DE19653999C1 - Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung - Google Patents
Vorrichtung zur KathodenzerstäubungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ka
thodenzerstäubung für die Herstellung von Schichten auf
einem Substrat mittels einer in einer Vakuumkammer ein
bringbaren Zerstäubungskathode, die mit Bezug auf die
Mittelachse der Zerstäubungskathode Polschuhe, ein Tar
get und mindestens einen konzentrisch angeordneten Ma
gneten bzw. Ringmagneten aufweist.
Es ist bereits eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung
für die statische Beschichtung scheibenförmiger Sub
strate mittels eines Plasmas in einer Vakuumkammer mit
mindestens einer Öffnung bekannt (DE 43 15 023 A1)
welche durch Auflegen einer Zerstäubungskathode von
außen verschließbar ist. Zwischen der Kathode und der
Kammerwand sind ein elastischer Vakuumdichtring sowie
eine ringförmige Anode vorgesehen, die die Öffnungen
radial von außen umgeben, wobei die Anode auf ihrer zur
Kathode hin zeigenden Seite eine ebene Kontaktfläche
aufweist. Die bekannte Zerstäubungskathode besteht aus
einem scheibenförmigen, ferromagnetischen Joch und
einer Kühlplatte. Zwischen beiden ist ein scheibenför
miger Isolator eingelegt. Vor der Kühlplatte befindet
sich das zu zerstäubende Target, während auf der Rück
seite der Kühlplatte in einer Nut ein ringförmig ange
ordneter Magnet eingelegt ist. Durch den ringförmig an
geordneten Magneten wird ein Gegenmagnetfeld erzeugt,
welches den Verlauf der Magnetfeldlinien beeinflußt.
Hierdurch erhält der Verlauf der Magnetfeldlinien einen
annähernd parallelen bzw. linsenförmigen oder konvexen
Verlauf.
Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, eine Ka
thode derart auszubilden, daß eine optimale Flußvertei
lung erreicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß
mit Bezug auf die Mittelachse der Zerstäubungskathode
ein geteiltes Joch bzw. ein aus zwei Teilen gebildetes
Joch rotationssymmetrisch angeordnet ist. Die geteilte
oder auch gestufte Ausbildung der Jochplatte ermöglicht
einen sehr einfachen, kostengünstigen Aufbau der Ka
thode insgesamt und auch den Einsatz eines einfachen,
ringförmig angeordneten Magneten, der z. B. als Quader
magnet und nicht als Ringmagnet ausgebildet sein kann
und auf einfache Weise zwischen die Jochplatten gesetzt
werden kann. Ringmagneten sind aufwendiger und daher
auch teurer als Quadermagneten.
Durch die Verwendung der Spulen, die zum Beispiel unter
dem Target oder auch an anderer Stelle angebracht sind,
kann man das Magnetfeld im Targetraum gezielt beein
flussen oder variieren, so daß man das Plasma radial
von innen nach außen verschieben kann. Hierdurch er
reicht man, daß der Erosionsgraben radial über das Tar
get verschoben werden kann, womit man die Möglichkeit
hat, entweder einen sehr breiten Erosionsgraben, indem
man das Magnetfeld kontinuierlich variiert, oder zwei
Erosionsgräben nebeneinander zu erzeugen, indem man das
Magnetfeld stufenweise hin- und herschaltet.
Ferner ist es vorteilhaft, daß das geteilte Joch im Be
reich des Ringmagneten und mindestens eines ein ver
änderbares Magnetfeld erzeugenden Teils vorgesehen ist.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil
dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß im Bereich
der ersten oder zweiten Jochplatte oder im Bereich des
Außenumfangs der ersten oder zweiten Jochplatte min
destens der ringförmig angeordnete Magnet vorgesehen
ist, wobei zwischen dem Target oder zwischen der Tar
getrückseite und der Jochplatte mindestens eine erste
ringförmig angeordnete Spule vorgesehen ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil
haft, daß im Bereich des Außenumfangs des Targets die
erste Magnetspule und im Bereich des Kühlkopfs die
zweite Magnetspule vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die bei
den Magnetspulen etwas oberhalb einer oberen Begrenzung
oder der Rückseite des Targets vorgesehen sind.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfin
dung, daß die beiden Magnetspulen auf der gleichen
Querebene zwischen der ersten oder zweiten Jochplatte
und/oder der Rückseite des Targets angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es ferner, daß der im Bereich des
Außenumfangs des ersten und/oder zweiten Jochs vorge
sehene, ringförmig ausgebildete Magnet zwischen der
oberen bzw. zweiten Jochplatte und der unteren bzw. er
sten Jochplatte oder zwischen den auf einer Ebene ange
ordneten Jochplatten vorgesehen ist.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß die beiden Magnetspu
len und der Magnet konzentrisch zur Mittelachse der
Zerstäubungskathode angeordnet sind.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß der Magnet einen Außen
durchmesser aufweist, der in etwa gleich, etwas kleiner
oder etwas größer als der Außendurchmesser der ersten
Spule ist.
