DE69104131T2 - Drehkathode. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kathode zur Vakuumzerstäubung mit einem drehenden Target gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 14.
• Eine solche Kathode ist aus "Journal of Vacuum Science and Technology", Part A, vol 4, no 3, Mai 1986, New York US, Seiten 388 bis 392 von M. Wright et al bekannt.
• Die Kathodenzerstäubung ist ein erprobtes Verfahren zur Aufbringung von dünnen und einheitlichen Schichten eines Beschichtungsmaterials auf verschiedenen Substraten.
• Das Kathodenzerstäubungsverfahren, das insbesondere in US-A- 146 025 beschrieben ist, wird mittels einer Kathode durchgeführt, die mit einer elektrischen Versorgung verbunden ist und in einem Vakuumbehälter angeordnet ist, in welchem Spuren von Gas (beispielsweise Argon) eingegeben werden. Ein Target, das aus dem zu pulverisierendem Material gefertigt ist, ist in der Kathode angebracht. Dieses Target wird mit energetischen Ionen beschossen, welche durch die Zusammenstöße mit den Gasmolekülen, die in dem Vakuumbehälter verteilt sind, und Elektronen erzeugt werden, welche durch das elektrische Feld beschleunigt werden und magnetisch nahe dem Target gebunden sind.
• Die Gasionen mit der hyper-kinetischen Energie schlagen auf dem Target mit einer Energie ein, die ausreicht, um Teilchen herauszulösen. Diese letzteren kondensieren auf dem zu beschichtenden Substrat, das sich in Ihrer Bahn findet, und lagern sich so auf diesem in einer feinen Materialschicht ab.
• Diese Schicht kann aus einem Metall oder einer Legierung bestehen (man sagt demnach, daß man im Metallpulverisationsmodus arbeitet).
• Man kann ebenso eine Substanz ablagern, die durch chemische Reaktion zwischen dem Material des Targets und einem reaktiven Gas gebildet wird, das in kleinen Mengen in die Zerstäubungskammer eingeführt wird (man nennt dies reaktive Zerstäubung).
• Die drehende Kathode gemäß der Erfindung kann vorteilhaft in diesen beiden Zerstäubungsmodi verwendet werden, sowohl im metallischen wie auch im reaktiven, doch ist sie besonders geeignet für die Verwendung im reaktiven Modus.
• Die Ausbeute der Zerstäubungsvorrichtungen unter Vakuum war ursprünglich sehr gering aufgrund der geringen Wahrscheinlichkeit einer Begegnung zwischen den Ionen und den Elektronen in der Vakuumkammer. Durch Einschluß der Elektronen in einer Umgebung um das Target wurde das Ionisierungsverhältnis wesentlich verbessert und man konnte mit viel geringerem Druck arbeiten, wodurch ebenfalls die Reinheit der Ablagerungen erhöht wurde.
• Das Patent US-A-4 166 018 beschreibt eine Kathode mit ebenem Target, hinter welchem die Magnete in der Weise angeordnet sind, daß eine abgeschlossene Einschlußzone in Form einer ovalen Bahn entsteht, in welcher Elektronen gefangen sind, was zu einer beträchtlichen Erhöhung der Kollisionsrate und somit der Ioneneinschläger auf der Kathode und der Zerstäubungsrate führt.
• In einer solchen Kathode erfährt das Target eine lokale Erosion in Form von Rillen, die den Magnetfeldlinien folgen. Das führt zu dem Erfordernis des häufigen Ersetzens des Targets und einer schwachen Nutzungsrate des Targetmaterials.
• Verschiedene Verfahren sind verwendet worden, um die Erosion über das ganze Target zu verteilen. So ist in dem Patent US 4 525 264 ein variables Magnetfeld für den magnetischen Einschlußkreis hinter dem Target vorgeschlagen worden.
• Das Patent US 4 422 916 beschreibt eine dotierte Kathode eines Targets, welches auf einer Struktur in Form von Drehzylindern vorgesehen ist, wobei magnetische Einschlußmittel entlang einer Mantellinie im Inneren der Zylinderstruktur angeordnet sind. Die Abnutzung des Target wird durch Winkelverschiebung der Erosionszone vereinheitlicht. Da die Einschlußmittel im Inneren der Zylinderstruktur angeordnet sind, muß die letztere notwendigerweise beträchtliche Ausmaße aufweisen. Diese Struktur, die außerdem mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt ist, muß außerdem beträchtliche mechanische Belastungen aushalten. Folglich kann die Abnutzrate des Targets im allgemeinen 40 % nicht übersteigen.
• Außerdem sind die Magnete und die Teile des Magnetkreises, welche in dem inneren Volumen der Zylinderstruktur eingeschlossen sind, ein Hindernis für die Zirkulation der Kühlflüssigkeit und das hauptsächlich in dem Bereich, wo die Erhitzung des Targets stattfindet. Daraus ergibt sich, daß die Kühlung genau an dem Ort nicht sehr befriedigend ist, wo sie sehr effizient sein sollte. Zudem, da die Magnete und die magnetischen Teile ständig in der Kühlflüssigkeit, die gewöhnlich Wasser ist, gebadet sind, stellen sich notwendigerweise die Probleme der Korrosion.
• Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Kathode zu liefern, in welcher die Nutzrate des Targets erhöht ist.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, daß das Target eine einheitlichere Erosion auf seiner ganzen Oberfläche erfährt.
• Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Kathode zu erhalten, in welcher das Target relativ niedrige Herstellungskosten verursacht und das zudem leicht zu ersetzen ist.
• Die Erfindung hat ebenso zur Aufgabe, eine Kathode zu erhalten, in welcher die Dissipation der thermischen Energie aus der Zerstäubung in bezug auf bekannte Systeme verbessert ist.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, dar die Kathode bei tieferer Temperatur betrieben werden kann, wodurch die Erhitzung des Targets begrenzt wird.
• Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Kathode zur Vakuumzerstäubung gelöst, umfassend einen Hohlkörper im wesentlichen in Form eines Rotationskörpers, welcher um seine Achse rotieren kann, mit einer Seitenwand, die sich entlang der Achse erstreckt, und zwei Stirnseiten im wesentlichen senkrecht zur Achse, wobei der Hohlkörper mindestens am äußeren seiner Seitenwand aus zu zerstäubendem Material gebildet ist, mit einem Magnetkreis zum magnetischen Einschluß, der nahe einem Target vorgesehen ist, und Pole, Teile aus magnetisch-permeablem Metall und Magnetisiermittel, die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in den Magnetkreis geeignet sind, und mit einer Einrichtung zur Verbindung mit einem Kühlkreis für die Zirkulierung einer Kühlflüssigkeit in dem Hohlkörper, mit einer Einrichtung zur Verbindung mit einem elektrischen Versorgungskreis, und mit einer Triebeinrichtung zur Drehung des Hohlkörpers um seine Achse, wobei in dieser Kathode der Magnetkreis sich peripher in bezug auf den Hohlkörper erstreckt, das Magnetisiermittel außerhalb diesem vorgesehen ist, die Pole des Magnetkreises entlang zweier Erzeugenden dieses Hohlkörpers vorgesehen sind und einen Bogen der Seitenwand des Hohlkörpers der sich zwischen diesen beiden Erzeugenden befindet, das Target der Kathode bildet.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Hohlkörper, der im wesentlichen aus einem Rotationskörper gebildet ist, ein Zylinder.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die äußere Seitenwand des Hohlkörpers aus einer massiven Schicht aus Pulverisiermaterial gebildet.
• Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform umfaßt der Hohlkörper eine Stütze in geeigneter Form, die von Pulverisiermaterial bedeckt ist.
• In vorteilhafter Weise sind die Einrichtungen zur Verbindung mit dem Kühlkreis an der gleichen Stirnseite des Hohlkörpers vorgesehen. In bevorzugter Weise sind die Einrichtungen zur Verbindung mit dem Kühlkreis koaxial.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform der Kathode umfassen die Teile des Magnetkreises eine Verbindungseinrichtung zu einem Kühlkreis, der unterschiedlich zu dem des Hohlkörpers ist.
• Gemäß einer besonderen Ausführungsform tragen die Pole des Magnetkreises ein Polteil, dessen Querschnitt die Form einer Ecke aufweist, wobei die Kante des Polteils im wesentlichen in Richtung des Randes des Targets gerichtet ist, und die Seite, die gegen den Spalt gekehrt ist, im wesentlichen eben ist, wobei sie mit der Oberfläche des Targets einen Winkel nahe 90 % in der Weise bildet, daß sich die Magnetfeldlinien zwischen den Polstücken in einer Kurve nahe der des Targets in unmittelbarer Nähe zu dieser erstrecken.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt die Kathode zwei Hohlkörper, die nebeneinander angeordnet sind, wobei Ihre Achsen parallel zur Achse der Kathode sind, und wobei die jeweiligen Magnetkreise mindestens einen gemeinsamen Teil umfassen.
• In einer Form dieses Ausführungsbeispiels sind die Polstücke der Magnetkreise jedes Hohlkörpers auf einer gleichen Seite der Kathode in der Weise vorgesehen, daß die entsprechenden Targets geeignet sind, in dieselbe Winkelrichtung zu zerstäuben, wobei sich ein Polzweig zwischen den beiden Hohlkörpern erstreckt und einen gemeinsamen Teil der beiden Magnetkreise bildet, und wobei der gemeinsame Polteil durch diesen gemeinsamen Zweig getragen wird.
• Gemäß einer anderen Form dieses Ausführungsbeispiels sind die beiden Polteile der beiden Magnetkreise an zwei gegenüberliegenden Seiten der Kathode vorgesehen, wobei die Targets jedes Hohlkörpers diametral entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind und in zwei parallelen Ebenen zerstäuben, wobei sich die Magnetkreise peripher zu jedem Hohlkörper erstrecken und einen zentralen gemeinsamen Teil umfassen, welcher sich zwischen den beiden Körpern erstreckt.
