TW200404103A - Sputtering cathode, production method and cathode hereto - Google Patents

Description

200404103 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及申請專利範圍第丨項中所述之一種濺鍍用之 陰極（其特別是依據磁控管原理所製成），申請專利範圍第 9項中所述之該陰極之製造方法，第17項之靶以及第22 項之真空塗層設備。 【先前技術】 電漿用之真空塗層設備通常已爲人所知，其由真空容器 (其可容納該待塗層之基板）和一個-或多個濺鍍用之陰極所 構成。各陰極又由靶（其由待濺鍍之材料所構成），配置於 耙後方之冷接觸體以及陰極基體所構成。該陰極基體具有 一種冷卻裝置（例如，冷卻回路）且其上固定著該冷接觸體 和該耙。此處及以下所稱之靶是指單件式之靶或組合式之 靶，其中特定之濺鍍材料固定（結合）至一種背板上，這例 如是以焊接，黏合’熔接，澆注或其它習知之方法來達成。 又，濺鍍用之陰極通常包含：一種磁鐵系統，其用來使 電漿導引至靶表面；另一裝置和（電氣）操作介質，但其對 進一步之思考而言是不重要的。 在操作此種濺鍍用之陰極（特別是具有較高之濺鍍功率者） 時，則須對該靶強力地加熱，使一已測定之冷卻可獲得處 理。同時由於該靶通常須以一種耗材來更換，則先前技術 中很多種解決方法已爲人所知，其可達成二種規則。 例如，已爲人所知者是：以可拆卸之方式使該靶固定在 一以硬冷卻板所形成之冷接觸體上。該冷接觸體又由一種 200404103 液體冷卻回路所冷卻。在更換該靶時，該冷卻回路關閉。 此種方式之缺點是：在均勻之導熱量此前提下，該靶和冷 卻板需大面積之接觸區。這在機械上不易達成。 另一方式是使用金屬箔或薄金屬片作爲冷接觸體，其一 方面使陰極基體中以槽或通道構成之以冷卻劑塡入之中空 區被隔絕且另一方面可與該靶之背面相接觸。該冷卻劑之 壓力將金屬箔壓在該靶之背面上而可確保一種均勻之熱傳 導。該冷卻回路須放鬆（保持無壓力）以便更換該靶。 例如，D E 4 0 1 5 3 8 8 A 1顯示此種裝置。此外，該裝置中 在靶背面和冷卻接觸體之間施加一種由低濺鍍率（rate)之材 料所形成之層。 先前技術中仍未解決之問題是冷卻板/金屬箔（例如，銅） 相對於靶（例如，鋁）之不同之熱膨脹係數。這樣會在操作 時使該二個金屬面互相摩擦。這些循環式之橫向之相對移 動在冷卻板/-箔和靶之邊緣上特別明顯，但在平面中央則 最小。特別是在移動最劇烈之區域中會造成摩擦式焊接（冷 焊接）。在這些焊接位置之區域中由於循環式之熱膨脹而會 造成不可逆之應力，其可能會使冷卻板/-箔裂開。這樣會 使冷卻效率降低而使該冷卻板Λ箔受損而不能修護。在操 作時該熱傳送現像會局部性地不同且不可再生；因此，該 已塗層之基板之品質會受到不良之影響。此外，會由於該 已冷焊接之連接而妨礙該靶之更換，在拆解時這樣會使該 冷卻板受損，因此需維修/更換，需較長之保溫時間而較不 200404103 【發明內容】 本發明之目的是消除先前技術中之各種缺點，特別是使 真空塗層設備中該濺鍍用之陰極之冷卻板Λ箔之壽命提高 且防止該靶和冷卻板/-箔所形成之冷焊接而確保一種可再 生之良好之熱傳送。 本發明中該摩擦降低層另外須符合一系列之其它準則： -熱量由靶流至冷卻回路時只稍微受到影響，特別是熱傳 導之面積均勻性。 -該摩擦降低層須對磨蝕具有穩定性，均勻地薄化且堅 硬。 -其必須具有導電性和導熱性，無毒，操控時無問題且可 更新。 -該層在容器操作時理想情況下不受污染，這表示該層不 需噴射氣體消毒且長時間下不會發生變化， -在溫度大於20(^(]時以及在操作狀態和靜態之間產生溫 度差時該層不會形成裂痕或剝落。 -其在化學上對真空設備之操作條件而言是鈍性的。 -其在成本上較有利且可簡單地製成。 【實施方式】 本發明中上述之條件由一種濺鑛用之陰極來達成，在其 位於冷接觸體和靶之間之接觸面上施加一種摩擦降低層， 其可由防火金屬所構成，所謂”防火”在技術上之觀念是指 對火不敏感，耐熱（例如，可參考Rompps Chemie Lexikon， Frankhsche Verlagshandlung)。此種防火金屬例如包含 Cr, Mo, 200404103

