DE3331245A1

DE3331245A1 - Ebene magnetron-zerstaeubungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3331245A1
Application number: DE19833331245
Authority: DE
Inventors: Charles B. 95125 San Jose Calif. Garrett
Original assignee: Gartek Systems Inc 94086 Sunnyvale Calif; Gartek Systems Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1982-09-03
Filing date: 1983-08-30
Publication date: 1984-03-08
Also published as: GB2126257A; DE3331245C2; GB2126257B; GB8323336D0; US4444643A

Description

Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf ebene Magnetron-Zerstäubungsvorrichtungen und betrifft insbesondere eine ebene Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung mit einem bewegten Magnetfeld. Mit dieser Vorrichtung soll das Zerstäubungsmaterial des Targets stärker und gleichmäßiger ausgenutzt und ein ebenmäßiger Niederschlag auf einem Substrat gebildet werden.

Vorrichtungen, mit denen Substrate durch ein Aufstäubungs-, Aufdampf- oder Zerstäubungsverfahren beschichtet werden, sind allgemein bekannt. Dabei wird ein einem Magnetfeld ausgesetztes Targetmaterial in eine Inertgasumgebung in der Nähe eines Substrates gebracht und eine Gleichstrom-Spannung oder Hochfrequenz angelegt, was dazu führt, dass Targetmaterial vom Target an das Substrat übertragen wird. Seit der Entwicklung dieser Technik hat man sich darum bemüht, das Targetmaterial besser zu nutzen. Da Targets aus teurem Metall bestehen, ist jede Möglichkeit, die eine Nutzung eines größeren Teils dieses Metalls zum Aufstäuben ermöglicht, ehe das Target ersetzt werden muß, ebenso erwünscht wie wirtschaftlich. Außer den Kosten für die Targets selbst ist noch die Fabrikationszeit zu beachten, die verlorengeht, während der Zerstäubungsprozeß zum Austausch des Targets unterbrochen werden muß. Wenn es gelingt, die Lebensdauer eines Targets zu verlängern, kann die verlorene Produktionszeit auf ein Minimum eingeschränkt werden.

Es ist allgemein bekannt, daß die maximale Erosion eines Targets dort auftritt, wo Magnetflußlinien parallel zur Oberfläche des Targets verlaufen. Den Magnetfluß liefern in unmittelbarer Nähe des Targets angeordnete Magnete. Es ist typisch für Magnetflußlinien, daß sie geschlossene Schleifen bilden, welche sich von einem Pol eines Magneten zum entgegengesetzten Pol erstrecken. Wenn das Magnetfeld während des Zerstäubungsverfahrens stationär bleibt, nimmt die stärkste Erosion des Targets die Form einer Nut im Target an. Derartige Erosionsnutcnmuster haben typischerweise

die Form einer Rennbahn, aber sie hängen von der Anbringung der ortsfesten Magneten gegenüber der Targetoberfläche ab. Ein Beispiel für einen Versuch, die Targetnutzung zu verbessern geht aus US-PS 3 956 093 hervor, in dem ein zweites Magnetfeld rechtwinklig zu einem ersten Magnetfeld offenbart ist, um die Gestalt des Magnetflußmusters abzuflachen, damit Magnetflußlinien parallel zur Targetoberfläche in einem größeren Bereich dieser Oberfläche erhalten werden.

Weitere Bemühungen um eine Abflachung des Magnetflußmusters über das Target hinweg gehen aus US-PS ^ 312 731 und 4 162 95^ hervor. Mit anderen Versuchen, das Problem der Targeterosionsmuster zu lösen, befassen sich US-PS 4 175 030 und 4 116 806. Keine der genannten Veröffentlichungen offenbart jedoch eine Bewegung der Quelle des Magnetfeldes, um das jeweilige Ziel zu erreichen. Auch wenn mit den bekannten Vorrichtungen die Nutzung des Targets verbessert werden kann, zeichnen sich diese Vorrichtungen doch immer noch durch Targeterosionsmuster aus, die der Nut ähnlich sind, welche sich über die Oberfläche des Targets erstreckt. Es ist üblich, daß nur ^O bis 50 % des Targetmaterials aufgebraucht ist, wenn es bereits ausgetauscht werden muß.

