DE102015101208A1 - Magnetronanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Magnetronanordnung - Google Patents

Magnetronanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Magnetronanordnung Download PDF

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Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetronanordnung (100) Folgendes aufweisen: eine erste Magnetronkathode (102a) mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich (108a) unterhalb der ersten Magnetronkathode definiert; eine zweite Magnetronkathode (102b) mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich (108b) unterhalb der zweiten Magnetronkathode definiert; einen ersten Anodenträger (104a), welcher oberhalb der ersten Magnetronkathode angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger (104b), welcher oberhalb der zweiten Magnetronkathode angeordnet ist; und einen Gaskanal (106) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden (102a, 102b) mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal oberhalb der beiden Magnetronkathoden (102a, 102b) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Magnetronanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Magnetronanordnung.
  • Im Allgemeinen können Magnetrons zum Beschichten eines Substrats verwendet werden, beispielsweise kann ein so genannter Sputter-Prozess (eine Kathodenzerstäubung) genutzt werden, um ein Substrat oder auch mehrere Substrate in einer Prozesskammer zu beschichten (z.B. als Sputter-Beschichtung oder Sputterdeposition bezeichnet). Magnetrons können derart bereitgestellt sein, dass diese einen Betriebsmodus aus einer Vielzahl von möglichen Betriebsmodi umsetzen können. Die Betriebsmodi, einzeln oder in Kombination, können beispielsweise aufweisen: geregeltes oder ungeregeltes reaktives Sputtern, nicht reaktives Sputtern, Gleichspannungs-Sputtern (DC-Sputtern oder Bipolares-Sputtern), Wechselspannungs-Sputtern (AC-Sputtern oder Bipolares-Sputtern, z.B. MF-(Mittelfrequenz)-Sputtern), gepulstes Gleichspannungs-Sputtern (z.B. Hochleistungs-Impulsmagnetronsputtern; als HiPIMS oder HPPMS abgekürzt). Herkömmlicherweise werden für verschiedene Betriebsarten eines Magnetrons verschiedene speziell an die Betriebsart angepasste Magnetrons bereitgestellt, wobei diese Magnetrons eingerichtet sein können, nur einen speziellen Betriebsmodus optimal umzusetzen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Magnetronanordnung und ein Verfahren zum Betreiben der Magnetronanordnung bereitgestellt, wobei die Magnetronanordnung derart eingerichtet ist, dass diese auf einfache Weise in einer Vielzahl von Betriebsmodi betrieben werden kann. Dazu kann die Magnetronanordnung beispielsweise derart bereitgestellt sein, dass mittels lösbarer Verbindungen die Gasführung und/oder die Anoden der Magnetronanordnung an den jeweils gewünschten Betriebsmodus angepasst werden können. Ferner kann die Magnetronanordnung ein Anschluss-Terminal aufweisen zum Verbinden der Magnetronanordnung an die externen Versorgungsvorrichtungen, z.B. Strom/Spannungs-Versorgungen, oder Gasversorgungen (Arbeitsgas-Versorgungen oder Reaktivgas-Versorgungen). Dabei kann das Anschluss-Terminal derart eingerichtet sein, dass die verschiedenen Betriebsmodi berücksichtigt sind.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Magnetron-Deckel für eine Vakuumprozesskammer, z.B. für eine Durchlaufbeschichtungsanlage, bzw. eine Magnetronanordnung für eine Folienbeschichtungsanlage bereitgestellt, wobei der Magnetron-Deckel bzw. die Magnetronanordnung ausreichend freien Bauraum aufweist zum Konfigurieren des Magnetron-Deckels bzw. der Magnetronanordnung für verschiedene Betriebsmodi, so dass der Magnetron-Deckel, bzw. die Magnetronanordnung, universell eingesetzt werden kann. Dabei können die jeweiligen Umbauteile in dem freien Bauraum mittels Klemm-, Steck- und/oder Schraubverbindungen lösbar befestigt sein oder werden. Zu den Umbauteilen können beispielsweise Anodenstrukturen gehören, zum Bereitstellen verschiedener Anodenformen, oder Gasleitstrukturen (z.B. Gasleitbleche) zum Anpassen der Gasflüsse, welche die Magnetronkathoden mit Prozessgas (Arbeitsgas und/oder Reaktivgas) versorgen, z.B. zum Beeinflussen des Gasflusses von einem Gaseinlass oder mehreren Gaseinlässen (einem Gaskanal und/oder mehreren Gasverteilern) zu einer oder mehreren Absaugöffnungen (Pumpöffnungen) hin.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetronanordnung Folgendes aufweisen: eine erste Magnetronkathode mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich (auch als Racetrack bezeichnet) unterhalb der ersten Magnetronkathode definiert; eine zweite Magnetronkathode mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich unterhalb der zweiten Magnetronkathode definiert; einen ersten Anodenträger, welcher oberhalb der ersten Magnetronkathode angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger, welcher oberhalb der zweiten Magnetronkathode angeordnet ist; mindestens eine erste Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung seitlich und/oder oberhalb der beiden Magnetronkathoden und mindestens eine zweite Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung seitlich und/oder oberhalb der beiden Magnetronkathoden (anschaulich können die beiden Magnetronkathoden unterhalb und/oder zwischen den Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen angeordnet sein); und einen Gaskanal mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal oberhalb der beiden Magnetronkathoden angeordnet ist, und wobei der Gaskanal zwischen den beiden Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen angeordnet ist. Ferner können die beiden Anodenträger jeweils eine Haltestruktur aufweisen zum Halten einer Anodenstruktur. Beispielsweise kann der erste Anodenträger mindestens eine erste Haltestruktur aufweisen zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer ersten Anodenstruktur, und der zweite Anodenträger mindestens eine zweite Haltestruktur zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer zweiten Anodenstruktur.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetronanordnung Folgendes aufweisen: eine erste Magnetronkathode mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich unterhalb der ersten Magnetronkathode definiert; eine zweite Magnetronkathode mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich unterhalb der zweiten Magnetronkathode definiert; einen ersten Anodenträger mit mindestens einer ersten Haltestruktur zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer ersten Anodenstruktur, wobei der erste Anodenträger oberhalb der ersten Magnetronkathode angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger mit mindestens einer zweiten Haltestruktur zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer zweiten Anodenstruktur, wobei der zweite Anodenträger oberhalb der zweiten Magnetronkathode angeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Anodenträger elektrisch miteinander gekoppelt sein oder voneinander elektrisch isoliert eingerichtet sein. Anschaulich kann pro Magnetronkathode mindestens ein Anodenträger breitgestellt sein oder werden. Der Anodenträger kann elektrisch von der Masse (z.B. der Vakuumkammer oder der Pumpdeckel oder einem anderen Massepotential) getrennt sein und elektrisch nach außen geführt sein, so dass ein elektrisches Potential auf die Anodenträger aufgebracht werden kann. Beispielsweise kann jeder Anodenträger einzeln oder können beide Anodenträger gemeinsam von außerhalb der Vakuumkammer, in der die Magnetronanordnung betrieben wird, mit elektrischer Energie versorgt werden, z.B. kann ein gegenüber der Magnetronkathode positives Potential auf die Anodenträger einzeln oder auf beide Anodenträger gemeinsam gebracht werden.
