WO2009036910A1 - Rohrsputtertarget mit grabenförmig strukturierter aussenfläche des trägerrohres - Google Patents

Rohrsputtertarget mit grabenförmig strukturierter aussenfläche des trägerrohres Download PDF

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WO2009036910A1
WO2009036910A1 PCT/EP2008/007369 EP2008007369W WO2009036910A1 WO 2009036910 A1 WO2009036910 A1 WO 2009036910A1 EP 2008007369 W EP2008007369 W EP 2008007369W WO 2009036910 A1 WO2009036910 A1 WO 2009036910A1
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WO
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sputtering
support tube
recesses
sputtering material
sputtering target
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Application number
PCT/EP2008/007369
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Preissler
Markus Schultheis
Martin Weigert
Original Assignee
W.C. Heraeus Gmbh
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Publication date
Application filed by W.C. Heraeus Gmbh filed Critical W.C. Heraeus Gmbh
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Publication of WO2009036910A1 publication Critical patent/WO2009036910A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target

Definitions

  • the invention relates to a sputtering target with a carrier tube and a sputtering material arranged on its outer lateral surface. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a sputtering target.
  • Sputtering targets with a carrier tube are becoming increasingly important in modern thin-film technology.
  • the literature describes manifold tubular sputtering targets.
  • the sputtering material to be applied to a carrier tube. This can be done by thermal spraying as described in DE 41 15 663, by direct pouring onto a carrier tube, as described in DE 100 43 748, by soldering or gluing method, by clamping method, as disclosed in EP 1 518 006, by direct pressing, e.g. by hot isostatic pressing method according to EP 500 031 or by cold isostatic pressing method.
  • CONFIRMON COPY In principle, there is the problem that a good connection between carrier tube and sputtering material is indispensable for high-performance sputtering, but at the same time an excessively strong connection of the sputtering material to the carrier tube (for example in the form of a near-surface alloy) is also undesirable because, for example, contamination the sputtering material can occur.
  • the connection technique of sputter material and material of the carrier tube is particularly critical if materials with significantly different coefficients of thermal expansion are used.
  • the object of the present invention is to provide a tube sputtering target which largely solves the problems described above for achieving a good thermal contact between the carrier tube and the sputtering material.
  • the depressions have a depth which is equal to or greater than ten times the average grain size of the pulverulent sputtering material.
  • the recesses have a depth of at least 0.5 mm.
  • the depressions may be formed in particular as grooves.
  • the depressions expediently have undercuts, either on one side or on both sides.
  • the recesses may be continuous or interrupted circumferentially formed, so have a limited length, wherein they are preferably distributed regularly over the circumference of the support tube, for example in the form of interrupted rings or spirals. It is also advantageous that the wells are evenly distributed.
  • the depressions can also be formed negatively, that is, as elevations which are encompassed by the sputtering material. They can therefore protrude from the lateral surface of the carrier tube, so that they are practically embedded in the applied sputtering material. They can also be designed with undercuts.
  • the length of the carrier tube may be at least as long as the length of the sputtered material arranged in the form of a tube.
  • the sputtering targets according to the invention can be produced, for example, by melting the sputtering material and pouring it onto the carrier tube, wherein the sputtering material is poured into the indentations or, if powdered sputtering material of suitable type is present, the pulverulent sputtering material can also be pressed onto the carrier tube. wherein the sputtering material is pressed into the recesses, preferably by isostatic pressing.
  • WO 00/15863 A1 describes a trench-shaped structure of a target back plate for this purpose.
  • a second plate made of a sputtering material is forged onto the Tarruckückplatte, so that the toothing is formed under deformation of the material. This deformation entails the risk of structural inhomogeneities, which can lead to an inhomogeneous sputtering behavior.
  • the production of tubular connections is for obvious reasons not possible in this way.
  • the sputtering material has a homogeneous structure, as well as the support tube and the structure introduced therein are not damaged, so that a multiple use of the support tube after sputtering off the sputtering material is possible. This is often no longer possible with a forging because of the destruction or damage to the structure introduced into the carrier plate during forging.
