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Wenn
im folgenden von "Targets" gesprochen wird,
so wird nicht nur die zu zerstäubende
Platte darunter verstanden, sondern auch die ganze Quelle.
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Aus
der US-A-4 407 894, der EP-A-0 273 685, der DE-A-39 31 212 sowie
aus dem Artikel "Rf and
dc discharge characteristics for opposed-targets sputtering", M. Matsuoka et
al., J.Appl.Phys. 60(6), 15. September 1986, sind Sputterbeschichtungsstationen
mit einem Paar sich gegenüberliegender
Sputterquellen (Zerstäubungsquellen)
bekannt.
-
Zu
beschichtende Werkstücke
werden dabei seitlich, ausserhalb des durch die sich gegenüberliegenden
Sputterquellen definierten Raumes angeordnet. Dieses prinzipielle
vorgehen ist u.a. nachteilig, weil die Werkstücke ausserhalb des Plasmaraumes, aufgespannt
zwischen den sich gegenüberliegenden Sputterquellen,
angeordnet werden und damit relativ weit weg von den je den Quellen
zugeordneten Targets, womit die Beschichtungsrate entsprechend tief ist.
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Im
weiteren führt
dieses Prinzip zu relativ voluminösen Stationen, weil, zusätzlich zum
genannten Raum zwischen den Sputterquellen, Raum für das Haltern
sowie Ein- und Ausbringen der Werkstücke vorgesehen werden muss.
-
Im
weiteren ist eine homogene Schichtdickenverteilung entlang der seitlich
des genannten Raumes angeordneten Werkstückoberflächen nur schwierig zu erreichen,
weil die Abstandsrelationen von zu beschichtenden Flächenbereichen
je zu den Targetflächen
entlang der zu beschichtenden Oberfläche variieren. Auch die Ausnützung des
Targetmaterials ist unter zwei Aspekten relativ schlecht, einerseits,
weil zentrale Targetflächenbereiche
nur wenig zur Beschichtung beitragen, sich die Targets in diesem
Bereich im wesentlichen gegenseitig beschichten, und zweitens, weil
die zentralen Targetbereiche an sich weniger sputtererodiert werden
als periphere Bereiche.
-
Sputterbeschichtungsstation
zum Beschichten von Werkstücken
mit einem Paar sich gegenüber stehender
bzw. sich gegenüberliegender
Sputterquellen sind beispielsweise auch aus den Patentschriften
DE 36 11 492 und
EP 0 489 239 bekannt. In der
DE 38 44 064 ist fernerhin
eine Beschichtungsvorrichtung mit einer hohlzylindrischen Sputterquelle beschrieben.
-
Aus
der US-A-4 558 388 sowie der EP-A-0 546 251 sind ebenfalls Sputterbeschichtungsstationen
eingangs genannter Art, d. h. mit einem Paar sich gegenüberliegender
Sputterquellen, bekannt. Hier werden zu beschichtende Werkstücke in den zwischen
den Sputterquellen aufgespannten Raum eingebracht, und zwar seitlich
eingeschoben. Dadurch können
Werkstücke
gleichzeitig allseitig beschichtet werden, insbesondere scheibenförmige Werkstücke beidseitig.
-
Nachteilig
an letzterwähntem
Vorgehen ist, dass die so konfigurierten Stationen voluminös sind, weil
seitlich des zwischen den Sputterquellen aufgespannten Raumes, entsprechend
dem Transporthub vorgesehener Werkstück-Transportanordnungen, ausladende
Antriebseinheiten vorgesehen werden müssen. Im weiteren ist auch
hier das Erzielen einer homogenen Schichtdickenverteilung nur schwierig realisierbar,
weil die sich gegenüberliegenden,
im wesentlichen planen Targetflächen,
wie bekannt, ungleichmässig
erodiert werden, d. h. im Zentralbereich weniger als im Peripheriebereich,
und dass, damit einhergehend, das Targetmaterial schlecht ausgenützt wird.
