WO2011047891A1 - Sputtertargetanordnung - Google Patents

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WO2011047891A1
WO2011047891A1 PCT/EP2010/058996 EP2010058996W WO2011047891A1 WO 2011047891 A1 WO2011047891 A1 WO 2011047891A1 EP 2010058996 W EP2010058996 W EP 2010058996W WO 2011047891 A1 WO2011047891 A1 WO 2011047891A1
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WO
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tube
adhesive
metal strand
metal
target
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PCT/EP2010/058996
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English (en)
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Inventor
Peter Sindlhauser
Alfred Willer
Original Assignee
Sindlhauser Materials Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/342—Hollow targets
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    • H01J37/3426—Material
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    • H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3488—Constructional details of particle beam apparatus not otherwise provided for, e.g. arrangement, mounting, housing, environment; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/3491—Manufacturing of targets

Definitions

  • the invention relates to a Sputterertargetan extract with a support tube and a spaced surrounding the support tube target tube, with a arranged between the carrier tube and target tube metal mesh and a bonding method for producing the sputtering target assembly.
  • the sputtering associated with the PVD process is frequently used.
  • atoms, ions or larger clusters are removed by bombardment with high-energy ions, in particular argon ions, from a solid, the sputtering target, and transferred into the gas phase. There, these particles are either ballistically or guided by electric fields on the substrate to be coated, where they have a layer with high conformity and
  • Form layer thickness homogeneity In particular, hard materials based on titanium nitride or titanium carbonitride are used as the sputtering target, but also brittle ceramics such as, for example, indium zinc oxide (IZO), indium tin oxide (ITO), aluminum-doped tin oxide (ZnO: Al) and
  • Titanium dioxide Ti0 2
  • silicon Si
  • Refractory metals During sputtering, it is desired to evaporate the sputtering targets as quickly as possible in order to coat substrates as quickly as possible and thus cost-effectively.
  • the sputtering targets used in these sputtering processes are used as flat or tube targets.
  • the material to be applied to the substrate is formed into a tube and fixed on a carrier tube made of stainless steel. The removal of the energy and electrical charge introduced into the sputtering target takes place through
  • fixations use bonds between the sputtering target and the carrier tube. This type of fixation has the advantage of being able to be carried out at room temperature and under normal pressure. Bonding can replace the soldering even in hard-to-wet surfaces. However, these bonds must be electrically conductive and thermally conductive. Self-conductive adhesives usually have orders of magnitude inferior in their properties, so that metal powders and / or metal fibers or fabrics are usually added to the inter alia suitable adhesives based on epoxy resin.
  • the cured epoxy resin is brittle and has a very different compared to the other materials steel or Cu Expansion coefficients, so that it can not or hardly follow the temperature and thus dimensional fluctuations occurring during operation, resulting in poor contact of the interfaces, cracks in the adhesive and thus to a shortened life of the sputtering target.
  • the expansion coefficients of the materials used must therefore match approximately to prevent stress.
  • Support tube and target tube a vibrated powder or
  • the object of the invention is therefore to provide a sputtering target arrangement whose contact between sputtering target and carrier tube is improved and to provide a simple, reliable method of producing such an improved contact.
  • the device task is solved in that the metal mesh is a metal strand, which is arranged in a predominantly orthogonal orientation to the coaxial longitudinal axes of the carrier tube and the target tube in the gap and with its outside the facing walls of the carrier tube and the target tube is contacting.
  • the invention means an approximately tubular metal fabric with approximately cylindrical coaxial cavity and a mesh-like perforated wall, through which the cylindrical cavity is accessible.
  • Such metal strands have long been known and readily available. They can be made of Cu, steel or other metals or alloys. Their big advantage is their flexibility and deformability in the axial and radial direction of the strand. This feature makes the invention with great advantage by putting this strand in
  • the invention initially does not depend on whether the strand is guided spirally or in rings or in mixed forms thereof or meandering around the support tube, as long as it ensures a sufficiently large contact surface between the support and target tube and thus an intimate contacting.
  • the invention does not depend on a specific mesh size or type of wire or its exact diameter, but on their flexibility. With great advantage, the invention thus avoids the disadvantage of the above-mentioned prior art, that only the wall thickness of the fabric thread to compensate Spaltjansted and the individual fabric thread is correspondingly low flexibility, since it can be addressed practically as solid wire.
  • the metal strand is compressed in the gap in comparison to its initial state. With great advantage, the contact surface is further increased so that the different gap dimensions are particularly well balanced and heat and electrical landings are glided particularly efficiently.
