DE19639240C2

DE19639240C2 - Magnetronzerstäubungsquelle und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19639240C2
Application number: DE19639240A
Authority: DE
Inventors: Pius Gruenenfelder; Hans Hirscher; Walter Haag; Walter Albertin
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: CH691643A5; DE19639240A1; NL1004217A1; NL1018547A1; US6540883B1; JPH09111450A; US5997697A; NL1018547C2; NL1004217C2

Abstract

Bei einer Magnetronzerstäubungsanordnung mit DOLLAR A - einer rotationssymmetrischen Magnetron-Zerstäubungsquelle, DOLLAR A - einer Halterung für die Aufnahme eines kreisscheibenförmigen Werkstückes, koaxial zur Symmetrieachse der Quelle und diesbezüglich beabstandet, DOLLAR A weist die Zerstäubungsquelle mindestens zwei ringförmige Magnetron-Elektronenfallen auf, deren jede ein Maximum der Magnetfeldstärke-Komponente in radialer Richtung entlang der Zerstäubungsquellenfläche definiert, und zwar in je einer Ringzone auf einem kleineren Radius R¶1F¶ und einem größeren Radius R¶2F¶, von welchen Ringzonen die der Quelle zugewandte Ebene eines Werkstückes in der Halterung je einen entsprechenden Abstand d¶1¶ und d¶2¶ aufweist und d alle möglichen Werte von d¶1¶ und d¶2¶ einnehmen kann. Hierbei gilt: DOLLAR A 0,8 (R¶2F¶ - R¶1F¶)/d 3,0.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetronzerstäu bungsquelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und sowie deren Verwendung nach Anspruch 17.

Bezüglich Magnetronzerstäubungsquellen generell wird ver wiesen auf:

- die DE-OS 24 31 832
- die EP-A 0 330 445
- die EP-A 0 311 697
- die US-P 5 164 063
- die DE-PS 40 18 914.

Aus der EP-A 94105388.6 derselben Anmelderin wie die vor liegende Anmeldung, ist eine Magnetronzerstäubungsquelle bekannt geworden mit einer fokussierenden Targetkörperan ordnung, welche eine wesentliche Verbesserung des Verhält nisses zwischen abgestäubter Materialmenge und der am Werkstück als Schicht abgelegten Materialmenge bewirkt. Dies führte zu einer wesentlichen Erhöhung der Wirtschaft lichkeit. Bei der vorliegenden bekannten Anordnung wird dies im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Zerstäu bungsfläche des Targetkörpers den Prozessraum im wesentli chen definiert, womit neben dem eigentlichen Werkstück nur noch wenig Flächen dem Materialdampf ausgesetzt sind, wel che den Materialübertragungsfaktor vom Target zum Werk stück ungünstig beeinflussen können. Dieser Vorteil wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass dem Target eine spezielle konische beziehungsweise hohlspiegelförmige Form gegeben wird, welche auf die Werkstückfläche ausgerichtet ist. Die Anordnung weist den Nachteil auf, dass Targets mit der vorerwähnten Form nicht für alle Zerstäubungsma terialien gut herstellbar sind und andererseits die für die Magnetronentladung notwendigen speziellen Magnetfelder zur Erreichung spezieller Prozesseigenschaften nicht ohne weiteres mit dem notwendigen Freiheitsgrad realisiert werden. Beispielsweise würde die fokussierende Form des Targets auch einen erheblichen Aufwand bedingen bei der Herstellung von Edelmetalltargets. Die spezielle Formge bung kann ausserdem mit Problemen verbunden sein, wenn für die Edelmetalltargets aus Prozessgründen beispielsweise spezielle Legierungen oder auch Kornstrukturen notwendig sind. Ein weiterer Punkt ist, wie erwähnt, beispielsweise die Optimierung der Magnetfeldkonfiguration, sei es wegen der Zerstäubungscharakteristik, wie auch wegen den pro zessbedingten energetischen Verhältnissen, die aufgrund der Empfindlichkeit von gewissen Substraten gefordert sind.

Aus der DE-OS 42 02 349 ist es bekannt, das von einem rotationssymmetrischen Magnetrontarget abgestäubte Material gegen ein kreisscheibenförmiges Werk stück hin dadurch zu fokussieren, daß die Zerstäubungsfläche des Targets eine zentrale, zur Symmetrieachse senkrechte Kreisringfläche aufweist, an welche, geknickt, eine kegelstumpfförmige Targetringfläche anschließt.

Aus der JP 03-79760 ist es bekannt, ein rechteckförmiges Target einer Magne tronquelle dreiteilig auszubilden mit einem zentralen rechteckigen Teil und, an dessen Schmalseiten anschließend, gewinkelt aufragenden rechteckigen Target teilen.

