DE19958857A1 - Sputterkathode - Google Patents

Abstract

Eine Sputterkathode hat einen Kathodengrundkörper (1), welcher einen von einem Target (6) überdeckten Kühlmittelraum (3) hat. Das Target (6) wird an zwei gegenüberliegenden Seiten durch jeweils eine Pratzenleiste (10, 11) auf dem Kathodengrundkörper (1) gehalten. Hierzu berührt das Target (5, 6) die Pratzenleisten (9, 10, 11) mit einer schräg verlaufenden Abstützfläche (7, 8), so dass die dem Kathodengrundkörper (1) zugewandte Fläche des Targets (5, 6) größer ist als die gegenüberliegende freie Fläche. Auf diese Weise wird Biegespannungen aufgrund des Druckes des Kühlmittels entgegengewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sputterkathode mit einem Ka­ thodengrundkörper, welcher einen von einem Target über­ deckten Kühlmittelraum hat und bei der das Target an zwei gegenüberliegenden Seiten durch jeweils eine Pratzenleis­ te auf dem Kathodengrundkörper gehalten ist, indem die Pratzenleiste mit einer Spannfläche am Target anliegt und das Target durch den Druck des Kühlmittels auf Biegung beansprucht wird.

Eine Sputterkathode der vorstehenden Art ist beispiels­ weise in der DE 42 42 079 beschrieben. Bei der in dieser Schrift beschriebenen Sputterkathode besteht das Target aus einer nicht zu zerstäubenden Rückenplatte, auf der das Targetmaterial als sogenannte Targetkachel aufgelötet ist. Die Targetrückenplatte überragt an zwei gegenüber­ liegenden Seiten die jeweilige Targetkachel, so dass dort die Pratzenleiste angreifen kann. Diese sitzt von der Vorderseite her auf dem überstehenden Teil der Targetrü­ ckenplatte auf und berührt die Targetkachel nicht.

Die Rückenplatte dient jedoch nicht nur dazu, die Befes­ tigung des Targets zu ermöglichen, vielmehr gibt sie dem Target die erforderliche Festigkeit. Da es sich bei dem Targetmaterial sehr häufig um sprödes Material wie bei­ spielsweise Silizium, Titandioxid oder Quarzglas handelt, besteht die Gefahr eines Bruchs des Targetmaterials, so­ fern man keine ausreichend feste Rückenplatte verwendet oder das Target dickwandig ausführt, gänzlich auf eine Rückenplatte verzichtet und zum Abstützen der Pratzenleisten an zwei Längsseiten abgestuft ausbildet.

Das Auflöten des Targetmaterials auf eine Rückenplatte ist sehr teuer. Die Kosten für die Lötverbindung (Bonden) sind oftmals höher als die Kosten für das eigentliche Targetmaterial. Weiterhin ist durch die Rückenplatte der logistische Aufwand sehr hoch, da die Rückenplatten mit dem verbrauchten Target immer wieder zum Targethersteller zurückgeliefert, abgebondet und gereinigt werden müssen, um anschließend ein neues Target auflöten zu können. Wei­ terhin sind diese Rückenplatten nur begrenzt recyclebar, da sie durch ihren Einsatz im Randbereich an Dicke ver­ lieren. Sie müssen deshalb nach einigen Kreisläufen er­ neuert werden, wobei zusätzliche Kosten entstehen.

Bei Targets aus Sn-Zn-Legierungen ist ein Löten nicht möglich, da es kein geeignetes Lot oder Flussmittel gibt. Deshalb verwendet man in solchen Fällen statt der Rücken­ platte eine Kupferwanne, in die das Targetmaterial einge­ gossen wird. Neben dem vorgenannten logistischen Aufwand kommt dadurch noch das Problem hinzu, dass beim Gießpro­ zess das Kupfer teilweise ausgewaschen und als störende Beimischung in das Target eingebaut wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Sputterka­ thode der eingangs genannten Art so auszubilden, dass ihr Target möglichst kostengünstig herzustellen und leicht auszuwechseln ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Target die Spannfläche jeder Pratzenleiste mit einer schräg verlaufenden Abstützfläche berührt, so dass die dem Kathodengrundkörper zugewandte Fläche des Targets größer ist als die gegenüberliegende, freie Fläche.

Durch diese Gestaltung des Targets werden durch die Prat­ zenleisten Kräfte in das Target eingeleitet, welche von der Außenseite des Targets her schräg nach innen zu einem mittleren Bereich verlaufen. Hierdurch erzeugen die Prat­ zenleisten Kräfte, die den Biegemomenten aufgrund des Druckes des Kühlmittels entgegenwirken. Dadurch kann auf eine Rückenplatte gänzlich verzichtet werden, so dass das Target ausschließlich aus dem Targetmaterial bestehen kann. Dank der Erfindung wird deshalb das teure Auflöten des Targetmaterials auf eine Rückenplatte unnötig, so dass sich die Herstellungskosten des Targets wesentlich verringern und der bisher erforderliche, hohe Logistik­ aufwand unnötig wird, da keine Rückenplatten vom Benutzer zum Targethersteller transportiert werden müssen. Gegen­ über Targets ohne Rückenplatte, erreicht man mit dem er­ findungsgemäßen Target eine erhöhte Targetausnutzung, weil wegen der Festigkeit der Rückenplatte die Restdicke des Targetmaterials geringer werden darf. Durch das Feh­ len der Rückenplatte ergibt sich zusätzlich eine bessere Kühlung des Targets durch das Kühlmittel. Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn die Kühlung des Targets durch ein Kühlmittel in einem Schlauchsystem erfolgt, da dann ebenfalls im Target Biegekräfte wirken.

