DE19708344A1

DE19708344A1 - Sputterkathode

Info

Publication number: DE19708344A1
Application number: DE19708344A
Authority: DE
Inventors: Joerg Krempel-Hesse; Martin Dr Baehr; Rolf Adam
Original assignee: Leybold Systems GmbH
Current assignee: Leybold Systems GmbH
Priority date: 1997-03-01
Filing date: 1997-03-01
Publication date: 1998-09-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Sputterkathode mit ei nem Kathodengrundkörper mit einem aus mindestens einem Teil gebildeten ebenen, plattenförmigen Tar get sowie mit einem hinter dem Target angeordneten Magnetjoch mit zwei in ovaler oder in rechteckiger Konfiguration und parallel zueinander in einer zur Targetebene parallelen Ebene angeordneten Reihen von Magneten unterschiedlicher Polung zur Erzeu gung eines in sich geschlossenen Tunnels aus bo genförmig gekrümmten Feldlinien vor der dem Substrat zugekehrten Targetfläche

Es ist eine Sputterkathode des in Frage stehenden Typs bekannt (US 4,865,708), bei der zwischen dem Target einerseits und dem Magnetjoch andererseits in der Ebene der Magnetreihen, und zwar unterhalb der Ebene der dem Target zugewandten vorderen Ma gnetflächen Segmente aus permeablem Werkstoff an geordnet sind, um den sich vor dem Target ausbil denden Tunnel aus gekrümmten Feldlinien konkav ab zulenken, um so einen breiteren Orosionsgraben am Target und damit eine höhere Targetstandzeit zu ermöglichen.

Bekannt ist auch ein Target im wesentlichen glei cher Konfiguration (US 5,415,754), bei dem jedoch die Segmente oder Blechzuschnitte aus permeablem Werkstoff etwas oberhalb der Ebene der dem Target zugewandten vorderen Magnetflächen angeordnet sind.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die Ab flachung der Magnetfeldlinien des magnetischen Tunnels nicht bei beiden Ausführungsformen in der erwünschten Art erfolgt, nämlich derart, daß sich die Feldlinien im unmittelbaren Bereich der Tar getvorderseite über einen möglichst großen Bereich parallel zur Ebene des Targets ausrichten.

Bekannt ist weiterhin eine Kathodenkonfiguration (JP 1-14 70 63 A, in: Patent Abstracts of Japan, C-634, Sept. 8, 1989, Vol. 13, No. 408), bei der Blechzuschnitte aus magnetisch leitfähigem Materi al in Vertiefungen eingelegt sind, die auf der dem Targetwerkstoff zugewandten Seite der Targetrüc kenplatte in diese eingeschnitten sind. Die Blech zuschnitte sind dabei sowohl oberhalb der Stirn seiten der Permanentmagnete, als auch in den Be reichen zwischen den Reihen von Magneten vorgese hen. Diese Ausführungsform hat jedoch den Nach teil, daß die Fertigung der Rückenplatte mit den in diese eingelegten Segmenten schwierig ist, wo bei auch das erzeugte Magnetfeld noch nicht voll befriedigend ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, die Magnete und die Segmente bzw. Blechzu schnitte so anzuordnen, daß sich ein möglichst flacher und besonders breiter Orosionsgraben wäh rend des Sputterbetriebs ausbildet, ein möglichst optimaler Targetabtrag erfolgt und eine möglichst geringe Bauhöhe der Kathode ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch in den Targetwerkstoff eingelegte, von diesem all seits umschlossene Blechzuschnitte aus magnetisch leitfähigem Material, wobei mindestens zwei dieser streifenförmigen Blechzuschnitte im Abstand zu den Seitenflächen des plattenförmigen Targets und par allel zu diesen ausgerichtet vorgesehen sind und mindestens ein weiterer streifenförmiger Blechzu schnitt in einer Ebene parallel der Bodenfläche des Targets und im Abstand zu dieser.

Weitere Merkmale und Einzelheiten sind in den Pa tentansprüchen näher beschrieben und gekennzeich net.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der an hängenden Zeichnung rein schematisch näher darge stellt, die den Schnitt quer durch die eine Hälfte einer Kathode zeigt.

Die Sputterkathode nach der Erfindung besteht aus einem Kathodengrundkörper 2 mit einer etwa paral lelepipeden Konfiguration, in den eine Nut 4 ein geschnitten ist, die ein in der Draufsicht gesehen etwa geschlossenes Oval bildet. In diese Nut 4 ist ein im Querschnitt U-förmiges Magnetjoch 3 einge legt, dessen Schenkel 9,10 jeweils eine endlose Reihe 5 bzw. 6 von stabförmigen Permanentmagneten 7, 7', . . . bzw. 8, 8', . . . tragen. Oberhalb des Ma gnetjochs 3 mit seinen Magnetreihen 5 bzw. 6 ist ein Target 11 in einem Targetrahmen oder Target wanne 1 angeordnet, wobei in die Targetwanne 1 das Target 11 direkt eingeformt, beispielsweise einge gossen ist. Zu diesem Zweck ist der für die Wanne 1 gewählte Werkstoff verschieden von demjenigen des Targets 11 gewählt. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel könnte die Wanne aus Edelstahl und das Target aus Zinn gebildet sein. Vor dem Eingie ßen des flüssigen Targetmaterials werden in die Targetwanne 1 streifenförmige Blechzuschnitte 12, 13, 14 eingelegt, wobei zwei der Blechzuschnitte jeweils im Abstand a von den Seitenflächen 1a, 1b der Targetwanne 1 und in Ebenen parallel der Ebe nen der Seitenflächen 1a, 1b vorgesehen sind und ein dritter Blechzuschnitt 14 in einer Ebene par allel der Bodenfläche 1c der Targetwanne 1 im Ab stand b zur Bodenfläche 1c.

Um sicherzustellen, daß die Blechzuschnitte 12, 13, 14 während des Eingießens des flüssigen Tar getwerkstoffs in die Targetwanne 1 in der ge wünschten Position verharren, sind die Blechzu schnitte 12, 13, 14 mit sehr dünnen Stegen oder Drähten 15, 15a bzw. 16, 16a versehen, die in ent sprechende Vertiefungen oder Bohrungen in den Wandpartien der Targetwanne 1 eingeschoben und dort gehalten sind. Es ist klar, daß diese Drähte 15, 15a bzw. 16, 16a auch so gestaltet sein kön nen, daß sie nach dem Eingießen des geschmolzenen Targetwerkstoffs in die aus einem anderen Werk stoff bestehende Targetwanne 1 und nach dem Er starren der Schmelze entfernbar sind.

Herkömmliche Magnetronkathoden, bestehend aus ei ner einfachen Magnetanordnung (zwei Magnetreihen, deren Polarität gegenläufig ist), erzeugen in ih rem Target im allgemeinen einen spitz zulaufenden Sputtergraben. Dieser ist in der Regel um so schmaler, je tiefer er wird. Das Wesen der Erfin dung besteht nun darin, daß ein Magnetfeld mit Ma gnetfeldlinien 17, 17', . . . geformt wird, das oberhalb der Targetstirnfläche 18 und im Target 11 unterschiedlich ist. Das Feld oberhalb der Target stirnfläche 18 entspricht dem herkömmlicher Magne tronkathoden und verläuft annähernd parallel zur Targetstirnfläche 18 und tritt an den beiden Sei ten des Targets 11 aus bzw. ein.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kathoden wird im Target nach der Erfindung ein Feld erzeugt, das aus einem flachen Dachfeld besteht. Damit verbrei tet sich das Plasma auf der Targetoberfläche, wes halb verstärkt nicht mehr der Mittelbereich des Targets, sondern die Randbereiche abgetragen wer den. Dies führt zu einer erheblichen Erhöhung der Targetausnutzung und damit zur Erhöhung der Stand zeit, da der Sputtergraben damit deutlich breiter ausfällt.

Bezugszeichenliste

1

Targetrahmen, Targetwanne

2

Kathodengrundkörper

3

Magnetjoch

4

Nut

5

Magnetreihe

6

Magnetreihe

7

,

7

',. . . Permanentmagnet

8

,

8

',. . . Permanentmagnet

9

Schenkel

10

Schenkel

11

Target

12

Segment, Blechzuschnitt

13

Segment, Blechzuschnitt

14

Segment, Blechzuschnitt

15

,

15

a Steg, Draht

16

,

16

a Steg, Draht

17

,

17

', . . . Magnetfeldlinie

18

Targetoberfläche, Targetstirnfläche

Claims

1. Sputterkathode mit einem Kathodengrundkörper (2) mit einem aus mindestens einem Teil ge bildeten ebenen, plattenförmigen Target (11) sowie mit einem hinter dem Target (11) ange ordneten Magnetjoch (3) mit zwei in ovaler oder in rechteckiger Konfiguration und paral lel zueinander in einer zur Targetebene pa rallelen Ebene angeordneten Reihen von Magne ten (7, 7', . . .; 8, 8', . . .) unterschiedlicher Polung zur Erzeugung eines in sich geschlos senen Tunnels aus bogenförmig gekrümmten Feldlinien vor der dem Substrat zugekehrten Targetfläche (18), gekennzeichnet durch in den Targetwerkstoff (11) eingelegte, von die sem allseits umschlossene Blechzuschnitte oder Segmente (12, 13, 14) aus magnetisch leitfähigem Material, wobei mindestens je weils einer dieser streifenförmigen Blechzu schnitte (12 bzw. 13) im Abstand (a) zu jeder Seitenfläche (1a, 1b) des plattenförmigen Targets (11) und parallel zu dieser ausge richtet vorgesehen und mindestens ein weite rer streifenförmiger Blechzuschnitt (14) in einer Ebene parallel der Bodenfläche (17) des Targets (11) und im Abstand (b) zu dieser vorgesehen ist.

2. Sputterkathode nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Segmente oder Blechzu schnitte (12, 13, 14) an ihren den Seitenflä chen (1a, 1b, 17) der Targetwanne (1) zuge kehrten Seitenflächen (12a, 13a, 14a) mit fingerartigen Drahtenden (15, 15a, 16, 16a) oder Stegen versehen sind, mit denen sie an der Targetwanne (1) abgestützt und gehalten sind.