BE1020564A5 - Spindel voor magnetron sputter inrichting. - Google Patents

Description

Spindel voor magnetron sputter inrichting Technisch vakgebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het vakgebied van het magnetron sputteren van een target materiaal op een substraat. Meer bepaald heeft deze uitvinding betrekking op een spindel voor het aandrijven van een cilindrische target structuur alsook op een eindblok dat zo'n spindel omvat en een magnetron sputter inrichting waarin een corresponderend eindblok wordt gebruikt.

Achtergrond van de uitvinding

Sputteren is een techniek om een deklaag aan te brengen op een substraat. Sputterafzetting is algemeen praktijk geworden in een breed bereik aan technische gebieden, zoals bijvoorbeeld bij het fabriceren van harde schijven of geheugenapparaten voor computers, bij het aanbrengen van optische coatings op glas, bij het bekleden van vlakke beeldschermen, etc.

Dergelijk sputteren heeft plaats onder een omgeving met een afgenomen druk waarbij sputterende of reagerende gassen of mengsels van beide worden toegediend op een gecontrolleerde wijze. Vrije elektronen die bewegen in een magnetisch begrensde loopbaan ioniseren daarbij de gasatomen of moleculen in de nabijheid van het target oppervlak. Deze ionen worden achtereenvolgens versneld naar het target dat negatief is geladen, waardoor bij impact de atomen van het target worden losgemaakt en deze voldoende kinetische energie krijgen voor het bereiken van het substraat en het bedekken ervan.

De vormgeving van de loopbaan is bepaald door een magnetisch veld dichtbij het target oppervlak. Een dergelijke afzetproces wordt algemeen "magnetron sputteren" genoemd als gevolg van de aanwezigheid van het magnetisch veld.

Terwijl verschillende andere configuraties gekend zijn voor targets, is het recent gangbaar om een axiaal-symmetrisch target, bv. een cilindervormig target, in rotatie te brengen rond de lengteas tijdens het sputteren om het target materiaal uniform te verbruiken en een homogenere warmtespreiding te bekomen in het targetoppervlak. Zo'n oplossingen zijn uitgesproken voordelig voor toepassingen waarin de economische drijfveer het bedekken is van substraten met lage materiaalkosten en met een goede kwaliteit. Het roteren van buisvormige targets is de ideale keuze hiervoor, daar deze grote breedten overspannen en kunnen worden gebruikt gedurende lange perioden.

Doordat in deze opstellingen het magneetelement stationair blijft terwijl de target eromheen draait, kan gerichte depositie bekomen worden (het plasmagebied is stationair) terwijl het targetmateriaal relatief gelijkmatig van de ganse buis verwijderd wordt. Het is echter eveneens gekend dat, bij dergelijke inrichtingen, targets toch nog enigszins ongelijkmatig kunnen eroderen : Op de randen van de cilindrische target kan er sterkere erosie optreden t.o.v. het centraal gedeelte omwille van een hogere geïntegreerde plasmadensiteit. Dit kan tot gevolg hebben dat er na gebruik betrekkelijk meer sputterbaar materiaal overblijft in het centraal gedeelte van de target. Daarom kan het interessant zijn om het magneetelement verschuifbaar op te stellen langs de lengteas van de target. Het gecontroleerd verplaatsen van het magneetelement ten opzichte van de cilindrische target structuur kan daarbij dus gebruikt worden om de uniformiteit van het erosiepatroon te verbeteren, zoals bijvoorbeeld wordt beschreven in internationale octrooi aanvraag W02006/007504.

Voor het induceren van de rotatiebeweging van de axiaal symmetrische target wordt typisch gebruik gemaakt van een spindel die aangedreven wordt door een motor. FIG. 1 toont zo'n spindel 100 volgens de stand der techniek. De spindel 100 omvat een target flens 114 voor het monteren van een cilindrische target structuur en een hexagonale motorkoppeling 111 voor het mechanisch koppelen van het target montage element 114 met een motor om een rotatiebeweging te kunnen induceren op de cilindrische target structuur. De spindel 100 omvat verder een stationair magneet supporterend deel 113 voor het supporteren van een magneetelement. In het stationair magneet supporterend deel 113 is een magneet positioneringelement 116 voorzien voor het verplaatsen van het magneetelement ten opzichte van de cilindrische target structuur. Het magneet positioneringelement 116 omvat een schroefkoppeling 117 en een stopmoer 119 voor het instellen en fixeren van de positie van het magneetelement ten opzichte van de cilindrische target structuur.

