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Diese Anmeldung ist eine teilweise
Fortsetzung der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 09/442,600, die am
18. November 1999 eingereicht wurde, und die hierdurch ausdrücklich als
Verweisquelle aufgenommen ist.
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Gebiet der Erfindung:
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Diese Erfindung betrifft die Magnetron-Kathodenzerstäubung und
insbesondere eine Magnetron-Magnetgestaltung zur effizienten Ausnutzung
eines Kathodenzerstäubungstargets.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Magnetron-Kathodenzerstäubung oder magnetisch
verbesserte Kathadenzerstäubung
umfaßt
die Verwendung eines Kathodenzerstäubungstargets, um ein Beschichtungsmaterial
zur Abscheidung aus der Dampfphase in einem Vakuum auf Substrate
in einer Kammer bereitzustellen. Bei der Kathodenzerstäubung wird
das Kathodenzerstäubungstarget
mit einem negativen Potential erregt, um als eine Kathode in einem
Glimmentladungssystem zu dienen. Bei der Magnetron-Kathodenzerstäubung erzeugen
Magnete ein Magnetfeld in der Form eines magnetischen Tunnels mit
einem geschlossenen Kreis über
der Oberfläche
des Kathodenzerstäubungstargets.
Der magnetische Tunnel schließt
Elektronen nahe der Oberfläche
des Targets ein. Der Elektroneneinschluß läßt die Bildung eines Plasmas mit
bedeutend niedrigeren Zünd-
und Löschspannungen
für einen
gegebenen Prozeßdruck
und bedeutend niedrigeren Zünd-
und Löschdrücken für eine gegebene
Kathodenspannung zu.
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Ein herkömmlicher magnetischer Tunnel schließt nahe
der Targetoberfläche
sowohl thermische Elektronen als auch Sekundärelektronen ein. Thermische
Elektronen werden von Sekundärelektronen
durch ihren Ursprung unterschieden, der den Elektronen unterschiedliche
Eigenschaften gibt. Thermische Elektronen werden durch eine ionisierende
Kollision eines Atoms oder Ions mit einem anderen Elektron erzeugt.
Thermische Elektronen sind sehr viel zahlreicher als Sekundärelektronen,
haben jedoch eine sehr viel niedrigere Energie. Sekundärelektronen
werden aus dem Target bei einen Aufprall durch ein Ion auf das Target
emittiert.
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Der Tunnel zwingt die Sekundärelektronen infolge
des Einflusses der Komponente des Magnetfelds, die in der Querschnittsebene
parallel zur nicht erodierten Targetoberfläche ist, in halbkreisförmige Kreisbahnen
längs der
Länge des
magnetischen Tunnels. Die Komponente des Magnetfelds senkrecht zur
nicht erodierten Targetoberfläche
zwingt die Sekundärelektronen,
die sich parallel zur Achse des Tunnels bewegen, dazu, sich lateral
in der Querschnittsebene zur magnetischen Mittellinie des Tunnels
hin zu bewegen, die die Linie auf der Oberfläche des Targets ist, wo das
Magnetfeld senkrecht zur nicht erodierten Targetoberfläche null
ist. Andererseits bewegen sich thermische Elektronen in der Querschnittsebene
des Tunnels hin und her und bilden spiralförmige Kreisbahnen längs der Linien des magnetischen Flusses. Aufgrund
ihrer niedrigen Mobilität
senkrecht zu den magnetischen Flußlinien werden thermische Elektronen
in den Bereich des Kathode eingeschlossen Magnetische Spiegel, die
durch die konvergierenden magnetischen Flußlinien am Rand des magnetischen
Tunnels gebildet werden, reflektieren die thermischen Elektronen
weiter von einer Seite zur anderen, da die niedrige Mobilität der thermischen
Elektronen senkrecht zu den magnetischen Flußlinien sie sich werter in
spiralförmige Kreisbahnen
um die Flußlinien
bewegen läßt. Der Spiegeleffekt
ist an den Rändern
des magnetischen Tunnels am stärksten
und verschwindet über
der magnetischen Mittellinie des Tunnels, so daß die thermischen Elektronen
sich horizontal in einer eindimensionalen Potentialwand bewegen,
die an der magnetischen Mittellinie des Tunnels zentriert ist.