Ferner ist es vorteilhaft, daß in einem zwischen Target
und mindestens einer Jochplatte vorgesehenen Isolator
und/oder dem Target Ringkammern zur Aufnahme der
Ringspulen vorgesehen sind.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil
dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die zwei
Ringspulen unterschiedlich große Durchmesser aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil
haft, daß die zweite Ringspule einen kleineren Außen
durchmesser aufweist als die erste Ringspule.
Ferner ist es vorteilhaft, daß der Ringmagnet eine in
Richtung des Substrats zeigende N/S-Polung aufweist.
Auch ist es vorteilhaft, daß ein Abschirmteil zwischen
den beiden Spulen vorgesehen ist.
Eine zusätzliche Möglichkeit gemäß einer Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß
das Abschirmteil zwischen einer der Jochplatten und dem
Target oder zwischen den Jochplatten und dem Substrat
vorgesehen ist.
Von Vorteil ist es ferner, daß das Abschirmteil zwi
schen einer der Jochplatten und/oder dem Isolator und
dem Target vorgesehen ist.
Eine wesentliche vorteilhafte Ausführungsform erreicht
man dadurch, daß die beiden Jochplatten mit Bezug auf
die Mittelachse mit Abstand zueinander und auf einer
Ebene in einem Targetraum und/oder außerhalb des Tar
getraums angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es außerdem, daß der Abstand zwischen
den beiden Jochplatten in etwa der Höhe und/oder Breite
des Magneten entspricht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die beiden Jochplatten
ringförmige Platten sind und unterschiedlich große
Außendurchmesser aufweisen und/oder in Form einer Trep
penstufe angeordnet sind.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil
dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die im
Außendurchmesser kleinere Jochplatte mit dem Kühlfinger
und/oder mittel- oder unmittelbar mit einer Hohl
schraube und die im Außendurchmesser größere Jochplatte
mit dem Polschuh mittel- oder unmittelbar verbunden
ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil
haft, daß im Bereich eines Polschuhs ein ein veränder
bares Magnetfeld erzeugendes Teil vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der an
die Spulen angelegte Strom in Abhängigkeit eines Zeit
faktors veränderbar ist.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfin
dung, daß der an die Spulen angelegte Strom bzw. die
Stromzufuhr zu den Spulen über eine Steuerkurve bzw.
über ein vorab festgelegtes Programm steuerbar ist und
Stromleitungen hierzu über einen Stromteiler mit einem
Rechner in Wirkverbindung stehen.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung
und Anordnung ist es von Vorteil, daß im Bereich des
Außenumfangs der im Durchmesser kleineren Jochplatte
die erste Spule und im Bereich des Innenumfangs der
zweiten Jochplatte die zweite Spule vorgesehen ist.
Vorteilhaft ist es ferner, daß die beiden ringförmigen
Spulen ebenfalls treppenförmig angeordnet sind.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß das im Targetraum
und/oder außerhalb des Targetraums im Bereich des Sub
strats angeordnete Abschirmteil zwischen den beiden
Spulen auf der gleichen Ebene wie die Spulen angeordnet
ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in
den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert
und in den Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß
alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzel
merkmalen erfindungswesentlich sind. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Targets
mit mehreren konzentrisch angeordneten
Spulen und einem Ring aus Permanent
magneten,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
treppenförmig ausgebildeten Jochs,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines
Polschuhs mit den entsprechenden Ma
gnetfeldlinien,
Fig. 4 bis 6 drei schematische Darstellungen eines
treppenförmig ausgebildeten Jochs mit
verschiedenen Anordnungen der Spulen
bzw. des Abschirmteils.
Es ist eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung für die
Herstellung von Schichten auf einem Substrat, bei
spielsweise einer Compact Disk 27, dargestellt. Für den
Prozeßablauf kann die mit 2 bezeichnete Zerstäubungs
kathode in eine Kammerwand 1 der Vorrichtung zur Katho
denzerstäubung eingesetzt werden. Die Kathode besteht
aus einem scheibenförmigen, ferromagnetischen, ersten,
unteren Joch 21′ (I) und einem mit Abstand dazu ange
ordneten, zweiten bzw. oberen Joch 21 (II). Das erste
Joch 21′ hat einen Durchmesser, der größer ausgebildet
ist als der Durchmesser des zweiten Jochs 21.
Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind die beiden
Joche 21, 21′ in Form einer Treppenstufe rotationssym
metrisch zu einer Längsmittelachse 44 der Zerstäubungs
kathode 2 angeordnet und weisen untereinander einen
ausreichend großen Abstand auf, so daß in diesen Zwi
schenraum ein ringförmig angeordneter Magnet 9 eben
falls rotationssymmetrisch zur Längsmittelachse 44 mit
entsprechender Höhe des Zwischenraums angeordnet werden
kann. Dieser ringförmig angeordnete Magnet 9 weist mit
Bezug auf ein Target 8 eine N/S-Polung auf.
Die im Außendurchmesser kleinere bzw. innere Joch
platte 21 ist mit einem Kühlfinger 74 und die im Außen
durchmesser größere Jochplatte 21′ mit einem Pol
schuh 14 mittel- oder unmittelbar verbunden.
Im Bereich der Jochplatten 21, 21′ ist z. B. in Fig. 3
ein ein veränderbares Magnetfeld erzeugendes Teil bzw.
eine oder mehrere Magnetspulen 76, 77 vorgesehen.
Die beiden in Fig. 1 dargestellten Magnetspulen 76, 77
liegen auf einer gleichen Querebene unterhalb der un
teren, horizontal verlaufenden Ebene der Joch
platte 21′.
Im Bereich des Außenumfangs 55 des Targets 8 kann die
erste Magnetspule 76 und im Bereich des Kühlfingers
bzw. Kühlkopfs 74 die zweite Magnetspule 77 vorgesehen
sein. Die beiden Magnetspulen 76, 77 sind etwas ober
halb einer oberen Begrenzung 57 oder der Rückseite 40
des Targets 8 vorgesehen. Es ist dabei vorteilhaft,
wenn der im Bereich des Außenumfangs des ersten
und/oder zweiten Jochs 21, 21′ vorgesehene, ringförmig
angeordnete Magnet 9 zwischen der oberen bzw. zweiten
Jochplatte 21 und der unteren bzw. ersten Joch
platte 21′ vorgesehen ist und die beiden Magnetspu
len 76, 77 und der ringförmig angeordnete Magnet 9 kon
zentrisch zur Mittelachse 44 der Zerstäubungskathode 2
angeordnet sind.
Die Zerstäubungskathode 2 weist ferner eine Kühl
platte 7 auf. Zwischen dem Joch 21′ und der Kühl
platte 7 ist ein Isolator 6 eingeklemmt und mittels
Schraubenbolzen 91 gesichert.
Vor der Kühlplatte 7 ist das zu zerstäubende Target 8
angeordnet. Auf der Rückseite der Kühlplatte 7 befindet
sich eine bzw. zwei Ringnuten 86 zur Aufnahme einer in
neren und einer äußeren Magnetspule 76, 77, die, wie
bereits erwähnt, konzentrisch zur Mittelachse 44 des
Targets 8 angeordnet sind.
Das Joch bzw. der Isolator 6 und die Kühlplatte 7 wer
den durch Schrauben 91 und den Kühlfinger 74 gesichert.
Die Schraube 91 bzw. eine Schraube 73 ist in vorteil
hafter Weise durch den Isolator 6 gegen das Joch iso
liert.
An die Magnetspulen 76, 77 kann über elektrische Lei
tungen 78, 79 eine Stromversorgung angeschlossen wer
den, die zur Erzeugung des Magnetfelds dient.
Der Magnet 9 ist an das Joch 21 und/oder 21′ und den
Polschuh 14 zur Leitung des magnetischen Flusses ange
koppelt und bildet somit den kompletten Magnetfeldein
schluß.
Das untere Ende des Polschuhs 14 bildet einen
Flansch 88, an den die Außenmaske bzw. eine Anode 4 an
geschlossen ist. Die Höhe des Polschuhs 14 und/oder die
Höhe der Anode 4 ist veränderbar.
Am unteren Ende der Anode 4 befindet sich das Sub
strat 27, das gemeinsam mit der Anode 4 und der Target
oberfläche den Targetraum einschließt.
Im Bereich der Mittelachse 44 der Zerstäubungskathode 2
befindet sich eine Bohrung 67, die sich durch die ge
samte Vorrichtung erstreckt und zur Aufnahme einer
Hohlschraube 20 und des Kühlfingers 74 dient. Der Kühl
finger 74 kann mit einer in der Zeichnung nicht darge
stellten Kühlleitung verbunden sein.
