Нанесение на подложки легированного слоя посредством катодного распыления
Изобретение относится к способу и устройству для нанесения на подложку сплава, состоящего из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава с переменным их соотношением и к мишени для нанесения на подложку сплава. Мишень изготавливают посредством катодного распыления и содержит по меньшей мере один первый и один второй материал в качестве компонентов сплава. Поверхность мишени имеет по меньшей мере один участок из первого материала и второй участок из второго материала. Оба участка примыкают друг к другу и образуют общую разделительную линию. Изменение соотношения компонентов сплава осуществляют путем смещения участка эрозии поперек разделительной линии и/или регулирования угла между разделительной линией и/или регулирования угла между поверхностью магнитной системы и обращенной к подложке поверхностью мишени. В результате достигается получение тонкого слоя однородного сплава с переменным составом в регулируемых и контролируемых пределах. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.
Предлагаемое изобретение относится к изготовлению тонких слоев на подложке методом катодного распыления, в частности магнетронного катодного распыления. Предлагаемое изобретение относится, в частности, к нанесению на подложку сплава, который имеет определенный состав сплава или определенное изменение состава сплава на поверхности подложки, то есть определенный градиент концентрации материалов сплава.
Способ и устройство для нанесения на подложку покрытия посредством катодного распыления известны, например, из патентной публикации WO 03/071579. В ней раскрывается распылительный катод, за счет которого может быть изготовлено покрытие подложки, в частности, магнитными или магнитизируемыми веществами. Катодный распылитель имеет основу катода, расположенную на ней мишень и магнитную систему, размещенную за мишенью. Чтобы ориентировать ось легкого намагничивания наносимого материала, распылительный катод имеет, кроме того, устройство для создания внешнего магнитного поля с по существу параллельно расположенными магнитными силовыми линями в плоскости подложки. Катод представляет собой предпочтительно длинный катод с длиной, которая соответствует, по меньшей мере, диаметру подложки. Для достижения равномерного покрытия покрываемая подложка перемещается во время катодного распыления при длинном катоде в поперечном направлении относительно продольной стороны длинного катода в плоскости подложки.
Чтобы при использовании нанесенных таким образом тонких слоев получить определенные свойства слоя, может быть необходим совершенно определенный состав осажденного слоя.
Примерами таких слоев являются Ni(l-x)Fex, где x=0,18... 0,45 или Pt(l-x)Mnx, где x=0,5, при этом определенные свойства слоев зависят от точного значения x. Чтобы изготовить такие слои, используют мишени, которые состоят из наносимого сплава в желаемом пропорциональном соотношении.
В области исследования и разработок, к сожалению, во многих случаях неизвестно, при каком составе сплава определенного слоя достигаются наилучшие результаты для специальной цели. Другая проблема, возникающая, прежде всего, в случае материалов с очень разной атомной массой, состоит в том, что при катодном распылении состав сплава во время осаждения может изменяться. Следовательно, состав сплава осажденного на подложку слоя, по сравнению с составом сплава в мишени распыления, может быть более или менее изменен, например, в случае PtMn. Кроме того, это изменение зависит от параметров процесса нанесения покрытия, например, от технологического давления, скорости нанесения покрытия и прочего. Так как в конечном итоге речь идет о составе сплава на подложке, то зачастую трудно установить оптимальный состав сплава мишени распыления.
Часто применяемый, но очень негибкий метод регулировки тонкослойных сплавов, которые осаждают катодным распылением, базируется на использовании ряда мишеней распыления с различными, при известных условиях, очень близко находящимися друг с другом составами сплавов. Этот метод является очень затратным прежде всего за счет дорогостоящих материалов (PtMn, FePt и другие). Многие мишени с соответствующими сплавами приходится изготавливать или закупать, при этом после соответствующей серии испытаний с различными мишенями лишь одна из этих мишеней приближается, наконец, к оптимальному сплаву и может быть фактически использована.
В ходе этой серии испытаний приходится монтировать и демонтировать соответствующие мишени в соответствующих вакуумных установках, с сопутствующими этому высокими временными затратами.
