DE3429988A1

DE3429988A1 - Magnetron cathode for sputtering ferromagnetic targets

Info

Publication number: DE3429988A1
Application number: DE19843429988
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. Dr. 6450 Hanau Aichert; Jörg Dr.-Phys. Dr. 8755 Albstadt Kieser; Reiner Dipl.-Phys. 6450 Hanau Kukla
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1983-12-05
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1985-06-13

Abstract

Magnetron cathode for sputtering ferromagnetic targets (7). Disposed on a cathode base body (1) there is a magnet system (2) which consists of nested magnetic poles (3a, 3b) of opposite polarity. Between pole pieces (8, 9) consisting of target material and the target (7), two circumferential air gaps (12, 13) are formed in the depth direction of the configuration. Magnetic poles (3a, 3b) and targets (7) do not intersect in a projection plane. In order to render the target erosion uniform while maintaining a high sputtering rate, according to the invention the pole pieces (8, 9) are each separated from the magnetic poles (3a, 4a) by a spacing "S". The magnetic poles in this arrangement are situated in a region which, starting from a plane passing through the sputtering surface (7a), extends in the depth direction of the configuration. Between the pole pieces (8, 9) and the target (7) on the one hand, and the magnetic poles (3a, 4a) on the other hand, a thermally conductive metal body is disposed which is in contact with at least one coolant duct and consists of a non-ferromagnetic material. <IMAGE>

Description

" Magnetronkatode zum Zerstäuben ferro- "Magnetron cathode for sputtering ferro-

magnetischer Targets Die Srirdun2 bezient 3 on au eine Magneronkatode ;m Zerstäuben errornagnetischer Targets , bestehend aus einem .Satodengrundkörper mit einem Magnetsystem mit einem Joch und auf diesem angeordneten, auf dem Umfang zusammenhängenden, ineinander liegenden Magnetpolen entgegengesetzter Polarität, denen mindestens teilweise aus Targetmaterial bestehende Pol schuhe mit dem Verlauf der Magnetpole ähnlichen Austrittflächen zugeordnet sind, hinter denen in Tiefenrichtung der Anordnung unter Belassung zweier umlaufender Luftspalte ein auf dem Umfang zusammenhängendes Target aus ferromagnetischem Metall mit einer Zerstäubungsfläche angeordnet ist, wobei Magnetpole und Target sich hinsichtlich ihrer Projektionsflächen in einer zur Zerstäubungsfläche parallelen Ebene nicht über schneiden und die Pol schuhe und das Target elektrisch leitend miteinander verbunden sind. magnetic targets The Srirdun2 counts 3 on au a magneron cathode ; m Sputtering errornagnetic targets, consisting of a .Satoden base body with a magnet system with a yoke and arranged on this, on the circumference coherent, nested magnetic poles of opposite polarity, which at least partially consisting of target material pole shoes with the course the magnetic poles are assigned to similar exit surfaces, behind those in the depth direction the arrangement, leaving two circumferential air gaps, one on the circumference Target made of ferromagnetic metal is arranged with a sputtering surface, whereby magnetic poles and target are in one with regard to their projection surfaces Do not cut across the plane parallel to the atomizing surface and the pole shoes and the target are connected to one another in an electrically conductive manner.

Magnetronkatoden mit ebenen oder gewölbten Zerstäubungsflächen sind hinreichend bekannt. Dabei wird eine räumlich definierte Anordnung von Permanent- und/oder Elektromagneten in einer solchen relativen Lage zur Zerstäubungsfläche vorgesehen, daß über der Zerstäubungsfläche ein ringförmig geschlossener Tunnel von Magnetfeldlinien erzeugt wird, durch den die den Zerstäubungsvorgang bewirkende Glimmentladung auf einen Bereich in unmittelbarer Nähe der Zerstäubungsfläche begrenzt und dadurch die Zerstäubungsrate um mehr als eine Zehnerpotenz erhöht wird. Mit "Zerstäubungsfl äche" wird die der Glimmentladung ausgesetzte, wirksame Targetoberfläche bezeichnet, von der die zerstäubten Partikel ausgehen, in der Regel also die Targetvorderfläche (DE-AS 24 31 832).Magnetron cathodes with flat or curved sputtering surfaces are well known. A spatially defined arrangement of permanent and / or electromagnets in such a position relative to the atomizing surface provided that a ring-shaped closed tunnel over the atomization surface is generated by magnetic field lines through which the atomization process is effected Glow discharge limited to an area in the immediate vicinity of the sputtering surface and thereby increasing the atomization rate by more than a power of ten. With "Sputtering surface" is the effective target surface exposed to the glow discharge denotes from which the atomized particles emanate, usually the front surface of the target (DE-AS 24 31 832).

Derartige Magnetronkatoden sind in mehreren Varianten bekannt geworden, die entweder eine begrenzte Anwendungsmöglichkeit haben und/oder die in sie gesetzten Erwartungen nicht voll erfüllen. So werden bei der bekannten Ausführungsform die Pol flächen des Magnetsystems hinter dem Target angeordnet, so daß die Mehrzahl der Magnetfeldlinien die Targetfläche zweimal durchdringt.Such magnetron cathodes are known in several variants, which either have a limited scope of application and / or those put in them Not fully meeting expectations. So are in the known embodiment Pole surfaces of the magnet system arranged behind the target, so that the majority the magnetic field lines penetrate the target surface twice.

Eine solche Bauweise ist jedoch für Targets aus magnetischen Werkstoffen, die z.B. für die Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsbändern benötigt werden, entweder nicht oder nur in Verbindung mit zusätzlichen Maßnahmen brauchbar.Such a construction is, however, for targets made of magnetic materials, which are required e.g. for the production of magnetic recording tapes, either not useful or only useful in connection with additional measures.

Diese Maßnahmen können beispielsweise darin bestehen, das Target sehr dünn auszubilden, so daß eine ausreichende Anzahl von Magnetfeldlinien das Target durchdringen kann. Eine solche Maßnahme setzt jedoch eine häufige Targeterneuerung voraus. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Vorrichtung im magnetischen Sättigungsbereich des Targetmaterials zu betreiben, was jedoch außerordentlich starke Magnetsysteme voraussetzt, ohne daß es bisher gelungen wäre, die Verzerrungen des Magnetfeldes in den Griff zu bekommen, die sich mit zunehmendem Verbrauch des Targetmaterials ändern.These measures can consist, for example, of the target very much train thin, so that a sufficient Number of magnetic field lines can penetrate the target. However, such a measure requires frequent target renewal in advance. Another possibility is to use the device in the magnetic To operate the saturation range of the target material, which, however, is extremely strong Magnet systems presupposes, without having succeeded so far, the distortions of the Get a grip on the magnetic field, which changes with increasing consumption of the target material change.

Weiterhin ist es möglich, das Targetmaterial auf eine Temperatur oberhalb des spezifischen Curie-Punktes zu erhitzen, so daß die magnetischen Feldlinien auch dickere Targetplatten durchdringen können. Die Curie-Temperaturen liegen je nach Targetmaterial zwischen etwa 400 und 1100 "C, so daß erhebliche thermische Probleme mit einer solchen Lösung verbunden sind.It is also possible, the target material to a temperature above of the specific Curie point so that the magnetic field lines also can penetrate thicker target plates. The Curie temperatures vary depending on the Target material between about 400 and 1100 "C, so that there are significant thermal problems associated with such a solution.

Es ist dabei auch bekannt, den Austritt der Feldlinien durch Nuten in der Targetflä.che zu erleichtern (US-PS 4 299 578). Eine Unterteilung der Katodenvorderseite in Target und Pol schuhe durch Luftspalte ist jedoch nicht vorgesehen, so daß die Wirkung begrenzt und auf die Unterstützung durch Temperaturerhöhung angewiesen ist.It is also known that the field lines exit through grooves to facilitate in the target area (US Pat. No. 4,299,578). A subdivision of the cathode front In target and pole shoes through air gaps, however, is not provided, so that the Effect limited and dependent on the support of a rise in temperature.

Durch die US-PS 4 198 283 ist eine Magnetronkatode bekannt, bei der das aus mehreren Teilstücken bestehende Target zwischen weichmagnetischen Polschuhen einaespannt ist. Dadurch ist im wesentlichen die Bedingung erfüllt, daß sich die Projektionen von Targets und Polfläche in eine gemeinsame, zur Zerstäubungsfläche parallele Ebene nicht überschneiden. Durch die Art der Einspannung wird jeglicher Luftspalt parallel zu der genannten Ebene vermieden. Dadurch ist die Verwendung von Targets aus ferromagnetischen Werkstoffen ausgeschlossen, weil nämlich in einem solchen Fall die magnetischen Feldlinien aus den Polschuhen in Querrichtung in das Target eintreten würden, so daß es nicht mehr zur Ausbildung eines magnetischen Tunnels bzw. des Magnetroneffekts kommt.From US-PS 4,198,283 a magnetron cathode is known in which the target consisting of several pieces between soft magnetic pole pieces is restrained. This essentially fulfills the condition that the Projections of targets and pole face in a common, to the sputtering surface do not intersect parallel plane. The type of restraint makes everyone Avoided air gap parallel to said plane. This is the use excluded from targets made of ferromagnetic materials, because in one In such a case, the magnetic field lines from the pole pieces in the transverse direction into the Target would occur so that it no longer leads to the formation of a magnetic tunnel or the magnetron effect.

Bei einer durch die DE-PS 30 12 935 bekannten Magnetronkatode liegen die Magnetpole entgegengesetzter Polarität zwischen gemeinsamen Ebenen und haben dabei jeweils einen endlosen, in sich geschlossenen länglich-runden Verlauf, der als konzentrisch bezeichnet werden kann.In a known from DE-PS 30 12 935 magnetron cathode lie the magnetic poles have opposite polarity between common planes and in each case an endless, self-contained elongated-round course, the can be called concentric.

Die Magnetfeldlinien zwischen den inneren und den äußeren Polen durchdringen dabei den Abstand zwischen di.esen Polen. Innerhalb dieses Abstandes ist ein geometrisch ähnliches, d.h. länglich-rundes Target aus dem zu zerstäubenden Werkstoff angeordnet. Diese Anordnung ist Jedoch ausschließlich für die ersäubung nic.t-Terromagnetischen Materials geeigne.The magnetic field lines penetrate between the inner and outer poles the distance between these two poles. Within this distance there is a geometric similar, i.e. elongated-round target made of the material to be sputtered. However, this arrangement is only used for the non-terromagnetic scavenging Materials suitable.

