DE10004824A1

DE10004824A1 - Verfahren zur Herstellung von Substraten, Magnetronquelle und Sputterbeschichtungskammer

Info

Publication number: DE10004824A1
Application number: DE10004824A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Cord; Gerd Deppisch; Karl-Heinz Schuller; Oliver Keitel
Original assignee: Balzers Process Systems GmbH
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-08-16
Anticipated expiration: 2020-02-05
Also published as: SG94751A1; JP2001279439A; DE10004824B4; US20030201174A1; US6579424B2; TWI247820B; US20010022271A1; JP5068904B2; US20050217992A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Substraten, beschichtet mit einer mindestens zwei unterschiedlich schwere Elemente umfassenden Schicht durch Magnetronsputtern eines Targets aus einer Verbindung der mindestens zwei Elemente, wobei die lokale Verteilung des Verhältnisses der Targetlegierungselemente an der Schicht durch Wahl der gegenseitigen geometrischen Anordnung vom Elektronenfallen-bildenden Magnetron-Magnetfeld und Substrat an eine vorgegebene, lokale Verteilung besagten Verhältnisses mindestens angenähert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft

- ein Verfahren zur Herstellung von Substraten nach dem Ober begriff von Anspruch 1,
- ein Verfahren zur Erzeugung eines im wesentlichen zentrischen Erosionsprofiles an einem Magnetrontarget nach Anspruch 14,
- eine Magnetronquelle nach Anspruch 15,
- eine Sputterbeschichtungskammer nach dem Oberbegriff von An spruch 17 oder 18 sowie
- Verwendungen davon nach den Ansprüchen 25 bzw. 26.

Die vorliegende Erfindung geht von Problemen aus, die sich beim Sputterbeschichten von Substraten für magnetische und/oder mag netooptische Speicherplatten ergeben, welche spezifisch plan und kreisringförmig sind. Dabei werden ebenso spezifisch kreis- bzw. kreisringförmige, im Neuzustand plane Targets eingesetzt. Die Beschichtung erfolgt mit einer Legierung, die Targets be stehen aus der Beschichtungslegierung.

Dabei hat sich gezeigt, dass es beim Sputtern bzw. Zerstäuben von Legierungstargets mit unterschiedlich schweren Metallen, wie z. B. mit Co und Pt, zu einer Entmischung in der Substrat ebene kommt. Die Folge ist eine inhomogene Verteilung der Schichtstöchiometrie in Funktion der Radius-Koordinate am Sub strat. Folge davon ist, bei den magnetischen bzw. magnetoopti schen Speicherscheiben, eine inhomogene Verteilung der Koerzi tivkraft.

Es ist vorerst die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, spezi fisch dieses Problem zu lösen. Dabei wird aber weit genereller das Problem gelöst, an einem Substrat - welches wohl plan und kreisring- oder kreisscheibenförmig sein kann, aber nicht muss - bei Erstellen einer Beschichtung ab einem Target, welches aus einer Verbindung unterschiedlich schwerer Elemente besteht - und welches primär wohl kreisring- oder kreisscheibenförmig bzw. plan sein kann, aber nicht muss - an der Beschichtung eine erwünschte, örtliche Verteilung des Verhältnisses zwischen An teil schwererer und Anteil leichterer Elemente zu erreichen. Dies soll also generell auch für nicht kreisscheiben- oder kreisringförmige Substrate und/oder nicht plane Substrate er reicht werden bzw. und in beliebiger Kombination für nicht kreisring- oder kreisscheibenförmige Targets bzw. nicht plane Targets in ihrem Neuzustand. Weiter soll das Entmischungsprob lem, obwohl von Metallen ausgegangen wird, generell für un gleich schwere Elemente gelöst werden.

Im weiteren geht die Aufgabenstellung primär vom Ablegen von Schichten der Targetverbindung, also insbesondere von Legie rungsschichten aus. Da sich aber das erwähnte Entmischungsphä nomen auch in Reaktivprozessen in unerwünschter Weise auswirken kann, bezieht sich die Erfindung auch auf reaktives Sputterbe schichten ab Targets der betrachteten Verbindung, insbesondere ab Legierungstargets.

Dabei geht es, wieder spezifisch, darum, bei der Beschichtung mit Schichten, welche die Targetlegierungsmetalle enthalten, welche sich, gewichtsverhältnismässig, im wesentlichen wie die Metalle Pt und Co verhalten, also insbesondere für das Ablegen von Schichten mit Pt und Co bzw. Tb, Fe und Co oder Tb, Gd, Fe Co, die erwähnten Probleme zu lösen.

Die erfindungsgemäss gestellte Aufgabe wird generell nach dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst. Dabei wird von der Erkennt nis ausgegangen, dass schwerere Metalle bevorzugt und bezüglich der Flächennormalen auf einen Sputterbereich, statistisch mit einem grösseren Winkel freigesetzt werden als leichtere Metalle. Dem wird nun erfindungsgemäss dadurch Rechnung getragen, dass die lokale Verteilung des Verhältnisses der Targetlegie rungsmetalle an der Schicht am Substrat durch Wahl der gegen seitigen geometrischen Anordnung von Elektronenfallen-bildenden Magnetron-Magnetfeldern und Substrat an eine vorgegebene, loka le Verteilung dieses Verhältnis mindestens angenähert wird.

