AT9392U1 - Sputtertarget - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget (12) für eine Targetgrundplatte (14) einer Vakuumbeschichtungsanlage, umfassend zumindest einen umlaufenden Rand (26, 28) mit Mitteln (22) zur Aufnahme von die Targetgrundplatte (14) durchsetzenden Befestigungselementen (16) zur Befestigung des Sputtertargets (12) an einer Unterseite (20) der Targetgrundplatte (14). Erfindungsgemäß weist das Sputtertarget (12) in einer Randfläche (26, 28) des zumindest einen umlaufenden Randes einer umlaufende Nut (30, 32) auf, welche in einer parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer von dem Sputtertarget (12) aufgespannten Ebene liegt, wobei die Mittel (22) zur Aufnahme der Befestigungselemente (16) in zumindest einer in die Nut (30, 32) einlegbaren Klemmleiste (24) angeordnet sind, in welche die Befestigungselemente durch in einem oberen Rand (38) der umlaufenden Nut (30, 32) eingebrachte Durchbrechungen (34, 36) eingreifen.

Description

2 AT 009 392 U1

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sputtertarget für eine Targetgrundplatte einer Vakuumbeschichtungsanlage, umfassend zumindest einen umlaufenden Rand mit Mitteln zur Aufnahme von die Targetgrundplatte durchsetzenden Befestigungselementen zur Befestigung des Sputter-targets an einer Unterseite der Targetgrundplatte.

Eine Anordnung der obigen Art ist dem Anmelder aus seiner praktischen Tätigkeit bekannt. Zur Befestigung des Sputtertargets an einer Unterseite der Targetgrundplatte sind in einem umlaufenden Rand einer Oberseite des Sputtertargets Gewindeeinsätze eingebracht, in die die Targetgrundplatte durchsetzende Gewindestifte zur Befestigung des Sputtertargets eingreifen.

Bei einem Sputtertarget beispielsweise aus dem Material A1 99,5 F8 mit Abmessungen im Bereich von 55 x 32 cm werden in das Sputtertarget Gewindesacklöcher eingebracht, in die sodann Gewindeeinsätze eingedreht werden. Die Anwendung weist den Nachteil auf, dass starke Wärmeausdehnungen des Sputtertargets zu einem Ausreißen der Gewindeeinsätze führen können, was schließlich zu einer Ablösung des Sputtertargets von der Targetgrundplatte führt. Dies hat im Falle einer Kühlung durch Kühlmittel zur Folge, dass ein Innenraum der Vakuumbeschichtungsanlage zusammen mit den zu beschichtenden Objekten mit Kühlmitteln überflutet wird, was zu erheblichen Schäden führen kann.

Des Weiteren ist beispielsweise aus der DE-A-42 20 588 eine Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung bekannt, wobei Lichtbogenspots auf einen mittleren Bereich einer Oberfläche eines Targets dadurch begrenzt werden, dass eine Abschirmung über den Rand des Targets greift und zur Bildung eines Labyrinths mit einem umlaufenden Vorsprung in eine entsprechende Nut der Oberfläche des Targets greift. Die Abschirmung ist über einen RC-Glied mit der Anode verbunden.

Der DE-A-42 23 592 ist eine Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung zu entnehmen. Bei dieser erfolgt die Stromzuführung zum Target durch eine Magnetspule hindurch, welche zur Festlegung einer umlaufenden Bahn des Lichtbogenspots auf der Targetoberfläche dient. Das von dieser Magnetspule erzeugte Magnetfeld übersteigt nicht die Größe von 10‘3 T. Dadurch führt der Lichtbogenspot während seiner umlaufenden Bewegung zugleich eine radial hin- und hergehende Wobble-Bewegung aus, wodurch von ihm größere Bereiche der Targetoberfläche erreicht werden. Die niedrige Magnetisierung trägt zusätzlich zur Erhöhung der Targetausbeute und Verminderung der Dropletzahl bei.

