DE4127261C1 - Sputtering equipment for coating large substrates with ferromagnetic and non-magnetic material - has cathode target comprising sub-targets, and cooling plates contg. magnet unit and poles shoes - Google Patents

Sputtering equipment for coating large substrates with ferromagnetic and non-magnetic material - has cathode target comprising sub-targets, and cooling plates contg. magnet unit and poles shoes

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DE4127261C1 DE19914127261 DE4127261A DE4127261C1 DE 4127261 C1 DE4127261 C1 DE 4127261C1 DE 19914127261 DE19914127261 DE 19914127261 DE 4127261 A DE4127261 A DE 4127261A DE 4127261 C1 DE4127261 C1 DE 4127261C1
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Ullrich Heisig
Horst Liebergeld
Andreas Holfeld
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Abstract

Sputtering equipment for coating large substrates with ferromagnetic and non-ferromagnetic material has a cathode target (1), consisting of at least two sub targets (1',1''), electrically isolated from each other and supplied with any desired voltages. A cooling plate (2) is constructed like the target from at least two sub-cooling plates (2',2''). The cooling plate contains magnet units (5) with pole shoes (4) such that the gap between sub targets and sub cooling plates is in the region of a pole. The distance between a sub target and the associated magnet unit can be independently varied by relative mechanical movement. ADVANTAGE - At least two materials can be simultaneously or successively deposited on a substrate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungseinrichtung nach dem Magnetronprinzip, deren Target aus dem zerstäubenden Material aus mindestens einem Teil und aus ferromagnetischem und/oder nichtferromagnetischem Material besteht. Derartige Zerstäu­ bungsquellen werden im Falle von zwei Targets auch als Zwei­ ringquellen bezeichnet und dienen zur stationären Beschichtung großer Substrate.The invention relates to an atomizing device according to the Magnetron principle, whose target is made of the atomizing material from at least one part and from ferromagnetic and / or non-ferromagnetic material. Such atomization In the case of two targets, sources of exercise are also called two denotes ring sources and are used for stationary coating large substrates.

Es sind Zerstäubungseinrichtungen nach dem Magnetronprinzip bekannt, die wahlweise zum Zerstäuben von ferromagnetischem oder nichtferromagnetischem Material geeignet sind (DE-OS 39 08 252; US-PS 44 01 539). Mit diesen Einrichtungen kann jedoch nur ein einziges Material mit gleicher Schichtdicke auf dem Substrat abgeschieden werden. Es können zwar verschie­ dene Materialien zerstäubt werden, indem das Target mosaik­ artig zusammengesetzt wird. Jedoch können Legierungen und Verbindungen nur derart auf ein Substrat abgeschieden werden, wie es die Zusammensetzung durch die Flächenverhältnisse der Teiltargets und die Sputterausbeute zulassen. Eine Kombina­ nation ferromagnetischer und nichtferromagnetischer Materi­ alien führt allerdings zu extremen Unterschieden in der Zer­ stäubungsrate beider Materialien, da die im Entladungsraum wirksamen Magnetfelder oberhalb des ferromagnetischen Mate­ rials wesentlich kleiner sind, als oberhalb des nichtferro­ magnetischen Materials. Diese extremen Unterschiede in der Zerstäubungsrate führen zu einer starken Einschränkung bezüg­ lich der Schichtzusammensetzung.They are atomizing devices based on the magnetron principle known, the optional for atomizing ferromagnetic or non-ferromagnetic material are suitable (DE-OS 39 08 252; US-PS 44 01 539). With these facilities can however, only a single material with the same layer thickness be deposited on the substrate. It can be different their materials are atomized by the target mosaic is composed well. However, alloys and Compounds are only deposited onto a substrate in such a way how it is compounded by the area ratios of the Allow partial targets and sputter yield. A Kombina nation of ferromagnetic and non-ferromagnetic material alien, however, leads to extreme differences in the Zer Dusting rate of both materials, as that in the discharge space effective magnetic fields above the ferromagnetic mate rials are much smaller than above the non-ferro magnetic material. These extreme differences in the Atomization rates result in a severe restriction Lich the layer composition.

Ein versuchter Ausweg besteht darin, daß Legierungstargets eingesetzt werden, was jedoch nur realisierbar ist mit Mate­ rialien, die sich legieren lassen. Ein Nachteil ist auch, daß die Schichtzusammensetzung durch das Target vorgegeben ist und eine Variation während des Beschichtungsprozesses nicht möglich ist. Es erfordert ein neues Target. Technologische Untersuchungen scheiden somit aus, die größtenteils erforder­ lich sind.An attempted way out is that alloy targets can be used, but this can only be achieved with mate rialien that can be alloyed. Another disadvantage is that the layer composition is predetermined by the target and no variation during the coating process is possible. It requires a new target. Technological Investigations are therefore ruled out, which are largely required  are.

