DE102015104615A1

DE102015104615A1 - Magnetronanordnung

Info

Publication number: DE102015104615A1
Application number: DE102015104615.6A
Authority: DE
Inventors: Stanley Rehn; Steffen Mosshammer; Thorsten Sander; Mario Wichtery
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-04-21
Also published as: DE102015101208A1

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; wobei die beiden Anodenträger (104a, 104b) jeweils an einer gemeinsamen Anoden-Grundplatte (104g) montiert sind; einen Gaskanal (106) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden (102a, 102b) mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal (106) unterhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte (104g) montiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetronanordnung.
Im Allgemeinen kann ein Magnetron 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. Beispielsweise wird bei einem DC-Sputterprozess mindestens eine Anode im Umfeld der Magnetronkathode verwendet und bei einem reaktiven Sputterprozess kann zusätzlich zu einem verwendeten Arbeitsgas (z.B. Argon oder einem anderen Edelgas) ein Reaktivgas (z.B. Stickstoff und/oder Sauerstoff oder andere Reaktivgase, wie beispielsweise Ozon, Stickoxide etc.) verwendet werden. Dabei kann es beim (z.B. geregelten oder ungeregelten) reaktiven DC-Sputtern schwierig sein, eine geeignete Anordnung für die verwendeten Anoden und Gaszuführungen relativ zu einer Magnetronkathode oder zu mehreren Magnetronkathoden derart bereitzustellten, dass ein stabiler Sputterprozess zum beispielsweise homogenen Beschichten eines Substrats gewährleistet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Anodenstruktur für ein Doppel-Rohrmagnetron, welches zwei parallel nebeneinander angeordnete rohrförmige Magnetronkathoden aufweist, derart bereitgestellt, dass diese auf einfache Weise montiert und demontiert werden, so dass ein Auswechseln bzw. ein Reinigen der Anodenstruktur leicht erfolgen kann. Ferner wird mindestens ein Gaskanal zum Zuführen eines Prozessgases zu den beiden Magnetronkathoden verwendet. Dabei kann die Anodenstruktur derart eingerichtet sein und derart relativ zu dem Gaskanal bereitgestellt sein, dass die Anodenstruktur funktionell auch einen Teil der Gasführung übernimmt. Beispielsweise können die Anodenstruktur und der Gaskanal derart ausgestaltet sein oder werden, dass die Anodenstruktur einen im Wesentlichen geschlossenen Gaseinlassbereich bildet und eine Öffnung definiert, durch welche Prozessgas hindurch aus dem Gaseinlassbereich heraus entweichen kann. Dabei ist der Gaseinlassbereich zwischen den beiden Magnetronkathoden bereitgestellt, wobei der Gaskanal innerhalb des Gaseinlassbereichs angeordnet sein kann. Der Gaskanal kann dabei derart eingerichtet sein, dass das Prozessgas nicht direkt in Richtung der von der Anodenstruktur gebildeten Öffnung aus dem Gaskanal austritt.
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, welcher oberhalb der ersten Magnetronkathode angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger, welcher oberhalb der zweiten Magnetronkathode angeordnet ist; wobei die beiden Anodenträger jeweils an einer gemeinsamen Anoden-Grundplatte montiert sind; und einen Gaskanal mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal unterhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte angeordnet ist.
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, welcher oberhalb der ersten Magnetronkathode angeordnet ist; einen zweiten Anodenträger, welcher oberhalb der zweiten Magnetronkathode angeordnet ist; wobei die beiden Anodenträger jeweils an einer gemeinsamen Anoden-Grundplatte montiert sind; und einen Gaskanal mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal unterhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an dieser montiert ist.
Ferner kann die Magnetronanordnung Folgendes aufweisen: mindestens eine an den ersten Anodenträger gekuppelte erste Anodenstruktur, welche sich beidseitig der ersten Magnetronkathode in Richtung des ersten Plasmabereichs erstreckt, und mindestens eine an den zweiten Anodenträger gekuppelte zweite Anodenstruktur, welche sich beidseitig der zweiten Magnetronkathode in Richtung des zweiten Plasmabereichs erstreckt. Anschaulich können die erste Anodenstruktur und die zweite Anodenstruktur die jeweilige Magnetronkathode halbschalenförmig oder rinnenförmig umgeben. Mit anderen Worten können die erste Anodenstruktur und die zweite Anodenstruktur die jeweilige Magnetronkathode teilweise umgeben, wobei ein Dunkelfeldbereich (durch den eine Plasmabildung unterdrückt wird) zwischen der jeweiligen Anodenstruktur und der entsprechenden Magnetronkathode bereitgestellt ist.
Beispielsweise 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 kann mindestens eine zweite Haltestruktur aufweisen zum Halten und elektrischen Versorgen mindestens einer zweiten Anodenstruktur. 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 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. Ferner kann die Haltestruktur derart mit der Anodenstruktur gekoppelt sein, dass ein guter thermischer Kontakt der Anodenstruktur zum Anodenträger sichergestellt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Anodenträger mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte elektrisch miteinander gekoppelt sein. Anschaulich kann pro Magnetronkathode mindestens ein Anodenträger breitgestellt sein oder werden. Der Anodenträger kann elektrisch von der Masse (z.B. von der Vakuumkammer, dem Magnetrondeckel oder einem anderen Massepotential) getrennt sein und elektrisch aus der Vakuumkammer herausgeführt 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 die Magnetronanordnung in einer Vakuumkammer betrieben werden, wobei jeder Anodenträger einzeln oder beide Anodenträger gemeinsam von außerhalb der Vakuumkammer durch eine Kammerwand der Vakuumkammer hindurch mit elektrischer Energie versorgt werden kann/können. Dabei können die beiden Anodenträger (sowie beispielsweise der Gaskanal) mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an der Kammerwand (z.B. einer Kammerdecke und/oder einem Kammerboden) der Vakuumkammer montiert sein oder werden. Ferner kann ein weiterer Gaskanal zwischen der gemeinsamen Anoden-Grundplatte und der Kammerwand der Vakuumkammer bereitgestellt sein oder werden. Dabei kann die gemeinsame Anoden-Grundplatte eine Gastrennung bilden, so dass ein mittels des weiteren Gaskanals zugeführtes Prozessgas nicht zwischen den beiden Magnetronkathoden hindurch geführt wird. Ferner können auch die beiden Magnetronkathoden an der Kammerwand der Vakuumkammer montiert sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich mindestens eine Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung durch die Kammerwand hindurch erstrecken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens eine Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung in einer (z.B. vertikal verlaufenden) Schottwand oder Seitenwand bereitgestellt sein oder werden, wobei die Schottwand oder Seitenwand in der Vakuumkammer bereitgestellt ist, z.B. bei einer Durchlaufbeschichtungsanlage zum Separieren der Vakuumkammer in verschiedene Sektionen oder Kompartments entlang der Substrattransportrichtung.
