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Die Erfindung betrifft eine Magnetronanordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur Beschichtung von Glasplatten oder anderen flächigen Substraten werden in Vakuumbeschichtungsanlagen Planarmagnetrons eingesetzt. Ein Planarmagnetron kann beispielsweise ein Target aus einem zu zerstäubenden Targetmaterial, eine Magnetanordnung zur Konzentration eines Plasmas über der zu zerstäubenden Targetoberfläche des Targets sowie gegebenenfalls ein Kühlsystem, das zum Abführen der Abwärme des Sputterprozesses dient, umfassen. Das Target kann beispielsweise indirekt durch Aufpressen auf einen festen oder verformbaren, beispielsweise wasserdurchströmten Kühlkörper gekühlt werden. Für einige Anwendungen kann die Rückseite des Targets aber auch direkt durch das Kühlmedium angeströmt werden. Das Target kann – abhängig vom Material – monolithisch aus einem Stück oder aus mehreren aneinandergrenzenden Teilen, beispielsweise einer Grundplatte und einer auf der Grundplatte befestigten Targetmaterialplatte bestehen, wobei die Verbindung beispielsweise durch Bonden hergestellt sein kann.
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Das Target kann entweder direkt mit Schrauben oder durch geschraubte Pratzleisten am Planarmagnetron befestigt sein, beispielsweise an einem Gehäuse, das das Magnetsystem oder/und das Kühlsystem aufnimmt, wobei eine Rückschlussplatte des Magnetsystems gleichzeitig eine Rückwand des Gehäuses bilden kann. Ein Nachteil besteht darin, dass die Befestigungselemente einem unerwünschten Ionenbeschuss ausgesetzt sind, wodurch die Zerstäubung zur Kontamination der auf dem Substrat abgeschiedenen Schichten führen kann. Die Einschränkung des Erosionsgrabens durch die Befestigungselemente bei gleichbleibenden äußeren Abmaßen des Planarmagnetrons kann außerdem den nutzbaren Materialanteil sowie die Standzeit des Targets negativ beeinflussen.
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Die Magnetanordnung kann beispielsweise eine magnetisierbare Rückschlussplatte mit daran angebrachten oder angeformten Polschuhen mit zugehörigen Permanentmagneten, sowie Kühlkanäle zum Hindurchleiten einer Kühlflüssigkeit durch das Planarmagnetron umfassen.
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Mit der aus Rückschlussplatte, Polschuhen und Permanentmagneten gebildeten Magnetanordnung wird ein für Planarmagnetrons typisches Magnetfeld erzeugt, das sich vor den Polschuhen/Permanentmagneten in Richtung zum Target ausbreitet und dieses durchdringt. Solche Planarmagnetrons können eine erhebliche Längserstreckung, auch über mehrere Meter, aufweisen, die gewöhnlich die Breite des zu beschichtenden Substrates übersteigt. Polschuhe und Permanentmagneten können dabei separat oder integriert ausgeführt sein.
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Bei den zu beschichtenden Substraten, die in Längsrichtung in einem vorgegebenen Abstand unter dem Planarmagnetron mit einer geeigneten Transportvorrichtung vorbeitransportiert werden, kommt es auf eine besonders gleichmäßige Beschichtung in Richtung von 90° zur Transportrichtung, d.h. in Querrichtung, an. Das bedeutet, dass sich bei der Beschichtung von Substraten keinerlei längs desselben verlaufende Spuren bzw. Inhomogenitäten der Beschichtung ausbilden dürfen. Die gleichmäßige Beschichtung wird insbesondere durch die Homogenität des eingesetzten Magnetfeldes des Planarmagnetrons bestimmt.