Die bekannten Einrichtungen haben den weiteren Nachteil, daß der Abstand zwischen den Polen des Magnetsystems und dem Target relativ groß ist. Bei einigen ebenen Targets (Fig. 2 DE-OS 39 08 252) aus ferromagnetischen Materialien hoher Per­ meabilität und Sättigungsmagnetisierung reicht das Magnetfeld des Magnetsystems nicht aus, um das Targetmaterial magnetisch zu sättigen und darüber hinaus eine für die Aufrechterhaltung der Entladung ausreichende Feldstärke im Entladungsraum ober­ halb des Targets zu erzeugen. Es wird versucht den Nachteil dadurch zu beseitigen, indem das Target dreigeteilt wird und auf einer gemeinsamen Kühlplatte angeordnet ist (Fig. 1 DE-OS 39 08 252). Die Teiltargets führen das gleiche elektrische Po­ tential. Durch die stufenförmige Anordnung mit einem magneti­ schen Spalt wird erreicht, daß das Magnetfeld, welches inner­ halb des Targetmaterials geführt wird, zwangsweise an den Stufen austreten muß und so die tunnelförmigen Feldlinien ge­ bildet werden. Der entscheidende Nachteil dieser Anordnung ist, daß im Verlaufe der Targeterosion des ferromagnetischen Targetmaterials in den magnetischen Spalt zwischen den paral­ lel versetzten Teiltargets zerstäubtes Material gelangt (sag. Bartwuchs) und dieser Spalt magnetisch überbrückt wird. Die Entladung wird schwächer und kommt zum Erlöschen.The known devices have the further disadvantage that the distance between the poles of the magnet system and the target is relatively large. For some flat targets ( Fig. 2 DE-OS 39 08 252) made of ferromagnetic materials of high per meability and saturation magnetization, the magnetic field of the magnet system is not sufficient to magnetically saturate the target material and, moreover, a field strength in the discharge space which is sufficient for maintaining the discharge to generate above the target. An attempt is made to eliminate the disadvantage by dividing the target into three parts and arranging them on a common cooling plate ( FIG. 1 DE-OS 39 08 252). The partial targets have the same electrical potential. The step-like arrangement with a magnetic gap ensures that the magnetic field, which is guided within half of the target material, must forcibly emerge from the steps and thus the tunnel-shaped field lines are formed. The decisive disadvantage of this arrangement is that, in the course of the target erosion of the ferromagnetic target material, sputtered material enters the magnetic gap between the partial targets offset in parallel (say beard growth) and this gap is bridged magnetically. The discharge becomes weaker and goes out.

Diese Einrichtung ist aus folgendem Grunde weiterhin nicht geeignet, verschiedene Materialien für die Teiltargets zu ver­ wenden. Alle Teiltargets werden gleichzeitig und ungleichmäßig abgetragen und trotz der möglichen Intensitätsbeeinflussung der zwei Teilentladungen ist die Gleichmäßigkeit von Schicht­ dicke und Zusammensetzung nicht ausreichend steuerbar.This facility is still not for the following reason suitable to ver different materials for the partial targets turn. All partial targets become simultaneous and uneven worn and despite the possible influence on the intensity of the two partial discharges is the uniformity of the layer thickness and composition not sufficiently controllable.

Die vorgenannten Einrichtungen gestatten nicht ein zeitlich sequentielles Abscheiden verschiedener Materialien. Sie sind so gestaltet, daß zwar eine relative Änderung der Magnetfeld­ stärken für die Teilentladungen erfolgen kann, jedoch nicht wahlweise ein Betreiben jeder Teilentladung im einzelnen. Das sequentielle Beschichten erfordert mehrere solcher Zerstäu­ bungseinrichtungen und eine Transporteinrichtung für das Sub­ strat, was wiederum einen hohen apparativen Aufwand erfordert.The above-mentioned facilities do not allow one in time sequential deposition of different materials. you are designed so that a relative change in the magnetic field strengths for the partial discharges can take place, however not optionally operating each partial discharge in detail. The sequential coating requires several such atomizations  exercise equipment and a transport device for the sub strat, which in turn requires a lot of equipment.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zerstäubungs­ einrichtung nach dem Magnetronprinzip zu schaffen, mit welcher mindestens zwei Materialien gleichzeitig oder zeitlich nach­ einander auf Substrate in stationären Beschichtungsmode abge­ schieden werden können. Die Schichtdicke und deren Material­ zusammensetzung soll hohen Anforderungen genügen. Es soll auch möglich sein, wenigstens ein ferromagnetisches Material mit hoher Permeabilität und Sättigungsmagnetisierung zu zerstäu­ ben. Eine getrennte Regelung der einzelnen Entladungen soll mit relativ geringem apparativen Aufwand möglich sein.The invention has for its object an atomization to create a device according to the magnetron principle, with which at least two materials at the same time or in time abge each other on substrates in stationary coating mode can be divorced. The layer thickness and its material composition should meet high requirements. It should also be possible to use at least one ferromagnetic material high permeability and saturation magnetization ben. A separate regulation of the individual discharges should be possible with relatively little equipment.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Zerstäubungsein­ richtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen zeigen die Unteransprüche.According to the invention, the task is with atomization direction solved with the features of claim 1. Further Refinements show the subclaims.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, jedes Target bzw. Teiltarget an eine getrennte Stromversorgungseinrichtung anzuschließen, um den Leistungseintrag zu steuern. Die Sput­ terraten sind durch das Verändern des Magnetfeldes zu regeln, was entweder mechanisch mittels eines Hubsystems für die Ma­ gneten erfolgen kann, durch Veränderung eines elektrisch er­ zeugten Magnetfeldes oder durch Axialbewegung der Targets. Durch einen geringen Abstand der parallel verlaufenden Tunnel aus bogenförmig gekrümmten Magnetfeldlinien ist eine hohe Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und Schichtzusammensetzung über die Substrate mit einem Durchmesser < 50 mm möglich. Durch die Ausbildung des Magnetsystems, insbesondere im Zu­ sammenhang mit Verwendung und Anordnung von Polschuhen, wird wesentlich auf die Zerstäubung des Targetmaterials Einfluß genommen, vor allem die Zerstäubung mehrerer Materialien, insbesondere auch ferromagnetisches Material.With the solution according to the invention it is possible to target each or partial target to a separate power supply device connect to control the performance entry. The sput terrates are to be regulated by changing the magnetic field, which either mechanically by means of a lifting system for the Ma can be done by changing an electrical he generated magnetic field or by axial movement of the targets. Due to a small distance between the parallel tunnels is high from arcuate curved magnetic field lines Uniformity of layer thickness and layer composition possible with substrates with a diameter <50 mm. By designing the magnet system, especially in the Zu connection with the use and arrangement of pole pieces significantly influences the atomization of the target material taken, especially the atomization of several materials, especially ferromagnetic material.