  • sputter material is to be applied to a carrier tube (metallic tubes made of, for example, hard technical Al alloy or stainless steel) by a cold isostatic pressing method as cold as possible.
  • the sputtering material may initially be in the form of a fine-grained powder, for example, it may be CuIn (Ga) powder. This powder has such a low hardness that it is even welded together by pressing at room temperature, so that densities of the material in the range> 98% of the theoretical density can be easily produced.
  • the sputtering material is so very dense, but high-density sputtering alone is not enough.
  • the concrete solution may be to cut a circumferential thread groove in the outer wall of the support tube, wherein the thread groove has an undercut, so that the sputtering material can clamp and compact during the compression process on total pipe length in these undercuts and thereby then on the one hand possible mechanical stresses locally counteracted and on the other hand, of course, by increasing the total surface area by attaching the groove, the heat conduction from the sputtering material in the direction of the support tube can be improved.
  • FIG. 1a, Figure 1b and Figure 1c different ways to bring a depression in a support tube, each as an interrupted structures
  • FIG. 2a, FIG. 2b and FIG. 2c show partially cut representations corresponding to FIG.
  • 3a, 3b and 3c show elevations on the lateral surface of the carrier tube, ie negative depressions analogous to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 4a, 4b and 4c show partial sections of the sputtering target arrangements with elevations on the sputtering tube according to FIG. 2, FIG.
  • Figure 5a and Figure 5b show localized imprints in the support tube
  • FIG. 6a, FIG. 6b and FIG. 6c depressions analogous to FIG. 1 as uninterrupted spiral-shaped structures, each including a detailed representation of the depression profile.
  • FIG. 1a shows a carrier tube 1, on which sputtering material 2 (in section in the figure) is applied.
  • the toothing takes place by means of V-shaped circumferential depressions 3, which are regularly interrupted along the circumference of the carrier tube.
  • Figure 1 b shows a similar arrangement, wherein the recesses 3 'are sawtooth-shaped and
  • Figure 1c shows a similar design, wherein the recesses 3 "are formed in the form of a trapezoidal groove, which have on both sides by the trapezoidal undercuts, while the sawtooth-shaped Recesses 3 'of Figure 1 b have only one-sided undercuts.
  • Figures 1a to 1c While in Figures 1a to 1c, the sputtering material 2 is shown in section and the support tube 1 in the side view, Figures 2a to 2c show the same structures, wherein both the sputtering material 2 and the wells 3, 3 'and 3 "in the surface the support tubes 1 are shown partially cut.
  • the depressions 3 are V-shaped, the depressions 3' are sawtooth-shaped and have a one-sided undercut and the depressions 3" are trapezoidal in their cross-section formed, wherein formed by the shape of the trapeze bilateral undercuts.
  • FIGS. 3a to 3c show sputtering target tubes 1 with cut sputtered material 2, which are fixed by elevations 4, 4 'and 4 "attached to the target tubes 1.
  • the elevations 4, 4', 4" are negative to the depressions according to FIGS. 1a to 1c educated. you are welded onto the surface of Sputtertargetrohre 1.
  • FIGS. 4a to 4c a partially cut sputtering target arrangement is shown in FIGS. 4a to 4c, the elevations 4, 4 ', 4 "being shown in section.
  • FIGS. 5a and 5b show a further possibility for the application of depressions.
  • FIG. 5a shows embossed depressions 5 with an approximately square cross section
  • FIG. 5b shows depressions 5 'with a circular cross section.
  • the depressions 5, 5 ' are not continuously attached in the same way as the depressions 3, 3', 3 "in Figures 1 and 2.
  • an inner, closed surface of the carrier tube 1 is necessary for the passage of the coolant through the interior of the carrier tube 1, an inner, closed surface of the carrier tube 1 is necessary.
  • Figures 6a to 6c show in analogy to Figure 1 wells 6, 6 ', 6 ", which are formed as duchendes spirals, wherein the sputtering material 2 is shown in section and the support tube 1 in the side view, with a detailed representation of the cross section of the wells. 6 , 6 ', 6 ".
