BE1026683A1

BE1026683A1 - Sputterdoel

Info

Publication number: BE1026683A1
Application number: BE20185687A
Authority: BE
Inventors: Bosscher Wilmert De; Giangaspro Ignacio Caretti; David Debruyne; Eliano Hubert; Freddy Fack; Tom Cottens
Original assignee: Soleras Advanced Coatings Bvba
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-04-30
Also published as: KR20210068094A; US20210371970A1; EP3861566B1; CN112640029A; EP3861566A2; WO2020070324A3; BE1026683B1; JP2022504245A; WO2020070324A2

Abstract

In een eerste aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een vlak sputterdoel (400) omvattende een targetmateriaallaag (410) die is opgebouwd door het op elkaar in lagen aanbrengen van spatten, waarbij de targetmateriaallaag (410) een laagbreedte (w) heeft en een microstructuur heeft die varieert over de laagbreedte (w). In een tweede aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het produceren van een dergelijke vlak sputterdoel (400).

Description

SPUTTERDOEL

Technisch gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op vlakke sputterdoelen en meer specifiek op de fabricatie van dergelijke vlakke sputterdoelen.

Achtergrond van de uitvinding

Thermisch sproeien van een targetmateriaal op een vlakke of buisvormige drager is een bekende werkwijze voor de productie van een sputterdoel, dat kan worden gebruikt als bron voor het vormen van dunne coatings in een sputterproces (bv. een magnetronsputterproces).

In een thermisch sproeiproces worden superverwarmde gesmolten of half-gesmolten partikels met hoge snelheden geprojecteerd op het proportioneel veel koudere dragermateriaal en harden snel uit in een typische spatachtige microstructuur teneinde een coating met een gewenste dikte te vormen. Het regelen van de productietemperatuur en microstructuur van de thermisch gesproeide targetmateriaallaag is van cruciaal belang om de interne spanningen ervan en zodoende het risico op targetfalen tijdens het sputteren door barsten of afsplinteren, vooral in het geval van keramische materialen, te minimaliseren. In dit opzicht vermeldt WO2005090631A1 de introductie van poreusheid via thermisch sproeien in een roterend targetmateriaal om thermische spanningen tijdens sputteren te verminderen. Ook US20120055783A1 beschrijft de productie van een vlak of roterend sputterdoel door thermisch sproeien geassisteerd door cryogene koelstralen om interne spanningen te verminderen zonder de poreusheid te verhogen.

BE2018/5687

Voor sputterdoelen vormen targeterosie en gebruik altijd een probleem; dit is de reden waarom op dit front onophoudelijk verdere verbeteringen worden gezocht. Het is bekend dat het targetgebruik voor vlakke targets kenmerkend kleiner is dan voor roterende targets. Vooral in het geval van vlakke magnetrons is de targeterosie gedefinieerd door een ruimtelijk variërende anisotropische elektromagnetisch veld-distributie, dat leidt tot de vorming van een gelokaliseerde erosiegroef. Zo zal de materiaalflux die het targetoppervlak verlaat als gevolg van het sputterproces na verloop van tijd veranderen en een impact hebben op het afzettingsproces op het substraatoppervlak, evenals op het herafzettingsproces op het targetoppervlak. In de praktijk kunnen uitgestoten deeltjes van een kant van de groef gemakkelijker worden afgezet op de tegenoverliggende kant van de groef als gevolg van mogelijke Ar+ ionbotsing een weinig buiten de as en als gevolg van de hoekvormige verdeling van de uitgestoten deeltjes (bv. na een Lambertiaanse verdeling); dit wordt hierin verder omschreven als het ‘lokale lawine-effect' . Door deze effecten wordt de erosiegroef relatief snel dieper (bv. vóór significante verbreding), waardoor de bodem van het targetmateriaal snel wordt bereikt. Eens de bodem van het targetmateriaal is bereikt en het onderliggende materiaal is blootgesteld, moet de sputterdoel kenmerkend worden vervangen door een nieuwe target, anders kan sputtering van het onderliggende materiaal en/of schade aan het sputterende magnetronsysteem optreden. Het targetgebruik dat kan worden verkregen, meer specifiek voor vlakke doelen, is zodoende bepekt.

BE2018/5687

Verder kunnen de eigenschappen van vlakke (bv. rechthoekige, vierkante of cirkelvormige) en roterende (bv. buisvormige) sputterdoelen aanzienlijk verschillen, zelfs als ze allebei worden geproduceerd door thermisch sproeien uit hetzelfde bronmateriaal. Bij de bekende productieprocedures voor roterende targets roteren de sproeibron en de sputterdoeldrager wel degelijk ten opzichte van elkaar rond een centrale as en translateren ten opzichte van elkaar in de richting van de centrale as (bv. een route die spiraalvormig rond het targetoppervlak draait). Daarentegen beweegt bij de bekende productieprocedures voor vlakke targets de sproeibron ten opzichte van de sputterdoeldrager langs een geselecteerd route (bv. een route die “slingert over het targetoppervlak). Eén gevolg daarvan is dat de overlapping van opeenvolgende doorvoeren van gesproeid targetmateriaal op de sputterdoeldrager verschilt tussen vlakke en roterende targets. Een ander gevolg is dat afkoeling van vlakke en roterende sputterdoelen (bv. door afkoeling van de drager die de sputterdoelen ondersteunt) tijdens fabricatie niet op dezelfde manier gebeurt. Dergelijke en andere verschillen leiden tot een mogelijk verschillende microstructuur van het targetmateriaal en dientengevolge tot een verschillende gedrag tussen vlakke en roterende sputterdoelen wanneer ze worden gebruikt om lagen ervan af te zetten. In bepaalde gebruiksgevallen zou het nuttig zijn om vastgestelde procedures voor het afzetten van lagen van vlakke targets over te dragen naar overeenkomstige procedures voor roterende targets (of vice versa), of om de kenmerken van een roterende target van een vlakke-target staal te beoordelen (of vice versa).

BE2018/5687

De huidige bekende productieprocedures voor vlakke en roterende sputterdoelen maken dit dus niet op een ongecompliceerde manier mogelijk.

Er is dus in het vakgebied nog steeds behoefte aan betere vlakke sputterdoelen die sommige of alle bovenstaande problemen, zoals die gerelateerd aan restspanning, targetgebruik en/of de productiewerkwijze, elimineren.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doelstelling van de onderhavige uitvinding om goede vlakke sputterdoelen te verschaffen. Het is een verdere doelstelling van de onderhavige uitvinding om goede werkwijzen voor het fabriceren van genoemde vlakke sputterdoelen te verschaffen. Deze doelstellingen worden bewerkstelligd door producten en werkwijzen volgens de onderhavige uitvinding.

In een eerste aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een vlak sputterdoel omvattende een targetmateriaallaag die is opgebouwd door het op elkaar in lagen aanbrengen van spatten, waarbij de targetmateriaallaag een laagbreedte heeft en een microstructuur heeft die varieert over de laagbreedte.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen met een potentieel hoger targetgebruik kunnen worden gefabriceerd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat, als gevolg van de anisotropische microstructuur en poreusheid, spanningsrelaxatie in de targetmateriaallaag kan

BE2018/5687 plaatsvinden, waardoor meer robuuste (bv. betrouwbare) sputterdoelen worden verkregen.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat ze kunnen bijdragen tot de tegenwerking van het ongewenste lokale lawine-effect.

In uitvoeringsvormen kunnen de spatten een voorkeursoriëntatie hebben en kan de microstructuur die varieert over de laagbreedte de voorkeursoriëntatie die varieert over de laagbreedte omvatten.

In uitvoeringsvormen kan de voorkeursoriëntatie ten opzichte van een normaalrichting van het targetmateriaal een verandering van teken over de laagbreedte ondergaan.

In uitvoeringsvormen kan de microstructuur die varieert over de laagbreedte ten minste een eigenschap omvatten, gekozen uit een dichtheid, een poreusheid, een restspanning en een kristalliniteit, van de targetmateriaallaag over de laagbreedte.

In uitvoeringsvormen kan de laagsamenstelling over de laagbreedte nagenoeg constant blijven.

In uitvoeringsvormen kan het vlak sputterdoel een targetlengte en een targetbreedte hebben, en kan de lengte langer zijn dan de breedte.

In uitvoeringsvormen kunnen de spatten een elementair niet-metaal, een elementair metaal, een legering, een metaalverbinding of een keramisch materiaal omvatten.

In uitvoeringsvormen kan het vlak sputterdoel verder een drager omvatten die onder de targetmateriaallaag ligt.

BE2018/5687

In uitvoeringsvormen kan een dikte van de drager kleiner zijn dan een dikte van de targetmateriaallaag.

In uitvoeringsvormen kan de drager een bovenoppervlak hebben dat is aangepast voor het daarop induceren van de variërende microstructuur over de laagbreedte.

