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Gebiet der Erfindung
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Bestimmte
beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung beziehen
sich auf Sputtervorrichtungen. Im Besonderen beziehen sich bestimmte
beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung auf Techniken
für das Reduzieren der Belastungsasymmetrie in gesputterten
polykristallinen Filmen. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
werden die Sputtervorrichtungen, die eine oder mehrere substantiell
vertikale, nichtleitende Schirme beinhalten, bereitgestellt und
mit solchen Schirmen wird die schiefwinklige Komponente des Sputtermaterialflusses
verringert und dabei das Wachstum von symmetrischeren Kristallen
gefördert.
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Hintergrund und Zusammenfassung
von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
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Das
Verwenden des Sputterns um Schichten auf Substraten abzulagern ist
im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise, und ohne Beschränkung darauf,
siehe
U.S. Patent Nr. 5,922,176 ;
5,403,458 ;
5,317,006 ;
5,527,439 ;
5,591,314 ;
5,262,032 ; und
5,284,564 , wobei der jeweilige gesamte
Inhalt durch das Miteinbeziehen der Referenz miteinbezogen wird.
Kurz gesagt, ist die Sputterablagerung ein Ablagerungsprozess für
dünne Filme, der den Transport von fast jedem Material
von einem Target zu einem Substrat von fast jedem anderen Material
beinhaltet. Der Ausstoß des Targetmaterials wird bewerkstelligt durch
das Bombardieren der Oberfläche des Targets mit Gasionen,
die durch hohe Spannung beschleunigt werden. Teilchen werden von
denn Target als ein Resultat des Impulstransfers zwischen den beschleunigten
Gasionen und dem Target ausgestoßen. Nach dem Ausstoßen
durchqueren die Targetteilchen die Sputterkammer und werden nachfolgend
auf dem Substrat als ein dünner Film abgeschieden.
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Sputterprozesse
benutzen typischerweise eine umschlossene Kammer, die ein Sputtergas
umschließt, ein Target, der elektrisch mit einer Kathode, einem
Substrat und einer Kammer, die selbst als eine elektrische Anode
dienen kann, verbunden ist. Eine Stromquelle ist typischerweise
in der Weise verbunden, dass der negative Anschluss der Spannungsquelle
mit der Kathode verbunden ist und der positive Anschluss mit den
Kammerwänden verbunden ist. In der Operation wird ein Sputtergasplasma
geformt und innerhalb der Kammer in der Nähe der Oberfläche
des Sputtertargets gehalten. Indem der Target elektrisch mit der
Kathode der Sputteringspannungsquelle verbunden ist, werden durch
das Erzeugen einer negativen Oberflächenladung auf dem
Target Elektronen aus dem Target emittiert. Diese Elektronen kollidieren
mit Atomen des Sputtergases und lösen Elektronen von den
Gasmolekülen aus und erzeugen positiv geladene Ionen. Die
resultierende Sammlung von positiv geladenen Ionen zusammen mit
Elektronen und neutralen Atomen wird im Allgemeinen bezeichnet als
Sputtergasplasma. Die positiv geladenen Ionen werden gegen das Targetmaterial durch
das elektrische Potential zwischen dem Sputtergasplasma und dem
Target beschleunigt, und bombardieren die Oberfläche des
Targetmaterials. Da Ionen den Target bombardieren, werden Moleküle des
Targetmaterials aus der Targetoberfläche ausgestoßen
und bedecken das Substrat.
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Eine
bekannte Technik für das Verbessern von konventionellen
Sputterprozessen beinhaltet das Bereitstellen von Magneten hinter
oder in der Nähe des Targets, um den Weg der Elektronen
innerhalb der Sputterkammer zu beeinflussen und dadurch die Frequenz
der Kollisionen mit den Sputtergasatomen oder -molekülen
zu erhöhen. Weitere Kollisionen erzeugen zusätzliche
Ionen und dadurch weitere Emittierungen des Sputtergasplasmas. Eine
Vorrichtung, die diese verbesserte Form des Sputterns mittels strategisch
positionierter Magneten verwendet, wird im Allgemeinen bezeichnet
als Magnetronsystem.
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Leider
leiden konventionelle Sputtertechniken an verschiedenen Nachteilen.