Weiterhin ist es im Stand der Technik bekannt, mehrere ringförmige Zerstäubungszonen wie beispielsweise zwei Zo nen zu schaffen, um das Erfordernis einer guten Schicht dickenverteilung am flächenförmigen Substrat zu erfüllen. Die EP 0 095 211 zeigt beispielsweise eine solche Anord nung, bei welcher über einem planaren Target auf dessen Oberfläche mit Hilfe der Magnetronmagnetfelder zwei kon zentrische Plasmaringe erzeugt werden. Hierbei wird in üb licher Weise optimiert auf möglichst gute Targetausnutzung und eine gute Verteilung. Dies ergibt sich durch breite aneinander liegende Erosionsgräben und relativ grossen Target-Substratabstand. Der grosse Targetabstand ist hier auch notwendig, um die emittierten Ladungsträger wie Elek tronen durch die vorgeschlagenen Hilfsmittel, wie Reflek toren, zu hindern, auf das Substrat zu gelangen und dieses zu schädigen beziehungsweise aufzuheizen. Wegen des gro ssen Targetsubstratabstandes und der für die Ablenkung notwendigen Einbauten ist die Materialausbeute bezie hungsweise der Materialübertragungsfaktor nicht günstig.

Bei optischen Speicherplatten gibt es bestimmte Anwendun gen, wo das Bedürfnis besteht Edelmetallschichten mit ei ner bestimmten hohen Qualität ohne Beschädigung der Spei cherplatten wirtschaftlich abzuscheiden. Insbesondere bei wiederbeschreibbaren Compactdisks bekannt unter dem Namen CD-R werden dünne Goldschichten mit ganz bestimmten Eigen schaften verlangt. Ähnliche Schichten werden ausserdem bei Digital Videodisks bekannt als DVD oder bei Foto-CDs ver langt. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Abscheidung auf Speicherplatten, welche nach dem Prinzip der Material- Phasenänderung, auch "Phase Change" Technik genannt, be kannt ist. Das Edelmetalltarget soll einfach herstellbar und einfach rezyklierbar sein und bestimmte metallurgische Anforderungen erfüllen können. Wegen den teuren Materia lien ist ausserdem ein äusserst hoher Übertragungsfaktor beziehungsweise Nutzungsgrad des abgestäubten Materiales notwendig. Des weiteren ist neben einer sehr hohen gefor derten Reflektivität der Beschichtung auch dafür zu sor gen, dass die empfindlichen organischen Schichten auf dem Werkstück, auf welche die Edelmetallschicht, vorzugsweise eine Goldschicht, abgeschieden werden muss, nicht durch Strahlung oder Teilchenbeschuss während dem Prozess be schädigt wird. Die Funktionsweise und die Anforderungen an solche Beschichtungen sind beispielsweise beschrieben in Magnetic- und Optical Media Seminar, 3. bis 4. November 1994, Atlanta und insbesondere im entsprechenden Semi narvortrag The CDR: yesterday, today and tomorrow von Tad Ishiguro.

Die, in den zu letzt erwähnten Schriften, beschriebenen Zerstäubungsquellen weisen den Nachteil auf, dass diese die vorerwähnten Anforderungen insgesamt nicht erfüllen können. Insbesondere ist es nicht möglich eine Magnetron entladung mit den entsprechenden Magnetfeldern so zu kon figurieren, dass die auftretenden Schäden an der organi schen Dye-Schicht des Werkstückes minimiert werden können, ohne den Nachteil einzugehen gleichzeitig die hohe Über tragungsrate bei einfachem wirtschaftlichem Targetaufbau reduzieren zu müssen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beheben, insbesondere eine Zerstäubungsquelle zu schaffen, die Edelmetallschich ten, wie vorzugsweise Goldschichten, auf empfindliche op tische Speicherplatten abscheiden kann unter Vermeidung einer Schädigung der organischen Unterlage und dies bei hoher Wirtschaftlichkeit.

