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EP1537597A1 - Sputtering cathode, production method and corresponding cathode - Google Patents

Sputtering cathode, production method and corresponding cathode

Info

Publication number
EP1537597A1
EP1537597A1 EP03793554A EP03793554A EP1537597A1 EP 1537597 A1 EP1537597 A1 EP 1537597A1 EP 03793554 A EP03793554 A EP 03793554A EP 03793554 A EP03793554 A EP 03793554A EP 1537597 A1 EP1537597 A1 EP 1537597A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
friction
reducing layer
target
layer
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03793554A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Leitner
Andreas M. R. Hiermer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Umicore Materials AG
Original Assignee
Umicore Materials AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Umicore Materials AG filed Critical Umicore Materials AG
Publication of EP1537597A1 publication Critical patent/EP1537597A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3488—Constructional details of particle beam apparatus not otherwise provided for, e.g. arrangement, mounting, housing, environment; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/3497—Temperature of target

Definitions

  • the invention relates to a sputtering cathode, in particular according to the magnetron principle, according to claim 1, a method for manufacturing according to claim 9, a target according to claim 17 and a vacuum coating system according to claim 22.
  • Vacuum coating systems for plasma applications consisting essentially of a vacuum recipient which receives substrates to be coated and one or more sputtering cathodes. These cathodes in turn are composed essentially of a target consisting of the material to be sputtered, a cooling contact body arranged behind it and a cathode base body which a cooling device, for. B. has a cooling circuit and to which the cooling contact body and the target are attached.
  • target is understood to mean both one-piece targets (monoblock target) and composite targets (compound targets), in which the actual atomizing material is attached (bonded) to a back plate, eg. B. by soldering, gluing, welding, pouring or another known type.
  • a sputtering cathode further comprises a magnet system, which is responsible for guiding the plasma on the target surface, and further devices and (electrical) equipment, which, however, are not relevant for further consideration.
  • a magnet system which is responsible for guiding the plasma on the target surface
  • further devices and (electrical) equipment which, however, are not relevant for further consideration.
  • metal foils or thin metal sheets as cooling contact bodies which, on the one hand, closes off a cavity in the cathode main body which is designed as a trough or channel and which, on the other hand, contacts the rear of the target.
  • the pressure of the cooling medium presses the metal foil against the back of the target and ensures even heat transfer.
  • the cooling circuit is relaxed (kept depressurized).
  • DE 40 15 388 AI shows an example of such a device.
  • a layer of material with a low sputtering rate is applied between the back of the target and the cooling contact body, which is intended to prevent sputtering.
  • the problem of the different thermal expansion coefficients of the cooling plate / metal foil (e.g. copper) compared to the target (e.g. aluminum) remains unsolved in the prior art. These cause the two metal surfaces to rub against one another during operation. These cyclical lateral relative movements are most noticeable at the edge of the cooling plate / film and target, while they are minimal in the middle of the surface. Friction welding (cold welding) can occur, particularly in the areas of the strongest movement.
  • the heat flow from the target to the cooling circuit may only be slightly impaired, in particular the surface homogeneity of the heat conduction.
  • the friction-reducing layer must be abrasion-resistant, evenly thin and hard.
  • the layer should ideally not mean any contamination for the operation of the recipient, i.e. there must be no outgassing and long-term changes to the layer.
  • an atomizing cathode on the contact surface between the cooling contact body and the target, a friction-reducing layer is applied.
  • this can consist of refractory metals, whereby “refractory” in the technically known sense means insensitive, heat-resistant, fire-resistant (definition see, for example, Römpps Chemie Lexikon, Frankhsche Verlag Stuttgart). These include examples, but not conclusively Cr, Mo, Ta, Nb, W or their alloys, hard-material layers based on the metals of the Build groups 4a to 6a of the periodic table.
  • the third group of friction-reducing layers also includes the group of amorphous diamond-like carbon layers (DLC, diamond-like carbon). Depending on the application, these can be pure DLC layers or metal-containing DLC layers.
  • DLC amorphous diamond-like carbon layers
  • the thickness of the friction-reducing layer is 0.1 to 5 ⁇ m, preferably 0.5 to 2.5 ⁇ m.
