WO2004094686A2

WO2004094686A2 - Einrichtung zum beschichten eines stationär angeordneten substrats durch puls-magnetron-sputtern

Info

Publication number: WO2004094686A2
Application number: PCT/EP2004/002332
Authority: WO
Inventors: Peter Frach; Klaus Goedicke; Christian Gottfried
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2005-10-23
Also published as: JP2006524291A; WO2004094686A3; DE10318364A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pulsmagnetronsputtereinrichtung, enthaltend einen Rezipienten (1) mit Vakuumerzeugungssystem, zwei Magnetronsputterquellen (7, 8), mindestens einen Substrathalter (15) und eine Stromversorgungseinrichtung, wobei der Rezipient in einer Schnittebene einen fünfeckigen Querschnitt aufweist, der zumindest einen rechten Winkel umfasst; an den zwei rechtwinklig zueinander stehenden Seitenwänden (2, 3) je eine Magnetronsputterquelle angebracht ist; die drei übrigen Seitenwände (4-6) mit je einer Öffnung und zugehörigen Flanschen (16-18) versehen sind, wobei zumindest eine Öffnung einer gegenüber einer Magnetronquelle liegenden Seitenwand mit Vakuumflanschen gedichtet ist, die Mittel zur wahlfreien Positionierung des Substrathalters entweder direkt gegenüber der Mitte (20) der gegenüberliegenden Magnetronsputterquelle oder parallel versetzt zu der Mitte der Quelle umfassen und die Stromversorgungseinrichtung für die Magnetronsputterquellen mit Mitteln ausgestattet ist, die die Einspeisung unipolarer Leistungspulse mit einer Frequenz von 1...100 kHz in jeder Quelle mit getrennt einstellbarer Leistung, getrennt einstellbarem Pulsverhältnis oder die Einspeisung von bipolaren Leistungspulsen mit einer Frequenz von 1...100 kHz mit für jede Polarität getrennt einstellbarer Leistung und getrennt einstellbarem Pulsverhältnis ermöglichen.

Description

Einrichtung zum Beschichten eines stationär angeordneten Substrats durch Puls- Magnetron-Sput ern

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Puls-Magnetron-Sputtem, vorzugsweise für die Abscheidung von Vielschichtsystemen, sogenannten Multilayeranordnungen, in Dünnschichttechnik auf ortsfesten Substraten. Die Anordnung ist besonders für die Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in der Dünnschichttechnik mit mehreren frei wählbaren Beschichtungsparametern geeignet.

Das Magnetron-Sputtern, häufig auch als Kathodenzerstäubung bezeichnet, hat unter den physikalischen Vakuumbeschichtungsverfahren (PVD) die weiteste Verbreitung gefunden. Seit der Einführung des Puls-Magnetron-Sputtems, bei dem die Energieeinspeisung in die Magnetronentladung gepulst mit einer Frequenz von ca. 10 kHz bis 350 kHz in Form von Gleichstrompulsen, sinusförmigem Wechselstrom oder Bipolarpulsen erfolgt, wurde die Anwendungsbreite weiter erhöht und auch auf die Abscheidung elektrisch isolierender chemischer Verbindungen mit hoher Abscheiderate ausgedehnt. Dazu ist eine reaktive Prozessführung mit aktiver Regelung des Reaktivgasflusses bzw. des Reaktivgasdruckes erforderlich. Das Puls-Magnetron-Sputtern bietet auch die Möglichkeit, durch Festlegung geeigneter Pulsparameter, wie Frequenz, Pulsform und Tastverhältnis, zusätzlich zu den an sich schon bekannten Beschichtungsparametern die Struktur und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten im gewünschten Sinn zu beeinflussen. Unter Tastverhältnis wird dabei der Quotient aus Puls-ein-Zeit und der gesamten Pulslänge einschließlich Pulspause verstanden. Die Vielzahl der variierbaren Herstellungsparameter und eine vergleichsweise komplizierte Prozessregelung erfordern häufig, dass im Vorfeld der Nutzung des Puls- Magnetron-Sputtems Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Optimierung des Abscheidungsprozesses durchgeführt werden.

