DE9412192U1 - Schwimmende Zentralbefestigung, insbesondere für großflächige Sputterkatoden - Google Patents
Schwimmende Zentralbefestigung, insbesondere für großflächige SputterkatodenInfo
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Description
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LEYBOLD Aktiengesellschaft
Wilhelm-Rohn-Straße 25
Wilhelm-Rohn-Straße 25
63450 Hanau am Main
Schwimmende Zentraibefestigung, insbesondere für
großflächige Sputterkatoden
großflächige Sputterkatoden
Die Neuerung betrifft eine Befestigungsvorrichtung gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Katodeneinrichtungen zum Einsatz in Beschichtungsanlagen sind bekannt. Solche Katodeneinrichtungen bestehen im wesentlichen aus
dem während des Katodenzerstäubungsprozesses abgetragenen Sputtertarget, welches mit einer Targetrückpiatte fest verbunden ist.
Mittels von an der Targetrückplatte vorgesehenen Befestigungsvorrichtungen ist die Targetrückpiatte zusammen mit dem
Sputtertarget auf einer als Katodenkörper ausgebildeten mit einer Kühlvorrichtung versehenen Befestigungsplatte arretiert. Übliche, mittels
der Katodenzerstäubungstechnik zu beschichtende Substratflächen besitzen eine Flächengröße von bis zu 400 &khgr; 300 mm2, was
Sputterkatodenflächen entsprechender Größe erfordert.
Ein Nachteil der bekannten Sputterkonstruktionen ist, daß diese bei
einem Targetwechsel, z.B. nach Verbrauch des Sputtertargets spezielle Werkzeuge, wie z.B. Hebewerkzeuge, erfordern bzw. ein
Sputtertargetwechsel nicht von einer einzigen Person allein durchführbar ist. Weiterhin sind die gewünschten großflächigen Sputtertargets mit dem
Nachteil behaftet, daß während des Zerstäubungsprozesses das Sputtertarget sowie die Targetrückplatte durch Energieeintrag des
Plasmas durch Strahlung und durch die, von dem auf das Target beschleunigten Ionen abgegebene kinetische Energie erwärmt wird und
das Sputtertarget in Abhängigkeit von dem Wärmeübergang von der Targetrückplatte zum Katodenkörper sowie in Abhängigkeit von der
Auslegung der im Katodenkörper vorgesehenen Kühleinrichtung sich ausdehnt. Durch diese Erwärmung, dehnen sich sowohl das Sputtertarget
selbst als auch die Targetrückplatte (Katodenkörper) aus. Da üblicherweise das Sputtertarget mit dem Katodenkörper verbondet ist, ist
es zur Vermeidung einer unterschiedlichen Längenänderung - bzw. Flächenänderung, analog einem Bimetallstreifen, notwendig, daß das
Sputtertarget sowie die Targetrückplatte aus einem Material mit gleichem oder ähnlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Dies
schränkt die Wahl der Materialien stark ein.
Der im Anspruch 1 angegebenen Neuerung liegt damit das Problem zugrunde, einen Sputtertargetwechsel zu vereinfachen und gleichzeitig
die Beschränkung in der Auswahl der für das Sputtertarget und die Targetrückplatte zu verwendenden Materialien aufzuheben. .
Dieses Problem wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Lösung des gestellten Problems erfolgt bei der eingangs
beschriebenen Zerstäubungskatode neuerungsgemäß dadurch, daß das Sputtertarget aus einzelnen Segmentkörpern zusammengesetzt ist, wobei
die einzelnen Segmentkörper aus einer ersten, eine Sputterkatode (Sputtertarget) bildenden Schichtlage und einer mit der Sputterkatode
verbondeten zweiten Schichtiage (Targetrückplatte) besteht. Im nicht
erwärmten Zustand sind die einzelnen Segmentkörper zu einer eine Gesamtkatode bildenden Plattenanordnung zusammengesetzt. Im nicht
erwärmten Zustand befinden sich die einzelnen Segmentkörper in einem definierten kontaktfreien Abstand zueinander, wohingegen während des
Zerstäubungsprozesses die einzelnen Segmentkörper eine Flächenausdehnung erfahren und sich in ihren Seitenbereichen berühren.
