DE10234858A1 - Einrichtung zur Erzeugung einer Magnetron-Entladung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Magnetronentladung, insbesondere zum Magnetron-Sputtern mit einem als Katode geschalteten ebenen längsgestreckten Target und einer magnetfelderzeugenden Einrichtung, ferner mindestens einer Anode, einer Stromversorgung, einem Substrat und einer Gaseinlassvorrichtung sowie einem Rezipienten, in der die magnetfelderzeugende Einrichtung so ausgeführt ist, dass sie im Bereich des Außenpols eine vorgegebene ortsfeste Lage relativ zur äußeren Targetbegrenzung aufweist und im Bereich des Innenpols mit elektromagnetischen Mitteln ausgestattet ist, derart, dass die Lage des Mittelpols relativ zum Target nach einem vorgebbaren Zeitprogramm geändert werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Magnetron-Entladung, genauer einer Niederdruckentladung zur Plasmabehandlung und Beschichtung von Substraten, insbesondere zum Zerstäuben nach dem Magnetronprinzip mit ebenen längserstreckten Targets. Beim Magnetron-Zerstäuben (Magnetron-Sputtern) wird durch ein inhomogenes, ringförmig geschlossenes Magnetfeld, dessen Feldlinien die Katode mit dem zu zerstäubenden Material in Form von Targets durchdringen und ein tunnelförmiges Magnetfeld bilden, eine hohe Ladungsträgerkonzentration in Katodennähe und damit eine hohe Geschwindigkeit der Abtragung des Targetmaterials, also eine hohe Zerstäubungsrate (Sputterrate) erreicht. Das Magnetron-Zerstäuben wird in einem inerten Arbeitsgas oder auch unter der Wirkung eines zusätzlichen reaktiven Gases (reaktives Sputtern) zur Abscheidung einer Vielzahl von Schichtmaterialien in vielfältiger Weise für die Vakuumbeschichtung von Substraten eingesetzt.
• Das Magnetron-Sputtern ist seinem Wesen nach durch die technologisch bedingte Geometrie der magnetfelderzeugenden Einrichtung mit einer inhomogenen Verteilung der Plasmadichte auf dem Target und damit auch einem inhomogenen Abtrag des Targetmaterials verbunden. Daraus resultiert die Notwendigkeit, im Allgemeinen die zu beschichtenden Substrate relativ zu den Magnetronkatoden während der Beschichtung zu bewegen, um eine gleichmäßige Beschichtung, insbesondere größerer Substrate, zu erreichen. Eine weitverbreitete Einrichtung zum Magnetron-Sputtern besitzt ein längserstrecktes Target, bei dem die Substrate zum Zwecke des Beschichtens linear quer zur Längsachse des Targets bewegt werden. Es sind auch Einrichtungen zum stationären Beschichten mit rotationssymmetrischen Targets und mit mehreren Magnetronentladungen bekannt ( DE 41 27 261 C1 ). Allen Magnetroneinrichtungen ist gemeinsam, dass das Targetmaterial infolge der Inhomogenität der Entladung nur zu einem Bruchteil genutzt werden kann. Auf bestimmten Bereichen der Targetoberfläche in der Nähe der Pollinien der magnetfelderzeugenden Einrichtung findet kein Abtrag des Targetmaterials statt. Als Pollinien sollen dabei die Bereiche bezeichnet werden, in denen die Magnetfeldlinien die sputterseitige Targetoberfläche senkrecht durchstoßen. Beim reaktiven Sputtern werden im Gegenteil diese Bereiche mit Reaktionsprodukten aus dem Targetmaterial und dem Reaktivgas, z. B. einem Oxid, bedeckt. Solche sogenannten Redepositionszonen bilden die Quelle von lose gebundenen Partikeln, die Schichtdefekte bewirken können. Handelt es sich um nichtleitende Reaktionsprodukte, so bilden diese beim Gleichstrom-Magnetronsputtern darüber hinaus durch elektrische Aufladungen die Ursache von Bogenentladungen und Prozessinstabilitäten. Solche Zerstäubungseinrichtungen erfordern dann die Anwendung von Radiofrequenz- oder Mittelfrequenz-Stromversorgungen (Puls-Magnetron-Sputtern). Selbst beim Mittelfrequenz-Pulssputtern stellen die Redepositionszonen noch Quellen von Prozessinstabilitäten und Defekten in den Schichten dar.
