DE3124599A1

DE3124599A1 - "verfahren und vorrichtung zum zerstaeuben mit magnetischer verstaerkung sowie zur beschichtung eines substrats"

Info

Publication number: DE3124599A1
Application number: DE19813124599
Authority: DE
Inventors: Charles F. 80303 Boulder Col. Morrison jun.
Original assignee: Vac Tec Systems Inc
Current assignee: Vac Tec Systems Inc
Priority date: 1980-06-23
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1982-03-11
Also published as: GB2078787B; US4461688A; JPS5732371A; GB2078787A; FR2485862A1

Description

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

VAC-TEC SYSTEMS, INC. 23. Juni 1981

2590 Central Avenue

Boulder, Colorado 80301 / USA

Unser Zeichen: V 754

Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben mit magnetischer Verstärkung sowie zur Beschichtung eines Substrats

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zerstäuben mit magnetischer Verstärkung.

In der US-PS 3 878 085 ist eine.Zerstäubungsvorrichtung mit magnetischer Verstärkung beschrieben, die ebene Target-Kathoden aufweist. Die relativ geringe Ausnutzung ebener Targets ist problematisch. Dioden-Zerstäubung ohne magnetische Zerstäubung ergibt eine sehr gleichmäßige Erosion des Targets, jedoch bei sehr geringer Niederschlagsrate. Durch zusätzliche Anwendung eines geeignet geformten Magnetfeldes kann eine etwa um einen Faktor 10 verbesserte Zerstäubungsrate erreicht werden, jedoch werden ebene Targets gewöhnlich an irgendeiner Stelle durcherodiert, bevor mehr als etwa 30 - 40% des gesamten Targets zerstäubt sind. Bei Targets aus sehr seltenen oder sehr reinen Stoffen führt dies zu schwerwiegenden Kostenproblemen. Wenn aber Faktoren berücksichtigt werden wie Geschwindigkeit, Gleichmäßigkeit, Schichtaufbau, leichte Steuerung, fehlende Verunreinigung des

Waschwassers usw., so ergibt die Zerstäubung mit magnetischer Verstärkung in den meisten Fällen trotz des Problems der Target-Ausnutzung die besten und hinsichtlich der Gesamtkosten auch die günstigsten Dünnschichten.

Es wurde bereits versucht, die Target-Verluste zu vermindern, insbesondere durch Bewegen des Magnetfeldes durch mechanische oder elektromagnetische Einrichtungen. Dies ergibt jedoch offensichtlich keine vollständige Lösung des Problems und führt insbesondere auch nicht zu dem grundlegenden Problem. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das Target im Querschnitt derart zu gestalten, daß die Materialstärke den örtlichen Erosionsraten entspricht. Dadurch kann zwar der Prozentsatz der Ausnutzung verbessert werden, dies jedoch nur bei Inkaufnahme wesentlich höherer Target-Kosten, so daß auch diese Lösung nicht immer befriedigt. Zerstäubung mit magnetischer Verstärkung ist also zwar eine bewährte Technik zur Herstellung von Überzügen, sie hat jedoch den wesentlichen Mangel einer ungleichmäßigen Erosion.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Zerstäubung mit magnetischer Verstärkung, die eine bessere Ausnutzung des Targets ermöglichen. Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Durch die Erfindung wird insbesondere eine Zerstäubungsvorrichtung mit magnetischer Verstärkung geschaffen, in der eine Mehrzahl von Magnetfeldern Anwendung findet.

Ferner wird durch die Erfindung eine Zerstäubungsvorrichtung mit magnetischer Verstärkung geschaffen, die eine geschlossene •Plasmaschleife mit zwei Bahnen aufweist, von denen die erste eine Zerstäubungsbahn über der Kathode und die zweite eine über der ersten Bahn angeordnete Rückführungsbahn ohne Zerstäubungswirkung ist.

Durch die Erfindung wird ferner eine Anordnung zum Einschließen eines Plasmas geschaffen, die besonders geeignet ist zur Anwendung bei der Zerstäubungsvorrichtung mit mehreren Magnetfeldern, wobei die Plasmaeinschließung an der Rückführungsbahn stattfindet. Durch die Erfindung wird auch eine Zerstäubungsvorrichtung der obigen Art geschaffen, bei der Mittel vorgesehen sind, um das Plasma zwischen der ersten und der zweiten Bahn zu überführen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines herkömmlichen Magnetrons, wobei das bei diesem erhaltene typische V-förmige Erosiorismuster dargestellt ist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein magnetisches Feld, das zu dem Magnetron nach Fig. 1 gehört;

Fig. 3 einen Querschnitt eines herkömmlichen Magnetrons zur Darstellung eines wesentlichen Gedankens, auf dem die Erfindung beruht, wobei die Schraffierung der das Magnetfeld erzeugenden Teile zur Klarheit fortgelassen ist;

Fig. 4A-E Querschnitte von Targets, an denen die verbesserte Gleichmäßigkeit der Zerstäubung, wie sie durch die Erfindung ermöglicht wird, dargestellt ist;

Fig. 5 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Magnetron-Vorrichtung, durch die das in den Figuren 4A-E gezeigte gleichmäßige Zerstäubungsergebnis erreicht werden kann, wobei wieder die Schraffierung der die Magnetfelder erzeugenden Teile zur Klarheit fortgelassen wurde;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer anderen Aus-

führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 eine Perspektivansicht der Magnetelemente für die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung;

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der Magnetelemente für die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform;

Fig. 9A-C Querschnitte einer Kathode zur Erläuterung ·

ihrer Zerstäubung, wenn die Kathode in bezug auf die in Fig. 6 gezeigten Magnetelemente bewegbar ist;

Fig. 10 eine in Perspektive gezeigte Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Magnetelemente für die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung; und

Fig. 11 einen Querschnitt längs Line 11-11 in Fig. 10.

Wie eingangs bereits erwähnt wurde, handelt es sich bei der Zerstäubung mit magnetischer Verstärkung um eine zweckmäßige Technologie, die jedoch den einen Hauptmangel aufweist, daß sie zu einem Erosionsmuster führt, das eine relativ schlechte Target-Ausnutzung ergibt. Daher wird im folgenden zunächst eine Erläuterung gegeben, auf welche Weise die beobachteten Erosionsmuster gebildet werden. Dieser Erosionsmechanismus wird dann erfindungsgemäß ausgenutzt, um die Target-Ausnutzung wesentlich zu verbessern.

Figur T zeigt schematisch im Querschnitt eine herkömmliche Kathodenstruktur 10 mit einem Target 12, einer Magnetfeldquelle 14, von deren entgegengesetzten Polen A und B die magnetischen Feldlinien ausgehen, einen Kühlmittelkanal 16,

eine Halterung 18, einen Klemmring 20 zur Befestigung des Targets an der Halterung 18, eine Dichtung 22, Schrauben 24 zur Befestigung des Klemmrings an der Halterung und eine Abschirmung 26 aufweist; die Kathode 10 ist üblicherweise symmetrisch in bezug auf eine Ebene 28 angeordnet, so daß eine geschlossene Plasmaschleife symmetrisch zur Ebene 28 gebildet wird. Ein (nicht dargestelltes) Substrat ist über dem Target angeordnet, um einen überzug aus zerstäubtem Targetmaterial zu erhalten.

