DE112006003537B4

DE112006003537B4 - Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus

Info

Publication number: DE112006003537B4
Application number: DE112006003537.1T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kuniya; Nobuyuki Suzuki; Akira Terashi
Original assignee: Plansee SE
Current assignee: Plansee SE
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JPWO2007074872A1; US20090045050A1; KR101335158B1; CN101360843B; JP5242169B2; KR20080113015A; WO2007074872A1; US8597478B2; DE112006003537T5; TW200833856A; CN101360843A; TWI404815B; US20120097356A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus bei dem eine Halteplatte mit einem Sputtertarget durch eine Haftverbindung verbunden wird, wobei die Halteplatte aus einem Material besteht, dessen Längenausdehnungskoeffizient von demjenigen des Materials des Sputtertargets um höchstens 2 × 10–6/K abweicht, und wobei eine Kupferplatte mit einer Dicke zwischen 0,3 und 1,5 mm an zumindest einer Flachseite der Halteplatte angeordnet wird, wobei die Halteplatte in ihrem Inneren Kühlkanäle in Form von Rohren aus Kupfer oder rostfreiem Stahl aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Herstellung der Halteplatte derart, dass eine die Kupfer- oder Stahlrohre und ein verstärktes Material enthaltende Form einer Wärmebehandlung unterzogen wird, so dass ein gesinterter Körper aus verstärktem Material entsteht, der mit dem von den Rohren bereitgestellten Kühlkanal verbunden ist, Anpassen einer Kupferplatte an den gesinterten Körper aus verstärktem Material, Positionierung des gesinterten Körpers aus verstärktem Material mit der daran anpassten Kupferplatte in eine Druckgussform und Gießen einer Aluminiumschmelze in die Druckgussform mit anschließender Verfestigung unter Druck; und Verbinden des Sputtertargets mit der hergestellten Halteplatte mittels einer Haftverbindung.

