JP2000514872A - Target structure with circular plate - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 円形のプレート(19)が、その循環状の枠(21)に沿って、面(E)に対称で中心軸に垂直な少なくとも1つの後退および/または突出形状部(23,43)を有し、その際、プレートの両面がスパッタリング物質で構成された、ターゲット構造。これによって、プレートは反転させることができ、両側をスパッタリングに供することができる。 (57) Abstract: A circular plate (19) has, along its circular frame (21), at least one retreating and / or projecting shape (23) symmetric to the plane (E) and perpendicular to the central axis. , 43), wherein both sides of the plate are composed of a sputtering material. This allows the plate to be inverted and both sides can be subjected to sputtering.
Description
【発明の詳細な説明】 円形状のプレートを備えたターゲット構造 ここに提示する発明は、請求項1で前提条件としているターゲット構造に関し 、さらには請求項17で前提条件としているマグネトロン放射粒子線源および請 求項31で前提条件としている膜生成方法に関する。 EP−0127272にマグネット放射粒子線源が知られているが、それによ れば粒子線源に関して対称的に構成されたターゲット構造部が、背後をクランプ 機構を用いて冷却板に押付けられている。このターゲット構造は、回転する正方 形のビームの四角形部に追加可能な、中心軸に関して対称に傾斜したビームを含 んでいる。このビームは中心軸を含む断面内に縦方向に延びる内方向後退形状部 を外側と内側との両側に有し、外側のクランプ・ビームと内側のクランプ・クリ ートが、ビームを支え、冷却板に対向して食い込んでいる。 既知のターゲット構造における欠点は、それが枠型構造に構成されている場合 、あるスパッタリング面をスパッタした後、その背面をスパッタするためにでは なく、回転させられ得ること、または、個々のターゲット・ビームのこのような 反転は、侵蝕された飛散乱面の、冷却板に対する強固な引張りがターゲット構造 の新状態において生じるべきターゲット冷却の急激な減少を結果的にもたらすこ とから見て、予め設けられている横側の後退形状部ないしはクランプ・ビームお よびクランプ・クリートにより許されないということである。そのため、クラン プ・ビームの反転後のスパッタリングはプロセス・パラメータの急激な変化をも って実施されなければならず、その際、特にスパッタリング効率は強く減少させ られる。 DE−OS−3009836には、ターゲット・セグメントをそのスパッタリ ング侵蝕の後に、新たに冷却体上に位置付けすることにより、スパッタリングす べきターゲット物質をよりよく利用することが示されている。その際、異なるタ ーゲット・クランプ構造とターゲット・セグメントの手直しが必要となる。 本発明の目的は、飛散乱すべき物質の利用度を本質的に向上させると同時に、 被覆加工すべき工作物上に、特に円板状の工作物上に、特に優れた膜厚均一性を 確立することのできるターゲット構造を創出することにある。 本発明に基づいて提案された線源に基礎を置く、マグネトロン放射粒子線源開 発の課題は、本発明によるターゲット上においても、スパッタリング物質の利用 改善を可能にすることである。 このことは、請求項17の特徴部分に基づく、本発明に基づいたマグネトロン 放射粒子線源の構造により達成される。 提案された、本発明に基づいた膜生成方式により、請求項31の特徴部分に基 づいて際立たされた上述の方法は、その連続が一連のまとまった被覆加工である 場合、また、それがシーケンシャルに実施される異なる被覆加工である場合には 、上記工作物のとりわけ経済的な連続的被覆加工を、可能にする。 本発明に基づいたターゲット構造の推奨実施例、特に、工作物上の特に優れた 膜厚の均一性に関してスパッタリング物質の利用改善をさらに期待する場合の実 施例は、請求項2から16に特定されている。 マグネトロン放射粒子線源の推奨実施例は、本発明に基づいたターゲット配列 構造によって与えられる可能性の、特定の目的に合わせた完全利用を許し、さら に、スパッタされた物質の、工作物上に付着した物質に対する効率を最適にする が、それら実施例は請求項18から30に特定されている。 本発明に基づいたターゲット構造、マグネトロン放射粒子線源および本発明に 基づいた方法は、DVD、Photo−CDsによる、また好ましくはCD−R あるいは相変化プレートによる光学的メモリ・プレートの膜生成に適している。 原則的な物質効率向上を伴う本発明は、プラチナ、金、銀、アルミニウムなど の高価な物質による、端的に言えば、先に言及した効率に関しても経済的に大き な意味を持つ物質のスパッタリング膜生成に際しての使用に特に適している。 本発明は引き続き図面に基づいて例示的に説明される。 図面のうち、 図1は、本発明に基づいたターゲット構造を備えた本発明に基づいたマグネト ロン放射粒子線源についての縦方向断面の模式図であり、 図2は、これもまた模式的に示した、図1に基づく説明図で、対応する放射粒 子線源側のクランプ手段を有する、本発明に基づいたターゲットのさらに別の実 施例であり、 図3は、図2に類似の図で、本発明に基づいたターゲット構造のさらに別の実 施例と、放射粒子線源側の対応するクランプ手段とを示し、 図4は、図1に示す本発明に基づいたターゲット構造のラディアル方向伸長図 で、本発明に基づく比較実験の結果得られた侵蝕形状を示し、 図5は、本発明に基づいたターゲット構造のさらに別の実施例の、図4に示さ れているような結果に関して最適化された断面を示し、 図6は、図5に類似の説明図で、本発明に基づいたターゲット構造のさらに別 の実施例を示し、 図7は、図5または図6に類似の説明図で、図1に基づいた放射粒子線源に挿 入されているような、ターゲット構造の実施例を示し、 図8は、図5から図7に類似の説明図で、本発明に基づいたターゲット構造の さらに別の実施例を示し、 図9は、ターゲット侵蝕深さの関数としての膜厚分散をパーセント表示で示す 。 図1によれば、それは組立ターゲット構造を有する、本発明に基づいたマグネ ット構造の半分の断面図を示しており、マグネット放射粒子線源は、基盤部3だ けでなく、マグネトロン磁石システム9とともに、受容空間部7を円筒状に取囲 む側壁5をも形成している冷却体1を含んでいる。冷却体1は図示のように、模 式図的に示した冷却媒体供給・排出配管13を持った冷却媒体循環システム11 によって冷却される。図示の実施例においては、冷却体1はシステム11に準備 された水などの冷却媒体に直接接している。このため模式図的に示したパッキン 15が設けられている。冷却媒体循環システムはしかしながら、熱を伝導する中 間膜または冷却体1の薄板によっても隔てられている。さらに冷却媒体循環シス テムは、これが、図1に示したようなシステムに追加ないし交換されるものであ れば、冷却体1の中に延びることも可能である(図示はされていない)。冷却体 1は、たとえば銅のような熱伝導のよい物質で製作されている。 本発明に基づいて設けられ、それ自体本発明に基づいたターゲット構造17は 、両板状面20oと20uがスパッタすべき物質よりなるプレート19を有して い る。円板形プレート19を取囲む円板状の側面21に沿って、同側面21内にセ ンターを有するラディアル面Eの方へ、プレート中心軸Zに関して対称的に、フ ランジ23が突出している。これは冷却体1中の対応する内方向後退形状部に収 まっており、クランプ25を通じ固定ボルト27によって強固に固定されている 。一方ではプレート19の側面21とフランジ23との間、また他方、同側面と 冷却体1ないしクランプ・リング25との間には、クランプ・リング25と冷却 体1との間と同じように、ターゲット構造17の、固定端を有するプレート19 のところに、先に言及した部分1、25、19の間に最適の熱移行を確立する密 接な押圧接触が成り立っている。 クランプ・リング25の中にも、先に延べた冷却媒体循環システムの別のもの 、またはその一部を設けておくこともできる(図示はされていない)。 プレート19は、組立てられた状態の下で間隙29を介してのみ、その下に位 置する磁石システム9より分離されているが、これはまた比較的薄く、熱伝導性 がよくて透磁性を有するカバー板(図示はされていない)を用いて磁石システム を、それとプレート19の下面の間に間隙29を形成して、ターゲット構造17 より切り離すようにすることもできる。いずれの場合にも、ターゲット構造17 の下面20uはその下に位置する放射粒子線源に触れていない。 これまで述べた放射粒子線源とターゲット構造の構成を通じて、ターゲット構 造17はその側面21およびフランジ23を超えての熱伝導によって冷却される ことになり、また、ターゲット構造17は面20にもたらされた侵蝕がある深さ に達した後直ちに反転することができるようになっていて、下面20uは接触す ることなく確保され、またさらに、その1つの面の反転と侵蝕の後、ターゲット 構造に対する冷却比は実際的同一状態を保ち、図1に示した、面Eに対して対称 な面20を有するプレート19の場合、ターゲット構造の反転後の膜生成過程の 続行に際しての、すべてのプロセス・パラメータを不変に保つことが可能である 。 磁石システム9は、組立てられたターゲット構造を超えて、2つの循環状のト ンネル磁場パターンBaとBiを作り出す。 ターゲット構造17の推奨実施例では、プレート19の半径RTは、 85mm ≦ RT ≦105mm となる。 さらに、飛散乱物質に対する半径RTaは好ましくは、 75mm ≦ RTa ≦78mm となる。 さらに、プレート19上での飛散乱物質に対する全圧DZは、図1に従った実 施例においてはプレートの厚みに相当するが、好ましくは、 8mm ≦ DZ ≦14mm となり、特に好ましくは、 8mm ≦ DZ ≦10mm となる。 