Zusätzlich
sind zwei Powersupplies notwendig, da die Entladungen beider Quellen
separat initiiert werden.
-
Die
vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Sputterbeschichtungsstation
eingangs genannter Art zu schaffen, mittels welcher weiterhin Werkstücke gleichzeitig
all- oder beidseitig beschichtet werden können,
- – die in
ihrem Aufbau kompakt ist,
- – woran
das Targetmaterial der Sputterquellen besser ausgenützt wird
und
- – woran
eine verbesserte Homogenität
der Schichtdickenverteilung, insbesondere an scheibenförmigen Werkstücken, erzielbar
ist.
-
Dies
wird dadurch erreicht, dass mindestens eine der erwähnten Sputterquellen
eine lichte Oeffnung umspannt und eine diesbezüglich ein Werkstück zentral
positionierende Trägeranordnung
vorgesehen ist. Dadurch wird prinzipiell erreicht:
- – Weiterhin
können
Werkstücke
in den zwischen den Sputterquellen aufgespannten Raum eingebracht
werden und somit allseitig oder beidseitig gleichzeitig beschichtet
werden.
- – Es
ist die Möglichkeit
gegeben, mit einer Werkstück-Transportanordnung
durch die erwähnte Oeffnung
durchzugreifen, womit keine seitlich ausladenden Transport- bzw.
Antriebsvorkehrungen vorzusehen sind. Dabei kann eine Werkstückscheibe
mit ihrer Fläche
parallel oder senkrecht zur aufgespannten Oeffnung in den Raum zwischen
die Targets ein- oder durch den Raum durchgeschoben werden. Auch
kann eine solche Scheibe seitlich zwischen die Targets eingeschoben
werden und dort durch öffnungszentrale
Fixierorgane positioniert gehaltert werden.
-
Weil
mindestens eine der Sputterquellen durch Umspannen der lichten Oeffnung
nur entlang einer rahmenartigen Struktur Sputterflächen aufweisen
kann, wird das Targetmaterial verbessert ausgenützt; ein üblicherweise weniger abgesputterter
Zentralbereich an einem durchgehend flächigen Target ist schon gar
nicht vorhanden.
-
Weil
die die lichte Oeffnung umspannende oder mindestens teilweise umspannende
Sputterfläche
ihrerseits relativ homogen sputtererodiert wird, ergibt sich eine
verbesserte Schichtdickenhomogenität, insbesondere an den Flachen
planer, scheibenförmiger
Werkstücke.
-
Es
können
je Target tunnelförmige
Magnetfelder vorgesehen werden und/oder von Target zu Target verlaufende
Magnetfelder. Dabei kann die Plasmaringentladung peripher ausserhalb
des Werkstückbereiches
wesentlich intensiver sein als im Bereich des zentral angeordneten
Werkstückes und/oder
ein Magnetfeld im Werkstückbereich
homogen und/oder parallel zu Werkstück-Scheibenflächen angelegt
werden.
-
Magnetische
Targets können
als Polschuhe des von Target zu Target verlaufenden Magnetfeldes eingesetzt
werden, ohne dabei in magnetischer Sättigung betrieben werden zu
müssen.
-
Wegen
der Plasmaentladung, ringförmig
um die Oeffnung ausgebildet, ist es möglich, empfindliche Substrate,
wie aus PMMA oder lackierte Substrate, nicht dem Plasma auszusetzen,
so dass daran nur Kondensationsenergie wirkt.
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Bevorzugte
Ausführungsvarianten
der erfindungsgemässen
Sputterbeschichtungsstation sind in den Ansprüchen 2 bis 11 spezifiziert.
Das erfindungsgemässe
Verfahren ist Gegenstand der Ansprüche 12 bis 14 und eine bevorzugte
Verwendung ist Gegenstand des Anspruches 15.
