DE3908252C2 - Zerstäubungskathode nach dem Magnetron-Prinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungskathode nach dem Magnetron-Prinzip mit einem aus mindestens einem Teil bestehenden Target aus dem zu zerstäuben­ den Material, mit einem hinter dem Target angeordne­ ten Magnetsystem mit mehreren, ineinanderliegenden und in sich geschlossenen Magneteinheiten abwech­ selnd unterschiedlicher Polung, durch die mindestens zwei gleichfalls in sich geschlossene, ineinanderliegende magnetische Tunnels aus bogenförmig gekrümmten Feldlinien gebildet werden, wobei die dem Target abge­ kehrten Pole der Magneteinheiten über ein Magnetjoch aus weichmagnetischem Material miteinander verbun­ den sind.

Durch die DE-OS 34 42 206 ist eine Zerstäubungska­ thode der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, die für die Zerstäubung von Targets aus ferromagnetischen Werkstoffen vorgesehen ist. Bei einem der beiden Aus­ führungsbeispiele werden durch zwei konzentrisch in­ einanderliegende Magneteinheiten in Verbindung mit zwei konzentrischen, in dem Target angeordneten Luft­ spalten zwei in sich geschlossene, ineinanderliegende magnetische Tunnels aus bogenförmig 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 Niederschlagsra­ ten, so daß die Schichtdickenverteilung sehr ungleich­ förmig ist.

Durch die DE-OS 22 43 708 ist es bekannt, bei Stab­ kathoden Magneteinheiten in axialer Richtung hinter­ einander anzuordnen, um dadurch die Zerstäubung des Targetmaterials zu vergleichmäßigen. Auch für die dort beschriebenen planaren Targets wird angegeben, daß man konzentrische, ineinanderliegende Magneteinhei­ ten und mehrere konzentrisch ineinanderliegende ma­ gnetische Tunnels vorsehen kann. Auch hier sind Mög­ lichkeiten einer getrennten Einstellung eines jeden ma­ gnetischen Tunnels - unabhängig vom jeweils benach­ barten Tunnel - nicht vorgesehen und auch nicht mög­ lich.

Durch eine unter der Bezeichnung "Con Mag" von der Firma Varian vertriebene Zerstäubungskathode der eingangs beschriebenen Gattung ist es weiterhin be­ kannt, innerhalb einer kreisringförmigen Jochplatte mit Abstand eine kreisscheibenförmige Jochplatte vorzuse­ hen und jeder Jochplatte zwei unabhängig voneinander wirkende, entgegengesetzt gepolte Magneteinheiten zuzuordnen, wobei über dem kreisringförmigen Ma­ gnetsystem ein Target mit einer kegelförmigen Zerstäu­ bungsfläche und über dem kreisscheibenförmigen Ma­ gnetsystem eine ebene Targetplatte angeordnet ist. Mit­ tel für die Beeinflussung der Magnetfeldstärke der zwei gebildeten Tunnels - unabhängig voneinander - sind nicht vorgesehen. Auch bei dieser Zerstäubungskathode muß der Zerstäubungseffekt so in Kauf genommen wer­ den, wie er durch die relative Lage der magnetischen Tunnels zu den Zerstäubungsflächen vorgegeben ist.

Nun hat der Abstand des Magnetsystems bzw. der Magnetsysteme von dem Target, insbesondere dann, wenn es aus einem nichtferromagnetischen Werkstoff besteht, einen erheblichen Einfluß auf die Feldlinienver­ teilung über der Zerstäubungsfläche und damit auf das sogenannte "Erosionsprofil". Um den zunehmenden Verbrauch des Targetmaterials durch Ausbildung eines Erosionsgrabens zu kompensieren, wird in der DE-OS 30 47 113 angegeben, mit fortschreitendem Verbrauch des Targetmaterials den Abstand des Magnetsystems von der Targetrückseite zu verändern. Das betreffende Magnetsystem besteht jedoch nur aus zwei Magnetein­ heiten, die einen einzigen magnetischen Tunnel erzeu­ gen, so daß dieser Druckschrift gleichfalls keine Anre­ gungen für die Beeinflussung der Schichtdickenvertei­ lung bei der Anwendung von zwei oder mehr konzen­ trisch ineinanderliegenden magnetischen Tunnels zu entnehmen sind.