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In
DE 43 01 516 A1 ist die Aufgabe formuliert, eine Target-Kathodenanordnung für eine Kathoden-Zerstäubungsanlage mit bahnförmig geschlossener Kathodengestalt, mit einem Targetkörper, der mittels einer lösbaren Befestigungseinrichtung an ein Kühlsystem ankoppelbar ist, anzugeben, so dass der Wechsel eines Targetkörpers möglichst schnell durchzuführen ist und insbesondere das Kühlsystem hiervon unberührt lässt. Zudem soll dafür gesorgt werden, dass der intensive Kontakt zwischen Kühlsystem und Targetkörper eine bestmögliche Kühlung bewirkt, wodurch die Abtragrate des Targetmaterials optimiert werden kann. Ferner sollen die zur Stabilisierung des Plasmas vorgesehenen Magnete möglichst geschützt vor mechanischen Beschädigungen während des Targetwechsels unter dem Kühlsystem angebracht sein und nicht mit dem Kühlsystem in Kontakt treten. Hierzu wird eine Target-Kathodenanordnung für eine Kathodenzerstäubungsanlage, mit geschlossener Kathodengestalt, mit einem Targetkörper, der mittels einer lösbaren Befestigungseinrichtung an ein Kühlsystem ankoppelbar ist, wobei zwischen dem Targetkörper und dem Kühlsystem, welches als eine Wanne ausgebildet ist und einen geschlossenen Kühlkanal bildet, eine Trennmembran vorgesehen ist, die während des Betriebs zum einen mit dem Kühlsystem und zum anderen mit dem Targetkörper durch Befestigungseinrichtungen in Verbindung steht, beim Targetwechsel jedoch die Befestigung der Membran auf der Wanne durch Schraubverbindungen bestehen bleibt, die von unten durch die Wanne eine Befestigungsleiste von oben gegen die Membran pressen, und Dichtungen zwischen Membran und der Wanne vorgesehen sind. Der Targetkörper kann durch von oben aufgesetzte Pratzleisten auf die Membran fixierbar sein. Die Pratzleisten können durch Schraubverbindungen fixierbar sein.
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EP 0 753 882 A1 beschreibt eine Kathodenanordnung für eine Vorrichtung zum Zerstäuben eines Targets mit einem Magnetjoch und mit zwischen dem Target und dem Magnetjoch angeordneten Reihen von Permanentmagneten, sowie mit einer Halterung zur Befestigung des Magnetjochs an einem Wandteil der Vakuumkammer, wobei das ortsfest gehaltene Magnetjoch auf seiner dem Target abgekehrten Seite an einem Nocken oder Nockenpaar anliegt, das seinerseits an einer Kopfplatte abgestützt ist, die mit dem Magnetjoch über eine Schraube oder Federbolzen mit Spiel verbunden ist, wobei beiderseits des Magnetjochs u-förmig ausgebildete Pratz- oder Klammerleisten vorgesehen sind, deren seitlich abstehende Schenkel oder klauenförmigen Randteile jeweils einerseits die Kopfplatte und andererseits das Magnetjoch und/oder die Targetrückenplatte übergreifen.