  • the metal strand is wound spirally around the support tube, the result is a simple yet efficient arrangement that is easy to implement.
  • the adhesive is a high-temperature adhesive, in particular a high-temperature adhesive having good thermal conductivity and a low electrical resistance, in particular a graphite adhesive, this can be Sputtering target according to the invention even at very high temperatures and thus are operated very fast, since the connection of
  • Adhesive properties is limited.
  • one or more layers of adhesive are arranged following one or more turns of metal strand, in particular following one turn of metal strand, a layer of adhesive is present.
  • a solid composite of compacted metal strand and adhesive is made possible, in particular because the adhesive penetrate into the coaxial cavity of the metal strand and its meshes remaining after compaction, fill them to a certain extent and thus produce a bond after curing, so that an adhesive metal composite results wherein little adhesive is placed in a metal matrix.
  • the process object of the invention is achieved by a bonding process for producing a sputtering target assembly as described in which the target tube is aligned coaxially with the support tube to form a gap therebetween, then inserting a metal strand into the gap and substantially orthogonal to the longitudinal axes of Carrier tube and target tube is guided in the gap around the target tube, one or more layers of metal strand are compacted after insertion and these steps are repeated until the required contact surface between the support tube and each target tube is reached.
  • This bonding process offers with great advantage a possibility to produce a large-area and firm and intimate contacting of gap-limiting walls and metal braid.
  • the bonding method it is provided that after one or more layers of metal wire one or more layers of adhesive are introduced into the gap or that the metal strand is wetted with an adhesive before being introduced into the gap.
  • This adhesive introduction serves to solidify the metal strand without compromising its flexibility.
  • a complete filling of the cavities is conceivable, but only if a flexibility of
  • Target tube length it may be necessary not only the very first and very last turn based on the support tube, but also all first and last turns relative to the respective target tube by means of adhesive to solidify. If, according to the invention, the introduction of an adhesive is provided, a curing step for the adhesive is also provided in each case.
  • Figure 1 a schematic longitudinal section through a tubular Sputterertargetan Aunt in mounting situation
  • Figure 2 a schematic plan view of a tubular
  • FIG. 1 shows a support tube 1 made of stainless steel on a turntable 8. Such a support tube can currently be up to 3.2 m long. It is
  • a target tube 2 is pushed over the carrier tube 1, coaxially aligned and fixed.
  • the metal strand 5 is introduced from the end facing away from the turntable and fixed on the turntable 8.
  • a plurality of target pipe sections 9 must be successively connected to the up to 3.2 m long support tube 1 due to production, since the former can not be finished in lengths greater than, for example, 30 cm.
  • the target tube sections 9 are spaced apart from each other in the direction of the longitudinal axis by a radial gap 10 which, for example, has a width of 0.1 mm and which, as shown, is bridged by the metal strand 5 at one point. This bridging takes place in such a way that the metal strand 5 does not reach into the area of the material width of the target tube 1 in order to generate no arcs during later operation.
  • a big advantage over the low viscous In-Lot since the Cu strand can not escape from the gap.
  • Carrier tube 1 sets.
  • the metal strand 5 is guided and compressed around the carrier tube 1 predominantly orthogonally to the longitudinal axes of the carrier tube 1 and the target tube 2.
  • one or more layers of adhesive 4 are applied to the gap 6 on the uppermost strand layer and this process is repeated.
  • an alternating introduction of metal strand 5 and adhesive 4 is preferred, for example such that the metal strand to be introduced is pulled through a sponge soaked with adhesive and so wetted.
  • the just introduced layer metal strand 5 is immediately compressed, for example by means of a punch 1.
  • the filling of the gap 6 is carried out at room temperature, without additional heating or applying a vacuum.
  • the amount of adhesive is chosen so that by no means all the remaining voids of the metal strand 5 are filled, but a large part of the cavities remains unfilled in order to maintain the flexibility of the metal strand 5 in later operation as possible.
  • the metal strand 5 therefore ideally provides the much larger proportion by volume compared to the adhesive 4.
  • the adhesive 4 used according to the invention is a high-temperature adhesive, such as a Commercially available graphite adhesive with a temperature resistance of up to 2,000 ° C.
  • Fig. 2 shows a schematic plan view of a tubular
  • a compaction step c) is effected at 120 ° offset therefrom, and a step e) of the adhesive introduction is offset by a further 120 ° therefrom.
  • the densification step c) leads, as already stated, to the fact that the underlying layer of adhesive penetrates into the remaining cavities of the adjacent copper strands 5 and fills them in places. It also leads to the fact that the Cu strand pressed due to their high flexibility in split pockets of larger diameter or adapts bottlenecks in the gap, so that a particularly good contacting of metal strand and the respective wall surface takes place.
