[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102012106403B4 - Method for reactive magnetron sputtering for coating substrates - Google Patents

Method for reactive magnetron sputtering for coating substrates Download PDF

Info

Publication number
DE102012106403B4
DE102012106403B4 DE102012106403.2A DE102012106403A DE102012106403B4 DE 102012106403 B4 DE102012106403 B4 DE 102012106403B4 DE 102012106403 A DE102012106403 A DE 102012106403A DE 102012106403 B4 DE102012106403 B4 DE 102012106403B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnetic field
magnetron
flux density
reactive
sputtering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102012106403.2A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102012106403A1 (en
Inventor
Volker Linss
Dr. Rank Rolf
Manfred Schreil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Original Assignee
Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Von Ardenne Asset GmbH and Co KG filed Critical Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority to DE102012106403.2A priority Critical patent/DE102012106403B4/en
Publication of DE102012106403A1 publication Critical patent/DE102012106403A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102012106403B4 publication Critical patent/DE102012106403B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/342Hollow targets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3452Magnet distribution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3464Operating strategies
    • H01J37/347Thickness uniformity of coated layers or desired profile of target erosion

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Reaktives Magnetronsputtern zur Beschichtung von Substraten von einem Target eines Magnetrons, wobei ein zu beschichtendes Substrat dem Magnetron gegenüber angeordnet, dessen Targetmaterial durch Sputtern zerstäubt und das zerstäubte Targetmaterial unter Anwesenheit eines Reaktivgases auf einem Substrat abgeschieden wird, wobei zum Zerstäuben zwischen Substrat und Magnetron ein Plasma gezündet wird, dessen Zündpunkt mittels des Magnetsystems des Magnetrons auf eine in sich geschlossene Bahn, nachfolgend als Erosionsgraben bezeichnet, gezwungen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem asymmetrisch betrieben wird, indem dessen magnetische Flussdichte in einem ersten Magnetfeldbereich über einem ersten Abschnitt des Erosionsgrabens mittels der verwendeten Materialien der Magnete und/oder durch deren Geometrien höher eingestellt wird als in einem zweiten Magnetfeldbereich über einem zweiten Abschnitt des Erosionsgrabens, wobei die magnetische Flussdichte in einem von besagten beiden Magnetfeldbereichen gleich oder kleiner als 80% der magnetischen Flussdichte des anderen Magnetfeldbereichs beträgt.Reactive magnetron sputtering for coating substrates of a target of a magnetron, wherein a substrate to be coated facing the magnetron, whose target material is sputtered by sputtering and the sputtered target material is deposited on a substrate in the presence of a reactive gas, wherein for sputtering between substrate and magnetron a plasma ignited, the ignition point by means of the magnetic system of the magnetron on a self-contained path, hereinafter referred to as erosion pit, forced, characterized in that the magnetic system is operated asymmetrically by the magnetic flux density in a first magnetic field over a first portion of the erosion trench means the materials used of the magnets and / or whose geometries is set higher than in a second magnetic field region over a second portion of the erosion trench, wherein the magnetic flux density in one of bes Both magnetic field areas were equal to or less than 80% of the magnetic flux density of the other Magnetic field is.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum reaktiven Magnetronsputtern zur Beschichtung von Substraten. Die Beschichtung erfolgt von einem Target eines Magnetrons, wobei ein zu beschichtendes Substrat dem Magnetron gegenüber angeordnet und dessen Targetmaterial durch Sputtern zerstäubt wird, wobei zum Zerstäuben zwischen Substrat und Magnetron ein Plasma gezündet wird, dessen Zündpunkt mittels des Magnetsystems des Magnetrons auf eine in sich geschlossene Bahn, allgemein als Erosionsgraben bezeichnet, gezwungen ist. Das zerstäubte Targetmaterial wird unter Anwesenheit eines Reaktivgases auf einem Substrat abgeschieden.The invention relates to a method for reactive magnetron sputtering for coating substrates. The coating is carried out by a target of a magnetron, wherein a substrate to be coated arranged opposite the magnetron and its target material is sputtered by sputtering, wherein for sputtering between the substrate and magnetron a plasma is ignited, the ignition point by means of the magnet system of the magnetron to a self-contained Railway, commonly referred to as erosion ditch, is forced. The sputtered target material is deposited on a substrate in the presence of a reactive gas.

