DE4038577A1 - Verfahren und vorrichtung zum reaktiven beschichten eines substrats - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum reaktiven beschichten eines substrats

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DE4038577A1 DE19904038577 DE4038577A DE4038577A1 DE 4038577 A1 DE4038577 A1 DE 4038577A1 DE 19904038577 DE19904038577 DE 19904038577 DE 4038577 A DE4038577 A DE 4038577A DE 4038577 A1 DE4038577 A1 DE 4038577A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrats, beispielsweise mit Siliziumdioxid (SiO2), bestehend aus einer Strom­ quelle, welche mit einer in einer evakuierbaren Beschich­ tungskammer angeordneten Elektrode verbunden ist, die elektrisch mit einem Target in Verbindung steht, das zer­ stäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer ein Prozeßgas einbringbar ist und daß
1. entweder das zu zerstäubende Target mehrteilig ist, wobei ein mittiger, dem Substrat gegenüberliegender Teil des Targets aus einem reaktiveren Material gebildet ist als der diesen mittigen Teil umschließ­ ende oder einrahmende Teil, wobei zwischen dem Substrat einerseits und dem mehrteiligen Target andererseits eine Blende vorgesehen ist, mit einer zentralen Öffnung, die etwa die Konfiguration des mittleren Targetteils aufweist, und wobei ein Reaktivgaseinlaß und ein Prozeßgaseinlaß oder ein gemeinsamer Einlaß für beide Gase vorgesehen sind und das Magnetfeld der Kathode so ausgebildet ist, daß während des Beschichtungsvorgangs gleichzeitig oder periodisch ein Sputtern des reaktiveren Target­ materials bewirkt wird, oder daß
2. das zu zerstäubende Target mehrteilig ist, wobei ein radial außenliegender, dem Substrat gegenüberliegen­ der Teil des Targets aus einem reaktiveren Material gebildet ist als der von diesem äußeren Teil um­ schlossener oder eingerahmter Teil, wobei zwischen dem Substrat einerseits und dem mehrteiligen Target andererseits eine Blende vorgesehen ist, die etwa die Konfiguration des mittleren Targetteils auf­ weist, und wobei ein Reaktivgaseinlaß und ein Pro­ zeßgaseinlaß oder ein gemeinsamer Einlaß für beide Gase vorgesehen ist und das Magnetfeld der Kathode so ausgebildet ist, daß während des Beschichtungs­ vorgangs ein Sputtern des reaktiveren Targetmate­ rials im oxidischen und des weniger reaktiven Targetmaterials im metallischen Mode bewirkt wird nach Patent ............... (Patentanmeldung P 40 25 231.0).
Bei bekannten Verfahren zum Beschichten von Substraten mit Hilfe von Kathodenzerstäubung und Materialien mit einer hohen Affinität zum Reaktivgas besteht das Problem, daß neben dem Substrat selbst auch Teile der Vorrichtung, wie die Innenwand der Prozeßkammer oder Teile von Blen­ den, mit elektrisch nicht oder schlecht leitenden Mate­ rialien beschichtet werden, was die häufige Änderung der Prozeßparameter während eines einzigen Beschichtungspro­ zesses oder auch eine häufige Unterbrechung des Prozesses und auch eine häufige Reinigung oder einen Austausch von Teilen der Vorrichtung erforderlich macht.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sputtern von Materialien mit hoher Affinität zu einem Reaktivgas zu schaffen - wie bereits im Hauptpatent ............. (Patentanmeldung P 40 25 231.0) beschrieben -, das einen gleichmäßigen bzw. stabilen Prozeß ermöglicht und eine Reinigung der Teile der Vorrichtung überflüssig macht, ohne daß herkömmliche bzw. bereits vorhandene Vorrichtun­ gen oder Anlagen hierfür ungeeignet sind bzw. ohne daß an diesen wesentliche oder kostspielige Umbauten oder Änderungen vorgenommen werden müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß z. B. das mehrteilige Target aus einem hohlzylindrischen mittleren Teil aus einem Material mit hoher Affinität zum Reaktivgas, beispielsweise Si, und aus zwei hohlzylindri­ schen äußeren Teilen besteht, die sich in axialer Rich­ tung jeweils außen an den Stirnseiten des Mittelteils anschließen und welche aus einem Material geringer Affi­ nität zum Reaktivgas, beispielsweise Sn, bestehen.
