DE69928790T2

DE69928790T2 - Mittel zur kontrolle der targetabtragung und der zerstäubung in einem magnetron

Info

Publication number: DE69928790T2
Application number: DE69928790T
Authority: DE
Inventors: Wilmert De Bosscher; Hugo Lievens
Original assignee: Bekaert Advanced Coatings NV
Current assignee: Soleras Advanced Coatings BV
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: CN1297575A; CN1196169C; CA2327741C; US6375814B1; EP1072055B1; CA2327741A1; ES2257047T3; DE69928790D1; KR100570334B1; WO1999054911A1; EP1072055A1; JP2002512311A; KR20010071129A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes rotierendes Kathodenmagnetron, welches zum Sputtern oder reaktiven Sputtern von Materialien aus einem röhrenartigen Kathodentarget auf ein stationäres oder sich bewegendes Substrat geeignet ist. Die Magnetanordnung des erfindungsgemäßen Magnetrons ist in der Weise angeordnet, dass lokale Variationen in der Plasmarennstrecke generiert werden, welche neue Vorteile für das Sputterverfahren schaffen. Zusätzlich ist die neuartige Magnetanordnung insbesondere für gekrümmte Anordnungen geeignet.
Technischer Hintergrund
In einem gewöhnlichen, nicht-reaktiven metallischen Sputtermodus ist ein Sputtern mit planaren Magnetrons bekannt. Die wichtigste Misslichkeit ist die Bildung eines Erosionsgrabens in dem Targetmaterial, wobei dieser Graben und das ihn generierende Plasma häufig als "Rennstrecke" bezeichnet werden. Das nicht-uniforme Erosionsprofil ist inhärent mit der Magnetkonfiguration unterhalb des Targets verbunden. Konsequenterweise muss das Target versetzt werden, bevor die Erosionsgrabentiefe an einem Punkt der Targetdicke entspricht. Typischerweise werden nur 30% des Targetmaterials aufgebraucht, bevor das Target ausgewechselt werden muss, was dies zu einem sehr teuren Verfahren aufgrund der Betriebskosten, der Ausfallzeiten als auch der Aufwendungen für das Targetmaterial macht.
Während eines reaktiven Sputterns (d.h. das Plasma beinhaltet ein oder mehrere Gase, welche mit dem Targetmaterial reagieren) unter Verwendung von planaren Magnetrons treten zusätzliche Probleme einer Lichtbogenbildung und Plasma-Instabilitäten auf. Diese beiden Probleme wurden durch Einführen eines zylindrischen rotierenden Targetmagnetrons überwunden. Erstens wird mit rotierenden Targetmagnetrons kein Rennstrecken-Erosionsprofil (korrespondierend zu der Magnetkonfiguration) gebildet, und der Materialverbrauch des Targets kann bis zu 80% sein. Zweitens treten aufgrund der Natur der rotierenden Kathode weniger Probleme und ein stabileres Verfahren während einer reaktiven Sputterabscheidung auf. Trotzdem werden große Mengen des Materials auf Abschirmungen abgeschieden, welche körperbehaftet zwischen dem Target und dem Substrat angeordnet sind, um eine Abscheidung des Targetmaterials an den Orten zu vermeiden, wo sie nicht erwünscht ist. Daher werden eine regelmäßige Säuberung und aufwändige Schutzmaßnahmen (z.B. eine Wasserkühlung) an diesen Abschirmungen vorgesehen, um das Risiko eines Abblätterns zu vermeiden. Abblätterungen des Materials von den Schildern können die gesputterte Oberfläche kontaminieren.
Beschichtungen eines großen Substrates in uniformer Weise während eines einzigen Durchgangs (d.h. typische Bedingung beim Glas- oder Gewebebeschickten) ist eines der am meisten kritischen Verfahren. Eine Kontrolle kann durch Platzieren zusätzlicher keilförmiger Abschirmungen (Einführen einer anderen Quelle einer kontaminierenden Partikelgenerierung) oder durch Ändern der Stärke der Magnetfeldlinien erreicht werden (wobei Magnete mit verschiedenen Magnetisierungen oder unterschiedlichen Abständen zu dem Target verwendet werden). Die letztere Lösung kann eine nicht-uniforme Abnützung und/oder Verbrauch des Targetmaterials einführen.
Zylindrische Magnetrons haben andere Nachteile, welche typisch für ihre Geometrie sind. Die Magnete werden auf einem statischen Gestänge angeordnet, welches innerhalb der rotierenden zylindrischen Targetröhre angeordnet ist. Die Breite der Magnetkonfiguration wird klein gehalten, was bedeutet, dass die Kurven an dem Ende recht scharf sind. Eine bekannte Magnetanordnung erlaubt keine optimale Konfiguration der Magnete an einer Endkurve, was zu einem reduzierten Plasmaeinschluss und einem erhöhten Elektronenverlust an beiden Enden des Targets führt. Vorzugsweise müssen die Magnete so nah wie möglich an der Targetröhre sein, um die höchste magnetische Feldstärke an der Oberfläche der Kathode zu erzeugen. Zusätzlich wird an beiden Enden der Targetröhre, wo die Magneten (und die Rennstrecke) eine U-förmige Krümmung formen, mehr Targetmaterial entfernt. Die Spitze der "U"-förmigen Krümmung stellt eine Länge der Plasmarennstrecke dar, welche an derselben longitudinalen Position verbleibt, wenn das Target rotiert. Dies hinterlässt einen kreisförmigen Graben um die Targetröhren an beiden Enden. Möglicherweise wird die Lebensdauer des Targets durch die Tiefe dieses Grabens limitiert, da es höchst unerwünscht ist, das darunter liegende Material der Röhre auf das Substrat abzuscheiden.
Rotierende Kathoden-Sputtermagnetrons mit einer stationären internen Magnetanordnung sind z.B. aus der US 4,422,916 , der US 5,364,518 oder der WO 96/21750 bekannt. Insbesondere die US 3, 564, 518 und die WO 96/21750 schlagen Magnetanordnungen vor, welche eine längliche Plasma-"Rennstrecke" oberhalb des Targets erzeugen, welche eine Form aufweist, welche ein beabstandetes, abgesondertes Paar von parallelen geraden Längen aufweist, welche an jedem Ende durch Endteile oder "U"-förmige Kurven abgeschlossen sind. Das US-Patent US 5,364,518 schlägt ein Steuern einer Targeterosion an den Endteilen mittels eines Aufweitens der Spur der Rennstrecke an den Endpositionen vor. Wie in der WO 96/21750 erklärt, hat das Verfahren laut der US 5,364,518 den Nachteil, dass die breitere Spur der Rennstrecke in den Endteilen zu einer Instabilität des Plasmas aufgrund der reduzierten Feldstärke und des resultierenden Elektronenverlustes führen kann, welche durch die breiteren Abstände der Magnete verursacht wird. Stattdessen schlägt die WO 97/21750 vor, die Endstücke der Rennstrecke "spitz" auszubilden, d.h. die Endteile in einem spitzen Winkel zu verlängern, z.B. dreieckförmig, oder sie in einer semi-elliptischen oder parabolischen Form zu bilden. Der Nachteil, die Endteile spitz zu machen, insbesondere einer dreieckförmigen Form, ist, dass der Radius an der Spitze sehr klein ist. Dies führt zu einem hohen Verlust an Elektronen, da diese versuchen, diese enge Kurve zu navigieren. Um einen reduzierten Elektronenverlust zu erreichen, kann in Betracht gezogen werden, das magnetische Feld an dieser Position zu erhöhen, um die Elektronen stärker an die Spur zu binden. Jedoch erhöht ein Erhöhen des Magnetfeldes die Plasmadichte und daher die Targeterosion. Ferner, obwohl die WO 97/21750 durchdachte geometrische Formen für die Endteile der Rennstrecke vorschlägt, z.B. parabolisch oder semi-elliptisch, ist das einzige offenbarte Verfahren zum Erzeugen solch verbesserter Spurgeometrien die Verwendung von diskreten Magnetabschnitten, die so genannte "konzentrierte (lumped)" Magnetmethode. Es ist nicht möglich, die Rennstrecke genau zu einer durchdachten Geometrie, wie z.B. einer Parabel, mittels konzentrierten Magneten zu schneiden – die Stufen zwischen den Magneten generieren eine zinnenartige Erscheinung, welche eine geringe Ähnlichkeit zu einer sanften Kurve hervorbringt (siehe 3 in dem Nachfolgenden).