Op FIG. 1 zijn daarnaast ook een dichtingsstop 112 aangegeven om de spindel vacuüm-en waterdicht af te sluiten en een kunststof isolerende bescherming 102 voor de motorkoppeling 111. Teneinde de rotatie van de motorkoppeling mechanisch te isoleren van het stationair gedeelte worden in de spindel volgens de stand der techniek een metalen glijbus 115, een water dichting 103 en een bronzen axiale lageringsring 121 voorzien.

Het is echter vastgesteld dat het magneetelement de glijbus 115 belast waardoor deze glijbus 115 aan de onderzijde en de bovenzijde op verschillende laterale posities afslijt. Dit kan op relatief korte tijd aanleiding geven tot een significante ongewenste wijziging in de positie van het magneetelement, waardoor deze onvoldoende accuraat is gepositioneerd ten opzichte van de cilindrische target structuur. Een inaccurate positionering van het magneetelement ten opzichte van de cilindrische target structuur is nefast voor het magnetron sputter proces en dient bijgevolg vermeden te worden. Een kleine afwijking in de positie van het magneetelement kan immers leiden tot significante afwijkingen op de locale depositiesnelheid van het target.

Samenvatting van de uitvinding

Uitvoeringsvormen in overeenstemming met de onderhavige uitvinding voorzien een systeem en methode voor een goede en robuuste montage voor een magnetron sputtertarget en magneetelement in een magnetron sputter inrichting.

Het is bovendien een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat zo'n robuuste montage voor de magnetron sputtertarget en het magneetelement gecombineerd wordt met een goede accuraatheid voor de relatieve positie van de componenten, zelfs bij langdurig gebruik. De goede accuraatheid wordt daarbij onder andere bekomen door de goede slijtvastheid van de lagering tussen roterende en stationaire componenten.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een montage systeem en methode wordt voorzien die toelaat dat er verschuiving optreedt van de sputtertarget omdat deze kan uitzetten onder invloed van warmte.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een montage kan worden bekomen die het doorzakken van een axiaal gemonteerde sputtertarget en een axiaal gemonteerd magneetelement kan beperken waardoor de accuraatheid van het systeem verbetert.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een element kan voorzien worden voor het verwezenlijken van rotatie van de sputtertarget ten opzichte van het magneetelement, waarbij het element weinig tot niet beïnvloed wordt door de aanwezigheid van een vloeistofdichting, bijvoorbeeld een waterdichting.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat slijtage wordt beperkt en robuustheid wordt verhoogd zodat de frequentie van nazicht en onderhoud kan worden verlaagd.

De bovenstaande doelstelling wordt verwezenlijkt door een inrichting volgens de onderhavige uitvinding.

De uitvinding betreft een spindel voor het roteren van een cilindrische target structuur in een sputter inrichting, de spindel omvattend een target flens voor het monteren van een cilindrische target structuur, een motorkoppeling voor het mechanisch koppelen van de target flens met een aandrijfmiddel om een rotatie van de cilindrische target structuur omheen een lengteas van de spindel te induceren wanneer deze is gemonteerd op de target flens, en een stationair magneet supporterend deel, waarbij het stationair magneet supporterend deel een magneet koppelelement omvat voor het monteren van een langwerpig magneetelement, waarbij de spindel een langwerpige, radiale, kunststof glijbus omvat voor het mechanisch loskoppelen van de beweging van de motorkoppeling en het stationair magneet supporterend deel, en waarbij de langwerpige, radiale, kunstof glijbus een lengte heeft van minstens 1,5 keer de binnendiameter van de glijbus.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van onderhavige uitvinding dat de slijtage van de lagering, door de zware belasting die erop werkt door het gewicht van het magneetelement, beperkt wordt door het gebruik van een langwerpige, radiale, kunststof glijbus. Hierdoor blijft de accuraatheid van de montage en bijgevolg ook van het sputter proces bekomen met een sputter inrichting waarin deze spindel wordt gebruikt voor lange tijd goed. Dit impliceert dat de frequentie voor onderhoud kan worden verlaagd en dat de nood voor het vervangen van onderdelen kleiner wordt. Het is bovendien een voordeel dat het gebruik van een langwerpige, radiale, kunststof glijbus resulteert in een robuste montage, waardoor ook de frequentie voor nazicht kan worden verlaagd.

