DE102012111186A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung - Google Patents

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Abstract

Die Vorrichtung zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung zum Abtragen einer Oberfläche eines Substrats in einer Vakuumkammer umfasst eine Aufnahmefläche für ein Substrat, ein auf einer Seite der Aufnahmefläche des Substrats liegendes Magnetsystem, eine Anodenelektrode, eine Stromversorgung und eine Gaseinlassvorrichtung, wobei zwischen dem Substrat und der Anodenelektrode ein Plasmaraum liegt, in dem ein positiv geladene Ionen enthaltendes Plasma erregbar ist, wobei das Plasma die Form eines Race-Tracks mit einem Erstbereich und einem mit dem Erstbereich verbundenen Zweitbereich aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement elektrisch isoliert ist. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Plasma im Zweitbereich des Race-Tracks mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential gegenüber dem Plasma im Erstbereich des Race-Tracks erzeugt. Damit kann das Plasma ein verbessertes Abtragsprofil auf der gesamten Oberfläche des Substrats bewirken und zu einer längeren Standzeit der Anlage und einem langzeitstabilen Betrieb führen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung zum Abtragen einer Oberfläche eines Substrats in einer Vakuumkammer, in der durch Überlagerung eines elektrischen Feldes mit einem von einem Magnetsystem erzeugten Magnetfeld ein positiv geladene Ionen enthaltendes Plasma erzeugt wird, wobei die Ionen aus dem Plasma die Oberfläche des Substrats zerstäuben, wobei durch die Anordnung des Magnetfelds das Plasma so erzeugt wird, dass es die Form einer Rennbahn (engl. Race-Track) mit einem Erstbereich, der auf der Projektionsfläche des Substrats liegt, und einem Zweitbereich, der mit dem Erstbereich verbunden ist und auf der Projektionsfläche außerhalb des Substrats liegt, annimmt, wobei parallel zum oder neben dem Substrat gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks ein Abschirmelement angeordnet wird.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, umfassend eine Aufnahmefläche für ein Substrat, ein auf einer Seite der Aufnahmefläche des Substrats liegendes Magnetsystem, eine Anodenelektrode, eine Stromversorgung und eine Gaseinlassvorrichtung, wobei zwischen dem Substrat und der Anodenelektrode ein Plasmaraum liegt, in dem ein positiv geladene Ionen enthaltendes Plasma erregbar ist, wobei durch die Anordnung des Magnetfelds das Plasma die Form einer Rennbahn aufweist, wobei parallel zum oder neben dem Substrat gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks ein Abschirmelement angeordnet ist.
  • Die Erzeugung eines Plasmas mittels eines Magnetrons wird beispielsweise beim Plasmaätzen oder beim Plasmaabscheiden angewendet. Bei einer Magnetronentladung in einer Plasmaanlage werden hinter der Kathode (z.B. Target oder Substrat) Magnete angebracht.
  • Beim Magnetron-Sputtern werden hinter dem Target Magnete angeordnet. Die positiven Ionen aus dem Plasma zerstäuben die Oberfläche des Targetmaterials und die abgetragenen Atome schlagen sich auf einem gegenüberliegenden Substrat nieder. So wird eine dünne Schicht auf dem Substrat erzeugt.
  • Beim Magnetron-Sputterätzen werden hinter dem Substrat Magnete angebracht. Die positiven Ionen werden auf die Oberfläche des Substrats beschleunigt, so dass Schichten von dieser Substratoberfläche abgetragen werden. Das Ätzen dient dabei zum Vorbehandeln von Substraten, beispielsweise zum Abtragen von Kontaminationsschichten von den Oberflächen leitfähiger Substrate, für ein nachfolgendes Abscheiden.
  • Durch die Magnetfeldanordnung eines Magnetsystems wird eine Zone intensiven Plasmas erzeugt, wo die Magnetfeldlinien parallel zur Oberfläche der Kathode liegen. Dabei ist die Ladungsträgerdichte an dieser Stelle am höchsten und der Abtrag der Oberfläche des Targets oder des Substrats besonders effizient. Beispielsweise wird beim Magnetron-Sputtern ein Erosionsgraben im Targetmaterial gebildet, wobei dieser Erosionsgraben und das ihn generierende Plasma häufig die Form einer Rennbahn haben. Ein solches Erosionsprofil bewirkt einen ungleichmäßigen Abtrag des Targetmaterials und damit einen vorzeitigen Verbrauch des Targets.