Ta，Nb，W或其合金，但當然不限於此。硬材料層同樣可用 作摩擦降低層，其形成在元素周期表之族（group)4a至6a 之金屬上，這些金屬例如族4a之Ti，Ζι·, Hf，族5a之V, Nb， Ta，族6a之Cr, Mo，W。這些金屬之碳化物，氮化物和碳 氮化物亦可用作摩擦降低層。此外，不定形之類似鑽石之 碳層（DLC, diamond like car bon)所形成之族可用作該摩擦 降低層之第三族，其依據用途可以是純DLC層或含金屬之 DLC 層。 該摩擦降低層之厚度可爲0.1至5 um，較佳是0.5至 2 · 5 u m 〇 申請專利範圍各附屬項涉及有利之其它形式。 本發明之方法主要是使該接觸面在該濺鍍用之陰極之冷 接觸體和靶之間設有一種摩擦降低層，其較佳是由Cr，Mo, Ta, Nb，W或其合金所構成。此外，族（gr〇up)4a至6a之金 屬之碳化物，氮化物或碳氮化物或不定形之類似鑽石之碳 層亦可單獨地或以含有金屬之形式用作摩擦降低層。依據 應用上之可能性，塗層方法因此包含PVD (physical vapor deposiUon)方法，此處是指濺鍍法，特別是磁控管濺鍍法， 其亦是一種以適當之含氮-，碳-或氧之氣體化合物來進行 之反應式方法。同樣可使用蒸鍍法（其亦屬反應式方法）或 陰極弧光法。此外，CVD (chemical vapor deposition)方法 亦可行’其同樣以電漿來促成。 在本發明之另一實施形式中，在施加該摩擦降低層之前 該靶之背面受到一種電漿促進之預處理步驟，較佳是電漿 200404103 淨化步驟或電獎鈾刻步驟。這樣可在δ亥層/<£黏合性和可固 持性上獲得其它優點。 在本發明之特別優良之形式中，該摩擦降低層施加在該 靶之背面。此外，依據使用目的亦可使該冷接觸體設有此 種摩擦降低層。 本發明之已塗層之靶之優點是：其完全符合上述之條件 且另可確保能與該未塗層之靶相容，在使用在一塗層設備 中時陰極組態不必改變。 又，由上述之說明可得知：本發明可應用在一種具有未 濺鍍之靶（其可用在電漿化學蝕刻過程和淨化過程中）之陰 極中且同樣具有上述之優點。 本發明以下將依據第1圖來描述。 第1圖顯示陰極基體1之切面，其是槽形的且包含一區 域2，該區域2中塡入一種冷卻劑，其在操作時須翻轉。 該槽由冷接觸體3來對流體達成密封作用且以真空密封方 式來封閉。該槽能以硬-或半硬之板或金屬箔來形成。該靶 4是與冷接觸體相隔開，其對應於一種安裝狀態。在面向 該冷接觸體之此側上施加本發明之層。在操作時藉由適當 之固定劑（未顯示）使該靶4以可拆卸之方式利用該層5而 連接至該陰極基體1上’該靶因此可針對該冷接觸體而被 定位以形成一種至該冷接觸體3之緊密之導熱性連接。 【圖式簡單說明】 第1圖 本發明一種具有已塗層之靶之較佳之實施形式。 主要元件之符號說明： 200404103 3 4 3 4 5 陰極基體 區域 冷接觸體 靶 層

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Claims (1)