Alternativ kann die Magnetronanordnung an einer Deckelplatte montiert sein oder werden, wobei mittels der Deckelplatte eine entsprechend passend eingerichtete 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/können. Beispielsweise können die beiden Anodenträger (sowie beispielsweise der Gaskanal) mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an der Deckelplatte montiert sein oder werden. Ferner kann ein weiterer Gaskanal zwischen der gemeinsamen Anoden-Grundplatte und der Deckelplatte bereitgestellt sein oder werden. Dabei kann die gemeinsame Anoden-Grundplatte eine Gastrennung bilden, so dass ein mittels des weiteren Gaskanals zugeführtes Prozessgas nicht zwischen den beiden Magnetronkathoden hindurch geführt wird. Ferner können auch die beiden Magnetronkathoden an der Deckelplatte montiert sein oder werden. Ferner kann sich mindestens eine Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung durch die Deckelplatte hindurch erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gaskanal der Magnetronanordnung zwischen der ersten Anodenstruktur und der zweiten Anodenstruktur angeordnet sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gaskanal zwischen dem ersten Anodenträger und dem zweiten Anodenträger angeordnet sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gaskanal zwischen der ersten Magnetronkathode und der zweiten Magnetronkathode angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas seitlich aus dem Gaskanal ausströmen, d.h. anschaulich in Richtung der Anodenstrukturen, Anodenträger bzw. Magnetronkathoden, so dass sich ein indirekter Gasfluss zu dem jeweiligen Plasmabereich der beiden Magnetronkathoden einstellen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gaskanal mindestens eine erste Gasaustrittsöffnung derart aufweisen, dass das Prozessgas in Richtung der ersten Anodenstruktur aus dem Gaskanal austritt und der Gaskanal kann mindestens eine zweite Gasaustrittsöffnung derart aufweisen, dass das Prozessgas in Richtung der zweiten Anodenstruktur aus dem Gaskanal austritt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas ein Arbeitsgas aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas ein Arbeitsgas und ein Reaktivgas aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas mehrere Arbeitsgase und ein Reaktivgas aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas ein Arbeitsgas und mehrere Reaktivgase aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas mehrere Arbeitsgase und mehrere Reaktivgase aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Anodenstruktur, die zweite Anodenstruktur und die gemeinsame Anoden-Grundplatte derart eingerichtet sein, dass das Prozessgas in Richtung eines Bereichs zwischen dem ersten Plasmabereich und dem zweiten Plasmabereich geleitete wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Anodenstruktur und die zweite Anodenstruktur derart geformt und relativ zu den jeweiligen Magnetronkathoden angeordnet sein, dass zwischen der jeweiligen Magnetronkathode und der zugeordneten Anodenstruktur ein Dunkelfeldbereich bereitgestellt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen der jeweiligen Magnetronkathode und der entsprechenden Anodenstruktur weniger bzw. nicht mehr als 3 cm betragen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner eine Dunkelfeldabschirmung aufweisen, welche oberhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte angeordnet ist zum Abschirmen der gemeinsamen Anoden-Grundplatte. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen der gemeinsamen Anoden-Grundplatte und der entsprechenden Dunkelfeldabschirmung weniger bzw. nicht mehr als 3 cm betragen. Die Dunkelfeldabschirmung kann als Platte eingerichtet sein, wobei sich die Platte im Wesentlichen parallel zur gemeinsamen Anoden-Grundplatte erstreckt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung ferner einen Faraday-Käfig aufweisen, welcher um den Gaskanal herum bereitgestellt ist, zum Verhindern einer Plasmaentladung an dem Gaskanal. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Faraday-Käfig auf Anodenpotential liegen, z.B. anschaulich elektrisch mit der Anode gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Anodenstruktur, die zweite Anodenstruktur und die gemeinsame Anoden-Grundplatte einen Gaseinlassbereich bilden, in welchen das Prozessgas mittels des Gaskanals eingelassen wird, wobei ein erster Front-Abschnitt der ersten Anodenstruktur und ein zweiter Frontabschnitt der zweiten Anodenstruktur eine Öffnung derart bilden, dass das Prozessgas durch die Öffnung hindurch aus dem Gaseinlassbereich heraus geführt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung eine Öffnungsweite (z.B. seitlich gemessen) von weniger als 5 cm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 5 cm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gaskanal segmentiert sein, z.B. entlang der Längserstreckung der Magnetronkathoden in zwei, drei, vier, fünf oder mehr als fünf Segmente. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Anodenträger 104, die Anodenstrukturen und die gemeinsame Anoden-Grundplatte 104g entsprechend segmentiert sein, z.B. entlang der Längserstreckung der Magnetronkathoden in zwei, drei, vier, fünf oder mehr als fünf Segmente.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Anoden-Anordnung zum Bereitstellen eines elektrischen Anodenpotentials für zwei rohrförmige Magnetronkathoden einer Magnetronanordnung Folgendes aufweisen: einen ersten Anodenträger und einen zweiten Anodenträger, welche in einem Abstand voneinander angeordnet sind; eine gemeinsame Anoden-Grundplatte, welche die beiden Anodenträger miteinander verbindet; eine erste Anodenstruktur, welcher mittels einer ersten Haltestruktur an dem ersten Anodenträger lösbar befestigt ist, wobei die erste Anodenstruktur derart geformt ist, dass diese einen ersten Aufnahmeraum zum teilweisen Aufnehmen einer ersten rohrförmigen Magnetronkathode bildet; und eine zweite Anodenstruktur, welcher mittels einer zweiten Haltestruktur an dem zweiten Anodenträger lösbar befestigt ist, wobei die zweite Anodenstruktur derart geformt ist, dass diese einen zweiten Aufnahmeraum zum teilweisen Aufnehmen einer zweiten rohrförmigen Magnetronkathode bildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Magnetronanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine Anoden-Anordnung und einen Gaseinlass einer Magnetronanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine Magnetronanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 eine Magnetronanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5A bis 5C eine Magnetronanordnung in verschiedenen perspektivischen schematischen Ansichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5D eine Magnetronanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6A und 6B eine Magnetronanordnung in einer perspektivischen Schnittansicht und einer Detaildarstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 eine elektrische Versorgung einer Magnetronanordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8A und 8B einen Pumpzugriff zu einer Magnetronanordnung in einer schematischen Darstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
8C und 8D einen Pumpzugriff zu einer Magnetronanordnung in einer schematischen Darstellung, 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.
