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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sputter-Vorrichtung und insbesondere auf eine Magnetron-DC-Sputter-Vorrichtung, die in der Lage ist, Selbst-Sputtern stabil durchzuführen.
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[Technischer Hintergrund]
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Als Ergebnis des Trends der letzten Zeit zu feinerer Auslegung von Verdrahtungsmustern ergibt sich die Anforderung einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Abdeckung in einer Ebene. Als Verfahren zum Erfüllen dieser Art von Anforderungen ist es bekannt, eine Magnetron-DC-Sputter-Vorrichtung einzusetzen, welche z. B. die Technik des selbst-ionisierenden Plasmas (SIP) verwendet. Gemäß der SIP-Technik wird durch Anlegen eines hohen Potentials in einem Magnetfeld, das eine hohe Elektroneneingrenzungsfähigkeit aufweist, ein Plasma hoher Dichte verwirklicht.
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Als Vorrichtung zum stabilen Durchführen des oben erwähnten Selbst-Sputterns ist die folgende Technik in dem Patentdokument 1 bekannt. Es wird nämlich, außer dass ein Magnetfeld vor einer Sputter-Oberfläche eines Targets ausgebildet wird, indem eine Magnetbaugruppe an einer Seite gegenüber der Sputter-Oberfläche des Targets angeordnet wird, eine Spule an der Seitenfläche der Vakuumkammer angeordnet. Durch Beaufschlagen der Spule mit elektrischer Leistung über eine Stromquelle für die Spule wird ein Magnetfeld vertikal zur Sputter-Oberfläche erzeugt. Die Ionisierung der von dem Target gestreuten Atome wird so beschleunigt.
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Jedoch ist bei der oben erwähnten, in dem Patentdokument 1 beschriebenen Vorrichtung die Stromquelle zum Beaufschlagen der Spule mit elektrischer Leistung getrennt vorgesehen. Daher besteht ein Problem darin, dass die Kosten der Sputter-Vorrichtung höher werden. Außerdem wird zum Einstellen der Richtung des Magnetfelds oder der Stärke des Magnetfelds eine elektrische Stromsteuerschaltung zum Steuern des elektrischen Stroms zum Beaufschlagen der Spule benötigt und bringt eine weitere Kostensteigerung mit sich.
- Patentdokument 1: JP-A-2000-144411
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[Offenbarung der Erfindung]
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[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
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Angesichts der oben erwähnten Punkte ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine kostengünstige Sputter-Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, die Ionisierung der vom Target gestreuten Atome zu beschleunigen und dadurch das Selbst-Sputtern stabil durchzuführen.
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[Mittel zum Lösen der Probleme]
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Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, umfasst die Sputter-Vorrichtung nach dieser Erfindung: ein innerhalb einer Vakuumkammer in einer solchen Weise angeordnetes Target, dass es einem zu bearbeitenden Substrat gegenüberliegt; eine Magnetbaugruppe, die ein Magnetfeld vor einer Sputter-Oberfläche des Targets ausbildet; und eine erste Stromquelle, die an das Target ein negatives Gleichspannungs-Potential anlegt. Eine erste Spule ist auf einer Rückseite der Sputter-Oberfläche des Targets angeordnet, wobei die erste Spule elektrisch zwischen der ersten Stromquelle und einem Ausgang zum Target angeschlossen ist. Wenn an das Target durch die Sputter-Stromquelle ein negatives Potential angelegt ist, wird die erste Spule elektrisch beaufschlagt, wodurch vor der Sputter-Oberfläche ein Magnetfeld erzeugt wird.
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Wenn gemäß dieser Erfindung ein zuvor eingestelltes negatives Potential z. B. an das Target durch die erste Stromquelle angelegt ist, fließt ein elektrischer Strom, abhängig von dem an das Target und die Plasma-Impedanz angelegten Potential, durch die erste Spule und erzeugt dadurch ein Magnetfeld. Als Ergebnis kann die Stärke des vor der Sputter-Oberfläche des Targets erzeugten Magnetfelds durch die Magnetbaugruppe erhöht oder verringert werden. In diesem Fall kann, wenn der elektrische Strom, der durch die erste Spule fließen soll, durch geeignetes Einstellen der elektrischen Leistung gesteuert wird, mit der das Target beaufschlagt wird, oder wenn die Richtung des elektrischen Stroms, der durch die erste Spule fließen soll, verändert wird, ein vertikales Magnetfeld relativ zur Sputter-Oberfläche des Targets bei einer frei wählbaren Stärke des Magnetfelds erzeugt werden.