  • step e) of the adhesive wetting of the Cu strand already takes place outside of the gap 6 and in which accordingly step e) does not take place in FIG.
  • step e) also another variant in which no adhesive is introduced at all, the step e) thus omitted.
  • the step e) thus omitted.
  • the very first and last turn would be sealed in order to get a clean and tight seal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sputtertargetanordnung mit einem Trägerrohr (1) und einem das Trägerrohr (1) beabstandet umgebenen Targetrohr (2), mit einem zwischen Trägerrohr (1) und Targetrohr (2) angeordneten Metallgewebe (5). Um eine besonders gute Kontaktierung der Rohre zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass das Metallgewebe (5) eine Metalllitze (5) ist, die in überwiegend orthogonaler Orientierung zu den coaxialen Längsachsen von Trägerrohr (1) und Targetrohr (2) im Spalt (6) angeordnet ist und mit ihrer Außenseite (7) die zueinander gerichteten Wände von Trägerrohr (1) und Targetrohr (2) kontaktierend ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Bond- Verfahren zur Herstellung der Sputtertargetanordnung.

Description

Sputtertargetanordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Sputtertargetanordnung mit einem Trägerrohr und einem das Trägerrohr beabstandet umgebenden Targetrohr, mit einem zwischen Trägerrohr und Targetrohr angeordneten Metallgewebe sowie ein Bond-Verfahren zur Herstellung der Sputtertargetanordnung.
Stand der Technik
Zum Beschichten großflächiger Substrate wie FensterVArchitekturglas, Bildschirmscheiben, Folien o.ä aber auch zur Erzeugung von dünn beschichteten Solarzellen, die zunehmend die Standardsilizium- Solarzellen ersetzen, wird häufig das zu den PVD-Verfahren gehörende Sputtern eingesetzt. Beim Sputtern werden Atome, Ionen oder größere Kluster durch Beschuss mit energiereichen Ionen, insbesondere Argon- Ionen aus einem Festkörper, dem Sputtertarget, herausgelöst und in die Gasphase überführt. Dort werden diese Teilchen entweder ballistisch oder geführt durch elektrische Felder auf das zu beschichtende Substrat gelenkt, wo sie eine Schicht mit hoher Konformität und
Schichtdickenhomogenität bilden. Als Sputtertarget werden insbesondere Hartstoffe auf Basis von Titan-Nitrid oder Titan-Carbonitrid verwendet, aber auch spröde Keramiken wie beispielsweise Indiumzinkoxid (IZO), Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinnoxid (ZnO:AI) und
Titandioxid (Ti02), Silizium (Si), und viele Legierungen mit einem hohen Gehalt an intermetalllischen Phasen sowie viele Übergangs- und
Refraktärmetalle. Beim Sputtern ist es gewünscht, die Sputtertargets möglichst schnell zum Abdampfen zu bringen, um möglichst schnell und damit kostengünstig Substrate zu beschichten. Die bei diesen Sputterprozessen verwendeten Sputtertargets werden als Flach- oder Rohrtargets eingesetzt. Bei den Rohrtargets ist der auf das Substrat aufzubringende Werkstoff zu einem Rohr ausgebildet und auf einem Trägerrohr aus Edelstahl fixiert. Die Abfuhr der in das Sputtertarget eingebrachten Energie und elektrischer Ladung erfolgt durch
Innenkühlung des Trägerrohrs und einer leitfähigen Verbindung zu diesem. Der Fixierung und der thermischen und elektrischen Verbindung zwischen Sputtertarget und Trägerrohr kommt daher eine besondere Bedeutung zu, da die Art und Weise der Fixierung auch den
Wärmetransport vom Sputtertarget zum Trägerrohr und damit die möglichen Betriebstemperaturen und damit wiederum die mögliche Geschwindigkeit der Substratbeschichtung entscheidend bestimmen.
Bekannte Fixierungen verwenden ein Indiumlot, das jedoch nicht über 156,6 °C erhitzt werden darf, aufgrund seiner niedrigen Viskosität und leichten Oxidierbarkeit nur unter Vakuum und auch ansonsten schwierig zu handhaben ist, nicht alle Sputtertargets ausreichend benetzt, aufgrund seiner Seltenheit und trotz umfangreichen Recycelns relativ teuer ist und großen Preissprüngen unterliegt.