Dies wird ausgehend von einer Magnetronzerstäubungsquelle eingangs genannter Art durch deren Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erreicht. Dadurch, dass erfindungsgemäss die Zerstäubungsgeometrie mit dem Prozessraum im wesentlichen bei sehr kurzem Target- Substratabstand definiert wird und bei festgelegter zwei facher konzentrischer und schmaler Plasmaentladung mit entsprechend definiertem, konzentriertem Plasmaeinschluss, wird eine entsprechende Verminderung von Substratschäden bei hoher Wirtschaftlichkeit erreicht.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Magne tronzerstäubungsquelle sind in den Ansprüchen 2 bis 17 spezifiziert.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung ei ner erfindungsgemässen Magnetronzerstäubungs quelle;

Fig. 2 eine weitere vereinfachte Querschnittsdar stellung einer heute bevorzugten erfindungs gemässen Magnetronzerstäubungsquelle;

Fig. 3a eine schematische Darstellung der geometri schen Verhältnisse der Targetanordnung gegen über dem Werkstück;

Fig. 3b eine weitere Darstellung wie in Fig. 3a mit unterschiedlichen und geneigt angeordneten Targetringen;

Fig. 3c eine weitere Darstellung wie in Fig. 3a und 3b mit Targetringen, die gegenüber dem Werk stück unterschiedlich beabstandet sind;

Fig. 4 eine vergrösserte schematische Darstellung im Querschnitt eines Targets beziehungsweise eines Targetringes mit Erosionsbereichen so wie Darstellung der Lage von magnetischen Feldkomponenten.

Anhand der folgenden Beschreibung werden neben den Ausfüh rungsbeispielen gemäss Fig. 1 und Fig. 2 auch deren Vari anten bezüglich Aufbau der erfindungsgemässen Quelle er läutert.

Fig. 1 zeigt beispielsweise und schematisch im Querschnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Magne tronzerstäubungsquellen-Anordnung. Mit der dargestellten Quellenanordnung ist es möglich Edelmetallschichten vor zugsweise Goldschichten ohne unzulässige Beschädigung der empfindlichen Werkstücke über dessen Nutzbereich mit einer Schichtdickenverteilung von besser als 5% wirtschaftlich abzuscheiden. Wie erwähnt handelt es sich bei den zu beschichtenden Werkstücken um optische Speicherplatten der eingangs genannten Art, welche besonders empfindlich sind auf Schädigung durch Strahlung oder Partikelbeschuss und besonders hohe Anforderungen an die Qualität der Beschich tung stellen. Die Magnetronzerstäubungs-Anordnung besteht beim vorliegenden Beispiel aus einer Magnetronzerstäu bungsquelle 1, bei welcher gegenüber dem flachen scheibenförmigen Zerstäubungstarget 3, welches aus Edelme tall oder deren Legierungen besteht, in einem Abstand d eine scheibenförmige Speicherplatte 9 angeordnet ist. Die Speicherplatte 9 ist mit der zu beschichtenden Seite gegen das zu zerstäubende Target 3, vorzugsweise bestehend aus Gold, ausgerichtet. Die Rückseite des Werkstückes 9 ist gegen die Vakuumkammer 2 ausgerichtet, in welcher bei spielsweise neben Mitteln zur Vakuumerzeugung auch Mittel zur Be- und Entladung des Werkstückes vorgesehen sind. Das Werkstück 9 wird an der Magnetronzerstäubungsquelle 1 im Zentrum beispielsweise mit einer zentral angeordneten Innenmaske 10 maskiert. Das Werkstück 9 wird am Aussenrand mit der Aussenmaske 11 maskiert. Die Aussenmaske 11 umschliesst das scheibenförmige Werkstück, beziehungsweise den sich ausbildenden torusförmigen Prozessraum 12. Die Masken 10 oder 11 können selbstverständlich auch mehr teilig ausgebildet sein und übernehmen auch in bekannter Art Elektrodenfunktion für die Plasmaentladung. Auf der Rückseite des Targets 3 befindet sich ein Magnetsystemraum 13, welcher die magnetischen Mittel enthält, für die Erzeugung der erforderlichen Magnetfelder, um an der Targetoberfläche für die Magnetronringentladungen generie ren zu können. Die Magnetsysteme werden mit Vorteil stationär ausgebildet, um aufwendige Konstruktionen zu vermeiden. Ausserdem werden bevorzugterweise Permanent magnete eingesetzt. Die Magnetronzerstäubungsanordnung 1 ist beispielsweise direkt in einer Öffnung der Vakuum kammerwand 14 dichtend angeflanscht. Die Quelle könnte aber auch in bekannter Weise in einer Vakuumkammer 2 ein gebaut betrieben werden. Da die Werkstücke scheibenförmig sind, ist die ganze Quelle rotationssymetrisch, um eine Quellenachse 17 aufgebaut.