Beispielsweise ist die Belastungsasymmetrie in den Bewegungsungrichtung
und Querrichtung der Beschichtung des sputterabgelagerten polykristallinen
Films besorgniserregend, besonders bei Großraumanwendungen, die
oft eine stetige Filmzufuhr benötigen. Solche Anwendungen
beinhalten beispielsweise photovoltaische Anwendungen, Flachfeldbildschirmanwendungen
(beispielsweise Plasma, LCD, usw.). Einige der negativen Effekte
der Belastungsasymmetrie beinhalten beispielsweise Schichtentrennung
nach dem Schreiben mit dem Laser und nachfolgender Erhitzung in
Verbindung mit photovoltaischen Geräten, die Formation
von „Fleckungs”-Defekten in Niedrigemmisionsprodukten
(low-E), Schichtenpeeling usw. In bestimmten Schichtenanwendungen
beobachteten die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Stressasymmetriebetrag
bis Faktor 3. In anderen Worten ausgedrückt, war, beispielsweise
gemessen in MPa, die Belastung in der Querrichtung der Beschichtung
ungefähr drei mal höher als die Belastung in der
Bewegungsrichtung.
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Einer
der Gründe für die Belastungsasymmetrie bezieht
sich auf die bedeutend schiefwinklige Komponente des hereinkommenden
Materialflusses. Die schiefwinklige Komponente ist Gegenstand von „Abschattungseffekten”,
beispielsweise wobei kristalline Spitzen (beispielsweise „höhere
Punkte”) mehr abgelagertes Material pro Einheitszeit abbekommen als
Mulden. Solche Abschattungseffekte tendieren dazu, in der Formation
von granularer Struktur zu resultieren einschließlich Fehlstellen,
die dazu beitragen, die Dehnbeanspruchung in Richtung der höheren
schiefwinkligen Komponente zu vergrößern und/oder
tendieren zu einem reduzierten Betrag der Druckbelastung, abhängig
vom Film. In dieser Hinsicht ist 1 eine vergrößerte
Ansicht eines sputterbeschichteten Films, der eine konventionelle
Sputtervorrichtung verwendet. 1 zeigt „normales” Wachstum,
das dazu tendiert in säulenähnlichem kristallinem
Wachstum zu resultierten, als auch zu schiefem Wachstum tendiert,
das in Fehlstellen resultiert.
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Es
sollt bemerkt werden, dass die gleichen oder ähnliche Gründe
beispielsweise auch zu „Randeffekten” (ihren,
wobei die Dicke manchmal sogar die physikalischen Eigenschaften
der Schicht verschieden sind zu jenen des Rests des beschichteten
Gebiets.
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Deshalb
wird es zur Kenntnis genommen, dass es einen Bedarf gibt für
verbesserte Sputtervorrichtungen und/oder -verfahren. Es wird auch
zur Kenntnis genommen, dass es einen Bedarf gibt an Sputtervorrichtungen
und/oder – verfahren, die die Belastungsasymmetrie in polykristallinen
Filmen verringern.
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Ein
illustrativer Aspekt von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
bezieht sich auf Sputtervorrichtungen, die eine oder mehrere substantiell
vertikale, nichtleitende Schirme bereitstellen und diese Schirme
dabei helfen die schiefwinklige Komponente des Sputtermaterialflusses
zu reduzieren und auch das Wachstum der symmetrischeren Kristalle
zu fördern.
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In
bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung
wird eine Magnetronsputtervorrichtung für das Sputterablagern
von Partikeln in einer reaktiven Umgebung bereitgestellt. Eine Vakuumkammer
wird bereitgestellt. Ein Sputtertarget wird in der Vakuumkammer
lokalisiert, wobei der Sputtertarget ein Targetmaterial aufweist,
das darauf lokalisiert ist. Zumindest ein Schirm ist in der Nähe
zum Target derart lokalisiert, dass eine Hauptachse von jedem der
Schirme parallel zur Bewegungsrichtung des Artikels, der sputterabgelagert
werden soll, parallel verläuft. Jeder der Schirme ist in
der Vakummkammer an einem Ort positioniert, der für das
Verringern der schiefwinkligen Komponente des Sputtermaterialflusses
geeignet ist, der während des Sputterablagerns des Artikels
produziert wird.
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In
bestimmten beispielhaften Ausführungsformen wird ein Verfahren
für das Herstellen von beschichteten Artikeln bereitgestellt.
