DE4424544C2 - Target für Kathodenzerstäubungsanlagen und seine Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zerstäubungstarget gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige ringförmige Targets bestehen aus dem Material, welches in einer Kathodenzerstäubungsanlage zerstäubt wer­ den soll, um auf Substratflächen eine Schicht aus dem be­ treffenden Material oder, bei Anwesenheit eines chemisch aktiven Gases in der Zerstäubungsanlage, eine chemische Verbindung des Targetmaterials mit dem aktiven Gas nieder­ zuschlagen. Solche Targets werden in Zerstäubungsquellen und insbesondere in magnetfeldgestützten Zerstäubungsquel­ len wie Magnetrons verwendet. Ringförmige Targets sind vor allem für Anwendungen geeignet, bei denen das zu be­ schichtende Substrat statisch vor der Zerstäubungsquelle plaziert wird und eine gleichförmige Schicht auf dem Sub­ strat abgeschieden werden soll. Auch lassen ringförmige Quellen die Verwendung von besonders dicken Targets zu, da die dafür notwendigen konstruktiven Maßnahmen bei ringför­ migen Anordnungen für die Erzeugung von geeigneten Magnetfeldkonfigurationen besser möglich sind. Magnetpole der Magnetfelderzeugungsvorrichtung können beispielsweise an den Innenseiten und Außenseiten der ringförmigen Tar­ gets leicht angeordnet werden, da beim Ringtarget im zen­ tralen Bereich ein Hohlraum vorhanden ist, der für solche Maßnahmen verwendbar ist. Bei den üblichen planaren Targets ist der Zentrumsbereich in dieser Form nicht zugänglich.

Eine bekannte Kathodenzerstäubungsanordnung mit einem Ring­ target wird beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 40 42 286 beschrieben. Um lange Betriebszeiten der Zer­ stäubungsanordnung erreichen zu können, werden dicke Tar­ gets bevorzugt. Bei dicken Targets besteht allerdings das Problem, daß die fortschreitende Erosion die Targetoberflä­ che wegen der fortschreitenden Aushöhlung des Targets stark verändert, was zu einem unterschiedlichen Betriebsverhalten führt. Insbesondere können sich Probleme ergeben dadurch, daß nach einer bestimmten Zeit an verschiedenen Stellen des ausgehöhlten Targets die Oberfläche nicht mehr gleichmäßig abgestäubt wird, ja sogar eine Rückbelegung des abgestäub­ ten Targetmaterials erfolgt, wobei dann an der Targetober­ fläche eine unerwünschte Schichtbildung entsteht. Diese un­ erwünschte Schichtbildung kann zu Abplatzungen führen, wel­ che das beschichtete Substrat unbrauchbar machen. Auch kön­ nen Verunreinigungen entstehen und Instabilitäten mit Über­ schlägen im Zerstäubungsbetrieb. Dies kann sogar zu einem Ausfall der gesamten Zerstäubungsanlage führen. Das seitli­ che Hochziehen der Pole, wie in der genannten Patentschrift beschrieben, wirkt diesem Problem teilweise entgegen. Auch kann damit die Targetausnutzung in einem gewissen Rahmen optimiert werden. Als weitere Maßnahme, diese Probleme zu lösen, wird in der Patentschrift vorgeschlagen, der Zer­ stäubungsfläche eine bestimmte Form zu geben. Der größere Teil der Zerstäubungsfläche soll als flache Ausnehmung aus­ gebildet werden, wobei diese von zwei konzentrischen Vor­ sprüngen eingeschlossen ist, deren Wandungen gegenüber der größeren Zerstäubungsfläche einen bestimmten Winkel von 30 bis 70 Grad einnehmen sollen. Mit dieser Maßnahme soll die Belegung der Wandflächen der Targetvorsprünge mit Target­ werkstoff vermieden werden und die Vorteile des Hohlmagne­ trons, eine gute Ausnutzung des Targetwerkstoffs zu errei­ chen, erhalten bleiben. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei dieser Ausführung ein voll ständiges Vermeiden einer Wiederbelegung auf den Seitenwandflächen und insbesondere auf der ganzen Zerstäubungsfläche während der gesamten Tar­ getlebensdauer nicht erreicht werden kann. Außerdem ist bei dieser Ausführung der Targetnutzungsgrad auf einen bestimm­ ten Wert beschränkt. Das Target kann im übrigen nur solange mit hinreichender Betriebssicherheit genutzt werden, so­ lange keine wesentlichen Wiederbelegungen am Target erfol­ gen bzw. solange kein Abplatzen der Schicht erfolgt. Dies schränkt zusätzlich den Nutzungsgrad der Anordnung ein.

Aus der Druckschrift PCT-WO 92/04483 ist ein scheibenförmi­ ges Zerstäubungstarget bekannt, dessen konkav vertiefte Zerstäubungsfläche vom äußeren Randbereich aus radial nach innen kontinuierlich abfällt, wobei der tiefste Punkt im Zentrumsbereich der Scheibe liegt. Auch mit einem solchen scheibenförmigen Target wird eine Rückbelegung auf den Sei­ tenwandflächen und auf der ganzen Zerstäubungsfläche des Targets während des Zerstäubungsvorgangs nicht vollständig vermieden.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbe­ sondere stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Ringtarget für Kathodenzerstäubung anzugeben, das eine Wiederbelegung der Zerstäubungsfläche mit Targetmaterial während dem Zerstäubungsvorgang vermeidet, wobei dies ins­ besondere über die ganze Targetlebensdauer gewährleistet werden soll, und zwar bei mindestens gleichbleibendem bzw. höherem Targetausnutzungsgrad.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Ringtarget gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 ge­ löst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen.

Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht vor allem darin, daß eine wesentlich höhere Sicher­ heit hinsichtlich der Gefahr der Verunreinigung erreicht wird. Im wesentlichen findet keine Rückbelegung durch Tar­ getmaterial auf der ganzen Zerstäubungsfläche statt. Da­ durch wird die Überschlagshäufigkeit drastisch verringert, was zu einem wesentlich stabileren Betriebsverhalten führt. Das Anstäuben bzw. das erste Starten des Targets nach einem Targetwechsel wird problemlos, das heißt die Leistung kann sofort hochgefahren werden. Ein langsames Anstäuben des Targets ist nicht mehr notwendig. Auch die Targetausbeute kann ohne weiteres um einige Prozent erhöht werden. Deswei­ teren ist die Herstellung des Targets gemäß der vorliegen­ den Erfindung wesentlich einfacher und somit wirtschaftli­ cher.

Die Erfindung wird anschließend beispielsweise anhand von Figuren erläutert:

Fig. 1 die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Ringtarget im Querschnitt, wobei der innere und der äußere Targetrand auf gleicher Höhe liegen.

Fig. 1a die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Ringtarget im Querschnitt, wobei der innere Targetrand gegenüber dem äußeren Targetrand abgesenkt ist.

Fig. 1b die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Target im Querschnitt, wobei der äußere Targetrand gegenüber dem in­ neren Targetrand abgesenkt ist.

Fig. 2 die Figur zeigt in etwa maßstäblich ein erfindungs­ gemäßes Target im Querschnitt und schematisch im eingebau­ ten Zustand in einer Zerstäubungsquellenanordnung.

Fig. 1 zeigt ein ringförmiges Target 8 im Querschnitt, wo­ bei nur die eine Seite des Targetschnittes dargestellt ist. Der Targetkörper 8 wird begrenzt durch die Seitenfläche 15 und 16, die Rückseite 14, die Zerstäubungsfläche 7, welche im Querschnitt die Kurve 7 bildet, sowie seitlich davon die Absätze bzw. Targetrandbereiche 1-4 und 2-5. Im Zentrum des ringförmigen Targetkörpers 8 ist die Ringachse 6 darge­ stellt. Die konkave Ausnehmung der Zerstäubungsfläche 7 soll erfindungsgemäß eine stetige, glatte, differenzierbare Kurve bilden. Es hat sich gezeigt, daß jegliche Art von Kanten im Zerstäubungsflächenbereich ungeeignet ist. Die konkrete Form der Kurve kann durch einfache Versuche je nach Form der Targetausbildung bzw. der Targetabmessungen, sowie der konstruktiven Ausführung der Zerstäubungsquellen­ anordnung optimiert werden. Sowohl der Kurvenverlauf 7 wie auch die Tiefe 9a der Kurve mit dem tiefsten Punkt 9 ergibt sich aus diesen Versuchsergebnissen.

Die Querschnittskontur ist vorzugsweise eine kontinuierlich konkav gekrümmte Kurve, wie dargestellt. In besonderen Fäl­ len kann aber auch eine ungleichmäßig gekrümmte, d. h. z. B. mit Wellungen od. dgl. versehener Kurvenverlaufin Betracht gezogen werden, vorausgesetzt daß es sich nach wie vor um eine im wesentlichen konkave und überall glatte, d. h. ste­ tig differenzierbare Kurve handelt. Ein Beispiel ist in Fig. 1 gestrichelt angedeutet.

Das Target 8 kann derart mit der Zerstäubungsfläche 7 ver­ sehen sein, daß diese durch die Zerstäubungsflächenränder 1, 2 umfaßt wird, wobei diese Ränder nicht zwingend mit den Targetkanten 4, 5 zusammenfallen müssen, sondern Absätze bzw. Targetrandbereiche bilden können, die einige mm, z. B. 3 mm, breit sein können. Je nach konstruktiver Ausführung können Targetrandabsätze 1-4 5-2 bestehen bleiben, oder aber auch ineinander übergehen, wie dies in Fig. 1a darge­ stellt ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kurve 7 eine maximale Tiefe 9a gegenüber den Targetrandbereichen 1-4 2-5 aufweist, die im Bereich von 3 bis 20% des mittle­ ren Durchmessers 3 der ringförmigen Zerstäubungsfläche 7 liegt.

In den Fig. 1a und 1b ist beispielsweise und im Quer­ schnitt dargestellt, wie eine der beiden konzentrisch lie­ genden Targetkanten bzw. Targetrandflächen gegenüber der anderen abgesenkt werden kann. Die Wahl der Absenkung hängt von der Ausführung der Magnetronzerstäubungsquelle und de­ ren Magnetfeldverlauf sowie von der gewünschten Abstäubcha­ rakteristik ab. Die Zerstäubungsfläche 7 kann mit ihren Rändern 1,2 wahlweise mit einem der Targetkanten 4, 5 oder auch mit beiden Rändern zusammenfallen. Dies hängt eben­ falls von der praktischen Ausführung der Anordnung ab. Die Absenkung eines der beiden Ränder liegt vorzugsweise im Be­ reich von bis zu 6% des mittleren Durchmessers 3 der ring­ förmigen Zerstäubungsfläche 7. Vorzugsweise wird der innere Targetrandbereich 1, 4 abgesenkt, um eine geeignete und ho­ mogene Verteilungscharakteristik zu erzielen.

In Fig. 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Targets 8 dargestellt, wobei das Target in etwa maßstäblich abgebildet ist und schematisch angedeutet wird, wie es in einer Zerstäubungsquelle angeordnet wird. Das Target 8 ist auf einer Kühlplatte 11 mit Kühlkanälen 12 montiert und wird seitlich durch gegensinnig angeordnete Pole einer Ma­ gnetanordnung 13 eingeschlossen. Die Polanordnung kann in bekannter Weise auf vielfältige Art ausgeführt werden und je nach dem gewünschten Feldverlauf gegenüber der Targetrückseite 14 mehr oder weniger in Richtung der Zerstäubungsfläche 7 vorgezogen sein. Das dargestellte Tar­ get 8 kann beispielsweise auf besonders einfache Weise her­ gestellt werden, wenn sich die Querschnittskontur der Zerstäubungsfläche 7 mindestens angenähert aus Kreisbogen­ abschnitten zusammensetzt und insbesondere aus 2 Kreisbö­ gen, wobei ein Kreisbogen vom Zerstäubungsflächenrand 2 bis zum tiefsten Punkt 9 reicht und ein zweiter Kreisbogen vom tiefsten Punkt 9 bis zum inneren Zerstäubungsflächenrand l reicht. Vorteilhafterweise liegt der tiefste Kurvenpunkt 9 gegenüber dem mittleren Durchmesser 3 der ringförmigen Zerstäubungsfläche auf einem Durchmesser 10, der um bis zu 40% der Ringbreite kleiner ist. Die Kreisbögen haben ihre Zentrumspunkte vorteilhafterweise auf einer gemeinsamen Geraden 10, die im wesentlichen parallel zur Ringachse 6 ist bzw. zur Targetringfläche 9a senkrecht steht und durch den tiefsten Punkt 9 geht.

Ein besonders geeignetes Target hat beispielsweise einen äußeren Targetdurchmesser von 170 mm, einen inneren Target­ durchmesser von 56 mm und eine Targetdicke von 37,5 mm, wo­ bei der innere Zerstäubungsflächenrand 1 einen Durchmesser von 62 mm und der äußere Zerstäubungsflächenrand 2 einen Durchmesser von 164 mm hat. Die gemeinsame Gerade 10 für die Zentren der Radien r1 und r2 der Kreisbögen liegt auf einem Durchmesser von 90 mm, wobei der Radius r1 80 mm be­ trägt und der Radius r2 22,5 mm. Dieses Targetbeispiel wird vorteilhafterweise für die Zerstäubung von Metallen einge­ setzt, insbesondere von Aluminium oder dessen Legierungen. Mit dieser Kurve 7 werden die Abstäubeigenschaften des Alu­ miniums vorteilhaft berücksichtigt zusammen mit der ent­ sprechenden Ausführung der Sputterquelle. Dies führt zu sehr guten Resultaten bezüglich Betriebssicherheit und Tar­ getlebensdauer.

Claims (6)

1. Zerstäubungstarget, das auf seiner Zerstäubungsseite eine vertieft liegende Zerstäubungsfläche (7) aufweist, die vom äußeren Targetrandbereich (5-2) aus radial nach innen abfallend ausgebildet ist und im Querschnitt eine im we­ sentlichen konkave, stetige und differenzierbare Kurve (7) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäubungstarget (8) ringförmig mit einem inneren Target­ randbereich (4-1) ausgebildet ist und daß die sich zwischen dem äußeren und inneren Targetrandbereich (5-2; 4-1) er­ streckende Zerstäubungsfläche (7) von einem tiefsten Punkt (9) aus zum inneren Targetrandbereich (4-1) wieder stetig ansteigt, wobei der tiefste Punkt (9) näher dem inneren als dem äußeren Targetrandbereich liegt.

2. Zerstäubungstarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tiefste Punkt (9) der Kurve (7) gegenüber dem höchsten Targetbe­ reich (5, 2, 1, 4) eine Tiefe (9a) im Bereich von 3% bis 20% des mittleren Durchmessers (3) der ringförmigen Zerstäubungsfläche (7) aufweist.

3. Zerstäubungstarget nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Targetrandbereiche (5, 2, 1, 4), vorzugsweise der innere Targetbereich (1, 4), gegenüber dem anderen abgesenkt ist, vorzugsweise um bis zu 6% des mittleren Durchmessers (3) der ringförmigen der Zerstäubungsfläche (7).

4. Zerstäubungstarget nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der tiefste Kur­ venpunkt (9) auf einem Durchmesser (10) liegt, der bis zu 40% kleiner ist als der mittlere Durchmesser (3) der ring­ förmigen Zerstäubungsfläche (7), und daß die Kurve (7) min­ destens genähert durch einen äußeren Kreisbogen mit Radius (r₁) und einem inneren Kreisbogen mit Radius (r₂) gebildet wird und die beiden Zentren der Kreisbögen auf einer ge­ meinsamen Geraden (10) liegen, die im wesentlichen parallel zur Ringachse (6) ist.

5. Zerstäubungstarget nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Target aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Alumini­ umlegierung, besteht.

6. Verwendung des Zerstäubungstarget nach den Ansprüchen 1 bis 5 in einer Magnetronzerstäubungsquelle zur Vakuumbe­ schichtung mit einem Magnetsystem (13), dessen Pole die Targetrückseitenebene (14) in Richtung Zerstäubungsfläche (7) überragen, wobei die Pole im Bereich der Targetseiten­ flächen (15, 16) angeordnet sind.