Регулирование состава сплава легированных слоев на подложке при помощи самого процесса нанесения покрытия, то есть путем регулируемых извне изменений процесса нанесения покрытия и/или геометрии нанесения покрытия является, по сравнению с вышеприведенным методом, определенно более простым, быстрым и, как правило, также менее дорогим способом.
Очень часто используемым в этом случае способом является совместное распыление. При этом на подложку обычно наносят покрытие с помощью двух (или более) распылительных катодов, которые работают соответственно с различными материалами мишени. Вследствие изменения пропорционального соотношения мощности обоих катодов, изменяется также соотношение обоих материалов, то есть состав сплава на подложке. Прежде всего в случае более крупных подложек этим способом с трудом удается получить однородный сплав на подложке и одновременно равномерную толщину слоя. Для улучшения равномерности толщины слоя подложка во время нанесения покрытия вращается.
За счет другого способа многослойное покрытие обоих (или большего числа) материалов поочередно наносят на подложку и затем - обычно в вакууме - подвергают воздействию соответствующей высокой температуры (« подвергают термообработке»). Таким образом, предполагается запустить процесс диффузии, который обеспечивает смешение или гомогенизацию материалов и соответственно, как результат, обеспечивает создание желаемого сплава. Состав сплава регулируют путем выбора начальных толщин слоев. Условием функционирования этого способа является то, что процесс диффузии может быть осуществлен при соответствующих температурах и в течение целесообразно короткого времени. Соответственно этот способ обусловлен ограниченным выбором материалов, в том числе ограниченным выбором металлов.
К предшествующему уровню техники относятся также патентные документы US 5 190 630 A, US 4 505 798 A, EP 1 626 432 A1, US 2005/0274610 A1 и WO 03/71579 A1.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство и способ, которые позволяют нанести на подложку тонкий слой однородного сплава, при этом состав сплава может изменяться в регулируемых и контролируемых пределах. Другая задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить локальное изменение состава сплава на подложке, то есть установить градиент концентрации компонентов сплава, чтобы таким образом изменять соответствующую концентрацию компонентов сплава в нанесенном слое в зависимости от положения на подложке. Изменение состава сплава, также как и регулирование градиента концентрации компонентов сплава, обеспечивает изменение соотношения компонентов сплава.
Эти задачи решаются согласно изобретению за счет признаков пунктов формулы изобретения.
Предлагаемое изобретение базируется на основной идее о нанесении на подложку - имеющую ширину и длину, причем ширина и длина могут быть равными - сплава посредством магнетронного катодного распыления, при этом используются мишень и магнетронная магнитная система, расположенная за мишенью, если смотреть со стороны напыляемой подложки. Согласно изобретению, применяется специальная мишень, поверхность которой состоит, по меньшей мере, из двух участков, выполненных соответственно из различных материалов, которые должны образовать сплав слоя. При этом различные материалы расположены на поверхности мишени таким образом, что при работе на участке эрозии, или соответственно в канавке, материал снимается одновременно с двух участков. Благодаря соответствующему позиционированию участка эрозии или канавки относительно разделительной линии между обоими участками материалов мишени, изменяется процент содержания обоих участков мишени, включенных в участок эрозии, или канавки и, вместе с тем, соответственно соотношение компонентов сплава на подложке. Это позиционирование осуществляется согласно изобретению за счет смещения, проворачивания и/или отклонения магнитной системы относительно разделительной линии материалов мишени.
Если разделительная линия между обоими участками проходит параллельно направлению прохождения участка эрозии, то по длине участка эрозии снимаются постоянные части обоих материалов, и на подложке образуется постоянный сплав в продольном направлении участка эрозии. Посредством смещения участка эрозии поперек разделительной линии может измениться соотношение концентрации компонентов сплава. Если смещение эродируемой зоны осуществляется по времени до движения подложки, происходит регулирование состава сплава. Смещение эродируемой зоны при одновременном движении подложки в текущем режиме приводит к образованию градиента концентрации компонентов сплава на подложке вдоль направления движения подложки.
