DE3908252A1

DE3908252A1 - Zerstaeubungskathode nach dem magnetron-prinzip

Info

Publication number: DE3908252A1
Application number: DE19893908252
Authority: DE
Inventors: Thomas Martens
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-09-20
Anticipated expiration: 2009-03-15
Also published as: DE3908252C2

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

Claims

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.