Gezielt werden dabei und nach dem Wortlaut von Anspruch 3 bzw. 4 Massnahmen vorgeschlagen, das erwähnte Verhältnis von schwe rem Element, vorzugsweise Metall zu leichtem am Substrat lokal anzuheben bzw. abzusenken. Dem Wortlaut von Anspruch 5 folgend, wird bevorzugterweise mit beiden erwähnten Massnahmen, Absenken und Anheben, eine erwünschte Verteilung angestrebt. Dabei wird gleichzeitig auch erreicht, dass gleichzeitig die Schichtdi ckenverteilung am Substrat aufgrund der zur Verfügung stehenden Stellfreiheitsgrade auch gezielt eingestellt, insbesondere ho mogenisiert werden kann.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Ansprüchen 6 bis 13 spezifiziert.

Dabei zeigt sich, dass es erfindungsgemäss höchst erwünscht ist, insbesondere bei den obengenannten, spezifischen Beschich tungen planer, kreisscheiben- oder kreisringförmiger Substrate ab im Neuzustand planer, koaxialer, kreisscheiben- oder kreis ringförmiger Targets, eine Targeterosionszone im Zentrum des Targets vorzusehen, womit für diesen bevorzugten Fall der Ein satz kreisringförmiger Targets wegfällt. Das Verfahren nach dem Wortlaut von Anspruch 14 spezifiziert, wie grundsätzlich an ei nem Target eine Zentrumserosionszone erstellt wird.

In den Ansprüchen 15 und 16 ist weiter eine erfindungsgemässe Magnetronquelle spezifiziert, deren Magnetanordnung für die Re alisation eines zentralen Erosionsprofils am Target ausgelegt ist.

Die Ansprüche 17 bzw. 18 spezifizieren Sputterbeschichtungskam mern für kreisscheiben- oder kreisringförmige, plane Substrate ab kreisscheiben- oder kreisringförmigen, koaxialen, im Neuzu stand planen Targets, bei denen die zur Erzielung einer bezüg lich Gleichförmigkeit verbesserten Verteilung des erwähnten Verhältnisses an den Substraten geometrischen Verhältnisse spe zifiziert sind. Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Sputter beschichtungskammern sind in den abhängigen Ansprüchen 19 bis 24 spezifiziert.

Die vorliegende Erfindung unter all ihren Aspekten, nämlich Herstellungsverfahren, Sputterverfahren, Magnetronquelle und Sputterbeschichtungskammer, eignet sich insbesondere und dem Wortlaut von Anspruch 25 folgend für das Ablegen von Speicher schichten an magnetischen oder magnetooptischen Speichersub straten bzw. für das Substratbeschichten mit einer PtCo, TbFeCo oder GdFeCo mindestens enthaltenden Legierungsschicht.

In der nachfolgenden Beschreibung werden, nach der Definition verwendeter Begriffe und Erläuterung der erfindungsgemäss er kannten Phänomene, die erfindungsgemäss getroffenen Massnahmen detailliert beschrieben und die Erfindung beispielsweise erläu tert.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 Qualitativ, die Sputteremissions-Charakteristiken un terschiedlich schwerer Metalle zur Definition verwen deter Begriffe;

Fig. 2 anhand einer schematisch dargestellten Sub strat/Magnetronquellen-Anordnung bzw. Sputterbeschich tungskammer bekannter Art die Entstehung inhomogener Verteilung des Metallverhältnisses am Substrat;

Fig. 3 in einer Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 2, eine erste erfindungsgemässe Massnahme bezüglich geometrischer Anordnung von Erosion am Target und zu be schichtender Substratfläche;

Fig. 4 in einer Darstellung analog zu den Fig. 2 bzw. 3, eine weitere erfindungsgemässe Massnahme zur Beeinflussung der erwähnten Verhältnisverteilung;

Fig. 5 anhand einer Darstellung analog zu den Fig. 2 bis 4, einerseits die Kombination der erfindungsgemässen Massnahmen gemäss den Fig. 3 und 4, realisiert für die Beschichtung eines ausgedehnteren Substrates;

Fig. 6 ein erfindungsgemäss realisiertes Sputtererosionspro fil an einem Co/Pt-Target bei Kombination der Massnah men gemäss Fig. 3 und Fig. 4;

Fig. 7 das dabei resultierende Profil der erwähnten Metall verteilung Co/Pt (a) und, gestrichelt, das resultie rende Verteilungsprofil ohne Einsatz der erfindungsge mässen Massnahmen nach Fig. 3 und Fig. 4 sowie (b) die bei erfindungsgemässem Vorgehen resultierende Vertei lung der Koerzitivkraft;

Fig. 8 über dem Substratradius die resultierende Beschich tungsraten-Verteilung;

Fig. 9 in Aufsicht, die Magnetanordnung an einer erfindungs gemässen Magnetronquelle in bevorzugter Ausführungs form zur Realisierung sowohl umlaufender Erosionsgra ben am Target wie auch eines zentralen Erosionsprofi les in einer erfindungsgemässen Beschichtungskammer, und

Fig. 10 in einer schematischen Darstellung, eine weitere Aus führungsvariante einer Magnetanordnung nach Fig. 9.