Es sind Vakuumbeschichtungsanlagen sehr unterschiedlicher Bauart bekannt, in denen solche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erfolgreich durchgeführt werden können. Standard-Komponenten, wie Magnetron-Sputterquellen in meist runder Bauart, Substrathalterungen und Puls- Stromversorgungseinheiten, Komponenten für das Vorbehandeln und Heizen eines oder mehrerer Substrate und Messeinrichtungen werden dabei in meist geometrisch einfach geformten Rezipienten mit Vakuumerzeugungs- und Anlagensteuereinheiten angeordnet, um geringe Kosten für solche Forschungsanlagen zu erreichen. Für die Abscheidung von Schichtsystemen, die aus mehreren Schichten bestehen oder die durch gleichzeitiges Sputtem mit mehreren Magnetronquellen, sogenanntem „Co- Sputtern", hergestellt werden, wurden häufig Anordnungen aus einem stationären Substrat und mehreren Magnetronquellen mit kreisrunden ebenen oder profilierten Targets verwendet, bei denen die Targetflächen der Magnetronquellen im Wesentlichen auf die Substratmitte ausgerichtet sind. Es sind auch Anordnungen mit einem Drehteller verbreitet, durch den das Substrat oder die Substrate einmal oder mehrmals nacheinander senkrecht über jede der Magnetronquellen geführt werden können. Insbesondere diese beiden verbreiteten Anordnungen sind mit einer oft unzureichenden Variationsbreite der Beschichtungsparameter verknüpft. Die Anordnung mit Drehteller erfordert darüber hinaus einen vergleichsweise großen Rezipienten und ist entsprechend kostspielig.

Eine größere Zahl anderer spezieller Anordnungen der Komponenten für das Magnetron- Sputtern in einer Forschungsanlage kann der wissenschaftlichen Literatur (z. B. Thin Solid Films", „Surface Coating Technologies", „Vakuum in der Praxis") entnommen werden, ohne dass jedoch die wünschenswerte Wahlfreiheit der Beschichtungsparameter und das Streben nach möglichst geringen Investitionskosten in ausreichendem Maße vereinigt worden wäre. Als Konsequenz ergibt sich häufig ein Mangel an technologischer Flexibilität der Magnetron-Sputteranlage oder eine nicht ausreichende Hochskalierbarkeit des mit der Forschungs- und Entwicklungsanlage optimierten Verfahrens bei der Überführung in die industrielle Beschichtungspraxis. Insbesondere für die Entwicklung von Beschichtungs- verfahren auf der Basis des Puls-Magnetron-Sputterns treten solche Defizite häufig zutage und erschweren oder verhindern den Erfolg der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten.

