DE19939040B4

DE19939040B4 - Magnetronsputtergerät

Info

Publication number: DE19939040B4
Application number: DE19939040A
Authority: DE
Inventors: Koichiro Takasago Akari; Toshimitsu Takasago Kohara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: GB9919361D0; US6156170A; DE19939040A1; GB2340845B; GB2340845A

Abstract

Magnetronsputtergerät zur Ausbildung einer Dünnschicht auf einem Substrat (2) durch Anhaftung von abgestäubten Metallatomen oder -ionen mit
zumindest einer Magnetronzerstäubungsquelle (3), die die Metallatome oder -ionen verstäubt; und
zumindest einem magnetischen Hilfspol (9; 9a, 9b),
wobei die zumindest eine Magnetronzerstäubungsquelle (3) und der zumindest eine magnetische Hilfspol (9; 9a, 9b) sämtlich an der Peripherie des Substrates (2) zur Erzeugung von das Substrat (2) umgebenden magnetischen Feldlinien (11) bereitgestellt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der äußere magnetische Pol der zumindest einen Magnetronzerstäubungsquelle und der zumindest eine magnetische Hilfspol die gleiche Polarität aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetronsputtergerät zur Ausbildung einer Dünnschicht in Vakuum mittels Magnetronsputterns und insbesondere ein Magnetronsputtergerät, welches die Ionisation in einem Plasma aktivieren kann, damit der Ionenstrom auf ein Substrat erhöht wird.

Bei einem bekannten Magnetronsputtergerät zur Ausbildung einer Dünnschicht in Vakuum mittels Magnetronsputterns ist beispielsweise eine Magnetronzerstäubungsquelle 34 mit einem inneren magnetischen Pol 31, einem ringähnlichen äußeren magnetischen Pol 32 und einem Ziel 33 derart angeordnet, dass die Peripherie eines Substrats 36 innerhalb einer Vakuumkammer 35 umgeben wird, wie in 9 gezeigt ist, und es werden magnetische Feldlinien 38 derart erzeugt, dass die äußeren magnetischen Pole 32 benachbarter Magnetronzerstäubungsquellen 34 aufeinanderfolgend verbunden werden, damit sie die Peripherie des Substrats 36 durch die magnetischen Feldlinien 38 umgeben, indem die Polaritäten der entsprechenden äußeren magnetischen Pole 32 von gegenseitig benachbarten Magnetronzerstäubungsquellen 34 sich unterscheiden, wodurch das durch Glühentladung erzeugte Plasma sich um das Substrat 36 verdichtet und die Ionisation eines von der Magnetronzerstäubungsquelle 34 verdampften Metallatoms zur Ausbildung einer Metalldünnschicht hoher Dichte auf dem Substrat 36 aktiviert wird (Druckschrift JP-A-5 505 215).

Das bekannte Verfahren erfordert jedoch zwei Arten von Magnetronzerstäubungsquellen mit unterschiedlichen Polaritäten des äußeren magnetischen Pols 32 und des inneren magnetischen Pols 31, da die Veränderung der magnetischen Pole der äußeren magnetischen Pole 32 der gegenseitig benachbarten Magnetronzerstäubungsquellen 34 nötig ist, damit die magnetischen Feldlinien 38 zur aufeinanderfolgenden Verbindung des äußeren magnetischen Pols 32 jeder Magnetronzerstäubungsquelle 34 zum Umgeben der Peripherie des Substrats 36 durch die magnetischen Feldlinien 38 erzeugt werden.

Die Gestalt oder die Intensität des Magnetfeldes wurde ebenfalls abhängig von der Anzahl oder der Anordnung der Magnetronzerstäubungsquellen 34 variiert, da das Magnetfeld zum Umgeben des Substrats 36 lediglich durch die magnetischen Feldlinien 38 ausgebildet wurde, welche die magnetischen Pole 32 der Magnetronzerstäubungsquellen 34 gegenseitig verbinden. Zur Bereitstellung einer gewünschten Gestalt oder Intensität des Magnetfeldes, wie sie für eine ausreichende Verdichtung des Plasmas um das Substrat 36 notwendig ist, war im Gegensatz dazu die Anzahl oder die Anordnung der Magnetronzerstäubungsquellen 34 eingeschränkt. Bei einem Gerät ausgedehnter Größe zur Verarbeitung eines großen Substrats 36 musste beispielsweise eine Anzahl von Magnetronzerstäubungsquellen 34 angeordnet werden, da ein gewünschtes Magnetfeld solange nicht erhalten werden kann, bis die gegenseitig benachbarten Magnetronzerstäubungsquellen 34 innerhalb eines gewissen Abstandes angeordnet sind.