  • One method according to the invention is to provide the contact surface between the cooling contact body and the target of an atomizing cathode with a friction-reducing layer.
  • a friction-reducing layer can consist of refractory metals, preferably Cr, Mo, Ta, Nb, W or their alloys.
  • the coating methods include PVD processes (physical vapor deposit), including sputtering, in particular magnetron sputtering, as a reactive process with corresponding nitrogen, carbon or oxygen-containing gas compounds. Vapor deposition processes, also reactive, are also considered, as are cathodic are processes.
  • CVD chemical vapor deposition
  • plasma support also with plasma support.
  • the back of the target is subjected to a plasma-assisted pretreatment step, preferably a plasma cleaning or plasma etching step, before the friction-reducing layer is applied. This results in further advantages, particularly with regard to the adhesiveness and durability of the layer.
  • the friction-reducing layer is applied to the back of the target.
  • the cooling contact body can alternatively or additionally be equipped with such a friction-reducing layer.
  • the advantage of a target coated according to the invention is that all of the above requirements are met and, furthermore, compatibility with non-coated targets is ensured, that is to say that no changes to the cathode configurations are necessary when used in a coating system.
  • the invention is subsequently explained for example and with reference to the schematic figure 1.
  • This shows a preferred variant with a coated target.
  • the basic cathode body 1 is shown schematically in section. It is trough-shaped and comprises an area 2 which is filled with coolant which is circulated during operation.
  • the trough is closed in a fluid-tight and vacuum-tight manner by the cooling contact body 3, which can be designed as a rigid or semi-rigid plate or metal foil.
  • the target 4 is shown spaced from the cooling contact body, which corresponds to an assembly situation.
  • the layer 5 according to the invention is applied on the side facing the cooling contact body.
  • the target 4 is releasably connected to the layer 5 on the cathode base body 1 by suitable fastening means (not shown) such that the target held in position against the cooling contact body has an intimate heat-conducting connection to the cooling contact body 3.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a sputtering cathode according to a magnetron principle, said cathode essentially comprising a base body (1), a cooling contact body (3) and a target (4). In order to avoid cold welding between the target and the cooling contact body during operation, a friction-reducing layer (5) is applied to the contact surface between the target (4) and the cooling contact body (3). Said friction-reducing layer can consist of refractory metals or the alloys thereof, hard materials consisting of carbides or nitrides of the metals 4a to 6a, or amorphous diamond-type carbon layers.

Description

Zerstäubungskatode, Herstellverfahren sowie Katode hierzu Atomizing cathode, manufacturing process and cathode therefor
Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungskatode, insbesonde- re nach dem Magnetronprinzip, gemäss Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung gemäss Anspruch 9, ein Target gemäss Anspruch 17 sowie eine Vakuumbeschichtungsanlage gemäss Anspruch 22.The invention relates to a sputtering cathode, in particular according to the magnetron principle, according to claim 1, a method for manufacturing according to claim 9, a target according to claim 17 and a vacuum coating system according to claim 22.
Allgemein bekannt sind Vakuumbeschichtungsanlagen für Pläs- maanwendungen, bestehend im wesentlichen aus einem Vakuum- rezipienten, der zu beschichtende Substrate aufnimmt und einer oder mehreren Zerstäubungskatoden. Diese Katoden wiederum setzen sich im wesentlichen zusammen aus einem Target bestehend aus dem zu sputternden Material, einem dahinter angeordneten Kühlkontaktkörper sowie einem Katodengrundkör- per, der eine Kühlvorrichtung, z. B. einen Kühlkreislauf aufweist und an dem der Kühlkontaktkörper sowie das Target befestigt sind. Unter Target versteht man hier und im fol- genden sowohl einstückige Targets (Monoblocktarget) als auch zusammengesetzte Targets (Verbundtargets) , bei denen das eigentliche Zerstäubungsmaterial auf einer Rückplatte befestigt (gebondet) ist, z. B. durch Löten, Kleben, Auf- schweissen, Aufgiessen oder eine andere bekannte Art.Vacuum coating systems for plasma applications are generally known, consisting essentially of a vacuum recipient which receives substrates to be coated and one or more sputtering cathodes. These cathodes in turn are composed essentially of a target consisting of the material to be sputtered, a cooling contact body arranged behind it and a cathode base body which a cooling device, for. B. has a cooling circuit and to which the cooling contact body and the target are attached. Here and in the following, target is understood to mean both one-piece targets (monoblock target) and composite targets (compound targets), in which the actual atomizing material is attached (bonded) to a back plate, eg. B. by soldering, gluing, welding, pouring or another known type.