In uitvoeringsvormen kan het vlak sputterdoel verder een opofferingsstructuur omvatten die is geïnjecteerd tussen de drager en de targetmateriaallaag, als er een drager aanwezig is, of onder de targetmateriaallaag ligt als er geen drager aanwezig is.

In een tweede aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het produceren van een vlak sputterdoel, omvattende: (a) het verschaffen van een drager met een bovenoppervlak (bv. een voorste oppervlak); en (b) het sproeien van spatten targetmateriaal op de drager vanuit een sproeibron teneinde een targetmateriaallaag over het bovenoppervlak te vormen, de targetmateriaallaag omvattende een laagbreedte, waarbij de sproeibron een hoek vormt met het bovenoppervlak en waarbij de sproeibron en de achterstructuur zodanig bewegen ten opzichte van elkaar dat de hoek over de laagbreedte varieert.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de laagdikte langs de breedte van het aldus bereide vlakke sputterdoel kan worden gevarieerd door het modificeren van de productieparameters tijdens thermisch sproeien zonder nood aan naverwerkingsstap.

BE2018/5687

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de vlakke sputterdoelen kunnen worden gefabriceerd bij een relatief hoge snelheid en op een economische manier.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen met een dunne drager, of zonder drager, kunnen worden gefabriceerd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen kunnen worden gefabriceerd met zowel grote als kleine afmetingen.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen tijdens fabricatie goed kunnen worden gekoeld. Het is een ander voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een adequate koeling kan worden verkregen met of zonder het verschaffen van actieve koeling (bv. actieve koeling van de achterstructuur, om de vlak sputterdoel daarop af te koelen).

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de drager (bv. de achterstructuur) of delen daarvan, zoals het steunkader dat de dragerplaat draagt, kan worden hergebruikt. Daarom is het een verder voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het de moeite loont om duurdere, meer kwaliteitsvolle dragers te gebruiken.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen kunnen worden gefabriceerd op een drager met gebieden die geschikt zijn om de targets vast te klemmen, bv. aan een sputtermagnetron.

BE2018/5687

In uitvoeringsvormen kan de uitvoering worden gebruikt voor gelijktijdige productie van een veelheid aan vlakke sputterdoelen, waarbij stap (a') en (b') omvatten: (a') het verschaffen van een veelheid aan bovenoppervlakken, waarbij de bovenoppervlakken zijn gerangschikt rond een centrale as; en (b') het sproeien van het targetmateriaal op de achterstructuur teneinde een targetmateriaallaag op elk van de bovenoppervlakken te vormen.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een veelheid aan vlakke sputterdoelen, gelijktijdig kan worden gefabriceerd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat meerdere vlakke sputterdoelen kunnen worden gefabriceerd met identieke procesomstandigheden en dus gelijkaardige producteigenschappen.

In uitvoeringsvormen kan stap b de sproeibron en de achterstructuur omvatten die ten opzichte van elkaar roteren.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen kunnen worden gefabriceerd op een manier die meer overeenkomt met de fabricatie van roterende sputterdoelen. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen kunnen worden gefabriceerd die kenmerken hebben die meer overeenkomen met die van roterende sputterdoelen. Dit kan het additionele voordeel verschaffen dat in een sputtercoatingproductielijn roterende sputterdoelen kunnen worden verwisseld met vlakke targets die zijn

BE2018/5687 geproduceerd volgens de onderhavige uitvinding en vice versa, terwijl de nood aan verandering van sputteromstandigheden minimaal kan zijn en de kwaliteit van de afgezette laag meer vergelijkbaar kan zijn. Het is een verder voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vlakke sputterdoelen kunnen worden gefabriceerd op basis van hardware die momenteel wordt aangewend voor het fabriceren van roterende sputterdoelen.

In een derde aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een vlak sputterdoel die kan worden verkregen door de werkwijze volgens elke uitvoeringsvorm van het tweede aspect.

Specifieke en te verkiezen aspecten van de uitvinding zijn opgenomen in de bijbehorende 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 gepast en niet louter zoals expliciet opgenomen in de conclusies.

Hoewel er op dit gebied constante verbetering, verandering en evolutie van apparaten werd verschaft, worden de onderhavige concepten verondersteld substantiële nieuwe en vernieuwende verbeteringen voor te stellen, inclusief afwijkingen van vorige praktijken, dat resulteert in het verschaffen van meer efficiënte, stabiele en betrouwbare apparaten van deze aard.

De bovenstaande en andere kenmerken, eigenschappen en voordelen van de onderhavige uitvinding

BE2018/5687 worden duidelijk uit de volgende gedetailleerde beschrijving, samen genomen met de bijbehorende tekeningen, die, bij wijze van voorbeeld, de principes van de uitvinding illustreren. Deze beschrijving wordt uitsluitend gegeven als voorbeeld, zonder de doelstelling van de uitvinding te beperken. De hieronder opgegeven referentiefiguren verwijzen naar de bijgevoegde tekeningen.

Korte beschrijving van de tekeningen

FIG. 1 is een schematische voorstelling van een vlak sputterdoel volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 2 is een schematische verticale dwarsdoorsnede van een reël vlak sputterdoel onderverdeeld in diverse secties langs de breedte ervan, die een eerste eind-, midden- en tegenoverliggende eindsectie toont evenals hun overeenkomstige optische microscopische beelden volgens een kenschetsende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIGUREN 3-5 tonen (a) grotere weergaven van de microscopische beelden in FIG. 2 en (b) hogere contrastversies van deze grotere weergaven volgens een kenschetsende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIG. 6 toont een staafdiagram van de te verkiezen spathoek voor de drie secties weergegeven in FIGUREN 2-5.

FIG. 7 toont schematisch het targetgebruik (a) voor een vlak sputterdoel uit de voorgaande stand der techniek en (b) voor een vlak sputterdoel volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

BE2018/5687

FIG. 8 toont schematisch een bovenaanzicht (a) en een zijaanzicht (b) van een drager met een gestructureerd oppervlak volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 9 is een schematische voorstelling van de fabricatie van vlakken sputterdoelen door sproeien volgens een kenschetsende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIG. 10 toont verschillende vlakke sputterdoelprofielen die kunnen worden verkregen door de sproeiparameters te variëren, zoals verkregen door simulaties volgens kenschetsende uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

In de verschillende figuren verwijzen dezelfde referentietekens naar dezelfde of analoge elementen.

Beschrijving van illustratieve uitvoeringsvormen

De onderhavige uitvinding wordt beschreven met betrekking tot specifieke uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, maar de uitvinding is niet beperkt daartoe maar alleen tot de conclusies. De beschreven tekeningen zijn louter schematisch en niet beperkend. In de tekeningen kan de grootte van sommige van de elementen overdreven zijn en niet op schaal zijn getekend voor illustratieve doeleinden. De dimensies en de relatieve dimensies komen niet overeen met werkelijke reducties voor de praktijk van de uitvinding.

De termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies, worden gebruikt voor het maken van onderscheid tussen soortgelijke elementen en niet noodzakelijk voor het beschrijven van

BE2018/5687 een reeks, hetzij in tijd, ruimte, rangorde of op enige andere wijze. Het is duidelijk dat de aldus gebruikte termen onder gepaste omstandigheden onderling verwisselbaar zijn en dat de hierin beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen werken in andere volgorden dan hierin beschreven of geïllustreerd.

Bovendien worden de termen boven, bodem, over, onder, voorkant, achterkant en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor descriptieve doeleinden en niet noodzakelijk voor het beschrijven van relatieve posities. Het is duidelijk dat de aldus gebruikte termen onder gepaste omstandigheden onderling verwisselbaar zijn met hun antoniemen en dat de hierin beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen werken in andere oriëntaties dan hierin beschreven of geïllustreerd.

Het dient vermeld dat de term 'omvattend', gebruikt in de conclusies, niet mag worden geïnterpreteerd als zijnde beperkt tot de daarna opgesomde middelen; het sluit geen andere elementen of stappen uit. Het moet dus worden geïnterpreteerd als specificerend voor de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, gehele getallen, stappen of componenten waarnaar wordt verwezen, maar sluit de aanwezigheid of toevoeging van een of meer andere kenmerken, gehele getallen, stappen of componenten, of groepen daarvan, niet uit. De bedoeling van de uitdrukking 'een apparaat omvattend middelen A en B' mag dus niet worden beperkt tot apparaten die alleen bestaan uit componenten A en B. Dit betekent dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding de enige relevante componenten van het apparaat A en B zijn.

BE2018/5687

Evenzo dient vermeld dat de term “gekoppeld, ook gebruikt in de conclusies, niet dient te worden geïnterpreteerd als zijnde uitsluitend beperkt tot rechtstreekse verbindingen. De termen “gekoppeld en “verbonden, samen met hun afleidingen, kunnen worden gebruikt. Het dient vermeld dat deze termen niet zijn bedoeld als synoniemen voor elkaar. De bedoeling van de uitdrukking “een apparaat A gekoppeld aan een apparaat B dient dus niet te worden beperkt tot apparaten of systemen waarbij een uitgang van apparaat A rechtstreeks is verbonden met een ingang van apparaat B. Het betekent dat er een route bestaat tussen een uitgang van A en een ingang van B die een route kan zijn die andere apparaten of middelen omvat. “Gekoppeld kan betekenen dat twee of meer elementen ofwel in rechtstreeks fysiek of elektrisch contact zijn, ofwel dat twee of meer elementen niet in rechtstreeks contact zijn met elkaar maar nog steeds samenwerken of een interactie aangaan met elkaar.

Verwijzing doorheen deze specificatie naar 'een bepaalde uitvoeringsvorm' of 'een uitvoeringsvorm' betekent dat een specifieke eigenschap, structuur of kenmerk beschreven met betrekking tot de uitvoeringsvorm is opgenomen in ten minste een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. De opnamen van de uitdrukkingen 'in een bepaalde uitvoeringsvorm' of 'in een uitvoeringsvorm' op diverse plaatsen doorheen deze specificatie verwijzen niet noodzakelijk allemaal naar dezelfde uitvoeringsvormen, maar kunnen dat wel. Verder kunnen de specifieke eigenschappen, structuren of kenmerken op elke geschikte manier worden gecombineerd, zoals uit deze openbaring duidelijk is voor eenieder die

BE2018/5687 is onderlegd in het vakgebied, in een of meer uitvoeringsvormen.

Evenzo dient het duidelijk te zijn dat in de beschrijving van de kenschetsende uitvoeringsvormen van de uitvinding diverse kenmerken van de uitvinding soms samen worden gegroepeerd in een enkele uitvoeringsvorm, figuur, of beschrijving daarvan voor het stroomlijnen van de openbaring en helpen bij het verkrijgen van inzicht in een of meer van de diverse aspecten van de uitvinding. Deze openbaringsmethode mag echter niet worden geïnterpreteerd als zijnde een intentie dat de geclaimde uitvinding meer kenmerken vereist dan expliciet vermeld in elke conclusie. In de plaats daarvan liggen, zoals blijkt uit de volgende conclusies, de inventieve aspecten in minder dan alle kenmerken van een enkele daarvoor geopenbaarde uitvoeringsvorm. De conclusies die volgen op de gedetailleerde beschrijving zijn hierdoor dus expliciet opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, waarbij elke conclusie op zichzelf staat als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Verder zijn, hoewel enkele hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige maar geen andere eigenschappen die zijn opgenomen in andere uitvoeringsvormen omvatten, combinaties van eigenschappen van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld om binnen de doelstelling van de uitvinding te liggen, en verschillende uitvoeringsvormen vormen, zoals duidelijk is voor de ervaren deskundige. Bijvoorbeeld, in de volgende conclusies kan elke van de geclaimde uitvoeringsvormen in elke combinatie worden gebruikt.

BE2018/5687

Verder zijn sommige van de uitvoeringsvormen hierin beschreven als een werkwijze of combinatie van elementen van een werkwijze die kan worden uitgevoerd door een processor van een computersysteem of door andere middelen voor het uitoefenen van de functie. Een processor met de nodige instructies voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze of element van een werkwijze vormt dus een middel voor het uitvoeren van de werkwijze of element van een werkwijze. Verder is een hierin beschreven element van een uitvoeringsvorm van een inrichting een voorbeeld van een middel voor het uitvoeren van de functie die door het element wordt uitgevoerd met als doel het uitvoeren van de uitvinding.

In de hierin verschafte beschrijving zijn diverse specifieke details opgenomen. Het dient echter duidelijk te zijn dat uitvoeringsvormen van de uitvinding in de praktijk kunnen worden gebracht zonder deze specifieke details. In andere instanties werden bekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail weergegeven om de duidelijkheid van de beschrijving niet in gevaar te brengen.

De volgende termen worden uitsluitend verschaft als hulp voor het begrijpen van de uitvinding.

Zoals hierin gebruikt, en tenzij anders vermeld, is een spat een microscopische entiteit die wordt verkregen door het projecteren (bv. sproeien) van deeltjes (bv. gesmolten of half-gesmolten deeltjes) targetmateriaal op een oppervlak (bv. op een bovenoppervlak van een drager of op voorheen gevormde spatten). Door spatten over elkaar in lagen aan te brengen wordt een targetmateriaallaag (bv. een

BE2018/5687 targetmateriaalcoating) verkregen. In uitvoeringsvormen kunnen de spatten amorf en/of kristallijn targetmateriaal omvatten (bv. daaruit bestaan).

Zoals hierin gebruikt, en tenzij anders vermeld, komt een eigenschap dat wordt omschreven als een “spat [eigenschap] overeen met genoemde eigenschap die als dusdanig voor een spat wordt geëvalueerd. Bijvoorbeeld, een spatsamenstelling kan overeenkomen met een samenstelling binnen de grenzen van een spat. Binnen de onderhavige uitvinding hoeft een dergelijke spateigenschap niet constant te zijn voor alle spatten en kunnen van de ene spat tot de andere variëren.

Zoals hierin gebruikt, en tenzij anders vermeld, kom een eigenschap die wordt omschreven als een “laag [eigenschap] overeen met genoemde eigenschap die werd geëvalueerd voorbij de spatgrenzen, bv. binnen het gebied van de targetmateriaallaag (of binnen de targetmateriaallaag als geheel). Bijvoorbeeld, de laagdichtheid kan overeenkomen met de dichtheid binnen een gebied van de targetmateriaallaag, waarbij het gebied een geheel van spatten en holtes daartussen omvat. In uitvoeringsvormen kan het gebied van de targetmateriaallaag zodanig worden gekozen dat dit ten minste 100 spatten, bij voorkeur ten minste 500 spatten, met de meeste voorkeur ten minste 2000 spatten, tot bijvoorbeeld 10000 of 100000 spatten omvat. Binnen de onderhavige uitvinding hoeft een dergelijke laageigenschap niet constant te zijn over de volledige laag en variëren één of meer laageigenschappen wel degelijk over de volledige laag (bv. over de laagbreedte).

BE2018/5687

Zoals hierin gebruikt, en tenzij anders vermeld, omvat de microstructuur van een targetmateriaallaag (bv. bestaat uit) eigenschappen die gerelateerd zijn aan de spatoriëntatie, de spatgrootte, de spatvorm, de spatkristalliniteit, de laagkristalliniteit, de laagdichtheid, de laagporeusheid, de laagstructuur, de laagvolgorde, de laagspanning, enz.

Zoals hierin gebruikt, en tenzij anders vermeld, kan een structuur kenmerkend een eerste dimensie (bv. een breedte), een tweede dimensie (bv. een lengte) en een derde dimensie (bv. een dikte of hoogte) hebben. In uitvoeringsvormen kunnen deze drie dimensies kenmerkend loodrecht zijn. In uitvoeringsvormen kan de laagdikte de richting zijn waarin de lagen spatten wordt opgebouwd, en kunnen de laagbreedte en laaglengte loodrecht staan daarop. In uitvoeringsvormen kunnen de targetdikte, targetbreedte en targetlengte respectievelijk parallel lopen met de laagdikte, laagbreedte en laaglengte. In voorkeursuitvoeringsvormen kan de laagbreedte gelijk zijn aan of korter zijn dan de laaglengte. Evenzo kan de targetbreedte gelijk zijn aan of korter zijn dan de targetlengte.

Zoals hierin gebruikt, en tenzij anders vermeld, is een achterstructuur een drager voor een targetmateriaallaag die is aangepast voor gebruik bij een werkwijze voor het produceren van een sputterdoel.

In een eerste aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een vlak sputterdoel omvattende een targetmateriaallaag die is opgebouwd door het op elkaar in lagen aanbrengen van spatten, waarbij de

BE2018/5687 targetmateriaallaag een laagbreedte heeft en een microstructuur (en/of eigenschappen die daarmee verbonden zijn) heeft die varieert over de laagbreedte. Een dergelijke vlak sputterdoel 400, omvattende een targetmateriaallaag 410 op een bovenoppervlak 111 van een drager 100 (cf. infra), is schematisch weergegeven in FIG. 1. Hierin stellen de gekromde lijnen in de targetmateriaallaag 410 de variatie in morfologie over de laagbreedte (w) voor.

In uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel een targetlengte en een targetbreedte hebben, waarbij de targetlengte gelijk is aan of langer is dan de targetbreedte. In voorkeursuitvoeringsvormen kan de targetlengte langer zijn dan de targetbreedte, bv. de targetlengte kan ten minste twee- of driemaal de targetbreedte zijn. In uitvoeringsvormen kan de targetbreedte ten minste 20 mm, bij voorkeur ten minste 50 mm, met een nog grotere voorkeur ten minste 100 mm, zoals 113 mm of 120 mm zijn. In uitvoeringsvormen kan de targetlengte ten minste 100 mm, bij voorkeur ten minste 500 mm, zoals 800 mm zijn. Er is kenmerkend geen bovengrens voor de targetlengte en/of targetbreedte, maar een praktische limiet voor de targetlengte kan, bijvoorbeeld, ingesteld zijn op 4000 mm. In uitvoeringsvormen kan de laagbreedte gelijk zijn aan of kleiner zijn dan de targetlengte. In uitvoeringsvormen kan de laagbreedte gelijk zijn aan of kleiner zijn dan de targetbreedte.

In uitvoeringsvormen kan de vorm van het vlakke sputterdoel rechthoekig, vierkant, rond of ellipsvormig zijn. In voorkeursuitvoeringsvormen kan het vlakke

BE2018/5687 sputterdoel een rechthoekige vlak sputterdoel zijn. In uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel een in hoofdzaak vlak achteroppervlak (bv. bodemoppervlak) zijn. Het vlakke sputterdoel kan op voordelige wijze een target zijn die geschikt is voor bevestiging op een vlakke magnetron.

In alternatieve uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel een roterende drager omvatten. Het vlakke sputterdoel kan, op voordelige wijze, een vlak veelhoekig sputterdoel zijn omvattende (bv. bestaande uit) een, twee of meer targetmateriaallagen op een drager (zie bv. voorbeeld 3) die geschikt is voor bevestiging op een roterende magnetron. In uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel twee of meer dragerplaten bevatten, elk met een targetmateriaallaag daarop, bevestigd op een veelhoekige steunkader (bv. een steunkader met een veelhoekig profiel; zie bv. voorbeeld 3). In uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel een targetmateriaallaag op twee of meer vlakken van een veelhoekige drager (bv. een drager, zoals een dragerbuis) omvatten.

In voorkeursuitvoeringsvormen kan de microstructuur die varieert over de laagbreedte mogelijk niet het gevolg (bv. uitsluitend het gevolg) zijn van een verandering in laagsamenstelling (bv. een verandering in de gemiddelde spatsamenstelling tussen gebieden van de targetmateriaallaag). In uitvoeringsvormen kan het sputterdoel een elementair niet-metaal, een elementair metaal, een legering, een metaalverbinding, een keramische materiaal, of een combinatie daarvan omvatten. In uitvoeringsvormen kan de targetlaag aluminium-gedoteerd

BE2018/5687 zinkoxide (AZO), Cr, CuGa, indiumtinoxide (ITO), Mo, Ni, een Ni-legering (bv. NiCr), NbOx, Si, SiAl, Sn, TiOx, een W-legering, Zn, een Zn-legering (bv. ZnSn of ZnAl), ZnO, ZrOx en zinktinoxide (ZTO) omvatten. Het vlakke sputterdoel kan kenmerkend een materiaalsamenstelling (bv. een laagsamenstelling) met een intrinsieke dichtheid hebben. In uitvoeringsvormen kan de targetmateriaallaag een dichtheid van 99% van de intrinsieke dichtheid of minder, mogelijk 97% of minder, nog meer realistisch 95% of minder, zelfs 92% of minder, zoals 90% of minder hebben. In uitvoeringsvormen kan de laagsamenstelling over de laagbreedte nagenoeg constant blijven. Bijvoorbeeld, een verandering van de laagsamenstelling over de laagbreedte kan 5 at.% of minder, bij voorkeur 2 at.% of minder zijn; alternatief kan de laagsamenstelling over de laagbreedte 2 gew.% of minder, bij voorkeur 1 gew.% of minder zijn. In uitvoeringsvormen kan de spatsamenstelling tussen twee afzonderlijke spatten aanzienlijk variëren (bv. zelfs als de laagsamenstelling nagenoeg constant is). Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn wanneer de targetmateriaallaag is gevormd door sproeien (bv. gelijktijdig) van twee of meer materialen. In voorkeursuitvoeringsvormen kan de verspreiding van de spatsamenstelling over de laagbreedte nagenoeg constant zijn.

In uitvoeringsvormen kan de targetmateriaal laag (bv. de spatten) worden verkregen door sproeien, bv. door thermisch sproeien of koudsproeien. In uitvoeringsvormen kan de targetmateriaallaag een nagenoeg vlak, een concaaf of een convex bovenoppervlak; bij voorkeur vlak of convex, hebben. In uitvoeringsvormen kan

BE2018/5687 de targetmateriaallaag een dikte van ten minste 1 mm, bij voorkeur ten minste 5 mm, met een grotere voorkeur ten minste 10 mm, zoals 20 mm of meer, hebben.

In onderhavige uitvinding kan de microstructuur die varieert over de laagbreedte kenmerkend het gevolg zijn van een invalshoek (bv. een gemiddelde invalshoek) van de geprojecteerd deeltjes ten opzichte van het oppervlak dat langs de laagbreedte varieert. Bijvoorbeeld, een sproeibron kan zodanig worden bewogen ten opzichte van het oppervlak (of vice versa) dat de hoek ervan ten opzichte van het oppervlak varieert over de laagbreedte; de sproeibron kan, bijvoorbeeld, een sectie van een hemisferische route ten opzichte van een vlak oppervlak (bv. het bovenoppervlak van de achterstructuur of het bovenoppervlak van het sputterdoel) traceren. Zo ervaren verschillende locaties langs de breedterichting een verschillende gemiddelde invalshoek van de deeltjes die werden geprojecteerd vanuit de sproeibron.

Om te bepalen of de microstructuur (bv. de voorkeursoriëntatie of de laagdichtheid) varieert over de laagbreedte, kan men bijvoorbeeld (bv. virtueel) de targetmateriaallaag verdelen in een aantal (bv. van 2 tot 10) porties (bv. secties) over de laagbreedte en de microstructuur in elke portie vergelijken. Bijvoorbeeld, de targetmateriaallaag zou over de laagbreedte kunnen worden onderverdeeld in een linker sectie, mogelijk een middelste sectie en een rechter sectie; deze secties hebben bijvoorbeeld gelijke breedtes.

In uitvoeringsvormen kunnen de spatten een voorkeursoriëntatie hebben en kan de microstructuur die varieert over de laagbreedte de voorkeursoriëntatie die

BE2018/5687 varieert over de laagbreedte omvatten. In uitvoeringsvormen kan de hoek van de voorkeursoriëntatie ten opzichte van een normaalrichting van het targetmateriaal een verandering van teken over de laagbreedte ondergaan (w). In uitvoeringsvormen kan de voorkeursoriëntatie ten opzichte van een normaalrichting van de targetmateriaallaag positief zijn in de richting van een eerste uiteinde langs de laagbreedte, negatief in de richting van een tegenoverliggend uiteinde langs de laagbreedte en kan daartussen gradueel variëren. De normaalrichting van de targetmateriaallaag kan bijvoorbeeld een richting zijn loodrecht op het oppervlak van de drager, indien aanwezig. In uitvoeringsvormen kan de voorkeursoriëntatie de gemiddelde spatoriëntatie of de hoofdzakelijk aangetroffen spatoriëntatie of de theoretisch meest waarschijnlijk voorkomende spatoriëntatie voor de spatten in het desbetreffende gebied zijn. In uitvoeringsvormen kan de spatoriëntatie overeenkomen met de dikterichting van de spat. Bijvoorbeeld, na onderverdeling (cf. supra) van de targetmateriaallaag in een linker sectie, mogelijke middensectie en rechter sectie, kan blijken dat de voorkeursoriëntatie nagenoeg omhoog (bv. parallel met de laagdikterichting) wijst in de middensectie, naar links helt in de linker sectie en naar rechts helt in de rechter sectie.

In uitvoeringsvormen kan de microstructuur die varieert over de laagbreedte ten minste een eigenschap omvatten van de targetmateriaallaag over de laagbreedte. De ten minste een eigenschap kan, bijvoorbeeld, een dichtheid, een poreusheid, een restspanning, een

BE2018/5687 kristalliniteit of een laagdikte zijn. Bijvoorbeeld, na onderverdeling (cf. supra) van de targetmateriaallaag in een linker sectie, mogelijke middensectie en rechter sectie, kan blijken dat de laagdichtheid hoger is in de middensectie dan in de linker en rechter sectie.

Er wordt nu verwezen naar FIG. 2. In het midden is een TiOx targetmateriaallaag 410 van een vlak sputterdoel 400 schematisch afgebeeld; drie secties 401403 langs de laagbreedte w zijn verder aangegeven. De grote pijlen geven een indicatie van de hoek van de sproeibron boven elke sectie. Representatieve optische microscopische beelden (1,3 x 1,1 mm) voor elke van de secties 401 tot 403 zijn afgebeeld onderaan FIG. 2. De microscopische beelden zijn genomen langs de dwarsdoorsnede van de targetmateriaallaag.

