FR2745010A1

FR2745010A1 - Cathodic sputtering target of tubular shape

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Publication number: FR2745010A1
Application number: FR9602288A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1996-02-20
Publication date: 1997-08-22
Anticipated expiration: 2016-02-20
Also published as: FR2745010B1

Abstract

A tubular cathodic sputtering target consists of several longitudinal plates held flat against a supporting cathode tube to form a cylinder of right polygonal cross-section. Preferably, the target has \-2 plates, e.g. 6 plates to form a hexagonal cross-section, and rows of two or more plates may be used when the length of the target exceeds that of the plates. The resulting cylindrical target may be converted from a right polygonal cross-section to a right circular cross-section by a machining method such as turning, truing, electro-erosion or grinding.

Description

L'invention conceme une cible de pulvérisation cathodique utilisée, comme matière consommable dans la fabrication de couches minces. La cible de forme tubulaire est faite d'un assemblage de plaques permettant son bon fonctionnement tout en étant comparativement aux méthodes classiques d'une réalisation facile et peu couteuse. The invention relates to a sputtering target used, as consumable material in the manufacture of thin layers. The target of tubular shape is made of an assembly of plates allowing its good functioning while being compared to the conventional methods of an easy and inexpensive realization.

Le domaine technique est celui de la fabrication de dépôts en couches minces réalisés par le procédé de pulvérisation cathodique ou magnétron. Ce procédé est actuellement bien connu et largement répandu dans l'industrie, principalement dans le domaine de l'électronique des revêtements durs des verres spéciaux isolants et autres, de la décoration, de l'opto électronique etc. The technical field is that of the production of deposits in thin layers produced by the sputtering or magnetron sputtering process. This process is currently well known and widely used in the industry, mainly in the field of electronics for hard coatings of special insulating and other glasses, decoration, optoelectronics, etc.

La figure 1 montre un dispositif classique connu sous la dénomination de planar magnétron. Une chambre fermée (1) peut être mise sous vide par les pompes convenables, par exemple sous un vide de 10-6 mB ou milli Bars. On introduit dans ladite chambre un gaz inerte ou réactif soit par exemple argon ou mélange argon-oxygène ou encore azote jusqu'à concurrence d'une pression de 10-3 mB. La cible (2) qui constitue la matière à déposer est fixée sur le magnétron (3) d'une manière telle que le contact avec celui permette une bonne qualité de conductivité thermique et électrique. Le magnétron (3) contient des aimants (4) et est refroidi par une circulation d'eau. Le substrat à revêtir (5) est présenté sur l'anode (6). Quand on établit une forte différence de potentiel électrique entre la cathode et l'anode par exemple 400 volts, le gaz s'ionise dans l'espace qui les sépare. Les ions frappent la cible dont ils détachent des micro particules qui se déposent sur le substrat. Selon que la cible est conductrice ou non, il est utilisé du courant continu avec amorçage haute fréquence ou du courant haute fréquence dit RF.FIG. 1 shows a conventional device known under the name of planar magnetron. A closed chamber (1) can be evacuated by suitable pumps, for example under a vacuum of 10-6 mB or milli Bars. An inert or reactive gas is introduced into said chamber, for example argon or an argon-oxygen mixture or else nitrogen up to a pressure of 10-3 mB. The target (2) which constitutes the material to be deposited is fixed on the magnetron (3) in such a way that contact with it allows good quality of thermal and electrical conductivity. The magnetron (3) contains magnets (4) and is cooled by a circulation of water. The substrate to be coated (5) is presented on the anode (6). When a strong difference in electrical potential is established between the cathode and the anode, for example 400 volts, the gas ionizes in the space which separates them. The ions strike the target from which they detach micro particles which are deposited on the substrate. Depending on whether the target is conductive or not, direct current with high frequency ignition or high frequency current called RF is used.

La figure 2 montre une variante dans laquelle la cathode (3) et la cible (2) ont une forme tubulaire. Le principe est le même. La cathode tubulaire (3) contient les aimants (4) et est également refroidie par eau. Anode (6) et substrat (5) sont autour de la cathode. Dans certaines machines les substrats tournent autour de la cathode, dans d'autres la cathode toume sur elle-même. Figure 2 shows a variant in which the cathode (3) and the target (2) have a tubular shape. The principle is the same. The tubular cathode (3) contains the magnets (4) and is also cooled by water. Anode (6) and substrate (5) are around the cathode. In some machines the substrates rotate around the cathode, in others the cathode turns on itself.

Ces deux formes soit la forme dite planar et la forme tubulaire sont les plus répandues mais il en existe d'autre en général dérivées de ces deux premières. II existe des cibles coniques dérivées plutôt des tubulaires, et diverses formes dérivées des cibles plates. These two forms, the so-called planar form and the tubular form, are the most widespread, but there are others generally derived from these first two. There are conical targets derived rather from tubulars, and various shapes derived from flat targets.