Der Einsatz der teuren Edelmetallmaterialien macht es not wendig, dass Lösungen gefunden werden, die es erlauben, Materialverluste möglichst gering zu halten. Erfindungsge mäss wird nun der Abstand d zwischen der Zerstäubungs quellenfläche 6, 7, beziehungsweise der Targetoberfläche, möglichst klein gewählt. Dies ist aber insofern problema tisch, als dass übliche Plasmaausdehnungen das Werkstück 9 einerseits schädigen könnten und andererseits die Vertei lungsanforderungen von < 5% erreicht werden müssen. Er findungsgemäss wird vorgeschlagen, dass bei entsprechend kleinem Abstand d zwei Plasmaentladungsringe erzeugt wer den, die eine relativ geringe Ausdehnung aufweisen und welche bewirken, dass zwei schmale konzentrisch angeord nete Zerstäubungsquellenflächen beziehungsweise Ringzonen entstehen. Die Plasmaringe bewirken durch Ionenbeschuss des zu zerstäubenden Targets, dass dieses entsprechend erodiert wird und dort die entsprechenden Zerstäubungs quellenflächen 6, 7 gebildet werden. Die ringförmige innere Zerstäubungsquellenfläche 6 liegt relativ nahe im Zen trumsbereich 17, wohingegen weiter beabstandet die äussere ringförmige Zerstäubungsquellenfläche 7 ähnlich beziehungsweise etwas weiter von der Quellenachse beabstandet ist als der Aussenrand des Werkstückes 9. Zwischen den Zerstäubungs quellenflächen 6, 7 soll erfindungsgemäss eine Zone geschaffen werden, die vorzugsweise und im wesentlichen nicht zerstäubt. Diese Zone soll vorzugsweise mindestens so breit sein wie die kleinere Breite einer der ringförmi gen Zerstäubungsquellenflächen 6, 7. Die Plasmaentladungen werden in üblicher Weise mit einem Arbeitsgas wie bei spielsweise Argon im Druckbereich von 1 . 10-¹ mbar bis 1 . 10^-3 mbar und vorzugsweise im Bereich 1.10-¹ mbar bis 1 . 10^-2 mbar betrieben. Selbstverständlich können wenn notwen dig auch Reaktivgase verwendet werden.

Bei bekannten Anordnungen ist es nicht üblich so kurze Ab stände zu verwenden, wegen den Problemen mit der hohen Werkstückbelastung und ausserdem ist es nicht üblich zwei schmale ringförmige konzentrische Erosionsspuren zu erzeu gen, die relativ weit voneinander beabstandet sind, weil dadurch der Nutzungsgrad des Tragets selbst schlecht ist. Bei der vorliegenden erfindungsgemässen Anwendung geht es aber ausschliesslich darum, einerseits die Materialüber tragungsverluste vom Target auf das Substrat zu minimieren und andererseits eine Lösung überhaupt zu finden, die Schicht mit den geforderten Eigenschaften abscheiden zu können. Wenn die Ausnutzung des Targets selbst nicht sehr hoch ist, ist dies in diesem Fall ohne grosse Bedeutung, weil dieses Material einfach rezykliert werden kann. Nicht ohne weiteres rezykliert werden kann aber dasjenige Material, das an Maskenteilen oder an anderen Einbauten verloren geht.

Erfindungsgemäss wird das Problem dadurch gelöst, dass der Abstand d zwischen Targetoberfläche und Substrat optimal gewählt wird und einerseits die Lage und die Breite der beiden Zerstäubungsquellenflächen richtig gewählt werden. Für den Abstand d wird ein Bereich von 15 mm bis 30 mm vor geschlagen, wobei der Abstand vorzugsweise im Bereich von 20 mm bis 25 mm liegen sollte. Die innere Zerstäubungsquel lenfläche 6 beziehungsweise Ringzone weist einen mittleren Radius R_1E von der Quellenachse 17 auf, wobei der äussere Ring einen mittleren Radius R_2E aufweist. Diese Radien der Zerstäubungsquellenflächen sollen erfindungsgemäss der Be dingung genügen 0,8 ≦ (R_2E - R_1E)/d ≦ 3,0 aber vorzugs weise 1,0 ≦ (R_2E - R_1E)/d ≦ 2,2, um die gestellten Anfor derungen erfüllen zu können.

Für die erfindungsgemässe Positionierung der Ringquellen sind im wesentlichen auch die charakteristischen Magnet feldbedingungen für die Magnetronelektronenfallen verant wortlich. Jede Elektronenfalle muss an der Zerstäubungs quellenfläche beziehungsweise der Targetoberfläche 6, 7 eine maximale zur Oberflächenhauprichtung parallele radiale Komponente aufweisen, welche sowohl im Ab solutbetrag, wie auch in der Position gegenüber der Quel lenachse 17 definiert ist. Die Lagebedingung für diese maximale Magnetfeldkomponente entspricht im wesentlichen den vorerwähnten Bedingungen für die Zerstäubungsquellen fläche. Die exakte Zentralposition der Zerstäubungsquel lenfläche 6, 7 definiert durch den Schnittpunkt der Ring zonenmittelachse 21 mit der Zerstäubungsquellenfläche 6, 7, weicht allerdings von der Lage der Maximalposition des parallelen Feldvektors 22 geringfügig ab. Der Maximalwert des Feldvektors 22 ist gegenüber dem Zentrum der äusseren Zerstäubungsquellenfläche 7 geringfügig um ca. 3 mm bis 5 mm nach aussen verschoben und liegt auf dem Ring mit Radius R_2F, wohingegen der maximal parallele Feldvektor 22 der inneren Zerstäubungsquellenfläche gegenüber dem Zentrum der inneren Zerstäubungsquellenfläche ebenso geringfügig in Richtung zur Quellenachse 17 geringfügig verschoben ist, vorzugsweise um circa 3 mm bis 5 mm, welcher auf dem Ring mit Radius R_1F liegt.