De langwerpige, radiale, kunststof glijbus kan vervaardigd zijn uit hoog-performantie kunststof materiaal. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat gebruik kan worden gemaakt van gekende materialen voor het vervaardigen van de glijbus.

De langwerpige, radiale, kunststof glijbus kan vervaardigd zijn uit een geïmpregneerd materiaal waarin de impregnatie een wrijvingsverlagend effect induceert in het materiaal. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de gebruikte materialen kunnen behandeld worden zodat een nog lagere wrijving wordt bekomen.

De spindel kan aangepast zijn om de langwerpige, radiale, kunststof glijbus van een watersmering te voorzien. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de glijbus kan gebruikt worden in combinatie met watersmering, welke functioneert als waterdichting en smering. Dit is bijvoorbeeld niet het geval voor alternatieve oplossingen, zoals het gebruik van naaldlagers. Het gebruik van alternatieve dichtingen zoals vet dichtingen of lip dichtingen blijkt niet optimaal en blijkt te resulteren in het feit dat er toch water in de naaldlager terecht komt, waardoor deze op relatief korte tijd vastloopt. Wanneer een langwerpige radiale kunststof glijbus gebruikt wordt in combinatie met een watersmering, doet dit probleem zich niet voor, wat resulteert in een betrouwbare, robuuste oplossing.

De langwerpige, radiale, kunststof glijbus kan zich in de lengterichting van de spindel uitstrekken over een lengte van minstens twee keer de binnendiameter van de glijbus, bij voorkeur minstens drie keer de binnendiameter van de glijbus. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het koppel van krachten dat op de glijbus werkt kan verdeeld worden over een grote lengte.

Het stationair magneet supporterend deel kan verder een magneet positioneringelement omvatten om een positie van het langwerpig magneetelement in de lengterichting van de lengteas van de spindel te bepalen ten opzichte van de cilindrische target structuur wanneer het langwerpig magneetelement gemonteerd is op het magneet koppelelement.

Het magneet positioneringelement kan een schroefkoppeling omvatten voor het fixeren van het langwerpig magneetelement op een verstelbare positie langs de lengteas, en kan een axiale glijbus omvatten voor het mechanisch loskoppelen van de beweging van de motorkoppeling en het magneet positioneringelement in het stationair magneet supporterend deel.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het nieuwe spindel concept eenvoudig te combineren valt met bestaande technieken voor het wijzigen van de axiale positie van het magneetelement ten opzichte van de cilindrische target. Dit laat toe het sputter proces te optimaliseren door bijvoorbeeld te compenseren voor een van-de-standaard-afwijkende positie van het sputter materiaal op de cilindrische target structuur, door een relatieve verschuiving tussen het magneetelement en het target materiaal te induceren om de positie van verhoogde sputter snelheid aan de randen van het target materiaal te wijzigen, etc.

De axiale glijbus kan vervaardigd zijn uit kunststof. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat ook ter hoogte van het positioneringelement voor het positioneren van het magneetelement langsheen de lengte as van de spindel gebruik kan gemaakt worden van een lagering die combineerbaar is met een watersmering, wat opnieuw resulteert in een verbeterde robuustheid.

De axiale glijbus kan vervaardigd zijn uit hoog-performantie kunststof materiaal. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat gebruik kan worden gemaakt van gekende materialen voor het vervaardigen van de axiale glijbus. De schroefkoppeling kan bovendien voorzien zijn van één of meerdere stopmoeren voor het positioneren van het magneetelement. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat gebruik kan gemaakt worden van een éénvoudig maar accuraat systeem voor het positioneren van het magneetelement. De schroefkoppeling kan aangepast zijn om het langwerpig magneetelement te fixeren op een positie welke verstelbaar is over een bereik om het plasmaveld te positioneren. De spindel kan een dichtingsstop omvatten om de spindel vacuüm- en waterdicht te sluiten. De dichtingsstop kan een dichtingsring omvatten,

De motorkoppeling kan in dwarse doorsnede een hexagonale vorm hebben.

De onderhavige uitvinding betreft eveneens een eindblok voor gebruik in een sputter inrichting, waarin het eindblok een spindel omvat zoals hierboven beschreven.

De onderhavige uitvinding betreft verder ook een set van eindblokken voor gebruik in een sputter inrichting, waarin minstens één eindblok een spindel omvat zoals hierboven beschreven.

