ist, dass die Anode positiv angesteuert wird, wird die positive Leitung der Katodenversorgung 6 (die typischerweise eine Gleichspannungsversorgung ist) negativ angesteuert und der Katodenstrom fließt durch die Sekundärwicklung des Transformators 13 zur Anode 14. Wenn die Polarität der Anodenleistungsversorgung 14 derart ist, dass die Anode negativ angesteuert wird, wird die positive Leitung der Katodenversorgung 6 positiv angesteuert und die Diode leitet, wodurch die Kammer vorübergehend zu einer Anode gemacht wird.
  • Wenn das elektrische Element 21, das als eine Diode gezeigt ist, durch einen Kondensator ersetzt wird, wird sich der Kondensator auf einen mittleren Wert aufladen, der von dem zeitlichen Ablauf der Anodenversorgung 14 abhängt. Der Kondensator 21 wird durch den Sputterstrom sowohl der vom Sputtern der Anode 5 als auch des Targets 4 während der Periode, wenn die Anode 5 negativ ist, geladen und wird entladen, wenn die Anode 5 positiv angesteuert wird.
  • Es kann angemerkt werden, dass dann, nachdem die Kammer durch eine Isolierschicht beschichtet wurde, diese dünne Schicht einen Kondensator mit dem Plasma bildet und in der gleichen Weise als ein Kondensator wirkt wie der Kondensator mit dem Bezugszeichen 21. Dies kann in den 7 und 8 erkannt werden. Hier ist eine Veranschaulichung mit einzelner Anode für eine Bezugnahme auf die vergrößerte Ansicht der Kammerwand dargestellt, die die Kammerwand 22 zeigt, die mit der abgelagerten Schicht 23 beschichtet ist (die möglicherweise isolierend ist), die einen Ersatzkondensator 24 bildet. Dieser Ersatzkondensator wäre mit dem elektrischen Element 21, dort wo es in der Schaltung angeordnet ist, effektiv in Reihe geschaltet, wodurch dieses elektri sche Element redundant ist. Deswegen ist das elektrische Element in den 7 und 8 durch eine direkte Verbindung 25 ersetzt worden. Der Ersatzkondensator nimmt dann die Stelle des kapazitiven elektrischen Elements 21 ein. In diesem Fall wirkt die Kammer als eine Anode, bis sie beschichtet wird. Zu diesem Zeitpunkt übernimmt das Anodenelement die Funktion, da es durch die Sputterwirkung infolge des periodischen in Bezug auf das Plasma negativen Potentials, das durch die Wirkung der Anodenleistungsversorgung 14 aufgebracht wurde, rein gehalten wurde. Beim Aufbau des Transformators 13 muss in jedem Fall darauf geachtet werden, dass er Gleichstrom in seiner Sekundärwicklung ohne Sättigung bewältigen kann, da der Strom in der Sekundärwicklung im Allgemeinen im Mittel nicht null ist.
  • Wenn in allen Ausführungsformen erwünscht sein sollte, dass an dem Substrat eine chemische Verbindung gebildet wird, kann eine Strömung reaktiven Gases in die Kammer eingeleitet werden, so dass das gesputterte Material von dem Target mit dem Gas reagieren kann, um eine Verbindung auf dem Substrat zu bilden. Allgemeine Beispiel können sein: Sputtern von Silicium in der Gegenwart von Sauerstoff, um SiO2 zu erhalten; Sputtern von Aluminium in der Gegenwart von Sauerstoff, um Al2O3 zu erhalten; Sputtern von Aluminium in der Gegenwart von Stickstoff, um AlN zu erhalten usw.

Claims (16)

  1. System für die Sputter-Ablagerung von Katodenmaterial, um auf einem Substrat in einem ununterbrochenen Arbeitsvorgang Material zu bilden, wobei das System umfasst: (a) eine Beschichtungskammer (1), in der ein Plasma (2), das Ionen und Elektronen enthält, erzeugt wird; (b) wenigstens zwei Anoden (11 und 12), die in der Kammer (1) angeordnet sind; (c) eine Katode, die in der Kammer (1) angrenzend an das Plasma (2) angeordnet ist und Atome enthält, die in Reaktion auf ein Bombardement durch Ionen aus dem Plasma (2) hiervon durch Sputtern abgegeben werden können, um auf einer Oberfläche des Substrats (3) eine Schicht abzulagern; (d) eine Leistungsversorgung, die mit der Katode verbunden ist und die Katode auf einem negativen Potential relativ zu dem Plasma (2) hält; (e) eine Leistungsversorgung, die mit den Anoden (11 und 12) verbunden ist, um die Anoden (11 und 12) abwechselnd in einen Ionensammelzustand, in dem die Anoden (11 und 12) die Ionen anziehen, wenn sie auf einem negativen Potential relativ zu dem Plasma (2) gehalten werden, und einen Elektronensammelzustand, in dem die Anoden (11 und 12) die Elektronen anziehen, wenn sie auf einem positiven Potential relativ zu dem Plasma (2) gehalten werden, anzusteuern, wobei der Ionensammelzustand und der Elektronensammelzustand auftreten, wenn die Katode auf einem negativen Potential relativ zu dem Plasma (2) gehalten wird; wobei die Leistungsversorgung eine Wechselspannungsleistungsversorgung mit einer Frequenz, derart, dass die Katode ein Eigenvorspannungspotential annimmt, das relativ zu dem Plasma (2) negativ ist, umfasst; und (f) einen Transformator (13, 16), der wenigstens eine mit der Wechselspannungsversorgung (14) verbundene Primärwicklung und wenigstens eine mit den Anoden (11 und 12) verbundene Sekundärwicklung besitzt, wobei die Leistungsversorgung eine Gleichspannungsleistungsversorgung (6) mit einer negativen Leitung, die mit der Katode verbunden ist, und einer positiven Leitung, die mit der wenigstens einen Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist, umfasst.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem die Leistungsversorgung einen Zyklus besitzt und bei dem während des Zyklus wenigstens eine der Anoden (11 und 12) stets in dem Elektronensammelzustand ist.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem die Leistungsversorgung einen Zyklus besitzt und bei dem während des Zyklus die Periode, in der jede der Anoden (11 und 12) in dem Ionensammelzustand ist, kleiner als die Zeit ist, die erforderlich ist, um das Plasma (2) zu löschen.
