DE102006016872A1

DE102006016872A1 - Ein Magnetron-Sputtern-Target mit der Funktion der In-Situ-Reinigung

Info

Publication number: DE102006016872A1
Application number: DE102006016872A
Authority: DE
Inventors: Yang Liu
Original assignee: Beijing Powertech Co Ltd
Current assignee: Beijing Powertech Co Ltd
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2006-10-12
Also published as: CN100537833C; CN1844448A; US20060225997A1

Abstract

In dieser Erfindung werden ein Magnetron-Sputtern-Target und dessen Verfahren offenbart, mit denen das Target in situ gereinigt wird, auch die Verunreinigung wird beim Reinigungsprozess vermieden. Das Magnetron-Sputtern-Target kann sich um die Zentralachse drehen. Durch Kontrolle des inneren Magnetfeldes können zwei Sputterbahnen gebildet werden. Im Teilraum werden eine Reinigungsanode und ein Gasdosierungssystem aufgebaut. Edelgase können in den Teilraum eingeführt werden. Die Hauptstromversorgung, die an das Target und die Hauptanode angeschlossen ist, steht für Beschichtung zur Verfügung. Die Hilfsstromversorgung, die mit dem Target und der Reinigungsanode im Teilraum verbunden ist, wird zur Reinigung der Targetoberfläche bedient. Weil das Target sich ständig dreht und die relativen Orientierungen der beiden Sputterbahnen inzwischen unverändert bleiben, wird eine stetige in situ-Reinigung der ganzen Targetoberfläche realisiert. Ein stabiler Sputterzustand des Targets wird auch erreicht. Die Abscheidungsrate der Verbindungsschicht auf dem Werkstück kann erhöht werden. Die Reproduzierbarkeit der Technologie kann grundsätzlich bewahrt werden. Die Erfindung ist dafür geeignet, das Target durch Sputterätzen zu reinigen, ohne die Verunreinigung des Werkstücks und die Kreuzverunreinigung zwischen Targets zu verursachen.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung gehoert zum Technikbereich der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), darunter sind das Sputtern, besonders die Magnetronsputteranlagen und dessen Verfahren detailliert zu verstehen.

Im Prozess der Reaktivsputterbeschichtung wird die Verbindungsschicht aus Reaktivgasen auf dem Target gebildet, dadurch wird der richtige Einsatzzustand des Targets geaendert, insbesondere wird eine Vergiftung des Targets verursacht. Ausserdem kommt es waehrend der Vorsputterreinigung des Targets zu einer Verunreinigung des zu beschichtenden Werkstuecks, im Fall der Multitargets auch zu einer Kreuzverunreinigung zwischen den Targets. Somit stehen die Forschung, Entwicklung und Produzierung der Sputterbeschichtung vor einer Reihe von Problemen, bis heute ist keine einfache und effektive Loesung gefunden.

In der US 4981550 wurde ein Verfahren zur Herstellung des metallischen Halbleiterstromkreises veroeffentlicht. Dabei wird ein Fenster in die Kontaktmaterialien durch Plasma geaetzt. Waehrend des Sputteraetzens wird die Pufferschicht durch Sputtern mit Edelgas (z.B. Argongas) gereinigt. In der US 5419822 wurde eine Methode zur Abscheidung einer ultraduennen Schicht auf einem Substrat veroeffentlicht. Dabei werden zuerst Siliciumdioxidschichten auf dem Siliciumsubstrat abgeschieden, dann wird das Substrat auf dem Substrathalter in der Beschichtungskammer befestigt. Danach wird es mit Argongasionen geaetzt und gleichzeitig mit Ti abgeschieden. Daher wird die Zusatzschicht waehrend des Reinigungsprozesses aufgetragen. In den beiden Patenten werden die Methoden ueber Sputterreinigung des zu beschichtenden Substrats dargestellt, aber die Probleme mit der Reinigung des Targets werden nicht erwaehnt.

In der US 5772858 wurden ein Magnetronsputterverfahren und -anlage zur Reinigung vom Plattentarget veroeffentlicht. Dabei werden die Sputterteilchen von der Targetoberflaeche abgesputtert, und die Targetoberflaeche wird gleichmaessig geaetzt. In der Beschichtungskammer werden elektromagnetische Bestandteile, Sputtergeraet, DC- und RF-Stromversorgungen und Schalter fuer Stromversorgungen zum Sputtern oder zur Reinigung eingebaut. Beim Sputterprozess wird zuerst eine Schicht auf dem Substrat dadurch aufgetragen, dass eine DC-Spannung an den Targets zwischen Magnetpolen angelegt wird. Dann wird das beschichtete Substrat aus der Beschichtungskammer herausgenommen. Danach wird der Substrathalter mit einer Bedeckung vom Target getrennt. Ein Plasma wird durch RF-Stromversorgung gezuendet, und die vorher auf dem Target aufgetragenen Sputterteilchen werden beseitigt. In diesem Patent wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem das Beschichtungsverfahren und Targetreinigungsverfahren getrennt nacheinander ausgefuehrt werden. Der Entwurf der Stromversorgungen wurde ausgegeben.

