DE19735469A1 - Target für die Sputterkathode einer Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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 planes Target besonderer Größe und mit hoher Lebensdauer zu schaffen, das sich zum einen zum Beschichten von großflächigen Substraten, z. B. Fensterscheiben eignet und zum anderen preiswert herstellbar ist. Insbesondere soll die Kühlung der Targetwerkstoffe während des Sputterbetriebs be­ sonders effektiv sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Target gelöst mit einem das zu zerstäubende Mate­ rial zumindest teilweise umschließenden Rahmen zur Halterung des plattenförmig ausgebildeten Targets auf der Kathodenrückenplatte und mit sich vom Rah­ men aus ein Stück weit in den Targetwerkstoff hin­ ein erstreckenden und vom Targetwerkstoff um­ schlossenen, Kühlkanäle bildenden Hohlprofilen, wobei die Hohlprofile eine im Querschnitt symme­ trische Konfiguration aufweisen und die Symme­ trieebene parallel zur Target ebene verläuft und von der Targetvorderfläche den gleichen Abstand aufweist wie von der Targetrückfläche.

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 Kühlkanälen in perspektivischer Ansicht und im Querschnitt,

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

Fig. 3 eine Ausführungsform des Targets nach Fig. 1 und 2, jedoch ohne Rüc­ kenplatte, bereit entweder in der dar­ gestellten Lage oder in einer um 180° gedrehten Lage montiert zu werden.

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 len 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, . . ., 4a, . . ., 5a, . . . versehen, die sich bis in die vom Mittelteil und den Seitentei­ len gebildeten Zwischenräume B bzw. C erstrecken. Auch das Mittelteil 7 ist mit sich in die Zwi­ schenräume B, C erstreckenden Zungen 7a, . . . bzw. 7a', . . . versehen, die sich bis in die Zwischenräu­ me B, C erstrecken.

Gemäß Fig. 2 sind bei einem komplettierten Target die in Fig. 1 erkennbaren Partien oder Räume zwi­ schen den Profilzuschnitten, den einander zuge­ kehrten Seitenwänden der Rahmen- bzw. Kopfteile 3 bis 5, dem Mittelsteg 7 und den Zungen 3a, 4a, . . ., 7a, 7a' mit Targetwerkstoff 23 ausgegossen.

Zur Herstellung eines Targets ähnlich demjenigen nach Fig. 2 werden zunächst die Rahmenteile 3, 4, 5, . . ., 7 auf eine Edelstahlplatte mit Hilfe aufge­ schraubt, derart, daß die Rahmenteile spaltenfrei auf der Oberseite der Edelstahlplatte aufliegen. Danach werden Edelstahlplatte und Rahmenteile 3, 4, 5, . . . 7 auf eine Temperatur erwärmt, die etwa der Schmelztemperatur des Targetwerkstoffs 23 ent­ spricht; anschließend wird dann das aufgeschmolze­ ne Targetmaterial 23 von oben her in die Zwischen­ räume eingegossen, bis der Schmelzenspiegel diese Zwischenräume- vollständig ausfüllt. Nach dem Gieß­ vorgang und dem Erkalten des Targetwerkstoffs 23 und der Edelstahlplatte können die Schrauben ge­ löst und der Rahmen zusammen mit dem Targetwerk­ stoff 23 als eine einzige kompakte Einheit von der Edelstahlplatte abgehoben werden und anschließend mit der Kathodengrundplatte 9 verschraubt werden (wie dies am Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dar­ gestellt ist).

Es ist klar, daß die Werkstoffe für die Edelstahl­ platte und die Rahmenteile (3, 4, 5, . . ., 7) 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, Rahmenteilen 3, 4, 5, . . . 7 gebildeten kompak­ ten Blocks auf der Kathodenrückenplatte 9 mit Hil­ fe der Schrauben 11 bis 19 kann auch eine Trennfo­ lie 20 auf die Rückenplatte 9 aufgelegt werden.

Wie die Zeichnungen zeigen, sind die Zungen 3a, 4a, 5a, 7a, 7a', . . . der Profilzuschnitte 3, 4, 5, 7 als Hohlprofile ausgebildet, so daß sie Kanäle 21, 22 bilden, durch die ein geeignetes Kühlmittel geleitet werden kann, (z. B. in Pfeilrichtung A-B bzw. C-D), wozu die aneinander anliegenden Schnittflächen der Hohlprofile druckfest miteinan­ der verklebt werden.

Der mit Targetwerkstoff 23 ausgegossene Rahmen (3, 4, 5, 7, . . .) kann mit einem (nicht dargestellten) Kathodengrundkörper (oder dessen Rückenplatte 9) verbunden werden, daß sowohl die Fläche 16 dem Substrat zugekehrt ist, als auch die Rückseite 16' mit dem Vorteil, daß das in Fig. 3 dargestellte Target praktisch eine zweifache Lebensdauer hat.

