FR2579910A1

FR2579910A1 -

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Publication number: FR2579910A1
Application number: FR8604430A
Authority: FR
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1985-04-03
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1986-10-10
Also published as: CH664303A5; GB2173217B; DE3603646A1; JPS61231171A; GB2173217A; DE3603646C2; GB8606354D0; FR2579910B1

Abstract

DISPOSITIF POUR FIXER DES CIBLES DE PULVERISATION CATHODIQUE A L'AIDE DE MOYENS DE SERRAGE 2, 13 POUR APPUYER LA CIBLE 1 SUR UNE SURFACE REFRIGERANTE. LES MOYENS DE SERRAGE 2, 13 SONT AMENAGES DE FACON A EVACUER EUX-MEMES AU MOINS 10 DE LA QUANTITE DE CHALEUR TOTALE PRODUITE SUR LA CIBLE 1 AU COURS DU PROCESSUS DE PULVERISATION.DEVICE FOR SETTING CATHODIC SPRAYING TARGETS USING CLAMPING MEANS 2, 13 TO PRESS TARGET 1 ON A COOLING SURFACE. THE TIGHTENING MEANS 2, 13 ARE DESIGNED TO EVACUATE THEM AT LEAST 10 OF THE TOTAL QUANTITY OF HEAT PRODUCED ON TARGET 1 DURING THE SPRAYING PROCESS.

Description

DISPOSITIF DE FIXATION DE CIBLESTARGET FIXING DEVICE

DE PULVERISATION CATHODIQUECATHODE SPRAY

La présente invention concerne un dispositif pour fixer des cibles de pulvérisation cathodique à l'aide de moyens de serrage pour appuyer la cible sur une surface réfrigérante. Ce dispositif est utilisable en particulier avec des sources de pulvérisation à magnétron et autres sources de pulvérisation à grande The present invention relates to a device for fixing sputtering targets using clamping means to support the target on a cooling surface. This device can be used in particular with magnetron spray sources and other large spray sources.

vitesse.speed.

Les sources de pulvérisation à magnétron et autres sources à grande vitesse exigent, du fait de leur grande puissance de fonctionnement, un refroidissement Magnetron sputtering sources and other high speed sources, due to their high operating power, require cooling

intense de la matière de la cible à pulvériser. intense target material to be sprayed.

L'obtention de grandes vitesses de pulvérisation est très importante pour la qualité du processus ainsi que pour l'économie de tels dispositifs. Par exemple, pour revêtir des plaquettes de silicium avec de l'aluminium, dans l'industrie des semiconducteurs, de grandes densités de vapeur ou de grands débits de pulvérisation sont nécessaires pour être en mesure d'établir un rapport optimal entre densité des particules vaporisées et densité des particules de gaz résiduel dans la chambre de revêtement. La contamination ou perte de pureté, provoquée par des composants indésirables, par exemple 02, peut être réduite en recourant à de grandes vitesses de pulvérisation. En outre, une grande vitesse de croissance de couche autorise, dans les installations de pulvérisation, des débits plus importants de substrats à revêtir, ce qui peut contribuer sensiblement Obtaining high spraying speeds is very important for the quality of the process as well as for the economy of such devices. For example, to coat silicon wafers with aluminum, in the semiconductor industry, high vapor densities or high spray rates are necessary to be able to establish an optimal density ratio of the vaporized particles and density of the residual gas particles in the coating chamber. Contamination or loss of purity, caused by undesirable components, for example O2, can be reduced by using high spray rates. In addition, a high layer growth speed allows, in spraying installations, higher flow rates of substrates to be coated, which can contribute significantly

à une augmentation de la rentabilité. increased profitability.

Pour être en mesure d'atteindre de grandes vitesses de pulvérisation, il faut recourir à des puissances électriques de niveau élevé correspondant, ce qui, dans l'art antérieur, à conduit à de nombreux To be able to reach high spraying speeds, it is necessary to have recourse to correspondingly high electrical powers, which, in the prior art, has led to numerous

problèmes concernant le refroidissement des cibles. problems with target cooling.