Üblicherweise umfasst eine Zerstäubungskatode ferner ein Magnetsystem, welches für die Führung des Plasmas an der Targetoberfläche zuständig ist sowie weitere Vorrichtungen und (elektrische) Betriebsmittel, die für die weitere Be- trachtung jedoch nicht von Belang sind. Beim Betrieb solcher Zerstäubungskatoden, speziell mit hoher Zerstäubungsleistung, erwärmt sich das Target stark, so dass für angemessene Kühlung zu sorgen ist. Da zugleich das Target als Verbrauchsmaterial häufig ausgetauscht werden muss, sind im Stand der Technik vielfältige Lösungen bekannt, die beide Vorgaben ermöglichen sollen.Usually, a sputtering cathode further comprises a magnet system, which is responsible for guiding the plasma on the target surface, and further devices and (electrical) equipment, which, however, are not relevant for further consideration. When operating such sputtering cathodes, especially with a high atomizing power, the target heats up considerably, so that adequate cooling must be provided. Since at the same time the target has to be exchanged frequently as a consumable, a variety of solutions are known in the prior art which are intended to enable both specifications.
So ist z. B. bekannt, das Target auf einem als starre Kühlplatte ausgebildeten Kühlkontaktkörper lösbar zu befesti- gen, der wiederum durch einen Flüssigkeitskühlkreislauf gekühlt wird. Bei Austausch des Targets bleibt der Kühlkreislauf geschlossen. Nachteilig ist hierbei, dass ein grossflächiger Kontakt von Target und Kühlplatte Vorraussetzung für eine gleichmässige Wärmeableitung ist, was mechanisch schwierig zu realisieren ist.So z. For example, it is known to releasably attach the target to a cooling contact body designed as a rigid cooling plate, which in turn is cooled by a liquid cooling circuit. When the target is replaced, the cooling circuit remains closed. The disadvantage here is that large contact between the target and the cooling plate is a prerequisite for uniform heat dissipation, which is difficult to achieve mechanically.
Alternativ wurde die Verwendung von Metallfolien bzw. dünnen Metallblechen als Kühlkontaktkörper vorgeschlagen, die einerseits einen als Trog oder Kanal ausgebildeten, mit Kühlmedium gefüllten Hohlraum im Katodengrundkörper ab- schliessen und andererseits die Targetrückseite kontaktieren. Der Druck des Kühlmediums presst die Metallfolie an die Targetrückseite und gewährleistet einen gleichmässigen Wärmeübergang. Zum Targetwechsel wird der Kühlkreislauf entspannt (drucklos gehalten) .As an alternative, the use of metal foils or thin metal sheets as cooling contact bodies has been proposed which, on the one hand, closes off a cavity in the cathode main body which is designed as a trough or channel and which, on the other hand, contacts the rear of the target. The pressure of the cooling medium presses the metal foil against the back of the target and ensures even heat transfer. To change the target, the cooling circuit is relaxed (kept depressurized).