  • Es sind nun Lösungen bekannt, um das Abtragsprofil eines Targets oder eines Substrats zu verbessern, wobei die Magnetfeldanordnung bzw. das Magnetsystem so verändert werden soll, dass sie eine bessere Gleichmäßigkeit des Abtrags bewirkt.
  • So ist in der DE 4117367A ein Verfahren zum Erzeugen eines homogenen Abtragsprofils auf einem rotierenden Target einer Sputtervorrichtung vorgeschlagen, bei dem das für die Stärke und Formgebung des Plasmas maßgebende Magnetfeld, insbesondere die Geometrie des Magnetfelds, so variiert wird, dass eine Konfiguration des Erosionsgrabens entsteht, die auf dem rotierenden Target ein rechteckiges oder nahezu rechteckiges Abtragsprofil mit steilen Erosionsflanken erzeugt. Dabei wird zur Variation des Magnetfelds die Position mindestens eines Magneten oder die Stärke mindestens eines Magneten geändert.
  • Weiterhin ist in der EP 2119810 eine Magnetronsputterquelle beschrieben, bei der mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei, elektrisch voneinander isolierte Langtarget-Anordnungen längsseitig nebeneinander angeordnet sind, mit einem Abstand, der wesentlich kleiner ist als die Breitenausdehnung der Targetanordnungen, und dass jede der Targetanordnungen einen eigenen elektrischen Anschluss aufweist, wobei weiter eine Anodenanordnung vorgesehen ist. Die Targets der Targetanordnungen sind bevorzugt an den Ecken abgerundet, den "race tracks"-Bahnen folgend. Dabei kann an der Magnetronsputterquelle mit je unabhängig voneinander eingestellter elektrischer Speisung der einzelnen Targetanordnungen die an einem darüberliegenden Substrat abgelegte Schichtdicken-Verteilung bereits wesentlich verbessert werden.
  • Der Race-Track tritt aber auch beim Magnetron-Sputterätzen auf. Dort bewirkt er eine inhomogene Ätzung von Substraten.
  • In der Regel weist das Plasma im Zweitbereich des Race-Tracks eine Überhöhung der eingetragenen Leistungsdichte auf. Aufgrund des inhomogenen Abtragsprofils ist beispielsweise eine Nachführung des Magnetsystems erforderlich, um eine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung zu erreichen. Alternativ kann das Substrat oder das Target während des Prozesses sich hin- und herbewegen oder rotieren. Um die Auswirkungen des Race-Tracks zu eliminieren, wird, wie erwähnt, eine Bewegung relativ zueinander zwischen der Magnetronsputterquelle und dem zu behandelnden Substrat durchgeführt, wie das bei der Behandlung metallischer Bänder der Fall ist. Dies führt aber oft zu einem hohen Kostenaufwand und durch örtlich unterschiedliche Abtragsraten zu Inhomogenitäten.
  • Alternativ kann beim Magnetron-Sputterätzen das Plasma über die Substratkante hinaus brennen. Damit soll hauptsächlich das Plasma im Erstbereich des Race-Tracks homogen auf das Substrat einwirken. Hierzu werden in bestimmten Bereichen der Magnetron-Sputterätzanlage, beispielsweise seitlich vom Substrat, Platten angebracht, die im Prozess abgesputtert werden. Um diesen Abtrag zu minimieren, ist es üblich, dafür Materialien mit niedriger Sputterrate einzusetzen. Diese abgestäubten Materialien dürfen dabei die Haftfestigkeit einer nachfolgenden Beschichtung des Substrats nicht negativ beeinflussen. Trotzdem begrenzt die Standzeit dieser Platten die Standzeit der Magnetron-Sputterätzanlage und ist unter Umständen mit aufwendigen Wartungsreparaturen verbunden.
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung anzugeben, mit denen die Entladung einen homogenen Abtrag oder das Plasma eine homogene Behandlung auf der gesamten Oberfläche eines Substrats bewirkt. Insbesondere sollen mit dem Verfahren eine längere Standzeit der Anlage und ein langzeitstabiler Betrieb erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung werden typischerweise zur Behandlung von Substraten, insbesondere zur Abtragung von Schichten von Oberflächen der Substrate mittels Magnetron-Sputterätzen, verwendet.
  • Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind Abscheidungen dünner Schichten auf Substraten durch gezieltes Ab-Sputtern der Abschirmelemente oder plasma-unterstützte chemische Dampfphasenabscheidung. Dabei werden in den Entladungsbereich eingeleitete Reaktivgase bzw. Precursoren durch das Plasma aktiviert, so dass sich durch chemische Reaktionen Schichten auf dem Substrat niederschlagen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der eingangs genannten Art ist vorgesehen, dass an das Abschirmelement ein vom Substratpotential unterschiedliches Potential angelegt wird, so dass das Plasma im Zweitbereich des Race-Tracks mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential gegenüber dem Plasma im Erstbereich des Race-Tracks erzeugt wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung liegt das Substrat auf Erdpotential.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Substrat im Bereich der Entladung im Wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die nachfolgend beschriebene Vorrichtung vorgeschlagen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der eingangs genannten Art ist das erfindungsgemäße Abschirmelement gegenüber herkömmlichen Abschirmelementen, die elektrisch geerdet sind, elektrisch isoliert. Dabei wird an das Abschirmelement ein vom Substratpotential unterschiedliches Potential angelegt, so dass das Plasma im Zweitbereich des Race-Tracks mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential gegenüber dem Plasma im Erstbereich des Race-Tracks erzeugt wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird an das Abschirmelement eine DC-Spannung oder eine gepulste DC-Spannung oder eine MF-Spannung oder eine RF-Spannung oder eine Kombination aus diesen angelegt.
  • Vorzugsweise wird das Abschirmelement nahe am Magnetsystem gegenüber dem Erstbereich des Race-Tracks seitlich vom Substrat mit einem solchen Abstand unter oder über dem Substrat angeordnet, dass zwischen dem Abschirmelement und dem Substrat eine Zündung einer Entladung verhindert wird. Vorzugsweise soll das Abschirmelement an den Rändern des Substrats so angeordnet werden, dass ein Endabschnitt des Substrats das Abschirmelement überragt. Hierbei soll der Substrattransport von der Anordnung des Abschirmelements nicht behindert werden.
  • Zusätzlich kann das Magnetfeld unter Verwendung des Abschirmelements im Zweitbereich gegenüber dem Erstbereich verstärkt werden. Das Magnetfeld im Zweitbereich kann durch die Konfiguration des Magnetsystems oder durch den Abstand zwischen Abschirmelement und Magnetsystem variiert werden. Durch die Anordnung des Abschirmelements bewirkt eine Verkleinerung dieses Abstands eine Verstärkung der magnetischen Feldstärke im Zweitbereich.
  • Auf diese Weise kann die Entladungsspannung im Bereich des Abschirmelements gegenüber dem Substrat signifikant gesenkt werden. Dies führt zu einer Absenkung der Leistungsdichte und zu einer geringeren Energie der Ionen im Zweitbereich. Dadurch wird die Sputterausbeute im Zweitbereich deutlich reduziert und das Abschirmelement muss aufgrund der geringeren Abtragsrate seltener gewechselt werden.
  • Herkömmliche Entladungen brennen im Zweitbereich und im Erstbereich mit vergleichbaren Leistungsdichten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem eine unabhängige Spannung am Abschirmelement angelegt werden kann, kann das Substrat mit deutlich höheren Spannungen und damit auch mit höheren Leistungsdichten betrieben werden. Die Entladung bzw. das Plasma im Bereich des Substrats wird durch die kontrollierbare Entladung im Bereich des Abschirmelements stabilisiert.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Abschirmelement segmentiert ausgeführt und die benachbarten Segmente werden abwechselnd als Kathode oder Anode geschaltet. Beispielsweise werden bei Doppel- oder Mehrfachanordnungen von Magnetsystemen zwei oder mehre Magnetsysteme in der Vakuumkammer nebeneinander oder umeinander herum angeordnet. Das Abschirmelement wird dementsprechend segmentiert ausgeführt, so dass nahe an jedem Magnetsystem gegenüber dem Zweitbereich des jeweiligen Race-Tracks mindestens ein Segment angeordnet wird. Die Entladungen an den Segmenten können nebeneinander wechselweise an und ausgeschaltet werden, während die Spannung am Substrat konstant erhalten bleibt. Damit ist beispielsweise das Betreiben einer Doppelanordnung mit einer leistungsstarken DC-Stromversorgung in Verbindung mit einer MF-Stromversorgung möglich. Diese Beschaltung ist besonders vorteilhaft wenn eine hohe Überschlagshäufigkeit auftritt, wie z.B. bei sich aufladenden isolierenden Schichten.