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Wie oben beschrieben, ist gemäß dieser Erfindung, da eine Anordnung verwendet wurde, bei der die erste Spule mit Elektrizität beaufschlagt wird, wenn an das Target ein negatives Potential angelegt wird, keine Stromquelle für die Spule notwendig. Weiter ist auch, da der elektrische Strom für die erste Spule abhängig von der elektrischen Leistung erhöht oder verringert werden kann, mit der das Target beaufschlagt wird, keine Schaltung zum Steuern des elektrischen Stroms für die erste Spule erforderlich, wodurch eine weitere Kostenreduktion erreicht wird.
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Vorzugsweise umfasst diese Erfindung weiter: eine Elektrode, die innerhalb der Vakuumkammer in einer solchen Weise angeordnet ist, dass sie einen Raum vor der Sputter-Oberfläche zwischen dem Target und dem Substrat umschließt; und eine zweite Stromquelle, welche an die Elektrode ein positives Gleichspannungs-Potential anlegt. Eine zweite Spule ist entlang einer Seitenwand der Vakuumkammer angeordnet, wobei die zweite Spule elektrisch zwischen der zweiten Stromquelle und einem Ausgang zur Elektrode angeschlossen ist. Wenn an die Elektrode durch die zweite Stromquelle ein positives Potential angelegt ist, wird die zweite Spule elektrisch beaufschlagt, wodurch vor der Sputter-Oberfläche ein Magnetfeld erzeugt wird.
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Gemäß dieser Anordnung wird als Ergebnis des elektrischen Stroms, der von der zweiten Stromquelle durch die zweite Spule fließt, ein Magnetfeld in dem Raum zwischen dem Target und dem Substrat erzeugt. In diesem Fall kann, wenn der elektrische Strom, der durch die zweite Spule fließen soll, durch geeignetes Einstellen der elektrischen Leistung gesteuert wird, mit der die Elektrode beaufschlagt werden soll, oder wenn die Richtung des elektrischen Stroms, der durch die zweite Spule fließen soll, verändert wird, ein vertikales Magnetfeld relativ zur Sputter-Oberfläche des Targets bei einer frei wählbaren Stärke des Magnetfelds erzeugt werden. Als Ergebnis kann eine kostengünstige Sputter-Vorrichtung realisiert werden, welche die Ionisierung der vom Target gestreuten Atome beschleunigen und dadurch das Selbst-Sputtern stabil durchführen kann.
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Vorzugsweise umfasst die Sputter-Vorrichtung nach dieser Erfindung weiter eine Schalteinrichtung zum Umschalten der Stromquelle zur ersten Spule bzw. zur zweiten Spule. Dann kann eine Anordnung verwirklicht werden, bei der elektrische Energie frei wählbar auf die erste Spule und die zweite Spule gegeben werden kann. In diesem Fall kann es eingerichtet werden, dass nicht nur das Schalten der elektrischen Leistung, sondern auch die Fließrichtung des elektrischen Stroms durch die Spulen umgeschaltet wird.
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[Bester Weg zur Ausführung der Erfindung]
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Mit Bezug auf die Zeichnung wird nun eine Sputter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben. Wie in 1 gezeigt, liegt die Sputter-Vorrichtung 1 als Magnetron-DC-Sputter-System vor, das in der Lage ist, Selbst-Sputtern durchzuführen, und ist mit einer Vakuumkammer 2 versehen, die in der Lage ist, darin eine Unterdruckatmosphäre auszubilden. An einem Deckenteil der Vakuumkammer 2 ist eine Katodeneinheit C montiert. Die Katodeneinheit C ist aus einem Target 3 und einer Magnetbaugruppe 4 gebildet, die vor einer Sputter-Oberfläche 3a des Targets 3 ein Magnetfeld ausbildet.