Le procédé de pulvérisation cathodique permettant de déposer de très nombreux matériaux conducteurs ou non de l'électricité, les méthodes de fabrication des cibles plates dites planar sont variées. Certains métaux comme l'acier inoxydable, I'aluminium, le titane, les métaux précieux peuvent être approvisionnés sous forme de tôles, de lingots ou autres et être usinés par des moyens classiques puis fixés par vissage, brasage, collage sur une contreplaque ou directement sur le magnétron. Certains alliages sont fondus de préférence sous vide. Beaucoup d'alliages durs ou complexes sont réalisés à partir de métallurgie des poudres par pressage suivi de frittage, par compression isostatique à chaud souvent connue le pseudonyme HIP, par pressage à chaud et toute autre méthode connue de l'homme de l'art. Les céramiques et les cermets ou métal-céramique sont le plus souvent obtenus par métallurgie des poudres. Since the sputtering process makes it possible to deposit a large number of materials which may or may not conduct electricity, the methods of manufacturing flat targets known as planar are varied. Certain metals such as stainless steel, aluminum, titanium, precious metals can be supplied in the form of sheets, ingots or other and be machined by conventional means and then fixed by screwing, brazing, gluing on a plywood or directly on the magnetron. Certain alloys are preferably melted under vacuum. Many hard or complex alloys are made from powder metallurgy by pressing followed by sintering, by hot isostatic compression often known as HIP, by hot pressing and any other method known to those skilled in the art. Ceramics and cermets or metal-ceramics are most often obtained by powder metallurgy.

Dans le cas des cibles tubulaires de grandes dimensions, certaines cibles sont très chères à fabriquer; d'autres sont impossibles. Si on ne peut pas acheter ou couler directement des tubes comme c'est le cas d'une part pour les métaux et alliages courants comme acier, inconel, titane etc. d'une part et étain par exemple d'autre part, on en est souvent réduit à des expédients onéreux ou on ne peut utiliser ce type de machine pourtant souvent supérieur à certains égards et pour certaines applications. La cathode étant souvent constituée d'un tube normalisé en acier inoxydable par exemple, on dépose le matériau de la cible sur ce tube par divers procédés qui vont du plasma à l'électrolyse. Les caractéristiques sont souvent faibles dues à une faible adhérence, à une porosité importante, à une faible épaisseur du dit dépôt etc. Quelquefois, il est possible de faire par pressage isostatique à chaud ou HIP, un gros bloc que l'on peut forer pour faire le tube ou, ce qui est délicat, presser la poudre sur un noyau pour économiser une matière chère, des temps d'usinage importants etc. In the case of large tubular targets, some targets are very expensive to manufacture; others are impossible. If you cannot buy or directly pour tubes as is the case on the one hand for common metals and alloys like steel, inconel, titanium etc. on the one hand and tin for example on the other hand, it is often reduced to expensive expedients or one cannot use this type of machine which is however often superior in certain respects and for certain applications. Since the cathode is often made up of a standard stainless steel tube, the target material is deposited on this tube by various processes ranging from plasma to electrolysis. The characteristics are often weak due to low adhesion, high porosity, a small thickness of said deposit etc. Sometimes it is possible to make by large isostatic hot pressing or HIP, a large block that can be drilled to make the tube or, which is delicate, press the powder on a core to save expensive material, time d important machining etc.