• Es sind zahlreiche Modifizierungen von Magnetron-Sputter-Einrichtungen bekannt, die die Überwindung der dargelegten Nachteile zum Ziel haben. So sind z. B. zahlreiche Gestaltungsvarianten für die Magnetronanordnung vorgeschlagen worden, die ein möglichst breitgezogenes trogartiges Magnetfeld erzeugen sollen. Die vorgeschlagenen Lösungen benutzen z. B. komplizierte Magnetronanordnungen mit mehreren Magnetpolen und Überlagerung von Teil-Magnetfeldern, die eine zu starke Fokussierung des Plasmas mit fortschreitender Erosion verhindern sollen ( US 5,262,030 und DE 37 27 901 A1 ). Es werden auch magnetfelderzeugende Einrichtungen vorgeschlagen, die mit ferromagnetischen, die Targetebene überragenden Polschuhen versehen sind und ein vergleichsweise homogenes Magnetfeld erzeugen ( DE 41 35 939 A1 ). Solche Einrichtungen sind jedoch komplizierter und arbeiten vor allem technisch nicht ausreichend zuverlässig, weil die überstehenden Teile der Einrichtung einer starken Beschichtung ausgesetzt sind. Eine weitere verbreitete Modifizierung des inhomogenen Magnetfeldes wird durch partiellen magnetischen Kurzschluss mit ferromagnetischen Blechen, sog. shunts, angestrebt ( EP 0 924 744 A1 und DE 196 17 057 C2 ). Solche Maßnahmen erfordern höheren Aufwand für die Erzeugung des Magnetfeldes und können die Entstehung von Redepositionszonen nicht verhindern.
• Es sind auch Magnetron-Einrichtungen bekannt, bei denen der Raum zwischen Target und Substrat von einem zusätzlichen Elektromagneten umgeben ist [z. B. „Speed Mag" der Firma Leybold, Lit./R. Kukla et al. „High Rate Sputtering of Metals and Metal Oxides with Moving Plasma Zone", Thin Solid Films, 228(1993)51]. Durch periodische Veränderung des Erregerstromes im Elektromagneten entsteht ein Zusatz-Magnetfeld, das sich dem Hauptfeld überlagert und damit neben anderen Wirkungen die Breite der Erosionszone und den Targetausnutzungsgrad erhöht. Der hohe gerätetechnische Aufwand und das Vorhandensein von Bauteilen, die die Targetebene überragen und einer starken Beschichtung ausgesetzt sind, hat nicht zu einer allgemeinen Verbreitung solcher Einrichtungen geführt. In DE 41 07 505 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Magnetron-Sputtern offenbart, bei der das Target auf einem topfförmigen gekühlten Gehäuse montiert und das Magnetaggregat im Inneren des Topfes angeordnet ist. Durch Relativbewegung des gesamten Magnetaggregates relativ zum Target wird eine deutliche Verbreiterung der Erosionszone und damit eine Verbesserung der Targetausnutzung erreicht. Auch die Größe der Redepositionszonen beim reaktiven Magnetron-Sputtern wird reduziert und damit die Prozessstabilität verbessert. Aus geometrischen Gründen muss die Ausdehnung des bewegten Magnetaggregates jedoch kleiner gehalten werden als das Target, so dass die Erhöhung der Targetausnutzung und die Vermeidung von Redepositionszonen nur begrenzt gelingt. Außerdem führt die mechanische Lagerung und Bewegung des Magnetaggregates zu Reibung und Verschleiß und begrenzt damit die Zuverlässigkeit der Einrichtung im Langzeitbetrieb.
• Eine Relativbewegung zwischen Magnetron-Target und Magnetaggregat mit dem Ziel hoher Targetausnutzung und Vermeidung von Redepositionszonen kann sehr erfolgreich verwirklicht werden, wenn ein rohrförmiges Target verwendet wird ( DD 217 964 , DE 41 17 518 C2 , DE 41 17 367 C2 ). Aus prinzipiellen geometrischen Gründen lässt sich diese Methode jedoch nicht auf eine Magnetroneinrichtung mit langgestrecktem ebenen Target übertragen.
