DE102007060306B4

DE102007060306B4 - Magnetische Shunts in Rohrtargets

Info

Publication number: DE102007060306B4
Application number: DE102007060306A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim PAVEL; Josef Heindel
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: DE502008002715D1; US8137518B2; CN101445914A; DE102007060306A1; US20090139861A1; CN101445914B; ATE500347T1

Abstract

Sputtertarget mit einem Trägerkörper und einem auf dem Trägerkörper angeordneten Targetmaterial, wobei der Trägerkörper eine dem Targetmaterial abgewandte rückseitige Oberfläche und das Targetmaterial eine dem Trägerkörper abgewandte vorderseitige Oberfläche aufweist, wobei zwischen der vorderseitigen Oberfläche und der rückseitigen Oberfläche ein ferromagnetisches Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich längs der größten Erstreckung des Trägerkörpers die Dicke des ferromagnetischen Materials kontinuierlich und stetig verändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget mit einem Trägerkörper und einem auf dem Trägerkörper angeordneten Targetmaterial, wobei der Trägerkörper eine dem Targetmaterial abgewandte rückseitige Oberfläche und das Targetmaterial eine dem Trägerkörper abgewandte vorderseitige Oberfläche aufweist.
Sputtertargets haben häufig den Nachteil, dass das Material ungleichmäßig abgesputtert wird, so dass an einigen Stellen des Sputtertargets das abzusputternde Material bereits verbraucht ist, wenn an anderen Stellen noch genügend Sputtermaterial vorhanden ist. Dadurch wird das ursprünglich vorhandene Sputtermaterial häufig nicht optimal ausgenutzt. In der Praxis wird häufig versucht, durch eine Nachjustierung der in den Sputteranlagen vorhandenden Magnetsysteme oder durch Anbringen von Zusatzmagnetsystemen einen gleichmäßigeren Abtrag zu erzielen, um höhere Sputterraten zu erzielen. Solche Systeme sind beispielsweise in DE 103 36 422 A1 beschrieben. Einen anderen Weg geht EP 1 063 679 A1 . Hier werden Blechstreifen unterhalb des Sputtertargets in das Magnetsystem integriert. Ähnliche Wege werden in DE 196 22 606 A1 beschrieben.
JP 2003138372 A beschreibt einen anderen Weg, die Sputterraten zu erhöhen. Hier wird die Dicke des Sputtermaterials über die Fläche des Sputtertargets variiert. Eine verringerte Dicke des Sputtermaterials ermöglicht die Durchdringung des Magnetfeldes durch das magnetische Sputtermaterial. Weitere planare Sputtertargets sind aus JP 1147063 A bekannt. Hier sind in die Grundplatte des Sputtertargets magnetische Streifen eingebettet, so dass ringförmige Abtragsmuster entstehen, wobei sich bei den dargestellten keilförmigen Targetplatten konzentrische Berge und Täler abwechseln. DE 100 63 383 C1 und DE 33 18 828 C2 offenbaren Anordnungen mit als Haftvermittler ausgebildeten ferromagnetischen Schichten. DE 10 2004 058 316 A1 offenbart ein Sputtertarget, bei dem das Targetmaterial ferromagnetisch ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Sputtertargets, insbesondere Rohrtargets, bereitzustellen, die ein möglichst gleichmäßiges Abtragsverhalten aufweisen. Dazu soll in sehr einfacher Weise eine Beeinflussung des Magnetfeldes im Sputterprozess erfolgen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Dadurch, dass zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Targetmaterials und der rückseitigen Oberfläche des Trägerkörpers ein ferromagnetisches Material angeordnet ist, dessen Dicke sich längs der größten Erstreckung des Trägerkörpers kontinuierlich und stetig verändert, wird das anlagenbedingt vorhandene Magnetfeld beeinflusst, so dass die Standzeit der Sputtertargets durch Reduzierung der sich ggf. ausbildenden Sputtergräben erhöht wird. Insbesondere wenn der Trägerkörper als Trägerrohr ausgebildet ist und das Targetmaterial an der Außenseite des Trägerrohres angeordnet ist, ergeben sich Vorteile beim Sputtern. Dabei hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass es möglich ist, selbst bei einer relativ kompliziert zu erstellenden rohrförmigen Struktur das Abtragsverhalten zu verbessern, ohne die Rohrkonstruktion selbst negativ zu beeinflussen.