Es wird deshalb zur Aufgabe gestellt, eine Anordnung zum Puls-Magnetron-Sputtem zu schaffen, die bei geringem technischen Aufwand eine hohe Flexibilität der Beschichtung ortsfester Substrate durch Puls-Magnetron-Sputtern bei großer Wahlfreiheit der Pulsparameter und der Schichteigenschaften erlaubt. Es soll gleichermaßen das Abscheiden von Einzelschichten wie auch von Multilayer-, Gradienten- und Mischschichten möglich sein.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Puls-Magnetron-Sputtern mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 5 beschreiben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst mindestens einen Rezipienten mit Vakuum- erzeugungssystem, mindestens zwei Magnetron-Sputterquellen mit runden oder recht- eckigen Targets, Magnetanordnung, Gaseinlass-und Gasregelsystem, mindestens einen Substrathalter zur Aufnahme eines oder mehrerer Substrate während der Beschichtung, mindestens eine Stromversorgungseinrichtung mit Kontroll- bzw. Regelsystemen und eine Steuereinrichtung. Erfindungsgemäß hat der Rezipient in einer Schnittebene einen fünfeckigen Querschnitt, der zumindest einen rechten Winkel umfasst. Besonders zweckmäßig ist es, wenn er parallel zu dieser Ebene von einer ebenen Boden- bzw. Deckelplatte begrenzt wird, auf denen die Seitenwände senkrecht stehen. In diesem Fall entspricht die äußere Gestalt des Rezipientenkörpers einem fünfseitigen Prisma. Vorteilhaft ist es, wenn die fünf Seitenwände in Bezug aufeinander so angeordnet sind, dass sich zumindest zwei Seitenwände parallel gegenüber stehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die fünf Seitenwände so angeordnet sind, dass sie drei rechte Winkel und zwei stumpfe Winkel einschließen. An zwei rechtwinklig zueinander stehenden Seitenwänden ist je eine Magnetron-Sputter- quelle angebracht. Die Magnetron-Sputter-Quellen besitzen zusätzlich neben dem recht- eckigen oder kreisrunden Target mit Kühleinrichtung, der Magnetanordnung, einem Gas- einlass- und Gasregelsystem jeweils eine separate Anode. Die drei übrigen Seitenwände, von denen zumindest eine parallel zu einer Wand verläuft, die ein Magnetron trägt, besitzen je eine Flanschöffnung, die für die Montage eines Substrathalters geeignet ist. Zumindest die Öffnung in der parallel zu einer Wand mit Magnetron angeordneten Wand ist mit Flanschen abgedichtet, die Mittel zur wahlfreien Positionierung des Substrathalters im Verhältnis zur Mitte der gegenüberliegenden Magnetron-Sputterquelle aufweisen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, auf den beiden großen senkrecht zueinander stehenden Seitenwänden je eine Magnetronquelle anzuordnen. Die Magnetron-Sputter-Quellen besitzen zusätzlich neben dem rechteckigen oder kreisrunden Target mit Kühleinrichtung, der Magnetanordnung, einem Gaseinlass- und Gasregelsystem jeweils eine separate Anode, die weitgehend gegen eine Beschichtung geschützt ist. Die drei übrigen Seitenwände besitzen je eine Flanschöffnung, die für die Montage des Substrathalters geeignet sind. Diese Flanschöffnungen und die Mitten der Magnetron- Sputterquellen liegen in einer Ebene, die einen fünfeckigen Querschnitt durch den Rezipienten bildet.

Zumindest die Flanschöffnungen gegenüber den Magnetronquellen sind mit Vakuumflanschen gedichtet, die Mittel zur wahlfreien Positionierung des Saubstrathalters im Verhältnis zu den Mitten der Magnetron-Sputterquellen aufweisen. Dazu sind zwei über- einander angeordnete und gegeneinander verdrehbare Exzenterflansche angeordnet. Die Exzenterflansche besitzen rotationssymmetrische Öffnungen, deren Mitte gegen die Flanschmitte versetzt ist. Damit lässt sich die Position des Substrathalters in der Ebene der Mitten der Magnetron-Sputterquellen derart einstellen, dass die Mitte des Substrathalters gegenüber der Mitte der gegenüberliegenden Magnetron-Sputterquellen versetzt ist oder ihr direkt gegenüber positioniert ist. Der Substrathalter ist mit Mitteln zur Einstellung des Target-Substrat-Abstandes ausgestattet. Sie sind so gestaltet, dass eine wahlfreie Positionierung der Substratmitte in einem variablen Abstand, z. B. im Bereich von 50 mm bis 250 mm, zu den Mitten der Targetoberflächen der Magnetron-Sputterquellen erreichbar ist.

Erfindungsgemäß erlaubt die Stromversorgungseinrichtung für die Magnetron-Sputterquellen die getrennte Einspeisung von Energie mit einer Frequenz im Bereich von 1 kHz bis 100 kHz mit jeweils einzeln einstellbarer Stromstärke, Leistung oder Spannung und einzeln einstellbarem Verhältnis der Puls-ein-Zeit zur Puls-aus-Zeit. Als jeweilige Gegenelektrode ist dabei die jeweils zugeordnete „versteckte Anode" geschaltet. Die Stromversorgungseinheit ist weiterhin so ausgestaltet, dass alternativ die Einspeisung von bipolaren Leistungspulsen mit einer Frequenz von 1 kHz bis 100 kHz und mit für jede Polarität getrennt einstellbarer Leistung und getrennt einstellbarem Verhältnis von Puls-ein-Zeit zu Puls-aus-Zeit ermöglicht wird. Dabei ist jedes der Magnetron-Targets mit einem Pol der Stromversorgungs- einrichtung derart verbunden, dass die Targets wechselweise als Katode und Anode der Magnetron-Entladung geschaltet sind. Erfindungsgemäß besitzt die Einrichtung zum Puls- Magnetronsputtern weiterhin Mittel, um jederzeit zwischen der Einspeisung unipolarer Leistungspulse und bipolarer Leistungspulse in die Magnetron-Sputterquelle umzuschalten. Durch die Wahlfreiheit des Modus der Leistungspulse und des Verhältnisses von Puls-ein- Zeit und Puls-aus-Zeit ist die Einstellung der Intensität des Bombardements der aufwachsenden Schicht auf dem Substrat durch geladene bzw. hochenergetische Spezies aus dem Plasma in weiten Parametergrenzen möglich. Damit können die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Schicht und, davon abhängig, zahlreiche applikative Schichteigenschaften im angestrebten Sinn beeinflusst und optimiert werden. Die erfindungsgemäße Wahl der Beschichtungsgeometrie und die Wahlfreiheit der

