DE102004020404B4

DE102004020404B4 - Trägerplatte für Sputtertargets, Verfahren zu ihrer Herstellung und Einheit aus Trägerplatte und Sputtertarget

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Publication number: DE102004020404B4
Application number: DE102004020404A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. Scholl; Bernd Meyer; Gerd Dr. Passing; Gerhard Dr. Wötting
Original assignee: HC Starck GmbH
Current assignee: HC Starck GmbH
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-04-24
Also published as: WO2005106068A1; DE102004020404A1; EP1743047A1; TW200604362A; US20070205102A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte für Sputtertargets, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbundpulver enthaltend 99 bis 5 Gew.-% mindestens eines Refraktärmetalls aus der Gruppe Mo, W, Re, Ta und 1 bis 95 Gew.-% mindestens einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au bei einem Druck von mindestens 50 MPa verpresst und anschließend gesintert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trägerplatte für Sputtertargets, wobei die Trägerplatte aus einem Verbundwerkstoff besteht, der mindestens ein Refraktärmetall und mindestens eine weitere metallische Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au enthält, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Trägerplatte und Einheiten, die die Trägerplatte und ein Sputtertarget enthalten.
Werkstoffe im allgemeinsten Sinne zeichnen sich durch inhärente physikalische Eigenschaften aus, für die oft eine theoretische Beschreibung schwer möglich ist, und die – als natürliche Grenzwerte – auch durch technische Kunstgriffe nicht „verbessert" werden können. Ein Werkstoff weist häufig neben einer für eine bestimmte technische Anwendung gewünschten auch eine oder mehrere nicht gewünschte Eigenschaften auf.

Für verschiedene Anwendungen sind neben den physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe, wie Wärmeleitfähigkeit (WLF), linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient (WAK) und Elastizitätsmodul (E-Modul), auch technisch/technologische Eigenschaften, wie Herstellbarkeit, Bearbeitbarkeit, Kosten von entscheidender Bedeutung.

Hohe Wärmeleitfähigkeiten werden an reinen Metallen (Ag, Au, Cu, W, Mo, ...) erreicht. Geringe (0,1 bis 3 at-%) Verunreinigungen führen dabei häufig zu einem dramatischen Abfall der Wärmeleitfähigkeit. Dies hat seine Ursache beispielsweise in einer Mischkristallbildung, der Bildung intermetallischer Verbindungen oder von Zweitphasen.

Der WAK ist in erster Nährung umgekehrt proportional zur Schmelztemperatur (T_m) des Metalls. Damit kommen die sogenannten Refraktärmetalle (W, Mo, Re, Ta, Ru) mit einer hohen T_m zwischen 3700 K (W) und 2000 K (Ru) für Anwendungen in Frage, bei denen ein sehr geringer WAK gewünscht wird (W: 4,7 × 10^–6/K bis Ta: 6,8 × 10^–6/K). In Tabelle 1 sind die wesentlichsten Eigenschaften von Refraktärmetallen und Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit zusammengestellt: Tabelle 1: „Eigenschaften von Refraktärmetallen und Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit [Quelle: TAPP: E S Microware, Inc. 2234 Wade Court, Hamilton. OH 45013]

¹: T_m = Schmelztemperatur
-: keine Daten verfügbar

Der E-Modul reiner Metalle korreliert in erster Nährung ebenfalls mit der Schmelztemperatur. Hohe E-Moduli, wie sie beispielsweise W, Mo, Re und Ta aufweisen, führen dazu, dass sich die entsprechenden Metalle nur schwer bearbeiten lassen.

Die Herstellung von metallischen Werkstoffen und Bauteilen mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann über die Schmelzmetallurgie erfolgen. Kommerzielle und technische Grenzen ergeben sich jedoch, wenn die Schmelztemperaturen der zu verarbeitenden Metalle über ca. 2000 K liegen. Bauteile aus Metallen mit höheren Schmelztemperaturen, wie beispielsweise W, Mo, Re oder Ta, werden deshalb bevorzugt über pulvermetallurgische Verfahren hergestellt. Dies führt zu hohen Fertigungskosten (Materialpreis, Technologiekosten, Bearbeitbarkeit).

Grundsätzlich bietet die Pulvermetallurgie die Möglichkeit, kompliziert geformte Bauteile aus metallischen Werkstoffen weitgehend beliebiger Zusammensetzung zu erzeugen. Somit ist es grundsätzlich möglich, beispielsweise die in Tabelle I dargestellten Metalle und/oder Mischungen aus diesen Metallen pulvermetallurgisch zu gewünschten Werkstoffkombinationen zu verarbeiten.

JP 62 067 168 offenbart Trägerplatten für Sputtertargets aus einem Kompositmaterial aus Kupfer und Molybdän, welche durch Infiltration eines Molybdän-Sinterkörpers mit Kupfer oder durch Verbinden von Kupfer- und Molybdänplatten erhalten werden können.

Entsprechende Werkstoffe lassen sich auch durch eine Kombination pulvermetallurgischer und schmelzmetallurgischer Verfahrensschritte, beispielsweise durch sogenannte Infiltrationsmethoden herstellen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die gewünschten funktionellen Eigenschaften, des gebildeten Werkstoffes, z.B. die Wärmeleitfähigkeit, durch metallurgische Effekte, etwa Reaktionen in Folge der Bildung intermetallischer Phasen, von Mischkristallen oder von anderen Fremdphasen, die jeweils zu einer deutlichen Erniedrigung der Wärmeleitfähigkeit führen, nicht negativ beeinflusst werden dürfen.

Auf den beschriebenen Wegen gelingt es, sogenannte Verbundwerkstoffe zu erzeugen, die Komponenten mit einem geringen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und einer moderaten Wärmeleitfähigkeit, etwa W, Mo, Re oder Ta, und Komponenten mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit und hohem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, etwa Cu, Ag oder Au enthalten. Auf diese Weise entsteht ein Werkstoff mit relativ hoher WLF (> 200 W/m·K) bei einem vergleichsweise geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Diese Werkstoffe sind darüber hinaus auch gut spanend zu bearbeiten, im Gegensatz zu reinen Refraktärmetallen.