  • Beispielsweise kann jeder Anodenträger einzeln oder können beide Anodenträger gemeinsam von außerhalb der Vakuumkammer durch eine Kammerwand der Vakuumkammer hindurch mit elektrischer Energie versorgt werden. Alternativ kann die Magnetronanordnung an einer Deckelplatte montiert sein oder werden, wobei mittels der Deckelplatte eine entsprechende Kammer-Deckelöffnung einer Vakuumkammer vakuumdicht abgedichtet werden kann, so dass die Vakuumkammer evakuiert werden kann und die an der Deckelplatte montierte Magnetronanordnung in der Vakuumkammer angeordnet ist, wobei jeder Anodenträger einzeln oder beide Anodenträger gemeinsam von außerhalb der Vakuumkammer durch die Deckelplatte hindurch mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeweils die Haltestruktur als eine Klemmverbindung ausgestaltet sein, insbesondere als eine Schraub-Klemmverbindung oder Steck/Klemmverbindung, so dass jeweils mehrere Anodenstrukturen an die beiden Anodenträger geklemmt werden können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeweils die Haltestruktur der Anodenträger derart bereitgestellt sein, dass ein Anodenstrukturelement auf einer ersten Seite des Anodenträgers montiert werden kann und dass ein weiteres Anodenstrukturelement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Anodenträgers montiert werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeweils die Haltestruktur der Anodenträger derart bereitgestellt sein, dass mehrere Anodenstrukturelemente auf einer ersten Seite des Anodenträgers montiert werden können und dass mehrere weitere Anodenstrukturelemente auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Anodenträgers montiert werden können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeweils die Haltestruktur der Anodenträger mittels eines Durchgangslochs oder mehrerer Durchgangslöcher in dem Anodenträger bereitgestellt sein oder werden. Dabei kann sich jeweils eine Schraube oder ein Gewindestift durch das Durchgangsloch hindurch erstrecken und beidseitig des Anodenträgers können Klemmleisten mittels der Schraube oder dem Gewindestift an den Anodenträger geklemmt werden. Die Anodenstrukturelemente können entsprechend passend zu der jeweiligen Haltestruktur eingerichtet sein, so dass diese auf einfache Weise an dem jeweiligen Anodenträger befestigt werden können. Alternativ können Abschirmelemente oder Schutzkappen entsprechend passend zu der jeweiligen Haltestruktur eingerichtet sein, so dass diese auf einfache Weise an dem jeweiligen Anodenträger befestigt werden können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Anodenträger jeweils eine Kühlmittelführung aufweisen zum Kühlen der beiden Anodenträger mittels eines Kühlmittels.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Anodenträger Kupfer aufweisen oder aus Kupfer bestehen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner eine Deckelplatte aufweisen, wobei die beiden Magnetronkathoden, die beiden Anodenträger und der Gaskanal an der Deckelplatte montiert sind und wobei sich die beiden Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen durch die Deckelplatte hindurch erstrecken.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung in einer Vakuumkammer bereitgestellt sein oder werden, wobei die beiden Magnetronkathoden, die beiden Anodenträger und der Gaskanal an einem Wandelement (z.B. Kammerdecke und/oder Kammerboden) der Vakuumkammer montiert sind. Dabei können sich die beiden Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen durch das Wandelement hindurch erstrecken oder die beiden Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen können alternativ in (z.B. vertikal verlaufenden) Schottwänden bereitgestellt sein oder werden, wobei die Schottwände in der Vakuumkammer bereitgestellt sind, z.B. bei einer Durchlaufbeschichtungsanlage zum Separieren der Vakuumkammer in verschiedene Sektionen oder Kompartments entlang der Substrattransportrichtung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Anodenträger jeweils an einer gemeinsamen Anoden-Grundplatte montiert sein oder werden. Dabei kann die Anoden-Grundplatte die beiden Anodenträger elektrisch leitend verbinden oder die Anoden-Grundplatte kann derart bereitgestellt sein oder die Anodenträger können derart an der Anoden-Grundplatte montiert sein, dass die beiden Anodenträger voneinander elektrisch isoliert sind.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Anodenträger mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an der Deckelplatte montiert sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Anodenträger mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an dem Wandelement der Vakuumkammer montiert sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anoden-Grundplatte mindesten eine Durchgangsöffnung derart aufweisen, dass Gas aus dem Gaskanal durch die Anoden-Grundplatte hindurch zu den beiden Plasmabereichen geleitet werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner mindestens eine an die Haltestruktur des ersten Anodenträgers gekuppelte erste Anodenstruktur aufweisen, wobei sich die angekuppelte erste Anodenstruktur in Richtung des ersten Plasmabereichs erstreckt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner mindestens eine an die Haltestruktur des zweiten Anodenträgers gekuppelte zweite Anodenstruktur aufweisen, wobei sich die angekuppelte zweite Anodenstruktur in Richtung des zweiten Plasmabereichs erstreckt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Magnetronkathode teilweise von der ersten Anodenstruktur umgeben sein, z.B. kann die erste Magnetronkathode zumindest teilweise zwischen zwei Anodenstrukturelementen der ersten Anodenstruktur angeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Magnetronkathode teilweise von der zweiten Anodenstruktur umgeben sein, z.B. kann die zweite Magnetronkathode zumindest teilweise zwischen zwei Anodenstrukturelementen der zweiten Anodenstruktur angeordnet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner mindestens eine an die Haltestruktur des ersten Anodenträgers gekuppelte erste Anodenabschirmung aufweisen, welche den ersten Anodenträger von der ersten Magnetronkathode abschirmt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner mindestens eine an die Haltestruktur des zweiten Anodenträgers gekuppelte zweite Anodenabschirmung aufweisen, welche den zweiten Anodenträger von der zweiten Magnetronkathode abschirmt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner einen ersten Gasverteiler-Anschluss aufweisen zum Anschließen eines ersten Gasverteilers, wobei der erste Gasverteiler-Anschluss oberhalb der ersten Magnetronkathode angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner einen zweiten Gasverteiler-Anschluss aufweisen zum Anschließen eines zweiten Gasverteilers, wobei der zweite Gasverteiler-Anschluss oberhalb der zweiten Magnetronkathode angeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner einen an den ersten Gasverteiler-Anschluss gekuppelten ersten Gasverteiler aufweisen zum Versorgen der ersten Magnetronkathode mit einem Prozessgas. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner einen an den zweiten Gasverteiler-Anschluss gekuppelten zweiten Gasverteiler aufweisen zum Versorgen der zweiten Magnetronkathode mit einem Prozessgas.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner eine erste Gasleitblech-Halterung aufweisen zum Halten eines ersten Gasleitblechs seitlich neben der ersten Magnetronkathode und eine zweite Gasleitblech-Halterung zum Halten eines zweiten Gasleitblechs seitlich neben der zweiten Magnetronkathode. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Gasverteiler-Anschlüsse und/oder der Gaskanal zwischen der ersten und der zweiten Gasleitblech-Halterung angeordnet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner ein an die erste Gasleitblech-Halterung gekuppeltes erstes Gasleitblech und ein an die zweite Gasleitblech-Halterung gekuppeltes zweites Gasleitblech aufweisen, wobei sich das erste Gasleitblech in Richtung des ersten Plasmabereichs erstreckt und wobei sich das zweite Gasleitblech in Richtung des zweiten Plasmabereichs erstreckt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Magnetronkathoden zwischen den beiden Gasleitblechen angeordnet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Gasleitblech derart bereitgestellt sein oder werden, dass Gas aus dem Gaskanal und/oder dem ersten Gasverteiler in die Nähe des ersten Plasmabereichs gelangt, bevor es abgepumpt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite Gasleitblech derart bereitgestellt sein oder werden, dass Gas aus dem Gaskanal und/oder dem zweiten Gasverteiler in die Nähe des zweiten Plasmabereichs gelangt, bevor es abgepumpt wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Gasverteiler-Anschlüsse und die beiden Gasleitblech-Halterungen an und/oder in der Deckelplatte bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Gasverteiler-Anschlüsse und die beiden Gasleitblech-Halterungen an und/oder in dem Wandelement der Vakuumkammer bereitgestellt sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner eine dritte Gasleitblech-Halterung zum Halten eines dritten Gasleitblechs oberhalb der ersten Magnetronkathode und eine vierte Gasleitblech-Halterung zum Halten eines vierten Gasleitblechs oberhalb der zweiten Magnetronkathode aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner ein an die dritte Gasleitblech-Halterung gekuppeltes drittes Gasleitblech und ein an die vierte Gasleitblech-Halterung gekuppeltes viertes Gasleitblech aufweisen, wobei das dritte Gasleitblech derart oberhalb der ersten Magnetronkathode eingerichtet ist, dass es eine Gasausbreitung von dem Gaskanal zu der ersten Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung hemmt, und wobei das vierte Gasleitblech derart oberhalb der zweiten Magnetronkathode eingerichtet ist, dass es eine Gasausbreitung von dem Gaskanal zu der zweiten Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung hemmt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das dritte und/oder vierte Gasleitblech derart bereitgestellt sein oder werden, dass Gas aus dem Gaskanal in die Nähe der beiden Plasmabereiche gelangt, bevor es abgepumpt wird. Beispielsweise kann Gas aus dem Gaskanal mittels des dritten und/oder vierten Gasleitblechs zwischen den beiden Magnetronkathoden hindurch in die Nähe der beiden Plasmabereiche geleitet werden, bevor es abgepumpt wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner eine Energieversorgung aufweisen zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden und/oder der beiden Anodenträger mit elektrischer Energie. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner eine erste Energieversorgung aufweisen zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden und/oder der beiden Anodenträger mit Gleichspannung/Gleichstrom. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner eine zweite Energieversorgung aufweisen zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden mit Wechselspannung/Wechselstrom. Dabei kann die zweite Energieversorgung derart eingerichtet sein, dass die beiden Anodenträger auf Massepotential gelegt sind.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben der Magnetronanordnung Folgendes aufweisen: Koppeln einer ersten Energieversorgung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden und/oder der beiden Anodenträger mit elektrischer Energie in einem Gleichspannungs-Betriebsmodus, wobei mittels der ersten Energieversorgung ein negatives Potential an den beiden Magnetronkathoden und ein positives Potential an den Anodenträgern bereitgestellt wird; und Koppeln einer zweiten Energieversorgung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden und/oder der beiden Anodenträger mit elektrischer Energie in einem Wechselspannungs-Betriebsmodus, wobei mittels der zweiten Energieversorgung eine Wechselspannung an die beiden Magnetronkathoden angelegt wird und wobei die beiden Anodenträger auf elektrische Masse (Massepotential) gelegt sind.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben der Magnetronanordnung Folgendes aufweisen: Betreiben der Magnetronanordnung in einem ersten Betriebsmodus mit einer ersten Gasfluss-Verteilung; Betreiben der Magnetronanordnung in einem zweiten Betriebsmodus mit einer zweiten Gasfluss-Verteilung; wobei die Gasflussverteilungen dadurch angepasst werden, dass das erste und zweite Gasleitblech und/oder dass das dritte und vierte Gasleitblech montiert oder demontiert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben der Magnetronanordnung Folgendes aufweisen: Betreiben der Magnetronanordnung in einem ersten Betriebsmodus mit einer ersten Prozessgas-Zusammensetzung; Betreiben der Magnetronanordnung in einem zweiten Betriebsmodus mit einer zweiten Prozessgas-Zusammensetzung; wobei die erste Prozessgas-Zusammensetzung frei von einem Reaktivgas ist und wobei die zweite Prozessgas-Zusammensetzung mindestens ein Reaktivgas aufweist. Dabei kann das Betreiben der Magnetronanordnung in dem zweiten Betriebsmodus geregelt erfolgt, wobei die Prozessgas-Zusammensetzung als Stellgröße oder Regelgröße einer Regelung genutzt wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetronkathode (z.B. Planarkathode oder Rohrkathode) auch als Magnetrontarget (z.B. Planartarget oder Rohrtarget) bezeichnet sein oder werden und beispielsweise das zu zerstäubende Material aufweisen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine Magnetronanordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2 verschiedene Anodenstrukturen für eine Magnetronanordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 3A und 3B eine Magnetronanordnung für zwei verschiedene Betriebsmodi jeweils in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 4A und 4B sowie 5A und 5B eine Magnetronanordnung für zwei verschiedene Betriebsmodi jeweils in einer schematischen Ansicht und einer schematischen Ansicht eines resultierenden Schichtaufbaus, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 6 und 7 eine Magnetronanordnung für zwei verschiedene Betriebsmodi jeweils in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 8 eine Magnetronanordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 9 eine Magnetronanordnung in einer Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 10A und 10B eine Magnetronanordnung jeweils in einer Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 11 eine Magnetronanordnung in verschiedenen Ansichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 12A und 12B eine Anodenanordnung einer Magnetronanordnung in einer perspektivischen Ansicht und einer Detailansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 13A und 13B eine Magnetronanordnung in einer perspektivischen Schnittansicht und einer Detaildarstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 14A und 14B jeweils eine elektrische Versorgung einer Magnetronanordnung in einer schematischen Ansicht für verschiedene Betriebsmodi, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
  • 15 eine Magnetronanordnung mit einem Anschlussterminal in einer perspektivischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa "oben", "unten", "vorne", "hinten", "vorderes", "hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein variabler Prozessraum für ein Multi-Mode-Magnetron (einem Magnetron mit mehreren Betriebsmodi) bereitgestellt. Anschaulich wird ein Magnetron oder werden mehrere Magnetrons zur Dünnschichtabscheidung sowie die Vakuumkammer, in welcher sie zum Einsatz kommen („Prozessraum“) bereitgestellt.