Die galvanisch aufgeteilte Kühlplatte in Teilkühlplatten, die den Teiltargets entsprechend zugeordnet sind, kann durch das elektrische Umschalten einer Stromversorgung zeitlich nachein­ ander die Zerstäubung der Materialien erfolgen. Da diese Um­ schaltung sehr schnell erfolgen kann, bietet sich diese Lö­ sung für hochproduktive Beschichtungseinrichtungen an. Das jeweils von der Stromversorgung getrennte Teiltarget kann auf ein Potential unterhalb der Brennspannung der Entladung ge­ legt werden. Im speziellen Fall kann dieses Teiltarget auch als zusätzliche Anode wirksam werden. Eine weitere Möglich­ keit besteht auch darin, das nicht genutzte Teiltarget elek­ trisch zu floaten oder über einen elektrischen Widerstand, größer einige Hundert Ohm, mit dem Anodenpotential zu verbin­ den.The galvanically divided cooling plate into partial cooling plates are assigned accordingly to the partial targets, can by electrical switching of a power supply sequentially  the materials are atomized. Since this um circuit can be done very quickly, this solution offers itself solution for highly productive coating facilities. The partial target separated from the power supply can a potential below the burning voltage of the discharge ge be placed. In a special case, this partial target can also act as an additional anode. Another possibility speed also consists in electing the unused subtarget float or via an electrical resistor, greater than a few hundred ohms to connect to the anode potential the.

Der die galvanische Trennung bewirkende Spalt zwischen den Teiltargets und Teilkühlplatten ist im Bereich über einer der Magneteinheiten angeordnet. Dadurch werden parasitäre Entla­ dungen im Spalt verhindert, denn das magnetische Feld ist im Spaltbereich parallel zum Spalt und senkrecht zu der dem Ent­ ladungsraum zugewandten Targetseite gerichtet. Beim Zerstäu­ ben ferromagnetischen Materials kann es vorteilhaft sein, in die der Entladungsseite zugewandte Targetseite eine oder meh­ rere parallel zum magnetischen Tunnel verlaufende, in sich ge­ schlossene Rillen mit einer Breite von 1 bis 15 mm und einer Tiefe von einigen Zehntel mm bis 5 mm einzubringen. Besonders ist diese Naßnahme dann zweckmäßig, wenn das im Entladungsbe­ reich herrschende Magnetfeld bei ebener Targetoberfläche zu schwach ist. Durch diese Rillen gerät das Targetmaterial an dieser Stelle in die Sättigung und das darüber hinausgehende Feld wird im Entladungsbereich wirksam.The galvanic separation gap between the Partial targets and part cooling plates is in the area above one of the Magnet units arranged. This will cause parasitic discharge prevented in the gap, because the magnetic field is in the Gap area parallel to the gap and perpendicular to that of the Ent directed towards the cargo space. When atomizing ben ferromagnetic material, it can be advantageous in the target side facing the discharge side one or more more parallel to the magnetic tunnel closed grooves with a width of 1 to 15 mm and a Depth of a few tenths of a mm to 5 mm. Especially is this measure appropriate if this is in the discharge area rich magnetic field with a flat target surface is weak. The target material gets through these grooves this point in saturation and beyond Field takes effect in the discharge area.

An einigen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher er­ läutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen Zweiring-Zerstäu­ bungseinrichtungen in rotationssymmetrischer Ausführung im Schnitt inIn some embodiments, the invention is closer purifies. The accompanying drawings show two-ring atomization exercise facilities in a rotationally symmetrical design in Cut in

Fig. 1a (links) mit in einer äußeren Kühlplatte vakuumdicht eingesetzten Polschuhen und beweglichen Ma­ gneteinheiten, Figure 1a (left) gneteinheiten., With an external cooling plate vacuum-tight pole pieces and used mobile Ma,

Fig. 1b (rechts) mit einer vakuummäßigen Trennplatte mit ein­ gesetzten Polschuhen und beweglichen Magnet­ einheiten, 1b (on the right) units. With a vacuum moderate partition plate with a movable magnetic pole pieces and set,

Fig. 2a (links) mit einem verstellbaren äußeren Target mit zugehöriger feststehenden Magneteinheit und inneren feststehenden Target und zuge­ höriger verstellbarer Magneteinheit, FIG. 2a (left) with an adjustable outer target with the associated fixed magnet assembly and inner fixed target and fed impaired adjustable magnet unit,

Fig. 2b (rechts) mit zwei verstellbaren Targets und fest­ stehenden Magneteinheiten. Fig. 2b (right) with two adjustable targets and fixed magnet units.

Der Aufbau beider Varianten der Fig. 1 ist sehr ähnlich. In beiden Fällen ist das gesamte Magnetsystem außerhalb des Re­ zipienten, d. h. an Luft. Die Magneteinheiten sind getrennt voneinander in ihrem Abstand verstellbar.The structure of both variants of FIG. 1 is very similar. In both cases, the entire magnet system is outside the recipient, ie in air. The distance between the magnet units can be adjusted separately.