  • a carrier tube 1 made of non-magnetic stainless steel with a total length of 3191 mm, an outer diameter of 133 mm and a wall thickness of 4 mm is in each area on which the sputtering material 2 is to be applied later, provided with a spiral thread structure as a recess 3, 6.
  • the spiral recess 3, 6 has a base width of 2 mm and a depth of 2 mm and the spiral has a pitch of 5 mm (analogous to a thread).
  • This area of the carrier tube 1, which has been processed in this way, is provided with a galvanic adhesive layer.
  • the carrier tube 1 prepared in this way is then surrounded with liquid tin as sputtering material 2 in upright casting, as disclosed, for example, in DE 100 43 748.
  • the wall thickness of the sputtering material 2 is 15 mm.
  • the outer surface of the sputtering material 2 for example by means of a lathe to the desired wall thickness of the sputtering Termaterials 2 of 13 mm reworked.
  • the finished sputtering target can now be used in commercially available tubular cathodes for the production of thin layers.
  • a support tube 1 made of non-magnetic stainless steel with a length of 550 mm, an outer diameter of 133 mm and a wall thickness of 4 mm is in each area to which the sputtering material 2 is to be applied, provided with a spiral recess 3, 6 (as in Example 1 analogous to a thread structure).
  • a spiral-shaped recess 3 ', 6' starting at a distance of 20 mm from the end of the support tube 1, a spiral-shaped recess 3 ', 6', as shown in Figure 1 b, 6b, incorporated by means of a lathe.
  • the recess 3 ', 6' has a one-sided undercut.
  • the base width of the recess 3 ', 6' is 4 mm, the depth is 2 mm, the pitch of the spiral-shaped recess 3 ', 6' is 5 mm (analogous to a thread pitch).
  • the machined part of the support tube 1 is additionally roughened by sandblasting, degreased and cleaned.
  • the support tube 1 is positioned centrally in a correspondingly long rubber tube, wherein a circumferentially equal distance between the support tube 1 and the rubber tube is formed.
  • This gap (clearance) between cylindrical rubber hose and support tube 1 is filled with a powder mixture of 50 wt .-% copper powder and 50 wt .-% indium powder.
  • Both ends of this concentric arrangement of support tube 1, metal powder and rubber hose are sealed watertight with rubber plugs, so that the copper-indium powder mixture between rubber hose and support tube 1 is included.
  • This arrangement is exposed to an isostatic water pressure of 1500 bar in a cold isostatic press.
  • the powder mixture compresses to almost 100% of its theoretical density, with powder fractions penetrating into the undercut of the depression 3 ', 6'.
  • the rubber stopper and the rubber hose are removed after pressing.
  • the resulting composite tube of carrier tube 1 and sputtering material 2 is processed on the outer surface so that a uniform thickness of the sputtering material 2 is formed.
  • the finished sputtering target is used in a commercially available tubular cathode and serves to produce thin layers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget mit einem Trägerrohr und einem an dessen äußerer Mantelfläche angeordneten Sputtermaterial und besteht darin, dass an der äußeren Mantelfläche des Trägerrohres ring- oder spiralförmig um die Längsachse des Trägerrohres umlaufende Vertiefungen angeordnet sind, in die das Sputtermaterial eingreift und dass die Vertiefungen im Bereich des Sputtermaterials über die Länge des Trägerrohres verteilt sind.

Description

Patentanmeldung
Rohrsputtertarget mit grabenförmig strukturierter Außenfläche des Trägerrohres
Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget mit einem Trägerrohr und einem an dessen äußerer Mantelfläche angeordneten Sputtermaterial. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sputtertargets.