Wenn es zur Ausbildung eines ErosAonsnutenmusters kommt, besteht die Gefahr, daß die ganze Dicke des Targets am Boden der Nut aufgebraucht wird, wodurch das Substrat mit demjenigen Material verunreinigt wird, an dem das Target angebracht ist. Deshalb kann es aus Gründen der Sicherheit nötig sein, nur ca. kO % des Targets aufzubrauchen, um das Verunreinigungsproblem zu vermeiden. In manchen Fällen ist das Target mit seiner Halterungsplatte verhaftet. Das für diese Anbringung nötige Verfahren ist ziemlich teuer, und diese Kosten erhöhen sich bei zunehmender Häufigkeit des Austausches des Targets.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine ebene Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung zu schaffen, hoi dor die Menge des Targetmaterials erhöht ist, das aufgebraucht werden kann,

ehe Austausch des Targets notwendig wird. Damit soll der Zeitabstand von einem TargcLaustausch bis zum nächsten verlängert werden. Es soll auch eine gleichförmige Verarmung oder Ausnutzung des Targets erreicht werden. Schließlich soll damit ein Substrat in gleichmäßiger Dicke mit Targetmaterial beschichtet werden können.

Kurz gesagt sieht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Magnetanordnung vor, die über einer ebenen Oberfläche gedreht wird, an der ein ebenes Target befestigt ist, so daß ein Magnetfeldmuster erzeugt wird, welches sich in ständigem Wechsel gegenüber jeder beliebigen Stelle auf der Oberfläche des Targets befindet. Dabei ist eine kreisförmige Magnetanordnung an einem Arm befestigt, der mit einer drehbaren Welle verbunden ist, welche von einem axialen, mit Schaufeln versehenen Wasser- oder Turbinenrad angetrieben wird,wobei die Magnetanordnung gegenüber der Umdrehungsachse exzentrisch angebracht ist. Die Magnetanordnung wird über die Oberfläche einer Platte bewegt. An der entgegengesetzten Seite dieser Platte ist ein ebenes Target befestigt, welches sich in eine Arbeitskammer erstreckt, die zunächst leergepumpt und in die dann ein Inertgas unter niedrigem Druck eingeführt wurde. An das Target wird Gleichspannung angelegt, so daß zwischen dem Target und einem in der Arbeitskammer unmittelbar unterhalb des Targets in einer Ebene parallel zu demselben angeordneten Substrat ein elektrostatisches Feld erzeugt wird. Aus dem Target treten Elektronen heraus, die ihrerseits das Inertgas ionisieren. Beim Aufprall von Gasionen auf das Target werden Atome oder Moleküle aus dem Targetmaterial herausgeschlagen und schlagen sich auf dem Substrat nieder. Wenn eine Zerstäubungsvorrichtung mit einer drehbaren Magnetanordnung verwendet wird, wird das Target gleichmäßig verbraucht, und der Überzug auf dem Substrat erhält eine gleichmäßige Dicke.

Ein Vorteil der ebenen Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Menge des Targets, die

vor der Notwendigkeit für einen Austausch des Targets aufgebraucht werden kann, erhöht wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit dieser Zerstäubungsvorrichtung der Zeitabstand von einem Targetaustausch bis zum nächsten verlängert wird.

Ein Vorteil besteht auch darin, daß das Target über seinen Oberflächenbereich hinweg gleichmäßig aufgebraucht wird bzw. verarmt.

Schließlich erhält dabei die auf einem Substrat niedergeschlagene Beschichtung eine gleichförmige Dicke.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisoh dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine mit Wasser angetriebene Magnetanordnung gemäß der Erfindungi

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Magnetanordnung gemäß Fig. Ij Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ring- und Magnet baueinheit;

Fig. 4 eine Vorderansicht einer ebenen Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit abgenommener Vorderwandι

Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Magnet baueinheit und das Target;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Abnahme der oberen Halterungsplatte;

Fig. 7 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 längs der Linie 7-7/

Flg. 8 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 längs der Linie 8-8;

Fig. 9 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 längs der Linie 9-9j

- ίο -

Fig. 10 eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Abnahme der vorderen Abdeckung;

Fig. 11 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10.

In Fig. 1 ist eine mit Wasser antreibbare Magnetanordnung 10 gezeigt, die eine Isolierkappe 12 aufweist, welche mittels einer Vielzahl von Befestigungselementen 16 an einer geflanschten Halterungsplatte 14 fest angebracht ist (siehe auch Fig. 2). Die Befestigungselemente 16 erstrecken sich durch die Isolierkappe 12 in einen Flansch 18 an der Halterungsplatte 14, so daß eine Magnetgehäuseanordnung 20 gebildet wird. Der Flansch 18 der Halterungsplatte 14 ist an seiner Ober- und Unterseite mit Nuten versehen, in denen Dichtungen 22 bzw. aufgenommen sind. Die Magnetgehauseanordnung 20 ruht auf einem Isolierring 26, der zur Aufnahme einer Dichtung 28 in seiner Unterseite mit einer entsprechenden Nut versehen ist. Der Isolierring 26 seinerseits ruht in einem Umfangsschlitz 30 welcher in einer Arbeitskammerdecke 32 vorgesehen ist (siehe auch Fig. 4). Das Gewicht der Magnetgehäuseanordnung 20 hält sie an Ort und Stelle, und durch einen Druck unterhalb atmosphärischen Drucks, der in einer Arbeitskammer 34 (siehe Fig. 4) während des Betriebs der Vorrichtung aufrechterhalten wird, ist eine Abdichtung erzielt.

