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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Targets auf
einer Trägerplatte
und spezieller die Anwendung einer Explosions-Verbindung zur Fertigung
von Target/Trägerplatten-Anordnungen.
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Katodisches
Sputtern ist zur Ablagerung von dünnen Materialschichten auf
gewünschte
Substrate weit verbreitet. Grundsätzlich erfordert dieses Verfahren
einen Gas-Ionenbeschuss eines Targets mit einer Fläche, die
aus einem gewünschten
Material gebildet ist und die als ein dünner Film oder eine dünne Schicht
auf einem Substrat abgelagert werden soll. Der Ionenbeschuss des
Targets bewirkt nicht nur, dass Atome oder Moleküle des Target-Materials gesputtert
werden, sondern überträgt eine
beträchtliche
Wärmeenergie
auf das Target. Diese Wärme wird
unter einer oder um eine Trägerplatte
herum abgeleitet, die in einem Wärme-Austauschverhältnis mit dem
Target angeordnet ist. Das Target bildet einen Teil einer Katodenanordnung,
die zusammen mit einer Anode in einer evakuierten Kammer angeordnet ist
und die mit einem Edelgas, vorzugsweise Argon, gefüllt ist. Über die
Katode und die Anode wird ein elektrisches Hochspannungsfeld angelegt.
Das Edelgas wird durch die Kollision mit den Elektronen ionisiert,
die von der Katode ausgestoßen
werden. Positiv geladene Gas-Ionen werden zur Katode hin angezogen,
wobei diese Ionen beim Aufprall mit der Target-Oberfläche aus
dem Target-Material herausgerissen werden. Das herausgerissene Target-Material überquert
die evakuierte Umhüllung und
lagert sich als ein dünner
Film auf dem gewünschten
Substrat ab, das sich normalerweise nahe an der Anode befindet.
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Zusätzlich zur
Anwendung eines elektrischen Feldes wurden erhöhte Sputter-Raten durch die
gleichzeitige Anwendung eines bogenförmigen magnetischen Feldes
erreicht, das über
dem elektrischen Feld gelagert wird und in einer geschlossenen Schleifenkonfiguration über der
Oberfläche
des Targets ausgebildet ist. Diese Verfahren sind als Magnetron-Sputterverfahren
bekannt. Das bogenförmige magnetische
Feld fängt
Elektronen in einem ringförmigen
Bereich ein, der zur Target-Oberfläche benachbart ist, wodurch
die Anzahl von Kollisionen der Elektronen und Gasatome in dem Bereich
erhöht wird,
um einen Anstieg der Anzahl von positiven Gas-Ionen, die auf das
Target auftreffen, in dem Gebiet zu erzeugen, so dass das Target-Material
herausgerissen wird. Demzufolge wird das Target-Material in einem
im Allgemeinen ringförmigen
Abschnitt der Target-Fläche
abgetragen, die als Target-Leitungskanal
bekannt ist.
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Bei
einer herkömmlichen
Target-Katodenanordnung wird das Target an einer einzelnen Verbindungsfläche mit
einer nicht magnetischen Trägerplatte
verbunden, um eine parallele Grenzfläche in der Anordnung zu bilden.
Die Trägerplatte
wird verwendet, um eine Einrichtung zum Halten der Target-Anordnung in der
Sputter-Kammer und eine strukturelle Stabilität für die Target-Anordnung bereitzustellen. Außerdem ist
die Trägerplatte
normalerweise wassergekühlt,
um die durch den Ionenbeschuss des Targets erzeugte Wärme abzuführen. Unter
der Trägerplatte
sind in gut definierten Positionen typischerweise Magnete angeordnet,
um das oben erwähnte magnetische
Feld in der Form einer Schleife oder eines Tunnels zu bilden, das
sich um die freiliege Fläche
des Targets erstreckt.
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Um
einen guten thermischen und elektrischen Kontakt zwischen dem Target
und der Trägerplatte
zu erreichen, werden diese Elemente gewöhnlich durch Löten, Hartlöten, Diffusionsverbinden,
mechanisches Befestigen oder Epoxid-Verbinden aneinander angebracht.
