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DESCRIPTION CATHODE DE PULVÉRISATION L'invention concerne une cathode de pulvérisation comportant une cible en forme de plaque plane formée d'au moins une pièce et une culasse en forme de pot ou de cuvette disposée derrière la cible, laquelle culasse comporte un tourillon central ou une traverse centrale, des aimants pour créer en avant de la surface de la cible un tunnel fermé constitué de lignes de champ incurvées en arc de cercle, et des pièces découpées en tôle ou groupes de parties de pièces découpées en un matériau magnétiquement conducteur intercalées dans le plan situé entre la cible et les surfaces frontales, tournées vers la cible, du bord de la cuvette ou du pot de la culasse,
deux de ces pièces de tôle ou groupes de parties de pièces recouvrant la zone située au-dessus des surfaces frontales du bord de la cuvette ou du pot et du tourillon central ou de la traverse centrale, et d'autres pièces découpées en tôle ou le troisième groupe de pièces découpées en tôle recouvrent une partie de la zone située entre la surface frontale du tourillon central ou de la traverse centrale et la surface frontale de la bordure de la cuvette.
On connaît une cathode de pulvérisation du type en question (US 4 865 708) dans laquelle, entre la cible d'une part et
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la culasse magnétique d'autre part, un segment en matériau perméable est disposé dans le plan des lignes magnétiques, et ce en dessous du plan des surfaces magnétiques avant tournées vers la cible, pour dévier de manière concave le tunnel de lignes de champ incurvées qui se forme en avant de la cible et permettre ainsi une plus large gravure par érosion sur la cible et donc une durée de vie accrue de la cible.
En outre, on a proposé une cathode de pulvérisation (DE 196 22 606.6) comportant un corps de base de cathode muni d'une cible en forme de plaque ainsi que d'une culasse magnétique disposée derrière la cible et comportant deux séries fermées d'aimants de polarité différente, disposés en configuration ovale ou rectangulaire et coaxialement l'une par rapport à l'autre dans un plan parallèle au plan de la cible, tandis que des pièces découpées en tôle ou des parties de pièces de configuration appropriée en matériau magnétiquement conducteur sont intercalées dans le plan situé entre la cible et les surfaces frontales, tournées vers la cible, des aimants, deux des pièces découpées en tôle ou parties de pièces découpées présentant une configuration en forme de cadre,
les parties en forme d'arc de cercle des pièces découpées en tôle qui relient l'une par rapport à l'autre deux parties longitudinales présentant des bords qui se développent autrement qu'en arc de cercle, par exemple en forme d'ellipse, de parabole ou d'un arc irrégulier, de sorte que chaque interstice formé de deux parties courbes voisines présente une largeur irrégulière.
En outre, on a proposé une cathode de pulvérisation (DE 196 22 607.4) comportant une culasse magnétique disposée derrière la cible et comportant deux séries d'aimants disposées en configuration ovale ou rectangulaire et
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axialement l'une par rapport à l'autre dans un plan parallèle au plan de la cible, comportant trois pièces découpées en tôle ou groupes de parties de pièces découpées intercalées dans le plan situé entre la cible et les surfaces frontales, tournées vers la cible, des aimants, et deux de ces pièces découpées en tôle ou parties de pièces découpées recouvrent la région située au-dessus des aimants, la troisième pièce découpée en tôle ou le troisième groupe recouvrant une partie de la zone située entre les séries d'aimants, et ensemble,
toutes les pièces découpées en tôle forment deux interstices s'étendant sensiblement parallèlement aux séries d'aimants.
Enfin, on connaît un dispositif de pulvérisation ferromagnétique rapide (DE 32 11 229) dans lequel, dans une chambre qui peut être placée sous vide, on dispose une cible constituée d'un matériau ferromagnétique qui sert de cathode, ainsi qu'un substrat, et en arrière de la cible est prévu un dispositif de création d'un champ magnétique, la cible étant constituée d'au moins deux segments en matériau ferromagnétique qui sont disposés de manière à être séparés l'un de l'autre par un petit interstice. Ce dispositif connu présente l'avantage que sur la face avant de la cible est créé un champ de fuite magnétique qui accroît la densité du plasma et la capacité du dispositif.
En outre, le dispositif connu permet de donner à la cible une plus grande épaisseur, ce qui augmente la durée de vie de la cible.
