CN1712558A - 用于涂覆作业的溅射阴极 - Google Patents

Abstract

用于真空腔室里的涂覆的溅射阴极有至少整体的靶板，它装在金属隔膜上。在隔膜的背对靶板的那侧有冷却液通道，它具有冷却液输入管路和输出管路和用于至少一个磁***的空腔。磁***布置在相对隔膜密封的支承槽里并不受冷却液作用。整个组件布置在支承结构上。为了以简单、有效和经济的方式改善从靶板至冷却液的传热并避免冷却液进入真空腔室里，本发明规定：溅射阴极的支承结构具有中空体，它相对真空腔室的内腔被气密封闭而且它使围绕磁***的空腔与在真空腔室外的大气连通；冷却液通道成具有至少一个平侧面且在横断面周边上是封闭的导管，该平侧面与隔膜导热连接；隔膜和导管的背离隔膜的表面通过支承结构承受在真空腔室外的大气压作用。

Description

用于涂覆作业的溅射阴极

技术领域

本发明涉及用于在真空腔室内的涂覆作业的溅射阴极，它具有一个至少整体的靶板，该靶板安装在金属的隔膜上，在该隔膜的背离靶板的一侧有一个带有用于冷却液的一条输入管路和一条输出管路的冷却液通道以及一个用于至少一个磁***的空腔，在这里，该磁***布置在一个相对该隔膜被密封的支承槽里并且不受冷却液的作用，在这里，整个组件都布置在一个支承结构上。

背景技术

这种溅射阴极是大功率溅射阴极并且也被称为磁控管阴极。在这里，在靶板后设有磁***，它在对面的溅射面上产生封闭的磁隧道，在磁隧道中封入溅射所需的由电离气体构成的等离子体。一方面，使溅射率与无磁性阴极相比提高了20-30倍，另一方面，能量集中在磁隧道下方的区域里并因此也使靶板材料的耗损率和热量输入集中于此。这迫使靶板具有快速的交变节奏以及特别有效的冷却。这些问题随着溅射阴极的尺寸而突出。

EP0476652B1公开了通过较厚的阴极板(6-7mm)使较小的圆形阴极外壳相对真空涂覆腔室被封闭，在阴极外壳里设有磁***。通过该阴极板和环绕的圆形密封，使装有环绕冲洗磁体的冷却液的阴极外壳相对涂覆腔室被密封起来。明确指出了，冷却液进入涂覆腔室会造成产品报废，因为由此破坏了或是惰性气体或是反应气体的涂覆气氛。作为冷却液，可以规定例如是水和乙二醇。阴极板可以被构造成均质的或叠层的并由铝制基板(真正的靶)和铜制加强层组成，有时还补充有一个加热层用于在涂覆前使阴极脱气。给定的阴极直径达到290mm。但主要的缺点在于，为了更换阴极板而必须除去冷却液并松开和清洗密封，随后可能在经过很长时间后在相反方向上才能重新投入使用。

同一篇文献也公开了一种基板，在该基板中设有紧跟在待溅射靶材后的封闭的冷却液通道。但此时的危险在于，在忽略监测时，靶材被腐蚀干净并且基板被腐蚀而直达冷却液通道，因而又出现冷却液进入涂覆腔室的危险。用于制造和连接冷却液通道与周围环境的手段并未公开。

DE4301516A1公开了一种开头所述类型的溅射阴极，在阴极中，一条冷却液通道形成于一片弹性隔膜和一个有环绕空腔和两个环绕密封的实心槽之间。在隔膜上，整面都是靶或靶部。冷却液通道和一个或多个靶的固定通过交替布置的螺钉从上下来完成，这些螺钉一方面通过爪或螺母作用于隔膜和槽且另一方面作用于靶边缘。在这里，磁提位于冷却液外。但由于整个溅射阴极布置在未示出的真空腔室内，因而，可能出现的冷却液会进入真空腔室并对涂覆作业产生不利影响。

DE19622605A1和DE19622606C2公开了在磁***和靶板之间至少布置了由磁导材料制成的板结构，以便强制使形成一个磁隧道用于实现溅射的等离子体的场线有一种平缓的变化，以便加宽靶板里的腐蚀沟，并提高材料利用效率。DE19622606C2还公开了一种支承靶的靶基板。

发明内容

因而，本发明的任务是在开头所述类型的溅射阴极中通过简单、有效而经济的方式改善从靶至冷却液的传热并且避免冷却液或其蒸气进入真空腔室并避免对涂覆作业产生不利影响。

在开头所述类型的溅射阴极中，根据本发明如此完成该任务：

a)溅射阴极的支承结构具有一个中空体，它相对真空腔室的内腔被气密封闭且它使围绕磁***的空腔与在真空腔室外的大气连通，

b)冷却液通道被构造成在其横截面外周上是封闭的并具有至少一个平侧面的导管，该平侧面与隔膜处于导热连接，

c)隔膜和导管的背离隔膜的表面通过所述支承结构承受在真空腔室外的大气压的作用。

通过本发明，在开头所述类型的溅射阴极中通过简单、有效而经济的方式改善了从靶至冷却介质的传热并避免冷却液或蒸气进入真空腔室的危险，也避免了对涂覆作业产生不利影响。

在本发明的其它实施方案中，特别有利的是如果单独或组合地采取如下措施：

*冷却液导管具有矩形横断面，其一个长边与隔膜处于传热连接，

*冷却液导管通过一个接合作业与隔膜连接，

*支承结构的中空体被固定在固定板上，固定板固定在真空腔室的壁板上，该壁板在固定板连接位置内有一个相对环境大气的开口。

*在导管两端上连接有垂直的支管，这些支管端部是弯曲的并且从弯曲端部起，一些连接管路穿过支承结构的中间体而直达周围大气。

*溅射阴极的支承槽通过一个周边封闭的支承体与该支承结构的中空体真空密封地相连。

*溅射阴极的支承槽和靶板的支座被一外壳包围着，该外壳借助第一框架搭接靶板支座并借助第二框架从下面托住支承槽，直至支承体附近，和/或，如果

*导管在溅射阴极内大致在磁***的不同极之间的中心经过。

附图说明

以下，根据图1-6所示的矩形阴极来详细描述本发明主题的实施例及其作用原理和优点。附图所示为：

图1是一个完整的阴极***的垂直于阴极纵轴线的垂直剖视图，该阴极***在真空腔室的局部内具有支承结构；

图2是阴极***的那个同冷却液供给装置的导管相连的端部的垂直纵向局剖放大图，但没有支承结构；

图3表示图2所示的对置阴极***的另一端，导管在此转过180°；

图4是去掉靶板后的磁***的俯视缩小比例图；

图5是阴极***的一端的俯视图；

图6表示如图2、3、5所示阴极***的垂直横截面。

具体实施方式

应首先强调，溅射阴极如图所示成矩形阴极状，借助玻璃的相对纵向运动，其用于大面积涂覆的长度可达几米，但结构原理当然也能被用于任意大小的圆形阴极。当然，在相反位置即“顶置位置上”或者在任何倾斜位置上也都能用，例如在在辊上涂覆薄膜时。

图1表示溅射阴极1，其主要功能部件是靶板2，在工作中，给该靶板提供涂覆材料或其中的一个组分，这取决于该作业是在惰性气氛(如氩气)或反应气氛(如氧气或氮气)中实施。靶板2可以被作成单体的或由多层构成，但这是已知的。

在靶板2的后面，首先是一个金属的弹性隔膜3，该薄膜的结构同样可以是单层的或多层的，例如它可以是由铁、钢和/或优质钢制成的薄层3a以及由铜制成的薄层3b。薄层3a用于使包围磁隧道的磁力线的弧形走向变得平缓，以便加宽靶板里的蚀槽并提高材料利用率。与薄层3b导热连接的是一个大致成U形的冷却液通道，它由导管4构成，导管横断面成矩形并且其上平侧面4a与靶板2处于良好的导热连接中。这种连接最好通过一种接合方法制成，该方法包括钎焊、焊接或者借助导热粘结剂的粘结。在其后面有一段距离地设有一个磁***5(图4)，在这里只示出该磁***的外磁体列5a。薄层3a、3b的总厚度为2-4mm，但最好不要牢固相连，以便通过可相对滑动来尽量获得弹性。

隔膜3和磁***5由一个支承槽6托住，该支承槽具有一个相应成型的台阶状空腔7和一个用于冷却液的排液管路10。整个组件通过一个外周封闭的支承体11支承在支承结构12上，该支承结构具有中空体13并包围出正方形的并有开口14a的空腔14。空腔14通过以下要详细描述的方式与外面大气连通。指向隔膜3和导管4的短粗箭头表示由进入支承槽6空腔7里的外界大气压造成的压紧力。

管路9、10被设计成支管9a、10a状并以弯头15结束，在该弯头上连接有其它管路(此处未示出)，这些管路在纵向上穿过空腔14而直达外面大气。夹紧装置16、17用于保持支管9a、10a之间距离。用于涂覆气氛和外界大气之间的真空密闭的密封件用黑色矩形表示，在此并无详细标记。

上述组件被布置在一个真空腔室18内，关于该腔室，在此只示出一部分和底部18a。为此，支承结构12的中空体13被固定在一块固定板19上，该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或连接位置里具有一个在此未示出的通向环境大气或外界大气的开口。

还示出了溅射阴极1的支承槽6被一个外壳20包围住，该外壳借助第一上框架20a搭接靶板2的支座与边缘并借助第二下框架20b从底下托住支承槽6，直到该支承体11的附近。

图2-图6按照放大比例并在沿用原先标记的情况下示出了：

图2表示该阴极***的那个用于供给冷却液的支管9a和10a同导管4相接的端部的垂直纵向局剖图，但没有支承结构12。纵向截面穿过以前未示出的中间磁体到5b、一个穿过夹紧装置16的拧紧螺丝21和一个密封件22的部分圆周、一个在导管4的连接侧端部之间的分隔壁板23以及用虚线表示的直通至外界的水平连接管路24。