Hinzu kommt, daß beim Einsatz eines einzigen ge­ schlossenen magnetischen Tunnels eine große Abhän­ gigkeit der Schichtdickenverteilung auf den Substraten auch vom Abstand zwischen Substrat und Target gege­ ben ist. Messungen 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) Substrat kann beobachtet werden, daß die Schichtdicke im Bereich des Erosions­ grabens besonders groß ist, während sie beiderseits des Erosionsgrabens stark abfällt. Dies führt dazu, daß man mit derartigen Zerstäubungskathoden nur Substrate be­ schichten kann, die einen sehr viel geringeren Durch­ messer 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 zugehö­ rigen Targetteile elektrisch völlig entkoppelt hat. Dies setzt jedoch den Einsatz von zwei Stromquellen pro Zerstäubungskathode voraus, weiterhin auch eine elek­ trische Isolation der Target- bzw. Kathodenteile vonein­ ander. Für die Zerstäubung von Targets aus ferroma­ gnetischen Werkstoffen ist ein solches System nicht ge­ eignet.

Es stellt sich nun die Aufgabe, eine Zerstäubungska­ thode sowohl für magnetische als auch für nichtmagne­ tische 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 beschriebenen Zerstäubungskathode dadurch erfolgen, daß die magnetische Feldstärke mindestens eines einen magnetischen Tunnel bildenden Magnetfeldes - relativ zu der magnetischen Feldstärke mindestens eines weite­ ren, einen weiteren magnetischen Tunnel bildenden Ma­ gnetfeldes - veränderbar ist.

Zweckmäßigerweise werden mithin die verschiede­ nen Magneteinheiten des Magnetsystems entkoppelt, während das Target oder die Targetteile elektrisch ein einheitliches System bilden, für das auch nur eine einzi­ ge Stromversorgung benötigt wird.

Durch die Einstellung der magnetischen Feldstärke im Bereich des einen Tunnels - relativ zu der Feldstär­ ke oder den Feldstärken im Bereich der jeweils anderen benachbarten Tunnels - wird eine individuelle Anpas­ sung der spezifischen Zerstäubungsleistung erreicht, d. h. das Targetmaterial kann im Bereich der verschiede­ nen magnetischen Tunnels auch unterschiedlich stark zerstäubt werden, womit die Zerstäubungsrate der ge­ forderten Niederschlagsrate angepaßt werden kann. Ei­ ne solche Zerstäubungskathode ist auch ohne besonde­ ren Aufwand unterschiedlichen Abständen zwischen Target und Substrat anpaßbar.

Eine besonders vorteilhafte Zerstäubungskathode ist mit einer Verstelleinrichtung versehen, durch die der magnetische Fluß zwischen dem Magnetjoch und min­ destens einer der Magneteinheiten gegenüber dem ma­ gnetischen Fluß zwischen dem Magnetjoch und den übrigen Magneteinheiten veränderbar ist.

Eine derartige Verstelleinrichtung kann auch dadurch gebildet werden, daß das Magnetjoch aus je einem äu­ ßeren und einem inneren Jochteil besteht, die unter Ver­ änderung des zwischen ihnen bestehenden magne­ tischen Übergangswiderstandes relativ zueinander ver­ stellbar sind.

In dem zuletzt genannten Fall besteht das äußere Jochteil beispielsweise aus einem Kreisring und das in­ nere Jochteil aus einer Kreisscheibe, die mehr oder we­ niger stark in den Kreisring eintauchen kann, wobei eine Verstellung durch eine Gewindespindel herbeiführbar ist. Die Überlappung zwischen dem äußeren und dem inneren Jochteil bestimmt den magnetischen Über­ gangswiderstand. Auf dem äußeren Jochteil sind dann vorteilhaft - starr zueinander - zwei ineinanderlie­ gende und in sich geschlossene Magneteinheiten ange­ ordnet, die zur Ausbildung eines magnetischen Tunnels über der Zerstäubungsfläche dienen, während auf dem inneren Jochteil eine Magneteinheit angeordnet ist, die mit der auf dem äußeren Jochteil angeordneten 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 Magneteinhei­ ten relativ zueinander im wesentlichen nicht beeinfluß­ bar ist, läßt sich die Stärke des Magnetfeldes des inneren magnetischen Tunnels durch Veränderung des magne­ tischen Übergangswiderstandes im Bereich des Jochs zwischen den beiden inneren Magneteinheiten in weiten Grenzen beeinflussen. Dadurch läßt sich die gewünsch­ te Abstimmung im Hinblick auf die gewünschte Schicht­ dickenverteilung herbeiführen.

