DD239807A1 - Target zum hochratezerstaeuben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Target zum Hochratezerstaeuben, bei welchem das Zerstaeubungsmaterial auf elektrochemischem Wege auf einen Grundkoerper aufgebracht ist. Das Ziel ist die Erhoehung der Einsatzdauer und die Aufgabe besteht darin, im Bereich hoechster Erosion eine groessere Materialdicke zu erreichen. Erfindungsgemaess ist der Grundkoerper auf der dem Substrat zugewandten Seite nichteben, indem er im Erosionsbereich dicker ist. Das eigentliche Targetmaterial ist im Bereich hoechster Erosion auf dem Grundkoerper wesentlich dicker aufgebracht als in den uebrigen Bereichen. Fig. 1

Description

Ausführungsbeispiel

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1: einen Schnitt durch ein Target für eine planare Zerstäubungsquelle, Figur 2: einen Schnitt durch ein rotationsymmetrisches Target für Rohrinnenbeschichtung (Torusplasmatron), Figur 3: einen Schnitt durch ein Target für ein Rohrplasmatron.

In Figur 1 ist ein Planarplasmatron dargestellt. Das Target 1 befindet sich über der magnetfelderzeugenden Einrichtung 2. Das Target 1 wird während seines Einsatzes beim Hochratezerstäuben bevorzugt im Erosionsbereich E abgetragen. Dabei werden die Substrate 3 beschichtet. Das Target 1 besteht aus Chrom, dessen Herstellung mittels eines elektrochemischen Abscheidungsprozesses in einer Chromsalzlösung erfolgt. Katode bei diesem Elektrolyseprozeß ist der Grundkörper 4 aus Kupfer. Die den Substraten 3 zugewandte Fläche des Grundkörpers 4 ist uneben. Im Erosionsbereich E des Targets 1 hat der Grundkörper 4 eine größere Dicke von ca. 8mm; dagegen in den übrigen Bereichen nur 4mm. Der Übergang erfolgt linear und stetig, wobei die Übergangsbereiche ca. 20mm breit sind. Die beschriebene Gestaltung des Grundkörpers 4 erlaubt es, das Targetmaterial Chrom 5 elektrochemisch mit einer mittleren Dicke von 5mm abzuscheiden. Dabei beträgt die Chromdicke im Bereich der größten Dicke des Grundkörpers E' 8mm und am Targetrand etwa 3mm. Im Übergangsbereich zum Targetrand hin nimmt die Chromdicke etwa linear ab. Das erreichte Dickenprofil für das Material Chrom 5 stimmt damit tendenziell mit dem Erosionsprofil beim Zerstäuben überein, d.h. die Chromschichtdicke ist im Bereich höchster Targeterosion E' am größten. Die Krümmung der Fläche, die dem Substrat 3 zugewandt ist, ist an allen Stellen geringer als die der Magnetfeldlinien 6. Die Gestaltung des Grundkörpers ermöglicht einerseits, die genannte hohe Schichtdicke des Chroms elektrochemisch abzuscheiden und damit eine sehr hohe Gebrauchsdauer des Targets zu erreichen. Andererseits wird durch die überhöhte Schichtdicke des Chroms im Bereich höchster Erosion E' eine Verbesserung der Materialausnutzung für Chrom beim Hochratezerstäuben erreicht.. Schließlich führt die erfindungsgemäße Gestaltung des Targets, insbesondere besagte Krümmung, dazu, daß die Erosionszpne E auf dem Target trotz der nichtebenen Fläche des Targets im angestrebten Targetbereich liegt.

In Figur 2, einer Zerstäubungsquelle vom Typ des Torusplasmatrons, sind entsprechend dem charakteristischen Einsatzfall für diesen Typ die Substrate 3 bei der Beschichtung rings um die Zerstäubungsquelle angeordnet, z. B. auf einem Drehkorb. Das Magnetfeld wird von drei Ringmagneten 7 im Inneren des Targets 1 erzeugt. Das Target 1 wird bei seinem Einsatz zum Hochratezerstäuben bevorzugt in den drei ringförmigen Erosionsbereichen E abgetragen.