Die DE-PS 30 2 935 beschreibt auch die Möglicnkeiten zur Zerstäubung ferromagnetischer Targets mit der Maßgabe, dab durch weitere Magnetvorrichtungen ein zweites Magnetfeld erzeugt wird. Dieses zweite Magnetfeld soll bezüglich des ersten Magnetfeldes und der Zerstäubungsfläche so verlaufen, daß die Neigung des ersten Magnetfeldes wesentlich reduziert wird, die magnetischpermeable Zerstäubungsfläche zu durchdringen.DE-PS 30 2 935 also describes the possibilities for atomization ferromagnetic targets with the proviso that by further magnetic devices a second magnetic field is generated. This second magnetic field should with respect to the first magnetic field and the atomizing surface extend so that the inclination of the first magnetic field is significantly reduced, the magnetically permeable atomization surface to penetrate.

Diese Anordnung ist im Hinblick auf das zusätzlich benötigte Magnetsystem sehr aufwendig. Hinzu kommt, daß der Ausnutzungsgrad des plattenförmigen Targetmaterials extrem schlecht wäre, so daß die bekannte Lösung für ferromagnetisches Targetmaterial in Stangen- oder Stabform vorgesehen ist.This arrangement is with regard to the additionally required magnet system very expensive. In addition, the degree of utilization of the plate-shaped target material would be extremely bad, so the known solution for ferromagnetic target material is provided in rod or rod form.

Die nicht vorveröffentlichte DE-OS 33 16 640 offenbart eine Magnetronkatode, bei der der eine Magnetpol hinter dem aus magnetischem Werkstoff bestehenden zentralen Teil des Targets angeordnet ist. Dieser zentrale Teil ist unter Belassung eines Luftspalts von einem peripheren Targetteil umgeben, das in gewissem Umfange die Funktion von Polschuhen hat. Soweit der periphere Targetteil räumlich vor dem zentralen Targetteil liegt, stehen sich im Luftraum vor dem zentralen Targetteil gleichnahmige Magnetpole gegenüber, so daß sich kein den zentralen Teil übergreifender geschlossener Tunnel aus Magnetfeldlinien ausbilden kann. Die Magnetfeldlinien können daher nur im Bereich des einen umlaufenden Luftspalts vom peripheren Target teil in den zentralen Targetteil eintreten, wobei die maximale Zerszäubungswirkung ausgerechnet im Bereich des LuZts3alfs auftritt, in dessen Umgebung sich verhältnismäßig wenig Zerstäubungsmaterial befindet. Es muß sogar durch besondere Maßnahmen da-Tür Sorge getragen werden, daß nicht vom Boden des Luftspalts Material zerstäubt wird, das im Falle eines nicht-kompatiblen Werkstoffs die niedergeschlagenen Schichten verunreinigen würde. Mit einer derartigen Lösung kann im wesentlichen nur Material in unmittelbarer Nachbarschaft des Luftspalts zerstäubt werden, so daß der Materialausnutzungsgrad sehr gering ist. Die für eine flächige Abtragung des Targetmaterials schädliche, im Bereich des einzigen Luftspalts örtlich hohe Magnetfeldkonzentration wird durch unmittelbare Ankopplung der Targetteile an die Magnetpole über hochpermeable Bauteile sogar noch verstärkt.The unpublished DE-OS 33 16 640 discloses a magnetron cathode, in which the one magnetic pole behind the central one made of magnetic material Part of the target is arranged. This central part is leaving one Air gap surrounded by a peripheral target part, which to a certain extent the Function of pole pieces. So much for the peripheral part of the target spatially in front of the central part Target part is located in the air space in front of the central Target part of the same name Magnetic poles opposite, so that no closed over the central part Can form tunnels from magnetic field lines. The magnetic field lines can therefore only in the area of a circumferential air gap from the peripheral target part in the central Target part enter, with the maximum atomizing effect calculated in the area of the LuZts3alfs occurs, in the vicinity of which there is relatively little atomizing material is located. Special measures must even be taken to ensure that material is not atomized from the bottom of the air gap, which in the case of a non-compatible Material would contaminate the deposited layers. With such a Solution can essentially only material in the immediate vicinity of the air gap are atomized, so that the material utilization rate is very low. The one for one planar removal of the target material is harmful, in the area of the single air gap Locally high magnetic field concentration is achieved through direct coupling of the target parts to the magnetic poles even more strongly via highly permeable components.

Durch die DE-OS 32 44 691 ist eine Magnetronkatode der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei der die Permanentmagnete auf einer Ebene angeordnet sind, die entweder durch die Zerstäubungsfläche des Targets gebildet wird oder in der die Zerstäubungsfläche zu Beginn des ersten Zerstäubungsvorganges liegt. Bei einer Variante dieses Prinzips liegen die Permanentmagnete in einer Ebene, in der sich die Targetrückseite befindet. In allen Fällen befinden sich die Permanentmagnete in einer Zone höchster thermischer Belastung. Da speziell die heutigen Hochleistungs-Magnetwerkstoffe bereits in einem mit Magnetronkatoden leicht erreichbaren Temperaturbereich zwischen 150 und 200 OC ihre magnetischen Eigenschaften verlieren, wird in der bekannten Schrift angegeben, daß die beschriebene Anordnung äußerst wirksam zu kühlen ist. Da die Permanentmagnete im Hinblick auf die vorgeschriebene Magnetisierungsrichtung eine bestimmte axiale Länge von etwa 8 bis 10 mm nicht unterschreiten können, andererseits aber das Zerstäuben des Magnetwerkstoffs selbst oder seitlich davon angebrachter nicht-ferromagnetischer Blöcke unedingt unterbleiben muß, dürfen die an dieser Stelle vorhandenen Luftspalte eine Spaltweite von etwa 1 bis 2 mm nicht überschreiten. Die Kleinhaltung dieser Luftspalte ist aber im Hinblick auf die notwendige Länge der Permanentmagnete nur dadurch möglich, daß die Polschuhe an ihren Innenkanten mit kragenförmigen Fortsätzen versehen sind. Die an den Kragenenden austretenden Feldlinien werden auf einem sehr kurzen Wege in das Targetmaterial gelenkt, aus dem sie,.dem Weg des geringsten Widerstandes folgend, wieder in die Gegenpole der Permanentmagnete eintreten, da das ferromagnetische Target, die ferromagnetische Stützplatte und die Permanentmagnete ohne Luftspalte direkt aufeinander sitzen.DE-OS 32 44 691 a magnetron cathode is the one described above Type known in which the permanent magnets are arranged on a plane, the is either formed by the sputtering surface of the target or in which the Atomization surface is at the beginning of the first atomization process. In one variant According to this principle, the permanent magnets lie in a plane in which the target back is located is located. In all cases the permanent magnets are in a zone of the highest thermal load. Since today's high-performance magnetic materials in particular already in a temperature range between 150 and 200 OC lose their magnetic properties, is in the known document indicated that the arrangement described is extremely effective in cooling. Since the Permanent magnets with regard to the prescribed direction of magnetization a cannot fall below a certain axial length of about 8 to 10 mm, on the other hand but the atomization of the magnetic material itself or attached to the side of it non-ferromagnetic blocks must be avoided at this point Existing air gaps do not exceed a gap width of about 1 to 2 mm. Keeping these air gaps small is, however, with a view to the necessary length the permanent magnets only possible because the pole pieces are at their inner edges are provided with collar-shaped extensions. The ones emerging at the collar ends Field lines are deflected into the target material over a very short path which they, following the path of least resistance, back to the opposite poles of the Permanent magnets occur as the ferromagnetic target, the ferromagnetic The support plate and the permanent magnets sit directly on top of one another without any air gaps.

Die Folge ist eine enge Begrenzung der "magnetischen Falle" so daß anstelle einer an sich wünschenswerten flächigen Abtragung des Targetmaterials zwei grabenförmige Erosionszonen unterhalb der Kragenränder die Folge sind. Durch die Anordnung der Kragen verteuert. sich der Herstellprozeß wesentlich, was insofern von Nachteil ist, als die Polschuhe selbst am Zerstäubungsprozeß teilnehmen, so daß nur eine geringe Standzeit die Folge ist. The result is a narrow limitation of the "magnetic trap" so that instead of a planar ablation of the target material, which is desirable per se, two trench-shaped erosion zones the result below the collar edges are. More expensive due to the arrangement of the collar. the manufacturing process is essential, which is disadvantageous in that the pole shoes themselves take part in the atomization process, so that only a short service life is the result.

Einerseits sind Magnetronkatoden wegen ihrer hohen spezifischen Zerstäubungsleistung sehr beliebt, andererseits ist der Ausnutzungsgrad des Targetmaterials aufgrund des Magnetron-Prinzips sehr schlecht. Das Plasma erzeugt nämlich insbesondere im Kulminationsbereich der magnetischen Feldlinien tiefe Erosionsgräben, die das Target wrzeítig unbrauchbar werden lassen. Män hat bereits auf Abhilfe durch Verbreiterung der Erisionsv gräben gesonnen: Durch die DE-PS 25 56 607 ist es bekannt, den Verlauf der Magnetfeldlinién durch Oberlagerung eines zweiten oszillierenden Magnetfeldes periodisch zu:ver lagern. Durch die DE-OS 27 07 144 ist es zum gleichen Zwecke bekannt geworden, das Magnetsystem parallel zur Zerstäubungsfläche periodisch zu verschieben. Schließlich ist es durch die DE-OS 30 04 546 zur Verbesserung des Ausnutzungs grades des Targetwerkstoffs bereits bekannt, bei einer rotationssymmetrischen Magentronkatode zusätzlich zu dem Hauptmagnetsystem noch mehrere Hilfsmagnetsysteme anzuordnenl durch die die nach außen abnehmende Dichte der Feldlinien des Hauptmagnetsystems kompensiert werden soll. Sämtliche zuvor beschriebenen Maßnahmen sind jedoch nur bei Targets aus nicht-ferro.On the one hand there are magnetron cathodes because of their high specific sputtering power very popular, on the other hand the degree of utilization of the target material is due to of the magnetron principle is very bad. Namely, the plasma generates in particular The culmination area of the magnetic field lines is deep erosion trenches that form the target Let it become temporarily unusable. Man already has to remedy this by widening der Erisionsv trenches minded: From DE-PS 25 56 607 it is known the course the Magnetfeldlinién by superimposing a second oscillating magnetic field periodically to: relocate. From DE-OS 27 07 144 it is known for the same purpose have become to move the magnet system periodically parallel to the atomizing surface. Finally, it is through DE-OS 30 04 546 to improve the degree of utilization of the target material is already known in the case of a rotationally symmetrical magentron cathode to arrange several auxiliary magnet systems in addition to the main magnet system by the outwardly decreasing density of the field lines of the main magnet system should be compensated. However, all of the measures described above are only for non-ferrous targets.