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Die Elektroneneinschlußeigenschaften
der Magnerton-Kathodenzerstäubung
sind bei der Steigerung der Plasmadichte nahe der Targetoberfläche effektiv
und machen die magnetisch verbesserte Kathodenzerstäubung sehr
viel praktischer als die herkömmliche
Diodenkathodenzerstäubung.
Jedoch ist der herkömmliche
magnetische Tunnel für
eine niedrige Targetausnutzung verantwortlich, da die Konzentration
der Elektronen nahe der magnetischen Mittellinie des Tunnels bewirkt,
daß die
Plasmadichte entsprechend konzentriert wird, was die Erosionsrate in
diesem Bereich am höchsten
macht. Ferner erodiert die Targetoberfläche in dem Bereich benachbart zur
Mittellinie, wenn das Target erodiert, in noch stärkere Magnetfelder,
was die Konzentration der Erosion beschleunigt. Zusätzlich erzeugt
die konzentrierte Erosion ein V-förmiges Profil, das Sekundärelektronen
von den gegenüberliegenden
Wänden
zur Mitte der Erosionskerbe umleitet, was das Plasma dort werter
konzentriert. Typischerweise hat die Ausnutzung eines Targets mit
gleichmäßiger Dicke
annähernd
25% betragen. Eine schlechte Targetausnutzung unterminiert die Wirtschaftlichkeit
einer Dünnfilmabscheidung,
indem sie die Anzahl der verbrauchten Targets und die Menge des
ungenutzten Targetmaterials ebenso wie die Maschinenstillstandszeit
erhöht,
die zum Wechsel der Target erforderlich ist. Nicht erodierte Bereiche
des Targets neigen nahe den Kanten des magnetischen Tunnels aufzutreten.
Wo solche Bereiche vorhanden sind, neigen sie dazu, wieder niedergeschlagenes
Material anzusammeln, das in die Bearbeitungskammer abblättert, um
eine teilchenförmige
Verunreinigung des Substrats zu erzeugen.
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Es sind magnetische Tunnel eingesetzt
worden, die unsymmetrische Formen aufweisen, die bezüglich des
Targets gedreht werden, um das Erosionsprofil zu manipulieren. Eine
solche Rotation ist beim Erzielen einer verbesserten Filmgleichmäßigkeit
auf dem Substrat, beim Erzielen einer höheren Targetausnutzung und
beim Erodieren von Punkten auf dem Target nützlich, die andernfalls nicht
erodiert hinterlassen würden,
wenn der magnetische Tunnel statisch wäre. Diese rotierenden Anordnungen
sind nur für
runde planare Targets praktisch. Für rechteckige und ringförmige Targets
sind nur statische magnetische Anordnungen praktisch gewesen.
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Für
kegelstumpfförmige
Targets und andere ringförmige
Targets, die andere Systemkomponenten aufweisen, die in der Mitte
des Targets angeordnet sind, haben die Magnetron-Anordnungen des
Stands der Technik keine hohe Targetausnutzung geliefert. Während magnetisch
verbesserte Kathodenzerstäubung
die Kathodenzerstäubung
zu einer praktischen und wirtschaftlich lebensfähigen Technik zur Abscheidung
dünner
Filme gemacht hat, ist ihr volles wirtsehaftliches Potential im
Fall von statischen magnetischen Anordnungen nicht verwirklicht
worden.
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Folglich bleibt eine Notwendigkeit,
eine Magnetgestaltung bereitzustellen, die eine hohe Targetausnutzung
mit kegelstumpfförmigen
und anderen ringförmigen
Targets erzeugt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Erfindung stellt eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung,
wie im Anspruch 1 und 5 definiert, ebenso wie einen Magnetaufbau,
wie im Anspruch 12 definiert, und ein Verfahren bereit, wie im Anspruch 13
definiert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, für
eine verbesserte Ausnutzung und vollflächige Erosion eines kegelstumpfförmigen Targets
in einer Magnetron-Kathodenzerstäubungsvorrichtung
zu sorgen. Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, für
eine verbesserte Ausnutzung eines ringförmigen Targets zu sorgen, ohne
die Verfügbarkeit
des Volumens innerhalb der Öffnung
in der Mitte des Targets für
die Verwendung durch andere Hardware, wie zum Beispiel einer ICP-
Quelle einzuschränken.