Eine weitere Lösungsmöglichkeit speziell zur Herstellung von Schichten aus hochreinen Materialien ist, anstelle der Verwendung von Targets aus zwei unterschiedlichen Ausgangsmaterialien ein Target aus einem Material, aber mit Zonen unterschiedlicher Sputterleistungsdichte zu verwenden, wobei einerseits
  • a) in einer Zone höherer Leistungsdichte eine Anode angeordnet ist, die unterhalb und parallel zur Achsrichtung der Rohrkathode verläuft und deren Grundfläche kleiner als die Projektionsfläche des zylindrischen Targets ausgeformt ist, die mit Tar­ getmaterial unter oxidischem Mode beschichtbar ist, und andererseits
  • b) in einer Zone niedriger Leistungsdichte (elektrisch leitend) eine Oxidschicht aus Targetmaterial, vor­ zugsweise auf dem zu beschichtenden Substrat, kon­ densierbar ist.
Des weiteren ist auch folgende Lösung denkbar, daß zum Beispiel ein Flachtarget stellenweise aus einem Werkstoff gebildet ist, welcher gegenüber demjenigen, aus dem das Target im übrigen besteht, eine geringere Affinität zu Sauerstoff aufweist, und diese Stellen um einen Haupt­ sputtergraben herum angeordnet sind, wobei eine Blenden­ anordnung so gestaltet ist, daß das Material geringerer Affinität zum Sauerstoff, z. B. Sn, überwiegend auf die­ ser Blende im metallischen Mode niedergeschlagen wird und das übrige Material, z. B. Si, durch die Blendenöffnung auf das Substrat als Oxid, z. B. SiO2, aufgebracht wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Patentan­ sprüchen näher gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrich­ tungen zur Modifizierung von Schichteigenschaften dünner Schichten, die oxidisch oder metallisch sein können.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög­ lichkeiten zu; einige davon sind in den anhängenden Zeichnungen schematisch näher dargestellt, die Vorrich­ tungen zum reaktiven Beschichten von Substraten zeigen, und zwar:
Fig. 1 eine Sputteranlage mit einer Magnetron-Sputter­ kathode im Schnitt,
Fig. 2 ein Rundtarget, bestehend aus zwei verschiede­ nen Metallen in perspektivischer Sicht,
Fig. 3 eine Magnetanordnung für eine Rohrkathode im Schnitt,
Fig. 4 eine Rohrkathode gemäß Fig. 3 in perspektivi­ scher Sicht,
Fig. 5 eine Magnetanordnung im Schnitt für Nebengraben,
Fig. 6 eine Kathode mit einem Haupt- und mehreren Nebengräben nach Fig. 5 in der Draufsicht und
Fig. 7 eine Sputterkathodenanordnung mit verschieb­ baren Magneten im Schnitt.
In Fig. 1 ist ein Substrat 1 dargestellt, das mit einer dünnen Schicht 2 aus einem Oxid (z. B. Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid) versehen werden soll. Diesem Substrat 1 liegt ein mehrteiliges Target 3 gegenüber, das zu zer­ stäuben ist. Das Target 3 steht über eine Platte 4 mit einer Elektrode 5 in Verbindung, die auf einem Joch 6 ruht, welches zwischen sich und dem Element 4 fünf Mag­ nete 7, 8, 9, 30, 31 einschließt.