Ein weiterer Lichtbogen-Verdampfer ist in DE-C-197 02 928 beschrieben. Dieser weist ein flächiges Target auf, das an einem an einer Vakuumkammer anflanschbaren Kathodengehäuse angebracht ist und dessen vakuumseitige Targetoberfläche durch einen Lichtbogen verdampfbar ist, wobei sich hinter dem Target ein den Lichtbogen stabilisierender Magnet befindet. Der Verdampfer zeichnet sich dadurch aus, dass der Magnet senkrecht zur Targetoberfläche bewegbar ist und dass gleichzeitig das Kathodengehäuse bezüglich der Vakuumkammer senkrecht zur Targetoberfläche abgedichtet verschiebbar gelagert ist.

Der DE-C-42 23 091 ist eine Targethalterung für einen Vakuumbogen-Entladungsverdampfer zu entnehmen, wobei das feste Anpressen einer Kühlplatte an das Target derart realisiert ist, dass die Kühlplatte stirnseitig an einem Metallfaltenbalg montiert ist und durch den Atmosphä-ren-Wasserdruck innerhalb des Metallfaltenbalges bei Vakuum innerhalb der Vakuumkammer fest an die Unterfläche des Targets gepresst wird. Das Target ist formschlüssig, z. B. mittels eines Bajonett-Verschlusses, in einer Targethalterung gehaltert.

In DE-A-199 20 304 ist ein Target beschrieben, das aus einem Targetmaterial besteht, das an seiner schmalen Seite von einem umlaufenden Rahmen und an einer Breitseite von einer angrenzenden Gießplatte umgeben ist, bei dem mehrere vom Rahmen aus in das Targetmaterial hineinragende, leistenförmige Vorsprünge angeordnet sind. Bei dem Target weist mindestens ein Teil der leistenförmige Vorsprünge Durchtrittsöffnungen auf, und der Rahmen besteht aus 3 AT 009 392 U1 einem nichtmagnetischen metallischen Werkstoff, der bei der Schmelztemperatur des Targetmaterials keine Legierung mit dem Targetmaterial bildet.

Schließlich ist in der DE-T-689 28 421 ein Sputtertarget mit verschiedenen Targetelementen beschrieben, insbesondere ein Zerstäubungstarget, das in jeweilige Targetelemente unterteilt ist, mit zwei oder mehreren Werkstoffen, die als ein Schichtkörper auf einem Substrat angeordnet sind und einer dünnen Schicht mit einer Dicke von 0,05 mm bis 0,6 mm, die zwischen dem Substrat und den Targetelementen angeordnet ist, wobei die dünne Schicht und zumindest ein Targetelement eines der folgenden Metalle enthält: W, Nb, Ti, Ni, V, Cr oder AI.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein Sputtertarget der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine einfache, kostengünstige und sichere Verbindung mit der Targetgrundplatte gewährleistet und eine höhere Ausnutzung des Targets möglich ist.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sputtertarget in einer Randfläche des zumindest einen umlaufenden Randes eine umlaufende Nut aufweist, welche in einer parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer von dem Sputtertarget aufgespannten Ebene liegt, wobei die Mittel zur Aufnahme der Befestigungselemente in zumindest einer in die Nut einleg-baren Klemmleiste angeordnet sind, in welche die Befestigungselemente durch in einem oberen Rand der umlaufenden Nut eingebrachte Durchbrechungen eingreifen.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein Ausreißen der randseitig angeordneten Gewindeeinsätze vermieden wird. Durch die Klemmleisten zur Aufnahme der Befestigungselemente wird zusammen mit dem oberen Rand der umlaufenden Nut eine flächige Anpresskraft gegen die Targetgrundplatte ausgeübt, so dass einerseits eine ausreichende Abdichtung gegenüber dem Kühlmittelkreislauf gewährleistet ist und zudem ein Ausreißen von Gewindeeinsätzen ausgeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt die Herstellung von Sputtertargets mit vergrößerter Materialstärke vorzugsweise im Bereich von 25 bis 30 mm mit einer gegenüber dem Stand der Technik um 40 % gesteigerten Ausnutzung. Fernerführt eine Materialausdehnung aufgrund von Wärmeeinwirkung nicht zum Ausreißen von Gewindeeinsätzen.