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Die
Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 schematisch
und im Querschnitt, die Minimalkonfiguration einer erfindungsgemässen Station;
-
2a in
Darstellung analog zu 1, eine erste bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Station;
-
2b in
Darstellung analog zu 2a, eine weitere bevorzugte
Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Station, wobei nur gegenseitige Lage von Sputterquellen und Transportanordnung nochmals
dargestellt sind;
-
3a schematisch,
eine mit mehreren erfindungsgemässen
Stationen ausgerüstete
Behandlungsanlage;
-
3b ausgehend
von einer Anlage gemäss 3a,
eine weitere Ausbildungsvariante, um gleichzeitig mehrere Werkstücke an unterschiedlichen
Stationen zu behandeln;
-
4 schematisch
eine weitere Ausbildungsvariante der erfindungsgemässen Sputterbeschichtungsstation;
-
5 schematisch
und perspektivisch eine weitere Ausbildungsvariante der erfindungsgemässen Sputter beschichtungsstation;
-
6 in
Darstellung analog zu 5, eine weitere Ausbildungsvariante;
-
7 schematisch
eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Station;
-
8a schematisch
ein erster prinzipieller Magnetfeldverlauf an einer erfindungsgemässen Station;
-
8b in
Darstellung analog zu 8a, ein zweiter prinzipieller
Magnetfeldverlauf;
-
9 in
Abhängigkeit
des Radius eines kreisförmigen,
an einer erfindungsgemässen
Station gemäss
einer der 1 bis 2b erreichtes
qualitatives Erosionsprofil;
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10 die
für die
Ermittlung der Verläufe
gemäss
den 11 und 12 eingesetzte
Stationenkonfiguration;
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11 die
mit der Station gemäss 10 sich
ergebende Schichtdickenverteilung bei einer Magnetfeldverteilung,
wie in 12 dargestellt;
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12 die
Magnetfeldverteilung an der Station gemäss 10 zur
Erzielung einer Schichtdickenverteilung gemäss 11.
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Die
nachfolgend beschriebene, erfindungsgemässe Sputterbeschichtungsstation
kann zur Sputterbeschichtung in allen bekannten Varianten eingesetzt
werden.
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An
Sputterbeschichtungsstationen notorisch vorgesehene Aggregate, wie
Evakuierungspumpen, Gaseinlässe
für Arbeits-
und/oder Reaktivgas, sind als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt
und nicht beschrieben.
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Wie
nur in 1 schematisch mit den Wahlmöglichkeitsblöcken W dargestellt,
kann an einer erfindungsgemässen
Sputterbeschichtungsstation das Werkstück auf Schwebepotential oder
auf vorzugsweise einstellbares DC-Potential oder auf vorzugsweise
einstellbares gepulstes Potential, generell auf ein AC- + DC-Mischpotential
oder auf AC-, dabei z.B. auf Rf-Potential gelegt werden.
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Jedes
Target der Sputterquellen kann wahlweise auf DC-Potential oder gepulstes
Potential, generell auf AC- + DC-Mischpotential oder auf reines AC-,
dabei z.B. auf Rf-Potential gelegt werden.
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In 1 ist
eine erfindungsgemässe
Sputterbeschichtungsstation in Minimalkonfiguration dargestellt.
In einem Rezipientengehäuse 1 sind,
sich gegenüberliegend,
zwei Sputterquellen 3a und 3b, bezüglich Gehäuse 1 elektrisch
isoliert, vorgesehen. Mindestens die eine Sputterquelle, gemäss 1 3a,
umspannt eine lichte Oeffnung 5, wobei bevorzugterweise
ein Target 7a dieser Quelle die lichte Oeffnung 5 rahmenartig
umgibt, z.B. als Ring oder als rechteckförmiger Rahmen, gegebenenfalls
auch nur partiell umgibt. In Minimalkonfiguration ist die zweite
Sputterquelle 3b als durchgehend flächige Quelle ausgebildet mit
dem Target 7b.