• Auch für Magnetroneinrichtungen mit kreisrundem Target und stationär angeordnetem Substrat sind zahlreiche Bauformen und Prinzipien bekannt, bei denen die magnetfelderzeugende Einrichtung relativ zum Target bewegt wird ( EP 0 451 642 B1 , DE 36 19 194 A1 , EP 0 439 360 A2 , EP 0 439 361 A2 ). Meist wird diese Relativbewegung durch exzentrische Bewegung einer speziell geformten Ringspalt-Magnetanordnung erreicht. Die Drehachse liegt bei einigen Lösungen innerhalb, bei anderen Lösungen außerhalb dieser Ringspaltfigur. Die Form wird durch Experimente und Modellrechnungen so optimiert, dass eine möglichst gleichmäßige Targeterosion und damit auch eine möglichst große Substratfläche entsteht, die gleichmäßig beschichtet werden kann. Bezogen auf die Größe der gleichmäßig beschichtbaren Substratfläche werden bei all diesen Lösungen aus geometrischen Gründen sehr große Targets benötigt. Neben dem apparativen Aufwand sind die Begrenzung der Leistungsdichte und Beschichtungsrate nachteilige Eigenschaften solcher Anordnungen. Für Magnetronquellen mit ebenem langgestreckten Target haben solche Prinzipien deshalb keine Anwendung gefunden.
• Es ist weiterhin eine Plasmaerzeugungsvorrichtung nach dem Magnetron-Prinzip bekannt, die eine örtlich feststehende erste Magnetvorrichtung und mindestens eine zweite Magnetpolerzeugungsvorrichtung umfasst, welche Mittel zum Verschieben oder Verdrehen der zweiten gegen die erste Magnetvorrichtung aufweist. Nachteilig an diesem Lösungsweg sind die hohen mechanischen Wechselwirkungskräfte zwischen den beiden Magnetsystemen, deren Überwindung nur durch einen mechanischen Antrieb möglich ist, welcher naturgemäß durch die starke Krafteinwirkung hoher Reibung und hohem Verschleiß ausgesetzt ist ( EP 0 603 587 B1 ).
• Schließlich werden Magnetroneinrichtungen mit einer Anzahl nebeneinander oder konzentrisch ineinander angeordneter tunnelförmiger Magnetfelder beschrieben, die relativ zu plattenförmigen Targets bewegt werden. Solche Vorrichtungen sind zwar z. T. einfach aufgebaut, haben aber den prinzipiellen Nachteil, dass die elektrisch parallelgeschalteten einzelnen Teilentladungen unterschiedliche Impedanz und damit unkontrollierbare Sputterraten aufweisen können und deshalb keine Gewähr für eine reproduzierbare Prozessführung und einen gleichmäßigen Targetabtrag bieten.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zum Magnetronsputtern mit längserstrecktem Target zu verbessern. Die Targetausnutzung soll erhöht werden. Weiterhin soll die Ausbildung einer Redepositionszone auf dem Target im Bereich des Mittelpols der Magnetron-Magnetanordnung vermieden werden. Damit soll eine dominante Quelle von Schichtdefekten und Bogenentladungen (arcing), insbesondere beim reaktiven Gleichstrom- oder Mittelfrequenz-Pulssputtern zur Abscheidung isolierender Schichten, eliminiert werden. Die Einrichtung soll zuverlässig und langzeitstabil arbeiten.
• Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 9 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten einer Einrichtung entsprechend der Erfindung.