Eine Schicht wird auf den Artikel gesputtert mittels einer Magnetronsputtervorrichtung,
die eine Vakuumkammer und einen Sputtertarget aufweist, der in der
Vakuumkammer positioniert ist, wobei der Sputtertarget ein Targetmaterial
hat, welches darauf positioniert ist und zumindest einen Schirm,
der in der Nähe des Targets positioniert ist, so dass eine
Hauptachse des Schirms parallel zur Bewegungsrichtung des Artikels,
der sputterbeschichtet werden soll, verläuft. Jeder der Schirme
ist elektrisch isoliert und substantiell nicht magnetisch. Jeder
Schirm ist in der Vakuumkammer an einem Ort positioniert, der für
das Verringern der schiefwinkligen Komponente des Sputtermaterialflusses,
der während des Sputterbedeckens des Artikels produziert
wird, geeignet ist, so dass der Unterschied zwischen der Bewegungsrichtungdehnbeanspruchung
und der Dehnbeanspruchung in der Querrichtung des Beschichters auf
dem Artikel weniger als ungefähr 15% beträgt.
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In
bestimmten beispielhaften Ausführungsformen wird eine Magnetron-Sputtervorrichtung
für das Sputterablagern eines Artikels in einer reaktiven Umgebung
bereitgestellt. Eine Vakuumkammer wird bereitgestellt. Ein Sputtertarget
ist in der Vakuumkammer lokalisiert, wobei der Sputtertarget ein
Targetmaterial aufweist, das darauf lokalisiert ist. Eine Kathode
wird mit dem planaren Sputtertarget verbunden. Eine oder mehrere
Magneten werden derart angeordnet, um die Sputterbeschichtung des
Artikels durchzuführen. Eine Vielzahl von Feldern ist in
der Nähe positioniert oder vom Target getrennt, so dass eine
Hauptachse jeder der besagten Schirme parallel zur Bewegungsrichtung
des Artikels, der sputterbeschichtet werden soll, verläuft.
Jeder der Schirme ist elektrisch isoliert und substantiell nicht
magnetisch. Die Länge von jedem der Schirme ist substantiell
die Gleiche wie die Dimension des Targets, die zur Bewegungsrichtung
des Artikels, der sputterbeschichtet werden soll, korrespondiert.
Jeder der Schirme wird in der Vakuumkammer an einem Ort positioniert,
der für das Verringern der schiefwinkligen Komponente des
Sputtermaterialflusses, der während der Sputterbeschichtung
des Artikels produziert wird, geeignet ist.
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Die
Merkmale, Aspekte, Vorteile und beispielhaften Ausführungsformen,
die hierbei beschrieben werden, können kombiniert werden,
um noch weitere Ausführungsformen umzusetzen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile werden besser und vollständiger
verstanden durch Bezug zur folgenden, detaillierten Beschreibung
von beispielhaften, illustrativen Ausführungsformen in Verbindung
mit den Zeichnungen, von denen:
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1 eine
vergrößerte Ansicht eines sputterbeschichteten
Films, der produziert wird durch das Benutzen einer gewöhnlichen
Sputtervorrichtung zeigt;
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2 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer konventionellen reaktiven
DC-Magnetron-Sputtervorrichtung und Target ist;
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3 eine
Draufsicht eines konventionellen planaren Sputtertargets vor dem
Sputtern ist;
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4 ein
Querschnitt eines Sputtertargets von 3 vor dem
Sputtern ist;
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5 die
größere schiefwinklinge Komponente in der Richtung
parallel zu der längeren Achse des Targets in dem Fall
eines substantiell rechtwinkligen ebenen Targets, der ein großes
Verhältnis der Seitendimensionen aufweist, zeigt;
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6 das
Verhältnis der schiefwinkligen zur normalen Komponente,
die in der Substratbewegungsrichtung im Fall eines substantiell
rechtwinklig ebenen Targets, der ein großes Verhältnis
der Seitendimension aufweist, größer ist, zeigt;
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7 einen
substantiell planaren Sputtertarget, der eine Vielzahl von Schirmen
in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen
aufweist, zeigt;
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8 beispielhafte
Anordnungen von vorgemessenen Belastungssiliziumwafern, die für
das Testen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
benutzt werden, zeigt;
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9 ein
Dehnbeanspruchungs- gegen Positionsgraph korrespondierend zu den
Tests, die mit Referenz zu 8 durchgeführt
werden, ist; und
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10 einen
Dicke- gegen Positionsgraph, der zu den Tests korrespondiert, die
mit Referenz zu 8 durchgeführt werden,
zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
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Bestimmte
beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf Techniken
für das Reduzieren der Belastungsasymmetrie in gesputterten
polykristallinen Filmen. Beispielsweise kann die Sputtervorrichtung
von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen eine oder
mehrere substantiell vertikale, nichtleitende Schirme aufweisen,
um dabei zu helfen, die schiefwinklige Komponente des Sputtermaterialflusses
zu verringern und dabei das Wachstum von symmetrischeren Kristallen
zu fördern.
