DE4345403C2

DE4345403C2 - Appts. for cathode sputtering

Info

Publication number: DE4345403C2
Application number: DE4345403A
Authority: DE
Inventors: Eggo Sichmann; Stefan Kempf; Michael Koenig
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1993-05-06
Filing date: 1993-05-06
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2013-05-07
Also published as: DE4315023A1; DE4315023C2

Abstract

The appts. for cathode sputtering is intended for static coating of disk-shaped substrates (27) by means of plasma in a vacuum process chamber provided with at least one opening which can be closed from outside by means of a sputtering cathode (2). An elastic vacuum seal ring (4) and an annular anode (4) - which is provided with a plane annular contact area facing the cathode - are located between the cathode (2) and the chamber wall (1), and radially surround the opening from outside. With atmospheric pressure in the process chamber, the plane underside of the cathode lies only on the seal ring. Under vacuum conditions in the chamber, however, the underside of the cathode lies tightly on the annular contact area of the anode.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Katho denzerstäubung für die statische Beschichtung scheibenförmiger Substrate mittels eines Plasmas in einer Vakuum-Prozeßkammer mit einer Zerstäu bungskathode, die im wesentlichen besteht aus ei nem ferromagnetischen Joch, einer Kühlplatte, ei nem Ringmagnet mit Polschuh, der ein zu zerstäu bendes, rotationssymmetrisches Target radial außen umgibt, sowie einer Anode. Die Vorderseite des Targets ist dem zu beschichtenden Substrat zuge wandt und in mindestens zwei Bereiche unterteilt; nämlich einen ebenen, ringförmigen und zentralen Bereich, dessen Oberfläche parallel zur ebenen Targetrückseite verläuft, sowie einem äußeren Be reich, der den zentralen Bereich ringförmig umgibt und dessen Oberfläche zur Oberfläche des zentralen Bereichs so geneigt ist, daß die Dicke des Targets an seinem in Umfangsrichtung äußeren Rand größer ist als die Dicke in Targetmitte.The invention relates to a device for catho atomization for static coating disc-shaped substrates by means of a plasma in a vacuum process chamber with an atomizer exercise cathode, which essentially consists of egg a ferromagnetic yoke, a cooling plate, egg ring magnet with pole piece that can be atomized bends, rotationally symmetrical target radially outside surrounds, as well as an anode. The front of the Targets is added to the substrate to be coated turns and divided into at least two areas; namely a flat, ring-shaped and central Area whose surface is parallel to the plane Target back runs, as well as an outer Be rich, which surrounds the central area in a ring and its surface to the surface of the central Area is inclined so that the thickness of the target larger at its outer peripheral edge is the thickness in the center of the target.

Zur Herstellung dünner Schichten auf Substraten sind verschiedene Vorrichtungen bekannt. So werden beispielsweise für die Beschichtung von scheiben förmigen Substraten, wie etwa Compact-Discs, zum Großteil Kathodenzerstäubungsvorrichtungen einge setzt. Solche Vorrichtungen sind in vielzähligen Schriften bereits offenbart und unterliegen einer ständigen Weiterentwicklung.For the production of thin layers on substrates various devices are known. So be for example for the coating of panes shaped substrates, such as compact discs, for Most of the cathode sputtering devices turned on puts. Such devices are numerous Writings already disclosed and subject to one constant further development.

So hat sich bei den bekannten Vorrichtungen her ausgestellt, daß der Kathodenaufbau mit Nachteil zu aufwendig ausgeführt ist und die Vorrichtung aus zu vielen Teilen besteht, daß die Kühlwirkung nicht ausreichend ist, der Targetabtrag sehr un gleichmäßig verläuft sowie die unerwünschte Ent stehung von Arcs noch nicht vermieden werden kann.This has been the case with the known devices issued that the cathode structure with disadvantage is too expensive and the device consists of too many parts that the cooling effect is not sufficient, the target removal is very un runs evenly as well as the unwanted ent arcs cannot yet be avoided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine neue Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung an zuge ben, die sich insbesondere durch eine kostengün stige, bedienerfreundliche Ausführung des Katho denaufbaus sowie durch einen geringen elektrischen Leistungsbedarf auszeichnet.The object of the present invention is that to avoid the above disadvantages and a new device for sputtering on ben, which is characterized in particular by a cost-effective The user-friendly version of the Katho construction as well as a low electrical Distinguishes performance requirements.

Die Lösung der oben genannten Aufgaben wird durch eine Kombination mehrerer Merkmale erreicht, die in den selbständigen Ansprüchen der vorliegenden Patentanmeldung offenbart sind. The solution to the above tasks is through achieved a combination of several features that in the independent claims of the present Patent application are disclosed.

