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Die Erfindung betrifft eine Magnetroneinrichtung mit rohrförmigem Target gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Magnetrons mit rohrförmigem Target (Rohrtarget) sind in der Beschichtungstechnik in vielen Varianten bekannt. Ein ein- oder beidseitig gelagertes Rohrtarget weist in seinem Innern ein ebenfalls ein- oder beidseitig gelagertes Magnetsystem auf. Das Magnetsystem erzeugt das zur Plasmafokussierung benötigte Magnetfeld und dient dazu, das im Betrieb des Magnetrons außerhalb des Rohrtargets brennende Plasma auf bestimmte Oberflächenbereiche des Rohrtargets zu konzentrieren, um den Ort des Materialabtrags und die Richtung, in der die abgetragenen Materialteilchen emittiert werden, gezielt zu beeinflussen, um einerseits eine optimale Materialausnutzung und hohe Abtragungsraten zu erzielen und andererseits den Plasmaangriff auf das Beschichtungsmaterial zu beschränken, um unerwünschte Angriffe auf umliegende Anlagenbauteile zu vermeiden.
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Das Rohrtarget kann ein ein- oder mehrteiliges Trägerrohr umfassen, dessen Außenseite mit Beschichtungsmaterial belegt ist. Das Beschichtungsmaterial kann dazu auf die Mantelfläche des Trägerrohrs plasmagespritzt, gebondet oder schmelzmetallurgisch aufgebracht, beispielsweise aufgegossen, oder auf andere Weise an der Außenseite des Trägerrohrs befestigt, beispielsweise geklebt oder genietet sein. Das Rohrtarget kann aber auch aus einem Stück bestehen; in diesem Fall ist das Beschichtungsmaterial Bestandteil des Trägerrohrs. Das Rohrtarget und das Magnetsystem sind mindestens einseitig an einem dafür vorgesehenen Träger oder einer anderen Halteeinrichtung, beispielsweise einem sogenannten Endblock, gelagert. Die Halteeinrichtung kann weitere Funktionen haben, beispielsweise die Versorgung des Magnetrons mit elektrischer Spannung oder/und Kühlmittel oder/und den Antrieb des Rohrtargets oder/und des Magnetsystems realisieren.
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Für eine optimale Ausnutzung des Beschichtungsmaterials wird das Magnetfeld üblicherweise bis nah an die Enden des Rohrtargets, beispielsweise eine an den Stirnseiten des Rohrtargets befindliche Targetbefestigungseinrichtung, beispielsweise eine Targetklemmeinrichtung, die Bestandteil eines Endblocks oder einer sonstigen Halteeinrichtung sein kann, herangeführt.
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Das Magnetsystem kann ortsfest, d. h. nicht drehbar, oder drehbar angeordnet sein. Drehbare Magnetsysteme können kontinuierlich drehbar sein, beispielsweise durch eine Antriebseinrichtung wie einen Elektromotor oder dergleichen, oder manuell verdrehbar und in einer bestimmten Position festlegbar sein.
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Bei einem kontinuierlich drehbaren Magnetsystem steht das Rohrtarget in der Regel still und das Beschichtungsmaterial wird umlaufend von der gesamten Mantelfläche des Rohrtargets abgetragen. Solche Anordnungen eignen sich insbesondere für Batchanlagen, bei denen Substrate chargenweise in eine Beschichtungsanlage eingebracht werden und um das Rohrtarget herum positioniert werden. Auf diese Weise wandert das Plasma mit der Drehung des Magnetsystems um das Rohrtarget herum, so dass von der gesamten Mantelfläche des Rohrtargets Beschichtungsmaterial abgetragen und jeweils radial emittiert wird.