In den US 2004/0163943 und US 2005/0051422 wurde ein rotierendes zylindrisches Magnetrontarget veroeffentlicht. Mittels der in den letzten Jahren weit angewendeten neuen Technik wird die Targetoberflaeche durch Drehung von einer einzigen Sputterbahn sputternd gerastert. Sputterbeschichtung kann unter hoher Spannung und grossem Strom ausgefuehrt werden. Durch Erhoehung der Magnetfelddichte an den beiden Seiten des Targets kann das Sputtern verstaerkt werden und zu den beiden Seiten verbreitet werden. Somit koennen die Probleme beim normalen Magnetronsputtern, mit welchem die beiden Seiten des Targets nicht gesputtert werden koennen, geloest werden. Die langzeitige Abscheidung der Teilchen auf beiden Seiten kann effektiv verringert werden. Die Bogenentladung kann auch dadurch vermieden werden. Dies ist die vom Entdecker genannte „Selbstreinigung", durch die eine gleichmaessige und reine Schicht abgeschieden werden kann. Im Patent werden Massnahmen zur Verbessung der elektrischen Leitfaehigkeit und der Erkuehlungsmethode eingesetzt, um das Sputtern der beiden Targetseiten mit grosser Leistung zu ermoeglichen. Aber die Nachteile des Patents liegen darin, dass die Targetoberflaeche immer in Reaktivgasen blossgestellt wird.

Nur ein kleiner Teil der Targetoberflaeche, die von der Sputterbahn gerichtet wird, wird waehrend des Sputterrasterns abgesputtert, die sonstigen Teile werden nicht gleichzeitig gesputtert. Dies fuehrt zu einer schnellen Vergiftung und Verunreinigung der Targetoberflaeche. Daher kann eine gute Ruecksicht sowohl auf die Sputterbeschichtung als auch auf die Aetzreinigung genommen werden.

In der TW 510924 wurden ein Sputtertarget und dessen Reinigungsverfahren veroeffentlicht. In dem Verfahren sind die folgenden Schritte enthalten: Zuerst wird das Target vom ersten Reaktivgas gesputtert. Danach wird das Target vom zweiten Reaktivgas zur Reinigung gesputtert. Die kinetische Energie, die Atomgroesse und das Atomgewicht des ersten Reaktivgases sind groesser als des zweiten Reaktivgases. In diesem Patent wird eigentlich das Verfahren der Targetreinigung in unterschiedlichen Schritten erwaehnt. Das Sputtern und die Reinigung werden nicht gleichzeitig ausgefuehrt.

Offenbarung der Erfindung

Um die vorgenannten Probleme zu loesen, werden in dieser Erfindung eine Magnetron-Sputtern-Target mit der Funktion der In-Situ-Reinigung und ein Verfahren zur Vermeidung der Verunreinigung waehrend der Vorsputterreinigung vorgestellt.

Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, sind in dieser Erfindung die folgenden Massnahmen durchzufuehren: Das Target kann sich um die Zentralachse drehen. Ein Teil der kreisfoermigen Zone, an dem das rotierende Target vorbeilaeuft, bildet mit Abschirmungswaenden einen Teilraum, der mit Edelgas gefuellt werden kann. Waehrend des Beschichtungsprozesses koennen sich die unterschiedlichen Teile des Targets periodisch in den Teilraum eindrehen und durch Edelgasionen sputternd gereinigt werden. Somit kann die Bildung der Verbindungsschicht ueber dem Target stabil kontrolliert werden, und die Vergiftung des Targets kann auch vermieden werden.