Sobald außerdem die Anordnung der Magnetronzerstäubungsquellen 34 bestimmt ist, ist die Gestalt des magnetischen Feldes ebenfalls bestimmt und schwierig zu verändern. Obwohl die Gestalt des magnetischen Feldes auch bei den bekannten Ausführungsformen verändert werden kann, indem der magnetische Pol der Magnetronzerstäubungsquelle 34 nicht aus einem Permanentmagneten sondern aus einer Spule ausgebildet ist, führte die Anordnung einer Vielzahl von Spulen bei der Magnetronzerstäubungsquelle 34 zu den Problemen einer ausgedehnteren Größe und eines komplizierteren Aufbaus der Magnetronzerstäubungsquelle 34.

Im Übrigen wird gewürdigt, dass die Druckschrift US-5 556 519 A ein System zur Ionenplattierung mittels Magnetronsputtern offenbart, mit elektrischen Feldmitteln zur Erzeugung eines auf ein zu beschichtendes Substrat gerichtetes elektrisches Feld, Spannungsmitteln, die geeignet sind, das Substrat negativ zu laden, um es so zu einer Kathode zu machen, um so Ionen anzuziehen, und magnetischen Feldmitteln, wobei die magnetischen Feldmittel mindestens ein erstes und ein zweites Magnetron umfasst, wobei jedes einen inneren Pol und einen äußeren Ringpol entgegengesetzter Polarität aufweist, und wobei die Magnetrons jeweils ein Target aus Quellenmaterial umfassen, von welchem ein Beschichtungsfluss erzeugt wird, und in welchem die Magnetrons so angeordnet sind, dass der äußere Ringpol eines Magnetrons und der äußere Ringpol des zweiten oder weiteren Magnetrons benachbart zu dem jeweils anderen angeordnet und von entgegengesetzter Polarität sind, und in welchem zumindest eines der ersten und zweiten Magnetrons ein nicht im Gleichgewicht befindliches Magnetron umfasst, welches derart angeordnet ist, dass im Betrieb sich ein magnetisches Feld zwischen den äußeren Ringpolen der Magnetrons erstreckt, so dass das Entweichen von Elektronen von dem System zwischen den Magnetrons verhindert wird, so dass diese Elektronen nicht an das System verloren gehen und zur Erhöhung der Ionisation an dem elektrisch geladenen Substrat zur Verfügung stehen.

Weiterhin offenbart die Druckschrift WO 98/31041 A1 ein Dampfabscheidebeschichtungsgerät, bei dem die Ionenstromdichte zur Verbesserung der Beschichtung gesteuert wird. Das Gerät enthält eine Vakuumkammer, zumindest eine Beschichtungseinrichtung oder Ionisationsquelle, die an oder um die Peripherie einer Beschichtungszone angeordnet ist, eine oder mehr interne magnetische Einrichtungen, die derart angeordnet sind, dass die Magnetfeldlinien quer über die Beschichtungszone erzeugt werden, sowie Einrichtungen zur Abwandlung der Stärke oder Position der Feldlinien, um die Verdichtung zu unterstützen.

Der Artikel „Unbalanced magnetrons and new sputtering systems with enhanced plasma ionization" von J. Musil und S. Kadlec in Journal of Vacuum Science Technology A9(3), Mai/Juni 1991, S. 1171-1177, beschreibt nicht ausgewogene Magnetrons für die Erzeugung von hochqualifizierten Schichten. Dabei wird eine verbesserte Plasmaionisation bei Sputtersystemen verwendet.

Darüber hinaus zeigt die Druckschrift DE 40 09 151 A1 eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten durch Katodenzerstäubung mit einer rechteckigen Magnetronkatode mit einem Target, einen um eine zu den Längskanten des Targets parallele Drehachse drehbaren Substrathalter, eine flächenhafte, aus amagnetischem Werkstoff bestehende Wand mit Längskanten, die gleichfalls parallel zur Drehachse verlaufen, wobei sich hinter der Wand eine Magnetanordnung befindet und die Magnetronkatode und die Wand auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse liegen, sowie eine flächenhafte Anode.

Der Artikel „A new method for hard coatings: ABS^TM (arc bond sputtering)" von W.-D. Münz et al. in Surface and Coatings Technology, 50 (1992), S. 169-178, beschreibt eine Dampfabscheidungsbeschichtung unter Verwendung gesteuerter Lichtbogen und nicht ausgewogenen Magnetrons.

