CN111699543A - 用于磁控管溅射的方法和装置 - Google Patents

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CN111699543A CN201880089278.7A CN201880089278A CN111699543A CN 111699543 A CN111699543 A CN 111699543A CN 201880089278 A CN201880089278 A CN 201880089278A CN 111699543 A CN111699543 A CN 111699543A
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Abstract

在磁控管溅射反应空间(I)中产生磁控管磁场(Bm)。在反应空间(I)中产生另外的磁场(Ba)，从而合成磁场(Br)在该反应空间(I)内具有大于平行于靶平面(9)的磁控管磁场(Bm)的方向分量的平行于靶平面(9)的方向分量。

Description

用于磁控管溅射的方法和装置
技术领域
本发明涉及磁控管溅射，并且在其一些变型和实施例中，涉及同时将铁磁层中的磁各向异性的方向控制为单向。
背景技术
尽管对于材料的磁性属性的技术人员来说是完全已知的，但我们可以参考文章“magnetic anisotropy（磁各向异性）”，William D. Callister，Jr.，犹他大学冶金工程部，“Material Science and Engineering，an introduction（材料科学与工程介绍）”，第七版，John Wiley & Sons公司，尤其是章节20.8的“Magnetic Anisotropy（磁各向异性）”。
因此，当我们说将铁磁材料的溅射沉积层的磁各向异性控制为单向时，我们提出贯穿这种层的至少主要区域的铁磁材料，“易磁化”以及因此还有垂直于“易磁化”方向的“难结晶方向”变成单向的并且变得相对于沿着层的所提区域的一个定向轴而被限定。
如磁控管溅射领域的技术人员进一步优选地知道的，在磁控管溅射中，由于所谓的电子俘获效应，沿着靶的溅射表面循环的磁控管磁场建立了增加的等离子体密度的环。这种效应是由平行于溅射表面的磁控管磁场分量和垂直于溅射表面的电场分量引起的。靶上的侵蚀轮廓根据磁控管磁场的环而变成环。所得到的局部侵蚀轮廓导致靶的利用较差，并且导致随时间而改变的溅射出的靶材料的角空间分布，例如，由于侵蚀轮廓的深度增加。为了通过沿靶的溅射表面更均匀的磨损来改善靶的利用，已知的是沿溅射表面移动磁控管磁场的环。这使得磁偶极子装置必须相对于靶并在靶的下方移动。
发明内容
本发明的目的是提供替代的磁控管溅射方法和装置。
这可以通过磁控管溅射沉积或制造涂覆有磁控管溅射沉积层的基底的方法来实现，该方法包括：
在真空壳体中提供具有溅射表面并沿靶平面延伸的靶；
提供具有要溅射涂覆的表面的基底；
在溅射表面和要溅射涂覆的表面之间提供反应空间；
在反应空间中产生磁控管磁场，其磁场线在溅射表面的第一外极表面和第一内极表面之间形成弧形，沿朝向溅射表面的方向观察，第一外极表面在溅射表面上围绕第一内极表面形成闭合的环；
在反应空间中以及在至少一个第二外极表面和至少一个第二内极表面之间产生另外的磁场；
通过所述磁控管磁场和所述另外的磁场的叠加，在所述反应空间中产生合成磁场，至少在所述反应空间的主要体积区域中，所述合成磁场的在所述反应空间中的轨迹处平行于所述靶平面的方向分量大于所述磁控管磁场的在该轨迹处平行于所述靶平面的方向分量。
定义：
1)在本说明书和权利要求书中并如借助于图1在“极表面”下解释的，我们理解在溅射装置或溅射涂覆基底或制造溅射涂覆的基底的方法的上下文中，如下：
真空壳体4的空隙体积V由壳体4的壁2的内表面2i和一个或多于一个靶1的要溅射出的表面11包围。真空壳体4的壁2可以具有用于抽吸目的开口、馈通等，因此本身不一定是真空密封的。表面2i和11的表面区域8被称为“极表面”，磁场B的主要部分沿着该表面区域从固体材料过渡到体积V的气体环境，或者相反。极表面8具有磁极性N或S中的一个。
2)磁场B由“磁偶极子装置”(图1中未示出)来产生。这种磁偶极子装置包括并联或串联连接的一个或多于一个永磁体或电磁体，在溅射技术中通常是永磁体。磁偶极子装置还可包括一个或多于一个磁轭的结构。实际上，磁偶极子装置完成了包括磁极性N、S的极表面8和空隙容积V的部分的磁路。
3)在整个说明书和权利要求书中在“主要的”下，我们理解是指超过50%。
4)在整个说明书和权利要求书中在“基底取向”下，我们理解如下：在基底平面中建立x/y笛卡尔坐标系，以及在基底上并穿过基底的平行于x/y平面的直线，基底的角取向是该直线与坐标系的x轴或y轴的角度。该直线可以或可以不物理地标记在基底上。
5)在整个说明书和权利要求书中，在“基底平面”下，我们理解是由基底保持器限定的平面，并且保持在该基底保持器上的基底沿着该平面延伸。因此，基底不一定是平面的。基底可以是平面的或成拱形的或沿基底平面向后或向前弯曲的等。
6)在整个说明书和权利要求书中，在“靶平面”下，我们理解是最经常由靶保持器限定的平面，并且安装在靶保持器上的靶沿着该平面延伸。因此，溅射表面在其未侵蚀状态下不一定是平面的，其可以是平面的或者可能是拱形的或者甚至向前或向后弯曲的等。在靶由可驱动地转动的中空圆筒实现的情况下，磁控管磁体装置例如在中空圆筒内固定并指向基底，靶平面被理解为平行于靶圆筒的旋转轴的截面，并在靶圆筒的暂时暴露于基底的该段与靶圆筒的其余部分之间划界。
通过另外的磁场，靶上的侵蚀轮廓环被扩大，从而导致改善的靶材料利用和随时间变化较少的溅射出靶材料的角分布。这可以在不相对于靶移动磁偶极子装置的情况下实现。
此外，所述的叠加导致反应空间中的磁场相对于磁控管磁场强度的增加的强度，致使增加的等离子体密度，并因此导致增加的溅射速率。
根据本发明的方法的一个变型包括沿着溅射表面的主要表面区域产生合成磁场。
根据本发明的方法的一个变型包括沿着待溅射涂覆的基底表面的主表面区域产生合成磁场。
关于磁控管磁场的环的传播轴，暴露于平行于溅射表面且垂直于磁控管磁场的环的传播轴的磁控管磁场分量的溅射表面的面积越大，则另外的磁场在加宽靶中的侵蚀轮廓(也称为跑道)方面的效果越大。
这通过根据本发明的方法的一个变型来实现，其中，执行对反应空间中的磁控管磁场和另外的磁场的定制，使得在朝向溅射表面的方向上观察，即在靶的顶视图中，另外的磁场的场线沿着闭合环的至少一部分平行于磁控管磁场的场线。
根据本发明方法的一个变型，在朝向溅射表面的方向上观察，即在靶的顶视图中，至少一个第二外极表面设置在第一外极表面的外侧。
根据本发明的方法的一个变型包括将第一外极表面的磁极性和至少一个第二外极表面的磁极性选择为相等，并且将第一内极表面的磁极性和至少一个第二内极表面的磁极性选择为相等。
在根据本发明的方法的一个变型中，至少一个第二内极表面被提供为溅射表面的一部分。
在根据本发明的方法的一个变型中，至少一个第二内极表面被提供成远离所述溅射表面并与所述溅射表面相对。
在根据本发明的方法的一个变型中，至少一个第二内极表面相对于基底与溅射表面相对地提供，例如在基底后面。
在根据本发明的方法的一个变型中，平行于靶平面观察，即在侧视图中，提供至少一个第二外极表面在以下位置的至少一个中进行：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
相对于基底与溅射表面相对；
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
与基底对准；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
在靶平面和基底之间并且比靶平面更靠近基底；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
在靶平面和基底之间并且离基底比距离靶平面更远；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
