DE19925577A1 - Magnetronkathoden - Google Patents

Abstract

Eine Magnetronkathode besteht aus einem ringförmigen Target (4) mit plattenförmiger Konfiguration, das um den zentrischen Teil (1a') eines als Stator angeordneten ersten Jochteils (1a) angeordnet ist. Das erste Jochteil (1a) ist parallel zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') von einem als Rotor angeordneten zweiten Jochteil (1b), das eine parallel zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') verlaufend angeordnete Breitseite mit der Breite B bis B' aufweist, umgeben. An der Stirnfläche (1*) des zentrischen Teils (1a') des ersten Jochteils (1a) sind innere Permanentmagnete (3) und an der gleichen Seite an dem zweiten Jochteil (1b) senkrecht zu dessen Breitseite äußere Permanentmagnete (2) angeordnet. Zwischen dem ersten Jochteil (1a) und dem zweiten Jochteil (1b) besteht ein Mindestabstand y von 0,2 bis 10 mm.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Magnetronkathoden. Magnetronkathoden sind bekannt. In der DE-OS 41 28 340 ne kreisförmige Beschichtungsfläche eines kreisscheibenförmigen Substrats vorgesehen ist. Sie weist ein kreisringförmiges Target und eine zwischen dem Target und dem Substrat angeordnete Außenmaske und Innenmaske mit jeweils einem kreisförmigen Rand für die Abdeckung der außerhalb und innerhalb der zum Substrat konzentrischen Beschichtungsfläche liegenden Substratoberflächen auf, wobei hinter dem Target ein Magnetsystem mit einer Jochplatte für die Erzeugung des Magnetron-Effekts angeordnet ist. Allgemein haben stationäre Beschichtungssysteme den Nachteil, daß lediglich ungleichmäßige Schichtdicken auf dem Substrat aufgetragen werden, was in den meisten Fällen unerwünscht ist. Um eine konstante Schichtdicke einzustellen, wird in der DE-OS 27 07 144 vorgeschlagen, ein einziges, in sich geschlossenes Magnetsystem in exzentrischer Lage hinter einer kreisförmigen Targetplatte rotieren zu lassen, wobei die Magnete jeweils zwei ineinander liegende, in sich geschlossene Reihen von Magneten bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetronkathode für eine Beschichtungsfläche eines Substrats zu schaffen, mit der über die Beschichtungsfläche konstante Schichtdicken sowie konstante Reflexions- beziehungsweise Transmissionseigenschaften eingestellt werden können. Mit der Magnetronkathode sollen ferner schwankende Magnetfelder einstellbar sein.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Magnetronkathode gelöst, die aus einem ringförmigen Target mit plattenförmiger Konfiguration, das um den zentrischen Teil eines als Stator angeordneten ersten Jochteils angeordnet ist, besteht, bei der das erste Jochteil parallel zur Längsachse des zentrischen Teils von einem als Rotor angeordneten zweiten Jochteil, das eine parallel zur Längsachse des zentrischen Teils verlaufend angeordnete Breitseite mit der Breite B bis B' aufweist, umgeben ist, bei der an der Stirnfläche des zentrischen Teiles des ersten Jochteils innere Permanentmagnete und an der gleichen Seite an dem zweiten Jochteil senkrecht zu dessen Breitseite äußere Permanentmagnete angeordnet sind, wobei die äußeren Permanentmagnete mindestens teilweise in unterschiedlichem Abstand zur Oberseite des Targets stufenweise benachbart angeordnet sind, bei der zwischen dem ersten Jochteil und dem zweiten Jochteil ein Mindestabstand y senkrecht zur Längsachse des zentrischen Teils von 