Le procédé selon l'invention consiste à utiliser un tube cathode classique comme montré par la figure (3). Ce tube peut être par exemple en acier inoxydable ou cuivre ou autre matériau convenable. On fabrique et on usine un nombre convenable de plaques du matériau de cathode similaires en dimensions, fabrication et usinage à des cibles de machine dite planar. Ces plaques (2) sont usinées comme le montre maintenant la figure 4 de la manière suivante. Une face est fraisée ou rectifiée ou sciée pour rester plate (1). La face opposée (2)est usinée par fraisage par exemple sous forme concave. Le rayon de courbure étant égal à celui de l'extérieur du tube cathode (3). Les cotés longitudinaux (4) sont usinés selon un angle égal à 360" divisé par le double du nombre de plaques que l'on veut utiliser pour faire la cathode. Les deux petits cotés opposés (5) ont usinés selon un angle moyen par exemple 450. Une bague inférieure montrée par la figure (3), pièce (3) est faite selon le procédé suivant. Son épaisseur est la même ou est du même ordre que la plaque précédente soit l'épaisseur de la cible planar courante du même matériau. Son diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du tube cathode. Son diamètre extérieur est tel qu'il correspond à l'enveloppe du polygone constitué par les plaques constitutives de la cible comme montré par la figure 3, pièce (3). Elle présente vers le haut un cône intérieur de même angle que celui des extrêmités des plaques comme montré par la figure (3) pièce (3). Les plaques cibles (2) sont présentées verticalement et plantées dans la bague inférieure (3) de façon que leur partie aigue s'enfonce entre le tube cathode et la bague. Les plaques (2) sont plaquées contre le tube (1) et une bague supérieure identique (4) à la bague inférieure (3) est posée audessus et grâce à son cône fixe les dites plaques contre le tube et les immobilise. Ainsi est réalisée une cible tubulaire à partir de tout matériau utilisé pour les cibles plates dites planar. The method according to the invention consists in using a conventional cathode tube as shown in Figure (3). This tube can for example be made of stainless steel or copper or other suitable material. A suitable number of plates of cathode material similar in size, manufacture and machining to so-called planar machine targets are manufactured and machined. These plates (2) are machined as now shown in Figure 4 in the following manner. One side is milled or ground or sawn to remain flat (1). The opposite face (2) is machined by milling, for example in concave form. The radius of curvature being equal to that of the outside of the cathode tube (3). The longitudinal sides (4) are machined at an angle equal to 360 "divided by twice the number of plates that we want to use to make the cathode. The two opposite sides (5) have machined at an average angle for example 450. A lower ring shown in FIG. (3), part (3) is made according to the following process. Its thickness is the same or is of the same order as the preceding plate is the thickness of the current planar target of the same material. Its inside diameter corresponds to the outside diameter of the cathode tube. Its outside diameter is such that it corresponds to the envelope of the polygon formed by the constituent plates of the target as shown in FIG. 3, part (3). the top an inner cone with the same angle as that of the ends of the plates as shown in the figure (3) part (3) .The target plates (2) are presented vertically and planted in the lower ring (3) so that their r acute part is inserted between the cathode tube and the ring. The plates (2) are pressed against the tube (1) and an upper ring identical (4) to the lower ring (3) is placed above and thanks to its fixed cone said plates against the tube and immobilizes them. Thus, a tubular target is produced from any material used for flat targets called planar.

II existe plusieurs variantes du procédé selon l'invention. Si la cathode est utilisée sur toute sa longueur, la bague inférieure et la bague supérieure doivent être réalisées dans le même matériau que la cathode. Mais on a vu que les bagues se tirent de plaques de la même épaisseur que les autres constituants euxmêmes de la même épaisseur que la cible planar correspondante. Si le matériau est suffisament solide pour être utilisé sous forme de plaques mais pas assez pour jouer le rôle mécanique de la bague on fera une bague en métal amagnétique classique acier inoxydable, cuivre... There are several variants of the method according to the invention. If the cathode is used over its entire length, the lower ring and the upper ring must be made of the same material as the cathode. However, we have seen that the rings are drawn from plates of the same thickness as the other constituents themselves of the same thickness as the corresponding planar target. If the material is strong enough to be used in the form of plates but not enough to play the mechanical role of the ring, we will make a classic non-magnetic metal ring made of stainless steel, copper ...

comme montré par la figure 5. Cette partie métallique (1) maintiendra les plaques et la bague en matière cathode fragile sera rapportée par dessus (2) mais ne supportera pas d'efforts mécaniques. On peut utiliser dans ce cas des dispositifs similaires aptes à résoudre le dit problème.as shown in FIG. 5. This metal part (1) will hold the plates and the ring of fragile cathode material will be added over (2) but will not withstand mechanical forces. Similar devices can be used in this case capable of solving the said problem.

II arrive souvent que les moyens dont dispose l'homme de l'art pour fabriquer les plaques utilisées pour les cibles plates ou planar, tels que forge, fonderie sous vide ou gaz inerte, compression isostatique à chaud ou HlP, ne permette qu'une longueur limitée. Cette longueur pour beaucoup de procédés correspond aux moyens existants, fours, presses, enceintes de compression isostatiques à chaud etc... Cette longueur est souvent de l'ordre de 1,2 mètres. Ainsi, on peut à la fois réaliser des cibles planar de cette longueur et des cibles tubulaires selon le procédé selon l'invention de même longueur. Pour les cibles planar de plus grande longueur en matériaux difficiles, on réalise plusieurs morceaux qu'on fixe par les moyens mentionnés plus haut, bout à bout. Dans le cas d'une cible tubulaire de longueur excédent les possibilités de fabrication pour le matériau de la cible on procédéra de la façon suivante illustrée par la figure 6. It often happens that the means available to those skilled in the art for manufacturing the plates used for flat or planar targets, such as forging, vacuum foundry or inert gas, hot isostatic compression or HlP, allow only one limited length. This length for many processes corresponds to existing means, ovens, presses, hot isostatic compression chambers, etc. This length is often of the order of 1.2 meters. Thus, it is possible both to produce planar targets of this length and tubular targets according to the method according to the invention of the same length. For planar targets of longer length in difficult materials, several pieces are made which are fixed by the means mentioned above, end to end. In the case of a tubular target of length exceeding the manufacturing possibilities for the material of the target, the procedure will be as illustrated in FIG. 6.

