NL1016597C2 - Sputterkathode met magnetische shunt. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Sputterkathode met magnetische shunt.

De uitvinding heeft betrekking op een sputterkathode met een rond een as gaand target alsmede met een aantal rond de as langs 5 tenminste één in zichzelf gesloten traject aangebrachte permanente magneten voor het opwekken van tenminste één rond de as gaand, nabij een te verstuiven oppervlak van het target tunnel vormend en hoofdzakelijk radiaal gericht, magneetveld, en met een elektromagneet voor het opwekken van een langs de as gaand, hoofdzakelijk axiaal gericht, 10 magneetveld.

Een dergelijke sputterkathode is bekend uit het Duitse octrooi schrift DE-C2-39 08 252. De daarin beschreven sputterkathode heeft twee rond de as gaande, nabij het te verstuiven oppervlak van het target tunnel vormende en hoofdzakelijk radiaal gerichte, magneet-15 velden. Het ene rond de as gaande, hoofdzakelijk radiaal gerichte, magneetveld dat zich dichter bij de as bevindt dan het andere, rond de as gaande, hoofdzakelijk radiaal gerichte, magneetveld wordt tevens beïnvloed door een elektromagneet. Het magnetische veld dat wordt opgewekt door de elektromagneet zorgt ervoor dat bij voortgaande 20 verstuiving van het target en de daardoor veroorzaakte geulvorming in het target de magnetische veldsterkte nabij het oppervlak van het target binnen een zich dichter bij de as bevindende geul nagenoeg constant blijft of telkens op een afhankelijk van de diepte van de geul gewenste waarde wordt gehouden.

25 Het is gebleken, dat het moeilijk is om het verstuiven egaal over de breedte van de geul te doen plaatsvinden.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een inrichting waarbij het rond de as gaande, hoofdzakelijk radiaal gerichte, magneetveld door de elektromagneet op zodanige wijze kan 30 worden beïnvloed dat ook aanzienlijke verstuiving plaatsvindt nabij de randen van de geul.

Een sputterkathode volgens de uitvinding wordt daartoe gekenmerkt doordat een langs een eerste in zichzelf gesloten traject met diametrale afmetingen groter dan diametrale afmetingen van het 35 target aangebrachte eerste permanentmagneet een hoofdzakelijk radiaal gericht magneetveld opwekt en zich, gezien vanuit de elektromagneet, 101 659 7^ 2 in axiale richting voorbij de naar de elektromagneet toegewende zijde van het target bevindt, doordat een magnetisch juk met een eerste pool, in radiale richting vanuit de as gezien, binnen en een tweede pool buiten de elektromagneet is gelegen, welke polen hoofdzakelijk 5 axiaal zijn gericht en doordat een magnetische shunt is aangebracht op een locatie die zich bevindt in axiale richting tussen een naar het target gericht uiteinde van de elektromagneet en het target en in radiale richting tussen de as en de tweede pool.

Daardoor is bereikt dat de toename van de magnetische 10 veldsterkte met toenemende diepte van de geul nabij de bodem van de geul gevormd door het rond de as gaande, hoofdzakelijk radiaal gerichte magneetveld beperkter is dan zonder de aanwezigheid van de magnetische shunt, waardoor de verstuiving van het targetmateriaal nabij de randen van de geulen sterker is dan zonder magnetische shunt, 15 zodat er een meer gelijkmatig verdeelde erosie van het target plaatsvindt.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarin:

Figuur 1 een dwarsdoorsnede is van een eerste sputter- 20 kathode volgens de uitvinding;

Figuur 2 een uitvergroting is van een gedeelte van figuur 1;

Figuur 3 een aanzicht is volgens de lijn A-A van figuur 2;

Figuur 4 een dwarsdoorsnede is van het magnetische veld 25 zonder magnetische shunt;

Figuur 5 een dwarsdoorsnede is van het magnetische veld met magnetische shunt;

Figuur 6 een dwarsdoorsnede is van een tweede sputter- kathode volgens de uitvinding.