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Jetzt
in Bezug im Besonderen auf die angehängten Zeichnungen,
in denen die selben Bezugszeichen die gleichen Teile in den mehreren
Ansichten bezeichnen, ist 2 eine vereinfachte
schematische Veranschaulichung einer konventionellen reaktiven DC-Magnetron-Sputtervorrichtung
und Target. Vorrichtung 10 beinhaltet typischerweise eine
Sputterkammer 16, ein Vakuummittel 22, um die
Kammer zu evakuieren, einen Sputtertarget, wie einen ebenen Target 40 (wie
bei spielsweise veranschaulicht in 3–4),
eine oder mehrere Magneten 15, eine Sputtergasquelle 24,
eine Stromquelle 20, die einen positiven Anschluss und
einen negativen Anschluss aufweist, und ein Mittel 14, um das Substrat
in die Ablagerungsregion der Kammer zu unterstützen und/oder
zu transportieren. Der Target ist typischerweise elektrisch mit
Kathode 12 verbunden. Kathode 12 ist typischerweise
elektrisch mit dem negativen Anschluss der Stromquelle 20 verbunden.
Die Sputterkammer 16 selbst ist manchmal die elektrische
Anode. Abwechselnd kann ein separates Anodenelement innerhalb der
Sputterkammer beinhaltet sein und zu ihrer eigenen Stromquelle derart
verbunden werden, dass sie, hinsichtlich Kathode 12, auf
einem festgelegten Potential, welches sich vom Massenanschluss unterscheidet,
ist. Typischerweise ist die Sputterkammer 16 geerdet und
in beispielhaften Beispielen kann die Sputterkammer 16 mit
dem positiven Anschluss der Stromquelle verbunden werden. Für
gewöhnlich ist der Target auf dem negativsten Potential
aller Komponenten der Sputtervorrichtung (neben dem negativen Anschluss
der Stromquelle). Es sollte hervorgehoben werden, dass verschiedene elektrische
Verbindungen zwischen der Stromquelle 20 und den verschiedenen
Komponenten der Sputtervorrichtung 10 gemacht werden können.
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Wenn
einmal die Sputterkammer 16 auf das gewünschte
Vakuumlevel durch das Vakuummittel 22 evakuiert worden
ist, wird Sputtergas 24 in die Kammer 16 eingeführt.
In bestimmten beispielhaften Sputterprozessen kann das Sputtergas 24 ein
Inertgas wie Argon, Neon, usw. sein. Andere Formen von Sputterprozessen,
bekannt als reaktives Sputtern, können reaktive nicht inerte
Gase wie Sauerstoff oder Stickstoff verwenden. Zusätzlich
können einige Sputteroperationen eine Mischung von einem
oder mehreren Inertgasen und/oder Nichtinertgasen benutzen.
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Der
Sputtertarget stellt Material bereit, das auf das Substrat abgelagert
werden soll. Die Größe, Form und Konstruktion
des Targets kann variieren, abhängig vom Material und der
Größe und der Form des Substrats. Der typisch
ebene Sputtertarget 40 vor dem Sputtern wird in 3 bis 4 gezeigt.