Sputtertargets mit einem Trägerrohr, sogenannte Rohrsputtertargets, erlangen zunehmende Bedeutung in der modernen Dünnschichttechnik. In der Literatur sind vielfältig ausgeprägte Rohrsputtertargets beschrieben. In vielen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das eigentliche Verbrauchsmaterial, das Sputtermaterial, auf ein Trägerrohr aufgebracht wird. Dies kann geschehen durch thermische Spritzverfahren wie nach DE 41 15 663, durch direktes Aufgießen auf ein Trägerrohr, wie in DE 100 43 748 beschrieben, durch Löt- oder Klebeverfahren, durch Klemmverfahren, wie in EP 1 518 006 offenbart, durch direktes Aufpressen, z.B. durch heißisostatische Pressverfahren gemäß EP 500 031 oder durch kaltisostatische Pressverfahren.
Entscheidend für die Funktionalität ist die Qualität der Verbindung des Sputtermaterials mit dem material des Trägerrohrs. Einerseits muss ein niederohmiger elektrischer Kontakt gewährleistet sein, andererseits muss ein sehr guter thermischer Kontakt gesichert sein, da im Einsatz als Sputtertarget hohe Wärmemengen vom Sputtermaterial über das Trägerrohr zu einem Kühlmedium abgeführt werden müssen. Dieser gute thermische Kontakt wird bisher meistens durch stoffschlüssige Verfahren hergestellt, in dem z.B. das Sputtermaterial bei hohen Temperaturen so auf das Trägerrohr aufgebracht wird, dass eine Legierung mit oder eine Benetzung durch das Sputtermaterial erreicht wird. In vielen Fällen ist dieser gute Kontakt nicht genau definierbar, wie beispielsweise beim thermischen Spritzen oder wie beim heißisostatischen Pressen. Hier sind möglicherweise Diffusionsvorgänge oder eventuell nur Verklammerungen des Sputtermaterials in der Rauhigkeit der Oberfläche des Trägerrohres verantwortlich für die Haftung.
CONFIRMAΠON COPY Prinzipiell besteht die Problematik, dass eine gute Verbindung von Trägerrohr und Sputtermate- rial unabdingbar für das Hochleistungssputtern sind, dass aber gleichzeitig eine zu starke Verbindung des Sputtermaterials mit dem Trägerrohr (beispielsweise in der Art einer oberflächennahen Legierung) auch unerwünscht ist, da dadurch z.B. Kontaminationen des Sputtermaterials auftreten können. Besonders kritisch gestaltet sich die Verbindungstechnik von Sputtermaterial und Material des Trägerrohres, wenn Materialien mit deutlich unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden. In einem solchen Fall besteht gerade bei einer relativ schwachen Verbindung die Gefahr, dass das Sputterplasma eine solche thermische Belastung erzeugt, dass Querspannungen in der Verbindungszone zwischen Sputtermaterial und Trägerrohr auftreten, wodurch eine Schädigung und somit weitere Schwächung der Verbindungszone entstehen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rohrsputtertarget zur Verfügung zu stellen, welches die oben beschriebenen Probleme zur Erzielung eines guten thermischen Kontaktes zwischen Trägerrohr und Sputtermaterial weitestgehend löst.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der kennzeichnenden Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Dadurch, dass an der äußeren Mantelfläche des Trägerrohres ring- oder spiralförmig um die Längsachse des Trägerrohres umlaufende Vertiefungen angeordnet sind, in die das Sputtermaterial eingreift und dass die Vertiefungen im Bereich des Sputtermaterials über die Länge des Trägerrohres, also auf der durch das Sputtermaterial bedeckten Fläche des Trägerrohres, verteilt sind, wird überraschenderweise nicht nur eine erhebliche Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen Sputtermaterial und Targetrohr gewährleistet, sondern auch eine niederoh- mige elektrische Verbindung und die erforderliche gute Wärmeleitfähigkeit zwischen beiden Materialien. In die Vertiefungen greift das Sputtermaterial beim Aufbringen auf das Trägerrohr ein und wird dort stabil gehalten.
