DE4138029A1 - Targetkuehlung - Google Patents

Targetkuehlung

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DE4138029A1
DE4138029A1 DE19914138029 DE4138029A DE4138029A1 DE 4138029 A1 DE4138029 A1 DE 4138029A1 DE 19914138029 DE19914138029 DE 19914138029 DE 4138029 A DE4138029 A DE 4138029A DE 4138029 A1 DE4138029 A1 DE 4138029A1
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target
cooling
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DE19914138029
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English (en)
Inventor
Hartmut Dr Ing Kaiser
Christian Dipl Ing Willems
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Thyssen Guss AG
Original Assignee
Thyssen Guss AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435Target holders (includes backing plates and endblocks)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B22F2005/103Cavity made by removal of insert

Description

Die Erfindung betrifft die Kühlung von Targets, mit welchen unter Wärmezufuhr im Vakuum oder Hochvakuum dünne Schichten auf Substrate unter Aufopferung des Targets aufgedampft werden, wobei die Targets vorzugsweise nach dem HIP-Ver­ fahren hergestellt werden.
Es gibt Werkstoffe oder Werkstoffsysteme, die nur pulver­ metallurgisch zur Herstellung von Opferkathoden (Targets) für das PVD-(physical vapor deposition)-Verfahren verwendet werden können, vorzugsweise nach dem PM HIP-Verfahren.
Grundsätzlich geschieht die Verdampfung des Beschichtungs­ materials über die Zuführung hoher Energie, von der ein Großteil zunächst als Wärme in der Opferkathode (Target) verbleibt und zur Aufrechterhaltung des Prozesses ständig abgeführt werden muß. Bisher wurde das über eine vom Wir­ kungsgrad schlechte (weil indirekte) Flächenkühlung vorge­ nommen, indem das Targetmaterial auf eine beispielsweise mit Wasser durchflossene Wandung über Kontaktoberflächen gekühlt wurde. Man hat sogar zur Vermeidung der Überhitz­ ung der Opferkathode (Target) sehr oft eine wärmeleitende Schicht, zum Beispiel aus Kupfer aufgebracht. Trotzdem blieb die Sputterleistung relativ gering.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und die Sputterleistung zu erhöhen, aber gleichzeitig die Wärmeabfuhr zu optimieren.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß eine Bodenplatte aus gut wärmeleitendem Material, wie zum Beispiel Aluminium oder Kupfer gleichzeitig mit dem Target im HIP-Verfahren hergestellt und in der Bodenplatte ein oder mehrere Kühl­ kanäle angeordnet sind, deren Geometrie den Bedürfnissen des Targets angepaßt ist. Vorteilhaft ist das Target mit der Bodenplatte diffusiv gebunden. Es besteht auch die Möglichkeit nur das Target ohne Bodenplatte mit Kühlkanälen zu versehen. Zweckmäßig ist die Kühlkanalgeometrie an die sich einstel­ lende Sputtergeometrie (Abtrag des Targetmaterials) angepaßt.
Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, durch direkte und entsprechend der Führung optimierte Wärmeabfuhr die zugeführte Energie für den Verdampfungsprozeß des Targets besser zu nutzen und damit die Sputterleistung zu erhöhen. Darüber hinaus besteht ein Vorteil darin, daß flüssige Kühlmedien, wie Wasser, flüssige Gase, zum Beispiel Stickstoff, oder auch ein gasförmiges Medium, wie Wasserdampf, Edelgas, Preßluft etc. verwendet werden können, so daß für jeden Fall das geeignetste Kühlmedium zur Anwendung kommen kann.
In den Zeichnungen sind schematisch beispielsweise Ausführungs­ formen der Erfindung dargestellt und zwar zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Targets,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Target mit teilweisem Schnitt,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 3.
Nach den Fig. 1 und 2 trägt eine Bodenplatte 11 aus einer Aluminium- oder Kupfer-Legierung ein Target 12, welches aus einer Pulvermischung aus zum Beispiel Titan-Aluminium be­ steht. In der Bodenplatte 11 ist ein Kanal 13 angeordnet, dessen aus der Bodenplatte 11 heraustretende Enden 14 mit der Zuleitung der Kühlflüssigkeit verbunden sind. Der Kühlkanal 13 ist in Form einer Schlangenlinie in der Bodenplatte 11 an­ geordnet, wodurch gewährleistet ist, daß das Target 12 gleichmäßig erwärmt bzw. gekühlt wird, wodurch sich eine gleichmäßige Sputtergeometrie ergibt. In diesem Fall wird auch die Bodenplatte pulvermetallurgisch, das heißt aus Pulver hergestellt. Die Kühlkanalgeometrie kann dabei durch Keramik­ kern vorgegeben werden, der nach dem HIP-Prozeß entfernt werde, muß (z.B. durch Auslaugen), oder aber durch ein zur HIP-Atmosphäre offenes Rohrsystem.
Wird eine feste Bodenplatte 11 als Halbzeug benutzt, kann die Kühlkanalgeometrie auf der Bodenplatte angeordnet im Target­ material eingehipt werden.
Nach den Fig. 3 und 4 besteht die Grundplatte 16 mit dem Target 17 aus einem Stück und dem gleichen Material. Da in diesem Falle die Sputtergeometrie ein Oval 18 darstellt, wird der Kühlkanal 19 in einer Schlangenlienie so ausgebildet, daß er gerade das Sputteroval deckt, so daß dort, wo der größte Abtrag ist, auch die meiste Kühlung vorhanden ist. Der Kühlkanal 19 ist also der Sputtergeometrie angepaßt, was eben wieder die angegebenen Vorteile bringt. In diesem Fall wird als Kühlmedium Wasser verwendet.
In beiden Beispielen wird der aus der Bodenplatte 11 bzw. dem Bodenteil 16 des Targets 17 herausragende Teil 14 so dicht mit der Bodenplatte 11 bzw. dem Bodenteil 16 verschweißt.
Das Target kann zur Verbesserung der Wärmeverteilung mit einer Kupferschicht zwischen Target und Bodenplatte ver­ sehen werden. Das Target nach Fig. 4 kann auch in zwei Teilen hergestellt werden, welche dann durch Diffusion miteinander verbunden sind. Die diffusive Bindung zeigt von der Wärme­ leitung her Vorteile gegenüber anderen Bindungsarten wie Löten Epoxyd-Kleben mit Metallanteilen, adhäsive Bindung.
Grundsätzlich kann nach der Erfindung die Kühlkanalgeometrie optimal der sich einstellenden Sputtergeometrie (Abtrag des Targetmaterials) angepaßt werden.
Wiederinstandsetzung der Targets durch Vakuum-Plasma-Spritzen (VPS) wird infolge optimierter Kühlmöglichkeit für VPS- Prozeß/Wärmeabfuhr verbessert. Hierdurch besteht die Möglich­ keit der Wiederverwendbarkeit eines kompletten Systems mit zum Teil kostenintensiven Werkstoffen und Einsparung von Roh­ stoffen. Die Wiederinstandsetzung kann einen HIP-Prozeß beinhalten.