• Bei der Gestaltung von magnetfelderzeugenden Einrichtungen für eine Magnetronquelle ist es allgemein üblich, für eine möglichst hohe Gleichmäßigkeit der Magnetfeldstärke auf der Targetfläche entlang der gesamten Erosionszone Sorge zu tragen. Damit soll eine Voraussetzung für sowohl hohe Schichtgleichmäßigkeit als auch niedrige Impedanz der Magnetronentladung geschaffen werden. Die vorliegende Erfindung schlägt im Gegensatz dazu eine bewusste Abweichung von dieser Gestaltungsrichtlinie vor. Bei fester Lage der magnetfelderzeugenden Magnetanordnung im Bereich des Außenpols relativ zur äußeren Targetbegrenzung und einer Lageveränderung des Mittelpols nach einem vorgebbaren Programm ändern sich Krümmung des Magnetfeldes und Magnetfeldstärke zumindest in den für das Magnetronsputtern wichtigen geraden Bereichen der Erosionszone in einer von diesem Programm bestimmter Weise und derart, dass die Magnetfeldparameter in beiden geraden Bereichen mit Ausnahme von kleinen Zeitabschnitten ungleich sind. Es kann experimentell nachgewiesen werden, dass damit keine drastische Erhöhung der Impedanz verbunden ist und auch keine Auswirkungen auf die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke auf linear bewegten Substraten entsteht. Das gilt insbesondere, wenn das vorgebbare Zeitprogramm eine periodische Zeitfunktion ist.
• Vorteilhafterweise kann das magnetfelderzeugende Magnetaggregat im Bereich der Außenpole in bekannter Weise aus einer Vielzahl längs gereihter Permanentmagnete mit einem ferromagnetischen Rückschluss aufgebaut sein. Damit ist eine platzsparende Gestaltung möglich. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn das Magnetaggregat durch einen Elektromagneten gebildet wird, der im Bereich des Außenpols einen möglichst weit an das Target heran reichenden Polschuh aufweist. Auf diese Weise kann eine gute Anpassungsfähigkeit an die Art und Dicke des Targets erreicht werden.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Elektromagneten im Bereich des Innenpols, wie in den Ansprüchen 4 und 5 beansprucht, werden anhand der 1 und 2 erläutert.
• In 1 ist ein Elektromagnet im Bereich des Innenpols dargestellt, dessen Kern parallel zum längserstreckten Target angeordnet und ebenfalls längserstreckt ist. Im dargestellten Zustand wird der Elektromagnet so erregt, dass durch Superposition mit dem Magnetfeld des Magnetaggregats im Bereich des Außenpols ein Gesamt-Magnetfeld wirksam ist, dessen Feldlinien auf einer relativ zum Außenrand des Targets ortsfesten Pollinie aus dem Target austreten. Im Bereich des Innenpols bilden die in das Target eintretenden Magnetfeldlinien eine Pollinie, die gegenüber der Symmetrieachse der Anordnung nach rechts verschoben ist. Das vorgebbare Programm für die Erregung des Elektromagneten bewirkt in anderen Phasen des Sputtervorgangs andere Werte der Verschiebung der inneren Pollinie gegenüber der Symmetrieachse.
• In 2 ist eine Gestaltung des Elektromagneten im Bereich des Innenpols mit zwei Spulen veranschaulicht. Die Kerne beider Spulen stehen senkrecht zum längserstreckten Target und sind ebenfalls in dieser Richtung langgestreckt. Im dargestellten Zeitpunkt sind die Spulen so erregt, dass ihre Magnetfelder antiparallel verlaufen. Durch Superposition mit dem Magnetfeld des Magnetaggregates im Bereich des Außenpols entsteht ein Gesamt-Magnetfeld, das unsymmetrisch zum Target ist. Der Innenpol ist nach links gegenüber der Symmetrielinie verschoben und hat im linken geraden Bereich der Erosionszone eine stärkere Krümmung und eine höhere Magnetfeldstärke als im rechten geraden Bereich der Erosionszone. Das vorgebbare Programm bewirkt in anderen Phasen des Sputtervorgangs andere Werte der Verschiebung der inneren Pollinie gegenüber der Symmetrielinie, insbesondere auch eine Verschiebung in die rechte Hälfte der dargestellten Anordnung.