Für Werkstückscheibendurchmesser D₁ von beispielsweise 120 mm oder auch 130 mm, welche vorzugsweise bei optischen Speicherplatten eingesetzt werden, ist der innere Radius R₁ vorzugsweise 20 mm bis 30 mm gross und weiter vorzugs weise 24 mm bis 28 mm gross. Für den Radius R₂ ist vorzugs weise ein Bereich von 55 mm bis 65 mm zu wählen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Aussendurchmesser D₃ des Targets 3, 5 mit der bis nach aussen reichenden äus seren Zerstäubungsquellenfläche 7 etwas grösser gewählt wird als der Durchmesser D₁ der Werkstückes 9 beziehungs weise der Werkstückhalterung 11. Der Durchmesser D₁ soll höchstens 20% kleiner sein als der Durchmesser D₃ vorzugs weise aber höchstens 10% kleiner.

Um günstige Ausbreitungsbedingungen für das Plasma und das abgestäubte Material zu erreichen, wird vorzugsweise der Durchmesser D₂ des Plasmaentladungsraumes beziehungsweise des Torusraumes 12 grösser gewählt als der Aussendurchmes ser D₃ des Targets 3, 5, wobei dieser Durchmesser vorzugs weise mindestens 50% grösser als der Abstand d gewählt wird.

Die Magnetfeldanordnung 13 für die Magnetronelektronen fallen ist so zu dimensionieren, dass die entsprechend geforderten schmalen Erosionszonen 8 beziehungsweise Zer stäubungsquellenflächen 6, 7 entstehen. Hierbei tritt an jeder Ringzone 6, 7 auf der Zerstäubungsquellenfläche 6, 7, beziehungsweise der Targetoberfläche der Targets 3, 4, 5 im Zentrum der zugeordneten Ringzone im wesentlichen auf R₁ beziehungsweise R₂ liegend, eine gegenüber der Target neuoberfläche parallele Magnetfeldstärkekomponente 22 auf, die dort im Schnittpunkt mit der Oberfläche und deren Ringzonenachse 21a, beziehungsweise auf den Radien R_1F und R_2F einen maximalen Wert erreicht. Dieser Wert soll vor zugsweise mindestens 200 Gauss betragen weiter vorzugs weise aber mindestens 350 Gauss. Die innere Ringzone R_1F soll hierbei aber vorzugsweise mindestens einen Wert von 400 Gauss aufweisen. Die Ausbreitung und die Art der Plas maentladung wird weiterhin definiert durch den Verlauf der ein- und austretenden Feldlinien der Magnetronelektronen falle über der Zerstäubungsquellenfläche 6, 7. In einem Ab stand von 10 mm von der Zerstäubungsquellenfläche 6, 7 ent lang der Achse 21a soll die parallele Komponente 23 der Magnetfeldstärke vorzugsweise auf einen Wert von höchstens 60% der Maximumkomponente 22 auf der Zerstäubungsquellen fläche betragen. Weiter vorzugsweise aber höchstens 55% dieser Komponente 22. Diese zweite Komponente 23 soll vor zugsweise aber an der Ringzone mit kleinerem Radius R_1F grösser sein, als an derjenigen mit grösserem Radius R_2F.

Die Ringzonenbreite der Zerstäubungsquellenflächen, aus der 70% des momentan an der zugeordneten Ringzone zer stäubten Materiales stammt, soll höchstens 16 mm breit sein, vorzugsweise aber höchstens 12 mm und weiter vorzugs weise weniger als 10 mm breit.

Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Anordnung. Eine Unterteilung des Targets 3 in zwei Ringtargets 4, 5, welche im wesentlichen nur gerade die Erosionsprofile aufnehmen, bringt weitere Vorteile in Bezug auf die wirtschaftliche Handhabung der teuren Edelmetallmaterialien und zusätzlich Vorteile in Bezug auf bessere Kühlmöglichkeiten und bessere Steuerung des Erosionsprofiles durch bessere Möglichkeit der Konfi gurierung der Magnetfeldgeneratoren und der Elektroden anordnung. Eine gute Targetkühlung bewirkt eine bessere Beherrschung des Kristallstruktur des Edelmetalles, insbe sondere des diesbezüglich heiklen Goldes. Die zusätzlichen Möglichkeiten, zwischen den Targetringen 4, 5 zusätzliche Einbauten mit Elektroden 16 oder magnetischen Materialien vornehmen zu können, erlauben eine zusätzliche Optimierung des Erosionsprofiles 8, womit die Targetausnutzung zusätzlich erhöht werden kann, beziehungsweise das Emis sionsprofil des abgestäubten Materials positiv beeinflusst werden kann, um die Wirtschaftlichkeit der Anordnung wei terhin zu erhöhen. Zwischen dem inneren Ringtarget 4 mit der inneren Zerstäubungsquellenfläche beziehungsweise Ringzone 6 und dem äusseren Ringtarget 5 mit der äusseren Zerstäubungsquellenfläche beziehungsweise Ringzone 7 wird vorzugsweise eine Elektrode 16 isoliert über einen Iso lator 15 angeordnet. Die Elektrode 16 kann wahlweise auf ein gewünschtes elektrisches Potential gelegt werden oder mit Schwebepotential betrieben werden. Hiermit kann einer seits vermieden werden, dass im Zwischenbereich der beiden Targetringe Material abgestäubt wird und andererseits bei Anlegen von Zusatzpotentialen die Entladungsverhältnisse bezüglich Ladungsträgerbeschuss des Werkstückes beein flusst werden. Selbstverständlich ist bei allen Target anordnungen in üblicher Weise dafür zu sorgen, dass im Randbereich der Targets kein unerwünschtes Material abge stäubt wird, wie dies in bekannter Weise durch Einhalten von Dunkelraumabständen zu den Gegenelektroden 10, 11 er reicht wird.

In Fig. 3 werden schematisch Varianten gezeigt wie die Zerstäubungsquellenflächen 6, 7 beziehungsweise die Targets 3, 4, 5 gegenüber dem scheibenförmigen Werkstück 9 angeord net werden können. Auf der rechten Seite der Quellenachse 17 in Fig. 3a ist dargestellt, wie ein Flachtarget mit Abstand d gegenüber dem Werkstück 9 angeordnet werden kann, wobei die innere Zerstäubungsquellenfläche 6 einen mittleren Radius R₁ aufweist und die äussere Zerstäu bungsquellenfläche 7 einen mittleren Radius R₂. Die zu erwartenden Erosionsprofile 8 sind gestrichelt darge stellt. Auf der linken Seite der Quellenachse 17 wird das ursprüngliche Flachtarget 3 unterteilt in zwei Ringtargets 4, 5, die konzentrisch zueinander in einer Ebene liegen. Diese Anordnung ist eine bevorzugte Ausführungsform, da sie besonders günstig und wirtschaftlich betreibbar ist. Selbstverständlich können, wie dies in Fig. 3b auf der rechten Quellenachsenseite dargestellt ist, die Targets 18 bereits vorprofiliert werden, zum Beispiel erhaben oder vertieft, um bestimmte Emissionseigenschaften oder auch vorteilhafte Eigenschaften bezüglich Targetausnutzung zu erreichen. In Fig. 3b ist ausserdem gezeigt, dass die ringförmigen Targets mit ihren Zerstäubungsquellenflächen gegenüber der Quellenachse beziehungsweise dem Werkstück 9 auch eine bestimmte Neigung 19 aufweisen können. Hiermit besteht eine weitere Möglichkeit der Einflussnahme auf die Emissionscharakteristik des zerstäubten Materiales und so mit auf die Beeinflussung der Schichtverteilung am Werk stück 9. Eine Neigung kann sowohl am Innenring wie auch am Aussenring eingestellt werden, sowohl nach innen wie auch nach aussen. In Fig. 3c ist ausserdem schematisch darge stellt wie der innere Ring oder der äussere Ring gegenüber dem Werkstück 9 unterschiedliche Abstände d₁ beziehungs weise d₂ einnehmen kann. Hierbei sollen aber die Bereiche von d₁ und d₂ im vorerwähnten Bereich von d liegen.

