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DESCRIPTION CATHODE DE PULVÉRISATION L'invention concerne une cathode de pulvérisation munie d'une cible en forme de plaque plane formée d'au moins une pièce, d'une culasse en forme de cuvette disposée derrière la cible, laquelle culasse comporte une traverse centrale, d'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 de pièces découpées en tôle magnétiquement conductrice intercalées dans le plan situé entre la cible et la surface frontale, tournée vers la cible, du bord de la cuvette de la culasse, des pièces découpées recouvrant la zone située au-dessus de la surface frontale du bord de la cuvette et de la traverse centrale,
et d'autres pièces recouvrent une partie de la zone située entre la surface frontale de la traverse centrale et la surface frontale de la bordure de la cuvette, et toutes les pièces découpées en tôle forment ensemble des interstices s'étendant sensiblement parallèlement à la surface frontale.
On connaît une cathode de pulvérisation du type en question (US 4 865 708) dans laquelle, entre la cible d'une part et la culasse magnétique d'autre part, des segments en matériau perméable sont disposés dans le plan des lignes magnétiques, et ce en dessous du plan des surfaces magnétiques avant tournées vers la cible, pour dévier de
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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, disposées 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,
chacune des deux parties en forme d'arc de cercle des pièces découpées en tôle qui relient l'une par rapport à l'autre les deux parties longitudinales rectilignes 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 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
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surfaces frontales, tournées vers la cible, des aimants, et deux de ces pièces découpées en tôle ou groupes de 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 toutes les pièces découpées en tôle forment ensemble deux interstices s'étendant sensiblement parallèlement aux séries d'aimants.
L'objet de la présente invention est de disposer les aimants et les segments 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 que d'autre part, la zone située entre les tunnels magnétiques s'étendant parallèlement soit aussi étroite que possible.
En outre, les segments devront être configurés de manière à pouvoir être fabriqués le plus économiquement possible, et leur rigidité est définie de telle sorte qu'ils puissent être incorporés dans la cathode sans autres moyens d'appui ou de soutien.
Selon l'invention, cet objet est atteint en ce que les pièces découpées en matériau magnétiquement conducteur sont découpées dans l'une des couches d'un stratifié de tôle en deux couches, par exemple dans une plaque composite d'aluminium/fer, l'autre couche étant formée d'un matériau non magnétiquement conducteur, occupant les interstices situés entre les pièces découpées en matériau magnétiquement conducteur et rigidifiant également les pièces découpées.
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D'autres caractéristiques et détails sont décrits plus en détail et caractérisés dans la revendication.
L'invention permet des modes de réalisation extrêmement différents ; l'un d'entre eux est représenté plus en détail, purement schématiquement, dans les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente dans une vue en perspective l'une des moitiés d'une cathode, seuls des fragments de la cible et des pièces découpées en tôle étant représentés, la figure 2 représente la coupe transversale à travers la cathode de la figure 1, dans laquelle une série d'aimants a été insérée dans le fond de la culasse en forme de cuvette, et la figure 3 représente la coupe transversale à travers une cathode dans laquelle des aimants supplémentaires par rapport au mode de réalisation des figures 1 et 2 sont disposés sur le bord de la cuvette.
