DE3908252A1 - Zerstaeubungskathode nach dem magnetron-prinzip - Google Patents
Zerstaeubungskathode nach dem magnetron-prinzipInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungskathode nach dem
Magnetron-Prinzip mit einem aus mindestens einem Teil
bestehenden Target aus dem zu zerstäubenden Material, mit
einem hinter dem Target angeordneten Magnetsystem mit
mehreren, ineinanderliegenden und in sich geschlossenen
Magneteinheiten abwechselnd unterschiedlicher Polung,
durch die mindestens zwei gleichfalls in sich geschlos
sene, ineinanderliegende magnetische Tunnels aus bogen
förmig gekrümmten Feldlinien gebildet werden, wobei die
dem Target abgekehrten Pole der Magneteinheiten über ein
Magnetjoch aus weichmagnetischem Material miteinander
verbunden sind.
Durch die DE-OS 34 42 206 ist eine Zerstäubungskathode
der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, die für die
Zerstäubung von Targets aus ferromagnetischen Werkstoffen
vorgesehen ist. Bei einem der beiden Ausführungsbeispiele
werden durch zwei konzentrisch ineinanderliegende Magnet
einheiten in Verbindung mit zwei konzentrischen, in dem
Target angeordneten Luftspalten zwei in sich geschlosse
ne, ineinanderliegende magnetische Tunnels aus bogenför
mig gekrümmten Feldlinien gebildet. Da aber hierbei die
magnetischen Felder über die beiden Luftspalte magnetisch
in Reihe geschaltet sind, lassen sich die Feldstärken der
beiden Tunnels nicht unabhängig voneinander beeinflussen.
Dadurch entstehen im Bereich der beiden magnetischen
Tunnels voneinander verschiedene Zerstäubungsraten und im
Bereich des dem Target gegenüberliegenden Substrats auch
sehr unterschiedliche Niederschlagsraten, so daß die
Schichtdickenverteilung sehr ungleichförmig ist.
Durch die DE-OS 22 43 708 ist es bekannt, bei Stabkatho
den Magneteinheiten in axialer Richtung hintereinander
anzuordnen, um dadurch die Zerstäubung des Targetmate
rials zu vergleichmäßigen. Auch für die dort beschriebe
nen planaren Targets wird angegeben, daß man konzentri
sche, ineinanderliegende Magneteinheiten und mehrere
konzentrisch ineinanderliegende magnetische Tunnels vor
sehen kann. Auch hier sind Möglichkeiten einer getrennten
Einstellung eines jeden magnetischen Tunnels - unabhängig
vom jeweils benachbarten Tunnel - nicht vorgesehen und
auch nicht möglich.
Durch eine unter der Bezeichnung "Con Mag" von der Firma
Varian vertriebene Zerstäubungskathode der eingangs be
schriebenen Gattung ist es weiterhin bekannt, innerhalb
einer kreisringförmigen Jochplatte mit Abstand eine
kreisscheibenförmige Jochplatte vorzusehen und jeder
Jochplatte zwei unabhängig voneinander wirkende, entge
gengesetzt gepolte Magneteinheiten zuzuordnen, wobei über
dem kreisringförmigen Magnetsystem ein Target mit einer
kegelförmigen Zerstäubungsfläche und über dem kreis
scheibenförmigen Magnetsystem eine ebene Targetplatte
angeordnet ist. Mittel für die Beeinflussung der Magnet
feldstärke der zwei gebildeten Tunnels - unabhängig von
einander - sind nicht vorgesehen. Auch bei dieser Zer
stäubungskathode muß der Zerstäubungseffekt so in Kauf
genommen werden, wie er durch die relative Lage der mag
netischen Tunnels zu den Zerstäubungsflächen vorgegeben
ist.
Nun hat der Abstand des Magnetsystems bzw. der Magnetsy
steme von dem Target, insbesondere dann, wenn es aus
einem nichtferromagnetischen Werkstoff besteht, einen
erheblichen Einfluß auf die Feldlinienverteilung über der
Zerstäubungsfläche und damit auf das sogenannte "Erosi
onsprofil". Um den zunehmenden Verbrauch des Target
materials durch Ausbildung eines Erosionsgrabens zu
kompensieren, wird in der DE-OS 30 47 113 angegeben, mit
fortschreitendem Verbrauch des Targetmaterials den Ab
stand des Magnetsystems von der Targetrückseite zu
verändern. Das betreffende Magnetsystem besteht jedoch
nur aus zwei Magneteinheiten, die einen einzigen magne
tischen Tunnel erzeugen, so daß dieser Druckschrift
gleichfalls keine Anregungen für die Beeinflussung der
Schichtdickenverteilung bei der Anwendung von zwei oder
mehr konzentrisch ineinanderliegenden magnetischen
Tunnels zu entnehmen sind.
