DE3603646A1

DE3603646A1 - Haltevorrichtung fuer targets fuer kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE3603646A1
Application number: DE19863603646
Authority: DE
Inventors: Pius Wangs Grünenfelder; Eduard Dipl.-Ing. Dr. Dornbirn Rille; Urs Oberschan Wegmann
Original assignee: BALZERS HOCHVAKUUM GmbH; Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden GmbH; Balzers Hochvakuum GmbH
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1985-04-03
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1986-10-16
Anticipated expiration: 2006-02-07
Also published as: FR2579910A1; CH664303A5; GB8606354D0; GB2173217B; JPS61231171A; GB2173217A; FR2579910B1; DE3603646C2

Description

HALTEVORRICHTUNG FUER TARGETS FUER KATHODENZERSTAEUBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für Targets für Kathodenzerstäubung mit Klemmen zum Anpressen der Targets an eine Kühl fläche. Sie findet insbesondere bei Magnetron- und anderen Hochgeschwindigkeits-Zerstäubungsquellen Anwendung.
Magnetron- und andere Hochgeschwindigkeits-Zerstäubungsquellen erfordern wegen der hohen Betriebsleistung eine besonders intensive Kühlung der zu zerstäubenden Targetmaterialien. Hohe Zerstäubungsgeschwindigkeiten sind für die Prozessqualität sowie für die Wirtschaftlichkeit solcher Einrichtungen äusserst wichtig. Beispielsweise sind bei der Beschichtung von Silizium-Scheiben mit Aluminium in der Halbleiterindustrie hohe Dampfdichten bzw. hohe Zerstäubungsraten notwendig, um ein optimales Verhältnis zwischen Dampfteilchendichte und Restgasteilchendichte in der Beschichtungskammer einstellen zu können. Eine Kontamination bzw. Verunreinigung durch unerwünschte Komponenten, wie z.B. 02' kann mit hohen Zerstäubungsgeschwindigkeiten verringert werden. Ausserdem lässt eine hohe Schichtaufwachsgeschwindigkeit bei Zerstäubungsanlagen grössere Durchsätze der zu beschichtenden Substrate zu, was zu einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit wesentlich beitragen kann.
Um sehr hohe Zerstäubungsgeschwindigkeiten erreichen zu können, müssen entsprechend hohe elektrische Leistungen angewendet werden, was bei der Kühlung der Targets bisher vielfach zu Problemen führte.
Eine gängige Lösung des Kühl problems stellt die direkte Wasserkühlung dar. Bei dieser Methode wird das Kühlmedium Wasser direkt an die Rückseite des häufig als Platte ausgebildeten Targets geführt. Der Wärmekontakt zwischen Target und Kühlmedium ist dabei besonders gut und führt auch zu sehr guten Kühl leistungen. Ein schwerwiegender Nachteil ist aber die notwendige Dichtung, um das Kühl medium vom Vakuum der Zerstäubungskammer zu trennen. Dies führt in der Praxis zu Betriebsunsicherheiten wegen Leckgefahr und wegen der notwendigen grossen Anzahl von Verschraubungen zu einem grösseren Arbeitsaufwand bei der Targetmontage bzw.
Demontage.
Eine andere bekannte Lösung verwendet ein besonderes Kontaktmittel zwischen einer Kühl platte mit geschlossenen Wasserkanälen und dem Target.
Sehr verbreitet ist auch die Methode, das Target mit einer speziellen Weichlotlegierung auf eine gekühlte Unterlage aufzulöten. Diese Methode ist jedoch teuer und umständlich. Auch ist eine grossflächige saubere Lötung nicht einfach zu beherrschen. Ab und zu werden als Kontaktmittel Kleber oder Pasten eingesetzt. In den meisten Fällen ist dies aber vakuumtechnisch - wegen Gasabgabe - nicht akzeptabel.
Eine weitere bekannte und oft verwendete Lösung - sie ist in Figur 1 dargestellt - ist das Aufklemmen eines Targets auf eine gekühlte Unterlage.
Dabei wird das Target 1 mittels eines Klemmflansches 2 durch Schrauben 3 kräftig gegen die Kühl platte 5 mit den Kühl kanälen 6 angedrückt. Diese Methode hat den Vorteil, dass das Target auf diese Weise leicht zu mon- tieren und kostengünstig herzustellen ist, indem auf ein Festkleben oder Anlöten an eine gekühlte Unterlage verzichtet werden kann, und weil keine Dichtung zwischen Kühlwasser und Vakuum am Target nötig ist. Sie hat aber den grundlegenden Nachteil, dass durch den naturgemäss schlechten Wärmeübergang zwischen Target und Kühl platte die abführbare Wärmemenge stark begrenzt ist. Dieser schlechte Wärmeübergang rührt davon her, dass auch bei einem festen Zusammenpressen von zwei Flächen nur punktuelle Kontaktstellen zustandekommen. Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind diese Kontaktstellen auf die Verschraubungszonen im Randbereich zwischen Target und Kühl platte beschränkt. Die Wärme, welche an der Targetoberfläche entsteht, muss also in der Targetplatte erst zu diesen Verschraubungszonen hin abfliessen,um abgeführt werden zu können. Man hat versucht, die Kontaktflächen zu vergrössern, indem wie in Fig. 1 gezeichnet,Folien 4 aus geeigneten, weichen und leitenden Materialien, wie Zinn, zwischen Target und Kühlplatte gelegt wurden. Dies bringt zwar eine merkbare Verbesserung der Kühl leistung, das Einlegen der Folien ist aber kritisch und muss mit grosser Sorgfalt vorgenommen werden; trotzdem ist die Grösse der Wärmeabfuhr starken Schwankungen unterworfen und nicht sicher reproduzierbar.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, Haltevorrichtungen für eine Targetplatte für Kathodenzerstäubung mit einer gekühlten Unterlage und mit Klemmen zum Anpressen der Targetplatte an die Unterlage so weiterzubilden, dass eine stärkere und gleichmässigere Wärmeabführung vom Target erreicht und dadurch eine grössere Zerstäubungsleistung ermöglicht wird.
Diese erfindungsgemässe Haltevorrichtung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmen so ausgebildet sind, dass sie selbst mindestens 10 % der insgesamt während des Zerstäubungsbetriebes am Target erzeugten Wärmemenge abführen.
Besonders einfach lässt sich die Erfindung anwenden bei Anordnungen, bei denen die Klemmen am Rande eines Targets angreifen, indem diese Klemmen direkt mit Kühleinrichtungen verbunden werden. Solche Klemmen werden vorzugsweise mit zwei ringförmigen Anpressflanschen ausgebildet, die an die Ober- und Unterseite der Platte angepresst werden können. Die Flansche können selbst einen Hohlraum zum Durchleiten eines Kühlmittels aufweisen und an besonderen, vor allem am Umfang eines Targets angebrachten Kühlfahnen oder Kühllippen angreifen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben: Figur 1 zeigt, wie erwähnt, eine bekannte Targetplattenhalterung; Figur 2 ein erstes einfaches Ausführungsbeipiel der Erfindung, mit Kühlung einer Targetplatte mittels einer am Umfange derselben angebrachten Schulter mit einem an diese angepressten, aktiv gekühlten Halteflansch; Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeipiel, wobei das Target mit einer am Umfang durch zwei Schultern gebildeten Kühlrippen ausgebildet ist, an welche beidseitig Kühlflansche angepresst werden.
Figur 4 zeigt eine Haltevorrichtung für Targetplatten mit zwei Kühl lippen am Umfang; Figur 5 eine Halterung ebenfalls für ein Target mit einer Kühllippe am Umfang, sowie mit einer weiteren Kühlmöglichkeit mittels zusätzlicher gekühlter Ringklemmen an der Unterseite.
Figur 6 schliesslich zeigt die Möglichkeit, auch ein mit einer Unterlage verlötetes sogenanntes gebondetes Target so zu gestalten, dass eine Haltevorrichtung nach der Erfindung mit Vorteil angewendet werden kann.
Die Halterung nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 besteht, wie ersichtlich, aus einer Kühlplatte 5, auf welche ein plattenförmiges Target 1, deren eine (in der Zeichnung obere) Seite zerstäubt werden soll, aufgelegt werden kann. Die Targetplatte weist eine Schulter auf, so dass entlang ihres Umfanges eine Kühllippe 12 entsteht, die durch einen ringförmigen Kühl flansch 2 mittels Schrauben 3 gegen die Unterlage gedrückt wird. Dabei ergibt sich ein sehr gut wärmeleitender Kontakt zwischen dem Kühlflansch 2 und der Oberseite der Kühllippe. Die Figur 2 zeigt ferner, dass die Kühl platte 5 und der Kühlflansch 2 mit Kühlmittel kanälen 6 versehen sind, und dass in der Mitte der Platte eine weitere kühlbare Befestigung durch eine zusätzliche Ringklemme 13, die als Klemme im Sinne der vorliegenden Erfindungsbeschreibung anzusprechen ist, vorgesehen werden kann. Zwischen der Targetplatte 1 und der Kühlunterlage 5 können ausserdem in an sich bekannter Weise wärmeleitende Folien 4 oder andere Kontaktmittel eingelegt werden, um die Kühlung zu verstärken.