Die geflanschte Halterungsplatte 14 hat eine Unterseite 38·, an der mittels einer Vielzahl hier nicht gezeigter Befestigungsmittel oder einer anderen Verbindungseinrichtung ein Target 36 fest angebracht ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Target 36 eine kreisförmige Scheibe. Mit der Krfindung sind aber auch verschiedene andere Formen von Targets verträglich ,wie im eirarilncn noch erläutert wird. Die Unterseite 38 fluchtet etwa mit einer Innenfläche '10, der Arbeitskammerdecke 32. Das Target 36 erstreckt sich in die Arbeitskammer 34.

Innerhalb der Magnetgehäuseanardnung 20 ist ein Magnetantrieb 41 angebracht, der eine Antriebswelle 42 aufweist, welche in der Isolierkappe 12 drehbar angebracht ist. An der Antriebswelle 42 ist ein mehrere Schaufeln aufweisendes Schaufelrad 44 fest angebracht. Unterhalb des Schaufelrades 44 sitzt auf der Antriebswelle 42 eine eingekapselte Magnetbaucinheit 46. Der Magnetantrieb 41 ist auf einem an der Isolierkappe 12 mittels einer Vielzahl von Befestigungselementen 50 (von denen nur eins gezeigt ist) befestigten Lagerring 48 abgestützt, auf dem er bewegbar ist. Am äußeren Ende 52 jeder Schaufel des eine Vielzahl von Schaufeln aufweisenden Schaufelrades 44 ist eine Nylonrolle 5^ angebracht, die auf dem Lagerring 48 abläuft, wenn der Magnetantrieb 4l in Umdrehung versetzt wird.

Die Isolierkappe 12 ist mit Durchlässen versehen, an die ein Kühlmitteleinlaß 56 und 'ein Kühlmittelauslaß 58 angeschlossen ist. Die Strömungsrichtung ist in Fig. 2 durch einen Pfeil in einem mit dem Kühlmitteleinlaß 56 verbundenen Durchlaß 59 angedeutet. Der Durchlaß für das Kühlmittel durch die Isolierkappe 12 ist so angeordnet, daß das Kühlmittel in solcher Weise in die Magnetgehäuseanordnung 20 eintritt, daß es auf das Schaufelrad 44 an der Mitte des äußeren Endes 52 auftrifft. An einem der Befestigungselemente 16 ist ein elektrischer Draht 60 anbringbar, der einen Anschluß einer Gleichstromquelle über ^±_e geflanschte Halterungsplatte 14 mit dem Target 36 elektrisch verbindet.

In Fig. 3 ist eine Magnet- und Ringunteranordnung 61 gezeigt, die einen magnetisch permeablen Ring 62 mit einer Vielzahl von radial nach innen um den Innenumfang des Ringes 62 herum angeordneten Permanentmagneten 64 aufweist. Die Magnete sind symmetrisch so angeordnet, daß jedem Permanentmagnet 64 ein anderer Permanentmagnet auf einer Diametralen des Ringes 62 paarweise zugeordnet ist. Die Permanentmagnete 64 können so angeordnet sein, daß gleichnamige Pole zur Mitte des Ringes 62 weisen oder daß alternierende Pole zur Mitte gerichtet sind.

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Durch die vom Ring 62 auf die Permanentmagnete 64 ausgeübte magnetische Anziehungskraft werden die Permanentmagnete in ihrer allgemeinen Lage gehalten. Um die Positionen der Permanentmagnete dauerhafter festzulegen, kann jeder beliebige Metall- oder Epoxyklebstoff verwendet werden. Es ist auch möglich, die Permanentmagnete 64 in konischer Form und nicht nur in der gleichen Ebene anzuordnen.