推奨的にはさらに、プレート19上の飛散乱すべき物質はアルミニウムまたは チタンのような金属からなることが望ましいが、特にプラチナ、金、銀のような 比較的高価な物質製であることが推奨され、特に金が適している。 外部に循環するリング形状のトンネル磁場Baの平均半径RFa、および内部の 円形状に循環するトンネル磁場Biの平均半径RFiに関しては、望ましくは 20mm ≦ RFi ≦ 30mm とすることであるが、その際、特に望ましくは、 24mm ≦ RFi ≦ 28mm および/または 55mm ≦ RFa ≦ 70mm とすることである。 さらに、面20o上の循環するトンネル磁場B間領域の平均半径Roに対して は、望ましくは、 35mm ≦ Ro ≦ 45mm が成り立つことである。 さらに、各トンネル磁場Bの飛散乱面20oに平行な磁場成分は面20oから 10mm離れたところで、飛散乱面20o上のこの成分の高々60%ないし、最 もよくある場合で高々55%になり、さらにまた好ましいことは、これらの磁場 成分は内側のトンネル磁場Biにおける方が、外側のトンネル磁場Baにおける場 合より大きいことである。 面20oのところでは、再びトンネル磁場の中心で観測して、磁場強度は少な くとも200Gであるが、350Gであることが好ましく、さらには内側のトン ネル磁場Biにおいて少なくとも400Gあることが望ましい。 図1から明らかなように、冷却体1により、プレート19を持ったターゲット 構造とともに磁石システム9も冷却される。 ターゲット構造17からの熱の排出は、専らフランジ23を有する側面21を 通じて行なわれ、そのためターゲット構造の反転は対称的な固定のせいで、直ち に可能になっている。 さらに推奨すべき実施例では、図1において細線で示されているように、固定 範囲31、すなわち、スパッタリングされない周縁領域はたとえば銅のような熱 伝導性のよい材質で構成されている。 図1においてはフランジはプレート側に形成され、受容溝は放射粒子線源側に 設けられているが、対応するフランジを放射粒子線源側に、受容機構としての溝 をプレート側に難なく設ける(図示されていない)ことが可能である。 側面21においてターゲット板ないし放射粒子線源の側で互いに噛み合う受容 機構と被受容突出機構を通じ、熱伝達は接触面の構成に依拠して最適化される。 これにより、また、先に言及したような固定領域31のふさわしい構成により、 利用されたスパッタリング面の広がりRTaに対するプレートの広がりRTの割合 も最適化される。 本発明に基づいた放射粒子線源はさらに、外側マスク手段33および内側マス ク35を有している。マスク33と35との間には、膜生成すべき円板形状の工 作物37が置かれている。マスク33と35とは、自明のことだが複数部分より なる分割型に形成することもできるが、既知の方法により、スパッタリング過程 のプラズマ放電用の電極機能を引き受ける。工作物37とプレート上面20oと は、マスク33および35とともにトーラス形状の加工空間39を形成する。そ の際、トーラス空間39の最大半径RRはプレート19の半径RTより大きいこと が望ましい。さらに記号dは飛散乱面20oと工作物37の膜生成面との間の間 隔を示している。トーラス空間39の半径RRは、間隔dの20%から70%の 範囲内で、ターゲット板19の半径RTより大きいことが望ましく、さらに望ま しくは20%から50%の間でより大きいことである。 リング状の外側トンネル磁場および内側トンネル磁場の各平均半径RFaおよび RFiに関して、 0.8 ≦ (RFa−RFi)/d ≦ 3.0 が成り立つことが望ましく、さらには、 1.0 ≦ (RFa−RFi)/d ≦ 2.2 の成立が望ましい。 間隔dに関しては、 15mm ≦ d ≦ 30mm の関係が適用されるのが望ましく、その際、 20mm ≦ d ≦ 25mm の関係がさらに望ましい。 工作物37の半径RWはその際、半径RTより高々25%小さいことが望ましく 、また高々20%小さいことが望ましいが、特に高々10%小さいことが望まれ る。 図2には、プレート19と、冷却体1のところのその固定手段とを有するター ゲット構造17の、さらに別の実施例を断面図として示されている。 プレート19はその側面21に沿って、受容部41ないし突出部43を有し、 それらは望ましい表現として断面図として半円的に図説されている。側面21上 に固定されてクランプ・リング45には、対応する受容部ないし突出部が設けら れている。クランプ・リングは、必要に応じて複数部分に分割構成することもで きる。このリングは固定ボルト27で冷却体1にしっかりと固定されている。タ ーゲット構造の反転に際しては、この場合、プレート19とクランプ・リング4 5から成り立っており、後者はプレート19に固定されたままになっている。こ の実施例は、先に図1に示す固定領域31に設けたように、スパッタすべき物質 を、ターゲット構造17の、実際上もスパッタされた領域内にだけ設けることを 可能にする。 この方策によって、スパッタすべき物質を、図1に示すターゲット構造の構成 で外側(RT)に用意されたスパッタリング物質と比べて、約25%節約するこ とができる。 スパッタリング電力3kWの場合、図2に示した方式の、好ましいものとして 銅製の固定リング45を用いた先に述べた寸法の銅のターゲットで、ターゲット の温度は周縁部で154℃、中心部で182℃と測定された。 ターゲット厚mm当りのターゲットの消耗は、通常、ターゲット厚が増すと共 に減じ、一方、侵蝕溝の増大する侵蝕深さにより増大的に締付けられることが知 られている。 本発明に基づいて与えられた、ターゲット構造反転の可能性により、今や、初 めの広範な侵蝕特性を両側において、ターゲットの内部まで利用し尽くすことが 可能となり、これによりターゲット物質利用の本質的な改善がもたらされる。 クランプ・リング55および冷却体1を持った、本発明に基づいたターゲット 構造17のさらに別の実施例は、さらに説明するまでもなく図3より明らかであ る。 図4に、たとえば図1に示したようなターゲットの半径Rに対する両側の侵蝕 プロフィールが図面上に転写表示されている。その際、磁石システム9により作 り出された磁場BiとBaが侵蝕プロフィールに合わせて記入されている。このプ ロフィールに続いて、図6から図8に従って説明されているように、本発明に則 ったターゲット構造についての最適化が導かれる。その原理はスパッタすべき物 質をターゲット構造の本質的にスパッタされる場所だけへ、すなわち、本質的に 侵蝕溝領域内にだけ備えるという点にある。 図5によれば、そのため、ターゲット構造のさらに別の推奨実施例47は、面 Eに対称的に内側の環状隆起49iと、それによって分けられた好ましくは1m mから4mmの、さらに好ましくは1mmから2.5mmの厚みのブリッジ部5 0と、外側の環状隆起49aを持っている。隆起49iと49aとの配置は図4 に示された侵蝕溝の位置に、また、後者は図1における放射粒予線源のところの 質的に、 と の関係が適用され、これによって先に述べたRFについての好ましい寸法への適 は好ましい関係として、 20mm ≦ Zi ≦ 35mm が適用される。 外側隆起の幅Zaに対しては好ましい関係として、 28mm ≦ Za ≦ 40mm が適用される。 ブリッジ部50の厚みは、好ましくは約1.5mmとなる。すなわち、対称面 E上で、約0.75mmとなる。 図5に従ってターゲット構造47の全体は一様に、スパッタすべき物質よりな り、一方、図6による実施例では、ボンド・プレート51はスパッタすべきでな い物質よりなり、その上には内側および外側の隆起がスパッタすべき物質で形成 されている。 図7には、図1に示す放射粒子線源のところに構成されたようなターゲット構 造が示されており、図8には、片側にだけ隆起が設けられた、すなわち、スパッ タリング面を1つ構成されているターゲット構造が示されている。自明のことだ が図7に示す実施例の場合にも細線で51を用いて示されているように、図8に 示す実施例の場合と同様、ボンド・プレートないし支持板が設けられている。特 に、1つのボンド・プレート51を持ったターゲット構造の場合、スパッタリン グすべきプレート領域は異なる物質で構成することができる。 一連の工作物に対するには、両側に同じスパッタリング物質を持つターゲット 構造を図1に示す放射粒子線源のところに構成する場合には、その一連の工作物 の1番目のものには、ターゲット構造の1つのスパッタリング面により膜生成を 行ない、2番目のものはターゲット構造を反転した後、第2のスパッタリング面 により膜生成を行なう。 ターゲット構造に、上側と下側で異なるスパッタリング物質が用いられている 場合には、一連の工作物の1つの部分は1つの物質で膜生成され、それからター ゲット構造を反転し、その一連の工作物の第2の部分は2番目の物質で膜生成さ れるか、または、その一連のものはまず1つの物質で、次いで第2の物質で膜生 成される。たとえば、1つの側は金で、他の側はアルミニウムで膜生成される。 この組合せは特にCD−Rの生産に用いられ、マスク33と35に先にアルミニ ウムで膜生成し、その後でマスクより化学的に金の膜を除くことができるといっ た具合である。 図9はターゲットの増大する侵蝕とともに膜生成された工作物への膜厚分散の 依存性を示している。侵蝕は、膜生成された工作物の数によって表示される。 工作物数15000で侵蝕の深さは4mmに達する。分散はこの時点で既に± 7%と悪化し、ターゲットをなお長く使用するともっと悪化する。そのため13 500個の工作物に膜生成すれば、それ以上の作業進行を終えることが必要不可 欠である。 膜生成すべき工作物の数がもっと多い場合には単純にターゲットを厚くするこ とはできず、片側だけをより深く侵蝕することができることは明らかである。図 9は4mmを超える侵蝕を過ぎると、膜厚分散は猛烈に悪化することを示す。 その上、分厚いターゲットでは、侵蝕溝の近くでの締付け効果のために、物質 利用の度合いも本質的に悪化する。それで本発明によればターゲットの両面使用 は、再現性のある分散状況と並んで、ターゲット物質の本質的によりよい利用を ももたらし、そのことは、貴金属、特に金のような高価な物質の場合に特に、経 済的な意味で本質的によりよい結果をもたらす。 次の例は、8mm厚ターゲットの片面使用ないし両面使用の場合の違いを示し ている。 