An das obere Ende der Hohlschraube 20 schließt sich in
axialer Richtung berührungsfrei das zweite Joch 21 mit
einer Jochplatte an.
Am oberen Ende des Kühlkopfs bzw. des Kühlfingers 74
ist mittels eines Flansches 22 das zweite Joch 21 (II)
befestigt, während das erste Joch 21′ (I) an den Pol
schuh 14 angeschlossen ist und mittels Schrau
ben 73, 73′ gesichert werden kann.
An die Stirnseite bzw. an das untere Ende eines Gewin
deteils 90 des Kühlfingers 74 ist eine Mittelmaske bzw.
eine Mittelanode 26 lösbar angeschlossen. Die Mittel
anode 26 reicht bis in die zentrische Vertiefung des
Targets 8, welches an der Vorderseite des Targets vor
gesehen ist, und bildet mit ihrem unteren Ende mit der
Außenanode 4 bzw. Außenmaske eine ringförmige Fläche
für die Maskierung des Substrats 27.
Der Abstand zwischen dem ringförmig angeordneten Magne
ten 9 und der Mittelachse 44 ist je nach Ausführungs
form veränderbar. Auf jeden Fall liegt der ringförmig
angeordnete Magnet 9 zwischen der Mittelachse 44 und
dem Polschuh 14. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kann ein
Abschirmteil 75 zwischen den beiden Spulen 76, 77 vor
gesehen sein. Ferner ist es möglich, daß das Abschirm
teil 75 zwischen einer der Jochplatten 21, 21′ und dem
Target 8 vorgesehen ist. Das Abschirmteil 75 wirkt ein
mal als Eisenkern für die Spulen 76, 77 und verstärkt
deren Magnetfeld, und gleichzeitig schirmt es einen
Targetraum 84 gegenüber den Kurzschlußfeldlinien des
Magneten 9 ab, so daß man mit relativ geringen Strömen
mittels der Spulen eine Feldveränderung vornehmen kann.
Hierzu kann das Abschirmteil 75 zwischen einer der
Jochplatten 21, 21′ und/oder dem Isolator 6 sowie dem
Target 8 vorgesehen sein. Der Magnet 9 dient zur Erzeu
gung des Magnetron-Magnetfelds. Auf der rechten Seite
gemäß Fig. 3 haben Feldlinien 71 der Kathode bzw. des
Sputter-Magnetrons einen konvexen bzw. abgeflachten
oder in etwa parallelen Verlauf zur Targetrückseite.
Dies wird in vorteilhafter Weise auch durch das Ab
schirmteil 75 bewirkt. Eine derartige Anordnung eignet
sich insbesondere bei einem nicht-ferromagnetischen Me
talltarget, z. B. einem Gold- bzw. Aluminium-Target.
Etwas unterhalb des ringförmig angeordneten Magneten 9
befinden sich die beiden Magnetspulen 76, 77. Der ring
förmig angeordnete Magnet 9 kann aus zahlreichen ein
zelnen, ringförmig angeordneten Magneten gebildet sein.
Je nach Ausführung des Targets 8, das beispielsweise
als Aluminium-Target oder als Goldtarget ausgebildet
sein kann, kann neben dem ersten ringförmig angeordne
ten Magneten 9 mindestens ein weiterer in der Zeichnung
nicht dargestellter, ringförmig angeordneter Magnet in
der Nähe des Magneten 9 vorgesehen sein, um die abso
lute Feldstärke zu erhöhen.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist der äußere, ringförmig
angeordnete Magnet einen größeren Abstand zur Target
rückseite 40 auf als die beiden Magnetspulen 76, 77.
Die in Fig. 3 dargestellten Magnetspulen 76, 77 dienen
zur Variation des Hauptmagnetfelds und können beliebig
gepolt sein.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der an die Spulen 76, 77
angelegte Strom I in Abhängigkeit eines Zeitfaktors
veränderbar. Der an die Spulen 76, 77 angelegte Strom I
bzw. die Stromzufuhr zu den Spulen ist über eine Steu
erkurve bzw. über ein vorab festgelegtes Programm in
einem Rechner 82 steuerbar, und die Stromleitungen 78,
79 stehen hierzu über einen Stromteiler 80 mit einem
Rechner 82 in Wirkverbindung. Hierdurch ist eine ge
zielte Beeinflussung der Targetoberfläche über den ge
samten Sputterprozeß möglich, und gleichzeitig wird si
chergestellt, daß auf dem Substrat 27 eine sehr gleich
mäßige Schichtdicke erzielt wird, wobei die Schicht
dickenabweichung zwischen ± 2% bis 3% liegen kann.
