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Dokumentenidentifikation DE102005020250B4 19.07.2007
Titel Sputtertarget
Anmelder W.C. Heraeus GmbH, 63450 Hanau, DE
Erfinder Simons, Christoph, Dr., 63599 Biebergemünd, DE;
Männle, Eckehard, 63639 Flörsbachtal, DE;
Preissler, Peter, 63826 Geiselbach, DE
Vertreter Kühn, H., Pat.-Ass., 63450 Hanau
DE-Anmeldedatum 28.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005020250
Offenlegungstag 02.11.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2007
IPC-Hauptklasse C23C 14/34(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Sputtertarget, insbesondere Rohrtarget mit einem Träger und einem Sputtermaterial.

Zum Beschichten großflächiger Substrate wie Architekturglas und mittlerweile auch Flachbildschirmscheiben wird die Magnetronsputtertechnik eingesetzt. Hierbei wird das Beschichtungsmaterial in Form eines sogenannten Sputtertargets (Targets) in einer Vakuumbeschichtungsanlage atomar zerstäubt/gesputtert und anschließend als Beschichtung auf einem Glassubstrat abgeschieden. Die Abscheidung kann sowohl elementar als auch in Form einer chemischen Verbindung erfolgen, welche durch das Zufügen eines Reaktivgases gebildet wird. Auf diese Weise werden zum Beispiel Wärmedämmschichten auf Glas und TFT-Beschichtung der Flachbildschirme erzeugt. Desweiteren gibt es Anwendungen im optischen Bereich beispielsweise zur Erzeugung spezieller elektromagnetischer Filter, zur Reflex- und Antireflexbeschichtung. Die bei diesen u.a. Sputterprozessen verwendeten Targets werden als Flach- und mittlerweile auch als Rohrtargets eingesetzt. Bei den Flachtargets wird das Targetmaterial i.d.R. auf einer Cu-Rückplatte fixiert, meist über spezielle Löttechniken. Zur Herstellung der Rohrtargets gibt es verschiedene Wege in Abhängigkeit des Targetmaterials: Aufgießen des Targetmaterials auf das Trägerrohr [DE 100 43 748 A1, DE 100 63 383 A1, thermisches Aufspritzen des Targetmaterials auf das Trägerrohr [H. J. Gläser, Dünnfilmtechnologie auf Flachglas, 1999, S.84–85], Herstellung eines Rohrtargets über Gieß- und Umformverfahren, sodass Trägerrohr und Targetrohr eine Einheit bilden, Aufbringen von Segmenten auf ein Trägerrohr. Bei der letzteren Technik werden ein oder mehrere rohrförmige Targetsegmente auf einem Trägerrohr fixiert. Die Fixierung dient zur Herstellung einer stabilen, elektrisch leitenden und wärmeschlüssigen (wärmeleitenden) Verbindung zwischen Targetmaterial und Trägerrohr. Insbesondere der wärmeschlüssigen Verbindung kommt große Bedeutung zu, da etwa 75% der eingebrachten Energie im Sputterprozess in Wärme umgewandelt wird, welche sicher durch die Innenkühlung des Trägerrohres abzuführen ist. Die Fixierung kann erfolgen über Löttechnik, Klemmtechnik oder Klebung. Alle diese Techniken haben zum Nachteil, dass eine großflächig homogene, wärmeschlüssige Verbindung zwischen Targetrohr und Trägerrohr nicht oder nur mit hohem technischen Aufwand zu erzielen ist. In allen Fällen einer metallschlüssigen Verbindung muss zum Löten bei erhöhten Temperaturen gearbeitet werden. Zur Einstellung einer homogenen Temperaturverteilung erfordert dies einen erheblichen Regelaufwand. Da Trägerrohr und Targetrohr sowie Lot aus jeweils unterschiedlichen Materialien bestehen, treten unterschiedliche Wärmeausdehnungen auf, die beim Abkühlen schnell zum Versagen der Lötung, d.h. Ausbildung von Spalten, führen können. Häufig werden kleine, teilweise aber auch große Bereiche der Innenflächen zwischen Träger- und Targetrohr nicht ausreichend homogen miteinander verbunden. Diese Bereiche können zum Beispiel bis zu 100 cm2 groß sein. Hier kommt es beim Sputtern zu stark aufgeheizten Zonen, die thermische Spannungen und Gefügeveränderungen bis hin zur Rissbildung zeigen können. Zudem führt dies zum Aufschmelzen des Lotes in Nachbarbereichen und damit ebenfalls zum Versagen des Rohrtargets.

Desweiteren erzielen Klebeverbindungen häufig keine ausreichende elektrische leitfähige Verbindung und neigen zu Ausgasungen und Zersetzungen des Polymers unter Vakuum und thermischer Belastung, was den Sputterprozess negativ beeinflusst.

