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WO2006131128A1 - Sputter-magnetron - Google Patents

Sputter-magnetron Download PDF

Info

Publication number
WO2006131128A1
WO2006131128A1 PCT/EP2005/006032 EP2005006032W WO2006131128A1 WO 2006131128 A1 WO2006131128 A1 WO 2006131128A1 EP 2005006032 W EP2005006032 W EP 2005006032W WO 2006131128 A1 WO2006131128 A1 WO 2006131128A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
target
magnet
magnetic pole
shaped
sputtering
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/006032
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Lopp
Manfred Ruske
Original Assignee
Applied Materials Gmbh & 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 Applied Materials Gmbh & Co. Kg filed Critical Applied Materials Gmbh & Co. Kg
Priority to JP2008513937A priority Critical patent/JP2008542535A/ja
Priority to EP05747554A priority patent/EP1889280A1/de
Priority to CNA2005800498463A priority patent/CN101203935A/zh
Priority to PCT/EP2005/006032 priority patent/WO2006131128A1/de
Priority to US11/914,935 priority patent/US20080190765A1/en
Priority to TW094122126A priority patent/TWI315749B/zh
Publication of WO2006131128A1 publication Critical patent/WO2006131128A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H01J37/3408—Planar magnetron sputtering

Definitions

  • the invention relates to a sputter magnetron according to the preamble of patent claim 1.
  • CD discs can be provided with a protective layer or watch cases with a ceramic layer.
  • coating glass with layers that transmit or reflect only certain wavelengths of light has become very important.
  • architectural glass which is provided with thin layers, large glass facades are erected on buildings.
  • the coating can also serve to make plastic films or plastic bottles gas-tight.
  • the sputtering or sputtering method is very often used.
  • sputtering is in an evacuated
  • a plasma is understood to mean a mixture of positive and negative charge carriers in relatively high density and of neutral particles as well as
  • sputtering This particle knockout is called "sputtering," which differentiates between reactive and non-reactive sputtering
  • Sputtering is done with noble gases that serve as working gas, with their positive gas ions hitting particles from the target.
  • reactive sputtering is additionally with reactive gases, eg. As oxygen, worked before its precipitation on a
  • Substrate with the particles of the target form a compound.
  • the ions required for the sputtering process are generated by collisions of gas atoms and electrons, for example in a glow discharge, and accelerated by means of an electric field into the target forming the cathode.
  • Ionization is primarily responsible for the free electrons. These can be compressed by means of magnets in front of a target and thus intensify the ionization. The combination of cathode and magnet is called magnetron.
  • Pollinia of the magnetic fields no removal of the target material instead.
  • these are denotes those regions in which the magnetic field lines pierce the sputter-side target surface vertically.
  • a magnetron is already known in which a magnet system moves parallel to the target material (EP 1 120 811 A2).
  • the magnet system is a plurality of magnets that move on a path relative to and parallel to the target surface.
  • the magnetic field becomes more homogeneous, and a uniform removal of the target material is ensured.
  • High target utilization can also be achieved by using a tubular target. In this target is a magnet system that moves relative to the target, or the magnet system is stationary, while the tubular target moves around the magnet system (DE 41 17 367 C2).
  • planar magnetron comprising a plurality of magnets defining a magnetic field in the form of a closed loop to produce a plasma tube over a target
  • devices are provided which bring about a cyclical movement between the magnet and the surface of the target. One of these movements is circular.
  • the object of the invention is to improve the utilization of a planar and rectangular target in the sputtering process.
  • the invention thus relates to a magnetron with a planar target and a planar magnet system.
  • the planar magnet system has a rod-shaped first magnetic pole with enlarged ends and a frame-shaped second magnetic pole, relative movement between the magnetic poles and the target being such that each point of the stationary magnet moving magnet system moves in a circular path. If the magnet system is stationary, each point of the target moves on such a circular path. During the relative movement to each other, the magnet system and the target are in parallel planes.
  • the diameter of the circular path corresponds to the mean distance between two parallel arms of a plasma hose, which forms in sputtering operation between the first and the second magnetic pole.
  • the advantage achieved with the invention is, in particular, that the target is also sputtered at those points where the magnetic field lines pass vertically through the target in static operation. In particular, the increased removal rates occurring on a narrow side of a rectangular target are avoided.