Andere bekannte Fixierungen verwenden eine Klebungen zwischen Sputtertarget und Trägerrohr. Diese Art der Fixierung hat den Vorteil, bei Raumtemperatur und unter Normaldruck durchgeführt werden zu können. Klebungen können auch bei schwer zu benetzenden Oberflächen die Lötung ersetzen. Diese Klebungen müssen jedoch elektrisch leitfähig und wärmeleitfähig sein. Eigenleitfähige Kleber besitzen hierbei meist um Größenordnungen zu schwache Eigenschaften, so dass zu den u.a. in Frage kommenden Klebstoffen auf Epoxidharzbasis meist Metall pul ver und/oder Metallfaser oder -gewebe zugesetzt werden. Darüberhinaus ist das ausgehärtete Epoxidharz spröde und weist einen im Vergleich zu den weiteren Werkstoffen Stahl oder Cu sehr unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass es den im Betrieb auftretenden Temperatur- und damit Maßschwankungen nicht oder kaum folgen kann, was zu einer schlechten Kontaktierung der Grenzflächen, Rissen im Klebstoff und damit zu einer verkürzten Lebensdauer des Sputtertargets führt. Die Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien müssen daher annähernd übereinstimmen, um Spannungen zu verhindern.
Verbünde aus einem Metallpulver und einem Klebstoff sowie aus einem Metallgewebe und einem Klebstoff sind aus der DE 10 2005 029 221 A1 bekannt. Bei dieser wird einem Trägerrohr ein gestrickter Cu-Schlauch mit einer Wandstärke von 3 mm übergezogen und mit einem Epoxidharz bestrichen. Vor dem Ineinanderschieben von Trägerrohr und Targetrohr wird die Innenseite des Targetrohrs ebenfalls mit Epoxidharz bestrichen und nach dem Ineinanderschieben bei etwa 60 °C ausgehärtet. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass der Cu-Schlauch den
toleranzbedingt variierenden Spaltmaßen einer Sputtertargetanordnung nicht in ausreichendem Maße zu folgen vermag, so dass es im
Sputtertarget zu stark aufgeheizten Bereichen mit der Folge von thermischen Spannungen, Gefügeveränderungen und sogar
Rissbildungen kommt. Aus der DE 10 2005 020 250 B4 ist schließlich bekannt, zwischen
Trägerrohr und Targetrohr eine eingerüttelte Pulver- oder
Granulatschüttung aus Graphit und/oder Cu oder Ag zu verwenden und diese ggf. in eine In-Lot-Matrix zu betten
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sputtertargetanordnung anzugeben, deren Kontakt zwischen Sputtertarget und Trägerrohr verbessert ist und eine einfache, zuverlässige Methode anzugeben, einen solchen verbesserten Kontakt herzustellen. Die Vorrichtungsaufgabe wird dadurch gelöst, dass das Metallgewebe eine Metalllitze ist, die in überwiegend orthogonaler Orientierung zu den koaxialen Längsachsen von Trägerrohr und Targetrohr im Spalt angeordnet ist und mit ihrer Außenseite die zueinander gerichteten Wände von Trägerrohr und Targetrohr kontaktierend ist. Unter Metalllitze versteht die Erfindung dabei ein annähernd röhrenförmiges Metallgewebe mit annähernd zylindrischem koaxialem Hohlraum und einer maschenartig durchbrochenen Wand, durch die der zylindrische Hohlraum zugänglich ist. Derartige Metalllitzen sind seit langem bekannt und leicht erhältlich. Sie können aus Cu, Stahl oder anderen Metallen oder Legierungen bestehen. Ihr großer Vorteil ist ihre Flexibilität und Verformbarkeit in axialer und radialer Richtung der Litze. Diese Eigenschaft macht sich die Erfindung mit großem Vorteil zunutze, indem sie diese Litze in
überwiegend orthogonaler Richtung zur Längsachse des Trägerrohrs um dieses herum anordnet. Hierdurch kontaktiert die Metalllitze die
zueinander weisenden Wände von Trägerrohr und Targetrohr großflächig mit ihrer Außenseite und kann sich aufgrund ihrer hohen Flexibilität leicht an unterschiedliche Spaltmaße anpassen. Der Erfindung kommt es dabei zunächst nicht darauf an, ob die Litze spiralförmig oder in Ringen oder in Mischformen daraus oder mäandrierend um das Trägerrohr geführt ist, solange sie eine ausreichend große Kontakfläche zwischen Träger- und Targetrohr und damit eine innige Kontaktierung gewährleistet. Der Erfindung kommt es auch nicht auf eine spezielle Maschenweite oder Gewebeart der Litze oder ihren genauen Durchmesser an, sondern auf deren Flexibilität. Mit großem Vorteil vermeidet die Erfindung damit den Nachteil aus dem o.g. Stand der Technik, dass nur die Wandstärke des Gewebefadens zum Ausgleich von Spaltmaßänderungen zur Verfügung steht und der einzelne Gewebefaden entsprechend gering flexibel ist, da er praktisch als Volldraht angesprochen werden kann. ln Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Metalllitze im Spalt im Vergleich zu ihrem Ausgangszustand verdichtet ist. Mit sehr großem Vorteil wird so die Kontaktfläche weiter erhöht, so dass die unterschiedlichen Spaltmaße besonders gut ausgeglichen und Wärme und elektrische Landungen besonders effizient gleitet werden. Die
Verdichtung führt zu einem innigen Kontakt, da die so erhaltene
Flächenpressung zu einer flächigen Anlage der Litze an den Wänden führt, die wesentlich größer ist als die punktuelle Anlage beispielsweise einer Pulverschüttung. Diese Flächenpressung kann auch bei einer konstanten Spaltweite erforderlich sein, um eine gute Leitfähigkeit zu gewährleisten.