Если разделительная линия между обоими участками проходит под острым углом, например, меньшим 20°, относительно направления участка эрозии, то на покрываемой подложке образуется градиент концентрации компонентов сплава в направлении участка эрозии, так как вдоль участка эрозии снимаются различные объемы обоих материалов и таким образом на одной стороне снимается больше материала одного участка, а на другой стороне больше материала другого участка, причем в этом промежутке создается непрерывный переход состава сплава.
Изменение соотношения компонентов сплава может быть достигнуто также за счет того, что между поверхностью магнитной системы и обращенной к подложке поверхностью мишени устанавливается угол β.
Плазма в поперечном сечении может быть согласно изобретению также круговой или эллиптической, так что участок эрозии также выполнен соответственно круговым или эллиптическим. За счет смещения плазмы поперек разделительной линии мишени изменяется состав сплава на покрываемой подложке. Если слой сплава образован из больше чем двух материалов, то на поверхности мишени допустима различная компоновка участков из различных материалов. Например, участки из различных материалов могут быть расположены на поверхности мишени в виде звезды. За счет смещения кругового или эллиптического участка эрозии относительно такой звездообразной компоновки параллельно поверхности мишени могут быть свободно подобраны соответствующий процент содержания материалов, образующих сплав.
Изменение соотношения компонентов сплава может осуществляться согласно одной из форм осуществления изобретения посредством смещения магнитной системы относительно поверхности подложки и/или смещения подложки относительно поверхности магнитной системы, предпочтительно посредством смещения во взаимно перпендикулярных направлениях. Если смещение магнитной системы осуществляется до смещения подложки, имеет место регулирование состава сплава. Смещение магнитной системы с одновременным смещением подложки приводит к образованию градиента концентрации компонентов сплава на подложке вдоль относительного движения.
Согласно предпочтительной форме осуществления изобретения изменение соотношения компонентов сплава в случае вытянутого в длину магнетронного распылительного катода, то есть длинного катода, который простирается больше ширины подложки, и протяженной магнитной системы, имеющей ширину и длину, осуществляется посредством ориентации длины магнитной системы параллельно или под острым углом α относительно разделительной линии на поверхности мишени.
Согласно изобретению, изменение соотношения компонентов сплава может осуществляться посредством отклонения магнитной системы вокруг оси относительно поверхности мишени на угол β. Отклонение магнитной системы изменяет степень съема мишени на обеих эрозионных канавках, выполненных вдоль мишени, относительно друг друга, так что может изменяться состав или концентрация легирующих компонентов сплава и/или градиента сплава. В магнетронном распылительном катоде часто используют постоянные магниты для магнитной системы. Согласно изобретению, как альтернатива могут быть использованы также электромагниты вместо постоянных магнитов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, мишень выполнена по существу прямоугольной. При нанесении покрытия покрываемая подложка перемещается под мишенью на обращенной от магнитной системы стороне в направлении, параллельном поперечному направлению мишени.
Чтобы разделительная линия между двумя участками проходила под острым углом α относительно направления участка эрозии, участки поверхности мишени могут быть трапецеидальными, причем эти трапецеидальные участки расположены таким образом, что на поверхности прямоугольной мишени образуются полосы из различных материалов, разделительные линии которых отклонены под углом относительно продольной стороны мишени. В конструкции типового устройства для катодного распыления на большой поверхности и, в частности, для магнетронного катодного распыления с длинным катодом на мишени выполняют участок эрозии в форме «гоночного трека» (race-track), при этом в продольном направлении мишени образуются две вытянутые в длину канавки. Для обеих канавок необходимо создать одинаковый переход между материалами. Поэтому предпочтительно предусмотрены три трапецеидальных участка. Таким образом, удается создать конструкцию, в которой соответственно разделительные линии между участками различных материалов проходят под острым углом α относительно направления прямых участков участка эрозии типа «гоночного трека», так что на одном конце снимается больше материала одного участка, а на другом конце больше материала другого участка. При относительном движении подложки по существу перпендикулярно продольному направлению длинного катода получают соответствующий отличающийся состав сплава в поперечном направлении подложки.