Hinzu kommt, daß beim Einsatz eines einzigen geschlos
senen magnetischen Tunnels eine große Abhängigkeit der
Schichtdickenverteilung auf den Substraten auch vom
Abstand zwischen Substrat und Target gegeben ist. Mes
sungen haben gezeigt, daß bei einem zu großen Abstand
zwischen Target und (stationärem) Substrat eine zu große
Schichtdicke in der Mitte des Substrats zu beobachten
ist, die zu den Rändern hin stark abfällt. Bei einem zu
geringen Abstand zwischen Target und (stationärem) Sub
strat kann beobachtet werden, daß die Schichtdicke im
Bereich des Erosionsgrabens besonders groß ist, während
sie beiderseits des Erosionsgrabens stark abfällt. Dies
führt dazu, daß man mit derartigen Zerstäubungskathoden
nur Substrate beschichten kann, die einen sehr viel
geringeren Durchmesser als das Target aufweisen.
Die weiter oben beschriebene Zerstäubungskathode "Con
Mag" der Firma Varian entspringt dem Versuch, die
Schichtdickenverteilung zu verbessern, indem man nicht
nur die Magnetsysteme, sondern auch die zugehörigen Tar
getteile elektrisch völlig entkoppelt hat. Dies setzt
jedoch den Einsatz von zwei Stromquellen pro Zerstäu
bungskathode voraus, weiterhin auch eine elektrische
Isolation der Target- bzw. Kathodenteile voneinander. Für
die Zerstäubung von Targets aus ferromagnetischen Werk
stoffen ist ein solches System nicht geeignet.
Es stellt sich nun die Aufgabe, eine Zerstäubungskathode
sowohl für magnetische als auch für nichtmagnetische
Targetmaterialien anzugeben, die zu Schichten mit sehr
gleichmäßiger Schichtdickenverteilung führt und dennoch
mit nur einer einzigen Stromversorgung zu betreiben ist.
Eine Lösung dieser Aufgabe kann bei der eingangs be
schriebenen Zerstäubungskathode dadurch erfolgen, daß die
magnetische Feldstärke mindestens eines einen magneti
schen Tunnel bildenden Magnetfeldes - relativ zu der
magnetischen Feldstärke mindestens eines weiteren, einen
weiteren magnetischen Tunnel bildenden Magnetfeldes -
veränderbar ist.
Zweckmäßigerweise werden mithin die verschiedenen Magnet
einheiten des Magnetsystems entkoppelt, während das
Target oder die Targetteile elektrisch ein einheitliches
System bilden, für das auch nur eine einzige Stromver
sorgung benötigt wird.
Durch die Einstellung der magnetischen Feldstärke im Be
reich des einen Tunnels - relativ zu der Feldstärke oder
den Feldstärken im Bereich der jeweils anderen benachbar
ten Tunnels - wird eine individuelle Anpassung der spezi
fischen Zerstäubungsleistung erreicht, d. h. das Target
material kann im Bereich der verschiedenen magnetischen
Tunnels auch unterschiedlich stark zerstäubt werden, wo
mit die Zerstäubungsrate der geforderten Niederschlags
rate angepaßt werden kann. Eine solche Zerstäubungskatho
de ist auch ohne besonderen Aufwand unterschiedlichen
Abständen zwischen Target und Substrat anpaßbar.
Eine besonders vorteilhafte Zerstäubungskathode ist mit
einer Verstelleinrichtung versehen, durch die der magne
tische Fluß zwischen dem Magnetjoch und mindestens einer
der Magneteinheiten gegenüber dem magnetischen Fluß
zwischen dem Magnetjoch und den übrigen Magneteinheiten
veränderbar ist.
Eine derartige Verstelleinrichtung kann auch dadurch
gebildet werden, daß das Magnetjoch aus je einem äußeren
und einem inneren Jochteil besteht, die unter Veränderung
des zwischen ihnen bestehenden magnetischen Übergangs
widerstandes relativ zueinander verstellbar sind.