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Bis
zu einem gewissen Ausmaß können Weichlote
die auf die Target/Trägerplatten-Anordnung
ausgeübten
Spannungen aufnehmen, die beim Abkühlen auftreten. Lötverbindungen
von Materialien mit stark unterschiedlichen Wärme-Ausdehnungsraten sind jedoch
für einen
Schubbruch anfällig,
der an den äußersten
Rändern
der Bindungs-Grenzfläche einsetzt,
wenn das Lot für
die Anwendung zu weich ist. Das gewöhnlich erfahrene Ergebnis ist
ein Ablösen
während
der Verwendung. Um das Problem zum Verbinden eines oder mehrerer
nicht benetzbarer Materialien durch Löten zu überwinden, wird eine Vorbeschichtung
mit einem Metall verwendet, um die Lötbarkeit zu verbessern. Diese
Beschichtungen können
durch Galvanisieren, Sputtern oder andere herkömmliche Mittel aufgetragen
werden. Dieser Bedarf für
Zwischenbeschichtungen, die auf die Materialien für das Target
und die Trägerplatte
aufgetragen werden, die schwer zu benetzen und zu verlöten sind,
stellen Probleme dar, die die Zuverlässigkeit des Haftvermögens der
aufgetragenen Beschichtung und wesentliche zusätzliche Kosten zum Auftragen der
Beschichtung aufweisen. Des Weiteren verringern die relativ niedrigen
Verbindungstemperaturen, die mit dem "Weichlöten" verbunden sind, den Temperaturbereich,
mit dem das Target während
des Sputterns behandelt werden kann.
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Die
Lote mit höheren
Schmelztemperaturen für
Hochleistungsanwendungen sind stärker,
aber bei den Spannungen, die sich im System der Materialien entwickeln,
weit weniger gutmütig.
Targets mit einer großen
Größe stellen
größere Spannungsprobleme sowie
größere Schwierigkeiten
beim Herstellen von Schallverbindungen über die gesamte Verbindungsfläche dar.
Wenn die Größe der Targets
und die Leistungsanforderungen steigen, werden Weichlote zum Verbinden
der involvierten Materialsysteme weniger anwendbar.
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Das
Diffusionsverbinden glatter Oberflächen ist ein anwendbares Verfahren
zum Verbinden, findet aber nur begrenzte Anwendung bei der Verbindung von
Komponenten der Targets. Die Verbindung wird durch Pressen der Materialflächen in
innigem Kontakt hergestellt, wobei Wärme zugeführt wird, um eine metallurgische
Verbindung und eine Diffusion in einem sich verändernden Ausmaß über die
Verbindungsfläche
hervorzurufen. Manchmal werden auf einer oder beiden der zu verbindenden
Oberflächen Bindungshilfsmittel,
Metallkombinationen, die einfacher verbunden werden, angewandt.
Solche Beschichtungen können
durch Galvanisieren, stromlose Plattierung, Sputtern, Aufdampfung
oder andere geeignete Verfahren aufgetragen werden, um einen haftenden
Metallfilm aufzubringen. Es ist auch möglich, eine Metallfolie zwischen
den Verbindungselementen aufzunehmen, die die Fähigkeit hat, sich leichter
mit einem der zu verbindenden Materialien verbinden zu lassen. Die
zu verbindenden Oberflächen
werden durch chemische oder andere Mittel vorbereitet, um Oxide
oder deren chemische Filme zu entfernen, die das Verbinden behindern.
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Das
Diffusionsverbinden glatter Flächen
erfordert äußerste Sorgfalt
bei der Vorbereitung und der Aufrechterhaltung der Oberflächensauberkeit
vor und während
des Verbindungsvorganges, um zuverlässige Verbindungsqualitäten zu gewährleisten.
Da die Diffusionsbindungs-Grenzflächen eben sind, sind sie bei
einem einfachen Schub einer Beanspruchung ausgesetzt, die gewöhnlich zu
einem Ablösen
der Enden des Verbindungsbereiches führt. Die Bildung von spröden intermetallischen
Verbindungen an der Verbindungsfläche, deren Dicke mit der zugehörigen langen
Dauer der Wärmeeinwirkung
zunimmt, wird einem möglichen
Verbindungs-Schubbruch hinzugefügt.
Ein zusätzliches
Verfahren zum Verbinden, wie es in US-A-5 230 459 beschrieben ist,
weist einen Vorverbindungsschritt zur Bereitstellung von in die Oberfläche einer
der Komponenten eingearbeiteten Nuten auf, die als Festkörper verbunden
werden. Dieses Merkmal verursacht ein Zerreißen der Verbindungsfläche der
zugehörigen
Komponenten während des
Aufbringens von Wärmedruck.
Das Material mit der größeren Festigkeit
oder Härte
wird normalerweise mit den Nuten versehen, so dass es während des Verbindens
in das weichere Element eindringt, wobei das weichere Metall die
Nuten im Wesentlichen füllt.
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Das
Nut-Verbinden ist auf das Verbinden vieler verschiedenartiger Materialien
anwendbar, ist aber auf Materialien begrenzt, die verschiedenartige Schmelztemperaturen
haben, da der Vorgang in der Nähe
der Schmelztemperaturen der Legierung mit dem niedrigeren Schmelzpunkt
stattfinden muss. Dies schließt
die Anwendung dieses Verfahrens für ähnliche Metalle aus. Es ist
auch möglich,
dass der Sägezahn-Charakter
der Nuten als ein Spannungs-Konzentrator wirken und ein vorzeitiges
Reißen
in der Legierung in der Nähe
der Verbindungen fördern
kann. Darüber
hinaus ist die Bearbeitung der Nuten ein zeitraubender Vorgang.
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In
US-A-5 836 506, hier durch Bezug in seiner Gesamtheit enthalten,
wird ein Verfahren zum Durchführen
einer Oberflächen-Aufraubehandlung der
Verbindungsfläche
des Targets und/oder der Trägerplatte
offenbart, dem ein Festkörper-Verbinden folgt.
Diese Aufrau-Oberflächenbehandlung
stellt 100% Oberflächenverbindung
im Vergleich zu 99% Oberflächenverbindung
in Ermangelung der Oberflächenbehandlung
bereit. Die Behandlung stellt des Weiteren eine Verbindung mit mehr
als den Zweifachen der Zugfestigkeit einer Verbindung be reit, die aus
nicht behandelten glatten Oberflächen
gebildet ist.
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Bei
jedem der oben genannten Verbindungsverfahren werden erhöhte Temperaturen
mit variierender Gradzahl angewandt, um die Verbindung zwischen
dem Target und der Trägerplatte
zu bilden. Damit ist es bei jedem dieser Verfahren wahrscheinlicher,
dass Änderungen
der Mikrostrukturen der Target- und Trägerplatten-Materialien auftreten,
da ein längeres
Aussetzen der Metalle den erhöhten
Temperaturen ein Kornwachstum verursacht. Es wurden bei dieser Technik
große
Schritte unternommen, um Rohlinge von Targets zu bearbeiten, um
bestimmte Mikrostrukturen zu erhalten, die mit einer erhöhten Sputter-Effizienz
und einer verbesserten Qualität
des dünnen
Films verbunden sind. Nachdem eine gewünschte Mikrostruktur im Target
erreicht wurde, besteht die Gefahr, dass sie sich durch die Verbindungsverfahren
bei erhöhten
Temperaturen zum Befestigen des Targets auf der Trägerplatte ändert.