Das Target 1 besteht aus dem inneren kreisförmigen Teiltarget 1′ und das dieses umgebende kreisringförmige Teiltarget 1′′. Das Teiltarget 1′ ist auf der ebenso geometrisch geformten Teilkühlplatte 2′ befestigt. In den Kühlplatten 2 befinden sich Kühlkanäle 3. Beide Teilkühlplatten 2′; 2′′ sind elek­ trisch voneinander isoliert. In der Fig. 1a sind in die Teil­ kühlplatte 2′′ vakuumdicht Polschuhe 4 eingesetzt, die gegen­ über der Teilkühlplatte 2′ etwas zurückgesetzt sind und zum Teiltarget 1′′ einen Spalt aufweisen. Dadurch ist gewährlei­ stet, daß das Teiltarget 1′′ sicher gekühlt wird, auch wenn keine Bondung oder andere thermische Kontaktierung des Targets 1 mit der Kühlplatte 2 erfolgt. Wurde der Versatz so gewählt, daß die Polschuhe 4 über die gekühlte Fläche der Teilkühl­ platte 2′′ erhaben sind, so wäre ein magnetischer Fluß mit ge­ ringsten Verlusten von den Polschuhen 4 in das Teiltarget 1′′ möglich, was insbesondere für ferromagnetische Materialien wesentlich ist. In diesem Fall ist ein Ausfüllen des Spaltes zur Teilkühlplatte 2′′ mit gut wärmeleitenden Material erfor­ derlich. Es können jedoch auch alle Flächen in einer Ebene liegen. Hinter den Polschuhen 4, d. h. dem Target 1 abgewandt ist eine Magneteinheit 5 des gesamten Magnetsystems angeord­ net, die aus zwei Permanentmagneten 6 und einem Elektromagne­ ten 7 besteht. Eine Rückschlußplatte 8 verbindet magnetisch die Permanentmagneten 6. Ein Isolator 9 trennt die Rückschluß­ platte 8 galvanisch von der Teilkühlplatte 2′′, die mit ihrem inneren und äußeren Teil 10 eine vakuummäßige Trennplatte bildet. Das gesamte Magnetsystem ist somit außerhalb des Vakuums.The target 1 consists of the inner circular partial target 1 'and the surrounding circular partial target 1 ''. The partial target 1 'is attached to the geometrically shaped partial cooling plate 2 '. There are cooling channels 3 in the cooling plates 2 . Both partial cooling plates 2 '; 2 '' are electrically isolated from each other. In Fig. 1a are in the part cooling plate 2 '' vacuum-tight pole shoes 4 , which are set back against the partial cooling plate 2 'somewhat and to the partial target 1 ''have a gap. This ensures that the partial target 1 '' is reliably cooled, even if no bonding or other thermal contacting of the target 1 with the cooling plate 2 takes place. If the offset was chosen so that the pole pieces 4 are raised above the cooled surface of the partial cooling plate 2 '', then a magnetic flux with the slightest losses from the pole pieces 4 into the partial target 1 '' would be possible, which is particularly important for ferromagnetic materials is. In this case, filling the gap to the partial cooling plate 2 '' with good heat-conducting material is required. However, all surfaces can also lie in one plane. Behind the pole pieces 4 , ie facing away from the target 1 , a magnet unit 5 of the entire magnet system is arranged, which consists of two permanent magnets 6 and an electromagnetic element 7 . A yoke plate 8 magnetically connects the permanent magnets 6 . An insulator 9 separates the yoke plate 8 galvanically from the partial cooling plate 2 '', which forms a vacuum-like partition plate with its inner and outer part 10 . The entire magnet system is therefore outside the vacuum.

Das äußere Teiltarget 1′′ ist von der Anode 11, in der auch ein Kühltunnel 3 eingeschlossen ist, umgeben, die ebenfalls mittels eines Isolators 12 von der Trennplatte galvanisch getrennt ist. Die Anode 11 ist vakuumdicht mit dem Rezipien­ ten 13 verbunden. Die vakuumdichte Verbindung von der Anode 11 mit dem Rezipienten 13 einerseits und dem Isolator 12 an­ dererseits, sowie zwischen dem Isolator 12 und dem Teil 10 der Trennplatte erfolgt in bekannter Weise mittels Vakuum­ dichtungen 14.The outer partial target 1 '' is surrounded by the anode 11 , which also includes a cooling tunnel 3 , which is also galvanically isolated from the separating plate by means of an insulator 12 . The anode 11 is vacuum-tight with the recipient th 13 connected. The vacuum-tight connection of the anode 11 with the recipient 13 on the one hand and the insulator 12 on the other hand, and between the insulator 12 and the part 10 of the separating plate takes place in a known manner by means of vacuum seals 14 .

Die Teilkühlplatte 2′′ aus nichtferromagnetischem Material reicht mit ihrem Teil 10 bis unterhalb der Teilkühlplatte 2′ und ist durch einen Isolator 15 elektrisch und mittels Vakuum­ dichtungen 14 vakuumdicht von ihr getrennt.The partial cooling plate 2 '' made of non-ferromagnetic material extends with its part 10 to below the partial cooling plate 2 'and is electrically isolated by an insulator 15 and by means of vacuum seals 14 vacuum-tight from it.

Unterhalb der Teilkühlplatte 1′ ist eine weitere Magneteinheit 16 angeordnet, die aus einem Permanentmagneten 17 und einer Rückschlußplatte 18 besteht. Da die beiden Tunnel aus bogen­ förmig gekrümmten Magnetfeldlinien einen möglichst geringen Abstand voneinander haben sollen (Schichtdickengleichmäßig­ keit der Teilschichten), wird auf den zweiten Permanentmagne­ ten auf dieser Rückschlußplatte 18 verzichtet. Dessen Funktion übernimmt der innere Permanentmagnet 6 der äußeren Magnetein­ heit 5.Below the partial cooling plate 1 'a further magnet unit 16 is arranged, which consists of a permanent magnet 17 and a yoke plate 18 . Since the two tunnels made of arc-shaped magnetic field lines should have the smallest possible distance from one another (layer thickness uniformity of the partial layers), the second permanent magnet on this return plate 18 is dispensed with. Its function is performed by the inner permanent magnet 6 of the outer magnet unit 5 .