  • In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Erzeugung des elektrischen Felds eine Substratelektrode, beispielsweise eine Siebelektrode oder eine Lochelektrode, anstelle des Substrats neben den Abschirmelementen, vorzugsweise mit einem kleinen Abstand über den Abschirmelementen, angeordnet. Damit wird die Extraktion der Ionen aus dem Plasmaraum ermöglicht.
  • Vorteilhaft wird die Substratelektrode mit einer viel höheren Spannung als die Abschirmelemente betrieben. Auf diese Weise werden die Ionen im Mittelbereich mit hoher Energie extrahiert, während im Randbereich, der im Wesentlichen nicht für die Extraktion von Ionen genutzt wird, mit niedrigeren Spannungen gearbeitet wird. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für die Plasmaerzeugung für CVD-Prozesse, da die die Entladung bestimmenden Segmente von den Reaktivprozessen abgeschirmt angeordnet werden können.
  • Die anordnungsseitige Lösung der Aufgabenstellung besteht darin, dass das Abschirmelement sowohl gegenüber dem Substrat, als auch gegenüber Masse und Anodenelektrode elektrisch isoliert ist.
  • Bevorzugterweise liegt das Abschirmelement auf einem vom Erdpotential unterschiedlichen Potential.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Abschirmelement mit einer Spannungsversorgungschaltung zum Anlegen einer DC-Spannung oder einer gepulsten DC-Spannung oder einer MF-Spannung oder einer RF-Spannung oder einer Kombination aus diesen verbunden ist.
  • Zur Vermeidung einer unerwünschten Plasmaentladung ist vorgesehen, dass das Abschirmelement in Richtung zum Substrat gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks seitlich der Aufnahmefläche des Substrats mit einem solchen als Dunkelfeldabstand bezeichneten Abstand unter oder über der Aufnahmefläche des Substrats oder neben dem Substrat liegt, dass zwischen dem Abschirmelement und dem Substrat eine Zündung einer Entladung verhindert wird.
  • Die Stabilität der Entladung kann dadurch erheblich verlängert werden, dass das Abschirmelement Segmente umfasst und die benachbarten Segmente abwechselnd als Kathode oder Anode schaltbar sind, wodurch Aufladungen isolierender Schichten minimiert und Überschläge vermieden werden.
  • Zur Vermeidung von unerwünschten Nebenentladungen zwischen Masse und Abschirmelement wird erfindungsgemäß eine Dunkelfeldabschirmung an dem Abschirmelement angeordnet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Trommel, außerhalb der Trommel mindestens eine Anodenelektrode mit einer Dunkelfeldabschirmung und im Innenraum der Trommel ein Magnetsystem angeordnet sind, dass die Trommel schmaler als die Substratbreite ist und an der Trommel seitlich und isoliert zum Substrat ein zylindrisches Abschirmelement angeordnet ist, das einen geringeren Durchmesser aufweist, als die Trommel und dass Mittel zur Führung des Substrats um die Trommel vorgesehen sind.
  • In einer anderen weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das zylindrische Abschirmelement in zueinander isolierte Bogensegmente geteilt ist, die im Bereich des Magnetsystems jeweils gemeinsam mit einer Spannungsversorgungschaltung zum Anlegen einer DC-Spannung oder einer gepulsten DC-Spannung oder einer MF-Spannung oder einer RF-Spannung oder einer Kombination aus diesen verbunden sind.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
  • 1 eine im Querschnitt dargestellte Vorrichtung zum Magnetron-Sputterätzen nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine Aufsichtsdarstellung des in 1 dargestellten Plasmas über dem Magnetsystem,
  • 3 eine Aufsichtsdarstellung des Plasmas über dem Magnetsystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 4 eine Aufsichtsdarstellung des Plasmas über dem Magnetsystem nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 5 eine im Querschnitt dargestellte Vorrichtung mit einer Siebelektrode nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 6 eine im Querschnitt dargestellte Vorrichtung zum Magnetron-Sputterätzen eines um eine Trommel 10 geführten bandförmigen Substrats 5, und
  • 7 eine Aufsichtsdarstellung des in 6 dargestellten Plasmas über dem Magnetsystem.