30 In figuur 1 is met verwijzingscijfer 1 een sputterkathode aangegeven. De sputterkathode 1 omvat een vast gedeelte 2 en een beweegbaar gedeelte 3. Het beweegbare gedeelte 3 kan op en neer worden bewogen in de richting van de pijl 4. Op het beweegbare deel 3 kan een schijf, zoals een CD of een DVD etc. 26 worden bevestigd, welke dient 35 te worden voorzien van uit een target 8 te sputteren materiaal. In een situatie dat het beweegbare deel 3 omhoog is bewogen ontstaat een 1016597¾ 3 sputterkamer aangeduid met 5 en begrensd door een target 8 dat een kathode vormt, de schijf 26 en anodes 27 en 28. In het uitvoerings-voorbeeld is het vaste deel 2 cirkel symmetrisch uitgevoerd rond een as 6. Opgemerkt dient te worden dat voor de onderhavige uitvinding de 5 cirkel symmetrie rond de as 6 niet van belang is. Andere vormen zijn eveneens mogelijk, zoals vierkant, rechthoekig, ellipsvormig, etc. Het begrip as 6 dient derhalve ruim te worden opgevat en kan ook betrekking hebben op bijvoorbeeld een middenvlak bij een vierkante of rechthoekige vorm van het vaste deel 2. Zelfs symmetrie rond de as 6 10 is niet noodzakelijk in het kader van de onderhavige uitvinding. Het begrip as 6 omvat derhalve een lijn 6 zoals weergegeven in figuur 1, of een plat vlak of zelfs een, al dan niet in zichzelf terugkerend gebogen vlak. Nabij en rond de as 6 zijn verschillende elementen en kanalen weergegeven die dienen voor de toevoer van bijvoorbeeld 15 argongas in de ruimte 5, welke elementen gezamenlijk zijn aangegeven met het verwijzingscijfer 7. Een achterzijde 28 van het target 8 is in contact met een eerste wand 10 van een koel kanaal 9. Het koel kanaal 9 wordt verder begrensd door een tweede wand 11. De wanden 10 en 11 zijn bij voorkeur van goed warmtegeleidend materiaal, zoals koper. Boven de 20 wand 11 is een ringvormige permanente magneet 12 aangebracht. Ook hier verdient het de opmerking dat permanente magneet 12 de algemene vorm van het vaste deel 2 heeft en zoals reeds besproken in het kader van de as 6, bijvoorbeeld een rechthoekige of vierkante of anderszins gevormde vorm kan hebben. In het vervolg zal figuur 1 worden besproken 25 als zijnde de weergave van een cirkel vormige, rond een lijnas 6 gelegen, sputterkathode 1. Daarbij dient te worden bedacht dat ondanks de op een cirkelvorm gebaseerde terminologie, zoals bijvoorbeeld ringvormig, ook de andere genoemde vormen worden geacht door de betreffende term te zijn ingesloten. Permanentmagneet 12 is bijvoor-30 beeld gemagnetiseerd in de richting aangegeven met de pijl 29.

Permanentmagneet 12 is bevestigd op op zich bekende wijze op een ring 13a van magnetisch materiaal zoals bijvoorbeeld weekijzer. Ring 13a van magnetisch materiaal is bevestigd op een vlakke schijf 13b eveneens van magnetisch materiaal. Schijf 13b is rond as 6 bevestigd met 35 behulp van een element 13c, eveneens van magnetisch materiaal. In de ruimte gevormd door de elementen 13a, 13b en 13c is een spoel van een 101 659 7"^ 4 elektromagneet 24 aangebracht. Gezien vanuit de elektromagneet 24, in axiale richting voorbij de naar de elektromagneet 24 toegewende zijde 28 van het target 8 bevindt zich een ringvormige permanentmagneet 14. Ringvormige permanentmagneet 14 wekt een radiaal gericht magneetveld 5 op, aangegeven met de pijl 30. Indien noodzakelijk kan een ring 15 van magnetisch materiaal zijn aangebracht om het radiaal gerichte magneetveld van de permanentmagneet 14 homogener te maken. Enkele veldlijnen van de permanentmagneet 14 zijn aangegeven met verwijzingscijfer 16. Tevens zijn met de verwijzingscijfers 21, 22 en 23 enkele veldlijnen 10 aangegeven van het magnetische veld opgewekt door de permanentmagneet 12 in combinatie met de elektromagneet 24. Op een locatie die zich bevindt in axiale richting tussen een naar het target 8 gericht uiteinde van de elektromagneet 24 en het target 8 en in een radiale richting tussen de as 6 en de permanentmagneet 12 is een magnetische 15 shunt 25 aangebracht. Magnetische shunt 25 bestaat uit een zacht magnetisch materiaal, bij voorkeur maar niet noodzakelijkerwijs, uit weekijzer.