Von Nachteil ist jedoch die aufwendige Herstellung von Bauteilen nach dem Infiltrationsverfahren, das in der Regel zwei thermische Prozesse bei hoher Temperatur (Sintern eines Skelett-Körpers T: > 1600°C, Infiltrieren des porösen Körpers mit Cu, T: > 1200°C) beinhaltet. Danach ist eine aufwendige mechanische Bearbeitung notwendig, um die exakten Anschlussmaße zu erreichen. Wenn es durch pulvermetallurgische Verfahren gelingt, einen porösen Formkörper aus einem Refraktärmetall zu erzeugen, lässt sich auch eine einstufige Herstellung eines Verbundwerkstoffes erreichen, indem die Infiltration direkt in einem thermischen Schritt gemeinsam mit der Verdichtung erfolgt.

Für Anwendungen, bei denen Werkstoffe mit besonders geringem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und nur moderater Wärmeleitfähigkeit benötigt werden, kommen Werkstoffe aus Refraktärmetallen (W, Mo, Re, Ta, ...) ohne weitere Zusätze in Betracht. Neben den hohen Werkstoffkosten, der schwierigen Herstellung dichter Bauteile (Warmumformverfahren) ist überdies eine aufwendige mechanische Präzisionsbearbeitung notwendig.

Typische Anwendungen, bei denen Werkstoffe mit hohen Wärmeleitfähigkeit und einstellbarem linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten benötigt werden, sind Wärmesenken (sogenannte Heat Sinks). Man kann zwei wesentliche Anwendungsbereiche unterscheiden:

(1) Bauteile, mit maximaler Abmessung in einer Richtung von bis ca. 5 cm und filigranen Funktionsstrukturen, bei denen es auf eine exakte Einhaltung und kostengünstige Reproduzierung der Gestalt für große Stückzahlen ankommt. Bei dieser Anwendungsgruppe kommt es hauptsächlich auf eine maximale WLF an. Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient muss an die verbundenen Funktionsstrukturen angepasst werden. Aufgrund der geringen Länge sind die absoluten Längenunterschiede bei den zu erwartenden Temperaturänderungen an den Bauteilen eher gering.
(2) Weniger fein strukturierte Bauteile mit maximalen Abmessungen in einer Richtung von deutlich mehr als 10 cm bis über 100 cm. Dabei werden moderate Wärmeleitfähigkeiten in Kauf genommen. Wichtigere Kriterien sind dabei, der an einen Funktionswerkstoff angepasste lineare thermische Ausdehnungskoeffizient, die einfache Herstellbarkeit auch komplexer Strukturen, die gute mechanische Be- und Verarbeitbarkeit und der marktfähige Preis der Bauteile.

Bauteile des Anwendungsbereichs (1) werden vor allem im Bereich der Mikroelektronik eingesetzt, Bauteile des Anwendungsbereichs (2) im Bereich der Leistungselektronik oder Leistungselektrik, wo großflächig hohe Leistungen von einem Funktionselement abgeführt werden müssen. Bauteile des Anwendungsbereichs (2) werden beispielsweise als elektronische Leistungsschalter oder als Trägerplatte für Sputtertargets eingesetzt.

Trägerplatten für Sputtertargets müssen im wesentlichen zwei Funktionen erfüllen. Zum einen muss das eigentliche Sputtertarget sicher auf der Trägerplatte befestigt werden können, zum anderen muss die Wärme, die beim Sputtervorgang entsteht, vom Sputtertarget abgeführt werden. Als Sputtertargets werden eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkstoffen eingesetzt, die ganz unterschiedliche Werkstoffeigenschaften besitzen. Die Eigenschaften der Trägerplatte, insbesondere deren Wärmeausdehnungskoeffizient, muss an die Eigenschaften des Sputtertargets angepasst werden. Man verwendet daher derzeit bei sehr geringem WAK des Sputtertargets (5 bis ca. 10 × 10^–6/K) Mo oder W als Trägerplatten. Für Sputtertargets nur deutlich höherem WAK (15 bis 20 × 10^–6/K) eignen sich Platten aus Reinstkupfer, Aluminium oder ausgewählten Sonderwerkstoffen (Al-Si. Al-SiC). Besondere Schwierigkeiten ergeben sich, wenn großflächige Sputtertargets mit geringem WAK mit der Trägerplatte verbunden werden müssen. Dann können bereits bei der Befestigung des Sputtertargets auf der Trägerplatte, z.B. durch Löten, aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Sputtertarget und Trägerplatte mechanische Spannungen entstehen, die unmittelbar oder beim Sputtern zur Schädigung am Sputtertarget führen.

Einheiten aus Trägerplatte und eigentlichem Sputtertarget müssen so beschaffen sein, dass die Verbindung zwischen der Trägerplatte und dem Sputtertarget auch unter den extremen thermischen Belastungen beim Sputter-Vorgang beständig bleibt, und es insbesondere nicht zu einem Ablösen oder Brechen des Sputtertargets kommt.

Aus EP 1 331 283 A1 ist eine Einheit aus einer Trägerplatte aus einer Cu-Cr- bzw. einer Cu-Zn-Legierung und einem Tantal- oder Wolfram-Target bekannt, bei der die beiden Einheiten über eine spezielle Zwischenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung miteinander verbunden sind. Die Zwischenschicht muss eine Mindestdicke von 0,5 mm aufweisen und erlaubt die Verbindung von Materialien, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten stark unterschiedlich sind. Das Zusammenfügen von Trägerplatte und Targetmaterial erfolgt mittels heissisostatischem Pressen (HIP) in einer sogenannten Diffusions-Bindung. Das Einarbeiten der Zwischenschicht ist aufwändig und nicht ohne weiteres auf andere Materialkombinationen übertragbar.

Spannungen, die durch die thermische Belastung beim Sputter-Vorgang entstehen, lassen sich minimieren, indem Trägerplatte und Targetmaterial so ausgewählt werden, dass sie sehr ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. WO 92/17622 A1 beschreibt entsprechende Einheiten aus Trägerplatte und Targetmaterial, in denen der Wärmeausdehnungskoeffizient der Trägerplatte durch einen schichtförmigen Aufbau derselben eingestellt wird. Die Trägerplatte weist neben einem Grundkörper aus Kupfer eine auf dem Grundkörper angebrachte Schicht aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung auf. Auf dieser Schicht wird wiederum das Target angebracht. Eine solche Trägerplatte eignet sich für Targetmaterialien, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 10 × 10^–6/K aufweisen, etwa Silicium-Targets. Für andere Targetmaterialien ist eine solche Trägerplatte nicht geeignet. Zudem ist die Herstellung der Trägerplatten sehr aufwändig, da die obere Schicht fest mit dem Grundkörper verbunden werden muss. Zur Anwendung kommen beispielsweise Verfahren, bei denen der Druck einer Explosionswelle ausgenutzt wird. Nachteilig ist weiterhin, dass die beschriebene Einheit nun eine zusätzliche Schwachstelle, nämlich die Verbindung von Grundkörper und oberer Schicht, aufweist, wo es bei thermischer Belastung zum Ablösen der Einheiten voneinander kommen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Trägerplatten für Sputtertargets zur Verfügung zu stellen, die einfach herzustellen sind, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient über einen weiten Bereich gezielt eingestellt werden kann. Die Trägerplatten sollen darüber hinaus hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, um ein effizientes Abführen der beim Sputter-Vorgang auftretenden Wärme zu erlauben.