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DE 10 2012 110 334 B3 offenbart zur Erzeugung eines gleichmäßigeren Magnetfelds ein Planarmagnetron für Vakuumbeschichtungsanlagen zur Beschichtung von Glasplatten oder anderen flächigen Substraten mit einer Magnetanordnung, bestehend aus einer magnetisierbaren Rückschlussplatte, mit daran angeformten längs verlaufenden Polschuhen mit zugehörigen Permanentmagneten, sowie mit mindestens einem Target an der Magnetanordnung, sowie Kühlkanälen zum Hindurchleiten einer Kühlflüssigkeit durch das Planarmagnetron, wobei die Rückschlussplatte über deren gesamten Länge einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist und mit sich längs in der Rückschlussplatte erstreckenden Aufnahmen zur Befestigung von Anbauteilen, wie mindestens einem Kühlkanal mit Vor- und Rücklauf und Pratzleisten zur Befestigung von mindestens einem Target versehen ist. Das mindestens eine Target ist mit seitlich an das Target angreifenden Pratzleisten befestigt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Verlängerung der Standzeit des Targets und die Vermeidung der Kontamination der Substrate zu erreichen. Zum Zerstäuben soll dabei ein Großteil der Targetoberfläche, d.h. der in Richtung Substrat weisenden Fläche des Targets, genutzt werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Magnetronanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Bei einer Magnetronanordnung, umfassend ein Gehäuse, in dem Gehäuse eine Magnetanordnung sowie ein an dem Gehäuse angebrachtes Planartarget aus Targetmaterial mit einer ebenen Targetoberfläche, das so angeordnet ist, dass die Magnetanordnung ein das Planartarget durchdringendes Magnetfeld erzeugt, wobei das Planartarget an einem die Targetoberfläche seitlich begrenzenden, nicht zur Targetoberfläche gehörenden Randbereich eine geometrische Struktur aufweist, die mit einem am Gehäuse lösbar angebrachten Befestigungsmittel zusammenwirkt, wird vorgeschlagen, dass das Befestigungsmittel bei senkrechtem Blick auf die Targetoberfläche von der Targetoberfläche vollständig überdeckt ist.
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Das Gehäuse kann beispielsweise direkt von einer Rückschlussplatte, Halteleisten oder/und einem oder mehreren Polschuhen der Magnetanordnung gebildet sein, oder eine Rückschlussplatte, Halteleisten oder/und Polschuhe der Magnetanordnung sind in einem dedizierten zusätzlichen Gehäuse angeordnet. Mit anderen Worten kann das Target entweder an einer Rückschlussplatte oder/und an Halteleisten oder/und an Polschuhen einer Magnetanordnung oder einem dedizierten Gehäuse befestigt sein.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die geometrische Struktur und das Befestigungsmittel jeweils einen Absatz umfassen. Dabei können je eine Fläche der Absätze der geometrischen Struktur und des Befestigungsmittels einander unter Krafteinwirkung berühren.
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In einer einfachen Ausgestaltung kann das Befestigungsmittel eine oder mehrere Schrauben umfassen, die lösbar mit dem Gehäuse verbunden sind. In diesem Fall wirken die Unterseiten der Schraubenköpfe, die gegenüber dem jeweiligen Schraubenschaft einen Absatz bilden, auf ringförmige Auflageflächen ein, die jeweils eine Bohrung im Target umgeben und einen Absatz bezüglich der jeweiligen Bohrung bilden.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann das Befestigungsmittel eine oder mehrere Befestigungsleisten umfassen. Sind die Befestigungsleisten das alleinige Befestigungsmittel, so kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweilige Vorsprünge oder Simse im Randbereich des Targets sowie des Gehäuses oder der Rückschlussplatte oder der Polschuhe im Querschnitt gemeinsam eine Schwalbenschwanzform oder dergleichen bilden und die Befestigungsleiste eine damit korrespondierende, beispielsweise im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Nut, aufweist, mit der die Befestigungsleiste über die beiden Vorsprünge von Target und Gehäuse/Rückschlussplatte/Polschuh geschoben werden kann und auf diese Weise das Target befestigt.
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Ebenso umfasst sind Ausgestaltungen, bei denen das Befestigungsmittel sowohl Befestigungsleisten als auch Schrauben umfasst, beispielsweise indem eine Befestigungsleiste formschlüssig mit dem Target zusammenwirkt und Schrauben auf die Befestigungsleiste einwirken und die Befestigungsleiste auf das Target einwirkt, so dass zwischen dem Target und dem Gehäuse eine möglichst gleichmäßige Spannkraft aufgebaut wird. Im Übrigen können Befestigungsleisten sich einteilig über die gesamte Länge oder Breite eines Planarmagnetrons erstrecken oder das Befestigungsmittel umfasst mehrere kürzere Befestigungsleisten. In gleicher Weise können auch mehrere Schrauben vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Befestigung des Targets zu erreichen.