Mit Vorteil wird die Kühlwirkung einer indirekt gekühlten Anode erhöht, indem man sich den entste henden Differenzdruck zwischen dem Innenraum der Vakuumkammer sowie der die Kammer umgebenden Atmo sphäre als Andruckkraft zunutze macht. Üblicher weise wurde die Andruckkraft bislang durch Pratz- oder Schraubverbindung erzeugt. Durch die vorlie gende Erfindung wird der Kathodenkörper auf die Außenwand der Vakuumkammer aufgelegt. Zwischen der Kathode und der Außenwand ist beispielsweise ein O-Ring eingelegt, der sich nach dem Auflegen der Kathode zunächst durch das Eigengewicht der Ka thode gering verformt und erst beim Evakuieren des Innenraums der Vakuumkammer eine weitere starke Verformung erfährt, bis ein Kühlkörper der Katho denunterseite auf der Kammerwand aufliegt. Dadurch wird eine schnelle Montage und Demontage der Ka thodenzerstäubungsvorrichtung an der Vakuum-Pro zeßkammer ohne Schrauben ermöglicht.The cooling effect is advantageously an indirect one cooled anode by removing the Differential pressure between the interior of the Vacuum chamber and the atmosphere surrounding the chamber sphere as a pressure force. More common So far, the pressure force has been or screw connection generated. Through the present The invention is the cathode body on the External wall of the vacuum chamber placed. Between the For example, cathode and the outer wall is a O-ring inserted after hanging up the Cathode first by the weight of the Ka method slightly deformed and only when the Inside the vacuum chamber another strong one Deformation undergoes until a heat sink of the Katho the underside rests on the chamber wall. Thereby fast assembly and disassembly of the Ka sputtering device on the vacuum pro zeßkammer allows without screws.

Um ein möglichst flaches Magnetfeld vor und in dem Target zu erzeugen und um die Lage des Erosionsma ximums im Target verschieben zu können, wird zum einen ein Gegenmagnetfeld erzeugt und zum anderen ein Distanzring aus nicht magnetischem Material zwischen Target und Polschuh eingesetzt. Die Ge genmagnete sind auf der Targetrückseite angeordnet und können sowohl ferromagnetisch an das Joch ge koppelt oder auch ohne Ankopplung nahe der Targe trückseite vorgesehen sein.To keep the magnetic field as flat as possible in front of and in the To generate target and the location of the erosion To be able to move ximums in the target becomes one creates a counter magnetic field and the other a spacer ring made of non-magnetic material inserted between target and pole piece. The Ge Gen magnets are located on the back of the target and can be both ferromagnetic to the yoke couples or also without coupling near the target be provided on the back.

Der beschriebene Distanzring besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder Kupfer und hat ferner die Aufgabe durch seine konische Gestaltung in Verbindung mit einer konischen Gestaltung des Pol schuhs die Magnetfeldlinien in einer gewünschten Richtung austreten zu lassen, um eine vorteilhafte linsenförmige Magnetfeldstruktur zu erreichen.The spacer ring described is preferably made of stainless steel or copper and also has the task through its conical design in Connection with a conical design of the pole the magnetic field lines in a desired Leaving direction to be advantageous to achieve lenticular magnetic field structure.

Durch eine vorzugsweise kathodische Beschaltung des Distanzrings wird die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Überschlägen/Arcs zwischen Target und Polschuh reduziert. Arcing zwischen dem Target und dem Magnetsystem führt in bekannten Anwendungen zu unkonstanten Sputtereigenschaften wie einer un gleichmäßigen Sputterrate, Pinholes auf den Substraten sowie schlechten Einsputtereigenschaf ten. Da das Target einem häufigen Bauteilwechsel unterliegt und beispielsweise im Falle der Verwen dung von Aluminium als Targetmaterial zu der Aus bildung von dielektrischen Oxydschichten neigt, ist die Überschlagshäufigkeit zwischen Target und den angrenzenden, auf unterschiedlichem Potential (floatend, anodisch oder auf Masse) liegenden Tei len sehr hoch.By preferably cathodic wiring of the spacer ring becomes the probability of Arcing between arcs and target Pole shoe reduced. Arcing between the target and leads to the magnet system in known applications inconsistent sputtering properties like an un uniform sputter rate, pinholes on the Substrates as well as poor sputtering properties Since the target is a frequent component change subject and, for example, in the case of use formation of aluminum as the target material for the formation formation of dielectric oxide layers tends to is the rollover frequency between target and the adjacent, at different potential (floating, anodic or on ground) len very high.