Ferner offenbart die Druckschrift US-4 880 515 ein Oberflächenbehandlungsverfahren durch einen Sputtervorgang, bei dem ein Substrat zwischen einem Paar Zerstäubungsquellen angeordnet wird, die sich in einem vorbestimmten Abstand in einem Sputtergerät befinden.

Die Druckschrift JP-A-2194172 offenbart ein Beschichtungsverfahren zur effizienten und homogenen Durchführung einer Trockenbeschichtung für ein zu behandelndes Material, indem vier Zerstäubungsquellen auf einer Seite des zu behandelnden Materials in vorbestimmten Abständen angeordnet werden, wobei die äußeren Pole der Zerstäubungsquellen jeweils gleichnamig sind.

Schließlich offenbart die Druckschrift JP-A-3267370 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur ionenunterstützenden Zerstäubung, wobei eine dichte Schicht durch Anordnen von Hilfsmagneten innerhalb vieler zylindrischer Magnete für ein nicht ausgewogenes Magnetfeld ausgebildet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgeführten Probleme zu lösen. Erfindungsgemäß wird ein Sputtergerät angegeben, wie es im beigefügten unabhängigen Patentanspruch definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Strukturansicht eines nicht beanspruchten Vergleichsbeispiels;
2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Substratbiasstrom und der Substratbiasspannung gemäß dem Vergleichsbeispiel aus 1;
3 eine Strukturansicht eines ersten Ausführungsbeispiels;
4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Substratbiasstrom und der Substratbiasspannung des ersten Ausführungsbeispiels;
5 eine Strukturansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels;
6 eine Strukturansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels;
7 eine Strukturansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels;
8 eine Strukturansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels; und
9 eine Strukturansicht eines bekannten Beispiels.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Zunächst wird jedoch auf ein in den 1 und 2 gezeigtes Vergleichsbeispiel Bezug genommen.
Genauer zeigt 1 ein Magnetronsputtergerät mit vier darauf beladenen unausgewogenen Magnetronsputterzerstäubungsquellen als Vergleichsbeispiel.
Gemäß 1 wird ein Substrat 2 (eine zu zerstäubende Substanz) im zentralen Teil innerhalb einer Vakuumkammer 1 bereitgestellt, und vier Magnetronzerstäubungsquellen 3 werden innerhalb der Vakuumkammer 1 so bereitgestellt, dass sie die Peripherie des Substrats 2 umgeben. Jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 weist den gleichen Aufbau auf, und ist mit ringartigen äußeren magnetischen Polen 4 versehen, einem im Zentrum der äußeren magnetischen Pole 4 angeordneten inneren magnetischen Pol 5 und einem aus einem Quellenwerkstoff ausgebildeten Ziel 6. Jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 ist aus einer unausgewogenen Magnetronzerstäubungsquelle ausgebildet, in der die Intensität des ein Magnetron ausbildenden äußeren magnetischen Pols 4 höher als die des inneren magnetischen Pols 5 ist.
Jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 ist in gleichen Abständen kreisförmig an der Peripherie des Substrats 2 angeordnet und in eine Lage mit einem gleichen Abstand von dem Substrat 2 gebracht. In jedem zentralen Abschnitt der gegenseitig benachbarten Magnetronzerstäubungsquellen 3 ist ein magnetischer Hilfspol 9 bereitgestellt. Der magnetische Hilfspol 9 ist aus einem Permanentmagnet ausgebildet und in Richtung zu dem Substrat 2 hin und von ihm weg beweglich. Jeder magnetische Hilfspol 9 ist derart angeordnet, dass er eine Polarität aufweist, die von der Polarität des äußeren magnetischen Pols 4 der Magnetronzerstäubungsquelle 3 verschieden ist, und dass magnetische Feldlinien 11 derart erzeugt werden, dass sie aufeinanderfolgend und abwechselnd die äußeren magnetischen Pole 4 jeder Magnetronzerstäubungsquelle 3 mit jedem magnetischen Hilfspol 9 verbinden, wodurch das das Substrat 2 umgebende Magnetfeld durch die Magnetronzerstäubungsquellen 3 und die magnetischen Hilfspole 9 so ausgebildet werden, dass das von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 erzeugte Plasma um das Substrat 2 verdichtet werden kann.