  • FIG. 1 shows a magnet arrangement with inner and outer magnet and a plasma tube
  • FIG. 2 shows a magnet arrangement which can be moved over a target
  • Fig. 3 is a magnet assembly with plasma tube, in which the inner magnet is widened at its end;
  • FIG. 5 shows a magnet arrangement with widened ends of the inner magnet, the broadening being realized by magnets arranged in parallel;
  • FIG. 6 shows a magnet arrangement with widened ends of the inner magnet, the broadening being realized by ring magnets;
  • Figure 7 shows a magnet arrangement with widened ends of the inner magnet, wherein the broadening is realized by circular disks.
  • 8 shows a drive for driving the magnet arrangement relative to a target.
  • a magnet assembly 1 is shown, as it is used in the sputtering of planar targets.
  • a magnet arrangement is shown, for example, in FIG. 10 of US Pat. No. 5,382,344.
  • the magnet arrangement 1 consists of a first magnetic pole, for example a north pole 2 and a second magnetic pole, for example a south pole 3.
  • the north pole 2 has the shape of a rectangular frame which surrounds the pole-shaped south pole 3.
  • the north pole 2 consists of two long sides 4, 5 and two short sides 6, 7.
  • the south pole 3 also has two long sides 8, 9 and two short sides 10, 11, the short sides 10, 11, however, much shorter than the short sides 6, 7 of the North Pole 2.
  • a plasma tube 12 can be seen, which occupies almost the entire space between the north pole 2 and south pole 3.
  • This plasma tube 12 is formed by the magnetic field of the magnet assembly 1 in conjunction with a voltage which is applied to a cathode, not shown in Fig. 1, wherein these Cathode with the magnet assembly 1 is in communication.
  • North Pole 2 and South Pole 3 are coupled together via a yoke.
  • the target also not shown in FIG. 1, is at least as large as the magnet arrangement 1 and is arranged parallel thereto. Magnet assembly 1 and target are thus in parallel planes.
  • the plasma tube 12 can be divided into four areas. Two regions 13, 14 run parallel to the long sides 4, 5 of the north pole 2, while two other regions 15, 16 surround the ends of the south pole 3 in a semi-elliptical manner.
  • D denotes the distance between the center lines of the parallel regions 13, 14 of the plasma tube 12.
  • magnet arrangement 1 is used in a magnetron, then in static operation essentially those parts of the target are sputtered which lie directly opposite the plasma tube 12. The remaining areas are essentially not removed.
  • 2 shows an inventive arrangement of the magnet assembly 1 relative to a target 20.
  • This target 20 is rectangular and slightly larger in dimensions than the magnet assembly 1.
  • North Pole 2 and south pole 3 are connected via a yoke plate, not shown, so that the relative Location of the South Pole 3 to the North Pole 2 is always the same.
  • an imaginary axis 21 is rotated by the south pole north pole arrangement on a circle 22 with the diameter D.
  • the magnet system 1 is thus moved in such a way that each of its points describes a circle with the same diameter D.
  • the magnet system 1 and the target 20 are located in planes that are aligned parallel to each other.
  • a plasma is ignited.
  • the plasma tube 12 thus also covers areas of the target 20 which would not be sputtered in static operation. To avoid re-deposition of the ablated target material on the target surface, any location on the surface of the target 20 should be covered by the plasma tube 12 for a period of time.
  • the magnet arrangement 1 shown in FIGS. 1 and 2 still has the disadvantage that there is an increased material removal in the curved area 23, 24 of the magnet system 1. This results in the target 20 in this curve portion 23, 24 a hole.
  • the inner magnetic pole is modified in the manner shown in FIG.
  • the outer magnet 2 as well as the outer magnet of FIG. 1 is constructed.
  • the inner magnet 26 has a different shape. Although he also has a rod with two long sides 27, 28 and two short sides 24, 30, but the long sides 27, 28 are shorter than the inner magnet 3 of FIG. 1st
  • Each of the short sides 24, 30 is followed by five small bar magnets 31 to 35 and 36 to 40, which together form a substantially circular body, so that the inner magnetic pole has approximately the shape of a bone.
  • the small bar magnets 31, 35 and 36, 40 provide a connection between the bar magnets 32, 34 and 37, 39 and the short sides 24, 30 of the inner magnetic pole 26 forth. They are approximately at an angle of 45 degrees relative to
  • FIG. 4 serves to explain how the amount of material removed by a target 20 can be determined with a circular movement of the magnet arrangement 25 over the target 20 at a specific point 42, 43, 44 of the target.
