DE4301516C2

DE4301516C2 - Targetkühlung mit Wanne

Info

Publication number: DE4301516C2
Application number: DE4301516A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schumacher; Helmut Schilling; Gerhard Joos
Original assignee: Applied Films GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2013-01-22
Also published as: DE4301516A1; US5421978A; JPH06256941A; JP3400516B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Target- Kathodenanordnung für eine Kathoden-Zerstäubungsanlage mit einer räumlich geschlossenen Kathodenform, mit einem Targetkörper, der mittels einer lösbaren Befesti gungseinrichtung an ein Kühlsystem ankoppelbar ist.

Der Dauerbetrieb von Kathoden-Zerstäubungsanlagen, der insbesondere in Produktionsstätten zur Herstellung von zu beschichtenden Substraten zu beobachten ist, bedingt durch den ständigen Beschuß der Targetkörper mit Ionen und die dadurch bewirkte Zerstäubung der Targetkörper, einen rou tinemäßigen Wechsel der Targets. Dadurch verursachte Aus fallzeiten sind jedoch unter dem Gesichtspunkt der wirt schaftlichen Auslastung derartiger Maschinen möglichst kurz zu halten. Die hierzu durchzuführenden Target-Wech selarbeiten werden oftmals auch dadurch erschwert, daß die Targetkörper zur Kühlung während des Beschichtungs prozesses unmittelbar mit einem Kühlsystem in Kontakt stehen, was schließlich dazu führt, daß beim Targetwechsel das Kühlsystem zumeist offengelegt werden muß und langwie rige Säuberungstätigkeiten erfordert.

Die Kühlung von Targetkörpern ist durch den andauernden Beschuss mit Ionen notwendig, da der Targetkörper stets einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist. Zur Vorkehrung gegen Versprödung und Überhitzung des Targetmaterials, muss für einen besonders guten Wärmeübergang zwischen Targetkörper und Kühlsystem gesorgt sein. Dies erfolgt in aller Regel dadurch, dass der Targetkörper mit seiner Unterseite ganzflächig mit einer Kühlflä che, deren Unterseite wiederum mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagt ist, in Kontakt steht.

Die bekannten Kühlsysteme weisen zwischen dem Kühlsystem und dem Targetkörper eine Zwischenplatte auf, die jedoch beim Targetwechsel vom Kühlsystem mit abgehoben werden muss, so dass der Kühlkanal offen steht und ein Auswechseln bzw. Säubern von vorhande nen Dichtungen erfordert. Ein Wechsel der Targetkörper bedingt somit gleichzeitig einen Eingriff in das Kühlsystem, wodurch ein enormer zusätzlicher Arbeitsaufwand geschaffen wird. Ferner ist beim Zusammenbau das Risiko von Undichtigkeiten im Kühlsystem sehr groß, so dass eine Wasser-Vakuumdichtheitsprüfung erfolgen muss, um einen einwandfrei en Weiterbetrieb zu garantieren.

Nicht nur das Offenlegen von Kühlsystemen ist mit dem Targetwechsel bei bekannten Ka thodenzerstäubungsanlagen verbunden, sondern je nach baulichen Gegebenheiten sind die Magnetanordnungen der Anlage ebenfalls äußeren mechanischen Einflüssen ausgesetzt. Ungewollte Dejustierungen oder Beschädigungen der Magnete können leicht durch Unacht samkeit die Folge sein, wodurch die Plasmastabilität nachteilhaft beeinflussbar ist.

Die EP 0 482 541 A1 zeigt eine Kathodenanordnung mit geschlossener Kathodengestalt, einen mit einer lösbaren Befestigungseinrichtung an einem Kühlsystem ankoppelbaren Tar getkörper, sowie eine Zwischenplatte zwischen Targetkörper und Kühlsystem. Die Zwi schenplatte ist mit getrennten Befestigungseinrichtungen mit dem Target und dem Kühl system verbunden. Die Verbindung zwischen der Grundplatte des Kühlsystems und der Zwischenplatte erfolgt mittels Schrauben. Die Kathodenplatte (das Target) ist mittels Halte rungen und Kathodenhalteschrauben an der Zwischenplatte befestigt.

Die DE 40 15 388 A1 offenbart den Einsatz einer Trennmembran zwischen Kühlsystem und Target. Die Befestigung der Membran am Kühlsystem erfolgt mittels Verschweißung. Die Durchbiegung einer verschweißten Membran ist jedoch begrenzt. Außerdem kann die Membran bei einer bahnförmigen Ausführung der Kathode nach wenigen Targetwechseln Falten ausbilden.