Substratposition in Bezug auf Abstand und Winkellage relativ zu den Magnetron-Sputterquellen begründet die große Einsatzbreite der Sputtereinrichtung für die Abscheidung von Schichten und Schichtsystemen unter den unterschiedlichsten Bedingungen. Durch Veränderung der Exzenterparameter der Substratposition relativ zu einer Magnetron-Sputter- quelle lassen sich z. B. wichtige Parameter der Plasmaaktivierung des Kondensations- Prozesses variieren und damit sehr rationell ein Optimum für die jeweilige Beschichtungs- aufgabe einstellen bzw. ermitteln.

Die Variabilität bezieht sich auf die Schichtmaterialien, die Aufwachsrate, die Einfallsrichtung der schichtbildenden Partikel, den Grad der Aktivierung des Abscheideprozesses durch das Plasma und viele andere Parameter. Die Abscheidebedingungen sind in Abhängigkeit von der Zeit steuerbar, und dadurch lassen sich vorgegebene Gradienten der Schichteigenschaften einstellen. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit des Co-Sputtems, um neue Materialkombinationen aus verschiedenen Ausgangsmaterialien streng kontrollierbar mit rein elektrischen Einstellparametern herzustellen. Die Anordnung ist weiterhin hervorragend für die Abscheidung von Vielschichtsystemen (Multilayer) geeignet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Magnetron-Sputterquelle eine Verschlussblende zugeordnet, die sich vorzugsweise in einer Ebene parallel zur jeweiligen Oberfläche und in Längsrichtung des Rezipienten bewegen lässt. Damit lässt sich ein Vielschichtsystem mit sprungartig veränderten Schichteigenschaften am Interface zwischen den Einzel- schichten bei hoher Homogenität der Schichteigenschaften in jeder Einzelschicht erreichen. Von Vorteil ist es, die erfindungsgemäße Einrichtung im Bereich der Magnetrons mit den mechanischen Schnellschlussblenden auszustatten, die elektropneumatisch angetrieben sind. Insbesondere für Forschungs- und Entwicklungsaufgaben hat die erfindungsgemäße Ein- richtung vorteilhafterweise mindestens einen weiteren Vakuumflansch zur Montage von Mitteln zur in-situ-Messung eines Plasmaparameters wie z. B. Plasmapotential und/oder optische Emission oder einer Schichteigenschaft und/oder für die Implementierung plasmadiagnostischer Messmittel, wie z. B. zur energiedispersiven Massenspektrometrie. Ein weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, eine Öffnung in einer Seitenwand, die zur Aufnahme der Substrathalterung vorbereitet ist, jedoch nicht für die jeweilige Beschich- tungsaufgabe benötigt wird, zur Montage eines energiedispersen Massenspektrometers, mit dem zur Unterstützung der Prozessoptimierung die Auswirkung unterschiedlich eingestellter Parameter der Energieeinspeisung auf Art, Dichte und Energieverteilung der Plasmaspezies gemessen werden kann, zu nutzen.

