DE19627533A1

DE19627533A1 - Target für die Sputterkathode einer Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19627533A1
Application number: DE1996127533
Authority: DE
Inventors: Norbert Wollenberg
Original assignee: Leybold Materials GmbH
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Target für die Sputter kathode einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einem das zu zerstäubende Material zumindest teilweise umschließenden Rahmen zur Halterung des platten förmigen Targets auf der Kathodengrund- oder Rüc kenplatte und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Um eine bessere Kühlung bei der Kathodenzerstäu bung von Targets zu erreichen, ist es bekannt (DE-A-36 03 646), den plattenförmig ausgeformten Targetwerkstoff mit Hilfe von Klemmen oder Pratzen auf der Kathodengrundplatte, die im allgemeinen mit einer Wasserkühlung versehen ist, fest zu ver binden.

Bekannt ist weiterhin eine Targetanordnung für ei ne Kathodenzerstäubungsanlage mit geschlossener Kathodengestalt, mit einem Targetkörper, der mit tels einer lösbaren Befestigungseinrichtung an ein Kühlsystem ankoppelbar ist, wobei zwischen dem Targetkörper und dem Kühlsystem eine Trennmembran vorgesehen ist, die zum einen mit dem Kühlsystem und zum anderen mit dem Targetkörper durch ge trennte Befestigungseinrichtungen in Verbindung steht (DE-A-43 01 516).

Bekannt ist auch eine Zerstäubungskathode (DE-A-42 01 551), die nach dem Magnetronprinzip arbeitet, mit einem Kathodenkörper, der mit einem eine Zerstäubungsfläche und eine Umfangsfläche aufweisenden Target ausgestattet ist, wobei hinter dem Target ein Magnetsystem mit ineinander liegen den Polen entgegengesetzter Polarität zur Erzeu gung von magnetischen Feldlinien vorgesehen ist, die aus dem Target austreten und nach Durchlaufen von bogenförmigen Bahnen wieder in das Target ein treten, wobei die außerhalb der Erosionszone lie genden Randbereiche des Targets von einem parallel zur Zerstäubungsfläche verlaufenden, einen Innen rand aufweisenden Fortsatz der Dunkelraumabschir mung überdeckt sind. Die Dunkelraumabschirmung ist elektrisch schwimmend angeordnet und durch einen Spalt vom Target getrennt, der derart groß ist, daß zwischen Target und Dunkelraumabschirmung kein Plasma zünden kann, so daß nur das frei liegende Target zerstäubt wird.

Schließlich ist eine Kathodenzerstäubungsvorrich tung mit hoher Zerstäubungsrate bekannt (EP-A-0 431 253) mit einer Kathode, die auf einer ihrer Oberflächen das zu zerstäubende und auf ei nem Substrat abzulagernde Material aufweist, mit einer derart angeordneten Magneteinrichtung, daß von der Zerstäubungsfläche ausgehende und zu ihr zurückkehrende Magnetfeldlinien einen Entladungs bereich bilden, der die Form einer in sich ge schlossenen Schleife hat und mit einer außerhalb der Bahnen des zerstäubten und sich von der Zer stäubungsfläche zum Substrat bewegenden Materials angeordneten Anode, wobei an der Kathode eine Trä gerplatte fest angeordnet ist, deren der Kathode zugewandte Seitenfläche von nutenförmigen Kanälen durchzogen ist, wobei in die Kanäle von Kühlmit teln durchflossene Rohre eingelegt sind, deren Querschnittsprofile den Querschnittsprofilen der Kanäle entsprechen, so daß die Rohre mit ihren Au ßenwänden Kontakt mit den Innenwänden der Kanäle bzw. der Außenfläche der Kathode haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, ein Target besonderer Größe zu schaffen, das sich zum einen zum Beschichten von großflächi gen Substraten, z. B. Fensterscheiben eignet und zum anderen preiswert herstellbar ist. Insbesonde re soll die Kühlung der Targetwerkstoffe während des Sputterbetriebs besonders effektiv sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch zumindest einen auf der Kathodenrückenplatte oder Trennfolie aufliegenden oder unmittelbar oberhalb dieser angeordneten und sich ein Stück weit in den vom Rahmen umschlossenen Raum in ver flüssigtem Zustand eingegossenen Targetwerkstoff hinein erstreckenden und vom Targetwerkstoff zu mindest auf den den Targetflächen und den den Rah men zugekehrten Seiten vom Targetwerkstoff um schlossenen, einen Kühlkanal bildenden Hohlprofil zuschnitt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an hängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 das Endstück eines Targetrahmens mit eingelegten Kühlrohren in perspektivi scher Ansicht und im Querschnitt,