Die Sputteremissions-Charakteristik eines gegebenen Materials ist definiert als Raumwinkel-abhängige Wahrscheinlichkeitsfunktion, die angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit in einem Sput terpunkt abgestäubtes Material in eine Raumrichtung - bezüglich der Sputterflächennormalen - von der Sputterfläche abgestäubt wird.

In Fig. 1 sind zwei materialspezifische Emissionscharakteristi ken 1a und 1b rein qualitativ dargestellt, über einem Sputter punkt P an der Sputteroberfläche 3 eines Targets 6. Dabei ist es üblich, die Emissionscharakteristiken durch einen material spezifischen Faktor n in einer (cosα)ⁿ-Funktion anzusetzen, mit α als Winkel zur Flächennormalen N gemäss Fig. 1.

Wenn im weiteren vom Emissionswinkel α₀ eines bestimmten Mate rials von einem Punkt P gemäss Fig. 1 gesprochen wird, so wird darunter derjenige Raumwinkel zur Flächennormale N verstanden, mit welchem das betrachtete Material mit grösster Wahrschein lichkeit bzw. Häufigkeit abgestäubt wird. Ist, wie z. B. gemäss Fig. 1, 1b, die Wahrscheinlichkeit über einen Winkelbereich Δ im wesentlichen konstant, dann wird α₀ als Mittenwinkel von Δ definiert.

Die vorliegende Erfindung geht grundsätzlich von der Erkenntnis aus, dass schwerere Elemente, so auch bevorzugt Metalle, mit einem grösseren Emissionswinkel α₀ abgestäubt werden als leich tere Elemente bzw. Metalle. Rückblickend auf Fig. 1 entspräche mithin die Charakteristik 1b derjenigen eines schwereren Ele mentes bzw. Metalles S, die Charakteristik 1a derjenigen eines diesbezüglich leichteren, L.

Es sei im weiteren das Elementen- bzw. Metallverhältnis V ein geführt und definiert durch den Anteil des schwereren Elementes bzw. Metalls m_s zum Anteil des leichteren, m_L, an einem be stimmten Ort.

Die eingangs erwähnten Entmischungsprobleme führen zu einer un erwünschten örtlichen Variation des Verhältnisses V entlang der beschichteten Substratoberfläche.

In Fig. 2 ist zur heuristischen Erläuterung der Entmischungs auswirkungen schematisch die Oberfläche 5 eines planen, kreis scheibenförmigen Substrates 7, koaxial in der Achse A zu einem kreisscheibenförmigen, planen Target 6 einer Magnetronquelle mit einer ebenso koaxial umlaufenden Magnetronerosionszone 9, dargestellt. Es seien folgende geometrische Grössen eingeführt:
d: Flächenabstand von Substratfläche 5 zu Targetneufläche 6 _o
r: Substratradius
R_E: Radius des Ortes maximaler Erosion E_max am Erosionsgraben 9
R_H: Radius des Ortes maximaler targetneuflächenparalleler Feld stärke H des in bekannter Art und Weise das Erosionsprofil 9 bewirkenden Magnetrontunnelfeldes 11

R_E und R_H können, wenn auch nur unwesentlich, voneinander ab weichen.

Wenn nun, wie in Fig. 2 und wie üblich, gilt:

R_E < r

bzw.

R_H < r,

so ergibt sich ein Verlauf bzw. eine Verteilung von V am Sub strat 7, wie ebenfalls in Fig. 2 rein qualitativ eingetragen. Dies resultiert grundsätzlich daraus, dass in Substratbereichen gegenüber dem Erosionsprofil 9 relativ mehr leichtes Element bzw. Metall L abgelegt wird als schwereres Element bzw. Metall S, verglichen mit Substratzonen, die radial ein- oder auswärts versetzt sind bezüglich des Erosionsgrabens 9 bzw. generell ei ner Erosionszone.

Daraus ist nun erfindungsgemäss erkennbar, dass grundsätzlich durch Festlegung bzw. Variation der relativen geometrischen An ordnung von Substrat 7 und Erosionszonen 9 am Target 6, unter Berücksichtigung mit dem Element- bzw. Metallgewicht unter schiedlicher Emissionsverteilungen bzw. Emissionswinkel α₀, die örtliche Verteilung des Element- bzw. Metallverhältnisses V an der entlang des Substrates abgelegten Schicht eingestellt wer den kann. Die erwähnte relative geometrische Anordnung ist vor erst ganz generell zu verstehen, wenn man gekrümmte Substrat flächen und/oder gekrümmte Targetflächen sowie unterschiedlich geformte Substrate, wie kreisscheibenförmige, rechteckförmige, elliptische etc. bzw. ebenso geformte Targetflächen bzw. daran realisierte Erosionsprofile berücksichtigt.