De onderhavige uitvinding betreft eveneens een sputter inrichting voor het sputteren van materialen, waarin de sputter inrichting een eindblok of een set van eindblokken omvat zoals hierboven beschreven.

De onderhavige uitvinding betreft verder ook een werkwijze voor het sputteren van materialen, de werkwijze omvattend het monteren van een cilindrische target structuur en een langwerpig magneetelement op een spindel van een eindblok zoals hierboven beschreven, en het in rotatie brengen van de cilindrische target structuur rond de lengteas zodanig dat deze rotatie mechanisch geïsoleerd wordt van het langwerpig magneetelement door de glijbus.

Specifieke en voorkeursdragende aspecten van de uitvinding zijn opgenomen in de aangehechte onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken van de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies zoals aangewezen en niet enkel zoals uitdrukkelijk in de conclusies naar voor gebracht.

Korte beschrijving van de figuren FIG. 1 toont een dwarsdoorsnede van een voorbeeldmatige spindel gekend uit de stand der techniek.

FIG. 2 toont een dwarsdoorsnede van een voorbeeldmatige spindel volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIG. 3 toont een isometrisch perspectief van een spindel gezien van de zijde van de motorkoppeling, volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIG. 4 toont een isometrisch perspectief van een spindel gezien van de zijde van de target flens, volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIG. 5 toont een perspectief doorsnede van een spindel gezien van de zijde van de motorkoppeling, volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIG. 6 toont een eindblok met een spindel volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

De figuren zijn enkel schematisch en niet limiterend. In de figuren kunnen de afmetingen van sommige onderdelen overdreven en niet op schaal worden voorgesteld voor illustratieve doeleinden. Referentienummers in de conclusies mogen niet worden geïnterpreteerd om de beschermingsomvang te beperken. In de verschillende figuren verwijzen dezelfde referentienummers naar dezelfde of analoge elementen.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvoeringsvormen

De huidige uitvinding zal beschreven worden met betrekking tot bijzondere uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, echter de uitvinding wordt daartoe niet beperkt maar is enkel beperkt door de conclusies.

Verwijzing doorheen deze specificatie naar "één uitvoeringsvorm" of "een uitvoeringsvorm" betekent dat een specifiek kenmerk, structuur of karakteristiek beschreven in verband met de uitvoeringsvorm is opgenomen in tenminste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Dus, voorkomen van de uitdrukkingen "in één uitvoeringsvorm" of "in een uitvoeringsvorm" op diverse plaatsen doorheen deze specificatie hoeven niet noodzakelijk allemaal naar dezelfde uitvoeringsvorm te refereren, maar kunnen dit wel doen. Voorts, de specifieke kenmerken, structuren of karakteristieken kunnen gecombineerd worden op eender welke geschikte manier, zoals duidelijk zou zijn voor een gemiddelde vakman op basis van deze bekendmaking, in één of meerdere uitvoeringsvormen.

Vergelijkbaar dient het geapprecieerd te worden dat in de beschrijving van voorbeeldmatige uitvoeringsvormen van de uitvinding verscheidene kenmerken van de uitvinding soms samen gegroepeerd worden in één enkele uitvoeringsvorm, figuur of beschrijving daarvan met als doel het stroomlijnen van de openbaarmaking en het helpen in het begrijpen van één of meerdere van de verscheidene inventieve aspecten. Deze methode van openbaarmaking dient hoe dan ook niet geïnterpreteerd te worden als een weerspiegeling van een intentie dat de uitvinding meer kenmerken vereist dan expliciet vernoemd in iedere conclusie. Eerder, zoals de volgende conclusies weerspiegelen, inventieve aspecten liggen in minder dan alle kenmerken van één enkele voorafgaande openbaar gemaakte uitvoeringsvorm. Dus, de conclusies volgend op de gedetailleerde beschrijving zijn hierbij expliciet opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, met iedere op zichzelf staande conclusie als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Voorts, terwijl sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige, maar niet andere, in andere uitvoeringsvormen inbegrepen kenmerken bevatten, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld als gelegen binnen de reikwijdte van de uitvinding, en vormen deze verschillende uitvoeringsvormen, zoals zou begrepen worden door de vakman. Bijvoorbeeld, in de volgende conclusies kunnen eender welke van de beschreven uitvoeringsvormen gebruikt worden in eender welke combinatie.