In dem zuletzt genannten Fall besteht das äußere Jochteil
beispielsweise aus einem Kreisring und das innere Joch
teil aus einer Kreisscheibe, die mehr oder weniger stark
in den Kreisring eintauchen kann, wobei eine Verstellung
durch eine Gewindespindel herbeiführbar ist. Die Überlap
pung zwischen dem äußeren und dem inneren Jochteil be
stimmt den magnetischen Übergangswiderstand. Auf dem
äußeren Jochteil sind dann vorteilhaft - starr zueinander
- zwei ineinanderliegende und in sich geschlossene Mag
neteinheiten angeordnet, die zur Ausbildung eines magne
tischen Tunnels über der Zerstäubungsfläche dienen, wäh
rend auf dem inneren Jochteil eine Magneteinheit angeord
net ist, die mit der auf dem äußeren Jochteil angeordne
ten inneren Magneteinheit in magnetischer Wechselwirkung
steht, so daß an dieser Stelle ein zweiter magnetischer
Tunnel ausgebildet wird. Während der äußere magnetische
Tunnel durch die starre Anordnung der Magneteinheiten
relativ zueinander im wesentlichen nicht beeinflußbar
ist, läßt sich die Stärke des Magnetfeldes des inneren
magnetischen Tunnels durch Veränderung des magnetischen
Übergangswiderstandes im Bereich des Jochs zwischen den
beiden inneren Magneteinheiten in weiten Grenzen beein
flussen. Dadurch läßt sich die gewünschte Abstimmung im
Hinblick auf die gewünschte Schichtdickenverteilung her
beiführen.
Es ist dabei wiederum besonders vorteilhaft, wenn mit der
Veränderung des magnetischen Übergangswiderstandes auch
der Abstand mindestens eines der Jochteile vom Target
veränderbar ist. Auf diese Weise ist eine sehr gezielte
Einstellung der örtlichen Zerstäubungsrate einerseits und
der Niederschlagsrate andererseits möglich.
Bei einer anderen alternativen Ausführungsform weist das
Magnetjoch auf einem Teil seiner Oberfläche einen Vor
sprung auf, auf dem eine der Magneteinheiten im wesent
lichen kongruent mit dem Vorsprung angeordnet ist, und
wenn auf dem Vorsprung eine aus weichmagnetischem Mate
rial bestehende, am Vorsprung enganliegende und auf die
sem verschiebbare Hülse angeordnet ist, die in axialer
Richtung über die Magneteinheit derart verstellbar ist,
daß ein Maß "s" der Überlappung von Hülse und Magnetein
heit veränderbar ist.
Auf die zuletzt beschriebene Weise wird eine Art magneti
scher "Shunt" gebildet, der bei einer großen Überlappung
zwischen Hülse und Magneteinheit einen beträchtlichen
Teil des magnetischen Feldes auf sich vereinigt und auf
dem kürzesten Wege in die Jochplatte leitet, wobei dieser
Teil des magnetischen Flusses demjenigen magnetischen
Fluß entzogen wird, der über dem Target den gewünschten
magnetischen Tunnel aufbaut.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun zumindest eine
der Magneteinheiten als ein Elektromagnet ausgebildet,
dessen regelbares Magnetfeld in jeder Phase des Beschich
tungsvorgangs überlagerbar ist, wodurch eine geregelte
Gleichmäßigkeit der Sputterrate erzielbar ist.
Zweckmäßigerweise ist das die äußeren Permanentmagnete
tragende Magnetjoch ringförmig ausgebildet, wobei der
Elektromagnet ein topfförmiges Joch aufweist, das die
vom ringförmigen Joch gebildete zentrale Öffnung des
Magnetjochs ausfüllt oder dort angeordnet ist. Mit
Vorteil weist die Wicklung der als Elektromagnet ausge
bildeten Magneteinheit einen Spulenkern auf, dessen dem
Target zugewandtes Ende einen zusätzlichen Permanentmag
neten trägt, der so bemessen ist, daß das von ihm alleine
erzeugte Magnetfeld einen Mittelwert des Regelbereichs
annimmt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegen
standes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden
nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert,
und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnit durch eine Zer
stäubungskathode mit einem drei
teiligen Target aus ferromagnetischem
Material, das zwei Luftspalte zwi
schen sich einschließt,
Fig. 2 einen Axialschnitt analog Fig. 1,
jedoch mit einem Target aus einem
nichtferromagnetischen Material,
Fig. 3 und 4 eine Verstelleinrichtung für die
Verstellung des magnetischen Flusses
innerhalb des Magnetjochs gemäß den
Fig. 1 und 2,
Fig. 5 und 6 eine Verstelleinrichtung mit einem
magnetischen Shunt als alternative
Lösung,
Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine Zer
stäubungskathode mit einem in seiner
Leistung regelbaren Elektromagneten.