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.
Ferner unterscheidet man gemäß der Prozesschemie in die Betriebsarten inerter (oder auch metallischer), reaktiver, keramischer und geregelter Betrieb.
Der reaktive Betrieb kennzeichnet sich beispielsweise dadurch, dass die aus einem Metall bestehende Targetoberfläche abgetragen und als chemische Verbindung des Targetmaterials mit einem oder mehreren Reaktivgasen am Substrat z.B. als Metalloxid, Metalloxinitrid oder Metallnitrid abgeschieden wird. 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. Die Menge des eingelassenen Reaktivgases hat erheblichen Einfluss auf Zerstäubungsrate und Schichtstöchiometrie der abgeschiedenen Schicht.
Bei keramischem Betrieb weist das Targetmaterial eine elektrisch leitfähige Keramik auf oder eine elektrisch leitfähige Keramik wird als Targetmaterial verwendet. Die chemische Zusammensetzung der am Substrat abgeschiedenen Schicht ähnelt der im reaktiven Betrieb, vom metallischen Target abgeschiedenen Schicht, kann jedoch Unterschiede in den Schichteigenschaften aufweisen. Die Menge des eingelassenen Reaktivgases unterscheidet sich jedoch erheblichen gegenüber dem reaktiven Betrieb.
Der geregelte Betrieb stellt den Übergangsbereich zwischen inertem und reaktivem Regime dar, d.h. die am Substrat abgeschiedene Schicht 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 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.
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).
Bei herkömmlichen Magnetronanordnung (RSM/RSM, d.h. mit zwei nebeneinander angeordneten Rohrtargets) mit hinter den Rohrtargets (anschaulich auf der dem Plasmabereich abgewandten Seite) angeordneten Ringanoden wurde eine inhomogene Target-Erosion beobachtet. Ferner wurde ein deutlicher Cross-Magnetron-Effekt festgestellt, der auf einen schlechten Durchgriff des Plasmas auf die zwischen den Rohrtargets liegenden Anoden hindeutet. Dieser Effekt führt zu einer schlechten Target-Ausnutzung und zu einer Verschlechterung der Schichtdickenhomogenität über die Target-Lebensdauer. Ebenfalls konnte beobachtet werden, dass bei geringen Leistungsdichten am Target sich keine stabile Anodenankopplung ausbildet, welches wiederum Einfluss auf die Schichtdickenhomogenität haben kann.
Ferner ist das herkömmliche Wartungskonzept für eine Ringanode nicht sehr kundenfreundlich, da diese nur mit erheblichem zeitlichem Aufwand für Reinigungszwecke ausgebaut werden kann.
Des Weiteren verhindert oder erschwert eine herkömmliche Anordnung mit einer hinter dem Target angeordneten Ringanode den Aufbau eines Magnetron-Deckels mit integrierten Vakuumpumpen, da beispielsweise der Saugzugriff durch die Anoden verbaut wird. Ein Verringern des Target-zu-Target-Abstandes, um das seitliche Durchgreifen der Pumpen zu ermöglichen, kann beispielsweise nicht möglich sein, da somit die Zugänglichkeit der innen (zwischen den Targets) liegenden Racetracks auf die Ringanoden eingeschränkt wird.
In der beschriebenen herkömmlichen Anordnung mit einer hinter dem Target angeordneten Ringanode wird das Prozessgas zwischen den Anodenringen eingelassen und verteilt sich diffus im Prozessraum, welches die Wirkung eines segmentierten Gaseinlasses reduzieren kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine platzsparende Anodenanordnung für ein Doppelrohr-Magnetron bereitgestellt, wobei die Anodenanordnung eine gute Ankopplung an die Plasmaentladung ermöglicht. Beidseitig des jeweiligen Rohrtargets wird in unmittelbarer Nähe der Racetracks eine Anodenfläche angeboten. Durch diese Ausführung kann eine homogene Target-Erosion und somit auch eine stabile Schichthomogenität über die Lebensdauer des Targets erreicht werden. Aufgrund der platzsparenden Anordnung können die Targets näher zusammengerückt werden und somit kann Platz für den Durchgriff der Prozesspumpen bereitgestellt werden, welche speziell bei der Ausführung als Magnetrondeckel (z.B. für eine Durchlaufbeschichtungsanlage, z.B. Pia|nova, oder allgemein für Glas-Beschichtungsanlagen) hinter den Targets angeordnet sind (vgl. 8A bis 8D).
Aufgrund der Gestaltung der Anode, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, basierend auf wenigen Blechbiegeteilen lässt sich diese besser warten, da diese schneller ausgebaut und gereinigt werden kann. Je nach Ausführung auch ohne Öffnen des Kühlwasserkreises.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Magnetronanordnung bereitgestellt, mittels der auch unter dieser bauraumoptimierten Anordnung Prozessgas effizient eingelassen werden kann.