In figuur 2 is de plaatsing van de magnetische shunt 25 in vergrote vorm weergegeven. De wand 11 van het koel kanaal 9 is voorzien 20 van een verdieping 31. In de verdieping 31 is de magnetische shunt 25 aangebracht. Bijvoorbeeld is de dikte van de magnetische shunt 25 gelijk aan de diepte van de verdieping 31, noodzakelijk is dit echter niet. In het uitvoeringsvoorbeeld volgens de figuren 1 en 2 is de magnetische shunt 25 aanwezig in de vorm van een platte schijfvormige 25 ring waarvan een sectorgedeelte is weergegeven in figuur 3. Met stippellijnen zijn in figuur 3 tevens de verwijzingscijfers verbonden met de zich, in figuur 3, achter de wand 11 bevindende elektromagneet 24 en permanentmagneet 12.

Nabij het oppervlak 34 van het target 8 vormen de magneet-30 velden opgewekt door de permanentmagneten 14 en 12 alsmede de elektromagneet 24 op zich bekende ringvormige tunnels 32 en 33. Bij in werking zijn van de inrichting 1 vormt zich na enige tijd een gleuf in het oppervlak 34 van het target 8 ter plaatse van de tunnels 32 en 33. De diepte van de binnenste gleuf behorend bij tunnel 33 is voor 35 verschillende steeds later in de tijd liggende tijdstippen schematisch aangegeven met de verwijzingscijfers 18, 19 en 20. Een vergelijkbaar 1Q16587* 5 fenomeen treedt op bij de tunnel 32 en is daar voor de duidelijkheid niet verder weergegeven. Voor het verkrijgen van een voldoende snel, maar ook voldoende egaal resultaat van het sputteren op de schijf 26 dienen de veldlijnen van het magnetische veld in de tunnels 32 en 33 5 nabij het oppervlak van het target 8 in hoofdzaak evenwijdig te lopen aan dat oppervlak en tevens radiaal ten opzichte van de as 6 te zijn gericht. De elektromagneet 24 dient te zorgen voor voldoende veldsterkte van het magnetische veld nabij de oppervlakken 18, 19 en 20 zoals die in de loop der tijd ontstaan behorende bij de tunnel 33.

10 De schijfvormige ring 25 zuigt als het ware het magnetische veld, aangeduid met de veldlijnen 17 (zie ook de figuren 4 en 5), naar zich toe waardoor relevante veldlijnen, aangeduid met de verwijzings-cijfers 21, 22 en 23 ontstaan en een andere magnetische veldsterkte vertegenwoordigen dan wanneer de magnetische shunt 25 de binnen 15 veldlijn 23 gelegen veldlijnen niet in zich zou hebben opgenomen.

Als gevolg van het aanbrengen van de magnetische shunt 25 is de verandering van de magnetische veldsterkte met het toenemen van de diepte van de geul geringer dan zonder de aanwezigheid van de magnetische shunt 25. En als gevolg daarvan vindt nabij de randen van 20 de geul meer verstuiving plaats dan zonder de aanwezigheid van de magnetische shunt 25.

In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 1 is de magnetische shunt 25 aangebracht in de wand 11 van het koel kanaal 9. Vermeld zij dat in axiale richting gezien de beste locatie van de 25 magnetische shunt 25 ook wordt bepaald door de locaties van de permanentmagneten 12 en 14, de dikte van het target 8, de maximale veldsterkte die met een maximale stroom door de elektromagneet 24 kan worden opgewekt, de radiale afmetingen van het vaste deel 2, in het bijzonder van het target 8, enz. Afhankelijk van al die omstandigheden 30 kan de magnetische shunt 25 ook zijn aangebracht in een verdieping van de wand 10 van het koel kanaal 9, in het inwendige van de wand 10, in het inwendige van de wand 11, aan de zijde van de elektromagneet 24 van de wand 11, met een grotere of kleinere afstand tot de as 6.

In figuur 6 is een dwarsdoorsnede weergegeven van een 35 sputterkathode 1 waarbij gelijke elementen als in figuur 1 met gelijke verwijzingscijfers zijn aangegeven. De elektromagneet 24 werkt samen i - ; r ^ 7 | o i W' ^ - 6 met een juk 13, bestaande uit een ring 13a, een vlakke schijf 13b en een element 13c, alle van magnetisch materiaal zoals bijvoorbeeld weekijzer. De inrichting volgens figuur 6 verschilt daarin van de inrichting volgens figuur 1 dat de permanentmagneet 12 van de 5 inrichting volgens figuur 1 niet is aangebracht in de inrichting volgens figuur 6. Voor het overige is de inrichting volgens figuur 6 identiek aan de inrichting volgens figuur 1.