Een grotere versie van deze beelden is weergegeven voor elke van de secties 401, 402 en 403 in FIGUREN 3, 4 en 5 respectievelijk. FIGUREN 3a-5a komen overeen met de beelden zoals afgebeeld in FIG. 2, terwijl FIG. 3b-5b overeenkomen met deze beelden met verhoogd contrast. De individuele spatten die de targetmateriaallaag 410 vormen kunnen in deze beelden worden onderscheiden. Om het oog te leiden is een lijn afgebeeld in FIGUREN 3a-5a die overeenkomt met de algemene laagvorming van de spatten en is een pijl afgebeeld om de te verkiezen spatoriëntatie aan te geven. Zoals men kan zien verschuift de te verkiezen spatoriëntatie van de links hellende in linkersectie 401, naar omhoog in middensectie 402, tot rechts hellend in rechter sectie 403, wat een duidelijke indicatie geeft van de veranderende microstructuur over de laagbreedte w.

BE2018/5687

4

FIG. 6 toont de te verkiezen spatoriëntatie voor elke van de secties 401-403. De voorkeurshoeken werden afgeleid van de microscopische beelden afgebeeld in FIGUREN 3a-5a door middel van de ImageJ beeldverwerkingssoftware (ImageJ.net). De procedure bestond uit twee stappen. Eerst werd een gebiedfilter aangebracht om de randen van de spatten te accentueren. Vervolgens werd de Directionality plugin gebruikt (met de Fourier componentenwerkwijze) om de voorkeursoriëntatie van de spatten te verkrijgen.

FIG. 7a toont een schematische voorstelling van het targetgebruik voor vlakke sputterdoelen uit de voorgaande stand der techniek in een sputtermagnetron. Lijnen in het sputterdoel geven de laagvorming van spatten aan en stippen geven de aanwezigheid aan van leemtes in het sputterdoel (d.w.z. stellen de poreusheid van het sputterdoel voor). De pijlen komen overeen met de invallende Ar⁺-ionen of reactieve gasionen. De invallende iondichtheid is niet gelijkmatig verdeeld over de targetbreedte als gevolg van de niet-gelijkmatige plasmabeperking van het elektromagnetische veld. Als het materiaal van het vlakke sputterdoel is opgebruikt door sputtering, dan wordt een spoor geërodeerd in het vlakke sputterdoel. Dit spoor is kenmerkend relatief smal in vlakke sputterdoelen uit de voorgaande stand der techniek, dat resulteert in een relatief laag targetgebruik.

FIG. 7b daarentegen toont een schematische voorstelling van het targetgebruik in een sputtermagnetron voor vlakke sputterdoelen 400 volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. Lijnen in het sputterdoel geven hier ook de laagvorming van spatten aan en stippen

BE2018/5687 geven de poreusheid van het sputterdoel weer. In tegenstelling tot het vlakke sputterdoel uit de voorgaande stand der techniek heeft het onderhavige vlakke sputterdoel 400 een microstructuur die varieert over de targetbreedte, met bv. een hogere poreusheid in de richting van de randen. Zo wordt, door beweging vanuit het midden naar de randen, het sputtermateriaal steeds meer gekenmerkt doordat een hoger oppervlakgebied en lagere bindingsenergie en wordt zodoende sneller losgemaakt van het vlakke sputterdoel. Dit leidt effectief tot een verbreding van het geërodeerde spoor en zodoende tot een hoger targetgebruik. De poreusheid maakt verder ontspanning in de targetmateriaallaag mogelijk, waardoor restspanningen worden verlicht en meer robuuste (bv. betrouwbare) sputterdoelen worden verkregen.

In uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel bestaan uit de targetmateriaallaag. In andere uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel verder een drager (bv. een dragerplaat, dragerframe, veelhoekige dragerbuis, of dragerprofiel) omvatten die onder de targetmateriaallaag ligt. De drager kan op zijn beurt worden bevestigd op een achterstructuur om deze tijdens productie van de target te ondersteunen. Het vlakke sputterdoel kan op voordelige wijze een targetmateriaallaag op een drager omvatten (bv. bestaan uit). Het vlakke sputterdoel kan ook rechtstreeks op de achterstructuur worden gevormd tijdens de fabricatie van het vlakke sputterdoel, waarbij de achterstructuur dienst doet als drager.

In uitvoeringsvormen kan een dikte van de drager kleiner zijn dan een dikte van de targetmateriaallaag. In

BE2018/5687 uitvoeringsvormen kan de dikte van de drager 1 cm of minder, bij voorkeur 5 mm of minder, zoals 4 mm of minder meten. De onderhavige uitvinding maakt het op voordelige wijze mogelijk dat de targetmateriaallaag wordt aangebracht (bv. gevormd) op een dunne drager.

In uitvoeringsvormen kan de drager een of meer metalen omvatten (bv. voornamelijk bestaan uit). In uitvoeringsvormen kunnen de een of meer metalen zijn gekozen uit Al, Cu, Ti, Mo en Fe. In uitvoeringsvormen kan de drager in hoofdzaak bestaan uit een materiaal gekozen uit Al, Cu, Ti, Mo en staal (bv. roestvrij staal). De drager kan kenmerkend een materiaalsamenstelling met een intrinsieke dichtheid hebben. In uitvoeringsvormen kan de drager een dichtheid van 95% van de intrinsieke dichtheid of hoger, bij voorkeur 98% of hoger, met een nog grotere voorkeur 99% of hoger hebben.

In uitvoeringsvormen kan de drager een bovenoppervlak hebben dat is aangepast voor het daarop induceren van de variërende microstructuur over de laagbreedte. In uitvoeringsvormen kan de drager een gekromd oppervlak (bv. een sectie van een hemisferisch oppervlak) hebben om variatie van een invallende hoek van de partikels die worden geprojecteerd vanuit de sproeibron over de laagbreedte te bevorderen. In uitvoeringsvormen kan de drager een gestructureerd oppervlak hebben om variatie van een invallende hoek van de partikels die worden geprojecteerd vanuit de sproeibron over de laagbreedte te bevorderen. In uitvoeringsvormen kan het gestructureerde oppervlak nokken en/of pieken en/of dalen omvatten. Een voorbeeld van een dergelijk gestructureerd oppervlak is weergegeven in FIG. 8, dat schematisch een

BE2018/5687 bovenaanzicht (a) weergeeft van een drager 100 met gestructureerd oppervlak en een zijaanzicht (b) van de sectie 101 van de drager 100 omvattende een gestructureerd oppervlak 112 met een zaagtandprofiel.

In uitvoeringsvormen kan de drager een bovenoppervlak hebben dat is aangepast om adhesie van de spatten daarop te bevorderen. In uitvoeringsvormen kan de drager een gestructureerd oppervlak hebben om adhesie van de spatten daarop te vergemakkelijken. In uitvoeringsvormen kan het gestructureerde oppervlak een ruw (bv. niet glad) oppervlak hebben. In uitvoeringsvormen kan de drager een gestructureerd oppervlak hebben die variatie van een invallende hoek van de partikels die worden geprojecteerd vanuit de sproeibron over de laagbreedte en adhesie van de spatten op het gestructureerde oppervlak gelijktijdig bevorderen. In uitvoeringsvormen kan de drager een adhesiebevorderingslaag (bv. een adhesiebevorderende overlegstructuur) hebben die is aangebracht op het bovenoppervlak om adhesie van de spatten daarop te bevorderen. In uitvoeringsvormen kan de adhesie-overlaag een metaallaag, een legeringslaag of een verbindingslaag omvatten (bv. bestaan uit). In voorkeursuitvoeringsvormen kan de adhesiebevorderingslaag een dikte kleiner dan 2 mm, bv. kleiner dan 1 mm, bijvoorbeeld 0,5 mm of zelfs minder hebben.

In uitvoeringsvormen kan het vlakke sputterdoel verder een opofferingsstructuur omvatten die is geïnjecteerd tussen de drager en de targetmateriaallaag, als er een drager aanwezig is, of onder de targetmateriaallaag ligt als er geen drager aanwezig is.

BE2018/5687

In uitvoeringsvormen kan de opofferingsstructuur een dun flexibel vel (bv. carbonpapier) zijn. In uitvoeringsvormen kan de opofferingsstructuur een lage smelttemperatuur hebben. In uitvoeringsvormen kan de opofferingsstructuur verwijderbaar van de targetmateriaallaag zijn.

In uitvoeringsvormen kan elk kenmerk van elke uitvoeringsvorm van het eerste aspect onafhankelijk zijn zoals overeenkomstig beschreven voor elk ander aspect of hun uitvoeringsvormen.