magnetischen Werkstoffen brauchbar, da bei ferromagnetischen Werkstoffen die Magnetfeldlinien das Material von Targets mit wirtsthaftlich hinreichender Dicke nicht durchdringen können.Magnetic materials can be used because they are ferromagnetic materials the magnetic field lines the material of targets with economically sufficient thickness cannot penetrate.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Magnetronkatode der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern, daß mit ihr ferromagnetische Targetwerkstoffe wirtschaftlich, d.h. mit hoher spezifischer Zerstäubungsleistung und bei hoher Materialausnutzung zerstäubt werden können.The invention is therefore based on the object of a magnetron cathode of the type described above to improve that with her ferromagnetic Target materials economical, i.e. with a high specific atomization performance and can be atomized with high material utilization.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Magnetronkatode erfindungsgemäß dadurch, daß die Pol schuhe durch je einen Abstand "S", in dem sich ein nicht ferromagnetisches Medium befindet, von den Magnetpolen getrennt sind, daß die Magnetpole in einem Bereich liegen, der sich in an sich bekannter Weise von einer durch die Zerstäubungsfläche des Targets gehenden Ebene in Tiefenrichtung der Anordnung erstreckt und daß zwischen den Polschuhen und dem Target einerseits und den Magnetpolen andererseits ein wärmeleitender Metallkörper angeordnet ist, der mit mindestens einem Kühimittelkanal in Verbindung steht und aus einem nicht-ferromagn.etischen Werkstoff besteht.The task at hand is achieved with the one described at the beginning Magnetron cathode according to the invention in that the pole shoes each by a distance "S", in which there is a non-ferromagnetic medium, from the magnetic poles are separated that the magnetic poles are in a range that is known per se Way from a plane passing through the sputtering surface of the target in the depth direction the arrangement extends and that between the pole pieces and the target on the one hand and on the other hand, a thermally conductive metal body is arranged on the magnetic poles, which is connected to at least one coolant channel and consists of a non-ferromagnetic Material.

Der Abstand S" ist nicht unbedingt der Gesamtabstand zwischen der Unterseite der Pol schuhe und den Magnetpolen (in diesem Gesamtabstand können sich beispielsweise zum Teil ferromagnetische Fließführungskörper befinden), sondern ein außerhalb ferromagnetischer Werkstoffe befindlicher "Spalt".The distance S "is not necessarily the total distance between the Underside of the pole shoes and the magnetic poles (in this total distance For example, some ferromagnetic flow control bodies are located), but a "gap" outside of ferromagnetic materials.

Hierbei ist von Bedeutung, daß zwischen den einander gegenüberliegenden Austrittsflächen der Polschuhe und dem Target zwei Luftspalte gebildet werden, die sich in Tiefenrichtung der Anordnung erstrecken. It is important that between the opposite Exit surfaces of the pole pieces and the target two air gaps are formed which extend in the depth direction of the arrangement.

Dabei ist das Target gegenüber den Pol schuhen in Tie.fenrichtung zurückgesetzt angeordnet, so daß der überwiegende Teil der Magnetfeldlinien über der Zerstäubungsfläche aus den Polschuhen austritt. Diese Maßnahme ist in unmittelbarem Zusammenhang mit der Maßnahme im Oberbegriff zu sehen, daß sich die Projektionen der Magnetpole und des Targets in einer zur Zerstäubungsfläche parallelen Ebene nicht überschneiden, so daß auch an dieser Stelle Luftspalte gebildet werden. The target is opposite the pole shoes in the deep direction set back so that the predominant part of the magnetic field lines emerges from the pole pieces via the atomization surface. This measure is imminent Relation to the measure in the generic term to see that the projections the magnetic poles and the target in a plane parallel to the sputtering surface do not overlap, so that air gaps are also formed at this point.

Von Bedeutung ist hierbei gleichfalls, daß sich im Gegensatz zur DE-OS 33 16 640 - im Luftraum vor dem ringförmigen Target bzw. vor den beiden Luftspalten entgegengesetzte Magnetpole gegenüberliegen, so daß die Magnetfeldlinien auch eine "Brücke" über das Target bilden können. Es ist also nicht so, und dies steht im Gegensatz zur DE-OS 32 44 691, daß die Magnetfeldlinien auf einem relativ kurzen Wege jenseits des jeweils überbrückten Luftspalts wieder in das Target eintreten, aus dem sie mit geringem magnetischen Widerstand wieder in die Gegenpole der Permanentmagnete fliessen. Vielmehr wird dieser Weg mit einem möglichst hohen magnetischen Widerstand ausgestattet, indem das Target und die Magnetpole so angeordnet sind, daß sich ihre Projektionsflächen in einer zur Zerstäubungsfläche parallelen Ebene nicht über schneiden, sondern in besonders vorteilhafter Ausführung sogar mit Abständen x" ineinander liegen und daß keine magnetische hochleitfähige Verbindung zwischen Target und Magneten besteht.It is also important here that, in contrast to DE-OS 33 16 640 - in the air space in front of the ring-shaped target or in front of the two air gaps opposite magnetic poles are opposite, so that the magnetic field lines also have one Can form a "bridge" over the target. So it is not so, and it is in the In contrast to DE-OS 32 44 691, that the magnetic field lines on a relatively short Paths beyond the bridged air gap re-enter the target, from which they return to the opposite poles of the permanent magnets with a low magnetic resistance flow. Rather, this path is with the highest possible magnetic resistance equipped by the target and the magnetic poles are arranged so that their Do not over-intersect projection surfaces in a plane parallel to the atomizing surface, but in a particularly advantageous embodiment even with spacings x ″ inside one another and that there is no magnetic, highly conductive connection between the target and the magnet consists.

Der Abstand "S" zwischen den Polschuhen und den Magnetpolen erfüllt in der erfindungsgemäßen Anordnung zwei sehr wichtige Funktionen.The distance "S" between the pole pieces and the magnetic poles is met two very important functions in the arrangement according to the invention.

1. bewirkt er die thermische Entkopplung der hitzeempfindlichen Permanentmagnete vom heißen Sputtertarget und ermöglicht dadurch sehr hohe Leistungsdichten und dadurch wiederum sehr hohe Sputterraten.1. it causes the thermal decoupling of the heat-sensitive permanent magnets from the hot sputter target and thus enables very high power densities and thereby again very high sputter rates.

2. wirkt er als Luftspalt, und zwar auch dann, wenn der Abstand "S" ganz oder teilweise mit einem nichtferromagnetischen Medium wie beispielsweise Kupfer, ausgefüllt sein sollte. Dadurch tritt nicht der gesamte magnetische Fluß in die Polschuhe ein, sondern es entsteht eine Streuwirkung. Ein Teil der magnetischen Feldlinien tritt in die Pol schuhe ein, ein weiterer Teil in die Seitenflächen des Targets. Dies hat folgenden Effekt: Durch die relative Dimensionierung der in Tiefenrichtung und in Querrichtung angeordneten Luftspalte läßt sich der Anteil des durch das Target verlaufenden magnetischen Flusses zu dem Anteil des über das Target verlaufenden Flusses ("Brücke") variieren. Dies hat wiederum einen unmittelbaren Einfluß auf die geometrische Form der magnetischen Feldlinien und damit der Plasmafalle sowie der flächenmäßigen Verteilung des Targetverbrauchs. Wie noch anhand der Detail beschreibung näher aufgezeigt werden wird, lassen sich die Verhältnisse leicht optimieren, so daß die Zerstäubungsfläche auch bei fortschreitendem Verbrauch des Targetmaterials angenähert eben bleibt, so daß eine den Stand der Technik weit übertreffende Targetausnutzung von über 50 % die Folge ist.2. it acts as an air gap, even if the distance "S" completely or partially with a non-ferromagnetic medium such as copper, should be filled out. As a result, not all of the magnetic flux enters the Pole shoes a, but it creates a scattering effect. Part of the magnetic Field lines enter the pole shoes, another part in the side surfaces of the Targets. This has the following effect: Due to the relative dimensioning in the depth direction and air gaps arranged in the transverse direction, the proportion of the through the target running magnetic flux to the proportion of the running over the target River ("bridge") vary. This in turn has an immediate impact on the geometric shape of the magnetic field lines and thus the plasma trap as well the areal distribution of target consumption. As in the detailed description will be shown in more detail, the ratios can easily be optimized, see above that the sputtering surface even with progressive consumption of the target material remains approximately flat, so that a target utilization that far surpasses the state of the art of over 50% is the result.

Durch die Unterbringung der Magnetpole in Tiefenrichtung der Anordnung hinter der Zerstäubungsfläche des Targets, insbesondere durch die Unterbringung der Magnetpole hinter dem wärmeleitenden Metall körper, auf dessen Vorderseite sich Target und Pol schuhe befinden, wird erreicht, daß das Magnetsystem nicht nur nicht im Bereich hoher thermischer Belastung angeordnet ist, sondern sogar durch einfache Maßnahmen sehr viel intensiver gekühlt werden kann. Dadurch werden der Auswahl magnetischer Werkstoffe keine Grenzen gesetzt. By accommodating the magnetic poles in the depth direction of the arrangement behind the sputtering surface of the target, in particular through the placement the magnetic pole behind the thermally conductive metal body, on the front of which is located Target and pole shoes are located, it is achieved that the magnet system not only not is arranged in the area of high thermal load, but even by simple Measures can be cooled much more intensively. This will be the There are no limits to the choice of magnetic materials.

Weiterhin ist es nicht erforderlich, die Polschuhe im Hinblick auf die Tiefenerstreckung der Permanentmagnete mit Kragen zu versehen, so daß sich die Herstellung der Pol schuhe durch Heaustrennen aus einem plattenförmigen Werkstoff entsprechend billig gestaltet. Dadurch entfällt gleichzeitig die unerwünschte Leitwirkung der kragenförmigen Vorsprünge auf den magnetischen Fluß.Furthermore, it is not necessary to have the pole pieces in view to provide the depth extension of the permanent magnets with a collar so that the Manufacture of the pole shoes by heat cutting from a plate-shaped material designed accordingly cheap. This simultaneously eliminates the undesirable guiding effect the collar-shaped projections on the magnetic flux.