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Gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung wird eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung, die ein
kegelstumpfförmiges
oder ähnliches
ringförmiges
Kathodenzerstäubungstarget
aufweist, mit einem Magnetron-Magnetaufbau bereitgestellt, der bewirkt,
daß die
Erosion des Targets sich von der Mitte des Targetkreisrings zu inneren
und äußeren Bereichen
bewegt, wenn das Target erodiert. Der Magnetaufbau ist hinter dem
Target angeordnet, um ein plasmaeinschließendes Magnetfeld über dem
Target in der Form eines ringförmigen
Tunnels auf der Oberfläche
des ringförmigen
Targets zu erzeugen, das die Öffnung
in der Targetmitte umgibt. Die Wände
des Targets bilden einen abgestumpften Kegel, der zum Beispiel mit
etwa 35° zur
Ebene der mittleren Öffnung geneigt
ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung erzeugen
drei Permanentmagnetringe drei magnetische Tunnel. Die relativen
Beiträge
der drei Tunnel erzeugen den Effekt magnetischer Flußlinien,
die parallel zur Oberfläche
des Targets verlaufen. Für
ein dünnes
Target, und an einem gewissen Punkt eines bestimmten Teils der Lebensdauer
von dickeren Targets, wechselwirken ein innerer magnetischer Tunnel und
ein äußerer magnetischer
mit einem mittleren magnetischen Haupttunnel, um einen resultierenden magnetischen
Fluß parallel
zur Oberfläche
der nicht erodierten Targets zu erzeugen. Bei solchen dickeren Targets
ist früh
in der Lebensdauer des Targets ein mittlerer Haupttunnel vorherrschend,
um den mittleren Radius des ringförmigen Targets längs der
Targetmittellinie zu erodieren, und später in der Lebensdauer des
Targets sind innere und äußere Tunnel vorherrschend,
um Bereiche benachbart zu den inneren und äußeren Rändern des Targetkreisrings
zu erodieren und die Erosionskerbe einwärts und auswärts der
Targetmittellinie in derselben Weise auszubreiten, als bliebe der
Fluß während der
gesamten Lebensdauer des Targets parallel zur nicht erodierten Targetoberfläche.
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In der bevorzugten Ausführungsform
ist eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung
eine physikalische Ioninisationsdampfabscheidungsvorrichtung, die
eine Vakuumbearbeitungskammer, einen Substrathalter in der Bearbeitungskammer
zum Halten eines Substrats zur Bearbeitung, einen ringförmigen Magnetron-
Kathodenzerstäubungs-Kathodenaufbau mit
einer mittleren Öffnung
und eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle hinter einem dietektrischen Fenster
in der mittleren Öffnung
aufweist. Der Magnetron-Kathodenaufbau
weist ein kegelstumpfförmiges
Kathodenzerstäubungstarget
auf, das eine kegelförmige
Kathodenzerstäubungsinnenfläche aufweist,
die dem Substrathalter ge genüberliegt,
wobei sich die Außenkante
des Targets nähr
am Substrathalter befindet als die Innenkante. Ein kegelstumpfförmiger Magnetaufbau
ist hinter und parallel zum Kathodenzerstäubungstarget angeordnet. Der Magnetaufbau
ist dazu eingerichtet, einen magnetischen Haupttunnel, der magnetische
Feldlinien aufweist, die sich über
einen Hauptabschnitt der Kathodenzerstäubungsfläche erstrecken und die Mittellinie der
Kathodenzerstäubungsfläche überspannen,
einen inneren magnetischen Tunnel, der magnetische Feldlinien aufweist,
die sich zwischen der Targetinnenkante und der Mittellinie erstrecken,
und einen äußeren magnetischen
Tunnel zu erzeugen, der magnetische Feldlinien aufweist, die sich
vorwiegend zwischen der Außenkante
und der Mittellinie des Targets erstrecken. Die Magnetfelder der
drei Tunnel wechselwirken in einer Weise, die dazu führt, einen resultierenden
magnetischen Fluß zu
erzeugen, der verhältnismäßig parallel
zur Targetoberfläche
verläuft.