In een tweede aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het produceren van een vlak sputterdoel, omvattende: (a) het verschaffen van een achterstructuur met een bovenoppervlak (bv. een voorste oppervlak); en (b) het sproeien van spatten targetmateriaal op de achterstructuur vanuit een sproeibron teneinde een targetmateriaallaag over het bovenoppervlak te vormen, de targetmateriaallaag omvattende een laagbreedte, waarbij de sproeibron een hoek vormt met het bovenoppervlak en waarbij de sproeibron en de achterstructuur zodanig bewegen ten opzichte van elkaar dat de hoek over de laagbreedte varieert.

In uitvoeringsvormen kan de achterstructuur een profiel in dwarsdoorsnede hebben dat overeenkomt met een onregelmatige of regelmatige veelhoek (bv. een regelmatige driehoek, vierkant, vijfhoek, zeshoek, achthoek, twaalfhoek, zestienhoek, enz.). In sommige uitvoeringsvormen kan de achterstructuur nagenoeg monolithisch zijn. In andere uitvoeringsvormen kan de achterstructuur twee of meer delen, zoals een of meer

BE2018/5687 dragerplaten bevestigd op een steunkader, omvatten. In uitvoeringsvormen kan de achterstructuur geschikt zijn voor koeling van het bovenoppervlak. In uitvoeringsvormen kan de achterstructuur een holle achterstructuur zijn. De achterstructuur kan, bijvoorbeeld, een holle achterstructuur (bv. een buis, bijvoorbeeld met een veelhoekig profiel) zijn waardoor een koelvloeistof voor koeling van het bovenoppervlak (bv. koeling van de targetmateriaallaag) kan stromen. In uitvoeringsvormen kan de dikte van de achterstructuur (bv. de dikte van de achterstructuur die de holle omgeeft of de dikte van de dragerplaat) bv. 20 mm of minder, zoals 10 mm of minder, bij voorkeur 5 mm of minder, zoals 4 mm of minder meten. Monolithische achterstructuren of dragerplaten die worden gebruikt in de onderhavige werkwijze zijn kenmerkend minder vatbaar voor vervorming, bijvoorbeeld als gevolg van verbeterde koeling (meer specifiek met betrekking tot de bekende werkwijzen voor het maken van vlakke structuren door thermisch sproeien op een niet-gekoelde achterstructuur) en/of als gevolg van additionele steun verschaft door de steunkader; zo kunnen ze op voordelige wijze dunner zijn. In uitvoeringsvormen kan de steunkader iets dikker zijn dan de dragerplaat. Op deze manier kan de steunkader thermische en/of mechanische spanningen die worden veroorzaakt door het sproeiproces beter weerstaan en kan zodoende de dragerplaat beter steunen.

Doordat de achterstructuur kenmerkend een specifiek type van drager is, kunnen kenmerken van de achterstructuur (bv. de materiaalsamenstelling), in uitvoeringsvormen, onafhankelijk zijn zoals eerder beschreven voor de drager (en vice versa). In

BE2018/5687 uitvoeringsvormen kan de achterstructuur een materiaalsamenstelling (cf. supra) omvatten die wordt gekozen in functie van de targetmateriaallaag die daarop moet worden gevormd. Bijvoorbeeld, de dragerplaat of de monolithische achterstructuur kan bestaan uit een materiaalsamenstelling die zodanig is gekozen dat de thermische uitzettingscoefficiënt die van de targetmateriaallaag die daarop moet worden gevormd benadert en/of dat een goede adhesie tussen het targetmateriaal en de achterstructuur (bv. de dragerplaat) wordt verkregen. In uitvoeringsvormen kan de steunkader bestaan uit een materiaalsamenstelling die is gekozen om een goede mechanische stabiliteit te verkrijgen.

In uitvoeringsvormen kan stap (b) de sproeibron en de achterstructuur omvatten die ten opzichte van elkaar roteren. In uitvoeringsvormen kan stap (b) de sproeibron en de achterstructuur omvatten die ten opzichte van elkaar roteren rond een as. In uitvoeringsvormen kunnen de sproeibron en de achterstructuur een spiraal beschrijven (d.w.z. roteren en translateren) ten opzichte van elkaar (bv. rond de as). In uitvoeringsvormen kan de as een gemeenschappelijke as zijn, zoals de longitudinale as van de achterstructuur. Door beweging (bv. rotatie of spiraalvorming) van de sproeibron en de achterstructuur ten opzichte van elkaar beweegt het invalspunt van de sproeibron over het bovenoppervlak van de achterstructuur, waardoor het voorheen besproeide gebied van de achterstructuur kan afkoelen. Samen met de beweging van het invalspunt kan de vereiste variatie in de hoek over de laagbreedte op voordelige wijze worden verkregen. In

BE2018/5687 uitvoeringsvormen kan de achterstructuur roteren rond de as (bv. wanneer de as de longitudinale as van de achterstructuur is, kan genoemde achterstructuur op zichzelf roteren). Door het roteren van de achterstructuur op zich (in de plaats van of in combinatie met rotatie van de sproeibron), wordt koeling van de achterstructuur op voordelige wijze verder geholpen. In dergelijke uitvoeringsvormen kan de sproeibron translateren langs de rotatieas van de achterstructuur. Door de gecombineerde rotatiebeweging van de achterstructuur en translatie van de sproeibron, kan het invalspunt op voordelige wijze een spiraal beschrijven rond het bovenoppervlak.

In uitvoeringsvormen kan het sproeien in stap (b) thermisch sproeien of koudsproeien, bij voorkeur thermisch sproeien, omvatten. In uitvoeringsvormen kan het thermische sproeien plasmasproeien, boogsproeien of verbrandingssproeien, bij voorkeur plasmasproeien, omvatten. In uitvoeringsvormen kan het sproeien door een computer bestuurd sproeien zijn.

In uitvoeringsvormen kan de werkwijze verder een stap (c), uitgevoerd na stap (b), van het scheiden van de targetmateriaallaag van de drager omvatten. Daardoor kan op voordelige wijze een vlak sputterdoel zonder drager worden verkregen. In sommige toepassingen kan het voordelig zijn om een vlak sputterdoel zonder drager te gebruiken, bv. omvat koeling van de targetmateriaallaag op een meer efficiënte manier kan worden verkregen en/of het traject van magnetisch veld-lijnen kan worden verbeterd. In uitvoeringsvormen kan de achterstructuur een steunkader en een daarop gemonteerde dragerplaat (cf. supra) omvatten, en stap (c) kan het demonteren van de

BE2018/5687 dragerplaat van de steunkader omvatten. In uitvoeringsvormen kan een opofferingsstructuur aanwezig zijn, bv. worden verschaft, op de achterstructuur voorafgaand aan het uitvoeren van stap (b), en stap (c) kan het scheiden van de opofferingsstructuur van de achterstructuur en/of het scheiden van de targetmateriaallaag van de opofferingsstructuur omvatten.

In uitvoeringsvormen kan de uitvoering worden gebruikt voor gelijktijdige productie van een veelheid aan vlakke sputterdoelen, waarbij stap (a') en (b') omvatten: (a') het verschaffen van een veelheid aan bovenoppervlakken, waarbij de bovenoppervlakken zijn gerangschikt rond een centrale as; en (b') het sproeien van het targetmateriaal op de achterstructuur teneinde een targetmateriaallaag op elk van de bovenoppervlakken te

vormen. In	uitvoeringsvormen	kan de	werkwijze	verder	een
stap (d'),	uitgevoerd	na stap (b')	en optioneel vóór	of
na een	stap (c')	van	het	scheiden	van	een
opofferingsstructuur	van de	achterstructuur	en/of	het
scheiden	van de	targetmateriaallaag	van	de

opofferingsstructuur omvatten, waarbij stap (d') een stap is van het scheiden van de vlakke sputterdoelen die zijn gerangschikt rond de centrale as teneinde individuele vlakke sputterdoelen te verkrijgen. In uitvoeringsvormen kan de achterstructuur in hoofdzaak monolithisch zijn en kan scheiding van de vlakke sputterdoelen in stap (d') het versnijden van de achterstructuur omvatten. In uitvoeringsvormen kan de achterstructuur een steunkader en een veelheid aan daarop bevestigde dragerplaten omvatten en kan het scheiden van de vlakke sputterdoelen die zijn gerangschikt rond de centrale as het demonteren

BE2018/5687 van de veelheid aan dragerplaten omvatten. In uitvoeringsvormen kan de veelheid aan dragerplaten bestaan uit 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12, 16 of meer dragerplaten. Door het demonteren (bv. weghalen van de dragerplaten) of het versnijden van de achterstructuur wordt op voordelige wijze een vlak sputterdoel die gedeeltelijk uit de achterstructuur (d.w.z. als drager; bijvoorbeeld in de vorm van een dragerplaat) bestaat en gedeeltelijk uit de targetmateriaallaag worden verkregen.