In Fig. 1 ist eine Zerstäubungskathode 1 dargestellt,
deren tragender Teil ein topfförmiger, hohler Grundkörper
2 ist, der wegen der thermischen Belastung aus einem gut
wärmeleitenden Werkstoff (Kupfer) besteht und mittels
eines umlaufenden Flansches 3 unter Zwischenschaltung
eines Isolierstoffkörpers 4 in eine Wand 5 einer hier
nicht näher gezeigten Vakuumkammer eingesetzt ist.
Der Grundkörper 2 besitzt eine größtenteils ebene Stirn
platte 6 mit einem in Richtung der Achse A-A weisenden
Vorsprung 7, der wiederum eine kreisringförmige Stirn
seite 7 a aufweist. Durch den Vorsprung 7 wird die Außen
seite der Stirnplatte 6 in eine innere Kreisfläche 6 a und
eine hierzu konzentrische, äußere Kreisringfläche 6 b
unterteilt, die beide in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Auf der Innenseite der Stirnplatte 6 befinden sich zwei
konzentrische Kühlwasserkanäle 8, 9, die einen Zylinder
spalt 10 zwischen sich einschließen, der bis in den
Vorsprung 7 hineinragt.
Auf der Außenseite der Stirnplatte 6 ist durch Bonden ein
Target 11 befestigt, das aus einem inneren kreisscheiben
förmigen Teil 11 a und aus einem äußeren kreisringförmigen
Teil 11 b besteht, wobei die Grundflächen dieser Teile mit
der jeweils zugehörigen Kreisfläche 6 a bzw. der Kreis
ringfläche 6 b kongruent sind. Auf dem Vorsprung 7 ist ein
weiteres kreisringförmiges Teil 11 c des Targets angeord
net, das den Vorsprung 7 radial einwärts und radial aus
wärts überragt, so daß eine Überlappung mit den Teilen
11 a und 11 b besteht. Die Dicke der Targetteile 11 a und
11 b ist dabei geringer als die Höhe des Vorsprungs 7, so
daß in Richtung der Achse A-A zwischen dem Teil 11 c und
dem Teil 11 a einerseits, und dem Teil 11 c und dem Teil
11 b andererseits, jeweils ein radialer Luftspalt gebildet
wird, der das aus ferrogmagnetischem Werkstoff bestehende
Target 11 magnetisch unterteilt. Die Luftspalte sind
dabei enger als der sich unter den Betriebsbedingungen
einstellende Dunkelraumabstand, so daß in den Luftspalten
keinerlei Glimmentladung auftritt.
In der hinteren Öffnung des Grundkörpers 2 befindet sich
ein Magnetsystem 13 mit mehreren Magneteinheiten 14, 15,
16, die in bezug auf die Achse A-A ineinanderliegen und
sämtlich aus permanentmagnetischem Material bestehen und
in axialer Richtung magnetisiert sind. Die zentrale Mag
neteinheit 14 hat dabei die Form eines gedrungenen Zylin
ders. Die Magneteinheiten 15, 16 sind dabei aus mehreren
quaderförmigen Permanentmagneten zusammengesetzt, deren
Polflächen gleicher Polung jeweils im wesentlichen in
einer Kreisringfläche liegen. Hierbei sei vernachlässigt,
daß eine solche Aneinanderreihung von Permanentmagneten
in Wirklichkeit zu einem vieleckigen Polygon führt. Die
dem Target 11 abgekehrten Pole der Magneteinheiten 14,
15, 16 sind über ein Magnetjoch 17 aus weichmagnetischem
Material in der in Fig. 1 gezeigten Weise miteinander
verbunden. Das Magnetjoch 17 besteht dabei aus einem
äußeren Jochteil 17 a, dessen Grundfläche eine Kreisring
fläche ist, und aus einem inneren Jochteil 17 b, dessen
Grundfläche eine Kreisfläche ist. Das äußere Jochteil 17 a
besitzt zur Achse A-A konzentrische Rippen 17 c, 17 d,
deren dem Target 11 zugekehrte kreisringförmige Stirnflä
chen die Auflagenflächen für die Magneteinheiten 15 bzw.