Die Stromversorgung der Spulen erfolgt wie erwähnt in
Abhängigkeit eines Zeitfaktors. Die erforderliche Steu
erkurve läßt sich empirisch ermitteln. Somit kann je
weils für ein entsprechendes Target, z. B. ein Gold-
oder Al-Target, eine für die Stromversorgung optimale
Steuerkurve ermittelt werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, daß das Joch, wie
bereits erwähnt, nicht einteilig ausgebildet ist, son
dern geteilt wurde und aus zwei einzelnen Teilen, also
einer oberen und einer unteren Jochplatte 21, 21′, be
steht, die aus zwei rotationssymmetrischen Scheiben be
stehen und mit Abstand zueinander angeordnet sein kön
nen, so daß mindestens ein Magnet 9 zwischen diesen
vorgesehen werden kann.
In den Fig. 4 bis 6 sind weitere Ausführungsbei
spiele der Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung für die
Herstellung von Schichten auf einem Substrat 27 ge
zeigt, in denen die Jochplatten 21, 21′ bzw. der Pol
schuh 14 und die Spulen 76, 77 auch anders ausgebildet
bzw. angeordnet sein können.
Gemäß Fig. 4 sind die Jochplatten 21, 21′ ebenfalls
stufenartig ausgebildet, wobei die obere Jochplatte ge
mäß Fig. 4 mit ihrem inneren Rand an die Hohl
schraube 20 und der außenliegende Rand über den ring
förmig angeordneten Magneten 9 an den innenliegenden
Rand der unteren, stufenartig versetzten, ersten Joch
platte 21′ angeschlossen ist. Der äußere Rand der er
sten Jochplatte 21′ ist an den Polschuh 14 angeschlos
sen.
Die erste Spule 76, die im Durchmesser größer ist als
die zweite Spule 77, befindet sich oberhalb der oberen
Jochplatte 21 zwischen dem außenliegenden Rand der obe
ren Jochplatte 21 und dem außenliegenden Rand der un
teren Jochplatte, während die zweite im Durchmesser
kleinere Spule 77 sich unterhalb der oberen Joch
platte 21 zwischen dem innenliegenden Rand der unteren
Jochplatte 21′ und der Hohlschraube 20 befindet. Die
übrige Anordnung dieser Vorrichtung entspricht der An
ordnung der Vorrichtung gemäß Fig. 1.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Jochplat
ten 21, 21′ ebenfalls geteilt, und diese sind ebenfalls
als ringförmige Jochplatten 21, 21′ mit unterschiedlich
großem Durchmesser ausgebildet, wobei beide Jochplatten
auf einer mit Bezug auf die Standfläche der Vorrichtung
horizontalen Ebene angeordnet sind, die die Mittel
achse 44 in einem rechten Winkel schneidet.
Zwischen den beiden Jochplatten 21, 21′ liegt der ring
förmige Magnet 9.
Die beiden ringförmig angeordneten Spulen 76, 77 um
geben den Abschirmteil 75 und befinden sich gemäß
Fig. 5 im Targetraum 84.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 unterscheidet sich
vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 nur dadurch, daß
ein zweites Abschirmteil 75′ mit zwei ringförmigen Spu
len 76′, 77′ in der gleichen Anordnung gemäß Fig. 5
sich außerhalb des Targetraums 84 befindet.
Die zusätzliche Schirmplatte 75 im Targetraum 84 oder
außerhalb des Targetraums 84 mit den beiden Spulen 76,
77 bzw. 76′, 77′ dient dazu, das Magnetfeld gezielt und
noch optimaler zu beeinflussen. Hierdurch wird die Lin
senform der Flußlinien (vgl. Magnetfeld 42) beeinflußt.
Durch die linsenförmige Ausbildung des Magnetfelds 42
gemäß Fig. 3 wird der Einschluß der Elektronen auf dem
Target 8 bewirkt, die zum Ionisieren der Argonatome
dienen, die mittels des Magnetfelds über dem Target 8
gehalten werden, somit in der optimalen Weise nicht auf
die Anode abfließen können und dadurch auch mehrmals an
der Ionisation teilnehmen. Hierdurch wird also zusätz
lich gewährleistet, daß eine gleichmäßige Schichtdicke
auf der Oberfläche des Substrats 27 erreicht wird.