Die Verwendung einer elastischen Folie im Kühlsystem einer Magnetron- Zerstäubungsanlage ist auch in J. Vac. Sci. Technol. A2 (3) Jul.-Sept. 1984, 1391-3 (M. R. Lake et al.) gezeigt. Die Verbindung zwischen der Folie und dem Gehäuse des Magnetrons wird durch Hartlöten bewerkstelligt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Target-Kathodenanordnung für eine Kathoden-Zerstäubungsanlage mit bahnförmig geschlossener Kathodengestalt und mit einem Targetkörper, der mittels einer lösbaren Befestigungseinrichtung an ein Kühlsystem ankop pelbar ist, derart anzugeben, dass der Wechsel eines Targetkörpers möglichst schnell durchzu führen ist und insbesondere das Kühlsystem hiervon unberührt lässt. Es soll insbesondere ein Befestigungssystem für die Target-Kathodenanordnung bereitgestellt werden, welches, auch beim Targetwechsel, gegenüber einer einfachen Verschraubung oder Verschweißung der Membran erhöhte Anforderungen an die Dichtigkeit des Kühlsystems, selbst bei ver schiedener thermischer Ausdehnung der Bauteile im Taktbetrieb sowie bei extremer Durch biegung der Membran, erfüllt. Zudem soll es ermöglicht werden, einen intensiven Kontakt zwischen Kühlsystem und Targetkörper und damit eine bestmögliche Kühlung zu bewirken, ohne Einbußen bei der Dichtigkeit des Kühlsystems hinnehmen zu müssen. Durch den in tensiven Kontakt kann die Abtragerate des Targetmaterials optimiert werden.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbil dungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird eine Target-Kathodenanordnung für eine Kathoden- Zerstäubungsanlage mit bahnförmig geschlossener Kathodengestalt, mit einem Targetkör per, der mittels einer lösbaren Befestigungseinrichtung an ein Kühlsystem ankoppelbar ist, das als eine Wanne ausgebildet ist und einen geschlossenen Kühlkanal bildet, derart ausgebildet, dass zwischen dem Targetkörper und dem Kühlsystem eine Trennmembran vorgesehen ist, die zum einen mit dem Kühlsystem und zum anderen mit dem Targetkörper durch getrennte Befestigungseinrichtungen in Verbindung steht. Dadurch ist es möglich, dass beim Targetwechsel die Befestigung der Membran auf der Wanne durch Schraubver bindungen bestehen bleiben kann, wobei die Schraubverbindungen von unten durch die Wanne eine Befestigungsleiste von oben gegen die Membran pressen. Außerdem sind Dichtungen zwischen der Membran und der Wanne vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Idee wird anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels, der soge nannten "HLK-Kathode" (Hoch-Leistungs-Kathode) beschrieben, ohne das Anspruchsbegehren gemäß Patentanspruch 1 zu beschränken. Ebenso sind beispielsweise auch erfindungsgemäße Anwendungen bei sogenannten "Zwischen-Pol-Targets" möglich.

HLK-Target-Anordnungen sind dadurch charakterisiert, daß zwei Targetkörperbahnen im wesentlichen parallel nebenein ander verlaufen und einen gegenseitigen Abstand voneinan der aufweisen. An den sich gegenüberliegenden Stirnseiten der parallel, geradlinig verlaufenden Kathodenkörper sind jeweils zwei halbkreisförmige Targetabschnitte vorgesehen, die die Parallelbahnen miteinander verbinden.

Die erfindungsgemäße Trennmembran ist dabei einstückig derart unter der Targetkörperanordnung angebracht, daß sie mit der gesamten Unterseite des Targetkörpers in Kontakt steht. Wesentlich dabei ist, daß die Befestigung der Trennmembran mit dem Kühlkörper, der bevorzugt als Wanne ausgebildet ist, an dessen Rand mit Schraubverbindungen mit diesem verbunden ist. Getrennt hiervon ist der Targetkörper mit dem Kühlsystem verbunden, so daß dieser separat abgenommen werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung durch zwei parallel verlaufende Targetkörper mit dem jeweils damit verbundenen Kühlsystem.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch ein sogenanntes HLK-Target, das zwei parallel zueinander ange ordnete Targetkörper 1 aufweist. Die plattenförmig ausge bildeten Targetkörper 1 werden durch sogenannte Pratzleisten 2' 2" auf der übrigen Targethaltevorrichtung fixiert. Die jeweils äußeren Pratzleisten 2' sind durch von oben eingesetzte Schrauben mit der übrigen Targethaltevorrichtung lösbar fest verbunden, so daß das Lösen der Befestigungsschrauben die Abnahme der Pratzleisten 2' erlaubt. Die Befestigung des Targetkörpers 1 durch die Pratzleisten 2' und 2" geschieht derart, daß die stufenförmigen Seitenabschnitte der Pratzleisten je weils auf ebenso stufenförmig ausgebildeten, seitlichen Vor sprüngen der Targetkörper aufliegend und auf diese durch den Anpreßdruck der Schrauben einen nach unten gerichteten Anpreßdruck erzeugen.