Une solution courante du problème du A common solution to the problem of

refroidissement est le refroidissement direct à l'eau. cooling is direct water cooling.

Dans cette méthode, le fluide réfrigérant, l'eau, est amené directement au dos de la cible qui est souvent réalisée sous forme de plaque. Le contact thermique entre cible et fluide réfrigérant est alors particulièrement bon et permet aussi d'obtenir d'excellentes performances de refroidissement. Un grave inconvénient réside toutefois dans l'étanchéité nécessaire pour séparer le fluide réfrigérant du vide de la chambre de pulvérisation. En pratique, cela aboutit à un manque de fiabilité fonctionnelle du fait du risque de fuite. De plus, le nombre élevé des vissages nécessaires implique des frais de main d'oeuvre accrus In this method, the refrigerant, water, is brought directly to the back of the target which is often produced in the form of a plate. The thermal contact between the target and the refrigerant is therefore particularly good and also makes it possible to obtain excellent cooling performance. A serious drawback however lies in the seal necessary to separate the refrigerant from the vacuum of the spray chamber. In practice, this results in a lack of functional reliability due to the risk of leakage. In addition, the high number of screw connections required implies increased labor costs.

lors du montage ou du démontage des cibles. when mounting or dismounting targets.

Une autre solution connue utilise un moyen de contact particulier entre la cible et une plaque de refroidissement avec canaux d'eau fermés. Dans une autre méthode très répandue, la cible est soudo-brasée, avec Another known solution uses a particular means of contact between the target and a cooling plate with closed water channels. In another widely used method, the target is brazed, with

un alliage de soudure tendre, sur un support réfrigéré. a soft solder alloy, on a refrigerated support.

Cette méthode est toutefois onéreuse et compliquée. En outre, l'exécution d'une soudure "propre" à grande surface ne se maîtrise pas facilement. On utilise parfois des adhésifs ou des pâtes comme moyens de contact. Toutefois, dans la plupart des cas, cela est inacceptable en technique sous vide, du fait des gaz émis. Une autre solution connue, souvent utilisée, représentée sur la figure 1, consiste à serrer une cible sur un support refroidi. La cible 1 est fortement appuyée, au moyen d'une bride de serrage 2, à l'aide de vis 3, contre la plaque de refroidissement 5 avec canaux de réfrigérant 6. Cette méthode présente l'avantage que la cible est ainsi facile à monter et économique à réaliser, puisque l'on peut renoncer au collage ou au soudo-brasage sur un support refroidi, et puisqu'il ne faut aucun joint d'étanchéité entre eau de refroidissement et vide sur la cible. Cette solution présente toutefois un inconvénient fondamental, à savoir le fait que le transfert thermique, naturellement mauvais, entre cible et plaque de refroidissement a pour effet que la quantité de chaleur pouvant être évacuée est très limitée. Ce mauvais transfert de chaleur provient de ce que, même dans le cas d'un fort serrage mutuel de deux surfaces, on ne réalise que des contacts ponctuels. Dans la réalisation selon la figure 1, ces points de contacts sont limités aux zones de vissage dans la région limitroDhe entre cible et plaque de refroidissement. La chaleur produite à la surface de la cible doit donc d'abord s'écouler dans la plaque-cible However, this method is expensive and complicated. In addition, the execution of a "clean" weld with a large surface is not easily mastered. Adhesives or pastes are sometimes used as contact media. However, in most cases, this is unacceptable in vacuum technology, due to the gases emitted. Another known solution, often used, shown in Figure 1, is to clamp a target on a cooled support. The target 1 is strongly supported, by means of a clamp 2, using screws 3, against the cooling plate 5 with refrigerant channels 6. This method has the advantage that the target is thus easy to to mount and economical to carry out, since it is possible to dispense with bonding or soldering on a cooled support, and since no seal is required between cooling water and vacuum on the target. However, this solution has a fundamental drawback, namely the fact that the naturally poor heat transfer between the target and the cooling plate has the effect that the quantity of heat that can be removed is very limited. This poor heat transfer stems from the fact that, even in the case of a strong mutual tightening of two surfaces, only point contacts are made. In the embodiment according to FIG. 1, these contact points are limited to the screwing zones in the limitroDhe region between the target and the cooling plate. The heat produced on the target surface must therefore first flow into the target plate