a) ターゲット片面使用: ターゲット直径 ΦA 152/ΦI 25mm ターゲットの厚み 8mm 新品のターゲット重量 1227g スパッタリング後のターゲット重量 957.8g ターゲット利用 22% b) ターゲット両面使用 ターゲット直径 ΦA 152/ΦI 25mm ターゲットの厚み 8mm 新品のターゲット重量 1268g スパッタリング後のターゲット重量 868.5g ターゲット利用 31.5% この結果は、片面使用に対して約50%の改善が可能で、それにより経済性は 格段に高められることを示している。 次の長所が本発明から得られる: − ターゲット寿命にわたって一定のプロセス・パラメータ − レート、スパッタリング電圧および膜厚分散は、片面ターゲット・スパッタ リングの場合に比べて、はるかにわずかしか変化せず、そのことによって、プロ セス・パラメータのこうでなければ必要となる通常の補正は、ターゲットの寿命 に関して問題とならない。 − 膜層特性は一定不変に保たれ、このことは、ここでは染料で膜生成されたポ リカーボネートのように、一番外側が敏感な基板に加工を施すので、とりわけC D−Rの生産に際して重要である。 − 極度のプラズマ締付効果はターゲット中心に到達する前に侵蝕によって回避 されるので、ターゲット利用は本質的に改善される。 − 粒子形成が減らされ、それによって工程の安定性が改善できる。つまりター ゲットのところには、いわゆるバック・カバー区域、すなわち、ターゲット物質 が増殖して成長する区域がある。これらは、そこでスパッタリング物質の原子が 、アルゴン工程ガスでの散乱により沈降堆積する区域である。ターゲット挿入時 間の増大とともに、これらの沈降堆積した層は厚くなり、ひびが入ってはじけ取 れるようになる傾向が有る。これは短絡とアーク放電によってはっきり現れる。 本発明に基づいた方法は沈降堆積した層の厚みの二等分をもたらすので、先に言 及したように、工程の確実性が向上する。 ある特別の目的を持ったターゲット構成を計画することにより、事情によって は高価なスパッタリング物質を、それを使うことが有益でも有る箇所にだけ用意 することが可能となる。対称的なターゲット設置と、ターゲット構造の周縁部に おいてそれと結ばれた冷却接触は、放射粒子線源側において冷却システムを簡単 化し、各ターゲット側面は同じクランプ素子で確実に固定することができるため 、必要なクランプ要素の数を削減される。ターゲット構造の交換は極めて簡単で 、速やかに遂行できる。 本発明に基づく処置は、ターゲットの厚みを大きくしてターゲットの寿命の長 期化を達成し、それによってターゲット交換の周期を長くしようとの従来の努力 に背くものである。従来の方法の場合の欠点は、常に強力な、したがって、高価 につく磁石を採用しなければならないことであった。ターゲットの寿命期間を通 じての膜生成特性は、極度に不均質で、ターゲット利用効率は、たとえばg/k Whで表わして、ターゲットの厚みの増大とともに激しく低下した。バックカバ ーの区域は常に厚くなり、また、短絡とアーク放電の傾向も強まった。ターゲッ トの後側でのターゲットと冷却素子の間の冷却接触も普通の方法で行なわれた。 あらゆる最適化の努力が、この接触面を大きくすることに帰着した。その際、こ れらの努力は、対称的に反転可能なターゲットの構成とその利用に妨げとなった 。The present invention relates to a target structure as a prerequisite in claim 1, and further relates to a magnetron radiation particle source as a prerequisite in claim 17. And a film forming method as a precondition in claim 31. A magnet radiation particle source is known from EP-0127272, according to which a target structure symmetrically arranged with respect to the particle source is pressed behind a cooling plate by means of a clamping mechanism. The target structure includes a beam symmetrically tilted about a central axis that can be added to the square of the rotating square beam. The beam has inwardly receding features on both the outer and inner sides that extend longitudinally in a cross-section that includes the central axis, and the outer clamp beam and the inner clamp cleats support the beam and support the cooling plate. It bites into each other. A disadvantage of the known target structure is that if it is configured in a framed structure, after sputtering one sputtering surface, it can be rotated rather than to sputter its back surface, or the individual target Such a reversal of the beam is pre-established in that a strong pull of the eroded scattering surface against the cooling plate results in a sharp decrease in the target cooling which must occur in the new state of the target structure. That is not permitted by the laterally recessed features or clamping beams and cleats that are present. Therefore, the sputtering after the reversal of the clamping beam must be carried out with abrupt changes in the process parameters, in which case the sputtering efficiency is particularly strongly reduced. DE-OS-3009836 shows that better utilization of the target material to be sputtered can be achieved by positioning the target segment on a cooling body after its sputtering erosion. This requires reworking of different target clamp structures and target segments. The object of the present invention is to substantially improve the utilization of substances to be scattered and at the same time to establish particularly excellent film thickness uniformity on workpieces to be coated, especially on disk-shaped workpieces. It is to create a target structure that can be used. The task of developing a magnetron radiation particle source based on the sources proposed according to the invention is to enable improved utilization of sputtering materials, even on targets according to the invention. This is achieved by the structure of the magnetron radiation particle source according to the invention, according to the characterizing part of claim 17. According to the proposed film-forming method according to the invention, the above-mentioned method, which is distinguished according to the features of claim 31, is characterized in that, if the sequence is a series of cohesive coatings, In the case of different coatings to be performed, a particularly economical continuous coating of the workpiece is possible. Preferred embodiments of the target structure according to the invention, particularly those in which further