Mittels der erfindungsgemäßen Magnetronkatode lassen sich dicke Targets aus ferromagnetischen Werkstoffen zerstäuben. Diese Möglichkeit ist insbesondere deswegen gegeben, weil eine magnetische Sättigung des Targetmaterials nicht erforderlich ist, Damit verbunden ist eine extrem große Standzeit der Magnetronkatode bis zum Targetwechsel. Dennoch ist eine hohe Zerstäubungsgeschwindigkeit möglich, wie diese bei dicken ferromagnetischen Targets ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht möglich wäre.The magnetron cathode according to the invention can be used to create thick targets atomize from ferromagnetic materials. This possibility is particular given because magnetic saturation of the target material is not required This is associated with an extremely long service life of the magnetron cathode up to Target change. However, a high rate of atomization is possible like this in the case of thick ferromagnetic targets without using the device according to the invention would not be possible.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen beschrieben und in der Detailbeschreibung näher erläutert.Further advantageous configurations of the subject matter of the invention are described in the subclaims and explained in more detail in the detailed description.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 11 näher erläutert.Embodiments of the subject matter of the invention are given below explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 11.

Es zeigen: Figur 1 einen schematischen Axialschnitt durch die wesentlichen Teile des Magnetrons, Figuren 2 und 3 Draufs-ichten auf verschiedene Formen des Magnetrons und ihre Variationsmöglichketten, Figur 4 einen Axialschnitt analog Figur 1, jedoch in Vereinigung mit weiteren Bauteilen, d.h. ein spezielles Ausführungsbeispiel, Figur 5 einen schematischen Axialschnitt analog der linken Hälfte von Figur 1 durch ein Magnetron mit einer Variante, bei der die Magnetpole die Polschuhe außen umgeben, Figur 6 einen schematischen Axialschnitt analog Figur 5, jedoch mit negativer Oberlappúng "d", und Figur 7 einen schematischen Axialschnitt analog Figur 6, jedoch mit umgekehrter Anordnung von Permanentmagneten Figur 8 einen Axialschnitt durch eine Variante des des Magnetrons nach Figur 4, bei dem der wärmeleitende Metall körper zwischen dem Target und dem Magnetsystem als ebene Platte ausgeführt ist, Figur 9 einen Teilausschnitt aus der linken Hälfte von Figur 8 in vergrößertem Maßstab zusammen mit einem Diagramm, in dem die Horizontal komponente (Hx) der magnetischen Feldstärke im Abstand von von 2 mm über der .Polschuhoberfläche dargestellt ist, und zwar in Zuordnung zu den radialen Abmessungen des Magnetrons, Figur 10 eine Darstellung analog Figur 9, jedoch mit einem eingezeichneten "Erosionsprofil" (= gestrichelte Linie), und Figur 11 die Betriebskennlinie des Magnetrons nach Figur 8.Show it: Figure 1 is a schematic axial section through the essential parts of the magnetron, Figures 2 and 3 plan views on different Shapes of the magnetron and their possible variations, FIG. 4 shows an axial section analogous to Figure 1, but in combination with other components, i.e. a special one Embodiment, Figure 5 is a schematic axial section analogous to the left Half of Figure 1 by a magnetron with a variant in which the magnetic poles surround the pole shoes on the outside, FIG. 6 shows a schematic axial section analogous to FIG 5, but with a negative overlay "d", and FIG. 7 shows a schematic axial section analogous to FIG. 6, but with the reversed arrangement of permanent magnets in FIG. 8 Axial section through a variant of the magnetron according to FIG. 4, in which the thermally conductive Metal body designed as a flat plate between the target and the magnet system is, FIG. 9 shows a partial section from the left half of FIG 8 on an enlarged scale together with a diagram in which the horizontal component (Hx) the magnetic field strength at a distance of 2 mm above the pole shoe surface is shown, in association with the radial dimensions of the magnetron, FIG. 10 shows a representation analogous to FIG. 9, but with an "erosion profile" drawn in. (= dashed line), and FIG. 11 shows the operating characteristic of the magnetron according to FIG 8th.

In Figur 1 ist eine Magnetronkatode mit einem Katodengrundkörper 1. dargestellt, dessen wesentlicher Teil. ein Magnetsystem 2 ist. Unter dem Ausdruck "Katodengrundkörper'' ist derjenige Teil der Katode zu verstehen, der eine tragende Funktion für die. übrigen Bauteile hat und mit dem die Katode innerhalb einer nicht gezeigten Vakuumkammer befestigt ist. Das Magnetsystem besteht aus einer definierten Anordnung von Permanentmagneten 3 und 4, die. auf ihrer Rückseite ohne Zwischenschaltung eines Luftspalts mit einem Magnetjoch 5 verbunden sind. Die Magnetisierungsrichtung ist durch die Pfeile in den Permanentmagneten angedeutet, und es ist erkennbar, daß die Permanentmagnete 3 und 4 eine zueinander entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufweisen, die in Richtung der Schenkel 5a und Sb des Magnetjochs 5 verläuft. Dadurch werden Magnetpole 3a und 4a gebildet, die in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.FIG. 1 shows a magnetron cathode with a cathode base body 1. shown, its essential part. a magnet system 2 is. Under the expression "Cathode base body" is to be understood as that part of the cathode, the one bearing Function for the. has other components and with which the cathode does not shown vacuum chamber is attached. The magnet system consists of a defined Arrangement of permanent magnets 3 and 4, the. on their back without interposition of an air gap are connected to a magnet yoke 5. The direction of magnetization is indicated by the arrows in the permanent magnets, and it can be seen that the permanent magnets 3 and 4 have opposite directions of magnetization which runs in the direction of the legs 5a and Sb of the magnetic yoke 5. Through this magnetic poles 3a and 4a are formed, which run in a common plane.

Die Permanentmagnete 3 bilden dabei ein auf dem Umfang zusammenhängendes System, das bevorzugt aus einzelnen Permanentmagneten zusammengesetzt sein kann. Die Permanentmagnete 3 liegen bei einem rotationssymmetrischen Syst-em, dessen Achse A-A bezeichnet istlin dichter Aneinanderreihung auf dem Umfang einer Kreisringfläche, die durch die Oberseite des Schenkels 5a gebildet wird.The permanent magnets 3 form a cohesive one on the circumference System that can preferably be composed of individual permanent magnets. The permanent magnets 3 are in a rotationally symmetrical system, the axis of which A-A denotes in close succession on the circumference of a circular ring surface, which is formed by the top of the leg 5a.

Es wird anhand der Figuren 2 und 3 noch aufgezeigt werden, daß die Erfindung nicht auf ein rotationssymmetrisches System beschränkt ist, sondern auch bei sogenannten ovalen oder Rechteckkatoden angewandt werden kann. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden jedoch die nachfolgenden Erläuterungen anhand eines rotationssymmetrischen Systems gegeben.It will be shown with reference to Figures 2 and 3 that the Invention is not limited to a rotationally symmetrical system, but also can be used with so-called oval or rectangular cathodes. For simplification However, the description is based on the following explanations on the basis of a rotationally symmetrical System given.

Das Magnetjoch 5 hat im Querschnitt die Form eines.The magnet yoke 5 has the shape of a in cross section.

"E", ist jedoch topfförmig ausgebildet. Auf der oberen Stirnfläche des Schenkels 5b ruht de.r Permanentmagnet 4, der aus einem Stück i-n Form- eines gedrungenen Zylinders bestehen kann. (Bei einer langgestreckten Ausführung gemäß Figur 2 kann jedoch. auch der innere Permanentmagnet 4 aus mehreren Teilstücken identischer Magnetisierungsrichtung zusammengesetzt sein)."E", however, is pot-shaped. On the upper face of the leg 5b rests de.r permanent magnet 4, which consists of a piece i-n shape one squat cylinder can exist. (In the case of an elongated version according to Figure 2 can, however. also the inner permanent magnet 4 from several parts identical magnetization direction).

Auf die angegebene Weise bilden die. Magnetpole 3a und 4a eine auf dem Umfang zusammenhängende Anordnung, die im Fall von Figur 1 konzentrisch ausgebildet ist. Es liegen sich also innen und außen Macnetpole entgegengesetzter Polarität gegenüber, wobei im Falle der Abwesenheit ferromagnetischer Werkstoffe in der Nähe der Magnetpole Feldlinien senkrecht aus dem einen Magnetpol austreten und nach Durchlaufen einer bogenförmigen Bahn in den jeweils anderen Magnetpol wieder eintreten. Eine solche Feldlinse ist in Figur 1, rechts, dargestellt und mit "M" bezeichnet. Bei Anwesenheit von ferromagnetischen Werkstoffen im Bereich der Magnetpole sind die Verhältnisse jedoch grundlegend anders.In the manner indicated, the. Magnetic poles 3a and 4a have one the circumference contiguous arrangement, which in the case of Figure 1 is concentric is. So there are Macnet poles of opposite polarity inside and outside opposite, being close in the case of the absence of ferromagnetic materials of the magnetic pole field lines emerge vertically from one magnetic pole and after passing through it re-enter an arcuate path in the other magnetic pole. One Such a field lens is shown in FIG. 1, on the right, and denoted by "M". at The presence of ferromagnetic materials in the area of the magnetic poles is the However, conditions are fundamentally different.

Zwischen den Permanentmagneten 3 und 4 bzw. den damit fluchtenden Schenkeln 5a und 5b liegt ein hohlzylindrischer Raum 6, der nach unten hin durch die obere Kreisringfläche 5c des Magnetjochs 5 gebildet wird. In diesem Raum 6 liegt unter Wahrung zweier seitlicher Abstände "x" ein ebenfalls kreisringförmiges Target 7, das auch aus Teilstücken zusammengesetzt sein kann. Aus Teilstücken zusammengesetzte Permanentmagnete und Targets werden in jedem Falle als "auf dem Umfang zusammenhängend" bezeichnet. Die zu Beschichtungszwecken wirksame Fläche des Targets 7 ist dessen nach oben bzw.. außen gerichtete Zerstäubungsfläche 7a.Between the permanent magnets 3 and 4 or those aligned with them Legs 5a and 5b is a hollow cylindrical space 6, which goes down through the upper circular ring surface 5c of the magnet yoke 5 is formed. In this room 6 lies while maintaining two lateral distances "x" a target which is also circular 7, that too can be composed of parts. From pieces Compound permanent magnets and targets are in each case called "on the Contiguous perimeter ". The area effective for coating purposes of the target 7 is its upwardly or outwardly directed atomization surface 7a.

Aufgrund der gewählten Anordnung bzw. der Einhaltung der Abstände "x" ist die Bedingung erfüllt, daß sich Magnetpole 3a und 4a sowie Target 7 in einer zur Zerstäubungsfläc.he. 7a parallelen Ebene nicht über schneiden, sondern mit. den genannten Abständen "x" inei nanderl iegen.Due to the chosen arrangement or compliance with the distances "x" the condition is met that magnetic poles 3a and 4a and target 7 are in one to the atomizing surface. 7a do not intersect parallel plane, but with. the mentioned distances "x" lie one inside the other.