在靶平面和基底之间，并且与基底和靶平面等距；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAA
与靶平面对准；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
相对于靶平面与基底相对。
请注意，如果基底不是平面的且因此到此类基底的距离可能不能被清楚地界定，那么替代地此类距离可以相对于基底平面来限定，此类基底沿着所述基底平面由相应基底保持器保持。
在根据本发明的方法的一个变型中，靶的材料选择为铁磁材料，并且溅射沉积在基底上并沿着待溅射涂覆的基底的表面的至少主要部分的层中的磁各向异性的方向由合成磁场控制为单向或变成单向。
根据本发明的方法的一个变型，其中所述靶选择为如所述的铁磁材料，包括沿待溅射涂覆的基底表面的主要表面区域产生合成磁场。
在一个变型中，此类合成磁场沿着所述的表面区域是均匀的。
根据本发明的方法的一个变型，其中，所述靶选择为所述的铁磁材料，包括定制所述磁控管磁场和所述反应空间中的另外的磁场，使得在朝向所述溅射表面的方向上观察，即在朝向所述靶的顶视图中，沿着所述闭合环的至少一部分，所述另外的磁场的场线平行于所述磁控管磁场的场线。
在根据本发明的方法的一个变型中，其中，所述靶选择为所述的铁磁材料，在朝向溅射表面的方向上观察，即在朝向所述靶的顶视图中，至少一个第二外极表面设置在第一外极表面的外侧。
在根据本发明的方法的一个变型中，其中，所述靶选择为所述的铁磁材料，所述第一外极表面的磁极性和所述至少一个第二外极表面的磁极性被选择为相等，并且所述第一内极表面的磁极性和所述至少一个第二内极表面的磁极性被选择为相等。
在根据本发明的方法的一个变型中，其中所述靶选择为所述的铁磁材料，至少一个第二内极表面相对于基底与溅射表面相对地设置，例如在基底后面。
在根据本发明的方法的一个变型中，其中所述靶选择为所述的铁磁材料，平行于所述靶平面观察，所述至少一个第二外极表面设置在以下位置的至少一个中：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAA
相对于基底与溅射表面相对；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAA
与基底对准；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAA
在靶平面和基底之间并且比靶平面更靠近基底；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAA
在靶平面和基底之间并且离基底比距离靶平面更远；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAA
在靶平面和基底之间，并且与基底和靶平面等距；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAA
与靶平面对准；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAA
相对于靶平面与基底相对。
在根据本发明的方法的一个变型中，其中所述靶选择为所述的铁磁材料，平行于所述靶平面观察，即在侧视图中，至少一个第二外极表面相对于基底与溅射表面相对地设置。
根据本发明的方法的一个变型包括提供具有最大环直径的环，在朝向溅射表面的方向上观察，即在朝向靶的顶视图中，至少一个第二外极表面包括在最大直径的一侧上的有限范围的至少一个第二极表面的装置，和在最大直径的另一侧上的有限范围的至少一个第二极表面的另外的装置。
如刚刚所述的根据本发明的方法的变型的一个变型包括，在朝向溅射表面的方向上观察，提供第一外极表面的第一腿部，其在最大直径的一侧上沿着第一线性（即直线）轨迹延伸，并且提供第一外极表面的第二腿部，其在最大直径的另一侧上沿着第二线性（即直线）轨迹延伸，一个装置沿着第一腿部延伸，并且另外的装置沿着第二腿部延伸。
请注意，“沿着线性或直线轨迹延伸”的部分或表面本身可以是直的，或者可以例如围绕这种轨迹蜿蜒或围绕这种轨迹成弓形。
在刚刚所述的根据本发明的方法的变型的一个变型中，第一和第二腿部线性地延伸，即，是直腿部。
在刚刚所述的根据本发明的方法的变型的一个变型中，第一和第二腿部被选择为彼此平行。
在根据本发明的方法的一个变型中，所述一个装置和所述另外的装置沿着相应的线性（即直线）轨迹延伸，在朝向溅射表面的方向上、即在朝向靶的顶视图中看到。
在刚刚所述的根据本发明的方法的变型的一个变型中，一个和另外的装置被选择为线性地延伸，即是直的。
在根据本发明的方法的一个变型中，所述一个和另外的装置在相应的腿部的旁边以相应的恒定间隔延伸。
根据本发明的方法的一个变型包括选择真空壳体的真空暴露表面的一部分作为至少一个第二外极表面，或者选择安装到真空壳体的一部分的真空暴露表面。
根据本发明的方法的一个变型包括相对移动基底和靶，使得基底越过靶。
根据本发明的方法的刚刚所述的变型的一个变型包括提供多于一个基底，并且随后在所述多于一个基底上执行根据本发明或根据其变型中的至少一个的方法。
根据本发明的方法的一个变型包括在基底上不止一次执行根据本发明的或根据其变型中的至少一个的方法。
根据本发明的方法的一个变型包括建立磁控管磁场和另外的磁场，使得朝向溅射表面观察，即在朝向靶的顶视图中，合成磁场的场线在溅射表面的主要部分上平行于定向轴延伸，并且相对于靶以相对于定向轴的恒定的基底取向角度来移动基底。
在根据本发明的方法的一个变型中，基底相对于靶围绕远离基底的旋转轴旋转。
在根据本发明的方法的一个变型中，旋转轴与靶平面上的法线以45°和0°之间的角度相交，包括两个极限。在旋转轴以0°角与所述法线“相交”的变型中，旋转轴实际上平行于所述法线，即垂直于靶平面。
在根据本发明的方法的一个变型中，旋转轴与靶平面上的法线以45°和90°之间的角度相交，包括两个极限。在旋转轴以90°的角度与所述法线“相交”的变型中，旋转轴实际上垂直于所述法线，即平行于靶平面。
在根据本发明的方法的一个变型中，旋转轴以0°至45°之间的角度与基底的待溅射涂覆的表面上的法线相交，包括两个极限，并且在一个变型中以0°的角度相交。在这种情况下，旋转轴平行于基底的待溅射涂覆表面上的法线，或者平行于由相应基底保持器限定的相应基底平面上的法线。
在根据本发明的方法的一个变型中，旋转轴以45°至90°之间的角度与基底的待溅射涂覆的表面上的法线相交，包括两个极限，并且在一个变型中以90°的角度相交。在这种情况下，旋转轴垂直于基底的待溅射涂覆表面上的法线，或者垂直于由相应基底保持器限定的相应基底平面上的法线。
根据本发明的方法的一个变型包括靠近待溅射涂覆的表面产生比磁控管磁场的强度更大的另外的磁场的强度，并且远离待溅射涂覆的表面产生比磁控管磁场的强度更弱的另外的磁场的强度。
对于磁控管溅射领域的技术人员来说，完全清楚的是，第一外极表面和通常至少一个第一内极表面是溅射表面的相应部分。
在根据本发明的方法的一个变型中，第一和第二外极表面以及第一和第二内极表面至少相对于彼此是固定的。如果它们不是绝对固定的，则它们作为一个实体一起动。
在根据本发明的方法的一个变型中，靶平面和基底平面是平行平面。
所述的方法发明或所述的方法发明的每个单独的变型可以与所述的变型中的一个或多于一个变型或所述的其他变型组合，除非是矛盾的。
本发明的所述的目的还通过一种溅射装置来实现，该溅射装置包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAAA
真空壳体，以及其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAAAA
限定基底平面并被定制为保持具有待溅射涂覆表面的二维延伸基底的基底保持器；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAAAAA
靶，其安装到靶保持器上并沿靶平面延伸，且具有溅射表面和背表面；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAAAAAA
磁控管磁偶极子装置，在朝向溅射表面的方向上观察，即在朝向靶的顶视图中，其包括第一外极表面和第一内极表面，第一外极表面形成围绕第一内极表面并沿着溅射表面的闭合环，第一外极表面具有一种磁极性，第一内极表面具有另一种磁极性；
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAAAAAAAAAAAAAA
另外的磁偶极子装置，具有至少一个第二外极表面和至少一个第二内极表面，并且其中，在朝向溅射表面的方向上观察，即在朝向靶的顶视图中，至少一个第二内极表面在第一外极表面的环内，并且至少一个第二外极表面远离第二内极表面，第二外极表面具有所述的一个磁极性，第二内极表面具有所述的另一个磁极性。
在根据本发明的装置的一个实施例中，在朝向溅射表面的方向上观察，即在朝向靶的顶视图中，至少一个第二外极表面位于第一外极表面的外侧。
在根据本发明的装置的一个实施例中，在朝向溅射表面的方向上观察，第二外极表面位于基底保持器上的基底的外围的外部。
在根据本发明的装置的一个实施例中，在朝向溅射表面的方向上观察，第二外极表面位于靶的外围的外部。
在根据本发明的装置的一个实施例中，磁控管磁偶极子装置和另外的磁偶极子装置被定制为使得由磁控管磁偶极子装置产生的磁控管磁场的场线和由另外的磁偶极子装置产生的另外的磁场的场线沿着闭合环的至少一部分相互平行，并且如在朝向溅射表面的方向上观察到的。
在刚刚所述的根据本发明的实施例的装置的一个实施例中，所述靶是铁磁材料。
在根据本发明的装置的一个实施例中，第一外极表面是溅射表面的一部分。
在根据本发明的装置的一个实施例中，至少一个第二内极表面是溅射表面的一部分。
在根据本发明的装置的一个实施例中，至少一个第二内极表面远离溅射表面。
在根据本发明的装置的一个实施例中，至少一个第二内极表面相对于基底平面位于与溅射表面相对，例如在基底后面。
在根据本发明的装置的一个实施例中，平行于靶平面观察，即在侧视图中，至少一个第二外极表面处于以下位置的至少一个中：
Figure DEST_PATH_IMAGE003A
相对于基底平面与靶平面相对；
Figure DEST_PATH_IMAGE003AA
与基底平面对准；
Figure DEST_PATH_IMAGE003AAA
在靶平面和基底平面之间并且相比于靶平面更靠近基底平面；
Figure DEST_PATH_IMAGE003AAAA
在靶平面和基底平面之间并且离基底平面比离靶平面更远；
Figure DEST_PATH_IMAGE003AAAAA
在靶平面和基底平面之间，并且与基底平面和靶平面等距；
Figure DEST_PATH_IMAGE003AAAAAA
与靶平面对准；
Figure DEST_PATH_IMAGE003AAAAAAA
相对于靶平面与基底平面相对。
在根据本发明的装置的一个实施例中，在朝向溅射表面的方向上观察，第一内极表面是另外的闭合环。
在根据本发明刚刚所述的实施例的装置的一个实施例中，在朝向溅射表面的方向上观察，第二内极表面在所述另外的闭合环内。
在根据本发明的装置的一个实施例中，在朝向溅射表面的方向上观察，第一和第二内极表面的至少一部分重叠。
在根据本发明的装置的一个实施例中，第一外极表面的环具有最大环直径，在朝向溅射表面的方向上观察，至少一个第二外极表面包括在最大直径的一侧上的至少一个第二极表面的有限范围的装置和在最大直径的另一侧上的至少一个第二极表面的有限范围的另外的装置。
根据本发明刚刚所述的实施例的装置的一个实施例，在朝向溅射表面的方向上观察，包括第一外极表面的第一腿部和第一外极表面的第二腿部，第一腿部在最大直径的一侧上沿着第一线性轨迹延伸，第二腿部在最大直径的另一侧上沿着第二线性轨迹延伸，由此，仍然在朝向溅射表面的方向上观察，一个装置沿着第一腿部延伸，并且另外的装置沿着第二腿部延伸。
在根据本发明刚刚所述的实施例的装置的一个实施例中，第一和第二腿部是线性的，即直的，在朝向溅射表面的方向上观察。
在根据本发明刚刚所述的实施例的装置的一个实施例中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，第一和第二腿部是彼此平行的。
在根据本发明的装置的一个实施例中，在朝向溅射表面的方向上观察，如上所述的装置和如上所述的另外的装置是沿着相应的线性轨迹延伸的。
在根据本发明所述的实施例的装置的一个实施例中，该一个和另外的装置线性延伸，即是直的，在朝向溅射表面的方向上观察。
在根据本发明的装置的一个实施例中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述一个和另外的装置在相应的腿部的旁边以相应的恒定间隔延伸。
在根据本发明的装置的一个实施例中，真空壳体的真空暴露表面的一部分是至少一个第二外极表面，或者安装到真空壳体的一部分的真空暴露表面是至少一个第二外极表面。
根据本发明的装置的一个实施例包括至少一个另外的真空处理装置，一方面的基底保持器和靶保持器以及另一方面的至少一个另外的真空处理装置相对于彼此可驱动地移动，使基底保持器越过溅射表面并且使基底保持器往返于至少一个另外的真空处理装置。
根据刚刚所述的实施例的装置的一个实施例包括多于一个所述基底保持器，所述基底保持器是可移动的，在一个实施例中通常是相对于溅射表面和至少一个另外的真空处理装置可移动的。
在根据本发明的装置的一个实施例中，所述另外的真空处理装置中的至少一个是如所述的并且根据本发明或根据其至少一个实施例的溅射室。
在根据本发明的装置的一个实施例中，如所提供的并且在朝向其溅射表面的方向上观察的，至少一个溅射装置，磁控管磁偶极子装置和另外的磁偶极子装置被构造成使得由磁控管磁偶极子装置产生的磁控管磁场与另外的磁偶极子装置产生的另外的磁场的叠加产生的合成磁场的场线平行，并且一旦与溅射表面对准，就在溅射表面的主要部分或基底保持器上沿着定向轴的方向延伸，并且至少一个基底保持器的相对运动以这样的方式被控制，即，使得至少一个基底保持器以相对于定向轴的恒定角取向经过溅射表面。
在根据本发明的装置的一个实施例中，基底保持器可围绕远离溅射表面的旋转轴可驱动地相对转动。
在根据本发明的装置的一个实施例中，旋转轴以0°至45°之间的角度与基底平面上的法线相交，包括两个极限。在一个实施例中，交叉角为0°，因此旋转轴平行于所述的法线。
在根据本发明的装置的一个实施例中，旋转轴以45°至90°之间的角度与基底平面上的法线相交，包括两个极限。在一个实施例中，该角度是90°，因此旋转轴垂直于所述的法线。
在根据本发明的装置的一个实施例中，旋转轴以在45°至0°之间的角度与靶平面上的法线相交，包括两个极限。在旋转轴以0°角与所述法线“相交”的变型中，旋转轴实际上平行于所述法线，即垂直于靶平面。
在根据本发明的装置的一个变型中，旋转轴以45°至90°之间的角度与靶平面上的法线相交，包括两个极限。在旋转轴以90°的角度与所述法线“相交”的变型中，旋转轴实际上垂直于所述法线，即平行于靶平面。
在根据本发明的装置的一个实施例中，靶是铁磁材料的。
在根据本发明的装置的一个实施例中，磁控管偶极子装置和另外的磁偶极子装置至少相对于彼此是固定的。如果它们是可移动的，则它们作为一个单元一起可移动。
在根据本发明的装置的一个实施例中，靶平面和基底平面是平行平面。
所述的装置发明或所述的装置的每个单个实施例都可以与所述实施例或其他实施例中的一个或多于一个组合，除非是矛盾的。
附图说明
本发明将借助于附图进一步举例说明。附图示出：
图1：一种最简化的真空壳体，具有靶和极表面，以便限定术语“极表面”；
图2：示意性地且启发式地在侧视图中的根据本发明的方法和装置的通用方法；
图3：在类似于图2的表示中，示意性地和简化地示出根据本发明的关于产生图2的另外的磁场的装置的不同实施例或方法的不同变型；
图4：在类似于图3的未示出靶的表示中，根据本发明的实施例或变型的关于产生邻近基底的另外的磁场；