  • 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung zum Magnetron-Sputterätzen bandförmiger Substrate nach dem Stand der Technik. Das bandförmige Substrat 5 wird auf einer durch Führungsrollen 6 gebildeten Transporteinrichtung bewegt. Oberhalb des Substrats 5 ist eine Anode 2 angeordnet, die auf positivem Hochspannungspotential liegt und die von einer geerdeten Dunkelfeldabschirmung 1 umgeben ist. Das Substrat 5 liegt auf Erdpotential und wird als Kathode geschaltet. Unterhalb des Substrats 5 ist ein Magnetsystem 4 angeordnet, dessen Magnetfeld das Substrat 5 durchdringt, so dass das Plasma 3 direkt auf der der Anode 2 zugewandten Oberfläche des Substrats 5 brennt. Die im Plasma 3 enthaltenen Ionen werden auf die Oberfläche des Substrats 5 beschleunigt, so dass Schichten von dieser Oberfläche abgetragen werden.
  • 2 zeigt eine Aufsichtsdarstellung des in 1 dargestellten Plasmas 3 über dem durch Substrat 5 und Abschirmelement 7 abgedeckten Magnetsystem 4. Durch die Magnetfeldanordnung des Magnetsystems 4 hat das Plasma 3 die Form einer Rennbahn mit einem Erstbereich aus zwei zueinander parallelen Geraden und mit zwei Zweitbereichen aus je einem Bogen, die die Enden der beiden langen Geraden miteinander verbinden. Das Substrat 5 liegt gegenüber dem Erstbereich des Race-Tracks. Das Abschirmelement 7 liegt gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks seitlich vom Substrat 5. Das Substrat 5 sowie das Abschirmelement 7 liegen beide auf Erdpotential. Die Ionen aus dem Erstbereich zerstäuben die Oberfläche des Substrats 5. Das Abschirmelement 7 wird in der Regel kontinuierlich abgesputtert und ist dafür aus Materialien mit niedriger Sputterrate hergestellt, wie z.B. Titan.
  • 3 zeigt eine Aufsichtsdarstellung des Plasmas 3 über dem verdeckten Magnetsystem 4 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Abschirmelement 7 liegt gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks seitlich vom Substrat 5 mit einem Abstand unter dem Substrat 5. Der Abstand ist typisch bis zu wenigen Millimetern, so dass kein Plasma zwischen Substrat 5 und Abschirmelement 7 gezündet wird. Das Substrat 5 ist geerdet und das Abschirmelement 7 ist mit dem elektrischen Anschluss 8 verbunden, mit dem eine positive oder negative Spannung am Abschirmelement 7 angelegt werden kann.
  • 4 zeigt eine Aufsichtsdarstellung des Plasmas 3 über den verdeckten Magnetsystemen 4a und 4b nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei wird eine sogenannte Doppelanordnung mit zwei Magnetsystemen 4a und 4b dargestellt. Das Abschirmelement 7 wird dementsprechend segmentiert, so dass an jedem Magnetsystem 4a und 4b jeweils ein Segment 7a, 7b angeordnet wird. Das Segment 7a ist mit dem elektrischen Anschluss 8a verbunden sowie das Segment 7b mit dem elektrischen Anschluss 8b. Zwischen 8a und 8b wird beispielsweise eine mittelfrequente (MF)-Leistung angelegt. Damit können die Entladungen bzw. Plasmen nebeneinander im Wechsel an und ausgeschaltet werden.
  • 5 zeigt eine im Querschnitt dargestellte Vorrichtung mit einer Siebelektrode 9 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei wird eine Doppelanordnung mit zwei durchbrochenen Magnetsystemen 4a und 4b dargestellt. Die Magnetsysteme 4a und 4b bestehen aus Permanentmagneten und Rückschlussplatten, die mit durchgehenden Öffnungen versehen sind. Eine Siebelektrode 9 ist auf der der Anode 2 zugewandten Seite der Magnetsysteme 4a und 4b angeordnet, wobei die Siebelektrode 9 auf Erdpotential liegt und als Kathode geschaltet wird. Das Abschirmelement 7 umfasst zwei Segmente 7a, 7b, die jeweils gegenüber dem Zweitbereich des jeweiligen Race-Tracks unter der Siebelektrode 9 angeordnet und jeweils mit elektrischen Anschlüssen 8a, 8b verbunden sind. Die Ionen aus den Plasmen 3 werden durch die Öffnungen auf das Substrat 5 beschleunigt und zerstäuben die Oberfläche des Substrats 5. Die Segmente 7a, 7b können mit einer MF-Stromversorgung betrieben werden.