Durch den kathodischen Anschluß des Distanzrings wird ein Arcing zum Targetrand hin ausgeschlossen. Ein Überschlag kann demzufolge nur zwischen Di stanzring und Polschuh stattfinden. Ein dort auf tretender Überschlag hat jedoch wegen der geome trischen Abschirmwirkung keinen negativen Einfluß auf die Beschichtungsqualität. Da der Distanzring nicht zu den häufig zu wechselnden Teilen zählt, ist eine Verunreinigung, die wiederum arcproduzie rend ist, nahezu auszuschließen. Ferner läßt sich durch geeignete Materialwahl des Distanzrings (Edelstahl, Kupfer, etc.) die Arcwahrscheinlich keit deutlich reduzieren, da solche Materialien nicht zur Ausbildung einer dielektrischen Schicht neigen.Through the cathodic connection of the spacer ring arcing to the target edge is excluded. A rollover can therefore only between Tues stamping ring and pole shoe take place. One on there overturning has however due to the geome tric shielding effect no negative influence on the coating quality. Because the spacer not one of the parts to be changed frequently, is an impurity, which in turn arcproduzie is almost impossible to exclude. Furthermore, through a suitable choice of material for the spacer ring (Stainless steel, copper, etc.) the arc probably reduce significantly, as such materials not to form a dielectric layer tend.

Bei einer Kathodenzerstäubungsvorrichtung werden üblicherweise die Elemente, die dem Sputterprozeß nicht unterliegen mit Masse- oder Anodenpotential angeschlossen. In der vorliegenden Erfindung wer den jedoch zur Vereinfachung des Kathodenaufbaus alle Elemente, die zur Zerstäubungsquelle zugehö rig sind, mit negativem Anschluß der Sputterstrom versorgung angeschlossen. Die Isolierung erfolgt vorteilhafterweise nur zwischen Kammer und dem Ka thodenkörper, wodurch die Anzahl der notwendigen Isolationen verringert wird.At a cathode sputtering device usually the elements that make up the sputtering process not subject to ground or anode potential connected. In the present invention, who however, to simplify the cathode structure all elements belonging to the atomization source are rig, with negative connection of the sputter current supply connected. The insulation is done advantageously only between the chamber and the Ka testicle body, reducing the number of necessary Isolation is reduced.

In der vorliegenden Anmeldung wird weiterhin eine Befestigungsmöglichkeit für das Target angegeben, die vorteilhafterweise aus nur einer Hohlschraube besteht, mit der das Target gegen eine, auf der Targetrückseite befindliche Kühlplatte verschraubt wird. Diese Hohlschraube übernimmt mehrere Funk tionen, so daß sie auch als Multifunktionselement bezeichnet werden kann. Die Schraube sorgt erstens für ein mechanisches Verspannen des Targets mit der Kühlplatte und zweitens für ein Leiten des elektrischen Stroms zum Target und drittens ist sie für das Führen des magnetischen Feldes durch das Target vorgesehen. In the present application, a Attachment options for the target specified, which advantageously consists of only one banjo bolt with which the target against one on which The cooling plate located on the back of the target is screwed on becomes. This banjo bolt takes over several radio tion, so that it can also be used as a multifunctional element can be designated. First, the screw provides for mechanical clamping of the target with the cooling plate and secondly for directing the electric current to the target and third them for passing the magnetic field the target provided.

Als weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Doppelanode beschrieben, welche das Tar get radial außen umschließt und in die zentrische Bohrung des Targets eingreift. Die Anode ist im wesentlichen vor dem Target angeordnet und taucht um einen definierten Abstand hinter die Targeto berfläche ein. Der radiale Abstand zwischen Target und Anode wird vorzugsweise so ausgeführt, daß der Dunkelraumabstand unterschritten ist und so ein Abtrag des Targets ab dieser Stelle verhindert wird.As a further feature of the present invention describes a double anode, which the Tar get radially outside and in the center Target hole intervenes. The anode is in the essentially arranged in front of the target and dives a defined distance behind the targeto surface. The radial distance between the target and anode is preferably designed so that the Darkroom distance is below and so one Ablation of the target prevented from this point becomes.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und ge kennzeichnet.Other design options and features are described in more detail in the dependent claims and ge indicates.

Die vorliegende Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; einige Beispiele sind in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt und zwar zeigen:The present invention leaves various Execution options to; are some examples shown in more detail in the attached drawings and show:

Fig. 1 eine Zerstäubungskathode mit An oden, Substrat und Teilen der Kam merwand in Schnittdarstellung, Fig. 1 is a sputtering cathode with at oden, substrate and parts of the chamber wall Kam in section,

Fig. 2. den Bereich zwischen Kathode und Kammerwand entsprechend Detail X aus Fig. 1 bei Atmosphärendruck und in vergrößerter Darstellung, Fig. 2. 1 the region between the cathode and the chamber wall according to detail X from FIG. At atmospheric pressure and in an enlarged scale;

Fig. 3. das Target mit dem Magnetfeldlinienverlauf als Ausschnitt und in vergrößerter Darstellung, Fig. 3. the target with the magnetic field line course as a detail and in enlarged representation,

Fig. 4 eine Zerstäubungskathode mit Anoden und Substrat in schematischer Dar stellung, wobei der gesamte Katho denkörper kathodisch angeschlossen ist und Fig. 4 is a sputtering cathode with anodes and substrate in a schematic Dar position, wherein the entire cathode body is connected cathodically and

Fig. 5 den Bereich um das Target mit der Doppelanode als Ausschnitt und in vergrößerter Darstellung. Fig. 5 shows the area around the target with the double anode as a detail and in an enlarged view.