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Überdies
sind die herkömmlichen
Target-Katodenanordnungen, ungeachtet dessen, welches der oben beschriebenen
Verbindungsverfahren verwendet wird, mit Bezug auf die Dicke des
Target-Materials begrenzt, das verwendet werden kann, um den Gesamt-Standardmaßen der
Anordnung zu genügen,
wie sie von der Industrie verwendet und verstanden werden. Die Dicke
des Targets, rechtwinklig zu seiner Sputter-Oberfläche gemessen,
plus die Dicke der Trägerplatte
und die Dicke der Trägerplatte
an ihrem Rand, in der gleichen Richtung wie die des Targets gemessen,
werden durch die Industrie festgelegt. Ein Anstieg der Dicke des
Targets würde
die Dicke der Gesamtanordnung zu groß machen. Dünne Targets stellen weniger
Material zum Sputtern bereit und müssen daher häufig ausgetauscht
werden. Bemühungen,
eine größere Target-Dicke
ohne Änderung
der von der Industrie akzeptierten Maße zu bewerkstelligen, haben
sich als kostspielig und uneffektiv erwie sen. Zum Beispiel können die
Trägerplatte und
das Target eine einteilige Konstruktion sein, die lediglich aus
Target-Material
besteht. Dadurch ist mehr Target-Material zum Sputtern verfügbar, wobei die
Häufigkeit
gesenkt wird, mit der die Targets ausgetauscht werden müssen. Das
Target-Material ist jedoch im Allgemeinen teuer. Es ist damit vom
Standpunkt der Materialkosten her gesehen vorzuziehen, eine zweiteilige
Konstruktion mit der Trägerplatte
bereitzustellen, die aus einem weniger teuren Material hergestellt
ist.
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Im
US-Patent mit dem Anmelde-Aktenzeichen 09/172 311, das eine teilweise
Fortführung
von US-A-5 836 506 ist, wird eine Oberflächen-Aufraubehandlung auf Seiten-
und Bodenflächen
des Targets angewandt, gefolgt von einem Festkörper-Verbinden, speziell einem isostatischen
Heißpressen,
des Targets in eine Aussparung, die in der Trägerplatte ausgebildet ist.
Durch das Einbetten des Targets in die Trägerplatte berücksichtigt
dieses Verfahren einen Anstieg der Target-Dicke ohne Änderung
der festen Maße
der Target/Trägerplatten-Anordnung,
die durch Industriestandards gefordert wird. Um dies jedoch auszuführen, werden
erhöhte
Temperaturen für
eine Zeit angewandt, die ausreicht, um die Mikrostrukturen der Materialien
der Anordnung zu ändern.
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Es
ist daher wünschenswert,
ein Verfahren zum Erzeugen einer Verbindung mit hoher Festigkeit zwischen
einem Target und einer Trägerplatte
zu entwickeln, ohne die mikrostrukturellen Eigenschaften des Targets
zu beeinträchtigen,
die bei der vorherigen Bearbeitung erreicht wurden.
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Es
ist weiterhin wünschenswert,
ein derartiges Verbindungsverfahren zu erzeugen, das ferner den
Anstieg der Target-Dicke innerhalb der Gesamt-Standardmaße für Target/Trägerplatten-Anordnungen
berücksichtigt.
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JP-A-04-143
268 offenbart ein Verfahren zum Bilden einer Target/Trägerplatten-Anordnung,
in der das Target und die Trägerplatte
durch Explosion verbunden werden, wobei ein Teil des Targets dann entfernt
wird, um eine saubere Oberfläche
freizulegen.
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Gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung wird eine verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung
durch Explosionsverbinden eines Targets auf einer Trägerplatte
gebildet, um eine starke atomare Bindung ohne Änderung der vorherigen Mikrostruktur
des Targets und der Trägerplatte
zu bilden. Gemäß weiterer
Grundsätze
der vorliegenden Erfindung wird eine Target/Trägerplatten-Anordnung mit verlängerter
Lebensdauer in Verbindung mit den Grundsätzen des Explosionsverbindens
gebildet.
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Es
wird ein Verfahren zum Bilden verbundener Target/Trägerplatten-Anordnungen
bereitgestellt, in denen eine starke Bindung zwischen dem Target und
der Trägerplatte
gebildet wird, ohne die Mikrostruktur und die Eigenschaften des
Materials, das das Target und die Trägerplatte umfasst, im Wesentlichen
zu ändern.
Aus diesem Grund und gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung werden ein Target und eine Trägerplatte
in enger Nähe
zueinander angeordnet und durch Explosion verbunden, indem das Target
und/oder die Trägerplatte
zueinander durch eine oder mehrere kontrollierte Detonationen beschleunigt
werden, um eine atomare Bindung an der Grenzfläche zwischen dem Target und
der Trägerplatte
zu bilden. Die nicht verbundenen Flächen des Targets und der Trägerplatte
werden dann bearbeitet, um die endgültigen Maße der Anordnung zu erhalten.
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Wo
der Target-Durchmesser und der Trägerplatten-Durchmesser gleich
sind, wird ein äußerer Seitenbereich
des Targets nach dem Verbinden weg bearbeitet, um einen unteren
Flanschbereich zum Befestigen der Target/Trägerplatten-Anordnung in der Beschichtungskammer
zu bilden.
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Das
Target wird nach unten auf eine Tiefe über der Bindungs-Grenzfläche bearbeitet,
so dass der untere Flanschbereich aus einem Teil Target- und einem
Teil Trägerplatten-Material besteht,
das durch die Bindungs-Grenzfläche
getrennt ist. Die Nutzungsdauer des Targets wird durch das effektive
Erhöhen
der Target-Dicke erhöht,
wobei damit eine Target/Trägerplatten-Anordnung
mit verlängerter
Lebensdauer bereitgestellt wird, während die Gesamt-Standardmaße noch
aufrechterhalten werden.
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Wo
das mit der Trägerplatte
zu verbindende Target einen kleineren Durchmesser hat als die Trägerplatte,
kann ein Ring um das Target angeordnet werden, so dass die Verbindungsfläche des
Targets plus Ring der Verbindungsfläche der Trägerplatte entspricht. Nach
der Explosions-Verbindung kann der Ring dann weg bearbeitet werden,
wobei ein unterer Flanschbereich zurückbleibt, der aus Trägerplatten-Material
besteht, um die Anordnung in der Beschichtungskammer zu befestigen.
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Damit
wird ein Verfahren zum Verbinden eines Targets auf einer Trägerplatte
bereitgestellt, wobei das Verbindungsverfahren eine starke atomare Bindung
bilden, ohne die Mikrostruktur der zu verbindenden Materialien oder
deren metallurgischen und mechanischen Eigenschaften im Wesentlichen
zu beeinflussen, und in einigen Fällen die Lebensdauer des Targets
erhöhen
kann.
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Die
Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
weiter beschrieben, in denen zeigen:
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1 einen
diagrammatischen Querschnitt, der ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Targets und einer Trägerplatte
vor dem Verbinden darstellt;
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2 einen
diagrammatischen Querschnitt, der einen Target und eine Trägerplatte
beim Vorgang des Verbindens darstellt;
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3 eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts 2 in 2;
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4 einen
diagrammatischen Querschnitt, der eine verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung
des ersten Ausführungsbeispiels
darstellt;
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5 einen
diagrammatischen Querschnitt, der ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Targets und einer Trägerplatte
vor dem Verbinden darstellt;
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6 einen
diagrammatischen Querschnitt, der eine verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung
des zweiten Ausführungsbeispiels
darstellt;
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7 einen
diagrammatischen Querschnitt, der eine verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung
des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels darstellt,
die auf die endgültigen
Maße bearbeitet sind;
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8 eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts 8 in 7;
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9 einen
diagrammatischen Querschnitt, der eine verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung
mit verlängerter
Lebensdauer des ersten Ausführungsbeispiels
darstellt, die auf endgültige
Maße bearbeitet
ist; und
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10 eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts 10 in 9.
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Mit
Bezug auf 1 kann ein Target-Rohling 10 durch
Explosion auf einer Trägerplatte 12 verbunden
werden. Aus diesem Grund wird eine untere Verbindungsfläche 14 des
Target-Rohlings 10 in enger Nähe mit einer oberen Verbindungsfläche 16 der
Trägerplatte 12 angeordnet.
Mit enger Nähe
ist gemeint, dass es einen kleinen Abstandsraum 18 zwischen den
Oberflächen 14 und 16 gibt.
Abstandvorrichtungen 19 wie dünne Metalldrähte und
Schaumstoffblöcke
werden verwendet, um den Abstandsraum zu bilden und werden dann
vom System während
des Verbindens einfach ausgestoßen.
Die untere Verbindungsfläche 14 und
die obere Verbindungsfläche 16 bilden
zusammen die Bindungs-Grenzfläche 20 für den Target-Rohling 10 und
die Trägerplatte 20.
Um eine atomare Bindung an der Bindungs-Grenzfläche 20 zu bilden,
werden eine oder mehrere kontrollierte Detonationen erzeugt, um
wenigstens eine der Oberflächen 14 und 16 zur
anderen zu beschleunigen. Dies wird durchgeführt, indem Explosivstoffe 22,
im Allgemeinen eine gekörnte
oder flüssige
explosive Substanz, die in einem Behälter- oder Kastenaufbau enthalten
ist, über
dem Target 10, unter der Trägerplatte 12 oder
beiden angeordnet wird.
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2 und
die vergrößerte Ansicht
von 3 stellen ein Ausführungsbeispiel des Explosions-Verbindungsverfahrens
dar, während
es stattfindet. Es findet eine fortschreitende Detonation von Explosivstoffen 22 über dem
Target 10 von einer Seite des Targets 10 zur anderen
statt, wie durch den Pfeil gezeigt wird, wobei die Kraft, die durch
die Detonationsprodukte 24 wie expandierendes Gas erzeugt
wird, die Target-Fläche 14 zur
Fläche 16 der
Trägerplatte beschleunigt,
um die Bindungs-Grenzfläche 20 zu
erzeugen. Dadurch wird zwischen dem Target 10 und der Trägerplatte 12 ein
Plasmastrahl 26 erzeugt, der die Abstandvorrichtungen 19 aus
dem System ausstößt.
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Der
erforderliche Detonationsbereich zum Explosionsverbinden befindet
sich an oder unter dem der meisten kommerziell hergestellten Explosivstoffe.
Geeignete Detonationseigenschaften können durch einen oder eine
Kombination von gewerblichen Explosivstoffen wie Amatol, Dynamit
oder NCN erreicht werden. Aufgrund der Geräusche und der Vibrationen,
die durch dieses Verbindungsverfahren erzeugt werden, sollte der
Vorgang an einem entfernt gelegenen geografischen Ort, einer Mine
oder einem Bunker, oder in einer Brennkammer oder einer Unterdruckkammer
durchgeführt
werden.
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Nachdem
die Detonation beendet ist, gibt es eine verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung 30 gemäß 4 mit
einem Target 10, das an der Grenzfläche 20 auf der Trägerplatte 12 verbunden
ist. Die Bindungs-Grenzfläche 20 hat
infolge des Explosions-Verbindungsverfahrens eine wellenförmige Morphologie.
Zwischen dem Target 10 und der Trägerplatte 12 wird
eine starke atomare/metallurgische Bindung gebildet, wobei sich
aber keine Änderung der
metallurgischen Eigenschaften der Target- oder Trägerplatten-Materialien
ergibt, außer
der örtlichen Verformung,
die der wellenförmigen
Bindungs-Grenzfläche 20 zu
eigen ist. Das Explosions-Verbindungsverfahren findet bei nicht
erhöhten Temperaturen
statt, wobei die durch den Vorgang erzeugte Wärme für eine Zeit erzeugt wird, die
für eine Wärmeübertragung
auf die Komponenten der Träger-
und Target-Metalle nicht ausreichend ist und es daher keinen nennenswerten
Temperaturanstieg in den Träger-
und Target-Metallen gibt, um ein Kornwachstum zu erzeugen.
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Mit
Bezug auf 5 wird ein alternatives Ausführungsbeispiel
bereitgestellt, in dem der Target-Rohling 10 kleiner ist
als der Durchmesser der Trägerplatte 12.
Während
des Explosions-Verbindungsverfahrens kann eine freiliegende obere
Fläche
der Trägerplatte 12 eine
Beschädigung
erleiden, wo der Target-Rohling 10 kleiner ist als die
Trägerplatte 12.
Damit wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein
Ring 32 um den Target 10 herum angeordnet, um den
Durchmesser der unteren Verbindungsfläche 14 wirksam zu
erhöhen,
so dass er mit dem der oberen Verbindungsfläche 16 der Trägerplatte 12 zusammenpasst.