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Die einander berührenden Flächen der geometrischen Struktur des Targets und des Befestigungsmittels können – wie weiter oben schon mit Bezug auf im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Strukturen beispielhaft dargelegt – mit der Targetoberfläche jeweils einen Winkel zwischen 0 und 90° einschließen, wobei ein Winkel von 0° bedeutet, dass die einander berührenden Flächen parallel zur Targetoberfläche verlaufen und ein Winkel von 90° bedeutet, dass die einander berührenden Flächen senkrecht zur Targetoberfläche verlaufen.
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In dem Fall, dass das Befestigungsmittel nur von Schrauben gebildet ist, bedeutet dies gleichzeitig, dass bei einem Winkel zwischen den einander berührenden Flächen der geometrischen Struktur des Targets und des Befestigungsmittels von 0° gegenüber der Targetoberfläche die Schrauben senkrecht zur Targetoberfläche angeordnet sind, d.h. dass sich der jeweilige Schraubenschaft senkrecht zur Targetoberfläche erstreckt, während bei einem Winkel der einander berührenden Flächen der geometrischen Struktur des Targets und des Befestigungsmittels von 90° gegenüber der Targetoberfläche die Schrauben parallel zur Targetoberfläche angeordnet sind, d.h. dass sich der jeweilige Schraubenschaft parallel zur Targetoberfläche erstreckt.
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In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Absatz der geometrischen Struktur beispielsweise als Nut oder als Sims ausgebildet ist. Analog kann eine Befestigungsleiste, sofern das Befestigungsmittel eine solche umfasst, einen Absatz aufweisen, der zu der geometrischen Struktur komplementär ausgebildet ist, d.h. beispielsweise als Sims, der in eine Nut eingreift, oder als Nut, die einen Sims aufnimmt, ausgebildet sein.
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In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Befestigungsmittel durch eine die Außenkontur der Magnetronanordnung definierende Abdeckleiste verdeckt ist. Wie oben bereits dargelegt ist das Befestigungsmittel ohnehin von der Targetoberfläche überdeckt. Die hier beschriebene Ausgestaltung bedeutet darüber hinaus, dass das Befestigungsmittel auch bei einer Betrachtung der Magnetronanordnung in der Ebene der Targetoberfläche nicht sichtbar ist, so dass das Befestigungsmittel auch durch einen seitlichen Sputterangriff nicht erreicht wird und dass eine ebene Außenkontur senkrecht zur Targetoberfläche entsteht, womit ein gleichmäßiger Übergang zur Umgebung oder zur Anode erreicht wird. Besonders vorteilhaft kann dabei weiter vorgesehen sein, dass die Abdeckleiste aus Targetmaterial besteht. Hierdurch wird erreicht, dass selbst bei einem seitlichen Sputterangriff keine Teilchen abgetragen werden können, die die beabsichtigte abzuscheidende Schicht verunreinigen können, weil der Sputterangriff nur Teilchen des Targetmaterials ablösen kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigt
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1 ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt.
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Das in 1 dargestellte Planarmagnetron weist eine Rückschlussplatte 1 und Halteleisten 2 auf, die ein wannenförmiges Gehäuse bilden. An den Halteleisten 2 sind Permanentmagnete/Polschuhe 3 angeordnet. Zwischen den Halteleisten 2 sind Kühlkanäle 9 angeordnet, die im Betrieb des Planarmagnetrons dazu dienen, Wärme vom Target 4 abzuführen.
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Das Target 4 ist plattenförmig und an dem durch Rückschlussplatte 1 und Halteleisten 2 gebildeten Gehäuse lösbar angebracht.