  • the plasma density is mathematically integrated along a circular path 46 with the diameter D (compare Shunji Ido, Koji Nakamura: Computational Studies on the Shape and Control of Plasmas in Magnetron Sputtering Systems, Jpn. J. Appl. Phys. 5702, 1993). It is thus formed a closed integral.
  • this integration gives the value zero, because there is no plasma within the circular path 46.
  • a certain positive value results for the plasma density, because there the plasma tube 45 penetrates into the circular path 47.
  • the circular path 48 results again, as in the circular path 46, the value zero.
  • the constriction should be so great that the plasma tube 45 is guided on the circular path 46 around the curve, wherein the inside of the plasma tube 45 describes a circular path with the diameter D, which corresponds to the distance D shown in FIG.
  • Such a constriction can be achieved by a very wide magnet or by several juxtaposed narrow magnets.
  • the respective central magnet 55 or 60 is in this case the largest, while the laterally succeeding magnets 54, 53; 56, 57 and 58, 59, respectively; 61, 62 become shorter and shorter towards the outside.
  • FIG. 6 shows a further variant of the inner magnetic pole 26 in the case of a magnet arrangement 41.
  • a magnetic ring 70, 71 adjoins each of the ends 29, 30 of the rod 26 in each case.
  • FIG. 8 again shows the magnet arrangement according to FIG. 6 together with a target 20 and a schematic drive.
  • a yoke plate 75 which lies over the two magnetic poles 26, 2.
  • Denoted by 76 is a drive pulley, on the circumference of which a pin 77 is arranged, pointing downwards and communicating with the yoke plate 75.
  • the drive plate 76 is connected to an upwardly directed shaft 78, which is driven by a motor 79.
  • the yoke plate 75 moves with the magnet system in the manner already described, ie, so that each point of the yoke and the Magnet system moves on a circular path.
  • the pin 77 is in this case not rigidly connected to the yoke plate 75, but in a hole of this yoke plate 75th where it can rotate, thus preventing the yoke plate 75 from rotating as a whole about the shaft 78.
  • the geometric orientation (x, y axis) of the short and long sides of the yoke plate 75 remains unchanged during the rotational movement.
  • the pin 77 need not protrude into an opening in the yoke plate 75 itself.
  • An additional plate connected to the yoke plate 75 may also be provided for this purpose.
  • Any other drive which effects the desired movement of the magnet arrangement relative to the target can also be used (compare EP 0 918 351 A1, FIG. It is only important that each point on the magnet assembly describes a movement on a circumference of diameter D.
  • the magnets which form the ends of the rod-shaped inner magnetic pole 26 are preferably formed so that their magnetic field lines form an angle relative to the surface of the target 20 which is greater than 20 degrees.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetron mit einem Planaren Target (20) und einem pla naren Magnetsystem (1). Das planare Magnetsystem weist einen stabförmigen ersten Magnetpol (26) mit vergrößerten Enden und einen rahmenförmigen zweiten Magnetpol (2)auf, wobei eine Punkt des sich bei ortsfestem Target bewegenden Magnetsystems auf einer Kreisbahn bewegt. Ist das Magnetsystem ortsfest, bewegt sich jeder Punkt des Targets auf einer solchen Kreisbahn. Während der Relativbewegung zueinan der befinden sich das Magnetsystem und das Target in parallelen Ebene . Der Durc hmesser (D) der Kreisbahn entspricht dabei dem mittleren Abstand zwisc en zwei pa rallelen Armen eines Plasmaschlauchs, der sich im Sputter-Betrieb zwi chen dem e rsten und dem zweiten Magnetpol ausbildet. Da durch, dass die Magnete im Kurvenbe reich des Plasmaschlauchs so angeordnet sind, dass die Pollinien dort einen Kreibogen oder eine kreisförmDie Erfindung betrifft ein Magnetron mit einem Planaren Target und einem planaren Magnetsystem. Das planare Magnetsystem weist einens förmigen ersten Magnetpol mit vergrößerten Enden und einen rahmenförmigen zwe iten Magnetpol auf, wobei eine Punkt des sich bei ortsfestem Target bewegenden agnetsystems auf einer Kreisbahn bewegt. Ist das Magnetsystem ortsfest, bewegt s ich jeder Punkt des Targets auf einer solchen Kreisbahn. Während der Relativbewe gung zueinander befinden sich das Magnetsystem und das Target in parallelen Eben . Der Durchmesser der Kreisbahn entspricht dabei dem ittleren Abstand zwisc en zwei parallelen Armen eines Plasmaschlauchs, der sich im Sputter-Betrieb zwi chen dem ersten und dem zweiten Magnetpol ausbildet. Dadurch, dass die Magnete im Kurvenbereich des Plasmaschlauchs so angeordnet sind, dass die Pollinien dort e inen Krei bogen oder eine kreisförmige Fläche bilden, werden Löcher im Target vermieden.

