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EP0442939B1

Improved magnetron sputtering cathode

Abstract

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EP0442939B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 7

Term

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Expired 14 November 2009, 16.9 years ago.

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9 claims: 9 independent, 0 dependent

  1. 1
    A magnetron sputtering cathode comprising a magnet system with laterally-spaced pole pieces (10, 11) having at least one pole piece lying in a front surface and being designed to produce on the remote side of the front surface a magnetic field in the shape of a tunnel formed in a closed-loop, in which a target (20) with two parallel major surfaces in parallel with, and spaced from, the front surface, is intended to be positioned in the field in order to have material eroded by sputtering from that face of the target which is remote from the magnet system,    characterised in that    the spaced-apart pole pieces (10, 11) producing the magnetic tunnel have positioned between them at least one body (13) of magnetically-permeable material which modifies the shape of the lines of magnetic flux so that the lines are convex towards the magnet system in the target space, and are substantially straight in the region of the said remote face. Cathode de pulvérisation par magnétron comprenant un système d'aimants ayant des pièces polaires espacées latéralement (10,11), comportant au moins une pièce polaire reposant sur une surface avant et étant conçue pour produire sur le côté éloigné de la surface avant un champ magnétique sous la forme d'un tunnel formé dans une boucle fermée, dans laquelle une cible (20) ayant deux surfaces principales parallèles placées parallèlement à , et espacées de la surface avant, est destinée à être positionnée dans le champ afin d'obtenir un matériau érodé par pulvérisation à partir de la face de la cible qui est éloignée du système d'aimant,    caractérisée en ce que    les pièces polaires espacées l'une de l'autre (10,11) produisant le tunnel magnétique possèdent, situé entre elles, au moins un corps (13) d'un matériau magnétiquement perméable qui modifie la forme des lignes de flux magnétique de sorte que les lignes sont convexes vers le système d'aimants dans l'espace de la cible et sont sensiblement rectilignes dans la région de ladite face éloignée. Kathode zum Magnetronsputtern, bestehend aus einem Magnetsystem mit seitlich voneinander entfernten Polschuhen (10, 11, wobei wenigstens ein Polschuh in einer Frontfläche liegt und ausgebildet ist, um an der der Frontfläche abgewandten Seite ein magnetisches Feld in Form eines als geschlossene Schleife ausgebildeten Tunnels zu produzieren, in welchem ein Target (20) mit zwei parallelen Hauptflächen parallel zu und mit Abstand von der Frontfläche in dem Feld positioniert ist, um Material zu erhalten, das durch Sputtern aus der Fläche des Targets erodiert ist, die dem Magnetsystem abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Zwischenraum angeordneten, den magnetischen Tunnel produzierenden Polschuhe (10, 11) zwischen sich wenigstens einen Körper (13) aus einem magnetisch-permeablen Material aufweisen, der die Form der Linien des magnetischen Kraftflusses so modifiziert, daß diese gegen das Magnetsystem im Targetraum konvex und in dem Bereich der abgewandten Fläche im wesentlichen gerade sind.
  2. 2
    A cathode as claimed in claim 1, in which the magnet system includes two magnets (10, 11) presenting pole faces of opposite polarity to the near face of the target;in which the body of magnetically-permeable material is spaced from the magnets, and in which the magnetomotive forces developed by the two magnets are balanced with respect to each other. Cathode selon la revendication 1 dans laquelle le système d'aimants comprend deux aimants (10,11) présentant des faces polaires de polarité opposée à la face proche de la cible ;dans laquelle le corps du matériau magnétiquement perméable est espacé des aimants et dans laquelle les forces magnétomotrices développées par les deux aimants sont équilibrées l'une par rapport à l'autre. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem zwei Magneten (10, 11) umfaßt, welche gegen die nahe Fläche des Targets Polflächen entgegengesetzter Polarität präsentieren, daß der Körper aus magnetisch-permeablem Material einen Abstand zu den Magneten aufweist und daß die durch die zwei Magneten entwickelten magnetischen Spannungen gegeneinander ausgeglichen sind.