Gemäß dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wird ein Inertgas wie Argon in die Vakuumkammer 1 injiziert, und wenn eine negative Spannung durch eine (nicht gezeigte) Sputterenergieversorgungsquelle zwischen jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 und der geerdeten Vakuumkammer 1 angelegt wird, wird eine Glühentladung zwischen der Vakuumkammer 1 und jeder Magnetronzerstäubungsquelle 3 zur Erzeugung eines Plasmas (Elektronen und Argonionen) innerhalb der Vakuumkammer 1 verursacht. Ein in der Vakuumkammer 1 vorhandenes Argonion schlägt in dem Ziel 6 der aus dem Quellenmaterial ausgebildeten Magnetronzerstäubungsquelle 3 ein, wodurch Metallatome von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 (Ziel 6) abgestäubt werden (gesputtert) und an dem Substrat 2 zur Ausbildung einer Dünnschicht anhaften. Die Metallatome werden in der Vakuumkammer 1 teilweise ionisiert und an das negativ vorgespannte Substrat 2 mit einer höheren Energie angehaftet.
Da die mit einer von der Polarität des äußeren magnetischen Pols 4 der Magnetronzerstäubungsquelle verschiedenen Polarität versehenen magnetischen Hilfspole 9 in dem mittleren Abschnitt einer Vielzahl von Magnetronzerstäubungsquellen 3 angeordnet sind, werden die magnetischen Feldlinien 11 derart erzeugt, dass sie aufeinanderfolgend den äußeren magnetischen Pol 4 jeder Magnetronzerstäubungsquelle 3 mit jedem magnetischen Hilfspol 9 verbinden, wodurch das das Substrat 2 umgebende Magnetfeld durch die Magnetronzerstäubungsquellen 3 und die magnetischen Hilfspole 9 auf die gleiche Weise wie im Stand der Technik gemäß 9 ausgebildet wird, so dass das durch die Glühentladung (Elektronen und Argonionen) erzeugte Plasma um das Substrat 2 verdichtet werden kann. Da das von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 erzeugte Plasma um das Substrat 2 stark vorhanden ist und die Ionisation der von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 zerstäubten Metallatome ebenfalls gefördert wird, empfängt somit die auf dem Substrat 2 ausgebildete Schicht in höherem Ausmaße den Einschlag von Argonionen oder Metallionen, wodurch die Haftung zwischen der Schicht und dem Substrat 2 oder der Schichtaufbau der Schicht verbessert werden kann.
Da der magnetische Hilfspol 9 zwischen den Magnetronzerstäubungsquellen 3 vorhanden ist, kann der magnetische Pol der Magnetronzerstäubungsquelle selbst von beliebiger Art der gleichen Polarität sein und das das Substrat 2 umgebende Magnetfeld kann sicher ausgebildet werden, ohne durch die Anzahl der zu beladenden Magnetronzerstäubungsquellen 3 beeinflusst zu werden.
Die von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 selbst zu dem magnetischen Hilfspol 9 austretenden magnetischen Feldlinien können weiterhin die Intensität des das Substrat 2 umgebende Magnetfeld verbessern, indem sie als Magnetronsputterzerstäubungsquelle 3 die unausgewogene Magnetronzerstäubungsquelle verwenden, in der die Intensität des äußeren magnetischen Pols 4 zur Ausbildung des Magnetrons höher ist, als die des inneren magnetischen Pols 5.
Die Gestalt oder Intensität des gesamten verdichtenden magnetischen Feldes kann weiterhin verändert werden, während die Anordnung der Magnetronzerstäubungsquelle 3 unverändert bleibt, indem der magnetische Hilfspol 9 aus einem Permanentmagneten ausgebildet ist und seine Lage hinsichtlich den Richtungen des Substrates 2 veränderlich gehalten ist, und hinsichtlich der Größe des anzuordnenden Substrats 2 kann ein optimales Magnetfeld eingestellt werden.
2 zeigt ein Messergebnis des Biasstroms des Substrats 2 bei der Ausbildung von Argongasplasma im Hinblick auf den Fall mit dem magnetischen Hilfspol 9 und dem Fall ohne magnetischen Hilfspol 9 bei dem in 1 gezeigten Vergleichsbeispiel. Gemäß diesem Messergebnis wurde der Biasstrom des Substrats 2 durch die Anordnung des magnetischen Hilfspols 9 gesteigert und der Verdichtungseffekt durch das Magnetfeld wurde bestätigt.
3 zeigt ein Magnetronsputtergerät mit vier darauf geladenen unausgewogenen Magnetronzerstäubungsquellen als erstes Ausführungsbeispiel.
Gemäß 3 wird ein Substrat 2 (eine zu beschichtende Substanz) im Zentrum innerhalb der Vakuumkammer 1 bereitgestellt und es werden vier Magnetronzerstäubungsquellen 3 innerhalb der Vakuumkammer 1 so bereitgestellt, dass sie die Peripherie des Substrats 2 umgeben. Jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 weist den gleichen Aufbau auf und ist mit ringartigen äußeren Magnetpolen 4 versehen, einem in das Zentrum der äußeren magnetischen Pole 4 eingepassten inneren magnetischen Pol 5 und einem aus einem Quellenwerkstoff ausgebildeten Ziel 6. Jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 ist aus einer unausgewogenen Magnetronzerstäubungsquelle ausgebildet, in der die Intensität des den Magnetron ausbildenden äußeren magnetischen Pols 4 höher ist als die des inneren magnetischen Pols 5.
Jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 ist in gleichen Abständen an der Peripherie des Substrats 2 kreisförmig angeordnet und in eine Lage mit einem gleichen Abstand zu dem Substrat 2 gebracht. In jedem zentralen Abschnitt zwischen den gegenseitig benachbarten Magnetronzerstäubungsquellen 3 ist ein magnetischer Hilfspol 9 bereitgestellt. Der magnetische Hilfspol 9 ist aus einem Permanentmagneten ausgebildet und in Richtung zu dem Substrat 2 hin und von ihm weg beweglich. Jeder magnetische Hilfspol 9 ist so angeordnet, dass er die gleiche Polarität wie der äußere magnetische Pol 4 der Magnetronzerstäubungsquelle 3 aufweist.
Gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird ein Inertgas wie Argon in die Vakuumkammer 1 injiziert, und wenn eine negative Spannung durch eine (nicht gezeigte) Sputterenergieversorgung zwischen jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 und die geerdete Vakuumkammer 1 angelegt wird, wird eine Glühentladung zwischen der Vakuumkammer 1 und jeder Magnetronzerstäubungsquelle 3 zur Erzeugung eines Plasmas (Elektronen und Argonionen) in der Vakuumkammer 1 verursacht. Ein in der Vakuumkammer 1 vorhandenes Argonion schlägt auf das aus dem Quellenwerkstoff bestehende Ziel 6 der Magnetronzerstäubungsquelle 3 auf, wodurch das Metallatom von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 (Ziel 6) abgestäubt (gesputtert) wird und an dem Substrat 2 zur Ausbildung einer Dünnschicht anhaftet. Das Metallatom wird innerhalb der Vakuumkammer 1 teilweise ionisiert und an das elektrisch negativ vorgespannte Substrat 2 mit einer höheren Energie angehaftet.
Da der magnetische Hilfspol 9 mit der gleichen Polarität wie der äußere magnetische Pol 4 der Magnetronzerstäubungsquelle in dem mittleren Abschnitt einer Vielzahl von Magnetronzerstäubungsquellen 3 angeordnet ist, werden zu diesem Zeitpunkt die magnetischen Feldlinien 11 so erzeugt, dass sie in den mittleren Abschnitt zwischen der Magnetronzerstäubungsquelle und dem dazu benachbarten magnetischen Hilfspol 9 zurückgetrieben werden. Da die magnetischen Feldlinien in diesem Bereich konzentriert werden, kann das durch die Glühentladung erzeugte Plasma (Elektronen und Argonionen) um das Substrat 2 durch den Miller-Effekt verdichtet werden. Da außerdem das magnetische Feld zwischen der Magnetronzerstäubungsquelle 3 und dem dazu benachbarten magnetischen Hilfspol 9 zueinander zurückgetrieben wird, wird das magnetische Feld vor der Magnetronzerstäubungsquelle mehr in Richtung des Substrats 2 ausgedehnt, wodurch ein Plasma hoher Dichte an dem Ort des Substrats 2 bereitgestellt werden kann. Da das von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 erzeugte Plasma (Argonionen) stark um das Substrat 2 vorhanden ist und die Ionisation der von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 abgestäubten Metallatome ebenfalls aktiviert ist, empfängt demzufolge die auf dem Substrat 2 ausgebildete Schicht den Einschlag der Argonionen oder Metallionen in erhöhtem Ausmaß, wodurch die Anhaftung zwischen dem Substrat 2 und der Schicht und der Schichtaufbau der Schicht verbessert werden kann.
Da zwischen den Magnetronzerstäubungsquellen 3 der magnetische Hilfspol 9 vorhanden ist, kann der magnetische Pol der Magnetronzerstäubungsquellen 3 selbst von beliebiger Art der gleichen Polarität sein und das das Substrat 2 umgebende Magnetfeld kann sicher ausgebildet werden, ohne dass es durch die Anzahl der zu beladenden Magnetronzerstäubungsquellen 3 beeinflusst wird.
Die von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 selbst zu dem magnetischen Hilfspol 9 austretenden magnetischen Feldlinien können die Intensität des das Substrat umgebenden Magnetfeldes verbessern, indem die unausgewogene Magnetronzerstäubungsquelle als Magnetronsputterzerstäubungsquelle 3 verwendet wird, bei der die Intensität des das Magnetron ausbildenden Magnetpols 4 höher ist als die des inneren Magnetpols 5.