In uitvoeringsvormen kan elk kenmerk van elke uitvoeringsvorm van het tweede aspect onafhankelijk zijn zoals overeenkomstig beschreven voor elk ander aspect of hun uitvoeringsvormen.

In uitvoeringsvormen kan elk kenmerk van elke uitvoeringsvorm van het derde aspect onafhankelijk zijn zoals overeenkomstig beschreven voor elk ander aspect of hun uitvoeringsvormen.

De uitvinding wordt nu beschreven door een gedetailleerde beschrijving van diverse uitvoeringsvormen van de uitvinding. Het is duidelijk dat andere uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen worden geconfigureerd overeenkomstig de kennis van de ervaren deskundige zonder af te wijken van de werkelijke technische omschrijving van de uitvinding, waarbij de

BE2018/5687 uitvinding uitsluitend beperkt is door de termen van de bijgevoegde conclusies.

Voorbeeld 1: Fabricatie van een veelheid aan vlakke sputterdoelen

Er wordt nu verwezen naar FIG. 9, dat een schematische voorstelling van de fabricatie van vlakke sputterdoelen door sproeiing (bv. thermisch sproeien) volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding toont. Afgebeeld is een achterstructuur 100 met dikte t, waarvan een vlak waarvan bovenoppervlak 110 met breedte w vormt. Hoewel niet afgebeeld in FIG. 9, kan de achterstructuur 100 meerdere vlakken omvatten, bv. gerangschikt rond een as, elk met een bovenoppervlak 110. De achterstructuur 100 maakt afkoeling van het bovenoppervlak 110 door onderoppervlak 111 mogelijk, bv. door stroming van een koelvloeistof daarlangs. Een sproeibron 300 (bv. spuitpistool) projecteert partikels (kenmerkend in een kegel met spreiding β) op de bovenoppervlakken 110 teneinde een targetmateriaallaag (niet afzonderlijk afgebeeld) op te bouwen door laagvorming van spatten. Ondertussen roteert de holle achterstructuur 100 een as (en/of de sproeibron 300 roteert/kantelt ten opzichte van het bovenoppervlak 110), zodat de sproeibron 300 en de bovenoppervlakken 110 roteren ten opzichte van elkaar. Zodoende verandert de hoek α van de sproeibron 300 ten opzichte van het bovenoppervlak 110 (en daardoor de gemiddelde invalshoek van de geprojecteerde partikels) doorheen de rotatie. Zoals afgebeeld in FIG. 9 is de hoek α zoals geïllustreerd is 90° en verlaagt in het geval van een vierkant profiel tot 45° als de rand van het

BE2018/5687 bovenoppervlak 110 roteert naar het centrale invalspunt 310 van de sproeibron 300; en verhoogt vervolgens opnieuw tot 90° als het midden van het bovenoppervlak 110 terugroteert naar het centrale invalspunt 310. Gelijktijdig fluctueert de sproeiafstand d op dezelfde wijze tussen een maximum en een minimum; voor de situatie afgebeeld in FIG. 9 valt het maximum d samen met de hoek α zijnde 90°, terwijl het minimum d samenvalt met de hoek α zijnde 45°.

Langs de rotatie translateert de sproeibron 300 ook ten opzichte van de achterstructuur 100 (d.w.z. de sproeibron 300 translateert, de achterstructuur 100 translateert, of beide translateren) langs de lengterichting (loodrecht op de breedte). Op deze manier kan de sproeibron 300 de volledige achterstructuur 100 (d.w.z. het volledige gebied van bovenoppervlak 110) bedekken: de breedte van de achterstructuur 100 (d.w.z. de volledige breedte van bovenoppervlak 110) door de relatieve rotationele beweging en de volledige lengte door de relatieve translationele beweging. De translatie kan bij voorkeur gelijktijdig optreden met de rotatie, d.w.z. de sproeibron 300 kan spiraalvormige bewegingen maken rond de as ten opzichte van de achterstructuur 100 en het bovenoppervlak 110. Alternatief kan de sproeibron 300 in bepaalde mate relatief roteren (bv. een volledige omwenteling) en vervolgens relatief over een korte afstand translateren alvorens voort te gaan met de relatieve rotatie. Daarnaast kunnen zowel achterstructuur 100 als sproeibron 300, onafhankelijk of afhankelijk, een deel van de bewegingen dragen. Onafhankelijk; de sproeibron 300 kan

BE2018/5687 bv. roteren rond een as rond de achterstructuur 100 die een translationele beweging maakt. Afhankelijk, de achterstructuur 100 kan bv. roteren rond de centrale as en de sproeibron 300 kan gesynchroniseerde bewegingen maken ten opzichte van de momentane rotatiehoek van de achterstructuur 100. Bijvoorbeeld, voor een achterstructuur met een vierkant profiel met vier bovenoppervlakken 110 kan de gesynchroniseerde beweging van de sproeibron 300 bv. een frequentie hebben die 4 maal hoger is dan de rotatiesnelheid van een vierkante achterstructuur teneinde hetzelfde afzettingsprofiel op elk van de vier vlakken 110 te genereren. De beweging van het spuitpistool 300 kan bestaan uit kanteling en translatie, of deze omvatten. De rotatiesnelheid rond de kan ook variabel zijn, mogelijk gesynchroniseerd met de momentane rotatiehoek.

Na voltooiing van de formatie van de targetmateriaallaag kan de structuur worden gesplitst in een of meer vlakke sputterdoelen; dit is niet afgebeeld in FIG. 9. Splitsen kan, bijvoorbeeld, worden verkregen door het versnijden van de achterstructuur 100 langs de randen van het bovenoppervlak 110 en, optioneel, loodrecht op de lengterichting. Elk aantal vlakke sputterdoelen kan op deze manier worden verkregen. Alternatief kan de achterstructuur een steunkader omvatten met een of meer dragerplaten die op een omkeerbare manier zijn bevestigd op de vlakken daarvan. In dat geval kan de veelheid aan vlakke sputterdoelen eenvoudigweg worden verkregen door demontering van de dragerplaten van de steunkader. Deze kunnen, optioneel, opnieuw worden gesneden in, kleinere, vlakke sputterdoelen.

BE2018/5687

Voorbeeld 2 :______Verwachtingen______op______het sputterdoelprofiel

Doordat de sproeibron roteert ten opzichte van de achterstructuur 100 tijdens productie van de vlakke sputterdoelen 400, veranderen de sproeihoek α en de sproeiafstand d, zoals uitgelegd in voorbeeld 1. Verder varieert ook de relatieve cirkelvormige bewegingssnelheid voor verschillende punten op het bovenoppervlak, waarbij punten nabij de rand (bv. een hoek) van het bovenoppervlak sneller bewegen dan punten nabij het midden van het bovenoppervlak. Deze verschillen kunnen worden getemperd door het verkregen sputterdoelprofiel aan te passen door regeling van de sproeiparameters.

FIG. 10 toont verschillende sputterdoelprofielen die kunnen worden verkregen door het variëren van de sproeiparameters. Afgebeeld zijn verticale dwarsdoorsneden (parallel met de breedte w) van vlakke sputterdoelen 400, bestaande uit een targetmateriaallaag 410 op een achterstructuur 100. De sproeiparameters die kunnen worden bijgesteld tijdens het productieproces zijn: straaldivergentie, sproeiafstand, sproeimateriaalflux, kanteling op de sproeibron en rotatiesnelheid. Elke van deze parameters kan worden gekozen om constant te zijn tijdens het sproeiproces, maar kan echter ook variabel zijn en kan meer specifiek afhangen van een specifiek zijn voor de absolute hoek van de cirkelvormige beweging (die een rotatie is van de achterstructuur voor een vaste of translaterende sproeibron, die een rotatie is van de sproeibron voor een vaste of translaterende achterstructuur of die een combinatie van beide is voor een specifieke relatieve