La bague inférieure (1) est disposée comme indiqué plus haut. Elle est monobloc ou en deux parties comme aussi indiqué plus haut. Un premier jeu de plaques (2) est appliqué comme précédement et est maintenu par une baque intermédiaire (3). Cette bague intermédiaire (3) procède du méme principe que la bague inférieure avec la différence qu'elle est symétrique, c'est à dire qu'elle présente le même cône intérieur vers le bas et vers le haut. De cette manière, quand on la descend le long du tube, elle plaque et applique les plaques de la première rangée. En même temps elle reçoit le jeu de plaques supérieur comme précédement la bague inférieure. On applique de la même façon le jeu de plaques supérieur (4) identique en tous points au jeu de plaques inférieur. The lower ring (1) is arranged as indicated above. It is in one piece or in two parts as also indicated above. A first set of plates (2) is applied as above and is maintained by an intermediate plate (3). This intermediate ring (3) proceeds from the same principle as the lower ring with the difference that it is symmetrical, that is to say that it has the same inner cone downwards and upwards. In this way, when it is lowered along the tube, it plates and applies the plates of the first row. At the same time it receives the upper set of plates as before the lower ring. The upper plate set (4) is applied in the same way in all points to the lower plate set.

Ensuite on place une bague supérieure (5) identique en tous points à la bague inférieure et elle aussi monobloc si elle se trouve hors de la partie utile de la cible ou en deux parties si elle est susceptible d'être usée. Then an upper ring (5) is placed which is identical in all respects to the lower ring and which is also monobloc if it is outside the useful part of the target or in two parts if it is likely to be worn.

Les bagues doivent être immobilisées en translation. La bague inférieure est avantageusement immobilisée avant le montage. Cela peut étre réalisé par tout moyen adapté et bien connu de l'homme de l'art à savoir par exemple un point de soudure, un collage, un vis entre cuir et chair, un jeu de vis de pression... La bague intermédiaire et la bague supérieure ne seront fixées qu'après montage complet et serrage des plaques de cible contre le tube cathode. II arrive que le montage soit purement mécanique. Dans ce cas, après bonne application des plaques contre le tube obtenue en pressant vers le bas les bagues intermédiaire et supérieure, le même procédé mécanique sera utilisé en haut et en bas. The rings must be immobilized in translation. The lower ring is advantageously immobilized before assembly. This can be achieved by any suitable means well known to those skilled in the art, for example a spot of welding, bonding, a screw between leather and flesh, a set of pressure screws ... The intermediate ring and the upper ring will only be fixed after complete assembly and tightening of the target plates against the cathode tube. Sometimes the assembly is purely mechanical. In this case, after correct application of the plates against the tube obtained by pressing the intermediate and upper rings down, the same mechanical process will be used at the top and at the bottom.

Une variante intéressante est celle dans laquelle la conductivité électrique et thermique est assurée par un brasage. Celuici d'ailleurs améliore la liaison mécanique. Dans ce cas, comme le montre la figure 7, le tube par exemple en acier inoxydable sera préparé par exemple par sablage puis recevra une couche fine de nickel (2) ou de cuivre (3) par projection, pulvérisation cathodique ou autre. II sera ensuite étamé de façon classique avec un alliage de brasage (4) bien connu comme indium, indium étain, étainplomb, argent... La face concave des plaques cathodes seront traitées de la même façon. De cette façon, chaque face en contact recevra environ 2 mm d'alliage de brasage. Le montage se fera comme expliqué précédement. An interesting variant is that in which the electrical and thermal conductivity is ensured by soldering. This also improves the mechanical connection. In this case, as shown in FIG. 7, the tube, for example made of stainless steel, will be prepared for example by sandblasting and then will receive a thin layer of nickel (2) or copper (3) by projection, sputtering or the like. It will then be tinned in a conventional manner with a brazing alloy (4) well known as indium, indium tin, tin lead, silver, etc. The concave face of the cathode plates will be treated in the same way. In this way, each face in contact will receive approximately 2 mm of brazing alloy. The assembly will be done as explained above.

L'ensemble monté sera placé dans un four qui sera de préférence sous vide.The assembled assembly will be placed in an oven which will preferably be under vacuum.

Le four chaufera la cible au-dessus de la température de fusion de l'alliage de brasage c'est à dire le plus souvent vers 300"C. A la fusion de l'alliage de brasage, celui sera maintenu par capilarité. Un pression exercée par un simple poids (5) ou un dispositif quelconque approprié sur la bague supérieure appliquera les plaques contre le tube par le jeu des cônes des bagues.The furnace will heat the target above the melting temperature of the brazing alloy, that is to say more often around 300 "C. When the brazing alloy melts, it will be maintained by capillary action. exercised by a simple weight (5) or any suitable device on the upper ring will apply the plates against the tube by the play of the cones of the rings.