Het dient opgemerkt te worden dat de term "omvat", zoals gebruikt in de conclusies, niet als beperkt tot de erna beschreven middelen dient geïnterpreteerd te worden; deze term sluit geen andere elementen of stappen uit. Hij is zodoende te interpreteren als het specificeren van de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, waarden, stappen of componenten waarnaar verwezen wordt, maar sluit de aanwezigheid of toevoeging van één of meerdere andere kenmerken, waarden, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uit. Dus, de omvang van de uitdrukking "een inrichting omvattende middelen A en B" dient niet beperkt te worden tot inrichtingen die slechts uit componenten A en B bestaan. Het betekent dat met betrekking tot de huidige uitvinding, A en B de enige relevante componenten van de inrichting zijn.

In de hier voorziene beschrijving worden talrijke specifieke details naar voren gebracht. Het is hoe dan ook te begrijpen dat uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen uitgevoerd worden zonder deze specifieke details. In andere gevallen zijn welgekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail getoond om deze beschrijving helder te houden.

In een eerste aspect voorziet de onderhavige uitvinding in een spindel voor het roteren van een cilindrische target structuur in een magnetron sputter inrichting. Bij wijze van illustratie, uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding hierdoor niet gelimiteerd, zullen standaard en optionele kenmerken van de spindel beschreven worden met referentie naar FIG. 2 tot FIG. 5.

De spindel 10 zoals getoond in FIG. 2 omvat een target flens 14 voor het monteren van een cilindrische target structuur. Deze target flens 14 kan een conventionele flens zijn of kan alternatief voorzien zijn van een specifieke groeven en montage ribben. De cilindrische target structuur, soms ook buisvormige target structuur genoemd, die zo gemonteerd kan worden bestaat typisch uit een buisvormig substraat waarop target materiaal is afgezet. Het buisvormig substraat kan bijvoorbeeld een holle cilindrische drager zijn.

De spindel 10 omvat eveneens een motorkoppeling 11 voor het mechanisch koppelen van de target flens 14 met een aandrijfmiddel om een rotatie van de cilindrische target structuur omheen een lengteas (A) van de spindel te induceren wanneer de cilindrische target structuur is gemonteerd op de target flens. De motorkoppeling 11 kan bijvoorbeeld demonteerbaar gekoppeld worden aan een eindblok met een rotationeel aandrijfmechanisme. De motorkoppeling van de spindel kan vrij schuiven in de koppeling van het eindblok. Bij gebruik kan de targetbuis ten gevolge van de opwarming door het plasma aanzienlijk uitzetten. De schuifkoppeling laat toe dat de spindel zich axiaal verplaatst om de uitzetting op te vangen en zonder het aandrijfmechanisme extra te belasten of de werking ervan in het gedrang te brengen. De motorkoppeling heeft in de meest gebruikte sputter inrichtingen een typisch hexagonale vorm, hoewel uitvoeringsvormen hierdoor niet beperkt zijn. De motorkoppeling 11 kan een specifieke isolerende bescherming 2 omvatten, bijvoorbeeld vervaardigd uit technische kunststof of hoge performantie kunststof.

De spindel 10 omvat volgens uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding, een stationair magneet supporterend deel. Het stationair magneet supporterend deel van de spindel 10 is aangepast om het magneetelement, dat gebruikt wordt voor het induceren van het magnetisch veld bij magnetron sputtering, te supporteren, waarbij het magneetelement stationair wordt gehouden ten opzichte van de daar rond roterend cilindrische target structuur. Het stationair magneet supporterend deel omvat voor het supporteren van het magneetelement een magneet koppelelement 20 dat is aangepast voor het monteren van een langwerpig magneetelement. Zo'n magneet koppelelement 20 kan een conventioneel koppelelement zijn, of kan alternatief voorzien zijn van specifieke groeven en montageribben. Het stationair magneet supporterend deel omvat volgens sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding optioneel eveneens een magneet positioneringelement 16 om een positie van het langwerpig magneetelement in de lengterichting van de lengteas (A) van de spindel 10 te bepalen ten opzichte van de cilindrische target structuur wanneer het langwerpig magneetelement gemonteerd is op het magneet koppelelement 20. Verdere kenmerken van het magneet positioneringelement 16 zullen verder worden beschreven met betrekking tot een specifieke uitvoeringsvorm.