Es ist bekannt, Schichten mittels reaktiven Sputterns herzustellen. Dabei wird in einem Hochvakuum an ein Target eine Spannung, üblicherweise eine in der Polarität wechselnde Spannung, angelegt. Das Target wird mit einem Magnetfeld durchsetzt, wodurch der durch Hochvakuum und Targetspannung erzeugte Sputtereffekt ermöglicht oder unterstützt wird. Die Kombination von Target und Magnetfelderzeuger wird als Magnetron bezeichnet, das Sputtern somit als Magnetronsputtern.It is known to produce layers by means of reactive sputtering. In this case, a voltage, usually a voltage varying in polarity, is applied in a high vacuum to a target. The target is penetrated by a magnetic field, which enables or supports the sputtering effect generated by high vacuum and target voltage. The combination of target and magnetic field generator is referred to as magnetron, sputtering thus as magnetron sputtering.

In den Prozessraum wird nun gezielt ein Gas eingeleitet, welches unter zumindest teilweiser Reaktion mit dem Targetmaterial zusammen mit diesem auf einer Oberfläche eines Substrates abgelagert wird. Dies wird als reaktives Sputtern bezeichnet. Durch Einleiten von Sauerstoff als Reaktionsgas werden beispielsweise oxidische Schichten erzielt. So ist es beispielsweise möglich, eine MetalloxidSchicht aus einem metallischen Target mittels dieses reaktiven Sputterns zu erzeugen.A gas is then introduced in a targeted manner into the process space, which gas is deposited on at least one partial reaction with the target material together with it on a surface of a substrate. This is called reactive sputtering. By introducing oxygen as a reaction gas, for example, oxide layers are achieved. For example, it is possible to produce a metal oxide layer from a metallic target by means of this reactive sputtering.

In der Praxis finden planare Magnetrons mit ebener Kathodengeometrie oder Rohrmagnetrons mit zylindrischer Kathode Anwendung. Für die großindustrielle Anwendung haben sich die Rohrmagnetrons sehr bewährt. Hierbei ist ein rohrförmiges Target (Rohrtarget) vorgesehen, in dessen innerem Hohlraum das Magnetsystem angeordnet ist. Bei dem Sputtervorgang wird das Rohrtarget gedreht, so dass es ständig um das feststehende Magnetfeld dreht. Damit wird erreicht, dass immer die gesamte Targetoberfläche vom Sputterprozess bearbeitet wird. Es sollen sich keine Zonen unterschiedlichen Targetabtrages oder unterschiedlicher Targetoxidation herausbilden, wie beim planaren Target zwangsläufig der Fall ist. Damit wird u.a. gewährleistet, dass das Target gleichmäßig absputtert, wodurch eine bessere Targetausnutzung erreicht wird.In practice planar magnetrons with planar cathode geometry or tube magnetrons with cylindrical cathode are used. Tubular magnetrons have proved very successful for large-scale industrial applications. Here, a tubular target (tube target) is provided, in the inner cavity of the magnet system is arranged. In the sputtering process, the tube target is rotated so that it constantly rotates around the fixed magnetic field. This ensures that always the entire target surface is processed by the sputtering process. There should be no zones of different Targetabtrages or different target oxidation, as inevitably the case with the planar target. This will u.a. ensures that the target spalls evenly, resulting in better target utilization.

Rohrmagnetrons werden, wie auch planare Magnetrons, in inline-Vakuumbeschichtungsanlagen eingesetzt. Dabei handelt es sich um langgestreckte Vakuumanlagen mit einem Substrattransportsystem, mittels dem Substrate durch die Vakuumbeschichtungsanlage unter Passieren verschiedener Bearbeitungsstationen, u.a. auch Beschichtungsstationen, hindurch bewegt werden.Tube magnetrons, like planar magnetrons, are used in in-line vacuum coating systems. These are elongate vacuum systems with a substrate transport system, by means of which the substrates pass through the vacuum coating system while passing through various processing stations, i.a. also coating stations, are moved through.

Mit zunehmender Komplexität der herzustellenden Schichtsysteme steigen auch die Anforderungen an die Homogenität der Einzelschichten. Z.B. hängt das Reflexions- und Transmissionsverhalten des Schichtsystems wesentlich von der Schichtdicke der meist sehr dünnen Funktions-, Schutz- und Antireflexionsschichten ab. Gerade für Schichtsysteme mit Filtereigenschaften sind deshalb die zulässigen Schichtdickenvariationen sehr gering, sowohl von Substrat zu Substrat als auch über der Fläche eines Substrats. Letzteres erfordert einen Ausgleich von Schwankungen sowohl in Richtung als auch quer zur Substrattransportrichtung.With increasing complexity of the layer systems to be produced, the demands on the homogeneity of the individual layers also increase. For example, The reflection and transmission behavior of the layer system depends essentially on the layer thickness of the mostly very thin functional, protective and antireflection layers. Especially for layer systems with filter properties, therefore, the permissible layer thickness variations are very small, both from substrate to substrate and over the surface of a substrate. The latter requires compensation for variations both in the direction and transverse to the substrate transport direction.