Die auf das Target 3 gerichteten Polaritäten der Pole der fünf Magnete wechseln sich ab, so daß jeweils die Südpole der beiden äußeren Magnete 30, 31 mit den Nordpolen der innenliegenden Magnete 7, 9 etwa kreisbogenförmige Mag­ netfelder durch das Target 3 bewirken.
Diese Magnetfelder verdichten das Plasma vor dem Target 3, so daß sie dort, wo die Magnetfelder das Maximum ihrer Kreisbögen besitzen, ihre größte Dichte haben. Die Ionen im Plasma werden durch ein elektrisches Feld beschleu­ nigt, das sich aufgrund einer Gleichspannung aufbaut, die von einer Gleichstromquelle 10 angegeben wird. Diese Gleichstromquelle 10 ist mit ihrem negativen Pol mit der Elektrode 5 verbunden. Das elektrische Feld steht senk­ recht auf der Oberfläche des Targets 3 und beschleunigt die positiven Ionen des Plasmas in Richtung auf dieses Target 3. Hierdurch werden mehr oder weniger viele Atome und Partikel aus dem Target 3 herausgeschlagen, und zwar insbesondere aus den Gebieten 13, 14, 32 und 33. Die zer­ stäubten Atome oder Partikel wandern vorwiegend in Rich­ tung auf das Substrat 1 zu, wo sie sich als dünne Schicht 2 niederschlagen.
Das Target 3 besteht aus einem mittleren Teil 3a aus einem Material hoher Affinität zum Reaktivgas, bei­ spielsweise Si, und einem rahmenförmigen Teil 3b aus einem Material geringer Affinität zum Reaktivgas, bei­ spielsweise Sn.
Während des Sputterprozesses tragen diese Konfiguration und Werkstoffauswahl und entsprechende Magnetfelder und ein abgestimmtes Verhältnis von Sauerstoff zu Argon dafür Sorge, daß sich an der Blende 24 vorwiegend das Sn als elektrisch leitender Werkstoff niederschlägt, während sich die Schicht 2 auf dem Substrat 1 überwiegend aus reinem SiO2 (Siliziumdioxid) aufbaut.
Für die Steuerung der dargestellten Anordnung kann ein Prozeßrechner vorgesehen werden, der Meßdaten verarbeitet und Steuerungsbefehle abgibt. Diesem Prozeßrechner können beispielsweise die Werte des gemessenen Partialdrucks in der Prozeßkammer 15, 15a zugeführt werden. Aufgrund die­ ser und anderer Daten kann er zum Beispiel den Gasfluß aus den Behältern 16, 17 über die Ventile 18, 19 regeln und die Spannung an der Kathode 5 einstellen. Der Prozeß­ rechner ist auch in der Lage, alle anderen Variablen, z. B. Kathodenstrom, zu regeln. Da derartige Prozeß­ rechner bekannt sind, wird auf eine Beschreibung ihres Aufbaus verzichtet.
Die bei der beschriebenen Vorrichtung während des Be­ schichtungsvorgangs auf der Umgebung der Kathode - ins­ besondere der Innenseite der Blende 24 - aufgebrachte, vorwiegend metallische (und damit elektrisch leitende) Schicht trägt dafür Sorge, daß sämtliche Ladungsträger aus der Vakuum- bzw. Sputterkammer 25 abgeführt werden, wodurch dann ein stabiler Sputterprozeß bewirkt wird.
Fig. 2 zeigt ein Rundtarget 35, das eine spezielle Aus­ führungsform des in Fig. 1 schematisch gezeigten mehr­ teiligen Targets 3 darstellt. Das Target 35 besteht aus einem hohlzylindrischen Targetkörper, der in drei Berei­ che aufgeteilt ist; einen mittleren Teil 35a aus einem Material hoher Affinität zum Reaktivgas, beispielsweise Si, und zwei Teilen 35b, die sich in axialer Richtung jeweils an den Stirnseiten des Mittelteils 35a anschlie­ ßen und die aus einem Material geringer Affinität zum Reaktivgas, beispielsweise Sn, bestehen.