图5：在示意性且简化的顶视图中，示出在根据本发明的装置的实施例或在根据本发明的方法的变型中的极表面的相互定位；
图6：在与图5类似的示意性且简化顶视图中，在根据本发明的装置的实施例或方法的变型中，极表面的相互定位；
图7：在与图5或图6类似的示意性且简化顶视图中，特别着眼于通过合成磁场影响层沉积，在根据本发明的装置的实施例或方法的变型中，极表面的相互定位；
图8：定性地，磁场强度的分布依赖于从溅射表面到基底的间距，以利用合成磁场作为对准磁场。
图9：在顶视图中，示意性地且启发式地，对准如通过本发明的实施例和变型实现的铁磁层的磁各向异性；
图10：在顶视图中，示意性地且简化地，本发明的实施例和变型的极表面的相互位置和形状；
图11：在与图10的表示类似的表示中，示意性地且简化地示出本发明的实施例和变型的极表面的相互位置和形状；
图12：在侧视图中，简化和示意性地示出本发明的实施例和变型；
图13：在顶视图中简化和示意性地示出图12的实施例和变型的极表面的相互位置和形状；
图14：本发明的实施例或变型，其中多个基底移动通过根据本发明的至少一个溅射装置；
图15：本发明的实施例或变型，其中多个基底移动通过根据本发明的至少一个溅射装置；
图16：示意性地且简化地，在顶视图中，真空处理装置包括至少一个根据本发明的溅射装置并且执行根据本发明的方法；
图17：示意性地且简化地，在侧视图中，真空处理装置包括至少一个根据本发明的溅射装置并且执行根据本发明的方法；
图18：示意性地示出相对于合成磁场要保持的基底的空间取向，以便均匀地排列磁各向异性；
图19：在顶视图中，以功能块表示示意性地和简化地示出在根据图17的装置处对基底的取向控制。
具体实施方式
图2示意性地并且启发式地，即以非科学的方式，示出了根据本发明的方法和装置的总体方案。在真空壳体或容器(图2中未示出)内，提供了安装在靶保持器3上的靶1。如由电源5和阳极7示意性地示出的，靶1作为阴极而电操作。靶保持器3限定了靶平面9，作为安装到靶保持器3的靶1沿其延伸的轨迹。溅射出的靶1的表面是溅射表面11。
基底13具有待溅射涂覆的表面15，该表面具有包括从靶1溅射出的材料。基底13安装到基底保持器17，该基底保持器限定了基底平面19，作为由基底保持器17保持的基底13沿其延伸的轨迹。
如熟悉磁控管溅射的技术人员完全知道的，沿着溅射表面11并且在反应空间I中产生磁控管磁场Bm。磁控管磁场Bm，如由其磁场线所示，从第一外极表面20发出，如加粗的线所示。如在朝向溅射表面11的方向S1上所见，即在朝向靶1的顶视图中，第一外极表面沿溅射表面11循环。
磁控管磁场Bm撞击在一个或多于一个第一内极表面22上，如图2中的加粗线所示。第一内极表面22可以是如虚线所示的单个极表面。
在图2中，为了清楚起见，仅在磁控管磁场Bm环的右手侧示意性地示出了固定磁偶极子装置24。
如在方向S1上观察，即朝向溅射表面11或靶平面9，第一外极表面20形成围绕一个或多于一个第一内极表面22的闭合环。在图2中，第一外极表面20具有N磁极性，而至少一个第一内极表面22具有S磁极性。这些极性可以反转。
磁控管磁场Bm的方向可以被认为是平行于靶平面9的分量Bmx，和垂直于它的分量Bmz。
本领域技术人员完全知道Bmx分量控制磁控管的电子陷阱效应，从而控制与溅射表面11相邻的相应等离子体密度，从而控制相应形成的跑道，即溅射表面11中的侵蚀轮廓。这些Bmx分量沿溅射表面11越明显，跑道将越大，并且靶材料的利用将越好。
为了改善磁控管磁场Bm的效果，并且根据本发明，产生了另外的磁场Ba。如图2中示意性所示，在反应空间I中产生该另外的磁场Ba，使得在反应空间I中的轨迹处考虑的并且由Bm和Ba在所述轨迹处的叠加产生的合成磁场Br具有比该轨迹处的分量Bmx更大的平行于靶平面9的分量Brx。如从图2完全清楚可见的，另外的磁场Ba必须在与x方向上的磁控管磁场Bm的极化方向相等的方向上极化，以实现所述改进。在反应空间I的每个轨迹，其中Ba具有非零的方向分量Bax，这种改进得以实现，并因此沿着溅射表面11的主要区域。
为了不使图2的内容过多，图3和4以与图2的表示类似的表示示出了产生另外的磁场Ba的不同可能性。
所述的所有极表面的磁极性都是基于根据图2的磁控管磁场Bm的极表面20和22的极性的。所有这些磁极性可以共同反转。
根据图3，在第二内极表面30和第二外极表面32之间产生另外的磁场Ba。
第二内极表面30相对于基底平面19与溅射表面11相对，例如在基底13后面。第二内极表面30还与基底保持器17的中心区域对齐，如稍后将讨论的，并且在任何情况下从顶视图中S1朝向靶1观察在第一外极表面20(见图2)的环的内侧。与第一内极表面22类似，第二内极表面30也可以被细分成多于一个的相应的极表面区域。
第二外极表面32位于第一外极表面20的环的外侧(见图2)，并且再次在方向S1上观察。根据图3，并在平行于靶平面9的y方向上观察，因此在磁控管磁场环的传播方向上观察，如S2所示，一个或多个第二外极表面32可以位于：
(a)相对于基底平面19与溅射表面11或靶平面9相对；
(b)与基底平面19对准；
(c)在基底平面19和靶平面9之间，并且与靶平面9相比更靠近基底平面19；
(d)相对于基底平面19和靶平面9居中，并因此与基底平面19和靶平面9等距；
(e)在基底平面19和靶平面9之间，并且与基底平面19相比更靠近靶平面9；
(f)与靶平面9对准；
(g)相对于溅射平面9与基底平面19相对。
如上所述，一个或多于一个第二外极表面32仍然在第一外极表面20的环外部，如方向S1所示。
仍然在该方向S1上观察，第二外极表面32可沿第一环形外极表面20形成环(见图2)：在这种情况下，提供了单个第二外极表面32。
作为替选，或者可能额外地，两个或多于两个的不同的第二外极表面32可沿第一外极表面20的环来设置。
请注意，在图3中，对于另外的磁场Ba的右手侧部分，未示出在不同的可能位置(a)至(g)处的第二外极表面32。还请注意，在总体方面，单个第二外极表面32或多于一个第二外极表面32的如(a)至(g)所示的位置可沿第一外极表面20的环而变化，即，可在位置(a)至(g)的不同处设置第二外极表面或单个第二外极表面。
在图3中，在34处示出了产生另外的磁场Ba的磁偶极子装置。
在图3中再次通过加粗的线示意性地示出了极表面32和30，这对于在以下附图中表示极表面也是有效的。
图3中以虚线在Ba'示出了定制另外的磁场Ba的替选可能性。这里，第二内极表面30'被设置为溅射表面11的一部分。请注意，由Ba和Ba'产生另外的磁场的组合也是可能的。在任何情况下，第二一个或多于一个第二外极表面32的各种可能性(a)至(g)是有效的，而与产生Ba和/或Ba'无关。
显然，本发明除了磁控管磁场Bm之外还利用了另外的磁场Ba，Ba'，后者本身是公知的。这需要如图3中34所示的附加磁偶极子装置。在本发明的一个变型和实施例中，这种附加磁偶极子装置位于真空壳体4的壁2的外部(见图1)。
图4以与图2或3类似的表示作为示例示出了这种变型和实施例，由此在变型Ba中产生另外的磁场，其中一个或多个第二外极表面32处于根据图3的(a)的位置。磁偶极子装置34设置在真空壳体4的壁2的外部。具有相应极表面的靶保持器、靶和磁控管磁场未在图4中示出。
真空壳体4的壁2将溅射处理真空与不同的气体气氛U，尤其是环境气氛隔离开。一个或多于一个第二外极表面32位于壁2的内部处理真空暴露表面2i上。第二内极表面30也位于该表面2i上。另外的磁偶极子装置34位于真空溅射气氛之外，如在反应空间I中占优势的，例如在环境气氛中。
对于根据图3及其描述产生另外的磁场Ba、Ba'的任何变型，可以实现为与反应空间I中的真空溅射气氛分离开的另外的磁场Ba和/或Ba'提供磁偶极子装置34的一般概念。
根据图4的示例，即具有至少一个第二外极表面32以及至少一个第二内极表面30，其沿着真空壳体4的壁2的邻近基底平面19的部分的内表面2i，如果具有相应基底保持器17的一个或多于一个基底13将如图4中的双向或单向箭头M示意性示出地移动通过靶1，则该示例尤其适合。