Es ist im vorliegenden Falle wesentlich, daß das Target 7 aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht. Dies hätte ohne das Vorhandensein von magnetischen Polschuhen zur Folge, daß die magnetischen Feldlinien auf dem kürzest möglichen Wege in das Target 7 eindringen,. so daß über diesem nicht der oewunschte, von nicht-ferromagnetischen Targets her bekannte Feldlinienverlauf erzielt werden kann, wie er in Figur l,~rechts, durc.h die gestrichelte Linie "M" dargestellt ist. Damit äber kann sich ein sogenannter Magnetroneffekt nicht ausbilden, so daß auch nur die übliche, sehr niedrige Zerstäubungsrate erreicht würde, wie sie von sogenannten Dioden-Systemen her bekannt ist.It is essential in the present case that the target 7 from a ferromagnetic material. This would have happened without the presence of magnetic Pole shoes result in the magnetic field lines being as short as possible Ways to penetrate the target 7. so that above this not the desired, non-ferromagnetic Field lines known from targets can be achieved, as shown in Figure 1, ~ right, durc.h the dashed line "M" is shown. A so-called Do not develop the magnetron effect, so that only the usual, very low sputtering rate would be achieved, as it is known from so-called diode systems.

Erfindungsgemäß sind. nun den Magnetpolen 3a und 4a Pol schuhe 8 und 9 zugeordnet, deren Projektionsflächen in eine zur Zerstäubungsfläche 7a parallele Ebene eine Kreisringfläche bzw. eine Kreisfläche sind. Diese Polschuhe 8 und 9 bestehen zumindest teilweise, d.h. Are according to the invention. now the magnetic poles 3a and 4a pole shoes 8 and 9 assigned, their projection surfaces in one to the atomization surface 7a parallel plane are a circular ring surface or a circular surface. These pole pieces 8 and 9 consist at least in part, i.e.

an ihren nach oben bzw. außen gerichteten Oberflächen aus dem gleichen Material wie das Target 7, sind also ferromagnetisch. Die Polschuhe unterliegen nämlich - wenn auch geringfügig - einem Zerstäubungsvorgang im Bereich ihrer Austrittsflächen (Figur 10), so daß sich das Material der Polschuhe gleichfalls auf den Substraten niederschlägt. Durch die Materialidentität ist hiermit jedoch keineswegs ein Nachteil verbunden.on their upward and outward facing surfaces from the same Material like the target 7 are therefore ferromagnetic. The pole shoes are subject namely - albeit slightly - an atomization process in the area of their exit surfaces (Figure 10), so that the material of the pole shoes is also on the substrates precipitates. However, this is by no means a disadvantage due to the material identity tied together.

Im günstigsten Fall können Target und Pol schuhe aus ein und derselben Platte ferromagnetischen Materials hergestellt werden, beispielsweise durch Stanzen oder Ausbrennen, so daß eine optimale Material ausnutzung möglich ist. Mit dem Zerstäuben der Polschuhe ist jedoch im laufe der Zeit keine Verlagerung der Austrittsflächen verbunden. Es wurde nämlich beobachtet, daß die Zerstäubung der Austrittsflächen weitgehend dadurch kompensiert wird, daß vom Target abgestäubtes Material auf den Austrittsflächen der Pol schuhe niedergeschlagen wird, so daß ein Schutz der Pol schuhe durch ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Abstäuben und Aufstäuben eintritt.In the best case, the target and pole shoes can be made from one and the same Plate of ferromagnetic material are made, for example by punching or burning out, so that optimal use of the material is possible. With the atomization However, the pole piece is not a displacement of the exit surfaces over time tied together. It was observed that the atomization of the exit surfaces is largely compensated by the fact that material sputtered from the target onto the Exit surfaces of the pole shoes is deposited, so that a protection of the pole shoes occurs through a dynamic balance between dusting and dusting.

Die Anordnung der Pol schuhe 8 und 9 erfolgt in einem Abstand "s" zu den Magnetpolen 3a und 4a, so daß an dieser Stelle eine Eingriffsmöglichkeit für die magnetische Optimierung des Systems gegeben ist. Es hängt nämlich u.a. vom Verhältnis der Abstände x:s ab, welcher Anteil der Magnetfeldlinien von den Magnetpolen 3a bzw. 4a in das Target und welcher Anteil in die Pol schuhe 8 und 9 eintritt. Größenordnungsmäßig wird man x=s wählen, wobei beide Abstände im Bereich weniger Millimeter liegen. Vergrößert man den Abstand "s", so dringt ein größerer Anteil des insgesamt von den Permanentmagneten zur Verfügung gestellten magnetischen Flusses an den Rändern des Targets 7 in dieses ein. Verkleinert man hingegen den Abstand "s", so nimmt der Anteil des Flusses zu, der von den Polschuhen 8 und 9 geführt wird.The arrangement of the pole shoes 8 and 9 takes place at a distance "s" to the magnetic poles 3a and 4a, so that an intervention possibility at this point for the magnetic optimization of the system is given. It depends, among other things, on the Ratio of the distances x: s from what proportion of the magnetic field lines from the magnetic poles 3a or 4a in the target and what proportion in the pole shoes 8 and 9 occurs. In terms of magnitude, one will choose x = s, with both distances in the range less Millimeters. If the distance "s" is increased, a larger proportion penetrates of the total magnetic flux made available by the permanent magnets at the edges of the target 7 in this one. On the other hand, if you reduce the distance "s", the portion of the river that leads from the pole pieces 8 and 9 increases will.

Im vorliegenden Falle liegt die Zerstäubungsfläche 7a in der gleichen Ebene wie die Oberflächen der Magnetpole 3a und 4a. Es sind aber Abweichungen von dieser Lage möglich, die gleichfalls zu einer Optimierung des Systems benutzt werden können (Figuren 8 bis 10).In the present case, the atomization surface 7a is in the same Flat like the surfaces of the magnetic poles 3a and 4a. But there are deviations from This situation is possible, which can also be used to optimize the system can (Figures 8 to 10).

Unter Optimierung wird eine Auslegung des Systems im Hinblick auf eine möglichst große Zerstäubungsrate bei gleichzeitiger möglichst gleichförmiger Abtragung des Targetmaterials von der Zerstäubungsfläche 7a verstanden. Ob diese Forderungen erfüllt werden, läßt sich durch verhältnismäßig einfache Versuche feststellen: Man zerstäubt ein Target 7 über mehrere Stunden oder Tage und mißt dann die restliche Geometrie des Targets 7. Durch die vorstehend beschriebene Veränderung der Abstände "x" und "s" relativ zueinander ist eine Korrektur im aufgezeigten Sinne möglich.Optimization is a design of the system with a view to the greatest possible atomization rate while at the same time being as uniform as possible Understood removal of the target material from the sputtering surface 7a. If these Requirements are met can be determined by relatively simple tests: A target 7 is atomized over several hours or days and then the remaining is measured Geometry of the target 7. By changing the distances as described above "x" and "s" relative to one another can be corrected in the indicated sense.

Eine weitere Einflußgröße für die Optimierung des Systems ist das Maß der Oberlappung "d". Die Oberlapoung kann dabei positiv sein wie in Figur 1, links gezeigt, d.h. die Projektionsflächen auf eine gemeinsame, zur Zerstäubungsfläche 7a parallele Ebene überschneiden sich. Die Oberlappung kann aber auch d=0 sein, wie in Figur 1 rechts, gez.eigt; die Oberlappung "d" kann aber auch negativ sein, wie dies in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, d.h. die genannten Projektionsflächen überschneiden sich nicht nur nicht, sie halten auch Abstände voneinander ein. Der in den Figuren 6 und 7 gezeigte Fall einer negativen Oberlappung, selbst wenn sie nur ganz geringfügig ist, hat den Vorteil, daß das Target, welches sich wesentlich rascher verbraucht als die Polschuhe, ohne Demontage der Pol schuhe ausgewechselt werden kann, wodurch die Stillstandszeiten der Vorrichtung drastisch verkürzt werden.Another factor influencing the optimization of the system is that Dimension of the overlap "d". The upper lapoung can be positive as in Figure 1, shown on the left, i.e. the projection surfaces onto a common atomizing surface 7a parallel planes intersect. The overlap can also be d = 0, as in Figure 1 on the right, shown; the overlap "d" can also be negative, as shown in Figures 6 and 7, i.e. said projection surfaces Not only do they not overlap, they also keep a distance from one another. Of the case of negative overlap shown in Figures 6 and 7, even if they is only very slightly, has the advantage that the target, which themselves Consumed much faster than the pole pieces, without dismantling the pole pieces replaced can be, whereby the downtime of the device can be drastically reduced.

Aufgrund der in Figur 1 dargestellten Anordnung besitzen die Polschuhe 8 und 9 Austrittsflächen 10 und 11, die auf dem Umfang in sich geschlossen sind, und deren gedichte Erzeugende senkrecht zur Zerstäubungsfläche 7a verläuft. Der Verlauf der Austrtttsflächen auf ihrem Umfang ist zum Verlauf der Magnetpole und der Targetränder geometrisch ähnlich, d.h. die Abstände "'x" sowie das Maß der positiven oder negativen Oberlappung "d" sird~auf dem gesamten Umfang gleich. Weiterhin existieren auf jeder Seite der Achse A-A in Tiefenrichtung der Anordnung zwischen dem Target 7 und dem Pol schuh 8 einerseits sowie zwischen dem target 7 und dem Poischuh 9 die bes.chrviebenen zwei Luftspalte 12 und 13, durch die der magnetische Fluß gezwungen ist, zumindest teilweise aus den Astrittsflächen 10 und 11 auszutreten und den weiter oben beschriebenen Verlauf zu nehmen, Das Target 7 besitzt auf beiden Seiten der Zerstäubungsfläche 7a zwei zylindrische und daher umlaufende Seitenflächen 7b und 7c, die im allgemeinen den beschriebenen geoemtrtsch ähnlichen Verlauf haben, im Sonderfall gemäß Figur 1, rechts, in der Projektion auf eine zur Zerstäubungsfläche 7a parallele Ebene jedoch zu den Austrittsflächen 10 und 11 kongruent sind.Due to the arrangement shown in Figure 1, the pole shoes have 8 and 9 exit surfaces 10 and 11, which are self-contained on the circumference, and the dense generating line thereof runs perpendicular to the atomization surface 7a. Of the The course of the exit surfaces on their circumference is the course of the magnetic poles and the target margins are geometrically similar, i.e. the distances "'x" and the size of the positive ones or negative overlap "d" is ~ the same over the entire circumference. Still exist on either side of the axis A-A in the depth direction of the arrangement between the target 7 and the pole shoe 8 on the one hand and between the target 7 and the pole shoe 9 the bes.chrviebenen two air gaps 12 and 13 through which the magnetic flux is forced is to exit at least partially from the Astrittsflächen 10 and 11 and continue To take the course described above, the target 7 has on both sides of the Atomization surface 7a has two cylindrical and therefore circumferential side surfaces 7b and 7c, which generally follow the geoemtrically similar course described, in Special case according to FIG. 1, on the right, in the projection onto an atomizing surface 7a parallel plane, however, to the exit surfaces 10 and 11 are congruent.