  • 6 zeigt eine Vorrichtung zum Sputterätzen eines um eine Trommel 10 geführten bandförmigen Substrats 5. Dabei umschlingt das auf Erdpotential liegende Band die Trommel 10. Im Innenraum der Trommel 10 ist ein Magnetsystem 4 längs der axialen Richtung der Trommel 10 angeordnet, das aus einem ringförmigen Permanentmagneten besteht und dessen Magnetfeld das bandförmige Substrat 5 durchdringt. Das Substrat 5 wird mit einer nicht dargestellten Transporteinrichtung bewegt und mit Hilfe von Führungsrollen 6 auf die drehbar gelagerten Trommel 10 geführt. Neben der das bandförmige Substrat 5 tragenden Trommel 10 sind die als Zylinder ausgeführten Abschirmelemente 7 dargestellt, die einen wenige Millimeter geringeren Durchmesser aufweisen als die Trommel 10.
  • 7 zeigt eine Aufsichtsdarstellung des in 6 dargestellten Plasmas 3 über dem verdeckten Magnetsystem 4 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Richtung zum Substrat 5 gegenüber den Zweitbereichen des Race-Tracks ist je ein Abschirmelement 7 so angeordnet, dass das Abschirmelement 7 aufgrund des geringeren Durchmessers gegenüber der Trommel 10 unterhalb des Substrats 5 liegt und durch die Endabschnitte des Substrats 5 teilweise abgedeckt wird. Das Substrat 5 ist geerdet und das Abschirmelement 7 ist mit dem elektrischen Anschluss 8 verbunden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Dunkelfeldabschirmung
    2
    Anodenelektrode
    3
    Plasma
    4
    Magnetsystem
    4a
    erstes Magnetsystem
    4b
    zweites Magnetsystem
    5
    Substrat
    6
    Transporteinrichtung/Führungsrollen
    7
    Abschirmelement
    7a
    Segment des Abschirmelements, erstes Abschirmelement
    7b
    Segment des Abschirmelements, zweites Abschirmelement
    8
    elektrischer Anschluss
    8a
    elektrischer Anschluss
    8b
    elektrischer Anschluss
    9
    Siebelektrode, Substratelektrode
    10
    Trommel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4117367 A [0008]
    • EP 2119810 [0009]

Claims (21)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung zum Abtragen einer Oberfläche eines Substrats (5) in einer Vakuumkammer, in der durch Überlagerung eines elektrischen Feldes mit einem von einem ersten Magnetsystem (4) erzeugten Magnetfeld ein positiv geladene Ionen enthaltendes Plasma (3) erzeugt wird, wobei die Ionen aus dem Plasma (3) die Oberfläche des Substrats (5) zerstäuben, wobei durch die Anordnung des Magnetfelds das Plasma (3) so erzeugt wird, dass es die Form eines geschlossenen Race-Tracks mit einem Erstbereich, der auf der Projektionsfläche des Substrats (5) liegt, und einem Zweitbereich, der mit dem Erstbereich verbunden ist und auf der Projektionsfläche außerhalb des Substrats (5) liegt, annimmt, wobei parallel zum oder neben dem Substrat (5) gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks ein erstes Abschirmelement (7) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass an das erste Abschirmelement (7) ein vom Substratpotential unterschiedliches Potential angelegt wird, so dass das Plasma (3) im Zweitbereich des Race-Tracks mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential gegenüber dem Plasma (3) im Erstbereich des Race-Tracks erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) auf Erdpotential liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) im Bereich der Entladung im Wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an das erste Abschirmelement (7) eine DC-Spannung oder eine gepulsten DC-Spannung oder eine MF-Spannung oder eine RF-Spannung oder eine Kombination aus diesen angelegt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmelement (7) nahe am ersten Magnetsystem (4) gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks seitlich vom Substrat (5) mit einem solchen Abstand unter oder über oder neben dem Substrat (5) angeordnet wird, dass zwischen dem Abschirmelement (7) und dem Substrat (5) eine Zündung einer Entladung verhindert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des ersten Abschirmelements (7) das Magnetfeld im Zweitbereich gegenüber dem Erstbereich verstärkt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu dem ersten Magnetsystem (4a) mit dem ersten Abschirmelement (7a) ein zweites Magnetsystem (4b) mit einem zweiten Abschirmelement (4b) in der Art des ersten Magnetsystems (4a) angeordnet wird und die einander benachbarten Abschirmelemente (7a, 7b) abwechselnd als Kathode oder Anode geschaltet werden.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Spannung der Abschirmelemente (7a, 7b) gegenüber dem Betrag der Spannung des Substrats (5) abgesenkt ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Felds anstelle des Substrats (5) eine vorzugsweise als Siebelektrode (9) ausgebildete Substratelektrode angeordnet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratelektrode mit einer viel höheren Spannung als die der Abschirmelemente (7a, 7b) betrieben wird.