Für Targets,
die dicker sind, neigt dieser resultierende Fluß dazu, früh in der Lebensdauer des Targets
einen Bogen über
die Targetmittellinie zu bilden, bei einem bestimmten Teil der Lebensdauer
des Targets flacher zu werden und allmählich und fortschreitend die
Form zweier Tunnel anzunehmen, einer innerhalb der Targetmittellinie
und einer außerhalb
der Targetmittellinie. Auf diese Weise wird dort, wo am Anfang der
Lebensdauer des Targets die Erosion des Targets an der Mittellinie
mit einer größeren Rate
vor sich geht, später
in der Lebensdauer des Targets eine ausgleichende Erosion zu den
inneren und äußeren Kanten
des Targets stattfinden, so daß die
Targetausnutzung über
die gesamte Lebensdauer des Targets gleichmäßig ist.
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Die relativen Stärken der Magnetfelder sind derart,
daß durch
den magnetischen Fluß eingeschlossenes
Plasma, das dadurch geformt wird, an der Mittellinie eine größere Targeterosionsrate
als an dessen inneren und äußeren Bereichen
erzeugt, wenn das Target nicht erodiert ist, die sich kontinuierlich
und fortschreitend an der Mittellinie zu einer kleineren Targeterosionsrate
als an dessen inneren und äußeren Bereichen ändert, wenn
das Target erodiert. Dieser Effekt ist für dickere Targets größer. An
einem gewissen Punkt der Lebensdauer des Targets verläuft der
magnetische Fluß parallel
zu dem, was die Oberfläche
des Targets war, bevor das Target erodierte. Für sehr dünne Targets kann diese Flußform während der
gesamten Lebensdauer des Targets vorhanden sein. Für dünne ebenso
wie für
dicke Targets sind die flache Form des magnetischen Flusses oder
eine fortschreitende Abflachung des magnetischen Flusses das Ergebnis
der relativen Beiträge der
Magnetringe, die die drei magnetischen Tunnel erzeugen.
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Vorzugsweise werden die Anordnung
und Stärken
der Magnetringe für
spezifische Targets optimiert. Wo zum Beispiel ein Target sehr dünn ist,
werden die relativen Beiträge
des Haupttunnels und der inneren und äußeren Tunnel so eingestellt,
daß die resultierenden
magnetischen Fußlinien
parallel zur Targetoberfläche
verlaufen. Für
dickere Targets werden die relativen Beiträge des Haupttunnels und der inneren
und äußeren Tunnel
so eingestellt, daß die resultierenden
magnetischen Flußlinien
einen Tunnel an der Targetoberfläche
bilden, der am Anfang der Targetlebensdauer ähnlich zu jenem einer herkömmlichen
magnetischen Anordnung ist, wenn jedoch das Target erodiert, wird
die Form der Flußlinien
flach, um das Plasma nicht zusammenzudrücken. Wenn das Target werter
erodiert, werden die inneren und äußeren Tunnel dem Plasma ausgesetzt,
wenn die Targetoberfläche
in diese Tunnel zurückweicht,
was zu einer höheren
Plasmadichte nahe den inneren und äußeren Kanten des ringförmigen kegelförmigen Targets
führt.