Anhand von Figur 2 sind - in der Draufsicht auf die Zerstäubungsfläche des Targets 7 Ausschnitte aus Magnetronkatoden mit verschiedenen geometrischen Formen dargestellt. Die Target.breite ist dabei jeweils mit "B" durch einen Doppelpfeil angeaeben. In der linken Hälfte haben Target 7 und Pol schuhe 8 bzw. 9 eine positive Oberlappung "d" gemäß Figur 1, links und Figur 5. Infolgedessen sind die Seitenflächen 7b und 7c des Targets verdeckt und nur gestrichelt dargestellt. Im rechten Teil der Figur 2 liegt zwischen Target 7 und den Polschuhen 8 und 9 eine negative Oberlappung gemäß den Figuren 6 und 7 vor, so daß die Seitenflächen 7b und 7c ebenso sichtbar sind, wie die Austrittsflächen 10 und 11. Diese Art der Darstellung oilt auch für Figur 3.With reference to Figure 2 are - in the plan view of the atomization surface of the target 7 sections of magnetron cathodes with different geometric shapes shown. The target width is marked with "B" by a double arrow indicate. In the left half, target 7 and pole shoes 8 and 9, respectively, have a positive Overlap "d" according to Figure 1, left and Figure 5. As a result, the side surfaces 7b and 7c of the target covered and only shown in dashed lines. In the right part 2, there is a negative overlap between the target 7 and the pole pieces 8 and 9 6 and 7, so that the side surfaces 7b and 7c are also visible are like the exit surfaces 10 and 11. This type of representation also applies to Figure 3.

In Figur 2 ist oben und unten jeweils die Hälfte H1 und H2 einer Magnetronkatode nach Figur 1 dargestellt, d.h. die Vereinigung der beiden H-älften H1 und H2 führt zu einem rotationssymmetrischen Maonetron mit der gemeinsamen Achse A-A nach Figur 1. Setzt man zwischen die beiden Hälften H1 und H2 ein geradliniges Teil T ein, bei dem sämtliche Seitenflächen, Austrittsflächen und Luftspalte stufenlos in die entsprechenden Teile der rotationssymmetrischen Hälften einmünden, so ergibt sich eine langgestreckte Magnetronkatode nahezu beliebiger Längenabmessungen. Derartige Magnetronkatoden lassen sich mit Längen von etwa 4m herstellen, so daß mit ihnen auch die Beschichtung von gr98flächioen Substraten wie beispielsweise Architekturglas möglich ist. Der Verlauf des durch die Magnetfelder eingefangenen Plasmas entspricht dabei dem Verlauf des Targets 7, so daß für den geschlossenen Bereich, in dem sich das Plasma ausgebildet, auch der Begriff "Rennbahn" verwendet wird.In FIG. 2, half H1 and H2 of a magnetron cathode are at the top and bottom shown according to Figure 1, i.e. the union of the two halves H1 and H2 leads to a rotationally symmetrical Maonetron with the common axis A-A according to FIG 1. If a straight part T is inserted between the two halves H1 and H2, in which all side surfaces, exit surfaces and air gaps are steplessly into the corresponding parts of the rotationally symmetrical halves open, it results an elongated magnetron cathode of almost any length. Such Magnetron cathodes can be produced with lengths of about 4 m, so that with them also the coating of large substrates like for example Architectural glass is possible. The course of the trapped by the magnetic fields Plasma corresponds to the course of the target 7, so that for the closed Area in which the plasma is formed, also the term "racetrack" is used will.

Es ist jedoch nicht erforderlich, die Enden einer langgestreckten Maanetron-katode analog Figur 2 rotationssymmetrisch auszubilden, sondern man kann diese Enden auch rechteckig ausbildet, wie dies in- Figur 3 dargestellt ist.However, it is not necessary to have the ends of an elongated The Maanetron cathode should be designed to be rotationally symmetrical in the same way as in FIG. 2, but you can these ends are also rectangular, as shown in FIG.

In Figur 4 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, daß das M'agnetsystem 2, insbesondere die Permanentmagnete 3 und 4 mit Isolierstoffumhüllungen 14 und 15 umgeben ist, die eine Potentialtrennung zwischen Target 1 und Pol schuhen 8/9 einerseits und dem Katodengrundkörper 1 andererseits bewirken sol7en. Zwischen den Polschuhen 8 und 9 sowie dem Target 7 einerseits und den Magnetpolen 3a und 4a mit dem Magnetjoch 5 andererseits ist schließlich noch ein wärmeleitender Metallkörper 16 angeordnet, der mit einem Kühlmittel kanal 17 verbunden ist. Der Kühlmittelkanal 17 besteht aus einem bifilar gewundenen Vierkan-trohr, welches flächig auf den Metall körper 16 aufgelötet ist. Der Metallkörper ist - wie gezeichnet - im Querschnitt mäanderPörmia ausgebildet, so daß die weiter oben beschriebenen Abstände bzw. Luftspalte eingehalten werden. Unter "Luftspalte" werden auch solche Abstände innerhalb des Magnetsystems verstanden, die durch nicht-ferromagnetische Werkstoffe ausgefüllt sind, wie beispielsweise durch die Isolierstoffumhüllungen 14/15 und den Metallkörper 16, der beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder amagnetischem Stahl bestehen kann, Da sich das Target 7 sowie die Pol schuhe 8/9 auf einem relativ hohen Potential befinden und mit dem Metallkörper in elektrisch leitender Verbindung stehe-n, müssen die beiden Anschlußenden 17a und 17b des Kühlmittelkanals 17 mit entsprechendem Isolationsabstand durch den Katodengrundkörper 1 hindurchgeführt werden.In FIG. 4, the same parts as in FIG. 1 have the same reference numerals Mistake. It can be seen that the magnet system 2, in particular the permanent magnets 3 and 4 is surrounded by insulating sheaths 14 and 15, which provide electrical isolation between target 1 and pole shoes 8/9 on the one hand and the cathode base body 1 on the other hand should effect. Between the pole pieces 8 and 9 and the target 7 on the one hand and the magnetic poles 3a and 4a with the magnetic yoke 5 on the other hand is finally still a thermally conductive metal body 16 is arranged, the channel 17 with a coolant connected is. The coolant channel 17 consists of a bifilar wound four-channel tube, which is soldered flat onto the metal body 16. The metal body is - as drawn - meanderPörmia formed in cross-section, so that the further above described distances or air gaps are observed. Under "Air Gaps" will be also such distances within the Magnet system understood that are filled with non-ferromagnetic materials, such as by the Isolierstoffumhüllungen 14/15 and the metal body 16, for example from Aluminum, copper or non-magnetic steel can exist, since the target 7 as well the pole shoes 8/9 are at a relatively high potential and with the metal body are in an electrically conductive connection, the two connection ends 17a and 17b of the coolant channel 17 with a corresponding insulation distance through the cathode base body 1 can be passed through.

Das Target 7 wird zusammen mit dem etalikörper 16 und dem Kühlmittel kanal 17 durch mehrere auf den Umfang verteilt Zugschrauben 18 gegen den Katodengrundkörper 1 verspannt. Dies geschieht unter Zwischenschaltung einer Druckplatte 19, die gleichzeitig zum (nicht aezeigten) Anschluß für die Katodenspannung dient. Die erforderliche Spannungsisolierung erfolgt durch zwischengelegte Isoiierkorper 20 und 21. Zum Unterschied von Figur 1 besitzt das Target 7 auf seiner Rückseite mehrere Buchsen 7d, die je ein Gewinde für die Zugschrauben 18 tragen.The target 7 is together with the etalikkörpers 16 and the coolant channel 17 distributed over the circumference by several tension screws 18 against the cathode base body 1 braced. This is done with the interposition of a pressure plate 19, which at the same time serves to connect the cathode voltage (not shown). The required Voltage isolation is provided by interposed insulating bodies 20 and 21. The difference is of Figure 1, the target 7 has several sockets 7d on its rear side, each wear a thread for the lag screws 18.

Obwohl Target 7 und Polschuhe 8 bzw. 9 im allgemeinen auf dem gleichen Potential liegen (Katodenpotential), ist es möglich, zwischen Target einerseits und Polschuhen andererseits auch noch eine Potentialdifferenz (Relativspannung) vorzusehen. Zu diesem Zweck ist zwischen der Druckplatte 19, an die die Hauptversorgungsspannung gelegt ist, und den Polschuhen 8 bzw. 9 noch eine weitere SpannungWlle 22 angeordnet, die die gewünschte Potentialdifferenz zwischen 10 und 100 Volt, positiv oder negativ erzeugt. Es versteht sich, daß in diesem Fall Target 7 und Polschuhe 8/9 voneinander isoliert werden müssen.Although target 7 and pole pieces 8 and 9, respectively, are generally on the same Potential lie (cathode potential), it is possible between the target on the one hand and pole pieces on the other hand also a potential difference (relative voltage) to be provided. To this end, between the Pressure plate 19, on which the main supply voltage is applied, and the pole pieces 8 and 9 respectively further voltage wave 22 arranged, which the desired potential difference between Generated 10 and 100 volts, positive or negative. It goes without saying that in this case Target 7 and pole pieces 8/9 must be isolated from each other.

Dies kann auf einfache Weise durch Zwischenschaltung weiterer Isolierkörper geschehen, die an geeigneten Stellen auf dem Metall körper 16 aufliegen , die in Figur 4 nicht gesondert angedeutet sind.This can be done in a simple manner by interposing additional insulating bodies happen that rest in suitable places on the metal body 16, which in Figure 4 are not indicated separately.

Figur 5 zeigt in ausgezogenen Linien eine Anordnung, die mit derjenigen in Figur 1, linke Hälfte, übereinstimmt.Figure 5 shows in solid lines an arrangement that corresponds to that in Figure 1, left half, coincides.