Im vorliegenden, bevorzugt interessierenden Fall kreisscheiben förmiger Substrate, weiter bevorzugt planer, sowie bei der Be schichtung mittels hierzu koaxial angeordneter kreisring- oder kreisscheibenförmiger Targets, ebenfalls bevorzugt im Neuzu stand planer, ergibt sich die erwähnte geometrische Relativ anordnung durch die Vorgabe der Grössen r, d, R_E bzw. R_H.

Im weiteren muss betont werden, dass die erläuterten Entmi schungsphänomene auch dann auftreten und sich auswirken, wenn ausgehend von einem Target aus einer Elementen-Verbindung bzw. Metallegierung der erwähnten Art durch reaktives Sputtern eine Schicht auf einem Substrat abgelegt wird, welche nun nicht mehr eine Legierung ist, sondern in einer durch den Reaktivprozess sich ergebenden Verbindung die Elemente bzw. Legierungsmetalle des Targets umfasst. Deshalb wird vorliegendenfalls V als Ele menten- bzw. Metallverhältnis und nicht als Legierungsverhält nis bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung ging - wie eingangs erwähnt - vom Be dürfnis aus, kreisscheibenförmige, plane Substrate, wie insbe sondere für magnetische oder magnetooptische Speicheranwendun gen, mit einer Legierungsschicht sputterzubeschichten, und zwar sowohl mit einer homogenen Verteilung von V wie auch mit einer gleichförmigen Schichtdickenverteilung. Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Vorgehen zur Lösung dieser Aufgabe erläutert, wobei es für den einschlägigen Fachmann ohne weiteres möglich ist, das geschilderte Vorgehen für Reaktivprozesse bzw. für die Beschichtung anders gearteter Substrate und/oder ab anders ge arteten Magnetrontargets entsprechend zu gestalten.

Es sind in Fig. 3 für die anhand von Fig. 2 bereits bezeichne ten Positionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Verglichen mit Fig. 2 sind bei der erfindungsgemässen Anordnung nach Fig. 3 die Targeterosionszonen bzw. der umlaufende Erosionsgraben 9 bezüglich des Randbereiches des Substrates 7 radial zur Achse A nach aussen versetzt. Es ergibt sich

R_E < r bzw. R_H < r (1)

dabei insbesondere

R_E ≧ 1,2r bzw. R_H ≧ 1,2r.

Dadurch wird, mit Blick auf Fig. 2, erfindungsgemäss ein Be reich E_I für die Substratbeschichtung ausgenützt, bei konstant betrachteten R_E bzw. R_H und d.

Grundsätzlich wird durch Nachaussenversetzen der Magnetronero sionszonen 9 bezüglich einem Substratrandbereich das Verhältnis V an der Substratbeschichtung in diesem Randbereich angehoben: Es steigt der Anteil abgelegten schweren Elementes bzw. Metal les S bezüglich des abgelegten Anteils leichten Elementes bzw. Metalles L.

In Fig. 4 ist in analoger Darstellung wie Fig. 2 und 3 eine weitere, für sich erfindungsgemässe Massnahme dargestellt. Dem nach wird das Target 6 in seinem Zentralbereich - wie mit dem Erosionsprofil 9' dargestellt - erodiert. In Funktion des Win kels α bezüglich der Achse A wird das Verhältnis V gegen das Substratzentrum hin, also bei sich verringerndem Substratradius r, dadurch abgesenkt, dass zunehmend weniger schweres Element bzw. Metall S abgelegt wird.

Es stehen mithin insbesondere zwei Massnahmen gemäss den Fig. 3 und 4 zur Verfügung. Werden sie wie erfindungsgemäss besonders bevorzugt kombiniert, so ergibt sich durch Vorgehen nach Fig. 3 gegen den Randbereich des Substrates 7 hin ein Anheben des Ver hältnisses V und durch Vorgehen nach Fig. 4 gegen dessen Zent rum hin ein Absenken dieses Verhältnisses V. Zudem ergibt sich durch diese Kombination eine Homogenisierung der Schichtdicken verteilung am Substrat.

Vorgehen nach Fig. 4 bedingt aber das Vorsehen eines Targets ohne Zentrumsloch und die Realisation einer Elektronenfalle im Targetzentrumsbereich mit Hilfe eines hierfür ausgelegten Ma gnetron-Magnetfeldes, was durchaus unüblich ist. Darauf wird noch zurückzukommen sein.