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In
der dargestellten Ausführungsvariante greift
eine Werkstück-Transporteinrichtung 9a durch die
lichte Oeffnung 5 so durch, dass mindestens ein Oberflächenbereich
eines zu beschichtenden Werkstückes
in bzw. am zwischen den Targets 7a, 7b in 1 gestrichelt
eingetragenen Raum R freiliegt.
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In 1 ist
das Werkstück 11,
als bevorzugt mit der erfindungsgemässen Station zu beschichtendes
Werkstück,
als planes, scheibenförmiges
Substrat dargestellt. Die Oeffnung 5 ist so dimensioniert, dass
das jeweils zu beschichtende Werkstück 11 oder die grössten, mit
einer derartigen Station zu beschichtenden Werkstücke mit
der Transportanordnung 9a durch die Oeffnung 5 in
den Raum R eingeführt
werden können.
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In
bevorzugter Ausführungsform
sind, wie anhand von 2a und 2b prinzipiell
beschrieben werden soll, beide sich gegenüberliegenden Sputterquellen,
wie die Quelle 3a von 1, mit einer
lichten Oeffnung ausgebildet.
-
In 2a und 2b sind
für dieselben Bauteile,
die bereits anhand von 1 beschrieben wurden, dieselben
Bezugszeichen verwendet. Dabei ist auch die zweite Sputterquelle,
entsprechend 3a', mit
einer Oeffnung 5' versehen.
Die Werkstück-Transportanordnung 13 ist
als Transportstange ausgebildet, entlang welcher Werkstücke, insbesondere
scheibenförmige
Werkstücke 11,
gelagert sind. Aufgrund der vorgesehenen fluchtenden zwei Oeffnungen 5 und 5' kann die Transportstange 13 mit
hintereinander daran gelagerten Werkstücken 11 z.B. im Durchlaufbetrieb
durch die erfindungsgemässe
Station durchbewegt werden.
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Bei
der Anordnung gemäss 2a werden beide
Flächen
der Werkstückscheibe 11 gleichzeitig sputterbeschichtet,
gleich bei gleichen Targets 7a, 7a', gegebenenfalls unterschiedlich
bei unterschiedlichen Targets, insbesondere was ihr Material anbelangt.
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Wie
gestrichelt in 2a dargestellt, wird dabei bevorzug terweise
die zerstäubte
Fläche
F des Targetrahmens gegen die zugeordnete lichte Oeffnung 5 hin
geneigt, sei dies im Neuzustand plan oder bereits, wie ebenfalls
gestrichelt dargestellt, konkav eingeformt, um damit die erzielte
Homogenität
der Schichtdickenverteilung an den beiden gleichzeitig zu beschichtenden
werkstückoberflächen zusätzlich zu
verbessern. Zudem sind an der erfindungsgemässen Station, auch in Ausführungsform
gemäss 1, vorzugsweise
Spulen 15 vorgesehen, womit, im Raum zwischen den Sputterquellen,
ein Magnetfeld B erzeugt wird,
mit dessen Hilfe die erzielte Beschichtungsdickenhomogenität weiter
optimiert wird. Besteht dabei eines oder beide Targets aus magnetischem
Material, so wird es bzw. werden sie vorzugsweise, wie bei der Quelle 3a' schematisch
dargestellt, gleichzeitig als Polschuh für das Magnetfeld B eingesetzt. Das Magnetfeld B wird vorzugsweise, wie dargestellt, von
Target zu Target verlaufend angelegt, kann aber auch anstelle oder
zusätzlich
tunnelförmig je über einem
oder beiden Targets verlaufen.
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Ausgehend
von der Darstellung gemäss 2a,
sind in 2b nurmehr die beiden Sputterquellen 3a und 3a' dargestellt,
mit einer weiteren Ausführungsform
der Werkstück-Transportanordnung
und einer weiteren Beschichtungsart.