Durch Reaktion des Materials aus dem Mittelteil 35a mit dem Reaktivgas (beispielsweise O2) entsteht in der Haupt­ sputterzone, welche in ihrer Erstreckung dem Mittelteil 35a entspricht, ein Reaktionsprodukt, beispielsweise SiO2. Wählt man nun das Material für die beiden Teile 35b so viel "edler", beispielsweise Sn, so daß bei der Menge Reaktivgas, die gerade ausreicht für die Reaktion des Materials aus dem Mittelteil 35a, beispielsweise Si mit dem Reaktivgas, so findet zwischen dem Material der beiden äußeren Bereiche 35b und dem Reaktivgas keine Reaktion mehr statt. Das heißt, daß die Umgebung der Endzonen 35a und 35b der Targets 35 leitfähig bleibt.
In Fig. 3 ist eine hohlzylindrische, um ihre Längsachse drehbare Rohrkathode 36 im Schnitt gezeigt, die einer­ seits an eine Spannungsversorgung 37 angeschlossen ist und die andererseits auf ihrer Innenseite eine kreis­ bogenförmige, stationäre Anordnung von Magnetpaaren 38 aufweist. Die Kathode 36 ist über ihre gesamte Außen­ fläche mit einem zu sputternden Targetmaterial 38, bei­ spielsweise Si, versehen. Durch auf dem Target 39 sich lokal unterschiedlich einstellende elektrische Leistungs­ dichten wird bei gleichem Targetmaterial 39 und Reaktiv­ gas auch örtlich differenziert, beispielsweise SiO2 und Si, abgeschieden; Si wird vorzugsweise auf einer fest installierten Fläche, die als permanent leitfähige Anode 40 dient, abgeschieden, während SiO2 vorzugsweise auf einem zu beschichtenden Substrat 41 kondensiert.
Fig. 4 zeigt die rotierenden Rohrkathode 36 aus Blick­ richtung der Anode 40 nach Fig. 3 in perspektivischer Sicht. Die beiden Sputtergräben 42 und 43, in Form von sogenannten "Racetracks", weisen gekoppelte magnetische Tunnels auf, die auf der jeweils mittleren Bahn (siehe Elektronenlaufrichtung E) im Gleichgewicht sind. Hier stellt sich auch die höhere Leistungsdichte ein.
Eine Magnetanordnung für einen Nebensputtergraben gemäß Fig. 5 besteht aus einem scheibenförmigen Teil eines Targets 49 mit einer auf der Unterseite zentrisch ange­ ordneten Bohrung, die zur Aufnahme eines zylindrischen Magneten 45 dient. Auf das aus der Targetscheibe 44 her­ vorragende Ende des Magneten 45 ist ein scheibenförmiges Joch 46 aufgebracht, von dem aus sich die Magnetfeld­ linien 47 zum Nordpol des Magneten 45 erstrecken.
Eine parallelepipede Kathode 48, wie sie Fig. 6 zeigt, besteht aus einem Targetmaterial 48, in dem sich der "Racetrack"-Hauptgraben 50 bildet, und aus einer Vielzahl kleinerer Bereiche aus einem zweiten Material, in dem sich die Nebengräben 51, 51′, .. bilden, wie sie auch bereits in Fig. 5 gezeigt sind. Diese sind um den Haupt­ graben 50 herum in die Oberfläche des Targets 49 einge­ lassen, wobei die Targetbereiche 44 aus einem "edleren" Material hergestellt werden als das Target 48.
In Fig. 7 ist ein planares Target 52 gezeigt, das aus einem einheitlichen Material besteht und auf deren dem Substrat abgewandten Seite Magnete 53a, 53b vorgesehen sind, die in die Positionen 53a, 53b verschiebbar ange­ ordnet sind. Zwischen dem Target 52 und dem Substrat 57a sind die als Anoden wirkenden Blenden 54a und 54b so angeordnet, daß sie den mittleren Bereich zwischen dem Target 52 und dem Substrat 57a frei lassen. Auf der den Magneten 53a, 53b gegenüberliegenden Seite des Targets 52 stellen sich unter Betriebsbedingungen die Sputtergräben 55a und 55b ein, und durch Zusatz eines Reaktivgases wird das Sputterprodukt durchoxidiert und schlägt sich als Schicht 57 auf einem unterhalb der Blendenöffnung 56 befindlichen Substrat 57a nieder.