Detail: Das Target, das in zylindrischer (scheiben-, oder ringfoermiger) Form vorliegt, kann sich um die Zentralachse drehen. Wenn das Target in zylindrischer Form vorliegt, werden zwei axiale streifenfoermige Sputterbahnen mit grundsaetzlich festen Emissionsrichtungen ausserhalb der zylindrischen Oberflaeche des Targets gebildet. Die erste Sputterbahn ist im Faecherraumwinkel nach der Beschichtungskammer gerichtet. Dabei wird die Sputterbeschichtung durch die von der Hauptstromversorgung angeregte Glimmentladung ausgefuehrt. Die zweite Sputterbahn befindet sich hinter oder neben der ersten Sputterbahn. Wenn das Target in scheiben- oder ringfoermiger Form vorliegt, werden zwei Sputterbahnen mit festen Emissionsplaetzen ueber der Targetoberflaeche durch Kontrolle des inneren Magnetfeldes gebildet. Davon befindet sich die erste Sputterbahn in einer faecherfoermigen Zone, die sich an das zu beschichtende Werkstueck in der Beschichtungskammer richtet. Die zweite Sputterbahn befindet sich in einer anderen faecherfoermigen Zone. Eine Sputterreinigung wird durch die von einer Hilfsstromversorgung angeregte Glimmentladung ausgefuehrt. Die Abfaelle koennen in einem von Abschirmungswaenden gebildeten Teilraum verschlossen werden. Ein Teil der kreisfoermigen Zone, an dem das rotierende Target vorbeilaeuft, bildet mit Abschirmungswaenden den Teilraum, der mit Edelgas gefuellt werden kann. Im Teilraum werden eine Reinigungsanode und ein Gasdosierungssystem eingebaut. Mit dem eingefuellten Edelgas liegt der Gasdruck im Teilraum ein bisschen hoeher als (oder gleich wie) der Gasdruck im Beschichtungsraum. Die Hauptstromversorgung (DC, Puls-, oder RF-Stromversorgung) fuer Sputtern ist zwischen dem Target und der Hauptanode (normalerweise die Metallwaende der Beschichtungskammer) verbunden, oder eine AC-Stromversorgung fuer Sputtern wird mit zwei Targets eingeschlossen. Eine Glimmentladung wird dadurch in der Richtung der ersten Sputterbahn gezuendet, die Sputterbeschichtung wird somit in Betrieb genommen. Die Hilfsstromversorgung fuer die Reinigung ist mit dem Target und der Reinigungsanode im Teilraum verbunden. Eine Glimmentladung wird in der Richtung der zweiten Sputterbahn angeregt, und die Targetoberflaeche wird somit gereinigt. Die vorgenannte Haupt- und Hilfsstromversorgung koennen getrennt oder vereint als eine Einzelstromversorgung aufgebaut werden.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren mit einem Magnetron-Sputtern-Target mit folgenden Funktionen der In-Situ-Reinigung: Waehrend des Beschichtungsprozesses koennen sich die unterschiedlichen Teile des Targets periodisch in den Teilraum eindrehen und durch Edelgasionen gereinigt werden. So kann die Bildung der Verbindungsschicht ueber dem Target stabil kontrolliert werden, und die Vergiftung des Targets kann somit vermieden werden. Waehrend das Target mit Hilfe der Glimmentladung an der ersten Sputterbahn reaktiv gesputtert wird, wird das Target durch die Glimmentladung an der zweiten Sputterbahn in gewissem Grad mit Edelgasionen gereinigt. Weil das Target staendig rotiert, und die relativen Orientierungen der zwei Sputterbahnen inzwischen unveraendert bleiben, wird eine stetige In-Situ-Reinigung der ganzen Targetoberflaeche realisiert. Durch Drehung wird die im Beschichtungsraum entstandene Verbindungsschicht teilweise oder voellig im Teilraum durch die Edelgasionen, die in der Glimmentladung an der zweiten Sputterbahn hergestellt werden, sputternd gereinigt. Wenn sich dieser Teil vom Target wieder in den Beschichtungsraum eindreht, wird die Targetoberflaeche teilweise oder voellig zum Metallzustand umgewandelt. Durch einen solchen Kreislauf laesst sich eine stetige In-Situ-Reinigung des Targets realisieren. Selbst wenn die Konzentration des Reaktivgases im Beschichtungsraum relativ hoch ist, kann das Sputtern des Targets langzeitig relativ stabil bleiben. Ein langzeitiges dynamisches Gleichgewicht zwischen Bildung und Beseitigung der Verbindungsschicht auf dem Target kann im technologisch erforderlichen Ausmass erreicht werden. Die Targetvergiftung kann somit vermieden werden, die Abscheidungsrate der Verbindungsschicht ueber dem Werkstueck laesst sich erhoehen, und eine stetige Stabilitaet der Technologie laesst sich aufrechterhalten.

Die Auswirkung der Erfindung liegt auf der Hand: Durch Experimente ist es festzustellen, dass das rotierende zylindrische Target, das mit zwei streifenfoermigen Sputterbahnen ausgestattet wird, ueber die Funktion der stetigen In-Situ-Reinigung verfuegt. Das heisst, waehrend ein Teil der zylindrischen Targetoberflaeche zur Beschichtung abgesputtert wird, wird ein anderer Teil durch Ionenaetzen gereinigt. Der Sputterzustand der Targets kann selbst unter hoeherer Konzentration des Reaktivgases stabil bleiben. Die Abscheidungsrate der Verbindungsschicht auf dem Werkstueck kann auch erhoeht werden. Die Reproduzierbarkeit der Technologie kann grundsaetzlich aufrechterhalten werden. Durch Einschalten der Hilfsstromversorgung fuer Reinigung und durch Einfuehrung des Edelgases in den Teilraum kann das Target beim Vorsputterprozess gereinigt werden. Somit koennen sowohl die Verunreinigung der Werkstueckoberflaeche als auch die Kreuzverunreinigung zwischen verschiedenen Targets grundsaetzlich vermieden werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bild 1.1–1.4 Schema der streifenfoermigen Sputterbahnen ueber der rohrfoermigen Targetoberflaeche und Schema des Magnetfeldes innerhalb des Targets;