• In Anspruch 6 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Magnetaggregates im Bereich des Außenpols beschrieben. Sie ist am Beispiel eines aus Permanentmagneten aufgebauten Magnetaggregates in 3 erläutert. In diesem Bereich weist das Magnetaggregat Polschuhe auf, die nach außen gerichtet sind. Ihre Richtung bildet mit der Targetnormalen einen Winkel α, der einen Betrag von mindestens 10°, vorzugsweise einen Betrag von mindestens 30° bis 40° hat. Damit wird erreicht, dass die äußere Pollinie direkt auf dem Targetrand oder sogar außerhalb des Targets liegt und das Zerstäuben des Targets bis zum Targetrand erfolgt, ohne dass sich dort Redepositionszonen ausbilden.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wie in Anspruch 7 ausgeführt, die den technischen Aufwand zur Realisierung verringert und die Superposition der Magnetfelder des Magnetaggregates im Bereich des Außenpols und des Elektromagneten im Bereich des Innenpols unterstützt, wird anhand der 4a und 4b verdeutlicht. Zur besseren Abstimmung beider Teil-Magnetfelder ist der magnetische Rückschluss mit Mitteln ausgestattet, die eine Einstellbarkeit der maximalen magnetischen Flussdichte zulassen. In 4a und 4b ist die Wirkungsweise solcher Mittel schematisch veranschaulicht. Durch Bewegung in Pfeilrichtung findet die genannte Einstellung statt. In einer Einrichtung gemäß 4a wird der Querschnitt des Rückschlusses verändert, gemäß 4b wird durch Veränderung der Lage eines Shunts die Flussdichte im Bereich ihres Maximums begrenzt.
• Die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung wirkt sich beim Magnetron-Sputtern in einer deutlichen Erhöhung der Targetausnutzung aus, weil die Erosion des Targets im Zeitmittel sehr homogen gestaltet werden kann. Für die Qualität der abgeschiedenen Schichten ist weiterhin bedeutsam, dass durch Anwendung eines geeigneten vorgebbaren Programms für die Erregung des Elektromagneten im Bereich des Innenpols erreicht werden kann, dass keine Redepositionszone ausgebildet wird. Es entfallen somit Ursachen für Schichtdefekte, aber auch beim reaktiven Sputtern Ursachen für die Ausbildung von Bogenentladungen (arcing). Eine beim Zerstäuben bestimmter Targetmaterialien bekannte störende Erscheinung, das Wachstum von Materialanhäufung in Form sogenannter nodules, die eine Prozessunterbrechung und Bearbeitung des Targets erzwingen, kann ebenfalls deutlich vermindert werden. Damit erhöht sich die erreichbare ununterbrochene Betriebszeit der Magnetron-Sputtereinrichtung.
• Die erreichbaren Verbesserungen durch die Nutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung werden durch die Art des vorgebbaren Programms beeinflusst.
• Es ist demgemäß im Interesse einer möglichst gleichmäßigen Targeterosion vorteilhaft, wenn der Zeitanteil, in dem die Lage des Innenpols deutlich von der symmetrischen Lage relativ zum Target abweicht, groß ist. Die höchste Targetausnutzung wird erreicht, wenn die mittlere Aufenthaltszeit des Innenpols in den beiden Endlagen deutlich höher ist als die an anderen Positionen.
• Ein besonders zweckmäßiges vorgebbares Programm ist durch eine zeitliche Periodizität gekennzeichnet, wobei die aktuelle Lage des Innenpols von der symmetrischen Lage gleich oft in beide Richtungen abweicht und die Frequenz der Lageänderung mindestens 1 Hz, vorzugsweise mindestens 50 Hz, beträgt. Damit wird erreicht, dass beim reaktiven Magnetron-Sputtern auch im Bereich der aktuellen Lage des Innenpols nur eine Bedeckung des Targets mit Reaktionsprodukten von weit weniger als einer monoatomaren Lage auftritt. Eine solche Bedeckung hat praktisch keine negativen Auswirkungen auf den Prozess.
