DE19607803A1 - Assembly to register target wear at a sputter cathode - Google Patents

Assembly to register target wear at a sputter cathode

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Andreas Sauer
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Abstract

The apparatus to monitor the target wear of sputter cathodes has at least one groove (8) on the rear side of the target, matching the head section (9) of an optic conductor (10), at the claw bar (11) zone holding the substrate near the edge of the cathode base body (3). The optic fibre cable (10), linked to the head section (10) at right angles to the plane of the groove (8) receives the plasma light sputtered through the target (4) to the groove (8), leading it to a warning or shut-off unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Über­ wachung der Targetabnutzung von Sputterkathoden, bestehend aus einem mit einem Kathodengrundkörper fest verpratzten oder verschraubten Target und mit einer zwischen der dem Target zugewandten Fläche des Kathodengrundkörpers und der Targetrückseite eingelegten Membrane, die Kühlmittelkanäle zum Target hin verschließt, die in den Kathodengrund­ körper oder in vom Kathodengrundkörper gehaltenen Kühlkörpern eingeschnitten sind.The invention relates to a device for over monitoring of target wear of sputter cathodes, consisting of one with a cathode body firmly scratched or screwed target and with one between the surface facing the target of the cathode body and the back of the target inserted membrane, the coolant channels to the Target closes in the cathode base body or in the cathode body Heatsinks are cut.

Bekannt ist eine Vorrichtung zum Abscheiden dünner Schichten mit Hilfe der Kathodenzerstäubung (DE-OS 38 10 175), umfassend eine Kathode, die mit­ tels Kühlflüssigkeit gekühlt und auf ihrer Ober­ seite mit einem Target belegt ist, wobei die Ka­ thode in einer mit Gas von reduziertem Druck ge­ füllten Vakuumglocke angeordnet ist und wobei zwi­ schen Kühlwasser und Target eine dünne Folie aus einem gut wärmeleitenden Material angeordnet ist. Das Target ist dazu mit der Kathode vakuumdicht verbunden, wobei in der Unterseite des Targets und in der Oberseite der Kathode wenigstens je eine Nut eingebracht ist, wobei beide Nuten an wenig­ stens einer Stelle miteinander in Verbindung ste­ hen und die Nuten über eine Meßleitung mit einge­ setzter Drossel und angeschlossenem Vakuummeßgerät an Hochvakuum angeschlossen sind.A device for separating thinner is known Layers using sputtering (DE-OS 38 10 175) comprising a cathode with coolant and cooled on their upper side is occupied with a target, the Ka method in one with gas of reduced pressure  filled vacuum bell is arranged and where between between cooling water and target a good heat-conducting material is arranged. For this purpose, the target is vacuum-tight with the cathode connected, being in the bottom of the target and at least one each in the top of the cathode Groove is introduced, with both grooves on little at least one point in connection hen and the grooves on a measuring line with set throttle and connected vacuum measuring device are connected to high vacuum.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Kühlen von Targets in Zerstäubungsquellen (EP 0 401 622 B1), bei welchem man das Kühlmedium direkt oder über eine folienartige Wand auf die Targetrückseite einwirken läßt, wobei man die Targetrückseite aus­ schließlich in Bereichen direkt oder über die fo­ lienartige Wand mit dem Kühlmedium kontaktiert, die nicht als erste durcherodiert werden. Die Ste­ ge sind dazu aus einem Material hergestellt oder mit einem Material beschichtet, welches beim Durcherodieren des Targets die Entladungscharakte­ ristik des Plasmas so ändert, daß die resultieren­ den optischen und elektrischen Signaländerungen zur Erfassung dieses Betriebszustandes verwendbar sind und daß das Material so ausgewählt wird, daß der Prozeß nicht störend kontaminiert wird.A method for cooling is also known Targets in atomization sources (EP 0 401 622 B1), where you can directly or via the cooling medium a film-like wall on the back of the target can act, whereby the back of the target finally in areas directly or through the fo lien-like wall contacted with the cooling medium, that are not the first to be eroded. The Ste ge are made of one material or coated with a material that By eroding the target the discharge char plasma changes so that they result the optical and electrical signal changes can be used to record this operating state and that the material is selected so that the process is not contaminated.