Die Magnet- und Ringbauelinheit 6l ist in rostfreien Stahl eingekapselt und bildet auf diese Weise die eingekapselte Magnetbaueinheit 46. Durch das Einkapseln wird verhindert, daß die Baueinheit, 46 beim Eintauchen in das Kühlmittel, bei dem es sich typischerweise um Wasser handelt, korrodiert.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, bildet die durch Wasser angetriebene Magnetanordnung 10 einen Teil einer ebenen Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung 66, zu der die Arbeitskammer 34 gehört, in die das Target 36 hineinragt. Das Target 36 ist unmittelbar oberhalb eines Substrates 70 und in einer Ebene parallel zu demselben angeordnet. Wenn das Target 36 und das Substrat 70 kreisförmige Gestalt hat, sind beide konzentrisch angeordnet. Das Substrat 70 ist auf einem pneumatischen Sockel abgestützt. Die Arbeitskammer 3^ ist mit hier nicht gezeigten, herkömmlichen, vakuumdichten Türen zur Beschickung und Entnahme sowie mit einer Einrichtung zur Herstellung des Vakuums in der Kammer und mit einer hier nicht gezeigten Zufuhreinrichtung für ein Inertgas versehen.

Das Substrat 70 ist innerhalb der Arbeitskammer 3^ auf dem Sockel 72 unmittelbar unterhalb des Targets 36 angeordnet. Zunächst wird in der Arbeitskammer 3^ Vakuum erzeugt, und dann wird ein inertes Gas unter niedrigem Druck in die Arbeitskammer 34 eingeleitet. Unter Druck stehendes Kühlmittel kann durch den Kühlmitteleinlaß 56 in das Magnetgehäuse 20 eingeleitet werden. Das Kühlmittel hat zwei Aufgaben zu erfüllen. Zunächst entfernt es die beim Betrieb der Zerstäubungsvorrichtung

ι 4 »φ *. *

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66 im Target 36 erzeugte Wärme, die auf dem Weg über die geflanschte Halterungsplatte 14 an das Kühlmittel übertragen wird. Seine zweite Aufgabe erfüllt das Kühlmittel dadurch, daß es auf das eine Vielzahl von Schaufeln aufweisende Schaufelrad 44 aufprallt, wodurch das Schaufelrad zur Drehung veranlaßt wird. Dann strömt das Kühlmittel aus der Magnetgehäuseanordnung 20 durch den Kühlmittelauslaß 58 aus.

Durch das Drehen des Schaufelrades 44 wird die Antriebswelle 42 gedreht und das veranlaßt, daß die eingekapselte Magnetbaueinheit 46 in einem translatorischen und/oder rotatorischen Muster bewegt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Verbindung zwischen der Antriebswelle 42 und der eingekapselten Magnetbaueinheit 46 so gestaltet, daß dieser eine exzentrische Drehbewegung erteilt wird. Die eingekapselte Magnetbaueinheit 46 wird in einer Ebene parallel zum Target 36 bewegt. Von den Permanentmagneten 64 innerhalb der eingekapselten Magnetbaueinheit 46 werden Magnetflußlinien erzeugt, welche geschlossene Schleifenpaare 74 bilden, die sich von einem Pol eines Permanentmagneten 64 zu dessen entgegengesetztem Pol erstrecken. Die Schleifenpaare 74 verlaufen durch und über das Target, wie Fig. 5 zeigt. Aufgrund der axialen Anordnung der Permanentmagnete 64 innerhalb der Magnet- und Ringbaueinheit 61 wird eine Reihe von Schleifenpaaren 74 in Pbenen rechtwinklig zur Ebene des Targets 36 und entlang von Durchmessern durch Magnetpaare erzeugt.

Wenn die Magnetbaueinheit 46 bewegt wird und die dabei entstehenden Magnetflußlinien über die Oberfläche des Targets 36 streichen, wird an das Target 36 durch den elektrischen Draht 60 Gleichspannung angelegt, und durch diese Spannung entsteht zwischen dem Target 36 und dem Substrat 70 ein elektrostatisches Feld. Von dem Target 36 gehen Elektronen aus, die das Inertgas ionisieren, und diese Ionen prallen auf das Target 36 auf und veranlassen, daß Atome oder Moleküle aus

Targetmaterial verlagert werden. Das so abgestoßene Targetmaterial schlägt sich dann auf dem Substrat nieder. Da die Magnetflußlinien, die sich parallel zur Ebene der Targetoberfläche erstrecken, kontinuierlich in einem gleichmäßigen Muster über die Targetoberfläohe bewegt werden, wird das Target gleichförmig aufgebraucht, und das typische Erosionsnutenmuster stellt sich nicht ein.