  3. 3
    A cathode as claimed in claim 1 or 2, in which the straight flux lines are substantially parallel to the said remote face. Cathode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les lignes de flux rectilignes sont essentiellement parallèles à ladite face éloignée. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Flußlinien im wesentlichen parallel zu der abgewandten Fläche sind.
  4. 4
    A cathode as claimed in claim 1 or 2, in which the straight flux lines intersect the said remote face at an acute angle thereto. Cathode selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle les lignes de flux rectilignes intersectent ladite face éloignée en faisant un angle aigu avec elle. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Flußlinien die abgewandte Fläche unter einem spitzen Winkel schneiden.
  5. 5
    A cathode as claimed in claim 4, in which the flux lines intersect the remote face of the target at an angle of from 1° to 15°. Cathode selon la revendication 4 dans laquelle les lignes de flux intersectent la face éloignée de la cible en faisant un angle allant de 1 ° à 15°. Kathode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußlinien die abgewandte Fläche des Targets unter einem Winkel von 1° bis 15° schneiden.
  6. 6
    A cathode as claimed in claim 2 or any claim dependent therefrom, designed for a rectangular target, in which the magnet system includes a linear central section between two end sections;in which the longitudinal axis of the central section is parallel to the longitudinal axis of the target;in which the central section includes a plurality of magnets disposed in three spaced-apart parallel rows, with the two outer rows having their magnetic axes lying parallel to the plane of the target, normal to its longitudinal axis and in opposite directions, and in which the magnetic axes of the central row extend normally to the plane of the target. Cathode selon la revendication 2 ou selon l'une quelconque des revendications dépendant de celle-ci, conçue pour une cible rectangulaire, dans laquelle le système d'aimants comprend une section centrale linéaire entre deux sections d'extrémité ;dans laquelle l'axe longitudinal de la section centrale est parallèle à l'axe longitudinal de la cible ;dans laquelle la section centrale comprend une pluralité d'aimants disposés en trois rangées parallèles espacées l'une de l'autre, les deux rangées extérieures ayant leurs axes magnétiques s'étendant parallèlement au plan de la cible, perpendiculairement à son axe longitudinal et orientés dans les directions opposées et dans laquelle les axes magnétiques de la rangée centrale s'étendent perpendiculairement au plan de la cible. Kathode nach Anspruch 2 oder einem von diesem abhängigen Anspruch, ausgebildet für ein rechtwinkliges Target, wobei das Magnetsystem eine lineare Zentralsektion zwischen zwei Endsektionen umfaßt, die Längsachse der Zentralsektion parallel zu der Längsachse des Targets verläuft, die Zentralsektion mehrere Magneten enthält, die in drei mit Abständen voneinander versehenen parallelen Reihen angeordnet sind, deren zwei äußere Reihen magnetische Achsen aufweisen, die zur Ebene des Targets parallel, senkrecht zu dessen Längsachse und in gegensätzliche Richtungen weisend liegen und wobei sich die magnetischen Achsen der Zentralreihe senkrecht zu der Ebene des Targets erstrecken.
  7. 7
    A cathode as claimed in claim 2 or any of claims 3 to 5 when dependent therefrom, designed for a target of circular cross-section, in which the magnet system includes two concentric rings of magnets;in which the magnetic axes of the inner ring are normal to the plane of the target, and in which the magnetic axes of the outer ring are parallel to the plane of the target and to its radii. Cathode selon la revendication 2 ou selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 lorsqu'elles dépendent de ces dernières, conçue pour une cible de section transversale circulaire, dans laquelle le système d'aimant comprend deux aimants annulaires concentriques ;dans laquelle les axes magnétiques de l'anneau intérieur sont perpendiculaires au plan de la cible et dans laquelle les axes magnétiques de l'anneau extérieur sont parallèles au plan de la cible et à ses rayons. Kathode nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, sofern von diesen abhängig, ausgebildet für ein Target von kreisförmigem Grundriß, bei welchem das Magnetsystem zwei konzentrische Ringmagneten umfaßt, bei welchen die magnetischen Achsen des inneren Ringes senkrecht zur Ebene des Targets stehen und wobei die magnetischen Achsen des äußeren Ringes parallel zu der Ebene des Targets und zu seinen Radien sind.