Die US 5,645,699 beschreibt die Verwendung von Anoden, um den Einfluss der Abscheidungsrate auf das Substrat während eines reaktiven Sputterns zu beeinflussen. Diese bekannte Methode geht von der Annahme aus, dass ein Verlust von Elektronen an den Kurven an den Enden der Rennstrecke unvermeidlich ist.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Sputtermagnetron und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen, welche eine verbesserte Steuerung der Sputter-Leistungsfähigkeit schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sputtermagnetron und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen, welche eine verbesserte Uniformität der Erosion der Enden des Targets schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sputtermagnetron und ein Verfahren zum Betreiben desselben bereitzustellen, welche eine verbesserte Uniformität der Abscheidung auf dem Substrat schaffen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sputtermagnetron und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen, welche eine Plasmarennstrecke mit einem reduzierten Verlust der Elektronen an dessen Endteilen schaffen.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sputtermagnetron und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen, welche eine verbesserte Targetverwendung schaffen, wobei neue und nützliche Wege zum Abwandeln der Beschichtung ermöglicht werden, welche auf das Substrat gesputtert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Sputtermagnetron gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Anspruch 1 festgelegt.
Die vorliegende Erfindung kann den Vorteil schaffen, dass die Benötigung für Abschirmungen wesentlich reduziert werden kann. Konsequenterweise können die Kosten und zeitaufwändige Unterhaltung dieser Abschirmungen verringert werden, während ihr nachteiliger Effekt auf das Verfahren und die Produktqualität verringert werden kann. Diese Eigenschaft kann durch Reduzieren der unerwünschten Abscheidung von Material in dem Bereich zwischen dem Target und dem Substrat erreicht werden. Obwohl immer noch überschüssiges Material in das Vakuumsystem eingebracht wird, kann es an nicht kritischen Orten aufgesammelt werden, z.B. an Abschirmungen zwischen dem Target und den Kammerwänden. Diese Abschirmungen haben keinen direkten Bezug zu dem Substrat und benötigen geringere Vorsichtsmaßnahmen, geringere Wartung und haben keinen Effekt auf das Verfahren und die Filmqualität.
Zusätzlich werden Abschirmungen nicht länger zum Steuern der Filmdicken-Gleichförmigkeit über (große) Substrate benötigt. Zusätzlich kann die bestehende Technologie eines Wechselns von Magnetstärken und Abständen, welche in einen nicht gleichmäßigen Verbrauch des Targetmaterials resultieren, überwunden werden. Eine genaue Steuerung der Sputtereffizienz in Richtung zu dem Substrat für jede gewünschte Position auf dem Substrat kann mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden, während eine gleichförmige Erosion der zylindrischen Targetröhre aufrechterhalten wird. Dies bedeutet, dass Standardröhren für jede mögliche Gleichförmigkeit des Erosionsprofils verwendet werden können.
Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Freiheit in der Konfiguration der Magnetanordnung. Die U-Kurven bzw. Kehrtwendungen an den Enden der Targetröhre, können frei festgelegt werden, wodurch eine bessere Steuerung des Magnetfeldes ermöglicht wird. Daher können Plasmakonfigurationen in den Kurven und den geraden Abschnitten erreicht werden, wobei der Verlust von Elektronen reduziert ist. Der Radius der U-Kurven kann sogar auf Werte variiert werden, welche größer als der Durchmesser der Targetröhre sind. Zusätzlich kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Richtung des Magnetfeldes nahe der Magnetanordnung senkrecht zu der Targetoberfläche angeordnet werden, welche die Erzeugung der größtmöglichen Magnetfeldstärke an der Targetoberfläche ermöglicht. In ähnlicher Weise kann die obere Oberfläche der Magnete in der Magnetanordnung parallel zu der Targetröhre angeordnet werden, welches die nähest mögliche Anordnung bezüglich des Targets ermöglicht, wodurch die größtmögliche Magneteffizienz gegeben ist.
Die zirkularen Erosionsgräben an dem Ende der Targetröhre (aufgrund der U-Kurven), welche von konventionellen Vorrichtungen bekannt ist, können reduziert und in manchen Fällen sogar eliminiert werden. Eine löffelartige oder elliptische (d.h. mehr als semi-elliptische) Form ist für die Rennstrecke in den Endabschnitten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Sogar alte und abgenutzte Targets, bei welchen der Graben so tief ist, dass das darunter liegende Material sichtbar wird, kann wieder verwendet werden, ohne das Risiko einer Abscheidung des falschen Materials auf dem Substrat.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann simultanes Metall- und reaktives Sputtern erreicht werden, wenn die Rennstrecke die Rückseite der Kathode kreuzend angeordnet ist.
Die Magnetanordnung kann einen ersten Abschnitt zum Erzeugen eines Magnetfeldes aufweisen, welches mit einer ersten magnetischen Polarität assoziiert ist; einen zweiten Abschnitt, welcher von dem ersten Abschnitt beabstandet ist und ein magnetisches Feld assoziiert mit einer zweiten magnetischen Polarität erzeugt, wobei die ersten und zweiten Abschnitte ein Magnetfeld definieren, welches zum Einschließen einer gekrümmten Rennstrecke geeignet ist, wobei einer der ersten und zweiten Abschnitte mindestens einen Magnet beinhaltet und der andere des ersten und zweiten Abschnittes durch ein weichmagnetisches Material abgeschlossen ist, welcher einen magnetischen Kreis mit dem Magneten bildet. Durch den Abschluss des zweiten Abschnittes ist ausgedrückt, dass der zweite Abschnitt den Magnetpol festlegt, welcher die Schnittstelle zwischen dem magnetischen und dem nichtmagnetischen Material ist, d.h. die Atmosphäre oberhalb der Magnetanordnung und dem Target.
Ein Sputtermagnetron gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenso in Anspruch 10 festgelegt.