Für plane, kreisscheibenförmige Substrate und, hierzu koaxial angeordnet, ebensolche Targets werden für eine Homogenisierung des Verhältnisses V - insbesondere für Elemente, dabei insbe sondere Metalle, deren Gewicht sich mindestens genähert wie dasjenige von Co und Pt verhält - insbesondere für das Be schichten mit einer CoPt- oder einer TbFeCo-Legierung, insbe sondere für magnetische oder magnetooptische Speicheranwendun gen, folgende Dimensionierungen angeraten:

- 1,2r ≦ R_E ≦ 5r,
- bevorzugt 1,2r ≦ R_E ≦ 2r,
- bzw. 1,2r ≦ R_H ≦ 5r (1a)
- bevorzugt 1,2r ≦ R_H ≦ 2r
- bzw. r/2 ≦ d ≦ 3r
- bevorzugt r/2 ≦ d ≦ 2r.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 und eine Ausführungsform kom biniert nach Fig. 3 und Fig. 4 ergibt vorerst eine Anordnung, bei der entweder ein einziger Erosionsgraben 9 oder ein Erosi onsgraben 9 und ein zentrales Erosionsprofil 9' zur Wirkung kommen. Sollen nun aber ausgedehntere Substrate beschichtet werden, so ergibt sich - insbesondere auch aufgrund der Forde rung nach einer homogenen Schichtdickenverteilung - gegebenen falls die Notwendigkeit, am Target mehr als einen umlaufenden Erosionsgraben 9 vorzusehen, gegebenenfalls zusätzlich mit ei nem zentralen Erosionsprofil 9'. Ein solches Vorgehen ist, wie derum schematisch, in Fig. 5 dargestellt. Daraus ist nun insbe sondere ersichtlich, dass bezüglich der Anordnung des radial zuäusserst gelegenen Erosionsgrabens 9a nicht mehr, wie bis an hin betrachtet, die Radienverhältnisse einerseits des Substra tes 7, r, und des Erosionsgraben-Maximums R_E bzw. des Magnet feld-Maximums R_H wesentlich sind, sondern aufgrund der Emissi onswinkelrelevanz das Verhältnis des Überhanges ΔR_E bzw. ΔR_H über die Peripherie des Substrates 7, bezogen auf den Sub strat/Targetneuflächen-Abstand d. Es gilt mithin

ΔR_E = R_e - r bzw.

ΔR_H = R_H - r.

In diesem Fall wird folgende Dimensionierung angeraten:

0,33d ≦ ΔR_E ≦ 4d

vorzugsweise 0,33d ≦ ΔR_E ≦ 2d

bzw. 0,33d ≦ ΔR_H ≦ 4d (1b)

vorzugsweise 0,33d ≦ ΔR_H ≦ 2d.

Diese Bedingungen ergeben sich aus den Vorerwähnten (1a).

Im weiteren wird insbesondere mit Blick auf die zu erzielende, möglichst homogene Schichtdickenverteilung angeraten, den Ab stand Δρ_H bzw. Δρ_E von Erosionsmaxima bzw. maximalen Target neuflächen-parallelen Tunnelfeldkomponenten womöglich nicht grösser als

Δρ_E ≦ 2d (2a)

zu wählen, bzw.

Δρ_H ≦ 2d,

wobei sich bereits eine gute Schichtdicken-Verteilung bzw. -Ho mogenität ergibt bei Einhalt von

d ≦ Δρ_E bzw.

d ≦ Δρ_H,

was mithin zu einem bevorzugt angeratenen Bereich führt von:

d ≦ Δρ_E ≦ 2d bzw.

d ≦ Δρ_H ≦ 2d. (2b)

Im weiteren sollte gelten:

2r < Δρ_E < r

bzw. 2r < Δρ_H < r.

Bei Kombination der Vorgehen nach Fig. 3 und 4 und mit folgen der Dimensionierung:

- R_E ≅ 65 mm
- Zentrumserosionsprofil 9'
- r = 47,5 mm
- d = 42 mm

ergab sich bei Sputterbeschichten des Substrates mit einer CoPt-Legierung mit einer noch zu beschreibenden Magnetronanord nung das in

Fig.

6 dargestellte Erosionsprofil am Target, aus welchem sowohl der umlaufende Erosionsgraben

9

wie auch das glockenförmige, zentrale Erosionsprofil

9

' deutlich erkenntlich sind. Die V-Verteilung am Target war konstant.

Es ergab sich weiter das in Fig. 7 dargestellte V-Profil (a). In Fig. 7 ist im weiteren, gestrichelt, das V-Profil über dem Substratradius r eingetragen, das dann resultiert, wenn an der identischen Anordnung kein zentrales Erosionsprofil 9' nach Fig. 4 realisiert wird. Daraus ist nun ohne weiteres ersicht lich einerseits die überraschend grosse Wirkung des erfindungs gemässen Vorgehens nach Fig. 4 sowie, mit Blick auf Fig. 2, die Wesentlichkeit für die Beschichtung des Substrates 7, den Be reich mit r < R_E bzw. r < R_H auszunützen.

In Fig. 8 ist die resultierende Beschichtungsratenverteilung dargestellt.