Aus EP 852266 B1 und WO 02/027057 A2 sind Sputtertargets bekannt, bei denen zwischen Träger und Targetmaterial eine Zwischenschicht aus einem Metall bzw. einer Legierung angeordnet ist, die einen Thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der zwischen dem des Targetmaterials und dem des Trägers liegt.

Aus US 5,863,398 A ist ein Sputtertarget bekannt, bei dem eine Zwischenschicht aus Titan oder einer Titanlegierung verwendet wird. In US 5,653,856 A ist ein Sputtertarget offenbart, bei dem der Träger mittels einer Lötpaste mit dem Targetmaterial verlötet ist. Die Lötpaste besteht aus Gallium oder einer Galliumlegierung mit darin dispergiertem Metallpulver.

Aufgabe der Erfindung ist, eine einfache, zuverlässige und reproduzierbare Bondtechnolgie zum Fixieren vorzugsweiser rohrförmiger Targetsegmente auf einem Träger, vorzugsweise Trägerrohr, zu entwickeln, welche eine elektrisch leitfähige und (bis in den mm2-Bereich) flächig homogen wärmeschlüssige Verbindung zwischen Targetrohr und Trägerrohr darstellt. Hierbei soll die oben beschriebene Problematik des Bondens aufgrund der Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien berücksichtigt werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Sputtertarget ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Träger und Sputtermaterial eine Pulver- oder Granulatschüttung angeordnet ist. Das Pulver oder Granulat sichert durch eine natürliche homogene Verteilung die angestrebten Vorteile. Insbesondere können der Träger und das Sputtermaterial als Rohre (Trägerrohr und Targetrohr) ausgebildet sein, es ist jedoch auch eine entsprechende Ausbildung von Flachtargets mit Trägerplatte und Targetplatte möglich. Vorzugsweise weist die Pulver- oder Granulatschüttung ein gut rieselfähiges, elektrisch leitfähiges und wärmeleitfähiges Pulver und/oder Granulat auf, d.h., sie besteht entweder teilweise oder vollständig aus diesem rieselfähigen, elektrisch leitfähigen und wärmeleitfähigen Pulver oder Granulat. Als rieselfähig wird ein Pulver/Granulat bezeichnet, welches ohne wesentliche Agglomeration oder Konglomeration der Schwerkraft folgt. Beeiflußt wird die Rieselfähigkeit beispielsweise durch Größe, Masse oder Morphologie der Teilchen. Zweckmäßig ist es, dass die Pulver- oder Granulatschüttung metallisches und/oder keramisches und/oder Grafit-Pulver und/oder -Granulat aufweist oder daraus besteht.

Die Pulver- oder Granulatschüttung kann eines oder mehrere der Metalle aus der Gruppe Al, Cu, Sn, Zn, Ag, In, Fe, Ni, W, C und/oder deren Legierungen und/oder Mischungen aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere kann die Pulver- oder Granulatschüttung beschichtetes Pulver und/oder Granulat aufweisen oder daraus bestehen.

Von Vorteil kann es sein, dass in die Pulver- oder Granulatschüttung ein Matrixmaterial infiltriert ist. Insbesondere kann das Matrixmaterial ein metallischer Lotwerkstoff sein oder ein organisches oder anorganisches Polymermaterial oder ein Vorläufer davon. Das Matrixmaterial kann mehreren Komponenten aufweisen. Das Matrixmaterial kann unter Druck oder Vakuum infiltriert werden. Es kann die Fixierung der Rohre sowie den elektrischen oder thermischen Kontakt zwischen Trägerrohr und Targetrohr verbessern.

Gemäß der Erfindung wir Pulver oder Granulat in einen Abstandsraum (Bondspalt) zwischen Träger und Sputtermaterial gefüllt und kann dort zusätzlich verdichtet werden, beispielsweise durch Vibration. Zwischen diese Pulver- oder Granulatschüttung kann ein Matrixmaterial, zum Beispiel ein Lotmaterial gefüllt werden. Anschließend werden die Außenseiten des Abstandsraumes durch geeignetes Material verschlossen, beispielsweise verlötet oder verklebt.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 einen schematischen Querschnitt durch ein Rohrtarget und

2 einen Ausschnitt aus 1, darstellungsgleich einen schematischen Querschnitt durch ein Flachtarget.