Die abhängigen Ansprüche legen getrennte Ausführungsformen der Erfindung fest. Die vorliegende Erfindung, ihre Ausführungsformen und Vorteile werden nun mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines rotierenden Kathoden-Sputtermagnetrons in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
2a und 2b zeigen Details des Magnetrons aus 1.
3a bis 3c zeigen entsprechende schematische Seiten-, Aufsichts- und Endseitendarstellungen einer herkömmlichen Magnetanordnung.
4a bis 4c zeigen entsprechend schematische Seiten-, Aufsichts- und Endseitendarstellungen einer Magnetanordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5a bis 5c zeigen entsprechend schematisch Seiten-, Aufsichts- und Endseitendarstellungen einer Magnetanordnung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine idealisierte Rennstrecke in einer Endkurve in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A und 7B zeigen Graphen, welche Beziehungen zum Schaffen einer Erosionstiefe in den Endkurven eines Magnetrons in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung festlegen, welche weniger als 20% größer als die Erosionstiefe in dem parallelen zentralen Abschnitt ist.
Die 8A und 8B zeigen Graphen, welche Beziehungen zum Schaffen einer Erosionstiefe in den Endkurven eines Magnetrons in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung definieren, welche die gleiche wie die Erosionstiefe in dem parallelen Zentralabschnitt ist.
9A bis 9C zeigen schematisch eine Magnetanordnung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9D bis 9F zeigen die Abscheidungsprofile auf dem Substrat, welches mit der Anordnung erreicht ist, welche in den 9A bis 9C gezeigt ist.
10A zeigt eine weitere Rennstreckenform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
10B und 10C zeigen die gesputterte Materialeffizienz bzw. das Schichtdickenprofil, welches mit der Magnetanordnung von 10A erreicht wird.
11a bis 11c zeigen Darstellungen der Rennstreckenform, der gesputterten Effizienz und eines Schichtdickenprofils für eine herkömmliche Rennstrecke.
12A bis 12C zeigen ferner Magnetanordnungen in Übereinstimmung mit der Erfindung, welche softmagnetische Materialien aufweisen.
13 bis 15 zeigen besonders bevorzugte Magnetanordnungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der illustrativen Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf besondere Ausführungsformen und mit Bezug auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche beschränkt. Die beschriebenen Zeichnungen sind nur schematisch und nicht beschränkend.
Die 1, 2a und 2b sind schematische Ansichten des Sputtermagnetrons 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine schematische Seitenansicht des Targets 4 innerhalb der Vakuumkammer 2, wobei 2a eine schematische Querschnittsansicht durch das Target 4 ist. Die 2b ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Targets 4 von 2a. Eine Vakuumkammer 2 beinhaltet vorzugsweise ein entfernbares, zylindrisches rotierendes Target 4. Das Target 4 kann durch jede geeignete Antriebseinrichtung angetrieben werden, z.B. durch einen elektrischen oder hydraulischen Motor o.Ä., welcher mit dem Target 4 durch eine Durchführung 6 verbunden ist. Das andere Ende des Targets 4 kann durch eine weitere Durchführung 8 getragen werden, durch welche eine kühlende Flüssigkeit für das Target 4 und eine elektrische Versorgung (nicht dargestellt) in die Kammer 2 gebracht werden kann. Das Target 4 kann eine Röhre sein, welche aus dem zu sputternden Material gebildet ist oder kann auf seiner äußeren Oberfläche eine separate Schicht 5 des zu sputternden Materials aufweisen. Das Target 4 wird im Allgemeinen auf einem negativen Potenzial durch eine Spannung gehalten, welche durch die Durchführung 8 bereitgestellt wird. Typische Targetmaterialien können in rein exemplarischer Weise Titan oder Silizium sein. Ein zu besputterndes Substrat 12 ist benachbart zu dem Target 4 angeordnet. Das Substrat 12 kann stationär sein oder kann ein endloses Blatt aus Material sein, welches an dem Target 4 vorbeigeführt wird, z.B. durch Rollen 11 angetrieben. Typische Substratmaterialien können in rein exemplarischer Weise Glasscheiben, Plastikgewebe oder Bleche sein. Die Vakuumkammer 2 kann ebenfalls eine Einrichtung 14 zum Einbringen eines inerten Gases, wie z.B. Argon, sowie eine Einrichtung 16 zum Einbringen weiterer reaktiver Gase, z.B. Stickstoff oder Sauerstoff, zum reaktiven Sputtern aufweisen. Ferner können dort mehr als ein Substrat 12 und mehr als ein Target 4 innerhalb der Kammer 2 sein.
Eine allgemein stationäre Magnetanordnung 20 ist innerhalb des zylindrischen Targets 4 angeordnet. Die Magnetanordnung 20 kann aus einer Ansammlung von individuellen Magneten 22, 24 gebildet sein, welche in einem gegebenen Muster angeordnet sind, oder kann in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Magnete, welche eine Polarität bilden, und ein speziell geformtes, weichmagnetisches Material, welches die andere Polarität bildet, beinhalten. Im Allgemeinen ist eine zentrale Reihe oder sind zentrale Reihen von Magneten 22, welche eine Polarität in Richtung der Targetschicht 5 aufweisen, z.B. Nordpole, durch eine geschlossene Schleife eines entweder weichmagnetischen Materials oder von Magneten 24 umgeben, welche die entgegengesetzte Polarität in Richtung des Targets 4 aufweisen, z.B. Südpole. Die Magnete 22, 24 können vorteilhafterweise auf einem weichmagnetischen Bildner 26 als Magnetanker angeordnet sein, wobei der Former 26 vorteilhafterweise röhrenartig oder ein Teil einer Röhre ist. Ferner können die Magnete 22, 24 vorzugsweise in einer Plastikröhre 21 eingesetzt sein, welche eine Oxidation der Magnete 22, 24 verhindert, und durch eine weitere Röhre 19 umgeben sein, um einen Kontakt mit einem kühlenden Fluid zu vermeiden.
In Betrieb generiert das intensive Magnetfeld 17, welches durch die Magnete 22, 24 knapp oberhalb des Targetmaterials 5 generiert wird, in Kombination mit dem kreuzenden elektrostatischen Feld zwischen dem Target 4 und dem Substrat 12 eine geschlossene Schleife eine Plasmaentladung, welche Material von der Oberfläche 5 des Targets 4 auf das Substrat 12 sputtert. Wärme, welche durch das Sputtern generiert wird, wird durch einen Kühlkreislauf entfernt, z.B. durch ein kühlendes Fluid, welches durch einen Raum 25 unterhalb der Targetschicht 5 zirkuliert und durch eine zentrale Röhre 23 bereitgestellt wird. Für herkömmliches Metallsputtern oder reaktives Sputtern wird vorzugsweise ein Vakuum von 10^–2 bis 10^–4 mbar in der Vakuumkammer 2 aufrechterhalten.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Magnetanordnung 20 eines Sputtermagnetrons 10 mit einem rotierenden zylindrischen Target 4 zum Erzeugen einer länglichen Plasmarennstrecke auf der Oberfläche des Targets 4 eingerichtet (siehe 11A), wobei die längliche Plasmarennstrecke im Wesentlichen parallele Strecken über einen wesentlichen Teil ihrer Länge aufweist und an jedem Ende durch Endabschnitte geschlossen ist, wobei der Streckenabstand der Rennstrecke lokal variiert wird, um ein wesentliches Sputtern auf ein Substrat zu bewirken.