Eine Quelle der Schichtdickenschwankungen ist die Magnetfeldgeometrie entlang des Erosionsgrabens, die zum einen durch das Magnetfeld entlang des Magnettunnels und zum anderen auch durch die Verteilung des Targetabtrages beeinflusst wird. Maßnahmen zur Variation des Magnetfelds sind beispielsweise die Änderung der Position eines Magneten zu einem benachbarten Magneten oder zur Targetoberfläche oder die Änderung des Abstandes oder die Lage der Pole ( US 5 865 970 A ). Andere Vorschläge sind auf die direkte Änderung der Magnetfeldstärke gerichtet, z.B. durch die Verwendung von Elektromagneten oder die Änderung der Winkeleinstellung zwischen Magnet und Rohrtarget. In der DE 102 34 858 A1 wird beispielsweise die Lage des Mittelpols relativ zum Target nach einem vorgebbaren Zeitprogramm geändert. In der EP 1 412 964 B1 wird eine Homogenität in der Magnetfeldgeometrie als unerlässlich angesehen und eine Magnetanordnung für Rohrmagnetrons beschrieben, die Variationen in der magnetischen Flussdichte entlang des Erosionsgrabens zum Ausgleich von Inhomogenität quer zur Substrattransportrichtung gestattet. Ein solches so genannten Shimming oder Shimmen, das die Homogenisierung des Magnetfeldes beabsichtigt, bewirkt Änderungen der magnetischen Flussdichte im Bereich von wenigen, deutlich unter 10 Prozenten.One source of layer thickness variation is the magnetic field geometry along the erosion trench, which is influenced by the magnetic field along the magnetic tunnel and also by the distribution of the target discharge. Measures for varying the magnetic field are, for example, the change of the position of a magnet to an adjacent magnet or to the target surface or the change of the distance or the position of the poles ( US 5,865,970 A ). Other proposals are directed to the direct change of the magnetic field strength, for example by the use of electromagnets or the change of the angle setting between magnet and tube target. In the DE 102 34 858 A1 For example, the position of the center pole is changed relative to the target after a predetermined time program. In the EP 1 412 964 B1 For example, homogeneity in magnetic field geometry is considered indispensable and a tube magnet magnet assembly is described that allows for variations in magnetic flux density along the erosion trench to compensate for inhomogeneity across the substrate transport direction. Such a so-called shimming, which intends the homogenization of the magnetic field, causes changes in the magnetic flux density in the range of a few, well below 10 percent.

In der DE 41 17 367 A1 wird das Magnetfeld, welches die Stärke und Formgebung des Plasmas maßgebend beeinflusst dadurch variiert, dass beispielsweise die Position mindestens eines Magneten oder dessen Stärke oder die Anzahl der Magnete geändert wird.In the DE 41 17 367 A1 For example, the magnetic field, which influences the strength and shape of the plasma, is varied by, for example, changing the position of at least one magnet or its strength or the number of magnets.

In der DE 10 2009 053 756 A1 werden Schwankungen des Magnetfelds über der Targetoberfläche ausgeglichen, die auf Abweichungen von einer präzisen zylindrischen Geometrie und Rotation der Rohrmagnetrons und infolge dessen auf ungleichmäßigem Targetabtrag an der gerade über dem Magnetsystem befindlichen Targetoberfläche beruhen. Diese Magnetfeldschwankungen sind mit einer Schwankung des Arbeitspunktes verbunden, so dass mit einer dazu synchronisierten Modulation der Targetspannung ein Ausgleich angestrebt wird. Im Ergebnis können die Substrateigenschaften in Substrattransportrichtung zu einem großen Teil homogenisiert werden.In the DE 10 2009 053 756 A1 Fluctuations in the magnetic field across the target surface are compensated for deviations from precise cylindrical geometry and rotation of the tubular magnetrons and, consequently, for uneven target removal at the very same time based on the magnetic system located target surface. These magnetic field fluctuations are associated with a fluctuation of the operating point, so that with a synchronized modulation of the target voltage compensation is sought. As a result, the substrate properties in the substrate transport direction can be largely homogenized.

