-
Die Erfindung betrifft ein Anschlussstück für ein rohrförmiges Target das eine zylindrische Innenfläche und eine zylindrische Außenfläche und zumindest einen magnetischen Einsatz aufweist, wobei die Position des magnetischen Einsatzes entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks auf zumindest einer Innen- oder Außenfläche des Anschlussstücks veränderbar ist.
-
Unter Target ist dabei eine Zerstäubungsquelle für eine Kathodenzerstäubungsanlage zu verstehen. Beim Kathodenzerstäuben wird Targetmaterial mittels Plasma „zerstäubt“ und als dünne Schicht auf einem Substrat abgeschieden. Die Kathodenzerstäubung wird üblicherweise auch Sputtern genannt, die Zerstäubungsquellen Sputtering Targets. Ein Target mit einem rohrförmigen Targetkörper ist daher ein Sputtering Target in Rohrform und wird auch als Rohrtarget bezeichnet. Ein besonders häufig eingesetztes Zerstäubungsverfahren ist das Magnetronsputtern. Während bei der einfachen Kathodenzerstäubung lediglich ein elektrisches Feld angelegt wird, wird beim Magnetronsputtern zusätzlich ein Magnetfeld erzeugt. Durch die Überlagerung von elektrischem und magnetischem Feld wird der Weg der Ladungsträger verlängert und die Zahl der Stöße pro Elektron erhöht. Das Magnetfeld wird üblicherweise durch einen Magneten oder eine Anordnung mehrerer Magneten erzeugt, der oder die im Inneren des Rohrtargets eingebracht ist.
-
Ein Vorteil von rohrförmigen Targets (Rohrtargets) ist der gleichmäßigere Abtrag und damit ein höherer Ausnutzungsgrad gegenüber planaren Targets. Unter Ausnutzungsgrad versteht man die abgesputterte Materialmasse nach der gesamten Einsatzzeit des Targets, bezogen auf die Masse des Targets vor dem ersten Einsatz. So liegt der Ausnutzungsgrad für planare Targets bei ca. 15 bis 30 % und für Rohrtargets typischerweise bei 70 bis 90 %.
-
Es ist bekannt, dass Rohrtargets als monolithische Targets gefertigt werden können. Monolithische Targets weisen üblicherweise kein durchgängiges Trägerrohr auf. Monolithische Targets sind wesentlich weniger temperaturempfindlich, wodurch beim Sputtern besonders hohe Leistungsdichten von bis zu 30 kW/m möglich sind. Damit sind höchste Abscheideraten und ein höherer Durchsatz möglich, wodurch die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten verbessert werden können.
-
Die monolithische Ausführung von Rohrtargets ist insbesondere bei metallischen Targets vorteilhaft, sofern das verwendete Zerstäubungsmaterial eine ausreichend große mechanische Festigkeit, Duktilität und Bruchzähigkeit aufweist. Besonders kritisch für den Einsatz von monolithischen Targets sind die mechanischen Kennwerte und die geometrische Auslegung des Endbereichs, da hier teilweise sehr dünne Wandstärken (bevorzugt kleiner 4 mm) realisiert werden müssen. Dies erfolgt üblicherweise durch mechanische Bearbeitung des Targetkörpers. Bei Beschädigung eines oder der Endbereich(e) eines monolithischen Rohrtargets kann das gesamte Target im schlimmsten Fall nicht eingesetzt und muss neu gefertigt werden.
-
Eine Alternative zur mechanischen Bearbeitung des/der Endbereich(e) des Targetkörpers sind Anschlusstücke wie beispielsweise in der
EP 1 225 249 B1 offenbart.
-
Alternativ zu monolithischen Targets sind weiters gebondete Targets bekannt. Dabei wird der Targetkörper über Löten bzw. Bonden auf ein Trägerrohr aufgebracht, wobei üblicherweise ein niedrigschmelzendes Lot verwendet wird. Dadurch sind solche Targets temperaturempfindlicher und es kann bei der Einbringung hoher Leistungsdichten und damit der Entwicklung höherer Temperaturen zu einem (teilweisen) Aufschmelzen des (meist niedrigschmelzenden Indium-) Lotes und einem Ablösen des Targetkörpers vom Trägerrohr kommen.
