DE19527476A1 - Sputtertarget, insbesondere mit großen Abmessungen, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget, insbe­ sondere mit großen Abmessungen und aus brüchigen Werkstoffen, wie z. B. Si, Ge, In₂O₃, SnO₂, beste­ hend aus einer Targetgrundplatte und einer zwi­ schen dem Sputterwerkstoff und der Grundplatte an­ geordneten Schicht aus einem Kleber, beispielswei­ se aus einem mit einem Metallpulver vermischten Epoxidharz-Kleber sowie ein Verfahren zur Herstel­ lung des Sputtertargets.

Bekannt ist ein Sputtertarget auf einer Träger­ platte, bestehend aus dem eigentlichen, nicht weichlötfähigen Target und einem metallischen Trä­ ger (DE-OS 29 23 174), bei dem zwischen dem Target und dem Träger zunächst eine Kleberschicht, eine Metallfolie und eine Weichlotschicht angeordnet ist. Zum Aufkleben wird bei diesem Sputtertarget ein lösungsmittelfreier Kleber, beispielsweise ein Epoxidharz verwendet, in den zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und zur Erzielung einer elek­ trischen Leitfähigkeit gut leitfähige Substanzen, wie z. B. Pulver, Kugeln, Drähte oder Geflechte aus Metallen oder Graphit eingebettet sind.

Bekannt ist ferner ein Target, bei dem eine teure Grundplatten- und Targetvorbehandlung erfolgt (EP 0 623 415 A1), indem beide Teile vor dem Zu­ sammenfügen mit Haftvermittlern in Form von sehr dünnen Schichten versehen werden, die dann bei ho­ her Temperatur mit Lot vernetzt werden, um den Targetwerkstoff auflöten zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, einen preiswerten Kleber und ein einfaches Verfahren zu finden, das eine hohe Haftfestigkeit und minimale Spannungen im Targetmaterial nach dem Abkühlen des Verbunds gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Target gelöst, bestehend aus einer Targetgrund­ platte und aus einer zwischen dem Sputterwerkstoff und der Grundplatte angeordneten Schicht aus einem Kleber, vorzugsweise aus einem mit einem Metall­ pulver vermischten Epoxidharz-Kleber, wobei der Targetwerkstoff unter Zwischenschaltung der Kle­ berschicht unmittelbar auf die Grundplatte aufge­ bracht ist und das Metallpulver aus Kupfer, Nic­ kel, Gold oder Eisen gebildet ist.

Erfahrungsgemäß wird das Target für etwa 1 Stunde auf einer Temperatur von etwa 80°C gehalten und die Kleberschicht bei Raumtemperatur ausgehärtet. Das beanspruchte Herstellverfahren (Bondmethode) ist besonders geeignet für Targets aus brüchigen Materialien, wie Si, In₂O₃, SnO₂ (ITO) und anderen keramischen Targets, die zu einer Targetgrundplat­ te mechanisch nicht genügend fest gepratzt werden können, um eine gute Kühlung und einen ausreichen­ den elektrischen Kontakt zu gewährleisten.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß ein mit Cu dotierter Kleber nach Aufheizung auf eine Tem­ peratur von etwa 80°C während einer Zeit von ca. 1 Stunde eine sehr hohe Vernetzung und Klebefe­ stigkeit des fertigen Verbundes gewährleistet. Der Härtungsprozeß und die Cu-Diffusion sind direkt nach der Aufheizung nicht abgeschlossen und laufen bei Zimmertemperatur intensiv weiter, so daß in einer Zeit von ca. zwei Wochen nach der Abkühlung eine für Hochleistungskathoden erforderliche Haft­ festigkeit und hohe Erweichungstemperatur erreicht werden. Mit Vorteil bleibt dieser mit Cu dotierte Kleber nach dem oben definierten Aufheiz- und Ab­ kühlungsvorgang der Kathode insofern flexibel und elastisch, als eine Verschiebung des Targetmateri­ als bezüglich der Targetplatte unproblematisch ist, da alle thermomechanischen Spannungen, welche durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Verbundpartner hervorgerufen waren, ausgeglichen werden.

Vorzugsweise liegt die Erweichungstemperatur des Cu-dotierten Klebers nach dem Ablauf des Härtungs­ prozesses höher als 200°C, so daß eine gute Haft­ festigkeit des Targtes mit der Grundplatte auch bei Hochleistungskathoden (für hohe Targettempera­ turen) gewährleistet ist.

Die Vorteile einer derartigen Kathode bestehen in der einfachen Target- und Grundplattenvorbehand­ lung, der einfachen Reinigung, der sehr guten Haftfestigkeit und hohen Erweichungstemperatur - über 200°C - und dem Einhalten von Abständen zwi­ schen einzelnen Targetteilen und in der Verwendung eines preiswerten Klebers (ca. 20 mal billiger als zur Zeit gebrauchter Ag-Kleber).

Beispiel 1

Si-Targets 100 mm × 100 mm wurden auf Cu-Grundplatten befestigt.