Ist die die Metalllitze spiralförmig um das Trägerrohr gewickelt, ergibt sich eine einfache doch effiziente Anordnung, die leicht zu verwirklichen ist.
Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung der Erfindung, wonach ein Klebstoff zur Erhöhung der Festigkeit der Metalllitze vorgesehen ist, wobei der Volumenanteil der Metalllitze im Klebstoffmetallverbund größer ist als der Volumenanteil des Klebstoffs. Mit sehr großem Vorteil werden so erfindungsgemäß die besonders vorteilhaften Eigenschaften des Metalls hinsichtlich Wärme- und elektrischer Leitfähigkeit sowie thermischem Ausdehnungsverhalten im Verbund ausgenutzt, da die Kontaktierung der Rohrwände vor allem über das Metall erfolgt und nicht über den Kleber. Dieser dient erfindungsgemäß eher zur Fixierung der Metalllitze und zur Verbesserung des inneren Zusammenhalts. Erfindungsgemäß sollen daher auch möglichst keine flächigen Kontaktierungen von Klebstoff und Wänden erfolgen.
Ist der Klebstoff ein Hochtemperaturklebstoff, insbesondere ein gut wärmeleitender und einen geringen elektrischen Widerstand aufweisender Hochtemperaturklebstoff, insbesondere ein Graphitklebstoff, kann das erfindungsgemäße Sputtertarget auch bei sehr hohen Temperaturen und damit besonders schnell betrieben werden, da die Verbindung von
Sputtertarget und Targetrohr unter allen Betriebsbedingungen nur durch den Schmelzpunkt des Metalls der Metalllitze und nicht durch die
Klebereigenschaften begrenzt wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf eine oder mehrere Windungen Metalllitze eine oder mehrere Lagen Klebstoff folgend angeordnet sind, insbesondere auf eine Windung Metalllitze eine Lage Klebstoff folgend ist. Hierdurch wird ein fester Verbund von verdichteter Metalllitze und Klebstoff ermöglicht, insbesondere deswegen, weil der Klebstoff in den nach Verdichtung noch vorhandenen koaxialen Hohlraum der Metalllitze und deren Maschen eindringen, diese zu einem gewissen Teil füllen und so nach Aushärten eine Verbindung herstellen kann, so dass sich ein Klebstoffmetallverbund ergibt, bei dem wenig Klebstoff in einer Metallmatrix angeordnet ist.
Die Verfahrensaufgabe der Erfindung wird durch ein Bond-Verfahren zur Herstellung einer Sputtertargetanordnung wie beschrieben gelöst, bei welchem das Targetrohr koaxial zum Trägerrohr ausgerichtet wird, so dass ein Spalt zwischen diesen entsteht, anschließend eine Metalllitze in den Spalt eingeführt und überwiegend orthogonal zu den Längsachsen von Trägerrohr und Targetrohr im Spalt um das Targetrohr herum geführt wird, eine oder mehrere Lagen Metalllitze nach dem Einbringen verdichtet werden und diese Schritte so oft wiederholt werden, bis die erforderliche Kontaktfläche zwischen Trägerrohr und jedem Targetrohr erreicht ist. Dieses Bond-Verfahren bietet mit großem Vorteil eine Möglichkeit, eine großflächige und feste sowie innige Kontaktierung von spaltbegrenzenden Wänden und Metalllitze herzustellen. Die Metalllitze kontaktiert durch die Verdichtung bei der Herstellung sowohl Trägerrohr als auch Targetrohr großflächig. Dadurch wird eine direkte Wärmeleitung und eine Leitung der Elektronen über das Metallgitter der Metalllitze vom Targetrohr zum Trägerrohr ermöglicht. Die erfindungsgemäß vorgesehene
Flächenpressung erhöht die Güte des Kontakts und belässt der Metalllitze dennoch eine ausreichende Flexibilität, um den wiederholt auftretenden Temperatur- und damit Maßschwankungen von Target- und Trägerrohr ohne Verlust an Kontaktfläche zu folgen.
In Ausgestaltung des Bond-Verfahrens ist vorgesehen, dass nach einer oder mehreren Lagen Metalllitze eine oder mehrere Lagen Klebstoff in den Spalt eingebracht werden oder dass die Metalllitze vor der Einbringung in den Spalt mit einem Klebstoff benetzt wird. Diese Klebstoffeinbringung dient der Verfestigung der Metalllitze, ohne deren Flexibilität durch zu beeinträchtigen. Je nach Klebstoff ist auch ein vollständiges Verfüllen der Hohlräume denkbar, jedoch nur dann, wenn eine Flexibilität des
Gesamtmaterials erhalten bleibt, die selbst bei unterschiedlichen
Temperaturen und bei Temperaturwechseln den innigen Flächenkontakt zu den Rohrmaterialien sicherstellt.
Wird nur die erste und/oder die letzte Lage Metalllitze pro Targetrohr in einen Klebstoff gebettet, kann einfach ein stirnseitiger Abschluß der Sputtertargetanordnung geschaffen werden, der ein mechanisches Verschieben der Metalllitze aus dem Verbund verhindert. Je nach
Targetrohrlänge kann es erforderlich sein, nicht nur die allererste und allerletzte Windung bezogen auf des Trägerrohr, sondern auch alle ersten und letzten Windungen bezogen auf des jeweilige Targetrohr mittels Klebstoff zu verfestigen. Ist erfindungsgemäß die Einbringung eines Klebstoffs vorgesehen, so ist auch jeweils ein Aushärteschritt für den Klebstoff vorgesehen.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Figuren zeigen im Einzelnen: Figur 1 : einen schematischen Längsschnitt durch eine rohrförmige Sputtertargetanordnung in Montagesituation und
Figur 2: eine schematischen Aufsicht auf eine rohrförmige
Sputtertargetanordnung. Fig. 1 zeigt ein Trägerrohr 1 aus Edelstahl auf einem Drehteller 8. Ein solches Trägerrohr kann zur Zeit bis zu 3,2 m lang sein. Es ist
beabstandet von einem Targetrohr 2 aus dem Sputtermaterial umgeben, wobei unterschiedliche Spalte 6 je nach Sputtertarget und Trägerrohr eine jeweilige Weite zwischen 0,2 mm und ca. 2 mm aufweisen, jeweils um die Fertigungstoleranzen der beiden zylindrischen Körper schwankend. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sputtertargetanordnung wird in einem ersten Schritt ein Targetrohr 2 über das Trägerrohr 1 geschoben, koaxial ausgerichtet und fixiert. In den Spalt 6 wird die Metalllitze 5 von der drehtellerabgewandten Stirnseite eingeführt und am Drehteller 8 festgelegt. Im Fall von Keramiktargets müssen fertigungsbedingt mehrere Targetrohrabschnitte 9 nacheinander mit dem bis zu 3,2 m langen Trägerrohr 1 verbunden werden, da sich erstere nicht in größeren Längen als beispielsweise 30 cm fertigen lassen. Die Targetrohrabschnitte 9 sind dabei in Richtung der Längsachse durch einen radialen Spalt 10 voneinander beabstandet, der beispielsweise eine Weite von 0,1 mm aufweist und der wie gezeigt von der Metalllitze 5 an einer Stelle überbrückt wird. Diese Überbrückung erfolgt so, dass die Metalllitze 5 nicht in den Bereich der Materialbreite des Targetrohres 1 reicht, um im späteren Betrieb keine Lichtbögen zu erzeugen. Hier besteht ein großer Vorteil gegenüber dem niedrigviskosen In-Lot, da die Cu-Litze nicht aus dem Spalt austreten kann. Ansonsten würden im späteren Betrieb Lichtbögen erzeugt, die die Lebensdauer des Sputtertargets dramatisch reduzieren und die Auftragsgüte auf dem Substrat verschlechtern. Im drehtellernahen Bereich ist eine bereits verdichtete Metalllitzenschicht 12 dargestellt, deren Windungen mit Klebstoff zueinander fixiert sein können. Die weitere Herstellung der Sputtertargetanordnung erfolgt durch Rotation der zueinander koaxial ausgerichteten Einheit aus Trägerrohr 1 und Sputtertarget 2, so dass sich die Metalllitze 5 spiralförmig um das
Trägerrohr 1 legt. Die Metalllitze 5 wird hierbei überwiegend orthogonal zu den Längsachsen von Trägerrohr 1 und Targetrohr 2 um das Trägerrohr 1 herumgeführt und verdichtet. Nach Erzeugung einer oder mehrerer Lagen Metalllitze 5 werden eine oder mehrere Lagen Klebstoff 4 in den Spalt 6 auf die oberste Litzenlage aufgebracht und dieser Vorgang wiederholt. Bevorzugt ist hierbei eine wechselnde Einbringung von Metalllitze 5 und Klebstoff 4, beispielsweise so, dass die einzubringende Metalllitze durch einen mit Klebstoff getränkten Schwamm gezogen und so benetzt wird. Die soeben eingebrachte Lage Metalllitze 5 wird umgehend verdichtet, beispielsweise mittels eines Stempels 1 1 . Da diese Lage auf einer Lage Klebstoff 4 liegt, drückt das Verdichten zum einen den Klebstoff in die Hohlräume der darunterliegenden als auch der darüberliegenden Lage Metalllitze 5 und zum anderen die Metalllitze 5 in möglicherweise bestehende Spalttaschen größeren Durchmessers, so dass eine dichte Metallpackung im Spalt und damit eine besonders große
Metallkontaktfläche zwischen den zueinander gerichteten und den Spalt 6 definierenden Wänden von Trägerrohr 1 und Targetrohr 2. Die Füllung des Spaltes 6 erfolgt bei Raumtemperatur, ohne zusätzliches Erwärmen oder Anlegen eines Vakuums. Die Klebstoffmenge ist dabei so gewählt, dass keinesfalls sämtliche noch bestehenden Hohlräume der Metalllitze 5 ausgefüllt werden, vielmehr verbleibt ein Grossteil der Hohlräume unverfüllt, um die Flexibilität der Metalllitze 5 auch im späteren Betrieb möglichst zu erhalten. In dem entstandenen Klebstoffmetallverbund stellt die Metalllitze 5 im Vergleich zum Klebstoff 4 daher idealerweise den weitaus größeren Volumenanteil. Der erfindungsgemäß eingesetzte Klebstoff 4 ist ein Hochtemperaturklebstoff, wie beispielsweise ein handelsüblicher Graphitkleber mit einer Temperaturbeständigkeit von bis zu 2.000 °C. Jedoch sind auch andere Klebstoffe denkbar, beispielsweise ein dotierter Klebstoff auf Basis eines Epoxids. Temperaturbeständigkeit des Klebstoffs und Flexibilität der Metalllitze 5 werden benötigt, die im Betrieb des Sputtertargets wiederholt auftretenden Temperaturgradienten von bis zu 500 °C auf der Aussenseite des Targets zu 15°C auf der Trägerrohroberfläche so abzufangen, dass möglichst stets ein inniger Kontakt zwischen äußerer Trägerrohroberfläche und innerer
Targetrohroberfläche gewährleistet ist. Hier können bereits Abweichungen im Hundertstel Millimeterbereich zu lokalen Überhitzungen des
Targetrohrs und damit zu dessen Lebensdauerverkürzung führen.
Es ist auch eine Ausführung denkbar, bei der die Metalllitze 5 in Form von Ringen, welche einen Außendurchmesser entsprechend dem
Außendurchmesser des Spaltes 6 aufweisen, übereinander in den Spalt eingebracht werden. Ein solcher Metallitzenring ist streng orthogonal zur Längsachse des Trägerrohrs 1 ausgerichtet.
