專利名稱：用于涂覆作業(yè)的濺射陰極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在真空腔室內的涂覆作業(yè)的濺射陰極，它具有一個至少整體的靶板，該靶板安裝在金屬的隔膜上，在該隔膜的背離靶板的一側有一個帶有用于冷卻液的一條輸入管路和一條輸出管路的冷卻液通道以及一個用于至少一個磁系統(tǒng)的空腔，在這里，該磁系統(tǒng)布置在一個相對該隔膜被密封的支承槽里并且不受冷卻液的作用，在這里，整個組件都布置在一個支承結構上。
背景技術：
這種濺射陰極是大功率濺射陰極并且也被稱為磁控管陰極。在這里，在靶板后設有磁系統(tǒng)，它在對面的濺射面上產生封閉的磁隧道，在磁隧道中封入濺射所需的由電離氣體構成的等離子體。一方面，使濺射率與無磁性陰極相比提高了20-30倍，另一方面，能量集中在磁隧道下方的區(qū)域里并因此也使靶板材料的耗損率和熱量輸入集中于此。這迫使靶板具有快速的交變節(jié)奏以及特別有效的冷卻。這些問題隨著濺射陰極的尺寸而突出。
EP0476652B1公開了通過較厚的陰極板(6-7mm)使較小的圓形陰極外殼相對真空涂覆腔室被封閉，在陰極外殼里設有磁系統(tǒng)。通過該陰極板和環(huán)繞的圓形密封，使裝有環(huán)繞沖洗磁體的冷卻液的陰極外殼相對涂覆腔室被密封起來。明確指出了，冷卻液進入涂覆腔室會造成產品報廢，因為由此破壞了或是惰性氣體或是反應氣體的涂覆氣氛。作為冷卻液，可以規(guī)定例如是水和乙二醇。陰極板可以被構造成均質的或疊層的并由鋁制基板(真正的靶)和銅制加強層組成，有時還補充有一個加熱層用于在涂覆前使陰極脫氣。給定的陰極直徑達到290mm。但主要的缺點在于，為了更換陰極板而必須除去冷卻液并松開和清洗密封，隨后可能在經過很長時間后在相反方向上才能重新投入使用。
同一篇文獻也公開了一種基板，在該基板中設有緊跟在待濺射靶材后的封閉的冷卻液通道。但此時的危險在于，在忽略監(jiān)測時，靶材被腐蝕干凈并且基板被腐蝕而直達冷卻液通道，因而又出現(xiàn)冷卻液進入涂覆腔室的危險。用于制造和連接冷卻液通道與周圍環(huán)境的手段并未公開。
DE4301516A1公開了一種開頭所述類型的濺射陰極，在陰極中，一條冷卻液通道形成于一片彈性隔膜和一個有環(huán)繞空腔和兩個環(huán)繞密封的實心槽之間。在隔膜上，整面都是靶或靶部。冷卻液通道和一個或多個靶的固定通過交替布置的螺釘從上下來完成，這些螺釘一方面通過爪或螺母作用于隔膜和槽且另一方面作用于靶邊緣。在這里，磁提位于冷卻液外。但由于整個濺射陰極布置在未示出的真空腔室內，因而，可能出現(xiàn)的冷卻液會進入真空腔室并對涂覆作業(yè)產生不利影響。
DE19622605A1和DE19622606C2公開了在磁系統(tǒng)和靶板之間至少布置了由磁導材料制成的板結構，以便強制使形成一個磁隧道用于實現(xiàn)濺射的等離子體的場線有一種平緩的變化，以便加寬靶板里的腐蝕溝，并提高材料利用效率。DE19622606C2還公開了一種支承靶的靶基板。

發(fā)明內容
因而，本發(fā)明的任務是在開頭所述類型的濺射陰極中通過簡單、有效而經濟的方式改善從靶至冷卻液的傳熱并且避免冷卻液或其蒸氣進入真空腔室并避免對涂覆作業(yè)產生不利影響。