Auf der Kammerwand 1 (Fig. 1) einer ortsfesten Va kuum-Prozeßkammer ist eine Zerstäubungskathode 2 aufgesetzt. In einer ringförmigen Nut auf der Oberseite der Kammerwand 1 ist ein Vakuum-Dicht ring 3 vorgesehen und in eine ringförmige Ausneh mung in der Kammerwand 1 eine Anode 4 eingelegt.On the chamber wall 1 ( Fig. 1) of a fixed vacuum process chamber, a sputtering cathode 2 is placed. In an annular groove on the top of the chamber wall 1 , a vacuum sealing ring 3 is provided and an anode 4 inserted into an annular recess in the chamber wall 1 .

Die Kathode 2 besteht aus einem scheibenförmigen ferromagnetischen Joch 5 und einer Kühlplatte 7, wobei zwischen beiden ein scheibenförmiger Isola tor 6 eingelegt ist. Vor der Kühlplatte 7 befindet sich das zu zerstäubende Target 8, während auf der Rückseite der Kühlplatte 7 in einer ringförmigen Nut ein Ringmagnet 9 eingelegt ist; Das Joch 5, der Isolator 6 und die Kühlplatte 7 werden durch eine Schraube 10 gehalten, wobei jedoch die Schraube 10 gegen das Joch 5 durch einen Isolator 12 isoliert ist und die Schraube 10 durch ein Ka bel 11 mit einer nicht gezeigten Sputterstromver sorgung verbunden ist. Im radial äußeren Bereich der Vorderseite des Jochs 5 ist ein Ringmagnet 13 vorgesehen an den sich der Polschuh 14 anschließt. The cathode 2 consists of a disc-shaped ferromagnetic yoke 5 and a cooling plate 7 , a disc-shaped isolator 6 being inserted between the two. In front of the cooling plate 7 is the target 8 to be atomized, while a ring magnet 9 is inserted in an annular groove on the back of the cooling plate 7 ; The yoke 5 , the insulator 6 and the cooling plate 7 are held by a screw 10 , but the screw 10 is insulated from the yoke 5 by an insulator 12 and the screw 10 is connected by a cable 11 to a sputter current supply (not shown) . In the radially outer area of the front of the yoke 5 , a ring magnet 13 is provided, to which the pole piece 14 is connected.

Auf der Stirnseite des Polschuhs 14 befindet sich ein Kühlring 15, der einen ringförmigen Kühlkanal 16 aufweist und der mit Schrauben 17 mit dem Pol schuh 14 verbunden ist. Ein Kühlwasseranschluß 18 versorgt den Kühlkanal 16 mit der erforderlichen Kühlflüssigkeit. Auf der Rückseite des Jochs 5 ist ein zweiter Kühlwasseranschluß 19 zur Versorgung der Kühlplatte 7 vorgesehen.On the end face of the pole shoe 14 there is a cooling ring 15 which has an annular cooling channel 16 and which is connected to the pole shoe 14 by means of screws 17 . A cooling water connection 18 supplies the cooling channel 16 with the required cooling liquid. On the back of the yoke 5 , a second cooling water connection 19 is provided for supplying the cooling plate 7 .