Allerdings sind bei Rohrmagnetrons weitere Einflüsse auf die jeweils einem Rohrmagnetron zugehörige Plasmadynamik festgestellt worden, die den beiden sich gegenüber liegenden Abschnitten der quer zur Substrattransportrichtung erstreckten Erosionsgrabenabschnitte zuzuordnen sind und sich nicht synchron zueinander verhalten. Daraus ist zu schlussfolgern, dass sie nicht oder zumindest nicht allein der Unwucht des Rohrmagnetrons zuzuordnen sind. Solche Schwankungen wirken sich verstärkt auf reaktive Sputterverfahren aus und zwar dann, wenn eine solche Phasenverschiebung der Arbeitspunktschwankungen über beiden Hälften des in sich geschlossenen Erosionsgraben vorliegt, bei der eine Ausregelung der Schwankung über einer Hälfte eine gleichzeitig Ausregelung über der anderen Hälfte verhindert, so dass sich die Ausregelung verstärkt nur auf einen Teil der abzuscheidenden Schicht auswirkt.However, with tubular magnetrons, further influences on the respective plasma magnetron associated plasma dynamics have been found, which are attributable to the two opposite sections of the erosion trench sections extending transversely to the substrate transport direction and do not behave synchronously with one another. From this it can be concluded that they are not or at least not solely attributable to the imbalance of the tubular magnetron. Such variations have an increased effect on reactive sputtering processes, namely when there is such a phase shift of the operating point variations over both halves of the self-contained erosion trench, in which a control of the variation above one half prevents simultaneous control over the other half, so that the ruling reinforces only a part of the layer to be separated.

Es ist folglich Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum reaktiven Magnetronsputtern anzugeben, so dass ein verbesserter Ausgleich von Schwankungen über den Umfang des in sich geschlossenen Erosionsgrabens möglich ist.It is therefore an object of the invention to provide a method for reactive magnetron sputtering, so that an improved compensation of fluctuations over the circumference of the self-contained erosion trench is possible.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Magnetronsputterverfahren nach Anspruch 1 zum reaktiven Magnetronsputtern angegeben. Sich darauf beziehende abhängige Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.To solve the problem, a magnetron sputtering method according to claim 1 for reactive magnetron sputtering is specified. Related dependent claims represent advantageous embodiments.

Im Gegensatz zur bekannten Verfahrensweise wird erfindungsgemäß ein Teil des Erosionsgrabens deutlich stärker ausgebildet und damit das Magnetron einseitig mittels der verwendeten Materialien der Magnete und/oder durch deren Geometrien asymmetrisch betrieben und dazu die sonst angestrebte Symmetrie des Magnetfeldes gebrochen.In contrast to the known procedure, according to the invention, a part of the erosion trench is formed significantly stronger and thus the magnetron unilaterally operated asymmetrically by means of the materials used of the magnets and / or by their geometries and to the otherwise desired symmetry of the magnetic field refracted.

Zum Magnetronsputtern ist, wie eingangs beschrieben, ein in sich geschlossener magnetischer Tunnel und daraus folgend ein in sich geschlossener Erosionsgraben erforderlich, um das Plasma aufrecht zu erhalten. Jedoch dominiert in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Teil des Grabens, so dass dieser Teil für den Reaktivgasverbrauch und die Abscheiderate sowie die entstehenden Schichteigenschaften maßgeblich verantwortlich ist und so die Inhomogenitäten entlang des Erosionsgrabens an Gewicht verlieren.For magnetron sputtering is, as described above, a self-contained magnetic tunnel and, consequently, a self-contained erosion trench required to maintain the plasma. However, in the method according to the invention, a part of the trench dominates, so that this part is decisively responsible for the reactive gas consumption and the deposition rate as well as the resulting layer properties and thus lose weight in the inhomogeneities along the erosion trench.

Bei einem sich über das gesamte Substrat erstreckenden Rohrmagnetron und ebenso bei einem solchen langgestreckten planaren Magnetron wird der dominierende Magnetfeldbereich zweckmäßig einer der beiden parallel zur Achse des Rohres oder des Rechtecks verlaufenden Bereich sein. Bei einem geradlinig unter bzw. über dem Magnetron hindurch bewegten Substrat und/oder bei rotierendem Magnetron liegen sich der stärker und der demgegenüber schwächer ausgebildete Magnetfelbereich im Verlauf des Erosionsgrabens gegenüber. Aber auch andere Geometrien können in Abhängigkeit von der Geometrie und einem möglichen Transport der Substrate sowie von der Targetgeometrie anwendbar sein.With a tube magnetron extending over the entire substrate and also with such an elongate planar magnetron, the dominant magnetic field region will expediently be one of the two regions extending parallel to the axis of the tube or of the rectangle. In the case of a substrate moving rectilinearly under or over the magnetron and / or with a rotating magnetron, the magnetic field area which is stronger and which, on the other hand, is weaker is located in the course of the erosion trench. However, other geometries can also be applicable depending on the geometry and possible transport of the substrates as well as on the target geometry.