-
Die im Innenraum eines Rohrtargets realisierte Kühlung des Targets ist durch den günstigeren Wärmeübergang in einem rohrförmigen Target wesentlich wirksamer als bei planaren Targets, was höhere oberflächliche Energiedichten und damit höhere Beschichtungsraten ermöglicht. Zudem ist auch die Neigung zu lokaler Lichtbogenbildung (wird auch als Arcing bezeichnet) insbesondere beim reaktiven Sputtern reduziert. Der Einsatz von Rohrtargets ist dann besonders vorteilhaft, wenn großflächige Substrate beschichtet werden. Während des Einsatzes rotiert das Rohrtarget langsam, während üblicherweise das Magnetfeld stationär ist.
-
US 2012/0261253 A1 und
US 2010/0018854 A1 offenbaren Rohrtargets, bei welchen ein gleichmäßiger Abtrag eines Rohrtargetmaterials durch axial justierbare oder bewegbare Magneteinrichtungen erfolgt. Eine Erosionszone wird hierbei durch Magneten in eine Richtung entlang des Rohrtargets verschoben. Die Erosionsmenge wird dadurch erhöht. Ein Einbau eines justierbaren Magnetelements in ein Anschlussstück für Rohrtargets wird jedoch nicht gelehrt.
-
EP 1 225 249 B1 offenbart ein rohrförmiges Target für Kathodenzerstäubungsanlagen. An den Enden eines rohrförmigen Targetkörpers ist jeweils ein Trägerrohr bzw. ein Anschlussrohr angeordnet. Mittels der Trägerrohre, die aus dem Targetkörper herausragen, wird das Target in eine Anlage eingebaut. In einer Ausgestaltung wird ein Trägerrohr in ein offenes Ende des Targetkörpers eingesteckt und anschließend mittels einer Schraube gesichert, die durch einen Flansch des Trägerrohrs in eine Stirnkante des Targetkörpers geschraubt wird. Alternativ ist am Targetkörper ein Außengewinde für eine Überwurfmutter vorgesehen, mittels der ein Flansch des Trägerrohrs an das Stirnende des Targetkörpers gepresst werden kann. Maßnahmen oder Ausführungsformen zur Erhöhung der Materialausnutzung des Rohrtargets werden nicht beschrieben.
-
DE 10 2007 060306 A1 offenbart ein rohrförmiges Sputtertarget mit einem Trägerrohr und einem auf dem Trägerrohr angeordneten Targetmaterial. Zwischen dem Targetmaterial und dem Trägerrohr ist ein ferromagnetisches Material angeordnet, um während des Sputterns einen gleichmäßigen Abtrag des Targetmaterials zu erzielen. Das ferromagnetische Material kann mittels Plasmaspritzen auf das Trägerrohr aufgespritzt werden, wobei sich die Dicke des Materials entlang einer Längsachse des Trägerrohrs kontinuierlich verändert. Eine Änderung der magnetischen Eigenschaften der Zwischenschicht oder eine gezielte Beeinflussung des Erosionsprofils während der Einsatzdauer des Targets ist mit der beschriebenen Ausführungsform nicht möglich. Eine Anwendung bei monolithischen Targets oder monolithischen Targets mit separaten Anschlussstücken ist nicht beschrieben.
-
WO 2011 102896 A1 offenbart ein Sputtering Target das eine Rückplatte, aufweisend eine Vorder- und eine Rückseite, und eine Targetplatte, aufweisend eine Vorder- und eine Rückseite, die auf die Rückplatte aufgebracht ist, enthält. Zumindest eine Rückseite der Targetplatte, Vorderseite der Rückplatte oder Rückseite der Rückplatte weist zumindest eine Vertiefung auf, die so in Form und Größe ausgebildet ist, dass sie einem Bereich mit beobachtet höherem Sputterabtrag der Targetplatte im Vergleich zu einem angrenzenden Bereich der Targetplatte entspricht. In der zumindest einen Vertiefung ist ein Einsatz platziert. Die Rückplatte enthält ein erstes Material, die Targetplatte enthält ein zweites Material und ein Einsatz enthält ein drittes Material. Weiter ist eine Methode offenbart, die elektromagnetischen Eigenschaften eines Sputtering Targets zu kontrollieren.