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Das Target 3 ist aus einem Material gebildet, z. B. Cu, dass geeignet gewählt ist, abhängig von der Zusammensetzung einer dünnen Schicht, die auf einem zu bearbeitenden Substrat W auszubilden ist. Das Target 3 ist in einem bekannten Verfahren zu einer vorgegebenen Form hergestellt. Weiter ist das Target 3 elektrisch mit einer DC-Stromquelle 5 verbunden, die als erste Stromquelle definiert ist, und ist so angeordnet, dass ein vorgegebenes negatives Potential daran angelegt wird. Die Magnetbaugruppe 4 ist an einer Seite angeordnet, die der Sputter-Oberfläche 3a gegenüberliegt, und ist gebildet aus: einem plattenförmigen Joch 4a, das parallel zum Target 3 angeordnet ist; und ringförmigen Magneten 4b, 4c, die konzentrisch auf einer oberen Fläche des Jochs 4a angeordnet sind, während sie die Polarität auf der Seite des Targets wechseln. Die Form und die Anzahl der Magnete 4b, 4c sind geeignet gewählt, abhängig von dem vor dem Target 3 auszubildenden Magnetfeld; zum Beispiel kann je nach Eignung ein wie ein dünnes Teil geformter oder wie ein Stab geformter oder eine Kombination davon gewählt werden.
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Im mittleren Teil des Jochs 4a (bei dieser Ausführungsform in einer Position auf der Mittellinie, die durch die Mitte des Targets 3 verläuft) ist eine erste Spule 6 vorgesehen, die ausgebildet ist, indem ein Draht 6b auf den Umfang eines zylindrischen Kernmaterials 6a aus einem magnetischen Material gewickelt wurde. Die Position der ersten Spule 6 kann zweckmäßig geändert werden, abhängig von der Anordnung der Magnetbaugruppen 4b, 4c. Beide Enden des Drahtes 6b sind elektrisch von der DC-Stromquelle 5 zu einem Ausgang zum Target 3 über einen Umschalter (Schalteinrichtung) 7 verbunden.
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Wenn ein vorgegebenes negatives Potential, das im Vorhinein eingestellt ist, an das Target 3 durch die DC-Stromquelle 5 angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom, der dem an das Target 3 angelegten Potential und der Plasma-Impedanz entspricht, durch die erste Spule 6, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird.
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Obwohl nicht dargestellt, ist weiter vorzugsweise ein weiterer Umschalter mit bekannter Konstruktion vorgesehen, sodass die Fließrichtung des elektrischen Stroms durch die erste Spule 6 umgekehrt werden kann.
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Gemäß dieser Anordnung kann die Stärke des vor der Sputter-Oberfläche 3a des Targets 3 zu erzeugenden Magnetfelds durch die Magnetbaugruppe 4 erhöht oder verringert werden. In diesem Fall kann, wenn der elektrische Strom, der durch die erste Spule 6 fließen soll, durch geeignetes Einstellen der elektrischen Leistung gesteuert wird, mit der das Target 3 beaufschlagt wird, oder wenn die Richtung des elektrischen Stroms, der durch die erste Spule 6 fließen soll, verändert wird, nachdem die Windungszahl des Drahts 6b geeignet eingestellt wurde, ein vertikales Magnetfeld relativ zur Sputter-Oberfläche 3a des Targets 3 bei einer vorgegebenen Stärke des Magnetfelds erzeugt werden.
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Gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, wurde eine Anordnung verwendet, bei der die erste Spule 6 erregt wird, wenn an das Target 3 ein negatives Potential angelegt wird. Daher wird für die Spule keine Stromquelle benötigt. Außerdem ist auch, da der elektrische Strom für die erste Spule 6 abhängig von der elektrischen Leistung erhöht oder verringert wird, mit der das Target 3 beaufschlagt wird, keine Steuerschaltung für den elektrischen Strom für die erste Spule 6 erforderlich. Daher ist es möglich, eine Kostenreduktion zu erreichen.
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Außerdem ist am Boden der Vakuumkammer 2 eine Bühne 8 in einer Weise angeordnet, dass sie dem Target 3 gegenüberliegt, sodass das Substrat W, wie etwa ein zu bearbeitender Siliziumwafer und dergleichen, in Position gehalten werden kann. Die Bühne 8 ist elektrisch mit einer Hochfrequenz-Stromquelle 9 mit bekannter Konstruktion verbunden. Es ist so eingerichtet, dass während des Sputterns ein vorgegebenes Vorspannungspotential an die Bühne 8 und folglich an das Substrat W angelegt werden kann.
