DE19754986C2 - Sputterkathode - Google Patents

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 A1) 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 Blechzuschnitte 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 A1) 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 Teilzu­ 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.

Weiterhin ist eine Sputterkatode bekannt (JP 1-147063 A) mit hinter dem Target angeordneten Magneten zur Erzeugung eines Magnetfelds, bei der in der Targetträgerplatte konzentrisch angeordnet magnetisch wirksame Zuschnitte eingelassen sind zur Beeinflussung des Magnetflusses. Die Magnete sind ohne zusätzliche Polschuhe direkt hinter der Targetträgerplatte angeordnet.

Ferner ist aus der DE 34 29 988 A1 eine Magnetronkatode bekannt, bei der ein wärmeleitender Metallkörper, bestehend aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff zwischen den Polen einer Magnetanordnung, zwischen Target und Kühlkanal eingebracht wird. Offenbart wird darüberhinaus die Verwendung von Permanentmagneten, die targetfern hinter dem Kühlkanal angeordnet werden und über Joche das Magnetfeld auf das Target konzentrieren.

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 schien 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 Spalte 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 sind, 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 erweiternd 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 möglich, 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 14 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.

Bezugszeichenliste

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)

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 herausgeschnitten sind, wobei die andere Lage (21) aus magnetisch nicht leitendem Material gebildet ist und sowohl die Spalte (a, a', . . .) zwischen den Zuschnit­ ten (9, 10, 11) überbrückt als auch die Zu­ schnitte (9, 10, 11) versteift.