Mit zunehmender Dominanz des einen Magnetfeldbereichs verliert der andere an Einfluss, so dass die magnetische Flussdichte in letzterem nur maximal 80%, entsprechend bevorzugter Ausgestaltungen maximal 50%, des Ersteren ist oder gerade so groß, dass der Plasmaring nicht erlischt, d.h. der Elektroneringstrom nicht unterbrochen wird.As the dominance of one magnetic field region increases, the other one loses influence, so that the magnetic flux density in the latter is only 80% at most, or 50% or less, according to preferred embodiments, or just so large that the plasma ring does not extinguish, i. the electron ring current is not interrupted.

Das Magnetsystem wird mittels der verwendeten Materialien der Magnete oder durch deren Geometrien oder einer Kombination von beidem derart konfiguriert, dass für zumindest zwei sich einander gegenüber liegende Abschnitte des Magnetsystems magnetische Flussdichten erzielbar sind, die die oben beschriebene Dominanz des einen Magnetfeldbereichs realisieren. Die mittels des Magnetsystems gezielt eingestellten Unterschiede liegen in den oben beschriebenen Prozentbereichen und damit deutlich über den durch das bekannte Shimmen ausgleichbaren Inhomogenitäten.The magnet system is configured by means of the materials used of the magnets or by their geometries or a combination of both in such a way that magnetic flux densities that realize the above-described dominance of the one magnetic field range can be achieved for at least two mutually opposite sections of the magnet system. The differences set by means of the magnet system lie in the percentage ranges described above and thus clearly above the inhomogeneities which can be compensated by the known shimming.

Neben der gezielt eingestellten Asymmetrie des Magnetfeldes kann auch ein Shimmen günstig sein, z.B. um die Asymmetrie fein abzustimmen, d.h. in jener Ausdehnung des Magnetfeldes, die sich über beide Magnetfeldbereiche erstreckt, oder um Inhomogenität innerhalb eines Magnetfeldbereiches auszugleichen. Letzteres erfolgt entlang der Ausdehnung jedes Magnetfeldbereichs und kann mit einem Shimmen in der ersten Ausdehnung kombiniert werden.In addition to the deliberately set asymmetry of the magnetic field, shimming may also be beneficial, e.g. to fine tune the asymmetry, i. in that extent of the magnetic field which extends over both magnetic field ranges, or to compensate for inhomogeneity within a magnetic field range. The latter occurs along the extent of each magnetic field region and can be combined with shimming in the first dimension.

Die Dominanz eines Magnetfeldbereichs gegenüber dem anderen gestattet die Regelung des Arbeitspunktes des reaktiven Sputterprozesses anhand der Ermittlung eines dafür geeigneten, diesen Magnetfeldbereich charakterisierenden Prozessparameters, hier zur Unterscheidung als erster Prozessparameter bezeichnet.The dominance of one magnetic field area with respect to the other allows the regulation of the operating point of the reactive sputtering process on the basis of the determination of a suitable process parameter characterizing this magnetic field area, referred to here as a first process parameter for distinction.

Unter Arbeitspunkt wird hier ein Punkt auf einem von mehreren Prozessparametern abhängigen mehrdimensionalem Strom-Spannungs-Kennlinienfeld verstanden. Zur Erreichung bestimmter Schichtqualitäten wird ein bestimmter Sollpunkt oder Sollbereich in dem Kennlinienfeld vorgegeben, in dem der Arbeitspunkt liegen soll, d.h. normalerweise wird der Arbeitspunkt so eingestellt, dass ein Optimum an zu erzielenden Schichteigenschaften erreicht wird.Operating point is here understood to be a point on a multi-dimensional current-voltage characteristic field dependent on several process parameters. In order to achieve certain layer qualities, a specific desired point or desired range is specified in the characteristic field in which the operating point should lie, i. Normally, the operating point is adjusted so that an optimum of layer properties to be achieved is achieved.