Das in den Fig. 6 bis 9 gezeigte alternative Ausführungsbeispiel ist eine selbstangetriebene Magnetanordnung 76 mit Doppeltarget, die einen oberen Erdungsring 78 und einen unteren Erdungsring 80 aufweist, welche um eine Magnetgehäuseanordnung 82 herum mit Hilfe einer Vielzahl von Befestigungselementen 84 (von denen nur vier gezeigt sind) angebracht sind. Die Befestigungselemente 84 sind gegenüber der Magnetgehäuseanordnung 82 durch eine Vielzahl von Isolatoren 86 isoliert. Zur Schaffung der Magnetgehäuseanordnung 82 ist eine obere Halterungsplatte 88 mit einer unteren Halterungsplatte 90 durch eine Vielzahl von Befestigungselementen 92 verbunden. Zwischen der oberen und unteren Halterungsplatte 88 bzw. 90 stellt ein O-Ring 94, der .in eine Nut 96 in der oberen Halterungsplatte 88 eingesetzt ist, eine Abdichtung her. Die Verbindung zwischen der oberen und unteren Halterungsplatte 88 und 90 ist von einer oberen horizontalen Lagernut 98, einer unteren horizontalen Lagernut 100 und einer vertikalen Lagernut 102 gebildet. Innerhalb der Magnetgehäuseanordnung 82 ist ein eine Vielzahl von Schaufeln aufweisendes Schaufelrad 104 angebracht, welches einen Ring 106, eine Vielzahl von Lageranordnungshalte runden 108, eine Vielzahl horizontaler Rollenlageranordnungen 110, eine Vielzahl vertikaler Rollenlageranordnungen 112 und eine Vielzahl von Schaufeln 114 aufweist.

Eine eingekapselte Mafjietbaueinhei I 46' ist so an der Innenfläche des Ringes 106 befestigt, daß sie sich gegenüber dem Ring 106 exzentrisch verhält. Diese Baueinheit 46' hat einen ähnlichen Aufbau wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 bis

33312A5 .-:: j.: :X.:--:.-..

3 schon beschriebene eingekapselte MapTietbaueinheit 46. An der Außenfläche 116 der oberen Halterungsplatte 88 sowie an der Außenfläche 118 der unteren Halterungsplatte 90 ist jeweils ein Target 36' befestigt. Die Magnetgehäuseanordnung 82 weist zwei Durchlässe 120 und 122 auf, an die ein Kühlmitteleinlaß 56' bzw. ein Kühlmittelauslaß 58' angeschlossen ist, so daß das in die Magnetgehäuseanordnung 82 eintretende Kühlmittel auf die Schaufeln 114 aufprallt. Die selbst angetriebene Magnetanordnung 76 mit doppeltem Target ist so anbringbar, daß die Targets 36 \ sich entweder in einer horizontalen oder in einer vertikalen Ebene innerhalb einer Arbeitskammer erstrecken, wobei die zur Verfügung stehende Gleichstrom- oder Hochfrequenz-ftxx&e so an die Anordnung angeschlossen ist, daß diese kathodisch wirkt, wenn Energie zugeführt wird. Substrate können in der Nähe der Targets 36' in Ebenen parallel zu denselben angeordnet werden. In der Arbeitskammer kann auch mehr als nur eine Magnetanordnung 76 mit doppeltem Target und Wasserantrieb vorgesehen sein, so daß mehr als zwei Substrate gleichzeitig beschichtet werden können.

Wenn Kühlmittel unter Druck durch den Kühlmitteleinlaß 56' eingeführt wird, prallt es auf die Schaufeln 114 auf und bewirkt, daß das Schaufelrad 104 gedreht wird. Wenn die Magnetanordnung 76 mit Selbstantrieb und doppeltem Target so ausgerichtet ist, daß die Targets 36' in einer horizontalen Ebene liegen, läuft das Schaufelrad auf den horizontalen Rollenlageranordnungen 110 in den oberen und unteren Lagernuten 98 und 100. Ist die Anordnung 76 vertikal ausgerichtet, so läuft das Schaufelrad 104 auf den vertikalen Rollenlageranordnungen 112 und der vertikalen Lagernut 102. Wenn sichdas Schaufelrad 104 dreht, bewirkt es, daß dia eingekapselte Magnetbaueinheit 46' exzentrisch umläuft, wodurch das erzeugte Magnetfeld über die Außenflächen der Targets 36' streicht, was zu einer gleichmäßigen Verarmung der Targets 36' in ähnlicher Weise wie schon beschrieben, führt.

Ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel ist in den Pig. 10 und 11 gezeigt. Hier weist eine translatorische Magnetanordnung l40 eine obere Abdeckung 1*1-2, eine vordere Abdeckung 144, eine hintere Abdeckung 146, ein erstes Seitenteil 148, ein zweites Seitenteil 150, eine untere Halterungsplatte 152, einen Isolator 154 und eine Halterung 156 für eine Arbeitskammer auf. Die obere Abdeckung 142 ist an der unteren Halterungsplatte 152 und dem Isolator 154 durch eine Vielzahl von Befestigungselementen 158 befestigt, die sich durch die vordere Abdeckung 144, die hintere Abdeckung 146, das erste Seitenteil 148 und das zweite Seitenteil 150 erstrecken, wodurch eine Magnetgehäuseanordnung I5I geschaffen ist.

In einem Flansch 164 der unteren Halterungsplatte 152 ist eine erste und zweite 0-Ringnut 160 bzw. 162vorgesehen. Am Isolator 154 ist eine dritte 0-Ringnut I66 ausgebildet. In jeder der O-Ringnuten 160, 162 und I66 ist jeweils ein O-Ring I68, 170 bzw. 172 aufgenommen, wodurch zwischen der unteren Halterungsplatte I52 und dem Isolator 154 sowie zwischen dem Isolator 154 und der Halterung 156 für die Arbeitskammer eine Abdichtung geschaffen ist. An der unteren Halterungsplatte 156 ist unter Verwendung von hier nicht gezeigten Befestigungselementen oder einer anderen Verbindungseinrichtung ein Target 168 angebracht. In die Magnetgehäuseanordnung I5I ragt durch eine Öffnung 172 in der oberen Abdeckung 142 eine Welle 170 hinein, deren Achse sich rechtwinklig zur Ebene der unteren Halterungsplatte 152 erstreckt und die auf der Längsmittellinie der Magnetgehäuseanordnung 15I angeordnet ist. Die Welle 170 hat ein unteres Ende 174, welche sich durch ein erstes Ende 175 einer ersten Verbindungsstange 176 erstreckt, die in einer Ebene parallel zur Ebene der unteren Halterungsplatte 152 angeordnet ist. Durch die erste Verbindungsstange 176 und das untere Ende 174 erstreckt sich ein erster Zapfen 178, wodurch zwischen der Welle 170 und der ersten Verbindungsstange 176 keine relative Bewegung möglich ist.

—I J_ f —

Die erste Verbindungsstange 176 kann an ihrem zweiten Ende einen zweiten Zapfen 182 aufnehmen, der sich durch die erste Verbindungsstange 176 und in ein erstes Ende 184 einer zweiten Verbindungsstange 186 erstreckt. Durch das erste Ende 184 der zweiten Verbindungsstange 186 und den zweiten Zapfen 182 erstreckt sich ein dritter Zapfen 188, wodurch der ersten Verbindungsstange 1?6 eine Schwenkbewegung um den zweiten Zapfen 182 ermöglicht ist. Die zweite Verbindungsstange 186 kann an ihrem zweiten Ende 190 einen vierten Zapfen 192 aufnehmen, der in einem Aufnahmeglied 194 befestigt ist, welches an einer eingekapselten Magnet baueinheit: 46" fest angebracht ist, wodurch die zweite Verbindungsstange 186 um den vierten Zapfen 192 schwenken kann. Die eingekapselte Magnetbaueinbeit 46" ist ähnlich aufgebaut wie die vorstehend beschriebene und in Pig. I bis 3 gezeigte eingekapselte Magnet baueinheit 46.

An der eingekapselten Magnet baueinheit 46" sind mehrere Stützglieder 196 für Führungswellen fest angebracht, in denen zwei Führungswellen 198 gleitend verschiebbar aufgenommen sind. Die Führungswellen 198 sind in mehreren Schlitzen 200 im ersten und zweiten Seitenteil 148 bzw. 150 angebracht.

Während des Betriebes ist die Welle 170 mit einer Dreheinrichtung verbunden, so daß die Welle 170 um eine Längsachse 202 gedreht wird. Diese Drehbewegung veranlaßt die erste Verbindungsstange 176 in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Ebene der unteren Halterungsplatte 152 um die Längsachse 202 zu schwenken.

Wenn die erste Verbindungsstange 176 schwenkt, zieht sie die zweite Verbindungsstange 186 mit sich, so daß auf die eingekapselte Magnet baueinheit 46" durch den vierten Zapfen 192 und das Aufnahmeglied 194 eine Kraft ausgeübt wird. Da die Bewegung der Magnetbaueinheit 46" durch die sich durch die Stützglieder I96 erstreckenden Führungswellen 198 begrenzt ist, bewirkt die auf die Magnet baueinheit 46" ausgeübte

- 18 Kraft eine Translation der Baueinheit 46".