• 1. Die Targetgrundplatten wurden sandgestrahlt.
• 2. Sowohl die Targets als auch die Cu-Grund­ platten wurden mit Alkohol gereinigt.
• 3. Zum Verbinden wurde ein lösungsmittelfreier Cu-haltiger Epoxid-Kleber der Fa. Polytec GmbH (Waldbronn, Deutschland) genommen.
• 4. Der Kleber wurde von Hand mit einem kleinen Spatel auf die Klebeteile aufgebracht und dann mit einem Kamm (0,5 mm Zahnspalte) in eine Richtung gerieben (ähnlich wie beim Ver­ kleben von Fliesen).
• 5. Beide Teile wurden von Hand zusammengepreßt und unter einem Gewicht von 1 kg pro Target bei einer Temperatur von 80°C in einer Zeit von 60 min aufgeheizt. Direkt nach der Auf­ heizung war der Verbund weich und die Katho­ denteile konnte man leicht verrutschen.
• 6. Nach der Aufheizung wurden die Kathoden wei­ tere 10 Tage bei Zimmertemperatur gelagert.

Danach wurden mehrere Kathoden in eine Vakuumanlage eingebaut und gesputtert. Die eingesetzte Lei­ stungsdichte war ca. 10W/cm². Das Targetmaterial wurde vollkommen abgesputtert, wobei der Sputter­ prozeß sehr stabil war. Es wurden keine Unter­ schiede zwischen gelöteten und erfindungsgemäß ge­ klebten Targets im Hinblick auf Sputterprozeß und Schichteigenschaften festgestellt.

Um die Haftfestigkeit und die Erweichungstempera­ tur zu ermitteln, wurden einige nach dem im Bei­ spiel 1 beschriebenen Verfahren gefertigte Targets bei höheren Temperaturen, die jeweils stufenweise um 50°C erhöht wurden, jeweils 1 Stunde aufge­ heizt. Nach jeder Heizstufe wurden diese Targets abgekühlt und einem mechanischen Test unterworfen. Es wurde erfolglos versucht, das Targetmaterial abzuscheren. Dabei hat sich gezeigt, daß eine gute Haftfestigkeit bis zu einer Temperatur von 400°C beibehalten wurde. Bei 450°C war der Verbund zer­ setzt.

Weitere Versuche mit Zn, Sn, Ti und ITO zeigten ebenfalls eine hervorragende Haftfestigkeit und eine sehr hohe Erweichungstemperatur der geklebten Kathodenteile.

Versuche mit Molybdän-Grundplatten zeigten ähnli­ che Ergebnisse wie im Beispiel 1. Auf Grund des kleineren Ausdehnungskoeffizienten sind in diesem Falle die thermischen Spannungen zwischen Si-Target und Grundplatte wesentlich kleiner als bei Cu-Grundplatten. Aus diesem Grund kann man hier die Aushärtungstemperatur auf 150°C erhöhen und nach ca. 3 Tagen wird die erforderliche Haft­ festigkeit und Erweichungstemperatur erreicht.

Beispiel 2 - Vergleich

Si-Target 100 mm × 100 mm wurde auf Cu-Grundplatte befestigt.

• 1. Wie im Beispiel 1.
• 2. Wie im Beispiel 1.
• 3. Zum Verbinden wurde ein lösungsmittelfreier Ag-haltiger Epoxid-Kleber H20E der Fa. Poly­ tec GmbH (Waldbronn, Deutschland) verwendet.
• 4. Wie im Beispiel 1.
• 5. Beide Teile wurden von Hand zusammengepreßt und unter einem Gewicht von 1 kg pro Target bei einer Temperatur von 80°C in einer Zeit von 90 min ausgeheizt.

Direkt nach der Ausheizung war der Verbund hart und die Kathodenteile konnten nicht mehr gegensei­ tig verschoben werden. Aus der Verbiegung (Bi-Metall-Effekt) der Kathode kann geschlossen werden, daß zwischen Targetmaterial und der Grund­ platte erhebliche Spannungen existieren. Nach der Erhöhung der Kathodentemperatur auf 100°C war der Verbund weich. Beim Sputtern mit den gleichen Pro­ zeßparametern wie im Beispiel 1 löste sich das Si-Target von der Grundplatte.

Claims (2)

1. Sputtertarget, insbesondere mit großen Abmes­ sungen und aus brüchigen Werkstoffen, wie z. B. Si, Ge, In₂O₃, SnO₂, bestehend aus einer Targetgrundplatte und aus einer zwischen dem Sputterwerkstoff und der Grundplatte angeord­ neten Schicht aus einem Kleber, vorzugsweise aus einem mit einem Metallpulver vermischten Epoxidharz-Kleber, wobei der Targetwerkstoff unter Zwischenschaltung der Kleberschicht un­ mittelbar auf die Grundplatte aufgebracht ist und das Metallpulver aus Kupfer, Nickel, Gold oder Eisen gebildet ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertar­ gets, insbesondere mit großen Abmessungen und aus brüchigem Werkstoff, wie z. B. Si, Ge, In₂O₃, SnO₂, bestehend aus einer Grundplatte und aus einer zwischen dem Sputterwerkstoff und der Grundplatte angeordneten Schicht aus einem Kleber, vorzugsweise aus einem mit Me­ tallpulver vermischten Epoxidharz-Kleber, wo­ bei der Targetwerkstoff unter Zwischenschal­ tung der Kleberschicht unmittelbar auf die Grundplatte aufgebracht und das Target für etwa eine Stunde auf eine Temperatur von etwa 80°C aufgeheizt und anschließend bei Raumtem­ peratur ausgehärtet wird.