  • Im Allgemeinen gibt es für Sputter-Magnetrons verschiedene Betriebsmodi mit jeweiligen Vor- und Nachteilen, die zum Einsatz kommen können. Beispielsweise unterscheidet man gemäß der Elektrodenkonfiguration den unipolaren und den bipolaren Betriebsmodus. Im unipolaren Betrieb wirkt ein Target als Kathode gegen eine definierte Anode, wobei nur diese Kathode als Beschichtungsquelle bereitsteht, und die Anode nicht zugleich als Beschichtungsquelle dient. Die Anode ist ein leitfähiges Konstruktionselement, z.B. ein Metallteil, in der Vakuumkammer. In der einfachsten Ausführung werden die Wände der Vakuumkammer („elektrische Masse“) als Anode genutzt. Bevorzugt wird in dieser Variante mit Gleichspannung gearbeitet. Die Kathode ist dabei der negative, die Anode der positive Pol. Dabei können auch mehrere Targets im selben Prozessraum (in der gleichen Vakuumkammer) im unipolaren Modus betrieben werden, z.B. zwei nebeneinander angeordnete Planarmagnetrons oder zwei nebeneinander angeordnete Rohrmagnetrons. Dabei fließt Strom von jedem Target zu einer Anode. Die Anode kann pro Target separat ausgeführt sein oder werden, oder gemeinsam für mehrere Targets bereitgestellt sein oder werden. Jedoch fließt im unipolaren Betrieb kein elektrischer Strom von Target zu Target.
  • Im bipolaren Betrieb wirken zwei Targets im Wechsel als Kathode und Anode, wobei die Sputteranordnung aus zwei Targets gebildet wird, von denen eines als Kathode (Beschichtungsquelle) und das andere als Anode dient, wie hierin beschrieben ist. In regelmäßigen Zeitintervallen wird die Polarität der Spannungsversorgung umgekehrt, so dass sich die Funktion als Anode und Kathode getauscht wird. Damit werden beide Targets abgetragen und folglich als Beschichtungsquelle wirksam. Strom fließt jeweils von einem Target zum anderen, jedoch nicht von einem oder beiden Targets zu anderen Metallflächen der Prozessumgebung, wie z.B. zu den Kammerwänden. Im bipolaren Betrieb ist keine zusätzliche Anode außer dem jeweils als Anode fungierenden Target erforderlich. Wie im unipolaren Fall können auch mehrere bipolare Sputteranordnungen in einem gemeinsamen Prozessraum betrieben werden, wobei auf jeden Fall Paare von Targets gebildet werden müssen, da der elektrische Strom zwischen den beiden Elektroden (den beiden Targets) eines jeweiligen Targetpaars fließt.
  • Ferner unterscheidet man gemäß der Prozesschemie in die Betriebsarten inerter (oder auch metallischer), reaktiver, keramischer und geregelter Betrieb.
  • Der inerte Betrieb kennzeichnet sich beispielsweise dadurch, dass die Targetoberfläche metallisch konditioniert ist oder wird, d.h. dass die Oberfläche des Targets durch das reine Targetmaterial gebildet wird. Chemische Verbindungen, die aufgrund einer chemischen Reaktion mit Prozessgasen entstehen, werden in dem Sputterprozess unmittelbar wieder entfernt (abgetragen oder zerstäubt). Der metallische Betrieb kann sich beispielsweise beim Sputtern ohne Reaktivgas oder bei geringen Mengen reaktiver Prozessgase im Verhältnis zu nichtreaktiven Edelgasen einstellen.
  • Der reaktive Betrieb kennzeichnet sich beispielsweise dadurch, dass die Targetoberfläche als chemische Verbindung des Targetmaterials mit einem oder mehreren Reaktivgasen konditioniert ist oder wird, z.B. als Metalloxid, Metalloxinitrid oder Metallnitrid. Sobald in dem Sputterprozess die Verbindungsschicht abgetragen wird und das reine Targetmaterial (z.B. das Metall des Metalltargets) freilegt, bildet sich eine Verbindungsschicht mittels einer chemischen Reaktion des freiliegenden Targetmaterials mit Prozessgasen (einem oder mehreren Reaktivgasen) unmittelbar neu aus. Der reaktive Betrieb kann sich bei großen Mengen reaktiver Prozessgase im Verhältnis zu nichtreaktiven Edelgasen einstellen. Beispielsweise können/kann Stickstoff und/oder Sauerstoff als reaktives Prozessgas verwendet werden und Argon (und/oder ein anderes Edelgas) als Arbeitsgas.
  • Bei keramischem Betrieb weist das Targetmaterial eine elektrisch leitfähige Keramik auf oder eine elektrisch leitfähige Keramik wird als Targetmaterial verwendet.
  • Chemisch ist der keramische Betrieb analog zum metallischen Betrieb, jedoch kann eine Menge eingelassenen Reaktivgases erheblichen Einfluss auf Zerstäubungsrate und Schichtstöchiometrie der abgeschiedenen Schicht haben.
  • Der geregelte Betrieb stellt den Übergangsbereich zwischen inertem und reaktivem Regime dar, d.h. die Targetoberfläche ist teilweise das reine Targetmaterial und teilweise eine chemische Verbindung des Targetmaterials mit Prozessgasatomen (mit Reaktivgas). Ohne weitere Maßnahmen ist der so entstehende Prozesszustand (Übergangsbereich) instabil und neigt dazu, durch Belegung oder Freilegung der Targetoberfläche spontan in den reaktiven bzw. metallischen Betriebszustand überzugehen. Darum ist eine aktive Regelung des Prozesses derart nötig, dass die Reaktivgaszufuhr auf einer Zeitskala von Sekunden bis Millisekunden erhöht bzw. gedrosselt wird, um diesen instabilen Gleichgewichtszustand (Übergangsbereich) dauerhaft zu erhalten.
  • Im Folgenden ist unter „Betriebsmodus“ die Kombination aus elektrischer (unipolar/bipolar) und chemischer (inert/reaktiv/keramisch/geregelt) Prozessführung zu verstehen. Es ergeben sich acht mögliche Kombinationen, von denen aber nicht alle technisch sinnvoll und stabil betreibbar sein müssen.
  • Je nach Betriebsmodus kommen unterschiedliche Anforderungen zum Tragen. Beispielsweise ist es im unipolaren Betrieb vorteilhaft, wenn der Strompfad durch den Prozessraum zur Anode kurz ist und keine Engstellen passieren muss. Im bipolaren Betrieb hingegen spielen Abstand und Winkel der beiden Targets zueinander eine Rolle. Für die Prozessgasversorgung gelten Anforderungen hinsichtlich der Druckverteilung im Prozessraum, der effizienten Gasausnutzung und der Reaktionszeit des Drucks auf Änderungen der Einlassmenge des Prozessgases. Je nach Betriebsmodus kommen diese in unterschiedlicher Wichtung zum Tragen.
  • Für alle Betriebsmodi kann beispielsweise gelten, dass das Prozessgas effizient genutzt werden sollte, d.h. dass die Gasteilchen die aktive Zerstäubungszone erreichen und nicht beispielsweise vorher aus der Vakuumkammer gepumpt werden.
  • Bei keramischen, reaktiven und geregelten Prozessen können die Zerstäubungsrate und das Beschichtungsergebnis (z.B. die Homogenität der Schichtdicke und/oder der Schichtstöchiometrie der abgeschiedenen Schicht) wesentlich von dem jeweils bereitgestellten Partialdruck des Reaktivgases abhängig sein, bzw. von der Menge an bereitgestelltem Reaktivgas in der Vakuumkammer oder von dem Gasfluss an Reaktivgas in die Vakuumkammer hinein und/oder von der räumlich Verteilung des Reaktivgases in der Vakuumkammer. Aus diesem Grund sind Druckunterschiede in der Plasmazone (z.B. im so genannten „Racetrack“) zunächst unerwünscht. Jedoch kann man solche Druckunterschiede auch gesteuert oder geregelt (gezielt) erzeugen, um definierte Änderungen der Zerstäubungsrate zu erreichen (auch bezeichnet als „Trimmen“ oder Quertrimmen entlang der Längserstreckung des Magnetrons quer zur Transportrichtung).
  • Herkömmlicherweise wird all diesen speziellen Anforderungen Rechnung getragen, indem das Magnetron und der Prozessraum in einer an den vorgesehenen Betriebsmodus angepassten Weise konstruiert werden, z.B. was die Wahl der Abstände, der Gasführung usw. angeht. Um ein solches Magnetron für einen anderen Betriebsmodus tauglich zu machen, muss herkömmlicherweise die Konstruktion entsprechend angepasst werden, und ein neues Magnetron gebaut werden. Ein herkömmlicherweise derart konstruiertes Magnetron ist also nur für einen Betriebsmodus optimal angepasst und für die anderen eingeschränkt oder gar nicht tauglich. Will man in einer Beschichtungsanlage verschiedene Prozesse, insbesondere unipolare und bipolare Prozesse realisieren, so braucht man entsprechend viele Magnetrons jeder Sorte.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Multi-Mode-Magnetron bereitgestellt, welches in diesem Sinne ein Magnetron ist, das für mehrere Betriebsmodi gleichermaßen geeignet ist, bzw. mit geringfügigen Umbauten wie z.B. Einbau/Ausbau von dafür vorgesehenen Blechen, in kurzer Frist umgerüstet werden kann.
  • Ein solches Magnetron ist vorteilhaft für Anlagen, auf denen mehr als ein Schichtsystem produziert wird oder werden soll. Zum einen kann man den Gesamtvorrat an Magnetrons variabel auf Betriebsmodi aufteilen, und braucht insgesamt weniger Vorrat an Magnetrons. Zum zweiten erhöht sich die Ausfallsicherheit der Anlage, da jedes Magnetron als Reserve für jedes andere dienen kann.
  • Für die Realisierung eines Multi-Mode-Magnetrons sind vielfältige konstruktive und elektrische Aspekte zu berücksichtigen, insbesondere der Teilaspekt des Prozessraums, z.B. der Anoden und der Gasführung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Basiskonstruktion bereitgestellt oder verwendet, wie beispielsweise in 1 veranschaulicht ist, welche durch einfach anzubringende bzw. zu entfernende Ergänzungsteile an die Anforderungen des jeweiligen Betriebsmodus angepasst werden kann, vgl. beispielsweise die nachfolgenden Figuren.
  • Die Basiskonstruktion, bzw. die Magnetronanordnung 100 in Basiskonfiguration, kann beispielsweise folgendes aufweisen: zwei (oder auch mehr als zwei) elektrisch voneinander und von der elektrischen Masse isolierte Magnetronkathoden 102a, 102b (z.B. zwei nebeneinander angeordnete, längserstreckte Planar- oder Rohrtargets). Ferner kann die Magnetronanordnung 100 in Basiskonfiguration eine vom Massepotential elektrisch isolierte (z.B. längs der Targeterstreckung ausgedehnte) Trägerkonstruktion 104a, 104b (z.B. einen ersten Anodenträger 104a und einen zweiten Anodenträger 104b) aufweisen. Ferner kann die Magnetronanordnung 100 in Basiskonfiguration mindestens einen Gaskanal 106 aufweisen zum Zuführen eines Prozessgases zu den mindestens zwei Magnetronkathoden 102a, 102b (z.B. einen parallel zu den mindestens zwei nebeneinander angeordneten, längserstreckten Planar- oder Rohrtargets ausgedehnten Gaskanal, mit dem definierte Gasmengen an Prozessgas für die mindestens zwei nebeneinander angeordneten, längserstreckten Planar- oder Rohrtargets bereitgestellt werden können). Die zwei Magnetronkathoden können auch als zwei Elektroden 102a, 102b bezeichnet sein oder werden. Der Gaskanal kann beispielsweise nicht segmentiert sein. Der Gaskanal kann beispielsweise ein Hauptgaskanal sein, mittels dessen beispielsweise ein Arbeitsgas (z.B. Argon oder ein anderes Edelgas) oder ein Arbeitsgas/Reaktivgasgemisch zugeführt werden kann (z.B. Argon oder ein anderes Edelgas gemischt mit Sauerstoff und/oder Stickstoff oder einem anderen Reaktivgas).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Magnetronkathode 102a einen ersten Plasmabereich 108a aufweisen, z.B. definiert mittels eines Magnetsystems (nicht dargestellt), welches die Kathodenzerstäubung in dem ersten Plasmabereich 108a unterstützt. Die Lage des ersten Plasmabereichs 108a kann im Wesentlichen der Lage des Racetracks 109a entsprechen, welcher mittels des Magnetsystems über einer Oberfläche der ersten Magnetronkathode 102a erzeugt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Magnetronkathode 102b einen zweiten Plasmabereich 108b aufweisen, z.B. definiert mittels eines Magnetsystems (nicht dargestellt), welches die Kathodenzerstäubung in dem ersten Plasmabereich 108b unterstützt. Die Lage des zweiten Plasmabereichs 108a kann im Wesentlichen der Lage des Racetracks 109b entsprechen, welcher mittels des Magnetsystems über einer Oberfläche der zweiten Magnetronkathode 102b erzeugt wird.
  • Ferner kann die Magnetronanordnung 100 nach außen geführte elektrische Kontaktstellen für die Anodenträger 104a, 104b aufweisen, sowie Targetaufnahmen (z.B. im Falle von rohrförmigen Targets Magnetron-Endblöcke zum Halten der beiden rohrförmigen Targets 102a, 102b und Versorgen der beiden rohrförmigen Targets 102a, 102b mit elektrischer Energie und einem Kühlmedium, und/oder zum Antreiben der beiden rohrförmigen Targets 102a, 102b). Ferner kann die Magnetronanordnung 100 sonstige technisch notwendige oder hilfreiche Vorrichtungen aufweisen, wie z.B. elektrische und thermische Abschirmungen, Druckmesseinrichtungen, Spektrometer, Regelungen, und Ähnliches.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Basiskonstruktion für eine Magnetronanordnung 100 Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer mit Vakuumerzeugungssystem, in welcher der Sputterprozess ausgeführt wird; zwei oder mehr als zwei elektrisch voneinander und von der Masse isolierte Elektroden 102a, 102b mit Targetaufnahme (z.B. Planar- oder Rohrtargets); einen längs der Targeterstreckung ausgedehnten Gasverteiler 106 (oder Gaskanal 106), mit welchem definierte Gasmengen in die Vakuumkammer eingelassen werden können; eine vom Massepotential elektrisch isolierte, längs der Targeterstreckung ausgedehnte Trägerkonstruktion 104a, 104b (z.B. einen zusammenhängenden oder mehrere segmentierte Anodenträger); nach außen geführte elektrische Kontaktstellen für den Anodenträger und die Targetaufnahmen; sowie sonstige technisch notwendige oder sinnvolle Vorrichtungen wie z.B. elektrische und thermische Abschirmungen, Druckmesseinrichtungen und Ähnliches.
  • Der Gasverteiler 106 kann bezüglich der Längserstreckung der Magnetronanordnung 100 segmentiert sein, um in bekannter Weise eine lokale Beeinflussung der Zerstäubungsrate (so genanntes Trimmen) zu ermöglichen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 die Anpassung an den unipolaren oder den bipolaren Betrieb ermöglichen.
  • Dazu kann am Anodenträger 104a, 104b eine lösbare, elektrisch leitfähige Befestigungsvorrichtung angeordnet sein oder werden. Wie in 2 schematisch dargestellt ist, können im unipolaren Betrieb an der Befestigungsvorrichtung des Anodenträgers 102a, 102b Bleche 114 oder Anodenstrukturen 114 (z.B. so genannte Anodenbleche) angebracht sein oder werden, die (z.B. ganz oder in Teilen) als Anode wirksam werden. Der nach außen geführte Kontakt des Anodenträgers wird mit dem/den positiven Pol(en) der Stromversorgung(en) verbunden, wie beispielsweise in 14B dargestellt ist. Die nach außen geführten Kontakte der Targetelektroden 102a, 102b werden mit dem/den negativen Pol(en) der Stromversorgung(en) verbunden, wie beispielsweise in 14B dargestellt ist. Dabei kann entweder eine gemeinsame Stromversorgung für beide Targets erfolgen, oder jedes Target an einer eigenen, ihm zugeordneten Stromversorgung betrieben werden.
