DE10121082C1 - Magnetsystem an einem Vakuumbogenverdampfer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem an einem Vakuumbogenverdampfer zur Verdampfung eines kathodischen Targets (4), welches auf einem Targetträger (1) gehaltert ist. Unterhalb des Targetträgers (1) ist ein zentrischer Permanentmagnet und ein dem Targetumfang zugeordneter äußerer Permanentmagnet vorhanden. Die Unterseiten der Permanentmagnete sind mit einer Magnetrückschlussplatte (10) verbunden, wobei der äußere Permanentmagnet mindestens an einer Seite zum Zentrum hin verformt ist. Die Verformung des äußeren Permanentmagneten beträgt in vorteilhafter Weise mindestens 10% des Abstandes zwischen dem zentrischen Permanentmagneten und dem äußeren Permanentmagneten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem an einem Vakuumbo­ genverdampfer zur Verdampfung eines kathodischen Targets.

Vakuumbogenverdampfer sind in vielfältiger Ausführung 6 bekannt. U. a. sind auch verschiedene Verfahren und/oder Einrichtungen bekannt, mit denen eine unerwünschte Bildung von Droplets vermieden oder vermindert werden soll, da diese die Schichtausbildung nachteilig beeinflussen. Mit derartigen Verfahren und Einrichtungen wird versucht, die Bewegung des Fußpunktes des Vakuumbogens so zu beein­ flussen, dass keine größeren örtlichen Aufschmelzungen entstehen und in der Folge die Ausbildung von Droplets weitgehend verhindert wird. Nachteilig an diesen Verfahren ist jedoch, dass die Ausnutzung des Targets sinkt. Somit sind wiederum gesonderte Mittel erforderlich, mit denen die Ausnutzung der Targets auf einem praktisch akzeptablen Niveau gehalten werden kann.

So gibt z. B. die DE 43 29 155 A1 eine Magnetfeldkathode an, welche eine dem Targetzentrum zugeordnete innenliegen­ de Ringspule und zumindest eine dem Targetumfangsbereich zugeordnete außenliegende Ringspule aufweist, wobei die innenliegende Ringspule einen im Targetzentrum angeordne­ ten Permanentmagneten umschließt und zusammen mit diesem Permanentmagneten einen Magnetfeldkonzentrator bildet.

Nachteilig ist bei den bekannten Lösungen der jeweils relativ hohe technische Aufwand für mechanische Einrich­ tungen und/oder elektromagnetische Spulensystem.

Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Magnetsys­ tem an einem Vakuumbogenverdampfer zur Verdampfung eines kathodischen Targets anzugeben, welches einen geringen technischen Aufwand erfordert.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhaf­ te Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.

Das erfindungsgemäße Magnetsystem weist unterhalb des Targetträgers einen zentrischen Permanentmagneten und einen dem Targetumfang zugeordneten äußeren Permanent­ magneten auf. Dabei wird als unterhalb die dem Target gegenüber liegende Position verstanden. Beide Permanent­ magnete sind an ihren Unterseiten mit einer Magnetrück­ schlussplatte magnetisch verbunden. Erfindungsgemäß ist der äußere Permanentmagnet mindestens an einer Seite zum Zentrum hin verformt.

Die Verformung des äußeren Permanentmagneten beträgt mindestens 10% des Abstandes zwischen dem zentrischen Permanentmagneten und dem äußeren Permanentmagneten.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird oberhalb des Targets ein tunnelförmiges Magnetfeld erzeugt, dessen Länge durch die Verformung des äußeren Permanentmagneten insgesamt vergrößert wird.

Der zentrische Permanentmagnet und der äußere Permanent­ magnet sind in vorteilhafter Weise jeweils an die Form des Targets angepasst. So ist bei rechteckigen Targets in vorteilhafter Weise der zentrische Permanentmagnet stab­ förmig und der äußere Permanentmagnet ringförmig ausge­ bildet. Bei kreisförmigen Targets kann der zentrische Permanentmagnet punktförmig und der äußere Permanentmagnet ringförmig sein. Weitere Targetformen sind für spezielle Anwendungen möglich, jedoch in der Praxis selten.

Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn als zen­ trischer Permanentmagnet ein solcher eingesetzt wird, der gegenüber dem äußeren Permanentmagneten ein um 30 bis 300% höheres Magnetfeld aufweist. Dabei ist die konkrete Aus­ wahl von den technologischen Gegebenheiten abhängig. Bei Verhältnissen wenig oberhalb von 30% wird der Fußpunkt des Vakuumbogens mehr in den zentrischen Bereich der Targetoberfläche gezwungen. Bei Verhältnissen wenig un­ terhalb von 300% wird der Fußpunkt des Vakuumbogens mehr in den äußeren Bereich der Targetoberfläche gezwungen.

Der zentrische Permanentmagnet und/oder der äußere Perma­ nentmagnet können teilweise oder vollständig innerhalb des Targetträgers, d. h. in Aussparungen an dessen Unterseite, angeordnet sein.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass das erfindungsgemäße Magnetsystem außerordentlich einfach aufgebaut und praktisch wartungsfrei ist. Insbesondere ist keine gesonderte Stromzuführung für ein elektromagneti­ sches Magnetsystem erforderlich.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Magnetsystem an einem Vakuumbogenver­ dampfer. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch Fig. 1.

Das beispielhafte Magnetsystem ist an einem rechteckigen Vakuumbogenverdampfer angeordnet, der eine Größe von etwa 650 mm × 200 mm aufweist. Der Vakuumverdampfer besteht im Wesentlichen aus einem Targetträger 1, der zweiteilig ausgeführt ist, damit im Inneren ein Kühlwasserkreislauf ausgebildet wird. Über eine kombinierte Wasserzu- und ableitung 2 wird das Kühlwasser zugeführt und über Kühlwasserkanäle 3 durch den Targetträger 1 geleitet. Der Targetträger ist aus Kupfer hergestellt und damit unmagne­ tisch. Auf der Oberfläche des Targetträgers 1 ist mittels Spannbacken 5 in bekannter Weise ein Target 4 gehaltert. Auf der Oberseite der Spannbacken 5 sind Flachstäbe aus Bornitrid 6 vorhanden, mit denen verhindert wird, dass der Fußpunkt des Vakuumbogens das Target 4 verlässt. Über eine Stromzuführung 7 kann das Target an ein elektrisches Potential angeschlossen werden. Der gesamte Vakuumbogen­ verdampfer ist mit einer auf floatendem Potential liegen­ den Blende 8 umschlossen, die über Halterungen 9 isoliert am Targetträger 1 gehaltert ist.

Das erfindungsgemäße Magnetsystem besteht aus einem inne­ ren Permanentmagneten, einem äußeren Permanentmagneten und einer gegenüber dem Target 4 unteren Magnetrückschluss­ platte 10. Unterhalb des Targets 4 verläuft der Magnet­ fluss dadurch innerhalb der Permanentmagnete und der Magnetrückschlussplatte 10 und nach oben tritt der Magnet­ fluss aus den wechselweise als Nord- und Südpol angeordne­ ten zentrischen und äußeren Permanentmagneten heraus. Der Magnetfluss dringt durch das nicht magnetische Kupfermate­ rial des Targeträgers 1 und das nichtmagnetische Target, z. B. Titannitrid, hindurch. Oberhalb des Targets 4 bildet sich zwischen dem Nordpol und dem Südpol der beiden Perma­ nentmagnete ein tunnelförmiges Magnetfeld aus.

Im Ausführungsbeispiel ist der zentrische Permanentmagnet aus einem Eisenstab 11 mit vier rechteckigen Dauermagneten 12 aufgebaut. Zur besseren Übersicht ist in Fig. 1 auf der rechten Seite ein Ausbruch angebracht, in dem zwei der vier Dauermagneten 12 und ein Teil des Eisenstabes 11 sichtbar sind. In Fig. 2 ist erkennbar, dass der Eisens­ tab 11 als Teil des zentrischen Permanentmagneten in einer Aussparung 13 an der Unterseite 14 des Targetträgers 1 gelagert ist.