-
US 2010 0044222 A1 offenbart ein Trägerrohr für ein Sputtering Target welches leicht ferromagnetisch ist und dadurch das Auftreten oder die Stärke kurzreichweitiger Abweichungen des magnetischen Felds während des Magnetron Sputterns von zylindrischen Sputtering Targets reduziert. So optimierte Legierungen für ferromagnetische Trägerrohre verbessern die Gleichmäßigkeit des magnetischen Felds, das durch einen Magnetstab erzeugt wird. So ist es möglich kurzreichweitige Abweichungen des magnetischen Felds auf weniger als 5% des durchschnittlichen Wertes zu reduzieren. Die offenbarten leicht ferromagnetischen Trägerrohre können in Verbindung mit oder auch an Stelle von Einsätzen verwendet werden, die zur Beeinflussung langreichweitiger Abweichungen des magnetischen Felds eingesetzt werden. Eine Anwendung ist nur für auf die komplette Länge gebondete Rohrtargets beschrieben. Eine Anpassung der magnetischen Eigenschaften während der Einsatzdauer der Targets ist nicht beschrieben.
-
Es ist bekannt, dass durch Abweichungen im magnetischen Feld ein ungleichmäßiger Sputterabtrag an den Enden eines Rohrtargets auftreten kann, der wiederum zu einer verringerten Materialausnutzung auf Grund einer geringeren Lebensdauer führt. Dieser ungleichmäßige Abtrag wird von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst und ist, abhängig von der Targetgeometrie, den Magnetrons und den Einsatzbedingungen des Rohrtargets (beispielsweise Umdrehungsgeschwindigkeit, Leistungsdichte, Argon-Druck) abhängig. Maßnahmen zur Erhöhung der Materialausnutzung können beispielsweise verdickte Enden der Rohrtargets sein, so dass an den Stellen, die einen erhöhten Materialabtrag zeigen, mehr Material zur Verfügung gestellt wird. Diese Ausführung wird aufgrund der charakteristischen Form als „dog-bone“ bezeichnet und ist beispielsweise in
EP 2 769 002 A1 beschrieben.
-
Für jedes Rohrtarget, dessen Materialausnutzung erhöht werden soll, muss eine eigene und angepasste Ausführung der Targetgeometrie hergestellt oder bearbeitet werden. Insbesondere bei monolithischen Targets mit oder ohne Anschlussstück(en) ist damit ein erhöhter fertigungstechnischer Aufwand verbunden.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Anschlussstück für ein rohrförmiges Target bereitzustellen. Ein solches Anschlussstück soll zu einer verlängerten Nutzungsdauer des Rohrtargets führen, kostengünstig und leicht montierbar sein.
-
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Ein erfindungsgemäßes Anschlussstück für ein rohrförmiges Target weist eine zylindrische Innenfläche und eine zylindrische Außenfläche und zumindest einen magnetischen Einsatz auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Position des magnetischen Einsatzes entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks auf zumindest einer Innen- oder Außenfläche des Anschlussstücks veränderbar ist.
-
Durch die veränderbare Position des zumindest einen magnetischen Einsatzes kann das Abtragsprofil des Rohrtargets während des Einsatzes in einer Beschichtungsanlage gezielt verändert und angepasst werden.
-
Bevorzugt ist die Position des magnetischen Einsatzes entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks auf zumindest einer Innen- oder Außenfläche des Anschlussstücks durch Verdrehen um die Längsachse des Anschlussstücks oder durch Verschieben in axialer Richtung des Anschlussstücks veränderbar.
-
Eine Veränderung der Position des zumindest einen magnetischen Einsatzes wird durch Verdrehen um die Längsachse (entspricht der Längsachse des Rohrtargets) des Anschlussstücks oder durch Verschieben in axialer Richtung des Anschlussstücks besonders einfach und in wenigen Schritten erreicht.