L'équilibre entre cette pression et la capilarité de la brasure liquide assurera un brasage de qualité identique à celui utilisé pour les cibles dites planar. The balance between this pressure and the capillarity of the liquid solder will ensure soldering of quality identical to that used for so-called planar targets.

L'avantage de cette méthode est qu'elle permet par simple chauffage de séparer le tube des cibles une fois celles-cis usées et de réutiliser le tube qui n'a subi aucune détérioration due au procédé.The advantage of this method is that it allows by simple heating to separate the tube from the targets once they are worn and to reuse the tube which has not undergone any deterioration due to the process.

La forme de la cible obtenue est un cylindre de section polygonale. The shape of the target obtained is a cylinder of polygonal section.

Dans le cas où on utilise 6 plaques longitudinales c'est un hexagone.In the case where 6 longitudinal plates are used it is a hexagon.

L'épaisseur de la cible varie donc d'environ 70 % entre les sommets et les milieux des cotés du polygone. Comme les cibles sont destinées à être usées jusqu'au tube support au mieux et pas du tout en d'autres parties cela peut ne pas être génant et on peut Laisser la cible sous cette forme. Si par contre ce rapport est trop élevé pour un fonctionnement normal de la cible, on peut tomber les angles au tour ou en rectification et même aller jusqu'à une section circulaire. Toute autre méthode d'enlèvement de matière comme meulage, électro-érosion... est aussi possible.The thickness of the target therefore varies by around 70% between the vertices and the midpoints of the sides of the polygon. As the targets are intended to be worn down to the support tube at best and not at all in other parts this may not be annoying and we can leave the target in this form. If, on the other hand, this ratio is too high for normal operation of the target, the angles may be dropped on a lathe or in rectification and even go as far as a circular section. Any other method of removing material such as grinding, EDM ... is also possible.

Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des cibles de pulvérisation cathodique de forme tubulaire à un prix comparable et par une méthode et avec des équipements comparables à ceux utilisés pour les cibles plates ou planar. De ce fait le procédé selon l'invention peut être utilisé pour tous les matériaux qui posent des problèmes de fabrication ou de coût quand il s'agit de tubes de grandes dimensions. Les dimensions courantes de ces tubes données à titre d'exemple peuvent être diamètre 130 mm pour une longueur de 1300 mm ou diamètre 200 mm pour une longueur de l'ordre de 2 mètres ou même de 3,5 mètres ou encore diamètre 180 mm pour une longueur de 2,2 mètres. On peut choisir comme exemple de réalisation avantageuse de cibles de ce type par le procédé selon l'invention tout matériau dur, fragile, coûteux comme le tungstène, de nombreuses céramiques, les cermets tels que le chrôme, la céramique mixte oxyde d'indium-oxyde d'étain, ou ITO, le silicium. The method according to the invention makes it possible to manufacture cathode sputtering targets of tubular form at a comparable price and by a method and with equipment comparable to those used for flat or planar targets. Therefore the method according to the invention can be used for all materials which pose manufacturing problems or cost when it comes to large tubes. The current dimensions of these tubes given by way of example may be diameter 130 mm for a length of 1300 mm or diameter 200 mm for a length of the order of 2 meters or even 3.5 meters or even diameter 180 mm for a length of 2.2 meters. One can choose as an advantageous embodiment example of targets of this type by the method according to the invention any hard, fragile, expensive material such as tungsten, many ceramics, cermets such as chromium, mixed ceramic indium oxide- tin oxide, or ITO, silicon.

Le Chrôme monoxyde de silicium Cr-Sio et de nombreux alliages complexes.Cr-Sio silicon monoxide chromium and many complex alloys.

Comme exemple de réalisation pratique, nous choisirons un tube en chrôme mais la même méthode pourait s'appliquer pratiquement sans changement à une cible d'lTO. Les plaques de chrôme ou d'lTO sont faites comme pour des cibles plates on planar. Considérons donc un tube cathode en acier inoxydable austénitique 18/8 classique. Son diamètre extérieur est 200 mm et son épaisseur 5 mm. Sa longueur est de 2000 mm. Figure 3. Alors que la méthode la plus simple actuellement utilisée est de le recouvrir de 2 à 3 mm de chrôme par électrolyse, le même support cathode en cible planar supporterait une épaisseur de chrôme de 18 mm. On va usiner par, fraisage 12 plaques de chrôme de dimensions 1000 X 137 X 31 mm figure (3) pièce (2). Ces plaques de chrôme sont classiques dans la fabrication des cibles planar. On usine ensuite par exemple par fraisage une face concave selon un rayon de 202 / 2 soit 101 mm.As a practical example, we will choose a chromatic tube but the same method could be applied practically without change to an ITO target. The chromatic or lTO plates are made as for flat targets on planar. Let us therefore consider a conventional 18/8 austenitic stainless steel cathode ray tube. Its outside diameter is 200 mm and its thickness 5 mm. Its length is 2000 mm. Figure 3. Whereas the simplest method currently used is to cover it with 2 to 3 mm of chromium by electrolysis, the same cathode support in planar target would support a thickness of chromium of 18 mm. We are going to machine by, milling 12 chrome plates of dimensions 1000 X 137 X 31 mm figure (3) part (2). These chrome plates are classic in the manufacture of planar targets. A concave face is then machined, for example, by a radius of 202/2, ie 101 mm.