到目前为止，我们没有最终考虑用于磁控管磁场Bm和用于如在方向S1上观察到的另外的磁场Ba、Ba'的极表面的相互定位。实际上，该定位可基本独立于极表面的相互位置选择，如根据图3在方向S2上所见。关于在方向S1上所观察的所述相互定位，我们仅描述了一个或多个第二内极表面30(图3)应设置在环形第一外极表面20(图2)内，且至少一个第二外极表面32(图3)应在环形第一外极表面20外。
图5示意性地例示了沿方向S1观察的极表面的相互定位的一个实施例。作为一个示例，环形第一外极表面20形成磁极性为N的环。在第一外极表面20的环内提供具有磁极性为S的内极表面22(见图2)。在图5的示例中，一个第一内极表面22形成与第一外极表面20的环同心的圆环。在该示例中，第二外极表面32也与第一外极表面20的环同心并在其外侧，因此，在该示例中，以与第一外极表面20的环的恒定的间隔。
至少一个第二内极表面30或30'(见图3)（这里只有一个第二内极表面），位于第一外极表面20的环内，但是这里位于随机选择的位置处。
磁控管磁场Bm和另外的磁场Ba或Ba'的方向由它们的磁场线启发性地表示了，在方向S1上观察到。如所见，在S1的方向上观察的，磁控管磁场Bm的方向和另外的磁场Ba、Ba'的方向在反应空间I中的大多数位置以相应可变的角度α交叉。尽管这种变型或实施例落在根据本发明的总体方案下，但是可以看出，合成磁场Br具有相对于磁控管跑道的传播方向PR倾斜的方向。
因此，一方面通过增加平行于靶平面的磁场分量来改善磁控管效应，另一方面通过使电子加速离开磁控管传播方向PR而离开磁控管电子陷阱来干扰磁控管效应。
在根据图6的本发明的另外的变型和实施例中，磁控管磁场Bm和另外的磁场Ba、Ba'的方向在方向S1上所见是相互平行的。图6的变型或实施例与图5的不同之处仅在于，至少一个第二内极表面30、30'在第一内极表面22的环内。在替选实施例或变型中，第一内极表面22和第二内极表面30、30'相互重叠。
考虑到图5，我们提出将α实现为在以下极限内：
0≤α≤2。
如例如从图2、3、4中可以看出的，由磁控管磁场Bm和另外的磁场Ba、Ba'的叠加所产生的磁场Br也沿着基底13的待溅射涂覆的表面15存在。因此，除了改善来自靶1的磁控管溅射之外，根据本发明的方法和装置还可以被定制以具体地影响待溅射涂覆的基底13的表面15上的层沉积。
如例如从图3已经明了的，另外的磁场Ba、Ba'对合成磁场Br的影响可以被定制为在邻近基底平面19处比在邻近靶平面9处更明显。
在一个变型和实施例中，由磁控管磁场Bm和另外的磁场Ba、Ba'的叠加所产生的合成磁场Br被用于建立，即控制在溅射沉积的铁磁层中的磁各向异性的方向为单向，至少在层范围的主要部分中是单向的。在该变型和实施例中，安装在或将要安装在靶保持器1上的靶1是铁磁材料。
根据本发明的方法和装置的实施例的这种变型的总体方案在图7中示出。该图示出了沿方向S1观察的极表面的相互位置。图7所示的极表面的形状几乎不是实践中所采用的形状，但是应当示出，根据具体应用，人们很大程度上自由地定制相应的形状。
对于相应极表面，在图7中使用与到现在为止的整个描述中所使用的相同的参考标号。
通常，环形第一外极表面20可根据需要具有环形形状，例如对于靶1、基底13等的特定形状。因此，一个或多个第一内极表面22，作为一个环或作为一个整体或多于一个整体极表面，适于第一外极表面20的环的特定形状。
第一外极表面20的环具有最大直径Dmax。
在最大直径Dmax的两侧和第一外极表面20的环的外侧，第二外极表面32通过两个或多于两个沿最大直径Dmax沿各自距离延伸的不同极表面32a和32b来实现。再次选择不同的第二外极表面32a和32b的形状和相应的位置，以从磁控管磁场Bm和另外的磁场Ba、Ba'的叠加中获得期望的合成磁场Br，现在可以将其称为“对准磁场”。
参考图3，为了利用合成磁场Br来沿着通过溅射沉积在基底13上的铁磁材料层对准磁各向异性的方向，基底13，特别是其待溅射涂覆的表面15位于相对于磁控管磁场Bm相当远的场区域中，以及位于另外的磁场Ba、Ba'相当近的场区域中。这在图8中示意性地且定性地表示。d坐标表示在垂直方向上从靶1的溅射表面11到根据待溅射涂覆的表面15的位置的值do的距离。平行于基底平面19和靶平面9的磁控管磁场Bm的场分量的强度朝向do减小，而另外的磁场Ba、Ba'的相应分量强度朝向do增大。这可通过考虑图3适当地选择第二外极表面32的位置来实现，尤其是根据变型(a)、(b)、(c)中的一个。
由此，仍然实现了另外的磁场Ba、Ba'改善磁控管溅射，但是额外提供了沿着溅射沉积在基底13的表面15上的铁磁材料层的磁各向异性的平行于定向轴的单向对准。
请注意，同样考虑图3，根据(a)定位第二外极表面32的实施例或变型一方面实现了根据图8的期望的场强分布，另一方面允许在具有壁2的真空壳体4外部提供偶极子装置34(见图4)。
从图5和6的讨论中可以明显看出，在方向S1上观察，该另外的磁场Ba、Ba'应该尽可能平行于磁控管磁场Bm。如果利用另外的磁场Ba、Ba'作为对准磁场，即，为了对准在溅射沉积的铁磁材料层中和沿着该铁磁材料层的磁各向异性的方向，相对于预定的参考方向，即，在基底上的取向轴，即，在沉积的层的表面范围上，这也是普遍的。
在图9中，启发式地示出了合成磁场Br对在溅射沉积的铁磁层中的磁各向异性的影响。在层14的铁磁材料中，在被沉积或沉积时，不施加对准场Br，磁各向异性不均匀分布，如由易磁化轴e1和难磁化轴h1示意性示出的。
根据本发明，沿轴r并均匀地在溅射沉积层材料的主要区域上施加合成磁场Br，层14的材料中的磁各向异性是单向的，即易磁化轴和难磁化轴分别沿相应的单一方向e2d对齐，如由e2和h2所示出的。因此，例如易磁化轴的单向对准的各向异性与所施加的合成磁场Br的方向r的交角β变得非常接近0°。
图10以类似于图7的表示示出了本发明的另外的实施例和变型。根据该变型和实施例，第一外极面20具有在最大直径Dmax一侧的第一腿部21a和在最大直径Dmax另一侧的第二腿部21b。两个腿部21a和21b沿着相应的线性轨迹La和Lb延伸。腿部本身不一定是线性的，即直的，而是可以相对于相应的线性轨迹La、Lb向前和向后弯曲或弯折。最大直径沿着线性轨迹LD延伸。
La以角度αa与LD相交，Lb以角度αb与LD相交，在图10中，角度αb约为0°。
不同的另外的形状是可能的：
(1)αa=αb两个腿部21a和21b沿着平行的轨迹La、Lb延伸；
(2)αa=αb=0o：如果腿部本身是附加的线性的并且在Dmax处成镜像，则如图11所示导致第一外极表面20的环的形状。
在图11的实施例中，在方向S1上观察，磁控管磁场Bm看起来垂直于沿Dmax的主要长度范围的直径Dmax。
根据图10，第二外极表面32的两个部分32a和32b沿相应的线性轨迹Lc和Ld延伸。这些部分本身不一定是线性的，而是可以相对于相应的线性轨迹Lc、Ld向前和向后弯曲或弯折。
Lc以角度αc与LD相交，Ld以角度αd与LD相交。
不同的另外的形式是可能的：
(3)αc=αd，两个部分32a和32b沿着平行的轨迹La、Lb延伸；
(4)αc=αd=0o：如果部分32a和32b本身额外是线性的并在Dmax处成镜像，并且另外，上面(2)中所述的所有条件都占优势，则如图11所示导致第一外极表面20的环的形状以及第二外极表面32的部分32a和32b的形状和定位。
在本发明的这种变型和实施例中，尤其是在如图8中示意性示出的磁场强度的变化过程中，产生：
a)由另外的磁场Ba，Ba'显著提高了磁控管效应；
b)如上所述，另外的磁场Ba、Ba'可以是或被用作对准场。
在图11中，用虚线示出了基底13的区域15m，该区域被铁磁材料溅射涂覆并且磁各向异性的方向沿着该区域单向地对齐。
还请注意，如图11所示，第一和第二内极表面22、30、30'一般可以是相互重叠的统一表面，或者可以由单个公共极表面来实现。
如我们已经在上下文中结合例如图3讨论的，提供根据(a)的第二外极表面32和如30所示的第二内极表面开放了灵活地定位偶极子装置34以产生远离磁控管的另外的磁场Ba的可能性，该磁控管包括靶1和产生磁控管磁场Bm的偶极子装置。偶极子装置34可以位于待溅射涂覆的基底13的一侧，磁控管位于另一侧。特别地，偶极子装置34可以位于反应空间I的外部，其中基底13被溅射涂覆。