In den meisten Fällen hat das beobachtete Erosionsmuster 30 die in Figur 1 gezeigte Form, nämlich die Form eines V mit sehr geraden bzw. flachen Schenkeln. Um die Target-Ausnutzung zu verbessern, müßte der Boden dieses "V" möglichst weit über die Breite des Targets hinweg abgeflacht werden. Figur 2 zeigt über einem Target 12, das in der beschriebenen Form erodiert ist,· den ungefähren Verlauf der Magnetfeldlinien 32, wie er durch Eisenfeilspäne sichtbar gemacht werden kann. Dabei wurde davon ausgegangen, daß ein flaches Magnetfeld über dem Target erzeugt werden muß, um ein flaches Erosionsmuster zu bewirken. Aber auch wesentliche Verbesserungen bezüglich der Annäherung an eine quadratische Form und Flachheit des magnetischen Feldes führen zu keiner grundsätzlichen Änderung der V-förmigen Erosion. Zwar bedeuten diese sorgfältig ausgestalteten Felder wesentliche Verbesserungen hinsichtlich der Verbreiterung der V-förmigen Ausnehmung bis auf praktisch die gesamte Target-Fläche, es ergibt sich jedoch nach wie vor eine V-förmige Erosion, und nicht eine solche in der Form eines U mit flachem Boden.

Es wurde nun gefunden, daß das Erosionsmuster nicht durch die Form oder Flachheit des Magnetfeldes bestimmt wird. Vielmehr ■beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß das Erosionsmuster auf die Elektronendichte und -bewegung zurückzuführen ist und das Magnetfeld des Magnetrons hauptsächlich die Grenz-

·■' ·^:- 3Ί2Λ599

bedingungen liefert. Diese Beobachtung wird einleuchtend, wenn die Bewegung der Elektronen in dem Plasma betrachtet wird. Bekanntlich führen Elektronen in einem elektrischen Feld, das mit einem Magnetfeld gekreuzt ist (wobei das elektrische Feld im wesentlichen senkrecht zur Kathodenoberfläche ist), Bewegungen senkrecht zu beiden Feldern aus. Es wird also ein Stromfluß auf einer geschlossenen Bahn um die Targetoberfläche herum erzeugt. Diesem Stromfluß ist eine Komponente des erzeugten Magnetfeldes zugeordnet, die das magnetische Feld 32 der Kathode um diese herum abstößt und das Feld darunter (zur Targetoberfläche hin) auslöscht. Dadurch wird eine Abstoßung von den geschlossenen Kraftlinien des Kathodenfeldes 32 darüber verursacht, und der umlaufende Strom wird näher an die Targetoberfläche herangedrückt. Die in diesem System aus gekreuzten Feldern eingefangenen Elektronen treten mit den Molekülen eines Verstäubungsgases, z„ B. Argon, in Kollision, wodurch Argonionen erzeugt werden. Die Elektronen bilden mit den Ionen ein Plasma, dessen Gasamtladung praktisch neutralisiert ist. Dieses Plasma ist ein elektrischer Leiter mit relativ niedriger Impedanz. An ihm liegt daher eine relativ geringe Spannung an. Der größte Teil der anliegenden Spannung ist unter dem Plasma wirksam, das gegen die Kathodenoberfläche angedrückt wird. Die dunkle Raumzone ist daher sehr kurz; sie hat eine Dicke in der Größenordnung von 1 mm. Die darüberliegenden magnetischen Kraftlinien 32 aus dem Magnet 14 der Kathode drängen folglich den umlaufenden Strom mehr an das Target 12 heran, und die senkrechten Bereiche dieses Feldes ergeben die seitliche Plasmabegrenzung, durch die es auf den Seiten eingeschlossen ist. Die Kraftlinien, die einen Winkel von etwa 45 mit der Targetoberfläche bilden, bestimmen die mittlere Grenze, bis zu der Erosion stattfindet, während die Kraftlinien, die einen Winkel von 90 mit der Targetoberfläche bilden, ungefähr die äußere Erosionsgrenze bilden, wie in Figur 2 gezeigt ist»

Wenn verschiedene isolierte Kupferdrähte auf die Oberseite eines Tisches parallel zueinander gelegt werden und Strom in

derselben Richtung durch sie hindurchgeschickt wird, so wird beobachtet, daß sie einander anziehen und aneinander haften. Diese Anziehung wird durch das Magnetfeld verursacht, das durch den Stromfluß um die Drähte herum erzeugt wird. In dem Plasma bewegen sich Elektronen auf der geschlossenen Bahn in sehr ähnlicher Weise, als ob es sich um Drähte handeln würde. Im Ergebnis ergibt sich eine Konzentration in ähnlicher Weise wie das Aneinanderheften der Drähte. Es handelt sich um einen Einschnürungs- bzw. Pinch-Effekt. Die Elektronen können sich stärker aneinander annähern, als die elektrostatische. Abstoßung dies normalerweise zulassen würde, weil in dem Plasma positive Ionen vorhanden sind.

Es wurde gefunden, daß die Elektronen/Ionen-Verteilung praktisch linear von der äußeren Grenze des Magnetfeldes zur Mitte des V-förmigen Erosionsmusters hin zunimmt. Daraus wäre ein wesentlich steileres als ein lineares Erosionsmuster zu erwarten, insofern nämlich, als dies auf einen halbkreisförmigen Plasmaquerschnitt (der beobachtet wurde) hindeuten würde, mit einer Aufhebung des Effektes von oben und von den beiden Seiten her. Derartige Plasmadichten wurden zwar beobachtet, sie ergeben jedoch kein nichtlineares Erosionsmuster. Das beobachtete lineare Erosionsmuster wird verständlich, wenn berücksichtigt wird, daß die Spannung sich praktisch vollständig am Boden der Plasmawolke befindet und die mittlere freie Weglänge in dem Plasma sehr klein ist. Daher trägt nur eine sehr dünne Schicht in der Nähe des Targets wesentlich zur Erosion bei, die gesamte Plasmahöhe trägt jedoch zur Plasmahelligkeit bei, die beobachtet wird, wenn das Target direkt durch das Plasma hindurch beobachtet wird. Da ein linearer Stromgradient längs eines Radius des eingeschnürten Plasmas zur Mitte des V-förmigen Erosionsmusters hin vorhanden ist, kann angenommen werden, daß für die Zerstäubung nur eine dünne, sich parallel zu einem Radius erstreckende Schicht für die lineare Form der Erosion von Bedeutung ist. Die Stellen, an denen sich Innen- bzw. Außenrand des Erosionsmusters befinden, sind durch die Neigungs-

winkel von 45 bzw. 90° der Magnetfeldlinien der Kathode bestimmt, wie zuvor unter Bezugnahme auf Figur 2 bereits erläutert wurde, während das Erosionsmuster innerhalb dieser Grenzen durch die Dichteverteilung bestimmt ist.