improvement of the utilization of the sputtering material is to be expected with respect to particularly good film thickness uniformity on the workpiece, are specified in claims 2 to 16 ing. The preferred embodiment of the magnetron radiation particle source allows for the specific use of the potential provided by the target array structure according to the invention, and furthermore the deposition of sputtered material on the workpiece. The embodiments are specified in claims 18 to 30, while optimizing the efficiency with respect to the specified substances. The target structure, the magnetron emitting particle source according to the invention and the method according to the invention are suitable for film formation of optical memory plates by DVD, Photo-CDs and preferably by CD-R or phase change plates. ing. The present invention with a fundamental improvement in material efficiency is based on the formation of a sputtered film of a material having a great economical significance also with respect to the efficiency mentioned above by using expensive materials such as platinum, gold, silver and aluminum. It is particularly suitable for use in such applications. The invention will now be described by way of example with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a longitudinal section of a magnetron radiation particle source according to the invention with a target structure according to the invention, FIG. 2 also schematically shows FIG. 3 is a further embodiment of the target according to the invention, with a corresponding clamping means on the side of the radiation particle source, in an illustration according to FIG. 1 and FIG. FIG. 4 shows a further embodiment of the target structure according to the invention and the corresponding clamping means on the radiation particle source side, FIG. 4 is a radial extension of the target structure according to the invention shown in FIG. FIG. 5 shows the erosion shape obtained as a result of a comparative experiment according to the invention; FIG. 5 shows a further embodiment of the target structure according to the invention, optimized with respect to the result as shown in FIG. FIG. 5 shows a further embodiment of the target structure according to the invention in an illustration similar to FIG. 5, FIG. 7 is an illustration similar to FIG. 5 or FIG. FIG. 8 shows an embodiment of the target structure as inserted into the source, FIG. 8 is an illustration similar to FIGS. 5 to 7 and shows yet another embodiment of the target structure according to the invention; 9 shows the thickness distribution as a function of target erosion depth in percent. According to FIG. 1, it shows a cross-sectional view of a half of a magnet structure according to the invention, having an assembled target structure, wherein the magnet emitting particle source is not only a base 3 but also a magnetron magnet system 9, It includes a cooling body 1 which also forms a side wall 5 which cylindrically surrounds the receiving space 7. As shown, the cooling body 1 is cooled by a cooling medium circulation system 11 having a cooling medium supply / discharge pipe 13 schematically shown. In the embodiment shown, the cooling body 1 is in direct contact with a cooling medium, such as water, provided in the system 11. For this purpose, a packing 15 shown schematically is provided. The cooling medium circulation system, however, is also separated by a heat-conducting interlayer or a sheet of cooling body 1. Furthermore, the cooling medium circulation system can also extend into the cooling body 1 if it is added to or replaced by the system as shown in FIG. 1 (not shown). The cooling body 1 is made of a material having good heat conductivity such as copper. The target structure 17 provided according to the invention and according to the invention per se has a plate 19 on which both plate-like surfaces 20o and 20u are made of the substance to be sputtered. Along a disk-shaped side surface 21 surrounding the disk-shaped plate 19, a flange 23 projects symmetrically with respect to the plate center axis Z toward a radial surface E having a center in the side surface 21. This is accommodated in a corresponding inwardly receding shape portion in the cooling body 1 and is firmly fixed by a fixing bolt 27 through a clamp 25. On the one hand, between the side face 21 of the plate 19 and the flange 23, and on the other hand, between the same side face and the cooling body 1 or the clamp ring 25, as between the clamp ring 25 and the cooling body 1, At