1. 200404103 拾、申請專利範圍： 1. 一種濺鍍用之陰極，其特別是依據磁控管原理而製成且 由以下各兀件構成·陰極基體（1)^其具有一^種冷卻裝置 (2);冷接觸體（3)，其可導熱地配置在該冷卻裝置（2)和 靶（4)之間，其特徵爲：該冷接觸體（3)和該靶（4)之間之 接觸面設有一種摩擦降低層（5)。 2. 如申請專利範圍第1項之濺鍍用之陰極，其中該摩擦降 低層（5)由防火金屬或含有該防火金屬之合金形成。 3 .如申請專利範圍第1或2項之濺鍍用之陰極，其中該摩 擦降低層（5)由Cr，Mo，Ta，Nb, W或其合金所構成。 4.如申請專利範圍第1或2項之濺鍍用之陰極，其中該摩 擦降低層（5)是一種硬材料層且由族（gr〇up)4a, 5a，6a之 金屬之碳化物，氮化物或碳氮化物所形成。 5 .如申請專利範圍第1或2項之濺鍍用之陰極，其中該摩 擦降低層（5)是不定形之類似鑽石之碳層所形成，特別是 由DLC層或含金屬之DLC層所形成。 6.如申請專利範圍第1至5項中任一項之濺鍍用之陰極， 其中該摩擦降低層（5)之厚度是0.1至5 um，較佳是0.5 至 2.5 um 〇 7 .如申請專利範圍第1至6項中任一項之濺鍍用之陰極’ 其中該摩擦降低層（5)施加在該靶（4)之背面。 8 .如申請專利範圍第1至6項中任一項之濺鍍用之陰極’ 其中該摩擦降低層（5 )施加在冷接觸體（3 )上。 9. 一種濺鍍用之陰極之製造方法，該濺鍍用之陰極由陰極 200404103 基體（1)，冷接觸體（3)和靶（4)所構成，其特徵爲：該冷 接觸體（3)和該靶（4)之間之接觸面設有一種摩擦降低層 (5)。 1〇·如申g靑專利範圍第9項之製造方法，其中使用防火金屬 或含有防火金屬之合金作爲該摩擦降低層（5)用之材料。 11·如申請專利範圍第10項之製造方法，其中使用Cr，Mo，Ta, Nb，W或其合金作爲該摩擦降低層（5)用之材料。 1 2 ·如申請專利範圍第9或1 〇項之製造方法，其中該層（5) 藉由PVD方法（較佳是磁控管濺鍍法）施加而成。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之製造方法，其中使用各族 (g r ◦ u p) 4 a，5 a, 6 a之金屬之碳化物，氮化物或碳氮化物作 爲該摩擦降低層（5)用之材料。 1 4 ·如申請專利範圍第9項之製造方法，其中選取該不定形 之類似鑽石之碳層，特別是純DLC層或含金屬之DLC 層，作爲該摩擦降低層（5)用之材料。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3或1 4項之製造方法，其中使用磁 控管濺鍍法，反應式磁控管濺鍍法，陰極弧光法，蒸鍍 法，反應式蒸鍍法或電漿促進之CVD作爲塗層方法。 1 6 ·如申請專利範圍第9至1 5中任一項之製造方法，其中 在施加該摩擦降低層（5)之前對該靶之背面進行一種電漿 促進之預處理步驟，較佳是一種電漿蝕刻步驟。 17.—種濺鍍用之陰極用之靶，其具有冷卻裝置（2)和冷接觸 體（3)，其特徵爲：面向該冷接觸體（3)之靶背面設有一 種摩擦降低層（5)。 -12- 200404103 18·如申請專利範圍第17項之靶，其中該摩擦降低層（5)由 防火金屬或含有防火金屬之合金所構成。 1 9 ·如申請專利範圍第1 8項之靶，其中該摩擦降低層（5)由 Cr，Mo，Ta，Nb，W或其合金所形成。 2 〇 ·如申請專利範圍第1 7項之靶，其中該摩擦降低層（5)由 4a，5a，6a族之金屬之碳化物，氮化物或碳氮化物所構 成。 2 1 ·如申請專利範圍第1 7項之靶，其中該摩擦降低層（5)由 不定形之類似鑽石之碳層，特別是純DLC層或含金屬之 DLC層所構成。 22· —種電漿用之真空塗層設備，其特徵爲其由：基板容納 用之真空容器，使該容器抽成真空所用之裝置，以及一 個或多個如申請專利範圍第1至6項中所述之濺鍍用之 陰極所構成。 ❿ -13-