Zweckmäßig ist es, dass die Vertiefungen eine Tiefe aufweisen, die gleich oder größer ist wie die zehnfache durchschnittliche Korngröße des pulverförmigen Sputtermaterials. Vorzugsweise weisen die Vertiefungen eine Tiefe von mindestens 0,5 mm auf. Die Vertiefungen können insbesondere als Nuten ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise weisen die Vertiefungen Hinter- schneidungen, entweder einseitig oder auf beiden Seiten auf. Die Vertiefungen können durchgehend oder unterbrochen umlaufend ausgebildet sein, also eine begrenzte Länge aufweisen, wobei sie vorzugsweise regelmäßig über den Umfang des Trägerrohres verteilt sind, beispielsweise in Form unterbrochener Ringe oder Spiralen. Vorteilhaft ist es weiterhin, dass die Vertiefungen gleichmäßig, verteilt sind.
Die Vertiefungen können auch negativ ausgebildet sein, also als Erhöhungen, die von dem Sputtermaterial umgriffen sind. Sie können also aus der Mantelfläche des Trägerrohes herausragen, so dass sie praktisch in das aufgebrachte Sputtermaterial eingebettet sind. Dabei können sie auch mit Hinterschneidungen ausgebildet sein.
Es kann vorteilhaft sein, dass die Länge des Trägerrohres mindestens so groß ist wie die Länge des rohförmig angeordneten Sputtermaterials.
Die erfindungsgemäßen Sputtertargets können erfindungsgemäß beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass das Sputtermaterial geschmolzen und auf das Trägerrohr aufgegossen wird, wobei das Sputtermaterial in die Vertiefungen gegossen wird, oder, wenn pulverförmiges Sputtermaterial geeigneter Art vorliegt, kann das pulverförmige Sputtermaterial auch auf das Trägerrohr aufgepresst werden, wobei das Sputtermaterial in die Vertiefungen gepresst wird, vorzugsweise durch isostatisches Pressen.
Ein Verzahnen von Sputtermaterial und Träger ist bisher nur von Targetplatten, also von ebenen Sputtertargets, bekannt geworden. WO 00/15863 A1 beschreibt hierzu eine grabenförmige Struktur einer Targetrückplatte. Eine zweite Platte aus einem Sputtermaterial wird auf die Targetrückplatte aufgeschmiedet, so dass die Verzahnung unter Verformung des Materials entsteht. Diese Verformung birgt die Gefahr von strukturellen Inhomogenitäten, die zu einem inhomogenen Sputterverhalten führen können. Die Herstellung von rohrförmigen Verbindungen ist aus offensichtlichen Gründen auf diese Weise nicht möglich. Gegenüber rohrförmigen Verbindungen haben plattenförmige Verbindungen auch den Vorteil, dass unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten und damit ein unterschiedliches Ausdehnungsverhalten zweier miteinander verbundener Materialien in der Ebene ausgeglichen werden kann, was bei Rohren nicht möglich ist. Hier ist an sich zu erwarten, dass bei Erhitzung von Rohrsputtertargets, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, entweder das Sputtermaterial sich aufwirft, also sich flächenhaft vom Trägerrohr ablöst aufgrund einer größeren Ausdehnung gegenüber dem Trägerrohr oder dass das Sputtermaterial reißt, wenn es eine geringere Ausdehnung als das Trägerrohr aufweist. Überraschenderweise hat es sich jedoch gezeigt, dass die Vertiefungen bzw. Erhöhungen, insbesondere bei gleichmäßig über die Mantelfläche erfolgter Ausbildung, eine gute Verbindung der beiden Materialien sicherstellt, ohne Verwerfungen oder Risse des Sput- termaterials entstehen zu lassen. Außerdem weist das Sputtermaterial eine homogene Struktur auf, ebenso wie das Trägerrohr und die darin eingebrachte Struktur nicht beschädigt werden, so dass eine mehrfache Verwendung des Trägerrohres nach Absputtern des Sputtermaterials möglich ist. Dies ist bei einem Aufschmieden häufig nicht mehr möglich, aufgrund der Zerstörung oder Beschädigung der in die Trägerplatte eingebrachten Struktur während des Aufschmiedens.