  • Die genaue Form dieser Anodenbleche 114 oder Anodenstrukturen 114 kann je nach konkretem Prozess angepasst gestaltet werden. Zur Anpassung an verschiedene Anforderungen können auch mehrere, alternativ verwendbare Anodenbleche vorgehalten werden, wie in 2 veranschaulicht ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können gewinkelte Anodenbleche 114a oder stabförmige Anoden 114b mit einem Haltebügel an dem Anodenträger 104a, 104b oder an den Anodenträgern 104a, 104b montiert werden. Ferner kann eine Abschirmung 114c oder eine Schutzkappe 114c an dem Anodenträger 104a, 104b oder an den Anodenträgern 104a, 104b montiert werden. Die Abschirmung 114c oder Schutzkappe 114c kann auch als Anodenabschirmung 114c oder Abschirmblech 114c bezeichnet werden.
  • Wegen der in den Anodenblechen 114 auftretenden beispielsweisen elektrischen Erwärmung kann ein Kühlkanal als Teil des Anodenträgers 104a, 104b vorgesehen sein, an dem die Anodenbleche 114 kraftschlüssig befestigt werden. In einer alternativen Ausgestaltung kann ein wärmeleitfähiges Medium zwischen Anodenblech 114 und Anodenträger 104a, 104b bereitgestellt sein oder werden, um beispielsweise die Wärmeableitung zu gewährleisten.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Anodenbleche gerade, gekrümmte oder teilweise gekrümmte Bleche 114 sein, die das Target 102a, 102b zum Teil umgreifen.
  • In einer weiteren Ausführung können leitfähige Konstruktionselemente als Anode verwendet werden, die derart gestaltet sind, dass sie an den Befestigungsvorrichtungen (als Haltestruktur bezeichnet) des Anodenträgers 104a, 104b befestigt werden können, und die beliebig gestaltet und gefertigt sein können.
  • Im bipolaren Betrieb sind beispielsweise die Anodenbleche 114 nicht erforderlich und können ausgebaut bzw. demontiert werden. Der nach außen geführte Kontakt des Anodenträgers 104a, 104b wird je nach Erfordernis nicht angeschlossen oder mit der elektrischen Masse verbunden. Die beiden Target-Elektroden 102a, 102b werden mit den zwei Polen einer bipolaren Stromversorgung verbunden, wie in 14A veranschaulicht ist.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird in die Befestigungsvorrichtung des Anodenträgers 104a, 104b ein geeignet geformtes Abschirmblech 114c eingesetzt, auf das entstehende Streuschichten aufwachsen können. Ein solches Abschirmblech 114c kann beispielsweise dazu dienen, polierte Flächen eines Kühlkanals vor unerwünschter Beschichtung zu schützen. Alternativ kann die Befestigungsvorrichtung des Anodenträgers 104a, 104b leer gelassen bleiben.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 derart bereitgestellt sein oder werden, dass diese die Anpassung der Gasführung ermöglicht, und damit auch die einfache Optimierung der Anordnung für verschiedene prozesschemische Betriebsarten.
  • Wie in 3A und 3B veranschaulicht ist, kann die Magnetronanordnung 100 (z.B. in Basiskonstruktion) wenigstens zwei mögliche Wege für die Gasführung aufweisen. Auf dem ersten (direkten) Weg, wie in 3A dargestellt ist, strömen die Gasteilchen nach Austritt aus dem Gaskanal 106 (Gasverteiler) zunächst am Target 102a, 102b, genauer gesagt der aktiven Zerstäubungszone 108a, 108b (bzw. dem Racetrack 109a, 109b) vorbei und haben erst danach die Möglichkeit, vom Vakuumerzeugungssystem abgesaugt zu werden. Auf diese Weise ist schneller Gasaustausch im Racetrack 109a, 109b (bzw. Plasmabereich 108a, 108b) gewährleistet. Prinzipbedingt entsteht ein quer zur Längserstreckung des Magnetrons ein Druckgefälle zwischen Eintritts- und Austrittszone des Gases im Racetrack 109a, 109b.
  • Auf dem zweiten (indirekten) Weg, wie in 3B dargestellt ist, können die Gasteilchen nach Austritt aus dem Gaskanal 106 (Gasverteiler) gleichermaßen abgesaugt werden oder zum Racetrack 109a, 109b (bzw. zu den Plasmabereichen 108a, 108b) gelangen, wobei sie auf jeden Fall eine Mindest-Weglänge zurücklegen müssen. In diesem Fall wird der Raum um den Racetrack 109a, 109b herum als Puffervolumen wirksam, so dass der Gasaustausch langsamer vonstattengeht, als beispielsweise bei dem direkten Weg. Andererseits entsteht auf diese Weise in der Racetrackzone 109a, 109b kein, oder nur ein geringes Druckgefälle in Querrichtung.
  • Dabei und im Folgenden bezieht sich der Begriff „Weg“ auf die geometrischen Bereiche des Prozessraums, die ein Gasteilchen durchqueren kann, um vom Gaskanal 106 (Gasverteiler) zum Racetrack 109a, 109b zu gelangen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 derart eingerichtet sein oder werden, dass wenigstens ein direkter Weg und wenigstens ein indirekter Weg der Gasführung vorhanden ist bzw. eingestellt werden kann (z.B. kann der Gaskanal oberhalb der Magnetronkathoden 102a, 102b angeordnet sein), wobei jeder Weg separat durch Anbringen oder Entfernen von mechanischen Hindernissen 320a, 320b an dafür vorgesehenen Stellen (als Gastore bezeichnet) geöffnet oder geschlossen werden kann.
  • Die mechanischen Hindernisse 320a, 320b können Gasleitbleche 320a, 320b sein, welche oberhalb der Magnetronkathoden 102a, 102b angeordnet sind, und das Gas aus dem Gaskanal 106 zwischen die beiden Magnetronkathoden 102a, 102b leiten, wenn die Gasleitbleche 320a, 320b montiert sind, vgl. 3A, und eine freie Gasausbreitung oberhalb der Magnetronkathoden 102a, 102b ermöglichen, wenn die Gasleitbleche 320a, 320b demontiert sind, vgl. 3B.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mechanischen Hindernisse 320a, 320b als Bleche (z.B. gerade und/oder gewinkelt) ausgeführt sein. Ferner können die Gastore 320a, 320b in der Nähe (z.B. seitlich auf beiden Seiten) des Gaskanals 106 bereitgestellt sein oder werden.
  • Wie beispielsweise in 3B veranschaulicht ist, kann der Anodenträger 104a, 104b beim indirekten Weg umströmt werden, wobei der indirekte Weg mittels senkrecht angeordneter Bleche 320a, 320b am (z.B. am Kammerdeckel oder an der Kammerwand montiert) geschlossen werden kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist der direkte Weg über Durchbrüche im Anodenträger realisiert, die zugleich das Gastor für diesen Weg darstellen, vgl. beispielsweise 12A und 12B.
  • In einer weiteren Ausführung können/kann der direkte und/oder der indirekte Weg in Längsrichtung (parallel zur Längserstreckung der Magnetronkathoden 102a, 102b) unterteilt sein, beispielsweise durch weitere Bleche (z.B. Trennbleche), welche senkrecht (quer) zur Längserstreckung des Magnetrons angeordnet sind.
  • In dem Fall, dass einer der Gasverteiler (oder der Gaskanal 106) segmentiert ist, und die Segmente beispielsweise separat mit Gas versorgt werden können, können diese Trennbleche entsprechend der Teilung des Gasverteilers bereitgestellt sein oder werden. Auf diese Weise wird eine Vermischung der in den verschiedenen Segmenten des Gasverteilers eingelassenen Gasströme in Längsrichtung der Kathode 102a, 102b weitgehend verhindert. Damit erhöhen sich die längs des Racetracks 109a, 109b erreichbaren Druckunterschiede, und damit die durch Trimmen erzielbare Änderung der Zerstäubungsrate.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens der direkte Weg zwischen Gaskanal 106 und Racetrack auf diese Weise unterteilt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens der direkte Weg zwischen zusätzlich zum Gaskanal 106 bereitgestellten Gasverteilern (vgl. beispielsweise 6 und 7) und dem jeweiligen Racetrack 109a, 109b auf diese Weise unterteilt sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise für inertes Sputtern der indirekte Weg geschlossen werden und somit der direkte Weg bereitgestellt werden. Damit wird beispielsweise die Längssegmentierung wirksam und der höhere Trimeinfluss kann vorteilhaft zum Tragen kommen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise für reaktives oder keramisches Sputtern der indirekte Weg geöffnet sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann je nach Prozessanforderung der direkte Weg geöffnet oder geschlossen sein, z.B. mittels Montierens oder Demontierens der Gasleitbleche 320a, 320b. Auf diese Weise kann beispielsweise das für reaktive Prozesse nachteilige Druckgefälle im Racetrack verhindert sein oder werden, wie beispielsweise in 4A und 4B für reaktive Prozesse bei direktem Weg und in 5A und 5B für reaktive Prozesse bei indirektem Weg veranschaulicht ist.
  • Da das Reaktivgas bei gleichem Druckunterschied einen größeren Einfluss auf die Zerstäubungsrate hat, ist eine Erhöhung des Trimeinflusses für diese Prozesse nicht zwingend nötig. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist der indirekte Weg keine Trennbleche auf, und der höhere Trimeinfluss des direkten Weges kommt nicht zum Tragen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gaskanal 106 oder der Gasverteiler 106 zum Trimmen segmentiert sein und entsprechend viele Zuleitungen können bereitgestellt sein zum Einleiten des Prozessgases in die jeweiligen Segmente des Gaskanals 106 oder des Gasverteilers 106.
  • Die hierin beschriebene Magnetronanordnung 100 ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, sowohl für den unipolaren als auch für den bipolaren, und für den inerten, den reaktiven und den keramischen Betriebsmodus vorteilhaft konfigurierbar.