Es wurde nun gefunden, dass sich der Wärmeausdehnungskoeffizient sehr einfach über einen weiten Bereich gezielt einstellen lässt, wenn die Trägerplatten aus einem Verbundwerkstoff bestehen, der Komponenten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten enthält.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Trägerplatte für Sputtertargets, wobei die Trägerplatte aus einem Verbundwerkstoff besteht, der 5 bis 99 Gew.-% mindestens eines Refraktärmetalls und 95 bis 1 Gew.-% mindestens einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au enthält.

Die weitere metallische Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit (320 bis 425 W/m·K) und einen hohen WAK (ca. 14 bis 17 × 10^–6/K) aus.

Die erfindungsgemäßen Trägerplatten zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient sehr einfach über einen weiten Bereich durch Wahl der Komponenten des Verbundwerkstoffs und der jeweiligen Anteile gezielt eingestellt werden kann. In untergeordnetem Maße beeinflusst auch die Herstellung der Trägerplatte dessen WAK. Die Trägerplatten weisen zudem eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf so dass die beim Sputter-Vorgang entstehende Wärme zuverlässig abgeführt werden kann.

Die Trägerplatte besteht aus einem Verbundwerkstoff, der die Vorzüge von ausgewählten Refraktärmetallen (geringer WAK, nicht legierbar oder nicht mischbar mit ausgewählten Metallen hoher Wärmeleitfähigkeit) und Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit in sich vereinigt. Je nach den Erfordernissen an den WAK, das heißt die Besonderheiten des Sputtertargets, erfolgt die Auswahl einer geeigneten oder anzustrebenden Werkstoffkombination unter Berücksichtigung von Werkstoff-, Herstellungs- und Kostenkriterien. In Tabelle 2 „Werkstoffauswahl zur bestmöglichen Anpassung der Trägerplatte an den Targetwerkstoff" sind für den Temperaturbereich von Raumtemperatur (20°C) bis 300°C Wärmeausdehnungskoeffizienten von ausgewählten Werkstoffen für Sputtertargets angegeben. Des weiteren enthält Tabelle 2 in den Spalten W-Cu, Mo-Cu, Re-Cu und Ta-Cu Angaben zum Kupfergehalt, den der entsprechende Verbundwerkstoff enthalten muss, um den gewünschten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Targetwerkstoffes aufzuweisen. Danach ist es z.B. möglich, eine Trägerplatte für ein MoSi₂-Sputtertarget (WAK : 8,2 × 10^–6/K) aus einem W-Cu-Verbindwerkstoff mit 40 Gew.-% Cu, aus einem Mo-Cu-Verbundwerkstoff mit 50 Gew.-% Cu, aus einem Re-Cu-Verbundwerkstoff mit 21 Gew.-% Cu oder einem Ta-Cu-Verbundwerkstoff mit 18 Gew.-% Cu zu fertigen. Tabelle 2: Werkstoffauswahl zur bestmöglichen Anpassung der Trägerplatte an den Targetwerkstoff

^(S)G. V. Samsonov Handbook of High Temperature Materials No. 2, Properties Index, Plenum Press New York, 1964
(A) Anisotropie des Ausdehnungskoeffizienten erfordert besondere Maßnahmen hinsichtlich Targetgestaltung
n.e.: WAK mit diesem Werkstoff nicht erreichbar

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, sind in der Regel Gehalte an Kupfer von 7 bis 70 Gew.-% nötig, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Verbundwerkstoffes an den WAK gängiger Targetwerkstoffe anzupassen.

Vorzugsweise besteht die erfindungsgemäße Trägerplatte demnach aus einem Verbundwerkstoff der 10 bis 95 Gew.-% mindestens eines Refraktärmetalls und 90 bis 5 Gew.-% mindestens einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au enthält, insbesondere bevorzugt aus einem Verbundwerkstoff der 15 bis 95 Gew.-% mindestens eines Refraktärmetalls und 85 bis 5 Gew.-% mindestens einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au enthält.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Refraktärmetall um W und/oder Mo, insbesondere bevorzugt um W oder Mo.

Als weitere metallische Komponente kommt vorzugsweise Cu oder eine Mischung aus Cu und Ag und/oder Gold zum Einsatz. Besonders bevorzugt wird Cu oder eine Mischung aus Cu und nicht mehr als 5 Gew.-% Ag und/oder Gold, insbesondere bevorzugt Cu eingesetzt.

Insbesondere bevorzugt besteht die Trägerplatte aus einem Verbundwerkstoff, der 15 bis 95 Gew.-% Mo oder W und 85 bis 5 Gew.-% Cu enthält.

Ganz besonders bevorzugt ergänzen sich die Anteile an Refraktärmetall und weiterer metallischer Komponente, abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen, zu 100 Gew.-%.

Aus 1 können für die Verbundwerkstoffe W-Cu, Mo-Cu, Re-Cu und Ta-Cu die theoretischen Cu-Gehalte in Gew.-% abgelesen werden, die der jeweilige Verbundwerkstoff enthalten muss, um einen gewünschten WAK im Bereich von ca. 5 bis 17 × 10^–6/K aufzuweisen.

Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass dieser Darstellung eine „volumenbasierte" Mischungsregel zugrunde liegt, die die reale Struktur des Verbundwerkstoff nicht berücksichtigt. In der Praxis sind folgende herstellungsbedingten Parameter mit zu beachten, die die gewünschten funktionellen Eigenschaft (WLF, WAK) des Verbundwerkstoff beeinflussen werden:

– Größe und Morphologie der Gefügebestandteile (Refraktärmetall, weitere metallische Komponente, Poren);
– Anordnung der Bestandteile (durchgehendes Refraktärmetall-Netzwerk, durchgehendes Netzwerk der weiteren metallischen Komponente, Poren im Refraktärmetall, Poren in der weiteren metallischen Komponente);
– Größe der Grenzflächen zwischen Refraktärmetall und weiterer metallischer Komponente, zu den Poren in der weiteren metallischen Komponente und zu den Poren im Refraktärmetall und
– Porenanteil.