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Bei einem stillstehenden oder einem drehbaren und in wählbaren Winkelpositionen festlegbaren Magnetsystem ist hingegen in der Regel das Rohrtarget drehbar gelagert und, beispielsweise durch eine Antriebseinrichtung wie einen Elektromotor oder dergleichen, antreibbar. Das Rohrtarget rotiert im Betrieb des Magnetrons um seine Längsachse, so dass jeder Bereich der Mantelfläche durch das aufgrund der festen Anordnung des Magnetsystems stationäre Plasma geführt wird. Wiederum wird auf diese Weise von der gesamten Mantelfläche des Rohrtargets Beschichtungsmaterial abgetragen, jedoch immer in derselben Richtung radial emittiert. Solche Anordnungen eignen sich insbesondere für Durchlaufanlagen, bei denen Substrate nacheinander in eine Beschichtungsanlage eingebracht und an dem Magnetron vorbeibewegt werden. Dabei kann das Magnetsystem im Innern des Rohrtargets so ausgerichtet sein, dass die Emissionsrichtung des abgetragenen Beschichtungsmaterials rechtwinklig zur Transportrichtung der Substrate verläuft.
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Alternativ kann die Emissionsrichtung auch unter einem anderen Winkel (schräg) zur Transportrichtung verlaufen. Dies kann beispielsweise dann nützlich sein, wenn von zwei oder mehr Magnetrons, die beispielsweise nebeneinander oder in der Transportrichtung der Substrate hintereinander angeordnet sind, verschiedene Beschichtungsmaterialien emittiert werden, die sich als Mischschicht auf den Substraten niederschlagen sollen.
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Aus
DE 10 2008 048 785 A1 ist es bekannt, das Ende des Rohrtargets nicht mit Beschichtungsmaterial zu belegen, das heißt den Abstand zwischen der Targetbefestigungseinrichtung beziehungsweise der die Targetbefestigungseinrichtung übergreifenden Abschirmung und dem auf dem Rohrtarget angeordneten Beschichtungsmaterial zu vergrößern. Alternativ kann das Beschichtungsmaterial in den Endbereichen des Targetträgerrohrs mit verringertem Durchmesser ausgeführt sein, so dass der Sputterangriff im wesentlichen auf den Bereich des Beschichtungsmaterials mit dem größeren Durchmesser einwirkt, gleichwohl aber die ungewollte Zerstäubung des Materials des Targetträgerrohrs verhindert wird. Weiter ist es aus der genannten Druckschrift bekannt, das Rohrtarget so zu gestalten, dass ein deutlicher Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Targetträgerrohrs und dem Außendurchmesser des auf dem Rohrtarget angebrachten Beschichtungsmaterials besteht.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannte Magnetroneinrichtungen mit rohrförmigem Target dahingehend weiter zu verbessern, dass einerseits andere Anlagenbauteile, beispielsweise eine Halteeinrichtung, besser vor unerwünschtem Materialabtrag geschützt werden und gleichzeitig die Materialausnutzung verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Magnetroneinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Dazu wird bei einer Magnetroneinrichtung, die ein mindestens einseitig gelagertes Rohrtarget und ein mindestens einseitig gelagertes Magnetsystem umfasst, wobei das Rohrtarget ein ein- oder mehrteiliges Trägerrohr umfasst, welches zumindest auf der Außenseite mit Beschichtungsmaterial belegt ist, wobei ein Endbereich des Trägerrohrs frei von Beschichtungsmaterial ist, und wobei das im Innern des Rohrtargets angeordnete Magnetsystem sich nur über den mit Beschichtungsmaterial belegten Bereich des Trägerrohrs erstreckt, vorgeschlagen, dass zumindest die Außenseite des beschichtungsmaterialfreien Endbereichs des Trägerrohrs aus einem Material mit geringer Sputterbarkeit besteht.