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Der kegelstumpfförmige Magnetaufbau weist vorzugsweise
einen inneren Pol einer ersten Polarität und einen äußeren Pol
einer zweiten Polarität
auf, die den ersten magnetischen Tunnel durch ein erstes Magnetfeld
erzeugen, das sich zwischen dem inneren und äußeren Pol erstreckt. Der Magnetaufbau weist
vorzugsweise ferner einen inneren-mittleren Pol der zweiten Polarität und einen äußeren-mittleren Pol
der ersten Polarität
auf, die ein entgegengesetztes Magnetfeld erzeugen, das dem ersten
Magnetfeld auf der Mittellinie des Targets entgegenwirkt, so daß die resultierende
Stärke
des ersten und des entgegengesetzten Magnetfelds auf der Mittellinie
abnimmt, wenn die Kathodenzerstäubungsfläche in das Target
erodiert. Vorzugsweise erzeugen der innere Pol und der innere-mittlere
Pol den inneren magnetischen Tunnel, der aus magnetischen Feldlinien
gebildet wird, die sich zwischen dem inneren und inneren-mittteren
Pol erstrecken, die unter dem magnetischen Haupttunnel über dem
ringförmigen
inneren Bereich liegen, während
der äußere Pol
und der äußere-mittlere
Pol den äußeren magnetischen
Tunnel erzeugen, der aus magnetischen Feldlinien gebildet wird,
die sich zwischen dem äußeren und
dem äußeren-mittleren
Pol unter dem magnetischen Haupttunnel über dem ringförmigen äußeren Bereich
erstrecken.
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Der bevorzugte Magnetaufbau besteht
aus Permanentmagneten in der Form von mehreren, vorzugsweise drei
kreisförmigen
Magnetringen, die in einem Kegel hinter und parallel zum kegelförmigen Kathodenzerstäubungstarget
angeordnet sind. Die Ringe bestehen vorzugsweise aus einzelnen quadratischen
Magneten, die in einer kegelstumpfförmigen Form angeordnet sind,
wobei sich ihre Polarachsen senkrecht zum Umfang der Ringe erstrecken.
Die drei Ringe weisen einen inneren, einen äußeren und einen dazwischenliegenden
Magnetring auf. Die Polarachsen der Magnete des inneren und des
dazwischenliegenden Rings sind parallel zum Kegel und jene des äußeren Rings
sind senkrecht zum Kegel orientiert. Ein Joch aus magnetisch permeablen
Material liegt hinter dem Kegel und verbindet die inneren und äußeren Magnetringe
magnetisch miteinander.
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Die vorliegende Erfindung verbessert
die Ausnutzung von kegelstumpfförmigen
Targets von früher
etwa 25% auf einen Bereich von 50–60%. Die Erosion eines kegelförmigen Targets
wird über
den gesamten Bereich der Kathodenzerstäubungsfläche des Targets aufrechterhalten,
wodurch die Produktion einer teilchenförmigen Verunreinigung der Kathodenzerstäubungskammer
vermieden wird.
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung leichter deutlich werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer physikalischen Ioninisationsabscheidungsvorrichtung,
die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert.
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2 ist
ein vergrößertes Querschnittsdiagramm
durch den Kathodenaufbau der 1.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des Magnetron-Magnetaufbaus der 1 und 2.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
eine Kathodenzerstäubungsbeschichtungsvorrichtung,
insbesondere eine physikalische Ioninisationsabscheidungs- (iPVD)-Vorrichtung
10 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die IPVD-Vorrichtung 10 weist eine Vakuumkammer 11 auf,
die durch eine Kammerwand 12 begrenzt wird. Die Kammer 11 ist mit
einer physikalischen Ioninisationsdampfabscheidungs- (IPVD-) Quelle
13 zur Lieferung von Beschichtungsmaterial in Dampfform in das Volumen der
Kathodenzerstäubungskammer 11 und
zum Ionisieren des Kathodenzerstäubungsmaterialdampfes versehen.
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Die Kammer 11 weist eine
Mittelachse 15 auf, die sich durch die Mitte der Quelle
13 erstreckt. Ein Wafer-Halter 17 ist ebenfalls in der
Kammer 11 an deren Ende gegenüberliegend der Quelle 13 und
auf der Achse 15 zentriert zum Hatten eines Sub stratwafers 18 vorgesehen,
der auf der Achse 15 zentriert ist und der IPVD-Quelle
13 während
der Bearbeitung gegenüberliegt.
Andere Komponenten der IPVD-Vorrichtung 10 werden in der US-Patentanmeldung
Serien-Nr. 09/442,500 genauer beschrieben, die oben aufgeführt wird.
Die allgemeinen Konzepte der Quelle 13 werden im US-Patent Nr. 6,080,287
beschrieben, das hierdurch ausdrücklich
als Verweisquelle aufgenommen wird.