1 veranschaulicht eine Magnetronanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht (quer zur jeweiligen Rohrachse der rohrförmigen Magnetrontargets 102a, 102b), gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 eine erste Magnetronkathode 102a und eine zweite Magnetronkathode 102b aufweisen, welche beispielsweise rohrförmig ausgestaltet und parallel nebeneinander eingeordnet sind. Die erste Magnetronkathode 102a kann eine erste Magnetanordnung aufweisen (nicht dargestellt), wobei die erste Magnetanordnung einen ersten Plasmabereich 108a unterhalb der ersten Magnetronkathode 102a definiert. Die zweite Magnetronkathode 102b kann eine zweite Magnetanordnung aufweisen (nicht dargestellt), wobei die zweite Magnetanordnung einen zweiten Plasmabereich 108b unterhalb der zweiten Magnetronkathode 102b definiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Magnetronkathode 102a einen ersten Plasmabereich 108a aufweisen, z.B. definiert mittels der ersten Magnetanordnung (nicht dargestellt), welches die Kathodenzerstäubung in dem ersten Plasmabereich 108a unterstützt. Die Lage des ersten Plasmabereichs 108a kann im Wesentlichen der Lage des so genannten Racetracks 109a entsprechen, welcher mittels der ersten Magnetanordnung 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 der zweiten Magnetanordnung, welches die Kathodenzerstäubung in dem zweiten Plasmabereich 108b unterstützt. Die Lage des zweiten Plasmabereichs 108b kann im Wesentlichen der Lage des so genannten Racetracks 109b entsprechen, welcher mittels der zweiten Magnetanordnung über einer Oberfläche der zweiten Magnetronkathode 102b erzeugt wird.
Ferner kann die Magnetronanordnung 100 einen ersten Anodenträger 104a und einen zweiten Anodenträger 104b aufweisen. Dabei kann der erste Anodenträger 104a oberhalb der ersten Magnetronkathode 102a angeordnet sein, d.h. anschaulich hinter der ersten Magnetronkathode 102a bzw. auf der dem ersten Plasmabereich 108a abgewandten Seite der ersten Magnetronkathode 102a. Ferner kann der zweite Anodenträger 104b oberhalb der zweiten Magnetronkathode 102b angeordnet sein, d.h. anschaulich hinter der zweiten Magnetronkathode 102b bzw. auf der dem zweiten Plasmabereich 108b abgewandten Seite der zweiten Magnetronkathode 102b.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Anodenträger 104a, 104b an einer gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g montiert sein oder werden. Anschaulich können die beiden Anodenträger 104a, 104b mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g miteinander verbunden sein, z.B. auch elektrisch leitfähig verbunden sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 mindestens einen Gaskanal 106 aufweisen, wobei der mindestens eine Gaskanal 106 mindestens eine Gasaustrittsöffnung aufweist zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden 102a, 102b mit einem Prozessgas. Der Gaskanal 106 kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, unterhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104b montiert sein. Beispielsweise kann der Gaskanal 106 direkt an der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g befestigt sein. Ferner kann der Gaskanal 106 auch Teil der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich die Anodenträger 104a, 104b, die gemeinsame Anoden-Grundplatte 104g und der Gaskanal 106 entlang der Axialrichtung der beiden rohrförmigen Magnetronkathoden 102a, 102b erstrecken.
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 so genannte 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 die Magnetronanordnung 100 Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer mit einem 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. für 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, Kreuztrimmen bzw. Quertrimmen) zu ermöglichen.
2 veranschaulicht eine Anoden-Anordnung 200 einer Magnetronanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Anoden-Anordnung 200 kann den ersten Anodenträger 104a und den zweiten Anodenträger 104b aufweisen, wobei die beiden Anodenträger 104a, 104b in einem Abstand voneinander angeordnet sind und mit der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g verbunden sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Anodenträger 104a eine erste Haltestruktur 214a aufweisen zum Befestigen einer ersten Anodenstruktur 204a an dem ersten Anodenträger 104a. Ferner kann der zweite Anodenträger 104b eine zweite Haltestruktur 214b aufweisen zum Befestigen einer zweiten Anodenstruktur (204b) an dem zweiten Anodenträger (104b).
Anschaulich kann am jeweiligen Anodenträger 104a, 104b eine lösbare, elektrisch leitfähige Befestigungsvorrichtung 214a, 214b angeordnet sein oder werden. Wie in 2 schematisch dargestellt ist, können (z.B. für den unipolaren Betrieb einer Magnetronanordnung 100) an der jeweiligen Befestigungsvorrichtung 214a, 214b der Anodenträger 102a, 102b Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 (welche die beiden Anodenstrukturen 204a, 204b bilden) angebracht sein oder werden, die (z.B. ganz oder in Teilen) als Anode wirksam werden. Der nach außen geführte Kontakt des jeweiligen Anodenträgers 104a, 104b wird mit dem/den positiven Pol(en) der entsprechenden Stromversorgung(en) verbunden, wie beispielsweise in 7 dargestellt ist.
Die Befestigungsvorrichtungen 214a, 214b können derart eingerichtet sein, z.B. eine durchgehend Schraub/Klemmverbindung aufweisen, mittels welcher die jeweiligen Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 an dem entsprechenden Anodenträger 104a, 104b festgeklemmt werden können, dass das Montieren und Demontieren der Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 seitlich von außen erfolgen kann. Mit anderen Worten können die Befestigungsvorrichtungen 214a, 214b von nur einer Seite gelöst oder fixiert werden, um die jeweiligen Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 zu montieren oder zu demontieren (vgl. beispielsweise 5A bis 5C).
Die genaue Form dieser Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 kann je nach konkretem Prozess angepasst ausgestaltet sein. Zur Anpassung an verschiedene Anforderungen können auch mehrere, alternativ verwendbare Anodenbleche vorgehalten werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können gewinkelte Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 oder stabförmige Anoden 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 mit einem Haltebügel an dem Anodenträger 104a, 104b oder an den Anodenträgern 104a, 104b montiert werden.