the fixed-end plate 19 of the target structure 17, a close pressing contact is established between the previously mentioned parts 1, 25, 19 which establishes an optimal heat transfer. In the clamp ring 25, another part of the cooling medium circulation system, or a part thereof, may be provided (not shown). The plate 19 is separated from the underlying magnet system 9 only under the assembled condition by a gap 29, but it is also relatively thin, has good thermal conductivity and is permeable. A cover plate (not shown) may be used to separate the magnet system from the target structure 17 by forming a gap 29 between it and the lower surface of the plate 19. In each case, the lower surface 20u of the target structure 17 does not touch the underlying radiation particle source. Through the configuration of the radiation particle source and the target structure described above, the target structure 17 will be cooled by heat conduction beyond the side surface 21 and the flange 23, and the target structure 17 will be brought to the surface 20. After the erosion reaches a certain depth, the erosion can be reversed immediately, the lower surface 20u is secured without contact, and furthermore, after the inversion and erosion of one of the surfaces, the lower surface 20u can be removed from the target structure. The cooling ratio remains practically the same, and in the case of the plate 19 shown in FIG. 1 having a plane 20 symmetrical with respect to the plane E, all the processes and processes for continuing the film formation process after the inversion of the target structure are performed. It is possible to keep the parameters unchanged. Magnet system 9 beyond the target structure assembled, create two circulation-shaped tunnel field patterns B a and B i. In the preferred embodiment of the target structure 17, the radius R T of the plate 19 is such that 85 mm ≦ RT ≦ 105 mm. Furthermore, the radius R Ta for the scattering material is preferably such that 75 mm ≦ R Ta ≦ 78 mm. Further, the total pressure D Z of the scattering material on the plate 19 corresponds to the thickness of the plate in the embodiment according to FIG. 1, but preferably becomes 8 mm ≦ D Z ≦ 14 mm, particularly preferably 8 mm ≤ DZ ≤ 10 mm. It is further preferred that the material to be scattered on the plate 19 be made of a metal such as aluminum or titanium, but in particular made of relatively expensive materials such as platinum, gold and silver. Especially gold is suitable. For the average radius R Fi of the tunnel magnetic field B i circulating mean radius R Fa of the tunnel field B a ring-shaped circulating outside and inside of the circular, preferably is to a 20mm ≦ R Fi ≦ 30mm In this case, however, it is particularly preferable that 24 mm ≦ R Fi ≦ 28 mm and / or 55 mm ≦ R Fa ≦ 70 mm. Further, with respect to the average radius R o of the tunnel magnetic field B between the regions circulating on the face 20o, preferably is to 35mm ≦ R o ≦ 45mm holds. Further, the magnetic field component of each tunnel magnetic field B parallel to the scattering surface 20o is at most 60% of this component on the scattering surface 20o at a distance of 10 mm from the surface 20o, and at most 55% at most, Furthermore preferable that these magnetic field components is better inside the tunnel magnetic field B i, is greater than in the outer tunnel field B a. At a surface 20o, and observed at the center again tunnel field, but the magnetic field strength is at least 200G, it is preferably 350G, more desirably is at least 400G inside the tunnel magnetic field B i. As is clear from FIG. 1, the cooling system 1 cools the magnet system 9 as well as the target structure with the plate 19. The discharge of heat from the target structure 17 takes place exclusively through the side faces 21 with the flanges 23, so that the reversal of the target structure is immediately possible due to the symmetrical fixing. In a further preferred embodiment, as shown by the thin lines in FIG. 1, the fixed area 31, that is, the peripheral area that is not sputtered, is made of a material having good heat conductivity such as copper. In FIG. 1, the flange is formed on the plate side, and the receiving groove is provided on the radiation particle beam source side. However, the corresponding flange is provided on the radiation particle beam source side, and the groove as the receiving mechanism is provided on the plate side without difficulty ( (Not shown) is possible. Through the interlocking receiving and receiving projections on