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Die IPVD-Quelle 13 weist einen Magnetron-Kathodenzerstäubungs-Kathodenaufbau 20 auf, der
in seiner Form ringförmig
ist und eine Öffnung 21 in
dessen Mitte aufweist, die konzentrisch mit der Achse 15 ist.
In der Öffnung 21 auf
der Achse 15 ist ein HF-Quellenaufbau 22 zentriert,
der hochdichtes, induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) in der Kammer 11 erregt.
Der Kathodenaufbau 20 weist ferner ein kegelstumpfförmiges oder
abgestumpftes kegelförmiges
Kathodenzerstäubungstarget 25 auf,
das eine kegelförmige
Kathodenzerstäubungsfläche 26 auf dessen
Innenseite aufweist, die einem Substrat auf dem Halter 17 gegenüberliegt
und zur Achse 15 hin geneigt ist.
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In Kathodenzerstäubungs-Beschichtungsprozessen
wird das Beschichtungsmaterial, aus dem das Target 25 besteht,
durch ein Bombardement mit positiven Ionen aus einem Hauptkathodenzerstäubungsplasma,
das in einem Prozeßgas,
wie Argon gebildet wird, in der Kammer 11 verdampft, die
auf einem Unterdruck oder Vakuum gehalten wird, das typischerweise
kleiner als 100 mTorr ist. In IPVD-Systemen werden Atome oder winzige
Teilchen des Materials, die aus dem Target 25 durch das
Ionenbombardement herausgerissen werden, durch ein sekundäres Plasma
oder ICP ionisiert.
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Der Kathodenaufbau 20 weist
einen Magnetron-Magnetaufbau 30 auf, der in den 2 und 3 detaillierter dargestellt wird, der
mehrere, vorzugsweise drei Magnetringe 31– 33 enthält, die
in einem Kegel 35 angeordnet sind, der parallel zum Target 20 auf dessen
Außenseite
oder Rückseite
liegt. Der Magnetaufbau 30 erzeugt einen magnetischen Tunnel,
der Elektronen nahe der Oberfläche 26 des
Targets 25 einfängt,
um das Hauptkathodenzerstäubungsplasma
aufrechtzuerhalten. Der Magnetaufbau oder Pack 30 weist
ein Joch 36 aus Flußstahl
oder einem anderen Material mit hoher magnetischer Permeabilität auf. Die
Magnetringe 31–33 sind
vorzugsweise eine kreisförmige
Anordnung von Ringmagneten, die jeweils aus einer Reihe oder einer
Anordnung diskreter quadratischer Magnetkomponenten bestehen, die
in einer kegelstumpfförmigen
Form in dem jeweiligen Ring angeordnet sind, wobei ihre Pole und
Polarachsen in dieselbe Richtung in einer Radial-Axialebene des
Kegels um jeden jeweiligen Ring orientiert sind. Es können kleine
diskrete Magnete an dem Joch 36 befestigt sein, die dann
als ein Rahmentragwerk für den
Magnetaufbau dienen und die Form des Kegels 35 definieren
können.
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Die Polarachsen der Magnete des inneren Rings 31 sind
parallel zur Targetoberfläche 26 orientiert.
Das Joch 36 ist so geformt, daß die gesamte Polfläche der
Magnete des inneren Rings 31, der in der Darstellung der
Südpol
S ist, sich in magnetischem Kontakt mit dem Joch 36 befindet,
das heißt in
physikalischen Kontakt mit ihm steht oder sich in nächster Nähe zu ihm
befindet. Die Polarachsen der Magnete des äußeren Rings 33, die
in der Darstellung Linien durch den Nordpol N und den Südpol S der
Magnete des Rings 33 sind, sind senkrecht zur Targetoberfläche 26 orientiert,
wobei sich die gesamte Polfläche
der Magnete des äußeren Rings 33 in magnetischen
Kontakt mit dem Joch 36 befindet. Die magnetischen Flußlinien 51 zwischen
den Magnetringen 31, 33 bilden den magnetischen
Haupttunnel 41.