Ceci pour tenir compte de l'épaisseur de la brasure qui sera utilisée plus loin. Les cotés longitudinaux seront usinés aussi en fraisage avec un angle de 30 ". Les petits cotés seront usinés de la même manière avec un angle de 45 ".Les trois bagues à savoir la bague inférieure, la bague supérieure et la bague intermédiaire sont triées d'une autre plaque de diamètre 250 mm environ mais de même épaisseur que les précédentes utilisées pour les plaques soit 37 mm. Les trois bagues sont faites au tour ou en centre d'usinage comme expliqué plus haut. Leurs diamètres intérieur et extérieur, sont respectivement 202 et 236 mm. This to take into account the thickness of the solder that will be used later. The longitudinal sides will also be machined in milling with an angle of 30 ". The short sides will be machined in the same way with an angle of 45". The three rings namely the lower ring, the upper ring and the intermediate ring are sorted by '' another plate with a diameter of about 250 mm but the same thickness as the previous ones used for the plates, i.e. 37 mm The three rings are made in a lathe or in a machining center as explained above. Their inside and outside diameters are 202 and 236 mm respectively.

Le montage se fait verticalement figure (6). La bague inférieure est posée à l'extrémité basse du tube et immobilisée par vis. Le tube sur sa surface extérieure, les plaques sur leur face concave sont étamées comme expliqué plus haut. Les 6 plaques inférieures sont plantées entre tube et bague puis ressérrées contre le tube. La bague intermédiaire est abaissée et bloque les dites plaques. On présente de la même façon les 6 plaques supérieures et on les immobilise par le moyen de la bague supérieure. On transporte l'ensemble en position verticale dans un four de brasage sous vide. Celuici a un groupe de vide primaire capable d'un vide de l'ordre de 10-3. Sa température est de 350"C. The assembly is done vertically figure (6). The lower ring is placed at the lower end of the tube and fixed by screws. The tube on its outer surface, the plates on their concave face are tinned as explained above. The 6 lower plates are planted between tube and ring and then tightened against the tube. The intermediate ring is lowered and blocks the said plates. The 6 upper plates are presented in the same way and immobilized by means of the upper ring. The whole is transported in a vertical position in a vacuum brazing oven. This has a primary vacuum group capable of a vacuum of the order of 10-3. Its temperature is 350 "C.

On applique sur la bague supérieure un poids de 100 KG. Après avoir fait le vide, on chauffe à 350"C, on maintient une demi-heure à cette température puis on opère un refroidissement controlé à une vitesse compatible avec les matériaux de la cathode et de la cible. A weight of 100 kg is applied to the upper ring. After making the vacuum, it is heated to 350 ° C., it is maintained for half an hour at this temperature and then a controlled cooling is carried out at a speed compatible with the materials of the cathode and of the target.

Pour éviter la remontée de brasure entre les différents éléments, il convient d'utiliser un des nombreux procédés bien connus de l'homme de l'art dont le plus courant consiste à coller une étroite bande adhésive haute température le long de la jointure comme cela se fait pour les cibles plates en plusieurs morceaux. II apparait que la cible ainsi fabriquée sera hexagonale; son plus petit diamètre étant de 236 mm et son plus grand de 273 mm environ. To avoid the rise of solder between the various elements, it is advisable to use one of the many processes well known to those skilled in the art, the most common of which is to stick a narrow high-temperature adhesive strip along the joint like this. is done for flat targets in several pieces. It appears that the target thus produced will be hexagonal; its smallest diameter being 236 mm and its largest approximately 273 mm.

Cela peut ne pas géner le fonctionnement. Dans ce cas, après les opérations classiques de finition, la cible est terminée. Si on veut obtenir une cible parfaitement ou partiellement cylindrique on la passera au tour ou en rectification jusqu'à obtention de la geométrie désirée. Cette opération étant similaire à la finition d'une cible planar après brasage.This may not interfere with the operation. In this case, after the conventional finishing operations, the target is finished. If you want to obtain a perfectly or partially cylindrical target, you will pass it on a lathe or in rectification until the desired geometry is obtained. This operation is similar to finishing a planar target after brazing.