Beispielhaft zeigt DE 40 15 388 AI eine solche Vorrichtung. Zusätzlich wird dort zwischen Targetrückseite und Kühlkontaktkörper eine Schicht von Material niedriger Sputterrate aufgebracht, die das Durchsputtern verhindern soll. Ungelöst bleibt im Stand der Technik das Problem der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kühlplatte/Metallfolie (z. B. Kupfer) gegenüber dem Target (z. B. Aluminium) . Diese führen dazu, dass im Betrieb die beiden Metallflächen aneinander reiben. Diese zyklischen lateralen Relativbewegungen machen sich am stärksten bemerkbar am Rand von Kühlplatte/-folie und Target, während sie in der Flächenmitte minimal sind. Insbesondere in den Bereichen der stärksten Bewegung kann es zu Reibverschweissung (Kalt- verschweissung) kommen. Im Bereich dieser Schweisstellen kommt es in Folge zyklischer thermischer Ausdehnungen zu irreversiblen Verspannungen, evtl. Rissen in der Kühlplat- te/-folie. Diese vermindern die Kühleffizienz und führt dazu, dass die Kühlplatte/-folie irreparabel geschädigt wird. Im Betrieb wird so der Wärmeübergang lokal unterschiedlich und nicht reproduzierbar; dadurch kann auch die Qualität der beschichteten Substrate negativ beeinflusst werden. Zudem wird durch die kaltverschweisste Verbindung der Targetaustausch behindert, bei der Demontage kann es zur Beschä- digung der Kühlplatte kommen, was eine Reparatur/Austausch nach sich zieht, höhere Standzeiten erfordert und somit die Wirtschaftlichkeit reduziert.DE 40 15 388 AI shows an example of such a device. In addition, a layer of material with a low sputtering rate is applied between the back of the target and the cooling contact body, which is intended to prevent sputtering. The problem of the different thermal expansion coefficients of the cooling plate / metal foil (e.g. copper) compared to the target (e.g. aluminum) remains unsolved in the prior art. These cause the two metal surfaces to rub against one another during operation. These cyclical lateral relative movements are most noticeable at the edge of the cooling plate / film and target, while they are minimal in the middle of the surface. Friction welding (cold welding) can occur, particularly in the areas of the strongest movement. In the area of these welds, cyclical thermal expansion leads to irreversible tension, possibly cracks in the cooling plate / foil. These reduce the cooling efficiency and cause the cooling plate / film to be irreparably damaged. In operation, the heat transfer is locally different and cannot be reproduced; this can also have a negative impact on the quality of the coated substrates. In addition, the cold-welded connection hinders the exchange of the target. During dismantling, the cooling plate can be damaged, which results in repair / replacement, requires longer service life and thus reduces efficiency.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Stand der Technik zu beseitigen. Es ist insbesondere die Aufgabe, die Lebensdauer der Kühlplatte/-folie von Zerstäubungskatoden in Vakuumbeschichtungsanlagen zu erhöhen und die Kaltverschweissung von Target und Kühlplatte/-folie zu verhindern und einen reproduzierbar guten Wärmeübergang zu gewährleisten. Die erfindungsgemässe reibmindernde Schicht muss darüberhi- naus eine Reihe von weiteren Kriterien erfüllen:It is the object of the present invention to eliminate the disadvantages of the prior art. It is in particular the task of increasing the service life of the cooling plate / film of sputtering cathodes in vacuum coating systems and of preventing cold welding of the target and cooling plate / film and of ensuring reproducibly good heat transfer. The friction-reducing layer according to the invention must also meet a number of other criteria:
- Der Wärmeabfluss vom Target zum Kühlkreislauf darf nur wenig beeinträchtigt werden, insbesondere die Flächenho- mogenität der Wärmeleitung.- The heat flow from the target to the cooling circuit may only be slightly impaired, in particular the surface homogeneity of the heat conduction.
- Die reibmindende Schicht muss abrasionsstabil sein, gleichmässig dünn und hart.- The friction-reducing layer must be abrasion-resistant, evenly thin and hard.
- Sie muss elektrisch wie thermisch leitfähig sein, ungiftig, unproblematisch in der Handhabung und erneuerbar. - Die Schicht darf idealerweise keine Kontamination für den Betrieb des Rezipienten bedeuten, sprich es dürfen keine Ausgasungen und Langzeitveränderungen der Schicht stattfinden.- It must be electrically and thermally conductive, non-toxic, unproblematic to use and renewable. - The layer should ideally not mean any contamination for the operation of the recipient, i.e. there must be no outgassing and long-term changes to the layer.
- Sie darf bei Temperaturen über 200°C sowie bei den zwi- sehen Betrieb und Stillstand auftretenden Temperaturdifferenzen nicht rissig werden oder abblättern.- It must not crack or peel off at temperatures above 200 ° C or at the temperature differences between operation and standstill.
- Sie muss chemisch inert sein gegenüber den Betriebsbedingungen der Vakuumanlage .- It must be chemically inert to the operating conditions of the vacuum system.