Zweckmäßigerweise weisen die Hohlprofile 3a, 4a, 5a, . . ., 7a, 7a' einen symmetrischen Querschnitt auf, wobei die gemeinsame Symmetrieebene S paral­ lel und zwischen den beiden Targetflächen 16, 16' verläuft, wobei der Abstand der Ebene S von der einen Fläche 16 zur parallelen Fläche 16' gleich groß bemessen ist.

Bezugszeichenliste

3

Profilzuschnitt, Seitenteil

3

a Zunge, Hohlprofil

4

Profilzuschnitt, Seitenteil

4

a Zunge, Hohlprofil

5

Kopfteil

5

a Zunge, Hohlprofil

7

Profilzuschnitt, Mittelsteg

7

a Zunge, Hohlprofil

7

a Zunge, Hohlprofil

9

Rückenplatte

11

Schraube

12

Schraube

13

Schraube

14

Schraube

15

Schraube

16

Targetfläche, Vorderseite

16

' Targetfläche, Rückseite

17

Schraubenbohrung

18

Schraubenbohrung

19

Schraubenbohrung

20

Folie, Trenn-, Isolierfolie

21

Kühlkanal

22

Kühlkanal

23

Targetwerkstoff

Claims (7)

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 Halte­ rung des plattenförmig ausgebildeten Targets auf der Kathodenrückenplatte (9) und mit sich vom Rahmen (3, 4, 5, 7) aus ein Stück weit in den Targetwerkstoff (23) hinein erstreckenden und vom Targetwerkstoff umschlossenen, Kühl­ kanäle bildenden (21, 22) Hohlprofilen (3a, 4a, 5a, . . . 7a, 7a'), wobei die Hohlprofile (3a, 4a, 5a, . . . 7a, 7a') eine symmetrische Konfiguration aufweisen und die Symmetrieebe­ ne (S) parallel zur Targetebene verläuft und von der Targetvorderfläche (16) den gleichen Abstand aufweist wie von der Targetrückfläche (16').

2. Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die sich in einer zur Targetvorder­ fläche parallelen Ebene erstreckenden Zungen, Vorsprünge oder Hohlprofile (3a, 4a, 7a, 7a') mit den Rahmenteilen (3, 4, 5 . . . 7) ver­ schraubt, verschweißt oder verklebt sind.

3. Target nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3, 4, 5 . . . 7) aus mehreren Metallprofilzuschnitten gebildet ist, wobei die einzelnen Zuschnitte vermit­ tels Steckverbindungen zusammengefügt sind.

4. Target nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rahmen (3, 4, 5 . . . 7) bildenden Pro­ filzuschnitte einen im wesentlichen rechtec­ kigen Querschnitt aufweisen und die die Kanä­ le (21, 22) bildenden Zungen oder leistenför­ migen Vorsprünge (3a, 4a, 5a, 7a, 7a', . . .) mit den dem Targetwerkstoff (23) zugekehrten Seitenflächen der Rahmenteile verschweißt oder verlötet sind.

5. Target nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (3, 4, 5, . . . 7) eine längliche, etwa rechteckige Konfiguration aufweist, wo­ bei zwischen den langen, einander parallelen Rahmenseitenteilen (3, 4) ein sich längs zu diesem erstreckender Mittelsteg (7) vorgese­ hen ist, dessen Länge kürzer bemessen ist als die Länge der beiden Seitenteile (3, 4) des Rahmens.

6. Target nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kühlkanäle (21, 22) bildenden Hohl­ profilzuschnitte (3a, 4a, 5a, . . . 7a, 7a') durch Löten oder Punktschweißen partiell mit Rahmenteilen (3, 3, 5, . . . 7) verbunden sind.

7. 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) mit einem ersten Verfahrensschritt, in dem der Rahmen (3, 4, 5, . . . 7) aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Kupfer, auf eine aufheizba­ re, horizontal ausgerichtete ebene Platte, vorzugsweise aus Edelstahl, aufgelegt und mit dieser verschraubt oder verpratzt wird und in einem zweiten Verfahrens schritt der vom Rah­ men (3, 4, 5 . . . 7) umgriffene Raum mit aufge­ schmolzenem Targetwerkstoff (23), beispiels­ weise mit flüssigem Zinn, ausgegossen wird, bis der Schmelzenspiegel die Oberseite des Rahmens (3, 4, 5, . . . 7) erreicht hat, worauf­ hin in einem dritten Schritt die Schmelze gleichmäßig auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend der Rahmen mit dem erstarrten Targetwerkstoff von der Edelstahlplatte abge­ löst und auf die Kathodenrückenplatte (9) aufgeschraubt oder aufgepratzt wird.