Der ebene Sputtertarget 40 beinhaltet eine elektrisch leitende
Untersützungsplatte 41 und eine Schicht von elektrisch
leitfähigem Targetmaterial 42, das darauf abgelagert
ist. Ein elektrischer Isolator 17 kann angewandt werden,
um irgendeine ausgesetzte Region des Unterstützungselements 41 oder
andere darunter liegende Oberflächen abzudecken. Typischerweise
grenzen die Kammerwände 16 an dem Isolator 17 an
und dehnen sich bis zum Targetmaterial 42 aus, berühren
es aber nicht. Unterstützungselement 41 ist notwendig
für alle Targetmaterialien (beispielsweise solche wie jene,
die von Natur aus starr sind oder eine ausreichende Dicke aufweisen).
Deshalb kann in solchen Fällen das Targetmaterial selbst
als Unterstützungselement dienen.
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Wie
oben bemerkt, wird einer der Gründe für Belastungsasymmetrie
in gesputterten Filmen mit der bedeutend schrägwinklige
Komponente des hereinkommenden Materialflusses in Verbindung gebracht. 5 und 6 zeigen
substantiell rechtwinklige flache Targets und einen hereinkommenden Materialfluss.
Eine Vergrößerung im Prozessdruck reduziert die
mittlere freie Bewegungslange der Sputterteilchen, vor allem von
jenen, die ionisiert sind. Der Anteil von neutralen Partikeln, die
vornehmlich vom Target zum Substrat bei kleinem Winkel gestreut
werden, vergrößert sich mit sich vergrößerndem
Druck. Dieses Phänomen hilft, den beobachteten Anstieg
in der Belastungsasymmetrie zu erklären, der von sich vergrößerndem
Druck begleitet wird. Zusammen mit Gasflussvariationen ist die schrägwinklige
Komponente auch zumindest teilweise verantwortlich für Randeffekte,
die, wie oben erwähnt, manchmal in der Schicht beobachtbar
sind. Deshalb zeigt 5 die größere
schrägwinklige Komponente in der Richtung parallel zur
längeren Achse des Targets im Fall eines substantiell rechtwinkligen,
ebenen Targets, der ein großes Verhältnis der
Seitendimensionen aufweist, während 6 das Verhältnis
der schrägwinkligen zur normalen Komponente zeigt, die
größer ist in der Substratbewegungsrichtung in
dem Fall eines substantiell rechtwinkligen planaren Targets, der
ein großes Verhältnis der Seitendimension aufweist. 6 weist
auch darauf hin, dass es mehr Zugbeanspruchung in der Richtung senkrecht
zur Bewegungsrichtung gibt, wohingegen es mehr Druckbe anspruchung oder
geringere Zugbeanspruchung in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung
gibt.
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Dementsprechend
wird zur Kenntnis genommen, dass das Verkleinern der schrägwinkligen
Komponente und/oder Vergrößern der normalen Komponente
des hereinkommenden Flusses in besser gesputterten Schichten resultieren
wird. Das heißt, in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
resultiert das Verringern der schrägwinkligen Komponente und/oder
das Vergrößern der normalen Komponente des hereinkommenden
Flusses in Schichten, die reduzierte Belastungsasymmetrie oder reduzierte
Randeffekte aufweisen. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
resultiert die Belastungsasymmetrie in einer Verringerung der Druckdifferenz
zwischen der Querrichtung des Beschichters und der Bewegungsrichtung
von weniger als einen Faktor 3, vorzugsweise weniger als einen Faktor
2, und noch bevorzugter wird dies in Belastungen resultieren, die ungefähr
gleich sind in der Querrichtung des Beschichters und der Bewegungsrichtung.
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Bestimmte
beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindungen führen
deshalb eine oder mehrere substantiell vertikale Schirme neben der
Kathode ein, um die schrägwinklige Komponente des Flusses zu
blockieren und/oder anders auszurichten. 7 ist ein
substantiell ebener Sputtertarget 40, der eine Vielzahl
von Schirmen 70 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften
Ausführungsform beinhaltet. Die Schirme von bestimmten
beispielhaften Ausführungsformen werden aus nichtleitendem
Material gemacht. Wenn mehrere Schirme innerhalb einer einzelnen
Sputtervorrichtung positioniert werden, können sie voneinander
durch substantiell gleiche Intervalle getrennt werden. Obwohl die
Schirme neben der Kathode in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
sein können, können sie „fließend” sein, beispielsweise,
so dass sie eine Versetzung mit einem bestimmten Abstand von den
Kathoden haben und elektrisch von der Kathode isoliert werden können.