Die Rückschlußplatten 8 und 18 sind über eine mechanische Ver­ stelleinrichtung 19 in ihrer Höhe unabhängig voneinander ver­ stellbar, wodurch sich der Abstand der Magneteinheiten 5 und 16 vom Target 1 verändert. Die Zuführung 20, die mit dem Iso­ lator 21 und Verschraubung 22 axial angeordnet ist, dient zur Kühlmittelzu- bzw. -abführung und als Stromzuführung. Die Polschuhe 4 sind aus weichmagnetischem Material und hoher Permeabilität und Sättigungsmagnetisierung. Das Teiltarget 1′′ ist in dieser Ausführung aus ferromagnetischem Material und hat aus besagtem Grunde eine konzentrisch verlaufende Rille 23.The yoke plates 8 and 18 are adjustable via a mechanical adjustment device 19 in height independently of one another, whereby the distance of the magnet units 5 and 16 from the target 1 changes. The feed 20 , which is arranged axially with the isolator 21 and the screw connection 22 , serves for supplying and removing coolant and as a power supply. The pole pieces 4 are made of soft magnetic material and have high permeability and saturation magnetization. The partial target 1 '' is in this embodiment made of ferromagnetic material and has a concentric groove 23 for the reason mentioned.

Die Variation der Magnetfeldstärke im Bereich der magnetischen Tunnel 24 aus bogenförmig gekrümmten Feldlinien erfolgt so­ wohl durch Veränderung des Stromflusses in den Wicklungen des Elektromagneten 7 als auch durch die Abstandsänderung der Ma­ gneteinheiten 6; 17 mittels der Verstelleinrichtung 19.The variation of the magnetic field strength in the area of the magnetic tunnels 24 from arcuate curved field lines is done by changing the current flow in the windings of the electromagnet 7 as well as by changing the distance of the magnetic units 6 ; 17 by means of the adjusting device 19 .

In Fig. 1b liegen beide Teiltargets 1′; 1′′, die auf den Teil­ kühlplatten 2′; 2′′ befestigt sind, auf einer Ebene. In den Teilkühlplatten 2′; 2′′ sind Polschuhe 4 eingelassen. Im ge­ ringen Abstand zu dieser Anordnung befindet sich eine Trenn­ platte 25 aus nichtferromagnetischem Material, mit der das Magnetsystem, bestehend aus den Permanentmagneten 6 verbunden ist. Der innere Permanentmagnet 6 ist in die Trennplatte 25 eingelassen und der mittlere und äußere Permanentmagnet 6 an in der Trennplatte 25 eingesetzte Polschuhe 26 angesetzt. Alle Permanentmagnete 6 sind durch eine Rückschlußplatte 27 magnetisch verbunden und im Abstand zum Target 1 verstellbar. Die Zuführungen 28 für das Kühlwasser und für die Stromver­ sorgung sind vakuumdicht und elektrisch mittels Isolatoren 29 durch die Trennplatte 25 zu den Teilkühlplatten 2′; 2′′ ge­ führt. Die Trennplatte 25 trägt über den Isolator 12 die Anode 11 in gleicher Ausführung wie linksseitig in Fig. 1a darge­ stellt.In Fig. 1b both partial targets 1 '; 1 '', the cooling plates on the part 2 '; 2 '' are attached on one level. In the partial cooling plates 2 '; 2 '' pole shoes 4 are inserted. In ge wrestle distance to this arrangement there is a partition plate 25 made of non-ferromagnetic material with which the magnet system consisting of the permanent magnets 6 is connected. The inner permanent magnet 6 is let into the partition plate 25 and the middle and outer permanent magnet 6 are attached to pole shoes 26 inserted in the partition plate 25 . All permanent magnets 6 are magnetically connected by a yoke plate 27 and adjustable at a distance from the target 1 . The feeds 28 for the cooling water and for the Stromver supply are vacuum-tight and electrically by means of insulators 29 through the partition plate 25 to the partial cooling plates 2 '; 2 ′ ′ leads. The separating plate 25 carries the insulator 12, the anode 11 in the same design as the left side in Fig. 1a Darge.

In der Fig. 2a ist eine Ausführung gezeigt, bei welcher die Relativbewegung zwischen einem Teiltarget und der zugehöri­ gen Magneteinheit des Entladungsbereiches durch die Target­ bewegung und im anderen Entladungsbereich durch die Bewegung der Magneteinheit ausgeführt wird. FIG. 2a shows an embodiment in which the relative movement between a partial target and the associated magnetic unit of the discharge area is carried out by the target movement and in the other discharge area by the movement of the magnetic unit.