Weiterhin kann die Gestalt oder Intensität des gesamten verdichtenden Magnetfeldes verändert werden, während die Anordnung der Magnetronzerstäubungsquelle 3 unverändert bleibt, indem der magnetische Hilfspol 9 aus einem Permanentmagneten ausgebildet wird und seine Lage hinsichtlich der Richtung des Substrats 2 veränderlich gehalten wird, und es kann ein hinsichtlich der Größe des zu beladenden Substrats 2 optimales Feld eingestellt werden.
4 zeigt das Messergebnis des Biasstroms des Substrats 2 bei der Ausbildung von Argongasplasma hinsichtlich des Falles ohne magnetischem Hilfspol 9, des Falles, wenn der magnetische Hilfspol 9 mit einer von der den magnetischen Magnetronpol der Magnetronzerstäubungsquelle 3 bildenden äußeren magnetischen Pols 4 verschiedenen Polarität angeordnet wird, und des Falles, wenn der magnetische Hilfspol 9 mit der gleichen Polarität wie der des den magnetischen Magnetronpol der Magnetronzerstäubungsquelle 3 bildenden äußeren magnetischen Pols 4 bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel angeordnet wird. Gemäß diesem Messergebnis wurde der Biasstrom des Substrats 2 durch die Anordnung des magnetischen Hilfspols 9 mit der gleichen Polarität deutlich erhöht, und es wurde ein hoher Magnetfeldverdichtungseffekt bestätigt.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei an der Peripherie eines Substrats 2 zwei Magnetronzerstäubungsquellen 3 bereitgestellt sind, die Magnetronzerstäubungsquellen 3 so angeordnet sind, dass sie an die radiale Richtung um das Substrat 2 angepasst sind, und drei magnetische Hilfspole 9 in gleichen Abständen jeweils zwischen den gegenseitig benachbarten Magnetronzerstäubungsquellen 3 so angeordnet sind, dass die Peripherie des Substrats 2 durch jede Magnetronzerstäubungsquelle 3 und jeden magnetischen Hilfspol 9 umgeben ist. Von den magnetischen Hilfspolen 9 weist der zu der Magnetronzerstäubungsquelle 3 benachbarte magnetische Hilfspol 9 die gleiche Polarität wie der äußere magnetische Pol 4 der Magnetronzerstäubungsquelle 3 auf, und der zentrale magnetische Hilfspol 9 weist die gleiche Polarität wie der zu der Magnetronzerstäubungsquelle 3 benachbarte magnetische Hilfspol 9 auf. Somit wird das magnetische Feld so erzeugt, dass es in den mittleren Abschnitt zwischen der Magnetronzerstäubungsquelle 3 und dem dazu benachbarten magnetischen Hilfspol 9 oder zwischen die gegenseitig benachbarten magnetischen Hilfspole 9 zurückgetrieben wird. Da die magnetischen Feldlinien in diesem Bereich konzentriert sind, kann das durch die Glühentladung erzeugte Plasma (Elektronen und Argonionen) um das Substrat 2 durch den Miller-Effekt verdichtet werden. Da außerdem das magnetische Feld zwischen der Magnetronzerstäubungsquelle 3 und dem dazu benachbarten magnetischen Hilfspol 9 zueinander zurückgetrieben wird, wird das magnetische Feld vor der Magnetronzerstäubungsquelle mehr in die Richtung des Substrats 2 ausgedehnt, wodurch ein Plasma hoher Dichte am Ort des Substrats 2 bereitgestellt werden kann. Da das von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 erzeugte Plasma (Argonionen) in höherem Ausmaß um das Substrat 2 vorhanden ist, und die Ionisation der von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 zerstäubten Metallatome ebenfalls aktiviert ist, empfängt demzufolge die auf dem Substrat 2 ausgebildete Schicht den Einschlag der Argonionen oder Metallionen in höherem Ausmaß, wodurch die Haftung zwischen dem Substrat 2 und der Schicht und der Schichtaufbau der Schicht verbessert werden kann. Hinsichtlich anderer Gesichtspunkte weist dieses Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau wie das vorstehende Ausführungsbeispiel auf.
Obwohl gemäß 5 die drei magnetischen Hilfspole 9 jeweils zwischen den Magnetronzerstäubungsquellen 3 angeordnet sind, kann die Anzahl magnetischer Hilfspole 9 weiter erhöht werden. In diesem Fall kann der Plasmaverdichtungseffekt mit steigender Anzahl von magnetischen Hilfspolen 9 zur Minimierung des Abstandes zwischen den magnetischen Hilfspolen 9 weiter verbessert werden.