在開頭所述類型的濺射陰極中，根據(jù)本發(fā)明如此完成該任務a)濺射陰極的支承結構具有一個中空體，它相對真空腔室的內腔被氣密封閉且它使圍繞磁系統(tǒng)的空腔與在真空腔室外的大氣連通，b)冷卻液通道被構造成在其橫截面外周上是封閉的并具有至少一個平側面的導管，該平側面與隔膜處于導熱連接，c)隔膜和導管的背離隔膜的表面通過所述支承結構承受在真空腔室外的大氣壓的作用。
通過本發(fā)明，在開頭所述類型的濺射陰極中通過簡單、有效而經濟的方式改善了從靶至冷卻介質的傳熱并避免冷卻液或蒸氣進入真空腔室的危險，也避免了對涂覆作業(yè)產生不利影響。
在本發(fā)明的其它實施方案中，特別有利的是如果單獨或組合地采取如下措施*冷卻液導管具有矩形橫斷面，其一個長邊與隔膜處于傳熱連接，*冷卻液導管通過一個接合作業(yè)與隔膜連接，*支承結構的中空體被固定在固定板上，固定板固定在真空腔室的壁板上，該壁板在固定板連接位置內有一個相對環(huán)境大氣的開口。
*在導管兩端上連接有垂直的支管，這些支管端部是彎曲的并且從彎曲端部起，一些連接管路穿過支承結構的中間體而直達周圍大氣。
*濺射陰極的支承槽通過一個周邊封閉的支承體與該支承結構的中空體真空密封地相連。
*濺射陰極的支承槽和靶板的支座被一外殼包圍著，該外殼借助第一框架搭接靶板支座并借助第二框架從下面托住支承槽，直至支承體附近，和/或，如果*導管在濺射陰極內大致在磁系統(tǒng)的不同極之間的中心經過。


以下，根據(jù)圖1-6所示的矩形陰極來詳細描述本發(fā)明主題的實施例及其作用原理和優(yōu)點。附圖所示為圖1是一個完整的陰極系統(tǒng)的垂直于陰極縱軸線的垂直剖視圖，該陰極系統(tǒng)在真空腔室的局部內具有支承結構；圖2是陰極系統(tǒng)的那個同冷卻液供給裝置的導管相連的端部的垂直縱向局剖放大圖，但沒有支承結構；圖3表示圖2所示的對置陰極系統(tǒng)的另一端，導管在此轉過180°；圖4是去掉靶板后的磁系統(tǒng)的俯視縮小比例圖；圖5是陰極系統(tǒng)的一端的俯視圖；圖6表示如圖2、3、5所示陰極系統(tǒng)的垂直橫截面。
具體實施例方式
應首先強調，濺射陰極如圖所示成矩形陰極狀，借助玻璃的相對縱向運動，其用于大面積涂覆的長度可達幾米，但結構原理當然也能被用于任意大小的圓形陰極。當然，在相反位置即“頂置位置上”或者在任何傾斜位置上也都能用，例如在在輥上涂覆薄膜時。
圖1表示濺射陰極1，其主要功能部件是靶板2，在工作中，給該靶板提供涂覆材料或其中的一個組分，這取決于該作業(yè)是在惰性氣氛(如氬氣)或反應氣氛(如氧氣或氮氣)中實施。靶板2可以被作成單體的或由多層構成，但這是已知的。
在靶板2的后面，首先是一個金屬的彈性隔膜3，該薄膜的結構同樣可以是單層的或多層的，例如它可以是由鐵、鋼和/或優(yōu)質鋼制成的薄層3a以及由銅制成的薄層3b。薄層3a用于使包圍磁隧道的磁力線的弧形走向變得平緩，以便加寬靶板里的蝕槽并提高材料利用率。與薄層3b導熱連接的是一個大致成U形的冷卻液通道，它由導管4構成，導管橫斷面成矩形并且其上平側面4a與靶板2處于良好的導熱連接中。這種連接最好通過一種接合方法制成，該方法包括釬焊、焊接或者借助導熱粘結劑的粘結。在其后面有一段距離地設有一個磁系統(tǒng)5(圖4)，在這里只示出該磁系統(tǒng)的外磁體列5a。薄層3a、3b的總厚度為2-4mm，但最好不要牢固相連，以便通過可相對滑動來盡量獲得彈性。