Das Target 1 besteht aus Chrom 5. Bei seiner Herstellung wird der Kupfer-Grundkörper 4 verwendet. Der Grundkörper 4 hat eine zylinderförmige innere Fläche, die dem Magneterzeugungssystem (Ringmagneten 6) zugewandt ist, und eine rotationssymmetrische „wellrohr"-artige Außenfläche. Der innere lichte Durchmesser des Grundkörpers 4 beträgt 80mm, der Außendurchmesser in den Erosionsbereichen E, in dem die Dicke maximal ist, 100mm, in den dazwischen liegenden Bereichen 86mm. Die Gesamtlänge des Targets 1 beträgt etwa 300mm. Die Außenkontur ist durch Drehen hergestellt, das äußere Profil entspricht einer Kurve, die durch Kreisbögen zwischen den Stellen größter und geringster Dicke des Grundkörpers hergestellt wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sichert die Festlegung der geometrischen Parameter des Grundkörpers 4, daß die Krümmung stets kleiner ist als die Krümmung der Magnetfeldlinien 6, die das Target 1 durchdringen. In Figur 3, einem Rohrplasmatron mit zu beschichtenden ebenen Substraten 3, befindet sich im Inneren des rohrförmigen Targets 1 die magnetfelderzeugende Einrichtung 2. Die Erosion des Targets 1 erfolgt in dem großflächigen Erosionsbereich E. Dadurch, daß das Target 1 während seines Einsatzes in der Hochratezerstäubungsquelle rotiert, werden stets wechselnde Bereiche des Targets 1 abgetragen. Die innere Fläche des Grundkörpers 4 ist zylindersymmetrisch und hat einen lichten Durchmesser von 150 mm sowie eine Länge von 800 mm. Die äußere Fläche des Grundkörpers 4 ist im Erosionsbereich E ebenfalls zylindersymmetrisch mit einem Durchmesser von 166 mm. Außerhalb des Erosionsbereiches E, an den Targetenden, beträgt der Durchmesser 158mm. In den Übergangsbereichen wächst der Außendurchmesser des Grundkörpers 4 stetig und linear von 158 mm auf 166 mm. Die Übergangsbereiche haben jeweils eine Breite von 15 mm. Das Target 1 aus dem elektrochemisch abgeschiedenen Material ist dadurch entstanden, daß der beschriebene Grundkörper 4 aus Kupfer während einer Zeit von 100 Stunden unter langsamer Rotation in einem stromstarken chromionenhaltigen Elektrolysebad dem elektrochemischen Abscheidungsprozeß ausgesetzt war. Die Chromschichtdicke beträgt danach 6mm im Erosionsbereiche E und 3 mm in den übrigen Bereichen ohne nennenswertes Aufwachsen von Spitzen und anderen Defekten der Chromschicht. Das Target 1 zeichnet sich durch hohe Materialausnutzung aus.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Target zum Hochratezerstäuben, bestehend aus einem metallischen Grundkörper und dem darauf auf elektronischem Wege abgeschiedenen Targetmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die dem Substrat (3) zugewandte Oberfläche des Grundkörpers (4) nichteben ist und im Erosionsbereich (E) eine größere Dicke besitzt als in den übrigen Bereichen, daß das Targetmaterial im Bereich höchster Erosionsrate (E') eine größere Dicke besitzt als in den übrigen Bereichen und daß die Krümmung der Fläche des Grundkörpers (4), die dem Substrat (3) zugewandt ist, an allen Stellen geringer ist als die Krümmung der Magnetfeldlinien beim Einsatz des Targets (1).

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Targets zum Hochratezerstäuben werden aus verschiedenen Materialien entsprechend der aufzubringenden Schicht hergestellt. Diese Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf Cr-Targets, die für die Herstellung von Funktionsschichten elektronischer Bauelemente, Veredlungsschichten in der Metallurgie oder Dekorationsschichten bei der Kunststoffherstellung verwendet werden.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es ist bekannt, Targets, soweit sie aus elektromechanisch abgeschiedenen Materialien bestehen, ailf der Basis ebener Platten herzustellen. Dazu werden Bleche aus einem geeigneten, gut leitfähigen Material, z. B. Kupfer, als Katode einer Elektrolyse-Einrichtung geschaltet und bei hoher Stromstärke über lange Zeiträume dem elektrochemischen Ausscheidungsprozeß ausgesetzt.

