DD239808B1

DD239808B1 - Verfahren zum aufbonden von targets fuer plasmatronquellen

Info

Publication number: DD239808B1
Application number: DD27917085A
Authority: DD
Inventors: Karl Steinfelder; Heinz Rumberg; Ullrich Heisig; Johannes Struempfel; Christian Korndoerfer
Original assignee: Ardenne Forschungsinst
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1989-04-19
Also published as: DD239808A1

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Aufbonden von Targets auf Zerstäubungsquellen, d. h. die Kühlplatte, durch Weichlöten ist seit längerer Zeit bekannt. Durch die Einführung des Hochratezerstäubens hat sich jedoch die Leistungsdichte auf dem Target um 2 bis 3 Größenordnungen erhöht und liegt jetzt bei 50 Vs/cm², so daß wesentlich höhere Temperaturen an der Lötstelle auftreten und eine fehlerhafte Lötung im Bereich von wenigen Millimetern zur sofortigen Zerstörung des Targets führt.

Auf Targets aus nicht lötfähigem Material wird eine lötfähige Beschichtung aufgebracht. Hierfür wurde u.a. ein Schichtsystem, bestehend aus NiCr oder Cr-Haftschicht und Kupfer, angegeben (DD-PS 215336). Die Dicke der Kupferschicht beträgt 5 bis 15μΓη und ist erforderlich, um das Ablegieren der Schicht beim Auflöten bzw. während des Betriebes der Piasmatronquelle zu vermeiden. Das Aufbringen derartig dicker Schichten durch Vakuumbeschichtung ist unwirtschaftlich. Außerdem ergeben sich bei dicken Schichten zusätzliche Haftfestigkeitsprobleme. Diese Probleme können auch durch eine Vorbehandlung mit Ionen nicht völlig beseitigt werden. Für die Belotung müssen die für Kupfer gebräuchlichen Flußmittel eingesetzt werden. Da die restlose Entfernung dieser Flußmittel, insbesondere bei porösen Targets, schwierig ist, ergeben sich insbesondere in der Mikroelektronik besondere Probleme.

Es ist auch bekannt, durch Plasmaspritzen auf eine Haftschicht, die dem Targetmaterial angepaßt ist, eine Lötschicht aus Kupfer oder Silber aufzubringen, um das Target mit der Kühlplatte mittels Flußmittel weich zu verlöten (DE-PS 2933835). Ergänzend dazu ist auch beschrieben, diesen Lötprozeß ohne Flußmittel und die Vorbehandlung im Vakuum durchzuführen (DE-PS 3233215). Gegebenenfalls wird noch eine Zwischenschicht auf die Haftschicht aufgebracht. Vorzugsweise wird das Reflow-Löten im Vakuum angewendet. Dieses Verfahren soll gegenüber dem vorgenannten die Blasenbildung und evtl.

Oxidbildung vermeiden.

Den Lösungen haftet der Mangel an, daß zur Lötung Flußmittel Verwendung finden, die zu Störungen der Verbindung führen können und der Lötprozeß im Vakuum stattfindet. Auch die Schichtdicken sind relativ dick.

Bei Plasmatronquellen großer Leistung kommen auch großflächige Targets mit bis zu 0,5 m² Fläche zur Anwendung. Bei der einwandfreien Lötung derartig großer Flächen ergeben sich weitere Schwierigkeiten. Bekannt ist das Übereinanderlegen von belotetem Target und Kühlplatte mit anschließendem Zusammenpressen unter Druck. Diese Methode schließt das Entstehen von Luftblasen nicht sicher aus.

Ziel der Erfindung

Es ist ein Verfahren anzugeben, mit dem das Aufbonden großflächiger Targets auf die Kühlplatten von Plasmatron-Hochratezerstäubungsquellen wirtschaftlich, mit ausreichender Sicherheit und mit einer für die Belange der Mikroelektronik ausreichenden Sauberkeit erfolgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt 1ie Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das Aufbonden von Targets aus nicht- oder schwerlötbarem Material auf die Kühlplatte mittels Weichiötung anzugeben, durch dessen Anwendung dieser Vorgang unabhängig von subjektiven Einflüssen erfolgt.

Das Bonden soll ohne Flußmittel an Luft möglich sein. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, ein Target auf die Kühlplatte aufzubonden, bei vorherigem Aufbringen eines lötfähigen Schichtsystems aus einer Haft-, Zwischen- und lötbaren Deckschicht im Vakuum und unter Verwendung von Weichlot, dadurch gelöst, daß im Vakuum in Vakuumfolge auf das Target das Schichtsystem, bestehend aus der Haftschicht aus Edelstahl mit einer Dicke, je nach Rauhigkeit des Targets, von 200 bis 500 nm, einer Schicht aus CuNi 54/46 oder FeNi 50/50 mit einer Dicke von 500 bis 1 500nm und einer Silberschicht von 50 nm Dicke aufgebracht wird.