  4. System nach den Ansprüchen 2 oder 3, bei dem die Leistungsversorgung eine gepulste Leistungsversorgung umfasst und bei dem die gepulste Leistungsversorgung bewirkt, dass jede Anode zwischen dem Ionensammelzustand und dem Elektronensammelzustand umgeschaltet wird.
  5. System nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtungskammer (1) ein reaktives Gas enthält.
  6. System nach Anspruch 5, bei dem die in Reaktion auf ein Bombardement durch die Ionen von der Katode durch Sputtern abgegebenen Atome mit dem reaktiven Gas reagieren, um die Schicht zu bilden und abzulagern.
  7. System nach Anspruch 1, bei dem der Transformator (13) eine einzige Sekundärwicklung mit einem Abgriff besitzt und die positive Leitung der Gleichspannungsleistungsversorgung (6) mit dem Abgriff verbunden ist.
  8. System nach Anspruch 1, bei dem der Transformator (13, 16) mehrere Sekundärwicklungen umfasst, die mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind, wobei die positive Leitung der Gleichspannungsleistungsversorgung mit dem gemeinsamen Punkt verbunden ist.
  9. Verfahren für die Sputter-Ablagerung eines Isoliermaterials auf einem Substrat in einem ununterbrochenen Arbeitsvorgang, wobei das Verfahren umfasst: (a) Vorsehen einer Beschichtungskammer (1), in der ein Plasma (2) aus Ionen und Elektronen erzeugt wird; (b) Vorsehen wenigstens zweier Anoden (11 und 12) in der Kammer (1); (c) Vorsehen einer Katode in der Kammer (1) angrenzend an das Plasma (2), wobei die Katode Atome enthält, die in Reaktion auf ein Bombardement durch Ionen aus dem Plasma (2) hiervon durch Sputtern abgegeben werden können, um auf dem Substrat (3) ein Material zu bilden und abzulagern; (d) Halten der Katode auf einem negativen Potential relativ zu dem Plasma (2) durch eine Leistungsversorgung; (e) wechselweises Versetzen der Anoden (11 und 12) in einen Ionensammelzustand, in dem die Anoden (11 und 12) die Ionen anziehen, wenn sie auf einem negativen Potential relativ zu dem Plasma (2) gehalten werden, und in einen Elektronensammelzustand, in dem die Anoden (11 und 12) die Elektronen anziehen, wenn sie auf einem positiven Potential relativ zu dem Plasma (2) durch die Leistungsversorgung gehalten werden, wobei der Ionensammelzustand und der Elektronensammelzustand auftreten, während die Katode auf einem negativen Potential relativ zu dem Plasma (2) gehalten werden; (f) Liefern einer Wechselspannung mit einer Frequenz, derart, dass die Katode ein Eigenvorspannungspotential annimmt, das relativ zu dem Plasma (2) negativ ist; (g) Bereitstellen einer Spannung von einer Wechselspannungsversorgung über einen Transformator, der wenigstens eine mit der Wechselspannungsversorgung verbundene Primärwicklung und wenigstens eine mit den Anoden (11 und 12) verbundene Sekundärwicklung besitzt; (h) Verbinden der positiven Leitung einer Gleichspannungsleistungsversorgung mit der wenigstens einen Sekundärwicklung des Transformators; und (i) Verbinden der negativen Leitung der Gleichspannungsleistungsversorgung mit der Katode.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Vorgang des wechselweisen Versetzens der Anoden (11 und 12) das wechselweise Versetzen der Anoden (11 und 12) in einem Zyklus umfasst und bei dem während des Zyklus wenigstens eine der Anoden (11 und 12) stets in dem Elektronensammelzustand ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Vorgang des wechselweisen Versetzens der Anoden (11 und 12) das wechselweise Versetzen der Anoden (11 und 12) in einem Zyklus umfasst und bei dem während des Zyklus die Periode, in der jede der Anoden (11 und 12) in einem Ionensammelzustand ist, kleiner ist als die Zeit, die erforderlich ist, um das Plasma (2) zu löschen.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Vorgang des wechselweisen Versetzens der Anoden (11 und 12) in einem Zyklus ferner das Halten jeder der Anoden (11 und 12) in einem Ionensammelzustand für wenigstens einen Teil des Zyklus umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Bereitstellen eines reaktiven Gases in der Kammer (1) umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Wählen des reaktiven Gases in der Weise, dass die Atome, die in Reaktion auf ein Bombardement durch die Ionen von der Katode durch Sputtern abgegeben werden, mit dem reaktiven Gas reagieren, um ein Material zu bilden und abzulagern, das isolierend ist, umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Transformator (13) eine einzige Sekundärwicklung mit einem Abgriff besitzt und die positive Leitung der Gleichspannungsleistungsversorgung (6) mit dem Abgriff verbunden ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Transformator (13, 16) mehrere Sekundärwicklungen umfasst, die mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind, wobei die positive Leitung der Gleichspannungsleistungsversorgung mit dem gemeinsamen Punkt verbunden ist.
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