Es ist dabei wiederum besonders vorteilhaft, wenn mit der Veränderung des magnetischen Übergangswider­ standes auch der Abstand mindestens eines der Jochtei­ le vom Target veränderbar ist. Auf diese Weise ist eine sehr gezielte Einstellung der örtlichen Zerstäubungsrate einerseits und der Niederschlagsrate andererseits mög­ lich.

Bei einer anderen alternativen Ausführungsform weist das Magnetjoch auf einem Teil seiner Oberfläche einen Vorsprung auf, auf dem eine der Magneteinheiten im wesentlichen kongruent mit dem Vorsprung ange­ ordnet ist, und wenn auf dem Vorsprung eine aus weich­ magnetischem Material bestehende, am Vorsprung eng­ anliegende und auf diesem verschiebbare Hülse ange­ ordnet ist, die in axialer Richtung über die Magnetein­ heit derart verstellbar ist, daß ein Maß "s" der Überlap­ pung von Hülse und Magneteinheit veränderbar ist.

Auf die zuletzt beschriebene Weise wird eine Art magnetischer "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 dem­ jenigen 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 ausge­ bildet, dessen regelbares Magnetfeld in jeder Phase des Beschichtungsvorgangs überlagerbar ist, wodurch eine geregelte Gleichmäßigkeit der Sputterrate erzielbar ist.

Zweckmäßigerweise ist das die äußeren Permanent­ magnete tragende Magnetjoch ringförmig ausgebildet, wobei der Elektromagnet ein topfförmiges Joch auf­ weist, das die vom ringförmigen Joch gebildete zentrale Öffnung des Magnetjochs ausfüllt oder dort angeordnet ist. Mit Vorteil weist die Wicklung der als Elektroma­ gnet ausgebildeten Magneteinheit einen Spulenkern auf, dessen dem Target zugewandtes Ende einen zusätz­ lichen Permanentmagneten trägt, der so bemessen ist, daß das von ihm alleine erzeugte Magnetfeld einen Mit­ telwert des Regelbereichs annimmt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfin­ dungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Un­ teransprüchen.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläu­ tert, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Zerstäubungska­ thode mit einem dreiteiligen Target aus ferromagneti­ schem Material, das zwei Luftspalte zwischen sich ein­ schließt,

Fig. 2 einen Axialschnitt analog Fig. 1, jedoch mit ei­ nem Target aus einem nichtferromagnetischen Material,

Fig. 3 und 4 eine Verstelleinrichtung für die Verstel­ lung des magnetischen Flusses innerhalb des Magnet­ jochs gemäß den Fig. 1 und 2,

Fig. 5 und 6 eine Verstelleinrichtung mit einem ma­ gnetischen Shunt als alternative Lösung,

Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine Zerstäubungska­ thode mit einem in seiner Leistung regelbaren Elektro­ magneten.

In Fig. 1 ist eine Zerstäubungskathode 1 dargestellt, deren tragender Teil ein topfförmiger, hohler Grund­ körper 2 ist, der wegen der thermischen Belastung aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff (Kupfer) besteht und mittels eines umlaufenden Flansches 3 unter Zwi­ schenschaltung eines Isolierstoffkörpers 4 in eine Wand 5 einer hier nicht näher gezeigten Vakuumkammer ein­ gesetzt ist.

Der Grundkörper 2 besitzt eine größtenteils ebene Stirnplatte 6 mit einem in Richtung der Achse A-A wei­ senden Vorsprung 7, der wiederum eine kreisringförmi­ ge Stirnseite 7a aufweist. Durch den Vorsprung 7 wird die Außenseite der Stirnplatte 6 in eine innere Kreisflä­ che 6a und eine hierzu konzentrische, äußere Kreisring­ fläche 6b unterteilt, die beide in einer gemeinsamen Ebene liegen. Auf der Innenseite der Stirnplatte 6 befin­ den sich zwei konzentrische Kühlwasserkanäle 8, 9, die einen Zylinderspalt 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 kreis­ scheibenförmigen Teil 11a und aus einem äußeren kreis­ ringförmigen Teil 11b besteht, wobei die Grundflächen dieser Teile mit der jeweils zugehörigen Kreisfläche 6a bzw. der Kreisringfläche 6b kongruent sind. Auf dem Vorsprung 7 ist ein weiteres kreisringförmiges Teil 11c des Targets angeordnet, das den Vorsprung 7 radial einwärts und radial auswärts überragt, so daß eine Überlappung mit den Teilen 11a und 11b besteht. Die Dicke der Targetteile 11a und 11b ist dabei geringer als die Höhe des Vorsprungs 7, so daß in Richtung der Achse A-A zwischen dem Teil 11c und dem Teil 11a einerseits, und dem Teil 11c und dem Teil 11b anderer­ seits, jeweils ein radialer Luftspalt gebildet wird, der das aus ferrogmagnetischem Werkstoff bestehende Target 11 magnetisch unterteilt. Die Luftspalte sind dabei en­ ger als der sich unter den Betriebsbedingungen einstel­ lende Dunkelraumabstand, so daß in den Luftspalten keinerlei Glimmentladung auftritt.