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Gemäss 2b sind,
jeder Quellenanordnung 3a, 3a' zugeordnet, je eine Werkstück-Trägeranordnung 9a gemäss 1 bzw. 9a' vorgesehen,
die je endständig
ein scheibenförmiges,
zu beschichtendes Substrat tragen. Mit den Transportanordnungen 9a und 9a' werden die
beiden Substrate 11 erst in der ausgezogen dargestellten
Position "I" an je der einen ihrer
Oberflächen
beschichtet.
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Werden
mit den Transportanordnungen 9a, 9a' die beiden Substrate im Raum zwischen
den Sputterquellen dann aneinanderge legt, so werden, in Analogie
zur Beschichtung gemäss 2a und
verglichen mit den Substraten in Position "I",
je die beiden anderen Oberflächen
beschichtet. Mithin können bei
Vorgehen gemäss 2b in
Position "I" die einen beiden
Substratflächen
beschichtet werden, durch Anheben in Position "II" die
beiden anderen, so dass gleichzeitig zwei Substrate beidseits beschichtet
werden können.
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Die
Ausführungsvariante
nach 2a eignet sich vorzüglich als Station in einer
Mehrstationen-Produktionsanlage, wie sie in 3a schematisch
dargestellt ist.
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Eine
zu beschichtende Werkstückscheibe 11 wird
mittels eines Beladeautomaten auf einen Schwenkdeckel 19 abgelegt,
und zwar auf einen Teil 13a der Transportanordnung mit
endständiger,
kolbenartiger Dichtungsscheibe 21. Nach Schliessen des
Deckels 19 wird der Behandlungsraum der Anlage, 23,
mit einer ersten Pumpe 25 evakuiert. Durch Vortreiben des
Stössels 13 wird
der Teil 13a mit der Scheibe 11 durch den Stösselteil 13b aufgenommen und,
in der Figur, nach rechts bewegt. Die Scheibe 11 gelangt
dadurch in eine erste, gemäss 2a aufgebaute
Sputterstation 27, mit Sputterquellen 3a und 3a', und wird darin
einer ersten Beschichtung unterzogen. Darnach wird durch weitere
Nach-rechts-Bewegung des Transportstössels 13 das Substrat 11 sequentiell
in die weiteren erfindungsgemässen Sputterstationen 29 und
schliesslich 31 bewegt.
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Der
kolbenartige Dichtteil 21 sowie ein entsprechender kolbenartiger
Dichtteil 21a am Teil 13b des Transportstössels 13 dichten
dabei jeweils eine Station gemäss 2a von
den übrigen
Anlagestationen ab, wie dies in 3 eingetragen
ist. Eine Prozesspumpanlage 33 konditioniert jeweils die
Sputterstationen 27, 29, 31 gemeinsam
oder selektiv.
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Mit 15 sind
wiederum die Spulen zur Steuerung der jeweiligen Beschichtungsdickenhomogenität dargestellt.
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Wie
insbesondere aus 3a ersichtlich, ermöglicht an
sich bereits die erfindungsgemässe
Einzelstation nach den 2a oder 2b, aber
insbesondere das Hintereinanderanordnen mehrerer derartiger Stationen,
derart, dass jeweils zwei Quellen praktisch Rücken an Rücken aneinanderliegen, mit optimal
wenig Aufwand die Sputterquellen elektrisch voneinander zu isolieren,
wie schematisch in 3a bei 35 eingetragen,
sie gemeinsam zu kühlen
und gegebenenfalls auch mit optimal kombinierten elektrischen Quellen
zu verbinden, um sie zu betreiben. So ist es ohne weiteres möglich, jeweils
Rücken
an Rücken
liegende Quellen ab dem gleichen Generator praktisch wie eine einheitliche
Quelle zu betreiben. Gegebenenfalls kann auch die Zwischenisolation 35 weggelassen
werden, und es können
die beiden aneinanderliegenden Sputterquellen auf gleichem Potential
betrieben werden. Dann muss lediglich die Isolation zur Anlagenwand 37 hin
gewährleistet
werden. An den einzelnen Sputterstationen werden die Substrate vorzugsweise
mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen.
