DE102008048785B4

DE102008048785B4 - Magnetronanordnung mit abgeschirmter Targethalterung

Info

Publication number: DE102008048785B4
Application number: DE102008048785.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Heinrich; Götz Großer; Thorsten Sander; Dr. Seyfert Ulf
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: BE1018645A5; US20090078572A1; DE102008048785A1

Abstract

Magnetronanordnung, umfassend einen Endblock (1) mit einer Targetbefestigungseinrichtung (2) zur drehbaren Kopplung eines rohrförmigen Targets (3), einer Halteeinrichtung (4) für ein im Inneren des rohrförmigen Targets (3) angeordnetes Magnetsystem (5) und einer Abschirmung (6), die das in der Targetbefestigungseinrichtung (2) gelagerte Ende eines rohrförmigen Targets (3) überdeckt, wobei der das Ende des rohrförmigen Targets (3) überdeckende Bereich der Abschirmung (6) so ausgebildet ist, dass der zwischen dem rohrförmigen Target (3) und der Abschirmung (6) verbleibende Ringspalt (71) von außen gesehen mindestens einen radial auswärts führenden Abschnitt und mindestens einen radial einwärts führenden Abschnitt aufweist, und Außendurchmesser der Targetbefestigungseinrichtung (2) und der Außendurchmesser des Targetmaterials (32) größer sind als der Innendurchmesser der das rohrförmige Target (3) umschließenden Öffnung (7) der Abschirmung (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetronanordnung mit einem Magnetronendblock mit abgeschirmter Targetbefestigungseinrichtung. Magnetrons mit drehbarem Rohrtarget bestehen üblicherweise aus den Hauptkomponenten Targetrohr (oder Rohrtarget), Endblock und Magnetanordnung. Das Targetrohr wird stirnseitig, beispielsweise mittels einer Targetklemmeinrichtung, an jeder Seite mit einem Magnetronendblock verbunden. In dieser Targetklemmeinrichtung oder sonstigen Targetbefestigungseinrichtung ist das rohrförmige Target, welches ein Trägerrohr mit auf die Mantelfläche plasmagespritztem, gebondetem oder schmelzmetallurgisch aufgebrachtem, beispielsweise aufgegossenem Targetmaterial umfasst, drehbar gelagert. Das rohrförmige Target kann aber auch aus einem Stück bestehen; in diesem Fall ist das Trägerrohr Bestandteil des Targetmaterials. Im Inneren des rohrförmigen Targets befindet sich eine an einem dafür vorgesehenen Träger oder einer anderen Halteeinrichtung befestigte Magnetanordnung, welche das zur Plasmafokussierung benötigte Magnetfeld erzeugt.
Beispiele für Targetklemmeinrichtungen sind aus US 2006/0278519 A1 sowie US 2007/0007129 A1 bekannt.
Im Sinne einer optimalen Ausnutzung des Targetmaterials wird das Magnetfeld bis nah an die an den Stirnseiten des Targetrohrs befindliche Targetbefestigungseinrichtung, beispielsweise eine Targetklemmeinrichtung, herangeführt. Eine derartige Targetklemmeinrichtung kann beispielsweise einen Trägerflansch 21, einen Klemmring 22 und einen Spannring 23 umfassen. Durch die Tatsache, dass das Target und die Endblockkörper unterschiedliches elektrisches Potenzial haben, sind beide funktionell voneinander isoliert. Der Endblockkörper wird zweckmäßigerweise mit Beschichtungsschutzeinrichtung ummantelt, welche jedoch nicht das stromführende Target berühren darf. Um Targetbefestigungseinrichtung und Endblockkörper vor ungewollter Beschichtung sowie parasitären Plasmen zu schützen, wird die Verbindung des Targetrohrs mit dem Endblockkörper im Bereich der Targetbefestigungseinrichtung mittels einer Abschirmung, einer weiteren sogenannten Beschichtungsschutzeinrichtung, geschützt. Diese Abschirmung verhindert, dass Streudampf die Isolation zwischen Targetbefestigungseinrichtung und Abschirmung sowie zwischen Targetbefestigungseinrichtung und Endblockkörper überbrückt.
Die Abschirmung ist üblicherweise so gestaltet, dass ein Ringspalt zwischen Targetbefestigungseinrichtung bzw. Targetmaterial und Abschirmung das Eindringen von Streudampf verhindert.
Aus US 5,213,672 ist eine Abschirmung bekannt, die hohlzylindrisch ausgeführt ist und ein Ende des Rohrtargets so umschließt, dass ein Ringspalt zwischen der Abschirmung und dem Rohrtarget verbleibt, wobei innerhalb des Ringspalts ein zusätzlicher hohlzylindrischer Isolator angeordnet ist.
zur Vermeidung einer Bogenentladung, die über der Außenseite einer solchen hohlzylindrischen Abschirmung entstehen kann, wird in US 5,527,439 vorgeschlagen, an der Außenseite der Abschirmung eine ringförmige Struktur, beispielsweise eine umlaufende Nut, vorzusehen.
Weitere hohlzylindrische Abschirmungen sind aus US 5,725,746 bekannt, wobei auch Ausführungsformen vorgeschlagen werden, bei denen die Abschirmung sich um einen Endabschnitt des Rohrtargets erstreckt, der gegenüber der Sputterzone verjüngt ist (5) oder bei denen der Außendurchmesser des Rohrtargets unmittelbar vor der Abschirmung einen gegenüber der Sputterzone vergrößerten Außendurchmesser aufweist (6), so dass sich der (aus der Sicht der Streudampfteilchen) erste Abschnitt des zwischen Rohrtarget und Abschirmung verbleibenden Spalts radial auf die Dreh- und Symmetrieachse des Rohrtargets zu erstreckt.
In US 2005/0051422 A1 werden wiederum hohlzylindrische Abschirmungen vorgeschlagen, die sich jedoch nicht über die endblockseitige Befestigungseinrichtung hinaus erstrecken.
Nachteilig bei den bisherigen Ausführungen ist die Tatsache, dass aufgrund der hohen Wärmebelastung durch das Plasma bis in den Randbereich des Rohrtargets die Gestaltung der Targetbefestigungseinrichtung und der Abschirmung nicht optimal ausgeführt werden kann, um ihrer Funktion gerecht zu werden. Es ergibt sich ein nur unzureichender gegen Streudampfdurchtritt dichtender Ringspalt. Dieser Ringspalt hat darüber hinaus eine einfache hohlzylindrische Form, das heißt Streudampf kann durch den Ringspalt in axialer Richtung in das Innere der Abschirmung eindringen. Ebenso ungünstig ist in dieser Hinsicht die Ausführung einer Abschirmung mit einem radial erstreckten ersten Abschnitt des Spalts zwischen Abschirmung und Rohrtarget, wie oben beschrieben.
Aus der in US 5,100,527 beschriebenen Vorrichtung ist eine Abschirmung für einen mit dem Targetrohr verbundenen Flansch eines Lagerungszapfens bekannt, der einen Ringspalt mit einem radial auswärts führenden Abschnitt bildet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Target, die Klemmung und die Abschirmung des isolierten Bereichs am Endblock so zu gestalten, dass mit maximalen elektrischen Prozessleistungen und ohne Einfluss auf die Ausnutzung des Targetmaterials lange Prozesszeiten erreicht werden.
Einzelne Elemente der Erfindung können dadurch beschrieben werden, dass die störenden Einflüsse gegenüber bekannten Lösungen körperlich weiter voneinander entfernt werden oder/und die beiden Endblöcke soweit auseinander positioniert werden, dass das entstehende Plasma keinen thermisch erhöhten Einfluss auf die Abschirmung hat oder/und das Trägerrohr des rohrförmigen Targets und das darauf aufgebrachte Targetmaterial stirnseitig im Durchmesser stark abgesetzt werden oder/und die Abschirmung kegelförmig zum Targetmaterial gestaltet ist und ein Ringspalt eng und mäanderförmig entsteht.
Ein möglicher Schritt zur Lösung des bestehenden Problems besteht darin, das Ende des Targetrohrs nicht mit Targetmaterial zu belegen, das heißt den Abstand zwischen der Targetbefestigungseinrichtung beziehungsweise der die Targetbefestigungseinrichtung übergreifenden Abschirmung und dem auf dem Targetrohr angeordneten Targetmaterial zu vergrößern. Alternativ kann das Targetmaterial in den Endbereichen des Targetträgerrohrs mit verringertem Durchmesser ausgeführt sein, so dass der Sputterangriff im wesentlichen auf den Bereich des Targetmaterials mit dem größeren Durchmesser einwirkt, gleichwohl aber die ungewollte Zerstäubung des Materials des Targetträgerrohrs verhindert wird.
Ein weiterer möglicher Schritt besteht darin, das Rohrtarget so zu gestalten, dass ein deutlicher Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Targetträgerrohrs und dem Außendurchmesser des auf dem Targetrohr angebrachten Targetmaterials besteht und der Innendurchmesser der das Targetträgerrohr umschließenden sichtbaren Öffnung der Abschirmung so gewählt ist, dass diese Öffnung das Targetträgerrohr, das an seinen Enden nicht mit Targetmaterial belegt ist, möglichst eng umschließt. Im Falle von Targetmaterial, das wie oben beschrieben in den Endbereichen des Targetträgerrohrs mit verringertem Durchmesser ausgeführt ist, entspricht dies einer Ausführung mit einem deutlichen Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Targetmaterials in den Endbereichen und dem Außendurchmesser des Targetmaterials in der Sputterzone, wobei der Innendurchmesser der Öffnung der Abschirmung so gewählt ist, dass diese Öffnung das Targetmaterial in diesen Endbereichen möglichst eng umschließt.
Das Eindringen von Streudampf in das Innere der Abschirmung kann dadurch signifikant verringert oder verhindert werden, dass der zwischen der Targetbefestigungseinrichtung und dem Ende des Rohrtargets einerseits und der Abschirmung andererseits bestehende Ringspalt nicht mehr einfach geradlinig wie ein Hohlzylinder, sondern statt dessen mäanderförmig beziehungsweise in der Art einer Labyrinthdichtung, das heißt mit mindestens einem axial verlaufenden und mindestens einem radial verlaufenden Abschnitt, ausgestaltet wird.
Es wird daher eine Magnetronanordnung vorgeschlagen, die einen Endblock umfasst, der eine Targetbefestigungseinrichtung zur drehbaren Kopplung eines rohrförmigen Targets, eine Halteeinrichtung für ein im Inneren des rohrförmigen Targets angeordnetes Magnetsystem und eine Abschirmung aufweist, die das in der Targetbefestigungseinrichtung gelagerte Ende eines rohrförmigen Targets überdeckt, wobei der das Ende des rohrförmigen Targets überdeckende Bereich der Abschirmung so ausgebildet ist, dass der zwischen dem rohrförmigen Target und der Abschirmung verbleibende Ringspalt von außen gesehen mindestens einen radial auswärts führenden, das heißt radial von der Rohrachse nach außen gerichteten Abschnitt aufweist.
Dabei bedeutet „von außen gesehen” eine Betrachtungsweise, die der Sicht auf den Ringspalt aus der Position eines Streudampfteilchens entspricht, das in den Ringspalt gelangt. Wenn sich, beispielsweise im Anschluss an einen ersten, axial zum Targetträgerrohr verlaufenden Abschnitt des Ringspalts, ein zweiter Abschnitt anschließt, der radial auswärts führt, so wird die weitere Bewegung des Streudampfteilchens durch den Ringspalt signifikant erschwert, da diese Bewegungsrichtung entgegengesetzt zur ursprünglichen Bewegungsrichtung des Streudampfteilchens vor dem Eintritt in den Ringspalt gerichtet ist. Die durch die Außenfläche des Targetträgerrohrs bzw. des Targetmaterials oder der Targetbefestigungseinrichtung und die Innenfläche der Abschirmung gebildete Begrenzung des Ringspalts entzieht eindringenden Streudampfteilchen Energie, so dass diese nicht weiter in den Ringspalt eindringen können. Unter einem radial auswärts führenden Abschnitt des Ringspalts sind dabei nicht nur senkrecht zur Drehachse des Targets gerichtete Abschnitte zu verstehen, sondern auch solche Abschnitte, die schräg zur Drehachse verlaufen, da auch solche Abschnitte die Bewegung der Streudampfteilchen durch den Ringspalt verzögern und schließlich unterbinden.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zwischen dem rohrförmigen Target und der Abschirmung verbleibende Ringspalt von außen gesehen weiterhin mindestens einen radial einwärts führenden, das heißt radial von außen auf die Rohrachse zu gerichteten Abschnitt aufweist. Durch die erneute Richtungsumkehr der Teilchenbewegung wird Streudampfteilchen, die den radial auswärts führenden Abschnitt des Ringspalts aufgrund hoher kinetischer Energie noch überwinden konnten, weitere Energie entzogen.
Die vorgeschlagenen Merkmale der Abschirmung und des resultierenden Ringspalts können konstruktiv beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Außendurchmesser der Target befestigungseinrichtung gröber ist als der Innendurchmesser der das Targetträgerrohr bzw. das Targetmaterial umschließenden Öffnung der Abschirmung. Auf diese Weise greift die Abschirmung, vom Endblock aus betrachtet, klauenartig über die Targetbefestigungseinrichtung. Es kann daher sinnvoll sein, die Abschirmung zweiteilig mit einer axial verlaufenden Trennebene auszuführen, so dass die Montage und Demontage der Abschirmung gegenüber einer einstöckigen Ausführung vereinfacht werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser des Targetmaterials größer ist als der Innendurchmesser der das Targetträgerrohr oder das im Endbereich des rohrförmigen Targets angeordnete Targetmaterial umschließenden Öffnung der Abschirmung. Durch diese Maßnahme findet der Abtragungsprozess beim Sputtern mit einem radialen Abstand zum Ringspalt statt, so dass bereits dadurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass ein Streudampfteilchen in den Eintrittsbereich des Ringspalts gelangt. Außerdem kann das Rohrtarget so gestaltet sein, dass die Endbereiche des Targetträgerrohrs frei von Targetmaterial sind, so dass die Sputterzone auch in axialer Richtung einen Abstand zur Abschirmung aufweist. In diesem Fall kann es weiter sinnvoll sein, das Magnetsystem im Innern des Rohrtargets verkürzt auszuführen, so dass das Plasma nur über dem Targetmaterial brennt und die Enden des Targetträgerrohrs keinem Sputterangriff ausgesetzt sind.
Bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung mit mehreren sich abwechselnden radial einwärts und auswärts führenden Abschnitten, die gegebenenfalls durch axiale Abschnitte miteinander verbunden sein können, kann erreicht werden, dass die Außenflächen der Targetbefestigungseinrichtung und des Endes des darin gelagerten rohrförmigen Targets einerseits und die Innenfläche der Abschirmung andererseits durch einen mäanderförmigen Ringspalt zueinander beabstandet sind.
Dieser Ringspalt kann vorteilhaft ein so geringes Spaltmaß aufweisen, dass er eine Labyrinthdichtung bildet, durch die das Eindringen von Streudampfteilchen zuverlässig verhindert wird, so dass kein Streudampf bis zum Endblock gelangt.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Außenseite des das Ende des rohrförmigen Targets übergreifenden Bereichs der Abschirmung konisch gestaltet ist.
Nachfolgend wird die vorgeschlagene Magnetronanordnung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
1 einen Längsschnitt durch einen Endblock und den Endbereich des daran befestigten Rohrtargets.
Der Endblock 1 umfasst in bekannter Weise ein Gehäuse, welches zur vakuumdichten Verbindung mit einer Kammerwand einer vakuumbeschichtungsanlage ausgebildet ist. Der Endblock 1 dient der drehbaren Lagerung des rohrförmigen Targets 3, welches ein Targetträgerrohr 31 sowie das auf der Mantelfläche des Targetträgerrohrs 31 angeordnete Targetmaterial 32 umfasst, sowie der Lagerung des im Innern des Targetträgerrohrs 31 angeordneten Magnetsystems 5.
Weiter umfasst der Endblock 1 eine drehbar gelagerte Hohlwelle mit einem Trägerflansch 21, welcher in diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam mit einem auf dem Targetträgerrohr 31 lösbar befestigten Klemmring 22 und einem den Trägerflansch 21 und den Klemmring 22 übergreifenden und verbindenden Spannring 23 eine Targetbefestigungseinrichtung 2 bildet. Das Magnetsystem 5 ist an der Halteeinrichtung 4 befestigt, welche durch die Hohlwelle der Targetbefestigungseinrichtung 2 geführt ist, so dass das Magnetsystem 5 in Ruhe verharren kann, wenn das Rohrtarget 3 gedreht wird.
Am Endblock 1 ist weiterhin eine Abschirmung 6 befestigt, die die Targetbefestigungseinrichtung 2 und das Ende des rohrförmigen Targets 3 klauenartig übergreift. Die Außenseite 61 des das Ende des rohrförmigen Targets 3 übergreifenden Bereichs der Abschirmung 6 ist konisch gestaltet. Der Außendurchmesser der Targetbefestigungseinrichtung 2 ist größer als der Innendurchmesser der das Targetträgerrohr 31 umschließenden Öffnung 7 der Abschirmung 6 und der Außendurchmesser des Targetmaterials 32 ist größer als der Innendurchmesser der das Targetträgerrohr 3 umschließenden Öffnung 7 der Abschirmung 6. Außerdem sind das Targetmaterial 32 und das Magnetsystem 5 so gestaltet, dass die Sputterzone einen deutlichen axialen Abstand zum Ende des Targetträgerrohrs 31 und zum Endblock 1 aufweist.
Der zwischen der Abschirmung 6 und dem Targetträgerrohr 31 bzw. der Targetbefestigungseinrichtung 2 verbleibende Ringspalt weist, von außen betrachtet, in dieser Reihenfolge einen ersten, axialen Abschnitt, einen zweiten, radial auswärts führenden Abschnitt, einen dritten axialen Abschnitt sowie einen vierten, radial einwärts führenden Abschnitt auf. Dieses Ausführungsbeispiel ist vergleichsweise einfach gestaltet; selbstverständlich wäre es auch möglich, weitere Abschnitte vorzusehen, um schließlich zu einer mäanderförmigen Gestaltung des Ringspalts 71 zu gelangen.
Bezugszeichenliste

1: Endblock
2: Targetbefestigungseinrichtung
21: Trägerflansch
22: Klemmring
23: Spannring
3: rohrförmiges Target
31: Targetträgerrohr
32: Targetmaterial
4: Halteeinrichtung
5: Magnetsystem
6: Abschirmung
61: Außenseite
7: Öffnung
71: Ringspalt

Claims

Magnetronanordnung, umfassend einen Endblock (1) mit einer Targetbefestigungseinrichtung (2) zur drehbaren Kopplung eines rohrförmigen Targets (3), einer Halteeinrichtung (4) für ein im Inneren des rohrförmigen Targets (3) angeordnetes Magnetsystem (5) und einer Abschirmung (6), die das in der Targetbefestigungseinrichtung (2) gelagerte Ende eines rohrförmigen Targets (3) überdeckt, wobei der das Ende des rohrförmigen Targets (3) überdeckende Bereich der Abschirmung (6) so ausgebildet ist, dass der zwischen dem rohrförmigen Target (3) und der Abschirmung (6) verbleibende Ringspalt (71) von außen gesehen mindestens einen radial auswärts führenden Abschnitt und mindestens einen radial einwärts führenden Abschnitt aufweist, und Außendurchmesser der Targetbefestigungseinrichtung (2) und der Außendurchmesser des Targetmaterials (32) größer sind als der Innendurchmesser der das rohrförmige Target (3) umschließenden Öffnung (7) der Abschirmung (6).
Magnetronanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen der Targetbefestigungseinrichtung (2) und des Endes des darin gelagerten rohrförmigen Targets (3) einerseits und die Innenfläche der Abschirmung (6) andererseits durch einen mäanderförmigen Ringspalt (71) zueinander beabstandet sind.
Magnetronanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (71) eine Labyrinthdichtung bildet.
Magnetronanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (61) des das Ende des rohrförmigen Targets (3) übergreifenden Bereichs der Abschirmung (6) konisch gestaltet ist.