  • Für den geregelten Betriebsmodus kann die Magnetronanordnung 100 bedingt tauglich sein, da in diesem Fall sowohl schnelle Reaktionszeiten als auch eine Verhinderung eines Druckgefälles quer zur Erstreckung des Magnetrons vorteilhaft sein können.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Magnetronanordnung 100 kann die Basiskonstruktion weitere längserstreckte Gasverteiler 606 oder weitere Gaskanäle 606 aufweisen. Der von diesen weiteren Gasverteilern eingelassene Gasstrom kann beispielsweise derart geführt werden, dass er die Racetrackzonen 109a, 109b nur aus Richtung der Gasaustrittsseite bzgl. des Gasverteilers 106 erreichen kann. Auf diese Weise kann der von den weiteren Gasverteilern 606 eingelassene Gasstrom das auf dem direkten Weg entstehende Druckgefälle kompensieren, wie beispielsweise in 6 und in 7 veranschaulicht ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die weiteren Gasverteiler 606 (z.B. zum Trimmen) segmentiert sein und entsprechend viele Zuleitungen können bereitgestellt sein zum Einleiten des Prozessgases in die jeweiligen Segmente des weiteren Gasverteilers 606.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gasstrom der weiteren Gasverteiler 606 derart geführt werden (z.B. mittels zweier Gasleitbleche 620a, 620b, dass er bis unmittelbar vor Erreichen der Racetrackzone 109a, 109b keine Möglichkeit hat, in den Absaugbereich 330 des Vakuumerzeugungssystem zu gelangen (auf quasi-direktem Weg). Auf diese Weise ist auch für die von den weiteren Gasverteilern 606 eingelassenen Prozessgase eine schnelle Reaktionszeit des Drucks im Racetrack 109a, 109b gewährleistet.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die weiteren Gasverteiler 606 entlang der Längserstreckung der Kathode 102a, 102b segmentiert, mit gleicher oder unterschiedlicher Teilung wie der erste Gasverteiler 106. Auf diese Weise kann auch mit den weiteren Gasverteilern 606 getrimmt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind auch die Gaswege der weiteren Gasverteiler 606 wieder durch Trennbleche entsprechend der Teilung des Gasverteilers in Längsrichtung unterteilt, um den Trimmeinfluss zu erhöhen. Aufgrund der Anordnung mit einem ersten Gasverteiler 106 und einem oder mehreren weiteren Gasverteilern 606 mit quasi-direktem Weg (wie beispielsweise in 6 und 7 veranschaulicht ist) können die Anforderung der schnellen Reaktionszeit und die Anforderung der Verhinderung eines Druckgefälles vereint werden. Auf diese Weise erhält man eine Magnetronanordnung 100, die insbesondere für schnelle geregelte Prozesse vorteilhaft sein kann.
  • Die Magnetronanordnung mit mehreren Gasverteilern 106, 606 weist eine höhere Komplexität und höhere Herstellungskosten auf, als die mit nur einem Gasverteiler 106. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100, wie beispielsweise in 1 veranschaulicht, derart eingerichtet sein, dass eine spätere Nachrüstung der weiteren Gasverteiler 606 möglich ist, wie beispielsweise in 6 und 7 veranschaulicht ist. Beispielsweise kann der Bauraum für weitere Gasverteiler 606, deren Zuleitungen, und für weitere Gasleitbleche 620a, 620b freigehalten sein, wie beispielsweise in 8 veranschaulicht ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine oder mehrere der verwendeten Komponenten der Magnetronanordnung 100, wie beispielsweise Anodenbleche, Gasverteiler oder Ähnliches, in Form mehrerer mechanisch getrennter Konstruktionselemente ausgeführt, welche die jeweiligen Funktionen gemeinsam realisieren. Beispielsweise könnten statt einem Gasverteiler zwei symmetrisch angeordnete Gasverteiler verwendet werden, oder statt einer Targetaufnahme mehrere Targetaufnahmen mit gemeinsamer elektrischer Kontaktierung verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Magnetronanordnungen 100 in einem gemeinsamen Prozessraum untergebracht sein oder werden, oder eine oder mehrere der hierin beschriebenen Magnetronanordnungen 100 können gemeinsam mit anderen technischen Komponenten in einem gemeinsamen Prozessraum untergebracht sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere der hierin beschriebenen Magnetronanordnungen 100 in einem gemeinsamen Prozessraum untergebracht sein oder werden, wobei eine Komponente oder mehrere Komponenten, wie beispielsweise der Gasverteiler, nur einfach vorhanden sein kann und von mehreren der Magnetronanordnungen 100 gemeinsam genutzt werden kann.
  • 1 und 2 veranschaulichen jeweils eine Magnetronanordnung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Magnetronanordnung 100 Folgendes aufweisen kann: eine erste Magnetronkathode 102a (ein erstes Magnetrontarget) mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich 108a unterhalb der ersten Magnetronkathode 102a definiert; eine zweite Magnetronkathode 102b (ein zweites Magnetrontarget) mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich 108b unterhalb der zweiten Magnetronkathode 102b definiert; einen ersten Anodenträger 104a (z.B. einen ersten Abschnitt 104a eines Anodenträgers) mit mindestens einer ersten Haltestruktur zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer ersten Anodenstruktur 114, wobei der erste Anodenträger 104a oberhalb der ersten Magnetronkathode 102a angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger 104b (z.B. einen zweiten Abschnitt 104b eines Anodenträgers) mit mindestens einer zweiten Haltestruktur zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer zweiten Anodenstruktur 114, wobei der zweite Anodenträger 104b oberhalb der zweiten Magnetronkathode 102b angeordnet ist.
  • Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Magnetronanordnung 100 und Details zu dem Anodenträger und der Gasführung beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1 und 2 beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1 und 2 beschriebene Magnetronanordnung 100 übertragen werden oder mit der in den 1 und 2 beschriebenen Magnetronanordnung 100 kombiniert werden.
  • 3A und 3B veranschaulichen eine Magnetronanordnung 100 für zwei verschiedene Betriebsmodi jeweils in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Magnetronanordnung 100 zumindest Folgendes aufweisen kann: eine erste Magnetronkathode 102a mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich 108a unterhalb der ersten Magnetronkathode 102a definiert; eine zweite Magnetronkathode 102b mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich 108b unterhalb der zweiten Magnetronkathode 102b definiert; einen ersten Anodenträger 104a, welcher oberhalb der ersten Magnetronkathode 102a angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger 104b, welcher oberhalb der zweiten Magnetronkathode 102b angeordnet ist; mindestens eine erste Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung 330 seitlich und/oder oberhalb der beiden Magnetronkathoden und mindestens eine zweite Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung 330 seitlich und/oder oberhalb der beiden Magnetronkathoden; und einen Gaskanal 106 mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden 102a, 102b mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal 106 oberhalb der beiden Magnetronkathoden 102a, 102b angeordnet ist, und wobei der Gaskanal 106 zwischen den beiden Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330 angeordnet ist.
  • Dabei können die beiden Anodenträger 104a, 104b jeweils eine Haltestruktur aufweisen zum Halten einer Anodenstruktur 114a, 114b.
  • Ferner kann die Magnetronanordnung 100 optional zwei an jeweils eine Gasleitblech-Halterung gekuppelte Gasleitbleche 320a, 320b aufweisen, wobei jeweils eines der Gasleitbleche 320a, 320b derart oberhalb der Magnetronkathoden 102a, 102b angeordnet und eingerichtet ist, dass es jeweils eine Gasausbreitung von dem Gaskanal 106 zu einer der Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330 hemmt; vgl. 3A um den direkten Weg bereitzustellen.
  • Die Halterungen für die Gasleitbleche 320a, 320b können bereits in der Basiskonfiguration der Magnetronanordnung 100 vorgesehen sein.
  • Wie in den 3A und 3B dargestellt ist, kann die Magnetronanordnung 100 mindestens eine an die Haltestruktur des ersten Anodenträgers 104a gekuppelte erste Anodenstruktur 314a aufweisen, welche sich in Richtung des ersten Plasmabereichs 108a erstreckt, und/oder die Magnetronanordnung 100 kann mindestens eine an die Haltestruktur des zweiten Anodenträgers 104b gekuppelte zweite Anodenstruktur 314b aufweisen, welche sich in Richtung des zweiten Plasmabereichs 108b erstreckt.
  • 4A veranschaulicht eine Magnetronanordnung 100 mit montierten Gasleitblechen 320a, 320b während eines reaktiven Sputterprozesses, wobei das Prozessgas aus dem Gaskanal 106 mittels der Gasleitbleche 320a, 320b zwischen den beiden Magnetronkathoden 102a, 102b hindurch in den ersten und zweiten Plasmabereich 108a, 108b geführt wird.
  • Aufgrund des Gasflusses von innen nach außen zu den Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330 hin entstehen mehrere Abscheidezonen entlang der Substrattransportrichtung, wobei die Konzentration des Reaktivgases entlang der Substrattransportrichtung von beispielsweise Zone 2 zu Zone 3 und entgegen der Substrattransportrichtung von beispielsweise Zone 2 zu Zone 1 abnimmt, da das Reaktivgas beim Sputtern verbraucht (in die abgeschiedenen Schicht eingebaut) wird.
  • Somit kann sich der in 4B veranschaulichte inhomogene Schichtaufbau der abgeschiedenen Schicht ergeben, entsprechend den Beschichtungszonen 1, 2, 3.