Description

SPUTTER-MAGNETRON Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Sputter-Magnetron nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zweck Das Beschichten von Substraten mit einer dünnen Materialschicht oder mit mehreren dünnen Materialschichten spielt auf zahlreichen technischen Gebieten eine wichtige Rolle.
So können beispielsweise CD-Scheiben mit einer Schutzschicht oder Uhren-Gehäuse mit einer Keramikschicht versehen werden. Auch das Beschichten von Glas mit Schichten, die nur bestimmte Lichtwellenlängen durchlassen oder reflektieren, hat große Bedeutung gewonnen. Mit so genanntem Architekturglas, das mit dünnen Schichten versehen ist, werden große Glasfassaden an Gebäuden errichtet. Das Beschichten kann auch dazu dienen, Kunststofffolien oder Kunststoffflaschen gasdicht zu machen.
Stand der Technik
Als Methode zum Beschichten der genannten Materialien wird sehr oft das Sputter- oder Zerstäubungsverfahren verwendet. Beim Sputterverfahren wird in einer evakuierten
Kammer ein Plasma erzeugt. Unter einem Plasma versteht man ein Gemisch aus positiven und negativen Ladungsträgern in relativ großer Dichte und aus neutralen Teilchen sowie
Photonen. Die positiven Ionen des Plasmas werden durch das negative Potential der
Kathode angezogen, welche mit einem so genannten Target versehen ist. Treffen die positiven Ionen des Plasmas auf dem Target auf, so schlagen sie kleine Partikel heraus, die sich wiederum auf einem dem Target gegenüber liegenden Substrat niederschlagen können. Dieses Herausschlagen der Partikel wird „Sputtern" genannt, wobei zwischen reaktivem und nicht-reaktivem Sputtern unterschieden wird. Bei dem nicht-reaktiven
Sputtern wird mit Edelgasen gearbeitet, die als Arbeitsgas dienen, wobei deren positive Gas-Ionen Partikel aus dem Target schlagen. Bei dem reaktiven Sputtern wird zusätzlich mit reaktiven Gasen, z. B. Sauerstoff, gearbeitet, die vor ihrem Niederschlag auf einem
Substrat mit den Partikeln des Targets eine Verbindung eingehen.
Die für den Zerstäubungsprozess benötigten Ionen werden durch Zusammenstöße von Gasatomen und Elektronen, beispielsweise in einer Glimmentladung, erzeugt und mit Hilfe eines elektrischen Felds in das die Kathode bildende Target beschleunigt.
Für die Ionisierung sind in erster Linie die freien Elektronen verantwortlich. Diese kann man mit Hilfe von Magneten vor einem Target verdichten und damit die Ionisierung intensivieren. Die Kombination aus Kathode und Magneten wird Magnetron genannt.
Bei Magnetrons besteht ein Problem darin, dass das Targetmaterial nur ungleichmäßig abgetragen wird, weil das Magnetfeld nicht homogen ist. So findet in der Nähe der
Pollinien der Magnetfelder kein Abtrag des Targetmaterials statt. Als Pollinien werden die- jenigen Bereiche bezeichnet, in denen die Magnetfeldlinien die sputterseitige Targetober- fläche senkrecht durchstoßen. Als Folge des ungleichmäßigen Abtragens des Targetmaterials wird auch das Substrat nur ungleichmäßig beschichtet.
Man ist deshalb bestrebt, den Nachteil des ungleichmäßigen Abtragens zu beheben. Es ist bereits ein Magnetron bekannt, bei dem sich ein Magnetsystem parallel zum Targetmaterial bewegt (EP 1 120 811 A2). Bei dem Magnetsystem handelt es sich um mehrere Magnete, die sich auf einer Bahn relativ und parallel zur Targetoberfläche bewegen. Durch dieses Magnetsystem wird das Magnetfeld homogener, und ein gleichmäßiger Abtrag des Targetmaterials wird gewährleistet. Eine hohe Targetausnutzung kann auch dadurch erreicht werden, dass ein rohrförmiges Target verwendet wird. In diesem Target befindet sich ein Magnetsystem, das sich relativ zum Target bewegt, oder das Magnetsystem ist ortsfest angeordnet, während sich das rohrförmige Target um das Magnetsystem bewegt (DE 41 17 367 C2).