  8. 8
    A method of increasing the utilisation of a target (20) in a magnetron sputtering apparatus in which a glow discharge plasma is confined magnetically to a region adjacent to that face of the target which is remote from a magnet system (10, 11, 12) producing the confinement field, comprising the steps of:using a magnet system positioned adjacent to, but spaced from, the space to be occupied by the target to generate a magnetic field of which the lines of magnetic flux (15, 16, 17) form a closed-loop magnetic tunnel extending from one side of the magnet system and fill the space to be occupied by the target when in position to have material eroded by sputtering from the remote face of the target, andpositioning between the spaced-apart pole pieces producing the magnetic tunnel at least one body (13) of magnetically-permeable material which modifies the shape of the lines of magnetic flux so that the lines are convex towards the magnet system in the target space (15), and are substantially straight in the region (16) of the remote face. Procédé d'accroissement de la consommation d'une cible (20) dans un appareil de pulvérisation par magnétron dans lequel un plasma à décharge luminescente est confiné magnétiquement dans une région adjacente à la face de la cible qui est éloignée d'un système d'aimants (10,11, 12) produisant le champ de confinement, comprenant les étapes consistant à : utiliser un système d'aimants placé adjacent à, mais espacé de, l'espace qui doit être occupé par la cible pour générer un champ magnétique dont les lignes de flux magnétique (15,16,17) forment un tunnel magnétique à boucle fermée s'étendant à partir d'un côté du système d'aimants et remplissent l'espace qui doit être occupé par la cible lorsqu'elle est en position d'obtenir un matériau érodé par pulvérisation à partir de la face éloignée de la cible, etplacer entre les pièces polaires espacées l'une de l'autre et produisant le tunnel magnétique , au moins un corps (13) de matériau magnétiquement perméable qui modifie la forme des lignes de flux magnétique , de sorte que les lignes sont convexes vers le système d'aimants dans l'espace de la cible (15) et sont essentiellement rectilignes dans la région (16) de la face éloignée. Verfahren zur Erweiterung der Verwendung eines Targets (20) in einem Apparat zum Magnetronsputtern, wobei ein Glimmentladungsplasma magnetisch auf einen Bereich beschränkt ist, welcher der Fläche des Targets benachbart ist, die dem Magnetsystem (10, 11, 12) abgewandt ist, welches das magnetische Plasmabegrenzungsfeld erzeugt, bestehend aus folgenden Schritten: Verwendung eines Magnetsystems, das dem Raum benachbart ist, der durch das Target besetzt, jedoch mit Abstand von diesem angeordnet ist, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, dessen magnetische Flußlinien (15, 16, 17) einen magnetischen Tunnel in Form geschlossener Schleifen erzeugt, der sich von einer Seite des Magnetsystems erstreckt und den Raum ausfüllt, der durch das Target besetzt ist, wenn sich dieses in seiner Position befindet, um Material zu erhalten, das durch Sputtern von der abgewandten Fläche des Targets erodiert ist, undAnordnung wenigstens eines Körpers (13) aus magnetisch-permeablem Material zwischen den mit Abstand voneinander versehenen Polschuhen, die den magnetischen Tunnel erzeugen, welcher Körper die Form der Linien des magnetischen Flusses modifiziert, so daß die Linien konvex sind gegen das Magnetsystem in demTargetraum (15) und im wesentlichen gerade sind in dem Bereich (16) der abgewandten Fläche.
  9. 9
    Procédé selon la revendication 8, comprenant l'étape consistant à placer et à mettre en forme le corps de matériau magnétiquement perméable de sorte que les lignes de flux plates intersectent la face éloignée de la cible en faisant un angle aigu avec celle-ci. The method as claimed in claim 8, including the step of positioning and shaping the body of magnetically-permeable material so that the flat flux lines intersect the remote face of the target at an acute angle thereto. Verfahren nach Anspruch 8 unter Einschluß des Schrittes der Positionierung und Ausbildung des Körpers aus magnetisch-permeablem Material, so daß die flachen Flußlinien die abgewandte Fläche des Targets unter einem spitzen Winkel schneiden.