DE19754986A1 - Sputterkathode - Google Patents
SputterkathodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sputterkathode mit ei
nem aus mindestens einem Teil gebildeten ebenen,
plattenförmigen Target und mit einem hinter dem
Target angeordneten wannenförmigen Joch mit Mit
telsteg und mit Magneten zur Erzeugung von in sich
geschlossenen Tunnels aus bogenförmig gekrümmten
Feldlinien vor der Targetfläche sowie mit in die
Ebene zwischen dem Target und der dem Target zuge
kehrten Stirnfläche des Wannenrandes des Jochs
eingelegten etwa streifenförmigen oder ringförmi
gen Zuschnitten aus magnetisch leitfähigem Blech,
wobei Zuschnitte den Bereich oberhalb der Stirn
fläche des Wannenrandes und des Mittelstegs und
weitere Zuschnitte einen Teil des Bereichs zwi
schen der Stirnfläche des Mittelstegs und der
Stirnfläche des Wannenrandes abdecken und alle
Blechzuschnitte zusammen sich etwa parallel den
Stirnflächen erstreckende Spalte bilden.
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 Erosionsgraben am
Target und damit eine höhere Targetstandzeit zu
ermöglichen.
Weiterhin ist eine Sputterkathode vorgeschlagen
worden (DE 196 22 606.6) mit einem Kathodengrund
körper mit einem plattenförmigen Target sowie mit
einem hinter dem Target angeordneten Magnetjoch
mit zwei in ovaler oder rechteckiger Konfiguration
und koaxial zueinander in einer zur Targetebene
parallelen Ebene angeordneten, geschlossenen Reihe
von Magneten unterschiedlicher Polung, wobei in
die Ebene zwischen dem Target und den dem Target
zugekehrten Stirnflächen der Magnete Blechzu
schnitte oder entsprechend konfigurierte Teilzu
schnitte aus magnetisch leitfähigem Material ein
gelegt sind, wobei zwei der Blechzuschnitt oder
Teilzuschnitte eine rahmenförmige Konfiguration
aufweisen, wobei jeweils die zwei gerade Längspar
tien miteinander verbindenden, bogenförmigen Ab
schnitte der Blechzuschnitte einen vom Kreisbogen
abweichenden, beispielsweise einen elliptischen,
parabelförmigen oder auch unregelmäßig-bogen
förmigen Kantenverlauf aufweisen, so daß jeweils
der von zwei benachbarten, bogenförmigen Abschnit
ten gebildete Spalt einen unregelmäßigen Breiten
verlauf aufweist.
Darüber hinaus ist eine Sputterkathode vorgeschla
gen worden (DE 196 22 607.4) mit einem hinter dem
Target angeordneten Magnetjoch mit zwei in ovaler
oder in rechteckiger Konfiguration und koaxial zu
einander in einer zur Targetebene parallelen Ebene
angeordneten Reihe von Magneten mit drei in die
Ebene zwischen dem Target und den dem Target zuge
kehrten Stirnflächen der Magnete eingelegten
Blechzuschnitten oder Gruppen von Teilzuschnitten,
wobei zwei dieser Blechzuschnitte oder Teil zu
schnittgruppen den Bereich oberhalb der Magnete
und der dritte Blechzuschnitt oder die dritte
Gruppe einen Teil des Bereichs zwischen den Magne
treihen abdecken und alle Blechzuschnitte zusammen
zwei sich etwa parallel der Magnetreihen erstrec
kende Spalte bilden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu
grunde, die Magnete und die Segmente so anzuord
nen, daß sich zum einen ein flacher und besonders
breiter Erosionsgraben während des Sputterbetriebs
ausbildet und ein möglichst optimaler Targetabtrag
erfolgt, und daß sich zum anderen der Bereich zwi
schen den beiden sich parallel erstreckenden ma
gnetischen Tunnels möglichst schmal ausbildet.
Darüber hinaus sollen die Segmente so ausgebildet
werden, daß sie möglichst preiswert herstellbar
sind und ihre Steifigkeit so bemessen ist, daß sie
ohne weitere Stütz- oder Haltemittel in die Katho
de einbaubar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Zuschnitte aus magnetisch leitfähigem Ma
terial aus der einen Lage eines zweilagigen
Blechlaminats beispielsweise aus einer Alumini
um/Eisen-Verbundplatte herausgeschnitten sind, wo
bei die andere Lage aus magnetisch nicht leitendem
Material gebildet ist und sowohl die Spalten zwi
schen den Zuschnitten aus magnetisch leitfähigem
Material überbrückt als auch die Zuschnitte ver
steift.
Weitere Merkmale und Einzelheiten sind im Patent
anspruch näher beschrieben und gekennzeichnet.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh
rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an
hängenden Zeichnungen rein schematisch näher dar
gestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 die eine Hälfte eine Kathode in perspek
tivischer Ansicht, wobei das Target und
die Blechzuschnitte nur als Fragmente
dargestellt sind,
Fig. 2 den Schnitt quer durch die Kathode nach
Fig. 1, bei der eine Reihe von Magneten
in den Boden des wannenförmigen Jochs
eingelassen ist und
Fig. 3 den Schnitt quer durch eine Kathode, bei
der gegenüber der Ausführungsform nach
den Fig. 1 und 2 zusätzlich Magnete auf
dem Wannenrand angeordnet sind.
Die Sputterkathode gemäß den Fig. 1 und 2 besteht
aus einem wannenförmigen Kathodengrundkörper 2, in
den ein ebenfalls wannenförmiges Joch 3 eingelegt
ist, wobei das Joch 3 einen die Vertiefung 4 im
Joch in Längsrichtung aufteilenden Steg 5 auf
weist, dessen Länge so bemessen ist, daß ein ova
ler Kühlkanal 6 mit rechteckiger Querschnittsflä
che gebildet wird, einer geschlossenen Reihe von
würfelförmigen Permanentmagneten 7, 7',. . ., die so in
das Bodenteil des Jochs 3 eingelassen sind, daß
ihre jeweils dem oberhalb des Jochs 3 angeordneten
Target 8 zu- und abgewandten Seitenflächen bündig
mit der Bodenfläche der Vertiefung 4 bzw. der Rüc
kenfläche des Jochs 3 abschließen und drei zwi
schen dem Target 8 und dem Joch 3 eingelegten
Blechzuschnitten 9, 10, 11, von denen die beiden
konzentrisch zueinander vorgesehenen Blechzu
schnitte 9 und 10 als ovale Ringe und der mittlere
als ein von den ringförmigen Blechzuschnitten 9, 10
umschlossener streifenförmiger Blechzuschnitt 11
ausgebildet ist, wobei die Blechzuschnitte 9, 10,
11 aus magnetisch leitendem Material bestehen und
auf ein Blech aus magnetisch nicht leitendem Mate
rial aufplattiert sind bzw. aus der einen Lage ei
nes Blechlaminats oder Zweilagenblechs herausgear
beitet sind, wobei die zweite Blechlage aus magne
tischem Werkstoff unbearbeitet bleibt.
Oberhalb des Magnetjochs 3 mit seiner geschlosse
nen Reihe von Magneten 7, 7',. . . ist das Target 8
angeordnet, das üblicherweise auf seiner der Ma
gnetreihe 7, 7', . . . zugekehrten Unterseite noch
fest mit einer Targetgrundplatte versehen ist
(nicht näher dargestellt).
Die drei Blechzuschnitte 9, 10, 11 schließen zwei
Spalte a bzw. a' zwischen sich ein, die auf ihrer
gesamten Länge gleich breit bemessen oder aber
sich verengend oder erweitert ausgebildet sein
können. Je nach Spaltbreite a bzw. a' werden die
Feldlinien 15, 15',. . . mehr oder weniger stark abge
lenkt, so daß ein geschlossener Tunnel aus Feldli
nien 15, 15',. . . gebildet wird, der abgeflacht ist
und damit die Sputterrate insgesamt ausgleicht und
ebenso die Targetausnutzung verbessert.
Standard-Magnetronkathoden, bestehend aus einer
einfachen Magnetanordnung (zwei Magnetreihen, de
ren Polarität gegenläufig ist), erzeugen in ihrem
Target im allgemeinen einen spitz zulaufenden
Sputtergraben. Dieser ist in der Regel um so
schmaler, je tiefer er wird. Ein Vorteil der Er
findung besteht darin, daß ein Magnetfeld geformt
wird, das oberhalb der Targetoberfläche und im
Target unterschiedlich ist. Das Feld oberhalb der
Targetoberfläche entspricht dem der Standard-
Magnetronkathoden. Es verläuft annähernd parallel
zur Targetoberfläche und tritt an den beiden Sei
ten des Targets aus bzw. ein. Es entsteht ein so
genanntes Dachfeld.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Kathoden ohne zwi
schen Target und Joch eingelegten Blechen wird bei
der erfindungsgemäßen Ausführungsform im Target 8
ein Feld erzeugt, das mindestens aus zwei solchen
Dachfeldern 16, 17 besteht. Damit teilt sich das
Plasma auf der Targetoberfläche in mehrere neben
einander liegende Teilplasmen auf, wodurch ver
stärkt nicht mehr der Mittelbereich jeder Tar
gethälfte, sondern deren Randbereiche abgetragen
werden, was zu einer erheblichen Erhöhung der Tar
getausnutzung führt, da der Sputtergraben damit
vergleichsweise breiter ausfällt.
Beim Aufbau einer Sputterkathode der in Frage ste
henden Art werden größere magnetische Erregungen
benötigt als bei herkömmlich aufgebauten Sputter
kathoden, da ein größerer Anteil des magnetischen
Flusses im Joch und den Blechen und daher nicht
über die Targetoberfläche geführt wird. Die gesam
te magnetische Flußdichte muß also erhöht werden.
Wenn die erforderlichen Magnete innen und außen
(d. h. am Steg und am Wannenrand) positioniert
werden, ist der verfügbare Raum für die Magnete
durch den Außendurchmesser (Einbaumaß) in der Re
gel limitiert. Es kann nur - je nach geometrischen
Gegebenheiten - ein begrenztes Volumen zum Einbau
der notwendigen Magnetmasse verwendet werden. Da
die magnetische Feldverteilung bei der Verwendung
des in Frage stehenden Prinzips wesentlich durch
den Feldaustritt an den Spalten a, a' definiert
wird, ist die tatsächliche Position der Magnete
hier jedoch relativ unwichtig. Damit ist es mög
lich, die Magnete in den Boden des magnetischen
Jochs 3 zu integrieren, ohne den relativen Feld
verlauf stark zu verändern. Im Boden des Jochs 3
steht vergleichsweise viel Platz für den Einbau
von Magneten zur Verfügung. Die Magnete 7, 7', . . .
werden deshalb horizontal in den Jochboden einge
baut.
Da insbesondere auf dem Rand 12 des wannenförmigen
Jochs 3 und auf dem Mittelsteg 5 bei der Kathode
gemäß der vorliegenden Erfindung keine Magnete
notwendig sind, können diese Bereiche besonders
schmal ausgebildet werden, was zu einer besseren
Targetausnutzung führt.
Eine weitere Erhöhung der Magnetmasse kann durch
die Kombination von Magneten erzeugt werden, die
sowohl horizontal als auch vertikal im Joch inte
griert sind bzw. auf dieses aufgesetzt werden
(siehe Fig. 3). Zusätzlich zu den im Boden einge
bauten Horizontalmagneten werden die Magnete
18, 18',. . . auf den umlaufenden Rand der Jochwanne 19
aufgesetzt.
Für die Herstellung der Blechzuschnitte 9, 10, 11
wird mit Vorteil ein zweilagiges Blech bzw.
Blechlaminat verwendet, bei dem die eine Schicht
aus einem Eisen und die andere Schicht aus Kupfer
besteht, wobei beide Bleche fest miteinander ver
preßt, verschweißt, vergossen oder aufeinanderge
walzt (plattiert) sind.
Die Eisenschicht wird zweckmäßigerweise von der
Kupferlage 21 abgefräst, so daß der in Fig. 1 dar
gestellte Zuschnitt 9, 10, 11, 21 entsteht, der in
sich steif ist, der die Maßhaltigkeit der Spalte
a, a', . . . gewährleistet und der problemlos in die
Kathode einbaubar ist.
2
Kathodengrundkörper
3
Joch
4
Vertiefung
5
Steg
6
Kühlkanal
7
,
7
',. . . Permanentmagnet
8
Target
9
Blechzuschnitt, magnetisch leitendes Material
10
Blechzuschnitt, magnetisch leitendes Material
11
Blechzuschnitt
12
Stirnfläche
13
Stirnfläche
14
Wannenrand
15
,
15
',. . . Feldlinie
16
magnetisches Dachfeld
17
magnetisches Dachfeld
18
,
18
',. . . Magnet
19
Jochwanne
20
Wannenrand
21
magnetisch nicht leitendes Material
Claims (1)
- Sputterkathode mit einem aus mindestens einem Teil gebildeten ebenen, plattenförmigen Tar get (8) und mit einem hinter dem Target (8) angeordneten wannenförmigen Joch (3) mit Mit telsteg (5) und mit Magneten (7, 7', . . .) zur Er zeugung von in sich geschlossenen Tunnels aus bogenförmig gekrümmten Feldlinien (15, 15', . . .) vor der Targetfläche sowie mit in die Ebene zwischen dem Target (8) und der dem Target (8) zugekehrten Stirnfläche (12) des Wannen randes (20) des Jochs (3) eingelegten etwa streifenförmigen oder ringförmigen Zuschnit ten (9, 10, 11) aus magnetisch leitfähigem Blech, wobei Zuschnitte (9, 11) den Bereich oberhalb der Stirnfläche (12, 13) des Wannen randes (20) und des Mittelstegs (5) und wei tere Zuschnitte (10) einen Teil des Bereichs zwischen der Stirnfläche (13) des Mittelstegs (5) und der Stirnfläche (12) des Wannenrandes (20) abdecken und alle Zuschnitte (9, 10, 11) zusammen sich etwa parallel den Stirnflächen (12, 13) erstreckende Spalte (a, a') bilden und die Magnete (7, 7', . . .) jeweils in den Jochboden (3) und/oder den Wannenrand (20) oder Mittelsteg (5) einbezogen oder eingefügt sind, wobei die Zuschnitte aus magnetisch leitfähigem Material (9, 10, 11) aus der ei nen Lage eines zweilagigen Blechlaminats bei spielsweise aus einer Aluminium/Eisen- Verbundplatte herausgeschnitten sind, wobei die andere Lage (21) aus magnetisch nicht leitendem Material gebildet ist und sowohl die Spalten (a, a', . . .) zwischen den Zuschnit ten (9, 10, 11) überbrückt als auch die Zu schnitte (9, 10, 11) versteift.
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