Der äußere Permanentmagnet besteht aus einem geformten Eisenring 15, auf dem eine Vielzahl von runden Dauermagne­ ten 16 angeordnet sind. Im bereits erwähnten Ausbruch in Fig. 1 ist das gut sichtbar dargestellt. Der Eisenring 15 und damit der äußere Permanentmagnet ist erfindungsgemäß auf den beiden Längsseiten je zweimal an den Positionen 17, 18, 19 und 20 zum Zentrum hin verformt. Dabei beträgt die Verformung im Beispiel etwa 15% des Abstandes zwischen dem zentrischen und dem äußeren Permanentmagneten. Bei einer Verformung von weniger als 10% ist die erzielbare Wirkung für praktische Anwendungen meist unzulänglich.

Die Magnetrückschlussplatte 10 entspricht in ihrer äußeren Form dem Eisenring 15 und überdeckt die Dauermagnete 10 und 16.

Wegen der unterschiedlichen axialen Länge des zentrischen und des äußeren Permanentmagneten ist es vorteilhaft, als zentrischen Permanentmagneten einen solchen einzusetzen, der gegenüber dem äußeren Permanentmagneten ein um 30 bis 300% höheres Magnetfeld aufweist. Im Ausführungsbeispiel beträgt der praktische Wert etwa 200%.

Mit dem erfindungsgemäßen Magnetsystem wird mit einfachen Mitteln über der Targetoberfläche ein ring- und tunnelför­ miges Magnetfeld erzeugt, welches in den Bereichen der Positionen 17, 18, 19 und 20 zusätzlich verformt und dadurch in seiner Gesamtlänge vergrößert ist. In Fig. 1 sind mit unterbrochenen Strichlinien die Magnetfeldlinien 21 schematisch angedeutet. Die praktisch ausnutzbare Targetmasse wurde gegenüber einem Vakuumbogenverdampfer mit nur einem inneren Permanentmagneten um etwa 10% gesteigert.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das be­ schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es ohne weiteres möglich, insbesondere die Form des äußeren Perma­ nentmagneten weiter auszugestalten. Dabei ist es auch möglich den beschriebenen Eisenstab 11 und den Eisenring 15 wegzulassen und durchgehende Dauermagnete 12 und 16 einzusetzen.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

Targetträger

2

Wasserzu- und ableitung

3

Kühlwasserkanal

4

Target

5

Spannbacken

6

Flachstab aus Bornitrid

7

Stromzuführung

8

Blende

9

Halterung

10

Magnetrückschlussplatte

11

Eisenstab

12

Dauermagnet

13

Aussparung

14

Unterseite

15

Eisenring

16

Dauermagnet

17

Position

18

Position

19

Position

20

Position

21

Magnetfeldlinie

23

-

22

-

24

-

Claims (6)

1. Magnetsystem an einem Vakuumbogenverdampfer zur Ver­ dampfung eines kathodischen Targets (4), welches auf einem Targetträger (1) gehaltert ist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass unterhalb des Targetträgers (1) ein zentrischer Permanentmagnet und ein dem Targetumfang zugeordneter äußerer Permanentmagnet vorhanden sind, deren Unterseiten mit einer Magnetrückschlussplatte (10) verbunden sind, wobei der äußere Permanentmagnet mindestens an einer Seite zum Zentrum hin verformt ist.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des äußeren Permanentmagneten mindestens 10% des Abstandes zwischen dem zentrischen Permanentmagneten und dem äußeren Permanentmagneten beträgt.

3. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der zentrische Permanentmagnet und der äußere Permanentmagnet an die Form des Targets (4) angepasst sind, wobei der zentrische Permanentmagnet vorzugsweise stabförmig und der äußere Permanentmagnet vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist.

4. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrische Permanentmagnet gegenüber dem äußeren Permanentmagneten ein um 30 bis 300% höheres Magnetfeld aufweist.

5. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrische Permanentmagnet und/oder der äußere Permanentmagnet mindestens teil­ weise innerhalb des Targetträgers angeordnet sind.

6. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrische und/oder der äußere Permanentmagnet aus einem Eisenstab (11) oder Eisenring (15) und einer Vielzahl daran angeordneter Dauermagnete (12, 16) besteht.