Schließlich ist eine Zerstäubungskathode nach dem Magnetronprinzip mit einem aus mindestens einem Teil bestehenden Target bekannt (EP 0 337 012 A2) mit einem hinter dem Target angeordneten Magnetsy­ stem mit mehreren, ineinanderliegenden und in sich geschlossenen Magneteinheiten abwechselnd unter­ schiedlicher Polung, durch die mindestens zwei gleichfalls in sich geschlossene, ineinanderlie­ gende magnetische Tunnel aus bogenförmig gekrümm­ ten Feldlinien gebildet werden, wobei die dem Tar­ get abgekehrten Pole der Magneteinheiten über ein Magnetjoch miteinander verbunden sind und wobei die magnetische Feldstärke mindestens eines Ma­ gnetfeldes relativ zu der magnetischen Feldstärke mindestens eines weiteren Magnetfeldes über ein Verschieben eines der Jochteile zum Target über eine Verstelleinrichtung veränderbar ist, wobei die Verstelleinrichtung über einen elektrischen Schaltkreis ansteuerbar ist, der mit mindestens einem optischen Sensor zusammenwirkt, der auf min­ destens einen der sich beim Beschichtungsvorgang einstellenden Plasmaringe ausgerichtet ist und auf die Helligkeit dieses Plasmaringes anspricht.After all, an atomizing cathode is after the Magnetron principle with one of at least one Partially existing target known (EP 0 337 012 A2) with a magnet system arranged behind the target  stem with several, one inside the other closed magnetic units alternately under different polarity, by the at least two likewise self-contained, interlocking Magnetic tunnels made of curved arches ten field lines are formed, the Tar get opposite poles of the magnet units over one Magnetic yoke are connected to each other and where the magnetic field strength of at least one Ma magnetic field relative to the magnetic field strength at least one other magnetic field over a Move one of the yoke parts to the target an adjusting device is changeable, wherein the adjustment device via an electrical Circuit is controllable with at least an optical sensor cooperates, which min at least one of them during the coating process adjusting plasma rings is aligned and on appeals to the brightness of this plasma ring.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Sputterkathode des Magnetron-Typs zu schaffen, bei der einerseits eine optimale Küh­ lung des Targets gesichert und andererseits stets sichergestellt ist, daß kein Wassereinbruch in die Prozeßkammer erfolgt, wenn das Target verbraucht ist. Die Sputterkathode soll dabei so ausgebildet sein, daß sie automatisch im Augenblick des Durch­ bruchs des Targets ein Signal abgibt, das von ei­ ner an sich bekannten Abschaltvorrichtung direkt registrierbar und verarbeitbar ist. The object of the present invention is now is based on a magnetron-type sputtering cathode to create, on the one hand, an optimal cooling the target is secured and on the other hand always it is ensured that no water ingress into the Process chamber occurs when the target consumes is. The sputter cathode should be designed in this way be automatically at the moment of passing break of the target emits a signal from egg ner directly known shutdown device directly can be registered and processed.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Targetrückseite mit mindestens einer Nut versehen ist, die mit dem Kopfteil eines Lichtlei­ ters korrespondiert, der im Bereich einer Pratz­ leiste im Randbereich des Kathodengrundkörpers an­ geordnet ist, wobei ein mit dem Kopfteil verbunde­ nes, sich etwa lotrecht zur Ebene der Nut erstrecken­ des Lichtleiterkabel das Plasmalicht bei bis zur Nut durchgesputtertem Target empfängt und an eine Warn- oder Abschalteinheit leitet.According to the invention, this object is achieved by that the back of the target with at least one groove is provided with the head part of a Lichtlei ters corresponds to that in the area of a pratz bar in the edge area of the cathode body is ordered, one connected to the headboard nes, extend approximately perpendicular to the plane of the groove of the fiber optic cable at up to to the groove sputtered target receives and on directs a warning or shutdown unit.

Weitere Einzelheiten sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.Further details are in the subclaims described and labeled in more detail.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh­ rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an­ hängenden Zeichnungen schematisch näher darge­ stellt, und zwar zeigen:The invention allows a wide variety of designs opportunities for; one of them is in the an hanging drawings schematically Darge provides, namely show:

Fig. 1 den Teilschnitt durch eine planare Sput­ terkathode nach den Linien A-A′ gemäß Fig. 2 und Fig. 1 shows the partial section through a planar sputtering cathode along the lines AA 'of FIG. 2 and