Bild 2.1–2.2 Schema der Reinigung des Targets durch die Sputterbahn 2 im von Abschirmungswaenden geschlossenen Teilraum;

Bild 3.1–3.2 Schema des geschlossenen Teilraums;

Bild 4. Schema der Axiallaenge der beiden Sputterbahnen (in gleicher Laenge oder die zweite Sputterbahn ein bisschen laenger);

Bild 5.1 Schema des selbstaendigen Aufbaus der Hauptstromversorgung fuer Sputtern und der Hilfsstromversorgung fuer die Reinigung;

Bild 5.2 Schema des selbstaendigen Aufbaus der Hauptstromversorgung (Bipuls-AC-Stromversorgung) fuer Sputtern und der Hilfsstromversorgung fuer die Reinigung;

Bild 6. Schema der vereinigten Stromversorgung aus der Haupt- und Hilfsstromversorgung;

Bild 7. Schema eines Kreislaufs der In-Situ-Reinigung vom Target;

Bild 8.1–8.2 Schema des gemeinsamen Einsatzes der Hauptanode fuer beide Sputterbahnen und Schema des von einer Hauptstromversorgung angeregten Sputterns. Bild 8.1 zeigt den Anschluss der Reinigungsanode 5 mit der Hauptanode (Metallwand der Beschichtungskammer). Bild 8.2 zeigt den Einsatz eines Teils von der vereinbaren Hauptanode im Teilraum;

Bild 9. Schema der Sputterreinigung des Targets im Teilraum durch die von der Hilfsstromversorgung angeregten Reinigungsanode und Edelgasionen;

Bild 10.1–10.2 Schema der In-Situ-Reinigung des scheiben- oder ringfoermigen Targets;

Bild 11. Schema der geschlossenen Kontrolle fuer die Leistung der Hauptstromversorgung, die Leistung der Hilfsstromversorgung, sowie die Durchflussmenge des Reaktivgases aufgrund der Rueckkopplung der In-Situ-Spektrumsmessung;

Bild 12. Schema der Vermeidung der Verunreinigung von der Werkstueckoberflaeche und der Kreuzverunreinigung zwischen Targets bei dem Einsatz der Hilfsstromversorgung, der Fuellung mit dem Edelgas, und der Reinigung des drehenden Targets im Teilraum;

1: erste Sputterbahn
2: zweite Sputterbahn
3: Beschichtungsraum in der Sputterkammer
4: geschlossener Reinigungsraum in der Sputterkammer
5: Reinigungsanode
6: Gasrohr
7: Hilfsstromversorgung fuer die Reinigung
8: Hauptstromversorgung fuer das Sputtern
9: gemeinsame Stromversorgung fuer das Hauptsputtern und die
: Hilfsreinigung
10: Verbindungsschicht
11: Abschirmungswand
12: scheibenfoermiges Target
13: ringfoermiges Target
14: Werkstueckhalter
15: Target
16: AC-Sputterstromversorgung
17: bestimmter Teil der Targetoberflaeche
18: Glimmentladung fuer Reinigung
19: Spektrummessung
20: Gaskontrolle
21: Hauptstromversorgung fuer das Sputtern
22: Hilfsstromversorgung fuer die Reinigung