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Der mittlere Magnetring 32 ist
annähemd
auf halben Wege zwischen dem innersten oder N-Pol des inneren Magnetrings 31 und
der Mitte des äußeren Magnetrings 33 angeordnet
und definiert die effektive Position der Mittellinie 40 des
magnetischen Haupttunnels 41. Die Magnete des Mlttelrings 32 können sich,
müssen
jedoch nicht, in direkten physikalischen oder wesentlichen magnetischen
Kontakt mit dem Joch 36 befinden. Die Polarachsen der Magnete
des Mittelrings 32 sind hauptsächlich parallel zur Targetoberfläche 26 orientiert.
Keine der Flächen eines
Pols der Magnete des Mittelrings 32 befindet sich in Kontakt
mit dem Joch 36. Die Polarachse der Magnete des Mittelrings 32 ist
in die entgegengesetzte Richtung der Polarachse des inneren Rings 31 orientiert,
was in 2 gezeigt wird,
wobei der S-Pol des mittleren Rings 32 dem S-Pol des inneren
Rings 31 gegenüberliegt.
Als solche bilden die magnetischen Flußlinien 52 zwischen
der inneren Reihe 31 und der Mittelreihe 32 einen
inneren magnetischen Nebentunnel 42 unter den Flußlinien 51,
die den magnetischen Haupttunnel 41 bilden. Der innere
Nebentunnel 42 beeinflußt die Erosion des Targets
zum Ende der Lebensdauer des Targets 25 hin über einen inneren
ringförmigen
Bereich 46 der Targetoberfläche 26. Der magnetische
Fluß oder
die Feldlinien werden in 2 in
einer radialen Ebene dargestellt, die die Achse 15 enthält.
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Die magnetischen Flußlinien 53 zwischen dem
Mittelring 32 und dem Außenring 31 bilden
einen äußeren magnetischen
Nebentunnel 43 unter den Flußlinien 51, die den
Haupttunnel 41 bilden. Der äußere Nebentunnel 43 beeinflußt die Erosion
des Targets zum Ende der Lebensdauer des Targets 25 hin über einen äußeren ringförmigen Bereich 47 der
Targetoberfläche 26.
Magnetische Flußlinien 54 zwischen
den Polen des Mittelrings 32 wirken den Flußlinien 51 entgegen,
die den Haupttunnel 41 bilden, um die Wirkungen des Haupttunnels 41 zu
reduzieren, wenn das Target 25 erodiert. Die kontinuierliche, fortschreitende
Abflachung der Flußlinien 51,
die den Haupttunnel im Target 25 längs der Mittellinie 40 erzeugen,
wird durch die kontinuierliche fortschreitende Zunahme des Beitrags
der Flußlinien 52, 53 verursacht,
die jeweils die Nebentunnel 42, 43 im Target 25 an
den Bereichen 46, 47 erzeugen. Es wird ein Nullpunkt 55,
wo sich entgegenwirkende Feldlinien der Magnetringe 31–33 auslöschen, in
den resultierenden Magnetfeldern aus dem Magnetaufbau 40 vorhanden
sind. Dieser Punkt befindet sich nahe der Mittellinie 40 nahe
dem Mittenmagnetring 32. Dieser Nullpunkt liegt während der
gesamten Targetlebensdauer hinter der Targetoberfläche 26.
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Die Orientierung des inneren Rings 31 der Magnete
parallel zur Oberfläche 26 des
Targets 25 verbessert die Bildung des inneren magnetischen Tunnels 52 und
läßt eine
aggressivere Magnetfeldform für
eine gegebene Targetbreite zu. Zusätzlich läßt die Orientierung der Polarachse
des inneren Rings 31 parallel zur Targetoberfläche 26 eine
größere Targeterosion
nahe dem Innendurchmesser des Targets 25 zu. Dies lindert
die Platzbeschränkungen an
der mittleren Öffnung 21 der
Quelle 13. Diese Vorteile ergeben sich, da die Magnete des inneren
Rings 31 parallel zur Targetoberfläche orientiert sind, so daß die Bildung
der Flußlinien
des inneren magnetischen Tunnels aus den innersten Polen der Magnete des
inneren Rings derart ist, daß sie
sich schon zum entgegengesetzten Pol zurückdrehen, wenn sie aus den
Magneten austreten, was es zuläßt, daß der innere
Tunnel in einer kleineren Raummenge erzeugt wird, als wenn die Pole
dieser inneren Magnete senkrecht zur Targetoberfläche orientiert
wären,
während eine
größere Erosion
an der Innenkante des Targets unterstützt wird, wodurch eine Teilchenerzeugung minimiert
wird. Die Magnete des äußeren Rings
sind senkrecht zur Targetoberfläche
orientiert, um eine Schiefe der Flußlinien zu verhindern, und überragen die
Außenkante
des Targets, um eine vollflächige Erosion
zu erzielen, wodurch zusätzlicher
Platz an der Targetaußenkante
in Anspruch genommen wird. Die Erfindung erreicht eine vorteilhafte
Erosion, ohne zusätzlichen
Platz an der Targetinnenkante zu benötigen.