Description

Technisches Feld
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus, wie er im Rahmen eines Sputterdepositionsschrittes bei der Herstellung dünner Hartstoffschichten oder Zierschichten, aber auch in der Produktion von Flachbildschirmen (im Folgenden auch als „FPD”, engl.: flat panel display, bezeichnet), wie beispielsweise Flüssigkristallbildschirmen, Plasmabildschirmen, etc. eingesetzt wird.
Die Herstellung dünner Schichten mittels Sputterdeposition umfasst, Einlassen eines Edelgases, wie beispielsweise Argon, in eine Vakuumkammer, Anlegen einer negativen Spannung an das innerhalb der Kammer befindliche Sputtertarget zur Erzeugung einer Plasmaentladung, wobei dafür gesorgt wird, dass das Sputtertarget mit den auf diese Weise erzeugten Plasmakationen beschossen wird. Atome, aus denen das Sputtertarget besteht, werden auf diese Weise auf ein dem Target gegenüberliegendes Substrat deponiert bzw. „gesputtert”.
Ein Sputtertarget besteht typischerweise aus einer Aluminiumlegierung, einem Metall mit hohem Schmelzpunkt (z. B. Wolfram, Molybdän, Titan) oder seiner Legierungen, einem hochschmelzenden Silizid (z. B. Molybdänsilizid, Wolframsilizid); in letzter Zeit sind ebenfalls gesinterte ITO (engl.: indium-tin-oxide, dt.: Indium-Zinn-Oxid) Körper als Sputtertargets verwendet worden. Eine Halteplatte dient zum einen als Halterung, außerdem aber auch als Kühlmedium bzw. Wärmesenke zur Abfuhr von Wärme von dem Sputtertarget, die dort während des Sputtervorgangs erzeugt wird. Entsprechend weist die Halteplatte im Allgemeinen einen Kühlmechanismus in ihrem Inneren auf.
Für die Halteplatte werden Materialien, wie sauerstofffreies Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, rostfreier Stahl, Titanlegierungen, etc. verwendet. Auf Grund seiner guten thermischen Leitfähigkeit wird von den genannten Materialien bevorzugt Kupfer als Material für die Halteplatte verwendet. Aufgrund seines großen Längenausdehnungskoeffizienten (auch als linearer Ausdehnungskoeffizient oder linearer Wärmeausdehnungskoeffizient bezeichnet) von 17 × 10^–6/K ist die Verwendung von Kupfer jedoch auch problematisch, da dessen Ausdehnung zu einer Deformation der Halteplatte führt, so dass diese bereits nachdem sie wenige Male benutzt wurde, nicht wieder verwendet werden kann.
Das in dem oben genannten Sputterdepositionsschritt verwendete Sputtertarget wird im Allgemeinen in der Form eines Sputtertargetaufbaus verwendet, bei dem das Sputtertarget mit Hilfe eines niedrigschmelzenden Lots auf der Halteplatte aufgelötet ist.
Während des Sputterdepositionsschrittes wird der Sputtertargetaufbau durch die Kollisionen der Plasmakationen mit diesem stark erhitzt. Wenn die Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Sputtertarget und der Halteplatte, die den Sputtertargetaufbau bilden, groß ist, verformt sich der Sputtertargetaufbau wie ein Bimetall. Eine solche Deformation kann auch während der Herstellung des Sputtertargetaufbaus auftreten.
Die Deformation des Sputtertargetaufbaus führt zu verschiedenen Problemen; so kann das Sputtertarget reißen, das Lot kann schmelzen und der aufgelötete Teil kann sich ablösen.
Entsprechend besteht der Wunsch nach einem Sputtertargetaufbau, der keine Deformation nach der Art eines Bimetalls verursacht, auch wenn dieser während des Sputterdeposition hohen Temperaturen ausgesetzt wird, und der folglich frei von Problemen, des Reißens oder Ablösens des Sputtertargets ist.
In letzter Zeit wurden Molybdän und Titan als Materialien für Sputtertargets verwendet, deren Längenausdehnungskoeffizient von demjenigen von Kupfer, welches bevorzugt zur Herstellung der Halteplatte verwendet wird, sich stark unterscheidet. Daher besteht ein großer Bedarf nach Sputtertargetaufbauten, die frei von den oben genannten Problemen sind.
Um einen Sputtertargetaufbau zu erhalten, der frei von den genannten Problemen ist, wurden vordem verschiedene Vorschläge gemacht.
Beispielsweise haben Untersuchungen der Lötmaterialien und Lötverfahren zu einem Verfahren geführt, bei dem eine Folie aus einer Zinnlegierung oder ähnlichem zwischen einem Sputtertarget und einer Kühlplatte (Halteplatte) positioniert wird. Eine Indiumlegierung wird zwischen Folie und Sputtertarget sowie zwischen Folie und Kühlplatte gebracht, die durch Heißsiegeln verbunden werden (Patentschrift 1).
Nach einem Verfahren wird ein Sputtertarget für Beschichtungen einer Vorbehandlung, wie beispielsweise Abscheiden einer galvanischen Schicht oder Bedampfen, unterzogen, und ein Puffermaterial zwischen dem Sputtertarget und einer Kühlplatte (Halteplatte) angeordnet (Patentschrift 2).
Nach einem Verfahren wird ein Zwischenmaterial zwischen einem Sputtertarget und einer Kühlplatte (Halteplatte) angeordnet (Patentschrift 3).
Nach einem Verfahren wird ein wärmeleitfähiger Haftvermittler zwischen einem Sputtertarget und einer Halteplatte eingefügt, wobei das Sputtertarget und die Halteplatte mit einem Metall verbunden werden, welches einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist und zwischen dem Haftvermittler und dem Sputtertarget und/oder der Halteplatte angeordnet ist (Patentschrift 4).
Diese Verfahren streben den gewünschten Effekt durch eine Veränderung der Zusammensetzung des als dünne Schicht vorhandenen Lotmaterials an, welches zwischen dem Sputtertarget und der Halteplatte angeordnet ist, sie konnten jedoch kaum den gewünschten Effekt erreichen. Bei diesen Verfahren kann außerdem der nachteilige Effekt, dass die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Sputtertarget und der Halteplatte herabgesetzt wird, da verschiedene Materialien zwischen dem Sputtertarget und der Halteplatte angeordnet sind, nicht umgangen werden. Die Verwendung von Indium ist außerdem hinsichtlich seiner Kosten problematisch.
Andererseits haben Untersuchungen der Halteplatte zu einem Verfahren zur Herstellung einer dreilagigen Halteplatte aus Molybdän-Titan-Molybdän geführt, wie sie in Patentschrift 5 offenbart ist. Dies geschieht mit der Absicht, den Längenausdehnungskoeffizienten der Halteplatte demjenigen des Sputtertargets, mit dem die Halteplatte kombiniert wird, anzugleichen.
Patentschrift 6 offenbart eine Halteplatte, die aus einem Verbundwerkstoff aus Molybdän und Kupfer hergestellt ist.
Patentschrift 7 schlägt die Herstellung einer Halteplatte aus einem Verbundwerkstoff aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Keramik vor.
Jedoch weisen diese Materialien eine schlechte Verarbeitbarkeit auf, und sind kaum für die in der Herstellung von Flachbildschirmen verwendeten großflächigen Produkte anwendbar, da bei diesen der Unterschied der Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Sputtertarget und der Halteplatte besonders problematisch ist.
Patentschrift 8 schlägt eine Halteplatte vor, die Titan enthält. Jedoch ist dessen thermische Leitfähigkeit extrem gering, so dass seine Verwendung bei einem Aufbau des Sputtertargets, bei dem die Halteplatte mit einem Kühlmechanismus ausgestattet ist, ungünstig ist.
Patentschrift 9 schlägt außerdem eine Technik vor, bei der die Oberfläche der Halteplatte, die mit dem Sputtertarget verbunden wird, mit Rillen versehen wird. Die Rillen sind insoweit dazu vorgesehen, die thermische Deformation aufzunehmen. Dies ist auf der anderen Seite jedoch problematisch, da ein Rückgang der Wärmeleitfähigkeit unvermeidbar ist. Eine Halteplatte, die ein Verbundmaterial bestehend aus Metallmatrix und dazwischen angeordnete Fasern umfasst, ist beispielsweise aus Patentschrift 10 bekannt.
Eine Halteplatte für einen Sputtertargetaufbau mit einem Kühlkanal ist weiterhin aus Patentschrift 11 bekannt.