Detailliertes Ausführungsbeispiel
Im Zusammenhang mit den Bildern werden weitere Erklaerungen fuer diese Erfindung dargestellt.
1) Hauptstruktur dieser Sputteranlage in der Erfindung: Das Target ist in Form eines Zylinders (Scheibe oder Ring), und kann sich um die Zentralachse drehen. Ausserhalb der zylindrischen Oberflaeche des Targets werden zwei axiale, streifenfoermige Sputterbahnen mit grundsaetzlich festen Emissionsrichtungen gebildet. Die erste Sputterbahn 1 ist im Faecherraumwinkel nach der Beschichtungskammer gerichtet (Bild 1.1–1.4). Dabei wird die Sputterbeschichtung durch die von der Hauptstromversorgung 8 angeregte Glimmentladung ausgefuehrt. Die zweite Sputterbahn 2 befindet sich hinter oder neben dem Target 15. Die Sputterreinigung im geschlossenen Reinigungsraum 4 wird durch die von Hilfsstromversorgung 7 angeregte Glimmentladung ausgefuehrt. Die Abfaelle koennen im von Abschirmungswaenden gebildeten Teilraum verschlossen werden (Bild 2.1–2.2).
2) Teilstruktur dieser Sputteranlage in der Erfindung: Im Teilraum werden die Reinigungsanode 5 (abgekuehlt mit dem Wasser) und das Gasdosierungssystem eingebaut. Mit dem eingefuellten Edelgas (z.B. Argongas) liegt der Gasdruck P₁ im Teilraum ein bisschen hoeher als (oder gleich wie) der Gasdruck P₂ im Beschichtungsraum (Bild 3.1–3.2).
3) Stromversorgungsanschluss in der Sputteranlage: Die Hauptstromversorgung 8 (DC, Puls-, oder RF-Stromversorgung) fuer Sputtern ist zwischen dem Target und der Hauptanode (normalerweise die Metallwaende der Beschichtungskammer) verbunden, oder eine AC-Stromversorgung 16 fuer Sputtern wird mit zwei Targets eingeschlossen. Eine Glimmentladung wird dadurch in der Richtung der ersten Sputterbahn 1 gezuendet, die Sputterbeschichtung wird somit in Betrieb genommen. Die Hilfsstromversorgung 7 fuer Reinigung ist mit dem Target und der Reinigungsanode 5 (normalerweise abgekuehlt mit dem Wasser) im Teilraum verbunden. Eine Glimmentladung wird in der Richtung der zweiten Sputterbahn 2 angeregt, und die Targetoberflaeche wird somit gereinigt. Die vorgenannte Hauptstromversorgung 8 und Hilfsstromversorgung 7 koennen getrennt (Bild 5.1 oder 5.2) oder vereint als eine Einzelstromversorgung 9 aufgebaut werden (Bild 6).
4) Zwei Sputterbahnen sind in gleicher Laenge, oder die zweite Sputterbahn ist ein bisschen laenger als die erste, wie im Bild 4 gezeigt, dadurch wird kein Gebiet zur Reinigung ausgelassen.
5) In-Situ-Targetreinigungsprozess in der Erfindung: Waehrend das Target mit Hilfe der Glimmentladung an der ersten Sputterbahn reaktiv abgesputtert wird, wird das Target durch die Glimmentladung an der zweiten Sputterbahn in gewissem Grad mit Edelgasionen gereinigt. Weil das Target staendig rotiert, und die relativen Orientierungen der zwei Sputterbahnen inzwischen unveraendert bleiben, wird eine stetige In-Situ-Reinigung der ganzen Targetoberflaeche realisiert. Durch Drehung wird die im Beschichtungsraum entstandene Verbindungsschicht 10 teilweise oder voellig im Teilraum durch Edelgasionen, die in der Glimmentladung an der zweiten Sputterbahn 2 hergestellt werden, sputternd gereinigt. Wenn sich dieser Teil vom Target wieder in den Beschichtungsraum eindreht, wird die Targetoberflaeche teilweise oder voellig zum Metallzustand umgewandelt. Waehrend der Drehung des Targetrohrs (der Targetscheibe, oder des Targetrings) kommen die unterschiedlichen Teile der Targetoberflaeche nacheinander dem Reaktivsputterraum sowie dem Reinigungsraum vorbei:
Bildung der Verbindungsschicht auf dem bestimmten Teil 17 des Targets 10 (A);
Verlassen des bestimmten Teils 17 des Targets aus dem Beschichtungsraum 3(B);
Eindrehung des bestimmten Teils 17 des Targets in den geschlossenen Reinigungsraum 4(C);
Allmaehliche Verduennung oder Beseitigung der Verbindungsschicht 10 auf dem bestimmten Teil 17 des Targets (D);
Verlassen des bestimmten Teils 17 des Targets aus dem geschlossenen Reinigungsraum 4(E);
Eindrehung des bestimmten Teils 17 des Targets in den Beschichtungsraum 3(F);
Rueckkehr des bestimmten Teils 17 des Targets zum Vorgang (A).
Durch einen solchen Kreislauf laesst sich eine stetige In-Situ-Reinigung des Targets realisieren. Selbst wenn die Konzentration des Reaktivgases im Beschichtungsraum relativ hoch ist, kann das Sputtern des Targets langfristig relativ stabil bleiben. Ein langfristiges dynamisches Gleichgewicht zwischen Bildung und Beseitigung der Verbindungsschicht 10 kann im technologisch erforderlichen Ausmass erreicht werden. Die Targetvergiftung kann somit vermieden werden, die Abscheidungsrate der Verbindungsschicht 10 ueber dem Werkstueck laesst sich erhoehen, und eine stetige Stabilitaet der Technologie laesst sich aufrechterhalten.