Schließlich ist auch noch ein Planar-Magnetron bekannt, das mehrere Magnete aufweist, die ein Magnetfeld in Form einer geschlossenen Schleife definieren, um einen Plasmaschlauch über einem Target zu erzeugen (EP 0 918 351 A1). Hierbei sind Einrichtungen vorgesehen, die eine zyklische Bewegung zwischen dem Magneten und der Oberfläche des Targets bewirken. Eine dieser Bewegungen ist kreisförmig.
Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausnutzung eines planaren und rechteckigen Targets beim Sputterprozess zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft somit ein Magnetron mit einem planaren Target und einem planaren Magnetsystem. Das planare Magnetsystem weist einen stabförmigen ersten Magnetpol mit vergrößerten Enden und einen rahmenförmigen zweiten Magnetpol auf, wobei eine Relativbewegung zwischen den Magnetpolen und dem Target derart ist, dass sich jeder Punkt des sich bei ortsfestem Target bewegenden Magnetsystems auf einer Kreisbahn bewegt. Ist das Magnetsystem ortsfest, bewegt sich jeder Punkt des Targets auf einer solchen Kreisbahn. Während der Relativbewegung zueinander befinden sich das Magnetsystem und das Target in parallelen Ebenen. Der Durchmesser der Kreisbahn entspricht dabei dem mittleren Abstand zwischen zwei parallelen Armen eines Plasmaschlauchs, der sich im Sputter-Betrieb zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetpol ausbildet. Dadurch, dass die Magnete im Kurvenbereich des Plasmaschlauchs so angeordnet sind, dass die Pollinien dort einen Kreisbogen oder eine kreisförmige Fläche bilden, werden Löcher im Target vermieden. Vorteile der Erfindung
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass das Target auch an denjenigen Stellen gesputtert wird, wo die Magnetfeldlinien im statischen Betrieb senkrecht durch das Target treten. Insbesondere werden die an einer Schmalseite eines recht- eckigen Targets auftretenden erhöhten Abtragungsraten vermieden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Magnetanordnung mit Innen- und Außenmagnet und einem Plasmaschlauch; Fig. 2 eine über einem Target bewegbare Magnetanordnung;
Fig. 3 eine Magnetanordnung mit Plasmaschlauch, bei welcher der Innenmagnet an seinem Ende verbreitert ist;
Fig. 4 einen Plasmaschlauch mit Integrationskreisen;
Fig. 5 eine Magnetanordnung mit verbreiterten Enden des Innenmagneten, wobei die Verbreiterung durch parallel angeordnete Magnete realisiert ist;
Fig. 6 eine Magnetanordnung mit verbreiterten Enden des Innenmagneten, wobei die Verbreiterung durch Ringmagnete realisiert ist;
Fig. 7 eine Magnetanordnung mit verbreiterten Enden des Innenmagneten, wobei die Verbreiterung durch Rundscheiben realisiert ist; Fig. 8 einen Antrieb für den Antrieb der Magnetanordnung relativ zu einem Target. Beschreibung von Ausführungsformen
In der Fig. 1 ist eine Magnetanordnung 1 dargestellt, wie sie beim Sputtern von Planar- Targets verwendet wird. Eine derartige Magnetanordnung ist beispielsweise in Fig. 10 der US 5 382 344 dargestellt. Die Magnetanordnung 1 besteht aus einem ersten Magnetpol, beispielsweise einem Nordpol 2 und einem zweiten Magnetpol, beispielsweise einem Südpol 3. Der Nordpol 2 besitzt die Form eines rechteckigen Rahmens, der den stabförmigen Südpol 3 umgibt.
Der Nordpol 2 besteht aus zwei Langseiten 4, 5 und zwei Kurzseiten 6, 7. Der Südpol 3 weist ebenfalls zwei Langseiten 8, 9 und zwei Kurzseiten 10, 11 auf, wobei die Kurzseiten 10, 11 jedoch wesentlich kürzer als die Kurzseiten 6, 7 des Nordpols 2 sind.
Zwischen dem Nordpol 2 und dem Südpol 3 ist ein Plasmaschlauch 12 zu erkennen, der fast den ganzen Zwischenraum zwischen Nordpol 2 und Südpol 3 einnimmt. Dieser Plasmaschlauch 12 entsteht durch das Magnetfeld der Magnetanordnung 1 in Verbindung mit einer Spannung, die an einer in Fig. 1 nicht dargestellten Kathode angelegt ist, wobei diese Kathode mit der Magnetanordnung 1 in Verbindung steht. Nordpol 2 und Südpol 3 sind über ein Joch miteinander gekoppelt.
Das ebenfalls in Fig. 1 nicht dargestellte Target ist wenigstens so groß wie die Magnetanordnung 1 und ist parallel zu dieser angeordnet. Magnetanordnung 1 und Target liegen somit in parallelen Ebenen.
Der Plasmaschlauch 12 kann in vier Bereiche untergliedert werden. Zwei Bereiche 13, 14 verlaufen parallel zu den Langseiten 4, 5 des Nordpols 2, während zwei andere Bereiche 15, 16 die Enden des Südpols 3 halb-ellipsenförmig umgeben.
Mit D ist der Abstand zwischen den Mittellinien der parallelen Bereiche 13, 14 des Plasmaschlauchs 12 bezeichnet.
Wird die Magnetanordnung 1 in einem Magnetron eingesetzt, so werden im statischen Betrieb im Wesentlichen diejenigen Teile des Targets gesputtert, die direkt gegenüber dem Plasmaschlauch 12 liegen. Die übrigen Bereiche werden im Wesentlichen nicht abgetragen. Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung der Magnetanordnung 1 relativ zu einem Target 20. Dieses Target 20 ist rechteckig und in den Abmessungen etwas größer als die Magnetanordnung 1. Nordpol 2 und Südpol 3 sind über eine nicht dargestellte Jochplatte miteinander verbunden, sodass die relative Lage des Südpols 3 zum Nordpol 2 stets die gleiche ist. Um das Absputtern des Targets 20 zu vergleichmäßigen wird eine gedachte Achse 21 durch die Südpol-Nordpol-Anordnung auf einem Kreis 22 mit dem Durchmesser D gedreht.
Das Magnetsystem 1 wird somit derart bewegt, dass jeder seiner Punkte einen Kreis mit dem gleichen Durchmesser D beschreibt. Das Magnetsystem 1 und das Target 20 befinden sich dabei in Ebenen, die parallel zueinander ausgerichtet sind.
Wird nun eine Spannung an die nicht dargestellte Kathode angelegt, wird ein Plasma gezündet. Hierdurch bildet sich der in der Fig. 1 dargestellte und in sich geschlossene Plasmaschlauch 12, dessen Form durch das Magnetfeld der Magnetanordnung 1 bestimmt wird. Beim Bewegen der Magnetanordnung 1 relativ zum Target 20 wird der Plasmaschlauch 12 mitbewegt und so über einen großen Teil der hierbei ortsfesten Targetoberfläche geführt. Der Plasmaschlauch 12 überstreicht damit auch Bereiche des Targets 20, die im statischen Betrieb nicht gesputtert würden. Zur Vermeidung von Re-Depositionen des abgetragenen Targetmaterials auf der Targetoberfläche sollte jede Stelle der Oberfläche des Targets 20 für eine bestimmte Zeit vom Plasmaschlauch 12 bedeckt sein.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Magnetanordnung 1 hat noch den Nachteil, dass es zu einem verstärkten Materialabtrag im Kurvenbereich 23, 24 des Magnetsystems 1 kommt. Dadurch entsteht im Target 20 in diesem Kurvenbereich 23, 24 ein Loch.
Um dieses Loch zu vermeiden, wird der innere Magnetpol in der Weise abgeändert, wie es die Fig. 3 zeigt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Magnetanordnung 25 ist der äußere Magnet 2 ebenso wie der äußere Magnet gemäß Fig. 1 aufgebaut.
Der innere Magnet 26 besitzt jedoch eine andere Form. Zwar weist auch er einen Stab mit zwei Langseiten 27, 28 und zwei Kurzseiten 24, 30 auf, doch sind die Langseiten 27, 28 kürzer als beim inneren Magneten 3 gemäß Fig. 1.