Insbesondere bei reaktiven Prozessen ist der Einfluss der Prozessparameter auf das Kennlinienfeld besonders stark oder nicht eindeutig, was sich in Form von Sprüngen oder Hysteresen zeigt. Das führt dazu, dass minimale Schwankungen des Magnetfeldes, die zu minimalen Schwankungen in der Impedanz führen, erhebliche Arbeitspunktschwankungen nach sich ziehen können.In particular, in reactive processes, the influence of the process parameters on the characteristic field is particularly strong or ambiguous, which manifests itself in the form of jumps or hystereses. As a result, minimal variations in the magnetic field that result in minimal impedance variations can result in significant operating point variations.

Bei der Prozessführung wird der Arbeitspunkt nach Möglichkeit konstant gehalten. Hierfür sind Regelverfahren bekannt, beispielsweise das Plasmaemissionsmonitoring (PEM) oder eine Leistungsregelung mittels Reaktionsgaszuführung bei einer konstant geregelten Spannung. Bei der Leistungsregelung wird der zur Bereitstellung der Targetspannung eingesetzte Generator spannungsgeregelt betrieben und die gewünschte Leistung über den Reaktivgasfluss eingestellt.During process control, the operating point is kept constant as far as possible. For this purpose, control methods are known, for example, the plasma emission monitoring (PEM) or a power control by means of reactive gas supply at a constant regulated voltage. In power control, the generator used to provide the target voltage is operated under voltage control and the desired power is set via the reactive gas flow.

In der DE 10 2009 053 756 B4 , auf dessen dort beschriebenes Verfahren zur Stabilisierung des Arbeitspunktes in einer Rohrmagnetrons aufweisenden Vakuumkammer hier Bezug genommen wird, ist eine Regelung des Arbeitspunktes des Beschichtungsprozesses vorgesehen, bei dem an ein Rohrmagnetron mit einem rotierenden Target und eine Gegenelektrode eine Targetspannung angelegt wird, derart, dass eine durch den Targetumlauf hervorgerufene periodische Änderung eines ersten Prozessparameters durch eine periodische Änderung eines zweiten Prozessparameters mit einer determinierten Höhe ausgeregelt wird.In the DE 10 2009 053 756 B4 , to which there described method for stabilizing the operating point in a Rohrmagnetrons having vacuum chamber is referred to here, a control of the operating point of the coating process is provided, in which a target tube voltage is applied to a tube magnet with a rotating target and a counter electrode, such that a is corrected by the target circulation caused periodic change of a first process parameter by a periodic change of a second process parameter with a determinate amount.

Die Variation des Magnetfeldes in den beiden Magnetfeldbereichen können alternativ oder ergänzend auch durch die zum Stand der Technik beschriebenen Maßnahmen erfolgen, soweit sie die notwendige Abweichung der Flussdichten in beiden Bereichen erlauben.The variation of the magnetic field in the two magnetic field regions can alternatively or additionally also be carried out by the measures described in the prior art insofar as they permit the necessary deviation of the flux densities in both regions.

Claims (7)