隔膜3和磁系統(tǒng)5由一個支承槽6托住，該支承槽具有一個相應成型的臺階狀空腔7和一個用于冷卻液的排液管路10。整個組件通過一個外周封閉的支承體11支承在支承結構12上，該支承結構具有中空體13并包圍出正方形的并有開口14a的空腔14?？涨?4通過以下要詳細描述的方式與外面大氣連通。指向隔膜3和導管4的短粗箭頭表示由進入支承槽6空腔7里的外界大氣壓造成的壓緊力。
管路9、10被設計成支管9a、10a狀并以彎頭15結束，在該彎頭上連接有其它管路(此處未示出)，這些管路在縱向上穿過空腔14而直達外面大氣。夾緊裝置16、17用于保持支管9a、10a之間距離。用于涂覆氣氛和外界大氣之間的真空密閉的密封件用黑色矩形表示，在此并無詳細標記。
上述組件被布置在一個真空腔室18內，關于該腔室，在此只示出一部分和底部18a。為此，支承結構12的中空體13被固定在一塊固定板19上，該固定板真空密封地固定在真空腔室18的壁板上。所述壁板在固定板19或連接位置里具有一個在此未示出的通向環(huán)境大氣或外界大氣的開口。
還示出了濺射陰極1的支承槽6被一個外殼20包圍住，該外殼借助第一上框架20a搭接靶板2的支座與邊緣并借助第二下框架20b從底下托住支承槽6，直到該支承體11的附近。
圖2-圖6按照放大比例并在沿用原先標記的情況下示出了圖2表示該陰極系統(tǒng)的那個用于供給冷卻液的支管9a和10a同導管4相接的端部的垂直縱向局剖圖，但沒有支承結構12?？v向截面穿過以前未示出的中間磁體到5b、一個穿過夾緊裝置16的擰緊螺絲21和一個密封件22的部分圓周、一個在導管4的連接側端部之間的分隔壁板23以及用虛線表示的直通至外界的水平連接管路24。
圖3相對圖2表示陰極系統(tǒng)的另一端，在此，導管4轉向180°。一個臺階狀凹坑25用于與支承結構12相對地容納一在此未示出的支承機構。
圖4是取掉靶板2后的磁系統(tǒng)5或者5a和5b的俯視圖。該磁系統(tǒng)產生一個透過靶板2的磁場，它具有圓弧狀磁場線和類似于賽車道的布置，磁場包圍著均勻的等離子體，等離子體是通過在濺射陰極1和一個未示出的陽極之間的電位差而產生的，該陽極通過一個陽極體和/或通過一個位于地電位的且也未示出的基板座來激發(fā)。所述等離子體在輸入高能量時濺射靶板2材料并使濺射出來的材料或者其化合物沉積在基板上。但這樣的限制有效冷卻的因果關系是已知的，因而沒有詳細敘述。
圖5表示陰極系統(tǒng)的一端的俯視圖。靶板2根據(jù)隔縫的Z形結構通過由與支承槽6擰在一起的夾爪板26構成的框架被固定，該夾爪板也使隔膜3相對支承槽6被夾緊。
與圖1相比，圖6放大示出如圖2、3和5所示的陰極系統(tǒng)的垂直橫斷面。再次用粗黑箭頭表示外界大氣壓對隔膜3和導管4的力作用。外磁體列5a與內磁體列5b被布置成鏡像對稱。導管4的兩個支腿布置在中間腔7里并與外磁體列5a和磁體列5b有距離。因而，隔膜3和靶板2可以以最有效的方式冷卻并在加熱后保持在恒定溫度上。還要強調的是，在磁體列5a、5b的上邊界面之間也有間距或氣隙。
附圖標記一覽表1-濺射陰極；2-靶板；3-隔膜；3a，3b-薄層；4-導管；4a-平側面；5-磁系統(tǒng)；5a-外磁體列；5b內磁體列；6-支承槽；7-中空腔；8-通孔；9-輸入管路；9b-支；10-輸出管路管；10a-支管；11-支承體；12-支承結構；13-中空體；14-空腔；14a-開口；15-彎頭；16，17-夾緊裝置；18-真空腔室；18a-底部；19-固定板；20-外殼；20a，20b-框架；21-擰緊螺絲；22-密封件；23-隔離壁板；24-連接管路；25-凹坑；26-夾爪板；
權利要求