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Bei
Betrachtung von 3a ist unmittelbar ersichtlich,
dass auch mehrere Substrate 11 am gleichen Transportstössel 13, 13b stapelartig
angeordnet werden können,
derart, dass gleichzeitig an mehreren Sputterstationen gemäss 27 bis 31 jeweils
ein Substrat beschichtet wird. Schematisch ist dies in 3b dargestellt.
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Es
versteht sich von selbst, dass je nach den an den erfindungsgemässen Stationen
und übrigen an
der Anlage gemäss 3a vorgesehenen
Behandlungsstationen durchzuführenden
Prozessen die jeweiligen Kammertrennungen durch die Dichtkolben 21 bzw. 21a in
gefordertem Umfang form- oder kraftschlüssig oder mittels Spaltdichtungen
oder überhaupt
nicht erfolgen.
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In 4 ist,
ausgehend von einer Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Sputterbeschichtungsstation nach 2a, schematisch,
eine weitere Ausführungsform,
insbesondere was Werkstücktransport
und werkstückhalterung
während
des Beschichtungsprozesses anbelangt, dargestellt.
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Eine
Substratscheibe 11, beispielsweise in Form einer CD oder
einer anderen Speicherplatte, wird lateral mit einer hier nicht
dargestellten Transporteinrichtung, wie mit dem Pfeil P dargestellt,
zwischen die erfindungsgemäss
ausgebildeten Targets bzw. Sputterquellen 3a bzw. 3a' eingeführt und,
bezüglich
der Oeffnungen 5, 5' zentriert,
zwischen zwei angetriebenen, wie mit den Pfeilen F schematisch dargestellt,
bewegten Maskierungsstösseln
eingeklemmt. Damit wird der zentrale Scheibenbereich einerseits
maskiert und gleichzeitig die Scheibe 11 während des
Beschichtungsprozesses positioniert. Selbstverständlich ist es auch ohne weiteres
möglich,
das aktive Festklemmen zwischen den Maskierungsstösseln 40, 40' vorzunehmen,
indem der eine stationär
bleibt und nur der zweite gegen den stationären, die Scheibe 11 dazwischen
festklemmend, wirkt.
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In 5 ist
schematisch und perspektivisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Sputterbeschichtungsstation
dargestellt. Die Targets bzw. Sputterquellen 40', 43a bzw. 43a', je mit einer
Oeffnung 45 bzw. 45',
sind in dieser Ausführungsform
rechteckförmig
ausgebildet und spannen ebenso rechteckförmige Oeffnungen auf.
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Beispielsweise
auf einer Halte- und Transportplatte 47 beidseitig angeordnet,
werden eine oder mehrere Substratscheiben 51, im wesentlichen senkrecht
zu den Target- bzw. Zerstäu bungsflächen, durch
die Oeffnungen 45, 45' durchbewegt und dabei beschichtet.
Wiederum ist das Magnetfeld B in
bevorzugter Ausrichtung dargestellt, wobei die Targets direkt als
Magnetpolschuhe eingesetzt werden und hierfür aus magnetischem Material
ausgebildet sind.
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In 6 ist
eine weitere Ausführungsform der
Targets analog zu der in 5 dargestellten Ausführungsform
wirkend dargestellt, bei der, wie als Beispiel dargestellt, die
Zerstäubungsflächen, einander gegenüberliegend,
konkav geformt sind, z.B. um gezielt erwünschte Schichtdickenverteilungen
am dazwischenliegenden Werkstück
zu erzielen.
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An
dieser Stelle sei ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäss ausgebildeten
Sputterbeschichtungsstation erwähnt:
Durch die gegenseitige Beschichtung der Targets ist es durchaus
möglich,
sicherzustellen, dass diese im metallischen Mode betrieben werden.