Wie erwähnt ist es unüblich, bei Magnetronquellen im Target zentrum eine Elektronenfalle zu bilden. In Fig. 9 ist, in Auf sicht, eine erfindungsgemässe Magnetanordnung der erfindungsge mässen Magnetronquelle dargestellt. Sie umfasst auf einer Trä gerplatte 10 einen äusseren Magnetkranz 12 sowie einen inneren 14. Der äussere Magnetkranz 12 ist in Richtung der Achse A in einer Richtung polarisiert, während der innere Magnetkranz 14 diesbezüglich in umgekehrter Richtung polarisiert ist, wie dies in Fig. 8 angedeutet ist. Es ergeben sich, in Aufsicht, gemäss Fig. 8 die tunnelförmig über dem Target verlaufenden Magnetfel der H₉, was durch die Wirkung der Trägerplatte 10, aus magneti sierbarem Material als magnetischer Kurzschluss, verstärkt wird.

Zur Realisierung einer targetzentralen Elektronenfalle zur Er zeugung des auch in Fig. 6 angedeuteten Erosionsprofiles 9' ist der innere Magnetkranz 14, welcher an sich um die Achse A herum läuft, so nierenförmig eingebuchtet, dass die Achse A ausser halb der vom Magnetkranz 14 umschlossenen Fläche zu liegen kommt. Der äussere Magnetkranz 12 seinerseits weist eine bis in den Bereich der Achse A einwärts laufende Speiche 16 auf. Das resultierende Magnetfeld H₉' im Zentrumsbereich ist ebenfalls eingetragen.

Berücksichtigt man nun weiter, dass die in Fig. 8 dargestellte Magnetanordnung, bevorzugt realisiert mit Permanentmagneten, wie mit ω dargestellt, getrieben um die Achse A unter dem sta tionären Target umläuft, so ist ersichtlich, dass einerseits zwischen den im wesentlichen koaxial umlaufenden Bereichen der beiden Magnetkränze 12 und 14 das den Erosionsgraben 9 erzeu gende Elektronenfallen-Tunnelfeld generiert wird und, am nie renförmig eingebuchteten Bereich des inneren Magnetkranzes 14 und der Speiche 16 des äusseren, ein zentrales Feld, das ein zentrales Erosionsprofil 9' im wesentlichen glockenförmig er zeugt.

Dabei ist zu bemerken, dass dadurch, dass die Speiche 16 nicht über die Achse A hinaus geführt ist, der in Fig. 9 mit M be zeichnete innerste Magnetpol der Speiche bezüglich der Achse A leicht exzentrisch um die Achse A umläuft, was vorteilhaft dazu führt, dass auch das Zentrum des Targets massgeblich erodiert wird. Wie in Fig. 10 schematisch dargestellt, ist es durchaus möglich, erfindungsgemäss mit einem ersten und zweiten Magnet kranz 12' und 14' das Magnetfeld für den Erosionsgraben 9 zu realisieren, durch einen Magnetkranz 14" und eine zentrale Magnetanordnung 12" das Magnetronfeld zur Erzeugung des zentralen Erosionsprofiles 9'. Auch in diesem Fall wird das zentrale Mag net 12" bezüglich der Achse A leicht exzentrisch angeordnet.

Mit dem erfindungsgemässen Vorgehen, d. h. dem erfindungsgemäs sen Verfahren und/oder Einsatz einer erfindungsgemässen Magnetronquelle bzw. mit der erfindungsgemässen Magnetronsput terkammer, wird es möglich, aus einem Target, bestehend aus ei ner Legierung zweier oder mehrerer ungleich schwerer Metalle, ein Substrat so zu beschichten, dass die Flächenverteilung der abgelegten Legierungsmetalle einer erwünschten Verteilung folgt, insbesondere konstant ist. Dies sowohl bei Reaktivpro zessen wie auch insbesondere bei nicht reaktiven Prozessen, bei denen eine Metalllegierungsschicht abgelegt wird. Dies ist be sonders vorteilhaft bei der Fertigung von magnetischen oder magnetooptischen Speicherscheiben, bei welchen die Koerzi tivkraft der abgelegten Legierungsschicht in Funktion der Le gierungszusammensetzung V variiert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Substraten, beschichtet mit einer mindestens zwei unterschiedlich schwere Elemente (L, S) umfassenden Schicht durch Magnetronsputtern eines Targets (6) aus einer Verbindung der mindestens zwei Elemente, dadurch ge kennzeichnet, dass die lokale Verteilung des Verhältnisses (V) der Targetlegierungselemente an der Schicht durch Wahl der ge genseitigen geometrischen Anordnung (R_E, R_H, r, d) vom Elektro nenfallen-bildenden Magnetron-Magnetfeld (H) und Substrat (7) an eine vorgegebene, lokale Verteilung besagten Verhältnisses (V) mindestens angenähert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Elemente Metalle sind, die Verbindung eine Legierung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (V) von schwerem Element (S) zu leichtem (L) an einem Bereich des Substrates dadurch angehoben wird, dass bezüglich einer Flächennormalen (N, A) auf diesem Bereich das Magnetfeld (H) und das dadurch erzeugte Erosionsprofil (9) am Target (6) lateral verschoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verhältnis (V) von schwerem Element zu leichtem an einem Bereich des Substrates (7) dadurch abgesenkt wird, dass, bezüglich einer Flächennormalen (N, A) auf diesen Bereich, das Magnetfeld (H) und das dadurch erzeugte Erosions profil (9') am Target (6) gegen den Bereich geschoben wird, in welchem die Normale (A) die Sputterneufläche (6 _o) des Targets (6) durchstösst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch ge kennzeichnet, dass durch Vorsehen eines ersten Magnetfeldes (H₉) in einem ersten Substratbereich das Verhältnis (V) angehoben und durch Vorsehen eines zweiten Magnetfeldes (H₉') in ei nem weiteren Substratbereich abgesenkt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 an einem im we sentlichen planen, kreis- oder kreisringförmigen Substrat mit einem kreisring- oder kreisscheibenförmigen, zum Substrat ko axialen Magnetrontarget, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetron-Magnetfeld, das ringförmig über der Targetsputterflä che vorgesehen wird, das eine maximale Feldkomponente (H_max) pa rallel zur Targetneufläche im wesentlich entlang eines koaxia len Kreises aufweist, und der Kreisradius R_H grösser, vorzugs weise wesentlich grösser gewählt wird als der Substratradius r.

7. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass am Target ein koaxial umlaufender Erosions graben erzeugt wird, dessen grösste Tiefe im wesentlichen auf einer koaxialen Kreisbahn liegt, deren Radius R_E grösser, vor zugsweise wesentlich grösser gewählt wird als der Substratradi us r.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, dass für R_E und/oder R_H gilt:
1,2r ≦ (R_E, R_H) ≦ 5r
vorzugsweise 1,2r ≦ (R_E, R_H) ≦ 2r.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 an einem pla nen, kreis- oder kreisringförmigen Substrat mit einem kreis scheibenförmigen, zum Substrat koaxialen Magnetrontarget, da durch gekennzeichnet, dass im Stossbereich der Substrat- und Targetachse (A) am Target (6) ein Erosionsprofil (9') erzeugt wird, vorzugsweise im wesentlichen glockenförmig, und dass wei ter bevorzugt der Abstand d zwischen Targetneufläche (6 _o) und zu beschichtender Substratfläche bezüglich des Radius r des Substrates wie folgt gewählt wird:

r/2 ≦ d ≦ 3r
vorzugsweise r/2 ≦ d ≦ 2r.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 an einem pla nen, kreis- oder kreisringförmigen Substrat mit einem kreis ring- oder kreisscheibenförmigen, zum Substrat koaxialen Magnetrontarget, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich dem Ab stand d der zu beschichtenden Substratfläche und der Target neufläche (6 _o) sowie einem Überhang ΔR_E desjenigen Targetberei ches, worin die grösste Tiefe eines koaxial umlaufenden Erosi onsgrabens (9) gebildet wird, folgendes erstellt wird:
0,33d ≦ ΔR_E ≦ 4d
vorzugsweise 0,33d ≦ ΔR_E ≦ 2d.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 an einem pla nen, kreis- oder kreisringförmigen Substrat mit einem kreis ring- oder kreisscheibenförmigen, zum Substrat koaxialen Magnetrontarget, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ab stand d der zu beschichtenden Substratfläche und der Target neufläche einerseits und dem Überhang ΔR_H eines kreisförmigen, koaxialen Ortes maximaler Targetneuflächen-paraller Magnetfeld stärke (H_max) folgendes erstellt wird:
0,33d ≦ ΔR_H ≦ 4d
vorzugsweise 0,33d ≦ ΔR_H ≦ 2d.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass am Target mindestens zwei koaxiale Erosions profile erzeugt werden, mit einem radialen Abstand Δρ_E ihrer Örter grösster Erosionstiefe, wobei dieser, bezüglich des Ab standes d zwischen zu beschichtender Substratfläche und Target neufläche, eingestellt wird nach:

Δρ_E ≦ 2d, bevorzugt
d ≦ Δρ_E ≦ 2d.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass am Target mindestens zwei koaxiale Magnetrontunnelfelder erzeugt werden, mit einem radialen Ab stand Δρ_H der Örter maximaler Targetneuflächen-paralleler Feld stärke (H_max), wobei dieser, bezüglich des Abstandes d zwischen zu beschichtender Substratfläche und Targetneufläche, einge stellt wird nach:
Δρ_H ≦ 2d, bevorzugt
d ≦ Δρ_H ≦ 2d.

14. Verfahren zur Erzeugung eines im wesentlichen zentrischen Erosionsprofiles (9') an einem Magnetrontarget, dadurch gekenn zeichnet, dass man im Zentrum des Targets (A) ein tunnelförmi ges Magnetfeld (H₉') über der Targetsputterfläche erzeugt, wor an die Magnetfeldlinien einerseits entlang einer um das Zentrum (A) umlaufenden Targetflächenzone aus- bzw. eintreten und un mittelbar im Bereich des Zentrums A, jedoch diesbezüglich ver setzt in die Sputterfläche ein- bzw. daraus austreten, und man das Magnetfeld bezüglich der Targetsputterfläche um das Zentrum (A) dreht (ω).