Eine herkömmliche Magnetkonfiguration in einem rotierenden Magnetron ist in 3 zum Vergleich dargestellt, welches z.B. aus der WO 97/21750 bekannt ist. Die Zeichnung zeigt nur ein Ende der Targetröhre 4, das andere Ende hat eine ähnliche Anordnung. Die zentralen Magnete 22 (als Doppelstrich dargestellt) haben eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung bezüglich der umgebenden Magnete 24, 24', 24'' und 24'''. Die erhaltene Magnetfeldverteilung beinhaltet einen im Wesentlichen zentralen Abschnitt 28, und die Magnete 24', 24'', 24''', welche am nächsten zu dem Röhrenende sind, erzeugen die geschlossene Endschleife 29. Die 3b ist eine schematische Aufsicht auf die Magnetanordnung 20. Die Magnetanordnung 20 ist als kontinuierliche geradlinige Magnete 22 beinhaltend dargestellt, jedoch soll verstanden sein, dass die Magnetanordnung 20 aus einer Serie von individuellen Magnetblöcken gebildet sein kann, welche in einer Linie angeordnet sind, was als "gestückelte" Magnetanordnung bezeichnet werden kann. Die gestückelten Magnete 24', 24'', 24''' erzeugen ein Magnetfeld, welches eine Abfolge von Schritten beinhaltet, und nähert eine sanfte Kurve, wie z.B. eine Parabel oder Halbellipse, nur sehr schlecht an. Die 3A zeigt eine schematische longitudinale Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Magnetanordnung 20. Die äußere Schleife, welche durch die Magnete 24', 24'', 24''' gebildet wird, erscheint bezüglich der inneren Magnete 22 aufgrund der Krümmung des zylindrischen Trägers der Magnetanordnung 20 (nicht dargestellt) versetzt. Die 3C ist eine schematische Querschnittsendansicht durch die Targetröhre 4.
Beispiele der Magnetanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf 4 bis 11 beschrieben. In 4 und 5 ist der Durchmesser 34 der Endabschnitte 29 der Magnetanordnung 20 verglichen mit der Breite 33 des im Wesentlichen parallelen zentralen Teils 28 vergrößert. Dies kann verwendet werden, um die Erosion des Targets 4 in den Endbereichen zu steuern. In 9 wird der Abstand 35 der Magnetanordnung 20 in einem Abschnitt des parallelen zentralen Teils 29 erhöht. Dies ändert die Richtung des lokalen Sputterns, welches zum Erzeugen von speziellen Effekten verwendet werden kann, z.B. zum Reduzieren der Dicke der Beschichtung, welche auf das Substrat 12 gesputtert wird. In der 10 wurde der lokale Abstand der Endteile 29 der Magnetanordnung 20 lokal erhöht, um den Anteil des auf das Substrat 12 gesputterten Materials aus den entsprechenden Zonen des Targets 4 zu erhöhen.
In den 4a bis 4c ist nur ein Ende der Targetröhre 4 gezeigt, das andere Ende kann eine ähnliche oder unterschiedliche Anordnung aufweisen. Die 4 ist eine schematische idealisierte Darstellung einer Magnetanordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zentralen Magnete 22 (als Doppelbalken dargestellt) weisen entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen (z.B. Nordpol in Richtung des Targets) bezüglich der umgebenden Magnete 24 auf. Die erhaltene Magnetfeldverteilung beinhaltet einen im Wesentlichen parallelen zentralen Teil 28, und die Magnete am nächsten zu dem Röhrenende erzeugen die geschlossene Endschleife 29. Die 4B ist eine schematische Aufsicht der Magnetanordnung 20 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Magnetanordnung 20 ist als eine durchgehende Linie 22, 24 dargestellt, jedoch soll verstanden werden, dass die Magnetanordnung 20 aus einer Abfolge von individuellen Magnetblöcken gebildet sein kann oder ein speziell geformtes weichmagnetisches Material beinhalten kann, welches eine Polarität der beiden Polaritäten aufweist. Die 4A zeigt eine schematische longitudinale Querschnittsdarstellung der Magnetanordnung 20. Die Magnete 22, 24 der Magnetanordnung 20 sind nahe dem inneren Durchmesser der Magnetröhre angeordnet, welche durch 4 angegeben ist. Die Magnete 22, 24 können vorteilhafterweise auf einer weichmagnetischen Röhre 26 (am besten in 4c dargestellt) oder einem Teil einer Röhre befestigt sein, z.B. aus reinem Eisen oder Weichstahl. Die inneren Magnete 22 bilden eine Schleife 25 an dem Ende 29, welches einen größeren Durchmesser oder einen Durchmesser gleich zu der Breite der Doppelbalken in Richtung der Mitte des Targets 4 aufweisen können. Die Schleifen 25 können durch einen einzelnen Magneten an der gleichen Position (nicht dargestellt) ersetzt werden, welcher eine identische Form zu der Form der Schleife 25 aufweist. Die äußeren Magnete 24 bilden ebenso eine Schleife 27 an dem Ende eines parallelen zentralen Abschnitts 28. Die Schleife 27 kann einen Durchmesser 34 aufweisen, welcher größer oder gleich zu der Breite 33 des zentralen Abschnitts ist. Der Abstand zwischen den äußeren Magneten 24 und den inneren Magneten 22 in dem im Wesentlichen parallelen Bereich ist durch 31 angegeben. Der Abstand 32 der äußeren Schleife 27 und der inneren Schleife 25 der Magnete 24, 22 in dem Endschleifenbereich 29 kann gleich zu dem Abstand 31 oder verschieden sein, z.B. größer, und kann um den Schleifenbereich 29 variieren. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind der Abstand 32 und der Durchmesser 34 mit einer spezifischen Beziehung zueinander angeordnet, um die Gleichförmigkeit der Erosion des Targets 4 zu verbessern.
Aufgrund der Krümmung des Targets 4 erscheinen Teile 35, 37 der äußeren und inneren Schleifen 27, 25 in 4a bezüglich dessen zentralen Endteilen 22, 24, 36, 38 versetzt. Die
4C ist eine Querschnittsenddarstellung durch die Targetröhre 4, welche den Former 26 zeigt.
Die 5a bis 5c zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen in 5, welche gleich zu den in 4a bis 4c sind, stellen gleiche Komponenten dar. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die inneren und äußeren Magnete 22, 24 in den Endteilen 29 um die Innenseite des röhrenartigen Targets 4, so dass die Teile 36 und 38 der äußeren und inneren Schleifen 27, 25 sich auf die Rückseite des Targets weg von dem Substrat 12 erstrecken. Der Effekt dieser Magnetanordnung ist, dass die Plasmarennstrecke den Magneten 22, 24 um die Rückseite des Targets folgt, sich weg von dem Substrat 12 erstreckend, was in einem Targetmaterial resultiert, welches eher auf die Innenseite der Vakuumkammer 2 gesputtert wird als auf das Substrat. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können die Endschleifen 25, 27 an eine beliebige Position zwischen den zwei in den 4 und 5 gezeigten Extremen eingestellt sein.
