DE10138156B4 - Magnetron sputtering system with multiple plasma rings, method for sputtering a target and use of the system or process - Google Patents
Magnetron sputtering system with multiple plasma rings, method for sputtering a target and use of the system or process Download PDFInfo
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Abstract
Magnetron-Zerstäubungsanlage mit einer Vorrichtung zum Zerstäuben eines Zerstäubungstargets (1) mit mehreren Plasmaringen (2, 3) mit einer magnetischen Einrichtung (7) zum Verschieben der Plasmaringe (2, 3) über die Vorderseite (1b) des Targets (1) oder zum komplementären Verbreitern oder Verengen der Plasmaringe (2, 3) im Übergangsbereich (A) zwischen den Plasmaringen.Magnetron sputtering unit with a device for atomizing a sputtering target (1) with a plurality of plasma rings (2, 3) with a magnetic device (7) for displacing the plasma rings (2, 3) over the front side (1b) of the Targets (1) or complementary Widening or narrowing of the plasma rings (2, 3) in the transition area (A) between the plasma rings.
Description
Die Erfindung betrifft eine Magnetron-Zerstäubungsanlage mit mehreren Plasmaringen.The The invention relates to a magnetron sputtering system having a plurality of plasma rings.
Der Aufbau einer Magnetron-Zerstäubungsanlage mit einem Plasmaring ist bereits in der DE-A1-196 14 595 beschrieben. Bekannt ist auch eine Magnetron-Zerstäubungsanlage mit zwei Plasmaringen durch Verwendung einer sog. Doppelring (dual race)-Kathode: eine solche herkömmliche Zerstäubungsanlage arbeitet mit einem statischen Magnetfeld. Die Position der Plasmaringe und deren Impedanz liegen fest. Dadurch können homogene Schichtverteilungen auf einem beschichteten Substrat nur für dünne Targets garantiert werden, da sich die Impedanz über die Targetlebensdauer durch Abtragen (Abbrand) für beide Plasmaringe unterschiedlich ändert.Of the Structure of a magnetron sputtering system with a plasma ring is already described in DE-A1-196 14 595. Also known is a magnetron sputtering system with two plasma rings by using a so-called dual race cathode: such conventional atomization works with a static magnetic field. The position of the plasma rings and their impedance are fixed. This allows homogeneous layer distributions guaranteed on a coated substrate only for thin targets, because the impedance is over the target lifetime by ablation (erosion) changes differently for both plasma rings.
Bei einem bekannten derartigen System mit Doppelring-Kathoden werden der innere und der äußere Ring nacheinander durch zwei sequentielle Beschichtungsschritte abgearbeitet. Zur Optimierung der Zykluszeit ist es jedoch erwünscht, die beiden Beschichtungsschritte gleichzeitig ablaufen zu lassen. Bei Parallelschaltung ergeben sich durch die beiden Plasmaringe zwei Impedanzen, die aufeinander abgestimmt werden müssen, um ein Erlöschen der Plasmaringe zu verhindern.at a known such system with double-ring cathodes the inner and the outer ring processed sequentially by two sequential coating steps. However, to optimize the cycle time, it is desirable to have the two coating steps to run simultaneously. Parallel connection results through the two plasma rings two impedances, which are coordinated Need to become, to extinguish the Prevent plasma rings.
Ein Nachteil im Stand der Technik ist es ferner, daß in der Mitte des Targets und in dem Bereich zwischen den beiden Plasmaringen, in denen die magnetischen Feldlinien nahezu senkrecht auf der Targetoberfläche stehen, eine Targetrückbeschichtung auftritt, da in diesen Bereich keine Zerstäubungsionen eindringen. Die Folge ist eine ungleichmäßige Beschichtung des Substrats bei der Zerstäubung und eine Beeinträchtigung der Beschichtung durch abfallendes Material aus der Rückbeschichtung. Bei einer reaktiven Zerstäubung kann das rückbeschichtete Material dielektrisch sein und dann den Zerstäubungsprozeß behindern.One Disadvantage of the prior art is also that in the center of the target and in the area between the two plasma rings in which the magnetic field lines are almost perpendicular to the target surface, a Tarückückbeschichtung occurs, because there are no atomizing ions in this area penetration. The result is an uneven coating of the substrate in the atomization and an impairment the coating by sloping material from the back coating. In a reactive atomization can the backcoated material be dielectric and then impede the sputtering process.
Aus der JP-02-030 757A ist eine Magnetron-Zerstäubungsanlage bekannt, bei der abwechselnd und wahlweise einer von drei möglichen konzentrischen Plasmaringen eingeschaltet werden kann.Out JP-02-030 757A discloses a magnetron sputtering apparatus in which alternately and optionally one of three possible concentric plasma rings can be turned on.
Aus der JP-04-116 162A, US-4,971,674-A und der JP-04-063 274A sind Magnetron-Zerstäubungsanlagen bekannt, bei denen der Durchmesser eines Plasmarings variiert werden kann.Out JP-04-116162A, US-4,971,674-A and JP-04-063 274A are magnetron sputtering machines known, in which the diameter of a plasma ring are varied can.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zerstäuben eines Zerstäubungstargets in einer Magnetron-Zerstäubungsanlage mit mehreren Plasmaringen zur Verfügung zu stellen, wobei der Beschichtungsprozeß beschleunigt, eine Rückbeschichtung des Targets verhindert und eine sehr homogene Schichtverteilung auf einem Substrat erreicht wird.Of the Invention is based on the object, an apparatus and a method for atomising a sputtering in a magnetron sputtering system with several plasma rings, the Coating process accelerates, a back coating of the target prevents and a very homogeneous layer distribution is achieved on a substrate.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.The The object is achieved with the features of the claims.
Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, bei einer Magnetron-Zerstäubungsanlage mit einer Kathode mit mehreren Plasmaringen eine Einrichtung zum Abstimmen der Impedanzen der Plasmaringe und/oder eine Einrichtung zum Verschieben der Plasmaringe über die zu zerstäubende Fläche vorzusehen.at the solution The invention is based on the idea of a magnetron sputtering system with a cathode with several plasma rings a device for Tuning the impedances of the plasma rings and / or a device for Move the plasma rings over the one to be atomized area provided.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind in dem Raum zwischen einem äußeren und inneren Polschuh eines Jochs bzw. einem äußeren und inneren Magneten einer Magnetron-Zerstäubungsanlage mehrere elektromagnetische Spulen, vorzugsweise mindestens drei elektromagnetische Spulen angeordnet. Die Anzahl der elektromagnetischen Spulen richtet sich nach der Anzahl der Plasmaringe. Im Fall von zwei Plasmaringen sind z. B. drei Spulen vorgesehen. Für jeden weiteren Plasmaring sind zwei weitere Spulen vorgesehen. Der äußere und innere Polschuh bzw. Magnet weist bei einer geraden Zahl von Plasmaringen die gleiche Polarität auf und bei einer ungeraden Zahl von Plasmaringen eine ungleiche Polarität auf. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit drei elektromagnetischen Spulen wird ein statisches Magnetfeld zwischen dem äußeren Polschuh oder Magneten und dem inneren Polschuh oder Magneten aufgeteilt, so daß zwei Plasmaringe ausgebildet werden. Durch die erste und zweite elektromagnetische Spule wird je für einen Plasmaring die Impedanz eingestellt, so daß die Impedanzen der Plasmaringe aufeinander abgestimmt und an den unterschiedlichen Targetabtrag angepaßt werden können. Um eine Targetrückbeschichtung im Grenzbereich zwischen den Plasmaringen und in der Mitte des Targets zu verhindern, werden die Plasmaringe während der Zerstäubung über die Targetvorderseite verschoben, so daß ein Materialauftrag durch Rückbeschichtung durch Veränderung seiner Lage auf der Oberfläche immer wieder abgestäubt wird.In a preferred embodiment of the invention are in the space between an outer and a inner pole piece of a yoke or an outer and inner magnet a magnetron sputtering system a plurality of electromagnetic coils, preferably at least three arranged electromagnetic coils. The number of electromagnetic Coils depends on the number of plasma rings. In case of two plasma rings are z. B. provided three coils. For each further plasma ring two more coils are provided. The outer and inner pole piece or magnet has an even number of plasma rings the same polarity on and with an odd number of plasma rings an uneven one polarity on. In a preferred embodiment of the invention with three electromagnetic Coils becomes a static magnetic field between the outer pole piece or magnets and the inner pole piece or magnet, so that two Plasma rings are formed. By the first and second electromagnetic Coil is ever for a plasma ring set the impedance so that the impedances of the plasma rings coordinated and to the different target removal customized can be. To a Taretwückbeschichtung in the border area between the plasma rings and in the middle of the target To prevent the plasma rings during atomization over the Target front page moved so that a material order through back coating through change its location on the surface dusted again and again becomes.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Target gleichzeitig von mehreren Plasmaringen zerstäubt, während der Zerstäubung wird die Impedanz jedes Plasmaringes geregelt und die Plasmaringe wären ständig über die Targetvorderseite verschoben.through the process of the invention is a target simultaneously atomized by several plasma rings, while the atomization The impedance of each plasma ring is regulated and the plasma rings would be constantly over the Target front page moved.
Durch die gleichzeitige Verwendung von mehreren Plasmaringen kann der Zerstäubungs- und damit der Beschichtungsprozeß eines Substrats beschleunigt werden. Durch eine variable und justierbare Impedanz der Plasmaringe können auch mit dicken Targets (> 8 mm) konstante Schichtdickenverteilungen auf dem Substrat erhalten werden. Durch die Verschiebung der Plasmaringe, d. h. durch die Änderung der Erosionsbreite der Plasmaringe, kann eine Targetrückbeschichtung zuverlässig verhindert werden.The simultaneous use of several plasma rings can speed up the sputtering and thus the coating process of a substrate. Through a variable and adjustableba The impedance of the plasma rings can also be obtained with thick targets (> 8 mm) of constant layer thickness distributions on the substrate. By shifting the plasma rings, ie by changing the erosion width of the plasma rings, a Tarückückbeschichtung can be reliably prevented.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:in the The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. It demonstrate:
Gemäß den
Die
zweite erfindungsgemäße Ausführungsform
gemäß
Die
dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
gemäß
Gemäß den
Die
Polschuhe oder Magneten
Die
erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemäß
Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
das Target
In
den dargestellten Ausführungsformen
ist das Magnetron-Magnetfeld, das durch die Permanentmagneten
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dieses Magnetron-Magnetfeld variabel zu steuern, wie z. B. in DE-C1-196 54 000, DE-A1-196 54 007 und DE-C1-196 53 999 beschrieben, um die Schichtdickenverteilung auf dem beschichteten Substrat zu homogenisieren.in the However, it is also possible within the scope of the invention to use this magnetron magnetic field variable to control, such. In DE-C1-196 54 000, DE-A1-196 54 007 and DE-C1-196 53 999 to the layer thickness distribution to homogenize on the coated substrate.
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