16 sind.
Die Magneteinheiten sind dabei abwechselnd unterschied
lich gepolt, und zwar bilden die dem Target 11 zugekehr
ten Polflächen bei der Magneteinheit 14 einen Nordpol,
bei der Magneteinheit 15 einen Südpol und bei der Magnet
einheit 16 wieder einen Nordpol. Dies führt im Hinblick
auf die zwischen den Targetteilen 11 a, 11 b, 11 c vorhande
nen Luftspalte zur Ausbildung zweier magnetischer Tunnels
19, 20, deren Feldlinien in der rechten Hälfte von Fig.
1 gestrichelt dargestellt sind. In Wirklichkeit fol
gen die Tunnels 19, 20 dem Verlauf der Luftspalte, sind
also um die Achse A-A umlaufend geschlossen.
Das innere Jochteil 17 b ist in einer Ausnehmung 17 e des
äußeren Jochteils 17 a in Normalenrichtung zur Hauptebene
des Targets 11, d. h. in Richtung der Achse A-A unter
Veränderung der Überlappung "s", verstellbar (Fig. 3).
Zur Verstellung dient eine Verstelleinrichtung 21, durch
die der innere Jochteil 17 b in Drehung versetzt werden
kann. Da zwischen den beiden Jochteilen 17 a und 17 eine
Gewindeverbindung besteht, läßt sich durch Drehen der
Verstelleinrichtung 21 das innere Jochteil 17 b aus dem
äußeren Jochteil 17 a heraus- oder in dieses hineinschrau
ben. Eine zur Fig. 3 entgegengesetzte Lage der beiden
Jochteile zueinander ist in Fig. 4 dargestellt. Durch
die Verstelleinrichtung 21 wird erreicht, daß der magne
tische Fluß zwischen dem Magnetjoch 17 und der Magnetein
heit 14 gegenüber dem magnetischen Fluß zwischen dem
gleichen Magnetjoch 17 und den übrigen Magneteinheiten
15, 16 verändert wird. Der magnetische Fluß zwischen den
Magneteinheiten 15, 16 bleibt hiervon jeweils im wesent
lichen unbeeinflußt. Diese Maßnahme führt dazu, daß die
magnetische Feldstärke des den Tunnel 20 bildenden Mag
netfeldes - relativ zu der magnetischen Feldstärke des
den Tunnel 19 bildenden Magnetfeldes - verändert wird.
Auf diese Weise lassen sich die Zerstäubungsraten im Be
reich der magnetischen Tunnel 19, 20 - unabhängig vonein
ander - verändern, womit sich die örtlichen Schichtdicken
auf dem Substrat 22 gezielt beeinflussen lassen, das dem
Target 11 gegenüber in einem üblichen Abstand angeordnet
ist und mit dem Material des Targets 11 (oder einem Reak
tionsprodukt hieraus) beschichtet werden soll.