   Nachteilig ist, daß die Dicke der auf diese Weise abgeschiedenen Schichten sehr begrenzt ist. Damit ist die Gebrauchsdauer der Targets beim Hochratezerstäuben niedrig, und es entstehen durch häufigen Targetwechsel und die dabei erforderliche Vakuumunterbrechung in der Beschichtungsanlage hohe Ausfallzeiten für den eigentlichen Beschichtungsprozeß. Die weitere Erhöhung der Expositionszeit der Bleche im Elektrolysebad löst diese Schwierigkeiten nicht. Bei technisch wichtigen Materialien wie Chrom erfolgt der Dickenzuwachs der elektrochemisch abgeschiedenen Schicht zunehmend an Rändern, Kanten und Unebenheiten der Bleche infolge der höheren elektrischen Feldstärke im Elektrolysebad. Auch die in der galvanischen Praxis bekannten Maßnahmen, wie das partielle Abdecken der Kanten oder das Anbringen von speziell geformten Anoden zur Beeinflussung des elektrischen Feldes, führen nur zu graduellen Verbesserungen. Besonders nachteilig für den Einsatz solcher elektrochemisch beschichteter Bleche als Targets zum Hochratezerstäuben wirkt sich aus, daß die Schichtdicke ungleichmäßig ist und im mittleren Bereich der Bleche, der der Erosionszone der Targets beim Hochratezerstäuben entspricht, im allgemeinen niedriger als in den Randbereichen ist. Daraus resultiert eine zusätzliche Begrenzung der Gebrauchsdauer der Targets. Sie ist um so größer, je dicker die elektrochemisch abgeschiedene Schicht ist.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, die Mangel des Standes der Technik zu überwinden, die beim Einsatz elektrochemisch abgeschiedener Materialien für Targets von Hochratezerstäubungsquellen auftreten. Die Einsatzdauer der Targets soll erhöht werden.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Targets aus elektrochemisch abgeschiedenem Material mit hoher Dicke des Materials zu schaffen, welche an den Stellen, an denen beim Einsatz in Hochratezerstäubungsquellen die höchste Erosion erreicht wird, die größte Dicke der elektrochemisch abgeschiedenen Schicht besitzen.

   Erfindungsgemäß ist das Target, bestehend aus einem metallischen Grundkörp'er und der darauf elektrochemisch abgeschiedenen Schicht aus dem zu zerstäubenden Targetmaterial, so ausgebildet, daß der Grundkörper zumindest auf der dem zu beschichtenden Substrat zugewandten Seite nichteben ist. Seine größte Dicke besitzt.er in dem Bereich, der dem Erosionsbereich beim Einsatz des Targets in der Hochratezerstäubungsquelle entspricht. Die im folgenden Verfahrensschritt elektrochemisch aufgebrachte Schicht aus dem Targetmaterial besitzt an den Stellen hoher Dicke des Grundkörpers, d. h. den Stellen hoher Erosionsrate beim Hochratezerstäuben, eine größere Dicke als an den übrigen Stellen. Diese Schichtdickenverteilung des Targetmaterials wird durch die Feldverteilung des elektrolytischen Bades erreicht. An den Kanten des Grundkörpers ist andererseits die Abscheiderate reduziert, wodurch einer ständig abnehmenden mittleren Abscheiderate mit fortschreitender Expositionszeit des Grundkörpers im Elektrolysebad wirksam begegnet wird und damit eine hohe absolute Schichtdicke des abgeschiedenen Materials erzielt wird.

   Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Krümmung der Fläche des Grundkörpers, die beim Hochratezerstäuben dem Substrat zugewandt ist, an allen Stellen geringer ist als die Krümmung der Magnetfeldlinien, die das Target bei seinem Einsatz in der Hochratezerstäubungsquelle durchdringen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Lager der Erosionszone auf dem Target durch die örtlich unterschiedliche Dicke des Grundkörpers nicht in unzulässiger Weise verändert wird.

   Die Vorteile des erfindungsgemäßen Targets werden in besonderem Maße erreicht, wenn der Grundkörper während der elektrochemischen Abscheidung des Materials mit an sich bekannten Mitteln im Elektrolysebad bewegt wird.