De spindel 10 omvat, volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, eveneens een langwerpige, radiale, kunststof glijbus 15 voor het mechanisch loskoppelen van de beweging van de motorkoppeling 11 en het stationair magneet supporterend deel. De langwerpige, radiale, kunststof glijbus 15 bevindt zich typisch tussen het stationair magneet supporterend deel en de motorkoppeling 11. De langwerpige radiale glijbus 15 , die vervaardigd is uit kunststof, is zeer slijtvast en is bovendien goed combineerbaar met de aanwezigheid van een watersmering . Dit resulteert in een magnetron sputter inrichting die minder gevoelig is voor slijtage, wat resulteert in een accurate positionering van het magneetelement ten opzichte van de target structuur gedurende een lange periode. Bovendien resulteert de combinatie van de kunststof glijbus en de watersmering in een spindel dat robuust is, en bijvoorbeeld niet snel zal blokkeren bij gebruik over een langere periode. Specifieke uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding kunnen een watersmering voorzien voor de glijbus. Bijvoorbeeld, de glijbus 15 kan één of meerdere groeven bevatten die bevloeid worden met water om een dunne waterfilm te voorzien. In specifieke uitvoeringsvormen kunnen deze één of meerdere groeven longitudinaal zijn op de glijbus. Alternatief kunnen zulke groeven aangebracht zijn op het stationair magneet supporterend deel.

Het is een voordeel van het gebruik van een kunststof glijbus dat wrijving, en de daaruitvolgende slijtage, sterk beperkt kunnen worden met watersmering, terwijl bijvoorbeeld een alternatieve oplossing gebaseerd op een naaldlager niet bestand is tegen water.

Daar het bovendien gekend is om de target te koelen via een waterkoeling, kan in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding de watersmering van de glijbus 15 voordelig gecombineerd worden met corresponderende voorzieningen voor waterkoeling van de target.

In sommige uitvoeringsvormen kan de kunststof glijbus vervaardigd zijn uit hoog-performantie kunststof materiaal. Voorbeelden hiervan zijn Peek™, Techtron™, etc. Zo'n materiaal kan bovendien geïmpregneerd materiaal zijn, waarbij de impregnatie in een wrijvingsverlagend effect resulteert in het materiaal. Typische materialen waarmee kan geïmpregneerd worden zijn bijvoorbeeld Peek HPV, Techtron HPV, etc. In voordelige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding heeft de langwerpige radiale kunststof glijbus in de lengterichting van de spindel een lengte van minstens anderhalve keer de binnendiameter van de glijbus, bij voorkeur minstens twee keer de binnendiameter van de glijbus of minstens drie keer de binnendiameter van de glijbus. Door een grotere lengte te kiezen voor de glijbus wordt het koppel van krachten dat op deze kunststof glijbus werkt, verdeeld over een grotere lengte en zodoende de lokale belasting verlaagd.

In een specifieke uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, is in de spindel een magneet positioneringelement 16 voorzien dat schroefkoppelingen 17 omvat om het langwerpig magneetelement te klemmen op de draad op een verstelbare positie langs de lengteas A. Verder omvat het magneet positioneringselement 16 één of meerdere stopmoeren 19 om de positie van het langwerpig magneetelement in te stellen. De schroefkoppeling 17 kan aangepast zijn om het langwerpig magneetelement te fixeren op een positie welke verstelbaar is over een voldoende bereik van tenminste één centimeter langs de lengteas.

Het magneet positioneringelement kan ook een axiale borging 18 omvatten om de rotatie van de motorkoppeling te isoleren van het magneet positioneringelement (dat deel uitmaakt van het stationair magneet supporterend deel) zodanig dat een verschuiving van het stationair magneet supporterend element ten opzichte van de motorkoppeling 11 wordt belemmerd. In uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding kan deze axiale borging een axiale schijflager omvatten. De axiale schijflager kan in een uitvoeringsvorm voorzien zijn van 4 axiale openingen. De axiale schijflager kan bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit een hoog-performantie kunststof materiaal. Het materiaal kan geïmpregneerd materiaal zijn.

In FIG. 3 en FIG. 5 zijn respectievelijk een isometrisch perspectief beeld en een isometrische perspectief doorsnede van een spindel weergegeven, waarbij het perspectief is getoond vanuit de zijde van de motorkoppeling. In FIG. 4 is een isometrisch perspectief beeld van een spindel weergegeven, waarbij het perspectief is getoond vanuit de zijde van de target flens.