Durch diese beschriebene Anordnung wird unter Berück
sichtigung der Strom-Zeit-Funktion (f(I) = I(t) eine
optimale Schichtdicken-Gleichmäßigkeit erreicht. Bei
dieser Anordnung wird, wie bereits erwähnt, der Strom
in Abhängigkeit der Targetoberfläche variiert. Durch
unterschiedliches Belegen der Spulen 76, 77 mit Strom
erreicht man, daß das Plasma radial oberhalb der Tar
getoberfläche 41 verschoben werden kann. Das heißt, daß
das Plasma mit Bezug auf die Oberfläche des Targets 8
entweder nach links oder rechts verschoben wird. Hier
durch kann die Oberflächenschicht des Substrats 27 ge
zielt besputtert bzw. aufgebaut werden.
Die gestufte Ausbildung der Jochplatten 21, 21′ ermög
licht einen sehr einfachen, kostengünstigen Aufbau der
Kathode insgesamt und auch den Einsatz eines einfachen,
ringförmig angeordneten Magneten, der z. B. als Quader
magnet und nicht als Ringmagnet ausgebildet sein kann
und auf einfache Weise zwischen die Jochplatten 21, 21′
gesetzt werden kann. Ringmagneten sind aufwendiger und
daher auch teurer als Quadermagneten.
Gemäß Fig. 4 sind die Spulen 76, 77 weiter entfernt vom
Target 8 als die Spulen der Beispiele gemäß Fig. 5 und
6. Die Spulen gemäß Fig. 1 müssen daher größer ausge
bildet sein und mit mehr Strom beschickt werden als die
Spulen 76, 77 der Beispiele gemäß Fig. 5 und 6. Man
kann gemäß Fig. 1 das Plasma ebenso hin- und herschie
ben wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, wobei
der Energieaufwand gemäß Fig. 1 etwas höher ist.
Die einzelnen Spulen sind unterschiedlich stark beein
flußbar und können je nach Ausführungsbeispiel gekop
pelt oder nicht gekoppelt sein. Die Spulen 76, 77 gemäß
Fig. 1 können z. B. in Reihe geschaltet werden.
Erfindungswesentlich ist es, daß durch die Verwendung
der Spulen gemäß Fig. 1, die zum Beispiel unter dem
Target oder auch an anderer Stelle, wie bereits erläu
tert, angebracht worden sind, das Magnetfeld im Target
raum gezielt beeinflußt und variiert werden kann, so
daß man, wie bereits erläutert, das Plasma radial von
innen nach außen verschieben kann. Hierdurch erreicht
man, daß der Erosionsgraben radial über das Target ver
schoben werden kann, womit man die Möglichkeit hat,
einmal einen sehr breiten Erosionsgraben, indem man das
Magnetfeld kontinuierlich variiert, oder zwei Erosions
gräben nebeneinander zu erzeugen, indem man das Magnet
feld stufenweise hin- und herschaltet.
Die Schichtdicken-Gleichmäßigkeit kann, wie bereits er
wähnt, dadurch erreicht werden, daß ein sich zeitlich
änderndes Magnetfeld der Kathode hinzugefügt wird. Die
ses variable Magnetfeld dient der Schichtdicken-Opti
mierung über einen Beschichtungszyklus. Hier wird eine
empirisch zu definierende Strom-Zeit-Funktion erstellt.
Die im Targetinnenraum 84 vorgesehenen Spulen 76, 77
dienen hauptsächlich dazu, das Magnetfeld im Target
raum zu beeinflussen. Um das Magnetfeld außerhalb des
Targetraums 84 zu beeinflussen, werden gemäß Fig. 6 die
zusätzlichen Spulen 76′, 77′ und das Schirmblech 75′
vorgesehen.
In den Ausführungsbeispielen kann auch das Joch 21, 21′
vertikal mit Bezug auf die Mittellinie 44 geteilt wer
den. Hierdurch kann der Magnet 9 so angeordnet werden,
daß der magnetische Fluß gezielt auf die Hohl
schraube 20 und auf den Polschuh 14 verteilt werden
kann. Hierdurch kann man ein homogenes, horizontales
Magnetfeld im Targetraum 84 erhalten. Dieses Magnetfeld
ist dann ebenfalls durch die Spulen 76, 77, wie bereits
erläutert, gezielt beeinflußbar.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Radius R₉ zwischen
der Mittellinie 44 und dem Magneten 9 veränderbar oder
so einstellbar, daß sich ein optimales Magnetfeld 42
gemäß Fig. 3 einstellen kann.