Patentschrift 1: JP S 61-250 167 A
Patentschrift 2: JP H05-25620 A
Patentschrift 3: JP H04-36 5857 A
Patentschrift 4: JP 2000-160 334 A
Patentschrift 5: JP H08-246 144 A
Patentschrift 6: JP S62-67168 A
Patentschrift 7: JP 2002-161 361 A
Patentschrift 8: JP H06-293 963 A
Patentschrift 9: JP H02-43362 A
Patentschrift 10: US 6 596 139 B2
Patentschrift 11: US 6 113 754 A

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung gelöste Probleme
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus anzugeben, wobei der hergestellte Sputtertargetaufbau eine gute Verarbeitbarkeit, thermische Leitfähigkeit und gute Benetzbarkeit für Lotmaterialien aufweist, der kostengünstig und über eine lange Zeitspanne wiederverwendbar ist, und der außerdem frei von den Problemen des Abreißens und Ablösens des Sputtertargets ist.
Mittel zur Lösung der Probleme
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe, haben wir, die Erfinder, die Konstruktion eines Sputtertargetaufbaus und die Materialien seiner Teile aus denen dieser besteht, gewissenhaft untersucht. Als Ergebnis konnte herausgefunden werden, dass die Probleme dadurch gelöst werden können, dass als wesentliches Material für die Halteplatte ein Verbundwerkstoff auf der Basis von Aluminium in Kombination mit einer Substanz, die einen geringen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, verwendet wird. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis wurden weitere Untersuchungen durchgeführt und die Erfindung schließlich vervollständigt.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus wird eine Halteplatte mit einem Sputtertarget durch eine Haftverbindung verbunden. Die Halteplatte besteht aus einem Material, dessen Längenausdehnungskoeffizient von demjenigen des Materials des Sputtertargets um höchstens 2 × 10^–6/K abweicht. Eine Kupferplatte mit einer Dicke zwischen 0,3 und 1,5 mm wird an zumindest einer Flachseite der Halteplatte angeordnet. Die Halteplatte weist in ihrem Inneren Kühlkanäle in Form von Rohren aus Kupfer oder rostfreiem Stahl auf. Das Verfahren umfasst:

– Herstellung der Halteplatte derart, dass eine die Kupfer- oder Stahlrohre und ein verstärktes Material enthaltende Form einer Wärmebehandlung unterzogen wird, so dass ein gesinterter Körper aus verstärktem Material entsteht, der mit dem von den Rohren bereitgestellten Kühlkanal verbunden ist,
– Anpassen einer Kupferplatte an den gesinterten Körper aus verstärktem Material, Positionierung des gesinterten Körpers aus verstärktem Material mit der daran anpassten Kupferplatte in eine Druckgussform und Gießen einer Aluminiumschmelze in die Druckgussform mit anschließender Verfestigung unter Druck;
– Verbinden des Sputtertargets mit der hergestellten Halteplatte mittels einer Haftverbindung.

Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Sputtertargetaufbau besteht entsprechend aus einer Halteplatte und einem durch eine Haftverbindung mit dieser verbundenen Sputtertarget, wobei die Halteplatte aus einem Material besteht, dessen Längenausdehnungskoeffizient (auch als linearer Ausdehnungskoeffizient oder linearer Wärmeausdehnungskoeffizient bezeichnet), von demjenigen des Materials des Sputtertargets um höchstens 2 × 10^–6/K abweicht, und wobei eine Kupferplatte mit einer Dicke zwischen 0,3 und 1,5 mm an zumindest einer Flachseite der Halteplatte angeordnet ist.
Die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Halteplatte besteht aus einem Verbundwerkstoff, der Aluminium oder Aluminiumoxid als Matrix aufweist, in welche zumindest ein Granulat oder Fasermaterial als verstärkendes Material eingebettet ist, welches aus einer Gruppe, die Kohlenstoff, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrit, Mullit und Aluminiumborat umfasst, ausgewählt ist, und einen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen 3,5 und 17 × 10^–6/K aufweist.
Die Halteplatte und das Sputtertarget ist durch eine Haftverbindung vorzugsweise unter Verwendung von Indium, Zinn oder seiner Legierungen verbunden.
Die Halteplatte weist in ihrem Inneren Kühlkanäle in Form von Rohren aus Kupfer oder rostfreiem Stahl auf.
Wirkung der Erfindung
Bei dem durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Sputtertargetaufbau ist der Unterschied des Längenausdehnungskoeffizienten des Sputtertargets und der Halteplatte gering, aus diesem Grund verzieht sich der Sputtertargetaufbau auch bei hohen Temperaturen nicht, das Sputtertarget und die Halteplatte lösen sich nicht voneinander. Der Sputtertargetaufbau ermöglicht eine stabile Sputterdeposition. Der erfindungsgemäße Sputtertargetaufbau ist außerdem kostengünstig und kann häufig wiederverwendet werden, was einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil darstellt.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Sputtertargetaufbaus.
2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Anordnung von Kühlrohren in einer Eisenform.
3 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines gesinterten Formkörpers aus verstärkten Material.
4 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Formkörpers, auf dessen beiden Flachseiten sich eine Kupferplatte befindet.
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Druckgussform.
6 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Halteplatte.
Bezugszeichenliste

1: Sputtertargetaufbau
2: Sputtertarget
3: Halteplatte
30: Formkörper aus Verbundwerkstoff
301: Kohlefaser
302: Aluminiumschmelze
303: Verbundwerkstoff aus Aluminium und Kohlefaser
31: Kühlrohr aus rostfreiem Stahl
32: Kupferplatte
4: Eisenform
41: Zwischenraum
5: Druckgussform

Am besten geeignete Art und Weise die Erfindung umzusetzen
Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Sputtertargetaufbau umfasst ein Sputtertarget und eine Halteplatte, die durch eine Haftverbindung miteinander verbunden sind.
Das Sputtertarget kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, und hat vorzugsweise einen Längenausdehnungskoeffizient von 3,5 bis 17 × 10^–6/K.
Die Größe des Sputtertargets ist ebenfalls nicht näher festgelegt.
Das Material der Halteplatte ist nicht näher festgelegt, geeignet ist jedes Material, welches einen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, dessen Differenz zu demjenigen des Sputtertargets maximal ±2 × 10^–6/K beträgt.
Die Halteplatte ist vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff hergestellt, welcher als Matrix Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, in welche ein oder mehrere granulare oder faserförmige Verstärkungsmaterialien eingebettet sind, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Kohlenstoff, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrit, Mullit und Aluminiumborat; wobei das Material einen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen 3,5 und 17 × 10^–6/K aufweist.
Die Herstellung der Halteplatte aus einem der oben genannten Materialien verbessert deren Verarbeitbarkeit, wodurch die Möglichkeit in diese Löcher einzubringen, mit denen die Halteplatte in einer Vakuumkammer angebracht werden kann, vereinfacht wird.
In dem Fall, dass kaum verarbeitbares Material wie Siliziumcarbid als Verstärkungsmaterial verwendet wird, kann der Verbundwerkstoff, der dieses, enthält kaum verarbeitet werden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass solches Material in denjenigen Teilen des Aufbaus verwendet wird, dessen Bearbeitung nicht notwendig ist.
Das Mischungsverhältnis für das Verstärkungsmaterial, welches in den Verbundwerkstoff eingebettet wird, kann derart passend gewählt werden, so dass der resultierende Verbundwerkstoff den oben genannten Längenausdehnungskoeffizienten aufweist.
Wird beispielsweise Molybdän als Sputtertargetmaterial verwendet, welches einen Längenausdehnungskoeffizienten von 5,1 × 10^–6/K aufweist, wird als passendes Verbundmaterial, welches mit diesem kombiniert wird, ein solches gewählt, welches JIS-AC3A-Legierung und Kohlefasern enthält, die einen Längenausdehnungskoeffizienten von 4 bis 5,5 × 10^–6/K aufweisen.
Wird eine Titanlegierung mit einem Längenausdehnungskoeffizienten von 9 × 10^–6/K als Sputtertargetmaterial verwendet, so kann ein Verbundwerkstoff, der mit diesem kombiniert wird, verwendet werden, der JIS-A1050-Legierung, welche Siliziumcarbidpulver zu 65 Vol.% und Kohlefasern, die einen Längenausdehnungskoeffizienten von 8,5 bis 9,5 × 10^–6/K aufweisen, enthält.

Weitere Kombinationen verschiedener Sputtertargetmaterialien und Verbundwerkstoffmaterialien die für die Sputtertargetmaterialien passend sind, zeigt beispielhaft Tabelle 1. [Tabelle 1]

Targetmaterial		Verbundwerkstoff der Halteplatte
Metall	Längenausdehnungs-Koeffizient (*) (× 10^–6/K)	Zusammensetzung (Vol.%)	Längenausdehnungskoeffizient (× 10^–6/K)
Kupfer	16.6	Aluminium 80 – Aluminiumoxid 20	17–18
Titan	8.5	Aluminium 35 – Siliziumcarbid 65	8–9
Chrom	6	Aluminium 25 – Siliziumcarbid 75	6–7
Molybdän	5	Aluminium 70 – Kohlefasern 30	5–6
		Aluminium 100	25

*: aus ”Physical Dictionary” von Baifu-kan.

Der Sputtertargetaufbau, welcher die Halteplatte umfasst, weist auf seinen Flachseiten eine Kupferplatte auf.
Die Kupferplatte kann an zumindest einer Flachseite der Halteplatte angeordnet sein, ist jedoch vorzugsweise auf beiden Flachseiten angeordnet. Indem sowohl auf der Vor- als auch auf der Rückseite der Halteplatte eine Kupferplatte angeordnet wird, kann der in Folge ihrer Bimetallwirkung auftretenden Deformation effektiv vorgebeugt werden.
Die Dicke der Kupferplatte beträgt 0,3 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,2 mm. Beträgt die Dicke mehr als 1,5 mm ist dies unvorteilhaft, da die Längenausdehnung der Halteplatte zu groß werden könnte. Auf der anderen Seite wirkt sich eine Dicke unterhalb von 0,3 mm negativ auf die Verarbeitbarkeit der Halteplatte aus, und ist daher nicht erstrebenswert.
Kupfer weist im Vergleich zu Aluminium die bessere Lotbenetzbarkeit und thermische Leitfähigkeit auf. Wird je eine Kupferplatte auf beiden Flachseiten der Halteplatte angeordnet, weist die Halteplatte eine exzellente Lotbenetzbarkeit und thermische Leitfähigkeit auf.
Die Kupferplatte kann auf beliebige Art an der Flachseite der Halteplatte angeordnet werden. Entsprechend dem weiter unten erläuterten Verfahren kann die Kupferplatte beispielsweise mit der Halteplatte verbunden werden, während diese gegossen wird.
Im Rahmen der Erfindung befinden sich Kühlkanäle innerhalb der Halteplatte.
Die Bereitstellung eines Kühlkanals verhindert die Ausdehnung der Halteplatte, welche durch die von dem Sputtertarget ausgehende Wärme verursacht wird, und beugt dem Schmelzen des niedrigschmelzenden Lots vor, wodurch einem Ablösen des Sputtertarget von der Halteplatte vorgebeugt werden kann.
Als Material für den Kühlkanal ist vorzugsweise rostfreier Stahl und Kupfer vorgesehen.
Um einen Kühlkanal innerhalb der Halteplatte auszubilden ist es wünschenswert, dass die Rohre, aus welchen die Kühlkanäle bestehen sollen, in die Platte integriert werden, wenn der Verbundwerkstoff, aus welchem die Halteplatte gebrannt wird, gegossen und verfestigt wird.
Das Querschnittsprofil der Rohre für die Kühlkanäle ist nicht besonders festgelegt, und kann insbesondere rund, eckig oder oval sein.
Zur Herstellung der Halteplatte wird gemäß der Erfindung das folgende Verfahren angewandt werden: Während die Rohre, welche die Kühlkanäle bilden, in einer Eisenform angeordnet sind, werden deren Zwischenräume mit einem verstärkten Material gefüllt. Das Verfahren zum Einfüllen des verstärkten Materials ist nicht näher festgelegt. Dieses kann in Form einer Silikataufschlämmung oder ähnlichem in die Form gegossen werden.
Als nächstes wird die Form, in welcher sich die Kühlkanäle und die Aufschlämmung befinden, einer Wärmebehandlung unterzogen, während derer die Aufschlämmung gebrannt wird, und ein gesinterter Körper aus verstärktem Material entsteht, welcher anschließend aus der Form genommen wird.
Eine Kupferplatte wird in beliebiger Weise an den gesinterten Körper angepasst, und anschließend in eine Druckgussform verbracht. Eine Aluminiumschmelze wird in die Form gegossen und unter hohem Druck verfestigt.
Der Sputtertargetaufbau, bei dem das Sputtertarget und die Halteplatte mittels einer Haftverbindung verbunden werden, wird gemäß der oben beschriebenen Art und Weise hergestellt. Die Haftverbindung zwischen dem Sputtertarget und der Halteplatte kann durch ein beliebiges Lot bewirkt werden, vorzugsweise wird Indium, Zinn oder ihre Legierungen verwendet. Eine preisgünstige Zinnlegierung kann eine ausreichende Haftkraft zur Verfügung stellen, um einen erfindungsgemäßen Sputtertargetaufbau herzustellen, dieser ist somit kostengünstig und vorteilhaft.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele detaillierter beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll.
(Beispiel 1)
Für die folgenden Erläuterungen wird Bezug auf die Zeichnungen genommen.
Fünf Rohre 31 aus rostfreiem Stahl (Außendurchmesser 15 mm, Wandstärke der Röhren 1 mm) werden in einer Eisenform 4 mit einer Länge von 2000 mm, einer Breite von 400 mm und einer Tiefe von 40 mm, in regelmäßigen Abständen in der in Querrichtung der Eisenform 4 angeordnet (die Entfernung zwischen der Seitenwand der Eisenform 4 und dem äußersten Rohr beträgt in Querrichtung 30 mm). Die Rohre 31 können derart in der Eisenform angeordnet werden, dass deren Abstand zu der Bodenfläche oder zu der Deckelfläche der Eisenform jeweils derselbe ist (2). Der Zwischenraum 41 wird mit einem verstärktem Material gefüllt, welches beispielsweise Kohlefasern 301 mit einem Durchmesser von 8 μm und einer Länge von 10 mm enthält, wobei die Kohlefasern 30% Vol des Zwischenraumes 31 einnehmen können. Anschließend wird ein 5 Gew.-% Quarz (Silica) enthaltendes Sol in die Eisenform 4 gegossen, bei 100°C getrocknet und anschließend unter Stickstoffatmosphäre bei 700°C gebrannt. Nach Entfernen der Eisenform 4 wird ein Carbonfaserformkörper 30, in welchem Rohre 31 aus rostfreiem Stahl eingebettet sind, erhalten (3).
Eine Kupferplatte 32 mit einer Dicke von 1 mm, einer Länge von 2000 mm und einer Breite von 400 mm wird auf beiden Flachseiten des Formkörpers 30 angeordnet (4) und in einer Druckgussform 5 positioniert (5). Eine Aluminiumschmelze 302 mit einer Temperatur von 800°C wird in die Druckgussform 5 gegossen und unter hohem Druck von 55 MPa verfestigt. Nach vollständiger Verfestigung wird das gegossene Produkt aus der Form genommen, überschüssiges Aluminium wird entfernt. Auf diese Weise wird eine Halteplatte 3 erhalten, die aus einem Verbundwerkstoff 303 aus Aluminium 302 und Kohlefasern 301 besteht, und welche in diese eingebaute Rohre 31 aus rostfreiem Stahl aufweist wobei je eine Kupferplatte 32 auf beiden Flachseiten angeordnet ist (6).
Der Längenausdehnungskoeffizient der Halteplatte 3 beträgt 5,6 × 10^–6/K.
Im Anschluss wird auf die Kupferplatte 32, welche sich auf einer Flachseite der Halteplatte 3 befindet, bei einer Temperatur von 280°C Lötzinn aufgebracht. Zur Vervollständigung des Sputtertargetaufbaus 1 wird ein Molybdän-Sputtertarget 2 (welches eine Dicke von 15, eine Länge von 1900 mm und eine Breite von 350 mm aufweist) auf die Halteplatte (3) gelötet (1). Dies ist möglich, da die Lotbenetzbarkeit der Teile gut ist.
Der Sputtertargetaufbau 1 wurde zur Sputterdeposition verwendet und war so lange stabil bis das Sputtertarget 2 aufgebraucht war. Ein neues Sputtertarget wurde auf die bereits benutzte Halteplatte 3 gelötet, der auf diese Weise erhaltene Sputtertargetaufbau 1 wurde erneut zur Sputterdeposition verwendet.
Nach dreimaliger Benutzung der Halteplatte 3 verformte sich diese geringfügig, die Halteplatte 3 konnte jedoch zwanzig- oder mehrfach wiederverwendet werden.
(Beispiel 2)
In gleicher Weise wie im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben werden fünf Kupferrohre (mit ovalem Querschnitt, deren großer Durchmesser 25 mm und deren kleiner Durchmesser 8 mm beträgt, und deren Wandstärke der Rohre 1,5 mm beträgt) in der selben Eisenform 4 angeordnet, die für Beispiel 1 benutzt wurde. Ein gemischtes Siliziumcarbidpulver (#120/#400 = 3/4) wurde in einer Aufschlämmung, die 3% Quarzsol enthält, gegeben, so dass der Pulveranteil 500 g pro Liter beträgt. Diese Aufschlämmung wird in den Raum der Eisenkammer gegossen. Ein Siliziumcarbidformkörper mit eingebetteten Kupferrohren wird erhalten, in dem das vorgenannte Material bei 120°C getrocknet und anschließend an Luft bei 600°C gebrannt wird.
In gleicher Weise, wie im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Kupferplatte an beiden Flachseiten des Formkörpers angeordnet. Ebenfalls in gleicher Weise wird eine Aluminiumschmelze in eine Druckgussform gegeben und unter hohem Druck verfestigt. Auf diese Weise wird eine Halteplatte erzeugt, welche aus einem Verbundwerkstoff aus Aluminium und Siliziumcarbid besteht, in welche Kupferrohre eingebettet sind und welche Kupferplatten an beiden Flachseiten aufweist.
Der Längenausdehnungskoeffizient dieser Halteplatte beträgt 8,3 × 10^–6/K.
Anschließend wird auf die Kupferplatte, welche auf einer der Flachseiten der Halteplatte abgebracht ist, Lötzinn bei einer Temperatur von 280°C aufgebracht. Ein Sputtertargetaufbau wurde erzeugt, indem ein Titan – Sputtertarget (mit einer Dicke von 16 mm, einer Länge von 1900 mm und einer Breite von 350 mm) auf die Halteplatte gelötet wird. Dies ist möglich, da die Lotbenetzbarkeit der Teile gut ist.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein nicht erfindungsgemäßer Sputtertargetaufbau wurde dadurch hergestellt, dass ein Molybdän – Sputtertarget auf eine Kupferhalteplatte mit einer Dicke von 1 mm, einer Länge von 2000 mm und einer Breite von 400 mm unter der Verwendung von Lötzinn befestigt wurde (in der ein Kühlkanal vorhanden ist).
Dieser Sputtertargetaufbau wurde zur Sputterdeposition verwendet, verzog sich jedoch so stark, dass er als Sputtertarget nicht benutzt werden konnte.
Industrielle Anwendbarkeit
Bei dem Sputtertargetaufbau sind die Unterschiede des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Sputtertarget und der Halteplatte extrem gering. Entsprechend werden, da sich die Bauteile nicht verziehen, zur Herstellung des beabsichtigten Sputtertargetaufbau die beiden Bauteile mit Hilfe eines Lotmaterials miteinander verbunden. Erfindungsgemäß kann außerdem kostengünstiges Zinnlot verwendet werden. Insbesondere kann ein solcher Sputtertargetaufbau in einem Sputterdepositionssystem verwendet werden, welches zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigen verwendet wird und eine große Sputterdepositionsfläche aufweist. Ein Sputtertargetaufbau, bei dem eine geringe Differenz der Längenausdehnungskoeffizienten vorliegt, leistet in einem Sputterdepositionssystem zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigen einen großen Beitrag zur Prozessstabilität.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus bei dem eine Halteplatte mit einem Sputtertarget durch eine Haftverbindung verbunden wird, wobei die Halteplatte aus einem Material besteht, dessen Längenausdehnungskoeffizient von demjenigen des Materials des Sputtertargets um höchstens 2 × 10^–6/K abweicht, und wobei eine Kupferplatte mit einer Dicke zwischen 0,3 und 1,5 mm an zumindest einer Flachseite der Halteplatte angeordnet wird, wobei die Halteplatte in ihrem Inneren Kühlkanäle in Form von Rohren aus Kupfer oder rostfreiem Stahl aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Herstellung der Halteplatte derart, dass eine die Kupfer- oder Stahlrohre und ein verstärktes Material enthaltende Form einer Wärmebehandlung unterzogen wird, so dass ein gesinterter Körper aus verstärktem Material entsteht, der mit dem von den Rohren bereitgestellten Kühlkanal verbunden ist, Anpassen einer Kupferplatte an den gesinterten Körper aus verstärktem Material, Positionierung des gesinterten Körpers aus verstärktem Material mit der daran anpassten Kupferplatte in eine Druckgussform und Gießen einer Aluminiumschmelze in die Druckgussform mit anschließender Verfestigung unter Druck; und Verbinden des Sputtertargets mit der hergestellten Halteplatte mittels einer Haftverbindung.
Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus nach Anspruch 1, wobei die Halteplatte aus einem Verbundwerkstoff, welcher Aluminium oder Aluminiumoxid als Matrix aufweist, in welcher zumindest ein Granulat oder Fasermaterial als verstärkendes Material eingebettet ist, welches aus einer Gruppe, die Kohlenstoff, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrit, Mullit und Aluminiumborat umfasst, ausgewählt ist, und einen Längenausdehnungskoeffizient zwischen 3,5 und 17 × 10^–6/K aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetaufbaus nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halteplatte und das Sputtertarget durch eine Haftverbindung unter Verwendung von Indium, Zinn oder seiner Legierungen verbunden sind.