Neben der Verwendung von plattenförmig ausgebildeten Targetkörpern sind auch runde Targetkörper verwendbar, die mit einer mittigen Hohlschraube auf die Trennmembran fixierbar sind.

Die Targetkörper 1 liegen ganzflächig mit ihrer Unterseite auf der erfindungsgemäßen Trennmembran 3 auf, ohne dabei mit ihr in einem unverrückbaren Kontakt zu stehen; d. h. die Trennmembran kann sich aufgrund thermischer Ausdehnung in einem gewissen Rahmen relativ zum Targetkörper bewegen.

Die Trennmembran 3 erstreckt sich einstückig über die gesamte Fläche unterhalb der Targetkörper der An ordnung. In ihr sind Bohrungen enthalten, durch die je weils mittig bzw. an den Randbereichen die Befesti gungsschrauben für die Pratzleisten eingesetzt werden können. Die Dicke der Trennmembran 3 ist in vorteilhafter Weise derart bemessen, daß die Eigenflexibilität der Trennmembran jegliche thermische Ausdehnungen des Targetkörpers 1 zuläßt und stets direkt an der Unterseite des Targetkörpers anliegt.

Die Trennmembran 3 wird jeweils an der linken und rechten Seite der gesamten Targetanordnung durch Befesti gungsleisten 4' gegen die übrige Anordnung fixiert.

Erfindungsgemäß sind die Pratzleisten 2' zur Befestigung der Targetkörper 1 und die Befestigungsleisten 4' räumlich voneinander getrennt. So werden in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform die Befestigungsleisten 4' von unten mit tels Langschrauben 10 gegen ihre Unterseite gezogen, so daß die Trennmembran 3 zwischen den Befestigungsleisten 4' und der als Wanne 5 ausgebildeten Unterseite gepreßt wird. Im Mittelbereich ist ebenfalls eine Befestigungsleiste 4" vorgesehen, die zusammen mit der Pratzleiste 2" durch von oben einsetzbare Schrauben 9 fixierbar sind.

Durch die genannten Befestigungsmaßnahmen wird die Trennmembran von oben gegen einen Wannenkörper 5 gepreßt, der in seinem Randbereich Dichtungen 6 aufweist, die ein Austreten einer in dem durch die Wanne gebildeten Kanal 7 befindlichen Kühlflüssigkeit verhindert. Der Kühlkanal 7 ist dabei derart ausgebildet, daß ein möglichst großer Teil der Unterseite der Trennmembran mit Kühlflüssigkeit in Kontakt tritt.

Unterhalb der in der Fig. 1 schraffiert dargestellten Wannenkörper 5 ist die Magnetanordnung 8 vorgesehen, die in vorteilhafter Weise derart unter der Wanne angebracht ist, daß die Magnetpole durch den Wannenkörper verdeckt sind.

Ein unmittelbarer Kontakt der Magnete mit der Kühlflüssigkeit ist durch diese Anordnung vollkommen aus geschlossen.

Ein Wechsel der Targetkörper erfordert daher nur ein Lösen der von oben an den Randbereichen der Pratzleisten 4' eingesetzten Schrauben, die jedoch nur die Pratzleisten 2' freigeben. Durch Lockern bzw. Lösen der Schrauben für die mittleren Pratzleisten 2" können die Targetkörper 1 aus der Vorrichtung entnommen werden, ohne dabei die Trenn membran 3, die zumindest durch die äußeren Befesti gungsleisten 4' fest mit dem Wannenkörper 7 verbunden sind, zu lösen. Das Einsetzen eines neuen Targetkörpers 1 erfolgt sodann in der umgekehrten Reihenfolge.

Durch die erfindungsgemäße Trennung der Befestigungsvor richtung für die Targetkörper von derjenigen für die Trennmembran wird ein schneller und sauberer Targetwechsel möglich, der insbesondere beim Betrieb in Produktionsstätten wünschens wert ist. Das Problem von möglicherweise auftretenden Undichtigkeiten im Kühlkreislauf ist mit dieser Anordnung ausgeschlossen.