L'objet de la présente invention est de disposer les aimants et les segments ou pièces découpées en tôle de manière tout d'abord à ce que, pendant l'opération de pulvérisation, il se forme des gravures par érosion planes et particulièrement larges et que la matière de la cible soit arrachée de manière aussi optimale que possible, et
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que d'autre part, la zone située entre les tunnels magnétiques s'étendant parallèlement soit aussi étroite que possible. Cependant, en particulier, l'invention doit permettre la construction d'une cible de grande surface dont la durée de vie est particulièrement élevée.
Selon l'invention, cet objet est atteint en ce que deux de ces pièces découpées en tôle ou groupes de parties de pièces découpées recouvrent la zone située au-dessus des surfaces frontales de la bordure de la cuvette ou du pot et du tourillon central ou de la traverse centrale, et que d'autres pièces découpées en tôle ou le troisième groupe recouvrent des parties de la zone située entre la surface frontale de la traverse centrale ou du tourillon central et la surface frontale de la bordure de la cuvette ou du pot, et ensemble, toutes les pièces découpées en tôle forment les unes avec les autres un interstice annulaire ou en forme de cadre s'étendant sensiblement parallèlement à la surface frontale de la bordure de la cuvette ou du pot, et les aimants sont chacun enfoncés ou insérés dans le fond de la culasse, les surfaces latérales des aimants,
qu'elles soient tournées vers la cible ou non tournées vers la cible, se raccordant sensiblement à chant avec le fond de la culasse.
Dans une variante de réalisation de l'invention comportant une culasse en forme de cuvette ou de pot disposée derrière la cible et comportant un tourillon central ou une traverse centrale, lequel mode de réalisation comporte d'autres traverses intermédiaires disposées au fond de la culasse, de forme annulaire ou en cadre entourant le tourillon central ou la traverse centrale, ainsi que des aimants pour créer en avant de la surface de la cible un tunnel fermé en soi constitué de lignes de champ incurvées en forme d'arc de cercle, ainsi que des pièces découpées en tôle ou des
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groupes de parties de pièces découpées en un matériau magnétiquement conducteur intercalés dans le plan situé entre la cible et les surfaces frontales, tournées vers la cible, de la bordure de la cuvette ou du pot de la culasse,
des pièces découpées en tôle ou des groupes de parties de pièces découpées recouvrent la zone située au-dessus des surfaces frontales de la bordure de la cuvette ou du pot, du tourillon central ou de la traverse centrale et des traverses intermédiaires, d'autres pièces découpées en tôle ou d'autres groupes de pièces recouvrant des parties de la zone située entre la surface frontale de la traverse centrale ou du tourillon central et la surface frontale de la bordure de la cuvette ou du pot et des traverses intermédiaires, tandis qu'ensemble, toutes les pièces découpées en tôle forment les unes avec les autres un interstice en forme d'anneau ou de cadre qui s'étend sensiblement parallèlement à la surface frontale de la bordure de la cuvette ou du pot, et les aimants sont chacun enfoncés ou insérés dans le fond de la culasse,
tandis que les surfaces latérales des aimants, qu'elles soient tournées vers la cible ou non tournées vers la cible, se raccordent sensiblement à chant avec le fond de la culasse.
D'autres caractéristiques et détails sont décrits plus avant et caractérisés dans les revendications. L'invention permet les possibilités de réalisation les plus différentes ; l'une d'entre elles est représentée plus en détail et purement schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 représente une des moitiés d'une cathode dans une vue en perspective, la cible et les pièces découpées en tôle n'étant représentées que comme fragments,
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la figure 2 représente une vue en plan sur une cathode dans laquelle plusieurs séries d'aimants sont enfoncées dans le fond de la culasse en forme de cuvette, une traverse ou un cadre étant disposés au-dessus de chaque pièce découpée en tôle, et la figure 3 représente une coupe transversale à travers la cathode de la figure 2, dans laquelle la cible disposée audessus de la culasse en forme de cuvette n'est pas représentée en détail.
La cathode de pulvérisation de la figure 1 est constituée d'un corps de fond de cathode 2 en forme de cuvette dans lequel est placée une culasse 3 également en forme de cuvette, la culasse 3 présentant une traverse 5 divisant dans le sens de la longueur le creux 4 pratiqué dans la culasse, la longueur de cette traverse étant sélectionnée de manière à former un canal de refroidissement 6 de section transversale rectangulaire, d'une série fermée d'aimants permanents 7,..., en forme de cube, qui sont insérés dans la partie de fond 22 de la culasse 3 de telle sorte que leurs surfaces latérales, celle tournée vers la cible 8 et celle non tournée vers la cible disposée audessus de la culasse 3 se raccordent à chant avec la surface de fond 22 du creux 4 ou à la surface dorsale de la culasse 3, et de quatre pièces découpées en tôle 9,10, 11,
12 intercalées entre la cible 8 et la culasse 3, parmi lesquelles les trois pièces découpées en tôle 9,10 et 11, prévues concentriquement les unes par rapport aux autres, sont configurées en forme d'anneau ovale et la pièce découpée en tôle 12 centrale est configurée comme pièce découpée en forme de bande entourée par les pièces découpées en tôle 9, 10,11 en forme d'anneau.
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La cible 8 qui, sur sa face inférieure tournée vers la série d'aimants 7, est encore habituellement solidarisée d'une plaque de base de cible (non représentée en détail) est disposée au-dessus de la culasse magnétique 3 dotée de sa série fermée d'aimants 7. Les pièces découpées en tôle 9,10, 11, 12 intercalées d'une part entre la face inférieure de la cible ou la plaque de base de la cible et d'autre part les surfaces latérales supérieures de la bordure 14 de la cuvette ou de la traverse 5 peuvent également être chacune constituées de l'assemblage de plusieurs parties individuelles de pièces découpées.
Les quatre pièces découpées en tôle 9,10, 11,12 enferment entre elles trois interstices a, b, c qui présentent la même largeur sur toute leur longueur, mais qui peuvent être configurées de manière à se rétrécir ou à s'élargir. Les lignes de champ des aimants 7,..., sont déformées plus ou moins fortement en fonction de la largeur a, b ou c de l'interstice, de sorte que l'on forme des tunnels fermés de lignes de champ qui sont aplatis et qui équilibrent ainsi globalement le taux de pulvérisation et améliorent l'utilisation de la cible.
Des cathodes de magnétron standard, constituées d'un agencement simple d'aimants (deux séries d'aimants dont les polarités sont opposées) créent en général dans leur cible une gravure par pulvérisation fortement convergente. Cette gravure est en général d'autant plus étroite qu'elle est profonde. Un avantage de l'invention consiste en ce que l'on forme un champ magnétique qui est différent au-dessus de la surface de la cible et dans la cible. Au-dessus de la surface de la cible, le champ correspond à celui des cathodes de magnétron standard. Il s'étend approximativement en parallèle à la surface de la cible et
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sort ou entre des deux côtés de la cible. On obtient un champ dit en toit.
Au contraire des cathodes habituelles sans tôles interposées entre la cible et la culasse, dans le mode de réalisation selon l'invention, on crée dans la cible 8 un champ magnétique qui est constitué d'au moins trois de ces champs en toit. Grâce à cela, le plasma se divise à la surface de la cible en plusieurs plasmas partiels situés l'un à côté de l'autre, ce qui non seulement renforce la zone centrale de chaque moitié de cible mais arrache de la matière sur leur zone de bordure, ce qui entraîne une augmentation considérable de l'utilisation de la cible, parce que les gravures de pulvérisation sont comparativement plus larges.
Lorsque l'on construit une cathode de pulvérisation du type en question, il faut des excitations magnétiques plus élevées que pour les cathodes de pulvérisation de construction classique, parce qu'une plus grande partie du flux magnétique passe dans la culasse et les pièces découpées en tôle et ne passe donc pas au-dessus de la surface de la cible. Il faut également augmenter la densité de flux magnétique total.
Lorsque les aimants nécessaires sont disposés à l'intérieur et à l'extérieur (c'est-à-dire sur la traverse 5 et sur la bordure 14 de la cuvette), l'espace disponible pour les aimants est en général limité par le diamètre extérieur (dimension de montage). On ne dispose que d'un volume limité, qui dépend des conditions géométriques, pour monter la masse magnétique nécessaire. Comme lorsque l'on utilise le principe en question, la distribution du champ magnétique est définie essentiellement par le champ de fuite au droit des interstices a, b, c, la position
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effective des aimants est relativement peu importante. Il est ainsi possible d'intégrer les aimants 7,..., dans le fond 22 de la culasse magnétique 3 sans que cela modifie fortement l'évolution relative du champ.