Der Target-Rohling 10 plus Ring 32 werden dann
in enger Nähe
zur oberen Verbindungsfläche 16 der
Trägerplatte 12 angeordnet,
wobei eine explosive Substanz 22 wie oben be schrieben detoniert,
um eine verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung 34 gemäß 6 zu
bilden.
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Nach
dem Schritt zur Explosionsverbindung muss die verbundene Target/Trägerplatten-Anordnung 30 oder 34 auf
die endgültigen
Maße gemäß 7 zum
Einsetzen in eine Sputter-Beschichtungskammer
(nicht dargestellt) bearbeitet werden. Das Ausbilden der verbundenen
und bearbeiteten Anordnung 36 schließt typischerweise das Wegbearbeiten eines
Teils des Target-Rohlings 10 von seiner oberen Fläche 38,
wie in 7 phantomhaft dargestellt ist, um eine Sputter-Oberfläche 39 zu
bilden, und auch das Wegbearbeiten eines Teils der Trägerplatte 12 von
seiner unteren Fläche 40 ein,
wie ebenfalls in 7 phantomhaft dargestellt ist,
um eine bearbeitete untere Fläche 41 zu
bilden. Die Dicke T von der Sputter-Oberfläche 39 zur bearbeiteten
unteren Fläche 41 der
Trägerplatte 12 ist
ein festes Maß,
das gemäß den Industriestandards
festgelegt wird. Das Bearbeiten auf endgültige Maße beinhaltet des Weiteren
die Bildung eines unteren Umfangsflansches 42, damit die
verbundene und bearbeitete Anordnung 36 zum Beispiel durch
Einklemmen oder Schraubenbefestigung in einer Sputter-Beschichtungskammer
in der umgekehrten Position befestigt werden kann. In 7 besteht
der untere Umfangsflansch 42 aus dem äußeren Randbereich der Trägerplatte 12,
die freiliegt, um den Flansch entweder durch Wegbearbeiten eines äußeren Teils
des Seitenrands des Target-Rohlings 10 wie
im Fall von 4, wo der Target-Durchmesser
dem Trägerplatten-Durchmesser entspricht,
oder durch Wegbearbeiten des Rings 32 wie im Fall von 6 zu
bilden, wo der Target-Durchmesser kleiner ist als der Trägerplatten-Durchmesser. In jedem
Ausführungsbeispiel
erfordert das Ausbilden des Flansches 42 eine Präzisionsbearbeitung, um
die Bindungs-Grenzfläche 20 örtliche
festzulegen. Die Höhe
H des Flansches 42 ist ebenfalls ein festes Maß, das durch
Indu striestandards festgelegt wird. Das gezeigte und in 7 beschriebene
Ausführungsbeispiel
ist in der Konfiguration zu den Target/Trägerplatten-Anordnungen nach
dem Stand der Technik ähnlich,
wo der äußere Bereich
der Trägerplatte
als der Flansch dient, außer
dass eine äußerst starke
Bindung durch die vorliegende Erfindung zwischen den Komponenten
der Anordnung erzeugt wird, ohne die Mikrostruktur der Komponentenmaterialien
zu beeinflussen.
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Mit
Bezug auf 8 wird eine vergrößerte Ansicht
der verbundenen und bearbeiteten Anordnung 36 von 7 gezeigt.
Das Explosions-Verbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt eine
wellenförmige
Bindungs-Grenzfläche 20 mit
einer Amplitude A der Wellen, die ungefähr 1,0–1,5 mm der üblichen
Target/Trägerplatten-Anordnungen
beträgt.
