DE4143135A1

DE4143135A1 - Kathode zum beschichten eines substrats

Info

Publication number: DE4143135A1
Application number: DE19914143135
Authority: DE
Inventors: Bernd Wolf; Juergen Dr Mueller; Hans Neudert
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-12-28
Publication date: 1993-07-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathode zum Beschichten eines Substrats, die an eine Gleichstrom- und/oder Wechselstromquelle (Hochfrequenzquelle) angeschlossen und in einer evakuierbaren Beschichtungskammer angeord net ist, die elektrisch mit einem Target in Verbindung steht, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teil chen sich auf dem Substrat niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer ein Prozeßgas einbringbar ist und die Kathode aus einem im wesentlichen topfförmigen Gehäuse gebildet ist, dessen geschlossenes Bodenteil mit seiner Außenfläche mit dem Target fest verbunden, vorzugsweise verschraubt ist und dessen dem Target ab gewandtes, offenes Ende in einer Öffnung in der Augen wand der Beschichtungskammer abgedichtet so gehalten ist, daß der Innenraum des Gehäuses stets dem Atmosphä rendruck ausgesetzt ist, während das Target und die Außenfläche des mit diesem verbundenen, in die Beschichtungskammer hineinragenden, hülsenförmigen Teils des Gehäuses von in der Beschichtungskammer je weils herrschenden Druck beaufschlagt sind (Zusatz zu P 41 37 483.5).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sputterkathode zu schaffen, die so in bzw. an der Beschichtungskammer angeordnet werden kann, daß ihre Magnetanordnung auch dann zugänglich ist, also bei spielsweise austauschbar ist, wenn die Beschichtungs kammer evakuiert ist, deren Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Kathoden besonders gering ist und die auch für einen Ultra-Hochvakuumprozeß bei Temperaturen von etwa 200 bis 400°C betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen den Innenraum des Gehäuses zumindest teilweise ausfüllenden Einsatz gelöst, der mit der Gehäuseinnenwand so verrie gelbar ist, daß er mit dem Bodenteil einen etwa kreiszylindrischen Raum bildet, in den ein einen Elektroma gneten einschließender Magnetsatz mit Joch einsetzbar ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten sind in den Patentan sprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög lichkeiten zu; eine davon ist in der anhängenden Zeich nung schematisch näher dargestellt, die den Längs schnitt durch die Sputterkathode mit angeschraubtem Target und durch eine Ebene, die die Kühlkanäle und die Kühlmittelanschlüsse aufweist, zeigt.

Die dem Substrat 46 gegenüberliegend angeordnete Katho de besteht im wesentlichen aus einem topfförmigen, aus mehreren Teilen gebildeten Gehäuse 3, zwei im Boden des topfförmigen Gehäuses 3 gehaltenen Permanentmagneten 4, 5, von denen der eine eine kreisringzylindrische und der andere eine kreiszylindrische Konfiguration auf weist, mit einem etwa kreiszylindrischen Magnetjoch 6, mit der in dieses eingesetzten kreisringzylindrisch ausgeformten Spule bzw. Elektromagneten 61, einem topf förmigen Einsatz 8, der die Anschlußstutzen 9, 10 für die Kühlkanäle 11, 12 und die Bohrung 56 für das An schlußkabel 60 für den Elektromagneten 61 enthält und der mit Hilfe nicht näher dargestellter, radial ver stellbarer Bolzen am Gehäuse 3 verriegelbar ist.

Das topfförmige Gehäuse 3 besteht aus einem Flansch 23 zur Halterung der Kathode an der Wand 30 der Prozeßkam mer, den beiden Profilringen 24, 25, den zwischen den beiden Profilringen 24, 25 angeordneten Keramikring 26, dem wassergekühlten äußeren Hülsenteil 27, der auf ge löteten Bodenplatte 58, dem Target 29 und der einge löteten Gewindehülse 59.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, durchdringen die Bohrungen 31, 31′, . . . den zylindrischen Körper und verbinden im Hohlraum 32 den Kühlkreislauf zwischen Vor- und Rück lauf. Diese Bohrungen bzw. Hohlräume 31, 31′, . . . bzw. 32 korrespondieren mit Anschlußbohrungen 33 bzw. 34, die im Einsatz 8 vorgesehen sind und die wiederum mit den Kühlkanälen 11, 12 verbunden sind, die ihrerseits über die Verschraubungen oder Stutzen 9, 10 an die Kühlmittelleitung 35, 36 angeschlossen sind. Die Boh rung bzw. Öffnung 56 ermöglicht den Einbau eines Elek tromagneten 61 mit dem zugehörigen Magnetjoch 6.

Die vorstehend beschriebene Kathode hat den Vorteil, daß sich der Kühlmantel bzw. die vom Kühlmittel durch flossenen Hohlräume 31, 31′, . . . bzw. 32 außen befin den, während die Kühlmittelanschlüsse 9, 10 innen sind, so dar eine Leckage in der Kühlmittelzuleitung nicht zu einem Kühlmitteleinbruch in die Prozeßkammer 2 führen kann. Die Kühlmittelanschlüsse können auch ohne weite res von den Verschraubungen bzw. den Anschlußstutzen 9, 10 gelöst werden, ohne daß die Prozeßkammer 2 belüftet werden muß.