Erfindungsgemäß soll durch ein möglichst kaltes isostatisches Pressverfahren Sputtermaterial auf ein Trägerrohr (metallische Rohre z.B. aus harter technischer AI - Legierung oder aus Edelstahl) aufgebracht werden. Das Sputtermaterial kann zunächst als feinkörniges Pulver vorliegen, beispielhaft kann es CuIn(Ga) - Pulver sein. Dieses Pulver weist eine so geringe Härte auf, dass es sogar durch Pressen bei Raumtemperatur miteinander verschweißt, so dass sich Dichten des Materials im Bereich > 98% der theoretischen Dichte leicht erzeugen lassen. Das Sputtermaterial ist also sehr dicht, wobei jedoch hochdichtes Sputtermaterial allein noch nicht ausreicht. Für die Sputtertechnik muß zusätzlich guter thermischer Kontakt zum Trägerrohr gewährleistet sein und außerdem muß gewisse mechanische Festigkeit mit dem Trägerrohr vorhanden sein, z.B. für den Fall, dass sich das Sputtermaterial erwärmt und es zu thermischen Spannungen zwischen Sputtermaterial und Trägerrohr kommt.
Die konkrete Lösung kann darin bestehen, eine umlaufende Gewindenut in die Außenwandung des Trägerrohres zu schneiden, wobei die Gewindenut eine Hinterschneidung aufweist, so dass sich das Sputtermaterial während des Verdichtungsprozesses auf gesamter Rohrlänge in diesen Hinterschneidungen verklammern und verdichten kann und dadurch dann einerseits eventuellen mechanischen Spannungen lokal entgegengewirkt wird und andererseits natürlich durch die Erhöhung der Gesamtoberfläche durch das Anbringen der Nut die Wärmeleitung vom Sputtermaterial in Richtung Trägerrohr verbessert werden kann.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
Figur 1a, Figur 1 b und Figur 1c verschiedene Möglichkeiten, eine Vertiefung in ein Trägerrohr einzubringen, jeweils als unterbrochene Strukturen, Figur 2a, Figur 2b und Figur 2c zeigen der Figur 1 entsprechende teilgeschnittene Darstellungen,
Figur 3a, Figur 3b und Figur 3c Erhöhungen auf der Mantelfläche des Trägerrohres, also negative Vertiefungen analog Figur 1 ,
Figur 4a, Figur 4b und Figur 4c zeigen Teilschnitte der Sputtertargetanordnungen mit Erhöhungen auf dem Sputterrohr gemäß Figur 2,
Figur 5a und Figur 5b zeigen lokal begrenzte Einprägungen in das Trägerrohr und
Figur 6a, Figur 6b und Figur 6c Vertiefungen analog Fig. 1 als ununterbrochene spiralförmige Strukturen einschließlich jeweils einer Detaildarstellung des Vertiefungsprofils.
Figur 1a zeigt ein Trägerrohr 1 , auf dem Sputtermaterial 2 (in der Figur im Schnitt) aufgebracht ist. Die Verzahnung erfolgt durch V-förmige, umlaufende Vertiefungen 3, die längs des Umfan- ges des Trägerrohres regelmäßig unterbrochen sind. Figur 1 b zeigt eine ähnliche Anordnung, wobei die Vertiefungen 3' sägezahnförmig ausgebildet sind und Figur 1c zeigt eine ähnliche Ausbildung, wobei die Vertiefungen 3" in Form einer trapezförmigen Nut ausgebildet sind, die durch die Trapezform beidseitige Hinterschneidungen aufweisen, während die sägezahnförmi- gen Vertiefungen 3' nach Figur 1 b lediglich einseitige Hinterschneidungen aufweisen.
Während in den Figuren 1a bis 1c das Sputtermaterial 2 im Schnitt und das Trägerrohr 1 in der Seitenansicht dargestellt ist, zeigen die Figuren 2a bis 2c gleiche Strukturen, wobei sowohl das Sputtermaterial 2 als auch die Vertiefungen 3, 3' und 3" in der Oberfläche der Trägerrohre 1 teilweise geschnitten dargestellt sind.
In Figur 2 ist der Querschnitt der Vertiefungen 3, 3' und 3" zu sehen. Die Vertiefungen 3 sind V- förmig ausgebildet, die Vertiefungen 3' sind sägezahnförmig ausgebildet und weisen eine einseitige Hinterschneidung auf und die Vertiefungen 3" sind in ihrem Querschnitt trapezförmig ausgebildet, wobei durch die Form der Trapeze beidseitige Hinterschneidungen entstehen.