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei eine Magnetronzerstäubungsquelle 3 und eine Vielzahl magnetischer Hilfspole 9 an der Peripherie eines Substrats 2 so bereitgestellt sind, dass die Peripherie des Substrats 2 durch eine Magnetronzerstäubungsquelle 3 und eine Vielzahl von magnetischen Hilfspolen 9 umgeben ist. Von den magnetischen Hilfspolen 9 weist der zu der Magnetronzerstäubungsquelle 3 benachbarte magnetische Hilfspol 9 die gleiche Polarität wie der äußere magnetische Pol 4 der Magnetronzerstäubungsquelle 3 auf und die gegenseitig benachbarten magnetischen Hilfspole 9 weisen die gleiche Polarität auf. Somit wird das magnetische Feld so erzeugt, dass es in den zentralen Abschnitt zwischen die Magnetronzerstäubungsquelle 3 und den dazu benachbarten magnetischen Hilfspolen 9 oder zwischen die gegenseitig benachbarten magnetischen Hilfspole 9 zurückgetrieben wird. Da die magnetischen Feldlinien in diesem Bereich konzentriert werden, kann das durch die Glühentladung erzeugte Plasma (Elektronen und Argonionen) um das Substrat 2 durch den Miller-Effekt verdichtet werden. Da außerdem das Magnetfeld zwischen der Magnetronzerstäubungsquelle 3 und dem dazu benachbarten magnetischen Hilfspol 9 zueinander zurückgetrieben wird, wird das magnetische Feld vor der Magnetronzerstäubungsquelle mehr in Richtung des Substrats 2 ausgedehnt, wodurch ein Plasma hoher Dichte an dem Ort des Substrats 2 bereitgestellt werden kann. Da das von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 erzeugte Plasma (Argonionen) in starkem Ausmaß um das Substrat 2 vorhanden ist und die Ionisation der von der Magnetronzerstäubungsquelle 3 zerstäubten Metallatome ebenfalls aktiviert ist, empfängt demzufolge die auf dem Substrat 2 ausgebildete Schicht den Einschlag der Argonionen und Metallionen in erhöhtem Ausmaße, wodurch die Haftung zwischen dem Substrat 2 und der Schicht und der Schichtaufbau der Schicht verbessert werden kann. Hinsichtlich anderer Gesichtspunkte weist dieses Ausführungsbeispiel den Aufbau des vorstehenden Ausführungsbeispiels auf.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei anstelle des als magnetischer Hilfspol 9 verwendeten Permanentmagnets gemäß der Ausführungsbeispiele der 3, 5 und 6 eine Spule mit Luftkern verwendet wird. Auch in diesem Fall werden die magnetischen Feldlinien 11 ähnlich wie bei dem Fall eines Permanentmagneten erzeugt, so dass die Peripherie des Substrats 2 durch die magnetischen Feldlinien 11 umgeben ist. Da die Spule mit Luftkern als magnetischer Hilfspol 9 verwendet wird, kann die Gestalt des Magnetfeldes durch eine Veränderung des Erregerstroms leicht verändert werden und das verdichtende Magnetfeld kann zur Ausbildung eines hinsichtlich der Größe des anzuordnenden Substrats 2 optimalen Magnetfeldes reguliert werden.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei der zwischen den Magnetronzerstäubungsquellen 3 anzuordnende magnetische Hilfspol 9 auf der atmosphärischen Seite der Vakuumkammer 1 angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Magnetronzerstäubungsquelle 3 und dem Substrat 2 ist etwa auf den gleichen Grad eingestellt, wie der Abstand zwischen dem magnetischen Hilfspol 9 und dem Substrat 2, so dass das ausgebildete verdichtende Magnetfeld bei dem Substrat 2 so homogen wie möglich ist. Abgesehen von den in 8 gezeigten Permanentmagneten kann eine Spule mit Luftkern als magnetischer Hilfspol 9 verwendet werden. In beiden Fällen kann der Kühlungsmechanismus für den magnetischen Hilfspol 9 und der Durchlass zur Einführung der Wicklung der Spule mit Luftkern in die Vakuumkammer 1 weggelassen werden, und der Geräteaufbau kann vereinfacht werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Probleme der Kühlung des magnetischen Hilfspols und der Vakuumversiegelung beseitigt werden, indem der magnetische Hilfspol 9 auf der Außenseite der Vakuumkammer 1 angeordnet wird, und der Geräteaufbau kann vereinfacht werden.
Weiterhin wird der magnetische Hilfspol 9 aus einem auf der atmosphärischen Seite der Vakuumkammer 1 angeordneten Permanentmagneten oder Spule und einem an einem dazu entsprechenden Ort innerhalb der Vakuumkammer angeordneten magnetischen Körper ausgebildet, wodurch die in dem Permanentmagneten oder der Spule auf der Außenseite der Vakuumkammer 1 erzeugten magnetischen Feldlinien in die Kammer 1 eingeführt werden können, während deren Verluste minimiert werden, so dass der Aufbau vereinfacht und außerdem eine Reduzierung der Intensität des verdichtenden Magnetfeldes verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß reicht eine Art Magnetronmagnetfeldaufbau für die Magnetronzerstäubungsquelle 3 aus. Ungeachtet der Anzahl oder der Anordnung der Magnetronzerstäubungsquellen 3 kann ein gewünschtes verdichtendes Magnetfeld ausgebildet werden. Weiterhin kann die Gestalt des verdichtenden Magnetfeldes leicht verändert werden.