这导致了根据本发明的变型和实施例，如图12中以简化方式示意性示出的。
真空壳体40具有两个相对的壁42和43，它们限定了反应空间I。
如真空泵46示意性所示，反应空间I在溅射气氛条件下工作。在溅射操作中，基底13被保持在基底保持器17上。沿着壁42安装磁控管48，其包括靶1和用于沿着靶1的溅射表面产生磁控管磁场Bm的磁控管偶极子装置(未示出)。
磁偶极子装置34安装形成在反应空间I中的真空处理气氛和非真空处理气氛（特别是环境气氛U）之间的界面的内表面43i的后面或沿着该内表面安装。根据图3，附图标记32再次表示第二外极表面，附图标记30表示第二内极表面。如果具有相应的基底保持器17的一个基底13或多于一个基底13如双箭头M所示沿着反应空间I并越过靶1驱动地可移动，则如稍后将说明的，如果它处于线性移动或处于圆形移动，该装置就特别适合。
图13再次示意性地和简化地示出了在图12所示的本发明的实施例或变型中实现的极表面的相互定位和形状。鉴于对图11的说明，图13中极表面的定位和形状不需要进一步解释。
可以注意到，在与z坐标方向一致的方向S1上观察，一个或多于一个基底13的移动M平行于另外的磁场Ba以及磁控管磁场Bm，使得该装置完全适于在溅射沉积在一个或多个基底13上的铁磁材料层中建立单向磁各向异性，如针对一个或多于一个基底13的整个表面所述的。
图14最示意性地示出了根据本方法的变型或根据本发明的装置的实施例的基底13，其可围绕旋转轴Ar驱动地旋转。因此，相应基底保持器(未示出)的基底平面上的法线n以45°至0°之间的角度φ与轴Ar相交，包括两个极限。如果角度φ为0°，则法线n平行于轴Ar，旋转轴Ar垂直于相应的基底平面，所述基底平面沿着平面轨迹LP布置。
图15最示意性地示出了根据本方法的变型或根据本发明的装置的实施例的基底13，其可围绕旋转轴Ar驱动地旋转。因此，相应基底保持器(未示出)的基底平面上的法线n以45°至90°之间的角度φ与轴Ar相交，包括两个极限。如果角度φ为90°，则法线n垂直于轴Ar，旋转轴Ar平行于相应的基底平面，所述基底平面沿着圆柱轨迹LC布置。
在图14的变型或实施例中，旋转轴Ar可以特别地垂直于靶1的靶平面，而在图15的变型或实施例中，旋转轴可以特别地平行于靶1的靶平面。
图16示意性且简化地示出了根据本发明的真空处理装置45，并且其执行根据本发明的溅射方法或基底制造方法。原则上，它是根据图15的变型或实施例构造的，其中φ=0o，并且轴Ar平行于相应的靶平面。真空处理装置45包括至少一个溅射和对准装置，根据本发明以及根据图11至13的变型或实施例，也可能根据图10的变型或实施例，该溅射和对准装置也称为对准台50。真空处理装置45包括具有轴AC和内圆柱表面52i的外固定圆柱52，以及与轴线AC同轴的具有外表面54o的内固定圆柱54内表面52i和外表面54o共同限定了由泵送装置56泵送的圆柱形反应空间I。
在圆柱形反应空间I内，基底保持器转盘57可围绕轴AC转动ω，由驱动器58可控地驱动。基底保持器转盘57保持多个要真空处理的基底13。请参考溅射和对准台50，磁控管48例如安装到外圆柱52，而用于产生对准磁场Ba的偶极子装置34安装到内圆柱54，在反应空间I的外部。基底13的每个区域以在z方向上观察平行于Ba和Bm的移动方向通过溅射和对准台50，该z方向与S1方向一致。因此，沉积在基底13上的铁磁层中的磁各向异性的方向相对于一个参考定向轴r对准(见图9)。基底可以是任何形状的，例如圆盘形、矩形或正方形。通过随后使基底13通过相应的溅射和对准台50，可能例如通过溅射台51沉积中间非铁磁层，可以在基底上沉积多个铁磁材料薄层。
请注意，在根据图16的装置中，溅射和对准台50的靶是铁磁材料的。然而，也可以提供具有非铁磁性靶的一个或另一个或所有溅射和对准台50，并且利用本发明施加的另外的磁场仅用于改善磁控管效应。那么这些台50变成比溅射和对准台大大改进了的溅射台。
此外，在图16的实施例中，磁控管48可以安装到内圆柱54，并且偶极子装置34可以安装到或沿着外圆柱52。这尤其是在内圆柱54是中空的情况下，并且允许容易地处理磁控管48，例如用于靶1的交换。
显然，真空处理装置45可以包括一个或多于一个根据本发明的溅射和对准台50、一个或多于一个根据本发明的改进的溅射台50以及可能包括一个或多于一个的作为蚀刻台、溅射台等的另外的真空处理台51。
在图16的实施例或变型中，基底围绕轴AC旋转，其中基底的延伸表面上的法线No相对于轴AC指向径向方向。
图16和17示意性地且简化地示出了根据本发明的另外的真空处理装置55，并且其执行根据本发明的溅射方法或基底制造方法。这种变型或实施例总体上与图14的变型或实施例一致，其中旋转轴Ar垂直于靶平面。
在该实施例或变型中，基底13沉积在用于多个基底13的盘状或环状基底转盘67上。盘状或环状基底转盘67可绕轴AD旋转，由驱动器68可控地驱动。真空壳体60限定盘状或环状反应空间I，其中盘状或环状基底转盘67是可旋转的。除了与轴线AD同轴的圆柱形壁69之外，真空壳体60还包括具有内表面70i的顶壁70和具有内表面72i的底壁72，其垂直于轴AD延伸。基底13沿基底保持器转盘67的外围布置，其法线No在其平行于轴AD的延伸表面上。
在溅射和对准台50中，磁偶极子装置34沿着底壁72或在底壁72外安装在反应空间I外部，而磁控管48安装到顶壁70。根据本发明的溅射和对准台50安装成与绕轴AD旋转的基底13的移动路径对准。
与根据图16的变型和实施例类似，在图17的变型和实施例中，也可以提供多个溅射和对准台50，以便在基底13上沉积多个薄的铁磁层，其可能具有由溅射台51溅射沉积的非铁磁性材料的插入层。
如果台50不是用于在铁磁材料的相应沉积层中沿定向轴对齐磁场，而是仅用作改进的磁控管溅射台，则基底13可以绕其中心轴A13驱动地转动ω13，这在图16的实施例中也是普遍的。
参考将溅射台用作对准台，应当考虑：如果基底13移动通过这样的台50，以便沿轴r(见图9)对准所沉积的铁磁层中的磁各向异性，则基底应该通过台50，相对于台50的合成磁场Br的方向保持恒定的方向取向。这在图18中举例说明了。
在方向S1上观察，固定台50根据线性轨迹L50在一个方向上产生均匀的合成磁场Br。基底13相对于台50移动M13，由此基底的整个延伸表面穿过场Br的区域。V13表示基底13在x/y平面中的取向。至少在基底13暴露于台50的磁场Br的时间跨度期间，基底13的取向V13和轨迹L50之间的角度γ应该保持恒定。
在根据图16的变型和实施例中，实现了这一点。
在根据图17的变型和实施例中，基底13以围绕轴AD的旋转移动经过用作溅射和对准台的一个或多个台50的移动另外被控制以满足如在图18的上下文中描述的条件。
图19示意性地且简化地示出了满足图18中在图17的变型和实施例中例示的条件的一种可能性。
如示意性地示出的，用作溅射和对准台的台50相对于真空容器60刚性地安装。相对于选定的角度参考R，合成磁场Br的取向方向的角度βo是已知的。
所示为矩形但也可以是任何期望形状的基底13，被保持在基底保持器66上，该基底保持器可在基底保持器转盘67上绕轴A13旋转。建立并因此知道基底上的参考取向方向。这种参考取向可以在基底13上标记为平的，但在基底13上不必是物理可识别的。通过与基底保持器66的旋转轴A13耦合的角度传感器74，测量基底的主要取向方向V13和磁场Br的方向V50之间的主要角度γ'。通过负反馈控制回路，角度γ'被控制为在选定的角度值γo上恒定。在差值形成单元76处将主要测量角度γ'与期望角度γo进行比较，并且将作为控制差值的所得差值Δ经由适当的控制器(未示出)引导至用于基底保持器66绕轴A13的旋转驱动器80的控制输入，作为负反馈控制回路中的调节件。由此，基底13相对于磁场Br的方向以恒定的、可选择的角度γo通过台50。

Claims (67)

1.一种磁控管溅射沉积或制造涂覆有磁控管溅射沉积层的基底的方法，包括：