Die Figuren 3a bis 3c zeigen Sputtertargetrohre 1 mit angeschnittenem Sputtermaterial 2, welches durch auf den Targetrohren 1 angebrachte Erhöhungen 4, 4' und 4" fixiert sind. Die Erhöhungen 4, 4', 4" sind negativ zu den Vertiefungen gemäß Figur 1a bis 1c ausgebildet. Sie sind auf die Oberfläche der Sputtertargetrohre 1 aufgeschweißt. In Analogie zu Figur 2 ist in den Figuren 4a bis 4c jeweils eine teilgeschnittene Sputtertargetanordnung gezeigt, wobei die Erhöhungen 4, 4', 4" im Schnitt dargestellt sind.
In Figur 5a und 5b ist eine weitere Möglichkeit der Anbringung von Vertiefungen dargestellt. Figur 5a zeigt eingeprägte Vertiefungen 5 mit etwa quadratischem Querschnitt, Figur 5b zeigt Vertiefungen 5' mit kreisförmigem Querschnitt. Die Vertiefungen 5, 5' sind ebenso wie die Vertiefungen 3, 3', 3" in den Figuren 1 und 2 nicht durchgehend angebracht. Für die Durchleitung des Kühlmittels durch das Innere des Trägerrohres 1 ist eine innere geschlossene Oberfläche des Trägerrohres 1 notwendig.
Die Figuren 6a bis 6c zeigen in Analogie zu Figur 1 Vertiefungen 6, 6', 6", die als duchgehende Spiralen ausgebildet sind, wobei das Sputtermaterial 2 geschnitten dargestellt ist und das Trägerrohr 1 in der Seitenansicht, mit einer Detaildarstellung des Querschnitts der Vertiefungen 6, 6', 6".
Nach der beispielhaften Beschreibung grundsätzlicher Formen der Vertiefungen bzw. Erhöhungen werden nachfolgend zwei konkrete Beispiele beschrieben.
Beispiel 1 :
Ein Trägerrohr 1 aus unmagnetischem Edelstahl mit einer Gesamtlänge von 3191 mm, einem Außendurchmesser von 133 mm und einer Wanddicke von 4 mm wird in jedem Bereich, auf dem später das Sputtermaterial 2 aufgebracht werden soll, mit einer spiralförmigen Gewindestruktur als Vertiefung 3, 6 versehen. Dazu wird, beginnend im Abstand von 20 mm von jedem Ende des gesamten Trägerrohres 1 , ein spiralförmiger Graben entsprechend Figur 1a oder 6a mit Hilfe einer Drehmaschine eingearbeitet, wobei die spiralförmige Vertiefung 3, 6 eine Basisbreite von 2 mm und eine Tiefe von 2 mm aufweist und die Spirale eine Steigung von 5 mm (analog zu einem Gewinde) hat. Dieser so bearbeitete Bereich des Trägerrohres 1 wird mit einer galvanischen Haftschicht versehen. Das so vorbereitete Trägerrohr 1 wird dann im stehenden Guss, wie beispielsweise in DE 100 43 748 offenbart, mit flüssigem Zinn als Sputtermaterial 2 umgössen. Die Wandstärke des Sputtermaterials 2 beträgt 15 mm.
Nach Abkühlung des Sputtermaterials 2 nach dem Guss wird die Außenfläche des Sputtermaterials 2 beispielsweise mit Hilfe einer Drehmaschine auf die gewünschte Wanddicke des Sput- termaterials 2 von 13 mm nachgearbeitet. Das fertige Sputtertarget kann jetzt in handelsüblichen Rohrkathoden zur Herstellung dünner Schichten eingesetzt werden.