An die Kurzseiten 24, 30 schließen sich jeweils fünf kleine Stabmagnete 31 bis 35 bzw. 36 bis 40 an, die zusammen einen im Wesentlichen kreisförmigen Körper bilden, sodass der innere Magnetpol etwa die Form eines Knochens besitzt. Die kleinen Stabmagnete 33 und
38 verlaufen hierbei parallel zu den Kurzseiten 7, 6 des äußeren Magnetpols, während die kleinen Stabmagnete 32, 34 bzw. 37, 39 parallel zu den Langseiten 4, 5 des äußeren
Magnetpols verlaufen. Die kleinen Stabmagnete 31, 35 bzw. 36, 40 stellen eine Ver- bindung zwischen den Stabmagneten 32, 34 bzw. 37, 39 und den Kurzseiten 24, 30 des inneren Magnetpols 26 her. Sie sind etwa in einem Winkel von 45 Grad relativ zur
Längsachse des inneren Magnets 26 angeordnet.
Der sich aufgrund der Magnetanordnung 25 ergebende Plasmaschlauch 45 ist in der Fig. 4 noch einmal ohne Magnetanordnung 25 dargestellt. Die Darstellung der Fig. 4 dient zur Erläuterung, wie die Menge des von einem Target 20 abgetragenen Materials bei kreisförmiger Bewegung der Magnetanordnung 25 über dem Target 20 an einer bestimmten Stelle 42, 43, 44 des Targets ermittelt werden kann.
Hierzu wird entlang einer Kreisbahn 46 mit dem Durchmesser D die Plasmadichte mathematisch integriert (vgl. hierzu Shunji Ido, Koji Nakamura: Computational studies on the Shape and Control of Plasmas in Magnetron Sputtering Systems, Jpn. J. Appl. Phys. 32; 5698 - 5702, 1993). Es wird dabei also ein geschlossenes Integral gebildet. Für die Kreisbahn 46 ergibt diese Integration den Wert Null, weil sich kein Plasma innerhalb der Kreisbahn 46 befindet. Bei der Kreisbahn 47 ergibt sich für die Plasmadichte ein bestimmter positiver Wert, weil dort der Plasmaschlauch 45 in die Kreisbahn 47 eindringt. Für die Kreisbahn 48 ergibt sich wieder, wie bei der Kreisbahn 46, der Wert Null.
Dadurch, dass das Plasma in dem Kurvenbereich 49, 50 eingeschnürt ist, werden die Löcher im Target 20 vermieden, die bei Verwendung einer Magnetanordnung 1 gemäß Fig. 1 auftreten.
Die Einschnürung soll dabei so groß sein, dass der Plasmaschlauch 45 auf der Kreisbahn 46 um die Kurve geführt wird, wobei die Innenseite des Plasmaschlauchs 45 eine Kreisbahn mit dem Durchmesser D beschreibt, der dem in der Fig. 1 gezeigten Abstand D entspricht.
Eine solche Einschnürung kann man durch einen sehr breiten Magneten oder durch mehrere nebeneinander angesetzte schmale Magnete erreichen.
In der Fig. 5 ist eine solche Magnetanordnung 52 dargestellt. Anstelle der in einem Quasi- Kreis angeordneten Stabmagnete 31 bis 35 bzw. 36 bis 40 gemäß Fig. 3 sind bei der Magnetanordnung 52 in Fig. 5 jeweils fünf Stabmagnete 53 bis 57 bzw. 58 bis 62 an den Kurzseiten 29, 30 des Magnetpols 26 angeordnet, und zwar parallel zu den Langseiten 4, 5 des Nordpols 2.
Der jeweils mittlere Magnet 55 bzw. 60 ist hierbei der größte, während die seitlich nachfolgenden Magnete 54, 53; 56, 57 bzw. 58, 59; 61, 62 nach außen hin immer kürzer werden.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Variante des inneren Magnetpols 26 bei einer Magnetanordnung 41. An jedes der Enden 29, 30 des Stabs 26 schließt sich hierbei jeweils ein Magnetring 70, 71 an.
Bei der Variante der Fig. 7 ist statt eines Rings eine Scheibe 72, 73 vorgesehen. In der Fig. 8 ist die Magnetanordnung gemäß Fig. 6 noch einmal zusammen mit einem Target 20 und einem schematischen Antrieb dargestellt. Man erkennt hierbei eine Jochplatte 75, die über den beiden Magnetpolen 26, 2 liegt. Mit 76 ist eine Antriebsscheibe bezeichnet, auf deren Umfang ein Zapfen 77 angeordnet ist, der nach unten zeigt und mit der Jochplatte 75 in Verbindung steht. Die Antriebsplatte 76 ist mit einer nach oben gerichteten Welle 78 verbunden, die von einem Motor 79 angetrieben wird.