-
Bevorzugt besteht der zumindest eine magnetische Einsatz aus einem Metall bzw. einer Legierung, besonders bevorzugt aus einem ferromagnetischen Metall bzw. einer ferromagnetischen Legierung. Durch die Verwendung eines ferromagnetischen Metalls bzw. einer ferromagnetischen Legierung ist die Wirkung des magnetischen Einsatzes in besonderem Maße gegeben, da damit eine Schwächung des Magnetfeldes in denjenigen Bereichen des Rohrtargets erfolgen kann, die ansonsten einen erhöhten Materialabtrag zeigen würden. Durch die erreichbare Schwächung des Magnetfeldes wird die Abtragsrate des Materials vermindert und insgesamt eine erhöhte Materialausnutzung des Rohrtargets erreicht.
-
Durch die jeweilige Wahl eines entsprechenden Metalls oder einer entsprechenden Legierung kann die Wirkung des zumindest einen magnetischen Einsatzes durch die jeweils resultierende Permeabilität gezielt gesteuert werden. Das für den Einsatz gewählte Metall bzw. die Legierung sollte weiters eine gute mechanische Bearbeitbarkeit (z.B. durch Fräsen, Drehen, Schleifen), eine ausreichend hohe Duktilität und eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Kühlwasser aufweisen. Die Auswahl eines geeigneten Metalls bzw. einer Legierung kann abhängig von den jeweiligen magnetischen Eigenschaften des Magnetrons erfolgen, so dass eine Anpassung an die Einsatzbedingungen gegeben ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der zumindest eine magnetische Einsatz aus einem Metall/einer Legierung aus der Gruppe (Eisen, Eisenlegierung, Nickel, Nickellegierung, Cobalt, Cobaltlegierung).
-
Der zumindest eine magnetische Einsatz kann auf verschiedene Arten mit dem Anschlussstück verbunden sein. So kann er beispielsweise nur über eine geeignete Passung auf eine zylindrische Außenseite oder eine zylindrische Innenseite des Anschlussstücks aufgebracht sein, so dass eine Veränderung der Position entlang der axialen Richtung über Verschieben des Einsatzes in axialer Richtung möglich ist und der Einsatz während der Betriebsdauer des Targets verstellt, eingestellt oder positioniert werden kann, ohne dass das den Einsatz enthaltene Anschlussstück vom Targetkörper entfernt oder gelöst werden muss.
-
In bevorzugter Weise ist der zumindest eine magnetische Einsatz aber mittels einer Schraubverbindung mit dem Anschlussstück verbunden. Durch die Verwendung einer Schraubverbindung ist gewährleistet, dass der magnetische Einsatz während der Verwendung des Rohrtargets in einer Beschichtungsanlage nicht verrutschen kann, beispielsweise durch die Einwirkung des magnetischen Feldes, oder auch bei einer vertikalen Anordnung des Rohrtargets in einer Beschichtungsanlage. Auch kann durch die Verwendung einer Schraubverbindung die Position des zumindest einen magnetischen Einsatzes stufenlos und sehr präzise entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks eingestellt werden. Ebenso ist durch eine Schraubverbindung eine Zentrierung des Einsatzes in einfacher Weise gegeben, so dass eine gleichmäßige Schwächung des Magnetfeldes während der Rotation des Rohrtargets gewährleistet ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine magnetische Einsatz mit einem Teil der zylindrischen Innenfläche des Anschlussstücks verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der magnetische Einsatz leicht zugänglich ist und ohne großen Aufwand positioniert werden kann. Die Position des Einsatzes kann unabhängig von dem angebrachten Anschlussstück verändert bzw. an das tatsächliche Abtragsprofil des Rohrtargets angepasst werden, ohne dass das Anschlussstück selbst vom Rohrtargetkörper entfernt werden muss.
-
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine magnetische Einsatz mit einem Teil der zylindrischen Außenfläche des Anschlussstückes verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Einsatz nicht in direktem Kontakt mit dem Kühlwasser steht und der Einsatz näher an der Außenoberfläche des Rohrtargetkörpers angebracht ist, so dass eine gezielte Beeinflussung des Materialabtrags möglich ist.