Fig. 2 die Draufsicht auf die Sputterkathode, und zwar von der Targetseite aus gese­ hen. Fig. 2 shows the top view of the sputtering cathode, namely from the target side.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem topf- oder wannenförmigen Kathodengrundkörper 3, einem sich auf der umlaufenden Randpartie 12 des Kathodengrundkörpers 3 abstützenden, etwa rahmen­ förmigen Target 4, einem in die Senke 17 des Ka­ thodengrundkörpers 3 eingelegten, ebenfalls rah­ menförmigen Magnetjoch 15 mit etwa U-förmiger Querschnittsfläche, einer Vielzahl von auf den um­ laufenden Randpartien des Magnetjochs 15 angeord­ neten Permanentmagneten 16, 16′, . . ., einem rahmen­ förmigen Kühlkörper 7 mit in diesen eingeschnitte­ nen nutförmigen Kühlkanälen 6, 6′, . . ., einer Stütz­ leiste 18 mit Isolator 19, dem Lichtleiter 10 mit Kopfteil 9 und den Pratzleisten 11, 11′, . . . zur Halterung des Targets 4 auf dem Kathodengrundkör­ per 3 bzw. der Stützleiste 18.The device consists essentially of a pot-shaped or trough-shaped cathode main body 3 , an approximately frame-shaped target 4 , which is supported on the peripheral edge part 12 of the cathode main body 3 , an inserted into the depression 17 of the cathode main body 3 , also frame-shaped magnetic yoke 15 with approximately U-shaped cross-sectional area, a large number of permanent magnets 16 , 16 ', arranged on the edges of the magnetic yoke 15 running around it. . ., A frame-shaped heat sink 7 with groove-shaped cooling channels 6 , 6 ',. . ., A support bar 18 with insulator 19 , the light guide 10 with the head part 9 and the scraper bars 11 , 11 ',. . . for holding the target 4 on the cathode base body by 3 or the support bar 18 .

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die auf der Membrane 5 aufliegende Rückseite des Targets 4 mit einer sich quer erstreckenden Nut 8 versehen, wo­ bei die Anordnung der Nut 8 so getroffen ist, daß sie mit Sicherheit im Bereich des sich ausbilden­ den Sputtergrabens liegt, der sich etwa im Bereich der mittleren Partie jedes Schenkels 4′, 4′′ des Targets 4 bzw. im Bereich der tiefsten Stelle des sich ausbildenden race-track 20 befindet. Wenn das Target 4 durchgesputtert ist, breitet sich das vom Plasma im Sputtergraben erzeugte Licht in der Nut 8 aus und wird vom Kopfteil 9 in den Lichtleiter 10 umgelenkt, der mit einem (nicht näher darge­ stellten) Photodetektor zusammenwirkt, der dann seinerseits ein Signal erzeugt, das über eine an sich bekannte Vorrichtung ein Abschalten des Ka­ thodenstroms bewirkt.According to the present invention, the back of the target 4 resting on the membrane 5 is provided with a transversely extending groove 8 , where the arrangement of the groove 8 is such that it lies with certainty in the region of the sputtering trench that is forming approximately in the region of the middle part of each leg 4 ', 4 ''of the target 4 or in the region of the deepest point of the race track 20 being formed . When the target 4 is sputtered, the light generated by the plasma in the sputtering trench spreads out in the groove 8 and is deflected by the head part 9 into the light guide 10 , which interacts with a (not shown in more detail) photodetector, which in turn then generates a signal , which causes the cathode current to be switched off via a device known per se.

BezugszeichenlisteReference list

3 Kathodengrundkörper
4, 4′, . . . Target
5 Membrane
6, 6′, . . . Kühlmittelkanäle
7 Kühlkörper
8 Nut
9 Kopfteil
10 Lichtleiter
11, 11′, . . . Pratzleiste
12 Schenkel, Randpartie
13 Targetfläche
14 mittlerer Schenkel
15 Joch
16, 16′, . . . Magnet
17 Senke
18 Stützleiste
19 Isolator
20 race-track 3 cathode bodies
4 , 4 ' , . . . Target
5 membrane
6 , 6 ' , . . . Coolant channels
7 heat sink
8 groove
9 headboard
10 light guides
11 , 11 ' , . . . Scraper bar
12 legs, edge section
13 target area
14 middle thigh
15 yokes
16 , 16 ' , . . . magnet
17 sink
18 support strip
19 isolator
20 race track