In Fig. 2 ist eine Zerstäubungskathode 30 dargestellt,
deren Target 31 einteilig ausgebildet ist und aus nicht
magnetischem Material besteht. Infolgedessen besitzt der
Grundkörper 32 eine ebene Stirnplatte 33, auf die das
Target 31 aufgebondet ist. Da bei einem derartigen Tar
getmaterial die Ausbildung von Luftspalten überflüssig
ist, fehlt der Stirnplatte 33 auch ein entsprechender
Vorsprung. Das Magnetsystem 13 ist im wesentlichen iden
tisch aufgebaut, lediglich die Rippe 17 c des äußeren
Jochteils 17 a ist kürzer ausgebildet, da die Polflächen
der Magneteinheiten 15, 16 in einer gemeinsamen Ebene 34
liegen, in der bei der dargestellten Einstellung des
Jochteils 17 auch die Polfläche der Magneteinheit 14
liegt. Das Verstellprinzip ist hierbei das gleich wie bei
Fig. 1, so daß die Lage der Polfläche der Magneteinheit
14 relativ zur Ebene 34 auch verändert werden kann, wie
dies in Fig. 4 durch den Abstand "a" angedeutet ist. Es
ist mithin erkennbar, daß mit der Veränderung des magne
tischen Übergangswiderstandes zwischen den Jochteilen 17 a
und 17 b auch der Abstand des Jochteils 14 vom Target 11
veränderbar ist. Durch Vergrößerung des Abstands "a" kann
beispielhaft die Feldstärke des inneren magnetischen Tun
nels 20 gegenüber derjenigen des äußeren magnetischen
Tunnels 19 verringert werden. Dies wirkt in vorteilhafter
Weise dem Konzentrationseffekt der magnetischen Feld
linien entgegen, der dadurch auftritt, daß bei inein
anderliegenden, rotationssymmetrischen Magnetsystemen
notwendigerweise am jeweils kleinsten Radius die größte
Feldstärke auftritt. Sofern dieser Effekt unbeeinflußt
bleibt, würde dies zu dem weiter oben beschriebenen
Effekt führen, daß in der Mitte des Substrats 22, also im
Bereich der Achse A-A, eine sehr viel größere Schicht
dicke auftritt als beispielsweise am Rande des Substrats
22 (vorausgesetzt, daß dies eine Kreisscheibe ist und
keine Querbewegung zur Achse A-A ausführt).
Auch in Fig. 2 sind in der rechten Hälfte gestrichelt
die Feldlinien zweier magnetischer Tunnels 19, 20 einge
zeichnet, die durch das Magnetsystem 13 erzeugt werden.
Die Beeinflussung der relativen Feldstärken der betref
fenden magnetischen Felder durch räumliche Verschiebung
des Jochteils 17 b gegenüber dem Jochteil 17 a ist im
Prinzip die gleiche wie bei dem Gegenstand von Fig. 1.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine andere konstruktive
Möglichkeit zur relativen Veränderung der magnetischen
Feldstärke des äußeren Tunnels 19 - relativ zum inneren
Tunnel 20 bzw. zur Veränderung des magnetischen Flusses
zwischen dem Magnetjoch und der Magneteinheit 14 einer
seits, und dem magnetischen Fluß zwischen dem Magnetjoch
17 und den übrigen Magneteinheiten 15, 16 andererseits.
Dies geschieht dadurch, daß das Magnetjoch 40 auf einem
Teil seiner Oberfläche, nämlich in der Mitte, einen Vor
sprung 40 a aufweist, auf dem die zentrale Magneteinheit
14 kongruent mit dem Vorsprung 40 a angeordnet ist. Auf
dem Vorsprung 40 a ist eine aus weichmagnetischem Material
bestehende, am Vorsprung enganliegende und auf diesem
verschiebbare Hülse 41 angeordnet, die in axialer Rich
tung über die Magneteinheit 14 derart verstellbar ist,
daß das Maß "s" der Überlappung von Hülse und Magnetein
heit veränderbar ist (Fig. 6). Die Verstellung geschieht
durch eine Verstelleinrichtung 42, die aus einem Zahnrad
paar 43, 44 besteht. Das Zahnrad 44 treibt eine Gewinde
spindel 45 an, die in einen Flansch 41 a an der Hülse 41
eingreift. Dadurch läßt sich die Hülse 41 aus der oberen
Endstellung gemäß Fig. 5 in eine untere Endstellung
gemäß Fig. 6 verschieben. Die Hülse 41 stellt einen
Shunt dar, der einen Teil des magnetischen Flusses von
der freien Stirnseite der Magneteinheit 14 auf dem Weg
des geringsten Widerstandes in das Magnetjoch 40 zurück
führt und dadurch das aus der Polfläche der Magneteinheit
14 austretende Feld schwächt. Die Verstellsysteme nach
den Fig. 1 bis 4 einerseits, und 5 bis 6 andererseits
lassen sich zur Erfüllung der Aufgabe gegeneinander aus
tauschen.