Die in dieser Weise beschichtete Fläche des Targets wird flußmittelfrei mit einem Weichlot, z. B. LSn 60 oder Reinindium belotet, wobei sich die dünne Silberschicht völlig im Lot auflöst. Das belotete Target und die ebenfalls belotete Kühlplatte der Piasmatronquelle werden in einer speziellen Vorrichtung auf Löttemperatur erwärmt. In der Einrichtung wird die Kühlplatte in

einem Abstand von 0,05 bis 0,2 mm über das belotete Target geschoben. Beim Aufeinanderschieben wird an der Vorderkante ständig Lot zugegeben, so daß an dieser Stelle die Dicke der flüssigen Lotschicht größer ist als der Lötspalt und durch die Vorderkante der Kühlplatte ein Teil des Lotes abgestreift wird. Hierdurch wird das Eindringen von Luft in den Lötspalt sicher verhindert.

Nach Übereinstimmung der Außenkonturen von Target und Kühlplatte werden dieselben in bekannter Weise zusammengepreßt, so daß das überschüssige Lot aus dem Lötspalt herausgedrückt wird.

Durch die Abdeckung der Haftschicht mit weiteren Schichten im Vakuum ist diese belotbar, so daß selbst beim Durchlegieren der eigentlichen Lötschichten kein Ablösen des Targets eintritt. Andererseits ist die Löslichkeit von Edelstahl in gebräuchlichen Weichloten gering, so daß das Durchlegieren dieser Schicht auch bei extremen Lötzeiten bzw. Temperaturen sicher vermieden wird. Die Edelstahlschicht wirkt als Diffusionsbarriere.

Ausführungsbeispiel

Ein Al-Target mit den Abmessungen 610 χ 160 mm wird in einer Hochratezerstäubungsanlage zunächst ionengeätzt und danach mit folgendem Schichtsystem in Vakuumfolge beschichtet:

300 nmX8CrNiTi 18.10 700 η m CuNi 54/46 50 nm Ag

Nach Entnahme aus der Anlage wird die beschichtete Fläche des Targets bei 230°C mit Lsn 60 ohne Zugabe von Flußmittel belotet. Das Target wird mit der beloteten Fläche nach oben in eine Löteinrichtung eingelegt. Die ebenfalls mit LSn 60 belotete Kühlplatte aus Kupfer wird im Wagen der Löteinrichtung befestigt. Nach Aufheizen beider Teile auf 23O⁰C wird die Kühlplatte in einem Abstand von 0,1 mm über das Target geschoben. Dabei wird an der Vorderkante der Kühlplatte ständig Lot zugegeben, so daß die Dicke des flüssigen Lotes etwa 0,3 mm beträgt. Nach völliger Konturenüberdeckung von Target und Kühlplatte werden beide Platten zusammengepreßt.

Die Qualität der Lötung wird anschließend mittels Ultraschall geprüft. Zur Prüfung der Haftfestigkeit wird in der Zerstäubungsanlage gleichzeitig ein Prüfkörper mit beschichtet, der nach der Lötung einem Zerreißtest unterworfen wird.

Claims

Verfahren zum Aufbonden von Targets für Plasmatronquellen auf die Kühlplatte unter Verwendung eines Schichtsystems aus Haft-, Zwischen- und lötbarer Deckschicht und von Weichlot, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Target das Schichtsystem, bestehend aus einer Edelstahlschicht von 200 bis 500 nm, einer Schicht aus CuNi 54/46 oder FeNi 50/50 von 500 bis 1 500 nm und einer Ag-Schicht von 50 nm Dicke, in Vakuumfolge aufgebracht wird, daß die Kühlplatte und das Target flußmittelfrei belotet und nach deren Erwärmung an Luft im Abstand von 0,05 bis 0,2 nm unter ständiger Zufuhr von Lot an der Vorderkante der Kühlplatte übereinander geschoben und zusammengepreßt werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird beim Aufbonden von Targets für Plasmatron-Hochratezerstäubungsquellen auf die Kühlplane angewendet und ist für alle metallischen Targets sowie für Targets aus Silizium, Glas, Keramik u. a. anwendbar. Das Verfahren ist besonders geeignet für das Bonden von Targets, die bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente eingesetzt werden.