jusqu'à ces zones de vissage pour pouvoir être évacuée. to these screwing areas to be able to be removed.

On a cherché à agrandir les surfaces de contact en plaçant entre cible et plaque de refroidissement, comme indiqué sur la figure 1, des feuilles 4 de matières appropriées, souples et conductrices, par exemple le zinc-. Cela conduit certes à une amélioration notable de la capacité de refroidissement, mais la mise en place des feuilles est délicate et doit être effectuée avec un très grand soin. L'évacuation de chaleur est néanmoins soumise à de fortes fluctuations et sa reproductibilité Attempts have been made to enlarge the contact surfaces by placing, between the target and the cooling plate, as indicated in FIG. 1, sheets 4 of suitable, flexible and conductive materials, for example zinc-. This certainly leads to a significant improvement in the cooling capacity, but the positioning of the sheets is delicate and must be carried out with great care. The heat dissipation is nevertheless subject to strong fluctuations and its reproducibility

est incertaine.is uncertain.

La présente invention a pour but de perfectionner des dispositifs de fixation d'une plaque-cible de pulvérisation cathodique, avec support refroidi et avec moyens de serrage pour appuyer la plaque-cible sur le support, de manière à obtenir une plus grande intensité et une plus grande régularité d'évacuation de la chaleur de la cible, et à permettre ainsi d'obtenir une plus The object of the present invention is to improve devices for fixing a sputtering target plate, with cooled support and with clamping means for pressing the target plate on the support, so as to obtain greater intensity and greater regularity of heat evacuation of the target, and thus making it possible to obtain a more

forte puissance de pulvérisation.strong spraying power.

4- Ce dispositif de fixation du genre mentionné au début atteint le but précité par le fait que les moyens de serrage sont aménagés de façon à évacuer eux-mêmes au moins 10 % de la quantité de chaleur totale produite sur la cible au cours du processus de pulvérisation. L'invention peut être appliquée de manière particulièrement simple aux agencements dans lesquels les moyens de serrage agissent sur le bord d'une cible et sont directement reliés à des moyens de refroidissement. De tels moyens de serrage sont avantageusement réalisés avec deux brides de serrage annulaires qui peuvent être appuyées sur le côté dessus et le côté dessous de la plaque ou cible. Ces brides peuvent elles-mêmes présenter une cavité pour le passage d'un fluide réfrigérant. Elles peuvent notamment s'appliquer sur des reliefs de refroidissement ou des lèvres de refroidissement aménagés sur le pourtour d'une cible. On décrira maintenant plus en détail des formes de réalisation particulières de l'invention qui en feront mieux comprendre les caractéristiques essentielles, et les avantages, étant entendu toutefois que ces formes de réalisation sont choisies à titre d'exemple et ne sont nullement limitatives. Leur 4- This fixing device of the kind mentioned at the beginning achieves the aforementioned goal by the fact that the clamping means are arranged so as to evacuate themselves at least 10% of the total amount of heat produced on the target during the process spray. The invention can be applied in a particularly simple manner to arrangements in which the clamping means act on the edge of a target and are directly connected to cooling means. Such clamping means are advantageously made with two annular clamps which can be pressed on the top side and the bottom side of the plate or target. These flanges may themselves have a cavity for the passage of a coolant. They can in particular be applied to cooling reliefs or cooling lips arranged on the periphery of a target. We will now describe in more detail particular embodiments of the invention which will better understand its essential characteristics and advantages, it being understood however that these embodiments are chosen by way of example and are not in any way limiting. Their

description est illustrée par les dessins annexés, sur description is illustrated by the accompanying drawings, on

lesquels: - la figure 1 représente, comme déjà indiqué, une monture connue pour plaque-cible; - la figure 2 représente un premier exemple simple de réalisation de l'invention, avec refroidissement d'une plaque- cible au moyen d'un épaulement aménagé sur le pourtour de celle-ci et coopérant avec une bride de retenue appuyée sur cet épaulement et refroidie activement; - la figure 3 représente un autre exemple de réalisation dans lequel la cible est dotée d'une lèvre de refroidissement formée par deux épaulements sur son pourtour, des brides de refroidissement étant appliquées des deux côtés de cette lèvre; - la figure 4 représente un dispositif de fixation pour plaques-cibles ayant deux lèvres de refroidissement sur leur pourtour; - la figure 5 représente une monture, encore destinée à une cible avec lèvre de refroidissement sur son pourtour, et présente une autre possibilité de refroidissement à l'aide de moyens supplémentaires de serraqe,annulaires, refroidis sur la face inférieure; et - la figure 6 montre- aussi la possibilité de réaliser une cible avec support soudo-brasé, de manière qu'un dispositif de fixation selon l'invention soit which: - Figure 1 shows, as already indicated, a known frame for target plate; FIG. 2 represents a first simple embodiment of the invention, with the cooling of a target plate by means of a shoulder arranged on the periphery of the latter and cooperating with a retaining flange supported on this shoulder and actively cooled; - Figure 3 shows another embodiment in which the target is provided with a cooling lip formed by two shoulders on its periphery, cooling flanges being applied on both sides of this lip; - Figure 4 shows a fixing device for target plates having two cooling lips on their periphery; - Figure 5 shows a mount, also intended for a target with cooling lip on its periphery, and presents another possibility of cooling using additional means of serraqe, annular, cooled on the underside; and - Figure 6 also shows the possibility of producing a target with brazed support, so that a fixing device according to the invention is

utilisable avec avantage.usable with advantage.