1.用于在真空腔室(18)里的涂覆作業(yè)的濺射陰極，它具有一個至少是整體的靶板(2)，該靶板裝在金屬隔膜(3)上，在該隔膜的背對該靶板(2)的一側有一條冷卻液通道，該冷卻液通道具有冷卻液的輸入管路(9)及輸出管路(10)以及用于至少一個磁系統(tǒng)(5)的空腔(7)，該磁系統(tǒng)(5)布置在一個相對該隔膜(3)密封的支承槽(6)里并且不受冷卻液體的作用，整個組件被布置在一個支承結構(12)里，其特征在于，a)該濺射陰極(1)的支承結構(12)具有一個中空體(13)，它相對該真空腔室(18)的內腔被氣密封閉著并且它將圍繞該磁系統(tǒng)(5)的空腔(7)與在該真空腔室(18)外的大氣連通起來，b)該冷卻液通道被設計成具有至少一個平側面(4a)的且在其橫斷面周邊上是封閉的導管(4)，該平側面與該隔膜(3)處于導熱連接；c)該隔膜(3)和該導管(4)的背離該隔膜(3)的表面通過所述支承結構(12)承受在該真空腔室(18)外的大氣壓的作用。
2.按權利要求1所述的濺射陰極，其特征在于，用于冷卻液體的導管(4)具有矩形橫斷面，其一個縱邊與該隔膜(3)導熱連接。
3.按權利要求1所述的濺射陰極，其特征在于，用于冷卻液的導管(4)通過接合作業(yè)與該隔膜(3)相連接。
4.按權利要求1所述的濺射陰極，其特征在于，該支承結構(12)的中空體(13)固定在一個固定板(19)上，該固定板固定在該真空腔室(18)的壁板上，該壁板在該固定板(19)的連接位置上具有一個相對周圍環(huán)境大氣的開口。
5.按權利要求4所述的濺射陰極，其特征在于，一些垂直的支管(9a，10a)與該導管(4)的兩端相連，該支管的末端成彎頭(15)狀，并且一些連接管路從該彎頭起穿過該支承結構(12)的中空體(13)，直通到環(huán)境大氣里。
6.按權利要求1所述的濺射陰極，其特征在于，該濺射陰極(1)的支承槽(6)通過一個周邊封閉的支承體(11)真空密封地與該支承結構(12)的中空體(13)相連。
7.按權利要求6所述的濺射陰極，其特征在于，該濺射陰極(1)的支承槽(6)和該靶板(2)的支座都被一個外殼(20)包圍住，該外殼借助第一框架(20a)搭接該靶板(2)的支座并借助第二框架(20b)從下面托住支承槽(6)，直到該支承體(11)的附近。
8.按權利要求1所述的濺射陰極，其特征在于，在濺射陰極(1)內，該導管(4)被布置在磁系統(tǒng)(5)的不同極之間的大致中心處。
全文摘要
用于真空腔室里的涂覆的濺射陰極有至少整體的靶板，它裝在金屬隔膜上。在隔膜的背對靶板的那側有冷卻液通道，它具有冷卻液輸入管路和輸出管路和用于至少一個磁系統(tǒng)的空腔。磁系統(tǒng)布置在相對隔膜密封的支承槽里并不受冷卻液作用。整個組件布置在支承結構上。為了以簡單、有效和經濟的方式改善從靶板至冷卻液的傳熱并避免冷卻液進入真空腔室里，本發(fā)明規(guī)定濺射陰極的支承結構具有中空體，它相對真空腔室的內腔被氣密封閉而且它使圍繞磁系統(tǒng)的空腔與在真空腔室外的大氣連通；冷卻液通道成具有至少一個平側面且在橫斷面周邊上是封閉的導管，該平側面與隔膜導熱連接；隔膜和導管的背離隔膜的表面通過支承結構承受在真空腔室外的大氣壓作用。
文檔編號C23C14/34GK1712558SQ20041005775
公開日2005年12月28日 申請日期2004年8月16日 優(yōu)先權日2004年6月22日
發(fā)明者J·尤里奇, P·索爾 申請人:應用菲林股份有限兩合公司