Чтобы все же получить постоянный состав сплава по длине мишени и, следовательно, по ширине подложки, необходимо обеспечить, чтобы участок эрозии проходил по существу параллельно и вдоль разделительной линии между обоими участками. С этой целью предпочтительно использовать мишень с поверхностью, которая образована из нескольких отдельных прямоугольных участков, так что материалы участков меняются друг за другом. Таким образом, на поверхности мишени создаются участки из различных материалов, линии раздела которых проходят параллельно продольному направлению мишени. При использовании четырех участков, из которых два имеют соответственно одинаковый материал, на мишени могут быть получены две аналогичные разделительные линии между обоими материалами, что является желательным в структуре участка эрозии типа «гоночного трека». За счет смещения участка эрозии в поперечном направлении мишени, то есть перпендикулярно разделительным линиям между участками, соотношение между двумя материалами может соответственно регулироваться в зависимости от величины доли содержания участка эрозии, который находится на одном или на другом участке материала мишени.
Чтобы получить структуру поверхности мишени из различных участков, мишень может быть составлена из нескольких отдельных зон, поверхности которых образуют участки поверхности мишени. При этом одна из отдельных зон, по меньшей мере, состоит из первого материала и, по меньшей мере, другая из отдельных зон - из другого материала. Вместо конструкции мишени, состоящей из различных отдельных зон, можно также изготовить мишень из одного материала, а на соответствующих желательных местах нанести слой из второго материала и таким образом создать различные зоны, по меньшей мере, на поверхности мишени. Это является предпочтительным, в частности, тогда, когда один из двух материалов желаемого сплава не ферромагнитный. В этом случае мишень изготавливают из ферромагнитного материала, и второй неферромагнитный материал наносят на основной материал.
Также можно изготовить сплавы более чем из двух материалов. Для этого на мишени необходимо разместить соответствующим образом несколько участков их желаемых материалов.
Положение участка эрозии, которое обусловлено положением магнетронной магнитной системы, может смещаться за счет движения этой магнитной системы относительно поверхности мишени, например, в направлении, поперечном продольному направлению или разделительной линии мишени. Посредством такого перемещения при установлении градиента концентрации выполненная соответствующим образом мишень позволяет регулировать крутизну градиента концентрации.
Согласно изобретению, на подложке относительно продольного направления длинного катода может быть установлен градиент концентрации сплава в легированном слое, то есть изменение состава компонентов сплава, например, бинарного сплава, относительно положения в нанесенном слое. Согласно изобретению, крутизна градиента концентрации сплава или величина среднего значения концентрации материала может регулироваться путем установки машинных параметров. Далее, определенная однородная концентрация сплава может быть установлена по всей поверхности подложки с различными значениями. Пропорциональное соотношение компонентов сплава изменяется в зависимости от положения магнетронного распылительного катода на подложке.
Предлагаемое изобретение поясняется ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
Фиг. 1а - схематичный вид используемого согласно изобретению устройства катодного распыления и фиг. 1b - на виде сверху движение покрываемой подложки во время нанесения покрытия;
Фиг. 2а - участок эрозии, образованный при магнетронном катодном распылении на поверхности мишени, фиг. 2b - участок участка эрозии на поверхности мишени согласно изобретению и фиг. 2с - изображение для пояснения относительного движения подключаемой подложки и магнитной системы во время нанесения покрытия в виде сверху, согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 3а и 3b - соответственно вид сверху на структуру мишени, согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 4 - схематичный вид сбоку устройства нанесения покрытия согласно изобретению для изображения смещения магнитной системы;
Фиг. 5 - схематичный вид сбоку устройства нанесения покрытия согласно изобретению для изображения отклонения магнитной системы;
Фиг. 6 - схематичный вид сверху круговой подложки с изготовленным согласно изобретению покрытием с градиентом концентрации;
Фиг. 7а и 7b - два примера состава сплава относительно положения подложки с двумя различными характеристиками;
Фиг. 8 -состав сплава относительно положения подложки с определенным средним значением;
Фиг. 9а - вид сверху на структуру мишени другого варианта осуществления изобретения и фиг. 9b - схематичное изображение устройства нанесения покрытия согласно изобретению с этой мишенью;
Фиг. 10 - два постоянных относительно положения подложки состава сплава и
Фиг. 11 - схематично поперечный разрез мишени согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения.