6) Als eine Anwendungsmoeglichkeit der Technik kann die Hilfsstromversorgung 7 abgeschaltet werden, wenn keine oder wenige Reaktivgase von geringerer Konzentration in den Beschichtungsraum 3 eingefuehrt werden, oder wenn nur wenige Verbindungsschichten 10 auf dem Target gebildet werden. Die Hilfsstromversorgung 7 kann auch ab und zu waehrend des Einsatzes an- und abgeschaltet werden. Aufgrund der stossweisen In-Situ-Reinigung, durch die die auf dem Target gebildete Verbindungsschicht 10 beseitigt wird, wird ein langzeitiger stabiler Lauf des Reaktivsputterns garantiert.
7) Zur Vereinfachung der Technik kann die Reinigungsanode 5 mit der Hauptanode (Metallwand der Beschichtungskammer) angeschlossen werden, oder ein Teil der vereinbarten Hauptanode im Teilraum eingesetzt werden. Somit kann die vorgenannte Hilfsstromversorgung 7 abgeschafft werden. Mittels Einsatzes der beiden Sputterbahnen und Einfuehrung des Edelgases kann die Hauptanode von den beiden Sputterbahnen gemeinsam benutzt werden und durch eine Hauptstromversorgung 8 fuer Sputtern versorgt werden. Aufgrund der stetigen In-Situ-Reinigung der Verbindungsschicht auf dem Target wird eine langzeitige Stabilitaet des Reaktivsputterns garantiert (Bild 8.1–8.2).
8) Eine andere Vereinfachungsmoeglichkeit fuer die Technik liegt daran, dass die zweite Sputterbahn 2 abgeschafft werden koennte. Das Edelgas wird in den Teilraum eingefuehrt, die Reinigungsanode 5 wird eingesetzt, eine einzelbogenfoermige Glimmentladung 18 wird durch die Hilfsstromversorgung 7 gezuendet, somit wird die Targetoberflaeche im Teilraum sputternd gereinigt. Aufgrund der stetigen oder der stossweisen In-Situ-Reinigung der Verbindungsschicht 10 auf dem Target wird ein langzeitiger stabiler Lauf des Reaktivsputterns sicher gestellt (Bild 9).
9) Aufgrund der vorgenannten Methoden und Grundsaetze von 1) bis 8) kann das Target auch in Form einer Scheibe 12 oder eines Rings 13 aufgebaut werden. Ueber dem scheiben- oder ringfoermigen Target werden zwei Sputterbahnen mit festen Emissionsplaetzen gebildet. Die erste Sputterbahn 1 befindet sich in einer an das zu beschichtende Werkstueck gerichteten faecherfoermigen Zone im Beschichtungsraum. Die zweite Sputterbahn 2 befindet sich in einer anderen faecherfoermigen Zone. Waehrend das Target mit Hilfe der ersten Sputterbahn 1 reaktiv abgesputtert wird, wird das Target im Teilraum mit Hilfe der zweiten Sputterbahn 2 sputternd gereinigt. Im Teilraum wird die Reinigungsanode 5 aufgebaut. Das Edelgas wird in den Teilraum eingefuehrt. Der Gasdruck im Teilraum wird ein bisschen hoeher als (oder gleich wie) der Gasdruck im Beschichtungsraum. In der Radialrichtung des Targets ist die radiale Groesse der zweiten Sputterbahn 2 gleich wie oder laenger als die radiale Groesse der ersten Sputterbahn 1. Der Grundsatz, die Verfahrensvorgaenge, die Einsatzmethode sowie der Vereinfachungsentwurf sind wie die vorgenannten beim zylindrischen Target (Bild 10.1–10.2).
10) Durch Einstellung der Leistung der Hilfsstromversorgung 7 fuer die Reinigung, oder durch periodisches An- und Abschalten der Hilfsstromversorgung 7 sowie durch Einstellung des Zeitverhaeltnisses zwischen An- und Abschalten koennen die Bildung und die Beseitigung der Verbindungsschicht 10 auf dem Target miteinander abgestimmt werden. Dadurch koennen sowohl eine optimale Reinigungsauswirkung als auch eine Einsparung des Targets erreicht werden.
11) Durch die In-Situ-Messung des charakteristischen Plasmaemissionsspektrums in der Naehe von der Targetoberflaeche waehrend der Sputterabscheidungsvorgaenge und durch deren Rueckkopplung kann eine von den drei, die Leistung (oder der Strom) der Hauptstromversorgung 8, die Leistung (der Strom, oder Zeitverhaeltnis fuer An- und Abschalten) der Hilfsstromversorgung 7 sowie die Durchflussmenge der Reaktivgase, geschlossen kontrolliert werden. Somit koennen die Verfahrensvorgaenge exakt kontrolliert werden, die Reproduzierbarkeit der Technologie kann auch sicher gestellt werden (Bild 11).
12) Mittels dieses Verfahrens kann die Oberflaeche des rotierenden Targets nur mittels der Hilfsstromversorgung 7 und unter Fuellung des Edelgases im Teilraum gereinigt werden, ohne die Hauptstromversorgung anzuschalten und Reaktivgas einzufuehren. Somit koennen die Verunreinigung des Werkstuecks auf dem Halter 14 bzw. die Kreuzverunreinigung zwischen Targets, die in der traditionellen Technik bei der Vorsputterreinigung bzw. beim Einsatz von mehreren Targets zum Stand kommen, vermieden werden (Bild 12).