Im Interesse hoher Homogenität der Schichteigenschaften auf dem Substrat ist eine vorteilhafte erfindungsgemäße Einrichtung mit Mitteln zur Rotation des Substrates um eine Achse parallel zu seiner Normalen ausgestattet. Als äquivalente und vorteilhafte Lösung im Sinne der Erfindung ist auch eine Einrichtung anzusehen, die nicht nur für die Beschichtung eines einzigen Substrates je Beschichtungs- zyklus vorgesehen ist, sondern statt dessen mit einer Substratschleuse und Wechseleinrichtungen für Substrate ausgestattet ist und so die Beschichtung vieler Substrate nacheinander erlaubt.

An einem Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Einrichtung näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen stellen

Fig. 1 den Querschnitt durch den Rezipienten in einer Ebene, die die Mitten der

Magnetron-Sputterquellen beinhaltet, und Fig. 2a und 2b Blockschaltbilder und Pulsmuster für die Energieeinspeisung in die

Magnetron-Sputerquellen in Form von unipolaren bzw. bipolaren

Leistungspulsen dar.

Fig. 1 : Ein Rezipient 1 einer erfindungsgemäßen Einrichtung wird von Seitenwänden 2, 3, 4, 5, 6 sowie von einer Boden- und einer Deckelplatte (parallel zur Zeichenebene, hier nicht dargestellt) begrenzt und hat den Querschnitt eines symmetrischen Fünfecks mit nur einer Symmetrieachse. Die Seitenwände 2 und 3 bilden untereinander und mit beiden benachbarten Seitenwänden und die Seitenwände 4, 5 bilden mit je einer benachbarten Seitenwand einen rechten Winkel. Die fünf Seitenwände sind also so angeordnet, dass sie drei rechte Winkel und zwei stumpfe Winkel einschließen.

Die Seitenwände 4 und 5 bilden mit je einer benachbarten Seitenwand einen stumpfen Winkel von 135°. Die Seitenwand 6 bildet mit beiden benachbarten Seitenwänden einen stumpfen Winkel von 135°. Der Rezipient wird von einem Vakuumerzeugungssystem mit einer Turbomolekularpumpe evakuiert, ein Gaseinlasssystem ist zur Einstellung eines ge- eigneten Arbeitsdruckes für Argongas bestimmt.

Die Seitenwände 2 und 3 besitzen Öffnungen zur Aufnahme je einer Magnetronsputterquelle 7 bzw. 8. Jede der Magnetronquellen hat ein Target mit Kühleinrichtung 9 bzw. 10, eine Gaseinlass- und Gasregeleinrichtung für ein oder mehrere reaktive Gase, z. B. Sauerstoff und Stickstoff, sowie Schirmbleche 1 1 bzw. 12, die den Plasmaraum in der Umgebung der Targets begrenzen. Außerhalb der Schirmbleche tragen beide Magnetron- Sputterquellen je eine Elektrode 13 bzw. 14, die weitgehend gegen eine Beschichtung geschützt ist. Solche sogenannten versteckten Anoden sind aus DE 42 23 505 C1 und DE 199 47 932 C1 / DE 199 47 935 A1 bekannt. Die Seitenwände 4, 5, 6 sind mit je einer Öffnung versehen, die zur Aufnahme eines Substrathalters 15 vorbereitet ist. Die Mitten dieser Öffnung und die Mitten der Magnetron-Sputterquellen liegen in einer Ebene, die dem Rezipientenquerschnitt entspricht, im vorliegenden Beispiel in der Zeichnungsebene. Die Öffnungen sind mit je einem Paar von Excenterflanschen 16, 17, 18 gedichtet. Diese Excenterflansche können mit unterschiedlichen Winkellagen zueinander montiert werden. Auf diese Weise ist die Position des Substrathalters 15 wahlfrei einstellbar. Mit den

Excenterflanschen 16 bzw. 18 kann die Mitte des Substrathalters 19 direkt gegenüber der Mitte der jeweils gegenüberliegenden Magnetron-Sputterquelle 20 positioniert werden. Es ist aber ebenso möglich, einen Versatz der Normalen von bis zu 100 mm einzustellen. Die Montage des Substrathalters in der Postion 15 in der Öffnung der Seitenwand 6 ist am besten geeignet, wenn durch Co-Sputtern der Targets 9 und 10 eine Mischschicht aus chemischen Verbindungen beider im Allgemeinen unterschiedlichen Targetmaterialien erzeugt werden soll. Der Substrathalter ist an einem Wellrohrkörper 21 montiert. Dadurch kann der Abstand b zwischen der Mitte des Substrathalters 19 und der Mitte der Magnetron-Sputterquelle 20 im Bereich zwischen 50 mm undl 50 mm eingestellt werden.