Beim Weiterschwenken der ersten Verbindungsstange 176 wird die eingekapselte Magnet baueinheit 46" so bewegt, wie es in Fig. 11 gestrichelt gezeigt ist, daß nach einer vollständigen Umdrehung der ersten Verbindungsstange 176 um die Längsachse 202 die eingekapselte Magnethiueinheit 46" eine komplette Bewegung über das Target 168 ausgeführt hat und in ihre Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, wie Fig. 10 zeigt. Die Bewegung der eingekapselten Magnetbaueinheit 46" wird bei fortgesetzter Umdrehung der Welle 170 wiederholt. Das von der eingekapselten Magnetbaueinheil 46" erzeugte Magnetfeld streicht also über das Target 168, was zu einer gleichförmigen Verarmung des Targetmaterials während des Zerstäubungsprozesses führt. Während des Betriebes erhält die translatorisch bewegbare MagneteinheiL l40 elektrischen Strom und Kühlmittel, um als Gleichstrom- oder HF-Magnetron zu wirken. Die Magneteinheit l40 wird dabei abdichtend über einer Öffnung in einer Arbeitskammer angebracht, wie im Zusammenhang mit der Arbeitskammer 34 beschrieben,, so daß das Target 168 sich in der Nähe einer zu beschichtenden Oberfläche befindet, die in einer im wesentlichen parallel zur Ebene des Targets 168 liegenden Ebene angeordnet ist.

Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl eingekapselter Magnetbaueinheiten vorgesehen, die von einer gemeinsamen Welle exzentrisch angetrieben werden. Dabei kann die Größe der darin enthaltenen Ringe 62 und Permanentmagnete 64 variieren und ist nicht auf die in den Zeichnungen angegebene Größe oder Anzahl beschränkt. Die typische Größe für die zu beschichtenden Substrate liegt jedoch in einem Bereich von ca. 7,62 cm bis 12,70 cm (3 bis 5 Zoll) im Durchmesser. Allerdings hängt dies vollkommen von den Kotwendigkeiten der entsprechenden Industrie ab und bedeutet keinerlei Einschränkung der Erfindung.

Zwar ist der Antrieb gemäß der Erfindung mit Wasser zweckmäßig, da er zwei Punktionen ausüben kann, jedoch sollte diese Antriebsart nicht als das einzige Mittel zum Erzeugen der Bewegung der Hagnetquelle angesehen werden. Außer einer hydraulischen Antriebseinrichtung können auch elektrische oder
magnetische Antriebseinrichtungen vorgesehen sein. Die Geschwindigkeit des Antriebs läßt sich erfindungsgemäß durch
Verstärken oder Verringern der Kühlmittel strömung zur Magnetgehäuseanordnung 20 steuern.

Um die Vorrichtung vor Überhitzung zu schützen, kann eine Wasser/ Dreh-Verrlegelung vorgesehen sein, die die Gleichstromzufuhr unterbricht, wenn sich entweder- die Antriebswelle 42 nicht
dreht oder kein Wasser durch den Kühlmitteleinlaß 56 strömt.

Im Gegensatz zu der gleichförmigen Bewegung kann die Bewegung der Magnetquelle bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
stochastisch sein.Es sei auch noch erwähnt, daß die Ebene der Magnetquelle gegenüber dem Target durch Einstellen der Länge der Antriebswelle 42 oder durch Arbeiten ohne Lagerring 48 und Nylonrollen 54 angehoben oder abgesenkt werden kann, was eine Berührung zwischen der eingekapselten Magnetbaueinheit und der Oberseite der geflanschten Halterungsplatte 14 ermöglicht.

Claims

Patentanwälte European Patent Attorneys

33312Λ5 ^MÜnChen

Gl 6 Pl D

GARTEK SYS¹IEMS, INC.
Sunnyvale, CAL. 9'JO86
U.S.A.

EBENE MAGNETRON-ZERSTÄUBUNGSVORFaCHTONG

Priorität: 3. September I982 - USA - Serial No. Wi

16. Juni 1983 - USA - Serial No. 504 598

PATENTANSPRtJCHE

Ebene Magnetron-Zerstäibungsvorrichtung, ge kennzeichne b durch

- eine Tiefdruck-Inertgas-Kammer zur Aufnahme eines Objektes mit einer zu beschichtenden Oberfläche,

- eine Einrichtung in der Kammer, die eine Quelle aus Beschichtungsmaterial darstellt,

- eine Einrichtung, die zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Quelle des Beschichtungsmaterials ein elektrostatisches Feld erzeugt,