Während anhand der Fig. 1 und 2 primär rotationssym
metrische Zerstäubungskathoden erörtert wurden, gilt das
Prinzip der Anordnung naturgemäß auch für langgestreckte
Kathoden, d. h. für solche, die man sich beliebig in
einer Richtung - senkrecht zur Zeichenebene verlängert -
denken kann. Man kann sich eine solche langgestreckte
Kathode dadurch gebildet vorstellen, daß man eine rota
tionssymmetrische Kathode nach den Fig. 1 und 2
entlang der Achse A-A diametral durchtrennt und zwi
schen den beiden Hälften einen Abstand bildet und diesen
Abstand mit einem geradlinigen Kathodenteil ausfüllt,
dessen Querschnitt exakt den Querschnitten in Fig. 1
oder 2 entspricht. Bei derartigen Zerstäubungskathoden
wird man zweckmäßig - über die Länge verteilt - mehrere
Verstelleinrichtungen anordnen, um die jeweils inneren
Jochteile 17 b exakt gegenüber den äußeren Jochteilen 17 a
führen zu können. An dem grundsätzlichen Verstellprinzip
ändert sich hierdurch nichts.
Zur besseren Übersicht sind in den Fig. 1 und 2 die
Magnetsysteme etwas nach oben angehoben dargestellt. In
Wirklichkeit befinden sich die Magneteinheiten möglichst
dicht hinter der Stirnplatte 6, indem sie in die gezeich
neten Hohlräume eintauchen.
Fig. 6 zeigt noch den Einsatz des Systems der relativen
Feldstärkebeeinflussung in Verbindung mit einer automati
schen Regelung. Drei Sensoren S 1, S 2, S 3 für die Erfas
sung der Schichtdickenverteilung auf dem jeweiligen Sub
strat 22 sind einem Differenzverstärker 46 aufgeschaltet,
dessen Ausgang einem Regler 47 zugeführt wird. Dessen
Ausgang ist wiederum einem Leistungsverstärker 48 aufge
schaltet. Der Ausgang 48 a des Leistungsverstärkers ist
mit einem Stellmotor 49 für den Antrieb der Verstellein
richtung 42 verbunden, so daß sich durch Verschiebung der
Hülse 41 eine optimale Schichtdickenverteilung einregeln
läßt. Für die Verstelleinrichtung 21 in den Fig. 3 und
4 gelten analoge Überlegungen.
Fig. 7 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Zer
stäubungskathode, bei der neben einer zentralen Magnet
einheit 14 zusätzlich ein Elektromagnet 50 vorgesehen
ist, dessen Magnetspule 51 in einem topfförmigen Gehäuse
52 aus weichmagnetischem Material angeordnet ist, wobei
die Wicklung bzw. Magnetspule 51 um einen Spulenkern 53
herumgewickelt ist, der Teil des topfförmigen Jochs 52
ist.
Der besondere Vorteil der in Fig. 7 dargestellten Aus
führungsform einer Zerstäubungskathode 1 besteht nun
darin, daß der magnetische Tunnel 20 während eines
Beschichtungsvorgangs in sehr kurzer Zeit so verändert
werden kann, daß der Beschichtungsvorgang in diesem
Bereich unterbrochen wird, dann nämlich, wenn der Strom
durchgang durch den Elektromagneten 50 dem Permanentmag
neten ausreichend entgegenwirkt.
Während einer solchen Phase eines laufenden Beschich
tungsvorgangs ist es dann ohne weiteres möglich, bei
spielsweise über eine geeignete optische Einrichtung eine
Prüfung durchzuführen. Der Permanentmagnet 14 muß dazu so
bemessen sein, daß er allein ein mittleres Feld des not
wendigen Regelbereichs, erzielt durch die Überlagerung
des Spulenfeldes, erzeugt. Die zentrale Magneteinheit 14
ermöglicht es auch, den Elektromagneten 50 kleiner zu
bemessen, als dieser ohne einen zusätzlichen Permanent
magneten ausgebildet sein müßte.