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Der Haupttunnel 41, der
durch magnetische Feldlinien zwischen dem inneren Magnetring 31 und dem äußeren Magnetring 33 erzeugt
wird, beeinflußt die
Targeterosion am Anfang der Lebensdauer eines Targets. Für dickere
Targets wird das Plasma in eine Erosionskerbe längs der Oberfläche 26 des
Targets 25 auf einer kreisförmigen Mittellinie 40 auf
der Targetoberfläche 26 an
einem Zwischenradius des ringförmigen
Targets 25 eingeschlossen. Später in der Targettebensdauer
solcher dikkerer Targets, wenn die Oberfläche 26 erodiert und
in die Mitte des Targets 25 längs der Mittellinie 40 zurückweicht,
werden die Feldlinien, die den Tunnel 41 bilden, längs der Mittellinie 40 infolge
des Effekts des entgegenwirkenden Magnetfelds des mittleren Magnetrings 32 und des
Effekts der inneren und äußeren Tunnel
allmählich
auf die Form des magnetischen Haupttunnels abgeflacht. Die relativen
Einflüsse
der Erosionsprofile der magnetischen Tunnel sind derart, daß das Plasma,
das durch die jeweiligen Tunnel eingeschlossen ist, an der Mittellinie 40 eine
größere Targeterosionsrate
als an den inneren und äußeren Bereichen 46, 47 erzeugt,
wenn ein dickes Target 25 nicht erodiert ist. Dieses Verhältnis ändert sich
kontinuierlich und fortschreitend an der Mittellinie 40 zu
einer kleineren Targeterosionsrate als an den inneren und äußeren Bereichen 46, 47,
wenn das Target erodiert. Die inneren bzw. äußeren magnetischen Tunnel 52, 53 verteilen
zum Ende der Targetlebensdauer hin die Targeterosion zu den inneren
und äußeren Rändern des Targetkreisrings.
Die Erosionskerbe verbreitert sich dadurch, wenn das Target erodiert,
was zu einer gleichmäßigeren
Targeterosion und dadurch zu einer erhöhten Targetmaterialausnutzung
führt.
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Die Magnetpacks enthalten eine Anzahl
von (nicht gezeigten) Löchern,
die parallel zur Achse 15 gebohrt sind und eine Durchführung für Wasser
und Gleichstrom zum Target 25 tragen. Der Magnetaufbau 30 ist
mit einem harten Polymerüberzug,
wie Polyurethan überzogen,
oder in nicht magnetische, metallische oder Kunststoffumhüllungsstücke eingeschlossen,
die an das Magnetpack 30 geklebt sind. Der Überzug verhindert,
daß die
Magnete der Ringe 31–33 und
das Joch 36 in Luft oxidiert werden, und verhindert außerdem,
daß die
Magnete der Ringe 31–33,
die aus einer gesinterten Ausführung
bestehen können,
eine verunreinigende Teilchenquelle werden. Kühlwasser zum Target 25 kann
durch (nicht gezeigte) Stumpfaufbauten durch das Joch 36 geschickt
werden.
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Während
die obige Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung darlegen, wird es Fachleuten klar sein, daß Zusätze und
Modifikationen vorgenommen werden können, ohne die Prinzipien der Erfindung
zu verlassen.
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Beansprucht wird: