DE2707144A1 - Cathode sputtering device with magnetic equipment - which can be displaced to move the area of sputtering over an extended surface by relative movement - Google Patents
Cathode sputtering device with magnetic equipment - which can be displaced to move the area of sputtering over an extended surface by relative movementInfo
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Abstract
Description
Kathodenzerstäubungsvorrichtung Sputtering device
Die Erfindung betrifft eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a cathode sputtering device according to the preamble of claim 1.
Kathodenzerstäubung ist weithin bekannt und benutzt, insbesondere für die Aufbringung von dünnen Filmen auf Unterlagen. Das Verfahren ist auch anwendbar auf das Abtragen von Material von Unterlagen, was auch als"Atzen" einer Oberfläche bezeichnet wird. Bei dem Verfahren wird Material von einer Kathodenfläche wegbefördert. Bei einem Abtragverfahren wandert das Material einfach an irgendeine geeignete Stelle, während bei einem Auftragverfahren das Material auf einer Unterlage niedergeschlagen wird. Beide Vorgänge finden über die Dampfphase statt.Cathodic sputtering is well known and used, in particular for applying thin films to substrates. The method is also applicable on the removal of material from substrates, also called "etching" a surface referred to as. In the process, material is carried away from a cathode surface. In the case of an ablation process, the material simply moves to any suitable place, while in an application process, the material is deposited on a base will. Both processes take place via the vapor phase.
Das Ausstoßen des Materials in die Dampfphase geschiehtdurch Bombardierungder Kathode (die auch manchmal als Target bezeichnet wird) mit Ionen ausreichender Energie. Die Targetoberfläche wird dabei abgebaut, hauptsächlich als Folge der Übertragung des Bewegungsimpulses von den auftreffenden Ionen auf die Kathodenoberfläche. Die ausgestoßenen Teilchen durchqueren den evakuierten Behälter und schlagen sich danach auf irgendeiner Oberfläche, z.B. einer Werkstücksoberfläche nieder, wo sie einen dünnen Film bilden.The material is ejected into the vapor phase by bombarding the Cathode (also sometimes called the target) with ions of sufficient energy. The target surface is degraded, mainly as a result of the transfer of the impulse of motion from the impacting ions to the Cathode surface. The ejected particles pass through the evacuated container and hit each other thereafter on any surface, e.g. a workpiece surface, where they form a thin film.
Das Zerstäubungsverfahren ist ausreichend beschrieben in US-PS 2 146 025 (Penning) und US-PS 3 282 816 (Kay). Zusätzlich sind drei jüngere Patente für die Erfindung von Interesse: US-PS 3 616 450 und 3 711 398 (Clarke) und US-PS 3 878 085 (Corbani). Die Physik der Zerstäubungstechnik wird im allgemeinen wohl verstanden und ist ausreichend beschrieben in den Patenten von Penning und Kay. Aus diesem Grund wird eine vollständige Beschreibung der grundlegenden Theorie und Arbeitsweise eines Zerstäubungsgeräts nicht für notwendig gehalten, um die Erfindung zu verstehen. Jedoch kann diesbezüglich auf die Patente von Penning und Kay verwiesen werden.The atomization process is well described in U.S. Patent 2,146 025 (Penning) and U.S. Patent 3,282,816 (Kay). In addition, there are three recent patents for the invention of interest: U.S. Patents 3,616,450 and 3,711,398 (Clarke) and U.S.P. 3 878 085 (Corbani). The physics of atomization is generally well understood and is well described in the Penning and Kay patents. For this Reason will be a full description of the basic theory and operation a nebulizer is not believed necessary to understand the invention. However, reference can be made to the Penning and Kay patents in this regard.
Wer sich näher für das erfindungsgemäße Gebiet interessiert, kann auch folgende Veröffentlichungen heranziehen: 1. W.Knauer and E.R. Stack, nAlternative Ion Pump Configurations Derived From a More Thorough Understanding of the Penning Dlscharge", Transactions of the Tenth National Vacuum 5 osium,1963, Seiten 180-184 2. James R. Mullaly, "A Crossed-Field Diæharge Device for HIgh Rate Sputterlng", RFP-131o, The Dow Chemical Company, November 13, 1969, U.S. Atomic Energy Commission Contract AT (29-1)-1106.Anyone who is more interested in the area according to the invention can also consult the following publications: 1. W. Knauer and E.R. Stack, nAlternative Ion Pump Configurations Derived From a More Thorough Understanding of the Penning Dlscharge ", Transactions of the Tenth National Vacuum 5 osium, 1963, pp. 180-184 2. James R. Mullaly, "A Crossed-Field Diæharge Device for High Rate Sputtering", RFP-131o, The Dow Chemical Company, Nov. 13, 1969, U.S. Atomic Energy Commission Contract AT (29-1) -1106.
Wegen Einzelheiten, die insbesondere für vorliegende Erfindung von Bedeutung sInd, wird auf US-PS 3 878 085 (Corbani) hingewiesen. Insbesondere ist dort die auch in vorliegender Erfindung benutzte Struktur des Magnetfelds und seiner Kraftlinien beschrieben, die geschlossene Tunnels nahe einer Fläche des Kathodenmaterials, das zerstäubt werden soll, bilden.For details particularly relevant to the present invention of Meaning, reference is made to U.S. Patent 3,878,085 (Corbani). In particular is there also in the present invention used structure of magnetic field and its lines of force, the closed tunnel near a surface of the Form cathode material to be sputtered.
Das Patent von Corbani löste eine Anzahl von Problemen beim Zerstäuben, insbesondere die wirksame Benutzung der Ionen durch Einfang derselben innerhalb eines Tunnels aus magnetischen Kraftlinien nahe der Oberfläche des zu zerstäubenden Materials.The Corbani patent solved a number of problems with atomization, particularly the efficient use of the ions by trapping them within a tunnel of magnetic lines of force close to the surface of what is to be atomized Materials.
Es ist auch sehr vorteilhaft, daß dieser Tunnel und der Prad, den er definiert, eine geschlossene Schleife bilden, die keinen Anfang und kein Ende hat. Diese Anordnung hat sich als sehr brauchbar erwiesen, ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß wegen der magnetischen Struktur und der zu zerstäubenden Oberfläche (Target), die zueinander feststehend angeordnet sind, die Länge der Wartungsintervalle, innerhalb deren die Kathodenfläche ausgetauscht werden musste, verkürzt werden musste, weil bei jeder gegebenen Dicke der Platte ihre Lebensdauer durch die Dicke amnPfad" der Ionen bestimmt ist. Dies hat einige Nachteile, wovon einer der ist, daß es nötig ist, die Anlage häufiger stillzusetzen, um das Target auszuwechseln. Ein anderer Nachteil besteht in dem Erfordernis der Wiederaufbereitung des Ka2Ddenmaterials, insbesondere wenn dies teures Material, z.B. Gold ist.It is also very advantageous that this tunnel and the Prad den He defines a closed loop that has no beginning and no end Has. This arrangement has been found to be very useful, but has the disadvantage afflicted that because of the magnetic structure and the surface to be atomized (Target), which are fixed to one another, the length of the maintenance intervals, within which the cathode area had to be replaced, had to be shortened, because for any given thickness of the plate its service life is determined by the thickness amnPfad " of ions is determined. This has several disadvantages, one of which is that it is necessary is to shut down the system more frequently in order to change the target. Another The disadvantage is the need to reprocess the Ka2Dden material, especially if this is an expensive material, e.g. gold.
Bei der bekannten Anordnung mit magnetischen Kraftlinien zum Einfang der Ionen verbleibt ein ziemlicher Bereich des Materials unzerstäubt, das anschließend wieder aufbereitet werden muß.In the known arrangement with magnetic lines of force for trapping of the ions, quite a portion of the material remains un-atomized, which subsequently must be reprocessed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bereich auszudehnen, der der Zerstäubung tatsächlich unterworfen ist, so daß die Oberfläche des Targets in einem größeren Bereich abgetragen wird und die Lebensdauer eines Targets gegebener Dicke verlängert sowie die Menge des wieder aufzubereitenden Materials verringert wird. Dabei soll die Zerstäubung auch auf eine große Fläche anwendbar sein und gegebenenfalls in einem kontinuierlichen Verfahren durchführbar sein, gleichgültig ob es sich um ein Abtrag- oder Auftragverfahren handelt.The invention is based on the object of expanding the range which is actually subject to sputtering, so that the surface of the target is removed in a larger area and the service life of a target is given Thickness is increased and the amount of material to be recycled is reduced will. The atomization should also be applicable to a large area and if necessary be feasible in a continuous process, whether it is a removal or application process is involved.
