DE19654000C1

DE19654000C1 - Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung

Info

Publication number: DE19654000C1
Application number: DE1996154000
Authority: DE
Inventors: Eggo Dipl Ing Sichmann; Michael Muecke
Original assignee: Singulus Technologies AG
Current assignee: Singulus Technologies AG
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1996-12-21
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2016-12-22

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 bzw. ringförmig angeordneten Magneten 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.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Spulen derart anzuordnen oder das Magnetfeld derart zu gestalten, daß die Targetausbeute verbessert wird und gleichzeitig eine hohe Gleichmäßigkeit in der Schichtdicke erzielt wird.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß neben ringförmig angeordneten Magneten mindestens ein weiteres ein veränderbares Magnetfeld erzeugendes Teil im Bereich des Targets vorgesehen ist. Durch die vor teilhafte Anordnung des ringförmig angeordneten Magne ten neben dem ein veränderbares Magnetfeld erzeugenden Teil erhält man auch bei unterschiedlich großem Sub strat eine gleichmäßige Schichtdicke, wobei die Abwei chungen der Schichtdicke zwischen ± 2% bis 3% mit Be zug auf die Schichtdicke liegen können. Der Sputtergra ben bildet sich in Abhängigkeit des eingestellten Ma gnetfelds aus. Bei dieser Anordnung des ringförmig an geordneten Magneten in Verbindung mit dem ein veränder bares Magnetfeld erzeugenden Teil wird das Hauptmagnet feld so ausgebildet, daß über die gesamte Prozeßdauer eine gezielte Beeinflussung des Erosionsgrabens sicher gestellt werden kann.

Durch die vorteilhafte Anordnung des ringförmig ange ordneten Magneten in Verbindung mit dem ein veränder bares Magnetfeld erzeugenden Teil bzw. mindestens einer Spule wird eine Veränderung des Magnetfelds, insbeson dere im Bereich der Targetoberfläche, erreicht. Dabei verlaufen die magnetischen Flußlinien von der Mitte nach außen bzw. von außen nach innen und nehmen dabei eine Linsenform ein, so daß man einen möglichst breiten Erosionsgraben erzielen kann. Erhält man nach einer längeren Prozeßdauer einen konkaven Erosionsgraben, so ist es vorteilhaft, daß sich mit Bezug auf die Target oberfläche in etwa parallel verlaufende Magnetfeld linien einstellen. Die Schirmplatte verhindert einen Eintritt der Magnetfeldlinien in das Joch. In vorteil hafter Weise können diese Spulen auch zeitabhängig ge steuert werden, so daß man einerseits die Lebensdauer eines Targets und andererseits über eine Zyklus zeit das Magnetfeld variieren kann. Es kann z. B. empirisch eine Steuerkurve (f_(I) = I_(t)) ermittelt werden, die gewähr leistet, daß erstens das Substrat sehr gleichmäßig be schichtet wird und zweitens das Target optimal ausge beutet wird. Die so empirisch ermittelte Steuerkurve, z. B. für ein Goldtarget, kann dann immer wieder für den Beschichtungsprozeß eingesetzt werden. Der Steuer prozeß für den Beschichtungsvorgang kann auch mittels eines Programms überwacht werden.

Mit den hier verwendeten Spulen läßt sich auf sehr ko stengünstige Weise ein variables Magnetfeld erzeugen.

Erfindungswesentlich ist es, daß durch die Verwendung der Spulen gemäß Fig. 1, die zum Beispiel unter dem Target oder auch an anderer Stelle angebracht worden sind, das Magnetfeld im Targetraum gezielt beeinflußt und variiert wird, so daß man das Plasma radial von in nen nach außen verschieben kann. Hierdurch erreicht man, daß der Erosionsgraben radial über das Target ver schoben bzw. verändert werden kann, womit man die Mög lichkeit hat, einmal 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 zwischen dem Target oder zwischen Targetrückseite und Jochplatte mindestens eine erste Spule oder ringförmig angeordnete Spule vorge sehen ist.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß im Bereich der Jochplatte oder im Bereich des Außenumfangs der Jochplatte mindestens ein ringförmig angeordneter Ma gnet 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 der 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 angeordnet sind.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß die beiden Ma gnetspulen auf der gleichen Querebene zwischen einer ersten oder zweiten Jochplatte und der Rückseite des Targets angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es ferner, daß der im Bereich des Außenumfangs des ersten und/oder zweiten Jochs bzw. der Jochplatte vorgesehene, ringförmig angeordnete Magnet zwischen der unteren bzw. ersten Jochplatte und der oberen bzw. zweiten Jochplatte vorgesehen ist.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß die beiden Magnetspu len und der ringförmig angeordnete Magnet konzentrisch zur Mittelachse der Zerstäubungskathode angeordnet sind.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß der ringförmig angeord nete Magnet einen Außendurchmesser 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 Spule oder ringförmig angeordnete Spulen vorgesehen sind.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die zwei Spulen oder ringförmig angeordneten Spulen unterschied lich große Durchmesser aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß die zweite ringförmig angeordnete Spule einen kleineren Außendurchmesser aufweist als die erste Spule.