the side 21 on the side of the target plate or radiation particle source, the heat transfer is optimized depending on the configuration of the contact surface. This also optimizes the ratio of the spread RT of the plate to the spread RTa of the utilized sputtering surface, due to the appropriate configuration of the fixed region 31 as mentioned above. The radiation particle source according to the invention further comprises an outer mask means 33 and an inner mask 35. Between the masks 33 and 35, a disk-shaped workpiece 37 for forming a film is placed. It is obvious that the masks 33 and 35 can be formed in a divided type consisting of a plurality of parts, but they take on the function of an electrode for plasma discharge in the sputtering process by a known method. The workpiece 37 and the plate upper surface 20o together with the masks 33 and 35 form a torus-shaped processing space 39. At that time, it is desirable that the maximum radius R R of the torus space 39 larger than the radius R T of the plate 19. Further, the symbol d indicates the distance between the flying scattering surface 20o and the film forming surface of the workpiece 37. The radius R R of the torus space 39 is preferably larger than the radius R T of the target plate 19 within the range of 20% to 70% of the interval d, and more preferably larger than 20% to 50%. is there. For each of the average radii R Fa and R Fi of the ring-shaped outer tunnel magnetic field and the inner tunnel magnetic field, it is preferable that 0.8 ≦ (R Fa −R Fi ) /d≦3.0 is satisfied. It is preferable that ≦ (R Fa −R Fi ) /d≦2.2 . As for the distance d, the relationship of 15 mm ≦ d ≦ 30 mm is preferably applied, and in this case, the relationship of 20 mm ≦ d ≦ 25 mm is more preferable. When the radius R W of the workpiece 37, it is desirable at most 25% smaller than the radius R T, Although most desirably 20% smaller, it is desirable in particular at most 10% smaller. FIG. 2 shows a further embodiment of a target structure 17 having a plate 19 and its fixing means at the cooling body 1 in cross section. The plate 19 has, along its side 21, receiving parts 41 or projections 43, which are illustrated semicircularly in cross section as a preferred representation. The clamping ring 45, fixed on the side 21, is provided with a corresponding receiving part or projection. The clamp ring can be divided into a plurality of parts if necessary. This ring is firmly fixed to the cooling body 1 by fixing bolts 27. Upon reversal of the target structure, in this case, it consists of a plate 19 and a clamp ring 45, the latter remaining fixed to the plate 19. This embodiment allows the substance to be sputtered to be provided only in the target structure 17 in practice, as well as in the fixed area 31 previously shown in FIG. This measure can save about 25% of the material to be sputtered compared to the sputtering material provided on the outside ( RT ) in the configuration of the target structure shown in FIG. In the case of a sputtering power of 3 kW, the target temperature is 154 ° C. at the peripheral portion and 182 ° C. at the central portion in the method shown in FIG. ° C. It is known that the consumption of the target per mm of target thickness usually decreases with increasing target thickness, while increasing clamping due to the increasing erosion depth of the erosion groove. The possibility of target structure inversion given in accordance with the present invention now makes it possible to exploit the initial extensive erosion properties on both sides and into the interior of the target, thereby providing an essential source of target material utilization. Improvements are brought. A further embodiment of the target structure 17 according to the invention with the clamp ring 55 and the cooling body 1 is apparent from FIG. 3 without further elucidation. In FIG. 4, for example, the erosion profiles on both sides with respect to the radius R of the target as shown in FIG. At that time, the magnetic field B i and B a, produced by the magnet system 9 is entered in accordance with the erosion profile. Following this profile, an optimization for the target structure according to the invention is derived, as described according to FIGS. The principle is that the material to be sputtered is provided essentially only in the target structure where it is to be sputtered, ie essentially only in the erosion groove region. According to FIG. 5, therefore, still another preferred embodiment 47 of the target structure comprises an