Fig. 4 zeigt im Querschnitt schematisch eine Zerstäubungs quellenfläche 6, 7 beziehungsweise einen Erosionsgraben 8, der sich im Target 3, 4, 5 ausbilden kann. Der Erosionsgra ben 8 weist in der Regel bei Magnetronentladungsanordnun gen ein Erosionsmaximum 20 im Zentrum der Zerstäubungs quellenfläche auf. In diesem Fall liegt dieses Maximum auf den Ringzonen R₁ und R₂. Die Ringzonenachse 21 geht durch das Erosionsmaximum 20 und schneidet die Zerstäubungs quellenfläche 6, 7 rechtwinklig. Die Zerstäubungsquellen fläche 6, 7, welche diejenige Fläche ist, die durch den Ionenbeschuss abgestäubt wird, weist von Rand zu Rand die Breite Z auf. Gegen das Zentrum hin wird am meisten Mate rial zerstäubt, wobei die Breite 21 diejenige Fläche auf spannt, aus welcher 70% des Materiales aus dem Erosi onsgraben stammt. Die Ringzonenachse 21 fällt in der Regel wie erwähnt nicht genau mit der Achse zusammen, welche beim Schnittpunkt mit der Zerstäubungsquellenfläche 6, 7 den Ort der Maximalen zur Zerstäubungsquellenfläche paral lelen Magnetfeldkomponente 22 bestimmt. Diese Achse ist in der Figur mit 21a bezeichnet. Die zweite parallel zur Zer stäubungsquellenfläche definierte Feldkomponente 23 ist mit einem Abstand 24 von der Zerstäubungsquellenfläche von 10 mm spezifiziert. Die bereits angegebenen Werte der ma ximalen Magnetfeldkomponenten an den beiden beabstandeten Punkten zeigen, dass das Magnetfeld der typischen Magne tronelektronenfalle gegenüber den bekannten Anordnungen auf engem Raum eine starke Inhomogenität aufweist und so mit einen nach aussen ungewöhnlich stark abnehmenden Feld gradienten aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel, welches nach der vorliegenden Er findung realisiert worden ist, wird nachfolgend beschrie ben:

- Werkstückaussendurchmesser 120 mm
- Abstand d 26 mm
- Torusraumdurchmesser D₂ 140 mm
- Targetaussenranddurchmesser D₃ (Flachtarget) 130 mm
- Radius R₁ 26 mm
- Radius R₂ 63 mm
- Breite der inneren Zerstäubungsquellenfläche Z₁ 10 mm
- Breite der äusseren Zerstäubungsquellenfläche Z₁ 7 mm
- Targetmaterial Gold
- Arbeitsgas Argon
- Arbeitsdruck im Entladungsraum 5 × 10^-2 mbar
- Parallele Maximummagnetfeldkomponente 22 auf der äusse ren Zerstäubungsquellenfläche 350 Gauss im Abstand 10 mm 150 Gauss
- Parallele maximale Magnetfeldkomponente der inneren Zer stäubungsquellenfläche 470 Gauss im Abstand von 10 mm 250 Gauss
- Zerstäubungsleistung 3 kW
- Entladungsspannung 500-700 Volt DC
- Zerstäubungsrate 50 nms
- Schichtdickenverteilung von Radius 20 bis Radius 60 des Werkstückes besser 5%
- Materialübertragungsfaktor besser als 30%-40%

Die erzielten Ergebnisse waren äusserst positiv ohne Be schädigung der empfindlichen Dye-Schicht der optischen Platte, und dies bei aussergewöhnlich hohem Übertragungs faktor. Übliche Übertragungsfaktoren bei statischen Be schichtungssystemen bei den geforderten hohen Vertei lungsanforderungen liegen im Bereich von weniger als 30%, typischerweise im Bereich von 15%-20%; vor allem bei solch kleinen Werkstückdurchmessern. Die erfindungsgemässe An ordnung kann selbstverständlich auch erfolgreich verwendet werden bei kleineren oder grösseren Werkstückdurchmessern als im vorgegebenen Beispiel angegeben, beispielsweise wie bei Durchmessern von 50 mm bis 70 mm.

Claims

1. Magnetronzerstäubungsanordnung mit

1. einer rotationssymmetrischen Magnetron-Zerstäubungs quelle (1),
2. einer Halterung (10, 11) für die Aufnahme eines kreis scheibenförmigen Werkstückes (9), koaxial zur Symmetrie achse (17) der Quelle (1) und diesbezüglich beabstandet,

wobei die Zerstäubungsquelle (1) mindestens zwei ringförmige Magnetron-Elektronenfallen aufweist, deren jede ein Maximum der Magnetfeldstärke-Komponente (22) in radialer Richtung entlang der Zerstäubungsquellenfläche (6, 7) definiert, und zwar in je einer Ringzone (6, 7) auf einem kleineren Radius R_1F und einem grösseren Radius R_2F, von welchen Ringzonen (6, 7) die der Quelle zugewandte Ebene eines Werkstückes (9) in der Halterung (10, 11) je einen entsprechenden Abstand d₁ und d₂ aufweist und d alle möglichen Werte von d₁ und d₂ einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass gilt:
0,85 ≦ (R_2F - R_1F)/d ≦ 3,0
vorzugsweise
1,0 ≦ (R_2F - R_1F)/d ≦ 2,2.