In een tweede aspect, betreft de onderhavige uitvinding eveneens een eindblok voorzien van een spindel zoals beschreven in het eerste aspect. Een eindblok is een component die toelaat de roterende target te dragen en te roteren en die daarnaast ook nog de functionaliteit kan voorzien om te koelen en thermische en elektrisch te isoleren. Het functioneert eveneens als vacuümdoorvoer. Daarnaast is het eindblok typisch ook voorzien om het magneetelement te dragen dat stationair in de roterende target dient te worden gehouden. In uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding gebeurt dit door middel van een spindel zoals hierboven beschreven. Bij wijze van illustratie wordt een voorbeeldmatig eindblok geïllustreerd in FIG. 6. In de figuur zijn het eindblok 200 en de spindel 10 weergegeven, alsook een deel van de cilindrische sputter target 210 en het langwerpig magneetelement 220. In een voorkeursuitvoeringsvorm is het eindblok voorzien van een opening die zich doorheen het volledige eindblok uistrekt, zodat elementen van het eindblok de beweging van de spindel of haar componenten niet hinderen.

In een gerelateerd aspect, betreft de onderhavige uitvinding een set van eindblokken, waarbij minstens één eindblok voorzien is van een spindel zoals beschreven in het eerste aspect.

In een ander aspect omvat de onderhavige uitvinding eveneens een sputterinrichting voorzien van minstens één eindblok met spindel zoals hierboven beschreven.

In nog een ander aspect voorziet de onderhavige uitvinding in een werkwijze voor het sputteren van materialen. De werkwijze omvat daarbij het monteren van een cilindrische target structuur en een langwerpig magneetelement op een spindel van een eindblok zoals hierboven beschreven en het in rotatie brengen van de cilindrische target structuur rond de lengteas zodanig dat deze rotatie mechanisch geïsoleerd wordt van het langwerpig magneetelement door de glijbus. Sputteren gebeurt dan door materiaal te sputteren van de cilindrische target naar een substraat om er een deklaag op af te zetten. Doordat het magneetelement binnen de roterende cilindrische target als stationair is opgesteld, kan men een depositie bekomen in een welbepaalde richting, bij voorkeur met oriëntatie naar het te bedekken substraat.

De voorgaande beschrijving geeft details van bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding. Het zal echter duidelijk zijn dat, hoe gedetailleerd het voorgaande ook blijkt in tekst, de uitvinding op vele manieren kan toegepast worden. Het moet opgemerkt worden dat het gebruik van bepaalde terminologie bij het beschrijven van bepaalde kenmerken of aspecten van de uitvinding niet moet worden opgevat te impliceren dat de terminologie hierin opnieuw wordt gedefinieerd om te worden beperkt tot specifieke kenmerken van de kenmerken of aspecten van de uitvinding waarmee deze terminologie gekoppeld is.

Bij wijze van illustratie werden vergelijkende experimenten uitgevoerd voor een magnetron sputter inrichting met een spindel met een klassieke metalen glijbus zoals getoond in FIG. 1 - stand der techniek, en voor een magnetron sputter inrichting met een spindel met een langwerpige radiale glijbus vervaardigd uit kunststof, zoals getoond in FIG. 2. De test werd uitgevoerd voor een horizontaal gemonteerde cylindrische target met een lengte tot 3.9 m en een stationair magneetelement in een watergekoeld systeem. De rotatiesnelheid van de target structuur was 24 rotaties per minuut. Door het opmeten van de opgetreden slijtage en extrapolatie kon bij de uitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding een maximale afwijking van de as van de horizontaal gemonteerde cylindrische target berekend worden van 0.27°. Bij het conventioneel systeem met een klassieke metalen glijbus werd daarentegen een maximale afwijking van 7° binnen de 6 à 12 maanden vastgesteld. Precies hierdoor zakt het magneetelement meer door en veroorzaakt een wijziging van plasmadensiteit over de lengte van de targetbuis, resulterend in een lokale variatie in depositiesnelheid. Dit illustreert dat het systeem volgens de onderhavige uitvinding verrassend niet alleen een robuuste montage toelaat maar ook zeer slijtvast is waardoor afwijkingen van de positie van het magneetelement ten opzichte van de cilindrische target structuur beperkt kunnen worden, ook wanneer het systeem voor langere termijn wordt gebruikt.