Die Untersuchung der Feldlinien 3 2 aus einer herkömmlichen Magnetron-Kathode zeigt, daß diese beinahe einen linienförmigen Ursprung aufweisen, wie an den Stellen A und B in Figur 2. Sehr wesentliche Änderungen des Aufbaus der Magnetteile 14 können durchgeführt werden, ohne diesen Liniencharakter wesentlich zu verändern. Die Stellen A und B können verändert werden, und folglich auch die Breite des Erosionsmusters. Dadurch wird jedoch nicht die Form der Erosion verändert. Die Form des Magnetfeldes bestimmt dessen Ränder. Für die Bestimmung des Ortes, an dem sich die Ränder befinden, sind sowohl die Feldstärke als auch Winkelbedingungen maßgeblich, jedoch werden durch sie lediglich Breite und Lage des V-förmigen Musters bestimmt. Dies soll nicht bedeuten, daß Form und Stärke des Feldes keinen Einfluß haben. Die Einflüsse bestehen jedoch hauptsächlich im Hinblick auf Stabilität, Wirkungsgrad, minimalen Gasdruck bei Aufnahme des Betriebs und bei Betrieb mit voller Leistung, minimale Leistung für Erosion über die gesamte Breite usw. Sie führen jedoch nicht zu einer wesentlich verbesserten Gleichförmigkeit der Erosion. Es wurde gefunden, daß das Problem der ungleichmäßigen Erosion noch gravierender wird, wenn das Magnetfeld komplizierter gemacht wird. Durch Verlängern der Magneten nach innen, so daß im Ergebnis äußere Magneten 32 und 34 sowie innere Magneten 36 und 38 gebildet werden, die durch ein Polteil 40 verbunden sind (siehe Fig. 3 sowie Fig. 15 der US-Patentanmeldungen Serial No. 946,370 und 19284), konnte das Problem der Randgrenzen behoben werden und konnten zusätzliche Grenzen im Inneren des üblichen Aufbaus geschaffen werden„ Dadurch ergibt sich im Schnitt ein flügeiförmiges Erosionsmuster 42, wie in Figur 3 gezeigt, welches darauf hinweist, daß das innere Magnetsystem 36, 38 eine zusätzliche V-Form bewirkt hat,

die sich zu der ursprünglichen Form hinzuaddiert, so daß die Erosionsrate in der Mitte des Musters entsprechend erhöht wird. Die Kathode ist bei dieser Konstruktion äußerst stabil und weist eine sehr niedrige Impedanz auf. Das Plasma ist sehr intensiv und überdeckt, wie zu beobachten ist, die Mitte und die Seiten. Am Target tritt jedoch die ungünstige, flügeiförmige Erosion auf, bei der ein breiter Mittenteil und Randstreifen nicht zerstäubt wird und zurückbleibt. Daß diese Erosion in einem schmalen Bereich auftritt, ist verständlich, denn die inneren Magneten 36, 38 zwingen das primäre Magnetfeld aus den Magneten 32, 34 steil aufrecht, so daß das primäre Magnetfeld die kritischen Winkelwerte 45° und 90° näher an der Mitte des Erosionsmusters erreicht. Die Kraftlinien aus den kürzeren Magneten 36, 38 können das Target unter relativ kleinen Winkeln durchdringen, die kleiner sind als bestimmte kritische Winkel, so daß sie lediglich das interne, V-förmige Muster 42a begrenzen. Das grundlegende, V-förmige Muster 42b, das zur Mitte hin strichpunktiert verlängert eingezeichnet ist, wird trotz des Vorhandenseins des inneren Musters 4 2a erzeugt. Die Erosion hat in der Tat die Gestalt der Summe von zwei V-förmigen Mustern 4 2a und 4 2b verschiedener Breite und Tiefe, jedoch mit derselben Mitte. Es wurde gefunden, daß bei anderen Ausgestaltungen der Magnetanordnung ähnliche Effekte beobachtet werden. In jedem Fall gehen die Kraftlinien von einer Mehrzahl von Quellen aus, so daß sie nicht die Gestalt haben, als würden sie von einem einzigen Punkt ausgehen, wie in Figur 3 gezeigt. Hieraus wurde die Schlußfolgerung gezogen, daß eine gewisse Freiheit hinsichtlich der Kombination von V-förmigen Erosionsmustern innerhalb desselben ErosionsVorganges besteht, daß also eine Möglichkeit vorhanden ist, die Target-Ausnutzung beträchtlich zu verbessern, ohne die Nachteile der anderen üblichen Verfahren in Kauf zu nehmen.

Für die Addition und Wechselwirkung der verschiedenen Felder zur Verbesserung der Target-Ausnutzung gelten die im folgenden

angegebenen algebraischen Regeln und Gesetze. Zunächst können sich die Kraftlinien aller Felder nicht kreuzen. Es bestehen auch Einschränkungen hinsichtlich der Feldprojektion, wenn die Magnetanordnung kleiner gemacht wird. Daher werden relativ große Abstände bevorzugt. Wenn angenommen wird, daß die Erosionsmuster korrekt bemessen werden, so führen die einfachsten algebraischen Gesetze zu den in den Figuren 4A- 4E gezeigten Formen. Dabei nimmt die grundlegende V-Form 44a eine Hälfte des gesamten Target-Querschnitts ein, wie in Figur 4A gezeigt. Die V-Form zweiter Ordnung 44b besteht aus einer inneren V-Form 44b¹ und einer äußeren V-Form 44b''. Dies sind die größten V-Formen, die aus der Form 44a gewonnen werden können. Im Idealfalle würde jede dieser Formen 12,5% des Gesamtquerschnitts einnehmen, so daß die Summe aus der Kombination der V-Formen zweiter Ordnung und der grundlegenden V-Form auf 75% des Gesamtquerschnitts gebracht wird, wie in Figur 4B gezeigt. Wenn der verbleibende Teil auf die größte V-Form aufgeteilt wird, die angenommen werden kann, so ergeben sich jeweils 6,25% des Gesamtquerschnitts für jede der zwei V-Formen 44c¹ und 44c¹' dritter Ordnung, die in Figur 4C gezeigt sind. Dies führt zu einer Ausnutzung von 87,5% des Gesamtquerschnittes, wie in Figur 4E gezeigt. Die Mitte kann nicht auf die Breite O gebracht werden, so daß in der Praxis die gezeigten Gestalten nicht erreicht werden können; sie stellen jedoch eine Annäherung an praktisch erreichbare algebraische Überlagerungen von Erosionsmustern dar.

Es ist ersichtlich, daß die grundlegende V-Form 44a alle übrigen einschließen muß. Kraftlinien können sich nicht kreuzen; folglich muß in jedem darauffolgenden Schritt die V-Form kleiner sein als die vorhergehende, in die sie hineinpaßt. In den Figuren 4A - 4E sind Ausführungsbeispiele gezeigt; angestrebt wird ein sehr hoher bzw. optimaler Prozentsatz der Targetausnutzung.

In Fig. 5 ist schematisch eine Magnetanordnung gezeigt, mit der eine Erweiterung von der in Fig. 4 dargestellten dritten Ordnung auf die vierte Ordnung erreicht wird. In Fig. 5 sind also die Kraftlinien eines primären Magnetfeldes 46 gezeigt, das von einer Quelle 46' erzeugt wird, bei der es sich z. B. um einenU-förmigen Magneten handeln kann. Das primäre Magnetfeld 46 entspricht der primären V-Form 44a in Fig. 4A. Das zweite, dritte und vierte Magnetfeld 48, 50 bzw. 52 werden von einem zweiten, dritten bzw. vierten Magnet 48", 50', 52' erzeugt und entsprechen jeweils der V-Form zweiter, dritter bzw. vierter Ordnung.