在真空壳体(4，40，60)中提供具有溅射表面(11)并沿靶平面(9)延伸的靶(1)；
提供具有待溅射涂覆的表面(15)的基底(13)；
在所述溅射表面(11)和所述待溅射涂覆的表面(15)之间提供反应空间(I)；
在所述反应空间(I)中产生磁控管磁场(Bm)，其磁场线在所述溅射表面(11)的第一外极表面(20)和第一内极表面(22)之间成弧形，在朝向所述溅射表面(11)的方向(S1)上观察，所述第一外极表面(20)在所述溅射表面(11)上围绕所述第一内极表面(22)形成闭合环；
在所述反应空间(I)中并且在至少一个第二外极表面(32)和至少一个第二内极表面(30)之间产生另外的磁场(Ba)；
通过所述磁控管磁场(Bm)和所述另外的磁场(Ba)的叠加，在所述反应空间(I)中产生合成磁场(Br)，至少在所述反应空间(I)的主要体积区域中，在所述反应空间(I)中的轨迹处平行于所述靶平面(9)的所述合成磁场(Br)的方向分量大于在所述轨迹处平行于所述靶平面(9)的所述磁控管磁场(Bm)的方向分量。
2.根据权利要求1所述的方法，包括沿着所述溅射表面的主要表面区域产生所述合成磁场。
3.根据权利要求1或2中至少一项所述的方法，包括沿着所述待溅射涂覆的基底的所述表面的主要表面区域产生所述合成磁场。
4.根据权利要求1至3中至少一项所述的方法，包括定制所述反应空间中的所述磁控管磁场和所述另外的磁场，使得在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述另外的磁场的场线平行于沿着所述闭合环的至少一部分的所述磁控管磁场的场线。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的方法，由此，在朝向所述溅射表面的方向上观察，在所述第一外极表面的外侧提供所述至少一个第二外极表面。
6.根据权利要求1至5中至少一项所述的方法，由此将所述第一外极表面的磁极性和所述至少一个第二外极表面的磁极性选择为相等，并且将所述第一内极表面的磁极性和所述至少一个第二内极表面的磁极性选择为相等。
7.根据权利要求1至6中至少一项所述的方法，由此提供所述至少一个第二内极表面作为所述溅射表面的一部分。
8.根据权利要求1至6中至少一项所述的方法，由此提供远离所述溅射表面并与所述溅射表面相对的所述至少一个第二内极表面。
9.根据权利要求8所述的方法，由此提供相对于所述基底与所述溅射表面相对的所述至少一个第二内极表面。
10.根据权利要求1至9中至少一项所述的方法，由此平行于所述靶平面观察，在以下位置的至少一个中提供所述至少一个第二外极表面：
相对于所述基底与所述溅射表面相对；
与所述基底对准；
在所述靶平面和所述基底之间，并且与所述靶平面相比更靠近所述基底；
在所述靶平面和所述基底之间，并且离所述基底比离所述靶平面更远；
在所述靶平面和所述基底之间，并且与所述基底和所述靶平面等距；
与所述靶平面对准；
相对于所述靶平面与所述基底相对。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，由此选择所述靶的材料为铁磁材料，并通过所述合成磁场控制溅射沉积在所述基底上的层中的磁各向异性的方向，沿着所述基底的所述待溅射涂覆的表面的至少主要部分变成单向的。
12.根据至少权利要求11所述的方法，包括沿着所述基底的所述表面的主表面区域产生所述合成磁场，所述表面将被溅射涂覆并且优选地是均匀的。
13.根据权利要求11或12中至少一项所述的方法，包括定制所述反应空间中的所述磁控管磁场和所述另外的磁场，使得在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述另外的磁场的场线平行于沿着所述闭合环的至少一部分的所述磁控管磁场的场线。
14.根据权利要求11至13中至少一项所述的方法，由此，在朝向所述溅射表面的方向上观察，在所述第一外极表面的外侧提供所述至少一个第二外极表面。
15.根据权利要求11至14中至少一项所述的方法，由此将所述第一外极表面的磁极性和所述至少一个第二外极表面的磁极性选择为相等，并且将所述第一内极表面的磁极性和所述至少一个第二内极表面的磁极性选择为相等。
16.根据权利要求11至15中至少一项所述的方法，由此提供相对于所述基底与所述溅射表面相对的所述至少一个第二内极表面。
17.根据权利要求11至16中至少一项所述的方法，由此平行于所述靶平面观察，在以下位置中的至少一个中提供所述至少一个第二外极表面：
相对于所述基底与所述溅射表面相对；
与所述基底对准；
在所述靶平面和所述基底之间，并且与所述靶平面相比更靠近所述基底；
在所述靶平面和所述基底之间，并且离所述基底比离所述靶平面更远；
在所述靶平面和所述基底之间，并且与所述基底和所述靶平面等距；
与所述靶平面对准；
相对于所述靶平面与所述基底相对。
18.根据权利要求11至17中至少一项所述的方法，由此平行于所述靶平面观察，提供相对于所述基底与所述溅射表面相对的所述至少一个第二外极表面。
19.根据权利要求1至18中至少一项所述的方法，包括提供具有最大环直径的所述环，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述至少一个第二外极表面包括在所述最大直径的一侧上的至少一个第二极表面的有限范围的装置，以及在所述最大直径的另一侧上的至少一个第二极表面的有限范围的另外的装置。
20.根据权利要求19所述的方法，包括，在朝向所述溅射表面的方向上观察，提供在所述最大直径的一侧沿第一线性轨迹延伸的所述第一外极表面的第一腿部，以及提供在所述最大直径的另一侧沿第二线性轨迹延伸的所述第一外极表面的第二腿部，所述一个装置沿所述第一腿部延伸，并且所述另外的装置沿所述第二腿部延伸。
21.根据权利要求20所述的方法，由此提供线性延伸的所述第一和第二腿部。
22.根据权利要求21所述的方法，包括提供彼此平行的所述第一和第二腿部。
23.根据权利要求19至22中至少一项所述的方法，由此提供沿着在朝向所述溅射表面的方向上观察的相应线性轨迹延伸的所述装置和所述另外的装置。
24.根据权利要求23所述的方法，由此选择所述一个和所述另外的装置为线性地延伸。
25.根据权利要求19至24中至少一项所述的方法，其中，所述一个和所述另外的装置在所述相应的腿部的旁边以相应的恒定间隔延伸。
26.根据权利要求1至25中至少一项所述的方法，包括选择所述真空壳体的真空暴露表面的一部分作为所述至少一个第二外极表面，或者选择安装到所述真空壳体的一部分的真空暴露表面。
27.根据权利要求1至26中至少一项所述的方法，包括相对移动所述基底和所述靶，使得所述基底穿过所述靶。
28.根据权利要求27所述的方法，包括提供所述基底中的多于一个基底，并随后在所述基底的所述多于一个基底上执行根据权利要求1至27中至少一项所述的方法。
29.根据权利要求27或28所述的方法，包括在基底上随后多于一次执行根据权利要求1至27中至少一项所述的方法。
30.根据权利要求27至29中至少一项所述的方法，包括建立所述磁控管磁场和所述另外的磁场，使得朝向所述溅射表面观察，所述合成磁场的场线平行于定向轴、在所述溅射表面的主要部分上延伸，并且
以相对于所述定向轴的恒定的基底取向角相对于所述靶移动所述基底。
31.根据权利要求27至30中至少一项所述的方法，包括使所述基底相对于所述靶绕远离所述基底的旋转轴旋转。
32.根据权利要求31所述的方法，所述旋转轴以0°至45°之间的角度与所述基底的所述待溅射涂覆的表面上的法线相交，包括两个极限，优选地以0°的角度相交，并且因此平行于所述法线。
33.根据权利要求31所述的方法，所述旋转轴以45°至90°之间的角度与所述基底的所述待溅射涂覆的表面上的法线相交，包括两个极限，优选地为90°，并因此垂直于所述法线。
34.根据权利要求1至33中至少一项所述的方法，包括更靠近所述待溅射涂覆的表面产生大于所述磁控管磁场的强度的所述另外的磁场的强度，并且更远离所述待溅射涂覆的表面产生小于所述磁控管磁场的强度的所述另外的磁场的强度。