In der hinteren Öffnung des Grundkörpers 2 befindet sich ein Magnetsystem 13 mit mehreren Magneteinhei­ ten 14, 15, 16, die in bezug auf die Achse A-A ineinander­ liegen und sämtlich aus permanentmagnetischem Mate­ rial bestehen und in axialer Richtung magnetisiert sind. Die zentrale Magneteinheit 14 hat dabei die Form eines gedrungenen Zylinders. Die Magneteinheiten 15, 16 sind dabei aus mehreren quaderförmigen Permanentmagne­ ten zusammengesetzt, deren Polflächen gleicher Polung jeweils im wesentlichen in einer Kreisringfläche liegen. Hierbei sei vernachlässigt, daß eine solche Aneinander­ reihung von Permanentmagneten in Wirklichkeit zu ei­ nem vieleckigen Polygon führt. Die dem Target 11 ab­ gekehrten 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 17a, dessen Grundfläche eine Kreisringfläche ist, und aus einem inneren Jochteil 17b, dessen Grundflä­ che eine Kreisfläche ist. Das äußere Jochteil 17a besitzt zur Achse A-A konzentrische Rippen 17c, 17d, deren dem Target 11 zugekehrte kreisringförmige Stirnflä­ chen die Auflagenflächen für die Magneteinheiten 15 bzw. 16 sind.

Die Magneteinheiten sind dabei abwechselnd unter­ schiedlich gepolt, und zwar bilden die dem Target 11 zugekehrten Polflächen bei der Magneteinheit 14 einen Nordpol, bei der Magneteinheit 15 einen Südpol und bei der Magneteinheit 16 wieder einen Nordpol. Dies führt im Hinblick auf die zwischen den Targetteilen 11a, 11b, 11c vorhandenen Luftspalte zur Ausbildung zweier ma­ gnetischer Tunnels 19, 20, deren Feldlinien in der rech­ ten Hälfte von Fig. 1 gestrichelt dargestellt sind. In Wirklichkeit folgen die Tunnels 19, 20 dem Verlauf der Luftspalte, sind also um die Achse A-A umlaufend ge­ schlossen.