Wegen der in den Anodenblechen 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 auftretenden beispielsweisen elektrischen Erwärmung kann ein Kühlkanal 224 als Teil des Anodenträgers 104a, 104b vorgesehen sein, wobei die Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 kraftschlüssig (d.h. in thermischem Kontakt) an dem jeweiligen gekühlten Anodenträger 104a, 104b befestigt werden können. In einer alternativen Ausgestaltung kann ein wärmeleitfähiges Medium zwischen den Anodenblechen 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 und dem jeweiligen Anodenträger 104a, 104b bereitgestellt sein oder werden, um beispielsweise die Wärmeableitung (anschaulich von den Anodenblechen 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 zu dem jeweiligen gekühlten Anodenträger 104a, 104b) zu gewährleisten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 gerade, gekrümmte oder teilweise gekrümmte Bleche sein, die die jeweilige Magnetronkathode 102a, 120b zum Teil umgreifen. Anschaulich kann die erste Anodenstruktur 204a einen ersten Aufnahmeraum 201a bilden, in welchem eine erste rohrförmige Magnetronkathode 102a zumindest teilweise aufgenommen werden kann. Ferner kann die zweite Anodenstruktur 204b einen zweiten Aufnahmeraum 201b bildet, in welchem eine zweite rohrförmige Magnetronkathode 102b zumindest teilweise aufgenommen werden kann.
Wie vorangehend beschrieben kann ein Gaskanal 106 unterhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g an dieser montiert sein oder werden.
Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Magnetronanordnung 100 und Details zu der Anoden-Anordnung 200 und dem Gaskanal 106 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 und/oder Anoden-Anordnung 200 übertragen werden oder mit der in den 1 und 2 beschriebenen Magnetronanordnung 100 und/oder Anoden-Anordnung 200 kombiniert werden.
3 veranschaulicht eine Magnetronanordnung 100, wobei die Magnetronanordnung 100 Folgendes aufweisen kann: eine erste Magnetronkathode 102a mit einer ersten Magnetanordnung, welche einen ersten Racetrack 109 (bzw. einen ersten Plasmabereich 108a, wie vorangehend beschrieben ist) unterhalb der ersten Magnetronkathode 102a definiert; eine zweite Magnetronkathode 102b mit einer zweiten Magnetanordnung, welche einen zweiten Racetrack 109b (bzw. einen zweiten Plasmabereich 108b, wie vorangehend beschrieben ist) 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; eine gemeinsame Anoden-Grundplatte 104g, welche die beiden Anodenträger 104a, 104b miteinander verbindet; einen Gaskanal 106 mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden 102a, 102b mit einem Prozessgas 306, wobei der Gaskanal 106 unterhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g an dieser montiert ist. Dabei kann die Magnetronanordnung 100 ferner mindestens eine an den ersten Anodenträger 104a gekuppelte erste Anodenstruktur 204a (z.B. mehrere erste Anodenbleche 204a1, 204a2) aufweisen (vgl. 2), welche sich beidseitig der ersten Magnetronkathode 102a in Richtung des ersten Racetracks 109a erstreckt, und mindestens eine an den zweiten Anodenträger 104b gekuppelte zweite Anodenstruktur 204b (z.B. mehrere zweite Anodenbleche 204b1, 204b2), welche sich beidseitig der zweiten Magnetronkathode 102b in Richtung des zweiten Racetracks 109b erstreckt (vgl. beispielsweise 2).
Dabei kann der Gaskanal 106 zwischen der ersten Anodenstruktur 204a und der zweiten Anodenstruktur 204b angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Gaskanal 106 zwischen einem ersten Anodenblech 204a2 der ersten Anodenstruktur 204a und einem zweiten Anodenblech 204b1 der zweiten Anodenstruktur 204b angeordnet sein.
Wie in 3 veranschaulicht ist, kann der Gaskanal 106 derart eingerichtet sein, z.B. mindestens eine erste Gasaustrittsöffnung derart aufweisen, dass das Prozessgas 306 in Richtung der ersten Anodenstruktur 204a (bzw. des ersten Anodenträgers 104a) aus dem Gaskanal 106 austritt. Ferner kann der Gaskanal 106 derart eingerichtet sein, z.B. mindestens eine zweite Gasaustrittsöffnung derart aufweisen, dass das Prozessgas 306 in Richtung der zweiten Anodenstruktur 204b (bzw. des zweiten Anodenträgers 104b) aus dem Gaskanal 106 austritt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Anodenstruktur 204a, die zweite Anodenstruktur 204b und die gemeinsame Anoden-Grundplatte 104g einen Gaseinlassbereich 316 bilden, in welchen das Prozessgas 306 mittels des Gaskanals 106 eingelassen wird. Dabei kann jeweils ein erster Front-Abschnitt 304 der ersten Anodenstruktur 204a und ein zweiter Frontabschnitt 304 der zweiten Anodenstruktur 204b eine Öffnung 305 derart bilden, dass das Prozessgas 306 durch die Öffnung 305 hindurch aus dem Gaseinlassbereich 316 heraus geführt wird. Mit anderen Worten können das erste Anodenblech 204a2 der ersten Anodenstruktur und das zweite Anodenblech 204b1 der zweiten Anodenstruktur derart geformt sein, dass diese gemeinsam mit der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g einen Gaseinlassbereich 316 sowie eine Öffnung 305 bilden. Die Öffnung kann beispielsweise eine Öffnungsweite 304d (z.B. seitlich gemessen) von weniger als 5 cm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 cm bis ungefähr 5 cm.
Somit kann das Prozessgas 306, welches mittels des Gaskanals 106 bereitgestellt werden kann, in Richtung der Racetracks 109a, 109b geleitet werden. Mit anderen Worten können die erste Anodenstruktur 204a, die zweite Anodenstruktur 204b und die gemeinsame Anoden-Grundplatte 104g derart eingerichtet sein, dass das Prozessgas 306 in Richtung eines Bereichs 309 zwischen dem ersten Racetrack 109a und dem zweiten Racetrack 109b geleitete wird, so dass der jeweilige Race-Track 109a, 109b gezielt mit Prozessgas 306 versorgt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100, wie z.B. in 3 veranschaulicht ist, eine kompakte Bauform aufweisen, d.h. anschaulich wenig Platz in seitliche Richtung benötigen, so dass ein Pumpzugriff an der Magnetronanordnung 100 vorbei von oben erfolgen kann.
Ferner kann ein Anodenplasma innerhalb des Gaseinlassbereichs 316 verhindert oder zumindest reduziert werden. Anschaulich können das erste Anodenblech 204a2 der ersten Anodenstruktur, das zweite Anodenblech 204b1 der zweiten Anodenstruktur und die gemeinsame Anoden-Grundplatte 104g einen faradayschen Käfig bilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Anodenstruktur 204a und die zweite Anodenstruktur 204b derart geformt und relativ zu den jeweiligen Magnetronkathoden 102a, 102b angeordnet sein, dass zwischen der jeweiligen Magnetronkathode 102a, 102b und der zugeordneten Anodenstruktur 204a, 204b ein Dunkelfeldbereich 302d bereitgestellt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 eine Dunkelfeldabschirmung 322 aufweisen, welche oberhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g angeordnet ist zum Abschirmen der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g.
4 veranschaulicht eine Magnetronanordnung 100 in analoger Weise zum vorangehend Beschriebenen, wobei die Magnetronanordnung 100 ferner einen Faraday-Käfig 422 aufweist, welcher um den Gaskanal 106 herum bereitgestellt ist, zum Verhindern einer Plasmaentladung (eines so genannten Anodenplasmas) an dem Gaskanal 106. Dies kann beispielsweise erforderlich oder hilfreich sein, wenn an der jeweiligen Anodenstruktur, z.B. an den beiden inneren Anodenblechen 204a2, 204b1, ein kontrolliertes Anodenplasma brennen soll und die Öffnung 305 groß genug ist, damit das Anodenplasma innerhalb des Gaseinlassbereichs an der Anodenstruktur 204a2, 204b1 brennen kann.
In den 5A bis 5D sind Details zu den Anodenträgern 104a, 104b, den Befestigungsstrukturen 214a, 214b und den Anodenblechen 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 der Magnetronanordnung 100 dargestellt, analog zum vorangehend Beschriebenen.
Wie in 5A veranschaulicht ist, können jeweils zwei Anodenbleche 204b1, 204b2 (auch als zweite Anodenstruktur bezeichnet) an dem zweiten Anodenträger 104b mittels einer Schraub/Klemmbefestigung 214b befestigt sein oder werden. Das jeweilige Anodenblech 204b1, 204b2 kann von unten eingesteckt werden und mittels der Schraub/Klemmbefestigung 214b fixiert werden. Die Schraub/Klemmbefestigung 214b ist beispielsweise derart eingerichtet, dass die klemmenden Schrauben 514b nur von einer Seite her (anschaulich von außen 516) betätigt werden können.
Wie in 5B und ferner in 5D veranschaulicht ist, kann der erste Anodenträger 104a spiegelsymmetrisch zum zweiten Anodenträger 104b ausgestaltet sein. Somit kann beispielsweise das Montieren und/oder Demontieren der jeweils verwendeten Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 von außen 516 erfolgen, ohne beispielsweise Zugang zu dem Gaseinlassbereich (welcher zwischen den beiden inneren Anodenblechen 204a2, 204b1 bereitgestellt ist) zu gewährleisten, so dass eine kompakte Bauform für die Magnetronanordnung 100 ermöglicht sein kann, wobei gleichzeitig das Anodenpotential mittels der an die Anodenträger 104a, 104b angeklemmten Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2 nahe genug an den Plasmabereichen 108a, 108b bereitgestellt werden kann. Gleichzeitig kann der Gaskanal 106 entsprechend an der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g zwischen den beiden Anodenträgern 104a, 104b montiert sein oder werden
Wie in 5C veranschaulicht ist, können beispielsweise zusätzlich Klemmleisten 514k verwendet werden, mittels derer die jeweiligen Anodenbleche (z.B. das Anodenblech 204b2) an den Anodenträgern (z.B. an dem zweiten Anodenträger 104b) befestigt werden können.
Wie beispielsweise in den vorangehend beschriebenen 5A bis 5D dargestellt ist, kann jeweils die Haltestruktur 214a, 214b der Anodenträger 104a, 104b mittels eines Durchgangslochs oder mehrerer Durchgangslöcher in dem jeweiligen Anodenträger 104a, 104b bereitgestellt sein oder werden. Dabei kann sich jeweils eine Schraube 514b oder ein Gewindestift 514b durch das Durchgangsloch hindurch erstrecken und beidseitig des jeweiligen Anodenträgers 104a, 104b können Klemmleisten 514k mittels der Schraube 514b oder dem Gewindestift 514b an den jeweiligen Anodenträger 104a, 104b geklemmt werden. Die Anodenstrukturelemente (z.B. die Anodenbleche 204a1, 204a2, 204b1, 204b2) können entsprechend passend zu der jeweiligen Haltestruktur 214a, 214b eingerichtet sein, so dass diese auf einfache Weise an dem jeweiligen Anodenträger 104a, 104b befestigt werden können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden, wie beispielsweise vorangehend beschrieben und dargestellt ist, Anodenbleche schalenförmig um das jeweilige Target gelegt. Der Abstand der Innenwand der Anodenbleche zur Targetoberfläche wird derart gewählt, dass sich daraus ein Dunkelfeld ergibt und eventuelle Nebenentladungen unterdrückt werden. Der Abstand der Anodenfront (auch als Front-Abschnitt 304 bezeichnet) zum Racetrack kann durch Austausch der Anodenbleche variiert werden, um einen Optimum zwischen Kathodenstandzeit (beispielsweise aufgrund von Partikelbildung) und Anodenzugänglichkeit zur erhalten.
Um die Gasführung platzsparend unterzubringen, wird der Gaskanal in den Zwischenraum der inneren Anodenbleche (auch als Anodenbleche 204a2, 204b1 bezeichnet) untergebracht, so dass das Prozessgas in unmittelbarer Nähe der mittleren Racetracks ausströmt. Dieser Innenraum (auch als Gaseinlassbereich 316 bezeichnet) kann beispielsweise derart ausgeführt sein oder werden, dass dieser einen Faradaykäfig bildet und ein Durchzünden der Plasmaentladung in den Gaskanal 106 verhindert (vgl. beispielsweise 3). In einer anderen Ausführung ist der Faradaykäfig 422 verkleinert um den Gaskanal angeordnet bzw. ist ein zusätzlicher Faradaykäfig 422 bereitgestellt (vgl. beispielsweise 4), um bewusst die Ausbildung des Anodenplasmas auf der Fläche der inneren zwischen den Targets liegenden Anodenbleche zu ermöglichen und aber weiterhin das Durchzünden des Plasmas in den Gaskanal 106 zu unterbinden. Die Anodenbleche können beispielsweise direkt oder indirekt an einen Kühlkreislauf angekoppelt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Doppelmagnetronanordnung mit im Magnetrondeckel integrierten Prozesspumpen bereitgesellt, vgl. beispielsweise 6A und 6B. Somit kann beispielsweise eine Anlagenlänge einer Durchlaufbeschichtungsanlage verkürzt werden ohne Funktionseinschränkung in Kauf zu nehmen.
Des Weiteren können mittels der hierin beschriebenen Magnetronanordnung 100 sehr anspruchsvolle Schichtdicken- und Eigenschaftsgleichmäßigkeiten gewährleistet werden, vor allem über die komplette Targetlebensdauer hinweg.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 als so genannter Magnetrondeckel eingerichtet sein oder werden, wie beispielsweise in 6A in einer perspektivischen Schnittansicht veranschaulicht ist.
Dabei kann die Magnetronanordnung 100 zwei rohrförmige Kathoden (Rohrkathoden) 102a, 102b aufweisen, welche mittels entsprechender Magnetron-Endblöcke 640 drehbar gelagert sind und versorgt werden.
6B veranschaulicht die Haltestruktur 214b zum Halten der Anodenbleche, wie vorangehend beschrieben ist. Ferner kann die Magnetronanordnung 100 eine Gasleitblech-Halterung 634 aufweisen zum Halten eines Gasleitblechs 620b seitlich neben der Magnetronkathode 102b.
Wie vorangehend beschrieben ist, können die beiden Anodenträger mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an einer Deckelplatte 900 eines Magnetron-Deckels montiert sein oder werden. Mit anderen Worten kann die Magnetronanordnung 100 eine Deckelplatte 900 aufweisen und somit als Magnetron-Deckel eingerichtet sein oder werden. Die Deckelplatte 900 kann eine Dichtungsstruktur 900d aufweisen, so dass die Deckelplatte 900 eine entsprechende Deckelöffnung in einer Vakuumkammer vakuumdicht abdichten kann.
Wie beispielsweise in 6A veranschaulicht ist, kann ein zusätzlicher Gaskanal 606 zwischen der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g und der Deckelplatte 900 bereitgestellt sein oder werden. Anschaulich kann ein zusätzlicher Gaskanal 606 oberhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte 104g angeordnet sein oder werden. Mittels der entsprechend eingereichten Gasleitbleche 620 kann somit der Racetrack bzw. der Plasmabereich mit zusätzlichem Prozessgas versorgt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 eine Energieversorgung (als Generator bezeichnet) 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), wie beispielsweise in 7 veranschaulicht ist.
Die elektrische Versorgung der Magnetronanordnung 100, z.B. in dem DC-Betrieb, kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Anodenträger 104a, 104b (und somit auch die an die Anodenträger 104a, 104b geklemmten Anodenbleche) auf positives Potential (verglichen mit den Magnetronkathoden 102a, 102b) gelegt sind, und die beiden Magnetronkathoden 102a, 102b (auch als Targets bezeichnet) können jeweils als Kathode genutzt werden. Dabei wird Material gleichzeitig von beiden Targets 102a, 102b abgesputtert.
Wie beispielsweise in 8A und 8B in einer schematischen Querschnittsansicht veranschaulicht ist, kann die Magnetronanordnung 100 beispielsweise in einer Vakuumkammer 802 bereitgestellt sein und/oder betrieben werden. Dabei kann die Magnetronanordnung 100 an einer Deckelplatte 900 montiert sein oder werden, wobei mittels der Deckelplatte 900 eine entsprechende Kammer-Deckelöffnung 900a der Vakuumkammer 802 vakuumdicht abgedichtet werden kann, so dass die Vakuumkammer 802 evakuiert werden kann und die an der Deckelplatte 900 montierte Magnetronanordnung 100 in der Vakuumkammer 802 angeordnet ist. Beispielsweise können die beiden Anodenträger (sowie der Gaskanal) mittels der gemeinsamen Anoden-Grundplatte an der Deckelplatte 900 montiert sein oder werden. Ferner können auch die beiden Magnetronkathoden an der Deckelplatte 900 montiert sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich mindestens eine Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung 920 durch die Deckelplatte 900 hindurch erstrecken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronanordnung 100 derart platzsparend eingerichtet sein, dass der Pumpzugriff über die freien seitlichen Bereiche 900p zwischen der Magnetronanordnung 100 und der Vakuumkammer erfolgen kann.
Gemeinsam mit dem Gaskanal, der gemeinsame Anoden-Grundplatte und den inneren Anodenblechen der Magnetronanordnung 100 ergibt sich somit ein Gasfluss 900f derart, dass eine homogene Beschichtung eines Substrats mittels der Magnetronanordnung 100 in der Vakuumkammer 802 erfolgen kann, wie beispielsweise in 8B veranschaulicht ist.
Alternativ, wie beispielsweise in 8C und 8D veranschaulicht ist, kann mindestens eine Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung 920 in (z.B. vertikal verlaufenden) Schottwänden 802w der Vakuumkammer 802 bereitgestellt sein oder werden. In diesem Fall kann die Deckelplatte keine Vakuumpumpen-Zugriffsöffnung aufweisen, da die Vakuumkammer 802 indirekt über benachbarte Vakuumkammern evakuiert wird (anschaulich kann eine Durchlaufbeschichtungsanlage eine Vielzahl von Vakuumkammern aufweisen). Anschaulich kann die Magnetronanordnung 100 derart platzsparend (in seitliche Richtung gesehen) eingerichtet sein, dass der Pumpzugriff über die freien seitlichen Bereiche 900p zwischen der Magnetronanordnung 100 und der Vakuumkammer 802 bzw. den Schottwänden 802w erfolgen kann.