Bei einer getakteten Betriebsweise, d. h. die Magnete 53a, 53b werden auf dem Target 52 nach außen in die Posi­ tionen 53a, 53b gegenüber des zur Haupterstreckungsrich­ tung des Targets 52 parallelen Teils der Blenden 54a und 54b verschoben, stellen sich weitere Sputtergräben 58a und 58b ein. Durch Erhöhung der elektrischen Sputterlei­ stung oder Reduzierung der zugeführten Reaktivgasmenge oder durch gleichzeitige Anwendung beider Maßnahmen stellt sich ein metallisches Sputterprodukt ein, das sich nun als Schicht 54c auf den Innenseiten der umliegenden Blenden 54a und 54b niederschlägt und deren Funktion als elektrisch leitende Anoden sicherstellt.
Die Verwendung der verschiebbaren Permanentmagnete 53a, 53b kann teilweise oder vollständig durch regelbare Elek­ tromagnete oder durch regelbare Spulen ersetzt werden, was die praktische Anwendung erheblich vereinfacht.
Bezugszeichenliste
 1 Substrat
 2 Schicht
 3, 3a, 3b Target
 4 Platte, Kupferplatte
 5 Elektrode
 6 Joch
 7 Magnet
 8 Magnet
 9 Magnet
10 Gleichstromquelle
11 Induktivität
12 Induktivität
13 Sputtergraben (Gebiet)
14 Sputtergraben (Gebiet)
15, 15a Beschichtungskammer, Rezipient
16 Gasbehälter
17 Gasbehälter
18 Ventil
19 Ventil
20 Einlaßstutzen, Argoneinlaß
21 Einlaßstutzen, Reaktivgaseinlaß
22 Gaszuführungsleitung
23 Gaszuführungsleitung
24, 24a Blende, Öffnung
25 Behälter, Vakuumkammer
26 Blende
27 elektrischer Anschluß (Masseleitung)
28 elektrischer Anschluß
29 Kondensator
30 Magnet
31 Magnet
32 Sputtergraben
33 Sputtergraben
34 Kondensator
35, 35a, 35b Rundtarget
36 Rohrkathode
37 Spannungsversorgung
38 Magnet
39 Target
40 Anode
41 Substrat
42 Sputtergraben
43 Sputtergraben
44 Target
45 Magnet
46 Joch
47 Magnetfeldlinien
48 Kathode
49 Target
50 Hauptsputtergraben
51, 51′ Nebensputtergraben
52 Target
53a, 53′a, 53b, 53′b Magnet
54a, 54b Blende, Anode
54c Schicht
55a, 55b Sputtergraben
56 Blendenöffnung
57, 57a Schicht, Substrat
58a, 58b Sputtergraben
E Elektronenlaufrichtung

Claims (5)

1. Verfahren und Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrats (1, 41, 57a), beispielsweise mit Siliziumdioxid (SiO2), bestehend aus einer Strom­ quelle (10, 37), welche mit einer in einer evakuier­ baren Beschichtungskammer (15, 15a) angeordneten, Magnete (7, 8, 9, 30, 31, 38, 45, 53a, 53b) ein­ schließende Kathode (5, 36, 48) verbunden ist, die elektrisch mit einem Target (3, 35, 39, 44, 49, 52) zusammenwirkt, das zerstäubt wird und dessen zer­ stäubte Teilchen sich auf dem Substrat (1, 41, 57a) niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer (15, 15a) ein Prozeßgas und ein Reaktivgas, z. B. Argon und Sauerstoff, einbringbar sind und das zu zerstäubende Target (3, 35, 39, 44, 49, 52) mehrtei­ lig ist, wobei ein mittiger, dem Substrat (1, 41, 57a) gegenüberliegender Teil (3a, 35a) des Tar­ gets (3, 35, 39, 44, 49, 52) aus einem reaktiveren Material gebildet ist als der diesen mittigen Teil (3a, 35a) umschließende