Bezugszeichenliste
1 Kammerwand
2 Zerstäubungskathode bzw. Sputter-Magnetron (Zerstäubungs-Magnetron)
4 Anode
5 Schraube
6 Isolator
7 Kühlplatte
8 Target
9 ringförmig angeordneter Magnet
R₉ Radius zwischen Mittellinie 44 und Magnet 9
14 Polschuh
20 Hohlschraube
21 obere, zweite Jochplatte
21′ untere, erste Jochplatte
22 Flansch
26 Mittelmaske bzw. Mittelanode
27 Substrat
40 Targetrückseite
41 Targetoberfläche
42 Magnetfeld
44 Mittelachse bzw. Längsmittelachse
55 Außenumfang des Targets 8
57 Begrenzung
67 Bohrung
71 Feldlinien
73 Schraube
73′ Schraube
74 Kühlfinger, Kühlkopf
75 Abschirmteil
75′ zweites Abschirmteil, Schirmteil
76 erste Spule I bzw. Spule oder ringförmig angeordnete Spule, Magnetspule
76′ ringförmige Spulen
77 zweite Spule I bzw. Spule oder ringförmig angeordnete Spule, Magnetspule
77′ ringförmige Spulen
78 elektrische Leitung
79 elektrische Leitung
80 Stromteiler
82 Rechner
84 Targetraum
86 Ringkammer bzw. Ringnuten
88 Flansch
89 Antriebsvorrichtung
90 Gewindeteil
91 Schraube
2 Zerstäubungskathode bzw. Sputter-Magnetron (Zerstäubungs-Magnetron)
4 Anode
5 Schraube
6 Isolator
7 Kühlplatte
8 Target
9 ringförmig angeordneter Magnet
R₉ Radius zwischen Mittellinie 44 und Magnet 9
14 Polschuh
20 Hohlschraube
21 obere, zweite Jochplatte
21′ untere, erste Jochplatte
22 Flansch
26 Mittelmaske bzw. Mittelanode
27 Substrat
40 Targetrückseite
41 Targetoberfläche
42 Magnetfeld
44 Mittelachse bzw. Längsmittelachse
55 Außenumfang des Targets 8
57 Begrenzung
67 Bohrung
71 Feldlinien
73 Schraube
73′ Schraube
74 Kühlfinger, Kühlkopf
75 Abschirmteil
75′ zweites Abschirmteil, Schirmteil
76 erste Spule I bzw. Spule oder ringförmig angeordnete Spule, Magnetspule
76′ ringförmige Spulen
77 zweite Spule I bzw. Spule oder ringförmig angeordnete Spule, Magnetspule
77′ ringförmige Spulen
78 elektrische Leitung
79 elektrische Leitung
80 Stromteiler
82 Rechner
84 Targetraum
86 Ringkammer bzw. Ringnuten
88 Flansch
89 Antriebsvorrichtung
90 Gewindeteil
91 Schraube
Claims (27)
1. Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung für die Her
stellung von Schichten auf einem Substrat (27)
mittels einer in einer Vakuumkammer einbringbaren
Zerstäubungskathode (2), die mit Bezug auf die
Mittelachse (44) der Zerstäubungskathode (2) Pol
schuhe (14), ein Target (8) und mindestens einen
konzentrisch angeordneten Magneten bzw. Ring
magneten (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß mit Bezug auf die Mittelachse der Zerstäu
bungskathode (2) ein geteiltes Joch oder ein aus
zwei Teilen (21, 21′) gebildetes Joch rotations
symmetrisch angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das geteilte Joch (21, 21′) im Bereich
des Ringmagneten (9) und mindestens eines ein
veränderbares Magnetfeld erzeugenden
Teils (Spule 76, 77) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß im Bereich der ersten oder zweiten Joch
platte (21, 21′) oder im Bereich des Außenumfangs
der ersten oder zweiten Jochplatte (21, 21′) min
destens der ringförmig angeordnete Magnet (9)
vorgesehen ist, wobei zwischen dem Target (8)
oder zwischen der Targetrückseite (40) und der
Jochplatte (21, 21′) mindestens eine erste ring
förmig angeordnete Spule (76) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß im Bereich des Außenum
fangs (55) des Targets (8) die erste Magnet
spule (76) und im Bereich des Kühlkopfs (74) die
zweite Magnetspule (77) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Magnetspulen (76, 77) etwas
oberhalb einer oberen Begrenzung (57) oder der
Rückseite (40) des Targets (8) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Magnetspulen (76, 77) auf der gleichen
Querebene angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Magnetspulen (76, 77) auf der
gleichen Querebene zwischen der ersten oder zwei
ten Jochplatte (21, 21′) und/oder der Rück
seite (40) des Targets (8) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der im Bereich des Außenumfangs
des ersten und/oder zweiten Jochs (21, 21′) vor
gesehene, ringförmig ausgebildete Magnet (9) zwi
schen der oberen bzw. zweiten Jochplatte (21) und
der unteren bzw. ersten Jochplatte (21′) oder
zwischen den auf einer Ebene angeordneten Joch
platten (21, 21′) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die beiden Magnetspulen (76,
77) und der Magnet (9) konzentrisch zur Mittel
achse (44) der Zerstäubungskathode (2) angeordnet
sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Magnet (9) einen Außendurchmesser
aufweist, der in etwa gleich, etwas kleiner oder
etwas größer als der Außendurchmesser der ersten
Spule (76) ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem zwischen Target (8) und mindestens einer
Jochplatte (21, 21′) vorgesehenen Isolator (6)
und/oder dem Target (8) Ringkammern (86) zur Auf
nahme der Ringspulen (76, 77) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die zwei Ringspulen (76, 77) unterschiedlich
große Durchmesser aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Ringspule (77) einen kleineren Außen
durchmesser aufweist als die erste Ring
spule (76).