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Weiter ist innerhalb der Vakuumkammer 2 eine Elektrode in Form eines Ionenreflektors 10 in einer Weise angeordnet, dass sie den Raum vor der Sputter-Oberfläche 3a zwischen der Sputter-Oberfläche 3a des Targets 3 und dem Substrat S umschließt. Der Ionenreflektor 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, die einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Targets 3 aufweist, und ist an der Vakuumkammer 2 über einen elektrischen Isolator 10a in einer Weise montiert, dass er entlang der Wandfläche der Vakuumkammer 2 liegt. Der Ionenreflektor 10 ist elektrisch mit einer weiteren DC-Stromquelle 11 verbunden, die als zweite Elektrode definiert ist, sodass ein vorgegebenes positives elektrisches Potential daran angelegt werden kann.
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An einer äußeren Wand der Vakuumkammer 2 ist eine zweite Spule 12 vorgesehen, die durch Wickeln eines Drahtes 12b um ein ringförmiges Joch 12a hergestellt ist, das aus einem magnetischen Material gebildet ist, und die so angeordnet ist, dass sie zwischen dem Target 3 und der Bühne 8 positioniert ist. Beide Enden der Spule 12b sind elektrisch über einen weiteren Umschalter (Schalteinrichtung) von der DC-Stromquelle 11 zum Ausgang zum Ionenreflektor 10 verbunden. Falls ein vorgegebenes positives Potential durch die DC-Stromquelle 11 an den Ionenreflektor 10 angelegt wird, fließt der elektrische Strom durch die zweite Spule 12, sodass ein vorgegebenes positives Potential an den Ionenreflektor 10 gelegt wird. Als Ergebnis wird ein Magnetfeld in einem Raum zwischen der Sputter-Oberfläche 3a und dem Substrat W erzeugt. In diesem Fall ist, obwohl nicht dargestellt, vorzugsweise noch ein weiterer Umschalter mit bekannter Konstruktion angeordnet, sodass die Richtung des elektrischen Stroms zur zweiten Spule 12 umgekehrt werden kann.
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Gemäß dem Obigen kann, nachdem die Windungszahl des Drahts 6b geeignet eingestellt wurde, wenn der elektrische Strom gesteuert wird, der durch die zweite Spule 12 fließen soll, indem die elektrische Leistung geeignet eingestellt wird, mit welcher der Ionenreflektor 10 zu beaufschlagen ist, oder durch Ändern der Richtung des elektrischen Stroms, der durch die zweite Spule 12 fließen soll, das vertikale Magnetfeld relativ zur Sputter-Oberfläche 3a des Targets 3 bei einer vorgegebenen Stärke des Magnetfelds erzeugt werden. Als Ergebnis kann eine kostengünstige Sputter-Vorrichtung 1 realisiert werden, in der die Ionisierung der aus dem Target 3 gestreuten Atome beschleunigt werden kann, um dadurch das Selbst-Sputtern stabil durchzuführen.
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An der Seitenwand der Vakuumkammer 2 ist ein Gasrohr 14 angeschlossen, das ein Sputtergas, wie etwa Argongas, einleitet. Das andere Ende des Gasrohrs steht über einen Durchflussregler (nicht dargestellt) in Verbindung mit der Gasquelle. Außerdem ist an die Vakuumkammer 2 ein Abzugsrohr 15a angeschlossen, das in Verbindung mit einer Vakuumabsaugeinrichtung 15 steht, die aus einer Turbomolekularpumpe, einer Rotationspumpe und dergleichen gebildet ist.
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Als Nächstes wird nun das Ausbilden einer Dünnschicht unter Verwendung der oben erwähnten Sputter-Vorrichtung 1 anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem eine Cu-Schicht auf einem Substrat W ausgebildet wird. Zuerst wird, nachdem das Substrat W auf der Bühne 8 in Position gesetzt wurde, die Vakuumabsaugeinrichtung 15 betrieben, um die Vakuumkammer 2 auf einen vorgegebenen Unterdruck (z. B. 10–5 Pa) zu evakuieren. Wenn der Druck in der Vakuumkammer 2 einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird ein vorgegebenes negatives Potential aus der DC-Stromquelle 5 an das Target 3 angelegt (Beaufschlagen mit elektrischer Leistung), während ein Sputtergas, wie etwa Argongas und dergleichen, in die Vakuumkammer 2 geleitet wird, wodurch eine Plasmaatmosphäre innerhalb der Vakuumkammer 10 ausgebildet wird. Dabei wird der Umschalter 7 betätigt, sodass die erste Spule 6 mit elektrischer Leistung beaufschlagt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Mittels der Magnetbaugruppe 4 wird die Stärke des Magnetfelds erhöht, das vor der Sputter-Oberfläche 3a des Targets 3 erzeugt wurde.