Im Falle hoher Anteile des Refraktärmetalls (99 bis 50 Vol.-%) ist die Ausbildung eines geschlossenen Netzwerkes des Refraktärmetalls, insbesondere durch Infiltrationsverfahren möglich. In diesem Falle führt der hohe E-Modul des Netzwerkes dazu, dass der WAK bezogen auf den Cu-Gehalt „unterproportional" zunimmt. Dies ist schematisch für einen Mo-Cu-Verbundwerkstoff in 2, Bereich (I) dargestellt. Im Bereich mittlerer Volumengehalte des Refraktärmetalls (Bereich II) kann sich sowohl ein Refraktärmetall-Netzwerk, als auch ein Netzwerk der weiteren metallischen Komponente ausbilden. Welches Netzwerk sich bildet, lässt sich gezielt über die Art der Herstellung des Verbundwerkstoffs steuern (Infiltration, Verarbeitung von Pulvermischungen). Bei höheren Gehalten an weiterer metallischer Komponente (in 2 Cu) kann man einen "überproportionalen" Einfluss des Cu auf den WAK (2, Bereich III) erwarten. Der Bereich III lässt bei hohen Volumengehalten des Cu ein geschlossenes Cu-Netzwerk erwarten, was hinsichtlich des resultierenden WAK ebenfalls (wie im Bereich II) überproportional den WAK beeinflusst. Der Bereich IV sieht für hohe Cu-Gehalte, bei denen die Eigenschaften (WLF, WAK) proportional zum Cu-Gehalt erwartet werden.

Anhand von 2 lässt sich demnach der Bereich des erforderlichen Cu-Gehalts (Gew.-%) in einem Mo-Cu-Verbundwerkstoff bestimmen, in dem der angestrebte WAK erhalten wird.

Der letztlich erzielte WAK wird schließlich durch die Herstellungsbedingungen, einschließlich der Auswahl der Rohstoffe beeinflusst. Durch geeignete Vorversuche zur Wahl der Werkstoffzusammensetzung und zur Einstellung der Verfahrensparameter lassen sich die notwendigen Parameter ermitteln, die die Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit einem gewünschten WAK erlauben.

Als Maß für eine besondere Eignung als Werkstoff für eine Trägerplatte für Sputtertargets oder Anwendungen mit ähnlichen Anforderungen (andere Heat Sinks) an den Werkstoff kann das Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit zu linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten (WLF/WAK-Verhältnis) herangezogen werden. Hohe WLF/WAK-Werte (> ca. 23 (W/m·K)/(10^–6/K)) beschreiben die Fähigkeit des Materials, große Wärmemengen bei gleichzeitig geringer wärmebedingter Längenänderung (im Falle von auftretenden Temperaturdifferenzen) des Bauteils zu transportieren.

3 zeigt das WLF/WAK-Verhältnis als Funktion der WLF für verschiedene Metalle und die Verbundwerkstoffe Mo-Cu, W-Cu, Ta-Cu und Re-Cu. Wie 3 zu entnehmen ist, lassen sich mit den Verbundwerkstoffen Mo-Cu und W-Cu besonders hohe WLF/WAK-Verhältnisse erzielen.

Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Trägerplatten im Temperaturbereich von 20 bis 300°C ein Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit zu Wärmeausdehnungskoeffizienten von > 23,8 (W/m·K)/(10^–6/K), d.h. von > 23,8 × 10⁶ W/m auf.

Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient (WAK) ist eine Kenngröße eines Festkörpers der gemäß ASTM E228 ermittelt wird.

Als Maßeinheit für den WAK von Festkörpern wird zumeist 10^–6/K verwendet.

4 zeigt die Wärmeleitfähigkeit (WLF) verschiedener Metalle im Vergleich zur Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe W-Cu und Mo-Cu mit verschiedener Zusammensetzung. 4 lässt sich beispielsweise entnehmen, dass der Mo-Cu Verbundwerkstoff MoCu 10/90, d.h. ein Verbundwerkstoff, der 10 Gew.-% Mo und 90 Gew.-% Cu enthält, eine WLF von nahezu 350 W/m·K aufweist.

Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit (WLF) bis 250 W/m·K ist die Methode ASTM E1225 geeignet. Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit (WLF) > 250 W/m·K wird eine für den Werkstoff repräsentative zylindrische Messprobe (Durchmesser: 200 mm, Länge: 40 mm) mit planparallelen und exakt geschliffener Grund- und Deckfläche erzeugt. In diese Probe werden radial zwei Bohrungen (Durchmesser: 1 mm, Länge; 100 mm), in einem Längsabstand von 20 mm symmetrisch zur Länge der Probe eingebracht. Zwei gleichartige Referenzproben werden aus massivem Reinstkupfer (99,99%) mit zertifizierter WLF, z.B. 400 W/m·K hergestellt. Die eigentliche Bestimmung der WLF der zu bewertenden Werkstoffprobe erfolgt als Relativmessung zwischen den beiden bekannten Cu-Proben und der unbekannten Probe. Dazu wird die Werkstoffprobe zwischen beiden Referenzproben aus Kupfer eingespannt. An der Unterseite der Anordnung werden eine Heizquelle und an der Oberseite eine Kühlfläche in gutem thermischen Kontakt zu den Kupferreferenzproben angebracht. Die so erzeugte Anordnung bestehend aus Heizquelle, 1. Referenzprobe (R1), Messprobe (M), 2. Referenzprobe (R2) und gekühlter Oberseite wird in eine Kammer mit Argon (99,999%) gegeben. Zuvor wurden in die beiden Bohrungen jeder Scheibe dünne, zuvor kalibrierte Ni-CrNi-Thermoelemente (Schenkeldurchmesser: 0,2 mm) bis in die Mitte der Scheibe eingeführt und an ein Temperaturmessgerät angeschlossen. Nun erfolgt das Aufheizen der Anordnung bis sich ein konstanter Wärmestrom von der beheizten zur gekühlten Seite eingestellt hat. Für diesen Zustand werden folgende G Temperaturen ermittelt: Temperatur der ersten Referenzprobe am unteren Messpunkt (T_R1u), Temperatur der ersten Referenzprobe am oberen Messpunkt (T_R1o), Temperatur der Messprobe am unteren Messpunkt (T_Mu), Temperatur der Messprobe am oberen Messpunkt (T_Mo), Temperatur der zweiten Referenzprobe am unteren Messpunkt (T_R2u) und Temperatur der zweiten Referenzprobe am oberen Messpunkt (T_R2o). Aus diesen werden die Temperaturdifferenzen: dT_R1 = T_R1o – T_R1u, dT_M = T_Mo – T_Mu und dT_R2 = T_R2o – T_R2u bestimmt. Die Abstände zwischen den Messpunkten in jeder Scheibe betragen genau dx = 20 mm. Wärmeleitfähigkeit (λ), Wärmestrom (I_w), Probenfläche (A) und Temperaturgradient in der Probe (dT/dx) sind nach folgender Formel miteinander verknüpft: Iw = λ·A·(dT/dx) (Formel 1).