Fig. 2 zeigt eine schematischen Aufsicht auf eine rohrförmige
Sputtertargetanordnung mit den unterschiedlichen Orten, an denen die jeweiligen Verfahrensschritte stattfinden unter Weglassung des
Drehtellers. Gut zu erkennen ist, dass nach einem ersten Schritt b) der Cu-Litzeneinbringung um hierzu ca 120° versetzt ein Verdichtungsschritt c) erfolgt und um zu diesem um weitere 120° versetzt ein Schritt e) der Klebstoffeinbringung. Der Verdichtungsschritt c) führt wie bereits ausgeführt dazu, dass die darunter befindliche Lage Klebstoff in die verbliebenen Hohlräume der benachbarten Cu-Litzen 5 eindringt und diese ansatzweise füllt. Er führt ebenfalls dazu, dass die Cu-Litze aufgrund ihrer hohen Flexibilität in Spalttaschen größeren Durchmessers gedrückt oder sich Engpässen im Spalt anpasst, so dass eine besonders gute Kontaktierung von Metalllitze und jeweiliger Wandfläche erfolgt. Gut zu erkennen ist, dass die Metal Hitze mit ihrer Aussenseite die beiden spaltbegrenzenden Wandflächen von Targetrohr und Trägerrohr kontaktiert. Nicht dargestellt ist eine weitere erfindungsgemäße Variante, bei der der Schritt e) der Klebstoffbenetzung der Cu-Litze bereits außerhalb des Spaltes 6 erfolgt und bei der demgemäß der Schritt e) nicht in der Fig. 2 erfolgt. Nicht dargestellt ist ebenfalls eine weitere Variante, bei der überhaupt kein Klebstoff eingebracht wird, der Schritt e) also entfällt. Hier würden lediglich die allererste und allerletzte Windung versiegelt, um einen sauberen und dichten Abschluß zu erhalten.
Bezugszeichenliste Trägerrohr
Targetrohr
Klebstoffmetallverbund
Klebstoff
Metalllitze
Spalt
Außenseite
Drehteller
Targetrohrabschnitt
radialer Spalt
Stempel
verdichteter Bereich

Claims

Patentansprüche
1 . Sputtertargetanordnung mit einem Trägerrohr (1 ) und einem das Trägerrohr (1 ) beabstandet umgebenen Targetrohr (2), mit einem zwischen Trägerrohr (1 ) und Targetrohr (2) angeordneten
Metallgewebe (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgewebe (3) eine Metalllitze (5) ist, die in überwiegend orthogonaler Orientierung zu den coaxialen Längsachsen von Trägerrohr (1 ) und Targetrohr (2) im Spalt (6) angeordnet ist und mit ihrer Außenseite (7) die zueinander gerichteten Wände von Trägerrohr (1 ) und Targetrohr (2) kontaktierend ist.
2. Sputtertargetanordnung nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Metalllitze (5) im Spalt (6) im Vergleich zu ihrem Ausgangszustand verdichtet ist.
3. Sputtertargetanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllitze (5) spiralförmig um das
Trägerrohr (1 ) gewickelt ist.
4. Sputtertargetanordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff (4) zur Erhöhung der Festigkeit der Metalllitze (5) vorgesehen ist, wobei der Volumenanteil der
Metalllitze (5) im Klebstoffmetallverbund größer ist als der
Volumenanteil des Klebstoffs (4).
5. Sputtertargetanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (4) ein
Hochtemperaturklebstoff ist, insbesondere ein gut wärmeleitender und einen geringen elektrischen Widerstand aufweisender
Hochtemperaturklebstoff, insbesondere ein Graphitklebstoff, ist.
6. Sputtertargetanorndung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine oder mehrere Windungen Metalllitze (5) eine oder mehrere Lagen Klebstoff (4) folgend angeordnet sind, insbesondere auf eine Windung Metalllitze (5) eine Lage Klebstoff folgend ist.
7. Bond-Verfahren zur Herstellung einer Sputtertargetanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem a) das Targetrohr (2) koaxial zum Trägerrohr (1 ) ausgerichtet wird, so dass ein Spalt (6) zwischen diesen entsteht; b) eine Metalllitze (5) in den Spalt (6) eingeführt und
überwiegend orthogonal zu den Längsachsen von Trägerrohr (1 ) und Targetrohr (2) im Spalt (6) um das Targetrohr (1 ) herum geführt wird; c) eine oder mehrere Lagen Metalllitze (5) nach dem
Einbringen verdichtet werden; d) die Schritte a) bis c) so oft wiederholt werden, bis die
erforderliche Kontaktfläche zwischen Trägerrohr (1 ) und jedem Targetrohr (2) erreicht ist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei welchem nach einer oder mehreren Lagen Metalllitze (5) eine oder mehrere Lagen Klebstoff (4) in den Spalt (6) eingebracht werden oder bei welchem die Metalllitze (5) vor der Einbringung in den Spalt (6) mit einem Klebstoff (4) benetzt wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei welchem nur die ersten und/oder die letzten Lagen Metalllitze (5) pro Targetrohr (2) in einen Klebstoff (4) gebettet werden, um einen stirnseitigen Abschluß der Sputtertargetanordnung zu schaffen.
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