• Gemäß einer anderen Form dieses Ausführungsbeispiels umfaßt die Kathode eine Anzahl n von Hohlkörpern, die parallel Seite an Seite angeordnet sind, wobei die jeweiligen Magnetkreise mindestens einen gemeinsamen Teil umfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der rotierende Hohlkörper unter Ausschluß des Bogens, welcher das Target bildet, von einem Mantel umgeben, der von einer cryogenen Flüssigkeit durchströmt wird und geeignet ist, einen Strahlungswärmeaustausch mit der Seitenfläche des Targets herzustellen.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform der Kathode gemäß der Erfindung umfaßt diese einen Hohlkörper im wesentlichen in Form eines Rotationskörpers, welcher sich um seine Achse drehen kann. Dieser umfaßt eine Seitenwand, die sich entlang der Achse erstreckt und zwei Stirnseiten im wesentlichen senkrecht zur Achse, wobei der Hohlkörper ein abgeschlossenes Volumen bildet, dar mindestens am äußeren seiner Seitenwand aus zu pulverisierendem Material besteht. Die Kathode umfaßt ebenso einen Magnetkreis zum magnetischen Einschluß, der nahe eines "Targets" angeordnet ist, wobei dieser Kreis Pole, Teile aus magnetisch-permeablem Metall und Magnetisiermittel umfaßt, die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in den Magnetkreis vorgesehen sind, einer Einrichtung zur Verbindung mit einem Kühlkreis für die Zirkulierung einer Kühlflüssigkeit in dem Hohlkörper, einer Einrichtung zur Verbindung mit einem elektrischen Versorgungskreis, und einer Triebeinrichtung zur Rotation des Hohlkörpers um seine Achse.
• In dieser Kathode bildet der Magnetkreis zwei Schleifen, die sich in symmetrischer Weise schließen, wobei die Magnetisiermittel, die Pole und der größte Teil des Magnetkreises außerhalb des Hohlkörpers beiderseits diesem vorgesehen sind, und wobei die Magnetpole jeder Schleife entlang zweier Mantellinien dieses Körpers angeordnet sind, wodurch Winkelsegmente bestimmt werden, die diametral entgegengesetzt zur Seitenwand dieses Körpers sind, und wobei diese Winkelsegmente zwei Targets für die Zerstäubung des Materials in zwei entgegengesetzten Richtungen bilden;
• Die Teile des Magnetkreises, welche beiderseits am äußeren des Hohlkörpers vorgesehen sind, sind magnetisch mittels eines Brückenkerns aus Weicheisen verbunden, welcher in nicht rotierender Weise im Inneren des Hohlkörpers in einer die Kathodenachse enthaltenden Querebene angeordnet ist, wobei jedes Ende des Brückenkerns bezüglich der Seitenwand des Hohlkörpers einem Vorsprung von Teilen der Magnetkreise gegenüberliegt, die außerhalb des Hohlkörpers angeordnet sind.
• Neben der Tatsache der Lösung der oben genannten Aufgaben hat die Kathode gemäß der Erfindung insbesondere noch die folgenden Vorteile:
• - sie erlaubt die Zerstäubung von Legierungsmetallen mit tiefem Schmelzpunkt, ohne die Gefahr einer Schmelzung des Targets;
• - die besondere Konfiguration des Targets erlaubt die Verwendung von neuen und vorteilhaften Herstellungsverfahren (Laden durch Sputtern, Gießen, Elektrolyse, ...);
• -die Polteile, die im wesentlichen aus Eisen bestehen, bedecken sich oder können zuvor bedeckt werden mit einem Überzug aus zerstäubtem Metall von dem Target und wirken praktisch nicht in die Zusammensetzung der zerstäubten Schicht auf dem Substrat ein;
• -die Form der Polteile kann in Abhängigkeit von den gewünschten Einschlußbedienungen verändert werden;
• -es ist möglich die Kathoden gemäß der Erfindung zu kombinieren und auf diese Weise eine globale Zerstäubungsausbeute pro Volumeneinheit oder pro Länge der Einrichtung zur Ablagerung zu erhöhen;
• -in Hinsicht auf die große Starre des Targets ist es möglich, die Kathode gemäß der Erfindung in diversen Stellungen vorzusehen einschließlich einer geneigten Stellung und überhängend, ohne daß die gute Funktion oder die Herstellungstoleranzen davon beeinträchtigt werden.
• Andere Merkmale und Vorteile der Kathode gemäß der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
• Figur 1 eine perspektivische Ansicht ist mit Unterbrechungen und Schnitten einer drehenden Kathode gemäß der Erfindung;
• Figur 2 ein Schnitt durch die Kathode von Figur 1 gemäß einer Ebene senkrecht zur Längsachse dieser Kathode ist;
• Figur 3 eine schematische Ansicht eines Schnittes entlang einer Ebene senkrecht zur Achse einer doppelten Drehkathodenstruktur und senkrecht zu den zwei parallelen Zerstäubungsebenen zeigt;
• Figur 4 eine schematische Ansicht eines Schnittes entlang einer Ebene senkrecht zu einer Achse einer Doppelstrukturdrehkathode und zu einer Zerstäubungsebene zeigt;