Die Neigung der Abstützfläche hängt insbesondere von der Größe und Dicke des Targets und dem Targetmaterial ab. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Abstützfläche in einem Winkel α von 15-60° zur quer zur Ebene des Targets gerichteten Normalen verläuft. Besonders einfach ist die Abstützfläche gestaltet, wenn sie durch eine Abfasung gebildet ist.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Abstütz­ fläche jeweils durch eine Abrundung gebildet ist.

Auch die Pratzenleisten können sehr einfach gestaltet sein, indem die Spannfläche jeder Pratzenleiste als Schrägfläche ausgebildet ist. Wenn die Spannflächen und die Abstützflächen als Schrägflächen ausgebildet sind, werden Spalten zwischen dem Target und der Pratzenleiste vermieden, so dass sich dort keine Partikel festsetzen und beim Sputtern lösen und zum Substrat gelangen können. Dank der Erfindung ergibt sich deshalb eine bessere Schichtqualität, da Substratverschmutzungen vermieden werden.

Die Pratzenleisten drücken ausschließlich nahe des äuße­ ren Randes gegen das Target, wodurch Biegemomenten im Target aufgrund des Druckes des Kühlmittels besonders gut entgegengewirkt werden kann, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Spannfläche der jeweili­ gen Pratzenleiste in einem geringfügig größeren Winkel zur quer zur Ebene des Targets gerichteten Normalen ver­ läuft als die als Abfasung ausgebildete Abstützfläche des Targets.

Eine weitgehend linienförmige Berührung zwischen den Pratzenleisten und dem Target lässt sich auch bei einem Target erreichen, bei dem die Abstützfläche durch eine Abfasung verwirklicht ist, wenn die jeweilige Pratzenleiste mit einem Rundkörper die Abstützfläche des Targets berührt.

Wenn das Target sehr spröde ist, dann besteht beim Span­ nen die Gefahr einer Beschädigung durch die Pratzenleis­ ten, sofern diese ebenfalls aus einem harten Material be­ stehen. Man kann jedoch vorsehen, dass die Pratzenleisten das Target mit einem elastischen oder weichen Material berühren, indem der Rundkörper ein separates, in die Pratzenleiste eingesetztes Bauteil ist.

Das Befestigen und Lösen des Targets kann besonders rasch erfolgen, wenn eine Pratzenleiste fest am Kathodengrund­ körper vorgesehen ist und die andere Pratzenleiste leicht lösbar mit dem Kathodengrundkörper Verbindung hat. Durch diese Ausbildung braucht man statt bisher jeweils zwei einander gegenüberliegende Pratzenleisten nur noch eine einzige Pratzenleiste zu demontieren oder festzuschrau­ ben, um ein Target auszubauen oder einzuspannen. Dadurch reduzieren sich die für den Targetwechsel erforderlichen Stillstandszeiten der Sputteranlage.

Wenn zwei Targets nebeneinander angeordnet werden sollen, dann genügt für beide Targets insgesamt eine einzige, lösbare Pratzenleiste, indem diese zum Spannen von zwei Targets an gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Spann­ fläche hat.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind vier davon schematisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Sputter­ kathode nach der Erfindung,

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch eine zweite Aus­ führungsform einer Sputterkathode,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Randbereich einer dritten Ausführungsform einer Sputterkathode,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Randbereich einer vierten Ausführungsform einer Sputterkathode.

Die Fig. 1 zeigt einen wannenförmigen Kathodengrundkör­ per 1, in welchem zwei Kühlmittelräume 2, 3 ausgebildet sind, die zur offenen Seite des Kathodengrundkörpers 1 hin von einer Kühlmembran 4 abgedeckt sind. Weiterhin sind die Kühlmittelräume 2, 3 jeweils von einem auf der Kühlmembran 4 aufsitzenden Target 5, 6 abgedeckt.

Für das Target 6 wurden zwei außenseitig schräg verlau­ fende, bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Abfasung gebildete Abstützflächen 7, 8 positioniert, die jeweils gegen ein äußere Pratzenleiste 10 und eine mitt­ lere Pratzenleiste 9 anliegen. Die mittlere Pratzenleiste 9 ist so gestaltet, dass sie zugleich das andere Target 5 zu spannen vermag, welches ebenfalls gegen eine äußere Pratzenleiste 11 anliegt. Die beiden äußeren Pratzenleis­ ten 10, 11 liegen jeweils mit einer als Schrägfläche aus­ gebildeten Spannfläche 12, 14 gegen die jeweilige Ab­ stützfläche 8 des Targets 6 bzw. 5 an, während die mitt­ lere Pratzenleiste 9 zwei gegenüberliegende, ebenfalls als Schrägflächen ausgebildete Spannflächen 13, 15 hat, so dass sie auf den Abstützflächen 7 beider Targets 5, 6 aufzusitzen vermag. In Fig. 1 wurde ein Winkel α zwi­ schen der Abstützfläche 8 und einer quer zur Ebene des Targets 6 gerichteten Normalen eingezeichnet. Dieser Win­ kel α soll zwischen 15° und 60° liegen.