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Dazu weist das Planarmagnetron Befestigungsmittel auf, die Schrauben 6 sowie Befestigungsleisten 7 aufweist. Die Befestigungsleisten 7 weisen einerseits Bohrungen für die Schrauben 6, durch die die Schrauben 6 mit den Halteleisten verbunden sind, und andererseits einen Absatz 7A, der in eine Nut 4A des Targets 4 eingreift, auf.
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Dabei sind die einander berührenden Flächen von Nut 4A und Absatz 7A parallel zur Targetoberfläche 5. Hingegen schließen die einander berührenden Flächen der Schrauben 6 und der Befestigungsleisten 7 mit der Targetoberfläche 5 einen Winkel ein, der zwischen 0° und 90° liegt.
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Die äußeren Halteleisten 2 sowie die Befestigungsleisten 7 und Schrauben 6 sind jeweils durch Abdeckleisten 8 abgedeckt. Die Abdeckleisten 8 können als Polschuh oder als Abdeckung ausgeführt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abdeckleisten 8 zweiteilig ausgeführt, wobei der dem Target zugewandte Teil als Abdeckung (kein Targetmaterial) und der der Rückschlussplatte zugewandte Teil als Polschuh ausgeführt ist.
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Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin erblickt werden, dass die Targetoberfläche 5 insbesondere in deren Randbereich frei von Unebenheiten und targetfremdem Material, wie Pratzleisten, Schrauben und dergleichen gehalten wird. Die Befestigung des Targets 4 erfolgt durch die vorgeschlagene Lösung außerhalb des Erosionsbereiches des Planarmagnetrons, so dass unerwünschter Materialabtrag von der Targetbefestigung verhindert wird.
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Die Aufgabe wird bei dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch gelöst, dass sich die Targetoberfläche 5 über die komplette Breite der Katode erstreckt, d.h. dass die Randbereiche des Targets 4 nicht wie bisher durch Pratzleisten verdeckt werden. Die äußeren Schrauben, die bisher senkrecht zur Targetoberfläche eingebracht wurden, werden mit ihrer Achse leicht nach außen gekippt, so dass diese bei der Demontage entlang der Schraubenachse gerade so an der Targetkante vorbeigeführt werden können.
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Das Target 4 wird dazu entsprechend seitlich ausgeformt. Die Befestigungselemente 6, 7 werden in diese nutartige Kontur 4A seitlich eingesetzt. Mit zusätzlichen Abdeckleisten 8 wird eine ebene Oberfläche an den Stirnseiten hergestellt. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass keine Befestigungselemente der Targetklemmung 6, 7 vom Substrat aus sichtbar sind und somit sich nicht in der Ebene des Erosionsbereiches befinden. Damit kann es zu keinem Materialabtrag an den Befestigungselementen 6, 7 kommen und gleichzeitig kann ein Großteil der in Richtung Substrat weisenden Seite des Targets 4 genutzt werden.
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Die Targetklemmung 6, 7 ist von vorn seitlich leicht zugänglich. Sie ist unabhängig vom Targetmaterial sowie der Art der Targetkühlung und kann bei monolithischen, gebondeten und auch in Wannentargets zum Einsatz kommen.
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In einer Ausführungsform sind die Befestigungselemente 6, 7 als durchgängige Befestigungsleisten 7 ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform sind die Befestigungsleisten 7 mehrfach geteilt ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform wird das Target 4 ohne zusätzliche Befestigungsleisten 7 direkt in der beschriebenen Richtung geschraubt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rückschlussplatte
- 2
- Halteleiste
- 3
- Permanentmagnet/Polschuh
- 4
- Target
- 4A
- geometrische Struktur, Nut
- 4B
- Absatz
- 5
- Targetoberfläche
- 6
- Befestigungsmittel, Schraube
- 7
- Befestigungsmittel, Befestigungsleiste
- 7A
- Absatz
- 8
- Abdeckleiste/Polschuh
- 9
- Kühlkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4301516 A1 [0007]
- EP 0753882 A1 [0008]
- DE 102012110334 B3 [0009]