Claims

Ein Magnetron-Sputtern-Target mit der Funktion der In-situ-Reinigung, gekennzeichnet durch folgende Eigenschaften: das Target kann sich um die Zentralachse drehen; wobei ein Teilraum, wo sich das Target vorbei dreht, aus Abschirmungswaenden gebildet wird; wobei der Teilraum mit Edelgas gefüllt wird; wobei die Sputterzone des Targets und die Umgebung sich waehrend des Beschichtungsprozesses periodisch in den Teilraum eindrehen koennen und dort durch Edelgasionen gereinigt werden; wobei somit die Abscheidung der Verbindungsschicht ueber dem Target stabil kontrolliert werden kann und die Vergiftung des Targets auch vermieden werden kann.
Ein Magnetron-Sputtern-Target nach Anspruch 1 mit folgenden Eigenschaften: (1) das Target, das um die Zentralachse rotieren kann, kann in rohr-, scheibenoder ringfoermiger Form sein; wobei fuer ein zylindrisches Target zwei axiale streifenfoermige Sputterbahnen mit grundsaetzlich festen Emissionsrichtungen ausserhalb der zylindrischen Oberflaeche gebildet werden; wobei die erste Sputterbahn im Faecherraumwinkel nach dem Werkstueck in der Beschichtungskammer gerichtet ist; wobei die zweite Sputterbahn sich hinter oder neben der ersten Sputterbahn befindet; wobei fuer scheiben- oder ringfoermiges Target zwei Sputterbahnen mit fast festen Emissionsplaetzen ueber die aeussere Arbeitsoberflaeche des Targets durch Kontrolle des inneren Magnetfeldes gebildet werden; wobei die erste Sputterbahn sich in der an das zu beschichtende Werkstueck gerichteten Faecherzone befindet; wobei die zweite Sputterbahn sich in der anderen Faecherzone befindet; wobei die erste Sputterbahn mit der Hauptstromversorgung versorgt wird und fuer die Reaktivsputterbeschichtung durch angeregte Glimmentladung zur Verfuegung steht; wobei die zweite Sputterbahn von der Hilfsstromversorgung versorgt wird und fuer die Sputterreinigung durch angeregte Glimmentladung zur Verfuegung steht; wobei die Abfaelle, die bei der Sputterreinigung entstehen, im aus Abschirmungswaenden gebildeten Teilraum verschlossen werden koennen; wobei (2) ein Teil der Kreiszone, wo sich das Target vorbeidreht, zu einem Teilraum mit Abschirmungswaenden gebildet wird; wobei der Teilraum wird mit Edelgas gefuellt; wobei im Teilraum werden die Reinigungsanode und das Gasdosierungssystem aufgebaut; wobei mit der Edelgasdosierung liegt der Gasdruck im Teilraum hoeher als (oder gleich wie) der Gasdruck im Beschichtungsraum; wobei (3) die Hauptstromversorgung fuer Sputtern zwischen dem Target und der Hauptanode verbunden ist, oder eine AC-Stromversorgung fuer Sputtern mit zwei Targets eingeschlossen wird; wobei eine Glimmentladung dadurch in der Richtung der ersten Sputterbahn gezuendet wird, die Sputterbeschichtung somit in Betrieb genommen wird; wobei die Hilfsstromversorgung fuer die Reinigung mit dem Target und der Reinigungsanode im Teilraum verbunden ist; wobei eine Glimmentladung in der Richtung der zweiten Sputterbahn angeregt und die Targetoberflaeche somit gereinigt wird; wobei die vorgenannte Haupt- und Hilfsstromversorgung getrennt aufgebaut werden oder in eine Einzelstromversorgung integriert werden koennen.
Ein Magnetron-Sputtern-Target nach Anspruch 1 oder 2 mit folgenden Eigenschaften: fuer ein zylindrisches Target sind die beiden Sputterbahnen ausserhalb der zylindrischen Oberflaeche in gleicher Laenge, oder die zweite Sputterbahn ist ein bisschen laenger als die erste; wobei fuer scheiben- oder ringfoermiges Target die radiale Groesse der zweiten Sputterbahn gleich wie oder laenger als die radiale Groesse der ersten ist.