Claims (15)

1. Een spindel (10) voor het roteren van een cilindrische target structuur in een sputter inrichting, de spindel (10) omvattend - een target flens (14) voor het monteren van een cilindrische target structuur, - een motorkoppeling (11) voor het mechanisch koppelen van de target flens (14) met een aandrijfmiddel om een rotatie van de cilindrische target structuur omheen een lengteas (A) van de spindel te induceren wanneer deze is gemonteerd op de target flens (14); - een stationair magneet supporterend deel, waarbij het stationair magneet supporterend deel een magneet koppelelement (20) omvat voor het monteren van een langwerpig magneetelement, een magneet positioneringelement omvat om een positie van het langwerpig magneetelement in de lengterichting van de lengteas van de spindel te bepalen ten opzichte van de cilindrische target structuur wanneer het langwerpig magneetelement gemonteerd is op het magneet koppelelement, waarbij de spindel (10) een langwerpige, radiale, kunststof glijbus (15) omvat voor het mechanisch loskoppelen van de beweging van de motorkoppeling (11) en het stationair magneet supporterend deel, alsook een axiale glijbus voor het mechanisch loskoppelen van de beweging van de motorkoppeling en het magneet positioneringelement in het stationair magneet supporterend deel. waarbij de langwerpige, radiale, kunststof glijbus (15) een lengte heeft van minstens 1,5 keer de binnendiameter van de glijbus (15) en voorzien is van een watersmering.

2. De spindel (10) volgens voorgaande conclusie 1, waarin de langwerpige, radiale, kunststof glijbus (15) vervaardigd is uit hoog-performantie kunststof materiaal.

3. De spindel (10) volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de langwerpige, radiale, kunststof glijbus (15) vervaardigd is uit een geïmpregneerd materiaal waarin de impregnatie een wrijvingsverlagend effect induceert in het materiaal.

4. De spindel (10) volgens één van voorgaande conclusies, waarin de langwerpige, radiale, kunststof glijbus (15) zich in de lengterichting (A) van de spindel (10) uitstrekt over een afstand van minstens twee keer de binnendiameter van de glijbus (15), bij voorkeur minstens drie keer de binnendiameter van de glijbus (15).

5. De spindel (10) volgens één van de voorgaande conclusies, waarin het magneet positioneringelement (16) een schroefkoppeling (17) omvat voor het fixeren van het langwerpig magneetelement op een verstelbare positie langs de lengteas (A).

6. De spindel (10) volgens één van voorgaande conclusies, waarin de axiale glijbus (18) is vervaardigd uit kunststof.

7. De spindel (10) volgens conclusie 6, waarin de axiale glijbus (18) is vervaardigd uit hoog-performantie kunststof materiaal.

8. De spindel (10) volgens één van conclusies 5 tot 7, waarin magneet positioneringselement (16) bovendien voorzien is van één of meerdere stopmoeren (19) voor het positioneren en fixeren van het magneetelement.

9. De spindel (10) volgens conclusie 8, waarin de schroefkoppeling (17) is aangepast om het langwerpig magneetelement te fixeren op een positie welke verstelbaar is over een bereik om het plasmaveld te positioneren.

10. De spindel (10) volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de spindel een dichtingsstop (12) omvat om de spindel vacuüm- en waterdicht te sluiten.

11. De spindel (10) volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de motorkoppeling in dwarse doorsnede een hexagonale vorm heeft.

12. Een eindblok (200) voor gebruik in een sputter inrichting, waarin het eindblok (200) een spindel (10) omvat volgens één van voorgaande conclusies.

13. Een set van eindblokken voor gebruik in een sputter inrichting, waarin minstens één eindblok (200) een spindel (10) omvat volgens één van conclusies 1 tot 11.

14. Een sputter inrichting voor het sputteren van materialen, waarin de sputter inrichting een eindbiok (200) volgens conclusie 12 of een set van eindblokken volgens conclusie 13 omvat.

15. Een werkwijze voor het sputteren van materialen, de werkwijze omvattend - het monteren van een cilindrische target structuur en een langwerpig magneetelement op een spindel van een eindbiok (200) volgens conclusie 12, - het in rotatie brengen van de cilindrische target structuur rond de lengteas (A) zodanig dat deze rotatie mechanisch geïsoleerd wordt van het langwerpig magneetelement door de glijbus (15).