Zum Targetwechsel braucht man lediglich durch Lösen von Schrauben 16 die mittlere Pratzenleiste 9 zu demontieren, um die Targets 5, 6 ausbauen zu können. Die beiden äuße­ ren Pratzenleisten 10, 11 können hierbei stehenbleiben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wurde auf die Kühl­ membran 4 zwischen dem Target 6 und dem Kühlmittelraum 3 verzichtet, so dass die erforderliche Abdichtung unmit­ telbar durch eine Dichtung 17 zwischen dem Kathodengrund­ körper 1 und dem Target 6 erfolgt. Weiterhin erkennt man bei dieser Ausführungsform, dass die Pratzenleiste 10 un­ mittelbar am Kathodengrundkörper 1 angeformt sein kann. Hierzu im Gegensatz ist die Pratzenleiste 11 durch Schrauben 18 leicht lösbar mit dem Kathodengrundkörper 1 verbunden. Weiterhin lässt die Fig. 2 erkennen, dass die Neigungswinkel der Abstützfläche 8 und der Spannfläche 12 geringfügig in einem Winkel Δ derart voneinander abwei­ chen, dass die Spannpratze 10 das Target 6 nahe der Au­ ßenseite berührt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist eine Pratzenleiste 19 vorgesehen, in die ein Rundkörper 20, beispielsweise ein Kupferdraht, eingesetzt ist. Dieser Rundkörper 20 bildet die Spannfläche 12, mit der die Pratzenleiste 19 gegen die Abstützfläche 8 des Targets 6 anliegt.

In Fig. 4 wird gezeigt, dass die Abstützfläche 8 des Targets 6 auch statt durch eine Abfasung durch eine Run­ dung gebildet sein kann.

Bezugszeichenliste

1

Kathodengrundkörper

2

Kühlmittelraum

3

Kühlmittelraum

4

Kühlmembran

5

Target

6

Target

7

Abstützfläche

8

Abstützfläche

9

Pratzenleiste

10

Pratzenleiste

11

Pratzenleiste

12

Spannfläche

13

Spannfläche

14

Spannfläche

15

Spannfläche

16

Schraube

17

Dichtung

18

Schraube

19

Pratzenleiste

20

Rundkörper

Claims (10)

1. Sputterkathode mit einem Kathodengrundkörper, welcher einen von einem Target überdeckten Kühlmittelraum hat und bei der das Target an zwei gegenüberliegenden Seiten durch jeweils eine Pratzenleiste auf dem Kathodengrund­ körper gehalten ist, indem die Pratzenleiste mit einer Spannfläche am Target anliegt und das Target durch den Druck des Kühlmittels auf Biegung beansprucht wird, da­ durch gekennzeichnet, dass das Target (5, 6) die Spann­ fläche (12, 13, 14, 15) jeder Pratzenleiste (9, 10, 11) mit einer schräg verlaufenden Abstützfläche (7, 8) be­ rührt, so dass die dem Kathodengrundkörper (1) zugewandte Fläche des Targets (5, 6) größer ist als die gegenüber­ liegende, freie Fläche.

2. Sputterkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Abstützfläche (7, 8) in einem Winkel α von 15-60° zur quer zur Ebene des Targets (5, 6) gerichte­ ten Normalen verläuft.

3. Sputterkathode nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützfläche (7, 8) durch eine Abfasung gebildet ist.

4. Sputterkathode nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützfläche (7, 8) jeweils durch eine Abrundung gebildet ist.

5. Sputterkathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Spannfläche (12, 13, 14, 15) jeder Pratzen­ leiste (9, 10, 11) als Schrägfläche ausgebildet ist.

6. Sputterkathode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass die Spannfläche (12) der jeweiligen Pratzenleiste (10) in einem geringfügig größeren Winkel zur quer zur Ebene des Targets (6) gerichteten Normalen verläuft als die als Abfasung ausgebildete Abstützfläche (8) des Targets (6).

7. Sputterkathode nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Pratzenleiste (19) mit einem Rundkörper (20) die Abstütz­ fläche (8) des Targets (6) berührt.

8. Sputterkathode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass der Rundkörper (20) ein separates, in die Prat­ zenleiste (19) eingesetztes Bauteil ist.

9. Sputterkathode nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pratzenleis­ te (10) fest am Kathodengrundkörper (1) vorgesehen ist und die andere Pratzenleiste (11) leicht lösbar mit dem Kathodengrundkörper (1) Verbindung hat.

10. Sputterkathode nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pratzenleis­ te (9) zum Spannen von zwei Targets (5, 6) an gegenüber­ liegenden Seiten jeweils eine Spannfläche (13, 15) hat.