Es ist jedoch links außen eine Variante dargestellt, die folgendes zum Gegenstand hat: Das Magnetjoch 5 ist bei unveränderten Abmessungen der Polschuhe 8/9 radial vergrößert und weist auch in axialer Richtung einen längeren Schenkel 5d auf, dessen Kreisringfläche Se in der gleichen Ebene E1 liegt, in der auch die oberen Begrenzungsflächen der Polschuhe 8/9 liegen. An diesen (umlaufenden) Schenkel 5d ist nuniradial einwärts ein Magnet 3b angesetzt, der dem Magneten 3 entspricht, jedoch der äußeren Zylinderfläche des Pol schuhs 8 gegenüberliegt. Hierdurch wird der Abstand zum Target 7 größer, so daß ein größerer Anteil des magnetischen Flusses in den Polschuh 8 eintritt. Die Oberlappung "d" ist in Figur 5 positiv.However, a variant is shown on the far left, the following has as its object: The magnet yoke 5 is with unchanged dimensions of the pole shoes 8/9 enlarged radially and also has a longer leg in the axial direction 5d, the circular ring area Se lies in the same plane E1 in which the upper boundary surfaces of the pole shoes 8/9 lie. On this (circumferential) leg 5d, a magnet 3b is now attached radially inward, which corresponds to magnet 3, however, the outer cylindrical surface of the pole shoe 8 is opposite. This will the distance to the target 7 is greater, so that a greater proportion of the magnetic flux enters the pole piece 8. The overlap "d" is positive in FIG.

Figur 6 zeigt eine analoge Anordnung, jedoch mit dem Unterschied, daß in diesem Fall die Oberlappung "d" neaativ ist, wie dies bereits weiter oben beschrieben wurde. Eine solche Maßnahme erleichtert, wie gleichfalls bereits weiter oben beschrieben wurde, den Ausbau des Targets 7, da dies nach oben durch den Zwischenraum zwischen den Polschuhen 8 und 9 hindurch ausgebaut werden kann. Es ist insbesondere auch zu erkennen, daß die beiden Pol schuhe 8 und 9 entgegengesetzter Polarität zwischen den gleichen Ebenen E1 und E2 liegen.Figure 6 shows an analogous arrangement, but with the difference that in this case the overlap "d" is negative is like this already was described above. Such a measure facilitates, as well has already been described above, the expansion of the target 7, since this is upwards be expanded through the space between the pole pieces 8 and 9 can. It can also be seen in particular that the two pole shoes 8 and 9 are opposite Polarity lie between the same planes E1 and E2.

Figur 7 zeigt wiederum eine analoge Anordnung, und zwar gleichfalls. mit negativer Oberlappung "d". Hier wurde jedoch eine Anderung am Magnetsystem 2 vorgenommen, und zwar wurde die Lage des Magnetjochs und der Permanentmagnete vertauscht. In diesem Fall liegt nämlich kein durchgehendes Magnetjoch vor, sondern an dessen Stelle ist ein Permanentmagnet 23 getreten, der nach Mafgabe des Pfeils radial magnetisiert ist. Die Polflächen stehen mit einem zylindrischen, ferromagnetischen Kern 24 sowie mit einem ferromagnetischen Hohlzylinder 25'in Verbindung, an deren oberen Stirnflächen die Magnetpole 4a bzw. 3a gebildet werden. Der Verlauf des magnetischen Flusses ist dabei im wesentlichen der gleiche wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen, jedoch ist die Anordnung des Permanentmagnets 23 oder - bei einer langgestreckten Anordnung der Permanentmagnete - einfacher gestaltet. Es sind auch Ausführungen denkbar, in denen das Magnetsystem 2 aus einem Stück eines hartmagnetischen Werkstoffes besteht, das in geeigneter Weise magnetisiert ist.FIG. 7 again shows an analogous arrangement, to be precise as well. with negative overlap "d". Here, however, a change was made to magnet system 2 made, namely the position of the magnet yoke and the permanent magnets was reversed. In this case, there is no continuous magnetic yoke, but rather on it In place is a permanent magnet 23, which magnetizes radially as indicated by the arrow is. The pole faces are with a cylindrical, ferromagnetic core 24 as well with a ferromagnetic hollow cylinder 25 'in connection, on their upper end faces the magnetic poles 4a and 3a, respectively, are formed. The course of the magnetic flux is essentially the same as in the previous embodiments, however, the arrangement of the permanent magnet 23 or - in the case of an elongated one Arrangement of permanent magnets - easier designed. There are too Designs are conceivable in which the magnet system 2 consists of one piece of a hard magnetic Material consists that is magnetized in a suitable manner.

Mit den vorstehend beschriebenen Magnetronkatoden wurden Targets aus Eisen mit mittleren Zerstäubungsraten von etwa 9,0 nm/sec bei einer spezifischen elektrischen Leistung von 25 W/cm2 zerstäubt. Die Targetabtragung war dabei über die gesamte Zerstäubungsfläche 7a außerordentlich gleichmäßig (vergleiche Figur 10). Bei den Versuchen bestanden die Pol schuhe und die Targets aus 10 mm dicken Weicheisenteilen, in denen der magnetische Fluß weit unterhalb der magnetischen Sättigung lag. Die Zerstäubungsatmosphäre bestand aus Argon mit einem Druck zwischen 8 x 10-4 und 10-2 mbar. Weitere mögliche Werkstoffe sind z.B.: Permalloy, CoCr-Legierung (z.B. 80/20).With the magnetron cathodes described above, targets were made Iron with mean atomization rates of about 9.0 nm / sec at a specific electrical power of 25 W / cm2 atomized. The target removal was over the entire atomization surface 7a is extremely uniform (compare FIG 10). In the tests, the pole shoes and the targets were 10 mm thick Soft iron parts in which the magnetic flux is far below the magnetic Satiety lay. The atomizing atmosphere consisted of argon with a pressure between 8 x 10-4 and 10-2 mbar. Other possible materials are e.g .: Permalloy, CoCr alloy (e.g. 80/20).

In Figur 8 sind gleiche Teile oder Teile mit gleichen Funktionen mit den gleichen Bezugszeichen wie bisher versehen. In dem hier dargestellten Fall ist der Katodengrundkörper 1 nicht mit dem Magnetjoch identisch, sondern als zusätzlicher Hohl körper ausgebildet, und durch den Metall körper 16 verschlossen, der hier als planparallele Platte aus einem amagnet i schen Werkstoff (Kupfer) ausgeführt ist. Die Abdichtung gegenüber dem Katodengrundkörper 1 wird durch nicht näher bezeichnete Rundschnurdichtungen und Zugschrauben 27 und 28 bewirkt. Zwischen dem Metallkörper 16 und dem Katodengrundkörper 1 befindet sich ein Kühlmittel kanal 17, in dem die Permanentmagnete 3 und 4 sowie das Magnetjoch untergebracht sind. Die Befestigung erfolgt über Isolierkörper 27 und Zugschrauben 28.In Figure 8, the same parts or parts with the same functions are with the same reference numerals as before. In the case shown here is the cathode base body 1 is not identical to the magnetic yoke, but as an additional one Hollow body formed, and closed by the metal body 16, which is here as plane-parallel plate is made of an amagnetic material (copper). The waterproofing compared to the cathode base body 1 is not through Round cord seals and tension screws 27 and 28 indicated in more detail. Between the metal body 16 and the cathode base body 1 is a coolant channel 17, in which the permanent magnets 3 and 4 and the magnet yoke are housed. It is fastened by means of insulating bodies 27 and tension screws 28.

Auf der ebenen Außenseite des Metallkörpers 16 sind das ringförmig geschlossene Target 7 sowie der zentrale Pol schuh 9 und die peripheren Polschuhe 8 angeordnet. Um hierbei die beiden Luftspalte 12 und 13, die dem Verlauf der Targetränder folgen, in Tiefenrichtung des Magnetrons zu verhalten, sind die Polschuhe 8 und 9 auf Distanzstücken 29 und 30 befestigt, die eine Höhe aufweisen, die um die Breite der Luftspalte 12 und 13 größer ist als die Dicke des Targets 7. Da hierdurch der Abstand zwischen den Pol schuhen 8 und 9 und den zugehörigen Magnetpolen der Permanentmagnete 3 und 4 wächst, wird der Abstand zwischen der Oberseite des Metallkörpers 16 und der Unterseite der Pol schuhe 8 und 9 durch ferromagnetische Körper 34 und 35 überbrückt, die innerhalb der aus amagnetischem Werkstoff bestehenden Distanzstücke 29 und 30 angeordnet sind.On the flat outside of the metal body 16, these are ring-shaped closed target 7 and the central pole shoe 9 and the peripheral pole shoes 8 arranged. In order to do this, the two air gaps 12 and 13, which correspond to the course of the target edges follow to behave in the depth direction of the magnetron, the pole pieces 8 and 9 mounted on spacers 29 and 30 which have a height that is the width of the air gaps 12 and 13 is greater than the thickness of the target 7. As a result of this Distance between the pole shoes 8 and 9 and the associated magnetic poles of the permanent magnets 3 and 4 grows, the distance between the top of the metal body 16 and the underside of the pole shoes 8 and 9 bridged by ferromagnetic bodies 34 and 35, the spacers 29 and 30 within the non-magnetic material are arranged.

Die äußeren Körper 34 und die inneren Körper .35 sind im Falle von Rechteckkatoden als Leisten ausgeführt, deren Verlauf dem Verlauf der Pol schuhe 8 folgt.The outer bodies 34 and the inner bodies .35 are in the case of Rectangular cathodes designed as strips, the course of which follows the course of the pole shoes 8 follows.

Es ist Figur 8 zu entnehmen, daß der Abstand "S" sich aus der Dicke des Metall körpers 16 und aus dem Abstand zusammensetzt, der zwischen den Magnetpolen und der Innenseite des Metallkörpers 16 besteht. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, ist die Einhaltung eines solchen Abstandes, der einen magnetischen Widerstand von beträchtlicher Größe darstellt, im Hinblick auf die Flußverteilung zwischen dem Target 7 einerseits und den Pol schuhen 8 und 9 andererseits wichtig.It can be seen from FIG. 8 that the distance "S" results from the thickness of the metal body 16 and composed of the distance between the magnetic poles and the inside of the metal body 16. As already stated above was, is the maintenance of such a distance that a magnetic reluctance of considerable size in terms of the flow distribution between the target 7 on the one hand and the pole shoes 8 and 9 on the other hand important.