Die Befestigungselemente sind vorzugsweise als Schrauben und die Mittel zur Aufnahme der Befestigungselemente sind als Gewindebohrungen ausgebildet.

Um ein Ausreißen der Gewindelöcher der Klemmleiste zu vermeiden, ist vorgesehen, dass diese aus einem mechanisch festen Material wie Stahl, vorzugsweise A2-Stahl, besteht.

Um die Materialausnutzung des Sputtertargets zu verbessern ist des Weiteren vorgesehen, dass die zumindest eine umlaufende Nut im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist, wobei eine der Oberseite der Sputtertargets zugewandte Seite länger ist als eine der Unterseite des Sputtertargets zugewandte Seite der Nut. Dadurch wird die radiale Erstreckung der Nut ins Innere des Sputtertargets reduziert, wodurch das abzusputternde Materialvolumen vergrößert wird, ohne dass die Qualität der Befestigung des Sputtertargets beeinflusst wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Querschnitt der Klemmleiste an den Querschnitt der Nut angepasst ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass ein äußerer Rand der Klemmleiste mit dem äußeren umlaufenden Rand des Sputtertarget abschließt. Auf diese Weise kann das Sputtertarget zusammen mit der in die Nut eingelegten Klemmleiste in eine vorgefertigte Aussparung der Targetgrundplatte eingesetzt werden. Hierdurch wird eine besonders einfache Montage des Sputtertargets an der Targetgrundplatte möglich.

Das Sputtertarget hat vorzugsweise die Form eines ovalen Kreisrings, mit einer äußeren Rand- 4 AT 009 392 U1 fläche und einer inneren Randfläche, wobei sowohl in der äußeren als auch in der inneren Randfläche eine umlaufende Nut eingebracht wie eingefräst ist, in der eine Klemmleiste zur Aufnahme der Schraubelemente ersetzbar ist.

Zur einfachen Montage ist des Weiteren vorgesehen, dass die Klemmleiste aus mehreren Elementen besteht, beispielsweise bei Ausführung eines ovalen Kreisrings aus insgesamt vier geraden Klemmleisten sowie jeweils zwei halbkreisförmigen Klemmleisten zum Einsatz in die inneren Radien bzw. äußeren Radien der inneren und äußeren umlaufenden Ränder.

Eine besonders einfache Herstellung des Sputtertargets zeichnet sich dadurch aus, dass die umlaufende Nut als Fräsnut ausgebildet ist und dass die in dem der Targetgrundplatte zugewandten Rand der Nut eingebrachten Durchbrechungen als Bohrungen ausgebildet sind.

Des Weiteren zeichnet sich eine aus Sputtertarget und Targetgrundplatte gebildete Sputter-kathode dadurch aus, dass an einer Unterseite der Targetgrundplatte im Bereich des Sputtertargets Kühlmittelkanäle eingebracht sind, welche durch innere und äußere zwischen Sputtertarget und Targetgrundplatte angeordnete Dichtelemente abgedichtet sind, wobei des Weiteren zwischen der Oberfläche des Sputtertargets und der Unterseite der Targetgrundplatte eine Membran vorzugsweise Cu-Membran angeordnet ist.