• Figur 5 ein Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zu der Achse einer Kathode ist, die Analog zu der von Figur 4 ist und mit asymmetrischen Polteilen versehen ist, und
• Figur 6 eine schematische Ansicht eines Schnittes entlang einer Ebene ist senkrecht zu einer Achse einer Kathode gemäß der Erfindung und zu der doppelten Projektionsebene zeigt.
• Figur 7 eine perspektivische Ansicht mit einer Hervorhebung einer Kathode mit cryogener Ummantelung ist.
• Figur 8 eine Ansicht eines Schnittes entlang der Ebene VIII - VIII der Kathode von Figur 7 ist.
• Figur 1 zeigt in Perspektive mit Unterbrechungen eine Kathode gemäß der Erfindung mit ihrem Antriebsystem und einer geöffneten Ansicht ihres Gehäuses.
• Das zentrale Stück der Kathode 1 ist ein hohler und länglicher Körper 2, welcher mit seiner vertikalen Achse gezeigt ist. Dieser Hohlkörper 2 nimmt hier eine zylindrische Form an, doch kann er ebenso ausgebaucht oder spindelförmig sein, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Der Hohlkörper 2 ist praktisch umgeben von einem magnetischen Einschlußkreis 3, der sich also vollständig entlang dem äußeren des Hohlkörpers 2 erstreckt.
• Die einzige Unterbrechung dieses Magnetkreises ist der Spalt 4, der sich zwischen den Polteilen 5 erstreckt, die entlang der Achse des Hohlkörpers 2 von oben nach unten dieses Körpers 2 angeordnet sind. Die Längsfläche dieses Hohlkörpers 2 besteht aus Zerstäubermetall. Der Abschnitt der Längsfläche des Hohlkörpers, der dem Spalt 4 gegenüberliegt, welcher die Polteile 5 trennt, bildet das "Target" 6 der Kathode 1.
• Die Kathode 1 ist dargestellt in einer vertikalen Anordnung in einer Vakuumkammer wobei die obere 7 und untere Stirnseite dieser Vakuumkammer durch Teilansicht dargestellt ist, wobei der Spalt 4 parallel zur Vorbeilaufebene der Substrate (nicht gezeigt) orientiert ist.
• Der Einschlußmagnetkreis 3 der Kathode 1 gemäß der Erfindung ist in der Vakuumkammer 7, 8 durch bekannte Befestigungsmittel unabhängig von dem drehenden Hohlkörper 2 vorgesehen.
• Eine der Stirnseiten 9 des Hohlkörpers 2 ist an dem Boden 8 mittels einer Walzenebene 10 angebracht, die hier eine Drehung um ihre Achse erlaubt und sie gegenüber dem Gehäuse 7, 8 isoliert.
• Die andere Stirnseite 11 umfaßt einen Hals 12, an welchem ein Flansch 13 befestigt ist. Durch diesen Flansch 13 wird der drehende Hohlkörper 2 mit einer Hohltriebwelle 14 verbunden.
• Diese Hohlwelle 14 erstreckt sich quer durch einen Drehdurchgang 15, welcher in der oberen Stirnseite 7 des Gehäuses 7, 8 vorgesehen ist. Die Isoliermittel 16 isolieren den Durchgangskörper 15 elektrisch gegen die Welle 14.
• Übersetzungseinrichtungen einer Drehkoppelung 17 sind zwischen der Triebwelle 14 und dem Antriebsmotor 18 vorgesehen zum Antreiben des drehenden Hohlkörpers 2 in Drehung. Die Antriebswelle 14 und die Achse des drehbaren Hohlkörpers 2 sind in ihrer Länge durch Leitungen 19, 20 durchzogen (die in koaxialer Weise auf Figur 1 vorgesehen sind), die mit dem Innenvolumen des Hohlkörpers 2 in Verbindung stehen.
• Wie man auf Figur 2 sieht kann man auf diese Weise in den Hohlkörper 2 während seines Betriebes eine beträchtliche Menge Kühlflüssigkeit führen. Diese Flüssigkeit ist vorteilhaft Wasser. Der Fluß von Kühlflüssigkeit läuft im Inneren des Körper 2 selbst praktisch auf überhaupt kein Hindernis, was eine besonders wirksame Kühlung erlaubt, die mit keinem der herkömmlichen Typen von Kathoden equivalenter Leistung möglich ist.
• Der Ein- und Ausgang der Flüssigkeit ebenso wie das Antriebssystem 17, 18 sind auf der gleichen Stirnseite 11 des Hohlkörpers 2 vorgesehen, wobei die Versorgung, Beladung oder der Austausch des Hohlkörpers 2 extrem vereinfacht sind.
• Der Hohlkörper 2 der Kathode gemäß der Erfindung kann in der Tat herausgenommen werden, ohne das es notwendig ist, gleichzeitig den Einschlußmagnetkreis 3 zu demontieren.
• Zudem sind die Abmessungen und insbesondere der Durchmesser des Körpers 2 nicht nach unten begrenzt durch die Notwendigkeit, genügend Platz zu lassen, um Magnete oder andere Magnetteile im Inneren vorzusehen (wie im Stand der Technik); die Kathode 1 kann daher so ausgeführt werden, daß eine beliebige ihrer dimensionellen Merkmale bevorzugt wird in Abhängigkeit vom gewünschten Ziel.
• Man kann daher dem Hohlkörper 2 der Kathode gemäß der Erfindung die Form von Stangen mit relativ geringem Durchmesser geben, ebenso wie die von Zylindern mit großen Durchmessern, für die Arbeit mit Metall mit niedrigem Schmelzpunkt.
• Man kann ebenso in geeigneter Weise die Form der Polteile verändern, wobei ein Hohlkörper 2 in Form von Drehkörpern verwendet wird, dessen Mantellinien nicht gerade sind, sondern gekrümmte Linien, die der Form von nicht ebenen Substraten angepaßt sind.