Die Erfindung bedient sich eines Kathodenzerstäubungsgeräts der Art, das einen evakuierbaren Behälter hat, innerhalb dessen eine zu zerstäubende Fläche des Kathodenmaterials angeordnet ist.The invention makes use of a sputtering device of the type which has an evacuable container, within which a surface to be atomized of the cathode material is arranged.
Eine Magneteinrichtung ist nahe der Kathode an einer Seite derselben gelegen, die entgegengesetzt zur Fläche aus zu zerstäubenden Material liegt. Die Magneteinrichtung stellt die Kraftlinien zur Verfügung. Wenigstens einige dieser Kraftlinien treten in die zu zerstäubende Fläche ein und im Abstand davon wieder daraus heraus, wobei sie in kontinuierlich gekrümmten Segmenten verlaufen, die zwischen den Schnittstellen der Kraftlinien mit der zu zerstäubenden Oberfläche liegen, jedoch einen Abstand von dieser Oberfläche einhalten. Die zu zerstäubende Fläche bildet zusammen mit den Kraftlinien die Begrenzung eines geschlossellen Bereichs, wodurch ein tunnelähnlicher Bereich geschaffen wird, innerhalb dessen geladene Teilchen die Neigung haben, zu verbleiben,und und entlang dem sie sich in der Nähe eirles Pf:'des" auf der Kathodenfläche zu bewegen trachten, der durch die Schnittpunkte der Kraftlinien mit der Fläche begrenzt ist.A magnetic device is near the cathode on one side thereof located opposite to the surface of the material to be atomized. the Magnetic device provides the lines of force. At least some of these Lines of force enter the surface to be atomized and again at a distance from it out of them, running in continuously curved segments that lie between the interfaces of the lines of force with the surface to be atomized, however keep a distance from this surface. The surface to be atomized forms together with the lines of force the delimitation of a closed area, whereby a tunnel-like area is created, within which charged particles have a tendency to remain, and and along which they are near eirles Pf: endeavor to move 'the' on the cathode surface that passes through the points of intersection the lines of force with the surface is limited.
Eine Anode ist in der Nähe der Kathode angeordnet und Leitungsverbindungen sind zwischen Kathode bzw. Anode und einer elektrischen Spannungsquelle vorgesehen. Gemäß der Erfindung wird an einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art eine Einrichtunvorgesehen, mittels der die Kathode und das magnetische Feld eine relative Bewegung zueinander ausführen können, wobei die Nähe des Tunnels aus Kraftlinien zur zu zerstäubenden Oberfläche aufrechterhalten wird und der "Pfad" für die Ionen so bewegt wird, daß er über einen Bereich der zu zerstäubenden Oberfläche hinweggeht, der größer ist, als der vom Tunnel selbst bedeckte Bereich.An anode is arranged near the cathode and lead connections are provided between the cathode or anode and an electrical voltage source. According to the invention, a device of the type described above Device provided by means of which the cathode and the magnetic field have a relative Movement to each other can perform, the proximity of the tunnel from lines of force to the surface to be atomized and the "path" for the ions is moved so that it passes over an area of the surface to be atomized, which is larger than the area covered by the tunnel itself.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Magneteinrichtung relativ zu einem feststehenden Target bewegt werden.According to a further feature of the invention, the magnetic device be moved relative to a stationary target.
Es ist Jedoch auch möglich, daß das Target relativ zu einer feststehenden Magneteinrichtung bewegt wird.However, it is also possible that the target is fixed relative to a Magnet device is moved.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Bewegung des Felds besteht in der Beeinflußung der das Feld erzeugenden Mittel.There is another advantageous possibility of moving the field in influencing the means producing the field.
Erfindungsgemäß kann die Kathode entweder als Quelle für das auf ein Substrat niederzuschlagendes Material oder als zu "ätzendes" Werkstück ausgebildet sein, von dem Material durch Zerstäuben abgetragen wird.According to the invention, the cathode can either be used as a source for the on Substrate to be deposited material or formed as a workpiece to be "etched" from which material is removed by sputtering.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Bewegungseinrichtung zur Relativbewegung zwischen Kathode und Magneteinrichtung letztere über verschiedene Kathoden uSswrschiedlichen Materials hinwegführen.According to a further advantageous embodiment of the invention, can the movement device for the relative movement between the cathode and the magnet device guide the latter over different cathodes made of different materials.
In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt und in schematischei Darstellung, eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung Fig. 2 eine Ansicht gemäß der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise schematisch, zur Veranschaulichung der Wirkungsweise eines Teils der Vorrichtung der Fig. 1, Fig. 4 eine Teilansicht nach der Linie 4-4 der Fig. 5, Fig. 5 eine Draufsicht ähnlich der Fig. 4 zur Darstellung bestimmter sich aus der Erfindung ergebender Folgen, Fig. 6 und 7 Schnitte durch Teile von Zerstäubungsvorrichtungen zur Veranschaulichung einer verbesserten Ausführung der Erfindung, Fig. 8 einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die einem bestimmten Anwendungsfall angepasst ist, Fig. 9 eine Teilansicht gemäß der Linie 9-9 der Fig. 8 Fig.lo einen Teilschnitt durch einen anderen Anwendungsfall der Erfindung, Fig.11 eine Teilansicht nach der Linie 11-11 der Fig. lo, Fig.12 einen Teilschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig.13 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Bewegungseinrichtung nach der Erfindung, FIg.14 und 15 ein Schnitt, bzw. eine Draufsicht, teilweise schematisch, auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig.16 und 17 eine besondere Art der Steuerung des Bewegungsablaufs, Fig.18 und 19 einen Schnitt bzw. eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig.2o eine Draufsicht auf eine Abwandlung der Einrichtung gemäß den Fig. 18 und 19, FIg.21 ein schematisches Schaltdiagramm für die Leistungssteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig.22 bis 25 Teilansichten, teilweise schematisch, von weiteren Ausführungsformen der Magneteinrichtung, Fig.26 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig.27 eine Ansicht gemäß der Linie 27-27 der Fig. 26, Fig.28 eine schematische Ansicht der durch die Ausführungsbeispiele der Fig. 26 bis 30 erzeugten Feldverschiebung, Fig.29 eine Draufsicht auf einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig.3o einen Schnitt nach der Linie 3o-3o der Fig. 29, Fig.31 eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig.32 ein weiteres Beispiel für die Beweglichkeit der Magneteinrichtung.In the following description are exemplary embodiments of the invention explained with reference to the drawings. 1 shows a partial side view in section and in schematic representation, of a first embodiment of the Invention FIG. 2 shows a view along line 2-2 of FIG. 1, FIG. 3 shows a side view, partly schematically, to illustrate the operation of part of the device 1, FIG. 4 shows a partial view along the line 4-4 in FIG. 5, FIG. 5 shows a plan view similar to FIG. 4 to illustrate certain resulting from the invention Follow, FIGS. 6 and 7, sections through parts of atomizing devices for illustration an improved embodiment of the invention, FIG. 8 shows a section through a device according to the invention, which is adapted to a particular application, Fig. 9 a Partial view along the line 9-9 of FIG. 8 Fig.lo shows a partial section through a Another application of the invention, FIG. 11 a partial view along the line 11-11 Fig. Lo, Fig.12 a partial section through another embodiment of the Invention, Figure 13 is a plan view of a further embodiment for one Movement device according to the invention, Figs. 14 and 15 a section or a plan view, partially schematically, to a further embodiment of the invention, Fig.16 and 17 a special type of control of the sequence of movements, FIGS. 18 and 19 a Section or a perspective view of a further embodiment of FIG Invention, Fig.2o a plan view of a modification of the device according to the 18 and 19, FIG. 21 a schematic circuit diagram for the power control of the device according to the invention, FIGS. 22 to 25 partial views, partly schematically, of further embodiments of the magnetic device, Figure 26 is a schematic sectional view of a further embodiment of the invention, FIG. 27 a view according to FIG Line 27-27 of FIG. 26, FIG. 28 a schematic view of the through the exemplary embodiments 26 to 30 generated field shift, Fig. 29 is a plan view of a Part of a further embodiment of the invention, Fig.3o shows a section the line 3o-3o of FIG. 29, FIG. 31 shows a partial view of a further exemplary embodiment of the invention, Fig.32 another example of the mobility of the magnetic device.
Gemäß Fig. 1 besteht eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung 30 aus einer Anordnung, die grundsätzlich ähnlich der ist, die im oben erwähnten US-PS 3 878 085 (Corbani) beschrieben ist.According to FIG. 1, a cathode sputtering device 30 consists of a An arrangement basically similar to that described in U.S. Patent 3,878, cited above 085 (Corbani).