Het ontbreken van de permanentmagneet 12 in de inrichting volgens figuur 6 heeft tot gevolg dat het magneetveld nabij het te 10 verstuiven oppervlak van het target 8 alleen wordt opgewekt door de permanentmagneet 14 en de elektromagneet 24 en dat de magnetische veldlijnen in de ruimte 5 en het target 8 leiden tot de vorming van één in plaats van twee tunnels en derhalve tot één geul van waaruit verstuiving plaatsvindt. Ook in deze situatie leidt de aanwezigheid 15 van de magnetische shunt 25 met toenemende diepte van de geul tot een geringere verandering van de magnetische veldsterkte nabij de bodem van de door de verstuiving ontstane geul dan zonder de aanwezigheid van de magnetische shunt.

Na het voorgaande zullen voor de vakman vele modificaties 20 en uitvoeringsvormen van de uitvinding voor de hand liggen. Deze worden alle geacht tot de uitvinding te behoren.

1016597^

Claims (8)

1. Sputterkathode met een rond een as gaand target alsmede met een aantal rond de as langs tenminste één in zichzelf gesloten traject 5 aangebrachte permanentmagneten voor het opwekken van tenminste één rond de as gaand, nabij een te verstuiven oppervlak van het target tunnel vormend en hoofdzakelijk radiaal gericht, magneetveld, en met een elektromagneet voor het opwekken van een langs de as gaand, hoofdzakelijk axiaal gericht, magneetveld, met het kenmerk, dat een 10 langs een eerste in zichzelf gesloten traject met diametrale afmetingen groter dan diametrale afmetingen van het target aangebrachte eerste permanentmagneet een hoofdzakelijk radiaal gericht magneetveld opwekt en zich, gezien vanuit de elektromagneet, in axiale richting voorbij de naar de elektromagneet toegewende zijde van het 15 target bevindt, dat een magnetisch juk met eerste pool, in radiale richting vanuit de as gezien, binnen en een tweede pool buiten de elektromagneet is gelegen, welke polen hoofdzakelijk axiaal zijn gericht en dat een magnetische shunt is aangebracht op een locatie die zich bevindt in axiale richting tussen een naar het target gericht 20 uiteinde van de elektromagneet en het target en in radiale richting tussen de as en de tweede pool.

2. Sputterkathode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een koel kanaal met een eerste en een daartegenover gelegen tweede wand aanwezig is tussen de elektromagneet en het target, dat de eerste wand 25 van het koel kanaal in contact is met het target en dat de magnetische shunt is aangebracht in één van de wanden van het koelkanaal.

3. Sputterkathode volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de tweede wand van het koelkanaal is voorzien van een rond de as van het target verlopende verdieping en dat de magnetische shunt is aange- 30 bracht in de verdieping.

4. Sputterkathode volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de magnetische shunt is aangebracht in de tweede wand.

5. Sputterkathode volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de magnetische shunt is aangebracht in de vorm van 35 een rond de as van het target gaande platte schijfvormige ring. 10165S7

6. Sputterkathode volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de magnetische shunt van weekijzer is.

7. Sputterkathode volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat er twee rond de as gaande, nabij het te verstuiven 5 oppervlak van het target tunnel vormende en hoofdzakelijk radiaal gerichte magneetvelden aanwezig zijn, waarbij het ene rond de as gaande hoofdzakelijk radiaal gerichte, magneetveld zich dichter bij de as bevindt dan het andere rond de as gaande, hoofdzakelijk radiaal gerichte, magneetveld, dat een langs een tweede in zichzelf gesloten 10 traject met diametrale afmetingen kleiner dan diametrale afmetingen van het target aangebrachte tweede permanentmagneet een hoofdzakelijk axiaal gericht magneetveld opwekt en zich aan dezelfde zijde van het target bevindt als de elektromagneet.

8. Sputterkathode volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de 15 tweede permanentmagneet is aangebracht op de tweede pool. 4 η ·ι r r ° 7 ! u ij · . - l'