• Die Herstellung von solchen drehenden Hohlkörpern kann sich mit den klassischen Techniken oder Alternativen bewirken, die in diesem Fall wirtschaftlich interessant sein können: Feingußverfahren, Laden durch Plasmazerstäubung, Sputtern und andere dem Fachmann bekannte Techniken.
• Für bestimmte Anwendungen kann die Walzenebene 10, die in Figur 1 gezeigt ist, ebenso auf der gleichen Seite des Drehdurchganges 15 angeordnet sein, was die Demontage erleichtert und ein Betrieb mit überstehendem Ende erlaubt beispielsweise zum Zerstäuben in geringer Menge, was die Flexibilität der Herstellung von bestimmten Linien des Sputterns verbessert.
• Figur 2 zeigt die Kathode 1 im Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zu ihrer Achse. Der innere Raum des Hohlkörpers 2 ist hier vollständig mit einer Kühlflüssigkeit ausgefüllt (die hier beispielsweise Wasser ist), daß ständig durch eine zentrale Leitung 19 mitgeführt wird. Dieses Wasser dringt in den Körper 2 unter Abkühlung der Seitenwände und des Rückens der "Target" Zone 7 ein, ohne daß es einem Hindernis begegnet, um koaxial durch die Leitung 20 abgeführt zu werden.
• Der Einschlußmagnetkreis 3 ist vollständig außerhalb des Volumens des Hohlkörpers 2 vorgesehen und umgibt fast vollständig die Polteile 5.
• Der Einschlußmagnetkreis 3 umfaßt einen zentralen Balken 21, auf welchem die Permanentmagnete 22 vorgesehen sind (diese Permanentmagnete 22 können außerdem durch Elektromagnete ersetzt werden).
• Die äußeren Enden des zentralen Balkens 21 sind auf zwei Zweigen oder Teilen des Kreises 23 vorgesehen, welche die Polteile 5 trägt, die gegeneinander gerichtet sind und zwischen denen sich der Spalt erstreckt.
• Diese Polteile 5 haben die Form einer Ecke. Die Kante 24 dieser Ecke ist gegen den Rand des Targets 6 gerichtet. Die Seite 25 der Polteile 5, die gegen den Spalt 4 gewendet ist, ist im wesentlichen eben und erstreckt sich in einer radialen Ebene, die durch die Mitte des Körpers 2 läuft.
• Diese Anordnung gibt den Magnetkraftlinien (gepunktet dargestellt) eine Krümmung im wesentlichen parallel zum Target 6 und eine gleichmäßige Verteilung, die zur breiten Verteilung der Erosionsszene des Target 6 geeignet ist. Eine Blindelektrode 26 ist in der unmittelbaren Nachbarschaft der Kathode 1 angeordnet und geerdet.
• Figur 3 zeigt eine andere Kathode 27 gemäß der Erfindung mit doppelter Projektionsebene. Die Kathode 27 umfaßt zwei zylindrische Hohlkörper 2, die parallel zur Längsachse der Kathode 27 angeordnet sind.
• Die zwei drehenden Hohlkörper 2 sind durch einen Magnetbalken 21 getrennt, der den Magnetkreisen 3 von jedem von ihnen gemeinsam ist und in welchen die Magnetisierungsmittel 22 eingelassen sind, in diesem Fall Permanentmagnete. Zwei magnetische Zweige 23 erstrecken sich entgegengesetzt zueinander von jedem Ende des gemeinsamen Balkens 21 im wesentlichen senkrecht zu diesem; das ganze hat die Form eines H, daß die beiden Hohlkörper 2 umgibt.
• Die Polteile 5 sind am freien Ende jedes magnetischen Zweiges 23 angebracht und zeigen in Richtung des Hohlkörpers 2, der nahe ist in der Weise, daß der durch die Magnete 22 erzeugte magnetische Fluß sich in symmetrischer Weise in dem Spalt 4 auf der Höhe der beiden Targets 6 der Kathode 27 schließt.
• Die Kathode 27 hat den Vorteil, dar sie gleichzeitig in zwei Ebenen zerstäuben kann und einen verminderten Platzbedarf in bezug auf die beiden getrennten Kathoden mit equivalenter Leistung darstellt.
• Figur 4 zeigt eine andere Variante 28 der Kathode gemäß der Erfindung, in welcher die beiden drehenden Körper 2 Seite an Seite in einem gemeinsamen Magnetkreis 3 angeordnet sind und in die gleiche Ebene projizieren.
• Der Magnetkreis 3 nimmt hier global die Form eines großen E an.
• Die Magnetisierungsmittel 22 sind in dem gemeinsamen Balken 29 angeordnet, der den Rücken des E darstellt, symmetrisch in bezug auf den mittleren Zweig 30, der sich zwischen den beiden drehbaren Hohlkörpern 2 der Kathode 28 aufrichtet. Der durch die Magnetisiermittel 22 erzeugte Fluß läuft jeweils durch die äußeren Zweige des Kreises, in den Polteilen 5, welche an diesen Zweigen 31 befestigt sind, überquert den Spalt über jedem Target 6 und kehrt zu den Magnetisiermitteln 22 durch den mittleren gemeinsamen Zweig 30 zurück, der einen stärkeren Querdurchmesser aufweist, um Sättigung zu vermeiden.
• Die magnetischen Kraftfeldlinien werden durch die Form der Polteile 5 gebogen und folgen im wesentlichen der Krümmung der Targets 2.