Eine Stromversorgungseinrichtung (hier nicht dargestellt) für die Magnetron-Sputterquellen ist mit Mitteln ausgestattet, die eine Einspeisung unipolarer Leistungspulse oder alternativ bipolarer Leistungspulse erlaubt. Die Pulsfrequenz ist variabel zwischen 10 kHz und 50 kHz einstellbar. Das Verhältnis von Puls-ein-Zeit und Puls-aus-Zeit lässt sich für beide Modi für jedes Target unabhängig im Verhältnis 1 :10 bis 10:1 einstellen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist weiterhin mit mechanischen Schnellschlussblenden 22 und 23 ausgestattet, die elektropneumatisch angetrieben sind. Sie sind erforderlich, damit die Einrichtung zur Abscheidung von Vielschichtsysstemen mit scharfen Interfaces, d. h. sprunghaften Übergängen zwischen den Einzelschichten einsetzbar ist. Die Öffnung in der Seitenwand 5, die im Beispiel nicht zur Aufnahme der Substrathalterung benötigt wird, dient zur Montage eines energiedispersen Massenspektrometers 24, mit dem zur Unterstützung der Prozessoptimierung die Auswirkung unterschiedlich eingestellter Parameter der Energieeinspeisung auf Art, Dichte und Energieverteilung der Plasmaspezies gemessen werden kann.

Aus Fig. 2a sind das Blockschaltbild für die Einspeisung unipolarer Leistungspulse und das resultierende Pulsmuster ablesbar. Zwei Gleichstromquellen 31 und 32 in Verbindung mit einer Schalteinheit 33 speisen beide Magnetron-Sputterquellen. Das Target der einen Quelle bildet die Katode 35, die „versteckte" Elektrode der Quelle die Anode 34 der ersten Magnetron-Entladung.

Das Target der anderen Quelle wirkt als Kathode 37, die „versteckte" Elektrode dieser Quelle als Anode 36 der zweiten Magnetron-Entladung. Die zugehörigen Muster der Strompulse 38 und 39 sind im Beispiel sowohl bezüglich der Frequenz als auch der Amplitude und des Verhältnisses von Puls-ein-Zeit und Puls-aus-Zeit entsprechend der Beschichtungsaufgabe unterschiedlich eingestellt.

In Fig. 2 b sind Blockschaltbilder und Pulsmuster für den Modus der Energieeinspeisung in die Magnetron-Sputterquelle in Form bipolarer Leistungspulse dargestellt. Die gleichen beiden Gleichstromquellen 31 und 32 und die Schalteinheit 33 mit der integrierten Umschalteinrichtung für den Pulsmodus speisen hier bipolare Energiepulse in die Doppelanordnung der beiden Magnetron-Sputterquellen.

Die Targets wirken abwechselnd jeweils als Anode und Katode einer gemeinsamen Magnetronentladung, die „versteckten" Elektroden sind nicht elektrisch mit der Stromversorgung verbunden und deshalb in Fig. 2b nicht dargestellt. Das resultierende Pulsmuster 40 zeigt, dass auch hier Pulslänge und Amplitude für beide Magnetron-Sputterquellen unterschiedlich eingestellt sind. Die Umschaltung zwischen beiden Pulsmodi gemäß Schaltung Fig. 2a und Fig. 2b ist jederzeit programmgesteuert möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Puls-Magnetron-Sputtern, enthaltend einen Rezipienten mit Vakuumerzeugungssystem, zwei Magnetron-Sputterquellen, mindestens einen Substrathalter und eine Stromversorgungseinrichtung, wobei

- der Rezipient in einer Schnittebene einen fünfeckigen Querschnitt aufweist, der zumindest einen rechten Winkel umfasst,