• Eine andere vorteilhafte Auswirkung der Erfindung kann genutzt werden, wenn zwei der erfindungsgemäßen Magnetronkatoden in Längsrichtung benachbart Seite an Seite angeordnet und zum Zwecke des bipolaren Puls-Magnetron-Sputterns mit einer mittelfrequenten Wechselspannung betrieben werden (sog. Dual-Magnetron-Systeme bzw. Twin-Mag-Katoden). Sie wirken damit jeweils nur in bestimmten Zeitabschnitten als Katode und in andern Zeitabschnitten als Anode. Es ist bekannt, dass auch bei optimaler Dimensionierung der Magnetfeldverteilung nach dem Stand der Technik ein ungleichmäßiger Abtrag der äußeren gegenüber den inneren Erosionszonen solcher Dual-Anordnungen stattfindet. Ursachen dafür werden in der Form des elektrischen Feldes während des bipolaren Pulsbetriebes vermutet. Bei Verwendung von Magnetronelektroden mit Merkmalen entsprechend der Erfindung in solchen Dual-Magnetron-Systemen kann für jeden Satz von Betriebsparametern ein Zeitprogramm vorgegeben werden, das zu einer im Zeitmittel gleichmäßigen Targeterosion in allen Bereichen der Erosionszonen führt. Der Nutzen besteht nicht nur in einer höheren Targetausnutzung, sondern vor allem in einer einheitlichen Reaktivität des Prozesses beim reaktiven Puls-Magnetron-Sputtern in solchen Systemen.
• Es sei ausdrücklich vermerkt, dass die Erfindung am Beispiel des Magnetron-Sputterns dargestellt wurde, dass die Ausführungen aber sinngemäß in analoger Weise gelten, wenn eine Niederdruck-Gasentladung vom Magnetrontyp z. B. für die Plasmabehandlung von Substraten, etwa das magnetronverstärkte Sputterätzen genutzt wird.
• Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
• 5 den Querschnitt durch eine beispielhafte Einrichtung zum Magnetronsputtern entsprechend der Erfindung,
• 6 das Magnetfeld der Einrichtung zu drei Zeitpunkten t₁ = 50 ms, t₂ = 100 ms und t₃ = 150 ms sowie
• 7 den Zeitverlauf des Erregerstromes durch den Elektromagneten im Bereich des Innenpols.
• In einem Rezipienten 1 mit einem Anschluss für einen Vakuumerzeuger 2 und einer Gaseinlassvorrichtung 3 befindet sich ein Substrat 4, welches in Pfeilrichtung linear bewegbar ist und mit einer homogenen dünnen Schicht beschichtet werden soll. Die dazu vorgesehene Magnetronkatode 5 ist von einer rahmenförmigen Anode 6 umgeben. Katode und Anode sind mit den Polen einer Sputterstromversorgung 7 verbunden. Das zu zerstäubende Material ist in Form eines Targets 8 auf eine wassergekühlte Trägerplatte 9 gebondet. Das Target hat eine Breite von 130 mm und eine Länge von 500 mm senkrecht zur Zeichenebene. Die Trägerplatte besitzt eine trogförmige Ausformung und ist durch einen Isolator 10 mit Vakuumdichtungen in der Wand des Rezipienten montiert. Eine magnetfelderzeugende Einrichtung ist im Bereich des Außenpols aus einer geschlossenen rahmenförmig nebeneinander angeordneten Vielzahl von Permanentmagneten 11 aufgebaut, die auf einem ferromagnetischen Rückschluss 12 angeordnet sind. Gegenüber der Targetnormalen sind die Permanentmagnete nach außen um einen Winkel α = 30° entsprechend der Erläuterungen zu 3 geneigt. Die geometrischen Abmessungen sind im Übrigen so gewählt, dass in diesem Targetbereich die senkrecht aus den Permanentmagneten austretenden Magnetfeldlinien die sputterseitige Targetfläche direkt an der Außenkante des Targets durchstoßen. Die magnetfelderzeugende Magnetanordnung umfasst weiterhin einen Elektromagneten mit einem Kern 13 und einer Spulenwicklung 14. Der Kern ist senkrecht zur Zeichenebene, also parallel zur Längsachse des Magnetrons, erstreckt und hat in dieser Richtung eine Ausdehnung von 410 mm. Die Spulenwicklung ist so gerichtet, dass sie senkrecht zur Zeichenebene liegt. Der Spulenstrom wird durch eine Stromversorgungs einrichtung mit einem Funktionsgenerator (nicht dargestellt) erzeugt und folgt in Richtung und Größe einem durch den Funktionsgenerator vorgebbaren Zeitprogramm. Die maximale Erregung der Spule beträgt 800 Amperewindungen. Unter der Wirkung des zeitabhängigen Erregerstromes des Elektromagneten erreicht die innere Pollinie der magnetfelderzeugenden Einrichtung eine seitliche maximale Abweichung von ± 11 mm gegenüber der Symmetrielinie des Targets. In diesen beiden Extremlagen werden für die Absolutwerte der Magnetfeldstärke auf der Targetoberfläche in den Bereichen der momentanen Targeterosion 23 kA/m und 19 kA/m gemessen.