annular ridge 49 i symmetrically in the plane E and divided by preferably 1 mm to 4 mm, more preferably 1 mm. The bridge 50 has a thickness of 2.5 mm to 2.5 mm and an outer annular ridge 49a. The arrangement of the ridges 49i and 49a is at the position of the erosion groove shown in FIG. Qualitatively, When The relationship is applied, whereby application of the preferred dimensions for the R F previously described As a preferable relationship, 20 mm ≦ Z i ≦ 35 mm is applied. Preferred relationship with respect to the width Z a of the outer ridges, is applied 28mm ≦ Z a ≦ 40 mm. The thickness of the bridge 50 is preferably about 1.5 mm. That is, it is about 0.75 mm on the symmetry plane E. According to FIG. 5, the entirety of the target structure 47 is uniformly made of the material to be sputtered, whereas in the embodiment according to FIG. 6, the bond plate 51 is made of a material which is not to be sputtered, on which the inner and outer material are placed. The bumps are formed of the material to be sputtered. FIG. 7 shows a target structure as configured at the radiation particle source shown in FIG. 1, and FIG. 8 shows a ridge provided on only one side, ie one sputtering surface. The configured target structure is shown. Obviously, in the embodiment shown in FIG. 7, a bond plate or a support plate is provided as in the embodiment shown in FIG. 8, as indicated by a thin line 51. In particular, in the case of a target structure with one bond plate 51, the plate areas to be sputtered can be composed of different materials. For a series of workpieces, if the target structure with the same sputtering material on both sides is configured at the radiation particle source shown in FIG. 1, the first of the series includes a target structure. A film is formed on one sputtering surface, and a second film is formed on a second sputtering surface after inverting the target structure. If the target structure uses different sputtering materials on the upper and lower sides, one part of the series of workpieces is filmed with one material, then the target structure is inverted and the series of workpieces is inverted. Is filmed with a second material, or the series is filmed with one material first and then with a second material. For example, one side is made of gold and the other side is made of aluminum. This combination is particularly used in the production of CD-Rs, where the masks 33 and 35 are first filmed with aluminum and then the mask can be used to chemically remove the gold film. FIG. 9 illustrates the dependence of film thickness dispersion on the filmed workpiece with increasing erosion of the target. Erosion is indicated by the number of workpieces that have been filmed. With 15,000 workpieces, the erosion depth reaches 4 mm. The variance has already deteriorated to ± 7% at this point, and worse with longer use of the target. Therefore, if a film is formed on 13,500 workpieces, it is indispensable to finish the further work. Obviously, if the number of workpieces to be filmed is larger, the target cannot simply be thickened, but only one side can be eroded deeper. FIG. 9 shows that beyond erosion beyond 4 mm, the film thickness dispersion deteriorates violently. Moreover, for thick targets, the degree of material utilization is inherently worse due to the clamping effect near the erosion groove. Thus, according to the invention, the double-sided use of the target, along with a reproducible dispersion situation, also leads to an inherently better utilization of the target material, which is the case for expensive materials such as precious metals, especially gold. In particular, it has inherently better results in an economic sense. The following example illustrates the difference between using an 8 mm thick target on one side or both sides. a) Single-sided use of target: target diameter Φ A 152 / φ I 25 mm Target thickness 8 mm New target weight 1227 g Target weight after sputtering 957.8 g Target use 22% b) Target diameter Φ A 152 / φ I 25 mm used on both sides of target Target thickness 8mm New target weight 1268g Target weight after sputtering 868.5g Target utilization 31.5% This result can be improved by about 50% compared to single-sided use, thereby significantly improving economic efficiency. It is shown that. The following advantages are obtained from the present invention:-Constant process parameters over the lifetime of the target-Rate, sputtering voltage and film thickness dispersion vary much less than in single-sided target sputtering, which