Darüber hinaus kann der Magneteinsatz bei evakuierter Prozeßkammer 2 ausgetauscht werden, und es kann der Ab stand zwischen den Magneten 4, 5 und dem Target 29 ver ändert werden, ohne daß die Prozeßkammer 2 geöffnet bzw. geflutet werden muß. Zum Aufheizen der Kathode läßt sich auch der Einsatz 8 und der an diesem befe stigte Magnetsatz 4, 5, 6, 61 einfach nach hinten bzw. oben zu aus der Kathode entfernen.

Es sei noch erwähnt, dar die Stromzuführung 52 zum Hülsenteil 27 bzw. zum Target 29 über die oben erwähn ten Verriegelungsbolzen erfolgt, die unter Vorspannung gehalten und radial nach außen gedrückt werden (nicht näher dargestellt), so daß ein sicherer Stromübergang zwischen den Verriegelungsbolzen und der Hülse 27 gewährleistet ist.

Der HF-beständige Einsatz 8 ist schließlich mit Hilfe von Rundschnurringen (Dichtringen) 50, 51 so gegenüber der Innenwand des Gehäuses 3 abgedichtet, daß das Kühl mittel nur von den Anschlußbohrungen 33, 34 aus in den Hohlraum bzw. Zwischenraum 32 bzw. die Bohrungen 31, 31′ eintreten kann.

Die Bodenplatte 58 ist mit dem zylindrischen Teil 27 an allen Kontaktstellen vakuumgelötet. Zu der Bodenplatte 58 ist eine Gewindehülse 59 zwecks mittiger Targetbefe stigung eingelötet.

Schließlich sei noch erwähnt, daß das Gehäuse 3 der Kathode von einer rohrförmigen Dunkelraumabschirmung 47 umschlossen ist, die mit Hilfe einer Renkverbindung 57 am Flansch 23 befestigt ist, und daß die Teile 23 und 24 bzw. die Teile 25 und 27 durch Schweifen und die Teile 24 und 26 bzw. 26 und 25 durch Hartlöten mitein ander verbunden sind und daß der Flansch 23 des Gehäu ses 3 mit dem sich radial nach außen zu erstreckenden Kragen des Einsatzes 8 verschraubt ist.

Bezugszeichenliste

2 Beschichtungskammer
3 Gehäuse
4 Permanentmagnet
5 Permanentmagnet
6 Magnetjoch
8 Einsatz
9 Anschlußstutzen
10 Anschlußstutzen
11 Kühlkanal
12 Kühlkanal
23 Flansch
24 Profilring
25 Profilring
26 ringförmiges Zwischenstück, Isolierring
27 Hülsenteil (außen)
29 Target
30 Wand der Prozeßkammer
31, 31′, . . . Bohrung
32 Hohlraum
33 Anschlußbohrung
34 Anschlußbohrung
35 Kühlmittelleitung
36 Kühlmittelleitung
46 Substrat
47 Dunkelraumabschirmung
48 Öffnung
49 Innenraum des Gehäuses
50 Ringdichtung
51 Ringdichtung
52 elektrischer Leiter
53 elektrischer Leiter
56 Gewindebohrung
57 Renkverbindung
58 Bodenplatte
59 Gewindehülse
60 Anschlußkabel
61 Elektromagnet, Spule
62 Gehäuseaußenfläche

Claims

1. Kathode zum Beschichten eines Substrats (46), die an eine Gleichstrom- und/oder Wechselstromquelle (Hochfrequenzquelle) angeschlossen und in einer evakuierbaren Beschichtungskammer (2) angeordnet ist und die elektrisch mit einem Target (29) in Verbindung steht, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat (46) niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer (2) ein Prozeßgas einbringbar ist und die Kathode aus einem im wesentlichen topfförmigen Gehäuse (3) gebildet ist, dessen geschlossenes Bodenteil (58) mit seiner Außenfläche mit dem Target (29) fest verbunden, vorzugsweise verschraubt ist und dessen dem Target (29) abgewandtes, offenes Ende in einer Öffnung (48) in der Außenwand (30) der Beschich tungskammer (2) abgedichtet so gehalten ist, daß der Innenraum (49) des Gehäuses (3) stets dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, während das Tar get (29) und die Außenfläche (62) des mit diesem verbundenen, in die Beschichtungskammer (2) hin einragenden, hülsenförmigen Teils des Gehäuses (3) vom in der Beschichtungskammer (2) jeweils herr schenden Druck beaufschlagt sind (Zusatz zu P 41 37 483.5), gekennzeichnet durch einen den Innen raum (49) des Gehäuses (3) zumindest teilweise ausfüllenden Einsatz (8), der mit der Gehäuse innenwand so verriegelbar ist, dar er mit dem Bodenteil (58) einen etwa kreiszylindrischen Raum bildet, in den ein einen Elektromagneten (61) einschließender Magnetsatz (5, 4, 61) mit Joch (6) einsetzbar ist.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (4, 5) des Magnetsatzes aus einem kreisringzylindrischen und einem von diesem ringförmig umschlossenen kreiszylindrischen Magneten gebildet sind, wobei die kreisringzylin drische Spule des Elektromagneten (61) mit einem dem Bodenteil (58) des Gehäuses (3) zugekehrten Ende in einen von den beiden Magneten (4, 5) ge bildeten Ringraum hineinragt, wobei das dem Boden teil (58) abgekehrte Ende der Spule des Elektro magneten (61) in eine diesem Endteil angepaßte Ausnehmung des im übrigen kreiszylindrischen Jochs (6) einfaßt bzw. in dieser kreisringzylindrischen Ausnehmung gehalten ist.