Предлагаемое изобретение базируется на так называемой технологии динамичного линейного осаждения (Linear Dynamic Deposition, LDD), такой как применяется, например, также в установках для нанесения покрытий типа TIMARIS компанией “Singulus Technologies AG”. Используемый основной принцип известен, например, из уже названной выше патентной публикации WO 03/071579. На фиг. 1 схематично показана используемая при этом конструкция установки для катодного распыления, которая может быть применена также согласно предлагаемому изобретению. Устройство в форме длинного катода содержит мишень (Lang-Target) 1 и расположенную выше соответственно вытянутую в длине магнетронную магнитную систему 2. Магнитная система 2 с магнитными полюсами N-S-N создает магнитное поле, которое на фиг. 1а показано с помощью силовых линий М, изображенных под мишенью 1 магнитными. Если смотреть в направлении системы магнитного поля, на подложку 3, расположенную под мишенью 1, может быть нанесен слой из материала мишени 1. На фиг. 1b на виде сверху показана достигнутая в области нанесения покрытия под мишенью 1 статическая степень нанесения покрытия. Чтобы изготовить однородный слой на подложке 3, подложка 3 в своей плоскости перемещается под мишенью, как это обозначено стрелками на фиг. 1а и 1b.
На фиг. 2а показана мишень, которая может быть использована в устройстве для нанесения покрытий согласно фиг. 1а. Мишень в показанном на фиг. 2а виде сверху имеет прямоугольную форму и соответственно имеет продольную сторону и поперечную сторону, которые определяют продольное направление длинного катода и поперечное направление. За счет расположения магнитной системы 2 позади мишени, как показано на фиг. 1а, при эксплуатации образуется участок эрозии или канавка 5 типа «гоночного трека», обозначаемая также как «race track». В этом положении или в образовавшейся канавке с мишени снимается материал, который затем может осаждаться на подложку.
Согласно предлагаемому изобретению, в устройстве катодного распыления используется мишень, поверхность которой имеет, по меньшей мере, два различных материала. На фиг. 2b показан, например, вид сверху поверхности такой мишени 1 с первым участком 11 из первого материала и вторым участком 12 из второго материала. Оба примыкающие друг к другу участка 11 и 12 образуют разделительную линию 4. При эксплуатации на поверхности мишени образуется участок 5 эрозии (race track), при этом на фиг. 2b показан один участок участка 5 эрозии, протяженность которого в направлении по ширине обозначена штрихпунктирными линиями. Чтобы на подложке создать сплав, участок 5 эрозии должен быть расположен таким образом, что обеспечивается одновременный съем обоих материалов, то есть разделительная линия находится в пределах участка 5 эрозии. Этот участок 5 эрозии разделен разделительной линией 4 мишени на два отдельных участка 5-1 и 5-2 эрозии (на фиг. 2b выше и ниже разделительной линии 4), в которых снимают первый или второй материал сплава. На фиг. 2b показана ситуация, в которой участок эрозии расположен примерно симметрично относительно разделительной линии и оба отдельных участка эрозии примерно одинаковые по ширине, так что соответственно снимают по существу одинаковое количество обоих материалов.
Если положение участка 5 эрозии смещается относительно разграничительной линии 4, прежде чем происходит движение подложки в текущем режиме, могут быть достигнуты увеличенный съем одного или другого материала и регулирование состава компонентов сплава. Одновременное смещение магнитной системы 2 и, следовательно, участка эрозии и подложки в текущем режиме, предпочтительно во взаимно перпендикулярных направлениях, приводит к градиенту концентрации сплава в направлении движения подложки, как показано на фиг. 2с. Концентрация первого материала постоянно снижается, между тем как концентрация второго материала непрерывно увеличивается.
В варианте осуществления на фиг. 3а направление участка 5 эрозии на мишени 1 образует острый угол α относительно разделительной линии 4, так что ширина отдельных участков 5-1 и 5-2 эрозии изменяется в продольном направлении мишени 1. Вследствие этого образуется в зависимости от положения на мишени 1 различный состав сплава.