Claims (5)

1. Kühlung von Targets, mit welchen unter Wärmezufuhr im Vakuum oder Hochvakuum dünne Schichten auf Substrate unter Auf­ opferung des Targets aufgedampft werden, wobei die Targets und die Bodenplatte vorzugsweise nach dem HIP-Verfahren pulvermetallurgisch hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenplatte (11, 16) aus gut wärmeleitendem Material, wie zum Beispiel Aluminium oder Kupfer, gleichzeitig mit dem Target (12, 17) im HIP-Verfahren hergestellt und in der Bodenplatte (11, 16) ein oder mehrere Kühlkanäle (13, 19) ange­ ordnet sind, deren Geometrie den Bedürfnissen des Targets an­ gepaßt ist.
2. Kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (12, 17) mit einer wärmeleitenden Schicht wie Kupfer zwischen Target und Bodenplatte versehen ist.
3. Kühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (17) mit der Bodenplatte (16) diffusiv gebunden ist.
4. Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanalgeometrie an die sich einstellende Sputter­ geometrie (Abtrag des Targetmaterials) angepaßt ist.
5. Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (16) und das Target (17) aus einem Werk­ stoff bestehen. (Fig. 4).
DE19914138029 1991-11-19 1991-11-19 Targetkuehlung Withdrawn DE4138029A1 (de)

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