Das Beispiel der Figur 3 zeigt die Möglichkeit der Halterung einer Targetplatte mittels einer erfindungsgemässen Haltevorrichtung ohne eine gekühlte Unterlage, wie sie in Figur 2 verwendet wurde. Die Bezugsziffern haben dieselbe Bedeutung wie in Figur 2. In Figur 3 ist die Targetplatte an ihrer Ober- und Unterseite mit je einer Schulter entlang des Umfanges ausgebildet, wodurch wiederum eine die Platte umfangende Kühllippe 12 gebildet wird, an die nun von oben und von unten je ein aktiv gekühlter Doppel flansch 2 der Haltevorrichtung mittels der Schrauben 3 angepresst wird. Aehnlich wie in Figur 2 sind auch in diesem Falle in der Plattenmitte beidseitig weitere Kühl klemmen 13 angebracht, mit der die Targetplatte 1 in gut wärmeleitendem Kontakt steht.
In Figur 4 weist die Targetplatte im Vergleich zur Figur 3 an ihrem Umfang zwei Kühllippen 12 auf, so dass insgesamt vier Kühl flächen vorhanden sind, gegen welche die vier Gegenflächen des Kühl flansches 2 mittels der Schrauben 3 angepresst werden.
Bei der Ausführungsform der Figur 5 besitzt die Targetplatte in ihrem äusseren Umfang wieder nur eine Kühllippe, der eine Haltevorrichtung ähnlich derjenigen, die in Figur 3 dargestellt ist, zugeordnet werden kann. Zusätzlich sind weitere gekühlte Klemmringe 14 von kleinerem Durchmesser vorgesehen, deren Kühlflächen an einer Kühlrippe 15 an der Unterseite des in diesem Bereich thermisch am stärksten belasteten Targets anliegen, also dort, wo eine grössere Wärmeabfuhr erwünscht ist.
Die Figur 6 schliesslich zeigt, wie schon erwähnt, den Fall eines sogenannten gebondeten Targets, d.h. eines Targets 1, das mit einer Unterlage 16 mit einer Kühllippe 17 durch Verschweissen oder Verlöten fest verbunden ist.
Der Fortschritt, der durch die Erfindung erreicht wurde, kann z.B. aus einem Vergleich der Betriebsdaten der bekanntenHaltevorrichtung nach Figur 1 mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung nach Figur 2 ersehen werden. Eine Haltevorrichtung nach der Figur 1 konnte mit einem Al-Si-Target vom 200 mm Durchmesser und 12 mm Dicke mit einer Leistung von 6 KW betrieben werden. Dabei erreichte das Target eine Temperatur-auf der Unterseite gemessen - von 2000 C. Wenn dagegen das gleiche Target in eine Haltevorrichtung gemäss Figur 2 eingespannt wurde, liess sich eine Betriebsleistung von 11 KW anwenden, wodurch eine wesentliche Erhöhung der Zerstäubungsgeschwindigkeit erzielt wurde; trotzdem stieg dabei die Temperatur auch nicht höher als 2000. Die Kühlung war also drastisch verbessert worden.
Unter Zerstäubungsgeschwindigkeit im Sinne dieser Beschreibung ist die Menge des pro Zeiteinheit von einer Zerstäubungsquelle abgestäubten Targetmaterials zu verstehen; oft wird diese Grösse in der Fachliteratur auch "Zerstäubungsrate" genannt.
Ferner wird unter "Target" jener Körper vestanden, von dessen Oberfläche (oder einem Teil der Oberfläche) durch den Zerstäubungsvorgang Material abgetragen wird, meistens zu dem Zweck, um auf anderen Körpern, den sogenannten Substraten deponiert zu werden.

Claims

PATENTANSPRUECHE Haltevorrichtung für Targets für Kathodenzerstäubung mit Klemmen zum Anpressen des Targets an eine Kühl fläche, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass die Klemmen so ausgebildet sind, dass sie selbst mindestens 10 % der insgesamt während des Zerstäubungsbetriebes am Target erzeugten Wärmemenge abführen.
2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Klemmen mit Kühleinrichtungen verbunden sind und am Rande des Targets angreifen.
3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Klemmen je zwei ringförmige Anpressflansche aufweisen, die an der Ober- und Unterseite des Targets angepresst werden.
4. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Anpressflansche einen Hohlraum für das Durchleiten eines Kühimittels aufweisen.
5. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Klemmen für die Aufnahme von Targets mit mehreren Kühl fahnen ausgebildet sind.
6. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Klemmen für die Aufnahme von Targets mit mindestens zwei am Umfange derselben vorgesehenen Kühilippen ausgebildet sind.