Reaktives Magnetronsputtern zur Beschichtung von Substraten von einem Target eines Magnetrons, wobei ein zu beschichtendes Substrat dem Magnetron gegenüber angeordnet, dessen Targetmaterial durch Sputtern zerstäubt und das zerstäubte Targetmaterial unter Anwesenheit eines Reaktivgases auf einem Substrat abgeschieden wird, wobei zum Zerstäuben zwischen Substrat und Magnetron ein Plasma gezündet wird, dessen Zündpunkt mittels des Magnetsystems des Magnetrons auf eine in sich geschlossene Bahn, nachfolgend als Erosionsgraben bezeichnet, gezwungen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem asymmetrisch betrieben wird, indem dessen magnetische Flussdichte in einem ersten Magnetfeldbereich über einem ersten Abschnitt des Erosionsgrabens mittels der verwendeten Materialien der Magnete und/oder durch deren Geometrien höher eingestellt wird als in einem zweiten Magnetfeldbereich über einem zweiten Abschnitt des Erosionsgrabens, wobei die magnetische Flussdichte in einem von besagten beiden Magnetfeldbereichen gleich oder kleiner als 80% der magnetischen Flussdichte des anderen Magnetfeldbereichs beträgt.Reactive magnetron sputtering for coating substrates of a target of a magnetron, wherein a substrate to be coated facing the magnetron, whose target material is sputtered by sputtering and the sputtered target material is deposited on a substrate in the presence of a reactive gas, wherein for sputtering between substrate and magnetron a plasma ignited, the ignition point by means of the magnetic system of the magnetron on a self-contained path, hereinafter referred to as erosion pit, forced, characterized in that the magnetic system is operated asymmetrically by the magnetic flux density in a first magnetic field over a first portion of the erosion trench means the materials used of the magnets and / or whose geometries is set higher than in a second magnetic field region over a second portion of the erosion trench, wherein the magnetic flux density in one of be said magnetic field areas equal to or less than 80% of the magnetic flux density of the other magnetic field range. Reaktives Magnetronsputtern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Flussdichte in einem von besagten beiden Magnetfeldbereichen bevorzugt gleich oder kleiner 50% der magnetischen Flussdichte des anderen Magnetfeldbereichs beträgt.Reactive magnetron sputtering after Claim 1 , characterized in that the magnetic flux density in one of said two magnetic field regions is preferably equal to or less than 50% of the magnetic flux density of the other magnetic field region. Reaktives Magnetronsputtern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Flussdichte in einem von besagten beiden Magnetfeldbereichen gerade so groß eingestellt wird, dass der Plasmaring aufrechterhalten wird.Reactive magnetron sputtering after Claim 1 , characterized in that the magnetic flux density in one of said two magnetic field ranges is set just so large that the plasma ring is maintained. Reaktives Magnetronsputtern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander abweichenden Magnetfeldbereiche durch ein Magnetsystem erzeugt werden, das Abschnitte mit unterschiedlicher und/oder mit einstellbarer magnetischer Flussdichte aufweist.Reactive magnetron sputtering according to one of the preceding claims, characterized in that the divergent magnetic field regions are generated by a magnet system having sections with different and / or adjustable magnetic flux density. Reaktives Magnetronsputtern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung des Arbeitspunktes des reaktiven Sputterprozesses anhand eines ersten Prozessparameters, welcher den Magnetfeldbereich mit der höheren magnetischen Flussdichte charakterisiert, erfolgt.Reactive magnetron sputtering according to one of the preceding claims, characterized in that a control of the operating point of the reactive sputtering process on the basis of a first process parameter, which characterizes the magnetic field region with the higher magnetic flux density occurs. Reaktives Magnetronsputtern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Prozessparameter die Intensität einer signifikanten Linie eines optischen Emissionsspektrogramms oder ein Reaktivgaspartialdruck ist.Reactive magnetron sputtering after Claim 5 , characterized in that the first process parameter is the intensity of a significant line of an optical emission spectrogram or a reactive gas partial pressure. Reaktives Magnetronsputtern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf einem entlang einer Substrattransportrichtung bewegten Substrat und/oder von zumindest einem Rohrmagnetron erfolgt, dessen Achse sich senkrecht zur Substrattransportrichtung erstreckt.Reactive magnetron sputtering according to one of the preceding claims, characterized in that the coating takes place on a substrate moved along a substrate transport direction and / or of at least one tubular magnetron whose axis extends perpendicular to the substrate transport direction.
DE102012106403.2A 2012-07-17 2012-07-17 Method for reactive magnetron sputtering for coating substrates Expired - Fee Related DE102012106403B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012106403.2A DE102012106403B4 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Method for reactive magnetron sputtering for coating substrates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012106403.2A DE102012106403B4 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Method for reactive magnetron sputtering for coating substrates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012106403A1 DE102012106403A1 (en) 2014-01-23
DE102012106403B4 true DE102012106403B4 (en) 2019-03-28

Family

ID=49879754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012106403.2A Expired - Fee Related DE102012106403B4 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Method for reactive magnetron sputtering for coating substrates

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012106403B4 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4117367A1 (en) 1991-05-28 1992-12-03 Leybold Ag Modifying magnetic field in sputter equipment with rotating target - results in a box-shaped profile of material removal on the target surface which improves the efficiency and reduced penetration danger
US5865970A (en) 1996-02-23 1999-02-02 Permag Corporation Permanent magnet strucure for use in a sputtering magnetron
DE10234858A1 (en) 2002-07-31 2004-02-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for producing a magnetron discharge, especially for magnetron sputtering, in the coating of substrates has a unit producing a magnetic field having a fixed position relative to the outer target limit in the region of the outer pole
EP1412964A1 (en) 2001-08-02 2004-04-28 N.V. Bekaert S.A. Sputtering magnetron arrangements with adjustable magnetic field strength
DE102009053756A1 (en) 2009-06-26 2010-12-30 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Process for coating a substrate in a vacuum chamber with a rotating magnetron