Aus diesem Grund wird in vorliegender Beschreibung eine erschöpfende Darstellung aller Einzelheiten nicht gegeben.For this reason, this description is made exhaustive Presentation of all details not given.
Das System ist dazu bestimmt, innerhalb eines evakuierbaren Behälters eine Kathodenzerstäubung vorzunehmen, wobei der Behälter eine geschlossene Kammer sein kann, die durch ein Pumpsystem 32 unter einem geeignetem Vakuum gehalten wird, wobei die Einzelheiten des Pumpsystems ohne Bedeutung für die Erfindung sind. Es genügt zu sagen, daß dieselben Bedingunçn, die sich gemäß dem Corbani Patent als wirksam erwiesen haben, in einem System gemäß vorliegender Anmeldung ebenfalls benutzt werden können. Ein vollkommenes Vakuum wird üblicherweise beim Zerstäuben nicht benutzt. Gas wird immer vorhanden sein.The system is designed to work inside an evacuable container to undertake cathodic sputtering, the container being a closed chamber which is kept under a suitable vacuum by a pumping system 32, the details of the pumping system being of no importance to the invention. It Suffice it to say that the same conditions that are found in the Corbani patent as have proven effective, also used in a system according to the present application can be. A perfect vacuum is usually not obtained with atomization used. Gas will always be there.
Der Ausdruck evakuiert bedeutet deshalb nicht notwendigerweise, das ein vollkommenes Vakuum hergestellt werden muß. Ein Isolierring 35 ist mit Dichtungen 36 und 37 an seiner Ober- und Unterfläche versehen, so daß er zwischen der Wand 34 und einem Flansch 38 einer Abdeckung 39, die sich quer zu einer bffnung 33 in der Wand 34 des Behälters 31 erstreckt, eine Dichtung herstellt.The term evacuated therefore does not necessarily mean that a perfect vacuum must be established. An insulating ring 35 is provided with seals 36 and 37 provided on its upper and lower surface so that it is between the wall 34 and a flange 38 of a cover 39 extending across an opening 33 in the wall 34 of the container 31 extends, creates a seal.
An der Abdeckung 39 befindet sich eine zurückgesetzte Tragplatte 40, die mit dem Flansch mittels einer zur Einhaltung des Abstand dienenden Wand 41 verbunden ist. Die Abdeckung 39 stellt ein für Strömungsmittel undurchlässiges Bauteil dar, das zusammen mit dem Isolierring 35 die Cffnung 34 abschließt. In der Tragplatte 40 sind Kühlkanäle 42 ausgebildet. Ein Kühlmittel wird zwangsweise durch diese Kuhlkanäle geleitet, um die Tragplatte 40 auf einer geeigneten Temperatur zu halten. Die Tragplatte 40 hat eine innere Oberfläche 43 innerhalb des Behälters 31 und trägt ein Target oder eine Platte, die als Kathode 44 dient.On the cover 39 there is a recessed support plate 40, which are connected to the flange by means of a wall 41 serving to maintain the distance is. The cover 39 represents a component that is impermeable to fluid, which, together with the insulating ring 35, closes the opening 34. In the support plate 40 cooling channels 42 are formed. A coolant is forced through these cooling channels conducted to keep the support plate 40 at a suitable temperature. The support plate 40 has an inner surface 43 within the container 31 and carries a target or a plate that serves as a cathode 44.
Sie kann durch irgendwelche geeigneten Mittel daran angeklemmt oder sonstwie angebracht sein, so daß siesich in dicht anliegender Oberflächenberührung mit der inneren Oberfläche 43 befindet.It can be clamped to it or by any suitable means otherwise attached so that they are in tight surface contact with the inner surface 43 is located.
Die Kathode 44 hat eine zu zerstäubende Fläche 45. Der Zweck der Tragplatte 40 besteht darin, der Abdeckung 39 eine ausreichende Steifigkeit zu verleihen, so daß sie dem Differenzdruck zwischen der außen herrschende Atmosphäre und dem innen herrschenden Vakuum wiedersteht. Die Tragplatte 40 hat auch eine äußere Oberfläche 47, die zur Oberfläche 43 parallel und eben ist, womit sie auch parallel zur zu zerstäubenden Fläche 45 ist.The cathode 44 has a surface 45 to be sputtered. The purpose of the support plate 40 is to give the cover 39 sufficient rigidity, so that it is the differential pressure between the atmosphere prevailing outside and the atmosphere inside ruling Vacuum resists. The support plate 40 also has one outer surface 47, which is parallel and flat to surface 43, with which it is also is parallel to the surface 45 to be atomized.
Eine Magneteinrichtung 50 stützt sich auf der äußeren Oberfläche 47 mit Flächenberührung ab. Sie besteht praktischerweise aus einem magnetischen Aufbau mit einer den magnetischem Rückschluß herstellenden Rückplatte 51 aus magnetischen Material, z.B.A magnetic device 50 is supported on the outer surface 47 with surface contact. It practically consists of a magnetic structure with a magnetic back plate 51 made of magnetic Material, e.g.
Eisen, einem inneren Magneten 52 und einem äußeren Magneten 5.Iron, an inner magnet 52 and an outer magnet 5.
Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, sind die Polaritäten der Magnete 52 und 53 einander entgegengesetzt, so daß an dem der Kathode nächstliegenden Ende der innere Magnet ein Nordpcl und der äußere Magnet einen Südpol hat. Dies könnte natürlich auch umgekehrt sein. Die Rückplatte schließt den magnetischen Kreis und es werden zwischen den Magneten 52 und 53 Kraftlinien 55 erzeugt, die in den Zeichnungen schematisch angedeutet sind.As best seen in Figure 3, these are the polarities of the magnets 52 and 53 opposed to each other, so that at the end closest to the cathode the inner magnet has a north pc and the outer magnet has a south pole. this could of course also be the other way around. The back plate closes the magnetic circuit and lines of force 55 are generated between the magnets 52 and 53, which are shown in the drawings are indicated schematically.
Wie bereits im Corbani Patent beschrieben wurde, vedauren diese Kraftlinien bogenförmig und erstrecken sich beispielsweise zwischen Schnittpunkten 56, 57, 58, 59 mit der zu zerstäubenden Oberfläche, wodurch Bereiche 60, 61 gebildet werden, die durch die Kraftlinien und die zu zerstäubende Fläche 45 der Kathode eingeschlossen sind. Diese Bereiche bilden zusammen einen Tunnelbereich, dessen Verlauf aus den Fig. 2, 4 und 5 ersichtlich ist. Eine Grenzfläche des Bereichs befindet sich an der Kathode zwischen den Schnittpunkten der Kraftlinien mit dieser, wobei diese Stelle gelegentlich als "Pfad bezeichnet wird. Er ist im allgemeinen oval bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung.As described in the Corbani patent, these lines of force are vedaurant arcuate and extend, for example, between intersection points 56, 57, 58, 59 with the surface to be atomized, whereby areas 60, 61 are formed, enclosed by the lines of force and the surface 45 of the cathode to be sputtered are. These areas together form a tunnel area, the course of which is made up of the Fig. 2, 4 and 5 can be seen. A boundary of the area is on the cathode between the points of intersection of the lines of force with this, being this Place is sometimes referred to as a "path. It is generally oval on this one." Embodiment of the invention.
Der Tunnel ist eine geschlossene Schleife ohne Anfang und Ende und liegt benachbart zur zu zerstäubenden Fläche. In ihm werden die geladenen Teilchen gefangen gehalten, was mit der Wirkungsweise übereinstimmt, die im Corbani Patent ausführlich erläutert ist. Andere Formen eines Pfades als die dargestellte sind ebenso brauchbar.The tunnel is a closed loop with no beginning and no end and is adjacent to the surface to be atomized. In it are the charged particles held captive, which is consistent with the mode of action described in the Corbani patent is explained in detail. Forms of a path other than those shown are just as useful.
Der innere Magnet kann zweckmäßigerweise eine längliche Gestalt annehmen, wobei dies allerding nicht notwendig ist. Der äußere Magnet nimmt eine längliche Gestalt an und ist praktischerweise als Sechseck ausgebildet, obwohl, je nach dem Aufwand, der annehmbar ist, die Magnete auch in kontinuierlicherer Form oder in anderer Gestalt ausgebildet sein können. In jedem Fall wird ein Pfad 62 hergestellt, der in sich selbst geschlossen ist und einen Bereich der Kathodenfläche bedeckt.The inner magnet can expediently have an elongated shape accept, although this is not necessary. The outer magnet takes an elongated one Shape and is conveniently designed as a hexagon, though, depending on the one Effort that is acceptable, the magnets also in more continuous form or in other shape can be formed. In each case a path 62 is established, which is self-contained and covers an area of the cathode surface.