• Kanäle 32 durchqueren vollständig die Teile des Magnetkreises 3. Diese Kanäle 32 werden im Betrieb der Kathode von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, welche von einem anderen Kreis herkommt, als der Hohlkörper 2, so daß die Temperatur des Magnetkreises 3 gesteuert werden kann unabhängig von der der Hohlkörper 2 und des Targets 6.
• Wie in den Ausführungsformen gezeigt auf den Figuren 1 und 2 werden die Hohlkörper 2 der Kathode 28 über ihre ganze Länge von Wasser durchströmt, daß von einer zentralen Koaxialleitung 19, 20 mitgeführt wird.
• Die Befestigungseinrichtungen 32 verbinden die Polteile 5 mit den magnetischen Zweigen 30, 31. Gegebenenfalls können diese Polteile 5 leicht ausgetauscht werden (Anbringen eines neuen Targetprofils, eines Substrates).
• Die Figur 5 zeigt eine Variante einer Ausführungsform der Kathode gemäß der Erfindung vom gleichen Typ, wie die von Figur 4, doch dieses Mal mit asymmetrischen Polteilen 34, 35.
• Der Magnetkreis 3 hat von der Seite gesehen die allgemeine Form eines großen E, wobei die Polteile 34, 35 an den äußeren Enden jedes Zweiges angeordnet sind und die Zweige 31, 32 die beiden Hohlkörper 2 einrahmen. Die äußeren Polteile 34 des Zweiges 31, der sie trägt, sind unterdimensioniert in bezug auf den gemeinsamen mittleren Zweig 32 und seines Polteiles 35. Dieser Aufbau des Magnetkreises neigt dazu, das Verhalten der Kraftlinien in den beiden Spalten 4 zu deformieren. Man kann so in kontrollierter Weise eine bestimmte Menge von Elektronen, die in dem Spalt eingeschlossen sind, entkommen lassen.
• Figur 6 zeigt eine vorteilhafte Form 36 eine Drehkathode gemäß der Erfindung mit einem einzigen Hohlkörper 2 und doppelter Zerstäubungsebene. Diese Kathode 36 umfaßt einen zylindrischen Hohlkörper 2, der in der Mitte vorgesehen ist. Ein Brückenteil 37 aus Weicheisen mit rechteckigem Querschnitt teilt horizontal in der Diametralebene das innere Volumen 3 des Hohlkörpers 2.
• Die Enden 38 dieses Brückenteils 37, das unbeweglich in bezug auf die Kathode 36 gehalten ist, wirkt auf die Innenseite des Hohlkörpers 2 ohne diese zu berühren. Von der einen und der anderen Seite des Körpers 2 sind zwei Teile 39 von Elementen, die in ihrer Gesamtheit den Magnetkreis 3 bilden, symmetrisch angeordnet. Diese Teile 39 haben jeweils die Form eines großen und eines großen umgekehrten E. Der mittlere Zweig, der von jedem Teil 39 eine Hervorstehung 40 bildet, ist mit dem Hohlkörper 2 ausgerichtet, gerade gegenüber eines Endes 38 des Brückenteils 37, doch an der äußeren Seite. Die externen Zweige 31 von jedem Kreisteil 39 (entsprechend den äußeren Zweigen des E) tragen Polteile 5. Die Punkte dieser Polteile beschränken von der einen und der anderen Seite des Drehhohlkörpers 2 die zylindrischen Bogen, die um 180º verlagert sind, die die beiden Targets 6 der Kathode 36 bilden.
• Auf den beiden Teilen des E 39 des Magnetkreises tragen die Rücken des E die Magnetisiermittel 22 (hier Elektromagnete), welche gegenüberliegend angeordnet sind in der Weise, daß zwei identische Magnetflüsse parallel in den Spalten zirkulieren. Diese Flüsse verfügen über einen gemeinsamen Teil, um sich zu schließen, nämlich dem Brückenteil 37.
• Die Anwesenheit dieses profilierten Teiles mit vermindertem Querschnitt ändert in keiner Weise die Dissipation der Wärme in dem Hohlkörper 2 und der Raumgewinn ist beträchtlich in bezug auf die Verwendung von zwei getrennten Kathoden mit gleichwertiger Leistung.
• Die Figur 7 und 8 zeigt mit Öffnungen von Schnitten eine andere Zerstäuberkathode gemäß der Erfindung, deren Hohlkörper 2 mit Ausnahme des zylindrischen Bogens, der das Target 6 bildet, von einer Ummantelung 41 umgeben ist, die von Kanälen 42 durchlaufen ist, worin cryogene Flüssigkeit zirkuliert (wie beispielsweise flüssiges Helium, flüssigen Stickstoff oder Freon). Diese Ummantelung 41 besteht aus einem nicht magnetischem Material und ist in der Weise vorgesehen, dar durch Strahlungswirkung ein Maximum von Wärme von der Oberfläche des Hohlkörpers 2 abgeführt wird. Diese Ummantelung 41 kann, wie es in den Figuren 7 und 8 dargestellt ist, fast vollständig das Volumen zwischen den externen Magnetkreis 3 und dem Drehhohlkörper 2 ausfüllen, oder kann eine gewölbte Platte bilden, die durch Kanäle 42 durchzogen ist (oder an welche Kanäle angebracht sind) und die in geringem Abstand von der Oberfläche des Hohlkörpers 2 mit Ausnahme des Targets angeordnet ist.
• Die Absenkung der Temperatur der Oberfläche des Hohlkörpers 2 trägt zur energetischen Abkühlung bei, die mit dieser Kathode erzielt wird und erlaubt ohne Probleme die Zerstäubung selbst von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt.