35.根据权利要求1至34中至少一项所述的方法，所述靶是铁磁材料的。
36.根据权利要求1至35中至少一项所述的方法，所述第一和第二外极表面以及所述第一和第二内极表面至少相对于彼此是固定的。
37.一种溅射装置，包括：
真空壳体，以及其中：
限定基底平面并被定制为保持具有待溅射涂覆的表面的二维延伸的基底的基底保持器；
靶，安装到靶保持器并沿靶平面延伸，且具有溅射表面和背表面；
磁控管磁偶极子装置，在朝向所述溅射表面的方向观察，包括第一外极表面和第一内极表面，所述第一外极表面形成围绕所述第一内极表面并沿着所述溅射表面的闭合环，所述第一外极表面具有一种磁极性，所述第一内极表面具有另一种磁极性；
另外的磁偶极子装置，具有至少一个第二外极表面和至少一个第二内极表面，并且其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述至少一个第二内极表面在所述第一外极表面的所述环内，并且所述至少一个第二外极表面远离所述第二内极表面，所述第二外极表面具有所述一种磁极性，所述第二内极表面具有所述另一种磁极性。
38.根据权利要求37的溅射装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述至少一个第二外极表面位于所述第一外极表面外侧。
39.根据权利要求37或38所述的溅射装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第二外极表面位于所述基底保持器上的基底的周界的外侧。
40.根据权利要求37至39中至少一项所述的溅射装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第二外极表面位于所述靶的周界的外侧。
41.根据权利要求37至40中至少一项所述的溅射装置，其中，所述磁控管磁偶极子装置和所述另外的磁偶极子装置被定制，使得由所述磁控管磁偶极子装置产生的磁控管磁场的场线和由所述另外的磁偶极子装置产生的另外的磁场的场线沿着所述闭合环的至少一部分并且如在朝向所述溅射表面的方向上观察到的相互平行。
42.根据权利要求41所述的溅射装置，其中，所述靶是铁磁材料的。
43.根据权利要求37至42中至少一项所述的装置，其中，所述第一外极表面是所述溅射表面的一部分。
44.根据权利要求37至43中至少一项所述的装置，所述至少一个第二内极表面是所述溅射表面的一部分。
45.根据权利要求37至43中至少一项所述的装置，所述至少一个第二内极表面远离所述溅射表面。
46.根据权利要求45所述的装置，所述至少一个第二内极表面位于相对于所述基底平面与所述溅射表面相对。
47.根据权利要求37至46中至少一项所述的装置，其中，平行于所述靶平面观察，所述至少一个第二外极表面处于以下位置的至少一个中：
相对于所述基底平面与所述靶平面相对；
与所述基底平面对准；
在所述靶平面和所述基底平面之间，并且与所述靶平面相比更靠近所述基底平面；
在所述靶平面和所述基底平面之间，并且离所述基底平面比离所述靶平面更远；
在所述靶平面和所述基底平面之间，并且与所述基底平面和所述靶平面等距；
与所述靶平面对准；
相对于所述靶平面与所述基底平面相对。
48.根据权利要求37至47中至少一项所述的溅射装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第一内极表面是另外的闭合环。
49.根据权利要求48所述的溅射装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第二内极表面在所述另外的闭合环内。
50.根据权利要求37至49中至少一项所述的装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第一内极表面和所述第二内极表面的至少部分重叠。
51.根据权利要求37至50中至少一项所述的装置，所述第一外极表面的所述环具有最大环直径，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述至少一个第二外极表面包括在所述最大直径的一侧上的至少一个第二极表面的有限范围的装置和在所述最大直径的另一侧上的至少一个第二极表面的有限范围的另外的装置。
52.根据权利要求51所述的装置，包括，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第一外极表面的第一腿部在所述最大直径的一侧沿第一线性轨迹延伸，并且所述第一外极表面的第二腿部在所述最大直径的另一侧沿第二线性轨迹延伸，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述一个装置沿所述第一腿部延伸，并且所述另外的装置沿所述第二腿部延伸。
53.根据权利要求52所述的装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第一和第二腿部线性地延伸。
54.根据权利要求53所述的装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述第一腿部和所述第二腿部彼此平行。
55.根据权利要求51至54中至少一项所述的装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述装置和所述另外的装置沿着相应的线性轨迹延伸。
56.根据权利要求55所述的装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述一个装置和所述另外的装置线性地延伸。
57.根据权利要求52至56中至少一项所述的装置，其中，在朝向所述溅射表面的方向上观察，所述一个装置和所述另外的装置在所述相应的腿部的旁边以相应的恒定间隔延伸。
58.根据权利要求37至57中至少一项所述的装置，其中，所述真空壳体的真空暴露表面的一部分是所述至少一个第二外极表面，或者安装到所述真空壳体的一部分的真空暴露表面是所述至少一个第二外极表面。
59.根据权利要求37至58中至少一项所述的装置，包括至少一个另外的真空处理装置，一方面基底保持器和靶保持器以及另一方面至少一个另外的真空处理装置相对于彼此可驱动地移动，使基底保持器越过溅射表面，并使基底保持器往返于至少一个另外的真空处理装置。
60.根据权利要求59所述的装置，包括多于一个所述基底保持器，其可相对于所述溅射表面及至少一个另外的真空处理装置移动。
61.根据权利要求59或60中至少一项所述的装置，所述另外的真空处理装置中的至少一个是根据权利要求37至57中至少一项所述的溅射装置。
62.根据权利要求59至61中的一项所述的装置，其中，所述溅射装置中的至少一个并且在朝向其溅射表面的方向上观察，所述磁控管磁偶极子装置和所述另外的磁偶极子装置被构建为使得由所述磁控管磁偶极子装置产生的磁控管磁场与由所述另外的磁偶极子装置产生的另外的磁场的叠加产生的合成磁场的场线平行并且在所述溅射表面的主要部分之上在定向轴的方向上延伸，并且所述至少一个基底保持器的所述相对移动以这样的方式被控制，使得所述至少一个基底保持器以相对于所述定向轴的恒定角取向经过所述溅射表面。
63.根据权利要求59至62中至少一项所述的装置，其中，所述基底保持器可围绕远离所述基底保持器的旋转轴驱动地相对旋转。
64.根据权利要求63的装置，其中所述旋转轴以0°至45°之间的角度与所述基底平面上的法线相交，包括两个极限，优选地在0°的角度，并且因此垂直于所述基底平面。
65.根据权利要求63的装置，其中所述旋转轴以45°至90°之间的角度与所述基底平面上的法线相交，包括两个极限，优选地为90°，并且因此平行于所述基底平面。
66.根据权利要求37至65中的至少一项所述的装置，所述靶是铁磁材料的。
67.根据权利要求37至66中至少一项所述的装置，所述磁控管偶极子装置和所述另外的磁偶极子装置至少相对于彼此是固定的。
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