Im radial innen liegenden Bereich der Kathode 2 ist eine Axialbohrung eingebracht, welche von der Rückseite des Jochs 5 bis zur Vorderseite des Tar gets 8 durchgehend ausgeführt ist. In diese durch gehende Axialbohrung ist von der Targetseite eine Hohlschraube 20 eingesetzt, welche mit der Unter seite ihres Schraubenkopfes auf einer kreisring förmigen Auflagefläche des Targets aufliegt und mit der Kühlplatte 7 verschraubt ist. An diese Hohlschraube 20 schließt sich in axialer Richtung berührungsfrei eine Hülse 21 an, welche in der Axialbohrung des Isolators 6 geführt wird und bis zur Rückseite des Jochs 5 zeigt. Auf der Rückseite der Hülse 21 ist ein Kühlkopf 22 befestigt, der in axialer Richtung durch die Hülse 21 sowie die Hohlschraube 20 bis zur Targetvorderseite reicht und die Hohlschraube 20 nicht berührt. In dem Kühlkopf 22 sind Kühlwasserzu- und -rückführungen 23, 24 vorgesehen. Auf der Stirnseite des Kühlkop fes 22 ist mittels einer Schraube 25 die Mittelanode 26 befestigt. Diese Mittelanode 26 reicht bis in die zentrische Vertiefung auf der Vorderseite des Targets 8 hinein und bildet mit ihren anderen Enden eine gemeinsame Ebene mit der Vorderseite der ringförmigen Anode 4, was die weitere Funktion als mögliche Substratmaskierung erfüllt.In the radially inner region of the cathode 2 , an axial bore is made which is continuous from the back of the yoke 5 to the front of the target 8 . In this through axial bore a hollow screw 20 is inserted from the target side, which rests with the underside of its screw head on an annular support surface of the target and is screwed to the cooling plate 7 . This hollow screw 20 is adjoined in the axial direction without contact by a sleeve 21 which is guided in the axial bore of the insulator 6 and points to the rear of the yoke 5 . On the back of the sleeve 21 , a cooling head 22 is fastened, which extends in the axial direction through the sleeve 21 and the hollow screw 20 to the front of the target and does not touch the hollow screw 20 . Cooling water supply and return lines 23 , 24 are provided in the cooling head 22 . On the front side of the cooling head 22 , the central anode 26 is fastened by means of a screw 25 . This center anode 26 extends into the central recess on the front of the target 8 and forms with its other ends a common plane with the front of the annular anode 4 , which fulfills the further function as a possible substrate masking.

Vor diesen beiden Anoden 4, 26 ist das zu be schichtende scheibenförmige Substrat 27 angeord net.Before these two anodes 4 , 26 , the disk-shaped substrate 27 to be coated is net angeord.

Das Detail X aus Fig. 1 ist in der Fig. 2 mit den wesentlichen Bauteilen und Abmessungen in vergrö ßerter Darstellung gezeigt. Auf der Oberfläche 30 der Kammerwand 1 ist eine trapezförmige Ringnut 28 eingedreht. Konzentrisch zu dieser Nut 28 ist eine Ausnehmung 29 vorgesehen, welche zur Kammerober fläche 30 sowie zu der kreisförmigen Öffnung 35 hin offen ist. In die Nut 28 ist ein Vakuum-Dicht ring 3 eingelegt, der die Kammeroberfläche 30 um den Abstand c überragt und auf dem der Kühlkörper 15 mit seiner Unterseite 31 aufliegt. In die Aus nehmung 29 ist die Anode 4 eingelegt, die aus ei nem hohlzylindrischen Anodenring 33 besteht, an den sich radial außen ein Klemmring 32 anschließt. Auf der Oberseite des Klemmrings 32 ist eine Kon taktfläche 34 angeordnet, die in dieser Ausführung parallel zur Oberfläche 30 der Kammerwand 1 ver läuft. Diese Kontaktfläche 34 überragt die Kam meroberfläche 30 um den Abstand b und ist zur Un terseite 31 des Kühlrings 15 um den Abstand a entfernt, solange im Innenraum der Vakuum-Prozeß kammer, welche durch die Kammerwand 1 begrenzt ist, noch Atmosphärendruck anliegt.The detail X from FIG. 1 is shown in FIG. 2 with the essential components and dimensions in an enlarged view. A trapezoidal annular groove 28 is screwed into the surface 30 of the chamber wall 1 . Concentric to this groove 28 , a recess 29 is provided, which is open to the chamber surface 30 and to the circular opening 35 . In the groove 28 , a vacuum sealing ring 3 is inserted, which projects beyond the chamber surface 30 by the distance c and on which the heat sink 15 rests with its underside 31 . In the recess 29 from the anode 4 is inserted, which consists of egg nem hollow cylindrical anode ring 33 to which a clamping ring 32 is connected radially outside. On the top of the clamping ring 32 a con tact surface 34 is arranged, which runs parallel to the surface 30 of the chamber wall 1 ver in this embodiment. This contact surface 34 extends beyond the Kam mer surface 30 by the distance b and is to the underside 31 of the cooling ring 15 by the distance a, as long as there is still atmospheric pressure in the interior of the vacuum process chamber, which is delimited by the chamber wall 1 .

Ist der Innenraum der Vakuum-Prozeßkammer im Be triebszustand evakuiert, so wird der Vakuum-Dicht ring 3 soweit komprimiert bis die Unterseite 31 des Kühlrings 15 auf der Kontaktfläche 34 der An ode 4 aufliegt. Dies entspricht dann dem Zustand, wie er im Detail X in Fig. 1 bereits gezeigt ist.If the interior of the vacuum process chamber is evacuated in the operating state, the vacuum sealing ring 3 is compressed until the underside 31 of the cooling ring 15 rests on the contact surface 34 of the electrode 4 . This then corresponds to the state as is already shown in detail X in FIG. 1.