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In
einem großen Beschichter kann die Belastung in der Querrichtung
des Beschichters mehrere Male größer sein als
in der Bewegungsrichtung. Beispielsweise, wie oben bemerkt, kann
die Belastung drei Mal größer in der Bewegungsrichtung
sein als in der Querrichtung des Beschichters. Jedoch durch das
Implementieren der Schirme in Verbindung mit einem größeren
Beschichter, wobei das Verhältnis der Targetseiten 17:5
ist, haben verschiedene beispielhafte Ausführungsformen
zu einer Belastungsasymmetrieverringerung von ungefähr
20% auf ungefähr 5% geführt. In anderen Worten
ausgedrückt, sind einige beispielhafte Ausführungsformen
dazu in der Lage gewesen, die Belastungsasymmetrie um einen Faktor
von ungefähr 4 zu verringern. In bestimmten beispielhaften
Ausführungsformen wird die Belastungsasymmetrieverringerung
in einem Druckunterschied zwischen der Querrichtung des Beschichters
und der Bewegungsrichtung von weniger als einem Faktor von 3 enden,
vorzugsweise weniger als einen Faktor 2, und noch bevorzugter wird
in Belastungen resultieren, die ungefähr gleich in der
Querrichtung des Beschichters und der Bewegungsrichtung sind. Anders
ausgedrückt ist in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
der Unterschied zwischen der Bewegungsrichtungsdehnbeanspruchung und
der Dehnbeanspruchung in der Querrichtung des Beschichters vorzugsweise
weniger als ungefähr 15%, bevorzugt weniger als ungefähr
10% und noch bevorzugter weniger als ungefähr 5%.
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In
bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann es vom
Target elektrisch isolierte und/oder substantiell nicht magnetische
Materialien geben. Deshalb können in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
die Schirme aus einem austentischen (substantiell nicht magnetischen)
300 serienrostfreiem Stahl hergestellt werden. Die magnetische Permeabilität
(wie gemessen durch die relative Permeabilität oder μr)
von 300 serienrostfreiem Stahl reicht von ungefähr 1,00
bis 8,48 mit einer durchschnittlichen magnetischen Permeabilität
von ungefähr 1,27, wie berechnet aus 181 der verschiedenen Grade
des 300 serienrostfreien Stahls. Dementsprechend, da der 300 serienrostfreie
Stahl eine niedrige oder substantiell gar keine magnetische Permeabilität
aufweist, hat er wenig Interferenz mit dem magnetischen Feld, das
während des Sputterns erzeugt wird. Im Besonderen sind
die Schirme von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
aus dem 304 serienrostfreiem Stahl konstruiert. In bestimmten beispielhaften
Ausführungsformen können die Schirme aus dem Material
konstruiert werden, das gesputtert werden soll. In anderen Worten
ausgedrückt, falls NiCR gesputtert werden soll, können
die Schirme aus NiCR konstruiert werden. Dies würde helfen
sicherzustellen, dass es keine Kontamination über außen gelegene
Materialien geben würde und/oder dass die Effekte irgendeiner
Wechselwirkung zwischen dem Sputterprozess und den Schirmen selbst
verringert werden würde. Natürlich wird angemerkt,
dass andere Materialien benutzt werden können wie jene
Materialien, die vorzugsweise elektrisch isoliert vom Target und/oder
substantiell nicht magnetisch sind.
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Die
Schirme können in beispielhaften Ausführungsformen
beschichtet sein und in dieser Hinsicht Abblätterung aufweisen.
Um solche Probleme zu verringern oder zu eliminieren kann eine Vorspannung
an den Schirmen in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
eingeführt werden. Das heißt, in bestimmten beispielhaften
Ausführungsformen kann eine negative Vorspannung an den
Schirmen eingeführt werden, so dass der Betrag der Ablagerungen, die
durch das Formen auf den Schirmen und dem anschließenden
Abblättern erzeugt werden, reduziert werden kann (und manchmal
sogar vollständig verhindert werden kann). Das Vorspannungslevel
kann „getuned” werden, so dass irgendwelche Effekte
hinsichtlich der Gleichmäßigkeit und/oder anderen
Eigenschaften der Schicht verringert werden können (und
manchmal sogar komplett vermieden werden können). Die Schirme
können vorgespannt werden mit einer Gleich- oder Wechselspannung
in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen. Weiterhin können
die Schirme sandgestrahlt werden, was überraschenderweise
und unerwarteterweise hilft, die Abscheidungshaftung zu verstärken.