Damit ergibt sich für die Referenzproben und die Messprobe folgender Zusammenhang: IR1 w = λR1·AR1·(dTR1/dx) (Formel 1a) IM w = λM·AM·(dTM/dx) (Formel 1b) IR2W = λR2·AR2·(dTR2/dx) (Formel 1c).

Unter der Voraussetzung, dass die Flächen (A) der 3 Proben und die Abstände (dx) der Thermoelemente in jeder Scheibe identisch sind und der Wärmestrom (I^M _w) über die unbekannte Probe (M) sich zu I^M _w = (I^R1 _w + I^R2 _w)/2 bestimmt, erhält man folgende Zusammenhänge, aus denen man die gewünschte Wärmeleitfähigkeit (λ_M) des Werkstoffes bestimmt: λR1 M = λR1·(dTR1/dTM) bzw. λR2 M = λR2·(dTR2/dTM) (Formel 2)und schließlich: λM = (λR1 M + λR2 M)/2 (Formel 3).

Die auf diese Weise bestimmte WLF (λ_M) entspricht der WLF bei der mittleren Werkstofftemperatur T_M = (T_Mo + T_Mu)/2. Zur Bestimmung der WLF bei anderen (zum Beispiel höheren Temperaturen) wird die Heizleistung herauf und/oder die Kühlleistung herabgesetzt. Dadurch erhält man eine höhere Temperatur im Inneren der Anordnung, und unter analoger Verwendung der oben genannten Formeln die WLF bei der neuen (höheren) Werkstofftemperatur.

Als Maßeinheit für die Wärmeleitfähigkeit verwendet man in der Regel W/m·K.

Das in 3 verwendete Verhältnis WLF/WAK wird durch einfache Division der ermittelten Werkstoffkenngrößen WLF und WAK ermittelt.

Die Geometrie der erfindungsgemäßen Trägerplatten kann in weiten Grenzen variieren und wird im wesentlichen durch die Vorrichtung vorgegeben, in die die Trägerplatte für den Sputtervorgang eingesetzt werden soll. Die Trägerplatte kann beispielsweise rund, oval, rechteckig, quadratisch, aber auch unregelmäßig geformt ausgebildet sein. Die Dicke ist so zu wählen, dass die Trägerplatte hinreichende Stabilität beim Aufbringen des Sputtertargets und während des Sputtervorgangs besitzt.

Vorzugsweise weist die Trägerplatte auf der Rückseite, d.h. auf der Seite, auf der das Sputtertarget nicht aufgebracht wird, Kanäle auf, durch die während des Sputtervorgangs ein Kühlmittel strömen kann. Auf diese Weise lässt sich Wärme sehr effizient vom Sputtertarget und der Trägerplatte abführen.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerplatte, wobei ein Verbundpulver enthaltend 5 bis 99 Gew.-% mindestens eines Refraktärmetalls aus der Gruppe Mo, W, Re, Ta und 95 bis 1 Gew.-% mindestens einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au bei einem Druck von 50–1000 MPa (500–10000 bar) axial oder isostatisch verpresst und anschließend gesintert wird.

Geeignete Sinterverfahren sind Vakuumsintern (0–0,1 MPa (0–1 bar)), druckloses Sintern (0,1–0,2 MPa (1–2 bar)), Gasdrucksintern (0,2–10 MPa (2–100 bar)), HIP (Gasdrucksintern bei 10–400 MPa (100–4000 bar)) und Heißpressen. Die Sinterverfahren können miteinander zu mehrstufigen Sinterprozessen kombiniert werden, z. B. Phase 1: Vakuumsintern, Phase 2: HIP.

Vorzugsweise wird ein Molybdän-Kupfer- oder Wolfram-Kupfer-Verbundpulver eingesetzt. Insbesondere bevorzugt ein Molybdän-Kupfer- oder Wolfram-Kupfer-Verbundpulver, das eine Metall-Primärgröße überwiegend < 2 μm und einen Sauerstoffgehalt < 0,8 Gew.-% aufweist. Solche Verbundpulver und deren Herstellung sind aus WO 02/16063 A2 bekannt.

Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerplatten einzuhaltenden Verfahrensparameter sind abhängig von den angestrebten Eigenschaften des Verbundwerkstoffes und insbesondere vom gewünschten Anteil der Refraktärmetalle und der weiteren metallischen Komponenten, z.B. Cu, im Verbundwerkstoff.

Durch Pressen und Sintern von Verbundpulvern lassen sich insbesondere Trägerplatten mit geringen bis zu mittleren Gehalten von 1 bis etwa 40 Gew-% an weiterer metallischer Komponente herstellen.

Die Sinterung wird im Falle der Herstellung einer Trägerplatte aus einem Mo-Cu Verbundwerkstoff vorzugsweise unter reduzierenden Bedingungen (z.B. Wasserstoff) bei einer Temperatur von 1100 bis 1300°C, und besonders bevorzugt von 1150 bis 1250°C durchgeführt. Die Sinterzeit beträgt vorzugsweise 1 bis 10 h, besonders bevorzugt 2 bis 5 h.

Beispielsweise lässt sich eine Trägerplatte aus einem Mo-Cu-Verbundwerkstoff mit einem Kupfergehalt von 30 Gew.-% durch kaltisostatisches Pressen (CIP) eines Mo-Cu-Verbundpulvers in einer Gummiform bei 200 MPa (2000 bar), Grünbearbeitung (Schleifen, Drehen) auf die Endmaße plus bekannte Sinterschwindung, Aufheizen mit 5 K/min (wasserstoffhaltige Atmosphäre) bis auf 1050°C, Haltezeit bei 1050°C von 30 Min, Weiterheizen mit 2 K/min bis auf 1110 bis 1150°C, Haltezeit von 4 h bei der gewählten Temperatur und Abheizen auf RT mit 5 K/min erhalten. Es wird ein Mo-Cu-Verbundwerkstoff mit folgenden Eigenschaften erhalten: Dichte > 96% der theoretischen Dichte (TD) (> 9,4 g/cm³), WAK: ca. 8 (+/– 1) × 10^–6/K, WLF: 170–200 W/m·K, WLF/WAK = 22–30 (W/m·K)/(10^–6/K). Die genauen physikalischen Kennwerte hängen von den Eigenschaften der verwendeten Pulver, der Verarbeitung sowie der thermische Behandlung beim Sintern bzw. der Wärmebehandlung ab. Durch Variationen im Rahmen der oben genannten Parameterfenster lassen sich die gewünschten WAK einstellen, die WLF ergibt sich in dem beschriebenen Bereich.

In analoger Weise erzeugt man W-Cu-Trägerplatten, insbesondere solche mit 1 bis etwa 30 Gew.-% Cu unter Verwendung entsprechender Verbundpulver. Im Unterschied zum Mo-Cu-Werkstoff erfordert das System W-Cu eine höhere Sintertemperatur. Je nach Cu-Gehalt sind Sintertemperaturen bis ca. 1450°C und Sinterdauern von ca. 4 h erforderlich.

Die Sinterung wird im Falle der Herstellung einer Trägerplatte aus einem W-Cu Verbundwerkstoff daher vorzugsweise unter reduzierenden Bedingungen (z. B. Wasserstoff) bei einer Temperatur von 1 100 bis 1500°C, und besonders bevorzugt von 1200 bis 1450°C durchgeführt. Die Sinterzeit beträgt vorzugsweise 0,5 bis 10 h, besonders bevorzugt 1 bis 5 h.

Trägerplatten aus Werkstoffen mit hohen Anteilen an Refraktärmetallen (> 60 Gew.-%) und geringst möglichem WAK (5 bis 6 × 10^–6/K) werden vorzugsweise über Infiltration eines Skeletts aus einem Refraktärmetall mit der gewünschten weiteren metallischen Komponente, vorzugsweise Kupfer, erzeugt.

Gegenstand der Erfindung ist daher weiterhin ein Verfähren zur Herstellung erfidungsgemäßer Trägerplatten mit einem Anteil an Refraktärmetall von > 60 Gew.-%, wobei zunächst ein Sinterkörper eines Refraktärmetalls aus der Gruppe Mo, W, Re, Ta hergestellt wird und dieser anschließend mit 1 bis 40 Gew.-% einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au infiltriert wird.

Zur Herstellung des Sinterkörpers des Refraktärmetalls wird ein Refraktärmetallpulver zunächst zu einer Platte verpresst und der Presskörper anschließend bei einer Temperatur von mindestens 1700°C unter Wasserstoff gesintert. Diesen Sinterkörper infiltriert man dann in einem zweiten Schritt mit einer Schmelze der weiteren metallischen Komponente, vorzugsweise einer Kupferschmelze, deutlich oberhalb des Schmelzpunktes der weiteren metallischen Komponente, z.B. bei 1200°C. Auf diese Art werden die offenen Poren des Refraktärmetallskeletts vollständig mit der weiteren metallischen Komponente gefüllt, der entstehende Körper verändert seine äußeren Abmessungen nur gering, so dass – vollständig offene Porosität des Skeletts vorausgesetzt – man den Verbundwerkstoff in seinen Eigenschaften hinsichtlich Gehalt an weiterer metallischer Komponente und damit WLF und WAK in groben Zügen vorausbestimmen kann. Die genauen Verfahrensparameter für die Einstellung eines bestimmten WAK für eine spezielle Zusammensetzung des Ausgangspulvers lassen sich durch einfache Vorversuche ermitteln. Die physikalischen Eigenschaften, beispielsweise WAK, WLF, Dichte, E-Modul des Verbundwerkstoffes ergeben sich entsprechend der Realstruktur des Verbundwerkstoffes, sowie der primären physikalischen Eigenschaften der Gefügebestandteile (Refraktärmetall, weitere metallische Komponente, Poren).

Trägerplatten aus Verbundwerkstoffen, bei denen aufgrund eines gewünschten hohen WAK von > ca. 11 × 10^–6/K der Gehalt an weiterer metallischer Komponente, z.B. der Gehalt an Cu, sehr hoch sein muss (beispielsweise 70 bis 90 Gew.-%), lassen sich sehr einfach über Pressen und Umformen geeigneter Ausgangspulver herstellen. Indem man Verbundpulver mit entsprechend hohen Gehalten an weiterer metallischer Komponente oder einfache Mischungen aus Pulver der weiteren metallischen Komponente und Refraktärmetallpulver mischt, verpresst und durch einen Umformschritt, wie beispielsweise Schmieden, Walzen u.ä., bis auf > 95% der theoretischen Dichte (TD) verdichtet, erhält man eine Trägerplatte mit den gewünschten Eigenschaften. Es ist jedoch auch hier zu berücksichtigen, dass die Einstellung der Eigenschaften, etwa WAK, WLF und E-Modul, von der „Realstruktur" des Werkstoffe, und damit von seiner konkreten Herstellung abhängt. Bei der Anwendung von Umformverfahren ist im Bedarfsfall eine Glühung unterhalb des Schmelzpunktes der weiteren metallischen Komponente sinnvoll, um negative Einflüsse der Kaltverfestigung auf die funktionellen Eigenschaften zu vermeiden.

Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Einheiten, die ein Sputter-Target und eine erfindungsgemäße Trägerplatte enthalten.

Bevorzugte Targetmaterialien sind solche, die einen WAK besitzen, der im Bereich von 5 bis 16 × 10^–6/K liegt und die darüber hinaus aufgrund ihrer mechanischen Festigkeitseigenschaften (Bruchverhalten, Sprödigkeit) eine Trägerplatte erfordern, die die Entstehung mechanischer Spannungen während des Befestigens (Bonden) und/oder während des Einsatzes in einer Sputteranlage weitgehend verhindert. Einige Beispiele sind in Tabelle 2 genannt. Die Auswahl ließe sich jedoch fast beliebig erweitern, da die Materialvielfalt für Sputtertargets sehr groß ist.

6 zeigt eine erfindungsgemäße Einheit mit einer erfindungsgemäßen Trägerplatte (1), auf der das Sputter-Target (2) aufgebracht ist. Die Einheit ist wiederum auf einer Befestigungsplatte (3), die z.B. aus Kupfer bestehen kann, angeordnet. Die an der Unterseite der Trägerplatte erkennbaren Kanäle dienen der Zu- und Abfuhr eines Kühlmediums während des Sputtervorgangs. Die Trägerplatte kann eine oder mehrere Nuten zur Aufnahme von Dichtungsringen oder -bändern aufweisen, z. B. um die Trägerplatte (2) zur Befestigungsplatte (3) abzudichten (nicht gezeigt). Zur Befestigung eines Sputter-Targets auf der Trägerplatte verwendet man häufig ein niedrig schmelzendes Lot auf Zinn-, Indium-, Blei- oder Silberbasis. Sofern die Benetzung des Sputter-Targets und/oder der Trägerplatte ungenügend ist, empfiehlt sich das Aufbringen einer dünnen Cu-Zwischenschicht, auf die dann das Lot eine hinreichende Benetzung und damit bessere Haftvermittlung zwischen Sputter-Target und Trägerplatte erlaubt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, wobei die Beispiele das Verständnis des erfindungsgemäßen Prinzips erleichtern sollen, und nicht als Einschränkung desselben zu verstehen sind.

Beispiele
Bei den Prozentangaben handelt es sich, sofern nicht anders angegeben, um Gewichtsprozent.
Beispiel 1
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Trägerplatte erfolgte in einer Vorrichtung, wie sie schematisch in 5 wiedergegeben ist. Eine Verbundpulvermischung (1), die zu 80 Gew.-% aus W und zu 20 Gew.-% aus Cu bestand, wurde in eine Gummiform (2) rüttelnd eingefüllt. Auf dem Boden der Gummiform (2) befand sich ein profilierter oberflächlich polierter Metallkörper (3). Die Gummiform wurde durch einen Stützkäfig (4) gehalten. Die Gummiform (2) wurde um den oberen Rand des Stützkäfigs (4) gelegt. Danach wurde die Oberfläche der Pulverschüttung mit einer zweiten Gummiform, die als Deckel (5) dient, verschlossen. Dieser wurde um den Stützkäfig (4) und die Gummiform (2) gestülpt, um ein dicht abgeschlossenen Raum für das zu verpressende Pulver zu bilden. Zur Fixierung der Anordnung wurde ein Sicherungsband (6) so befestigt, dass eine Abdichtung der gefüllten Gummiform, bestehend aus Gummiform (1) und Deckel (5) erreicht wurde. Danach erfolgte das Evakuieren der Gummiform durch Einstechen einer Kanüle (7), die an eine Vakuumpumpe (8) angeschlossen war. Nach einer Dauer von 10 min wurde die Kanüle (7) aus der Gummiform (5) herausgezogen. Dabei verschließt sich das Einstichloch der Kanüle selbsttätig. Die so vorbereitete Gummiform wurde in eine nicht dargestellte hydrostatische Presse (CIP) eingeführt. Durch Aufbringen eines Druckes von 4000 bar erfolgte die Verdichtung der Pulvermischung bis zu einer Pressdichte von 9,3 g/cm³. Der nicht verformbare profilierte oberflächlich polierte Metallkörper (3) wirkt als Prägewerkzeug. Bedingt durch die Wahl des Profils, die Oberflächenbeschaffenheit und die Rückfedereigenschaften des verpressten Pulvers lösten sich Pulverpressling und der profilierte oberflächlich polierte Metallkörper (3) während des langsamen Zurückfahrens des hydrostatischen Pressdruckes voneinander. Nach Öffnen der Gummiform konnte der Presskörper entnommen werden. Der so entstandene Presskörper besaß eine gut abgeformte Unterseite, aber auch weniger exakt geformte Randbereiche, die während des Pressvorgangs in direktem Kontakt zur Gummiform standen. Der Presskörper wurde deshalb einer spanenden mechanischen Bearbeitung unterzogen. Auf diese Weise entstand ein gepresster Pulverformkörper mit einer glatten Oberseite und einem zylindrischen Randbereich.
Dieser gepresste Pulverformkörper wurde in einem Sinterofen unter reduzierend wirkender Wasserstoffatmosphäre bis zu einer Temperatur von 1450°C aufgeheizt. Nach einer Haltezeit von 2 h wurde die Temperatur bis auf Raumtemperatur erniedrigt und der Sinterkörper aus dem Ofen entnommen. Bedingt durch eine lineare Sinterschwindung von etwa 15% entstand ein im Vergleich zum gepressten Pulverformkörper in allen Raumrichtungen gleichmäßig verkleinerter Sinterkörper. Dieser Sinterkörper besaß eine Dichte von 15,1 g/cm³, einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 6 × 10^–6/K sowie eine Wärmleitfähigkeit von 185 W/m·K. Zur weiteren Verarbeitung des Sinterkörpers zu einer Trägerplatte wurden die beiden ebenen Funktionsflächen und der zylindrische Teil auf das Endmaß spanend bearbeitet, die aufgeprägte Kühlstruktur erfordert keine Bearbeitung. Weiterhin wurden Gewinde angebracht, die eine spätere Befestigung mit einer Grundplatte erlauben, die es ermöglicht, die Kühlstruktur an der Sputteranlage zu befestigen.
Auf die so hergestellte W-Cu-Trägerplatte wurde ein keramisches WSi₂-Target aufgebracht. Dies erfolgte durch Auflöten des Targets auf der ebenen, nicht profilierten Seite der Trägerplatte. Da das gewählte keramische WSi₂-Target im Temperaturbereich von RT bis 300°C einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 6 bis 6,5 × 10^–6/K aufweist, konnte nach Vorbehandlung der zu lötenden Oberflächen in einem Lötofen unter geeigneter Atmosphäre eine stoffschlüssige Verbindung zur Trägerplatte mit hoher Haftkraft und damit hohem Wärmeableitvermögen erzeugt werden.
Für den Fall, dass bei Einsatz anderer Sputter-Targets oder von Trägerplatten anderer Werkstoffzusammensetzungen eine Vorbehandlung der zu fügenden Oberflächen keine ausreichende Benetzung des Lötwerkstoffes zulässt, werden eine oder beide Oberflächen mit einer dünnen, über ein Beschichtungsverfahren aufgebrachten Cu-Schicht verseheu (0,001–100 μm), für die es bei Verwendung der einschlägigen Lötwerkstoffe keine Benetzungsprobleme geben wird. Auf diese Weise entsteht eine Verbindung des Sputtertargets mit der Trägerplatte, die weder bei der Herstellung dieser Verbindung nach zu einem späteren Zeitpunkt in der Sputteranlage einer kritischen mechanischen Spannungsbeanspruchung ausgesetzt wird. Damit wird verhindert, dass der spröde Targetwerkstoff beschädigt wird (Rissbildung) oder sich aufgrund von Spannungen von der Trägerplatte ablöst, wodurch lokal die Kühlung drastisch verringert würde, was zu verstärkten Spannungen bis hin zum Abfallen des Sputter-Targets von der Trägerplatte führen kann. Dadurch können die Sputteranlage und die zu erstellenden Bauteile zerstört werden.
Beispiel 2
Reines Molybdänpulver (Körnung < 10 μm) wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verpresst. Die Oberseite und der Umfang des Presslings wurden eben bzw. zylindrisch geschliffen. Der so erzeugte Presskörper wurde 4 h bei einer Temperatur von 1700°C unter reduzierender Gasatmosphäre gesintert. Danach wurde der Sinterkörper entnommen und durch Ausmessen des Volumen (V_PK) und Messung der Masse (m_PK) die Dichte ρ_PK = m_PK/V_PK bestimmt. Diese betrug 4,5 g/cm³. Aus der Dichte ρ_PK des Sinterkörpers und der Dichte reinen Molybdäns (ρ_Mo = 10,2 g/cm³) lässt sich das Porenvolumen (V_Por) gemäß V_Por = 100 × ρ_PK/ρ_Mo bestimmen. Das Porenvolumen betrug 44,1%. Anhand des bestimmten Porenvolumens und der Abmessungen des Sinterkörpers lässt sich die Menge an Kupfer bestimmen, die benötigt wird, um das Porenvolumen vollständig auszufüllen, d.h. den Sinterkörper vollständig zu infiltrieren. Bei einer Masse des Mo-Skelett-Sinterkörpers von 1 kg (Volumen: 222 cm³) liegt ein Porenvolumen von 98 cm³ vor, für das 877 g Kupfer erforderlich sind (ρ_Cu = 8,96 g/cm³), um den Sinterkörper vollständig zu infiltrieren. In diesem Falle wurde ein Infiltrationswerkstoff Mo-Cu (53% Mo/47% Cu) vorliegen, der einen WAK von ca. 8 × 10^–6/K aufweist. Eine genaue Einstellung des WAK erfolgt typischer Weise durch Experimente und Messung des tatsächlichen Ausdehnungskoeffizienten. Aufgrund der nicht exakt zu beschreibenden Wirkung des Mo-Skeletts auf den WAK sind Experimente für eine zuverlässige Einstellung eines gewünschten WAK notwendig. Die Endbearbeitung der Funktionsflächen erfolgt durch Drehen oder Schleifen.
Beispiel 3
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Trägerplatte kann auch eine geeignete Pulvermischung einem Umformprozess unterworfen werden. Dazu wird beispielsweise eine Mischung aus 10 kg Mo-Pulver (< 10 μm) und 8,77 kg Cu-Pulver (< 50 μm) in einer rechteckigen evakuierten und luftdicht verschlossenen Gummiform (30 cm × 50 cm × 6 cm = 9 dm³) unter einem Druck von 200 MPa (2000 bar) hydrostatisch gepresst. Die Dichte betrage danach 5,1 g/cm³. Durch eine Umformung in einer Schmiedepresse erfolgt eine Verdichtung auf 8,4 g/cm³. Ein derartiger Mo-Cu-Verbundwerkstoff mit einem Cu-Gehalt von 47 Gew.-% besitzt ein durchgängiges Cu-Netzwerk. Es ist ein WAK von etwa 10 × 10^–6/K erwarten. Eine genaue Einstellung des WAK erfolgt typischer Weise durch Experimente und Messung des tatsächlichen Ausdehnungskoeffizienten. Aufgrund der nicht exakt zu beschreibenden Wirkung des Cu-Netzwerkes auf den WAK sind Experimente für eine zuverlässige Einstellung des WAK notwendig. Die Endbearbeitung der Funktionsflächen erfolgt durch Drehen oder Schleifen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte für Sputtertargets, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbundpulver enthaltend 99 bis 5 Gew.-% mindestens eines Refraktärmetalls aus der Gruppe Mo, W, Re, Ta und 1 bis 95 Gew.-% mindestens einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au bei einem Druck von mindestens 50 MPa verpresst und anschließend gesintert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Molybdän-Kupfer- oder Wolfram-Kupfer-Verbundpulver eingesetzt wird, das eine Metall-Primärgröße überwiegend < 2 um und einen Sauerstoffgehalt < 0,8 Gew.-% aufweist.
Trägerplatte für Sputtertargets, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte aus einem Verbundwerkstoff besteht, der 5 bis 99 Gew.-% mindestens eines Refraktärmetalls aus der Gruppe Mo, W, Re, Ta und 95 bis 1 Gew.-% mindestens einer weiteren metallischen Komponente aus der Gruppe Cu, Ag, Au enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff erhältlich ist durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2.
Trägerplatte gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Refraktärmetall um W und/oder Mo handelt.
Trägerplatte gemäß wenigstens eines der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der weiteren metallischen Komponente um Cu handelt.
Trägerplatte gemäß wenigstens eines der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff 15 bis 95 Gew.-% Mo oder W und 85 bis 5 Gew.-% Cu enthält.
Trägerplatte gemäß wenigstens eines der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte im Temperaturbereich von 20 bis 300°C ein Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit zu Wärmeausdehnungskoeffizienten von > 23,8 × 10⁺⁶ W/m aufweist.
Einheit enthaltend ein Sputter-Target und eine Trägerplatte gemäß wenigstens eines der Ansprüche 3 bis 7.
Einheit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sputter-Target und die Trägerplatte mittels einer Bindeschicht miteinander verbunden sind.