0,2 mm bis 10 mm besteht. Das ringförmige Target kann beispielsweise kreisförmig gestaltet sein. Es sind jedoch auch andere Ringformen möglich. Durch den zentrischen Teil des als Stator angeordneten ersten Jochteils verläuft die Drehachse. Die inneren Permanentmagnete unterscheiden sich von den äußeren Permanentmagneten durch ihre Polung. Sie können je nach Bedarf mit Polschuhen versehen sein. Unter der Oberseite des Targets ist diejenige Seite zu verstehen, die dem Substrat zugewandt ist. Mit dem Abstand zur Oberseite des Targets ist der Abstand senkrecht zur Oberseite des Targets zu verstehen. Die Oberseite des Targets steht immer über dem äußeren Permanentmagneten, der an der breitesten Breite B des zweiten Jochteils angeordnet ist, in Richtung auf das Substrat gesehen. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß sich mit der Magnetronkathode konstante Schichtdicken auf den Substraten herstellen lassen. Die dabei einzustellende Drehzahl für das zweite Jochteil liegt im Bereich zwischen 50 und 1000 min^-1. Der Stromanschluß befindet sich am ersten Jochteil und ist auf diese Weise sehr gut zugänglich. Durch die ständige vorteilhafte Veränderung des Magnetfeldes variieren die Zerstäubungsanteile der inneren und äußeren Bereiche des ringförmigen Targets, was eine Einstellung einer konstanten Schichtdicke auf dem Substrat ermöglicht. Neben der Wahl der Breite B bis B' läßt sich das Magnetfeld auch durch die Wahl der Magnetwerkstoffe beeinflussen. Dabei können beispielsweise Mischungen aus Neodym, Eisen und Bor oder Mischungen aus Kobalt und Samarium oder Ferrite eingesetzt werden. Die Magnete können je nach Einsatzzweck in ihrer Größe variieren.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen der der Oberseite des Targets abgewandten Seite des Targets und dem ersten Jochteil ein Kühlkanal angeordnet ist. In besonders vorteilhafter Weise weist dieser Kühlkanal einen rechteckigen Strömungsquerschnitt auf. Die Kühlung kann so auf relativ einfache Weise erfolgen, wobei die Drehbewegung des zweiten Jochteils nicht negativ beeinflußt wird. Ferner ist vorteilhaft, daß die Zufuhr des Kühlmediums direkt von außen durch das erste Jochteil erfolgen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Magnetronkathode gelöst, die aus einem plattenförmigen Target, das an der Stirnfläche eines zentrischen Teils eines als Stator angeordneten ersten Jochteils angeordnet ist, besteht, bei der das erste Jochteil parallel zur Längsachse des zentrischen Teils von einem als Rotor angeordneten zweiten Jochteil, das eine parallel zur Längsachse des zentrischen Teils verlaufend angeordnete Breitseite mit der Breite B bis B' aufweist, umgeben ist, bei der an der Stirnfläche des zentrischen Teils des ersten Jochteils innere Permanentmagnete und an der gleichen Seite an dem zweiten Jochteil senkrecht zu dessen Breitseite äußere Permanentmagnete angeordnet sind, wobei die äußeren Permanentmagnete mindestens teilweise in unterschiedlichem Abstand zur Oberseite des Targets stufenweise benachbart angeordnet sind, bei der zwischen dem ersten Jochteil und dem zweiten Jochteil ein Mindestabstand y senkrecht zur Längsachse des zentrischen Teils von 0,2 bis 10 mm besteht und bei der zwischen der der Oberseite des Targets abgewandten Seite des Targets und dem ersten Jochteil ein Kühlkanal um den zentrischen Teil des als Stator angeordneten ersten Jochteils angeordnet ist.

Das plattenförmige Target ist an der Stirnfläche des zentrischen Teils eines als Stator angeordneten ersten Jochteils angeordnet. Das heißt, daß das plattenförmige Target mit einem Verbindungselement direkt an der Stirnfläche des zentrischen Teils befestigt sein kann, wobei dies durchaus derart erfolgen kann, daß zwischen dem Target und der Stirnfläche ein Abstand besteht, in welchem beispielsweise die inneren Permanentmagnete an der Stirnfläche angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, das Target am Kühlkanal zu fixieren. Ferner kann es vorteilhaft sein, die inneren Permanentmagnete im Inneren des zentrischen Teils anzuordnen und das Target direkt an der Stirnfläche des zentrischen Teils anliegend zu befestigen. Als Verbindungselemente eignen sich beispielsweise Bolzen- oder Schraubverbindungen.

Durch den zentrischen Teil des als Stator angeordneten ersten Jochteils verläuft die Drehachse. Die inneren Permanentmagnete unterscheiden sich von den äußeren Permanentmagneten durch ihre Polung. Sie können je nach Bedarf mit Polschuhen versehen sein. Unter der Oberseite des Targets ist diejenige Seite zu verstehen, die dem Substrat zugewandt ist. Mit dem Abstand zur Oberseite des Targets ist der Abstand senkrecht zur Oberseite des Targets zu verstehen. Die Oberseite des Targets steht immer über dem äußeren Permanentmagneten, der an der breitesten Breite B des zweiten Jochteils angeordnet ist, in Richtung auf das Substrat gesehen. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß sich auch mit dieser Magnetronkathode konstante Schichtdicken auf den Substraten herstellen lassen. Die dabei einzustellende Drehzahl für das zweite Jochteil liegt im Bereich zwischen 50 und 1000 min^-1. Der Stromanschluß befindet sich am ersten Jochteil und ist auf diese Weise sehr gut zugänglich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand x zwischen den direkt stufenweise benachbart angeordneten äußeren Permanentmagneten in Längsrichtung des zweiten Jochteils jeweils konstant. Das zweite Jochteil kann somit relativ schnell gefertigt werden, wobei anschließend gute Beschichtungsergebnisse erzielt werden können.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Jochteil an seiner Breitseite kreisförmig begrenzt, das zweite Jochteil zylindrisch gestaltet und zwischen dem ersten Jochteil und dem zweiten Jochteil besteht ein konstanter Mindestabstand y senkrecht zur Längsachse des zentrischen Teils im Bereich von 0,5 bis 1 mm. Eine solche Magnetronkathode eignet sich in besonders vorteilhafter Weise beispielsweise zur Beschichtung von CDs.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die äußeren Permanentmagnete oder die inneren Permanentmagnete mindestens teilweise unterschiedliche Größen aufweisen. Dadurch läßt sich die Magnetronkathode auf relativ vielen Einsatzgebieten verwenden, die jeweils unterschiedliche magnetische Feldstärken fordern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (Fig. 1 bis Fig. 4) näher und beispielhaft erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Magnetronkathode im Querschnitt;

Fig. 2a, b, c zeigt drei unterschiedliche zweite Jochteile jeweils in Form der Seitenansicht;

Fig. 3 zeigt die Vorderseite einer Magnetronkathode;

Fig. 4 zeigt die Rückseite einer Magnetronkathode;

Fig. 5 zeigt eine weitere Magnetronkathode im Querschnitt.

In Fig. 1 ist eine Magnetronkathode im Querschnitt dargestellt. Sie besteht aus einem ringförmigen Target 4, das eine plattenförmige Konfiguration aufweist. Das ringförmige Target 4 ist um den zentrischen Teil 1a' eines als Stator angeordneten ersten Jochteils 1a angeordnet. Das erste Jochteil 1a ist parallel zur Längsachse des zentrischen Teils 1a' von einem als Rotor angeordneten zweiten Jochteil 1b, das eine parallel zur Längsachse des zentrischen Teils 1a' verlaufend angeordnete Breitseite mit der Breite B bis B' aufweist, umgeben. An der Stirnfläche 1* des zentrischen Teiles 1a' des ersten Jochteils 1a sind innere Permanentmagnete 3 und an der gleichen Seite an dem zweiten Jochteil 1b senkrecht zu dessen Breitseite äußere Permanentmagnete 2 angeordnet. Die äußeren Permanentmagnete 2 sind in unterschiedlichem Abstand zur Oberseite 4* des Targets 4 stufenweise benachbart angeordnet. Zwischen dem ersten Jochteil 1a und dem zweiten Jochteil 1b besteht ein Mindestabstand y senkrecht zur Längsachse des zentrischen Teils 1a' von 0,5 bis 3 mm. Zwischen der der Oberseite 4* des Targets 4 abgewandten Seite des Targets 4 und dem ersten Jochteil 1a ist ein Kühlkanal 5 angeordnet. Dieser Kühlkanal 5 wird in der Regel mit einem flüssigen Kühlmedium beaufschlagt. Der Abstand x zwischen den direkt stufenweise benachbart angeordneten äußeren Permanentmagneten 2 in Längsrichtung des zweiten Jochteils 1b ist jeweils konstant. Die inneren Permanentmagnete 3 unterscheiden sich von den äußeren Permanentmagneten 2 durch ihre Polung. Dabei verlaufen die Magnetlinien in Pfeilrichtung. Das erste Jochteil 1a weist Anschlüsse 6 für die Stromzufuhr und für das Kühlmedium auf.

In Fig. 2a, b, c sind unterschiedliche Ausführungsformen des als Rotor angeordneten zweiten Jochteils 1b in der Seitenansicht dargestellt. Die Anordnung der äußeren Permanentmagnete 2 an dem zweiten Jochteil 1b hat einen direkten Einfluß auf die Ausbildung des Erosionsgrabens im Target 4 während des Betriebs. Im Vergleich zur Ausgestaltung des zweiten Jochteils 1b gemäß Fig. 2a verläuft der Erosionsgraben beim Einsatz des zweiten Jochteiles 1b gemäß Fig. 2b im äußeren Bereich des Targets 4 näher am zweiten Jochteil 1b. Die Ausführung des zweiten Jochteils 1b gemäß Fig. 2c bewirkt, daß der Erosionsgraben eher nach innen gerichtet in der Nähe des zentrischen Teiles 1a' des ersten Jochteils 1a verläuft. Auf diese Weise können die Magnetfelder jeweils auf ihre Einsatzgebiete bezogen ausgestaltet werden.

In Fig. 3 ist die Vorderseite einer Magnetronkathode mit ringförmigen Target 4 dargestellt. Die erste Kurve 7 zeigt den Verlauf des Erosionsgrabens, sofern alle äußeren Permanentmagnete 2 jeweils in gleicher Höhe angeordnet sind, was nach der Erfindung nicht vorgesehen ist. Die zweite Kurve 8 zeigt den Verlauf des Erosionsgrabens, sofern das zweite Jochteil 1b gemäß Fig. 2a ausgestaltet ist, was eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung darstellt. Die äußeren Permanentmagnete 2 unterscheiden sich von den inneren Permanentmagneten 3 durch ihre Polung.

In Fig. 4 ist die Rückseite einer Magnetronkathode mit den Anschlüssen 6 für die Stromzufuhr und für das Kühlmittel vereinfacht und schematisch dargestellt. Das als Stator angeordnete erste Jochteil 1a ist von einem als Rotor angeordneten zweiten Jochteil 1b umgeben. Zwischen dem ersten Jochteil 1a und dem zweiten Jochteil 1b besteht ein Mindestabstand y von 0,2 bis 10 mm (nicht dargestellt).

In Fig. 5 ist eine weitere Magnetronkathode im Querschnitt dargestellt. Sie weist ein plattenförmiges Target 4 auf, das an der Stirnfläche 1* des zentrischen Teils 1a' eines als Stator angeordneten ersten Jochteils 1a angeordnet ist. Zwischen der der Oberseite 4* des Targets 4 abgewandten Seite des Targets 4 und dem ersten Jochteil 1a ist ein Kühlkanal 5 um den zentrischen Teil 1a' des als Stator angeordneten ersten Jochteils 1a angeordnet. Die Befestigung des Targets 4 an der Stirnfläche 1* erfolgt mittels eines Verbindungselementes 9, das als Schraubverbindung ausgestaltet ist. Im fixierten Zustand besteht zwischen dem Target 4 und der Stirnfläche 1* des zentrischen Teils 1a' ein Abstand. In diesem Abstand sind die inneren Permanentmagnete 3 an der Stirnfläche 1* angeordnet. Da das Target 4 direkt an dem Kühlkanal 5 anliegt, wäre es auch möglich, das Target 4 mit dem Kühlkanal 5 über eine Schraubenverbindung miteinander zu verbinden und auf das Verbindungselement 9 zu verzichten.