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4117367A1 (en) 1991-05-28 1992-12-03 Leybold Ag Modifying magnetic field in sputter equipment with rotating target - results in a box-shaped profile of material removal on the target surface which improves the efficiency and reduced penetration danger
US5865970A (en) 1996-02-23 1999-02-02 Permag Corporation Permanent magnet strucure for use in a sputtering magnetron
EP1412964A1 (en) 2001-08-02 2004-04-28 N.V. Bekaert S.A. Sputtering magnetron arrangements with adjustable magnetic field strength
EP1412964B1 (en) * 2001-08-02 2011-06-29 N.V. Bekaert S.A. Sputtering magnetron arrangements with adjustable magnetic field strength
DE10234858A1 (en) 2002-07-31 2004-02-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for producing a magnetron discharge, especially for magnetron sputtering, in the coating of substrates has a unit producing a magnetic field having a fixed position relative to the outer target limit in the region of the outer pole
DE102009053756A1 (en) 2009-06-26 2010-12-30 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Process for coating a substrate in a vacuum chamber with a rotating magnetron
DE102009053756B4 (en) 2009-06-26 2011-07-21 VON ARDENNE Anlagentechnik GmbH, 01324 Process for coating a substrate in a vacuum chamber with at least one rotating magnetron

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012106403A1 (en) 2014-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2720248B1 (en) Vacuum arc evaporation source, and arc evaporation chamber with a vacuum arc evaporation source
DE69226322T2 (en) Atomization plant
EP0416241B1 (en) Apparatus for coating a substrate
EP2018653B1 (en) Arc source and magnet arrangement
EP2622113B1 (en) Coating substrates with an alloy by means of cathode sputtering
WO1996026302A1 (en) Reactive sputtering process
DE3506227A1 (en) Arrangement for coating substrates by means of cathode sputtering
WO2013091927A1 (en) Device for generating a hollow cathode arc discharge plasma
EP0886880A1 (en) Method and apparatus for the coating of workpieces
DE102010030933B4 (en) Method and arrangement for gas guidance on rotating magnetrons in vacuum coating systems
EP1576641B1 (en) Vacuum arc source comprising a device for generating a magnetic field
DE69416963T2 (en) Device for coating sheets in a vacuum
DE19506513C2 (en) Reactive coating device
DE69017555T2 (en) Process and apparatus for sputtering films.
DE102009053756B4 (en) Process for coating a substrate in a vacuum chamber with at least one rotating magnetron
DE102012106403B4 (en) Method for reactive magnetron sputtering for coating substrates
DE102013108994A1 (en) Method for setting process gas flow to elongated magnetron, involves determining plasma stoichiometry in each plasma zone segment for each partial process gas flow, and setting flow of process gas portion per sub-process gas flow
DE102013208771A1 (en) Method and device for influencing the layer thickness distribution on substrates and substrates coated in this way
DE102013107659B4 (en) Plasma-chemical coating device
DE102012111186B4 (en) Method and apparatus for generating a magnetron discharge
DE102013105771B4 (en) Device and method for depositing a layer by means of magnetron sputtering
DE10234858A1 (en) Device for producing a magnetron discharge, especially for magnetron sputtering, in the coating of substrates has a unit producing a magnetic field having a fixed position relative to the outer target limit in the region of the outer pole
CH702969A2 (en) Apparatus for treating and/or coating glass surfaces with thin layers using plasma, comprises anode segments, and a magnetic assembly, where the segment is based on magnetic field that forces electrons to sputter cathode
DE102009005512B4 (en) Method for operating a tubular magnetron arrangement for sputtering
DE102004018079A1 (en) Sputtering device includes rotation mechanism, sputtering cathode unit, movement mechanism, and sputtering mechanism which sputters when sputtering cathode moves over rotating substrate

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTANWAELTE LIPPERT, STACHOW & PARTNER, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VON ARDENNE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: VON ARDENNE ANLAGENTECHNIK GMBH, 01324 DRESDEN, DE

Effective date: 20141015

Owner name: VON ARDENNE ASSET GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: VON ARDENNE ANLAGENTECHNIK GMBH, 01324 DRESDEN, DE

Effective date: 20141015

R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTANWAELTE LIPPERT, STACHOW & PARTNER, DE

Effective date: 20141015

Representative=s name: LIPPERT STACHOW PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE , DE

Effective date: 20141015

R082 Change of representative
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VON ARDENNE ASSET GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: VON ARDENNE GMBH, 01324 DRESDEN, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee