DE102010011543A1

DE102010011543A1 - Sputtertarget und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102010011543A1
Application number: DE201010011543
Authority: DE
Inventors: Peter Preissler
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget aus einem Träger und einem auf dem Träger mittels einer aus einem Lotmaterial gebildeten Lotschicht fixierten Sputtermaterial und besteht darin, dass die Lotschicht im Wesentlichen als Schaum ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget aus einem Träger und einem auf dem Träger mittels einer aus einem Lotmaterial gebildeten Lotschicht fixierten Sputtermaterial. Insbesondere betrifft sie zylinderförmige Sputtertargets auf Basis keramischer oder anderer spröder Werkstoffe sowie schlecht mit Lot benetzbare Übergangs- oder Refraktärmetalle mit Trägerrohr. Die Erfindung betrifft desweiteren ein Verfahren, bei dem auf einem Träger ein Sputtermaterial und dazwischen ein Lotmaterial angeordnet wird und anschließend zumindest das Lotmaterial zur Herstellung einer Verbindung zwischen Träger und Sputtermaterial erwärmt und wieder abgekühlt wird.
Die Befestigung einzelner Sputterrohre auf einem Trägerrohr geschieht ähnlich wie bei Flachtargets überwiegend mittels eines Lotes. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Qualität dieser Verbindung unbefriedigend ist im Hinblick auf mechanische Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Homogenität der Stoffschlüssigkeit.
Hierfür gibt es vielfältige, teilweise miteinander verknüpfte Ursachen:

– schlechtes Benetzungsverhalten des Lotes gegenüber Targetmaterial und Trägerrohr,
– Neigung zur Legierungsbildung zwischen Targetmaterial und Trägerrohr,
– Oxidbildung während der Aufheizphase des Lötprozesses,
– schlechte Wärmeleitfähigkeit des Targetmaterials und damit Schwierigkeiten in der Prozessführung des Lötens,
– Schwierigkeiten in der Temperaturführung zur Einstellung eines homogenen Lötergebnisses,
– unkontrollierbare Lotbefüllung,
– Bildung von nicht kontrollierbaren Lunkern,
– schlechte Aufnahme von Zug- und Druckspannungen hervorgerufen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen Trägerrohr und Targetmaterial.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Lotes, insbesondere für die Verbindung von zylinderförmigen Sputtertargets mit einem Trägerrohr, wobei eine insbesondere gute thermische und elektrische Leitfähigkeit zwischen Targetmaterial und Trägerrohr gegeben sein soll und Zug- und Druckspannungen, die während der Aufheizphase bzw. Erstarrung des Systems entstehen, möglichst gering gehalten oder abgebaut werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Insbesondere wird die Aufgabe für ein Sputtertarget dadurch gelöst, dass die Lotschicht im Wesentlichen als Schaum ausgebildet ist. Dadurch werden einerseits Spannungen aufgefangen und andererseits ein guter Kontakt zwischen Träger und Sputtermaterial erreicht. Das vorzugsweise rohrförmige Sputtertarget kann aus einem oder mehreren Rohrabschnitten eines Sputtermaterials gebildet sein, die auf ein Trägerrohr aufgelötet sind, wobei beide Teile durch ein aufgeschäumtes Lotmaterial miteinander verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Lotmaterial ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird, die zusätzlich etwa 0,1 bis 30 Gew.-%, insbesondere etwa 0,2 bis 2 Gew.-% eines Treibmittels enthält. Als Treibmittel kann vorzugsweise Titanhydrid verwendet werden. Als Metall bzw. Metalllegierung des Lotmaterials kommen unter anderem infrage In, InSn, InGa, SnAg, SnAgCu, SnBiAg, SnCu, AuSn, AuIn, Bi, BiSn, BiAg in unterschiedlichen Gewichtsanteilen.
Das verwendete Lot kann gemäß der Erfindung dadurch hergestellt werden, dass das Lotmaterial zu einem walzfähigen Körper gepresst, insbesondere kaltisostatisch gepresst wird.
Zur Herstellung des Trägerrohres wird die Oberfläche zur Entfernung jeglicher Verschmutzungen und Oxid bzw. Verzunderungsreste sowie gegebenenfalls zur Einstellung einer Oberflächenrauhigkeit in herkömmlicher und dem Fachmann geläufiger Weise vorbehandelt. Auf diese vorbehandelte Oberfläche wird eine homogene, gut wärmeleitfähige Beschichtung aufgebracht. Bevorzugte Schichtmaterialien sind: Al, Ni, Cu, Zn, In und deren Legierungen.
In analoger Weise werden die Innenflächen der Sputtermaterialrohre behandelt. In Abhängigkeit von den Materialeigenschaften sind hier abgestimmte, bekannte Verfahren und Werkstoffe zu wählen.
Nach Auftrag der Beschichtungen kann sowohl sputtermaterialseitig als auch trägerrohrseitig eine weitere auf das zu verwendende Schaummaterial abgestimmte Zwischenschicht aufgebracht werden. Bevorzugte Materialien hierfür sind Ag, Ni, Zn, Sn, In, Bi und deren Legierungen.
Auf dem Trägerrohr wird nun eine masslich zugeschnittene, je nach vorgegebenem Spalt gewalzte Folie aus schaumfähigem Material aufgebracht und fixiert.
Anschließend wird das rohrförmige Sputtermaterial über das Trägerrohr mit der daraus vormontierten Folie geschoben.
Durch Erwärmung dieses Verbundes bis etwas über dem Schmelzpunkt des schaumfähigen Folienwerkstoffes, also des Lotmaterials, wird der Aufschäumprozess ausgelöst. Die Schmelze expandiert und bildet zwischen Trägerrohr und Sputtermaterial eine schaumige, halbflüssige Konsistenz.
Nachdem die Expansion bis zum gewünschten Grad erfolgt ist, wird der Schäumvorgang durch Abkühlung unter dem Schmelzpunkt des Lotmaterials beendet und so die Schaumstruktur stabilisiert.
Die Vorteile der Erfindung sind im Wesentlichen:

– Ausgleich von unregelmäßigen Oberflächen, sputtermaterialseitig bzw. trägerrohrseitig,
– Ausgleich von unterschiedlichen Spaltabständen zwischen Sputtermaterial und Trägerrohr,
– Metallische Überbrückung und Kontaktierung zwischen Träger und Target,
– gute elektrische Leitfähigkeit,
– gute Wärmeleitfähigkeit,
– Hervorragende Stoffschlüssigkeit an den Grenzflächen durch eigenständige Expansion des Halbzeuges, bzw. der Folie
– Zug- und Druckspannungen durch thermische Einwirkung (auch während des Sputterprozesses) werden aufgenommen,
– keine Bildung von unkontrollierten Lunkern,
– Temperaturstabilität kann je nach Wahl des Folienwerkstoffes frei gewählt werden,
– einfache Prozessführung.

Im Prinzip kann jedes Metall oder deren Legierung geschäumt werden, sofern einmal die Misch- und Schäumparameter bestimmt worden sind.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der beispielhaft verwendete metallische Ausgangswerkstoff (InSn 30), wird über einen Schmelzvorgang zu metallischem Pulver (Korngröße 50–100 μm) verdüst. Das Pulver wird nun mit ca. 0,4–0,7 Gewichts-% Titanhydrid als Treibmittel in einem Taumelmischer homogen vermischt.
Um eine bessere Benetzung der zu verbindenden Materialien zu gewährleisten, können bei Bedarf in das Pulver Antioxidantien (Lötmittel) eingemischt werden.
Durch einen weiteren Schritt wird das gemischte Pulver mit einem Druck von ca. 80 kN bei Raumtemperatur zu einem massiven Körper, beispielsweise zu einem Bolzen, gepresst. Dieses Material kann nun durch Umformen (walzen, pressen, spanabhebende Bearbeitung) zum Zwecke der Folienherstellung bearbeitet werden.
Die erhaltene Folie stellt das Lotmaterial dar. Sie wird auf das Trägerrohr, das in diesem Fall aus Edelstahl gebildet ist, aufgebracht und darüber wird das Rohr (beziehungsweise die Rohre) des Sputtermaterials (in diesem Fall Zinkaluminiumoxid) geschoben. Die Spaltbreite zwischen beiden Rohren beträgt etwa 0,5 bis 1 mm. Durch Erwärmung des Halbzeuges bis kurz über seinen Schmelzpunkt (ca. 180°C) wird das Gas des Treibmittels freigesetzt und der Schäumvorgang wird ausgelöst. Die Schmelze expandiert und entwickelt eine halbflüssige, schaumige Konsistenz. Nachdem die Expansion bis zur gewünschten Porengröße erfolgt ist, wird der Schäumvorgang durch Abkühlung unter den Schmelzpunkt beendet und so die Schaumstruktur stabilisiert und das Trägerrohr mit dem Sputtermaterial verbunden.

Claims

Sputtertarget aus einem Träger und einem auf dem Träger mittels einer aus einem Lotmaterial gebildeten Lotschicht fixierten Sputtermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotschicht im Wesentlichen als Schaum ausgebildet ist.
Sputtertarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Rohrtarget ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sputtertarges nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf einem Träger ein Sputtermaterial und dazwischen ein Lotmaterial angeordnet wird und anschließend zumindest das Lotmaterial zur Herstellung einer Verbindung zwischen Träger und Sputtermaterial erwärmt und wieder abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Lotmaterial ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird, die zusätzlich etwa 0,1 bis 30 Gew.-%, insbesondere etwa 0,2 bis 2 Gew.-% eines Treibmittels enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel Titanhydrid verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Lotmaterials zur Verwendung in einem Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotmaterial zu einem walzfähigen Körper gepresst, insbesondere kaltisostatisch gepresst wird.