• In 5b zeigt die Kurve 15 das resultierende Erosionsprofil des ebenen längserstreckten Targets im Querschnitt, nachdem in das Target unter Nutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung in der beschriebenen Ausführung eine Energie von 150 kWh eingetragen worden ist. Die Kurve 16 deutet im Vergleich dazu das Profil an, wenn eine Sputter-Magnetronkatode gleicher Abmessung entsprechend dem Stand der Technik betrieben würde. Die Kurve 15 entspricht einer erreichbaren Targetausnutzung von mehr als 50 %. Bemerkenswert ist das vollständige Fehlen von Redepositionszonen auf dem Target sowohl im Bereich des Außenpols als auch im Bereich des Innenpols und der damit verbundenen Gefahr der Entstehung von Defekten in der aufzubringenden Schicht.
• Das Gesamt-Magnetfeld zu drei ausgewählten Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ ist in 6a bis 6c veranschaulicht.
• 7 stellt den zeitlichen Verlauf des Erregerstromes dar, der die Wicklung 14 durchfließt, und markiert die Zeitpunkte t₁, t₂ und t₃. Die Erregung der Spule des Mittelpols erfolgt in diesem Beispiel relativ lange, erst dann wird zügig umgepolt und danach ein Magnetfeld umgekehrter Feldrichtung wiederum für eine gewisse Zeit aufrecherhalten. Das sichert, dass die mittlere Aufenthaltszeit des Innenpols in den beiden Endlagen deutlich höher ist als die an anderen Positionen.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Erzeugung einer Magnetronentladung, insbesondere zum Magnetron-Sputtern mit einem als Katode geschalteten ebenen längsgestreckten Target und einer magnetfelderzeugenden Einrichtung, ferner mindestens einer Anode, einer Stromversorgung, einem Substrat und einer Gaseinlassvorrichtung sowie einem Rezipienten, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetfelderzeugende Einrichtung so ausgeführt ist, dass sie im Bereich des Außenpols eine vorgegebene ortsfeste Lage relativ zur äußeren Targetbegrenzung aufweist und im Bereich des Innenpols mit elektromagnetischen Mitteln ausgestattet ist, derart, dass die Lage des Mittelpols relativ zum Target nach einem vorgebbaren Zeitprogramm geändert werden kann.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung im Bereich des Außenpols aus einer Vielzahl von gereihten Permanentmagneten besteht und ein Magnetjoch in Form eines ferromagnetischen Rückschlusses besitzt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung im Bereich des Außenpols einen Elektromagneten mit einem rahmenförmigen Polschuh enthält.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung im Bereich des Innenpols einen Elektromagneten mit einem Kern enthält, der parallel zur Längsachse des Targets angeordnet und ebenfalls längsgestreckt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung im Bereich des Innenpols zwei gemeinsam wirkende Elektromagnete enthält, deren Kerne parallel nebeneinander in Längsrichtung des Targets und senkrecht zu Target und Rückschlussplatte angeordnet sind.
6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung im Bereich des Außenpols Polschuhe aufweist, die zum Target eine nach außen gerichtete Schräglage mit einem Winkel α = 10° gegen die Targetnormale bilden bzw. dass die Magnete selbst in diesem Winkel angeordnet sind.
7. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschluss mit Mitteln ausgestattet ist, die eine Einstellbarkeit der maximalen magnetischen Flussdichte ermöglicht.
8. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein vorgebbares Zeitprogramm eine höhere mittlere Aufenthaltszeit der Lagen der Pollinie auf dem Target im Bereich des Innenpols mit maximaler Abweichung von der symmetrischen Lage auf dem Target einstellbar ist als andere Lagen der Pollinie.
9. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das vorgebbare Zeitprogramm eine zeitlich periodische Veränderung der Lage der Pollinie auf dem Target im Bereich des Innenpols mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz, vorzugsweise mindestens 50 Hz einstellbar ist.