Das ferromagnetische Material kann zweckmäßigerweise in oder an einem Zwischenraum zwischen Trägerkörper und Targetmaterial angeordnet sein. Es kann sich insbesondere in Richtung der größten Längserstreckung des Trägerkörpers außerhalb der Mitte der Längserstreckung befinden, so dass die Enden der Rohre oder die im Bereich der Enden der Rohre liegenden Sputterbereiche beeinflusst werden. Ein besonders vorteilhafter und gleichmäßiger Abtrag ergibt sich erfindungsgemäß, wenn das ferromagnetische Material in einem Längsschnitt längs der größten Erstreckung des Trägerkörpers oberhalb der Grundlinie des ferromagnetischen Materials ein kantenloses Profil aufweist. Bei einer solchen Ausbildung des ferromagnetischen Materials verändert sich seine Dicke kontinuierlich und stetig, so dass das Magnetfeld ebenfalls stetig geändert wird und in der Folge ein gleichmäßiger Abtrag über die Oberfläche des Sputtermaterials gesehen erfolgt.
Das ferromagnetische Material kann insbesondere aufgespritzt sein. Hierzu bietet sich u. a. das Plasmaspritzen an. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des ferromagnetischen Materials in solchen Fällen, in denen das Targetmaterial selbst nicht ferromagnetisch ist. Das ferromagnetische Material kann in den Trägerkörper und/oder in das Targetmaterial eingebettet sein. Insbesondere kann das Trägermaterial auch dahingehend beeinflusst werden, dass es ferromagnetische Eigenschaften aufweist. In der Regel ist beispielsweise ein Trägerrohr aus Edelstahl gebildet. Es ist möglich, ein solches Trägerrohr einer Wärmbehandlung bis zur Phasenumwandlung zu unterziehen. Dafür sind Temperaturen von > 900°C notwendig. Der Erwärmung folgt eine schnelle Abkühlung, so dass der entstandene Phasenzustand praktisch eingefroren wird, so dass das Trägerrohr aus einem ferromagnetischen Edelstahl gebildet ist. Ebenso ist es möglich, in einem Trägerkörper aus einem Edelstahl begrenzte ferromagnetische Bereiche zu erzeugen, in dem beispielsweise das Material des Trägerkörpers, insbesondere des Trägerrohres, partiell aufgeschmolzen wird, beispielsweise durch ein Schweißverfahren, so dass partiell ferromagnetische Bereiche entstehen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1a den Schnitt durch ein herkömmliches Sputtertarget, vor dem Sputtern,
1b den Schnitt durch ein herkömmliches Sputtertarget, nach dem Sputtern, und
2 den Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Sputtertarget.
In 1a ist ein Teil eines rohrförmigen Sputtertargets dargestellt mit einem Targetmaterial 1, welches auf ein Trägerrohr 3 aufgebracht ist. Zwischen dem Targetmaterial 1 und dem Trägerrohr 3 ist eine Haftvermittlerschicht 2, z. B. eine Lotschicht, angeordnet, die das Targetmaterial 1 auf dem Trägerrohr 3 fixiert und die beide elektrisch und wärmeleitend miteinander verbindet. Die aus dem Inneren des Trägerrohres 3 einwirkenden Magnetfeldlinien 4 sind entsprechend dem beabsichtigten Abtrag des Targetmaterials 1 in ihrer Stärke längs des Sputtertargets justiert. Durch das Targetmaterial 1, die Haftvermittlerschicht 2 und das Trägerrohr 3 werden sie gedämpft, so dass das austretende Magnetfeld 5 eine geringere Stärke aufweist. Durch die unterschiedliche Stärke der Magnetfeldlinien 4 wird ein unterschiedlicher Sputterabtrag des Targetmaterials 1 bewirkt, so dass, wie in 1b dargestellt, sogenannte Sputtergräben entstehen können. Das Sputtertarget muss dadurch ausgetauscht werden, lange bevor das theoretisch abzusputternde Material verbraucht ist.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Sputtertarget nach dem Sputtervorgang dargestellt. Dabei ist zwischen dem Targetmaterial 1 und dem Trägerrohr 3 ein ferromagnetisches Material 6 eingebracht worden, das zu einer Vergleichmäßigung des Materialabtrages geführt hat. Im Endbereich des Targetmaterials 1, wo ein Abtrag in der Regel weniger gewünscht ist, ist das ferromagnetische Material 6 stärker ausgebildet, so dass der Magnetfelddurchtritt behindert wird. Durch die stetige Ausbildung des ferrogmagnetischen Materials 6 ist ein gleichmäßiger Abtrag erzielt worden. Das ferromagnetische Material 6 wurde aufgespritzt. Als ferromagnetisches Material kann beispielsweise Nickel verwendet werden, wobei die Schichtdicke, die