Gemeinsam mit dem Gaskanal, der gemeinsame Anoden-Grundplatte und den inneren Anodenblechen der Magnetronanordnung 100 ergibt sich somit ein Gasfluss 900f derart, dass eine homogene Beschichtung eines Substrats mittels der Magnetronanordnung 100 in der Vakuumkammer 802 erfolgen kann, wie beispielsweise in 8D veranschaulicht ist.
Die hierin beschriebene Magnetronanordnung bezieht sich sowohl auf eine so genannte Sputter-Up-Anordnung, bei welcher ein Substrat bezogen auf die Prozesskammer bzw. das Transportsystem von unten beschichtet wird, als auch auf eine Sputter-Down-Anordnung, bei welcher ein Substrat bezogen auf die Prozesskammer bzw. das Transportsystem von oben beschichtet wird. Ferner kann die Magnetronanordnung auch relativ zur Prozesskammer bzw. zum Transportsystem derart angeordnet sein, dass ein Substrat von der Seite her beschichtet werden kann. Die Lage der Plasmabereiche jeder Magnetronanordnung ist allerdings von der Magnetronanordnung selbst definiert, d.h. von der Lage des Magnetsystems relativ zur Kathode abhängig. Mit anderen Worten kann die hierin beschriebene Magnetronanordnung in beliebigen Einbaulagen (sputter-up, sputter-down, vertikal) verwendet werden.

Claims

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; • eine gemeinsame Anoden-Grundplatte (104g), welche die beiden Anodenträger (104a, 104b) miteinander verbindet; • einen Gaskanal (106) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zum Versorgen der beiden Magnetronkathoden (102a, 102b) mit einem Prozessgas, wobei der Gaskanal (106) unterhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte (104g) an dieser montiert ist.
Magnetronanordnung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: mindestens eine an den ersten Anodenträger (104a) gekuppelte erste Anodenstruktur (204a), welche sich beidseitig der ersten Magnetronkathode (102a) in Richtung des ersten Plasmabereichs (108a) erstreckt, und mindestens eine an den zweiten Anodenträger (104b) gekuppelte zweite Anodenstruktur (204b), welche sich beidseitig der zweiten Magnetronkathode (102b) in Richtung des zweiten Plasmabereichs (108b) erstreckt.
Magnetronanordnung gemäß Anspruch 2, wobei der Gaskanal (106) zwischen der ersten Anodenstruktur (204a) und der zweiten Anodenstruktur (204b) angeordnet ist.
Magnetronanordnung gemäß einem der Anspruch 2 oder 3, wobei der Gaskanal (106) mindestens eine erste Gasaustrittsöffnung derart aufweist, dass das Prozessgas in Richtung der ersten Anodenstruktur (204a) aus dem Gaskanal (106) austritt und wobei der Gaskanal (106) mindestens eine zweite Gasaustrittsöffnung derart aufweist, dass das Prozessgas in Richtung der zweiten Anodenstruktur (204b) aus dem Gaskanal (106) austritt.
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die erste Anodenstruktur (204a), die zweite Anodenstruktur (204b) und die gemeinsame Anoden-Grundplatte (104g) derart eingerichtet sein, dass das Prozessgas in Richtung eines Bereichs zwischen dem ersten Plasmabereich (108a) und dem zweiten Plasmabereich (108b) geleitete wird.
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die erste Anodenstruktur (204a) und die zweite Anodenstruktur (204b) derart geformt und relativ zu den jeweiligen Magnetronkathoden (102a, 102b) angeordnet sind, dass zwischen der jeweiligen Magnetronkathode (102a, 102b) und der zugeordneten Anodenstruktur (204a, 204b) ein Dunkelfeldbereich bereitgestellt ist.
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die erste Anodenstruktur (204a), die zweite Anodenstruktur (204b) und die gemeinsame Anoden-Grundplatte (104g) einen Gaseinlassbereich (316) bilden, in welchen das Prozessgas mittels des Gaskanals (106) eingelassen wird, wobei ein erster Front-Abschnitt (304) der ersten Anodenstruktur (204a) und ein zweiter Frontabschnitt (304) der zweiten Anodenstruktur (204b) eine Öffnung (305) derart bilden, dass das Prozessgas durch die Öffnung (305) hindurch aus dem Gaseinlassbereich (316) heraus geführt wird.
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: eine Dunkelfeldabschirmung (322), welche oberhalb der gemeinsamen Anoden-Grundplatte (104g) angeordnet ist zum Abschirmen der gemeinsamen Anoden-Grundplatte (104g).
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: einen Faraday-Käfig, welcher um den Gaskanal (106) herum bereitgestellt ist, zum Verhindern einer Plasmaentladung an dem Gaskanal (106).
Anoden-Anordnung (200) zum Bereitstellen eines elektrischen Anodenpotentials für zwei rohrförmige Magnetronkathoden (102a, 102b) einer Magnetronanordnung (100), die Anoden-Anordnung (200) aufweisend: • einen ersten Anodenträger (104a) und einen zweiten Anodenträger (104b), welche in einem Abstand voneinander angeordnet sind; • eine gemeinsame Anoden-Grundplatte (104g), welche die beiden Anodenträger (104a, 104b) miteinander verbindet; • eine erste Anodenstruktur (204a), welcher mittels einer ersten Haltestruktur (214a) an dem ersten Anodenträger (104a) lösbar befestigt ist, wobei die erste Anodenstruktur (204a) derart geformt ist, dass diese einen ersten Aufnahmeraum (201a) zum teilweisen Aufnehmen einer ersten rohrförmigen Magnetronkathode (102a) der zwei rohrförmigen Magnetronkathoden (102a, 102b) bildet; und • eine zweite Anodenstruktur (204b), welcher mittels einer zweiten Haltestruktur (214b) an dem zweiten Anodenträger (104b) lösbar befestigt ist, wobei die zweite Anodenstruktur (204b) derart geformt ist, dass diese einen zweiten Aufnahmeraum (201b) zum teilweisen Aufnehmen einer zweiten rohrförmigen Magnetronkathode (102b) der zwei rohrförmigen Magnetronkathoden (102a, 102b) bildet.