La cathode de pulvérisation des figures 1 et 2 est constituée d'un corps de base de cathode 2 en forme de cuvette dans lequel une culasse 3, également en forme de cuvette, est insérée, la culasse 3 présentant une traverse 5 divisant dans le sens de la longueur le renfoncement 4 pratiqué dans la culasse, la longueur de la traverse étant dimensionnée de manière à former un canal de refroidissement ovale 6 de section transversale rectangulaire, ainsi que d'une série fermée d'aimants permanents 7, 7',..., en forme de cubes qui sont disposés dans la partie de fond de la culasse 3 de telle sorte que chacune de leurs surfaces latérales, celle tournée vers la cible 8 disposée au-dessus de la culasse 3 et celle non
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tournée vers cette cible, affleure à la surface de fond du renfoncement 4 ou à la surface dorsale de la culasse 3,
ainsi que de trois pièces découpées en tôle 9, 10,11 insérées entre la cible 8 et la culasse 3, parmi lesquelles les deux pièces découpées en tôle 9 et 10 prévues concentriquement l'une à l'autre sont configurées comme anneaux ovales, la pièce découpée en tôle 11 centrale étant configurée comme pièce découpée en tôle en forme de bande entourée par les pièces découpées en tôle 9,10 de forme annulaire, et les pièces découpées en tôle 9,10, 11 sont constituées d'un matériau magnétiquement conducteur et sont plaquées sur une tôle en un matériau non magnétiquement conducteur ou sont usinées dans l'une des couches d'un stratifié en tôle ou d'une tôle en deux couches, la deuxième couche de tôle, en matériau magnétique, restant non usinée.
Au-dessus de la culasse magnétique 3 présentant sa série fermée d'aimants 7, 7',... est disposée la cible 8 qui, sur sa face inférieure tournée vers la série des aimants 7, 7',..., est encore habituellement solidarisée d'une plaque de base de cible (non représentée en détail).
Les trois pièces de tôle 9,10, 11 enferment entre elles deux interstices a et a', ces interstices présentant la même largeur sur toute leur longueur ou pouvant être configurées de manière à se rétrécir ou s'élargir. Les lignes de champ 15, 15',... sont déviées plus ou moins fortement en fonction de la largeur de l'interstice a ou a', de sorte que l'on forme un tunnel fermé de lignes de champ 15, 15',... qui est aplati et qui régularise ainsi globalement le taux de pulvérisation et améliore en même temps l'utilisation de la cible.
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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 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 deux de ces champs en toit 16,17. Grâce à cela, le plasma se divise à la surface de la cible en plusieurs plasmas partiels situés 1'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 leurs zones 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 tôles et ne passe donc pas au-dessus de la surface de la cible. Il faut également augmenter la densité de flux magnétique total.
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Lorsque les aimants nécessaires sont disposés à l'intérieur et à l'extérieur (c'est-à-dire sur la traverse et sur la bordure 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. Mais 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, a', la position effective des aimants est relativement peu importante. Il est ainsi possible d'intégrer les aimants dans le fond 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, 7',... sont montés horizontalement dans le fond de la culasse.
Comme il ne faut aucun aimant, en particulier sur le bord 12 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.
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 (voir figure 3). En plus des aimants horizontaux enfoncés dans le fond, on place alors les aimants 18, 18',... sur le bord périphérique de la cuvette 19 de la culasse.
Pour la fabrication des pièces découpées en tôle 9,10, 11, on utilise avantageusement une tôle en deux couches ou un stratifié de tôle, dans laquelle l'une des couches est
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réalisée en fer et l'autre couche en cuivre, les deux couches étant solidarisées par pressage, soudage, coulée ou superposition par laminage (placage).
La couche de fer est avantageusement obtenue par fraisage de la couche de cuivre 21, de sorte que l'on obtient la pièce découpée 9, 10, 11, 21 représentée dans la figure 1, qui est intrinsèquement rigide, qui assure le respect de la dimension des interstices a, a',... et qui peut être incorporée sans problème dans la cathode.
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Liste des références numériques 2 Corps de base de la cathode 3 Culasse 4 Renfoncement 5 Traverse 6 Canal de refroidissement 7, 7',... Aimants permanents 8 Cible 9 Pièce découpée en tôle en matériau magnétiquement conducteur 10 Pièce découpée en tôle en matériau magnétiquement conducteur 11 pièce découpée en tôle 12 Surface frontale 13 Surface frontale 14 Bordure de cuvette 15, 15',... Lignes de champ 16 Champ magnétique en toit 17 Champ magnétique en toit 18, 18',... Aimants 19 Cuvette de la culasse 20 Bordure de la cuvette 21 Matériau magnétiquement non conducteur