- Sie muss kostengünstig und einfach in der Herstellung sein.- It must be inexpensive and easy to manufacture.
Erfindungsgemäss werden die oben genannten Vorgaben erfüllt von einer Zerstäubungskatode, auf deren Kontaktfläche zwischen Kühlkontaktkörper und Target eine reibmindernde Schicht aufgebracht ist. Diese kann zum einen aus Refrak- tärmetallen bestehen, wobei unter „refraktär" im technisch bekannten Sinne unempfindlich, hitzebeständig, feuerfest verstanden wird (Defintion s. z. B. Römpps Chemie Lexikon, Frankhsche Verlagshandlung) . Dazu zählen beispielhaft, je- doch nicht abschliessend Cr, Mo, Ta, Nb, W oder deren Legierungen. Ebenfalls als reibmindernde Schichten kommen Hartstoffschichten in Betracht, die auf den Metallen der Gruppen 4a bis 6a des Periodensystems aufbauen, so z. B. Ti, Zr, Hf der Gruppe 4a, V, Nb, Ta der Gruppe 5a und Cr, Mo, W der Gruppe 6a. Die Karbide, Nitride und Karbonitride dieser Metalle werden als reibmindernde Schicht eingesetzt. Als dritte Gruppe reibmindernde Schichten kommen darüberhi- naus die Gruppe der amorphen diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC, diamond like carbon) in -Betracht. Je nach Anwendung können dies reine DLC Schichten sein oder metallhaltige DLC-Schichten.According to the invention, the above-mentioned requirements are met by an atomizing cathode, on the contact surface between the cooling contact body and the target, a friction-reducing layer is applied. On the one hand, this can consist of refractory metals, whereby “refractory” in the technically known sense means insensitive, heat-resistant, fire-resistant (definition see, for example, Römpps Chemie Lexikon, Frankhsche Verlaghandlung). These include examples, but not conclusively Cr, Mo, Ta, Nb, W or their alloys, hard-material layers based on the metals of the Build groups 4a to 6a of the periodic table. B. Ti, Zr, Hf of group 4a, V, Nb, Ta of group 5a and Cr, Mo, W of group 6a. The carbides, nitrides and carbonitrides of these metals are used as a friction-reducing layer. The third group of friction-reducing layers also includes the group of amorphous diamond-like carbon layers (DLC, diamond-like carbon). Depending on the application, these can be pure DLC layers or metal-containing DLC layers.
Als Dicke der reibmindernden Schicht benutzt man 0.1 bis 5 μ , bevorzugt 0,5 bis 2.5 μm.The thickness of the friction-reducing layer is 0.1 to 5 μm, preferably 0.5 to 2.5 μm.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf jeweils vorteάl- hafte weitere Ausgestaltungen.The dependent claims relate to advantageous further configurations.
Ein erfindungsgemässes Verfahren besteht darin, die Kontaktfläche zwischen Kühlkontaktkörper und Target einer Zerstäubungskatode mit einer reibmindernden Schicht auszustatten. Diese können aus Refraktärmetallen, bevorzugt aus Cr, Mo, Ta, Nb, W oder deren Legierungen bestehen. Ferner kommen die Karbide, Nitride oder Karbonitride der Metalle der Gruppen 4a bis 6a in Betracht oder amorphe diamantähnliche Kohlenstoffschichten in reiner oder metallhaltiger Ausbildung. Die Beschichtungsmethoden umfassen dabei je nach Einsatzmöglichkeit PVD-Verfahren (physical vapour depositi- on) , darunter Sputtern, insbesondere Magnetronsputtern, auch als reaktive Verfahren mit entsprechenden Stickstoff-, kohlenstoff- oder Sauerstoffhaltigen Gasverbindungen. Ebenso kommen Aufdampfverfahren, auch reaktiv, in Betracht so- wie katodische Are-Verf hren. Ferner sind CVD-Verf hren (chemical vapour deposition) möglich, ebenfalls mit Plasma- Unterstützung . In einer weiteren Ausführung wird vor Aufbringen der reibmindernden Schicht die Targetrückseite einem plasmaunterstützten Vorbehandlungsschritt unterzogen, bevorzugt ei- ne Plasmareinigungs- bzw. Plasmaätzschritt. Dadurch ergeben sich weitere Vorteile insbesondere in Bezug auf die Haftfähigkeit und Haltbarkeit der Schicht.One method according to the invention is to provide the contact surface between the cooling contact body and the target of an atomizing cathode with a friction-reducing layer. These can consist of refractory metals, preferably Cr, Mo, Ta, Nb, W or their alloys. Also suitable are the carbides, nitrides or carbonitrides of the metals of groups 4a to 6a or amorphous diamond-like carbon layers in pure or metal-containing form. Depending on the possible application, the coating methods include PVD processes (physical vapor deposit), including sputtering, in particular magnetron sputtering, as a reactive process with corresponding nitrogen, carbon or oxygen-containing gas compounds. Vapor deposition processes, also reactive, are also considered, as are cathodic are processes. CVD (chemical vapor deposition) processes are also possible, also with plasma support. In a further embodiment, the back of the target is subjected to a plasma-assisted pretreatment step, preferably a plasma cleaning or plasma etching step, before the friction-reducing layer is applied. This results in further advantages, particularly with regard to the adhesiveness and durability of the layer.