Eine Anwendung der Ausführungsformen, welche in den 4a bis 4c und 5a bis 5c gezeigt sind, wird mit Bezug auf die 6 bis 8 beschrieben. Die 6 zeigt eine schematische Darstellung der Endschleife 49 einer Plasmarennstrecke 50 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Magnete 22, 24 sind, wie schematisch in den 4 oder 5 gezeigt, zum Erzeugen der Plasmarennstrecke 50 angeordnet. Die Endschleife 49 kann drei Zonen aufweisen. Eine erste Übergangszone 52 kann zwischen dem zentralen parallelen Teil 56 der Rennstrecke und dem Ende der Schleife 49 geschaffen sein. Diese Übergangszone 52 kann graziöse Schwanenhalsübergänge auf beiden Seiten der Rennstrecke 50 aufweisen, um scharfe Ecken oder Übergänge in eine Richtung zu vermeiden. Die Übergangszonen 52 können entbehrlich sein, falls die Übergänge von den mittleren Zonen 54 zu dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt 56 der Rennstrecke 50 klein ist. Die mittleren Zonen 54 können durch bogenartige Abschnitte genähert sein. Eine Endzone 58, welche durch einen bogenförmigen Abschnitt genähert werden kann, verbindet die mittleren Zonen 54 miteinander. Die Breite der Strecke "s" der Rennstrecke 50 kann um die Endschleife 49 variieren, aber in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Breite "s" durch eine konstante Breite zumindestens in der Endzone 58 genähert. Die Breite der Strecke der Rennstrecke variiert in den mittleren und den Übergangszonen 54, 52 sanft von "s" in der Endzone 58 zu der Breite "t" in dem zentralen Abschnitt 56 der Rennstrecke 50. Es wird angenommen, dass sich zumindest näherungsweise die bogenförmigen Abschnitte der mittleren und Endzonen 54, 58 tangential aneinanderfügen, d.h. ohne Diskontinuität. Ferner wird angenommen, dass die Rennstreckenform, welche durch die Übergangszonen, mittleren Zonen und Endzonen 52, 54, 58 geschaffen wird, an eine Ellipse angenähert werden kann, mit einem parallelen Radius "r" und einem senkrechten Radius "p". Es ist allgemein bekannt, dass eine Ellipse durch die Beziehung 1 = x2/r2 + y2/p2 dargestellt werden kann, wobei y die vertikale Achse und x die horizontale Achse ist.
Es wird durch einen Fachmann verstanden, dass diese Annäherungen zum Festlegen der vorliegenden Erfindung gemacht werden und dass die vorliegende Erfindung Plasmarennstrecken und ihre korrespondierenden Magnetanordnungen beinhaltet, welche dieselben Effekte erzielen, wie es für die vorliegende Erfindung beschrieben wird, selbst wenn die Magnetanordnung und die korrespondierende Plasmarennstrecke etwas von der idealisierten Darstellung abweicht, welche in 6 dargestellt ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde bestimmt, dass für bestimmte Beziehungen zwischen "r", "s" und "p" im Kombination mit Magnetfeldstärken und Materialien wie auch der Distanz zwischen den Magneten, welche von dem Target platziert sind, die Erosion des Targets um die Endschleifen 49 im Wesentlichen gleichförmig sein kann. Die Gleichförmigkeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass weniger als 20% Unterschied in einer Targeterosion um die Endschleife 49 und zwischen der Endschleife 49 und dem zentralen Teil 56 der Rennstrecke ist. Der vorliegende Erfinder hat die überraschende Tatsache festgestellt, dass Kombinationen für "r", "s" und "p" in Kombination mit den Magnetstärken und Materialien und dem Abstand der Magnete von dem Target bestehen, mit welchen die Radien der Endschleife 49 relativ groß und die Feldstärke ausreichend hoch sein kann, was es für die Elektronen einfacher macht, die Kurve zu durchlaufen, ohne das Plasma zu verlassen, wobei das Magnetfeld in diesen Kurven aufrechterhalten werden kann, so dass die Target-Erosionstiefe gesteuert werden kann. Aufgrund der Verwendung von sanften Kurven mit großen Radien in dem Kurvenbereich 49 kombiniert mit einem Wechsel in der Streckenbreite der Rennstrecke in der Kurve und/oder eine Reduzierung der Intensität des Magnetfeldes wird die Erosion nicht nur gleichförmig, sondern auch der Elektronenverlust wird auf ein Minimum reduziert.
Die 7A und 7B zeigen bestimmte beschränkende Ergebnisse für einen maximalen Unterschied von 20% in der Erosionstiefe um die Endteile 49 der Rennstrecke oder zwischen dem Endteil 49 und dem im Wesentlichen parallelen zentralen Abschnitt 56, d.h. ein Unterschied von 20% oder werniger (bis zu einem Unterschied von 0%), was eine "im Wesentlichen uniforme Erosion" in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist. Die 8A und 8B zeigen ähnliche Graphen für einen Unterschied von 0% in der Targeterosion. Die "y"-Achse in den 7 und 8 bezieht sich auf die durchschnittliche Target-Erosionsrate pro Einheitsbreite des Erosionsgrabens verglichen mit dem parallelen Zentralabschnitt (1 = die gleiche Rate pro Einheitsbreite wie in dem zentralen Abschnitt). Die "x"-Achse ist das Verhältnis von p/r für die elliptische Annäherung von 6. Die dritte (z-)Dimension in den 7A und 8A ist repräsentativ für die Breite des Target-Erosionsprofils "s" (ähnlich, aber nicht gleich dem Magnetabstand). Es wurde durch die vorliegende Erfindung herausgefunden, dass die Breite der Rennstrecke in der Kurve, welche eine im Wesentlichen gleichförmige Erosion ergibt, durch z × p als Annäherung gegeben ist. Als ein Beispiel aus dem Graphen in 7A: Falls das Verhältnis der Grabenerosion pro Einheitsgrabenbreite (y-Achse) gleich 1 ist (d.h. die Erosionsrate pro Einheitsgrabenbreite in der Kurve gleich der in dem parallelen zentralen Bereich ist) und das Verhältnis von p/r gleich 1,5 ist, ist die z-Koordinate gleich 2,8. Entsprechend sollte die Erosionsgrabenbreite in dem Zentrum der Kurve auf z.p = 2,8 p oder 4,2 r eingestellt werden, um eine im Wesentlichen uniforme Erosion zu erhalten.