Dichte des Materials der Schicht und die Ausbildung der Schicht (magnetische Orientierung) dem beabsichtigten Erfolg angepasst werden kann, wobei sichergestellt werden sollte, dass ein Mindestmagnetfelddurchgriff bestehen bleibt. Die optimale Schichtdicke wird durch das Ferromagnetische Material 6 selbst, durch die Ausbildung der Schicht und durch die Dichte der Schicht beeinflusst. Die Schichtdicke weist, je nach beabsichtigtem Erfolg, einen Wert bis zu 2,5 mm auf. Das ferromagnetische Material 6 ist eingebettet zwischen Trägerrohr 3 und Targetmaterial 1. Es ist aufgespritzt worden. Durch das „Einbetten” des ferromagnetischen Materials 6 werden Querverunreinigungen während des Sputterprozesses vermieden, so dass der zu beschichtende Gegenstand nur mit dem Targetmaterial 1 selbst beschichtet wird. Das ferromagnetische Material 6 kann auch als Innenbeschichtung des Targetmaterials 1 (an der Innenseite des Rohres aus Targetmaterial 1) oder innerhalb des Targetmaterials 1 angeordnet sein. Dadurch ist es auch wirksam, wenn sogenannte monolithische Sputtertargets verwendet werden, also Sputtertargets, bei denen das Targetmaterial zugleich das Trägerrohr darstellt.
Alternativ zu einem aufgespritzten ferromagnetischen Material 6 ist es auch möglich, Folien oder Ringe auf das Trägerrohr 3 aufzubringen, vorzugsweise aufzulöten oder anzuschweißen. Ferromagnetisch aktive Schichten können auch in das Targetmaterial 1 selbst eingearbeitet werden, insbesondere an dessen Unterseite. Auch ein Anschweißen magnetisch aktiver Trägerrohrsegmente ist möglich, so dass das Trägerrohr 3 aus mehreren Segmenten besteht, von den einzelne ferromagnetisch sind, so dass lokal Änderungen der magnetischen Materialeigenschaften des Trägerrohres erfolgen. Das ferromagnetisch aktive Material 6 selbst kann beispielsweise Nickel, Eisen oder Kobalt sein.
Das Trägerrohr 3 weist in der Regel eine Wandstärke von 3 bis 6 mm auf, wobei Standardwandstärken bei 4 mm liegen. Die Erfindung kann bei Trägerrohren 3 aus praktisch allen geeigneten Materialen eingesetzt werden. Zu nennen sind hier beispielhaft Edelstahl, Kupfer, Aluminium oder Titan, gegebenenfalls unter Einschluß von ferromagnetischen Segmenten. Die Dicke des Targetmaterials 1 liegt beispielhaft im Bereich von 2 bis 20 mm. Eine Begrenzung der Dicke ist gegeben durch den Magnetfelddurchtritt der in der Sputteranlage eingesetzten Magnetsätze, durch den Herstellprozess und die Materialkosten.
Durch Beeinflussung des Magnetfeldes im Sputtertarget kann eine aufwendige Justierung der Sputteranlage bzw. der Magneten an der Sputteranlage vermieden werden bei gleichzeitiger Erhöhung der Materialausbeute des Targetmaterials 1.

Claims

Sputtertarget mit einem Trägerkörper und einem auf dem Trägerkörper angeordneten Targetmaterial, wobei der Trägerkörper eine dem Targetmaterial abgewandte rückseitige Oberfläche und das Targetmaterial eine dem Trägerkörper abgewandte vorderseitige Oberfläche aufweist, wobei zwischen der vorderseitigen Oberfläche und der rückseitigen Oberfläche ein ferromagnetisches Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich längs der größten Erstreckung des Trägerkörpers die Dicke des ferromagnetischen Materials kontinuierlich und stetig verändert.
Sputtertarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper als Trägerrohr ausgebildet ist und dass das Targetmaterial an der Aussenseite des Trägerrohres angeordnet ist.
Sputtertarget nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material in oder an einem Zwischenraum zwischen Trägerkörper und Targetmaterial angeordnet ist.
Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material, in Richtung der größten Längserstreckung des Trägerkörpers, außerhalb der Mitte der Längserstreckung angeordnet ist.
Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material aufgespritzt ist.
Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Targetmaterial nichtferromagnetisch ist.
Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material in dem Trägerkörper und/oder dem Targetmaterial eingebettet ist.
Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper aus einem ferromagnetischen Edelstahl gebildet ist.