Während
des Beschichtungsverfahrens ist es unerwünscht, durchgängig durch
das Target zu sputtern, d. h. ein Loch durch das Target 10 zur
Trägerplatte 12 zu
sputtern. Bei einer typischen Target/Trägerplatten-Anordnung kann das
Target auf eine typische horizontale Bindungs-Grenzfläche 46,
phantomhaft dargestellt, oder auf eine Tiefe direkt über der Grenzfläche 46 vor
dem Durchschlagen der Trägerplatte
herunter gesputtert werden. In einer durch Explosion verbundenen
Anordnung der vorliegenden Erfindung wie die Anordnung 36,
die in 8 vergrößert dargestellt
ist, wird die Tiefe D, auf die das Target gesputtert werden kann,
durch die Amplitude A der wellenförmigen Bindungs-Grenzfläche 20 begrenzt. Damit
ist bei einer durch Explosion verbundenen Target/Trägerplatten-Anordnung
die maximale Tiefe D, auf die das Target 10 gesputtert
werden kann, vor dem Durchschlagen zur Trägerplatte 12 die obere Seite 48 der
Welle der Grenzfläche 20 oder
direkt über
der Welle. Im Vergleich zu den horizontalen Bindungs-Grenzflächen, wie
sie in 8 phantomhaft dargestellt sind, ist es offensichtlich,
dass die Menge des nutz baren Target-Materials, die ungefähr der Amplitude
A der Welle entspricht, eingebüßt wird,
um eine starke atomare Bindung zu erzielen und die Mikrostruktur
des Target- und des Trägerplatten-Materials
aufrechtzuerhalten.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel der
verbundenen und bearbeiteten Anordnung 50 der vorliegenden
Erfindung wird beim Bearbeiten der Target/Trägerplatten-Anordnung 30 von 4 ein großer Teil
der Trägerplatte 12 von
der Unterseite 40 (phantomhaft dargestellt) der Trägerplatte 12 entfernt,
um die bearbeitete untere Fläche 41 zu
bilden, wobei auch ein Teil von der Oberseite 38 des Targets 10 entfernt
wird, um die Sputter-Fläche 39 zu
bilden. Zusätzlich
wird ein äußerer Teil
vom Seitenrand des Target-Rohlings 10 entfernt, um einen
unteren Umfangsflansch 52 mit einer Höhe H zu erzeugen, die aus einem
oberen Teil 54 des Target-Materials und einem unteren Teil 56 des
Trägerplatten-Materials besteht,
die durch die Bindungs-Grenzfläche 20 getrennt
sind. Die Höhe
H des Flansches 52 entspricht der Höhe H des Flansches 42 in 7,
wobei damit beide Ausführungsbeispiele
den Industrie-Standardmaßen
entsprechen. Gemäß 9 und
der vergrößerten Ansicht
von 10 ist die maximale Tiefe D', auf die das Target 10 gesputtert
werden kann, vor dem Durchschlagen zur Trägerplatte 12 die obere Seite 48 der
Welle der Grenzfläche 20 oder
direkt über
der Welle. Diese maximale Tiefe D' ist in 10 jedoch
größer als
die maximale Tiefe D bei dem Ausführungsbeispiel in 8.
Damit kann das Target 10 bei dem Ausführungsbeispiel von 9 und 10 auf
eine größere Tiefe
und daher für
eine längere Zeitdauer
vor dem Durchschlagen zum Trägerplatten-Material
gesputtert werden. Tatsächlich
wurde die Bindungs-Grenzfläche 20 bei
der verbundenen und bearbeiteten Target/Trägerplatten-Anordnung 50 so
nach unten verschoben, dass sie im Wesentlichen eine Dicke des Targets 10 erzeugt,
die eine längere Zeitdauer
gesputtert werden kann. So wird durch das Verschieben der Bindungs-Grenzfläche 20 zur
Unterseite der Anordnung 50 eine Target/Trägerplatten-Anordnung
mit einer verlängerten
Lebensdauer gebildet. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht den Industrie-Standardmaßen, wobei
dennoch die Verwendung von weniger kostspieligen Trägerplatten-Material für einen
Teil der Anordnung ermöglicht wird.
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Während die
vorliegende Erfindung durch die Beschreibung von deren Ausführungsbeispielen veranschaulicht
wurde und während
die Ausführungsbeispiele
in beträchtlicher
Ausführlichkeit
beschrieben wurden, werden zusätzliche
Vorteile und Modifikationen für
den Fachmann ohne weiteres sichtbar.