Die Graphen von 7A und 8A definieren daher Iso-Erosionsoberflächen, d.h. die von relativ uniformer Erosion. Jegliche Koordinate, welche innerhalb oder zwischen den Iso-Erosionsoberflächen liegt, welche in den 7A und 8A festgelegt sind, wird eine Erosionsbreite innerhalb des Bereichs von +20% und 0% verglichen zu der Erosionstiefe in dem zentralen parallelen Abschnitt der Rennstrecke schaffen, d.h. Endkurven mit einer im Wesentlichen uniformen Erosion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Wie zuvor beschrieben, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass nur schrittweise Änderungen in der Rennstreckenrichtung in dem Endteil 49 vorliegen. Ein sehr großes oder kleines p/r-Verhältnis bedeutet, dass die Elektronen in dem Plasma einem sich schnell ändernden Pfad folgen müssen, einschließlich enger Krümmungen, welche den Verlust von Elektronen aus dem Plasma fördern. Es wird bevorzugt, dass das Verhältnis von p/r geringer als 2 ist. Es wird ebenso bevorzugt, dass die Erosionsgrabentiefe geringer als 1,5 r, und besonders bevorzugt geringer als 1,2 r ist. Die Erosionsgrabenbreite = z.p ersetzend, resultieren diese Beschränkungen in der Dimension z, welche vorzugsweise kleiner als 1,5 r/p, und bevorzugter kleiner 1,2 r/p ist. Diese Begrenzungen sind in den 7B und 8B gezeigt. Die durchgezogene Linie rechter Hand bezieht sich auf die Beschränkung z ≤ 1,5 r/p, und die gestrichelte Linie linker Hand bezieht sich auf z ≤ 1,2 r/p. Die 7A, 7B und 8A, 8B haben die gleichen x- und y-Achsen – in den 7B und 8B sind Details aus den 7A und 8A aus Gründen der Klarheit weggelassen. Diese Einschränkungen können ebenso ein Maximum für p/r von etwa 1,75 festlegen. Es wird mehr bevorzugt, dass das Verhältnis von p/r geringer als 1,5 ist, und es wird ebenso bevorzugt, dass p/r sich etwa 1 annähert, d.h. nahe einem Kreis. Ferner, je größer der Wert von r/p, desto länger wird die Endschleife 49, und nimmt somit Raum an den Enden des Targets ein und macht das Design der Magnetanordnung schwieriger. Daher wird es bevorzugt, dass r/p geringer oder gleich 5 ist. Wenn alle diese Beschränkungen beinhaltet sind, definieren sie einen Bereich in den 7A und 8A, in welchem annehmbare Kurvengeometrien erhalten werden. Dieser annehmbare Bereich kann als: 0,2 ≤ p/r ≤ 2, bevorzugter 0,4 ≤ p/r ≤ 1,75, und am meisten bevorzugt 0,6 ≤ p/r ≤ 1,5 festgelegt werden. Diese Bereiche definieren eine Endschleife 49, welche eher löffelförmig ist.
Die 9a bis 9e sind schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen in den 9a bis 9e, welche die gleichen wie in den 4 und 5 sind, beziehen sich auf gleiche Komponenten. Die 9a bis 9c zeigen Aufsichtsdarstellungen eines Teils der im Wesentlichen parallelen Abschnitte 28 der Magnetanordnung 20. Zumindest in einem Teil des im Wesentlichen parallelen Abschnitts 28 sind die Magnetstrecken 22, 24 aufgeweitet, um eine Gesamtbreite von 35 aufzuweisen, welche größer als die Breite 33 des benachbarten Abschnitts ist. Die Breite 31 zwischen den Magneten 22, 24 bleibt die gleiche. Der Effekt dieser lokalen Variation ist schematisch in den 9d und 9e dargestellt. In dem Abschnitt, welcher eine Gesamtbreite 33 aufweist, wie in 9a gezeigt, ist die Sputterrichtung im Wesentlichen senkrecht zu dem Substrat 12. Dies resultiert in einer lokalisierten dicken gesputterten Schicht 42 auf dem Substrat 12. Wenn das Substrat 12 in Richtung senkrecht zu der Achse des Targets 4 bewegt wird, wird die Beschichtung 40 entlang der Länge des Substrats 12 aufgebracht. Wie schematisch in der 9e gezeigt, ist die Richtung des Sputterns, welches durch die breitere Breite 35 der Magnetanordnung 20 erzeugt wird, um einen Winkel zu einem Lot auf das Substrat 12 geneigt. Dies resultiert in einem flacheren Abscheidungsprofil 42 auf dem Substrat 12. Ferner kann manches des gesputterten Targetmaterials nicht das Substrat 12 erreichen, sondern wird auf die Innenseite der Vakuumkammer 2, oder eher bevorzugt auf weitere rotierende Targets gesputtert, welche auf jeder Seite des Targets 4 (nicht dargestellt) parallel dazu angeordnet sind. Die mittlere Erosion des rotierenden Targets 4 bleibt in beiden Situationen, welche in den 9d und 9e dargestellt sind, die gleiche. Das longitudinale Dickenprofil der abgeschiedenen Schicht 42 ist in 9f gezeigt. Dieses Beispiel zeigt einen symmetrischen Abstand, obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Die 10a bis 10c sind schematische Darstellungen einer anderen Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen in den 10a bis 10c, welche die gleichen wie in den 4 und 5 sind, stellen ähnliche Komponenten dar. In dieser Ausführungsform sind eine oder mehrere asymmetrische Vorsprünge der Magnetanordnung 20 benachbart zu dem Ende des im Wesentlichen parallelen Teils 28 angeordnet, kurz bevor oder innerhalb des Endschleifenbereichs 29, um lokale Vorsprünge 44 in der Rennstrecke zu erzeugen.
Der Effekt dieser Vorsprünge 44 ist es, lokal die Menge des gesputterten Materials von dem Target 4 auf das Substrat 12 zu erhöhen, d.h. die Abscheidungsrate lokal zu erhöhen.
Eine Anwendung der Ausführungsform, welche in den 10a bis 10c dargestellt ist, wird mit Bezug auf die 11 verglichen. In 11a ist eine herkömmliche längliche Rennstrecke 59 für ein rotierendes Kathodenmagnetron dargestellt. In 11b ist das herkömmliche Target-Erosionsprofil für die Rennstrecke von 11a gezeigt. Die Erosion ist an den Enden der Rennstrecke 59 in der Kurve tiefer. Die 11c zeigt die Abscheidungsschichtdicke auf dem Substrat 12. Aufgrund der Tatsache, dass das Sputtern nicht perfekt senkrecht zu dem Target 4 ist, sondern über einen Winkel verteilt ist, wird die Depositionsrate an den Enden der Rennstrecke reduziert, da etwa des Targetmaterials von dem Substrat weggesputtert wird. Dies resultiert in einer Reduzierung der Abscheidungsdicke an den Enden des Targets.
Das Target-Erosionsprofil und das Abscheidungsdickenprofil, welches mit der Anordnung, welche in 11a gezeigt ist, erzeugt wird, wird in den 11b bzw. 11c gezeigt. Durch Hinzufügen der Vorsprünge 44 wird die Menge von an den Enden der Rennstrecke abgeschiedenem Material erhöht, was in einem rechteckförmigeren Abscheidungsprofil in 11c resultiert. Auf der anderen Seite wird die Länge des Targets, welches die erhöhte Targeterosion aufweist, ebenfalls erhöht, wie in 11b gezeigt. Die erhöhte Targeterosion kann durch Verwenden ersetzbarer Endstücke für das Target 4 kompensiert werden, welche häufiger ersetzt werden müssen als der zentrale Bereich des Targets, oder durch Erhöhen der Materialdicke des Targets an dessen Enden.