Wenn man die Magneteinrichtung und die Kathode relativ zueinander feststehen läßt, wie dies im bekannten Stand der Technik der Fall ist, muß die Kathode dann ausgewechselt werden, wenn die Abtragung soweit forteschritten ist, daß das zu zerstäubende Material an der Stelle, an der sich der Pfad für die Ionen befindet, nicht mehr ausreicht. Bei vorliegender Erfindung dagegen ist eine Bewegungseinrichtung 65 vorgesehen, die das magnetische Feld relativ zur Kathode bewegt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird die Magneteinrichtung bewegt, wobei die Kathode feststeht. NatUrlich ist es dagegen auch möglich, die Kathode zu bewegen oder auch Kathode und Magneteinrichtung zu bewegen.If you have the magnetic device and the cathode relative to each other can be established, as is the case in the known prior art, the cathode must be replaced when the removal has progressed so far that the material to be atomized at the point where the path for the ions is, is no longer sufficient. In the present invention, on the other hand, there is a movement device 65 is provided, which moves the magnetic field relative to the cathode. In the exemplary embodiment 1, the magnetic device is moved with the cathode stationary. Naturally on the other hand, it is also possible to move the cathode or the cathode and magnetic device to move.
In ihrer einfachsten Form besteht diese Bewegungseinrichtung aus einem Kabel 66, das um zwei Rollen 67, 68 läuft. Das Kabel ist an die Magneteinrichtung mittels einer Klammer 69 angehängt, so daß sie sich vor und zurückbewegen kann, so etwa, wie ein Bügeleisen über eine Oberfläche laufen würde, womit der durch die Magentlinien den Ionen vorgezeichnete Pfad über die Kathodenoberfläche weg vor - und zurückbewegt wird. Die Folge hiervon ist in Fig. 5 zu sehen, wo der schraffierte Bereich 69a den Bereich wiedergibt, der durch die Bewegung der Magneteinrichtung tatsächlich überstrichen wird. Es ergibt sich hieraus, daß innerhalb einer bestimmten Zeit ebenso viel Material abgetragen wird, wie dies bei einer feststehenden Magneteinrichtung der Fall wäre, daß jedoch die Tiefe der Abtragung geringer ausfällt, da sich die Abtragung über die insgesamt von der Magneteinrichtung über strichene Fläche verteilt. Dies erweitert den Wartungszeitraum für die Anlage, innerhalb dessen die Kathode ausgetauscht werden muß. Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt auch eine bessere Abtragung des Materials von ausgedehnten Oberflächen, wobei für den Fall, daß es sich um eine materialliefernde Kathode handelt, die Wiederaufbereitung weniger kostspielig ist, im Falle eines Werkstücks als Kathode eine gleichmäßigere oder nach Wunsch verlaufende Abtragung über diese große Fläche möglich ist.In its simplest form, this movement device consists of one Cable 66 which runs around two rollers 67,68. The cable is attached to the magnet device attached by means of a bracket 69 so that it can move back and forth, kind of like running an iron over a surface, which puts it through the Magnetic lines in front of the ions pre-drawn path over the cathode surface - and is moved back. The consequence of this can be seen in FIG. 5, where the hatched Area 69a represents the area which is caused by the movement of the magnetic device is actually painted over. It follows from this that within a certain Time as much material is removed as is the case with a fixed magnetic device the case would be that, however, the depth of the removal turns out to be less, since the Removal distributed over the total area swept over by the magnetic device. This extends the maintenance period for the system, within which the cathode be replaced got to. The arrangement according to the invention results also better removal of material from extensive surfaces, whereby for in the event that it is a material-supplying cathode, reprocessing is less expensive, in the case of a workpiece as a cathode, a more uniform one or, if desired, erosion over this large area is possible.
Es ergibt sich aus dem Ubrhergehenden, daß es gleichgültig ist, ob die Magneteinrichtung bewegt und die Kathode stillgehalten wird oder ob sich die Kathode bewegt und die Magneteinrichtung stillgehalten wird oder ob beide gleichzeitig bewegt werden.It follows from the foregoing that it makes no difference whether the magnetic device is moved and the cathode is held still or whether the Cathode is moved and the magnetic device is held still or whether both at the same time be moved.
Es wird weiter unten noch gezeigt, daß das magnetische Feld selbst auch dadurch bewegt werden kann, daß die magnetischen Mittel beeinflußt werden, mittels derer das Feld erzeugt wird, ohne daß diese Mittel selbst körperlich bewegt werden müßen.It will be shown below that the magnetic field itself can also be moved by influencing the magnetic means, by means of which the field is generated without physically moving these means themselves Need to become.
Dies alles sind Beispiele einer relativen Bewegung" zwischen der zu zerstäubenden Fläche und dem Magnetfeld. Wesentlich ist, daß die Nachbarschaft des magnetischen Felds mit der Kathode während der Bewegung des Felds erhalten bleibt.These are all examples of "relative movement" between the to atomizing surface and the magnetic field. It is essential that the neighborhood of the magnetic field with the cathode is maintained during the movement of the field.
Leitungen 70, 71 rühren ein negatives bzw. positives Potential der Anode bzw. Kathode zu. Im gezeigten Beispiel sind die Abdeckung und damit die Tragplatte und das Target die Kathode, während die Behälterwand die Anode ist. Sollte es erwünscht sein, ein Substrat 72 mittels der Einrichtung gemäß Fig. 1 zu beschichten, so kann ein solches Substrat innerhalb des Behälters dort angebracht werden, wo von der zerstäubten Oberfläche abgetragenes Material auftrifft.Lines 70, 71 stir a negative or positive potential of the Anode or cathode closed. In the example shown, the cover and thus the support plate and the target is the cathode, while the container wall is the anode. Should be desired be to coat a substrate 72 by means of the device according to FIG. 1, so can such a substrate can be attached within the container where from the material removed from the atomized surface.
Die Bauform der Magneteinrichtung in Fig. 1 ist geeignet, wenn sich der Magnet in der Atmosphäre befindet. Die Anordnung kann jedoch auch innerhalb eines evakuierten Behälters verwendet werden, doch tritt unter solchen Umständen gelegentlich ein unerwünschtes Glimmen an verschiedenen Stellen auf. Dieser Zustand bzw.The design of the magnetic device in Fig. 1 is suitable when the magnet is in the atmosphere. However, the arrangement can also be within an evacuated container can be used, however, occurs under such circumstances occasionally an undesirable one Glimmer in different places on. This state or
seine Behebung sind in den Fig. 6 bzw. 7 dargestellt. In Fig. 6 ist eine Magneteinrichtung 75 im Schnitt gezeigt. Diese E-förmige Ausbildung wird dazu benutzt, einen geschlossenen Bereich, wie er in Fig. 2 gezeigt wurde, herzustellen. Das bedeutet, daß ein innerer Magnet und ein äußerer Magnet die geschlossene Schleife bewirken, wenn auch die besondere Form der hierdurch vorgegebenen Pfades unterschiedlich sein mag. Die magnetische Einrichtung ist in Fig. 6 in Nachbarschaft zu einer Kathode 76 gezeigt, die eine zu zerstäubende Fläche 77 aufweist. Wenn dieses gesamte Bauteil innerhalb eines evakuierbaren Behälters 78 gebracht wird, der durch eine Vakuumpumpe 79 auf einem niederen Druck gehalten wird, tritt zusätzlich zur gewünschten Glimmentladung an den durch X und Bezugszeichen 80, 81 bezeichneten Stellen auch eine Glimmentladung an den Schenkeln der Magnete auf, wie dies durch weitere X angedeutet ist, was weniger wünschenswert ist. Dies tritt zwar nicht immer auf, jedoch besteht eine Möelichkeit hierzu. Die Erscheinung kann durch eine Bauform gemäß Fig. 7 vermieden werden, bei der eine Magneteinrichtung 85 der gleichen Art wie die Magneteinrichtung 75 in Nachbarschaft zu einer Kathode 86 mit einer zu zerstäubenden Fläche 87 gezeigt ist. Die Magneteinrichtung 85 ist innerhalb eines durch eine Vakuumpumpe 89 evakuierbaren Behälters 88 angeordnet. In diesem Falle befinden sich jedoch Schutzplatten 9o in inniger Flächenberührung mit dem äußeren Magneten. Die Schutzplatten bestehen aus nicht magnetischem Metall, z.B. aus Aluminium. Eine entsprechende Schutzfüllung 91 füllt den Bereich zwischen dem inneren und dem äußeren Magneten vollständig aus. Diese Ausbildung schließt die Möglichkeit einer Glimmentladung an irgendeiner Stelle, ausgenommen den erwünschten Glimmentladungsstellen 92 und 93 aus (die den Glimmentladungsstelle.its elimination is shown in FIGS. 6 and 7, respectively. In Fig. 6 is a magnetic device 75 shown in section. This E-shaped training becomes so used to produce a closed area as shown in FIG. This means that an inner magnet and an outer magnet make the closed loop effect, even if the particular shape of the path given hereby differs may be. The magnetic device is in the vicinity of a cathode in FIG 76, which has a surface 77 to be atomized. If this entire component is placed inside an evacuable container 78 which is driven by a vacuum pump 79 is kept at a low pressure, occurs in addition to the desired glow discharge there is also a glow discharge at the points indicated by X and reference numerals 80, 81 on the legs of the magnets, as indicated by another X, which is less is desirable. While this does not always occur, there is a possibility For this. The phenomenon can be avoided by a design according to FIG the one magnet device 85 of the same type as the magnet device 75 in the vicinity to a cathode 86 with a surface 87 to be sputtered. The magnetic device 85 is arranged within a container 88 which can be evacuated by a vacuum pump 89. In this case, however, there are protective plates 9o in intimate surface contact with the outer magnet. The protective plates are made of non-magnetic metal, e.g. made of aluminum. A corresponding protective filling 91 fills the area between the inner and outer magnets completely. This training concludes the possibility of a glow discharge at any point except the desired one Glow discharge points 92 and 93 (which represent the glow discharge point.