BE2018/5687 positie van de sproeibron vs de achterstructuur) . Neem als voorbeeld een achterstructuur met een vierkant profiel langs de longitudinale richting en met een rotatieas die is gedefinieerd door de kruisende diagonalen van het vierkante profiel; d.w.z. de centrale as van het profiel. Laat ons daarnaast een rotatiehoek van 0° definiëren wanneer de lijn die de sproeibronpositie met de centrale as van het profiel verbindt het vierkante profiel in het midden van elk van de vier vlakken snijdt. Op deze specifieke positie kunnen specifieke waarden van de sproeiparameters worden gekozen. Als gevolg daarvan kunnen we, voor een rotatiehoek van 45°, verwachten dat een rand van het vierkante profiel in de richting van de sproeibron wijst. Voor constante sproeiparameters zal de rand dichter bij de sproeibron liggen en kan, voornamelijk afhankelijk van de straaldivergentie, een hogere afzetting ervaren onder deze omstandigheid. De verblijfsduur voor de rand zal echter korter zijn als gevolg van een hogere bewegingssnelheid (voor constante hoeksnelheid). Daarnaast varieert de invalshoek van de gesproeide partikels op de achterstructuur eveneens afhankelijk van de sproeiomstandigheden; die draagt allemaal bij tot een specifiek dikteprofiel. Voor een vierkant profiel kan het voordelig zijn om cyclische veranderingen te introduceren in de sproeiomstandigheden, met een frequentie daarvan die 4 maal (gelijk aan het aantal zijden op de achterstructuur) hoger is dan de cirkelvormige beweging. Bijvoorbeeld; de sproeiafstand, materiaalflux, rotatiesnelheid en kantelhoek kunnen voorkeurswaarden voor een rotatiehoek hebben van 0°, 90°, 180° en 270°, terwijl een andere reeks parameters gewenst kan zijn

BE2018/5687 voor 45°, 135°, 225° en 315°. Veranderingen tussen die twee parametersets kunnen lineair variëren volgens een sinusgolf of elke vorm die voordelig is voor het genereren van het gewenste laagdikteprofiel of gewenste microstructuur op de drager langs de breedte ervan. Bijvoorbeeld, het combineren van de kanteling van het spuitpistool synchroon (bij vierdubbele frequentie) met de cirkelvormige beweging kan de verblijfsduur van de sproeiflux op een gewenst gebied van de achterstructuur en/of de drager verlengen of verkorten. Als de achterstructuur een veelhoek is met een verschillend aantal randen en vlakke gebieden, kan het veelvoud van de synchronisatiefrequentie vs de cirkelvormige bewegingssnelheid/frequentie dienovereenkomstig worden gekozen.

Zoals men kan zien in FIG. 10 kan regeling van deze sproeiparameters aanpassing mogelijk maken van de verkregen sputterdoelprofielen tussen concaaf (FIG. 10a), convex (FIG. 10d) en intermediair, zoals gepunt (FIG. 10b) of relatief vlak (FIG. 10c).

Voorbeeld 3: Achterstructuurontwerpen

Hieronder zijn enkele verschillende holle achterstructuurontwerpen beschreven. Deze achterstructuren kunnen een steunkader omvatten met dragerplaten die op een omkeerbare manier zijn bevestigd op vlakken daarvan.

Een eerste ontwerp kan vier dragerplaten omvatten die zijn gemonteerd op een holle steunkader met een vierkant profiel. De dragerplaten kunnen aan de steunkader bevestigd zijn door middel van klemstructuren langs de randen. De klemstructuren hangen licht over de

BE2018/5687 dragerplaten, wat op een voordelige manier de breedte waarover de targetmateriaallaag kan worden afgezet beperkt. Na verwijdering van de klemstructuren zijn deze grenzen die niet bedekt zijn door de targetmateriaallaag op voordelige wijze geschikt voor het vastklemmen van het vlakke sputterdoel aan de oppervlakstructuur, bv. aan een sputtermagnetron.

Een ander ontwerp kan twee dragerplaten omvatten die gemonteerd zijn op de holle steunkader met het vierkante profiel en daaraan worden bevestigd door klemstructuren. Ook in dit geval kunnen de klemstructuren licht over de dragerplaten hangen. In deze uitvoeringsvorm met twee dragerplaten kan de holle steunkader bij voorkeur een rechthoekige vorm hebben.

Nog een ander ontwerp kan zes of acht dragerplaten omvatten die zijn gemonteerd op een holle steunkader met een respectievelijk zeshoekig of achthoekig profiel. Om de dragerplaten zonder klemstructuren te bevestigen kunnen ze, bijvoorbeeld, aan de steunkader worden gesoldeerd of gelijmd.

Het is duidelijk dat dit louter kenschetsende ontwerpen zijn en dat er vele types achterstructuren kunnen worden gebruikt volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding; bv. omvattende van 2 tot 16 of meer dragerplaten, met of zonder klemstructuren. Verder stelt men dat de achterstructuren ook een in hoofdzaak monolithische vorm kunnen hebben, die tenslotte wordt versneden na afzetting van de targetmateriaallaag (cf. voorbeeld 1).

BE2018/5687

Het dient vermeld dat hoewel voorkeursuitvoeringsvormen, specifieke constructies en configuraties, evenals materialen hierin werden besproken voor apparaten volgens de onderhavige uitvinding, er diverse veranderingen of modificaties in vorm en detail kunnen worden aangebracht zonder af te wijken van de doelstelling en technische omschrijvingen van deze uitvinding. Alle bovenstaande formules zijn louter representatief voor procedures die kunnen worden gebruikt.

Functionaliteit kan worden toegevoegd aan of verwijderd van de blokdiagrammen en operaties kunnen tussen functionele blokken onderling verwisseld worden. Er kunnen stappen worden toegevoegd aan of verwijderd van werkwijzen die werden beschreven binnen de doelstelling van de onderhavige uitvinding.

Claims

1. - Vlak sputterdoel (400) omvattende een targetmateriaallaag (410) die is opgebouwd door het op elkaar in lagen aanbrengen van spatten, waarbij de targetmateriaallaag (410) een laagbreedte (w) heeft en een microstructuur heeft die varieert over de laagbreedte (w).

2. - Vlak sputterdoel (400) volgens conclusie 1, waarbij de spatten een voorkeursoriëntatie hebben en waarbij de microstructuur die varieert over de laagbreedte (w) de voorkeursoriëntatie heeft die varieert over de laagbreedte (w).

3. - Vlak sputterdoel (400) volgens conclusie 2, waarbij de voorkeursoriëntatie ten opzichte van een normaalrichting van de targetmateriaallaag (410) een verandering van teken over de laagbreedte (w) ondergaat.

4. - Vlak sputterdoel (400) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de microstructuur die varieert over de laagbreedte (w) ten minste één eigenschap omvat, gekozen uit een dichtheid, een poreusheid, een restspanning en een kristalliniteit, van de targetmateriaallaag (410) over de laagbreedte (w).

5. - Vlak sputterdoel (400) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de laagsamenstelling over de laagbreedte (w) constant blijft.

6. - Vlak sputterdoel (400) volgens een van de voorgaande conclusies, met een targetlengte en een targetbreedte, waarbij de lengte langer is dan de breedte.

7.- Vlak sputterdoel (400) volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de spatten een elementair

BE2018/5687 niet-metaal, een elementair metaal, een legering, een metaalverbinding en een keramisch materiaal omvatten.

8. - Vlak sputterdoel (400) volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattende een drager (100) die onder de targetmateriaallaag (410) ligt.

9. - Vlak sputterdoel (400) volgens conclusie 8, waarbij een dikte (t) van de drager (100) kleiner is dan een dikte van de targetmateriaallaag (410).

10. - Vlak sputterdoel (400) volgens conclusie 8 of 9, waarbij de drager (100) een bovenoppervlak (110) heeft dat is aangepast om daarop de variërende microstructuur over de laagbreedte (w) te induceren.

11. - Vlak sputterdoel (400) volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattende een opofferingsstructuur die is geïnjecteerd tussen de drager (100) en de targetmateriaallaag (410), als er een drager (100) aanwezig is, of onder de targetmateriaallaag (410) ligt als er geen drager (100) aanwezig is.

12. - Werkwijze voor het produceren van een vlak sputterdoel (400),

a. het verschaffen van een achterstructuur (100) met een bovenoppervlak (110); en

b. het sproeien van spatten targetmateriaal op de achterstructuur (100) vanuit een sproeibron (300) teneinde een targetmateriaallaag (410) over het bovenoppervlak (110) te vormen, de targetmateriaallaag (410) omvattende een laagbreedte (w), waarbij de sproeibron (300) een hoek (α) vormt met het bovenoppervlak (110) en waarbij de sproeibron (300) en de

BE2018/5687 achterstructuur (100) zodanig bewegen ten opzichte van elkaar dat de hoek (α) over de laagbreedte (w) varieert.

13.- Werkwijze volgens conclusie 12 voor het gelijktijdig produceren van een veelheid aan vlakke

sputterdoelen (400), stappen a en b omvattende: a. het verschaffen van een veelheid aan bovenoppervlakken (110), waarbij de bovenoppervlakken (110) zijn gerangschikt rond een centrale as (200); en b. het sproeien van de spatten op de

achterstructuur (100) om een targetmateriaallaag (410) te vormen op elk van de bovenoppervlakken (110).

14.- Werkwijze volgens conclusie 12 of 13,

waarbij stap b de sproeibron (300) en de achterstructuur (100) omvat die roteren ten opzichte van elkaar. 15.- Vlak sputterdoel (400) die kan worden verkregen door de werkwijze volgens een van de

conclusies 12 tot en met 14.