- eine Magnetquelle, die mit einer Einrichtung zum Bewegen der Magnetquelle gegenüber der Quelle des Beschichtungsmaterials verbunden ist, so daß die erzeugten Magnetflußlinien über die Quelle des Beschichtungsmaterials streichen, wodurch das Beschichtungsmaterial von der Quelle des Beschichtungsmaterials zu der zu beschichtenden Oberfläche übertragbar ist und die Bewegung der Magnetquelle die Quelle des Beschichtungsmaterials gleichmäßig aufbrauchen und die zu beschichtende Oberfläche gleichmäßig beschichten kann.
2. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die zu beschichtende Oberfläche und die Quelle des Beschichtungs-

materials einander zugewandte ebene Oberflächen haben, die in im wesentlichen parallelen Ebenen ausgerichtet sind.
3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Magnetquellen vorgesehen ist, die jeweils im Verhältnis zur Quelle des BeSchichtungsmaterials bewegbar sind.

k. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bewegen der Magnetquelle Mittel aufweist, die die Magnetquelle stochastisch bewegen.

5. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bewegen der Magnetquelle Mittel aufweist, die die Magnetquelle in einer kreisförmigen Bahn bewegen.

6. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle des Beschichtungsmaterials eine erste Scheibe ist.

7. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Objekt mit einer zu beschichtenden Oberfläche eine zweite Scheibe ist.

8. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Scheibe konzentrisch zueinander sind.

9. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Objekt mit einer zu beschichtenden Oberfläche eine Scheibe ist.

10. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetquelle

aus einer Vielzahl von Permanentmagneten besteht, die innerhalb eines magnetisch permcablen Ringes radial ausgerichtet sind, der von rostfreiem Stahl umhüllt und mit einer Antriebswelle verbunden ist, die von Schaufeln antreibbar ist, auf die eine Kühlmittelströmung leitbar ist, um die exzentrische Drehbewegung der Magnetquelle zu verursachen.

11. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle des Beschichtungsmaterials ein Paar ebene Targets aufweist, die in im wesentlichen parallelen Ebenen ausgerichtet sind, wobei die Magnetquelle zwischen diesen und in einer Ebene parallel zu den ebenen Targets angeordnet ist.

12. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß mehr als ein Paar ebener Targets und der dazugehörigen Magnetquelle innerhalb der Unterdruck -Inertgas-Kammer angeordnet sein kann.

13· Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle für Beschichtungsmaterial eine rechteckige Platte ist.

1^. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bewegen der Magnetquelle eine translatorische Bewegung der Magnetquelle verursacht.

15. Ebene Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung, ge kenn ze i ohne t durch

- eine Halterungsplatte mit ebenen Oberflächen,

- eine Vielzahl von Magneteinrichtungen,

- eine Einrichtung zur Aufnahme der Vielzahl von Magneteinrichtungen und zum Bewegen derselben über eine erste Seite der Halterungsplatte,

- Targetmaterial, welches an einer zweiten Seite der Halterungsplatte "befestigt ist,

- eine Einrichtung zum Abführen von Wärme von der Halterungsplatte,

- eine Einrichtung zum Anlegen eines Gleichstrompotentials an die Halterungsplatte,

- ein Substrat, welches in einer parallelen Ebene unterhalb des Targets abgestützt ist,

- eine Arbeitskammer, in der das Targetmaterial und das Substrat angeordnet ist,

- eine Einrichtung zum Leerpumpen der Arbeitskammer, und

- eine Einrichtung zum Einspritzen eines Inertgases in die Arbeitskammer,so daß die Magneteinrichtung über die erste Seite der Halterungsplatte bewegt werden kann, um zu veranlasse daß die parallel zur Oberfläche der Platte verlaufenden Magnetflußlinien sich über die Oberfläche des Targetmaterials Bewegen, zur gleichen Zeit GleichstrompoUent. ial angelegt wird, das Ganze in einer Unterdruckumgebung aus dem Inertgas, und das Targetmaterial gleichförmig aufgebraucht und der gleichförmige Niederschlag von Targetmaterial auf dem Substrat erreicht werden kann.

16. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bewegen der Magneteinrichtung eine hydraulische Druckquelle ist, die so angebracht ist, daß sie auf ein Mehrfachschaufelrad wirkt.

17. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bewegen der Magneteinrichtung ein Elektromotor ist.

18. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 15_} dadurch gekennzeichnet , daß die Magneteinrichtung eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die als radiale Speichen innerhalb eines Halteringes angeordnet sind.

19. Zerstäubungsvorrichtimg nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet , daß die Permanentmagnete so angeordnet sind, daß alternierende Pole zur Mitte des Haiteringes weisen.