80, 81 der Fig. 6 entsprechen). Aus diesem Grund ist es für den Fall, daß die gesamte Magnetbaueinheit innerhalb des evakuierbaren Behälters statt außerhalb davon untergebracht werden soll, zweckmäßig, jedoch nicht unbedingt notwendig, diese die Glimmentladung an unerwünschten Stellen ausschließenden Schutzmittel vorzusehen.80, 81 correspond to FIG. 6). For this reason it is in case that the entire magnet assembly is inside the evacuable container instead of outside of which should be accommodated, expediently, but not absolutely necessary, this the glow discharge protective means excluding at undesired places to be provided.
Der Vorteil der Unterbringung der Magneteinrichtung innerhalb des Behälters statt außerhalb davon besteht darin, daß eine dünnere Kathodenbauform möglich ist, weil keine Notwendigkeit für die Kathode besteht, einem Differenzdftck wiederstehen zu müssen.The advantage of housing the magnetic device within the Container instead of outside of it is that a thinner cathode design is possible because there is no need for the cathode, a differential pressure to have to resist.
Eine Tragplatte kann dann ganz wegfallen und der Magnet kann direkt auf das Kathodenmaterial selbst einwirken, was ein Vorteil im Hinblick auf die Sicherung der bestmöglichen magnetischen Feldstärke ist.A support plate can then be omitted entirely and the magnet can be used directly act on the cathode material itself, which is an advantage in terms of fuse protection the best possible magnetic field strength.
Die Fig. 8 und 9 lassen erkennen, daß das System zusätzlich zu seiner Brauchbarkeit für Beschichtungen mit zerstäubtem Material auch zum Abtragen von Oberflächen durch Zerstäuben desselben geeignet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Magneteinrichtung 95 von der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet, die sich entlang einer tragenden Fläche 96 aus nicht magnetischem Material bewegt, das vorzugsweise ein solches Material ist, das nicht zerstäubt wird. Die Magneteinrichtung kann sich auf oder über der Fläche 96 befinden. Zu ätzende Werkstücke 97 sind an der tragenden Fläche angebracht. Jedes Werkstück enthält eine nicht magnetische Unterlage 98, eine zu zerstäubende Schicht 99 und eine Maske loo aus nicht zerstäubbarem (vorzugsweise isolierendem) Material mit einem darin eingeschnittenen Muster, z.B. einem Loch lol (sehe Fig. 9).8 and 9 show that the system, in addition to its Useful for coatings with atomized material also for the removal of Surfaces by atomizing the same is suitable. In this embodiment a magnetic device 95 of the type shown in FIG moved along a supporting surface 96 of non-magnetic material, preferably is such a material that is not atomized. The magnetic device can are on or above surface 96. Workpieces 97 to be etched are on the load-bearing Surface attached. Each workpiece contains a non-magnetic pad 98, a layer 99 to be sputtered and a mask 100 of non-sputterable (preferably insulating) material with a pattern cut into it, e.g. a hole lol (see Fig. 9).
Das Werkstück 97a wurde in der Darstellung der Fig. 8 durch Zerstäuben bereits behandtt, da die Magneteinrichtung schon darüber weggegangen ist. Die Werkstücke 97b und 97c werden alsbald bearbeitet. Wie in Fig. 8 zu sehen ist, hat das Werkstück 97a bereits ein Loch 102 in seiner Schicht 99, das durch Abtragen zustandegekommen ist, während die Magneteinrichtung über diesen Bereich hinwegging, so daß das nicht von der Maske bedeckte Material der Schicht 99 zerstäubt wurde. Die Werkstücke 97b und 97c werden dieser Behandlung ebenfalls noch unterzqDen werden.The workpiece 97a was in the representation of FIG. 8 by sputtering already dealt with because the magnet device has already gone over it. The work pieces 97b and 97c will be processed as soon as possible. As can be seen in Fig. 8, the workpiece has 97a already has a hole 102 in its layer 99, which was created by ablation is while the magnet device passed over this area, so that is not layer 99 material covered by the mask was sputtered. The workpieces 97b and 97c will also be subjected to this treatment.
Die Fig. lo und 11 zeigen, daß ein und dasselbe Werkstück sowohl geätzt als auch wieder beschichtet werden kann. Ein Band 105 aus zerstäubbarem Material wird von einer Spule 1o6 ab-und auf eine Spule 107 aufgespult. Während es an einer MagneteinrlchtWg 108 vorbeiläuft, wird eine Bahn 109 durch Zerstäuben eingeätzt (siehe Fig. 11). Das Band läuft darauf auch noch an einer Zerstäubereinrichtung 11o vorbei, zu der eine Kathode 111 und eine Magneteinrichtung 112 gehören und die abgetragenes Material durch ein Loch 113 in einer Maske 114 schleudert, damit es entlang einer Bahn 115 auf dem Substrat niedergeschlagen wird.FIGS. Lo and 11 show that one and the same workpiece is both etched as well as can be coated again. One volume 105 made of atomizable Material is unwound from a reel 1o6 and wound onto a reel 107. While it passes a magnetic device 108, becomes a web 109 by sputtering etched in (see Fig. 11). The belt then also runs on an atomizer device 11o past, to which a cathode 111 and a magnetic device 112 belong and the removed material throws through a hole 113 in a mask 114 so that it is deposited along a path 115 on the substrate.
Es versteht sich, daß die Arbeitsgänge der Fig. 8 bis 11 in einem evekuierbaen Behälter ablaufen und daß die verschiedenen Bauteile mit geeignetem elektrischen Potential versorgt werden, um die beabsichtigte Wirkung auszuüben. Die Fig. lo und 11 lassen erkennen, daß die beiden grundsätzlichen Wirkungen des Zerstäubens in dem gleichen Behälter erzeugt werden können.It will be understood that the operations of FIGS. 8-11 in one Evekuierbaen container drain and that the various components with suitable electrical potential are supplied to exert the intended effect. FIGS. Lo and 11 show that the two basic effects of the Atomization can be generated in the same container.
Die Fig. 12 zeigt eine praktische Anordnung zur Halterung der Magneteinrichtung 120 innerhalb einer Kühlkammer 121, in die ein Kühlmittel durch einen Einlaß 122 eintritt und aus der es durch einen Auslaß 123 wieder austritt. Die Kühlkammer befindet sich neben der Tragplatte 124. Eine Kathode 125 mit einer zu zerstäubenden Fläche 126 liegt parallel zur oberen Fläche 127 der Tragplatte 124. Man kann sich eine Vielzahl von Bewegungseinrichtungen zur Bewegung der Magneteinrichtung vorstellen, eine eifache Form besteht jedoch in einem äußeren Magneten 128, dessen Kraft ausreicht, um die Magneteinrichtung 120 mitzuziehen.Fig. 12 shows a practical arrangement for holding the magnetic device 120 within a cooling chamber 121, into which a coolant through an inlet 122 enters and from which it exits again through an outlet 123. The cooling chamber is located is next to the support plate 124. A cathode 125 with a surface to be sputtered 126 is parallel to the upper surface 127 of the support plate 124. You can have a Introduce a variety of moving devices for moving the magnet device, a simple form, however, consists of an external magnet 128, the force of which is sufficient to pull the magnet device 120 along.
Die Fig. 13 zeigt eine Magneteinrichtung 130 auf einem normalen Kreuzschlitten, wie er oft In Bohr- oder Fräsmaschinen vorkommt.13 shows a magnetic device 130 on a normal compound slide, as it often occurs in drilling or milling machines.
Die Tragschiene 132 trägt einen Block 133 zur Bewegung innerhalb der Zeichenebene der Fig. 13. Quer dazu liegen die Führungen 134 und tragen einen Block 135 für die dazu senkrechte Bewegung in der gleichen Ebene. Eine Spindel 136 wird durch einen umsteuerbaren Motor 137 zwecks Bewegung des Blocks 133 angetrieben, während eine Spindel 138 durch einen Motor 139 zwecks Bewegung des Blocks 135 angetrieben wird. Die daran anschließende Kathode ist nicht mit dargestellt, wird jedoch so angeordnet, wie dies bei den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben Ist.The support rail 132 carries a block 133 for movement within the The plane of the drawing of FIG. 13. The guides 134 lie transversely thereto and carry a block 135 for the perpendicular movement in the same plane. A spindle 136 is driven by a reversible motor 137 to move the block 133, during a Spindle 138 by a motor 139 for movement of block 135 is driven. The adjoining cathode is not shown, however, is arranged as described in the other exemplary embodiments Is.
Die Fig. 14 und 15 zeigen, daß das Zerstäuben licht auf einer ebenen Fläche stattfinden muß, sondern auch auf Flächen irgendwelcher Gestalt möglich ist. Z.B. ist es sehr nützlich, wenn die Richtung der Aussendung des zerstäubten Materials von Zeit zu Zeit geändert werden kann. Eine solche Anordnung ist in den den Fig. 14 und 15 dargestellt. Die Kathode 150 hat hier die Form einer Halbkugel und die Magneteinrichtung 151 liegt innerhalb dieser Halbkugel an deren inneren Oberfläche 152. Die Zerstäubung findet an der äußeren Oberfläche 153 statt. Es sind Antriebsmittel 154 vorgesehen, die einen Motor mit einer Motorsteuerung 155 enthalten, wodurch die Magneteinrichtung im Azimut, wie auch im Höhenwinkel, wie In Fig. 15 bzw. 14 gezeigt, verstellbar ist.Da das zerstäubte Material Im Vakuum dazu neigt, in geradliniger Richtung fortzuschreiten, bis es durch einen Gegenstand aufgehalten wird, ist die gezeigte Anordnung ein geeignetes Mittel, um auf ausgewählte Bereiche Material In ausgewählter Weise niederzuschlager oder verschiedene Bereiche mit verschiedenen Dicken von Überzügen zu versehen, was davon abhängt, wie lang die Magneteinrichtung an einer Stelle verbleibt.14 and 15 show that the atomizing light on a plane Surface must take place, but is also possible on surfaces of any shape. For example, it is very useful when determining the direction of emission of the atomized material can be changed from time to time. Such an arrangement is shown in Figs. 14 and 15 shown. The cathode 150 here has the shape of a hemisphere and the Magnetic device 151 lies within this hemisphere on its inner surface 152. The atomization takes place on the outer surface 153. They are propulsion means 154 provided, which contain a motor with a motor controller 155, whereby the magnetic device in azimuth, as well as in elevation angle, as in Fig. 15 and 14, respectively As the atomized material in a vacuum tends to move in a straight line This is the direction to proceed until it is stopped by an object The arrangement shown is a suitable means of applying material to selected areas select ways to precipitate or different areas with different To provide thicknesses of coatings, which depends on how long the magnet device remains in one place.
Die Fig. 16 zeigt, daß der Weg der Magneteinrichtung 160 in nur einer Richtung verlaufend gehalten werden kann, wobei die Kathode 161 feststeht. Voll ausgezogen gezeichnet ist die Magnetelnrichtung in der Ausgangslage ihrer Bewegung In eine zweite Lage 162. Wenn sie entlang diesem Weg bewegt wird, verursacht sie eine Zerstäubung an der Kathodenoberfläche in dem überstrichenen Bereich. Sie kann dann angehoben und In die Lage 163 und danach in die Lage 164 bewegt werden, bevor sie in die Anfangsstellung für einen weiteren Einbahnweg zurückkehrt. Während der RUcklaufbewegung rindet keine Zerstäubung. statt, weil der Teil des magnetischen Feldes, der stark genug ist, die Zerstäubung zu verursachen und den Tunnel zu bilden, sich nicht benachbart zu der zu zerstäubenden Fläche befindet. Fig. 17 zeigt, daß eine Mehrzahl von Kathoden 165 mit einer einzelnen Magneteinrichtung benutzt werden kann, die sich von Kathode zu Kathode bewegen läßt und dort jeweils eine Zerstäubung veranlaßt.16 shows that the path of the magnetic device 160 in only one Direction can be kept running, the cathode 161 is fixed. Fully The direction of the magnet in the initial position of its movement is drawn in solid lines In a second layer 162. When moved along this path, it causes sputtering on the cathode surface in the swept area. she can then lifted and moved into position 163 and thereafter to position 164 before it returns to the starting position for another one-way path. During the Reverse motion does not result in atomization. instead because of the part of the magnetic Strong enough to cause the atomization and to form the tunnel, not adjacent to the area to be atomized is located. Fig. 17 shows that a plurality of cathodes 165 with a single magnetic device can be used, which can be moved from cathode to cathode and there in each case causes atomization.
Dies erlaubt die Benutzung von Kathoden unterschiedlichen Materials im gleichen Behälter, ohne den Behälter öffnen oder Elektroden auswechseln zu müssen, oder auch eine Mehrzahl von Magnteinrichtungen vorsehen zu müssen.This allows the use of cathodes of different materials in the same container without opening the container or changing electrodes, or to have to provide a plurality of magnetic devices.
Die Fig. 18 und 19 zeigen, wie das System gemäß vorliegender Erfindung zum Zerstäuben einer zylindrischen Flche benutzt werden kann. Eine Gruppe von Substraten 170 ist um eine zylindrische Kathode 171 herum gruppiert, die eine zu zerstäubende Fläche 172 aufweist. Ein zylindrischer Träger 173 trägt die Magneteinrichtung 174 von gleicher Ausführung wie die bisher beschriebenen Magneteinrichtungen. Die Magneteinrichtung gleitet entlang der inneren Oberfläche 175 der zylindrischen Kathode und veranlaßt, wie in Fig. 19 zu sehen, die Zerstäubung an deren Oberfläche. Die Magneteinrichtung kann sowohl gedreht, als auch auf und abbewegt werden, so daß sie auf der gesamten Oberche die Zerstäubung hervorrufen kann, wobei aber auch möglich ist, nur bestimmte Bereiche auszuwählen.Figures 18 and 19 show how the system according to the present invention can be used to atomize a cylindrical surface. A group of substrates 170 is grouped around a cylindrical cathode 171, the one to be sputtered Has face 172. A cylindrical carrier 173 carries the magnet device 174 of the same design as the magnetic devices described so far. The magnetic device slides along the inner surface 175 of the cylindrical cathode and causes as can be seen in FIG. 19, the atomization on the surface thereof. The magnetic device can be rotated as well as moved up and down so that they are on the whole Oberche can cause the atomization, but it is also possible, only certain Select areas.
Fig. 20 zeigt das System der Fig. 18 und 19 im Zusammenhang mit einem Atzverfahren, bei dem ein zylindrischer Träger 180 eine Magneteinrichtung 181 in Nachbarschaft zu einer halbzylindrischem Kathode 182 hält, die eine Fläche 183 aus zu zerstäubenden Material hat. Diese könnte z.B. die Fläche eines Offsetdruckzylinders sein, der aus zerstäubbarem Material z.B.Fig. 20 shows the system of Figs. 18 and 19 in connection with a Etching process in which a cylindrical support 180 has a magnet device 181 in Adjacent to a semi-cylindrical cathode 182 holding a surface 183 from material to be atomized. This could e.g. be the area of an offset printing cylinder made of atomizable material e.g.
Kupfer hergestellt ist. Die Zerstäubung tritt an den Stellen des Zylinders auf, an denen er nicht mit einer Maske bedeckt ist.Copper is made. The atomization occurs at the points of the cylinder where it is not covered with a mask.
Dementsprechend ist damit die selektive Xtzung der Oberfläche eines Zylinders ohne Chemikalien möglich.Accordingly, the selective Xetching of the surface is one Cylinder without chemicals.
Mittels des in Fig. 21 gezeigten Schaltkreises kann jede der vorhergenannten Anordnungen zur Zerstäubung mit verschieden einstellbarer Intensität eingerichtet werden. Die Kathode 190 und die Anode 192 liegen innerhalb eines Vakuumbehälters 193 und werden mit Leistung von einer Quelle 194 über eine Leistungssteuereinrichtung 195 versorgt, die bestimmt, wieviel Strom die Kathode erreicht. Durch Verringerung des Stroms ergibt sich auch eine verringerte Menge zerstäubten Materials pro Zeiteinheit.By means of the circuit shown in Fig. 21, any of the foregoing Arrangements for atomization set up with different adjustable intensity will. The cathode 190 and the anode 192 are contained within a vacuum container 193 and are supplied with power from a source 194 via a power controller 195, which determines how much current reaches the cathode. By reducing of the flow also results in a reduced amount of material atomized per unit of time.
Dies ist bei allen Ausführungsformen der Erfindung dhführbar.This is feasible in all embodiments of the invention.
Die Fig. 22, 2) und 24 zeigen eine drehbare Platte als Träger für Magneteinrichtungen 197, 198, 199, 200. Diese lassen erkennen, daß die drehbare Platte mit Magneteinrichtungen unterschiedlicher Gestalt ausgerüstet werden kann, damit unterschiedliche Xtztiefen und Dichten in der Platte erhalten werden.Figs. 22, 2) and 24 show a rotatable plate as a carrier for Magnetic devices 197, 198, 199, 200. These show that the rotatable Plate can be equipped with magnetic devices of different shapes, so that different depths and densities are obtained in the plate.
Tatsächlich ergibt eines der Ausführungsbeispiele (Fig. 25) eine sehr gleichmäßige Abtragung über die Oberfläche. Gemäß Fig. 22 kanneine V-FormWgemäß Fig. 23 eine runde Form, gemäß Fig. 24 eine rechteckige Form und gemäß Fig. 25 eine Nierenform vorliegen. Dies zeigt, daß jede gewünschte Orientierung der Magneteinrichtung über der zu zerstäubenden Oberfläche möglich ist und geeignet gewählt werden kann, um verschiedenerlei Tiefen für das sätzen und verschiedenerlei Abtragungsgeschwindigkeiten zu erzielen.In fact, one of the embodiments (Fig. 25) gives a very even removal over the surface. As shown in Fig. 22, a V-shape W according to 23 shows a round shape, according to FIG. 24 a rectangular shape and according to FIG. 25 a Kidney shape. This shows that any desired orientation of the magnetic device over the surface to be atomized is possible and can be selected appropriately, about different depths for setting and different removal rates to achieve.
Die Fig. 26 bis 30 zeigen, daß die Bewegung. des magnetischen Felds nicht durch eine körperliche Bewegung von Teilen hervorgerufen werden muß. In Fig. 26 ist eine Mehrzahl von magnetischen Polelementen 210 bis 216 gezeigt. Diese sind längliche klingenförmige Elemente, die an ein den magnetischen Rückschluß herstellendes Element 217 angebracht sind. Luftspalte sind tolerierbar und vorhanden, jedoch hat ein geschlossener magnetische Kreis Vorteile. Die Polelemente 210 bis 216 haben entsprechende Spulen 218 bis 224 (die nur in Fig. 26 dargestellt sind), die an Stromquellen angeschlossen sind, die zu dem Zweck einstellbar sind, daß der in einer bestimmten Richtung und Größe fließende Strom durch entsprechend ausgewählte Spulen veränderlich ist.Figs. 26-30 show that the movement. of the magnetic field does not have to be caused by physical movement of parts. In Fig. 26, a plurality of magnetic pole elements 210-216 are shown. These are elongated blade-shaped elements that are attached to a magnetic yoke Element 217 are attached. Air gaps are tolerable and exist, however a closed magnetic circuit advantages. The pole elements 210-216 have corresponding coils 218 to 224 (only shown in Fig. 26) connected to power sources are connected, which are adjustable for the purpose that the in a certain Direction and size flowing Current through appropriately selected Coils is changeable.
Der Zweck ist der, abwechselnd Nord- und Südpole bei aufeinanderfolgenden Polelementen zu erzeugen. Z.B. haben in der Darstellung die Polelemente 210, 212, 214 und 216 abwechselnd die Pole Nord, Süd, Nord, Süd durch entsprechende Erregung ihrer Spulen 218, 220, 222 und 224 erzeugt. In diesem Stadium gibt es keine Erregung der Spulen 219, 221 und 223. Die Wirkung besteht darin, daß eine Gruppe von Kraftlinien 225, 226 und 227 erzeugt wird, wie dies-schon bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben wurde. Die Kraftlinien erzeugen tunnelähnliche Bereiche 227a, 228 und 229, die über den *Pfaden" 230, 231 und 232 an der zu zerstäubenden Oberfläche der Kathode 234 liegen.The purpose is to alternate north and south poles in consecutive Generate pole elements. E.g. in the illustration the pole elements 210, 212, 214 and 216 alternate the poles north, south, north, and south by appropriate excitation their coils 218, 220, 222 and 224 are generated. There is no excitement at this stage of coils 219, 221 and 223. The effect is that a group of lines of force 225, 226 and 227 is generated, as is already the case with the other exemplary embodiments of the invention has been described. The lines of force create tunnel-like areas 227a, 228 and 229, which are via the * paths "230, 231 and 232 on the Surface of the cathode 234 lie.
Damit der Pfad sich schließt, sind zwei Polstücke 235 und 236 vorgesehen, die sich quer zu den Polelementen erstrecken, um den magnetischen Kreis zu schließen.So that the path closes, two pole pieces 235 and 236 are provided, which extend across the pole elements to complete the magnetic circuit.
Ein typischer geschlossener Pfad 240 ist gestrichelt in Fig. 27 dargestellt, er schließt die Pfade 230 und 231 ein. Er wird auch bei jedem ähnlichen Satz von Polen erzeugt und ist analog der Bildung des Feldes und des Pfades gemäß Fig. 4.A typical closed path 240 is shown in phantom in Fig. 27, it includes paths 230 and 231. It will also be used for any similar set of Poles are generated and are analogous to the formation of the field and the path according to FIG. 4.
Durch geeignete Veränderung des Stroms durch die Windungen, z.B.By appropriately changing the current through the windings, e.g.
durch Xnderung der Pole 211 in Nord, 213 In Süd und 215 in Nord und Entregung der Spulen der Polelemente 21o, 212 und 214 kann das Feld in eine andere Lage gebracht werden.by changing the poles 211 in north, 213 in south and 215 in north and De-excitation of the coils of the pole elements 21o, 212 and 214 can change the field into another Able to be brought.
Die Fig. 28 zeigt schematisch die Bewegung einer Mehrzahl von Kraftliniengruppen, z.B. der Kraftlinien 250a, 251a und 252a.28 shows schematically the movement of a plurality of groups of lines of force, e.g. the lines of force 250a, 251a and 252a.
In Fig. 28 ist kein bestimmter Maßstab eingehalten, es soll lediglich gezeigt werden, daß durch wahlweise Umschaltung die Felder schrittweise fortbewegt werden könnte. Überdies ist es möglich, durch gleichzeitige Veränderung der Ströme in allen Windungen ein zusammengesetztes Magnetfeld zu erhalten, das sich allmählich kontinuierlich entlang der zu zerstäubenden Fläche der Kathode bewegt. Ein solches Wsnderfeld wird ganz analog zu den Verhältnissen bei einem Linearmotor erzeugt. Die tunnelförmigen Pfaderdie in sich selbst geschlossen sind, bewegen sich dabei entlang der zu zerstäubenden Fläche der Kathode in dem Maß, wie die Ströme durch die verschiedenen Windungen in Richtung und Stärke sich wandeln. Es ist natürlich möglich, jedes der Polelemente in einen Süd- oder einen Nordpol zu verwandeln, wobei die Orientierung durch die Richtung des Stromes bestimmt ist.In Fig. 28 no specific scale is maintained, it is only intended be shown that the fields are incremented by optional switching could be. It is also possible to change the currents at the same time to obtain a composite magnetic field in all windings, which gradually changes moved continuously along the surface of the cathode to be sputtered. One such Wsnderfeld is completely analogous to the conditions in a linear motor generated. The tunnel-shaped paths, which are self-contained, move along the surface of the cathode to be sputtered to the same extent as the currents change in direction and strength through the various windings. It is natural possible to transform each of the pole elements into a south or a north pole, where the orientation is determined by the direction of the current.
Die Anordnung der Fig.26 und 27 bewirkt eine Linearbewegung vor und zurück entlang einer ebenen Oberfläche einer Kathode. Die Fig. 29 und 3o zeigen eine ähnliche Eigenschaft, jedoch für eine Drehbewegung, wozu ein Mittenpol 260 von einem Ringpol 261 umgeben ist und eine Mehrzahl von Polelementen 262 bis 268 zwischen den Polen 260 und 261 auseinander fächern. Die Hälfte dieser Bauform ist dargestellt, wobei die andere Hälfte ähnlich ausgebildet ist. Die Spulen 270 bis 276 sind um die betreffenden Polelemente gewickelt, so daß sie Je nach Wunsch Nord- oder Siadpole an der Oberfläche derselben erzeugen, die jeweils einen Pol überspringen, wie dies schon bei der Einrichtung der Fig. 26 beschrieben wurde. ähnlich kann die Schaltung der Richtung und Einstellung der Stromstärke die Kraftlinientunnels in genau der gleichen Weise wie in Fig. 26 erzeugen, mit der Ausnahme, daß der Verlauf radial nach außen von der Mitte ist und daß die Fortschaltung In einer Kreisbahn über die Kathode 280 erfolgt.The arrangement of FIGS. 26 and 27 causes a linear movement in front of and back along a flat surface of a cathode. Figures 29 and 3o show a similar property, but for a rotational movement, including a center pole 260 is surrounded by a ring pole 261 and a plurality of pole elements 262 to 268 fan apart between poles 260 and 261. Half of this design is shown, the other half being similar. The coils 270 to 276 are wound around the relevant pole elements so that they or create siad poles on the surface of the same, each skipping a pole, as has already been described for the device in FIG. the Switching the direction and setting the amperage in the force line tunnel in exactly the same way as in Fig. 26, except that the gradient is radially outward from the center and that progressing in a circular path takes place via the cathode 280.
Die Fig. 26 bis 3o lassen erkennen, daß das Magnetreid durch feststehende Einrichtungen bewegt werden kann, und zwar einfach durch steuernde Beeinflußung der Mittel zur Erzeugung des Felds, so daß dieses entlang der zu zerstäubenden Fläche der Kathode wandert, wie dies beschrieben wurde. Der Ausdruck "Magneteinrichtung" wird in diesem Zusammenhang auch in der Bedeutung "felderzeugende Einrichtung" benutzt.26 to 3o show that the magnetic chalk by fixed Facilities can be moved, simply by controlling influence the means for generating the field so that it extends along the surface to be atomized the cathode migrates as described. The term "magnetic device" is also used in this context to mean "field-generating device".
Es ist auch ersichtlich, daß bei jedem dieser beiden Ausflihunsbeispiele die Kathode verschoben bzw. gedreht werden kann, während die Magneteinrichtung körperlich feststeht, jedoch ein Wanderfeld erzeugt.It can also be seen that in each of these two exemplary embodiments the cathode can be moved or rotated while the magnet device is physically is certain, but creates a moving field.
Die Erfindung schart demgemäl3.auch eine Einrichtung zur Bewegung des magnetischen Felds relativ zur zu zerstäubenden Oberfläche.The invention therefore also creates a device for movement of the magnetic field relative to the surface to be atomized.
Die Abtragung über einen größeren Bereich der Fläche kann erzielt werden, als es möglich wäre, wenn der Pfad für die Ionen unbeweglich wäre. Folglich kann die Einrichtung zwischen Wartun en länger betrieben werden und es besteht auch weniger Kostenaufwand für eine Wiederaufbereitung abgetragener Kathoden.The removal over a larger area of the surface can be achieved than it would be possible if the path for the ions were immobile. Consequently the facility can be operated longer between maintenance and it also exists less expense for reprocessing worn cathodes.
Die Vorrichtung kann sowohl iilr das Abtragen von Material durch "Xtzen" und für das Auftragen von Schichten durch Niederschlagen von Material verwendet werden. Die Richteigenschaften beim Kathodenzerstäuben können dazu benutzt werden, daß Material in bestimmten Richtungen zu lenken, so daß es in Mustern auf bestimmte Bereiche oder in wechselnder Tiefe aufgebracht wird.The device can be used both for the removal of material by "Xtzen" and used for the application of layers by depositing material will. The directional properties of cathode sputtering can be used to to direct that material in certain directions, so that it is in patterns on certain Areas or at varying depths is applied.
Die Wendung "Bewegen der Magneteinrichtung und der Kathode relativ zueinander" sagt nur, daß eine relative Bewegung stattfinden soll und daß entweder eines oder beide der Elemente körperlich bewegt werden sollen. "Bewegen des magnetischen Felds" kann durch körperliche Bewegung von Bauteilen oder durch steuernde Beeirtlussung der felderzeugenden Einrichtung bewerkstelligt werden.The phrase "moving the magnetic device and the cathode relatively to each other "says only that a relative movement should take place and that either one or both of the elements are intended to be physically moved. "Moving the magnetic Fields "can be achieved through physical movement of components or through controlled flow the field generating device.
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen liegt wenigstens die zu zerstäubende Fläche innerhalb der Vakuumkammer. Obwohl es In einigen Darstellungen nicht gezeigt ist,versteht es sich, daß die zu zerstäubende Fläche auf negatives Potential gebracht wird, wodurch sie zur Kathode wird und der Zerstäubung ausgesetzt wird.In all of the exemplary embodiments shown, at least this is closed atomizing surface within the vacuum chamber. Although it is in some representations is not shown, it goes without saying that the surface to be atomized is negative Potential is brought, whereby it becomes the cathode and exposed to the sputtering will.
Auch sind in allen Ausführungsbeispielen, In denen die Magneteinrichtung und die Kathode relativ zueinander bewegt werden, Bewegungseinrichtungen vorhanden, die diese Bewegung ausführen, sie können dabei von der gezeigten Art oder von einer anderen geeigneten Art sein.Also in all the exemplary embodiments, in which the magnetic device and the cathode are moved relative to each other, Movement devices present who perform this movement, they can be of the type shown or of some other suitable type.
Auch ist es möglich, das beschriebenen System zum Zerstäuben nicht leitender Materialien zu benutzen, indem man die gleichen Techniken und Magnetbauteile anwendet, wie sie zu diesem Zweck im Corbani Patent gezeigt und beschrieben sind, insbesondere in Spalte 9, Zeilen 5 und folgende. Dementsprechend wird die allgemeine Bedeutung vorliegender Erfindung nicht durch bestimmte zu zerstäubende Materialien elnschränkt. Gold und Kupfer sind als leitende zerstäubbare Stoffe bekannt. Aluminiumoxyd ist ein Beispiel für einen zerstäubbaren Nichtleiter.It is also possible not to use the atomization system described Use conductive materials by using the same techniques and magnetic components uses as shown and described for this purpose in the Corbani patent, especially in column 9, lines 5 and following. Accordingly, the general The present invention does not apply to certain materials to be atomized limited. Gold and copper are known to be conductive atomizers. Aluminum oxide is an example of a nebulizable dielectric.
Die Fig. 31 zeigt eine zylindrische Kathode 250 mit einer Achse 251, einem axialn Durchgang 252 und einer sich axial erstreckenden, inneren, zu zerstäubenden Fläche 253, die um die Achse herum liegt. Eine Magneteinrichtung 255 hat die Form eines Rings um die Kathode. Sie hat ringförmige Nord- und Südpole 256, 257, die innerhalb des Durchgangs 252 einen tunnelförmigen Bereich scha£Sen, von dem die Zerstäubung zur Beschichtung eines Werkstücks 258, z.B. einer Faser ausgeht, während diese durch den Durchang 252 bewegt wird. Eine Bewegungseinrichtung 259 verschiebt die Magneteinrichtung 255 in axialer Richtung.31 shows a cylindrical cathode 250 with an axis 251, an axial passage 252 and an axially extending inner passage to be atomized Surface 253 that lies around the axis. A magnet device 255 is in the form a ring around the cathode. It has circular north and south poles 256, 257, the create a tunnel-shaped area within passage 252 from which the Sputter to coat a workpiece 258, e.g., a fiber runs out during this is moved through the passage 252. A moving device 259 moves the magnetic device 255 in the axial direction.
Die Fig. 32 zeigt eine Kreisbewegung einer Magneteinrichtung 260a. Kreise 261a, 262a zeigen die Bahn der Bewegung aller Punkte auf dem Pfad.32 shows a circular movement of a magnet device 260a. Circles 261a, 262a show the trajectory of the movement of all points on the path.
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