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Dabei soll unter einem Material geringer Sputterbarkeit ein Material verstanden werden, welches eine deutlich geringere Zerstäubungsrate aufweist als das Beschichtungsmaterial, so dass ein unerwünschter Angriff des Plasmas auf den beschichtungsmaterialfreien Endbereich des Trägerrohrs die Qualität der Beschichtung nicht oder nur in sehr geringem Maße beeinträchtigt.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass zumindest der beschichtungsmaterialfreie Endbereich des Trägerrohrs mit einem Material mit geringer Sputterbarkeit beschichtet ist. Dadurch kann das Trägerrohr oder der beschichtungsmaterialfreie Endbereich des Trägerrohrs aus einem unedlen und daher kostengünstigen Material hergestellt sein. Den Schutz vor einem ungewollten Plasmaangriff auf den Endbereich gewährleistet in diesem Falle die materialeffiziente und kostengünstige Beschichtung mit einem Material geringer Sputterbarkeit.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist das Trägerrohr am Übergang vom Beschichtungsmaterial zum beschichtungsmaterialfreien Endbereich eine umlaufende Verdickung auf. Diese Verdickung, die flanschartig ausgeführt sein kann, kann beispielsweise einen Außendurchmesser aufweisen, der in etwa dem Außendurchmesser des Beschichtungsmaterials entspricht. Dadurch wird an den Enden des mit Beschichtungsmaterial belegten Bereichs des Trägerrohrs eine hohe Plasmahomogenität erreicht, so dass der Materialabtrag sehr gleichmäßig erfolgt.
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Der beschichtungsmaterialfreie Endbereich des Trägerrohrs kann ein separates Bauteil sein, welches mit dem mit Beschichtungsmaterial belegten Bereich des Trägerrohrs vakuumdicht verbunden ist. Wenn eine umlaufende Verdickung wie oben beschrieben vorgesehen ist, so kann diese Verdickung Bestandteil des separaten Bauteils sein. Ist die Verdickung flanschartig ausgestaltet, so kann sie gleichzeitig zur Verbindung mit dem Bereich des Trägerrohrs dienen, der das Beschichtungsmaterial trägt. Weiter kann vorgesehen sein, dass der beschichtungsmaterialfreie Endbereich des Trägerrohrs vollständig aus einem Material mit geringer Sputterbarkeit gefertigt ist.
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Material mit geringer Sputterbarkeit im Sinne dieser Anmeldung kann beispielsweise Titan, Molybdän, Silizium oder Aluminium sein. Ebenfalls mit umfasst sind Verbindungen dieser Stoffe mit geringer Sputterbarkeit, wie Nitride, Oxide, Oxynitride oder Karbide dieser Stoffe, oder Kohlenstoff oder Verbundwerkstoffe, die derartige Elemente oder Verbindungen enthalten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
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1 einen Teillängsschnitt durch eine beispielhafte Magnetroneinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen Teillängsschnitt durch eine beispielhafte Magnetroneinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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3 einen Teillängsschnitt durch eine beispielhafte Magnetroneinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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In einer Anlagenkammer 41 einer Substratbehandlungsanlage ist eine Magnetroneinrichtung angeordnet. An der Magnetroneinrichtung werden Substrate 5 vorbeibewegt und dabei mit Beschichtungsmaterial 12 beschichtet.
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Die Magnetroneinrichtung umfasst ein Rohrtarget 1, ein im Innern des Rohrtargets 1 angeordnetes Magnetsystem 3 sowie eine Halteeinrichtung 2, an der das Rohrtarget 1 und das Magnetsystem 3 gelagert sind. Die Halteeinrichtung 2 ist an der Unterseite eines die Substratbehandlungsanlage verschließenden Deckels 42 angebracht.