Das innere Jochteil 17b ist in einer Ausnehmung 17e des äußeren Jochteils 17a in Normalenrichtung zur Hauptebene des Targets 11, d. h. in Richtung der Achse A-A unter Veränderung der Überlappung "s", verstell­ bar (Fig. 3). Zur Verstellung dient eine Verstelleinrich­ tung 21, durch die der innere Jochteil 17b in Drehung versetzt werden kann. Da zwischen den beiden Jochtei­ len 17a und 17 eine Gewindeverbindung besteht, läßt sich durch Drehen der Verstelleinrichtung 21 das innere Jochteil 17b aus dem äußeren Jochteil 17a heraus- oder in dieses hineinschrauben. Eine zur Fig. 3 entgegenge­ setzte Lage der beiden Jochteile zueinander ist in Fig. 4 dargestellt. Durch die Verstelleinrichtung 21 wird er­ reicht, daß der magnetische Fluß zwischen dem Ma­ gnetjoch 17 und der Magneteinheit 14 gegenüber dem magnetischen Fluß zwischen dem gleichen Magnetjoch 17 und den übrigen Magneteinheiten 15, 16 verändert wird. Der magnetische Fluß zwischen den Magnetein­ heiten 15, 16 bleibt hiervon jeweils im wesentlichen un­ beeinflußt. Diese Maßnahme führt dazu, daß die magne­ tische Feldstärke des den Tunnel 20 bildenden Magnet­ feldes - relativ zu der magnetischen Feldstärke des den Tunnel 19 bildenden Magnetfeldes - verändert wird. Auf diese Weise lassen sich die Zerstäubungsraten im Bereich der magnetischen Tunnel 19, 20 - unabhängig voneinander - 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 Tar­ gets 11 (oder einem Reaktionsprodukt hieraus) be­ schichtet 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 Targetmaterial die Ausbildung von Luftspalten über­ flüssig ist, fehlt der Stirnplatte 33 auch ein entsprechen­ der Vorsprung. Das Magnetsystem 13 ist im wesentli­ chen identisch aufgebaut, lediglich die Rippe 17c des äußeren Jochteils 17a ist kürzer ausgebildet, da die Pol­ flächen der Magneteinheiten 15, 16 in einer gemeinsa­ men Ebene 34 liegen, in der bei der dargestellten Ein­ stellung des Jochteils 17 auch die Polfläche der Magne­ teinheit 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 Ver­ änderung des magnetischen Übergangswiderstandes zwischen den Jochteilen 17a und 17b auch der Abstand des Jochteils 14 vom Target 11 veränderbar ist. Durch Vergrößerung des Abstands "a" kann beispielhaft die Feldstärke des inneren magnetischen Tunnels 20 gegen­ über derjenigen des äußeren magnetischen Tunnels 19 verringert werden. Dies wirkt in vorteilhafter Weise dem Konzentrationseffekt der magnetischen Feldlinien entgegen, der dadurch auftritt, daß bei ineinanderliegen­ den, rotationssymmetrischen Magnetsystemen notwen­ digerweise am jeweils kleinsten Radius die größte Feld­ stärke auftritt. Sofern dieser Effekt unbeeinflußt bleibt, würde dies zu dem weiter oben beschriebenen Effekt führen, daß in der Mitte des Substrats 22, also im Be­ reich der Achse A-A, eine sehr viel größere Schichtdicke 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 wer­ den. Die Beeinflussung der relativen Feldstärken der betreffenden magnetischen Felder durch räumliche Verschiebung des Jochteils 17b gegenüber dem Jochteil 17a 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 magne­ tischen Feldstärke des äußeren Tunnels 19 - relativ zum inneren Tunnel 20 bzw. zur Veränderung des ma­ gnetischen Flusses zwischen dem Magnetjoch und der Magneteinheit 14 einerseits, und dem magnetischen Fluß zwischen dem Magnetjoch 17 und den übrigen Magneteinheiten 15, 16 andererseits. Dies geschieht da­ durch, daß das Magnetjoch 40 auf einem Teil seiner Oberfläche, nämlich in der Mitte, einen Vorsprung 40a aufweist, auf dem die zentrale Magneteinheit 14 kon­ gruent mit dem Vorsprung 40a angeordnet ist. Auf dem Vorsprung 40a ist eine aus weichmagnetischem Materi­ al bestehende, am Vorsprung enganliegende und auf diesem verschiebbare Hülse 41 angeordnet, die in axialer Richtung über die Magneteinheit 14 derart ver­ stellbar ist, daß das Maß "s" der Überlappung von Hülse und Magneteinheit veränderbar ist (Fig. 6). Die Verstel­ lung geschieht durch eine Verstelleinrichtung 42, die aus einem Zahnradpaar 43, 44 besteht. Das Zahnrad 44 treibt eine Gewindespindel 45 an, die in einen Flansch 41a 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 ma­ gnetischen Flusses von der freien Stirnseite der Magne­ teinheit 14 auf dem Weg des geringsten Widerstandes in das Magnetjoch 40 zurückführt und dadurch das aus der Polfläche der Magneteinheit 14 austretende Feld schwächt. Die Verstellsysteme nach den Fig. 1 bis 4 ei­ nerseits, und 5 bis 6 andererseits lassen sich zur Erfül­ lung der Aufgabe gegeneinander austauschen.

Während anhand der Fig. 1 und 2 primär rotations­ symmetrische 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 Zeichenebe­ ne verlängert - denken kann. Man kann sich eine sol­ che langgestreckte Kathode dadurch gebildet vorstel­ len, daß man eine rotationssymmetrische Kathode nach den Fig. 1 und 2 entlang der Achse A-A diametral durchtrennt und zwischen den beiden Hälften einen Ab­ stand 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 an­ ordnen, um die jeweils inneren Jochteile 17b exakt ge­ genüber den äußeren Jochteilen 17a 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 darge­ stellt. In Wirklichkeit befinden sich die Magneteinheiten möglichst dicht hinter der Stirnplatte 6, indem sie in die gezeichneten Hohlräume eintauchen.