Ein weiteres Detail aus der Fig. 1 ist in der Fig. 3 gezeigt, dieses stellt den Bereich um das Target 8 dar. Auf der Rückseite des Targets 8 schließt sich die Kühlplatte 7, der Isolator 6 sowie das Joch 5 an. In einer ringförmigen Ausnehmung 36 auf der Rückseite der Kühlplatte 7 ist der Ringmagnet 9 eingelegt. Am radial äußeren Rand der Vordersei te des Jochs 5 befindet sich der zweite Ringmagnet 13 mit seinem Polschuh 14, der sich bis zur Vor derkante des Targets 8 erstreckt.A further detail from FIG. 1 is shown in FIG. 3, which represents the area around the target 8. The cooling plate 7 , the insulator 6 and the yoke 5 are connected to the rear of the target 8 . The ring magnet 9 is inserted in an annular recess 36 on the back of the cooling plate 7 . At the radially outer edge of the front side of the yoke 5 there is the second ring magnet 13 with its pole piece 14 , which extends to the front edge of the target 8 .

Die Polungsrichtung der beiden Ringmagnete 9, 13 ist durch Pfeile dargestellt und weist in Richtung auf das Target 8. Durch den Ringmagnet 9 wird ein Gegenmagnetfeld erzeugt, welches den Verlauf der Magentfeldlinien 37 beeinflußt. Die Magnetfeldli nien 37 treten aus der Innenfläche des äußeren Polschuhs 14 aus, durchdringen das Target und tre ten in dem als Hohlschraube ausgebildeten zentri schen Polschuh 20 wieder ein. Das Gegenmagnetfeld, das durch den Ringmagneten 9 erzeugt wird, beein flußt den Verlauf der Magnetfeldlinien 37 dahinge hend, daß diese innerhalb des Targets einen paral lelen oder auch linsenförmigen Verlauf annehmen.The direction of polarity of the two ring magnets 9 , 13 is represented by arrows and points in the direction of the target 8 . A counter magnetic field is generated by the ring magnet 9 , which influences the course of the magnetic field lines 37 . The Magnetfeldli lines 37 emerge from the inner surface of the outer pole piece 14 , penetrate the target and tre th in the formed as a hollow screw's pole shoe's 20 again. The counter magnetic field, which is generated by the ring magnet 9 , influences the course of the magnetic field lines 37 in that they assume a parallel or lenticular course within the target.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäu bung ähnlich der Darstellung in Fig. 1, die im we sentlichen besteht aus einer Kathode 38, und An oden 39, 39′, welche auf den Kühlring 40 aufge setzt sind. Die Kathode 38 besteht aus einem Joch 41, einer Kühlplatte 42 und einem Target 43, einem Ringmagnet 44 mit einem Polschuh 45 sowie einem Distanzring 46, der auf der Vorderseite der Kühl platte 42 befestigt ist und das Target 43 radial außen umgibt. Der Distanzring 46 weist eine äuße re, kegelstumpfförmige Mantelfläche 46a auf, wel che parallel zu einer korrespondierenden Mantel fläche 45a des Polschuhs 45 verläuft. Die vordere Stirnseite des Polschuhs 45 ist auf einen Isolator 47 aufgesetzt, welcher die Kathode 38 vom Kühlring 40 elektrisch isoliert. Fig. 4 shows a device for cathode sputtering similar to the illustration in Fig. 1, which consists essentially of a cathode 38 , and on electrodes 39 , 39 ', which are placed on the cooling ring 40 . The cathode 38 consists of a yoke 41 , a cooling plate 42 and a target 43 , a ring magnet 44 with a pole shoe 45 and a spacer ring 46 , which is attached to the front of the cooling plate 42 and surrounds the target 43 radially outside. The spacer ring 46 has an outer re, frustoconical shell surface 46 a, which surface parallel to a corresponding shell surface 45 a of the pole piece 45 extends. The front end face of the pole piece 45 is placed on an insulator 47 which electrically insulates the cathode 38 from the cooling ring 40 .

Über ein Kabel 48 ist die Kathode 38 mit einer Sputterstromversorgung verbunden. Dadurch sind die folgenden Kathodenbauteile auf kathodisches Poten tial geschaltet: die Kühlplatte 42, das Joch 41, die Hohlschraube 51, der Distanzring 46, der Pol schuh 45 sowie das Target 43.The cathode 38 is connected to a sputtering power supply via a cable 48 . As a result, the following cathode components are connected to cathodic potential: the cooling plate 42 , the yoke 41 , the banjo bolt 51 , the spacer ring 46 , the pole shoe 45 and the target 43 .