Fig. 2 das Endstück der Ausführungsform gemäß Fig. 1, jedoch mit mit Targetwerkstoff ausgefüllten Zwischenräumen,

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform mit in die Rückenplatte eingeschnittenen Nuten für die Kühlrohre und

Fig. 4 die Rahmenteile eines Targets, die mit einer Edelstahlplatte zum Ausgießen mit Targetwerkstoff fest verbunden sind im Schnitt und in der perspektivischen Teildarstellung.

Das Target besteht aus vier Profilzuschnitten 3, 4, 5, . . . , die alle zusammen einen länglichen, rechteckigen Rahmen bilden und einen kürzer bemes senen Mittelsteg 7, der so zwischen den Rahmentei ien 3, 4, 5, . . . angeordnet ist, daß er sich einer seits parallel zu den beiden Seitenteilen 3, 4 er streckt und andererseits Spalte A, . . . mit den bei den Kopfteilen 5, . . . bildet. Die seitlichen Rah menteile 3, 4 und auch die beiden Kopfteile 5, . . . sind jeweils mit seitlich abstehenden Vorsprüngen bzw. Zungen 3a, 3b, . . ., 4a, 4b, . . . versehen, die sich bis in die vom Mittelteil und den Seitenteilen ge bildeten Zwischenräume B bzw. C erstrecken. Auch das Mittelteil 7 ist mit sich in die Zwischenräume B,C erstreckenden Zungen 7a, 7b, . . . bzw. 7a′, 7b′, . . . versehen, die sich bis in die Zwi schenräume B,C erstrecken.

Wie die Zeichnung gemäß Fig. 1 zeigt, sind auf die Folie 20 Kühlrohre 21, 21′ bzw. 22, 22′ aufge legt, deren obere umlaufende Ränder punktförmig mit den Zungen verschweißt sind, wobei diese Punktverschweißungen p₁, p₂, . . . die Aufgabe erfül len, die Rohre bzw. Hohlprofilzuschnitte 21, 21′ bzw. 22, 22′ in ihrer Position zu fixieren.

Gemäß Fig. 2 sind bei einem komplettierten Target die in Fig. 1 erkennbaren Partien oder Räume zwi schen den Hohlprofilzuschnitten 21, 21′ bzw. 22, 22′, den einander zugekehrten Seitenwänden der Rahmen- bzw. Kopfteile 3 bis 5, dem Mittelsteg 7 und den Zungen 3a, 3b, . . ., 7a, 7b mit Targetwerkstoff 23 ausgegossen.