Beispiel 2:
Ein Trägerrohr 1 aus unmagnetischem Edelstahl mit einer Länge von 550 mm, einem Außendurchmesser von 133 mm und einer Wanddicke von 4 mm wird in jedem Bereich, auf den das Sputtermaterial 2 aufgebracht werden soll, mit einer spiralförmigen Vertiefung 3, 6 versehen (wie in Beispiel 1 analog einer Gewindestruktur). Dazu wird, beginnend im Abstand von jeweils 20 mm vom Ende des Trägerrohrs 1 , eine spiralförmige Vertiefung 3', 6', wie in Figur 1 b, 6b dargestellt, mit Hilfe einer Drehmaschine eingearbeitet. Die Vertiefung 3', 6' weist eine einseitige Hinterschneidung auf. Die Basisbreite der Vertiefung 3', 6' beträgt 4 mm, die Tiefe beträgt 2 mm, die Steigung der spiralförmigen Vertiefung 3', 6' beträgt 5 mm (analog einer Gewindesteigung). Der bearbeitete Teil des Trägerrohres 1 wird durch Sandstrahlen zusätzlich aufgeraut, entfettet und gereinigt.
Das Trägerrohr 1 wird zentrisch in einem entsprechend langen Gummischlauch positioniert, wobei ein umlaufend gleicher Abstand zwischen Trägerrohr 1 und dem Gummischlauch gebildet wird. Dieser Abstand (Zwischenraum) zwischen zylindrischem Gummischlauch und Trägerrohr 1 wird mit einer Pulvermischung aus 50 Gew.-% Kupferpulver und 50 Gew.-% Indiumpulver gefüllt. Beide Enden dieser konzentrischen Anordnung von Trägerrohr 1 , Metallpulver und Gummischlauch werden mit Gummistopfen wasserdicht abgedichtet, so dass das Kupfer- Indium-Pulvergemisch zwischen Gummischlauch und Trägerrohr 1 eingeschlossen ist.
Diese Anordnung wird in einer kaltisostatischen Presse einem isostatischem Wasserdruck von 1500 bar ausgesetzt. Das Pulvergemisch verdichtet sich dabei auf nahezu 100% seiner theoretischen Dichte, wobei Pulveranteile in die Hinterschneidung der Vertiefung 3', 6' eindringen. Der Gummistopfen und der Gummischlauch werden nach dem Pressen entfernt. Das entstandene Verbundrohr aus Trägerrohr 1 und Sputtermaterial 2 wird auf der Außenoberfläche so bearbeitet, dass eine einheitliche Dicke des Sputtermaterials 2 entsteht. Das fertige Sputtertarget wird in eine handelsübliche Rohrkathode eingesetzt und dient der Herstellung dünner Schichten.

Claims

Patentansprüche
1. Sputtertarget mit einem Trägerrohr und einem an dessen äußerer Mantelfläche angeordneten Sputtermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Mantelfläche des Trägerrohres ring- oder spiralförmig um die Längsachse des Trägerrohres umlaufende Vertiefungen angeordnet sind, in die das Sputtermaterial eingreift und dass die Vertiefungen im Bereich des Sputtermaterials über die Länge des Trägerrohres verteilt sind.
2. Sputtertarget nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen eine Tiefe aufweist, die gleich oder größer ist wie die zehnfache durchschnittliche Korngröße des pulverförmigen Sputtermaterials.
3. Sputtertarget nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen eine Tiefe von mindestens 0,5 mm aufweisen.
4. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen als Nuten ausgebildet sind.
5. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen Hinterschneidungen aufweisen.
6. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen negativ ausgebildet sind, als Erhöhungen, die von dem Sputtermaterial umgriffen sind.
7. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen unterbrochen umlaufend angeordnet sind.
8. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Trägerrohres mindestens so groß ist wie die Länge des rohförmig angeordneten Sputtermaterials.
9. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargets nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sputtermaterial geschmolzen und auf das Trägerrohr aufgegossen wird, wobei das Sputtermaterial in die Vertiefungen gegossen wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargets nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein pulverförmiges Sputtermaterial auf das Trägerrohr auf- gepresst wird, wobei das Sputtermaterial in die Vertiefungen gepresst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass isostatisch gepresst wird.
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