Dans le fond de la culasse 3, on dispose de comparativement beaucoup de place pour le montage d'aimants. Pour cette raison, les aimants 7,... sont montés horizontalement dans le fond de la culasse.
On peut encore obtenir une augmentation de la masse magnétique en combinant des aimants qui sont intégrés ou posés dans la culasse 3 à la fois dans le sens horizontal et dans le sens vertical. En plus des aimants horizontaux 7,..., enfoncés dans le fond 22, on place alors d'autres aimants sur le bord périphérique 14 de la culasse 3.
Comme il ne faut aucun aimant en particulier sur le bord 14 de la culasse 3 en forme de cuvette et sur la traverse centrale 5 de la cathode selon la présente invention, ces zones peuvent être réalisées particulièrement étroites ce qui entraîne une meilleure utilisation de la cible.
La cathode des figures 2 et 3 est constituée d'une culasse 15 en forme de cuvette comportant une bordure de cuvette 21, d'une traverse centrale 16 et d'une traverse 18 en forme de cadre entourant la traverse centrale 16, la cible disposée au-dessus de la culasse 15 en forme de cuvette n'ayant pas été représentée pour des raisons de simplicité.
Dans les parties du fond de la cuvette de la culasse 15, qui forment avec la traverse 16 et le cadre 18 deux canaux ovales de section transversale rectangulaire 19,20 sont disposées deux séries sans fin d'aimants 23,... ; 24,... Au-dessus des surfaces frontales de la bordure de cuvette 21, de la traverse centrale 16 et de la traverse en cadre 18 sont disposées des pièces découpées en tôle 25 à 29,
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parmi lesquelles la découpe 25 qui recouvre la traverse centrale 16 présente la forme d'une bande, et les pièces annulaires 26 à 29 sont configurées en forme de cadre.
L'agencement de segments ou de pièces découpées en tôle du côté de la cible qui n'est pas tourné vers le substrat d'une cathode de pulvérisation permet de réaliser des surfaces de pulvérisation de grandeur quelconque par passage à un grand nombre d'interstices disposés en emboîtement ou coaxialement les uns aux autres. On peut construire aussi bien des cathodes rondes que des cathodes rectangulaires ou en forme d'hippodrome. Les interstices (a... g) sont alors disposés de telle sorte que l'on obtienne chaque fois un interstice en forme d'anneau ou de cadre. Plusieurs de ces interstices sont alors emboîtés concentriquement l'un par rapport à l'autre ou l'un dans l'autre. Dans la figure 2, on a représenté un exemple d'un interstice quadruple (d... g). On peut cependant imaginer des configurations qui comportent un nombre encore plus grand d'interstices.
Au-dessus des interstices, par exemple sur la surface de la cible, le champ magnétique doit présenter par double interstice au moins trois changements de signe dans la composante perpendiculaire, ou cette composante perpendiculaire doit être pratiquement nulle entre les interstices. Cela peut être optimisé de manière relativement simple par sélection appropriée de la position et de la largeur des interstices.
Pour créer le champ magnétique, les aimants peuvent être montés à l'horizontale comme représenté dans la figure 3 (voir les flèches dans la figure 3). Les aimants peuvent cependant aussi être intégrés perpendiculairement dans les traverses 5 ou les tourillons 16,18, 21. Une combinaison
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des deux peut également s'imaginer, c'est-à-dire des séries d'aimants disposés dans le fond de la culasse et des séries d'aimants intégrés dans les traverses ou posés sur ces dernières.
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Liste des références numériques 2 Corps de base de la cathode 3 Culasse 4 Cuvette 5 Traverse 6 Canal de refroidissement 7,... Aimants permanents 8 Cible 9 Pièce découpée en tôle 10 Pièce découpée en tôle 11 Pièce découpée en tôle 12 Pièce découpée en tôle 13 Surface frontale 14 Bordure de cuvette 15 Culasse 16 Traverse centrale 17,... Tunnel de lignes de champ 18 Cadre, traverse en forme de cadre 19 Canal 20 Canal 21 Bordure de cuvette 22 Partie de fond, fond de la culasse 23,... Aimants 24,... Aimants 25 Pièce découpée en tôle 26 Pièce découpée en tôle 27 Pièce découpée en tôle 28 Pièce découpée en tôle 29 Pièce découpée en tôle 30 Fond de la culasse