  11. Vorrichtung zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung zum Abtragen einer Oberfläche eines Substrats (5) in einer Vakuumkammer, umfassend eine Aufnahmefläche für ein Substrat (5), ein auf einer Seite der Aufnahmefläche des Substrats (5) liegendes erstes Magnetsystem (4), eine Anodenelektrode (2), eine Stromversorgung und mindestens eine Gaseinlassvorrichtung, wobei zwischen dem Substrat (5) und der Anodenelektrode (2) ein Plasmaraum liegt, in dem ein positiv geladene Ionen enthaltendes Plasma (3) erregbar ist, wobei durch die Anordnung des Magnetfelds das Plasma (3) die Form eines geschlossenen Race-Tracks mit einem Erstbereich, der auf der Projektionsfläche des Substrats (5) liegt, und einem Zweitbereich, der mit dem Erstbereich verbunden ist und auf der Projektionsfläche außerhalb des Substrats (5) liegt, aufweist, wobei parallel zum oder neben dem Substrat (5) gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks ein erstes Abschirmelement (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmelement (7) sowohl gegenüber dem Substrat (5), als auch gegenüber Masse und Anodenelektrode (2) elektrisch isoliert ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport des Substrats (5) im Bereich der Entladung mit einer überwiegend konstanten Geschwindigkeit transportierende Transportmittel vorgesehen sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) mit dem Erdpotential verbunden ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmelement (7) auf einem vom Erdpotential unterschiedlichen Potential liegt.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmelement (7) mit einer Spannungsversorgungschaltung zum Anlegen einer DC-Spannung oder einer gepulsten DC-Spannung oder einer MF-Spannung oder einer RF-Spannung oder einer Kombination aus diesen verbunden ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmelement (7) in Richtung zum Substrat (5) gegenüber dem Zweitbereich des Race-Tracks seitlich der Aufnahmefläche des Substrats (5) mit einem solchen Abstand unter oder über oder neben der Aufnahmefläche des Substrats (5) liegt, dass zwischen dem ersten Abschirmelement (7) und dem Substrat (5) eine Zündung einer Entladung vermeidbar ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu dem ersten Magnetsystem (4a) mit dem ersten Abschirmelement (7a) ein zweites Magnetsystem (4b) mit einem zweiten Abschirmelement (7b) in der Art des ersten Magnetsystems (4a) angeordnet ist und die einander benachbarten Abschirmelemente (7a, 7b) abwechselnd als Kathode oder Anode schaltbar sind.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Abschirmelement (7) eine Dunkelfeldabschirmung angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Substrats (5) vorzugsweise als eine Siebelektrode (9) ausgebildete Substratelektrode zum Extrahieren von Ionen eingesetzt ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trommel (10), außerhalb der Trommel (10) mindestens eine Anodenelektrode (2) mit einer Dunkelfeldabschirmung (1) und im Innenraum der Trommel (10) ein Magnetsystem (4) angeordnet sind, dass die Trommel (10) schmaler als die Substratbreite ist und an der Trommel (10) seitlich und isoliert zum Substrat (5) ein zylindrisches Abschirmelement (7) angeordnet ist, das einen geringeren Durchmesser aufweist, als die Trommel (10) und dass Mittel zur Führung des Substrats (5) um die Trommel (10) vorgesehen sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (7) in zueinander isolierte Bogensegmente geteilt ist, die im Bereich des Magnetsystems (4) jeweils gemeinsam mit einer Spannungsversorgungschaltung zum Anlegen einer DC-Spannung oder einer gepulsten DC-Spannung oder einer MF-Spannung oder einer RF-Spannung oder einer Kombination aus diesen verbunden sind.
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