На фиг. 3b показана мишень, согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения, которая состоит из трех отдельных зон 11, 12-1, 12-2, которые в показанном на фиг. 3b виде сверху имеют трапецеидальную форму; примыкающие друг к другу подзоны изготовлены соответственно из различного материала: подзона 12-1 (материал 2), подзона 11 (материал 1) и подзона 12-2 (материал 2). Образованные таким образом разделительные линии 4-1 и 4-2 между участками с различными материалами образуют острый угол α относительно участка 5 эрозии. Благодаря трапецеидальной форме отдельных зон, из которых состоит мишень согласно фиг. 3, и их компоновке, оба материала на длинных подзонах «гоночного трека» (race track) снимаются одновременно, но в разных количествах. В частности, вначале на одной, а именно правой, относительно продольного направления, стороне мишени на фиг. 3а и 3b, распыляется больше материала 1, а на другой, левой стороне, больше материала 2. Если подложка, диаметр которой соответствует максимально длине мишени, во время нанесения покрытия перемещается под мишенью вдоль поперечного направления мишени, то есть в обозначенном на фиг. 3b направлении Y, то на подложке образуется в направлении Х градиент концентрации обоих материалов, при этом на фиг. 3b преобладает на левой стороне материал 2, а на правой стороне - материал 1. Справа налево концентрация материала 2 постоянно снижается, в то время как концентрация материала 1 непрерывно увеличивается.
На фиг. 4 схематично показано устройство нанесения покрытия в поперечном сечении согласно одному варианту осуществления изобретения. Показанное на фиг. 4 поперечное сечение мишени, показанной на фиг. 3b, представляет собой разрез вдоль оси Y с фиг. 3b. Расположенная над мишенью магнитная система 2, которая содержит опорную пластину с постоянными магнитами с полюсами N, S и N, создает магнитное поле. Под мишенью образуется плазма низкого давления 6-1 и 6-2 из материалов мишени. Там помещена подложка 3 для нанесения покрытия. Вследствие движения постоянных магнитов 2, как они представлены с помощью элементов сверху магнитной системы, возникающие на подложке участки 5-10и 5-20 эрозии, созданные магнитной системой, смещаются перпендикулярно продольной протяженности мишени (на фиг. 4 слева или справа).
Согласно фиг. 5, опорная пластина 2 с магнитной системой может отклоняться вокруг продольной оси L длинного катода (то есть вокруг оси, перпендикулярной плоскости изображения на фиг. 5). Вследствие этого отклонения изменяется степень съема материала мишени на обоих образованных вдоль мишени 1 участках 5-1- и 5-20 эрозии относительно друг друга, и соответственно пропорциональное соотношение компонентов сплава и их градиент на подложке.
В виде примера на основе вышеописанного применения и предлагаемого изобретения на фиг. 6 показано образующееся распределение материала на подложке. В результате осаждения мишени, как показано на фиг. 3, причем материал 1 в этом случае представлен палладием и материал 2 - железом, на поверхности подложки 3 после нанесения покрытия образуется показанное на фиг. 6 распределение концентраций. Если на левой стороне подложки осаждается главным образом железо, то на правой стороне высока концентрация палладия. Между ними создается непрерывный переход, который отличается снижением концентрации железа и увеличением концентрации палладия.