means that Depending, the otherwise required normal correction of the process parameters is not a problem with regard to the life of the target. The film layer properties are kept constant, which is important especially in the production of CD-R, since here the outermost sensitive substrate is processed, such as in the case of dye-coated polycarbonate. is there. Target utilization is substantially improved, since the extreme plasma clamping effect is avoided by erosion before reaching the target center. Particle formation is reduced, thereby improving the stability of the process. That is, at the target, there is a so-called back cover area, that is, an area where the target material proliferates and grows. These are the areas where the atoms of the sputtered material settle down by scattering with the argon process gas. As the target insertion time increases, these sedimented layers tend to become thicker and more cracked and more resilient. This is manifested by short circuits and arcing. Since the method according to the invention results in the halving of the thickness of the sedimented layer, the reliability of the process is improved, as mentioned above. By planning a particular purposed target configuration, it may be possible to provide expensive sputtering materials in those situations only where it would be beneficial to use them. The symmetrical target placement and the cooling contact tied to it at the periphery of the target structure simplifies the cooling system on the radiation particle source side, and each target side can be securely fixed with the same clamping element, The number of required clamping elements is reduced. The exchange of the target structure is very simple and can be performed quickly. The measures according to the present invention go against conventional efforts to increase the thickness of the target to achieve a longer life of the target, thereby increasing the cycle of target replacement. A drawback with the conventional method was that a magnet that was always strong and therefore expensive had to be employed. The film-forming properties over the lifetime of the target were extremely heterogeneous, and the target utilization efficiency, for example in g / kWh, dropped dramatically with increasing target thickness. The area of the back cover was always thicker and the tendency for short circuits and arcing increased. Cooling contact between the target and the cooling element behind the target was also made in a conventional manner. All optimization efforts have resulted in increasing this contact surface. In so doing, these efforts hindered the construction and use of symmetrically reversible targets.
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年6月8日(1998.6.8) 【補正内容】 請求の範囲 1.円形状のプレート(19)を備えたターゲット構造で、その循環状の周縁部 (21)に沿い、プレートの中心軸(Z)に垂直な面(E)に対称に少なくとも 1つの突出部および/または後退形状部(23;41,43)が設けられ、両プ レート面(20o,20u)が、スパッタリング物質で構成され、その結果、本 質的に、両プレート面が新スパッタリング面を形成することとなっているもの。 17. − 取り巻き側壁(5)と基盤部(3)を有するポットにより形成されたリング 型チャンバ(7)であって磁石システムを包含したものと、 − リング型チャンバの側壁のまわりに開放可能な、ターゲット構造用のクラン プ機構とを含んでいて、 次のこと、すなわち、 − ポットの中に冷却媒体導入システムが組込まれているか、基盤部(3)付き のポットが、冷却媒体導入システム(11)付きの熱抑制ブロック上に取付けら れていることと、 − リング型チャンバ(7)がクランプ機構(25)に対して開放されているか 、積極的な冷却手段を有しない薄い金属板で閉鎖されていることを特徴とする、 請求項1から16の1つに基づくマグネトロン放射粒子線源。[Procedure of Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act [Submission date] June 8, 1998 (1998.6.8) [Correction contents] The scope of the claims 1. A target structure with a circular plate (19), its circulating periphery Along (21), at least symmetrically to a plane (E) perpendicular to the central axis (Z) of the plate One projection and / or recessed portion (23; 41, 43) is provided, The rate surfaces (20o, 20u) are composed of a sputtering material, so that Qualitatively, both plate surfaces are to form a new sputtering surface. 17. A ring formed by a pot having a surrounding side wall (5) and a base (3). A mold chamber (7) containing a magnet system; − A clamp for the target structure that can be opened around the side wall of the ring chamber. And a pump mechanism, The following: -The cooling medium introduction system is installed in the pot or with a base (3) Is mounted on a heat suppression block with a cooling medium introduction system (11). And that Whether the ring chamber (7) is open to the clamping mechanism (25); Characterized by being closed by a thin metal plate without active cooling means, 17. A magnetron radiation particle source according to one of the preceding claims.
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