On remarquera que pour faire en 6 plaques, c'est à dire un hexagone, un tube de diamètre extérieur cathode 130 mm et d'épaisseur utile de cible de 18 mm, on a besoin de plaques de section 100 X 28 mm alors que pour un tube de diamètre extérieur 200 pour une épaisseur utile de 18 mm on a seulement besoin de 6 plaques de section 137 X 31 mm soit à peine plus épaisses. Note that to make 6 plates, that is to say a hexagon, a tube with an outside diameter of cathode 130 mm and a useful target thickness of 18 mm, we need plates with a cross-section of 100 X 28 mm whereas for a tube with an outside diameter of 200 for a useful thickness of 18 mm, only 6 plates of section 137 X 31 mm are needed, which is hardly thicker.

Dans les exemples et figures précédents, on a choisi un assemblage héxagonal dont chaque étage est formé de 6 plaques. II apparaît en effet que c'est un bon compromis donnant des épaisseurs de cibles qui ne varient pas trop pour un nombre de plaques à fabriquer et assembler réduit. Toutefois pour certains matériaux et dimensions le nombre de plaques peut varier. On peut soit utiliser une section carrée par exemple ou même triangulaire, soit utiliser davantage de plaques, se rapprochant ainsi de plus en plus de la section circulaire mais alors le nombre de joints augmente lui aussi. In the previous examples and figures, a hexagonal assembly has been chosen, each stage of which is formed of 6 plates. It indeed appears that it is a good compromise giving target thicknesses which do not vary too much for a reduced number of plates to be manufactured and assembled. However for certain materials and dimensions the number of plates may vary. One can either use a square section for example or even triangular, or use more plates, thus getting closer and closer to the circular section but then the number of joints also increases.

II existe, comme on l'a déjà mentioné, des tubes de plus grande longueur, 3,5 mètres par exemple. Dans ce cas, la cible sera constituée de plusieurs étages. Pour un tube de 3,5 m en chrôme par exemple, il sera avantageux de. réaliser la cible en 3 étages de 1 150mm chacun, bloqués par deux bagues extérieures et deux bagues intermédiaires. There are, as already mentioned, longer tubes, 3.5 meters for example. In this case, the target will be made up of several stages. For a 3.5 m tube in chromatic for example, it will be advantageous to. make the target in 3 stages of 1 150mm each, blocked by two outer rings and two intermediate rings.

II existe des cibles de forme conique. Dans certains cas on peut avoir avantage à les réaliser selon le procédé, selon l'invention. Les plaques seront trapézoidales, leur largeur se réduisant du coté du cône ouvert vers le sommet de celui ci. La bague inférieure peut étre alors une pièce massive, la bague supérieure ayant une forme directement dérivée de celle utilisée pour les cibles cylindriques. There are conical targets. In some cases it may be advantageous to carry them out according to the method according to the invention. The plates will be trapezoidal, their width reducing from the side of the open cone towards the top of it. The lower ring can then be a solid part, the upper ring having a shape directly derived from that used for cylindrical targets.

II faut remarquer que la cible réalisée, selon le procédé, constitue un ensemble mécanique en lui-même, et n'a pas besoin du tube cathode pour maintenir sa cohérence et sa solidité. Le tube porteur dit tube cathode est une facilté pour l'étanchéité, le montage mais n'est pas indispensable en soi. On peut donc aussi réaliser un cathode ou un autre ensemble conforme à l'invention sans tube porteur. It should be noted that the target produced, according to the method, constitutes a mechanical assembly in itself, and does not need the cathode tube to maintain its coherence and its solidity. The carrier tube called cathode tube is a facility for sealing, mounting but is not essential in itself. It is therefore also possible to produce a cathode or another assembly in accordance with the invention without a carrying tube.

Dans une autre variante il apparaît que l'on peut avoir intérêt à se passer des bagues pour bloquer les plaques. Dans ce cas, les plaques peuvent être rapportées, soit entre elles, soit sur le tube support par tout procédé connu de l'homme de l'art. On peut mentionner entre autres les moyens suivants. Les plaques peuvent être brasées sur le tube en étant maintenues par un montage adéquat. Elles peuvent être collées avec une colle conductrice, vissée, encastrées dans des rainures, fixées par des queues d'aronde ou tout autre dispositif adapté au problème. In another variant it appears that it may be advantageous to do without the rings to block the plates. In this case, the plates can be attached, either to each other, or to the support tube by any method known to those skilled in the art. The following means may be mentioned, among others. The plates can be brazed to the tube while being held by a suitable assembly. They can be glued with a conductive glue, screwed, embedded in grooves, fixed by dovetails or any other device adapted to the problem.