Claims (6)

1. Magnetronkathode bestehend aus einem ringförmigen Target (4) mit plattenförmiger Konfiguration, das um den zentrischen Teil (1a') eines als Stator angeordneten ersten Jochteils (1a) angeordnet ist, bei der das erste Jochteil (1a) parallel zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') von einem als Rotor angeordneten zweiten Jochteil (1b), das eine parallel zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') verlaufend angeordnete Breitseite mit der Breite B bis B' aufweist, umgeben ist, bei der an der Stirnfläche (1*) des zentrischen Teils (1a') des ersten Jochteils (1a) innere Permanentmagnete (3) und an der gleichen Seite an dem zweiten Jochteil (1b) senkrecht zu dessen Breitseite äußere Permanentmagnete (2) angeordnet sind, wobei die äußeren Permanentmagnete (2) mindestens teilweise in unterschiedlichem Abstand zur Oberseite (4*) des Targets (4) stufenweise benachbart angeordnet sind, bei der zwischen dem ersten Jochteil (1a) und dem zweiten Jochteil (1b) ein Mindestabstand y senkrecht zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') von 0,2 bis 10 mm besteht.

2. Magnetronkathode nach Anspruch 1, bei der zwischen der der Oberseite (4*) des Targets (4) abgewandten Seite des Targets (4) und dem ersten Jochteil (1a) ein Kühlkanal (5) angeordnet ist.

3. Magnetronkathode bestehend aus einem plattenförmigen Target (4), das an der Stirnfläche (1*) eines zentrischen Teils (1a') eines als Stator angeordneten ersten Jochteils (1a) angeordnet ist, bei der das erste Jochteil (1a) parallel zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') von einem als Rotor angeordneten zweiten Jochteil (1b), das eine parallel zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') verlaufend angeordnete Breitseite mit der Breite B bis B' aufweist, umgeben ist, bei der an der Stirnfläche (1*) des zentrischen Teils (1a') des ersten Jochteils (1a) innere Permanentmagnete (3) und an der gleichen Seite an dem zweiten Jochteil (1b) senkrecht zu dessen Breitseite äußere Permanentmagnete (2) angeordnet sind, wobei die äußeren Permanentmagnete (2) mindestens teilweise in unterschiedlichem Abstand zur Oberseite (4*) des Targets (4) stufenweise benachbart angeordnet sind, bei der zwischen dem ersten Jochteil (1a) und dem zweiten Jochteil (1b) ein Mindestabstand y senkrecht zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') von 0,2 bis 10 mm besteht und bei der zwischen der der Oberseite (4*) des Targets (4) abgewandten Seite des Targets (4) und dem ersten Jochteil (1a) ein Kühlkanal (5) um den zentrischen Teil (1a') des als Stator angeordneten ersten Jochteils (1a) angeordnet ist.

4. Magnetronkathode nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Abstand x zwischen den direkt stufenweise benachbart angeordneten äußeren Permanentmagneten (2) in Längsrichtung des zweiten Jochteils (1b) jeweils konstant ist.

5. Magnetronkathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste Jochteil (1a) an seiner Breitseite kreisförmig begrenzt ist, das zweite Jochteil (1b) zylindrisch gestaltet ist und zwischen dem ersten Jochteil (1a) und dem zweiten Jochteil (1b) ein konstanter Mindestabstand y senkrecht zur Längsachse des zentrischen Teils (1a') im Bereich von 0,5 bis 1 mm besteht.

6. Magnetronkathode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die äußeren Permanentmagnete (2) oder die inneren Permanentmagnete (3) mindestens teilweise unterschiedliche Größen aufweisen.