-
Weiter bevorzugt weist der zumindest eine magnetische Einsatz zumindest ein Mittel auf, welches mit zumindest einer Hand, einem Werkzeug oder einem Magneten kontaktierbar ist und mittels welchem die axiale Position des zumindest einen magnetischen Einsatzes veränderbar ist.
-
In besonders bevorzugten Ausführungsformen weist dieses zumindest eine Mittel zumindest ein Element aus der Gruppe (Kerbe, Senke, Mulde, Vertiefung, Nut, Rille, Bohrung, Zapfen, Gewinde, Konus, Kegel, Kante) in radialer Richtung des magnetischen Einsatzes auf. Das zumindest eine Element aus der Gruppe (Kerbe, Senke, Mulde, Vertiefung, Nut, Rille, Bohrung, Zapfen, Gewinde, Konus, Kegel, Kante) ist dafür ausgelegt, dass ein entsprechendes Werkzeug, beispielsweise eine Zange, ein Dorn, eine Feder, ein Schlüssel oder auch eine menschliche Hand in diese einrasten oder diese ergreifen kann. Dadurch ist es in besonders präziser Weise möglich die Position des zumindest einen magnetischen Einsatzes entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks zu verändern.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist die Position des magnetischen Einsatzes durch Zuhilfenahme eines Magneten veränderbar. Beispielsweise kann die Position eines ferromagnetischen Einsatzes mittels eines Dauermagneten (z.B. Stahlbasis oder Seltenerdmagnet) verändert werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßes Anschlussstück zwei oder mehr magnetische Einsätze auf. Durch die Verwendung mehrerer magnetischer Einsätze kann das magnetische Feld im Endbereich des Rohrtargets in besonders flexibler und maßgeschneiderter Weise beeinflusst werden.
-
Anhand der Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Endes eines Rohrtargets (1a) in geschnittener Seitenansicht gemäß einer ersten Ausgestaltung, wobei ein erfindungsgemäßes Anschlussstück (6a) an einem Ende des rohrförmigen Targetkörpers (2a) angeordnet ist. Das Anschlussstück weist einen magnetischen Einsatz (4a) auf, dessen Position entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks (Pfeilrichtung) veränderbar ist. Der magnetische Einsatz ist in dieser Ausführungsform auf einer zylindrischen Innenfläche des Anschlussstücks angeordnet.
- 2 eine schematische Darstellung eines Endes eines Rohrtargets (1b) in geschnittener Seitenansicht gemäß einer zweiten Ausgestaltung, wobei ein erfindungsgemäßes Anschlussstück (6b) an einem Ende des rohrförmigen Targetkörpers (2b) angeordnet ist. Das Anschlussstück weist einen magnetischen Einsatz (4b) auf, dessen Position entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks (Pfeilrichtung) veränderbar ist. Der magnetische Einsatz ist in dieser Ausführungsform auf einer zylindrischen Außenfläche des Anschlussstücks angeordnet.
- 3 eine schematische Darstellung eines Endes eines Rohrtargets (1c) in geschnittener Seitenansicht gemäß einer dritten Ausgestaltung, wobei ein Anschlussstück (6c) an einem Ende des rohrförmigen Targetkörpers (2c) angeordnet ist. Das Anschlussstück weist mehrere magnetische Einsätze (4c) auf, die auf der zylindrischen Innenseite des Anschlussstücks angebracht sind. Es können dies beispielsweise in das Anschlussstück eingeschraubte oder nur in die zylindrische Innenfläche des Anschlussstücks gesteckte Einsätze sein. Auch die Position dieser Einsätze ist entlang der axialen Richtung des Anschlussstücks veränderbar. So können gezielt einzelne der Einsätze angebracht, wieder entfernt, oder an eine andere Position gesetzt werden. In dieser Ausführungsform ist somit auch die Anzahl der magnetischen Einsätze gezielt veränderbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1a-c
- Rohrtarget
- 2a-c
- Targetkörper
- 4a-c
- magnetischer Einsatz
- 6a-c
- Anschlussstück
- A
- Achse Rohrtarget