Auflistung der Einzelteile:
1 Zerstäubungskathode
2 hohler Grundkörper
3 umlaufender Flansch
4 Isolierstoffkörper
5 Wand
6 ebene Stirnplatten
6 a innere Kreisfläche
6 b äußere Kreisfläche
7 Vorsprung
7 a Stirnseite
8 Kühlwasserkanal
9 Kühlwasserkanal
10 Zylinderspalt
11 Target
11 a kreisscheibenförmiges Teil
11 b kreisringförmiges Teil
11 c kreisringförmiges Teil
13 Magnetsystem
14 Magneteinheit
15 Magneteinheit
16 Magneteinheit
17 Magnetjoch
17 a äußeres Jochteil
17 b inneres Jochteil
17 c Rippe
17 d Rippe
19 Tunnel
20 Tunnel
21 Verstelleinrichtung
22 Substrat
30 Zerstäubungskathode
31 Target
32 Grundkörper
33 ebene Stirnplatte
34 gemeinsame Ebene
40 Magnetjoch
40 a Vorsprung
41 Hülse
41 a Flansch
42 Verstelleinrichtung
43 Zahnradpaar
44 Zahnradpaar
45 Gewindespindel
46 Differenzverstärker
47 Regler
48 Leistungsverstärker
48 a Ausgang
49 Stellmotor
50 Elektromagnet
51 Magnetspule, Wicklung
52 Gehäuse, inneres Topfjoch
53 Spulenkern
2 hohler Grundkörper
3 umlaufender Flansch
4 Isolierstoffkörper
5 Wand
6 ebene Stirnplatten
6 a innere Kreisfläche
6 b äußere Kreisfläche
7 Vorsprung
7 a Stirnseite
8 Kühlwasserkanal
9 Kühlwasserkanal
10 Zylinderspalt
11 Target
11 a kreisscheibenförmiges Teil
11 b kreisringförmiges Teil
11 c kreisringförmiges Teil
13 Magnetsystem
14 Magneteinheit
15 Magneteinheit
16 Magneteinheit
17 Magnetjoch
17 a äußeres Jochteil
17 b inneres Jochteil
17 c Rippe
17 d Rippe
19 Tunnel
20 Tunnel
21 Verstelleinrichtung
22 Substrat
30 Zerstäubungskathode
31 Target
32 Grundkörper
33 ebene Stirnplatte
34 gemeinsame Ebene
40 Magnetjoch
40 a Vorsprung
41 Hülse
41 a Flansch
42 Verstelleinrichtung
43 Zahnradpaar
44 Zahnradpaar
45 Gewindespindel
46 Differenzverstärker
47 Regler
48 Leistungsverstärker
48 a Ausgang
49 Stellmotor
50 Elektromagnet
51 Magnetspule, Wicklung
52 Gehäuse, inneres Topfjoch
53 Spulenkern
Claims (3)
1. Zerstäubungskathode nach dem Magnetron-Prinzip mit
einem aus mindestens einem Teil bestehenden Target
aus dem zu zerstäubenden Material, mit einem hinter
dem Target angeordneten Magnetsystem mit mehreren,
inneinanderliegenden und in sich geschlossenen Magneteinheiten
abwechselnd unterschiedlicher Polung,
durch die mindestens zwei gleichfalls in sich geschlossene,
ineinanderliegende magnetische Tunnels
aus bogenförmig gekrümmten Feldlinien gebildet wer
den, wobei die dem Target abgekehrten Pole der Mag
neteinheiten über ein Magnetjoch aus weichmagneti
schem Material miteinander verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest eine der Magnetein
heiten (14, 15, 16, 50) als ein Elektromagnet (50)
ausgebildet ist, dessen regelbares Magnetfeld in
jeder Phase des Beschichtungsvorgangs überlagerbar
ist.
2. Zerstäubungskathode nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das die Permanentmagnete (15, 16) tra
gende Magnetjoch (17) ringförmig ausgebildet ist und
der Elektromagnet (50) ein topfförmiges Joch (52)
aufweist, das die zentrale Öffnung des Magnetjochs
(17) ausfüllt oder in dieser angeordnet ist.
3. Zerstäubungskathode nach den Ansprüchen 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (51) der
als Elektromagnet (50) ausgebildeten Magneteinheit
einen Spulenkern (53) aufweist, dessen dem Target
(11) zugewandtes Ende einen Permanentmagneten (14)
trägt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893908252 DE3908252C2 (de) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | Zerstäubungskathode nach dem Magnetron-Prinzip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893908252 DE3908252C2 (de) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | Zerstäubungskathode nach dem Magnetron-Prinzip |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3908252A1 true DE3908252A1 (de) | 1990-09-20 |
DE3908252C2 DE3908252C2 (de) | 1996-06-20 |
Family
ID=6376298
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893908252 Expired - Fee Related DE3908252C2 (de) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | Zerstäubungskathode nach dem Magnetron-Prinzip |
Country Status (1)
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DE (1) | DE3908252C2 (de) |
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- 1989-03-14 DE DE19893908252 patent/DE3908252C2/de not_active Expired - Fee Related
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