Jeder der Magneten 46'- 52' erzeugt die ihm zugeordnete V-Form, und das sich ergebende Erosionsmuster ist die gewichtete Summe dieser V-Formen. Die relative Größe jeder V-Form ist hauptsächlich eine Funktion der Stärke und Form des zugeordneten Feldes. Die Figuren <A - 4E zeigen die sich daraus ergebenden theoretischen Erosiorsmuster und ihre jeweilige Summe. Die Entladungen müssen imstande sein, unabhängig voneinander zu existieren, wenn die zugeorcneten Magnetanordnungen isoliert wären, d. h. Stärke und Form der Felder 50, die z. B. durch ü-förmige Magneten 50" erzeugt werden, müssen derart sein, daß bei Entfernung der Magneten 46", 48" und 52' die zu den Feldern 50 gehörenden Entladungen ausreichen, um die zugehörigen V-förmigen Erosionsmuster zu schaffen. Die Stärke der Magneten 48', 50" und 52' muß so sein, daß sie nicht nur imstande sind, Kraftlinien anzuziehen, sondern darüberhinaus imstande sind, die oben erwähnten Entladungen herzustellen, die unabhängig voneinander existieren können. (Zwar besteht eine gewisse Ähnlichkeit im Aufbau zwischen den Ausführungsformen der Figuren 23-28 der oben erwähnten US-Patentanmeldung Serial No. 19,284 mit den Ausführungsformen nach den Figuren 4 und 5, die mit den Ausführungsformen nach den Figuren 23-28 erreichten Verbesserungen haben jedoch eine andere Bedeutung als die durch die Erfindung erreichten Ergebnisse.) Jede der Entladungen, die unab-

hängig von anderen existieren kann, kann unterstützt werden, indem sie durch andere Entladungen gezündet wird; jede Entladung muß jedoch ihren eigenen Anteil an der Gesamtaufgäbe beim Erodieren des Targets erfüllen. Die Magnetfelder 46-52 dürfen sich nicht miteinander zu einer Resultierenden kombinieren. Wenn dies der Fall wäre, so würde erneut das in Fig. gezeigte Erosionsmuster entstehen.

Bei Verwendung von kleineren Kathoden (z. B„ 127 mm oder weniger) wird es für das in Fig. 5 gezeigte komplizierte Feld sehr schwierig, sehr dicke Targets zu durchdringen. Bei Targets mit einer Dicke bis zu 6,35 mm kann jedoch die Target-Ausnutzung bis auf etwa 70-80% gesteigert werden. Die in Fig. 5 gezeigten Felder vierter Ordnung erweisen sich auch als von zu hoher Ordnung bei Verwendung von 127 mm-Kathoden; vielmehr sind sie bei größeren Kathoden anzuwenden. Bei Targets mit einer Breite von 127 mm erscheint eine Ausführungsform zweckmäßig, die bis zur dritten Ordnung geht. Beim übergang auf Targetgrößen von 152,4 mm und 177,8 mm werden Ausführungsformen mit vierter und fünfter Ordnung zweckmäßig.

Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, anhand welcher Ausführungsformen mit subtraktiver überlagerung erläutert werden, im Gegensatz zu additiver überlagerung, die in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist über ein gewölbtes S-N-Magnetfeld 68 ein gewölbtes N-S-Magnetfeld 66 gelegt. Das gewölbte N-S-Magnetfeld 66 wird durch eine erste Magnetfeldquelle 67 mit den Magneten 70-74 aufgebaut, während das gewölbte S-N-Magnetfeld 68 durch eine zweite Magnetfeldquelle 69 aufgebaut wird, welche die Magneten 76-80 umfaßt; dabei wird unter dem Begriff "gewölbtes Magnetfeld" ein solches verstanden, das sowohl gekrümmte als auch allgemein rechteckförmige Gestalt haben kann.

Die Orientierung der gewölbten Magnetfelder 66, 68 wird zum Teil durch die Feldausbreitungsparameter der jeweiligen Magnet-

stoffe bestimmt, aus denen die Magneten 70-80 und die Kreise 70-74 sowie 76-80 gebildet sind. Wenn die Richtwirkung der Feldausbreitung stark genug ist, werden die Kraftlinien in der betreffenden Richtung mit ausreichender Stärke ausgesandt, so daß sie eine bedeutende Wegstrecke zurücklegen, bevor ihre Bahn durch die Wahl der Lage des entgegengesetzten Pols merklich beeinflußt wird. Auf diese Weise wird z. B. der größte' Teil des Magnetflusses aus dem Magnet 70 an dem daran angrenzenden entgegengesetzten Magnet 76 vorbeigeführt, so daß der Magnetfluß von dem weiter entfernten entgegengesetzten Magnet 72 auf der anderen Seite des Targets 12 angezogen wird. Ähnliche Betrachtungen gelten für die aneinander angrenzenden Magneten 48" in Fig. 5. Die gewünschte Richtwirkung der Feldausbreitung wird vorzugsweise durch Verwendung von orientierten Ferrit-Magneten erreicht, bei denen die orientierten Ferrit-Teilchen in einem Bindemittel niedriger Permeabilität verteilt sind, z. B. in Gummi oder Plastikmaterial.

Das Vorhandensein dieser Teilchen, die ein sehr starkes Magnetfeld erzeugen können, in einem Bindemittel niedriger Permeabilität (z. B. weniger als 10) wie Gummi oder Plastikmaterial hat sich als günstig erwiesen, um die erforderliche Richtwirkung der Feldausbreitung zu erzielen. Bei Verwendung von Plastikmaterial mit darin eingebettetem orientierten Ferrit können ferner Mehrfach-Magnetsysteme geschaffen werden, bei denen keine Verbindung zwischen hochpermeablen Bereichen erforderlich ist. Die orientierten Ferrit-Magneten können aus einem Stapel von imprägnierten Ferrit-Streifen oder -Bändern gebildet sein, z. B. vom Typ PL-1.4H (Minnesota Mining and Manufacturing Co.). Solche Stapel sind in Fig. 6 für die Magneten 70, 72, 76 und 78 gezeigt; vorzugsweise werden sie bei allen Magneten der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet.

Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung mit um 180° gegeneinander verdrehten Magnetfeldern ergibt eine überlagerte, verstäubungsfreie Rückführungsbahn B, in der die Polarität des elektrischen Feldes festgelegt ist, wobei keine Anode im Inneren der Schleife erforderlich ist, wie sie in Fig. 10 der US-Patentanmeldung Serial No. 28,434 gezeigt ist. Die Zerstäubungsbahn ist mit A bezeichnet. Um die Erzeugung der Zerstäubungsbahn A und der überlagerten, zerstäubungsfreien Rückführungsbahn B leichter verständlich zu machen, wird zunächst darauf aufmerksam gemacht, daß im einfachen Fall eines sich mit einem Magnetfeld kreuzenden elektrischen Feldes, z. B. bei A oder B, eine Elektronenbewegung innerhalb oder außerhalb der Zeichenebene auftritt. Die Elektronen des umlaufenden Stromflusses der Zone B erfahren den bereits anhand von Fig. 3 erläuterten Einschnürungseffekt. Das Plasma wird folglich nach unten auf das Target 12 zu gedrängt. Die Elektronen im Bereich A erfahren ebenfalls einen Einschnürungseffekt, und weil sie sich in der entgegengesetzten Richtung wie im Bereich B bewegen, wo das Magnetfeld die entgegengesetzte Richtung hat, sind sie ebenfalls bestrebt, sich nach unten zu bewegen. Im Bereich B neutralisiert der Einschnürungseffekt das Magnetfeld unterhalb dieses Bereichs und stößt das darüberliegende Feld ab. Dies geschieht auch im Bereich A, und zwar so lange, bis diese Einschnürung nach unten wandert, wo sie auf das B-Feld trifft. Anstatt nun das B-Feld zu neutralisieren, findet Abstoßung statt. Diese Elektronen erfahren folglich eine Abstoßung sowohl von oben als auch von unten, und sie werden zwischen den zwei Feldern in erfindungscharakteristischer Weise eingeschlossen. Der eingeschnürte Strom im Bereich B wird wiederum auf das Target zu gedrängt, bis die elektrostatische Abstoßung der Elektronen (die durch die positiven Ionen in dem Plasma teilweise abgeschirmt werden) der magnetischen Abstoßung von oben entgegenwirkt. Die Steuerung der Dicke dieses dunklen Raumes erfolgt somit nur durch die Feldstärke irgendwo in dem Feld. Durch Herstellung der einander entgegengesetzten

Felder A und B wird das Plasma fest in den dazwischen befindlichen Raum eingeschlossen, wobei dieser Raum praktisch beliebig verlängert werden kann. Diese Technik des Plasmaeinschlusses hat Anwendungen, die von der Anwendung des Aufbaus einer Rückführungsbahn bei einer Zerstäubungsvorrichtung verschieden sind.