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Überwachung der Targetabnut­ zung von Sputterkathoden, bestehend aus einem mit einem Kathodengrundkörper (3) fest ver­ pratzten oder verschraubten Target (4) und mit einer zwischen der dem Target (4) zuge­ wandten Fläche des Kathodengrundkörpers (3) und der Targetrückseite eingelegten Membrane (5), die Kühlmittelkanäle (6, 6′, . . .) zum Tar­ get (4) hin verschließt, die in den Kathoden­ grundkörper (3) oder in vom Kathodengrundkör­ per (3) gehaltenen Kühlkörpern (7) einge­ schnitten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetrückseite mit mindestens einer Nut (8) versehen ist, die mit dem Kopfteil (9) eines Lichtleiters (10) korrespondiert, der im Bereich einer Pratzleiste (11) im Randbe­ reich des Kathodengrundkörpers (3) angeordnet ist, wobei das mit dem Kopfteil (9) verbunde­ ne, sich etwa lotrecht zur Ebene der Nut (8) erstreckende Lichtleiterkabel (10) das Plas­ malicht bei bis zur Nut (8) durchgesputtertem Target (4) empfängt und an eine Warn- oder Abschalteinheit leitet.1. Device for monitoring the target wear of sputtering cathodes, consisting of a fixed with a cathode body ( 3 ) ver scratched or screwed target ( 4 ) and with one between the target ( 4 ) facing surface of the cathode body ( 3 ) and the target back inserted membrane ( 5 ), the coolant channels ( 6 , 6 ',...) to the target get ( 4 ) closes the basic body in the cathode ( 3 ) or in the cathode body ( 3 ) held by the heat sink ( 7 ) are characterized in that the rear of the target is provided with at least one groove ( 8 ) which corresponds to the head part ( 9 ) of a light guide ( 10 ) which is arranged in the region of a scraper strip ( 11 ) in the edge area of the cathode main body ( 3 ) , The connected to the head part ( 9 ) ne, approximately perpendicular to the plane of the groove ( 8 ) extending light guide cable ( 10 ) the plasma lightly up to the groove ( 8 ) sputtered target ( 4 ) receives and sends it to a warning or shutdown unit. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kathodengrundkörper (3) ei­ ne etwa U-förmige Querschnittsfläche auf­ weist, wobei das plattenförmige Target (4) mit seiner Randpartie auf den Schenkeln (12) des Kathodengrundkörpers (3) abgestützt und von Pratzleisten (11) gehalten ist, die den Randbereich des Targets (4) übergreifen und auf der dem Substrat zugekehrten Fläche (13) des Targets (4) aufliegen.2. Device according to claim 1, characterized in that the cathode base body ( 3 ) has egg ne approximately U-shaped cross-sectional area, the plate-shaped target ( 4 ) with its edge portion on the legs ( 12 ) of the cathode base body ( 3 ) and supported is held by scraper bars ( 11 ) which overlap the edge region of the target ( 4 ) and rest on the surface ( 13 ) of the target ( 4 ) facing the substrate. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, ge­ kennzeichnet durch ein mit dem mittleren Schenkel (14) des Kathodengrundkörpers (3) verschraubtes Joch (15) einer Magnetanordnung (16, 16′, . . .) und mit einem von Kühlwasserka­ nälen (6, 6′, . . .) durchzogenen Kühlkörper (7), der einerseits von der Magnetanordnung (16, 16′, . . .) umgriffen ist und andererseits an der Membrane (5) anliegt, deren Randberei­ che von den Pratzleisten (11, 11′, . . .) an die Stirnflächen der beiden äußeren Schenkel (12, 12′, . . .) des Kathodengrundkörpers (3) ge­ preßt werden.3. Device according to claims 1 and 2, characterized by a with the central leg ( 14 ) of the cathode base body ( 3 ) screwed yoke ( 15 ) of a magnet arrangement ( 16 , 16 ',...) And with one of cooling water channels ( 6 , 6 ',...) Solid heat sink ( 7 ), which on the one hand is encompassed by the magnet arrangement ( 16 , 16 ',...) And on the other hand rests on the membrane ( 5 ), the edge areas of which are provided by the claw strips ( 11 , 11 ',...) On the end faces of the two outer legs ( 12 , 12 ',...) Of the cathode base body ( 3 ) are pressed ge. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kathodengrundkörper (3) eine et­ wa trogförmige Konfiguration aufweist, wobei in die Senke (17) des Kathodengrundkörpers (3) eine Stützleiste (18) eingelegt ist, auf der sich die beiden zueinander parallelen Targetschenkel (4′, 4′′) einer ovalen Target­ platte (4) mit ihren einander zugekehrten Randbereichen abstützen.4. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cathode base body ( 3 ) has an et wa trough-shaped configuration, with a support strip ( 18 ) being inserted into the depression ( 17 ) of the cathode base body ( 3 ) the two mutually parallel target legs ( 4 ', 4 '') of an oval target plate ( 4 ) are supported with their mutually facing edge regions. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die sich in der Nut (8) ausbreiten­ den, auf den Lichtleiterkopf (9) auftreffen­ den Lichtstrahlen von diesem in das Lichtlei­ terkabel (10) umgelenkt und einem Photodetek­ tor zugeführt werden.5. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the spread in the groove ( 8 ), on the light guide head ( 9 ) impinging the light rays from this into the Lichtlei terkabel ( 10 ) deflected and a photodetec gate are fed.
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