На фиг. 7а и 7b показана концентрация одного из материалов сплава вдоль диаметра подложки, как показано на фиг. 6 на примере палладия. Согласно фиг. 7а и 7b, концентрация (например, концентрация палладия, Pd) непрерывно увеличивается слева направо. Различные характеристики концентрации достигаются боковым смещением магнитной системы, как показано на фиг. 4. На фиг. 8 показано, что посредством отклонения магнитной системы, как показано на фиг. 5, может регулироваться относительный процент содержания.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, может быть также изготовлен однородный легированный слой по всей ширине подложки. Для этого может быть использована мишень 1, показанная на фиг. 9а. Согласно фиг. 9а, мишень состоит, например, из четырех вместо трех зон материала, при этом соответственно две зоны 11-1 и 11-2 изготовлены из материала 1 и две зоны 12-1 и 12-2 - из материала 2. Соответствующие зоны мишени прямоугольные, так что получаются границы 4-1, 4-2 и 4-3 материала, которые проходят в продольном направлении мишени 1 и подложки 3. Устройство, согласно фиг. 9b, соответствует устройству, показанному на фиг. 4 и 5, но в случае фиг. 9b используется мишень согласно фиг. 9а. За счет смещения опорной пластины 2 может регулироваться процент содержания материала 1 и материала 2 сплава, образующегося на подложке. При регулировании, как показано на фиг. 9b, с мишени по существу снимается лишь материал 2, так что на подложке образуется однородный слой из этого материала. При смещении магнитной системы влево, как обозначено на фиг. 9b, можно целенаправленно и контролируемым образом регулировать процент содержания материалов 1 и 2, вносимых в образующийся сплав, в пределах большого диапазона. Получаемая в результате концентрация показана на фиг. 10 в двух различных составах сплава. Состав сплава по положению на подложке 3 постоянен, однако процент содержания одного из создающих сплав материалов может целенаправленно регулироваться.
Соответствующая структура мишени позволяет создавать также другие составы или градиенты компонентов сплава. Так, например, возможно также использование трапецеидальных участков мишени, состоящей из четырех частей, для разграничения и регулирования градиентов сплава. Также при использовании более двух материалов могут быть изготовлены сплавы из трех или больше компонентов.
Согласно изобретению, вместо использования постоянных магнитов может быть предусмотрено также применение на пластине ярма электромагнитов.
Согласно другому варианту осуществления изобретения (фиг. 11), можно также изготовить мишень 1 лишь из одного основного участка 12, а первый материал 1 возможно наносить лишь на желаемые участки 11-1 и 11-2 поверхности основного участка 12. Такая структура показана, например, на фиг. 11; в этом примере основной участок 12 состоит из ферромагнитного материала 2. Материал 1 может быть, например, неферромагнитным.
При изготовлении слоя на подложке путем катодного распыления предлагаемое изобретение позволяет, следовательно, нанести сплав, который содержит, по меньшей мере, два компонента сплава. При применении трапецеидальных подзон мишени, согласно первой форме осуществления изобретения, в зависимости от положения на подложке может быть создан градиент в составе сплава, при этом кривизна трапеции определяет основную функцию градиента концентрации. При применении прямоугольных зон мишени вместо трапецеидальных зон мишени может быть получена определенная однородная концентрация по диаметру подложки. За счет движения участка эрозии перпендикулярно продольной протяженности мишени, которое может быть произведено посредством перемещения магнитной системы в поперечном направлении мишени, возможно изменение крутизны градиента при использовании трапецеидальных зон мишени. При прямоугольных зонах мишени такое движение магнитной системы может привести к изменению однородного состава сплава, при этом особенно значительный эффект достигается при использовании четырех зон мишени вместо трех. За счет отклонения магнитной системы вокруг оси, параллельной продольному направлению мишени, может измениться степень съема материала на участке эрозии перпендикулярно продольной протяженности мишени; это может привести к смещению средней степени съема или также однородного состава сплава в прямоугольных зонах мишени. Такое отклонение позволяет также компенсировать различные специфические степени напыления компонентов сплава. Как альтернатива выполнению мишени из отдельных зон, один из используемых материалов может быть нанесен на желаемые участки основного участка мишени. Это, в частности, целесообразно при использовании ферромагнитного основного участка в качестве первого материала и другого неферромагнитного материала.