Aus den Figuren 6 und 7 wird ersichtlich, daß die einfache Elektronenbewegung in sich kreuzenden Feldern im Bereich A an der Oberseite in der einen Richtung und im Bereich B an der Unterseite in der anderen Richtung erfolgt. Um von dem Fluß A zu dem Fluß B überzugehen, kann in recht einfacher Weise das eine Feld in einem Bereich enden, der von dem anderen vollständig umgeben ist. Dies wird leicht erreicht, indem der innenseitige Fluß B wie in Fig. 7 gezeigt zu dem überlagerten Rückführungsfluß A dort übergeht, wo die Magnetfeldquelle 69 an der Stelle 82 auf der Innenseite des Endes 84 der Magnetfeldquelle 67 endet. Wenn der darüber angeordnete Fluß A zu dem innenseitigen Verstäubungsfluß B übergehen soll, so wird das Ende 86 der Quelle 69 über das Ende 88 der Quelle hinaus verlängert. Die Magnetfeldquelle 67 ist ferner an der mit 90 bezeichneten Stelle nach unten gerundet, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform, bei welcher eine Überführung aus dem oberseitigen Fluß A in den innenseitigen Fluß B erfolgt, sind die Magneten 76 und 78 an den mit 92 und 94 bezeichneten Stellen der Draufsicht in Fig. 8 nach außen verbreitert, wobei die Magnetfeldquelle 69 sich über die Magnetfeldquelle 67 hinaus ersteckt. Die Verbreiterung kann auch eine andere Gestalt als die gezeigte rechtwinklige Form haben.

Eine bevorzugte Ausführungsform hinsichtlich der Überführung aus dem oberseitigen Fluß A in den innnenseitigen Fluß B ist in den Figuren 10.und 11 gezeigt; Fig. 10 ist.eine in Perspek-

tive dargestellte Draufsicht der Magnetanordnung ohne die Kathode, während Fig. 11 eine Querschnitt längs Line 11-11 in Fig. 10 wiedergibt, wobei auch das Target 12 gezeigt ist. Diese Magnetanordnüng umfaßt einen ersten C-förmigen Magneten 106 mit einem längsgerichteten Schenkel 108, zwei seitlichen Schenkeln 110, 112 und zwei inneren, längsgerichteten Schenkeln 114, 116. Ein zweiter C-förmiger Magnet 118 umfaßt einen längsgerichteten Schenkel 120, seitliche Schenkel 122 und 124 sowie innere seitliche Schenkel 126, 128, wobei die inneren seitlichen Schenkel der Magneten 106 und 118 aneinander angrenzend angeordnet sind. Wie aus den Figuren 10 und 11 ersichtlich ist, ist die Magnetflußrichtung im Magnet 106 entgegengesetzt zu derjenigen im Magnet 118. Die in Fig. 10 gezeigte Magnetanordnung enthält ferner längsgerichtete Magneten 130, 132, wobei diese Magneten im Inneren der C-förmigen Magneten 106, 118 und im Abstand von diesen angeordnet sind, wodurch das in Fig. 11 dargestellte Magnetfeld erzeugt wird. Zwar tritt an den Enden 134, 136 ein geringer Plasmaverlust auf, das Verhalten der in Fig. 10 gezeigten Magnetanordnung ist jedoch gut.

Da der untere Plasmastrom B den größten Teil der Spannung in seinem Dunkelraum verbraucht, tritt ein Wechselspiel auf, das die obere und die untere Strömung ungefähr auf demselben Pegel hält. Die niedrigere Spannung an der unteren Strömung A vermindert ferner die Ionenverluste aus dieser Bahn. Diese Rückführungsbahn A nimmt daher praktisch keine Leistung (kein Stromfluß) auf, und die gesamte Arbeit wird von der un'teren Strömung B verrichtet, welche die Erosion bzw. Zerstäubung bewirkt. Dadurch wird das in Fig. 2 gezeigte V-förmige Erosionsmuster erzeugt. Indem die Magnetanordnung nur an den Seiten 96, 98 des Targets 12 (siehe Figuren 6 und 9A) angeordnet'wird, .kann zunächst das Ende 100 des Targets erodiert werden, um dessen Ausnutzung zu verbessern. Fig. 9A zeigt diesen Anfangsschritt der V-förmigen Erosion 102 des Targets, der durch die Magnetanordnung 104 bewirkt wird, wobei die Magnetanordnung

die in Fig. 6 gezeigten Magnetfeldquellen 67 und 69 oder die in den Fig. 8 oder 10 gezeigte Magnetanordnung aufweist. Wenn der Boden der V-Form sehr dünn wird, können Target und Magnetanordnung 104 relativ zueinander um die halbe Breite der anfänglichen V-Form 102 bewegt werden, wie in Fig. 9B gezeigt ist. Dadurch wird austretend aus dem Target die Richtungsverteilung etwas verändert; da jedoch der Dunkelraum zur Targetoberfläche hin gedrängt wird, und zwar praktisch unabhängig von dessen Gestalt, sind die Erosionsraten wiederum im Querschnitt dieselben. In Fig. 9C sind weitere Verschiebungen um die halbe Breite der V-Form gezeigt, die so lange erfolgen, bis eine praktisch vollständige Ausnutzung des Targets erreicht ist.

Die Ausführungsformen, bei denen eine Rückführung mit umgekehrter Magnetpolarität stattfindet, gemäß den Fig. 9A bis 9C mit relativ zueinander bewegbarem Target und Magnetanordnung, sind daher geeignet, das Problem der Targetausnutzung noch besser zu lösen als die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen mit komplizierten Magnetfeldern, die alle von der Ebene des Targets ausgehen. Bei Anwendung der komplizierten Magnetfelder nach den Fig. 4 und 5 auf den die Erosion bewirkenden Bahnbereich bei der Ausführungsform mit Polaritätsumkehr nach den Fig. 6, 8 oder 10 kann eine vollständige Targetnutzung erreicht werden, die derjenigen entspricht, welche für die Halbquerschnitte in Fig. 4 angegeben wurde, denn zum einen ist keine Mitte an der Stelle der Mittelebene 28 in Fig. 4 vorhanden, wo die Erosion minimal ist, und zum anderen sind keine gekrümmten Enden mit Ecken vorhanden, an denen keine Erosion stattfindet.

Bei vielen Ausführungsformen der Erfindung können zum Teil Ferritmagneten verwendet werden, wie sie von der Arnold Magnetics, Inc. oder Crucible Iron and Steel Co. hergestellt werden. Bei zahlreichen beschriebenen Ausführungsformen können ferner herkömmliche Magnetsorten verwendet werden, z.B.