oder einrahmende Teil (3b, 35b), wobei zwischen dem Substrat (1, 41, 57a) einerseits und dem mehrteiligen Target (3, 35) andererseits eine Blende (24, 54) vorgesehen ist, mit einer zentralen Öffnung (24a, 56), die etwa die Konfiguration des mittleren Targetteils (3a, 35a) aufweist und wobei ein Reaktivgaseinlaß (21) und ein Prozeßgaseinlaß (20) oder ein gemeinsamer Einlaß für beide Gase vorgesehen sind und das Magnetfeld der Kathode (5, 36, 48) so ausgebildet ist, daß während des Beschichtungsvorgangs gleichzeitig ein Sputtern des reaktiveren Targetmaterials (3a, 35a) und des weniger reaktiven Targetmaterials (3b, 35b) bewirkt wird nach Patent ............... (P 40 25 231.0), dadurch gekennzeichnet, daß das mehrteilige Target (35) aus einem hohlzylindrischen mittleren Teil (35a) aus einem Material mit hoher Affinität zum Reaktivgas, beispielsweise Si, und aus zwei hohl­ zylindrischen äußeren Teilen (35b) besteht, die sich in axialer Richtung jeweils außen an den Stirnseiten des Mittelteils (35a) anschließen und welche aus einem Material geringer Affinität zum Reaktivgas, beispielsweise Sn, bestehen.
2. Verfahren und Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrats (1, 41, 57a), beispielsweise mit Siliziumdioxid (SiO2), bestehend aus einer Strom­ quelle (10, 37), welche mit einer in einer evakuier­ baren Beschichtungskammer angeordneten, Magnete (38) einschließende Rohrkathode (36) verbunden ist, die elektrisch mit einem Target (39) zusammenwirkt, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat (41) niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer ein Prozeßgas und ein Reaktiv­ gas, z. B. Argon und Sauerstoff, einbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrkathode (36) auf ihrer dem zu beschichtenden Substrat (41) zugewand­ ten, radial außenliegenden Mantelfläche Zonen unter­ schiedlicher Leistungsdichte aufweist, wobei in einer Zone höherer Leistungsdichte eine Anode (40), die unterhalb und parallel zur Achsrichtung der Rohrkathode (36) angeordnet und deren Grundfläche kleiner als die Projektionsfläche des zylindrischen Targets ausgeformt sowie mit Targetmaterial im metallischen Mode (elektrisch leitend) beschichtbar ist und in einer Zone niedriger Leistungsdichte eine Schicht aus oxidischem Targetmaterial, vorzugsweise auf dem zu beschichtenden Substrat (41), kondensier­ bar ist.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Planarkathode auf ihrer dem zu beschichtenden Substrat (41) zugewandten Außen­ fläche Zonen unterschiedlicher Sputterleistungsdich­ te aufweist, wobei in der Zone höherer Leistungs­ dichte eine Anode (40), die unterhalb und parallel zur Planarkathode angeordnet und mit Targetmaterial im metallischen Mode (elektrisch leitend) beschicht­ bar ist und in einer Zone niedriger Leistungsdichte eine Schicht aus oxidischem Targetmaterial, vorzugs­ weise auf dem zu beschichtenden Substrat (41), kondensierbar ist.