Claims (14)

1. Kathode zur Vakuumzerstäuberung umfassend eine Hohlstruktur (2) im wesentlichen in Form eines Drehkörpers, welcher um seine Achse rotieren kann, einschließlich einer Seitenwand, die sich entlang der Achse erstreckt, und zwei Stirnseiten im wesentlichen senkrecht zur Achse, wobei die Hohlstruktur (2) mindestens am Äußeren ihrer Seitenwand aus zu pulverisierendem Material besteht, und einen Magnetkreis zum magnetischen Einschluß, der nahe einem Target (6) vorgesehen ist, der Magnetkreis umfaßt Pole, Stücke aus magnetisch-permeablein Metall (21, 23, 29, 30, 31) und Magnetisiermittel (22), die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in dem Magnetkreis (3) geeignet sind, eine Einrichtung zur Verbindung mit einem Kühlkreis, welcher zur Zirkulierung einer Kühlflüssigkeit in der Hohlstruktur (2) geeignet ist, eine Einrichtung zur Verbindung mit einem elektrischen Versorgungskreis, eine Einrichtungen zum Mitführen (17, 18), die geeignet ist, die Hohlstruktur (2) in Rotation um ihre Achse zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß: der Magnetkreis (3) sich peripher in Bezug auf die Hohlstruktur (2) erstreckt, wobei das Magnetisiermittel (22) außerhalb dieser vorgesehen ist, die Pole (5) des Magnetkreises entlang zweier Mantellinien dieser Hohlstruktur (2) vorgesehen sind, und wobei der Bogen der Seitenwand der Hohlstruktur (2), der sich zwischen diesen beiden erzeugenden Linien befindet, das Target (6) der Kathode bildet.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlstruktur (2), die im wesentlichen aus einem Drehkörper gebildet ist, ein Zylinder ist.

3. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Seitenwand der Hohlstruktur (2) aus einer massiven Schicht aus Pulverisiermaterial gebildet ist.

4. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlstruktur (2) eine innere Stütze in geeigneter Form umfaßt, die von Pulverisiermaterial bedeckt ist.

5. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dar die Einrichtung zur Verbindung mit dem Kühlkreis (19, 20) an der gleichen Stirnseite der Hohlstruktur (2) vorgesehen ist.

6. Kathode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung mit dem Kühlkreis (19, 20) coaxial ist.

7. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dar die Stücke des Magnetkreises eine Verbindungseinrichtung zu einem Kühlschaltkreis (32) umfassen.

8. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des Magnetkreises ein Polteil (5) umfassen, dessen Querschnitt die Form einer Ecke aufweist, wobei die Kante des Polteils (24) im wesentlichen in Richtung des Randes des Target (6) gerichtet ist, und die Seite (25), die gegen den Spalt (4) gekehrt ist, im wesentlichen eben ist, wobei sie mit der Oberfläche des Targets (6) einen Winkel nahe 90 Grad bildet, in der Weise, daß die Magnetfeldlinien zwischen den Polstücken (5) sich in einer Kurve nahe der des Targets (6) in unmittelbarer Nähe zu dieser erstrecken.

9. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dar sie zwei Hohlstrukturen (2) umfaßt, die Seite an Seite angeordnet sind, wobei ihre Achsen parallel zur Achse der Kathode sind, und wobei die jeweiligen Magnetkreise (3) mindestens einen gemeinsamen Teil (30) umfassen.

10. Kathode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polstücke (5) der Magnetkreise (3) jeder Hohlstruktur (2) auf einer gleichen Seite der Kathode (8) in der Weise vorgesehen sind, daß die entsprechenden Targets (6) geeignet sind, in die selbe Winkelrichtung zu pulverisieren, wobei ein Polzweig (30) sich zwischen den beiden Hohlstrukturen (2) erstreckt und einen gemeinsamen Teil der beiden Magnetkreise (3) bildet, und wobei das gemeinsame Polteil (6, 35) durch diesen gemeinsamen Zweig (30) getragen wird.

11. Kathode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteile (6) der beiden Magnetkreise (3) an zwei gegenüberliegenden Seiten der Kathode (27) vorgesehen sind, wobei die Targets (6) jeder Hohlstruktur (2) diametral entgegengesetzt zueinander vorgesehen sind und in zwei parallelen Ebenen pulverisieren, wobei sich die Magnetkreise (3) peripher zu jeder Hohlstruktur (2) erstrecken und einen zentralen gemeinsamen Teil (30) umfassen, welcher sich zwischen den beiden Strukturen (2) erstreckt.

12. Kathode zur Pulverisierung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl n von Hohlstrukturen (2) umfaßt, die parallel Seite an Seite angeordnet sind, wobei die jeweiligen magnetischen Schaltkreise (3) mindestens einen gemeinsamen Teil umfassen.

13. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß die rotierende Hohlstruktur unter Ausschluß des Bogens, welcher das Target bildet, von einem Mantel umgeben ist, der von einer cryogenen Flüssigkeit durchströmt wird und geeignet ist, einen Strahlungswärmeaustausch mit der Seitenfläche des Targets herzustellen.

14. 1. Kathode zur Vakuumzerstäuberung umfassend eine Hohlstruktur (2) im wesentlichen in Form eines Drehkörpers, welcher um seine Achse rotieren kann, einschließlich einer Seitenwand, die sich entlang der Achse erstreckt, und zwei Stirnseiten im wesentlichen senkrecht zur Achse, wobei die Hohlstruktur (2) mindestens am Äußeren ihrer Seitenwand aus zu pulverisierendem Material besteht, und einen Magnetkreis zum magnetischen Einschluß, der nahe einem Target (6) vorgesehen ist, der Magnetkreis umfaßt Pole, Stücke aus magnetisch-permeablem Metall (21, 23, 29, 30, 31) und Magnetisiermittel (22), die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in dem Magnetkreis (3) geeignet sind, eine Einrichtung zur Verbindung mit einem Kühlkreis, welcher zur Zirkulierung einer Kühlflüssigkeit in der Hohlstruktur (2) geeignet ist, eine Einrichtung zur Verbindung mit einem elektrischen Versorgungskreis, eine Einrichtungen zum Mitführen (17, 18), die geeignet ist, die Hohlstruktur (2) in Rotation um ihre Achse zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Magnetkreis (3, 39) zwei Schleifen bildet, die sich in symmetrischer Weise schließen, wobei die Magnetisiermittel, die Pole und der größte Teil des Magnetkreises außerhalb der Hohlstruktur (2) beiderseits dieser vorgesehen sind, und wobei die Magnetpole jeder Schleife entlang zweier Mantellinien dieser struktur (2) angeordnet sind, wodurch Winkelsegmente bestimmt werden, die diametral entgegengesetzt zur Seitenwand dieser Struktur (2) sind, wobei diese Winkelsegmente zwei Targets (6) bilden, welche zur Pulverisierung des Materials in zwei entgegengesetzten Richtungen geeignet sind,

- die Teile (39) des Magnetkreises (3, 39), welche beiderseits am Äußeren der Hohlstruktur (2) vorgesehen sind, magnetisch mittels eines Brückenkern aus Weicheisen verbunden sind, welche in nicht rotierender Weise im Innern der Hohlstruktur (2) entlang der transfersalen Ebene, welche die Kathodenachsen enthält, vorgesehen, wobei jedes Ende (38) des Brückenkerns (37) durch die Seitenwand der Hohlstruktur (2) einer Ausdehnung (40) den Teilen der Magnetkreise (39), welcher am Äußeren der Hohlstruktur (2) vorgesehen sind, gegenüber zu liegen kommt.