Fig. 6 zeigt noch den Einsatz des Systems der relati­ ven Feldstärkebeeinflussung in Verbindung mit einer automatischen Regelung. Drei Sensoren S1, S2, S3 für die Erfassung der Schichtdickenverteilung auf dem je­ weiligen Substrat 22 sind einem Differenzverstärker 46 aufgeschaltet, dessen Ausgang einem Regler 47 zuge­ führt wird. Dessen Ausgang ist wiederum einem Lei­ stungsverstärker 48 aufgeschaltet. Der Ausgang 48a des Leistungsverstärkers ist mit einem Stellmotor 49 für den Antrieb der Verstelleinrichtung 42 verbunden, so daß sich durch Verschiebung der Hülse 41 eine optimale Schichtdickenverteilung einregeln läßt. Für die Verstell­ einrichtung 21 in den Fig. 3 und 4 gelten analoge Über­ legungen.

Fig. 7 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Zerstäubungskathode, bei der neben einer zentralen Magneteinheit 14 zusätzlich ein Elektromagnet 50 vor­ gesehen ist, dessen Magnetspule 51 in einem topfförmi­ gen Gehäuse 52 aus weichmagnetischem Material ange­ ordnet 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 Stromdurchgang durch den Elektromagneten 50 dem Permanentmagneten ausreichend entgegenwirkt.

Während einer solchen Phase eines laufenden Be­ schichtungsvorgangs ist es dann ohne weiteres möglich, beispielsweise über eine geeignete optische Einrichtung eine Prüfung durchzuführen. Der Permanentmagnet 14 muß dazu so bemessen sein, daß er allein ein mittleres Feld des notwendigen Regelbereichs, erzielt durch die Überlagerung des Spulenfeldes, erzeugt. Die zentrale Magneteinheit 14 ermöglicht es auch, den Elektroma­ gneten 50 kleiner zu bemessen, als dieser ohne einen zusätzlichen Permanentmagneten ausgebildet sein müßte.

Bezugszeichenliste

1 Zerstäubungskathode
2 hohler Grundkörper
3 umlaufender Flansch
4 Isolierstoffkörper
5 Wand
6 ebene Stirnplatten
6a innere Kreisfläche
6b äußere Kreisfläche
7 Vorsprung
7a Stirnseite
8 Kühlwasserkanal
9 Kühlwasserkanal
10 Zylinderspalt
11 Target
11a kreisscheibenförmiges Teil
11b kreisringförmiges Teil
11c kreisringförmiges Teil
13 Magnetsystem
14 Magneteinheit
15 Magneteinheit
16 Magneteinheit
17 Magnetjoch
17a äußeres Jochteil
17b inneres Jochteil
17c Rippe
17d Rippe
19 Tunnel
20 Tunnel
21 Verstelleinrichtung
22 Substrat
30 Zerstäubungskathode
31 Target
32 Grundkörper
33 ebene Stirnplatte
34 gemeinsame Ebene
40 Magnetjoch
40a Vorsprung
41 Hülse
41a Flansch
42 Verstelleinrichtung
43 Zahnradpaar
44 Zahnradpaar
45 Gewindespindel
46 Differenzverstärker
47 Regler
48 Leistungsverstärker
48a 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 beste­ henden Target aus dem zu zerstäubenden Material, mit einem hinter dem Target angeordneten Ma­ gnetsystem mit mehreren, ineinanderliegenden und in sich geschlossenen Magneteinheiten ab­ wechselnd unterschiedlicher Polung, durch die min­ destens zwei gleichfalls in sich geschlossene, inein­ anderliegende magnetische Tunnels aus bogenför­ mig gekrümmten Feldlinien gebildet werden, wobei die dem Target abgekehrten Pole der Magnetein­ heiten über ein Magnetjoch aus weichmagneti­ schem Material miteinander verbunden sind, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Magneteinheiten (14, 15, 16, 50) als ein Elektroma­ gnet (50) ausgebildet ist, dessen regelbares Magnet­ feld in jeder Phase des Beschichtungsvorgangs überlagerbar ist.

2. Zerstäubungskathode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Permanentmagnete (15, 16) tragende Magnetjoch (17) ringförmig aus­ gebildet ist und der Elektromagnet (50) ein topfför­ miges Joch (52) aufweist, das die zentrale Öffnung des Magnetjochs (17) ausfüllt oder in dieser ange­ ordnet ist.

3. Zerstäubungskathode nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (51) der als Elektromagnet (50) ausgebildeten Ma­ gneteinheit einen Spulenkern (53) aufweist, dessen dem Target (11) zugewandtes Ende einen Perma­ nentmagneten (14) trägt.