4. Verfahren und Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrats (1, 41, 57a), beispielsweise mit Siliziumdioxid (SiO2), bestehend aus einer Strom­ quelle (10, 37), welche mit einer in einer evakuier­ baren Beschichtungskammer (15) angeordneten, Magnete einschließende Kathode (5, 36, 48) verbunden ist, die elektrisch mit einem Target (3, 35, 39, 44, 49, 52) zusammenwirkt, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf einem Substrat (1, 41, 57a) niederschlagen, wobei in die Beschichtungs­ kammer (15) ein Prozeßgas und ein Reaktivgas, z. B. Argon und Sauerstoff, einbringbar sind, gekennzeich­ net durch ein Flachtarget (49), das stellenweise aus einem Werkstoff gebildet ist, welcher gegenüber demjenigen, aus dem das Target im übrigen besteht, eine geringere Affinität zu Sauerstoff aufweist und diese Stellen (44) um einen Hauptsputtergraben (50) herum angeordnet sind, wobei eine Blendenanordnung so gestaltet ist, daß das Material geringerer Affi­ nität zum Sauerstoff, z. B. Sn, überwiegend auf die­ ser Blende im metallischen Mode (elektrisch leitend) aufbringbar und das übrige Material, z. B. Si, durch die Blendenöffnung auf das Substrat als Oxid, z. B. SiO2, aufbringbar ist.
5. Verfahren und Vorrichtung zum reaktiven Beschichten eines Substrats (1, 41, 57a), beispielsweise mit Siliziumdioxid (SiO2), bestehend aus einer Strom­ quelle (10, 37), welche mit einer in einer evakuier­ baren Beschichtungskammer (15) angeordneten, ver­ schiebbare Magnete (53a, 53b) einschließende Kathode verbunden ist, die elektrisch mit einem Target (52) zusammenwirkt, das zerstäubt wird und dessen zer­ stäubte Teilchen sich auf dem Substrat (1, 41, 57a) niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer (15) ein Prozeßgas und ein Reaktivgas, z. B. Argon und Sauerstoff, einbringbar sind, und daß die Magne­ te (53a, 53b) auf der dem Substrat (57a) abgewandten Seite des Targets (52) verschiebbar angeordnet sind, und daß bei einer getakteten Betriebsweise gesput­ tert wird, wobei die Magnete (53a, 53b) zyklisch verschiebbar sind von einem zentralen Bereich (53a, 53b) zu einem Randbereich (53′a, 53′b), dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung der Magnete (53a, 53b) in einem zentralen Bereich ein oxidisches Sputterprodukt als Schicht (57) auf dem Substrat (57a) kondensierbar ist in einem Bereich, der von einer Blendenöffnung (56) bestimmt ist, die sich in einer Ebene erstreckt, die zwischen dem Target (52) und dem Substrat (57a) und parallel zu beiden ver­ läuft, und daß bei einer Anordnung der Magnete (53′a, 53′b) in einem Randbereich durch zusätzliche Erhöhung der Sputterleistung oder Reduzierung der zugeführten Reaktivgasmenge oder durch beide Maßnah­ men gleichzeitig ein metallisches Sputterprodukt als Schicht (54c) auf den dem Target (52) zugewandten Innenseiten der Blenden (54a und 54b) kondensierbar ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0674337A1 (de) * 1994-03-23 1995-09-27 The Boc Group, Inc. Magnetron-Zerstäubungs-Verfahren und -Gerät
EP0924744A1 (de) * 1997-10-30 1999-06-23 Leybold Systems GmbH Sputterkathode

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
61-24371 A., C-411, March 19,1987, Vol.11, No. 89 *
Patents Abstracts of Japan: 1-255668 A., C-673, Jan. 10,1990, Vol.14, No. 7 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0674337A1 (de) * 1994-03-23 1995-09-27 The Boc Group, Inc. Magnetron-Zerstäubungs-Verfahren und -Gerät
US5616225A (en) * 1994-03-23 1997-04-01 The Boc Group, Inc. Use of multiple anodes in a magnetron for improving the uniformity of its plasma
EP0924744A1 (de) * 1997-10-30 1999-06-23 Leybold Systems GmbH Sputterkathode

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