Das innere kreisförmige Teiltarget 1′ ist auf der Teilkühl­ platte 2′, in der ein Kühlkanal 3 eingebracht ist, befestigt. Das vakuumtrennende Bauteil ist aus zwei Teilen. Im Bereich des inneren Teiltargets 1′ ist es eine speziell geformte Platte 30, und im Bereich des äußeren Teiltargets 2′′ die Rückschluß­ platte 31 der Magneteinheit 5. Die Magneteinheit 5, an dem Permanentmagneten 6 aus aufmagnetisiertem, hartmagnetischem Material, ist direkt auf der Rückschlußplatte 31 (vakuumtren­ nendes Bauteil) aufgesetzt, so daß einerseits ein guter magne­ tischer Rückschluß und andererseits ein einstellbarer Spalt vorhanden ist. In der Teilkühlplatte 2′ sind Polschuhe 4 eingesetzt. Dadurch ist eine verlustarme magnetische Ankopp­ lung an das Teiltarget 1′ möglich. Eine mechanische Verstell­ einrichtung 32 zur Veränderung des Luftspaltes zwischen der Magneteinheit 5 und den Polschuhen 4 ist vakuumdicht durch die Rückschlußplatte 31 mittels Faltenbalg 33 geführt. Die Zuführung 28 dient der Kühlmittelzu- bzw. -ableitung und der Stromzuführung zum Teiltarget 1′. Über einen Isolator 9 und Vakuumdichtungen 14 ist die Rückschlußplatte 31 mit dem Rezi­ pienten 13 vakuumdicht und isoliert angeflanscht.The inner circular partial target 1 'is on the partial cooling plate 2 ', in which a cooling channel 3 is inserted, attached. The vacuum separating component is made up of two parts. In the area of the inner partial target 1 ', it is a specially shaped plate 30 , and in the area of the outer partial target 2 ''the inference plate 31 of the magnet unit 5th The magnet unit 5 , on the permanent magnet 6 made of magnetized, hard magnetic material, is placed directly on the return plate 31 (vacuum-separating component), so that on the one hand a good magnetic conclusion and on the other hand an adjustable gap is available. In the partial cooling plate 2 'pole shoes 4 are used. This enables a low-loss magnetic coupling to the partial target 1 '. A mechanical adjustment device 32 for changing the air gap between the magnet unit 5 and the pole pieces 4 is vacuum-tight through the return plate 31 by means of bellows 33 . The feed 28 serves the coolant supply and discharge and the power supply to the partial target 1 '. About an insulator 9 and vacuum seals 14 , the return plate 31 with the receiver 13 vacuum-sealed and flanged.

Beim inneren Entladungssystem wird die Rückschlußplatte 34 mit dem Permanentmagneten 17 zur Abstandsänderung mechanisch axial bewegt. In der Platte 30 (vakuumtrennendes Bauteil) sind Polschuhe 4 mit der Oberfläche bündig eingesetzt. Das Teiltar­ get 1′′ ist zur Platte 30 isoliert angeordnet und in üblicher Weise dient die Zuführung 28 der Kühlwasserzu- bzw. -ableitung und Stromzuführung. Diese Magneteinheit 5 befindet sich somit an Luft im Gegensatz zu der Magneteinheit 5 des äußeren Entla­ dungssystems. Am Rezipienten 13 ist die Anode 11 angeordnet, die für beide Teiltargets 1′; 1′′ wirkt. Sie ist durch einen Spalt getrennt so angeordnet, daß keine Plasmaentladung zünden kann.In the internal discharge system, the yoke plate 34 with the permanent magnet 17 is moved mechanically axially to change the distance. Pole shoes 4 are inserted flush with the surface in the plate 30 (vacuum-separating component). The partial tar get 1 '' is arranged insulated from the plate 30 and in the usual way, the feed 28 serves the cooling water supply or drainage and power supply. This magnet unit 5 is thus in air in contrast to the magnet unit 5 of the external discharge system. At the recipient 13 , the anode 11 is arranged, which for both partial targets 1 '; 1 '' acts. It is separated by a gap so that no plasma discharge can ignite.

In Fig. 2b werden beide Teiltargets 1′; 1′′ axial bewegt. Der Aufbau der Einrichtung ist im übrigen sehr ähnlich der Fig. 2a. Das vakuumtrennende Bauteil ist die Rückschlußplatte 31, auf der die Permanentmagnete 6 des Magnetsystems 5 angeordnet sind; sie befinden sich im Vakuum. Die Rückschlußplatte 31 ist über Isolatoren 9 und Vakuumdichtungen 13 an den Rezipienten 14 an­ geflanscht. Durch die Anordnung der Permanentmagnete 6 direkt unter dem Teiltarget 1′ mit einem geringen Luftspalt wird ein stärkeres Magnetfeld oberhalb des Teiltargets 1′ erzeugt als bei Verwendung von Polschuhen. Mittels der Zuführungen 28 für die Kühlwasserzu- bzw. -ableitung und die Stromzuführung er­ folgt unabhängig voneinander die Axialbewegung der Teiltargets 1′; 1′′. Das innere Teiltarget 1′′ mit Teilkühlplatte 2′′ ist durch Isolierbuchsen 35 von der Rückschlußplatte 28 elek­ trisch isoliert. Faltenbälge 30 dienen der Vakuumdichtung der Verstelleinrichtung 32.In Fig. 2b, both partial targets 1 '; 1 '' moved axially. The structure of the device is otherwise very similar to Fig. 2a. The vacuum separating component is the yoke plate 31 on which the permanent magnets 6 of the magnet system 5 are arranged; they are in a vacuum. The yoke plate 31 is flanged via insulators 9 and vacuum seals 13 to the recipient 14 . By arranging the permanent magnets 6 directly below the partial target 1 'with a small air gap, a stronger magnetic field is generated above the partial target 1 ' than when using pole pieces. By means of the feeds 28 for the cooling water supply and discharge and the power supply he follows independently of one another the axial movement of the partial targets 1 '; 1 ′ ′. The inner partial target 1 '' with partial cooling plate 2 '' is electrically isolated by insulating bushings 35 from the back plate 28 . Bellows 30 serve to vacuum seal the adjusting device 32 .