- an den zwei rechtwinklig zueinander stehenden Seitenwänden je eine Magnetron- Sputterquelle angebracht ist, - die drei übrigen Seitenwände mit je einer Öffnung und zugehörigen Flanschen versehen sind, derart, dass zumindest eine Öffnung einer gegenüber einer Magnetronquelle liegenden Seitenwand mit Vakuumflanschen gedichtet ist, die Mittel zur wahlfreien Positionierung des Substrathalters entweder direkt gegenüber der Mitte der gegenüberliegenden Magnetron-Sputterquelle oder parallel versetzt zu der Mitte der Quelle umfassen,

- der Substrathalter mit Mitteln zur wahlfreien Positionierung der Substratmitte in einem variablen Abstand zu den Targetoberflächen der Magnetron-Sputterquellen ausgestattet ist,

- die Stromversorgungseinrichtung für die Magnetron-Sputterquellen mit Mitteln ausgestattet ist, die die Einspeisung unipolarer Leistungspulse mit einer Frequenz im Bereich von 1 ... 100 kHz in jede der Quellen mit getrennt einstellbarer Leistung, getrennt einstellbarem Verhältnis von Puls-ein-Zeit zu Puls-aus-Zeit oder alternativ die Einspeisung von bipolaren Leistungspulsen mit einer Frequenz von 1 ... 100 kHz mit für jede Polarität getrennt einstellbarer Leistung und getrennt einstellbarem Verhältnis von Puls-ein-Zeit zu Puls-aus-Zeit, wobei die Targets der

Magnetronquellen mit je einem Pol der Stromversorgungseinrichtung derart verbunden sind, dass Targets wechselweise als Katode und Anode der Magnetronentladung geschaltet sind, ermöglichen.

2. Einrichtung zum Puls-Magnetron-Sputtern nach Anspruch 1 , vorzugsweise zur Abscheidung von Vielschichtsystemen, mit vorgebbaren Schichteigenschaften auf einem ortsfesten Substrat, enthaltend einen Rezipienten mit Vakuumerzeugungssystem, zwei Magnetron-Sputterquellen, mindestens einen Substrathalter und eine Stromversorgungseinrichtung, wobei - der Rezipient einen in der Grundgeometrie symmetrischen fünfeckigen Querschnitt aufweist, so dass vier Seiten rechtwinklig auf mindestens einer benachbarten Seite stehen und drei Seiten einen Winkel von 135° mit mindestens einer benachbarten Seite bilden, - auf den beiden großen zueinander stehenden Seitenwänden je eine Magnetronquelle mit einer gegen Beschichtung weitgehend geschützten sog. „versteckten" Elektrode angeordnet sind,

- die drei übrigen Seitenwände mit je einer Öffnung und zugehörigen Flanschen versehen sind zur Aufnahme eines Substrathalters, derart, dass ihre Mitten und die Mitten der Magnetronquellen in einer Ebene liegen, die einen fünfeckigen Querschnitt durch den Rezipienten bildet, zumindest die Öffnungen gegenüber den Magnetronquellen liegend mit Vakuumflanschen gedichtet sind, die Mittel zur wahlfreien Positionierung des Substrathalters entweder direkt gegenüber der Mitte der jeweiligen Magnetron-Sputterquellen oder parallel versetzt zu der Mitte der Quelle umfassen,

Magnetronquellen mit je einem Pol der Stromversorgungseinrichtung derart verbunden sind, dass Targets wechselweise als Katode und Anode der Magnetronentladung geschaltet sind, ermöglichen und eine Umschaltung zwischen der Einspeisung unipolarer Leistungspulse und bipolarer Leistungspulse jederzeit möglich ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich jeder Magnetronquelle eine Verschlussblende zugeordnet ist, die sich vorzugsweise in einer Ebene parallel zur jeweiligen Targetoberfläche und in Längsrichtung des Rezipienten bewegen lässt.

4. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wandung des Rezipienten ein Vakuumflansch angeordnet ist, der die Montage von Mitteln für eine in-situ Messung eines Plasmaparameters oder einer Schichteigenschaft ermöglicht.

5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter mit Mitteln versehen ist, der eine Rotation des Substrates um seine Mittelpunktsnormale ermöglicht.