In einer erfindungsgemäss stark bevorzugten Variante wird die reibmindernde Schicht auf der Rückseite des Targets aufgebracht. Darüberhinaus kann je nach Einsatzzweck alternativ oder zusätzlich auch der Kühlkontaktkörper mit einer solchen reibmindernden Schicht ausgestattet sein.In a variant which is highly preferred according to the invention, the friction-reducing layer is applied to the back of the target. In addition, depending on the intended use, the cooling contact body can alternatively or additionally be equipped with such a friction-reducing layer.
Vorteil eines erfindungsgemäss beschichteten Targets ist, dass die obigen Vorgaben alle erfüllt werden und darüberhinaus die Kompatibilität zu nicht beschichteten Targets gewährleistet bleibt, sprich beim Einsatz in einer Beschich- tungsanlage keine Änderungen der Katodenkonfigurationen notwendig sind.The advantage of a target coated according to the invention is that all of the above requirements are met and, furthermore, compatibility with non-coated targets is ensured, that is to say that no changes to the cathode configurations are necessary when used in a coating system.
Darüberhinaus ist aus dem oben gesagten ableitbar, dass der Einsatz der Erfindung in Katoden mit nicht-sputternden Targets, wie sie bei plasmachemischen Ätz- und Reingungspro- zessen eingesetzt werden, möglich ist und die geschilderten Vorteile ebenso bietet.Furthermore, it can be derived from the above that the use of the invention in cathodes with non-sputtering targets, such as are used in plasma-chemical etching and cleaning processes, is possible and also offers the described advantages.
Die Erfindung wird anschließend beispielsweise und anhand der schematischen Figur 1 erläutert. Diese zeigt eine be- vorzugte Ausführungsvariante mit beschichtetem Target. Schematisch ist der Katodengrundkörper 1 im Schnitt gezeigt. Er ist trogförmig ausgebildet und umfasst einen Bereich 2, der mit Kühlmittel gefüllt ist, das während des Betriebs umgewälzt wird. Der Trog wird durch den Kühlkon- taktkorper 3 fluiddicht und vakuumdicht abgeschlossen, dieser kann als starre oder halbstarre Platte oder Metallfolie ausgebildet sein. Das Target 4 ist beabstandet vom Kühlkontaktkörper gezeigt, was einer Montagesituation enstpricht. Auf der dem Kühlkontaktkörper zugewandten Seite ist die er- findungsgemässe Schicht 5 aufgebracht. Im Betrieb ist durch geeignete Befestigungsmittel (nicht gezeigt) das Target 4 mit Schicht 5 auf dem Katodengrundkörper 1 so lösbar verbunden, dass das Target gegen den Kühlkontaktkörper in Position gehalten eine innige wärmeleitende Verbindung zu Kühlkontaktkörper 3 besteht. The invention is subsequently explained for example and with reference to the schematic figure 1. This shows a preferred variant with a coated target. The basic cathode body 1 is shown schematically in section. It is trough-shaped and comprises an area 2 which is filled with coolant which is circulated during operation. The trough is closed in a fluid-tight and vacuum-tight manner by the cooling contact body 3, which can be designed as a rigid or semi-rigid plate or metal foil. The target 4 is shown spaced from the cooling contact body, which corresponds to an assembly situation. The layer 5 according to the invention is applied on the side facing the cooling contact body. In operation, the target 4 is releasably connected to the layer 5 on the cathode base body 1 by suitable fastening means (not shown) such that the target held in position against the cooling contact body has an intimate heat-conducting connection to the cooling contact body 3.

Claims

Patentansprüche claims
1. Zerstäubungskatode, insbesondere nach dem Magnetronprinzip, im wesentlichen bestehend aus einem1. sputtering cathode, in particular according to the magnetron principle, consisting essentially of one
Katodengrundkörper (1) mit Kühlvorrichtung (2), einem Kühlkontaktkörper (3), der zwischen der Kühlvorrichtung (2) und einem Target (4) wärmeleitend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche zwischen Kühlkontaktkörper (3) und dem Target (4) mit einer reibmindernden Schicht (5) ausgestattet ist.Cathode base body (1) with cooling device (2), a cooling contact body (3), which is arranged between the cooling device (2) and a target (4) in a heat-conducting manner, characterized in that the contact surface between the cooling contact body (3) and the target (4) is equipped with a friction-reducing layer (5).
2. Zerstäubungskatode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht (5) aus Re- fraktärmetall oder refraktärmetallhaltigen Legierung gebildet ist.2. Sputtering cathode according to claim 1, characterized in that the friction-reducing layer (5) is formed from refractory metal or an alloy containing refractory metal.
3. Zerstäubungskatode nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht (5) aus Cr, Mo, Ta, Nb, W oder Legierungen hiervon gebildet wird.3. Sputtering cathode according to claim 1 or 2, characterized in that the friction-reducing layer (5) is formed from Cr, Mo, Ta, Nb, W or alloys thereof.
4. Zerstäubungskatode nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht als Hart- stoffschicht aus Karbiden, Nitriden oder Karbonitriden von Metallen der Gruppe 4a, 5a oder 6a ausgebildet wird.4. sputtering cathode according to claim 1 to 2, characterized in that the friction-reducing layer is formed as a hard material layer made of carbides, nitrides or carbonitrides of metals of group 4a, 5a or 6a.
5. Zerstäubunskatode nach Anspruch 1 bis 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht als amorphe diamantähnliche KohlenstoffSchicht ausgebildet ist, insbesondere als reine DLC Schicht oder metallhaltige DLC Schicht.5. sputtering cathode according to claim 1 or 2, characterized in that the friction-reducing layer is formed as an amorphous diamond-like carbon layer, in particular as a pure DLC layer or metal-containing DLC layer.
6. Zerstäubungskatode nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Dicke der reibmindernden Schicht6. sputtering cathode according to claim 1 to 5, characterized in that the thickness of the friction-reducing layer
(5) 0.1 bis 5 μm, bevorzugt 0.5 bis 2.5 μm beträgt.(5) 0.1 to 5 μm, preferably 0.5 to 2.5 μm.
7. Zerstäubungskatode nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht (5) auf der Rückseite des Targets (4) aufgebracht ist.7. sputtering cathode according to claim 1 to 6, characterized in that the friction-reducing layer (5) on the back of the target (4) is applied.
8. Zerstäubungskatode nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht (5) auf dem Kühlkontaktkörper (3) aufgebracht ist.8. sputtering cathode according to claim 1 to 6, characterized in that the friction-reducing layer (5) on the cooling contact body (3) is applied.
9. Verfahren zur Herstellung von Zerstäubungskatoden, bestehend im wesentlichen aus einem Katodengrundkörper (1), einem Kühlkontaktkörper (3) und einem Target (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche zwischen Kühlkontaktkörper (3) und Target (4) mit einer reibmindernden Schicht (5) ausgestattet wird.9. A method for producing sputtering cathodes, consisting essentially of a cathode base body (1), a cooling contact body (3) and a target (4), characterized in that the contact surface between the cooling contact body (3) and target (4) with a friction-reducing layer (5) is equipped.
10. erfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die reibmindernde Schicht (5) Refraktärmetall oder eine refraktärmetallhaltige Legierung verwendet wird.10. Experience according to claim 9, characterized in that refractory metal or an alloy containing refractory metal is used for the friction-reducing layer (5).
11. erfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die reibmindernde Schicht (5) Cr, Mo, Ta, Nb, W oder Legierungen hiervon verwendet wird. 11. Experience according to claim 10, characterized in that Cr, Mo, Ta, Nb, W or alloys thereof are used for the friction-reducing layer (5).
12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (5) mittels eines PVD Verfahrens, vozugsweise Magnetronsputtern aufgebracht wird.12. The method according to claim 9 to 10, characterized in that the layer (5) is applied by means of a PVD method, preferably magnetron sputtering.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die reibmindernde Schicht Karbide, Nitride oder13. The method according to claim 9, characterized in that for the friction-reducing layer carbides, nitrides or
Karbonitride der 4a, 5a oder 6a Metalle eingesetzt werden.Carbonitrides of 4a, 5a or 6a metals are used.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die reibmindernde Schicht amorphe diamantähnliche Kohlenstoffschichten ausgewählt werden, insbesondere reine oder metallhaltige DLC Schichten.14. The method according to claim 9, characterized in that amorphous diamond-like carbon layers are selected for the friction-reducing layer, in particular pure or metal-containing DLC layers.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmethoden Magnetronsputtern, reaktives Magnetronsputtern, katodisches Arc- Verdampfen, Aufdamfen, reaktives Aufdampfen sowie plasmaunterstütztes CVD zum Einsatz kommen.15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the coating methods used are magnetron sputtering, reactive magnetron sputtering, cathodic arc evaporation, vapor deposition, reactive vapor deposition and plasma-assisted CVD.
16. Verfahren nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der reibmindernden Schicht (5) ein plasmaunterstützter Vorbehandlungsschritt der Targetrückseite durchgeführt wird, bevorzugt ein Plas- maätzschritt .16. The method according to claim 9 to 15, characterized in that before the application of the friction-reducing layer (5), a plasma-assisted pretreatment step of the back of the target is carried out, preferably a plasma etching step.
17. arget für eine Zerstäubungskatode mit Kühlvorrichtung (2) und Kühlkontaktkörper (3), dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kühlkontaktkörper (3) zugewandte Tar- getrückseite mit einer reibmindernden Schicht (5) ausgestattet ist. 17. Arget for an atomizing cathode with cooling device (2) and cooling contact body (3), characterized in that the rear side of the target facing the cooling contact body (3) is equipped with a friction-reducing layer (5).
18. Target nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht (5) aus Refraktär etall oder einer refraktärmetallhaltigen Legierung besteht.18. Target according to claim 17, characterized in that the friction-reducing layer (5) consists of refractory metal or an alloy containing refractory metal.
19. Target nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht (5) aus Cr, Mo, Ta, Nb, W o- der Legierungen hiervon gebildet wird.19. Target according to claim 18, characterized in that the friction-reducing layer (5) is formed from Cr, Mo, Ta, Nb, W or alloys thereof.
2O.Target nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht aus Karbiden, Nitriden oder Karbonitriden der 4a, 5a oder 6a Metalle besteht.2O.Target according to claim 17, characterized in that the friction-reducing layer consists of carbides, nitrides or carbonitrides of the 4a, 5a or 6a metals.
21. arget nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die reibmindernde Schicht aus amorphen diamantähnlichen Kohlenstoffschichten besteht, insbesondere reinen oder metallhaltigen DLC Schichten.21. arget according to claim 17, characterized in that the friction-reducing layer consists of amorphous diamond-like carbon layers, in particular pure or metal-containing DLC layers.
22. Vakuumbeschichtungsanlage für Plasmaanwendungen, bestehend im wesentlichen aus einem Vakuumrezipienten zur Substrataufnähme, Mitteln zur Evakuierung des Rezipien- ten sowie einer oder mehreren Zerstäubungskatode (n) gemäss den Ansprüchen 1 bis 6. 22. Vacuum coating system for plasma applications, consisting essentially of a vacuum recipient for taking up the substrate, means for evacuating the recipient and one or more atomizing cathode (s) according to claims 1 to 6.
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