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Die Halteeinrichtung 2 umfasst ein Endblockgehäuse 25, in dessen Wand ein Lager 24 angeordnet ist. In dem Lager 24 ist eine Hohlwelle 21 mit einem außenliegenden Flansch 22 drehbar gelagert. An dem Flansch 22 ist der Flansch 14 des Rohrtargets 1 mittels einer Klemmeinrichtung 23 befestigt. Durch die Hohlwelle 21 ragt das Tragmittel 31 des Magnetsystems 3, das im Ausführungsbeispiel als Stab ausgeführt ist und an welchem eine Anordnung von Permanentmagneten 32 angeordnet ist. Dabei ist der beschichtungsmaterialfreie Endbereich 13 auch frei von Permanentmagneten. Die üblicherweise weiterhin im Endblockgehäuse 25 angeordneten Kraftübertragungsmittel zum Antreiben der Hohlwelle 21 oder/und Spannungsversorgungsleitungen oder/und Kühlmittelleitungen sind ebenso wie Stützmittel zur Abstützung des Tragmittels 31 des Magnetsystems 3 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt, da sie für die Erläuterung der Erfindung ohne Belang sind.
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In den Ausführungsbeispielen ist nur ein in einer Halteeinrichtung 2 abgestütztes Ende des Rohrtargets 1 dargestellt. Das andere Ende kann freitragend sein oder ebenfalls in einer Halteeinrichtung, die nicht mit der dargestellten Halteeinrichtung 2 identisch sein muss, abgestützt sein.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Trägerrohr 11 einteilig ausgeführt, d. h. es erstreckt sich über den gesamten mit Beschichtungsmaterial belegten Bereich und über den beschichtungsmaterialfreien Endbereich 13. Der beschichtungsmaterialfreie Endbereich 13 ist im Ausführungsbeispiel ca. 100 mm lang, um einen effektiven Schutz der Halteeinrichtung vor unerwünschtem Plasmaangriff zu erreichen; er kann jedoch abhängig von der Intensität des Plasmas auch größer oder kleiner gewählt sein. Die entsprechende Bemessung kann ein Fachmann ohne Schwierigkeiten vornehmen.
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Der beschichtungsmaterialfreie Endbereich 13 ist mit einem Material geringer Sputterbarkeit 15 beschichtet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 hingegen ist das Trägerrohr 11 mehrteilig ausgeführt, d. h. es erstreckt sich nur über den mit Beschichtungsmaterial belegten Bereich und ist mit einem separaten Bauteil verbunden, welches den beschichtungsmaterialfreien Endbereich 13 bildet. Dieser beschichtungsmaterialfreie Endbereich 13 ist aus einem Material geringer Sputterbarkeit 15 gefertigt. Er weist an der Seite, an der er mit dem Trägerrohr 11, das mit Beschichtungsmaterial 12 belegt ist, eine umlaufende Verdickung 16 auf und ist an dieser Stelle mit dem Trägerrohr 11 vakuumdicht verbunden. Der beschichtungsmaterialfreie Endbereich 13 weist an diesem Ende einen vergrößerten Innendurchmesser auf, in welchen das Ende des Trägerrohrs 11 eingesetzt ist.
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Hiervon unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dadurch, dass der beschichtungsmaterialfreie Endbereich 13 aus einem unedlen Material hergestellt sein kann, da an der Außenseite eine Schicht eines Materials geringer Sputterbarkeit 15 aufgebracht ist. Außerdem weist der beschichtungsmaterialfreie Endbereich 13 an seinem Ende keinen vergrößerten Innendurchmesser auf, sondern ist stumpf an das Ende des mit Beschichtungsmaterial besetzten Bereichs des Trägerrohrs 11 angesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrtarget
- 11
- Trägerrohr
- 12
- Beschichtungsmaterial
- 13
- beschichtungsmaterialfreier Endbereich
- 14
- Flansch
- 15
- Material mit geringer Sputterbarkeit
- 16
- umlaufende Verdickung
- 2
- Halteeinrichtung
- 21
- Hohlwelle
- 22
- Flansch
- 23
- Klemmeinrichtung
- 24
- Lager
- 25
- Endblockgehäuse
- 3
- Magnetsystem
- 31
- Tragmittel
- 32
- Anordnung von Permanentmagneten
- 41
- Anlagenkammer
- 42
- Deckel
- 5
- Substrat
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008048785 A1 [0009]