  • 5A veranschaulicht eine Magnetronanordnung 100 mit demontierten Gasleitblechen 320a, 320b, d.h. beispielsweise können nur die Halterungen zum Montieren der Gasleitbleche 320a, 320b verbleiben, während eines reaktiven Sputterprozesses, wobei das Prozessgas aus dem Gaskanal 106 indirekt zu dem ersten und zweiten Plasmabereich 108a, 108b geführt wird.
  • Aufgrund des indirekten Gasflusses kann die Konzentration des Reaktivgases entlang der Substrattransportrichtung in den drei Zonen 1, 2, 3 im Wesentlichen gleich sein.
  • Somit kann sich der in 5B veranschaulichte homogene Schichtaufbau der abgeschiedenen Schicht ergeben, entsprechend den Beschichtungszonen 1, 2, 3.
  • 6 und 7 veranschaulichen jeweils eine Magnetronanordnung 100 mit mehreren Gasverteilern 106, 606 und einer zusätzlichen seitlichen Gasführung, z.B. mit mehreren Gasleitblechen 620a, 620b, welche jeweils auf beiden Seiten der Magnetronkathoden 102a, 102b montiert sein können. Die Halterungen für die Gasleitbleche 620a, 620b der zusätzlichen seitlichen Gasführung können bereits in der Basiskonfiguration der Magnetronanordnung 100 vorgesehen sein.
  • Dabei ist in 6 die Magnetronanordnung 100 in einer Konfiguration für den Gleichspannungsbetrieb (den unipolaren Betrieb), z.B. geregelt, veranschaulicht, wobei Anodenstrukturen an den Anodenträgern montiert sind, wie vorangehend beschrieben. In 7 ist die Magnetronanordnung 100 in einer Konfiguration für den MF-Betrieb (den bipolaren Betrieb), z.B. geregelt, veranschaulicht, wobei keine Anodenstrukturen an den Anodenträgern montiert sind, wie vorangehend beschrieben. Die Anodenträger können beispielsweise mit Schutzabdeckungen 714a, 714b (z.B. einer ersten Anodenabschirmung 714a und einer zweiten Anodenabschirmung 714b) abgedeckt sein oder werden, wie vorangehend beschrieben.
  • Die mehreren Gasverteiler 106, 606 können an einer gemeinsamen Gasverteiler-Grundplatte 606d montiert sein oder werden. Alternativ können die mehreren Gasverteiler 106, 606 an der Deckelplatte des Magnetrondeckels oder an dem Wandelement der Vakuumkammer montiert sein oder werden.
  • Wenn die mehreren Gasverteiler 106, 606 an einer gemeinsamen Gasverteiler-Grundplatte 606d montiert sind, kann die Gasverteiler-Grundplatte 606d die Absaugbereiche 330 (die Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330) des Vakuumerzeugungssystem definieren. Die Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330 müssen in diesem Fall nicht mit den Anschlussflanschen der angekoppelten Vakuumpumpen übereinstimmen. Beispielsweise kann eine Vakuumpumpe oberhalb der Gasverteiler-Grundplatte 606d zugreifen und mittels der Gasverteiler-Grundplatte 606d wird der Zugriff der Vakuumpumpe zu den Seiten geführt, wo dann die Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330 bereitgestellt sein können.
  • Die eine Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung 330 kann oder die mehreren Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330 können mittels entsprechender Strukturen in der Vakuumkammer umgeleitet werden.
  • 8 veranschaulicht eine Magnetronanordnung 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Magnetronanordnung 100 zumindest Folgendes aufweisen kann: eine erste Magnetronkathode 102a mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich 108a unterhalb der ersten Magnetronkathode 102a definiert; eine zweite Magnetronkathode 102b mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich 108b unterhalb der zweiten Magnetronkathode 102b definiert; einen ersten Anodenträger 104a, welcher oberhalb der ersten Magnetronkathode 102a angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger 104b, welcher oberhalb der zweiten Magnetronkathode 102b angeordnet ist; mindestens eine erste Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung 330 seitlich und/oder oberhalb der beiden Magnetronkathoden und mindestens eine zweite Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung 330 seitlich und/oder oberhalb der beiden Magnetronkathoden; und einen Gaskanal 106 mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden 102a, 102b mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal 106 oberhalb der beiden Magnetronkathoden 102a, 102b angeordnet ist, und wobei der Gaskanal 106 zwischen den beiden Vakuumpumpen-Zugriffsöffnungen 330 angeordnet ist.
  • Dabei kann die Magnetronanordnung 100 freien Bauraum 808 aufweisen zum Aufnehmen von Wechselteilen, so dass der Betriebsmodus der Magnetronanordnung 100 einfach und schnell verändert werden kann. Zu den Wechselteilen für die Magnetronanordnung 100 können Wechselteile für die Gasführung, z.B. Gasleitbleche, und/oder Wechselteile für die Anode, z.B. gewinkelte oder gebogene Anodenbleche oder Stabanoden, gehören.
  • 9 veranschaulicht die Magnetronanordnung 100 in einer Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei für den bipolaren Betrieb die Anodenträger 104a, 104b abgedeckt sind und beispielsweise auf Masse gelegt sind, wie in 14A veranschaulicht.
  • Dabei kann die Magnetronanordnung 100 an einer Deckelplatte 900 oder an einem Wandelement 900 der Vakuumkammer bereitgestellt sein oder werden.
  • 10A und 10B veranschaulichen die Magnetronanordnung 100 jeweils in einer Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei für den unipolaren Betrieb mehrere Anodenstrukturen 114 an die Anodenträger 104a, 104b montiert sind und beispielsweise auf positives Potential gelegt sind, wie in 14B veranschaulicht.
  • Ferner sind für den geregelten unipolaren Betrieb, wie in 10B veranschaulicht ist, die Gasleitbleche 320a, 320b, 620a, 620b und mehrere Gasverteiler 106, 606 montiert, z.B. lösbar befestigt.
  • Anschaulich weist beispielsweise die in 10A dargestellte Magnetronanordnung 100 freien Bauraum auf, so dass die in 10B dargestellten Wechselteile, z.B. die Gasleitbleche 320a, 320b, 620a, 620b und die zusätzlichen Gasverteiler 606, montiert werden können, ohne beispielsweise die Anordnung der Magnetronkathoden 102a, 102b oder der Anodenträger 104a, 104b zu verändern. Der Gaskanal 106 kann ein Hauptgaskanal sein, z.B. segmentiert oder nicht segmentiert, welcher für beide dargestellten Betriebsmodi verwendet wird.
  • 11 veranschaulicht die in den 9, 10A und 10B dargestellte Magnetronanordnung 100 in einer Seitenansicht, einer Querschnittsansicht und einer perspektivischen Teilansicht nur einer Magnetronkathode, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • 12A veranschaulicht eine Anodenanordnung 1200 der Magnetronanordnung 100 in einer perspektivischen Ansicht und 12B entsprechend in einer Detailansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Dabei können die beiden Anodenträger 104a, 104b jeweils an einer gemeinsamen Anoden-Grundplatte 1204 montiert sein oder werden. Die Anoden-Grundplatte 1204 kann beispielsweise mindesten eine Durchgangsöffnung 1206 derart aufweisen, dass Gas aus dem Gaskanal durch die Anoden-Grundplatte 1204 hindurch zu den beiden Plasmabereichen gelangen kann.
  • Ferner können die beiden Anodenträger 104a, 104b jeweils eine Kühlmittelführung aufweisen zum Kühlen der beiden Anodenträger 104a, 104b mittels eines Kühlmittels.
  • Die beiden Anodenträger 104a, 104b können jeweils elektrisch isoliert an der Anoden-Grundplatte 1204 montiert sein und mittels elektrischer Leitungen separat kontaktiert werden. Alternativ können die beiden Anodenträger 104a, 104b elektrisch leitend mit der Anoden-Grundplatte 1204 verbunden sein und mittels der Anoden-Grundplatte 1204 gemeinsam elektrisch kontaktiert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können eine Vielzahl von Anodenstrukturen 114 entlang der Längserstreckung 1201 der Magnetronanordnung 100 und auch der Anoden-Grundplatte 1204 angeordnet sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 als so genannter Magnetrondeckel eingerichtet sein oder werden, wie beispielsweise in 13A in einer perspektivischen Schnittansicht veranschaulicht ist.
  • Dabei kann die Magnetronanordnung 100 zwei rohrförmige Kathoden (Rohrkathoden) 102a, 102b aufweisen, welche mittels entsprechender Magnetronendblöcke 1340 drehbar gelagert sind und versorgt werden.
  • 13B veranschaulicht die Haltestruktur 1214 zum Halten der Anodenstrukturen 114 sowie eine Gasleitblech-Halterung 1334 zum Halten eines Gasleitblechs 620b seitlich neben der Magnetronkathode 102b in einer Detaildarstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Anodenträger mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an der Deckelplatte 900 montiert sein oder werden. Ferner können die beiden Anodenträger jeweils eine Kühlmittelführung aufweisen, z.B. jeweils zwei Kühlkanäle, zum Kühlen der beiden Anodenträger mittels eines Kühlmittels, z.B. mittels Wasser.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 eine Energieversorgung aufweisen oder mit einer Energieversorgung gekoppelt sein zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden 102a, 102b und/oder der beiden Anodenträger 104a, 104b mit elektrischer Energie (elektrischer Spannung und elektrischem Strom).