Wie zuvor beschrieben, gewährleistet die Ausbildung, daß der ringförmig angeordnete Magnet eine in Richtung des Substrats zeigende N/S-Polung aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß ein Abschirmteil zwischen den beiden Spulen vorgesehen ist.

Eine zusätzliche Möglichkeit gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht darin, daß das Abschirmteil zwischen einer der Joch platten und dem Target vorgesehen ist.

Von Vorteil ist es ferner, daß das Abschirmteil zwi schen einer der Jochplatten und/oder einem 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 angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es außerdem, daß der Abstand zwischen den beiden Jochplatten in etwa der Höhe des ringförmig angeordneten Magneten entspricht.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die beiden Jochplatten unterschiedlich große Außendurchmesser aufweisen bzw. in Form einer Treppenstufe angeordnet sind.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die im Außendurchmesser kleinere Jochplatte mit dem Kühlfinger und die im Außendurchmesser größere Jochplatte mit dem Polschuh mittel- oder unmittelbar verbunden ist.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß der an die Spulen ange legte Strom in Abhängigkeit eines Zeitfaktors veränder bar ist.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß der an die Spulen an gelegte Strom bzw. die Stromzufuhr zu den Spulen über eine Steuerkurve bzw. über ein vorab festgelegtes Pro gramm steuerbar ist und die Stromleitungen hierzu über einen Stromteiler mit einem Rechner in Wirkverbindung stehen.

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 angeordnet er 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 angeord neten Magneten 9 mindestens ein weiterer in der Zeich nung nicht dargestellter, ringförmig angeordneter Ma gnet in der Nähe des Magneten 9 vorgesehen sein, um die absolute 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 1 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

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 bzw. ringförmig angeordneten Magne ten (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ne ben ringförmig angeordneten Magneten (9) min destens ein weiteres ein veränderbares Magnetfeld erzeugendes Teil (Spule 76, 77) im Bereich des Targets (8) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zwischen dem Target (8) oder zwischen Targetrückseite (40) und Jochplatte (21, 21′) mindestens eine erste Spule oder ringförmig ange ordnete Spule (76, 77) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß im Bereich der Jochplatte (21) oder im Bereich des Außenumfangs der Jochplatte (21) min destens ein ringförmig angeordneter Magnet (9) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß im Bereich des Außen umfangs (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) oberhalb der 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 einer ersten oder zweiten Jochplatte (21, 21′) und 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 bzw. der Joch platte (21, 21′) vorgesehene, ringförmig angeord nete Magnet (9) zwischen der unteren bzw. ersten Jochplatte (21′) und der oberen bzw. zweiten Jochplatte (21) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden Magnetspulen (76, 77) und der ringförmig angeordnete Magnet (9) konzentrisch zur Mittelachse (44) der Zerstäu bungskathode (2) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der ringförmig angeordnete 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 Spule oder ringförmig angeordnete Spu len (76, 77) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Spulen oder ringförmig angeordneten Spu len (76, 77) unterschiedlich große Durchmesser aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite ringförmig angeordnete Spule (77) einen kleineren Außendurchmesser aufweist als die erste Spule (76).

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmig angeordnete Magnet (9) eine in Richtung des Substrats (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) vorge sehen 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 einem 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 ange ordnet sind.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Jochplat ten (21, 21′) in der Höhe des ringförmig an geordneten Magneten (9) entspricht.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Jochplatten (21, 21′) unterschiedlich große Außendurchmesser aufweisen bzw. 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 die im Außendurchmes ser größere Jochplatte (21′) mit dem Pol schuh (14) mittel- oder unmittelbar verbunden ist.

22. 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.

23. 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 die Stromleitungen (78, 79) hierzu über einen Stromteiler (80) mit einem Rechner (82) in Wirkverbindung stehen.