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Es
wird zur Kenntnis genommen, dass der Abstand zwischen den Schirmen
variiert und/oder optimiert werden kann. Zusätzlich wird
zur Kenntnis ge nommen, dass der Schirm-zu-Substrat-Abstand auch
geändert und/oder optimiert werden kann. Weiterhin wird
zur Kenntnis genommen, dass Austauschbeziehungen zwischen der Breite
der Fenster zwischen nebeneinander liegenden Schirmen in beispielhaften
Ausführungsformen, wo eine Vielzahl von Schirmen implementiert
sind, und der Abscheidungsrate gemacht werden können.
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Beispiel
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Ein „Gitter” von
Schirmen wurde für Testzwecke gestaltet und 8 zeigt
beispielhafte Anordnungen von vorgemessenen Belastungssiliziumwafern,
die für das Testen der Belastungsasymmetrie benutzt werden,
die in Verbindung mit Sputtern eines NiCr Targets in Übereinstimmung
mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen produziert
werden. Das Gitter, das in 8 gezeigt
wird, beinhaltet drei Regionen, wobei jede drei Fenster hat. Die
Breite der Fenster in der ersten Region ist 6'' (auf der rechten
Seite des Gitters), 4'' in der zweiten Region (im Zentrum des Gitters)
und 2'' in der dritten Region (auf der linken Seite des Gitters).
Das Material, das für das Gitter benutzt wird, ist 304
serienrostfreier Stahl und ist 1/16'' dick. Wie oben betont, wird
zur Kenntnis genommen, dass andere Materialien für das
Gitter hätten benutzt werden können. Es wird auch
zur Kenntnis genommen, dass die Dicke des Gitters variiert werden
kann, beispielsweise kann sie dünner oder dicker gemacht
werden.
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Das
Gitter wurde zuerst über dem Plasmaschirm der Sputtervorrichtung
positioniert, so dass die Hauptachse des Gitters zu der Hauptachse
des Targets korrespondiert. Das Gitter greift jedoch mit dem Plasma
in Eingriff und resultiert in wenig erfolgreichen Schichten. Tatsächlich,
da das Gitter auf demselben Potential war wie der Plasmaschirm,
fiel die maximale Leistung proportional zu der Verringerung in der
Distanz zwischen dem Gitter und dem Target verglichen mit derjenigen
zwischen dem Schirm und dem Target. Demgemäß wurde
das Gitter an einem Ort unterhalb des Plasmaschirms mit ungefähr
1,5'' Spielraum dazwischen repositioniert. Deshalb wird zur Kenntnis
genommen, dass es wünschens wert ist, in bestimmten beispielhaften
Ausführungsformen die Schirme unterhalb des Plasmaschirms
zu positionieren und dabei einen Abstand von zumindest einer vorbestimmten
Distanz davon (beispielsweise 1,5'' oder mehr oder weniger) zu haben.
Alternativ können bestimmte beispielhafte Ausführungsformen
das Potential der Schirme hinsichtlich des Plasmaschirms angleichen,
um die Schichteneigenschaften zu verbessern.
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Mit
einem derartig positionieren Gitter werden Siliziumwafer mit Glasgleitbereichen
auf dem Glassubstrat, das sputterbeschichtet werden soll, von dem
NiCR Target gemäß den Anordnungen, die in 8 gezeigt
werden, positioniert. Es wird zur Kenntnis genommen, dass der rechte
Rand die Seitenansicht des Randes des Targets ist und der Ursprung
zu dem Breitraumrand des Gitters ausgerichtet ist. Die Anordnung
für jeden Durchlauf ist in 8 dargestellt.
Zusätzlich zeigt 8, dass
hohe und niedrige Leistungsmodi (beispielsweise jeweils 25 kW und
50 kW Modi) verwendet werden. Kaptonband wurde zum Zwecke der Dickenmessung
an jeder Gleitfläche platziert.
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Die
Resultate der Experimente, die in 8 beschreiben
werden, werden in 9 und 10 gezeigt.