  • 14A veranschaulicht eine elektrische Versorgung der Magnetronanordnung 100 in einer schematischen Ansicht für den bipolaren Betriebsmodus, z.B. dem MF-Betrieb, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Dabei können die Anodenträger 104a, 104b auf Massepotential gelegt sein, und die beiden Magnetronkathoden 102a, 102b (Targets) abwechselnd als Kathode und Anode genutzt werden. Dabei wird Material jeweils von dem als Kathode genutzten Target abgesputtert.
  • 14B veranschaulicht eine elektrische Versorgung der Magnetronanordnung 100 in einer schematischen Ansicht für den unipolaren Betriebsmodus, z.B. dem DC-Betrieb, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Dabei können die Anodenträger 104a, 104b auf positives Potential (verglichen mit den Targets) gelegt sein, und die beiden Magnetronkathoden 102a, 102b (Targets) beide als Kathode genutzt werden. Dabei wird Material gleichzeitig von beiden Targets 102a, 102b abgesputtert.
  • 15 veranschaulicht eine Magnetronanordnung 100 mit einem Anschlussterminal in einer perspektivischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

Claims (20)

  1. Magnetronanordnung (100), aufweisend: • eine erste Magnetronkathode (102a) mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich (108a) unterhalb der ersten Magnetronkathode definiert; • eine zweite Magnetronkathode (102b) mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich (108b) unterhalb der zweiten Magnetronkathode definiert; • einen ersten Anodenträger (104a), welcher oberhalb der ersten Magnetronkathode angeordnet ist; • einen zweiten Anodenträger (104b), welcher oberhalb der zweiten Magnetronkathode angeordnet ist; und • einen Gaskanal (106) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden (102a, 102b) mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal oberhalb der beiden Magnetronkathoden (102a, 102b) angeordnet ist.
  2. Magnetronanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die beiden Anodenträger (104a, 104b) jeweils eine Haltestruktur (1214) aufweisen zum Halten einer Anodenstruktur (114).
  3. Magnetronanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Anodenträger (104a, 104b) jeweils eine Kühlmittelführung aufweisen zum Kühlen der beiden Anodenträger (104a, 104b) mittels eines Kühlmittels.
  4. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: eine Deckelplatte (900), wobei die beiden Magnetronkathoden (102a, 102b), die beiden Anodenträger (104a, 104b) und der Gaskanal (106) an der Deckelplatte montiert sind.
  5. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Anodenträger (104a, 104b) jeweils an einer gemeinsamen Anoden-Grundplatte (1204) montiert sind.
  6. Magnetronanordnung gemäß den Ansprüchen 4 und 5, wobei die beiden Anodenträger (104a, 104b) mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte (1204) an der Deckelplatte (900) montiert sind.
  7. Magnetronanordnung gemäß den Ansprüchen 5 und 6, wobei die Anoden-Grundplatte (1204) mindesten eine Durchgangsöffnung (1206) derart aufweist, dass Gas aus dem Gaskanal (106) durch die Anoden-Grundplatte (1204) hindurch zu den beiden Plasmabereichen (108a, 108b) geleitet wird.
  8. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner aufweisend: mindestens eine an die Haltestruktur des ersten Anodenträgers (104a) gekuppelte erste Anodenstruktur (314a), welche sich in Richtung des ersten Plasmabereichs (108a) erstreckt, und/oder mindestens eine an die Haltestruktur des zweiten Anodenträgers (104b) gekuppelte zweite Anodenstruktur (314b), welche sich in Richtung des zweiten Plasmabereichs (108b) erstreckt.
  9. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner aufweisend mindestens eine an die Haltestruktur des ersten Anodenträgers (104a) gekuppelte erste Anodenabschirmung (714a), welche den ersten Anodenträger (104a) von der ersten Magnetronkathode (102a) abschirmt, und/oder mindestens eine an die Haltestruktur des zweiten Anodenträgers (104b) gekuppelte zweite Anodenabschirmung (714b), welche den zweiten Anodenträger (104b) von der zweiten Magnetronkathode (102b) abschirmt.
  10. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: einen ersten Gasverteiler-Anschluss zum Anschließen eines ersten Gasverteilers (606) oberhalb der ersten Magnetronkathode (102a) und einen zweiten Gasverteiler-Anschluss zum Anschließen eines zweiten Gasverteilers (606) oberhalb der zweiten Magnetronkathode (102b).
  11. Magnetronanordnung gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend: einen an den ersten Gasverteiler-Anschluss gekuppelten ersten Gasverteiler (606) zum Versorgen der ersten Magnetronkathode (102a) mit einem Prozessgas und einen an den zweiten Gasverteiler-Anschluss gekuppelten zweiten Gasverteiler (606) zum Versorgen der zweiten Magnetronkathode (102b) mit einem Prozessgas.
  12. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend: eine erste Gasleitblech-Halterung zum Halten eines ersten Gasleitblechs (620a) seitlich neben der ersten Magnetronkathode (102a) und eine zweite Gasleitblech-Halterung zum Halten eines zweiten Gasleitblechs (620b) seitlich neben der zweiten Magnetronkathode 102b.
  13. Magnetronanordnung gemäß Anspruch 12, ferner aufweisend: ein an die erste Gasleitblech-Halterung gekuppeltes erstes Gasleitblech (620a) und ein an die zweite Gasleitblech-Halterung gekuppeltes zweites Gasleitblech (620b), wobei sich das erste Gasleitblech (620a) in Richtung des ersten Plasmabereichs (108a) erstreckt und wobei sich das zweite Gasleitblech (620b) in Richtung des zweiten Plasmabereichs (108b) erstreckt, wobei die beiden Magnetronkathoden (102a, 102b) zwischen den beiden Gasleitblechen (620a, 620b) angeordnet sind.
  14. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend: eine dritte Gasleitblech-Halterung zum Halten eines dritten Gasleitblechs (320a) oberhalb der ersten Magnetronkathode (102a) und eine vierte Gasleitblech-Halterung zum Halten eines vierten Gasleitblechs (320b) oberhalb der zweiten Magnetronkathode (102b).
  15. Magnetronanordnung gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend: ein an die dritte Gasleitblech-Halterung gekuppeltes drittes Gasleitblech (320a) und ein an die vierte Gasleitblech-Halterung gekuppeltes viertes Gasleitblech (320b), wobei das dritte Gasleitblech (320a) derart oberhalb der ersten Magnetronkathode (102a) eingerichtet ist, dass es eine Gasausbreitung von dem Gaskanal (106) hemmt, und wobei das vierte Gasleitblech (320b) derart oberhalb der zweiten Magnetronkathode (102b) eingerichtet ist, dass es eine Gasausbreitung hemmt.
  16. Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner aufweisend: eine Energieversorgung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden und/oder der beiden Anodenträger mit elektrischer Energie.
  17. Verfahren zum Betreiben einer Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, das Verfahren aufweisend: Koppeln einer ersten Energieversorgung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden und/oder der beiden Anodenträger mit elektrischer Energie in einem Gleichspannungs-Betriebsmodus, wobei mittels der ersten Energieversorgung ein negatives Potential an den beiden Magnetronkathoden und ein positives Potential an den Anodenträgern bereitgestellt wird; und Koppeln einer zweiten Energieversorgung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden und/oder der beiden Anodenträger mit elektrischer Energie in einem Wechselspannungs-Betriebsmodus, wobei mittels der zweiten Energieversorgung eine Wechselspannung an die beiden Magnetronkathoden angelegt wird und wobei die beiden Anodenträger auf elektrische Masse gelegt sind.
  18. Verfahren zum Betreiben einer Magnetronanordnung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16, das Verfahren aufweisend: Betreiben der Magnetronanordnung in einem ersten Betriebsmodus mit einer ersten Gasfluss-Verteilung; und Betreiben der Magnetronanordnung in einem zweiten Betriebsmodus mit einer zweiten Gasfluss-Verteilung; wobei die Gasflussverteilungen dadurch angepasst werden, dass das erste und zweite Gasleitblech und/oder dass das dritte und vierte Gasleitblech montiert oder demontiert werden.
  19. Verfahren zum Betreiben einer Magnetronanordnung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16, das Verfahren aufweisend: Betreiben der Magnetronanordnung in einem ersten Betriebsmodus mit einer ersten Prozessgas-Zusammensetzung; und Betreiben der Magnetronanordnung in einem zweiten Betriebsmodus mit einer zweiten Prozessgas-Zusammensetzung; wobei die erste Prozessgas-Zusammensetzung frei von einem Reaktivgas ist und wobei die zweite Prozessgas-Zusammensetzung mindestens ein Reaktivgas aufweist.
  20. Magnetronanordnung (100), aufweisend: • eine erste Magnetronkathode (102a) mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Plasmabereich (108a) unterhalb der ersten Magnetronkathode definiert; • eine zweite Magnetronkathode (102b) mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Plasmabereich (108b) unterhalb der zweiten Magnetronkathode definiert; • einen ersten Anodenträger (104a) mit mindestens einer ersten Haltestruktur zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer ersten Anodenstruktur (314a), wobei der erste Anodenträger (104a) oberhalb der ersten Magnetronkathode (102a) angeordnet ist; und • einen zweiten Anodenträger (104b) mit mindestens einer zweiten Haltestruktur zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer zweiten Anodenstruktur (314b), wobei der zweite Anodenträger (104b) oberhalb der zweiten Magnetronkathode (102b) angeordnet ist.
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