1. Способ нанесения на подложку (3) сплава, состоящего по меньшей мере из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава и имеющего переменное соотношение компонентов сплава, посредством магнетронного катодного распыления с использованием
(a) магнетронного распылительного катода с
(a1) мишенью (1), содержащей компоненты сплава и
(а2) расположенной за мишенью (1), если смотреть со стороны подложки (3), магнитной системы (2)
и создание по меньшей мере одного участка (5) эрозии на поверхности мишени (1),
при этом
(b) используют мишень (1), поверхность которой имеет по меньшей мере один первый участок (11) из первого материала и один второй участок (12) из второго материала,
(c) первый участок (11) и второй участок (12) примыкают друг к другу с образованием общей разделительной линии (4) на поверхности мишени (1) и
(d) участок (5) эрозии позиционируют в пределах разделительной линии (4), так что первая часть (5-1) участка (5) эрозии находится на первом участке (11) мишени и вторая часть (5-2) участка (5) эрозии на втором участке (12) мишени,
отличающийся тем, что
(e) осуществляют изменение соотношения компонентов сплава путем (e1) смещения участка (5) эрозии поперек разделительной линии (4) и/или
(е2) регулирования острого угла α между разделительной линией (4) и продольным направлением участка эрозии в плоскости, параллельной поверхности мишени (1), и/или
(е3) регулирования угла β между поверхностью магнитной системы и обращенной к подложке (3) поверхностью мишени (1).
2. Способ по п. 1, в котором подложку (3) смещают в плоскости, параллельной поверхности мишени и перпендикулярной разделительной линии (4).
3. Способ по п. 1, в котором используют вытянутый по длине магнетронный распылительный катод, который простирается по ширине подложки (3), причем осуществляют ориентацию магнитной системы (2) с его продольным направлением, параллельным разделительной линии (4), в плоскости, параллельной поверхности мишени (1).
4. Способ по п. 1, в котором используют вытянутый по длине магнетронный распылительный катод, который простирается по ширине подложки (3), причем осуществляют ориентацию магнитной системы (2) в своем продольном направлении под острым углом α относительно разделительной линии (4) в плоскости, параллельной поверхности мишени (1), для получения градиента концентрации двух материалов на подложке (3) в направлении, параллельном продольному направлению магнитной системы (2).
5. Способ по п. 1, в котором осуществляют отклонение магнитной системы (2) от оси, параллельной поверхности мишени, и предпочтительно параллельной разделительной линии (4) на угол β.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором соотношение компонентов сплава изменяют в зависимости от положения магнитной системы (2) на мишени (1).
7. Устройство для нанесения на подложку (3) сплава, состоящего по меньшей мере из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава и имеющего переменное соотношение компонентов сплава, посредством магнетронного катодного распыления, содержащее
(a) магнетронный распылительный катод с
(a1) мишенью (1) и
(а2) расположенную за мишенью (1) магнитную систему для создания участка (5) эрозии на поверхности мишени (1),
отличающееся тем, что
(b) поверхность мишени (1) имеет по меньшей мере один первый участок (11) из первого материала и один второй участок из второго материала, при этом первый участок (11) и второй участок (12) примыкают друг к другу и образуют общую разделительную линию (4) на поверхности мишени (1), и
(c) магнитная система (2)
(c1) выполнена с возможностью смещения в направлении, параллельном поверхности мишени и перпендикулярном разделительной линии мишени (1), или под углом α относительно разделительной линии (4), и/или
(с2) выполнена с возможностью отклонения относительно поверхности мишени на угол β или поверхность мишени выполнена с возможностью отклонения относительно магнитной системы (2) на угол β и/или
(с3) выполнена с возможностью регулирования относительно разделительной линии (4) под углом α.
8. Устройство по п. 7, в котором магнетронный распылительный катод выполнен в виде удлиненного катода.
9. Устройство по п. 7 или 8, в котором магнитная система (2) содержит постоянные магниты или электромагниты.
10. Мишень для нанесения на подложку (3) сплава, состоящего по меньшей мере из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава, имеющего переменное соотношение компонентов сплава, посредством магнетронного катодного распыления с созданием участка (5) эрозии на поверхности мишени, при этом поверхность мишени (1)
a) образует вытянутый в длину прямоугольник и
b) имеет по меньшей мере один первый участок (11) из первого материала и один второй участок (12) из второго материала, при этом первый участок (11) и второй участок (12) примыкают друг к другу и образуют общую разделительную линию (4) на поверхности мишени (1), образующую острый угол α с продольной поверхностью прямоугольной мишени (1).
11. Мишень по п. 10, в которой участки (11, 12) поверхности мишени (1) выполнены трапецеидальными с образованием на поверхности мишени (1)полосы из различных материалов, и разделительные линии (4) которых расположены под углом α относительно продольной стороны мишени.