Ein Targetrohr 1 aus dem Sputtermaterial wird über ein Trägerrohr 2 geschoben. Bei der Herstellung des Targetrohres 1 ist auf einen ausreichend großen Innendurchmesser zu achten, so dass sich im aufeinandergeschobenen Zustand ein ausreichend großer Bondspalt zwischen Targetrohr 1 und Trägerrohr 2 ergibt. Dieser Spalt wird mit einem gut rieselfähigen und verdichtungsfähigen Pulver oder Granulat eines elektrisch und wärme-leitfähigen Materials gefüllt. Die sich ergebende Pulverschüttung 3 muss den Bondspalt zwischen Targetrohr 1 und Trägerrohr 2 homogen und möglichst dicht füllen. Hiermit wird gleichzeitig eine Fixierung des Targetrohres 1 auf dem Trägerrohr 2 als auch eine elektrisch leitfähige und homogen wärmeschlüssige Verbindung zwischen Trägerrohr 2 und Targetrohr 1 erzielt. Bei Erzielung einer hohen Pulverpackungsdichte und einer vollständigen Bondspaltfüllung wird eine in allen Innenflächenbereichen homogene Kontaktierung zwischen Targetrohr 1 und Trägerrohr 2 erreicht. Die Kontaktierung zwischen Trägerrohr 2 und Targetrohr 1 erfolgt über Oberflächenteilkontakte der einzelnen Pulver- od. Granulatkörner (siehe 2). Da die Füllung des Bondspaltes im kalten Zustand, das heißt, ohne zusätzliche Heizung, bei Raum- oder Umgebungstemperatur, erfolgen kann, wird das Problem der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der eingesetzten Materialien umgangen. Weiterhin besitzt eine derartig hergestellte Pulver- oder Granulatfüllung als Bondschicht das Potenzial, bei Wärmeausdehnung des Sputtermaterials im späteren Sputterbetrieb flexibler als eine starre Lotschicht zu reagieren.

Beispiel 1:

Ein Targetrohr 1 aus beispielsweise SiAl wird mit folgenden Maßen hergestellt: Länge L = 1650mm, Außendurchmesser Da = 160mm, Innendurchmesser Di = 136mm. Ein Trägerrohr 2 aus Edelstahl wird mit folgenden Maßen hergestellt: L = 1700mm, Da = 133mm, Di = 125mm. Das Targetrohr 1 wird über das Trägerrohr 2 geschoben und zentiert. Es ergibt sich ein umlaufender Bondspalt von 1,5mm Breite. Dieser wird mit rieselfähigem Cu-Pulver aufgefüllt. Die Teilchen des Cu-Pulvers weisen einen Durchmesser von etwa 50 bis 200 &mgr;m auf und sind im Wesentlichen sphärisch. Das Pulver wird beim Befüllen des Spaltes eingerüttelt, also zum Beispiel durch mechanische Anregung wie durch Vibration nachverdichtet. Die Abdichtung der Spalte der Rohrenden erfolgt mittels einer Lötnaht. Auch ein Verkleben des Materials an den Rohrenden ist möglich.

Beispiel 2:

Analog zu Beispiel 1: Die Pulverschüttung 3 besteht aus einem Pulvergemisch aus Cu- und Ag-Pulver.

Beispiel 3:

Analog Beispiel 1: Die Pulverschüttung 3 im Bondspalt wird anschließend mit einem niedrigviskosen Polymermaterial infiltriert.

Beispiel 4:

Analog Beispiel 1: Der Aufbau aus Trägerrohr 2, Targetrohr 1 und Pulverschüttung 3 wird anschließend homogen auf etwa 170 °C erwärmt. Die Pulverschüttung 3 im Bondspalt wird mit In als Lotmaterial infiltriert.


Anspruch[de]
Sputtertarget mit einem Träger und einem Sputtermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Träger und Sputtermaterial eine Pulver- oder Granulatschüttung angeordnet ist. Sputtertarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulver- oder Granulatschüttung ein rieselfähiges, elektrisch leitfähiges und wärmeleitfähiges Pulver oder Granulat aufweist. Sputtertarget nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulver- oder Granulatschüttung metallisches und/oder keramisches und/oder Grafit-Pulver und/oder -Granulat aufweist. Sputtertarget nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulver- oder Granulatschüttung eines oder mehrere der Metalle aus der Gruppe Al, Cu, Sn, Zn, Ag, In, Fe, Ni, W, C und/oder deren Legierungen und/oder Mischungen aufweist. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulver- oder Granulatschüttung beschichtetes Pulver und/oder Granulat aufweist. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Pulver- oder Granulatschüttung ein Matrixmaterial infiltriert ist. Sputtertarget nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial ein metallischer Lotwerkstoff ist oder ein organisches oder anorganisches Polymermaterial oder ein Vorläufer davon. Sputtertarget nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial mehreren Komponenten aufweist. Sputtertarget nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger und das Sputtermaterial als Rohre ausgebildet sind.






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