In die zentrische Bohrung des Targets 43 ist ein Kühlkopf 49 eingesetzt, welcher durch einen Isola tor 50 von der Rückseite des Jochs 41 elektrisch getrennt ist. Alle auf kathodischem Potential lie genden Bauteile sind von den auf anodischem Poten tial liegenden Bauteilen um den Dunkelraumabstand d beabstandet.In the central bore of the target 43 , a cooling head 49 is inserted, which is electrically separated by an isolator 50 from the back of the yoke 41 . All components lying on cathodic potential are spaced from the components lying on anodic potential by the dark space distance d.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus Fig. 1 gezeigt, welcher im wesentlichen das Target 8 sowie die An oden 4, 26 darstellt. Von der Zerstäubungskathode 2 sind im wesentlichen die konzentrisch zueinander angeordneten Bauteile Kühlkopf 22, Hohlschraube 20, Target 8 sowie Polschuh 14 gezeigt. In Zer stäubungsrichtung vor dem Target angeordnet sind die Anoden 4, 26 ausschnittweise dargestellt.In Fig. 5 is a detail from FIG. 1, which is substantially the target 8 and the diodes to 4, representing the 26th From the sputtering cathode 2 , the components cooling head 22 , banjo bolt 20 , target 8 and pole shoe 14 are shown, which are arranged concentrically to one another. Arranged in the atomization direction in front of the target, the anodes 4 , 26 are shown in sections.

Der Abstand in radialer Richtung von dem Target 8 zu den Anoden 4, 26 entspricht jeweils dem Dunkel raumabstand d. Die zur Kathode 2 hinzeigenden vor deren Enden der Anoden 4, 26 tauchen jeweils um einen Abstand A hinter die Targetvorderseite 52 ein.The distance in the radial direction from the target 8 to the anodes 4 , 26 corresponds to the dark space distance d. The anodes 4 , 26 facing the cathode 2 in front of their ends each dip a distance A behind the front face 52 of the target.

BezugszeichenlisteReference list

1 Kammerwand
2 Zerstäubungskathode
3 Vakuum-Dichtring
4 Anode
5 Joch
6 Isolator
7 Kühlplatte
8 Target
9 Ringmagnet
10 Schraube
11 Kabel
12 Isolator
13 Ringmagnet
14 Polschuh
15 Kühlring, -körper
16 Kühlkanal
17 Schraube
18 Kühlwasseranschluß
19 Kühlwasseranschluß
20 Hohlschraube (Polschuh)
21 Hülse
22 Kühlkopf
23 Kühlwasserzuführung
24 Kühlwasserrückführung
25 Schraube
26 Mittelanode
27 Substrat
28 Nut
29 Ausnehmung
30 Kammeroberfläche
31 Unterseite
32 Klemmring
33 Anodenring
34 Kontaktfläche
35 Öffnung
36 Ausnehmung
37 Magnetfeldlinien
38 Kathode
39, 39′ Anode
40 Kühlring
41 Joch
42 Kühlplatte
43 Target
44 Ringmagnet
45 Polschuh
45a Mantelfläche
46 Distanzring
46a Mantelfläche
47 Isolator
48 Kabel
49 Kühlkopf
50 Isolator
51 Hohlschraube
52 Targetvorderseite
53 Linie
X Detail
A Abstand
d Dunkelraumabstand
D1 Dicke
D2 Dicke
a Abstand
b Abstand
c Abstand 1 chamber wall
2 sputtering cathode
3 vacuum sealing ring
4 anode
5 yokes
6 isolator
7 cooling plate
8 target
9 ring magnet
10 screw
11 cables
12 isolator
13 ring magnet
14 pole piece
15 cooling ring, body
16 cooling channel
17 screw
18 Cooling water connection
19 Cooling water connection
20 banjo bolt (pole shoe)
21 sleeve
22 cooling head
23 Cooling water supply
24 Cooling water return
25 screw
26 center anode
27 substrate
28 groove
29 recess
30 chamber surface
31 underside
32 clamping ring
33 anode ring
34 contact surface
35 opening
36 recess
37 magnetic field lines
38 cathode
39 , 39 ′ anode
40 cooling ring
41 yoke
42 cooling plate
43 target
44 ring magnet
45 pole piece
45 a lateral surface
46 spacer ring
46 a lateral surface
47 isolator
48 cables
49 cooling head
50 isolator
51 banjo bolt
52 Target front
53 line
X detail
A distance
d darkroom distance
D1 thickness
D2 thickness
a distance
b distance
c distance

Claims

1. Cathode sputtering device for the static coating of disk-shaped substrates ( 27 ) by means of a plasma in a vacuum process chamber with an atomizing cathode ( 2 ), consisting essentially of a ferromagnetic yoke ( 5 ), a magnet system ( 13 ) with pole piece ( 14 ), an annular target ( 8 ) to be atomized, an isolator ( 6 ) and a cooling plate ( 7 ) between target ( 8 ) and yoke ( 5 ), the target ( 8 ) having only one, is held centrally through the target ( 8 ) out hollow screw ( 20 ) and the hollow screw ( 20 ) consists of both a ferromagnetic and electrically conductive material, the target ( 8 ) via the hollow screw ( 20 ) with the cooling plate ( 7 ) is electrically connected and the power supply to the cathode ( 2 ) via the cooling plate ( 7 ) and the banjo bolt ( 20 ) with the yoke ( 5 ) is connected magnetically leading.