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ringmagnet (9) eine in Richtung des Sub
strats (27) zeigende N/S-Polung aufweist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Abschirmteil (75) zwischen den beiden Spu
len (76, 77) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Abschirmteil (75) zwischen einer der
Jochplatten (21, 21′) und dem Target (8) oder
zwischen den Jochplatten (21, 21′) und dem Sub
strat (27) vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Abschirmteil (75) zwischen einer der Joch
platten (21, 21′) und/oder dem Isolator (6) und
dem Target (8) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Jochplatten (21, 21′) mit Bezug auf
die Mittelachse (44) mit Abstand zueinander und
auf einer Ebene in einem Targetraum (84) und/oder
außerhalb des Targetraums (84) angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand zwischen den beiden Jochplatten (21,
21′) in etwa der Höhe und/oder Breite des Magne
ten (9) entspricht.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Jochplatten (21, 21′) ringförmige
Platten sind und unterschiedlich große Außen
durchmesser aufweisen und/oder in Form einer
Treppenstufe angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die im Außendurchmesser kleinere Jochplatte (21)
mit dem Kühlfinger (74) und/oder mittel- oder un
mittelbar mit einer Hohlschraube (20) und die im
Außendurchmesser größere Jochplatte (21′) mit dem
Polschuh (14) mittel- oder unmittelbar verbunden
ist.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich eines Polschuhs (14) ein ein veränder
bares Magnetfeld erzeugendes Teil vorgesehen ist.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der an die Spulen (76, 77) angelegte Strom in Ab
hängigkeit eines Zeitfaktors veränderbar ist.
24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der an die Spulen (76, 77) angelegte Strom bzw.
die Stromzufuhr zu den Spulen über eine Steuer
kurve bzw. über ein vorab festgelegtes Programm
steuerbar ist und Stromleitungen (78, 79) hierzu
über einen Stromteiler (80) mit einem Rech
ner (82) in Wirkverbindung stehen.
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich des Außenumfangs der im Durchmesser
kleineren Jochplatte (21) die erste Spule (76)
und im Bereich des Innenumfangs der zweiten Joch
platte (21′) die zweite Spule (77) vorgesehen
ist.
26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden ringförmigen Spulen (76, 77) ebenfalls
treppenförmig angeordnet sind.
27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das im Targetraum (84) und/oder außerhalb des
Targetraums im Bereich des Substrats (27) ange
ordnete Abschirmteil (75) zwischen den beiden
Spulen (77, 77′ und 76, 76′) auf der gleichen
Ebene wie die Spulen angeordnet ist.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10138156A1 (de) * | 2001-08-03 | 2003-02-27 | Singulus Technologies Ag | Magnetron-Zerstäubungsanlage mit mehreren Plasmaringen |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4315023A1 (de) * | 1993-05-06 | 1994-11-10 | Leybold Ag | Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung |
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1996
- 1996-12-21 DE DE1996153999 patent/DE19653999C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4315023A1 (de) * | 1993-05-06 | 1994-11-10 | Leybold Ag | Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung |
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DE10138156A1 (de) * | 2001-08-03 | 2003-02-27 | Singulus Technologies Ag | Magnetron-Zerstäubungsanlage mit mehreren Plasmaringen |
DE10138156B4 (de) * | 2001-08-03 | 2007-11-22 | Singulus Technologies Ag | Magnetron-Zerstäubungsanlage mit mehreren Plasmaringen, Verfahren zum Zerstäuben eines Targets sowie Verwendung der Anlage bzw. des Verfahrens |
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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