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Zusammen mit der oben erwähnten Bearbeitung wird an die Bühne 8 durch die Vorspannungs-Stromquelle 9 ein elektrisches Vorspannungspotential angelegt, und gleichzeitig wird an den Ionenreflektor 10 durch die DC-Stromquelle 11 ein vorgegebenes positives Potential angelegt. Dabei wird der Umschalter 13 betätigt, um damit die zweite Spule 12 mit elektrischer Leistung zu beaufschlagen, wodurch ein vertikales Magnetfeld relativ zur Sputter-Oberfläche 3a des Targets 3 erzeugt wird.
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Dann werden, indem die Argonionen im Plasma veranlasst werden, mit der Sputter-Oberfläche 3a zusammenzustoßen, um dadurch die Sputter-Oberfläche 3a zu sputtern, die Kupferatome aus der Sputter-Oberfläche 3a gestreut. Als Ergebnis wandern die Kupferatome, welche die gesputterten Teilchen sind, in Richtung des Substrats W, um sich dadurch an die Oberfläche des Substrats W anzuheften und darauf abzulagern. Während des Sputterns werden mittels des Magnetfelds der Magnetbaugruppe 4 und sowohl der ersten als auch der zweiten Spule 6 bzw. 12 die vor der Sputter-Oberfläche 3a ionisierten Elektronen und die durch Sputtern erzeugten Sekundärelektronen gesammelt, und als Ergebnis erreicht das Plasma vor der Sputter-Oberfläche 3a eine hohe Dichte.
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In dieser Ausführungsform wurde bisher ein Beispiel beschrieben, bei dem die erste Spule 6 im mittleren Bereich der Rückfläche des Targets 3 angeordnet war, und bei dem die zweite Spule 12 an der Seitenwand der Vakuumkammer 2 angeordnet war. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann die Position der Spulen beliebig gesetzt sein. Weiter kann, solange das Magnetfeld erzeugt werden kann, indem elektrische Leistung durch die Spulen geleitet wird, diese Erfindung angewandt werden.
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[Kurze Beschreibung der Zeichnung]
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1 ist eine schematische Schnittansicht einer Sputter-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Magnetron-DC-Sputter-Vorrichtung
- 2
- Vakuumkammer
- 3
- Target
- 3a
- Sputter-Oberfläche
- 4
- Magnetbaugruppe
- 5, 11
- DC-Stromquelle (jede aus der ersten und der zweiten Stromquelle)
- 6, 12
- jede aus der ersten und der zweiten Spule
- 7, 13
- Umschalter (Schalteinrichtung)
- 10
- Ionenreflektor (Elektrode)
- C
- Katodeneinheit
- W
- Substrat
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Zusammenfassung
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Es wird eine kostengünstige Sputter-Vorrichtung geschaffen, in der Selbst-Sputtern stabil durchgeführt werden kann, indem die Ionisierung der aus einem Target gestreuten Atome beschleunigt wird. Die Sputter-Vorrichtung weist auf ein Target (3), das innerhalb einer Vakuumkammer (2) so angeordnet ist, dass es dem zu bearbeitenden Substrat W gegenüberliegt; eine Magnetbaugruppe (4), die vor einer Sputter-Oberfläche (3a) des Targets (3) ein Magnetfeld ausbildet; und eine DC-Stromquelle (5), die an das Target ein negatives Gleichspannungs-Potential anlegt. Eine erste Spule (6) ist in einem zentralen Bereich einer Rückfläche der Sputter-Oberfläche des Targets angeordnet. Die erste Spule ist elektrisch zwischen der ersten Stromquelle und dem Ausgang zum Target angeschlossen. Wenn an das Target durch die Sputter-Stromquelle ein negatives Potential angelegt ist, wird die erste Spule mit elektrischer Leistung beaufschlagt, wodurch vor der Sputter-Oberfläche ein Magnetfeld erzeugt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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