Dies auch, wenn im Mittenbereich, d.h. im Bereich der Oeffnungen,
ein Reaktivgasfluss bzw. ein Reaktivgaspartialdruck so gewählt wird, dass
dort, auch aufgrund der dort vorherrschenden geringeren Rate abgestäubten Materials,
im reaktiven oder im Intra-Mode beschichtet wird. Im Metall-Mode wird eine isolierende
Störbeschichtung
der Targets mit einhergehender Störfunkenbildung verhindert.
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Das
Vorgehen nach 5 bzw. 6 ist insbesondere
für Schichten
und Substrate geeignet, welche empfindlich auf Plasmaeinflüsse reagieren, wie
aus Indium/Zinnoxid, Tellur usw. Die Plasmadichte im Zentralbereich
der Targets ist im wesentlichen verschwindend, und die zu beschichtenden
Flächen liegen
parallel zum homogenen Magnetfeld.
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In 7 ist,
wiederum schematisch, die Anordnung der Targets 3a bzw. 3a' dargestellt,
mit bevorzugterweise vorgesehe ner Elektrodenanordnung 53 bzw. 53', welche die
innere und die äussere
Peripherie je der Targets umschliesst, diesbezüglich mindestens auf Dunkelraumabstand
gehalten. Gemäss 7 werden
diese Elektroden einerseits, anderseits die beiden Targets 3a, 3a' von einer einzigen Quelle 55 betrieben,
die Elektroden 53, 53' dabei als Anoden, die Targets
als Kathoden. Selbstverständlich
ist es auch ohne weiteres möglich,
die Elektroden 53, 53' potentialfliegend als Schirme
zu betreiben oder als dritte, elektrisch aktiv gespiesene Elektroden,
beispielsweise auf einem Bias-DC-Potential.
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In 8a ist,
wiederum schematisch, die Anordnung einer ersten Magnetanordnung 57 dargestellt,
mittels welcher ein magnetisches Feld B zwischen
den Targets 3a, 3a' erzeugt
wird, welches im wesentlichen senkrecht zu den Targetneuflächen, d.h.
achsparallel zur Achse der Oeffnungen 5 bzw. 5' verläuft. Dieses
Magnetfeld kann, wie dargestellt, durch Spulen 59 erzeugt
werden oder durch entsprechend angeordnete Permanentmagnete oder
durch Kombination von Elektro- und Permanentmagneten.
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Eine
zweite prinzipielle Art, ein Magnetfeld vorzusehen, gemäss B' von 8b, entspricht
derjenigen an einem planaren Magnetron, bei welchem die Magnetfeldlinien
an mindestens einem der Targets 3a, 3a' tunnelförmig verlaufen.
In bekannter Art und weise wird dies durch statische oder bewegte Permanent-
und/oder Elektromagnetanordnungen, je den Targets zugeordnet, realisiert,
wie dies schematisch bei 61 dargestellt ist. Verläufe von
Magnetfeldern gemäss 8a und
gemäss 8b können selbstverständlich beliebig
kombiniert werden. Insbesondere können an Elektromagneten Stelleingriffe oder
zeitlich variable Magnetfelder, wie gepulste Magnetfelder, durch
entsprechende Ansteuerung realisiert werden.
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In 10 ist
schematisch eine erfindungsgemässe
Sputterbeschichtungsstation dargestellt, welche einer Kombination
der anhand von 7 und der anhand von 8a dargestellten
Konstellationen entspricht. In Millimetern sind die Dimensionen
eingetragen.
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In 12 ist
das an den entsprechend markierten Bereichen gemäss 10 gemessene
bzw. entsprechend realisierte Magnetfeld bzw. dessen Verlauf dargestellt.
Es wurden Aluminiumtargets zerstäubt
und dabei im Prozessraum ein Druck von 8·10–3 mbar
eingestellt.