2. Magnetronzerstäubungs-Anordnung mit

1. einer rotationssymmetrischen Magnetron-Zerstäubungs quelle (1),
2. einer Halterung (10, 11) für die Aufnahme eines kreisscheibenförmigen Werkstückes (9), koaxial zur Symmetrieachse (17) der Quelle (1) und diesbezüglich beabstandet,

wobei die Zerstäubungsquelle (1) mindestens zwei ringförmige Erosionsgraben (8) bildet, deren jeder ein Erosionsmaximum (20) entlang der Zerstäubungsquellenfläche (6, 7) definiert und zwar in je einer Ringzone (6, 7) auf einem kleineren Radius R_1F und einem grösseren Radius R_2E, von welchen Ringzonen (6, 7) die der Quelle zugewandte Ebene eines Werkstückes (9) in der Halterung (10, 11) je einen Abstand d₁ und d₂ aufweist und d alle möglichen Werte von d₁ und d₂ einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass gilt:
0,8 ≦ (R_2E - R_1E)/d ≦ 3,0
vorzugsweise
1,0 ≦ (R_2E - R_1E)/d ≦ 2,2.

3. Magnetron-Zerstäubungsanordnung nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass besagte Maximumkomponente (22) in einem achsparallelen Abstand (24) von der Zerstäubungsquellen fläche (6, 7) von 10 mm höchstens 60%, vorzugsweise höch stens 55%, dieser Komponente auf der Zerstäubungsquel lenfläche (6, 7) beträgt und vorzugsweise an der der Ring zone mit kleinerem Radius (R_1F) grösser ist als an derjeni gen mit grösserem (R_2F).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximum-Magnetfeldstärke-Kompo nente (22) an der Zerstäubungsquellenfläche (6, 7) min destens 200 Gauss beträgt, vorzugsweise 350 Gauss, dabei besonders vorzugsweise an der inneren Ringzone (R_1F) minde stens 400 Gauss beträgt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Ringzonenbreite (21), aus der 70% des momentan an der zugeordneten Ringzone (6, 7, Z) zer stäubten Materials stammt, höchstens 16 mm beträgt, vor zugsweise höchstens 12 mm und gar vorzugsweise weniger als 10 mm beträgt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ringzonen (Z) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn zeichnet, dass sich die Ringzonen (Z) je an einem ge trennten konzentrischen Targetmaterialring (4, 5) befinden.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der konzentrischen Targetmaterialringe (4, 5) höchstens 16 mm beträgt, vor zugsweise höchstens 12 mm, insbesondere bevorzugt weniger als 10 mm.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekenn zeichnet, dass gilt:
R_1F ≈ R_1E = R₁
R_1F ≈ R_2E = R₂
und 20 ≦ R₁ ≦ 30 mm
vorzugsweise 24 ≦ R₁ ≦ 28 mm
und/oder 55 ≦ R₂ ≦ 65 mm.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekenn zeichnet, dass gilt:
15 ≦ d ≦ 30 mm
vorzugsweise 20 ≦ d ≦ 25 mm.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekenn zeichnet, dass die Halterung (10, 11) für eine Werkstück scheibe (9) ausgebildet ist, deren Durchmesser D₁ höch stens 20% kleiner ist als der Aussendurchmesser D₃ der Zerstäubungsquellenfläche (7), vorzugsweise höchstens 10% kleiner ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekenn zeichnet, dass die Zerstäubungsquellenfläche (6, 7) durch mindestens ein Edelmetall, vorzugsweise ein Goldtarget, gebildet ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche zwischen den Ringzonen als nichtzerstäubende Elektrode (16) ausgebildet ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche zwischen den Ringzonen elektrisch auf vorgegebenem Potential betrieben wird.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche zwischen den Ringzonen elektrisch auf Schwebepotential betrieben wird.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekenn zeichnet, dass ein auf der Halterung angeordnetes Werk stück (9) und die Zerstäubungsquellenoberfläche die obere bzw. untere Wandung eines torusförmigen Prozessraumes (12) bilden.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser D₁ des Torusraumes (12) grösser ist als der Aussendurchmesser D₃ der Zerstäubungsquellen fläche 7, vorzugsweise mindestens um 50% grösser als d.

19. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1-18 zum Beschichten von optischen Speicherplatten wie von DVD oder Photo-CD's, vorzugsweise von CD-R oder von Phase-Change- Platten.