Alnico-Ferromagneten, jedoch selten mit den praktischen Vorteilen der bevorzugten Magnetstoffe. Es können auch Elektromagneten verwendet werden, jedoch gelten hier dieselben Einschränkungen. Während bei bevorzugten Ausführungsformen die oben erwähnten Permanentmagneten oder Elektromagneten verwendet werden, können auch Magnetanordnunge mit geeignet ausgewählten Polplatten in Verbindung mit den genannten Magneten verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Magnetanordnungen können mit ebenen Kathoden verwendet werden, die kreisförmig oder gestreckt sind. Gestreckte Kathoden können rechtinwinkelig, elliptisch oder oval sein. Die ebene Kathode kann ferner ringförmig sein. Ferner kann die ebene Kathode nichtlineare Teile umfassen, z.B. konkave Bereiche, wie sie die Kathoden nach den Fig. 5 und 7 der US-PS 3 878 085 aufweisen. Außer ebenen Kathoden können solche mit zylindrischer oder konischer Form oder in Form von endlosen Riemen und dgl. verwendet werden. Da die Kathode zerstäubt wird, kann ferner die Neigung bestehen, daß sie ungleichmäßig erodiert wird. Nichtsdestoweniger kann die Kathode als eben, zylindrisch oder in ihrer sonstigen ürsprungsform betrachtet werden. Die geeignet konturierten Oberflächen können ferner so an die Kathode angepaßt sein, daß diese in den Bereichen dicker ist, wo eine stärkere Erosion erwartet wird. Auch hier kann die Kathode als eben, zylindrisch usw. angenommen werden, in Abhängigkeit von ihrer allgemeinen Gestalt vor ihrer Zerstäubung.

Das zu zerstäubende Targetmaterial kann die Kathode der Vorrichtung sein oder auch nicht. Wenn es nicht die Kathode bildet, so kann es an der Kathode durch eine Spanneinrichtung der in Fig. i gezeigten Art befestigt werden, wobei die Spanneinrichtung auch dazu verwendet werden kann, die Kathode innerhalb der Zerstäubungsvorrichtung zu befestigen.

Die in Fig. 6 gezeigte Anode 65 z.B. wird als solche bezeichnet, weil Zerstäubungssysteme beim Anlegen eines Wechselstrompotentials im allgemeinen selbsttätig als Gleichrichter wirken. Wenn also in der vorliegenden Anmeldung der Begriff Anode verwendet wird, so kann damit auch eine andere äquivalente Elektrode des Systemes gemeint sein. Bei der Anode kann es sich ferner auch um die Behälterwandung der Zerstäubungsvorrichtung handeln. Zwischen Anode und Kathode können Gleichstrom, Niederfrequenz-Wechselstrom (z.B. 60 Hz) oder HF-Wechselspannungen im Industriebereich, z.B. 13,56 oder 27,12 MHz, können zwischen Anode und Kathode angelegt werden. Um eine HF-Abschirmung zu erreichen, ist bei Anwendung dieser hohen Frequenzen die Anode meistens die Behälterwandung, oft jedoch auch bei Anwendung von Gleichstrom.

Das in dem System verwendete Gas kann etweder ein aktives oder ein inertes Gas sein, je nach Art der durch Zerstäubung bildenden Schicht. Die grundlegenden Merkmale der Erfindung sind auch beim Gravieren mittels Kathodenzerstäubung anwendbar.

Leerseite

Claims

-Patentanwälte" 3124599 Dipl.-lng. Dipl.-lng Dipl -Chem. G. Leiser E. Prinz Dr. G. Hauser Ernsbergerstr; sse 19 8 München 60

VAC-TEC SYSTEMS, INC. 23. Juni 1981

90 Central Avenue

Boulder, Colorado 30301 / USA

Unser Zeichen: V 754

Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben mit magnetischer Verstärkung sowie zur Beschichtung eines Substrats

PATENTANSPRÜCHE

. Zerstäubungsvorrichtung mit magnetischer Verstärkung zur Beschichtung eines Substrats mit Material, das aus einer Zerstäubungsoberfläche einer Schicht aus diesem Material zerstäubt ist, gekennzeichnet durch:

- eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, wobei wenigstens ein Teil der Kraftlinien dieses Feldes im wesentlichen senkrecht zu der Zerstäubungsoberfläche ist;

- eine erste Magnetfeldquelle, die ein erstes gewölbtes Magnetfeld über der Zerstäubungsoberfläche erzeugt, derart, daß ein dem ersten Feld zugeordnetes Plasma

ein im wesentlichen V-förmiges Erosionsmuster in der Schicht erzeugt, wenn nur das erste Feld sich über der Zerstäubungsoberfläche befindet; und

- wenigstens eine weitere Magnetfeldquelle zur Erzeugung eines weiteren gewölbten Magnetfeldes im Inneren des ersten gewölbten Magnetfeldes, zum Verändern des V-förmigen Erosionsmusters derart, daß die Gleichmäßigkeit der Zerstäubung der Schicht verbessert wird.

2. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei der weitcjren Magnetfeldquellen, wobei das der einen zugeordnete gewölbte Feld sich unter wenigstens einem Teil einer Hälfte des ersten gewölbten Feldes befindet, während das der anderen Magnetfeldquelle zugeordnete gewölbte Magnetfeld sich unter wenigstens einem Teil der anderen Hälfte des ersten gewölbten Magnetfeldes befindet, so daß von beiden Seiten des V-förmigen Erosionsmusters Teile entfernt werden.

3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß η Ordnungen der ersten und der weiteren Magnetfeldquellen vorhanden sind, wobei η = 1, 2, 3, ... N, und wobei die erste Ordnung (n=1) aus der ersten Feldquelle besteht und alle weiteren Ordnungen■aus wenigstens zwei der Feldquellen bestehen,

daß das der einen Feldquelle zugeordnete gewölbte Feld zweiter Ordnung unterhalb wenigstens einem Teil einer Hälfte des ersten gewölbten Feldes angeordnet ist und das der anderen"Feldquelle zweiter Ordnung zugeordnete gewölbte Feld unterhalb wenigstens einem Teil der anderen Hälfte des ersten gewölbten Feldes angoerdnet ist, so daß Teile des V-förmigen Erosionsmusters an beiden Seiten entfernt werden, und

daß das der einen Feldquelle n-ter Ordnung (n>2) zugeordnete gewölbte Feld unter einem Teil eines der zwei gewölbten

• Q O β Oft

— ο _

Felder (n-1)-ter Ordnung angeordnet ist und das der anderen Feldquelle n-ter Ordnung zugeordnete gewölbte Feld unterhalb eines Teils des anderen der zwei gewölbten Felder (n-i)-ter Ordnung angeordnet ist, so daß die Feldquellen n-ter Ordnung Teile auf beiden Seiten des V-förmigen Erosionsrauster entfernen, die auf der Außenseite derjenigen Teile liegen, die von den Feldquellen (n-1)-ter Ordnung entfernt werden.

4. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und die weiteren Magnetfelder die Schicht ungefähr an den Rändern der Felder schneiden.

ο Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma eine geschlossene Schleife bildet, die im wesentlichen parallel zu der Zerstäubungsoberfläche ist.

6„ Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die weiteren Magnetfeldquellen orientierte Ferritteilchen umfassen, die in Bindemitteln niedriger Permeabilität verteilt sind»

7. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und weiteren Magnetfeldquellen imstande ist, eine elektrische Zerstäubungsentladung aufrechtzuerhalten, wenn die anderen Magnetfeldquellen fehlen.

„ Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch wenigstens eine zusätzliche Magnetfeldquelle zur- Erzeugung eines zusätzlichen Magnetfeldes oberhalb des ersten Magnetfeldes, wobei die Polarität des ersten Magnetfeldes entgegengesetzt zu der des zusätzlichen Magnetfeldes ist, so daß eine Zerstäubungsplasmabahn zwischen dem ersten

Magnetfeld und der Zerstäubungsoberfläche und eine Rückführungsplasmabahn ohne Zerstäubung zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Magnetfeld gebildet wird.

9. Zerstäubungsvorrichtung mit magnetischer Verstärkung zur Beschichtung eines Substrats mit einem Material, das aus der Zerstäubungsoberfläche einer Schicht aus diesem Material zerstäubt ist, gekennzeichnet durch:

- eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, wobei wenigstens ΰη Teil der Kraftlinien dieses Feldes im wesentlichen senkrecht zu der Zerstäubungsoberfläche ist;

- eine erste Magnetfeldquelle zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldes über der Zerstäubungsoberfläche; und

- wenigstens eine zusätzliche Magnetfeldquelle zur Erzeugung eines zusätzlichen Magnetfeldes oberhalb des ersten Magnetfeldes, wobei die Polarität des ersten Magnetfeldes entgegengesetzt zu der des zusätzlichen Magnetfeldes ist, so daß eine Zerstäubungsplasmabahn zwischen dem ersten Magnetfeld und der" Zerstäubungsoberfläche und eine Rückführungsplasmabahn ohne Zerstäubung zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Magnetfeld gebildet werden.

10. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsplasmabahn und die Rückführungsplasmabahn ohne Zerstäubung Teile einer geschlossenen Plasmaschleife sind, die im wesentlichen senkrecht zu der Zerstäubungsoberfläche angeordnet ist.

11. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Magnetfeld eine gewölbte bzw. haubenförrnige Gestalt hat und das erste Magnetfeld ebenfalls eine gewölbte bzw. haubenförmige Gestalt hat und innerhalb des zusätzlichen Magnetfeldes angeordnet ist.

12. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gewölbte erste und das gewölbte zusätzliche Magnetfeld die Schicht ungefähr an den Feldrändern schneiden.

13. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch wenigstens eine zusätzliche Magnetfeldquelle zur Erzeugung wenigstens eines weiteren gewölbten Magnetfeldes im Inneren des ersten gewölbten Magnetfeldes, wobei das erste Magnetfeld ein im wesentlichen V-förmiges Erosionsmuster in der Schicht erzeugen würde, wenn nur das erste und das zusätzliche Feld über der Zerstäubungsoberfläche angeordnet wären und wobei das weitere gewölbte Magnetfeld das V-förmige Erosionsmuster so verändert, daß die Gleichmäßigkeit der Zerstäubung der Schicht verbessert wird.

14. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle orientierte Ferritteilchen umfassen, die in Bindemitteln niedriger Permeabilität verteilt sind.

ο Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle auf der Seite der Schicht angeordnet sind, die der Zerstäubungsoberfläche gegenüberliegt.

16. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle sich in einer im wesentlichen zu dem elektrischen und den magnetischen Feldern senkrechten Richtung erstrekken und daß die Zerstäubungsvorrichtung Einrichtungen umfaßt, durch xvelche das erste Magnetfeld in einem Bereich endet, der von dem zusätzlichen Magnetfeld umgeben ist, wodurch die Überführung des Plasmas aus der Zerstäubungsbahn in die Rückführungsbahn erleichtert wird.

— 6 —

17. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Schicht in Richtung der Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle geringer ist als die Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle, und daß die Schicht so in· bezug auf die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle angeordnet ist, daß sie über ihre gesamte Abmessung in Richtung der Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle hinweg zerstäubt wird.

18. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle sich in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen senkrecht zu dem elektrischen und dem magnetischen Feld ist, und daß die Zerstäubungsvorrichtung eine Einrichtung umfaßt, welche ein erstes Ende der zusätzlichen Magnetfeldquelle festlegt, das sich über ein erstes Ende der ersten Magnetfeldquelle hinaus erstreckt, wodurch die Überführung des Plasmas aus der Plasmazerstäubungsbahn in die Plasmarückführungsbahn erleichtert wird.

19. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Schicht in Richtung der Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle geringer ist als die Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle, und daß die Schicht so in bezug auf die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle angeordnet ist, daß sie über ihre gesamte Abmessung in Richtung der Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle hinweg zerstäubt wird.

20. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der ersten Magnetfeldquelle sich über das andere Ende der zusätzlichen Magnetfeldquelle hinaus erstreckt.

P ft

21. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Magnetfeldquelle an ihrem anderen Ende nach außen verbreitert ist,

22. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Magnetfeldquelle an ihrem anderen Ende von der ersten Magnetfeldquelle fort verbreitert ist.

23. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und' die zusätzliche Magnetfeldquelle sich in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen senkrecht zu dem elektrischen und dem magnetischen Feld ist, und daß die Zerstäubungsvorrichtung eine Einrichtung umfaßt, durch welche die Schicht relativ zu der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle in einer Richtung bewegbar ist, die im wesentlichen senkrecht zu den gestreckten Magnetfeldquellen ist, so daß die Gleichmäßigkeit der Zerstäubung der Schicht verbessert wird.

24. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Schicht in Richtung der Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle geringer ist als die Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle, und daß die Schicht so in bezug auf die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle angeordnet ist, daß sie über ihre gesamte Abmessung in Richtung der Ausdehnung der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle hinweg zerstäubt wird.

25. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung Mittel umfaßt, durch welche die Schicht in bezug auf die erste und die weiteren Magnetfeldquellen schrittweise weiterbewegt wird.

26. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsbahn ein V-förmiges Muster aus der Schicht mit der Breite eines V heraus erodiert und daß Mittel vorgesehen sind, um die Schicht in bezug auf die erste und die weiteren Magnetfeldquellen schrittweise jeweils um die halbe Breite des V weiterzubewegen.

27. Vorrichtung zum Einschlioßen eines Plasmas, gekennzeichnet durch:

- eine Einrichtung :ur Frzeugung eines elektrischen Feldes;

- eine erste MagnetJeldquelle zum Aufbauen eines ersten Magnetfeldes im wesentlichen senkrecht zu dem elektrischen Feld; und

- eine zusätzliche Magnetfeldquelle zum Aufbauen eines zusätzlichen Magnetfeldes im wesentlichen parallel zu dem ersten Magnetfeld, wobei die Polarität des zusätzlichen Magnetfeldes entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Magnetfeldes ist, so daß ein sich auf einer ersten Bahn zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Feld in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem elektrischen und den magnetischen Feldern bewegendes Plasma gehindert wird, durch das eine oder das andere Magnetfeld hindurchzutreten.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle sich in Richtung der ersten Bahn erstrecken, so daß das Plasma über eine Entfernung eingeschlossen ist, die ungefähr so lang ist wie die Länge der ersten und der zusätzlichen Magnetfeldquelle.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Magnetfeld eine gewölbte oder haubenförmige Gestalt hat und das erste Magnetfeld ebenfalls eine gewölbte bzw. haubenförmige Gestalt hat und im Inneren des zusätzlichen Magnetfeldes angeordnet ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Plasma aus der ersten Bahn zu einer zweiten Bahn leitet, die im wesentlichen parallel zu der ersten Bahn ist und sich nicht zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Feld befindet.

31. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zusätzliche Magnetfeldquelle orientierte Ferritteilchen umfassen, die in einem Bindemittel niedriger Permeabilität verteilt sind.

32. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Führung des Plasmas aus der ersten Bahn in eine zweite Bahn, die im wesentlichen parallel zu der ersten Bahn ist und sich nicht zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Feld befindet.

33. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Ende des ersten Magnetfeldes in einem Bereich festlegt, der von dem zusätzlichen Magnetfeld umgeben ist, wodurch die Überführung des Plasmas aus der zweiten Bahn in die erste Bahn erleichtert wird.

34. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die ein erstes Ende der zusätzlichen Feldquelle festlegt, welches sich über ein erstes Ende der ersten Feldquelle hinaus erstreckt, wodurch die Überführung des Plasmas aus der zweiten Bahn in die erste Bahn erleichtert wird.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der ersten Magnetfeldquelle sich über das andere Ende der zusätzlichen Magnetfeldquelle hinaus erstreckt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Magnetfeldquelle an ihrem anderen Ende nach außen

verbreitert ist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Magnetfeldquelle an ihrem anderen Ende von der ersten Magnetfeldquelle fort verbreitert ist.

38. Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Material, das auf einer Zerstäubungsoberfläche einer Schicht dieses Materials zerstäubt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- ein elektrisches Feld wird erzeugt, wobei wenigstens ein Teil der Kraftlinien des elektrischen Feldes im wesentlichen senkrecht zu der Zerstäubungsoberfläche ist;

- ein erstes gewölbtes Magnetfeld wird über der Zerstäubungsoberfläche so erzeugt, daß ein dem ersten Feld zugeordnetes Plasma ein im wesentlichen V-förmiges Erosionsmuster in der Schicht erzeugen würde, wenn nur das erste Feld sich über der Zerstäubungsoberfläche befände; und

- ein weiteres gewölbtes Magnetfeld im Inneren des ersten gewölbten Magnetfeld wird erzeugt, um das V-förmige Erosionsmuster so zu verändern, daß die Gleichförmigkeit der Zerstäubung der Schicht verbessert wird.

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß η Ordnungen des ersten und der weiteren Magnetfelder erzeugt werden, wobei η = 1, 2, 3, ... N, und wobei die erste Ordnung (n=1) in dem ersten Feld besteht und jede der anderen Ordnungen in wenigstens zwei der weiteren Felder besteht, daß eins der gewölbten Felder zweiter Ordnung unter wenigstens einem Teil einer Hälfte des ersten gewölbten Feldes angeordnet wird und das andere gewölbte Feld zweiter Ordnung unter wenigstens einem Teil der anderen Hälfte des ersten gewölbten Feldes angeordnet wird, so daß Teile von beiden'Seiten des V-förmigen Erosionsmusters entfernt werden , und

daß eines der gewölbten Felder n-ter Ordnung (n>2) unterhalb eines Teiles eines der zwei gewölbten Felder (n-1)-ter Ordnung angeordnet wird und das andere gewölbte Feld n-ter Ordnung unterhalb eines Teiles des anderen der zwei gewölbten Felder (n-1)-ter Ordnung angeordnet wird, derart, daß die Felder n-ter Ordnung Teile auf beiden Seiten des V-förmigen Erosionsmusters entfernen, die außerhalb von den Teilen liegen, die durch die Felder (n-1)-ter Ordnung entfernt werden.

40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und die weiteren Magnetfelder die Schicht ungefähr an den Feldrändern schneiden.

41. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma eine geschlossene Schleife bildet, die im wesentlichen parallel zu der Zerstäubungsoberfläche ist.

42. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch alle weiteren Magnetfelder imstande sind, eine elektrische Zerstäbungsentladung aufrechtzuerhalten, wenn die anderen Magnetfelder fehlen würden,

43. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Magnetfeld oberhalb des ersten Magnetfeldes erzeugt wird, wobei die Polarität des ersten Magnetfeldes entgegengesetzt zu derjenigen des zusätzlichen Magnetfeldes ist, so daß eine Plasmazerstäubungsbahn zwischen dem ersten Magnetfeld und der Zerstäubungsoberfläche und eine Plasmarückführungsbahn ohne Zerstäubung zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Magnetfeld gebildet wird.

44. Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit einem Material, das aus der Zerstäubungsoberfläche einer Schicht aus diesem Material zerstäubt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- ein elektrisches Feld wird erzeugt, wobei wenigstens ein Teil der Kraftlinien des elektrischen Feldes im wesentlichen senkrecht zu der Zerstäubungsoberfläche ist;

- ein erstes Magnetfeld wird über der Zerstäubungsoberfläche erzeugt; und

- ein zusätzliches Magnetfeld wird über dem ersten Magnetfeld erzeugt, woboi die Polarität des ersten Magnetfeldes entgegengesetzt zu derjenigen des zusätzlichen Magnetfeldes ist, so daß eine Zerstäubungsplasmabahn zwischen dem ersten Magnetfeld und der Zerstäubungsoberfläche und eine Plasmarückführungsbahn ohne Zerstäubung zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Magnetfeld erzeugt werden.

45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsplasmabahn und die Plasmarückführungsbahn ohne Zerstäubung Teile einer geschlossenen Plasmaschleife sind, die im wesentlichen senkrecht zu der Zerstäubungsoberfläche ist.

46. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Magnetfeld eine gewölbte bzw. haubenförmige Gestalt hat und daß auch das erste Magnetfeld eine gewölbte bzw. haubenförmige Gestalt hat und im Inneren des zusätzlichen Magnetfeldes angeordnet ist.

47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das gewölbte erste und das gewölbte zusätzliche Magnetfeld die Schicht ungefähr an den Feldrändern schneiden.

48. Vorfahren nach Anspruch 44 oder 46, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Magnetfeld in einem Bereich aufhört, der von dem zusätzlichen Magnetfeld umgeben ist, so daß die überführung des Plasmas aus der Zerstäubungsbahn in die Rückführungsbahn erleichtert wird.

49. Verfahren zum Einschließen eines Plasmas, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- ein elektrisches Feld wird aufgebaut;

- ein erstes Magnetfeld wird im wesentlichen senkrecht zu dem elektrischen Feld aufgebaut; und

- ein zusätzliches Magnetfeld wird im wesentlichen parallel zu dem ersten Magnetfeld erzeugt, wobei die Polarität des zusätzlichen Magnetfeldes entgegengesetzt derjenigen des ersten Magnetfeldes ist, so daß ein Plasma, das sich auf einer ersten Bahn zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Feld im wesentlichen senkrecht zu dem elektrischen und den magnetischen Feldern bewegt, gehindert wird, durch das eine oder das andere Magnetfeld hindurchzutreten.

50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zusätzliche Magnetfeld sich in Richtung der ersten Bahn erstrecken, so daß das Plasma über eine Strecke eingeschlossen wird, die im wesentlichen dieselbe Länge hat wie das erste und das zusätzliche Magnetfeld.

51. Verfahren nach Anspruch 49 oder 50, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Magnetfeld gewölbt ist und daß das erste Magnetfeld ebenfalls gewölbt und im Inneren des zusätzlichen Magnetfeldes angeordnet ist.

52. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma aus der ersten Bahn in eine zweite Bahn -gelenkt wird, die im wesentlichen parallel zu der ersten Bahn ist und nicht zwischen dem ersten und dem zusätzlichen Feld enthalten ist.

53. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Magnetfeld in einem Bereich aufhört, der von dem zusätzlichen Magnetfeld umgeben ist, wodurch die Überführung des Plasmas aus der zweiten Bahn in die erste Bahn erleichtert wird.