In den Ausführungsformen der Erfindung, welche mit Bezug auf die 4 bis 11 beschrieben ist, wurde die Magnetanordnung 20 als aus einer sanften gekrümmten Struktur gebildet dargestellt. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die Magnetanordnung 20 durch gestückelte Magnete gebildet werden. Es wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass kommerziell erhältliche, hochleistungsfähige, harte und im Allgemeinen spröde und meist unbearbeitbare Magnete, welche in herkömmlicher Weise in Magnetrons verwendet werden, mit speziell geformten weichmagnetischen Materialien, wie Eisen, kombiniert werden, um verbesserte gekrümmte Geometrien für die Magnetanordnung 20 zu schaffen. Weichmagnetische Materialien, z.B. weiches Eisen, in Kombination mit Permanentmagneten können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung allgemein in Magnetrons eingesetzt werden, und die vorteilhafte Kombination ist nicht auf rotierende Targetmagnetrons beschränkt.
Beispiele für geeignete Kombinationen von Magneten und weichmagnetischen Materialien sind schematisch in den 12 bis 15 dargestellt. Die 12A und 12C zeigen drei schematische und illustrative Beispiele solcher geeigneter Magnetanordnungen in einer Querschnittsansicht. Jede besteht aus mindestens einem Permanentmagneten 60 und einem weichmagnetischen Material 62. Wie in 12A gezeigt, kann ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet 60 innerhalb und in Kontakt mit einem U-förmigen weichmagnetischen Material 62 platziert sein. Der zentrale Magnet 60 hat einen Pol, z.B. den Nordpol, in Richtung des Targets nach oben gerichtet, und die anderen Pole werden durch das weichmagnetische Material 62 gebildet. Solch eine Anordnung kann zwei Reihen konventioneller Magnete ersetzen. Wie in der 12B gezeigt, kann der Magnet 60 zwischen zwei weichmagnetische Formen 62, 64, z.B. zwei U-förmige Kanäle verschiedener Abmessungen, gesetzt werden, wodurch zwei Reihen konventioneller Magnete ersetzt werden. Die 12C zeigt drei Permanentmagnete 60, 66, 68 und einen geformten Weichmagnet 62, welcher Zwischenpole bildet. Solch eine Magnetanordnung kann eine Vielzahl von Plasmazonen erzeugen, welche durch das magnetische Feld zwischen den vielfältigen Paaren der Nord- und Südpole generiert werden.
Die Vorteile der Verwendung von geformten weichmagnetischen Materialien sind wie folgt:

1) Das Volumen und/oder die Anzahl von Permanentmagneten kann auf die Hälfte der herkömmlich verwendeten reduziert werden.
2) Die Anordnung oder die Anordnungen der Permanentmagnete kann einfach auf dem weichmagnetischen Material befestigt werden, welches selbst einfach an dem Magnetron gesichert werden kann. Die Seiten der weichmagnetischen Materialien sind hart und einstückig mit dem Rest, so dass keine spezielle Fixierung oder Stabilisierung hierfür benötigt wird.
3) Die gekrümmten Rennstrecken können einfacher und genauer erzeugt werden. Das weichmagnetische Material, z.B. weiches Eisen, kann gefräst, geschmiedet, geschweißt etc. werden und kann jede gewünschte Form annehmen. Dies ermöglicht sanfte Krümmungen und Kurven anstelle der zinnenartigen Kurven herkömmlicher Anordnungen. Dies ermöglicht komplexere Rennstreckenformen als Ellipsen oder Parabeln. Der zentrale Permanentmagnet kann in gestückelter Form verbleiben, aber es ist einfacher, eine geeignete zentrale Form mit gestückelten Magneten zu bilden als eine sanfte äußere Form.
4) Das weichmagnetische Material kann an geeigneten Orten segmentiert sein, und die Segmente können zurück und vor angetrieben werden, was dynamische Modifikationen der Rennstreckenform ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet Modifikationen der grundlegenden Strukturen, welche in 12A bis 12C beinhaltet sind, welche nicht limitierend sind. Beispielsweise kann der Abstand zwischen dem Pol oder den Polen, welche in dem weichmagnetischen Material erzeugt werden, und dem Pol oder den Polen der Permanentmagneten nach Wunsch variiert werden. Ferner kann die Höhe der vertikalen Abschnitte des weichmagnetischen Materials nach Wunsch geändert werden, um das erzeugte Magnetfeld zu modifizieren.
13 zeigt eine bevorzugte Anordnung der Magnetanordnung, welche schematisch in 4 gezeigt ist. Die zentrale Permanentmagnetanordnung 22 wird durch eine Abfolge von rechteckigen Magneten geschaffen, welche in einer Linie angeordnet sind, welche durch einen im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen Magneten 22' abgeschlossen ist, um die Endkurve zu bilden. Diese Magnete sind an einem äußeren U-förmigen weichmagnetischen Material 24* gesichert, welches zum Schaffen der äußeren Pole 24 geformt ist, speziell eine sanfte Kurve an den Enden. Das weichmagnetische Material 24* ist an dem Trägerzylinder 26 gesichert.
14 zeigt einen Teil einer bevorzugten Anordnung der Magnetanordnung, welche in 5 gezeigt ist. Die Endkurve weist eine sehr große Abmessung auf, und die Rennstrecke geht geradewegs um den Targetzylinder in der Endkurve. Eine einzige Linie der Permanentmagnete 22 wird innerhalb eines U-förmigen weichmagnetischen Formers 24* gesichert, welcher den anderen Pol 24 schafft. Das weichmagnetische Material 24* ist an der Trägerröhre 26 fixiert, welche aus Gründen der Klarheit transparent gezeigt ist. Die Radien sind sehr groß, die Lücken zwischen den diskreten Permanentmagneten 22 sind klein. Die individuellen Magnete, welche die Linie 22 bilden, können in speziell gefräste flache Abschnitte der Grundfläche des weichmagnetischen Materials 24* eingesetzt werden, um Ecken und Diskontinuitäten zwischen den Magneten der Linie 22 zu reduzieren, welche durch die Krümmung der Röhre 26 verursacht werden. Diese Konfiguration erzeugt eine doppelte geschlossene Rennstrecke (eine innerhalb der anderen) mit einer gegenläufigen Elektronenbewegung.
15 zeigt ein Endteil einer bevorzugten Anordnung der Magnetanordnung, welche schematisch in 10 gezeigt ist. Die Permanentmagnete 22 sind in einer Linie angeordnet, um in Kombination mit einem äußeren U-förmigen weichmagnetischen Material 24* einen zentralen, im Wesentlichen parallelen Abschnitt der Rennstrecke 50 zu generieren. Weitere Permanentmagnete 22* sind senkrecht zu dem Hauptzentralteil 22 angeordnet. Diese Magnete sind innerhalb eines U-förmigen weichmagnetischen Formers 24* angeordnet, welcher graziöse äußere Kurven aufweist, welche eine Rennstrecke der in 10A gezeigten Form mit lokalen Vorsprüngen 44 nahe den Enden generieren.

Claims

Zerstäubende Magnetfeldröhre (10) zum Sputtern auf ein Substrat, wobei die Magnetfeldröhre ein rotierendes zylindrisches Target (4) und eine stationäre Magnetanordnung (20) aufweist, wobei die Magnetanordnung (20) zum Erzeugen einer Plasmarennbahn auf der Oberfläche des Targets (4) in Verbindung mit einem elektrischen Transversalfeld zwischen dem Target und dem Substrat eingerichtet ist, wobei die längliche Rennbahn im Wesentlichen parallele Strecken über einen wesentlichen Teil ihrer Länge aufweist und welche an jedem Ende durch Endabschnitte geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende der Plasmarennstrecke im Wesentlichen durch eine Ellipse repräsentierbar ist und ein Abstand zwischen den Strecken der Rennstrecke jenseits der Ellipse in einer ersten Richtung senkrecht zu einer longitudinalen Achse der länglichen Rennstrecke größer ist als der Abstand zwischen den im Wesentlichen parallelen Strecken entlang einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, um im Wesentlichen ein Sputtern auf ein Substrat zu bewirken, wobei die Magnetanordnung ferner aufweist: einen länglichen zentralen Abschnitt (22), welcher innerhalb des zylindrischen Targets (4) angeordnet ist und ein magnetisches Feld generiert, welches mit einer ersten magnetischen Polarität assoziiert ist; einen peripheren Abschnitt (24), welcher innerhalb des zylindrischen Targets angeordnet ist und welcher um den länglichen zentralen Abschnitt (22) angeordnet ist, so dass Räume (31) zwischen dem peripheren Abschnitt (24) und dem länglichen zentralen Abschnitt (22) definiert werden, wobei der periphere Abschnitt (24) ein Magnetfeld generiert, welches mit einer zweiten magnetischen Polarität assoziiert ist; dadurch gekennzeichnet, dass der längliche zentrale Abschnitt (22) und der periphere Abschnitt (24) ein magnetisches Feld festlegen, welches zum Einschließen der Rennbahn geeignet ist; und wobei die Magnetfeldröhre ferner aufweist: eine Einrichtung zum Hervorrufen einer relativen Drehung zwischen dem zylindrischen Target und der Magnetanordnung.
Magnetfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ellipse einen Radius „p" und einen Radius „r" in den Richtungen senkrecht bzw. parallel zu der ersten Richtung aufweist und die Breite der Strecke der Rennbahn zumindest an einer Mitte eines Endabschnittes durch „s" repräsentiert wird, wobei die Abmessungen „s", „p" und „r" in einer zueinander vorbestimmten Beziehung in Kombination mit Magnetfeldstärken und verwendeten magnetischen Materialien in dem zentralen Abschnitt und/oder peripheren Abschnitt der Magnetanordnung und dem Abstand zwischen dem zentralen und/oder dem peripheren Abschnitt und dem Target gewählt sind, damit die Targeterosion in den Endabschnitten im Wesentlichen gleichförmig wird.
Magnetfeldröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Erosionsgrabens, welcher durch die Rennstrecke in dem Target verursacht wird, geringer als 1,5 r ist.
Magnetfeldröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis p/r durch 0,2 ≤ p/r ≤ 2, bevorzugter 0,4 ≤ p/r ≤ 1,75 und höchst bevorzugt 0,6 ≤ p/r ≤ 1,2 festgelegt ist.
Magnetfeldröhre nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Erosionsgrabens, welcher durch die Rennstrecke in dem Target hervorgerufen wird, geringer als 1,2 r ist.
Magnetfeldröhre nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erosionstiefe des Targets in einem Randabschnitt zwischen + 20 % und 0 % größer als eine Erosionstiefe des Targets in einem zentralen Abschnitt ist.
Magnetfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (31) zwischen den Strecken in dem Abschnitt der Rennstrecke, welcher parallele Strecken aufweist, lokal variiert.
Magnetfeldröhre nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein weiteres Rotieren des zylindrischen Targets, welches benachbart zu dem rotierenden zylindrischen Target angeordnet ist, wobei ein Abstand derart variiert wird, dass ein Teil des Materials, welcher von dem Target gesputtert wird, auf das weitere rotierende zylindrische Target gesputtert wird.
Magnetfeldröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ellipse sich um das rotierende Target auf die Seite des Targets erstreckt, welche der Seite gegenüberliegt, auf welcher die im Wesentlichen parallelen Strecken angeordnet sind.
Zerstäubende Magnetfeldröhre (10) zum Sputtern auf ein Substrat, wobei die Magnetfeldröhre ein rotierendes zylindrisches Target (4) und eine stationäre Magnetanordnung (20) aufweist, wobei die Magnetanordnung (20) zum Erzeugen einer länglichen Plasmarennstrecke an der Oberfläche des Targets (4) in Verbindung mit einem elektrischen Transversalfeld zwischen dem Target und dem Substrat eingerichtet ist, wobei die längliche Rennstrecke im Wesentlichen parallele Strecken über einen wesentlichen Teil ihrer Länge aufweist und an jedem Ende durch Endabschnitte geschlossen ist, wobei jeder Endabschnitt der Plasmarennstrecke lokale Vorsprünge (44) der Plasmarennstrecke aufweist, wobei ein Abstand zwischen den Strecken der Rennstrecke die lokalen Vorsprünge (44) kreuzend in einer ersten Richtung senkrecht zu einer longitudinalen Achse der länglichen Rennstrecke größer ist als ein Abstand zwischen den im Wesentlichen parallelen Strecken entlang einer zu der ersten Richtung parallelen Richtung, um im Wesentlichen ein Sputtern auf ein Substrat zu bewirken, wobei die Magnetanordnung ferner aufweist: einen länglichen zentralen Abschnitt (22), welcher innerhalb des zylindrischen Targets (4) angeordnet ist und ein magnetisches Feld generiert, welches mit einer ersten magnetischen Polarität assoziiert ist; einen peripheren Abschnitt (24), welcher innerhalb des zylindrischen Targets (4) angeordnet ist, und um den länglichen zentralen Abschnitt (22) angeordnet ist, so dass Räume zwischen dem peripheren Abschnitt (24) und dem länglichen zentralen Abschnitt (22) festgelegt werden, wobei der periphere Abschnitt (24) ein magnetisches Feld generiert, welches mit einer zweiten magnetischen Polarität assoziiert ist; wobei der längliche zentrale Abschnitt (22) und der periphere Abschnitt (24) ein magnetisches Feld festlegen, welches zum Einschließen der Rennstrecke geeignet ist; und wobei die Magnetfeldröhre ferner aufweist: eine Einrichtung zum Hervorbringen einer relativen Drehung zwischen dem zylindrischen Target und der Magnetanordnung.
Magnetfeldröhre nach Anspruch 10, wobei die Vorsprünge (44) derart angeordnet sind, dass die abgeschiedene Schicht, welche auf einem Substrat abgeschieden sind, uniformer in Regionen nahe den Endabschnitten ist, verglichen dazu, wenn diese abwesend sind.
Magnetfeldröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer der zentralen und peripheren Abschnitte (22, 24) mindestens einen Magnet und der andere des zentralen bzw. des peripheren Abschnittes ein weichmagnetisches Material (24*) beinhaltet, welches eine magnetische Schaltung innerhalb des Magnetes bildet.