Comme on peut le voir, la monture selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2 est constituée par une plaque de refroidissement 5 sur laquelle peut être posée une cible 1 en forme de plaque dont une face (la face supérieure sur le dessin) doit être pulvérise. La. plaque-cible présente un épaulement aménagé de façon qu'il y ait, le long de son pourtour, une lèvre de refroidissement 12 appuyée contre le support sous-jacent par une bride de refroidissement annulaire 2, au moyen de vis 3. On obtient alors un excellent contact conducteur de la chaleur entre la bride de refroidissement 2 et la face supérieure de la lèvre de refroidissement. La figure 2 montre en outre que la plaque de refroidissement 5 et la bride de refroidissement 2 sont munies de canaux de fluide réfrigérant, 6, et que l'on peut prévoir, au milieu de la plaque, une autre fixation pouvant être refroidie, réalisée sous la forme d'un organe de serrage annulaire supplémentaire 13, que l'on peut aussi considérer comme constituant des moyens de serrage au sens de la présente invention. Entre la plaque-cible 1 et le support refroidi 5, on peut en outre, de manière connue, insérer des feuilles 4 conductrices de la chaleur, ou d'autres moyens de contact, afin de renforcer le refroidissement. L'exemple selon la figure 3 montre qu'une plaque-cible peut être fixée au moyen d'un dispositif de fixation selon l'invention sans qu'il y ait de support refroidi comme celui utilisé dans le cas illustré par la figure 2. Les chiffres de référence ont la même signification que sur la figure 2. Sur la figure 3, la plaque-cible est aménagée avec deux épaulements le long de son pourtour, à savoir un épaulement face supérieure un épaulement face inférieure,dto il résulte, là encore, une lèvre de refroidissement 12 entourant la plaque et contre laquelle une double bride (2) refroidie de manière active est appliquée, face supérieure et face inférieure,avec serrage au moyen des vis 3. Similairement à la réalisation représentée sur la figure 2, des moyens de serrage supplémentaires refroidis (13) sont, là encore, appliqués au milieu de la plaque-cible, des deux côtés de celle-.ci, et sont en contact bon conducteur de As can be seen, the frame according to the embodiment shown in Figure 2 is constituted by a cooling plate 5 on which can be placed a target 1 in the form of a plate, one face (the upper face in the drawing) must be sprayed. The target plate has a shoulder arranged so that there is, along its periphery, a cooling lip 12 pressed against the underlying support by an annular cooling flange 2, by means of screws 3. On then obtains excellent heat conducting contact between the cooling flange 2 and the upper face of the cooling lip. Figure 2 further shows that the cooling plate 5 and the cooling flange 2 are provided with refrigerant channels, 6, and that one can provide, in the middle of the plate, another fixing can be cooled, made in the form of an additional annular clamping member 13, which can also be considered as constituting clamping means within the meaning of the present invention. Between the target plate 1 and the cooled support 5, it is also possible, in a known manner, to insert heat conductive sheets 4, or other contact means, in order to reinforce the cooling. The example according to FIG. 3 shows that a target plate can be fixed by means of a fixing device according to the invention without there being a cooled support like that used in the case illustrated by FIG. 2. The reference numbers have the same meaning as in FIG. 2. In FIG. 3, the target plate is arranged with two shoulders along its periphery, namely a shoulder on the upper face and a shoulder on the lower face, dto it results there still, a cooling lip 12 surrounding the plate and against which an actively cooled double flange (2) is applied, upper face and lower face, with tightening by means of screws 3. Similar to the embodiment shown in FIG. 2, additional cooled clamping means (13) are again applied to the middle of the target plate, on both sides thereof, and are in good conductive contact with

la chaleur avec cette plaque-cible.the heat with this target plate.

Sur la figure 4, la plaque-cible comporte, à la différence de celle selon la figure 3, deux lèvres de refroidissement 12 sur son pourtour, de sorte qu'il y a au total quatre surfaces de refroidissement contre lesquelles les quatre surfaces conjuguées de la bride In FIG. 4, the target plate comprises, unlike that according to FIG. 3, two cooling lips 12 around its periphery, so that there are in total four cooling surfaces against which the four conjugate surfaces of the flange

refroidie 2 sont serrées au moyen des vis-3. cooled 2 are tightened by means of screws-3.

Dans la forme de réalisation selon la figure 5, la plaque-cible ne possède de nouveau, sur son pourtour, qu'une seule lèvre de refroidissement qui peut être conjuguée à un dispositif de fixation analogue à celui représenté sur la figure 3. On a en outre prévu d'autres anneaux de serrage refroidis 14, qui ont un moindre diamètre et dont les surfaces réfrigérantes sont appliquées contre une nervure de refroidissement 15 aménagée sur la face inférieurede la cible dont la charge thermique est plus forte tans cette région qui est donc celle o l'on a besoin d'une plus forte évacuation de chaleur. Enfin, la figure 6 illustre le cas, déjà mentionné, d'une cible dite composite, c'est-à-dire une cible 1 solidarisée, par soudage ou brasage, à un In the embodiment according to FIG. 5, the target plate again has, on its periphery, only one cooling lip which can be combined with a fixing device similar to that shown in FIG. 3. further provided other cooled clamping rings 14, which have a smaller diameter and whose cooling surfaces are applied against a cooling rib 15 arranged on the underside of the target whose thermal load is higher in this region which is therefore the one where we need more heat dissipation. Finally, FIG. 6 illustrates the case, already mentioned, of a so-called composite target, that is to say a target 1 secured, by welding or brazing, to a

support 16 doté d'une lèvre de refroidissement 12. support 16 provided with a cooling lip 12.

Le progrès atteint par l'invention peut être mis en évidence, par exemple, en comparant les paramètres d'utilisation du dispositif de fixation connu, représenté sur la figure 1, et ceux d'un dispositif selon l'invention, représenté sur la figure 2. Avec une cible en Al-Si ayant un diamètre de 200 mm et une épaisseur de 12 mm, un dispositif de fixation selon la figure 1 pouvait être utilisé avec une puissance de 6 The progress achieved by the invention can be demonstrated, for example, by comparing the parameters of use of the known fixing device, represented in FIG. 1, and those of a device according to the invention, represented in FIG. 2. With an Al-Si target having a diameter of 200 mm and a thickness of 12 mm, a fixing device according to FIG. 1 could be used with a power of 6

kw. La température de la cible, mesurée sur la face in- kw. The target temperature, measured on the underside

férieure, atteignait alors 200 C. Par contre, la même cible montée dans un dispositif de fixation selon la figure 2 autorise l'application d'une puissance de fonctionnement de 11 kw, permettant d'obtenir une lower, then reached 200 C. On the other hand, the same target mounted in a fixing device according to FIG. 2 authorizes the application of an operating power of 11 kw, making it possible to obtain a

augmentation notable de la vitesse de pulvérisation. noticeable increase in spraying speed.

Néanmoins, la température ne dépasse pas 200 C. However, the temperature does not exceed 200 C.

L'amélioration du refroidissement est donc très importante. Improving cooling is therefore very important.

Dans la présente description, l'expression In the present description, the expression

"vitesse de pulvérisation" désigne la quantité de matière de cible qui est pulvérisée, par unité de temps, à partir d'une source de pulvérisation. Dans la littérature spécialisée, cette grandeur est souvent "spray rate" means the amount of target material that is sprayed, per unit of time, from a spray source. In the specialized literature, this quantity is often

appelée "débit de pulvérisation". called "spray rate".

Le terme "cible" désigne un corps dont la surface (ou une partie de surface) est l'objet d'un enlèvement The term "target" means a body from which the surface (or part of a surface) is the object of removal

de matière sous l'effet du processus de pulvérisation. of material under the effect of the spraying process.

Dans la plupart des cas le but de ce processus est que la matière ainsi enlevée soit déposée sur d'autres corps In most cases the purpose of this process is for the material thus removed to be deposited on other bodies

appelés I"substratsI.called I "substratesI.

Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails des modes de réalisation particuliers choisis pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées aux réalisations particulières qui ont été décrites à titre d'exemple et à leurs éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant de équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs Naturally, the invention is in no way limited by the features which have been specified in the foregoing or by the details of the particular embodiments chosen to illustrate the invention. All kinds of variations can be made to the particular embodiments which have been described by way of example and to their constituent elements without thereby departing from the scope of the invention. The latter thus includes all the means constituting technical equivalents of the means described as well as their

combinaisons.combinations.

Claims

1. Device for fixing sputtering targets using clamping means (2, 13) for pressing the target (1) on a cooling surface, characterized in that the clamping means (2.13) are arranged so as to evacuate themselves at least 10% of the total amount of heat produced on the target during the spraying process.

2. Device according to claim 1, characterized in that the clamping means (2,13) are connected to cooling means and act on

the edge of the target (1).

3. Device according to claim 1, characterized in that the clamping means (2,13) have two annular clamps (2) cqui are supported on the upper face and the lower face of

the target (1).

4. Device according to claim 1, characterized in that the clamping means comprise flanges (2) qui'present at least one

cavity (6) for the passage of a coolant.

5. Device according to claim 1, -

characterized in that the clamping means are arranged to receive targets (1) with several

cooling reliefs.

6. Device according to claim 1, characterized in that the clamping means are arranged to receive targets (1) with at least two cooling lips (12) provided on their periphery.