De par le principe de la pulvérisation cathodique qui consiste en un bombardement ionique de la cible et le dépot sur un substrat, la distance entre la cible et le substrat peut être très importante 10 cm ou plus. Cette propriété est utilisée dans le cas de cibles planar plates. Quand certains matériaux de cibles ne peuvent être réalisés sous forme d'alliage, de mélanges ou de pseudo alliages pour des raisons physiques, pratiques, de coût ou parce que le résultat a des caractéristiques indésirables, comme par exemple un point de fusion trop bas, on peut utiliser des cibles constituées de piêces alternées de deux ou plus matériaux composants. Citons par exemple des plaques de tungstène et de silicium alternées et présentant un surface correspondant à une composition précise utilisées en lieu et place de l'alliage W Six. Jusqu'à maintenant ce procédé était exclu du champ d'application des cibles tubulaires. By the principle of sputtering which consists of an ion bombardment of the target and the deposit on a substrate, the distance between the target and the substrate can be very large 10 cm or more. This property is used in the case of planar flat targets. When certain target materials cannot be produced in the form of an alloy, mixtures or pseudo-alloys for physical, practical, cost or because the result has undesirable characteristics, such as for example a melting point which is too low, targets can be used consisting of alternating pieces of two or more component materials. Let us cite for example alternating tungsten and silicon plates and having a surface corresponding to a precise composition used in place of the W Six alloy. Until now, this process has been excluded from the scope of tubular targets.

Une variante du procédé selon l'invention, consiste donc à alterner les plaques en plusieurs matériaux différents et en calculant leur surface angulaire de telle sorte que le dépôt sur le substrat ait la composition désirée. Comme exemple prenons une plaque de tungstene suivie d'une plaque de silicium et ainsi de suite. La largeur respective des plaques de tungsténe et de silicium permettant de réaliser sur le substrat un dêpôt de formule W Si2. Ce procédé dit par secteurs est déjà appliqué pour les cibles plates mais le procédé selon l'invention permet de l'utiliser pour les cibles tubulaires, leur ouvrant ainsi de nouvelles applications.A variant of the method according to the invention therefore consists in alternating the plates in several different materials and in calculating their angular surface so that the deposit on the substrate has the desired composition. As an example let's take a tungsten plate followed by a silicon plate and so on. The respective width of the tungsten and silicon plates making it possible to form a deposit of formula W Si2 on the substrate. This sector-based method is already applied for flat targets, but the method according to the invention allows it to be used for tubular targets, thus opening up new applications for them.

Une autre variante du procédé selon l'invention qui peut apporter une facilité de fabrication dans certains cas de matières de cible difficiles consiste à utiliser un tube support de section droite polygonale. Les plaques n'ont alors plus besoin d'être usinées en concavité. La fixation relevant du même principe que pour les tubes de section circulaire. Another variant of the method according to the invention which can provide ease of manufacture in certain cases of difficult target materials consists in using a support tube of polygonal cross section. The plates then no longer need to be machined in concavity. The fixing is based on the same principle as for tubes of circular section.

Claims

CLAIMS.

1) Cathode sputtering target of tubular shape, characterized in that it consists of several longitudinal plates pressed against a carrier tube, called cathode tube, and thus forming a cylinder of polygonal cross section.

2) Sputtering target according to claim 1 characterized in that the number of plates is 6 thus determining a target of hexagonal section.

3) Sputtering target according to claim 1 characterized in that the number of plates is greater than or equal to 2 while being able to be much greater.

4) Sputtering target according to claim I and any one of the preceding claims characterized in that the plates are held against the support tube by two lower and upper rings having an inner conical part.

5) Sputtering target according to any one of the preceding claims, characterized in that the length of the target exceeding that of the plates, two or more stages of plates are used.

6) Sputtering target according to claim I and any one of the preceding claims characterized in that the rings located on the useful part of the target are all or not made up: of an internal part, having a mechanical role, of steel stainless, copper, inconel or any other non-magnetic resistant material; an outer part, which covers it, made of the same material as the target1 material to be deposited such as chromium, oxide or others ...

7) Sputtering target according to any one of claims from 1 to 6 characterized in that the rings are all or not made of the target material.

8) Sputtering target according to any one of the preceding claims, characterized in that the target which has left the production in the form of a cylinder of polygonal cross section is reduced to a cylinder of circular cross section entirely or partially by a method of removal of any material such as turning, grinding, EDM, grinding, or others.

9) Sputtering target according to any one of the preceding claims, characterized in that the target plates are brazed on the support tube.

10) Sputtering target according to claim 1 characterized in that the attachment to the support tube is achieved by mechanical means such as screwing or other without the use of rings.

11) Tubular cathode sputtering target formed by longitudinal plates characterized in that the plates themselves constitute the carrier tube and are therefore assembled together in leaktight manner.

12) Sputtering target according to any one of the preceding claims, characterized in that the component target plates do not have the same composition but on the contrary are of damaged compositions.

13) Sputtering target according to any one of the preceding claims except claim 11 characterized in that the tube is of polygonal cross section.

14) Sputtering target according to any one of the preceding claims, characterized in that the shape is not exactly tubular but is derived from that in the form of a cone, the boards then having a trapezoidal shape instead of having a rectangular plan shape.