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In 11 ist
die sich ergebende Schichtdickenverteilung am Substrat 11 gemäss 10 dargestellt,
wobei bis auf eine zentrale Halterung, wie in 10 angedeutet,
der Mittenbereich nicht maskiert war. Es ergibt sich, wie ohne weiteres
ersichtlich, eine äusserst
homogene, im wesentlichen gleiche Beschichtung der beiden Substratflächen.
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In 9 ist
in Funktion des Targetringradius die relative Erosionstiefe dargestellt;
es ergibt sich eine gute, im wesentlichen gleichmässige Erosion und
damit Ausnützung
des Targetmaterials.
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Die
erfindungsgemässe
Sputterbeschichtungsstation eignet sich insbesondere für die Beschichtung
scheibenförmiger
Werkstücke,
insbesondere für
die Beschichtung von Hard Disks, Mini Disks und CDs.
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Zusammengefasst
ergeben sich mit der erfindungsgemässen Station folgende Vorteile:
- – kompakte
Bauweise;
- – gleichzeitiges
Rundumbeschichten von Werkstücken,
insbesondere gleichzeitiges Beschichten beider Flächen scheibenförmiger Werkstücke oder
gleichzeitiges Beschichten der Oberflächen zweier, insbesondere scheibenförmiger Werkstücke und
gegebenenfalls anschliessendes gleichzeitiges Beschichten ihrer
anderen Fläche,
sowohl mittels kreisringförmiger
Targets wie auch mittels rechteckförmiger, rahmenartiger Targets gemäss 5;
- – aufgrund
der mit den Magnetfeldern steuerbaren Plasmaeinschnürung kann
bei sehr tiefen Arbeitsgas-Partialdrücken beschichtet werden;
- – die
Schichtdickenverteilung kann mit den dargestellten Magnetfeldern
optimiert werden;
- – der
homogene Targetabtrag ergibt eine hohe Targetausnützung, und
es können
magnetische Targetmaterialien zerstäubt werden;
- – vorgesehene
elektrische Betriebsquellen können
optimiert für
den Betrieb mehrerer Zerstäubungsquellen
eingesetzt werden;
- – vorzusehende
Kühlkreisläufe können optimiert über mehrere
Quellen geführt
werden;
- – eine
genügend
homogene Schichtdickenverteilung ist auch ohne Werkstückbewegung
gewährleistet;
- – die
gegenseitige Isolation der Quellen ist konstruktiv einfach;
- – eine
beidseitige Beschichtung eines Substrats oder eine einseitige Beschichtung
zweier Substrate kann mit Vorsehen einer einzigen elektrischen Betriebsquelle
realisiert werden;
- – es
können äusserst
dicke Targets eingesetzt werden, beispielsweise von bis zu 6cm Dicke,
weil in der bevorzugten Ausführungsform,
bei der die Feldlinien des Magnetfeldes von Targetfläche zu Targetfläche gerichtet
sind, der Feldverlauf nurmehr unwesentlich von der momentanen Erosionsform
und der Targetdicke abhängt;
- – sollte
ein zu beschichtendes Substrat während des
Schichtwachstums in einem homogenen Magnetfeld geführt werden,
wie dies z.B. für
high density Hard Disks erwünscht
ist, so ist dies wie durch ein Vorgehen gemäss 5 ohne Zusatzeinrichtungen
möglich;
- – bei
Hintereinanderschalten mehrerer erfindungsgemässer Sputterbeschichtungsstationen können alle
Targets mit der gleichen elektrischen Quelle betrieben werden, wobei
die Plasmen wahlweise durch Ein- und Ausschalten der Magnetfelder
aktiviert bzw. desaktiviert werden;
- – aufgrund
der unterschiedlichen Verhältnisse
im Oeffnungsbereich der Targets und im Zerstäubungsflächenbereich kann im Oeffnungsbereich eine
Schichtabscheidung im Reaktivmode mit elektrisch isolierendem Material
erfolgen, wobei die bekannte Targetvergiftung im Zerstäubungsflächenbereich
im wesentlichen unterbleibt.