Claims

Magnetronsputtergerät zur Ausbildung einer Dünnschicht auf einem Substrat (2) durch Anhaftung von abgestäubten Metallatomen oder -ionen mit zumindest einer Magnetronzerstäubungsquelle (3), die die Metallatome oder -ionen verstäubt; und zumindest einem magnetischen Hilfspol (9; 9a, 9b), wobei die zumindest eine Magnetronzerstäubungsquelle (3) und der zumindest eine magnetische Hilfspol (9; 9a, 9b) sämtlich an der Peripherie des Substrates (2) zur Erzeugung von das Substrat (2) umgebenden magnetischen Feldlinien (11) bereitgestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere magnetische Pol der zumindest einen Magnetronzerstäubungsquelle und der zumindest eine magnetische Hilfspol die gleiche Polarität aufweisen.
Magnetronsputtergerät nach Anspruch 1, wobei ein magnetischer Hilfspol (9) in der Mittenlage zwischen den gegenseitig benachbarten der Magnetronzerstäubungsquellen (3) angeordnet ist.
Magnetronsputtergerät nach Anspruch 1, wobei eine der Magnetronzerstäubungsquellen (3) und eine oder eine Vielzahl der magnetischen Hilfspole (9) an der Peripherie des Substrates (2) bereitgestellt sind.
Magnetronsputtergerät nach Anspruch 1, wobei einer oder eine Vielzahl der magnetischen Hilfspole (9) zwischen die gegenseitig benachbarten der Magnetronzerstäubungsquellen (3) bereitgestellt ist.
Magnetronsputtergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Magnetronzerstäubungsquelle (3) aus einer unausgewogenen Magnetronzerstäubungsquelle besteht, bei der die Intensität des äußeren magnetischen Pols (4) zur Ausbildung des Magnetrons höher ist als die eines inneren magnetischen Pols (5).
Magnetronsputtergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der magnetische Hilfspol (9; 9a, 9b) aus einem Permanentmagneten ausgebildet ist und in Richtung zu dem Substrat (2) hin und von ihm weg beweglich ist.
Magnetronsputtergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der magnetische Hilfspol (9; 9a, 9b) aus einer Magnetspule ausgebildet ist, so dass die Gestalt und die Intensität des Magnetfeldes durch eine Veränderung des Spulenstroms verändert werden kann.
Magnetronsputtergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei magnetische Hilfspole auf der Außenseite einer das Substrat (2) beinhaltenden Vakuumkammer angeordnet sind.