In diesem Zusammenhang hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Dichtelemente aus Viton bestehen mit einer Shore-Härte im Bereich von 65 bis 70 Shore.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder im Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Anordnung aus Sputtertarget und Targetgrundplatte,

Fig. 2a, 2b eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Sputtertargets,

Fig. 3 eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform einer Verbindung zwischen Sputtertarget und Targetgrundplatte,

Fig. 4 eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer Verbindung zwischen Sputtertarget und Targetgrundplatte.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Sputterkathode 10 für eine Vakuumbeschichtungsanlage, bestehend aus einem Sputtertarget 12, das an einer Targetgrundplatte 14 befestigt ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Sputtertarget gemäß Fig. 2a als ovaler Kreisring ausgebildet. Das Sputtertarget kann eine Länge im Bereich von ca. 55 cm und einer Breite im Bereich von ca. 35 cm aufweisen mit einer Materialstärke im Bereich von 20 bis 25 mm oder alternativ 25 bis 30 mm bei Targets mit größerer Ausnutzung.

Das Sputtertarget 12 ist über Befestigungselemente 16 in Form von Gewindeschrauben, welche die Bohrungen 18 der Trägergrundplatte 14 durchsetzen, an einer Unterseite 20 der Trägergrundplatte 14 befestigt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schrauben 16 in Gewindebohrungen 22 von Klemmleisten 24 eingreifen, welche in einer Nut 30, 32 in einer äußeren Randfläche 26 bzw. inneren Randfläche 28 eingelegt sind. Dabei liegt die Nut 30, 32 in einer Ebene, die parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer von dem Sputtertarget 12 aufgespannten Ebene verläuft.

Die Schrauben 16 durchsetzen Bohrungen 34, 36, welche in einem oberen Rand 38, 40 der

Claims (15)