Im Besonderen ist 9 ein Dehnbeanspruchungs- gegen
Positionsgraph korrespondierend zu den Tests, die mit Referenz zu 8 durchgeführt werden. 10 ist
ein Dicke- gegen Positionsgraph korrespondierend zu den Tests, die
mit Referenz zu 8 durchgeführt werden.
In 9 und 10 wird die Dehnbeanspruchung
und Dicke jeweils für die Bewegungsrichtung und Querrichtung
des Beschichters bei Hoch- und Niedrigleistungsmodi gezeigt. Vorteilhafterweise
wurde wenig bis gar kein Abblättern oder Extraablagern
aufgrund des Gitters beobachtet.
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Ungefähr
40% der Asymmetrie in der Dehnbeanspruchung wurde in NiCr Schichten
mit einer Dicke von 2000 bis 4000 Å beobachtet. Die Dehnbeanspruchung
in Querrichtung des Beschichters war größer als
die in Bewegungsrichtung. Es wurde festgestellt, dass sich durch
das Setzen eines Bündelungsgitters unter halb des Schirms
eine dramatische Verringerung der Belastungsasymmetrie ergibt auf
ungefähr 5%. In anderen Worten ausgedrückt war
der Unterschied zwischen der Bewegungsrichtungsdehnbeanspruchung
und der Dehnbeanspruchung in Querrichtung des Beschichters weniger
als ungefähr 5%. Überraschenderweise und unerwarteterweise drehte
das Belastungsverhältnis in den Regionen mit engeren Fenstern,
wahrscheinlich als Resultat der Öffnung in Bewegungsrichtung
(6''), die größer als die Breite des Fensters
(4'' oder 2'') ist. Wenig oder gar keine Ablagerungsfälle
wurden nach diesen mehreren Experimentdurchläufen beobachtet.
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Es
wird zur Kenntnis genommen, dass die Belastungsasymmetrieprobleme
im Bezug auf das Sputtern, die hier beschrieben werden, auch auf
andere als die hier beschriebenen Materialien angewandt werden können
(beispielswiese andere Materialien als Mo oder NiCr). Dementsprechend
wird zur Kenntnis genommen, dass die Techniken, die hier beschrieben
werden, auch auf solche alternativen Materialien angewandt werden
können. Auch obwohl bestimmte beispielhafte Ausführungsformen
in Verbindung mit substantiell rechtwinkligen ebenen Sputtertargets
beschrieben worden sind, wird zur Kenntnis genommen, dass die beispielhaften
Ausführungsformen, die hierin beschrieben werden, auch
auf andere Weise geformte ebene Sputtertargets als auch auf zylindrische
Sputtertargets angewandt werden können.
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Während
eine bestimmte Lage oder Schicht als „an” oder „unterstützt
durch” von einer Oberfläche oder anderen Schichten
(direkt oder indirekt) bezeichnet werden können, können
andere Lagen und/oder Schichten dazwischen bereitgestellt werden.
Deshalb kann beispielsweise eine Schicht als „an” oder „unterstützt
durch” eine Oberfläche betrachtet werden, sogar
falls andere Lagen zwischen den Lagen und dem Substrat bereitgestellt
werden. Darüber hinaus können bestimmte Lagen
oder Schichten in bestimmten Ausführungsformen entfernt
werden während andere in anderen Ausführungsformen
dieser Erfindung hinzugefügt werden ohne vom gesamten Geist
der bestimmten Ausführungsform dieser Erfin dung abzuweichen.
Deshalb kann beispielsweise eine verkapselte Schicht in flüssiger
Solgelform in Übereinstimmung mit einer beispielhaften
Ausführungsform als „an” oder „unterstützt
durch” ein Sputtertargetmaterial bezeichnet werden, sogar
falls andere Schichten und/oder Lagen zwischen der solgelgeformten
Lage und dem Targetmaterial bereitgestellt werden können.
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Während
die Erfindung in Verbindung mit der am meisten praktikablen und
bevorzugten Ausführungsform gegenwärtig beschrieben
worden ist, soll auch verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf
die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern im Gegenteil es beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen
und äquivalente Anordnungen, die innerhalb des Geistes
und des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche
beinhaltet sind, abzudecken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5922176 [0002]
- - US 5403458 [0002]
- - US 5317006 [0002]
- - US 5527439 [0002]
- - US 5591314 [0002]
- - US 5262032 [0002]
- - US 5284564 [0002]