Ein weiterer Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung betrifft die Anordnung der Magnete. Da die Magnete in der beschriebenen Ausführungsform nicht in Kontakt mit dem in dem Kühlkanal 7 enthaltenen Kühlflüssigkeit treten, unterliegen sie auch keiner Gefahr der Korrosion. Ferner werden sie durch die Wannenform derart gegen äußere mechanische Beschädigungen geschützt, so daß der Wechsel der Targetkörper keine Gefahr für eine derartige mechanische Beschädigung bedeutet.

Die in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte HLK-Target- Anordnung weist an ihren Endbereichen jeweils zwei halb kreisförmige Verbindungsstücke auf, so daß der Kühlkanal 7 einen in sich geschlossenen Flüssigkeitskreislauf bildet. Insbesondere in den Kurvenbereichen des Kühlkanals 7 wird die Kühlflüssigkeit durch die dort auftretenden Zentri fugalkräfte in den Kurvenaußenbereich gedrückt, so daß es vorkommen kann, daß im Kurveninnenbereich nicht genügend Kühlflüssigkeit vorhanden ist. Aus diesem Grund ist insbe sondere in den Kurvenbereichen ein den Kühlkanal in Längsrichtung durchsetzendes Trennblech vorgesehen, das das Wegdriften der Kühlflüssigkeit in Richtung des Kurven außenbereichs verhindert. Somit ist gewährleistet, dag die Unterseite der Trennmembran von der Kühlflüssigkeit be netzt ist und für eine optimale Kühlung des Targetkörpers gesorgt ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Trennmembran zwischen dem Kühlkreislauf und dem damit thermisch an gekoppelten Targetkörper ist es möglich, bei einem Target körperwechsel keine langwierigen Unterbrechungszeiten in Kauf nehmen zu müssen und ferner den Kühlkreislauf möglichst unberührt davon zu lassen. Durch diese Maßnahmen wird die Betriebssicherheit von Kathodenzerstäubungs-Anlagen erheb lich erhöht und die Wirtschaftlichkeit verbessert.

Bezugszeichenliste

1

Targetkörper

2

',

2

" Pratzleisten

3

Trennmembran

4

',

4

" Befestigungsleisten

5

Wanne

6

Dichtung

7

Kühlkanal

8

Magnetanordnung

9

Schraube

10

Langschraube

Claims

1. Targetkathodenanordnung für eine Kathodenzerstäubungsanlage mit geschlossener Kathodengestalt, mit einem Targetkörper (1), der mittels einer lösbaren Befestigungs einrichtung an ein Kühlsystem ankoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Targetkörper (1) und dem Kühlsystem (7), welches als eine Wanne (5) ausgebildet ist und einen geschlossenen Kühlkanal (7) bildet, eine Trennmembran (3) vorgesehen ist, die während des Betriebs zum einen mit dem Kühlsystem (7) und zum anderen mit dem Targetkörper (1) durch Befesti gungseinrichtungen in Verbindung steht, beim Targetwechsel jedoch die Befestigung der Membran (3) auf der Wanne (5) durch Schraubverbindungen (10) bestehen bleibt, die von unten durch die Wanne (5) eine Befestigungsleiste von oben gegen die Membran (3) pressen, und Dichtungen (6) zwischen Membran (3) und der Wanne (5) vorgesehen sind.

2. Targetkathodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Targetkörper (1) durch von oben aufgesetzte Pratzleisten (2', 2") auf die Membran (3) fixierbar ist.

3. Targetkathodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pratzleisten (2', 2") durch Schraubverbindungen (9) fixierbar sind.

4. Targetkathodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass die bahnförmig geschlossene Kathodengestalt zwei, zueinander parallel verlaufende Kathodenabschnitte aufweist, die an ihren Enden mit jeweils zwei halb kreisförmigen Targetbahnabschnitten miteinander verbindbar sind.

5. Targetkathodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass die Membran (3) eine die Kühlwannenanordnung ganz bedeckende Platte ist.

6. Targetkathodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass die Membran (3) elastisch ist.

7. Targetkathodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass die Wanne (5) zumindest in den Kurvenabschnitten ein Profil aufweist, das zur Kurvenaußenseite flacher gegen die Membran verläuft als in Richtung der Kurve ninnenseite.

8. Targetkathodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, dass zumindest im Kurvenbereich der Kühlkanal (7) wenigstens ein Trennblech aufweist, das den Kühlstrom in einen Kurveninnen- und Kurvenaußenbereich auf trennt.

9. Targetkathodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass Magnete (8) innerhalb der senkrechten Wannenprojektion unterhalb der Wanne (5) angeordnet sind.

10. Targetkathodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass Magnete (8) außerhalb der senkrechten Wannenprojektion neben der Wanne angeordnet sind.