15. Magnetronquelle mit einem Target (6) und einer auf der Targetrückseite vorgesehenen, um eine zur Targetneufläche senk rechte Achse (A) getrieben beweglichen Magnetanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung mindestens einen sich mindestens in einem Sektor um die Achse erstreckenden Magnet kranz (14, 14") umfasst sowie im Drehachsenbereich (A), diesbe züglich radial versetzt, ein Magnet (M, 12").

16. Magnetronquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkranz (14) sich nierenförmig um die Drehachse (A) erstreckt, diese nicht umschliessend, und bezüglich dieses Magnetkranzes (14), radial aussenliegend, mindestens ein weite rer Magnetkranz (12) vorgesehen ist, der die Drehachse (A) um schliesst, wobei das Magnet (M, 12") durch ein endständiges Magnet (M) einer vom weiteren Magnetkranz (12) radial in die nierenförmige Einbuchtung des ersterwähnten Magnetkranzes (14) einspringenden, speichenartigen Magnetanordnung (16) gebildet ist.

17. Sputterbeschichtungskammer mit einer Magnetronquelle mit kreisscheiben- oder kreisringförmigem, planem Target (6) sowie einer Substrathalterung zur Aufnahme eines kreisring- oder kreisscheibenförmigen Substrates (7), koaxial (A) zum Target (6) und diesbezüglich beabstandet, wobei die Magnetronquelle mindestens ein koaxiales, um die Achse umlaufendes Magnetron feld (H₉) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass für den radia len Abstand R_H des im wesentlichen kreisförmigen Ortes maxima ler Targetneuflächen-paraller Feldstärke (H_max) und den Sub stratradius r gilt:
1,2r ≦ R_H ≦ 5r
vorzugsweise 1,2r ≦ R_H ≦ 2r.

18. Sputterbeschichtungskammer nach dem Oberbegriff von An spruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für den Radius R_E eines Ortes maximaler Erosionstiefe (E_max) eines im wesentlichen ko axialen Erosionsgrabens (9) und den Radius r des Substrates gilt:
1,2r ≦ R_E ≦ 5r
vorzugsweise 1,2r ≦ R_E ≦ 2r.

19. Sputterbeschichtungskammer nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des Substratradius r und des Abstandes d zwischen zu beschichtender Substratfläche und Targetneufläche gilt:
r/2 ≦ d ≦ 3r
vorzugsweise r/2 ≦ d ≦ 2r.

20. Sputterbeschichtungsquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für den Überhang ΔR_E des Radi us R_E eines koaxial um die Achse (A) umlaufenden Ortes grösster Erosionstiefe (E_max) am Target über dem Substratradius r und be züglich des Abstandes d von Targetneuflächen zu zu beschichten der Substratfläche gilt:
0,33d ≦ ΔR_E ≦ 4d
vorzugsweise 0,33d ≦ ΔR_E ≦ 2d.

21. Sputterbeschichtungskammer nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass für den Überhang ΔR_H des Radi us R_H eines koaxial um die Achse (A) umlaufenden Ortes maxima ler Targetneuflächen-paralleler Magnetfeldstärke (H_max) über den Substratradius, r, bezüglich des Abstandes d zwischen zu be schichtender Substratfläche und Targetneufläche gilt:
0,33d ≦ ΔR_H ≦ 4d
vorzugsweise 0,33d ≦ ΔR_H ≦ 2d.

22. Sputterbeschichtungskammer nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zur Achse am Target mindestens zwei Erosionszonen (9, 9a, 9') vorgesehen sind, und dass für den radialen Abstand Δρ_E der Örter maximaler Erosion (E_max), bezüglich des Abstandes d zwischen zu beschichtender Substratfläche und Targetneufläche, gilt:
Δρ_E ≦ 2d, bevorzugterweise gilt
d ≦ Δρ_E ≦ 2d.

23. Sputterbeschichtungskammer nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetronquelle über dem Target mindestens zwei koaxiale, radial beabstandete Tunnelfel der erzeugt, und dass für die Örter maximaler Feldstärke paral lel zur Targetneufläche und den Abstand d zwischen zu beschich tender Substratfläche und Targetneufläche gilt:
Δρ_H ≦ 2d, vorzugsweise
d ≦ Δρ_H ≦ 2d.

24. Sputterbeschichtungskammer nach einem der Ansprüche 16 bis 23 mit einer Magnetronquelle nach einem der Ansprüche 15 oder 16.

25. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder des Verfahrens nach Anspruch 14 und/oder der Magne tronquelle nach einem der Ansprüche 15 oder 16 und/oder der Sputterbeschichtungskammer nach einem der Ansprüche 17 bis 24 für das Ablegen mindestens einer Speicherschicht an magneto optischen Speichersubstraten.

26. Verwendung nach dem Oberbegriff von Anspruch 25 für das Substratbeschichten mit einer PtCo, TbFeCo oder GdFeCo mindes tens enthaltenden Legierungsschicht.