Ein Verfahren mit einem Magnetron-Sputtern-Target nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei (1) die Sputterzonen des Targets und die Umgebung sich waehrend des Beschichtungsprozesses periodisch in den Teilraum eindrehen und durch Edelgasionen sputternd gereinigt werden koennen; wobei somit die Bildung der Verbindungsschicht ueber dem Target stabil kontrolliert werden kann und die Vergiftung des Targets auch vermieden werden kann; wobei (2) waehrend das Target mit Hilfe der Glimmentladung an der ersten Sputterbahn reaktiv gesputtert wird, wird das Target durch die Glimmentladung an der zweiten Sputterbahn mit Edelgasionen gereinigt; wobei weil das Target staendig rotiert, und die relativen Orientierungen der beiden Sputterbahnen inzwischen unveraendert bleiben, kann eine stetige In-Situ-Reinigung der ganzen Targetoberflaeche realisiert werden; wobei durch Drehung eine die im Beschichtungsraum entstandene Verbindungsschicht teilweise oder voellig im Teilraum durch die Edelgasionen, die in der Glimmentladung an der zweiten Sputterbahn gebildet sind, sputternd gereinigt werden kann; wobei wenn sich dieser Teil vom Target wieder in den Beschichtungsraum eindreht, die Targetoberflaeche teilweise oder voellig zum Metallzustand umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei keine oder geringe Reaktivgase mit niedrigerer Konzentration in den Beschichtungsraum eingefuehrt werden, oder wenn nur wenige Verbindungsschichten auf dem Target gebildet werden, die Hilfsstromversorgung abgeschaltet werden kann; wobei es auch sein kann, dass die Hilfsstromversorgung waehrend des Betriebs ab und zu an- bzw abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Reinigungsanode mit der Hauptanode angeschlossen werden kann oder ein Teil der vereinbarten Hauptanode im Teilraum eingesetzt wird; wobei die vorgenannte Reinigungs- und Hauptanode sich an einem gleichen Potenzial befindet, und sie von einer einzigen Stromversorgung versorgt werden; wobei Mittels des Einsatzes der beiden Sputterbahnen und Einfuehrung der Edelgase die Hauptanode von den beiden Sputterbahnen gemeinsam benutzt werden kann und durch eine Hauptstromversorgung zum Sputtern versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei nur die erste von den beiden Sputterbahnen hinterlassen wird; wobei durch Einfuehrung der Edelgase und Einsatz der Reinigungsanode das Target im Teilraum sputternd gereinigt werden kann; wobei dafuer eine Glimmentladung durch die Hilfsstromversorgung angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei fuer scheiben- oder ringfoermiges Target die radiale Groesse der zweiten Sputterbahn gleich wie oder laenger als die radiale Groesse der ersten sein soll; wobei waehrend ein Teil des Targets durch die erste Sputterbahn reaktiv gesputtert wird, wird ein anderer Teil des Targets durch die zweite Sputterbahn im Teilraum gereinigt; wobei im Teilraum die Reinigungsanode aufgebaut wird; wobei mit der Edelgasdosierung der Gasdruck im Teilraum hoeher als (oder gleich wie) der Gasdruck im Beschichtungsraum liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei durch Einstellung der Leistung von der Hilfsstromversorgung, oder durch periodisches An- und Abschalten der Hilfsstromversorgung sowie durch Einstellung des Zeitverhaeltnisses zwischen An- und Abschalten die Bildung und die Beseitigung der Verbindungsschicht auf dem Target miteinander abgestimmt werden koennen; wobei dies sowohl zur optimalen Reinigungsauswirkung als auch zur Einsparung des Targets führt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei durch die In-Situ-Messung des charakteristischen Plasmaemissionsspektrums in der Naehe von der Targetoberflaeche waehrend der Sputterabscheidung und durch die Rueckkopplung eine von den drei, die Leistung oder der Strom der Hauptstromversorgung, die Leistung, der Strom oder Zeitverhaeltnis fuer An- bzw. Abschalten der Hilfsstromversorgung sowie die Durchflussmenge der Reaktivgase, geschlossen kontrolliert werden kann; wobei somit die Verfahrensvorgaenge exakt kontrolliert werden koennen und die Reproduzierbarkeit der Technologie auch sicher gestellt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 8, wobei die Oberflaeche des rotierenden Targets nur mittels der Hilfsstromversorgung und unter Fuellung der Edelgase im Teilraum gereinigt wird, ohne die Hauptstromversorgung anzuschalten und Reaktivgase einzufuehren; wobei somit die Verunreinigung des Werkstuecks bzw. die Kreuzverunreinigung zwischen den Targets, die in der traditionellen Technik bei der Vorsputterreinigung bzw. beim Einsatz von mehreren Targets zu Stande kommen, vermieden werden koennen.