Zur Herstellung eines Targets ähnlich demjenigen nach Fig. 3 werden zunächst die Rahmenteile 3, 4, 5, . . ., 7 auf eine Edelstahlplatte 9′′ mit Hilfe von Schrauben 18, 19, . . . aufgeschraubt, derart, daß die Rahmenteile spaltenfrei auf der Oberseite der Edelstahlplatte 9′′ aufliegen. In einem weiteren Arbeitsgang werden die einzelnen Kühlrohre 16, 17, die in diesem Falle einen kreisförmigen Quer schnitt aufweisen, auf die Edelstahlplatte 9′′ auf- bzw. in die Nuten 24, 25 eingelegt, so daß ein Verrutschen der Kühlrohre 16, 17 ausgeschlossen wird. Danach werden Edelstahlplatte und Rahmenteile 3, 4, 5, . . ., 7 auf eine Temperatur erwärmt, die et wa der Schmelztemperatur des Targetwerkstoffs 23 entspricht; anschließend wird dann das aufge schmolzene Targetmaterial 23 von oben her in die Zwischenräume eingegossen, bis der Schmelzenspie gel diese Zwischenräume vollständig ausfüllt. Nach dem Gießvorgang und dem Erkalten des Targetwerk stoffs 23 und der Edelstahlplatte 9′′ können die Schrauben 18, 19, . . . gelöst und der Rahmen zusammen mit dem Targetwerkstoff 23 als eine einzige kom pakte Einheit von der Edelstahlplatte 9′′ abgeho ben werden und anschließend mit der Kathodengrund platte 9 verschraubt werden (wie dies am Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 2 dargestellt ist).

Es ist klar, daß die Werkstoffe für die Edelstahl platte 9′′ und die Rahmenteile (3, 4, 5, . . .) so ge wählt werden müssen, daß sich der Targetwerkstoff 23 nicht mit dem Werkstoff der Rahmenteile und der Platte untrennbar verbindet.

Vor der Montage des aus dem Targetwerkstoff 23, den Rahmenteilen 3, 4, 5, . . . 7 und den Kühlrohren 21, . . . 22 . . . bzw. 16, 17 gebildeten kompakten Blocks auf der Kathodenrückenplatte 9 mit Hilfe der Schrauben 10, 11, 12, . . . kann auch eine Trennfo lie 20 auf die Rückenplatte 9 aufgelegt werden.

Um ein Verrutschen der Kühlrohre 21, . . . 22, . . . wäh rend des Ausgießens der Räume zwischen den Rahmen teilen 3, 4, 5, . . . 7 zu verhindern, können die Kühl rohre 21, . . . 22, . . . auch an den Zungen 3a, 3b, . . . bzw. 7a, 7b, . . . bzw. 7a′, 7b′, . . . bzw. 4a, 4b, . . . mit Hilfe von Schweißpunkten p₁, p₂, . . . arretiert werden (siehe Fig. 1).

Bezugszeichenliste

3 Profilzuschnitt, Seitenteil
3a, 3b, . . . Zunge
4 Profilzuschnitt, Seitenteil
5 Kopfteil
7 Profilzuschnitt, Mittelsteg
7a, 7b, . . . Zunge
7a′, 7b′, . . . Zunge
9, 9′ Rückenplatte
10 Schraube
11 Schraube
12 Schraube
13 Targetvorderfläche
14, 14′ Nut, Ausnehmung
15, 15′ Nut, Ausnehmung
16 Hohlprofilzuschnitt, Kühlrohr
17 Hohlprofilzuschnitt, Kühlrohr
18 Schraube
19 Schraube
20 Folie, Trenn-, Isolierfolie
21, 21′ Kühlrohr, Hohlprofilzuschnitt
22, 22′ Kühlrohr, Hohlprofilzuschnitt
23 Targetwerkstoff
24 Nut
25 Nut

Claims

1. Target für die Sputterkathode einer Vakuumbe schichtungsvorrichtung mit einem das zu zer stäubende Material (23) zumindest teilweise umschließenden Rahmen (3, 4, 5, 7) zur Halterung des plattenförmig ausgebildeten Targets auf der Kathodenrückenplatte (9, 9′) und mit zu mindest einem auf der Kathodenrückenplatte (9) oder einer Trennfolie (20) aufliegenden oder unmittelbar oberhalb dieser angeordneten und sich ein Stück weit in den Targetwerk stoff (23) hinein erstreckenden und vom Tar getwerkstoff zumindest auf den den Targetvor derflächen (13) und den den Rahmenteilen (4, 5, 6) zugekehrten Seiten umschlossenen, die Kühlkanäle bildenden Hohlprofilzuschnitten (21, 21′, . . . 22, 22′, . . . bzw. 16, 17).

2. Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Kathodenrückenplatte (9′) mit Nuten oder Ausnehmungen (14, 14′; 15, 15′) ver sehen ist, in die die Kühlkanäle bildenden Hohlprofilzuschnitte (21, 21′; 22, 22′) mit ih ren der Targetvorderfläche (13) abgewandten Partien hineinragen, wobei die der Targetvor derfläche (13) zugekehrten Partien der Hohl profilzuschnitte (21, 21′; 22, 22′) vom Target werkstoff (23) umschlossen sind.

3. Target nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Ausnehmungen oder Nuten (14, 14′; 15, 15′ bzw. 24, 25) in der Rückenplat te (9, 9′) bzw. in der Stahlplatte (9′′) so bemessen und konfiguriert sind, daß die Hohl profilzuschnitte (21, 21′; 22, 22′ bzw. 16, 17) ohne Spalte zu bilden in diese einsetzbar sind.

4. Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die sich in einer zur Targetvorder fläche (13) parallelen Ebene erstreckenden Bolzen, Zungen oder Vorsprünge (3a, 3b, . . . 4a, 4b, . . . 7a, 7b) mit den Rahmentei len (3, 4, 5 . . . 7) verschraubt, verschweißt oder verzapft sind.

5. Target nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3, 4, 5 . . . 7) aus mehreren Metallprofilzuschnitten gebildet ist, wobei die einzelnen Zuschnitte miteinan der verschraubt oder vermittels Steckverbin dungen zusammengefügt sind.

6. Target nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rahmen bildenden Profilzuschnitte ei nen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen und die Zungen oder leistenförmigen Vorsprünge (3a, 3b, . . . 4a, 4b, . . . 7a, 7b, . . .) mit den dem Targetwerkstoff (23) zugekehrten Sei tenflächen der Profilzuschnitte verschweißt sind.

7. Target nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rahmen bildenden Profilzuschnitte mit einem Überzug aus Nickel versehen sind.

8. Target nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3, 4, 5, . . . 7) eine längliche, etwa rechteckige Konfiguration aufweist, wobei zwischen den langen, einander parallelen Rah menseitenteilen ein sich längs zu diesem er streckender Mittelsteg (7) vorgesehen ist, dessen Länge kürzer bemessen ist als die Län ge der beiden Seitenteile (3, 4) des Rahmens.

9. Target nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kühlkanäle bildenden Hohlprofilzu schnitte (21, . . . 22, . . ., 16, 17) mit den Zungen oder Vorsprüngen 3a, . . . 4a, . . . 7a, . . . 7a′) durch Löten oder Punktschweißen partiell verbunden sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines Targets für die Sputterkathode einer Vakuumbeschichtungs vorrichtung mit einem das zu zerstäubende Ma terial (23) zumindest teilweise umschließen den Rahmen (3, 4, 5, . . . 7) zur Halterung des plattenförmig ausgebildeten Targets auf der Kathodenrückenplatte (9,9′) mit einem ersten Verfahrensschritt, in dem der Rahmen (3, 4, 5, . . . 7) aus einem metallischen Werk stoff, vorzugsweise aus Kupfer, auf eine auf heizbare, horizontal ausgerichtete ebene Platte (9′′), vorzugsweise aus Edelstahl, aufgelegt und mit dieser verschraubt oder verpratzt wird und in einem zweiten Verfah rensschritt der vom Rahmen (3, 4, 5 . . . 7) um griffene Raum mit aufgeschmolzenem Target werkstoff (23), beispielsweise mit flüssigem Zinn, ausgegossen wird, bis der Schmelzen spiegel die Oberseite des Rahmens (3, 4, 5, . . . 7) erreicht hat, worauf hin in ei nem dritten Schritt die Schmelze gleichmäßig auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend der Rahmen mit dem erstarrten Targetwerkstoff von der Edelstahlplatte (9′′) abgelöst und auf die Kathodenrückenplatte (9, 9′) aufge schraubt oder aufgepratzt wird.