2. Device according to claim 1, characterized in net that all essential cathode components rota are designed symmetrically and all have centric holes in the Rota tion axis.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the banjo bolt ( 20 ) is guided in the central bore of the target ( 8 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the hollow screw ( 20 ) has a contact surface on the underside of the screw head, which rests on a contact surface on the front of the target.

5. The device according to claim 3, characterized in that the hollow screw ( 20 ) has an external thread which is screwed into a corresponding Ge threaded bore of the cooling plate ( 7 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that the banjo bolt ( 20 ) is non-contact in magnetic contact with a ferromagnetic table sleeve ( 21 ) which is fixedly connected to the ferromagnetic yoke ( 5 ) on the back of the cathode.

7. The device according to claim 1, characterized in that a liquid-cooled pin is inserted into the bore of the banjo bolt ( 20 ) and leads through the cathode ( 2 ).

8. Sputtering device for the static coating of disk-shaped substrates ( 27 ) by means of a plasma in a vacuum process chamber with a sputtering cathode ( 2 ) with a rotationally symmetrical, annular target ( 8 ) made of the material to be sputtered, and a double anode , consisting of a first center anode ( 26 ) and a second annular outer anode ( 4 ), which are arranged in the process chamber in wesentli Chen in front of the target ( 8 ) and, however, the center anode ( 26 ) in the axial direction in a central bore of the Targets ( 8 ) and the outer anode ( 4 ) surrounds the target ( 8 ) at least partially ra dial outside and both anodes ( 4 , 26 ) with their front end facing the target ( 8 ) each by a distance (A) behind the Immerse the front of the target ( 52 ) and the shortest radial distance between the target ( 8 ) and the anodes ( 4 , 26 ) is within the darkroom distance (d).

9. A device for sputtering according to claim 8, characterized in that the target get ( 8 ) at its radially outer edge has a larger thickness (D1) than at its radially inner edge.

10. A device for sputtering according to claim 8, characterized in that the anodes ( 4 , 26 ) with their, the substrate ( 27 ) facing ends, cover areas of the substrate front during the coating process.

11. An apparatus for sputtering according to demanding 10, characterized in that the shape of the substrate (27) facing ends of the Ano (4, 26) entspre the shape of the substrate (27) surfaces.

12. Device for cathode sputtering for the static coating of disk-shaped substrates by means of a plasma in a vacuum process chamber with a sputtering cathode ( 38 ), consisting essentially of a magnetic yoke ( 41 ), a magnet system ( 44 ) with a pole shoe ( 45 ), a cooling plate ( 42 ), a target ( 43 ) from the material to be atomized and a spacer ring ( 46 ), the cathode ( 38 ) being placed on a chamber wall ( 40 ) of the process chamber and all the cathode components being electrically connected to one another and by means of a cable ( 48 ) are connected to negative cathode voltage and only one electrical insulator ( 47 ) is provided between the sputtering cathode ( 38 ) and the chamber wall ( 40 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized records that all are at cathode potential the components to all neighboring, on anode po tential components are spaced.

14. The apparatus according to claim 13, characterized indicates that the distance from the darkroom stand (d) corresponds.

15. Device for sputtering for the static coating of disc-shaped substrates ( 27 ) by means of a plasma in a vacuum process chamber with at least one opening ( 35 ), which can be closed by placing a sputtering cathode ( 2 ) from the outside and between Cathode ( 2 ) and chamber wall ( 1 ) an elastic vacuum sealing ring ( 3 ) and a ring-shaped anode ( 4 ) are provided which surround the opening ( 35 ) radially on the outside and the anode ( 4 ) on the cathode ( 2 ) pointing side has a flat contact surface ( 34 ) and one side at atmospheric pressure in the chamber of the sealing ring ( 3 ) projects beyond this contact surface ( 34 ) by a distance (a) and the flat underside ( 31 ) pointing towards the chamber wall ( 1 ) the cathode rests only on the sealing ring ( 3 ) and from (a) was chosen so that, on the other hand, under vacuum conditions in the chamber, the underside ( 31 ) of the cathode on the contact surface parallel to it surface ( 34 ) of the anode ( 4 ) lies tight.