1. 5 AT 009 392 U1 jeweiligen Nut 30, 32 eingebracht sind. Die Nut 30, 32 kann durch Fräsen ausgebildet sein. An der Unterseite 20 der Targetgrundplatte 14 sind entsprechend des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels Kühlmittelkanäle 42 angeordnet, welche über Dichtelemente 44, 46 gegenüber der Umgebung abgedichtet sind. Zwischen der Targetgrundplatte 14 und dem Sputter-target 12 ist zudem eine Cu-Membran 48 angeordnet, welche für eine bessere Leitfähigkeit zwischen der Oberseite des Sputtertargets 12 und elektrischen Anschlüssen der Sputterkatho-de 10 sorgt. Die Cu-Membran 48 ist an eine Außenkontur des Targets angepasst und als ovaler Kreisring ausgebildet. Fig. 3 zeigt eine Detailansicht der Verbindung zwischen der Trägergrundplatte 14 und dem Sputtertarget 12, wobei die in den äußeren Rand 36 des Sputtertargets 14 eingebrachte Nut im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist. Entsprechend der Querschnittsform der Nut 30 ist auch die Klemmleiste rechteckförmig ausgebildet. Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Detailansicht der Verbindung zwischen dem Sputtertarget 12 und der Targetgrundplatte 14, wobei die Nut 30, 32 trapezförmig ausgebildet ist. Dabei ist eine obere Seite 50 der Nut 30, 32 im Vergleich zu einem der Unterseite des Sputtertargets zugewandten Seite 52 der Nut 30, 32 verlängert ausgebildet und ein Nutboden 54 ist in Richtung des unteren Außenrandes des Sputtertargets schräg verlaufend ausgebildet. Die entsprechende Klemmleiste ist der Nutform angepasst. Bei einer Ausführungsform des Sputtertargets 12 mit einer Länge von etwa 55 cm und einer Breite von in etwa 35 cm mit einer Materialstärke im Bereich von 20 bis 25 mm oder alternativ mit 25 bis 30 mm mit mindestens 40 % größerem Sputtervolumen weist der obere Rand 38 der Nut eine Stärke von vorzugsweise ca. 4 mm auf. Die Nut 30, 32 ist vorzugsweise mit einer Tiefe von 11 mm und einer Höhe von ca. 6 mm ausgebildet. Das Gewindeloch 22 in der Klemmleiste 24 ist vorzugsweise 6 mm und die in den umlaufenden Rand 38 eingebrachten Bohrungen 34, 36 weisen einen Durchmesser von ca. 6,3 m auf. In der Verlängerung der Bohrung 34 kann eine Sacklochbohrung 56 zur Aufnahme einer Spitze der Schraube 16 vorgesehen sein. Ansprüche: 1. Sputtertarget (12) für eine Targetgrundplatte (14) einer Vakuumbeschichtungsanlage, umfassend zumindest einen umlaufenden Rand (26, 28) mit Mitteln (22) zur Aufnahme von die Targetgrundplatte (14) durchsetzenden Befestigungselementen (16) zur Befestigung des Sputtertargets (12) an einer Unterseite (20) der Targetgrundplatte (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Sputtertarget (12) in einer Randfläche (26, 28) des zumindest einen umlaufenden Randes eine umlaufende Nut (30, 32) aufweist, welche in einer parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer von dem Sputtertarget (12) aufgespannten Ebene liegt, wobei die Mittel (22) zur Aufnahme der Befestigungselemente (16) in zumindest einer in die Nut (30, 32) einlegbaren Klemmleiste (24) angeordnet sind, in welche die Befestigungselemente durch in einem oberen Rand (38) der umlaufenden Nut (30, 32) eingebrachte Durchbrechungen (34, 36) eingreifen.
2. 2. Sputtertarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (16) als Schrauben und die Mittel (22) zur Aufnahme der Befestigungselemente als Gewindebohrungen ausgebildet sind.
3. 3. Sputtertarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmleiste (24) aus einem mechanisch festen material wie Stahl, vorzugsweise 6 AT 009 392 U1 A2 hergestellt ist.
4. 4. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine umlaufende Nut (30, 32) im Querschnitt rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet ist.
5. 5. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei trapezförmiger Ausbildung der Nut (30) eine der Oberseite des Sputtertargets (12) zugewandte Seite (50) länger ist als eine der Unterseite des Sputtertargets zugewandte Seite (52).
6. 6. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt der Klemmleiste (24) an den Querschnitt der Nut (30) angepasst ist.
7. 7. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Rand der Klemmleiste (24) mit der Randfläche (26, 28) des umlaufenden Randes des Sputtertargets (14) abschließt.
8. 8. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sputtertarget (12) vorzugsweise die Form eines ovalen Kreisrings aufweist, mit einer äußeren Randfläche (26) und einer inneren Randfläche (28), wobei sowohl in der äußeren als auch in der inneren Randfläche jeweils die umlaufende Nut (30, 32) eingebracht wie eingefräst ist.
9. 9. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmleiste (24) mehrteilig ausgebildet ist, vorzugsweise bei Ausführung des Sputtertargets als ovaler Kreisring aus insgesamt vier geraden Klemmleistenstücken sowie jeweils zwei halbkreisförmigen Klemmleistenstücken zum Einsatz in die inneren bzw. äußeren Radien der inneren bzw. äußeren umlaufenden Targetränder.
10. 10. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (30, 32) als Fräsnut ausgebildet ist.
11. 11. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in den oberen Rand (38) der Nut (30, 32) eingebrachte Durchbrechungen (34, 36) als Bohrungen ausgebildet sind.
12. 12. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer unteren Seite (52) der Nut (30, 32) in axialer Verlängerung der Bohrung (34, 36) eine Sacklochbohrung (56) eingebracht ist.
13. 13. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Unterseite (20) der Targetgrundplatte (14) im Bereich des Sputtertargets (14) Kühlmittelkanäle (42) eingebracht sind, welche durch innere und äußere zwischen Sputtertarget (12) und Targetgrundplatte (14) angeordnete Dichtelemente (44, 46) gegenüber der 7 AT 009 392 U1 Umgebung abgedichtet sind.
14. 14. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Oberseite des Sputtertargets (12) und der Unterseite (20) der Targetgrundplatte (14) eine Membran (48) vorzugsweise Cu-Membran angeordnet ist.
15. 15. Sputtertarget nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (44, 46) vorzugsweise aus Viton ausgebildet sind und eine Shore-Härte im Bereich von 65 Shore aufweisen. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen