DE9310565U1

DE9310565U1 - Target für Kathodenzerstäubungsanlagen

Info

Publication number: DE9310565U1
Application number: DE9310565U
Authority: DE
Original assignee: Balzers Hochvakuum GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum GmbH
Priority date: 1993-07-15
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2003-07-16
Also published as: DE4424544A1; FR2707670A1; DE4424544C2; FR2707670B1; US5490915A

Description

PR 9310
Target für Kathodenzerstäubungsanlagen

Die Erfindung betrifft ein Zerstäubungstarget gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Derartige ringförmige Targets bestehen aus dem Material welches in einer Kathodenzerstäubungsanlage zerstäubt werden soll um auf Subs trat flächen eine Schicht aus dem betreffenden Material oder bei Anwesenheit eines chemisch aktiven Gases in der Zerstäubungsanlage eine chemische Verbindung des Targetmaterials mit dem aktiven Gas niederzuschlagen. Solche Targets werden in Zerstäubungsquellen und insbesondere in Magnetfeld gestützten Zerstäubungsquellen wie Magnetrons verwendet. Ringförmige Targets sind vorallem für Anwendungen geeignet wo das zu beschichtende Substrat statisch vor der Zerstäubungsquelle platziert wird und eine gleichförmige Schicht auf dem Substrat abgeschieden werden soll. Auch lassen ringförmige Quellen die Verwendung von besonders dicken Targets zu, da die dafür notwendigen konstruktiven Massnahmen bei ringförmigen Anordnungen für die Erzeugung von geeigneten Magnetfeldkonfigurationen besser möglich sind. Magnetpole der Magnetfelderzeugungsvorrichtung können beispielsweise an den Innenseiten und Aussenseiten der ringförmigen Targets leicht angeordnet werden da beim Ringtarget im zentralen 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 Ringtarget wird beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 40 42 286 beschrieben. Um lange Betriebszeiten der Zerstäubungsanordnung erreichen zu können, werden dicke Targets bevorzugt. Bei dicken Targets besteht allerdings das Problem, dass die fortschreitende Erosion die Targetober-

fläche 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 abgestäubten Targetmaterials erfolgt, wobei dann an der Targetoberfläche eine unerwünschte Schichtbildung entsteht. Diese unerwünschte Schichtbildung kann zu Abplatzungen führen, welche das beschichtete Substrat unbrauchbar machen kann. Auch können Verunreinigungen entstehen und Instabilitäten mit Ueberschlägen im Zerstäubungsbetrieb. Dies kann sogar zu einem Ausfall der gesamten Zerstäubungsanlage führen. Das seitliche Hochziehen der Pole, wie dies in der Patentschrift beschrieben ist, 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 Zerstäubungsfläche eine bestimmte Form zu geben. Der grössere Teil der Zertäubungsflache soll als flache Ausnehmung ausgebildet werden, wobei diese von zwei konzentrischen Vorsprüngen eingeschlossen ist dessen Wandungen gegenüber der grösseren Zerstäubungfläche einen bestimmten Winkel von 30 bis 70 Grad einnehmen soll. Mit dieser Massnahme soll die Belegung der Wandflächen der Targetvorsprünge mit Targetwerkstoff vermieden werden und die Vorteile des Hohlmagnetrons, eine gute Ausnutzung des Targetwerkstoffs zu erreichen, erhalten bleiben. Es wurde festgestellt, dass bei dieser Ausführung ein vollständiges Vermeiden einer Wiederbelegung auf den Seitenwandflachen und insbesondere auf der ganzen Zerstäubungsfläche während der ganzen Targetlebensdauer nicht erreicht werden kann. Ausserdem ist bei dieser Ausführung der Targetnutzungsgrad auf einen bestimmten Wert beschränkt. Das Target kann im übrigen nur solange mit hinreichender Betriebsicherheit genutzt werden, solange keine wesentlichen Wiederbelegungen am Target erfolgen bzw. solange kein Abplatzen der Schicht

erfolgt. Dies schränkt zusätzlich den Nutzungsgrad der Anordnung ein.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht die Nachteile des Standes der Techik zu beseitigen. Insbesondere 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 insbesondere über die ganze Targetlebensdauer gewährleistet werden soll, bei mindestens gleichbleibenden Targetausnutzungsgrad bzw. höherem Targetausnutzungsgrad.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemässen Ringtarget gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches gelöst.

Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht vorallem darin, dass eine wesentlich höhere Sicherheit hinsichtlich der Gefahr der Verunreinigung erreicht wird. Im wesentlichen findet keine Rückbelegung durch Targetmaterial auf der ganzen Zerstäubungsfläche statt. Dadurch wird die Ueberschlagshäufigkeit 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. Des Weiteren ist die Herstellung des Target gemäss der vorliegenden Erfindung wesentlich einfacher und somit wirtschaftlicher.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert:

Fig.l die Figur zeigt ein erfindungsgemässes Ringtarget im

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Querschnitt wobei der innere und der äussere Targetrand auf gleicher Höhe liegen.

Fig.la die Figur zeigt ein erfindungsgemässes Ringtarget im Querschnitt wobei der innere Targetrand gegenüber dem äusseren Targetrand abgesenkt ist.

Fig.Ib die Figur zeigt ein erfindungsgemässes Target im Querschnitt wobei der äussere Targetrand gegenüber dem inneren Targetrand abgesenkt ist.

Fig. 2 die Figur zeigt in etwa massstäblich ein erfindungsgemässes Target im Querschnitt und schematisch im eingebauten Zustand in einer Zerstäubungsquellenanordnung.

Fig.l zeigt ein ringförmiges Target 8 im Querschnitt wobei nur die eine Seite des Targetschnittes dargestellt ist. Der Targetkörper 8 wird umfasst durch die Seitenflächen 15 und 16 die Rückseite 14 und die Zerstäubungsfläche 7 welche im Querschnitt die Kurve 7 bildet sowie die Absätze bzw. Targetrandbereiche 1,4 und 2,5. Im Zentrum des ringförmigen Targetkörpers 8 ist die axiale Achse 6 dargestellt. Die konkave Ausnehmung der Zerstäubungsfläche 7 soll erfindungsgemäss eine stetige Kurve bilden. Es hat sich gezeigt, dass jegliche Art von Kanten im Zerstäubungsflächenbereich ungeeignet ist. Die stetige Kurve kann durch einfache Versuche je nach Form der Targetausbildung bzw. der Targetabmessungen, sowie der konstruktiven Ausführung der Zerstäubungsquellenanordnung optimiert werden. Sowohl der Kurvenverlauf 7 wie auch die Tiefe 9a der Kurve mit dem tiefsten Punkt 9 ergibt sich aus diesen Versuchsergebnissen. Das Target 8 kann mit einer Zerstäubungsfläche 7 versehen werden welche durch die Zerstäubungsflächenränder 1,2 umfasst werden, wobei diese Ränder 1,2 nicht zwingend mit den Targeträndern 4,5 zusammenfallen müssen und dann Absätze bzw. Targetrandbereiche bilden die einige mm z.B. 3 mm breit sein können. Je nach konstruktiver Ausführung können Target-

randabsätze 1,4 5,2 bestehen bleiben oder aber auch ineinander übergehen, wie dies in Figur la dargestellt ist. Besonders vorteilhaft ist es wenn die Kurve 7 eine maximale Tiefe 9a gegenüber den Targetrandbereich 1,4 2,5 aufweist im Bereich von 3 bis 20 % des mittleren Durchmessers 3 der ringförmigen Zerstäubungsfläche 7.

In den Figuren la und Ib ist beispielsweise und im Querschnitt dargestellt wie einer der beiden konzentrisch liegenden Targetränder bzw. Targetflächenränder gegenüber dem andern abgesenkt werden kann. Die Wahl der Absenkung hängt von der Ausführung der Magnetronzerstäubungsquelle mit dessen Magnetfeldverlauf ab, sowie von der gewünschten Abstäubcharakteristik. Die Zerstäubungsfläche 7 kann mit ihren Rändern 1,2 wahlweise mit einem der Targetränder 4,5 oder auch mit beiden Rändern zusammenfallen. Dies hängt ebenfalls von der praktischen Ausführung der Anordnung ab. Die Absenkung einer der beiden Ränder liegt vorzugsweise im Bereich von bis zu 6 % des mittleren Durchmessers 3 der ringförmigen Zerstäubungsfläche 7. Vorzugsweise wird aber der innere Targetrandbereich 1,4 abgesenkt um eine geeignete und homogene Veteilungs- charakteristik zu erzielen.

In Figur 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Targets 8 dargestellt, wobei das Target in etwa massstäblich abgebildet ist und schematisch angedeutet ist wie dieses in einer Zerstäubungsquelle angeordnet wird. Das Target 8 ist auf einer Kühlplatte 11 mit Kühlkanälen 12 montiert, wobei dieses seitlich durch gegensinnig angeordnete Pole einer Magnetanordnung 13 eingeschlossen ist. Die Polanordnung kann in bekannter Weise auf vielfältige Art ausgeführt werden und je nach gewünschtem Feldverlauf gegenüber der Targetrückseite 14 mehr oder weniger in Richtung der Zerstäubungfläche 7 vorgezogen sein. Das dargestellte Target 8 kann beispielsweise auf besonders einfache Weise hergestellt werden, wenn sich die Zerstäubungsfläche 7 im Querschnitt aus Kreisteilen zusammen setzt und insbesondere aus 2 Kreisteilen wobei 1

Kreisteil vom Zerstäubungsflächenrand 2 bis zum tiefsten Punkt 9 reicht und ein zweiter Kreisteil vom tiefsten Punkt 9 bis zum inneren Zerstäubungsflächenrand 1 reicht. Vorteilhafterweise liegt der tiefste Kurvenpunkt 9 gegenüber dem mittleren Durchmesser 3 der ringförmigen Zerstäubungsfläche auf einem Durchmesser 10 der bis zu 40 % kleiner ist. Die genäherten Kreisteile haben ihre Zentrumspunkte vorteilhafterweise auf einer gemeinsamen Geraden 10 die im wesentlichen parallel zur Zentrumsachse 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 und einen inneren Targetdurchmesser von 56 mm und die Targetdicke 37,5 mm beträgt, wobei der innere Durchmesser des Zerstäubungsflächenrandes 1 62 mm misst und der äussere Durchmesser 2 des Zerstäubungsflächenrandes 164 mm beträgt. Die gemeinsame Gerade 10 für die Zentren der Radien Rl und R2 liegt auf einem Durchmesser von 90 mm wobei der Radius Rl 80 mm beträgt und der Radius R2 22,5mm. Dieses Targetbeispiel wird vorteilhafterweise für die Zerstäubung von Metallen eingesetzt insbesondere von Aluminium oder dessen Legierungen. Mit dieser Kurve 7 werden die Abstäubeigenschaften des Aluminiums vorteilhaft berücksichtigt zusammen mit der entsprechenden Ausführung der Sputterquelle. Dies führt zu sehr guten Resultaten bezüglich Betriebsicherheit und Targetlebensdauer.

Claims

PR 9310 Schutzansprüche

1. Zerstäubungstarget (8) ringförmig ausgebildet mit einer ringförmigen konkaven Zerstäubungsfläche (7) zwischen innerem Targetrandbereich (4,1) und äusserem Targetrandbereich (5,2) liegend dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Zerstäubungsfläche (7) im Querschnitt eine Kurve (7) bildet die im vorgegebenen Intervall der Targetrandbereiche (5,2, 1,4) stetig ist.

2. Zerstäubungstarget nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

dass die Kurve (7) so ausgebildet ist, dass während der Targetnutzungsdauer im wesentlichen keine Rückbelegung des zerstäubten Targetmateriales auf die Zerstäubungsfläche (7) erfolgt.

3. Zerstäubungstarget nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichet,

dass der tiefste Punkt (9) der Kurve (7) gegenüber dem höchsten Targetrandbereich (5,2, 1,4) eine Tiefe (9a) im Bereich von 3 bis 20 % des mittleren Durchmessers (3) der ringförmigen Zerstäubungsfläche (7) aufweist.

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

5. Zerstäubungtarget nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der tiefste Kurvenpunkt (9) auf einem Durchmesser (10) liegt der bis 40 % kleiner ist als der mittlere Durchmesser (3) der ringförmigen Zerstäubungsfläche (7), wobei die Kurve (7) mindestens genähert durch einen äusseren Kreisteil mit Radius (T₁) und einem inneren Kreisteil mit Radius (r₂) gebildet wird und die beiden Zen-

tren der Radien auf einer gemeinsamen Geraden (10) liegen, die im wesentlichen parallel zur Zentrumsachse (6) ist.

6. Magnetronzerstäubungsquelle mit Zerstäubungstarget nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet , dass die Zerstäubungsquelle eine Magneterzeugungsvorrichtung (13) aufweist dessen Pole die Targetrückseitenebene (14) in Richtung Zerstäubungsfläche (7) überragen wobei die Pole im Bereich der Targetseitenflächen (15, 16) angeordnet sind.

7. Zerstäubungstarget nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Target (8) aus Metall besteht insbesondere aus Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen.

8. Vakuumbeschichtungsanlage mit Zerstäubungstarget (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.