Wenn der Zapfen 77 in einem Abstand D/2 vom Mittelpunkt der Antriebsscheibe 76 angeordnet ist und der Motor 79 in Betrieb genommen wird, bewegt sich die Jochplatte 75 mit dem Magnetsystem in der bereits beschriebenen Weise, d. h. so, dass jeder Punkt des Jochs und des Magnetsystems sich auf einer Kreisbahn bewegt. Der Zapfen 77 ist hierbei nicht starr mit der Jochplatte 75 verbunden, sondern in ein Loch dieser Jochplatte 75 eingeführt, wo er sich drehen kann und somit verhindert, dass sich die Jochplatte 75 als Ganzes um die Welle 78 dreht. Die geometrische Ausrichtung (x-, y-Achse) der Kurz- und Langseiten der Jochplatte 75 bleibt bei der Drehbewegung unverändert.
Der Zapfen 77 muss nicht in eine Öffnung in der Jochplatte 75 selbst hineinragen. Es kann auch eine zusätzliche mit der Jochplatte 75 verbundene Platte hierfür vorgesehen sein. Es ist auch jeder andere Antrieb einsetzbar, der die gewünschte Bewegung der Magnetanordnung relativ zum Target bewirkt (vgl. EP 0 918 351 Al, Fig. 6). Wesentlich ist nur, dass jeder Punkt auf der Magnetanordnung eine Bewegung auf einem Kreisumfang mit dem Durchmesser D beschreibt. Die Magnete, welche die Enden des stabförmigen inneren Magnetpols 26 bilden, sind vorzugsweise so ausgebildet, dass ihre Magnetfeldlinien relativ zur Oberfläche des Targets 20 einen Winkel bilden, der größer als 20 Grad ist.

Claims

Patentansprüche
1. Sputter-Magnetron mit einem planaren Target und einer planaren Magnetanordnung, wobei die Magnetanordnung einen stabförmigen ersten Magnetpol und einen rahmen- förmigen zweiten Magnetpol aufweist und wobei Target und Magnetanordnung relativ zueinander so bewegbar sind, dass sich jeder Punkt des Targets relativ zur Magnetanordnung auf einem Kreis bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des stabförmigen ersten Magnetpols (3, 26) kreisförmig erweitert sind.
2. Sputter-Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erweiterten Enden einen Durchmesser D haben, der mindestens dem mittleren Abstand zwischen zwei parallelen Armen (12, 13) eines Plasmaschlauchs entspricht, der sich während eines Sputterbetriebs zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetpol (3, 2) ausbildet.
3. Sputter-Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des stabförmigen ersten Magnetpols (3, 26) jeweils aus mehreren kleinen Stabmagneten gebildet sind.
4. Sputter-Magnetron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende aus einem parallel zur Kurzseite (6, 7) des rahmenförmigen Magnetpols (2) verlaufenden Stabmagneten (33, 38), zwei parallel zur Langseite (4, 5) verlaufenden Stabmagneten (32, 34; 37, 39) und zwei in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Längsachse des ersten stabförmigen Magnetpols (26) verlaufenden Stabmagneten (31, 35) besteht.
5. Sputter-Magnetron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Stabmagneten (33, 38, 32, 34; 37, 39, 31, 35) räumlich hinter einander angeordnet sind.
6. Sputter-Magnetron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende aus mehreren parallel zu den Langseiten (4, 5) des rahmenförmigen Magnetpols (2) verlaufenden Stabmagneten (53 - 57) besteht, deren Länge in Richtung auf diese Langseiten (4, 5) abnimmt.
7. Sputter-Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende des stabförmigen ersten Magnetpols (3, 26) aus einem ringförmigen Magneten (70, 71) besteht.
8. Sputter-Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende des stabförmigen ersten Magnetpols (3, 26) aus einer kreisförmigen Scheibe (72, 73) besteht.
9. Sputter-Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldlinien der kreisförmig erweiterten Enden des ersten Magnetpols (3, 26) einen Winkel relativ zur Oberfläche eines Targets (20) aufweisen, der größer als 20 Grad ist.
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