图3相对图2表示阴极***的另一端，在此，导管4转向180°。一个台阶状凹坑25用于与支承结构12相对地容纳一在此未示出的支承机构。

图4是取掉靶板2后的磁***5或者5a和5b的俯视图。该磁***产生一个透过靶板2的磁场，它具有圆弧状磁场线和类似于赛车道的布置，磁场包围着均匀的等离子体，等离子体是通过在溅射阴极1和一个未示出的阳极之间的电位差而产生的，该阳极通过一个阳极体和/或通过一个位于地电位的且也未示出的基板座来激发。所述等离子体在输入高能量时溅射靶板2材料并使溅射出来的材料或者其化合物沉积在基板上。但这样的限制有效冷却的因果关系是已知的，因而没有详细叙述。

图5表示阴极***的一端的俯视图。靶板2根据隔缝的Z形结构通过由与支承槽6拧在一起的夹爪板26构成的框架被固定，该夹爪板也使隔膜3相对支承槽6被夹紧。

与图1相比，图6放大示出如图2、3和5所示的阴极***的垂直横断面。再次用粗黑箭头表示外界大气压对隔膜3和导管4的力作用。外磁体列5a与内磁体列5b被布置成镜像对称。导管4的两个支腿布置在中间腔7里并与外磁体列5a和磁体列5b有距离。因而，隔膜3和靶板2可以以最有效的方式冷却并在加热后保持在恒定温度上。还要强调的是，在磁体列5a、5b的上边界面之间也有间距或气隙。

                    附图标记一览表

1-溅射阴极；2-靶板；3-隔膜；3a，3b-薄层；4-导管；4a-平侧面；5-磁***；5a-外磁体列；5b内磁体列；6-支承槽；7-中空腔；8-通孔；9-输入管路；9b-支；10-输出管路管；10a-支管；11-支承体；12-支承结构；13-中空体；14-空腔；14a-开口；15-弯头；16，17-夹紧装置；18-真空腔室；18a-底部；19-固定板；20-外壳；20a，20b-框架；21-拧紧螺丝；22-密封件；23-隔离壁板；24-连接管路；25-凹坑；26-夹爪板；

Claims (8)

1.用于在真空腔室(18)里的涂覆作业的溅射阴极，它具有一个至少是整体的靶板(2)，该靶板装在金属隔膜(3)上，在该隔膜的背对该靶板(2)的一侧有一条冷却液通道，该冷却液通道具有冷却液的输入管路(9)及输出管路(10)以及用于至少一个磁***(5)的空腔(7)，该磁***(5)布置在一个相对该隔膜(3)密封的支承槽(6)里并且不受冷却液体的作用，整个组件被布置在一个支承结构(12)里，其特征在于，

a)该溅射阴极(1)的支承结构(12)具有一个中空体(13)，它相对该真空腔室(18)的内腔被气密封闭着并且它将围绕该磁***(5)的空腔(7)与在该真空腔室(18)外的大气连通起来，

b)该冷却液通道被设计成具有至少一个平侧面(4a)的且在其横断面周边上是封闭的导管(4)，该平侧面与该隔膜(3)处于导热连接；

c)该隔膜(3)和该导管(4)的背离该隔膜(3)的表面通过所述支承结构(12)承受在该真空腔室(18)外的大气压的作用。

2.按权利要求1所述的溅射阴极，其特征在于，用于冷却液体的导管(4)具有矩形横断面，其一个纵边与该隔膜(3)导热连接。

3.按权利要求1所述的溅射阴极，其特征在于，用于冷却液的导管(4)通过接合作业与该隔膜(3)相连接。

4.按权利要求1所述的溅射阴极，其特征在于，该支承结构(12)的中空体(13)固定在一个固定板(19)上，该固定板固定在该真空腔室(18)的壁板上，该壁板在该固定板(19)的连接位置上具有一个相对周围环境大气的开口。

5.按权利要求4所述的溅射阴极，其特征在于，一些垂直的支管(9a，10a)与该导管(4)的两端相连，该支管的末端成弯头(15)状，并且一些连接管路从该弯头起穿过该支承结构(12)的中空体(13)，直通到环境大气里。

6.按权利要求1所述的溅射阴极，其特征在于，该溅射阴极(1)的支承槽(6)通过一个周边封闭的支承体(11)真空密封地与该支承结构(12)的中空体(13)相连。

7.按权利要求6所述的溅射阴极，其特征在于，该溅射阴极(1)的支承槽(6)和该靶板(2)的支座都被一个外壳(20)包围住，该外壳借助第一框架(20a)搭接该靶板(2)的支座并借助第二框架(20b)从下面托住支承槽(6)，直到该支承体(11)的附近。

8.按权利要求1所述的溅射阴极，其特征在于，在溅射阴极(1)内，该导管(4)被布置在磁***(5)的不同极之间的大致中心处。

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