Claims (26)

1. Zerstäubungseinrichtung nach dem Magnetronprinzip, beste­ hend aus einem mindestens aus einem Teil bestehenden Tar­ get aus dem zu zerstäubenden Material als Katode, einer mit dem Target integrierten Kühlplatte, einem dahinter an­ geordneten Magnetsystem aus mehreren Magneteinheiten, wel­ che oberhalb der Katode in sich geschlossene magnetische Tunnel aus bogenförmig gekrümmten Feldlinien erzeugen, ge­ kennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - das Target (1) besteht aus mindestens zwei galvanisch voneinander getrennten Teiltargets (1′; 1′′),
  • - an die Teiltargets (1′; 1′′) sind beliebige Spannungen gelegt,
  • - die Kühlplatte (2) besteht wie das Target (1) aus minde­ stens zwei galvanisch voneinander getrennten Teilkühl­ platten (2′; 2′′), die den Teiltargets (1′; 1′′) entspre­ chend zugeordnet sind,
  • - in der Kühlplatte (2) sind auf der dem Target (1) abge­ wandten Seite Magneteinheiten (5) in Verbindung mit Pol­ schuhen (4) angeordnet,
  • - der die Trennung des Targets (1) und der Kühlplatte (2) bewirkende Spalt liegt im Bereich eines der Pole einer Magneteinheit (5),
  • - der Abstand zwischen einem Teiltarget (1′; 1′′) und der zugehörigen Magneteinheit (5) ist durch eine Relativbe­ wegung unabhängig voneinander mechanisch veränderbar.
1. Atomizing device according to the magnetron principle, consisting of a target consisting of at least one part of the material to be atomized as a cathode, a cooling plate integrated with the target, a magnet system arranged behind it consisting of several magnet units, which are self-contained above the cathode Generate magnetic tunnels from curved field lines, characterized by the following features:
  • - The target ( 1 ) consists of at least two galvanically separated partial targets ( 1 '; 1 ''),
  • - Any voltages are applied to the partial targets ( 1 '; 1 ''),
  • - The cooling plate ( 2 ), like the target ( 1 ), consists of at least two galvanically separated partial cooling plates ( 2 '; 2 ''), which are assigned to the partial targets ( 1 '; 1 '') accordingly.
  • - In the cooling plate ( 2 ) on the target ( 1 ) facing away magnetic units ( 5 ) in connection with pole shoes ( 4 ) are arranged,
  • - The gap causing the separation of the target ( 1 ) and the cooling plate ( 2 ) is in the region of one of the poles of a magnet unit ( 5 ),
  • - The distance between a partial target ( 1 '; 1 '') and the associated magnet unit ( 5 ) is independently mechanically changeable by a Relativbe movement.
2. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polschuhe (4) in durchgehende Öffnungen der Kühlplatte (2) eingesetzt und vakuumdicht mit der Kühlplatte (2) bzw. den Teilkühlplatten (2′; 2′′) verbun­ den sind.2. Atomizing device according to claim 1, characterized in that the pole shoes ( 4 ) inserted into through openings of the cooling plate ( 2 ) and vacuum-tight with the cooling plate ( 2 ) or the partial cooling plates ( 2 '; 2 '') are the verbun. 3. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polschuhe (4) in den Öffnungen der Kühlplatte (2) bis an deren Oberfläche reichen und mit ihr in einer Ebene sind. 3. Atomizing device according to claim 2, characterized in that the pole shoes ( 4 ) in the openings of the cooling plate ( 2 ) extend to the surface thereof and are in one plane with it. 4. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß die Polschuhe (4) gegenüber der Ober­ fläche der Kühlplatte (1) einige Hundertstel Millimeter bis einige Millimeter zurückgesetzt sind.4. Atomizing device according to claim 2 and 3, characterized in that the pole shoes ( 4 ) with respect to the upper surface of the cooling plate ( 1 ) are reset a few hundredths of a millimeter to a few millimeters. 5. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polschuhe (4) in auf der dem Target (1) abgewandten Seite der Kühlplatte (2) eingebrachte Ausspa­ rungen eingesetzt sind.5. Atomizing device according to claim 1, characterized in that the pole shoes ( 4 ) are inserted into the recesses on the side of the cooling plate ( 2 ) facing away from the target ( 1 ). 6. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein verbleibender Steg am Boden der Ausspa­ rung zwischen dem Target (1) und den Polschuhen (4) einige Hundertstel Millimeter bis einige Millimeter dick ist.6. Atomizing device according to claim 5, characterized in that a remaining web at the bottom of the recess between the target ( 1 ) and the pole pieces ( 4 ) is a few hundredths of a millimeter to a few millimeters thick. 7. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (4) aus aufmagnetisiertem hartmagnetischem Material bestehen und abwechselnd unterschiedlich gepolt sind.7. atomizing device according to at least one of Ansprü che 1 to 6, characterized in that the pole shoes ( 4 ) consist of magnetized hard magnetic material and are alternately poled differently. 8. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt der galvanischen Trennung der Teiltargets (1′; 1′′) und der Teilkühlplatten (2′; 2′′) im Bereich über einen Pol der äußeren Magneteinheit (5) gebildet ist.8. atomizing device according to at least one of Ansprü che 1 to 7, characterized in that the gap of the galvanic isolation of the partial targets ( 1 '; 1 '') and the partial cooling plates ( 2 '; 2 '') in the region via a pole of the outer Magnet unit ( 5 ) is formed. 9. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (4) aus weichmagnetischem oder aufmagnetisiertem hartmagneti­ schem Material hergestellt sind.9. atomizing device according to at least one of Ansprü che 1 to 8, characterized in that the pole shoes ( 4 ) are made of soft magnetic or magnetized hard magnetic material. 10. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinhei­ ten (5) ohne einen Spalt direkt formschlüssig mit den in der Kühlplatte (2) integrierten Polschuhen (4) verbunden sind. 10. Atomizing device according to at least one of Ansprü che 1 to 9, characterized in that the Magneteinhei th ( 5 ) without a gap directly positively with the in the cooling plate ( 2 ) integrated pole pieces ( 4 ) are connected. 11. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem von der Kühlplatte (2) elektrisch isoliert angeordnet ist.11. Atomizing device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the magnet system is arranged in an electrically insulated manner from the cooling plate ( 2 ). 12. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem mittels eines vakuumtrennenden Bauteiles (10; 25) vakuum­ seitig außerhalb des Entladungsraumes angeordnet ist.12. Atomizing device according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the magnet system is arranged on the vacuum side outside the discharge space by means of a vacuum-separating component ( 10 ; 25 ). 13. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das vakuumtrennende Bauteil (10; 25) aus nichtferromagnetischem oder ferromagnetischem Material geringer Permeabilität und Sättigungsmagnetisierung her­ gestellt ist.13. Atomizing device according to claim 12, characterized in that the vacuum-separating component ( 10 ; 25 ) is made of non-ferromagnetic or ferromagnetic material with low permeability and saturation magnetization. 14. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem vakuumtrennenden Bauteil (10; 25) Polschuhe (4) aus ferromagnetischem Material integriert sind.14. Atomizing device according to claim 12, characterized in that pole shoes ( 4 ) made of ferromagnetic material are integrated in the vacuum-separating component ( 10 ; 25 ). 15. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das vakuumtrennende Bauteil (10; 25) vom Rezipienten (13) elektrisch isoliert ist und durch mindestens eine Teilkühlplatte (2′; 2′′) gebildet ist.15. Atomizing device according to claim 12 to 14, characterized in that the vacuum-separating component ( 10 ; 25 ) from the recipient ( 13 ) is electrically isolated and is formed by at least one partial cooling plate ( 2 '; 2 ''). 16. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Magneteinheit (5) eine weichmagnetische Rückschluß­ platte (8; 18; 31) aus ferromagnetischem Material hoher Permeabilität und Sättigungsmagnetisierung angeordnet ist, die mit dem vakuumtrennenden Bauteil (10; 25) vakuumdicht verbunden ist.16. Atomizing device according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that at least one magnetic unit ( 5 ) has a soft magnetic return plate ( 8 ; 18 ; 31 ) made of ferromagnetic material of high permeability and saturation magnetization, which is connected to the vacuum-separating component ( 10 ; 25 ) is connected vacuum-tight. 17. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (5) aus Permanentmagneten (6) und/oder Elektromagneten (7) gebildet ist. 17. Atomizing device according to at least one of claims 1 to 16, characterized in that the magnet system ( 5 ) is formed from permanent magnets ( 6 ) and / or electromagnets ( 7 ). 18. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld­ stärke des Magnetsystems im Bereich des Tunnels der Feld­ linien wenigstens eines Teiltargets (1′; 1′′) veränderbar ist.18. Atomizing device according to at least one of claims 1 to 17, characterized in that the magnetic field strength of the magnet system in the region of the tunnel of the field lines of at least one partial target ( 1 '; 1 '') is changeable. 19. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magneteinheiten (5) mit einer mechani­ schen Verstelleinrichtung (19) zur Veränderung des Ab­ standes zur Kühlplatte (2) verbunden sind.19. Atomizing device according to claim 18, characterized in that the magnet units ( 5 ) with a mechanical adjusting device ( 19 ) for changing the position from the cooling plate ( 2 ) are connected. 20. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Teiltargets (1′; 1′′) mit der zugehörigen Teilkühlplatte (2′; 2′′) im Abstand zur Magneteinheit (5) mittels einer mechanischen Verstelleinrichtung (32) veränderbar ist.20. Atomizing device according to at least one of claims 1 to 19, characterized in that one or more partial targets ( 1 '; 1 '') with the associated partial cooling plate ( 2 '; 2 '') at a distance from the magnet unit ( 5 ) by means of a mechanical adjustment device ( 32 ) is changeable. 21. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stärke des Stromflusses des Elektroma­ gneten (7) mittels einer bekannten Stromregelschaltung veränderbar ist.21. Atomizing device according to claim 18, characterized in that the strength of the current flow of the electroma gneten ( 7 ) can be changed by means of a known current control circuit. 22. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiltargets (1′; 1′′) von beliebiger geometrischer Form und konzen­ trisch umeinander angeordnet sind.22. Atomizing device according to at least one of claims 1 to 21, characterized in that the partial targets ( 1 '; 1 '') of any geometric shape and are arranged concentrically around one another. 23. Zerstäubungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprü­ che 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiltargets (1′; 1′′) aus unterschiedlichem Material hergestellt sind.23. Atomizing device according to at least one of Ansprü che 1 to 22, characterized in that the partial targets ( 1 '; 1 '') are made of different materials. 24. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teiltargets (1′; 1′′) aus ferromagneti­ schem und/oder nichtferromagnetischem Material hergestellt sind.24. Atomizing device according to claim 23, characterized in that the partial targets ( 1 '; 1 '') are made of ferromagnetic and / or non-ferromagnetic material. 25. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die aus ferromagnetischem Material her­ gestellten Teiltargets (1′; 1′′) auf der der Entladung zugewandten Seite mindestens eine parallel zum magneti­ schen Tunnel verlaufende in sich geschlossene Rille (23) eingebracht ist.25. Atomizing device according to claim 24, characterized in that in the partial targets made of ferromagnetic material ago ( 1 '; 1 '') on the side facing the discharge at least one parallel to the magnetic tunnel's self-contained groove ( 23 ) introduced is. 26. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rille (23) 1 bis 15 mm breit und einige Zehntel bis 5 mm tief ist.26. Atomizing device according to claim 25, characterized in that the groove ( 23 ) is 1 to 15 mm wide and a few tenths to 5 mm deep.
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