Figur 8 ist zu entnehmen, daß die Projektionen der Permanentmagnete 3 und 4 und der ferromagnetischen Körper 34 und 35 auf'eine gemeinsame, zur Targetfläche 7a parallele Ebene, nicht kongruent sein müssen. Vielmehr ist - wie gezeigt - ein erheblicher seitlicher Versatz möglich. Auch hierdurch lassen sich die relativen Anteile des in das Target 7 einerseits und in die Polschuhe 8 bzw. 9 andererseits eintretenden magnetischen Flusses verändern, wobei ein magnetischer Kurzschluß zwischen den ferromagnetischen Körpern 34 und 35 und dem Target 7 unter allen Umständen verhindert werden muß. Aus diesem Grunde befindet sich zwischen den -ferromagnetischen Körpern 34 und 35 und dem Target 7 auch jeweils noch ein entsprechender Abschnitt der aus amagnetischem Werkstoff bestehenden Distanzstücke 29 und 30.FIG. 8 shows that the projections of the permanent magnets 3 and 4 and the ferromagnetic bodies 34 and 35 on a common to the target surface 7a parallel plane, do not have to be congruent. Rather - as shown - a considerable lateral offset possible. This also allows the relative Portions of the in the target 7 on the one hand and in the pole shoes 8 and 9 on the other hand incoming magnetic flux change, with a magnetic short circuit between the ferromagnetic bodies 34 and 35 and the target 7 prevented under all circumstances must become. For this reason there is between the -ferromagnetic Bodies 34 and 35 and the target 7 also each have a corresponding section the spacers 29 and 30 made of non-magnetic material.

In Figur 9 sind aus Figur 8 nur noch das Target 7 und die Pol schuhe 8 bzw. 9 oberhalb des ebenen Metallkörpers 16 dargestellt, und auch die Lage der Luftspalte 12 und 13 ist in Relation zur Zerstäubungsfläche 7a erkennbar. Die Achse des Magnetrons ist mit "A" bezeichnet, d.h. es sind nur die Teile eines h a 1 b e n Magnetrons dargestellt. In Figure 9, only the target 7 and the pole shoes are from Figure 8 8 and 9 shown above the flat metal body 16, and also the location of the Air gaps 12 and 13 can be seen in relation to the atomization surface 7a. The axis of the magnetron is labeled "A", i.e. there are only parts of a h a 1 b a magnetron shown.

Unter exakter radialer Zuordnung zur Achse A ist im oberen Teil von Figur 9 der Verlauf der Horizontalkomponente Hx der magnetischen Feldstärke aufgetragen, und zwar handelt es sich um die Feldstärke im Abstand von 2 mm über der Polschuhoberfläche 8a bzw. 9a. Under exact radial assignment to axis A is in the upper part of FIG. 9 shows the course of the horizontal component Hx of the magnetic field strength, namely the field strength at a distance of 2 mm above the pole piece surface 8a or 9a.

Es ist zu erkennen, daß die Horizontal komponente im Bereich der Austrittsflächen. 10 und 11 je ein Maximum aufweist. Zwischen den Maxima geht die Kurve jedoch keineswegs durch Null, sondern selbst an der Stelle des Minimums, das über der Mitte des Targetquerschnitts liegt, ist noch eine erhebliche Horizontal komponente vorhanden. Der zwischen den beiden Maxima liegende Verlauf der Kurve ist ein Beweis für die Existenz einer das Target 7 übergreifenden "Brücke aus magnetischen Feldlinien F1, die zusätzlich zu den unmittelbar in das Target 7 eintretenden Feldlinien F2 vorhanden sind (Figur 10). Diese Brücke ist mit dem bei den bisher bekannten planaren Magnetrons vorhandenen "magnetischen Tunnel" vergleichbar. Hierdurch ist ein effektiver Plasmaeinschuß im gesamten Targetbereich gewährleistet, was zu dem beobachteten, extrem flachen Erosionsprofil führt (vergleiche Figur 10). It can be seen that the horizontal component in the area of Exit surfaces. 10 and 11 each has a maximum. The goes between the maxima Curve, however, by no means through zero, but even at the point of the minimum, the lies above the center of the target cross-section is still a considerable horizontal component available. The course of the curve between the two maxima is a proof of the existence of a "bridge of magnetic" spanning the target 7 Field lines F1, in addition to the field lines entering the target 7 directly F2 are present (Figure 10). This bridge is the same as that of the previous ones known planar magnetrons are comparable to existing "magnetic tunnels". This is an effective plasma injection in the entire target area ensures, leading to that observed, extremely flat erosion profile leads (see Figure 10).

Es ist hervorzuheben, daß auch bei der Anordnung gemäß Figur 9 die ferromagnetischen Körper 34 und 35 vorhanden sind. Versuche, die unter Weglassung der äußeren ferromagnetischen Körper 34 durchgeführt worden sind, zeigen nicht das gleiche günstige Ergebnis wie die Versuche mit einer Anordnung gemäß Figur 8. Durch die äußeren ferromagnetischen Körper 34 wurde jedenfalls das Magnetfeld insbesondere in der Mitte des Targetquerschnitts und am äußeren Targetrand deutlich verstärkt, so daß sich eine gleichmäßigere Abtragung des Targetmaterials ergab. Dies äußerte sich auch bei der optischen Beobachtung des Plasmas, das bei einem Druck von 5 x 10 3 mbar fast homogen über die gesamte Targetbreite verteilt war. Bezogen auf die Zerstäubungsfläche 7a wurde eine spezifische Zerstäubungsleistung von 22,0 W cm 2 im Dauerbetrieb aufrecht erhalten.It should be emphasized that also in the arrangement according to FIG ferromagnetic bodies 34 and 35 are present. Attempts to omit the of the outer ferromagnetic bodies 34 do not show that same favorable result as the tests with an arrangement according to Figure 8. By the outer ferromagnetic body 34 was in any case the magnetic field in particular clearly reinforced in the middle of the target cross-section and at the outer target edge, so that there was a more uniform removal of the target material. This voiced also with the optical observation of the plasma, which at a pressure of 5 x 10 3 mbar was distributed almost homogeneously over the entire target width. Referring to the Atomization area 7a became a specific atomization power of 22.0 W cm 2 maintained in continuous operation.

In Figur 10 sind die gleichen Vorrichtungsteile wie in Figur 9 schraffiert dargestellt, und zwar vor Beginn des ersten Zerstäubungsvorganges. Die gestrichelt eingezeichnete Linie zeigt die Lage der Oberflächen der Polschuhe 8 und 9 einerseits und des Targets 7 andererseits, nachdem die Magnetronkatode für die Dauer von insgesamt 82 Stunden im Einsatz gewesen ist. Es zeigt sich, daß die Ausnutzung des Targetwerkstoffs nahezu über den gesamten Targetquerschnitt überdurchschnittlich gleichmäßig ist und daß es insbesondere nicht zu den gefürchteten V-förmigen Erosionsgräben gekommen ist, wie sie sich selbst beim Zerstäuben von nicht-ferromagnetischen Werkstoffen einstellen. Dieser Vorgang ist um so bemerkenswerter, als hier keine zusätzlichen Hilfsmittel für die mechanische oder elektrische Bewegung des Magnetfeldes vorhanden sind.In FIG. 10, the same parts of the device as in FIG. 9 are hatched shown, before the start of the first atomization process. The dashed drawn line shows the location of the Surfaces of the pole pieces 8 and 9 on the one hand and the target 7 on the other hand, after the magnetron cathode for has been in use for a total of 82 hours. It turns out that the Utilization of the target material over almost the entire target cross-section above average is uniform and that it especially does not lead to the dreaded V-shaped erosion trenches as it did itself when atomizing non-ferromagnetic materials to adjust. This process is all the more remarkable as there are no additional ones here Aids for the mechanical or electrical movement of the magnetic field are available are.

Figur li zeigt eine typische Magnetronkennlinie, wie sie beim betrieb des Magnetrons nach Figur 3 oei einem Argon Druck von 5 x 10 3 mbar erhalten wurde. Ab einem Spannungswert von etwa 400 fließ sich der Katodenstrom r durch eine relativ geringe Spannungserhöhung in linearer Abhängigkeit beträchtlich steigern, was für den Betrieb von Planarmagnetrons mit nicht-ferromasnetischen Targets üblich ist. Der Endpunkt der gezeigten Kennlinie entspricht einer mittleren Leistungsdichte am Target von 22 W cm 2.Figure li shows a typical magnetron characteristic as it is during operation of the magnetron according to FIG. 3 was obtained under an argon pressure of 5 × 10 3 mbar. From a voltage value of around 400, the cathode current r flows through a relative increase a small voltage increase in linear dependence considerably, what for the operation of planar magnetrons with non-ferromasnetic targets is common. The end point of the characteristic curve shown corresponds to an average power density at the target of 22 W cm 2.

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Claims

PATENT CLAIM: 1. Magnetron cathode for sputtering ferromagnetic Targets, consisting of a cathode base body with a magnet system with a Yoke and arranged on this, connected on the circumference, one inside the other Magnetic poles of opposite polarity, at least partially made of target material Existing pole shoes with exit surfaces similar to the course of the magnetic poles are assigned, behind which in the depth direction of the arrangement leaving two circulating air space, a target coherent around the circumference, made of electromagnetic eali arranged with a sputtering surface St, wooei MagneWpo in: Target itself their proiectins- .3cflen in a parallel to the atomization surface Level does not overlap, and the 0 shoes and the target are electrically conductive to each other are connected, characterized in that the pole shoes (8, 9) each by one Distance "S", in which a non-ferromagnetic medium is located, from the magnetic poles (3a, 4a) are separated, that the magnetic poles (3a, 4a) lie in a range which in a manner known per se from a through the atomization surface (7a) of the Targets (7) extending plane extends in the depth direction of the arrangement and that between the pole pieces (8, 9) and the target (7) on the one hand and the magnetic poles (3a, 4a) on the other hand, a thermally conductive metal body (16) is arranged with at least a coolant channel (17) and a non-ferromagnetic one Material.

2. magnetron cathode according to claim 1, characterized in that the the target (7) facing surfaces of the pole shoes (8, 9) are flat.

3. magnetron cathode according to claim 1, characterized in that the Exit surfaces (10, 11) of the pole shoes essentially perpendicular to the atomization surface (7a) are aligned.

4. magnetron cathode according to claim 1, characterized in that the Projections of the exit surfaces (10, 11) of the pole shoes (8, 9) and the current Side surfaces (7b, 7cY of the target, 'in a plane parallel to the sputtering surface are essentially congruent in pairs, d 1 ', right 3.

Magnetron Karode after Claim 1, characterized in that 3 the projections of the exit surfaces (10, 11) the pole shoes (8, 9) and the circumferential side surfaces (7b, 7c) of the target (7) in a plane parallel to the atomization surface a distance from each other im Have the sense of a non-overlapping (Figures 6 and 7).

6. magnetron cathode according to claim 1, characterized in that the Magnet system (2) including its magnetic yoke (5) from the target (7) and from the Pole shoes (8, 9) is electrically isolated.

7. magnetron cathode according to claim 1, characterized in that the Metal body (16) is designed in a meandering cross section.

8. magnetron cathode according to claim 1, characterized in that between the pole pieces (8, 9) and the thermally conductive metal body (16) are ferromagnetic Body (34, 35) are used as flow guides.