Da die Schichtlage der Targetrückpiatte neuerungsgemäß einen größeren Umfang aufweist als der Umfang des Sputtertargets, stoßen die
erwärmten Segmentkörper lediglich mit den Seitenflächen der Targetrückplatten aneinander. Eine Beschädigung des Sputtertargets an
den durch die thermische Ausdehnung bedingten Stoßstellen wird vorteilhaft vermieden. Da der gesamte Plattenanordnung zudem aus
einzelnen segmentierten Plattenkörpem besteht, sind besondere für den
Targetwechse! notwendige Werkzeuge nicht erforderlich. Vorteilhaft kann somit ein Targetwechsel auch von einer einzigen Person allein
durchgeführt werden.
Zum Befestigen der Segmentkörper weist der Katodenkörper Durchgangslöcher unterschiedlichen Öffnungsquerschnitts auf. Die im
Schnittpunktbereich der Katodenkörperflächensymmetrielinien
angeordneten Befestigungslöcher besitzen einen kreisförmigen und in
ihrem Durchmesser einen dem Außendurchmesser der einzusetzenden Aufnahmebolzen angepaßten Durchmesser, wodurch die mittels dieser
Öffnung befestigten Segmentkörper sich im wesentlichen nur in radialer Richtung in Bezug auf diese Fixäerungslöcher ausdehnen können. Die
entlang der zueinander senkrecht verlaufenden Symmetrielinien angeordneten Befestigungslöcher besitzen einen Langlochquerschnitt,
wobei die Ausrichtung der Langlochlängsachsen in Bezug auf den Schnittpunkt der Symmetrielinien in radialer Richtung liegt. Durch eine
derartige Ausrichtung werden thermisch bedingte Längsausdehnungen der Segmentkörper über die einzelnen Langlochquerschnitte vollständig
aufgefangen. Die in den übrigen radialen Richtungen (Diagonalrichtungen) auftretenden Längenänderungen werden durch die
übrigen in den Katodenkörper eingebrachten Durchgangslöcher aufgenommen, wobei diese Durchgangslöcher einen Kreisquerschnitt mit
einem der Längsausdehnung der Langlöcher entsprechenden Kreisdurchmesser besitzen.
Die Befestigung der einzelnen Segmentkörper erfolgt mittels mit diesen
fest verbundenen, vorzugsweise verschweißten Aufnahmebolzen mit Innengewinde. Diese Aufnahmebolzen greifen in die Durchgangsiöcher
des Katodenkörpers ein und werden mittels einer auf der Rückseite des Katodenkörpers in die positionierten Aufnahmebolzen einschraubbaren
Schraube arretiert. Als Vakuumabschluß ist in einer in der Auflageseite des Schraubenkopfes umlaufend eingebrachten Nut ein Dichtring
eingesetzt. Dieser Dichtring bewirkt jeweils einen vakuumdichten Abschluß zwischen der, der Sputterkatode zugewandten Fläche des
Katodenkörpers und der Rückseite des Katodenkörpers. Da die Aufnahmebolzen einen geringeren Außendurchmesser als die
entsprechenden Durchgangsiöcher aufweisen, ist das Sputtertarget zusammen mit der Targetrückplatte auf dem Katodenkörper
"schwimmend", d.h. parallel zur Sputtertargetfläche, verschiebbar gelagert. Vorteilhaft werden somit die infolge thermischer Ausdehnung
sich gegeneinander verschiebenden Segmentkörper im wesentlichen frei von thermischer Spannung gehalten.
Gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Unteranspruchs 5 besteht die Sputterkatode aus einer Indium-Zinn-Legierung und die
Targetrückplatte aus Molybdän und/oder Titan. Der Überlapp zwischen der Targetrückplatte und dem Sputtertarget beträgt dabei vorteilhaft 0,05
mm - 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 mm. Größere Überlappbereiche sind weniger vorteilhaft, da es sonst durch das Zerstäuben der
Targetrückpiatte- zu Verunreinigungen bei der sputterkatodeninduzierten
Beschichtung kommen kann.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
94548 -5-
Es zeigen:
Figur 1 eine Aufsicht auf eine neuerungsgemäße Befestigungsplatte mit angedeuteten Segmentpositionen A-F1
Figur 2 einen Schnitt durch zwei benachbart liegende Segmentkörper,
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Zentralbereichs der in Figur 1 dargestellten Aufsicht auf eine Befestigungsplatte,
Figur 4 einen Schnitt durch den Katodenkörper entlang der Linie J-K
in Figur 3 und
Figur 5 einen Schnitt durch ein mit einer Rückplatte auf der Befestägungsplatte aufgeschraubtem Sputtertarget im
Bereich einer Schraubverbindung.
In Figur 1 ist eine neuerungsgemäße als Katodenkörper 8 ausgebildete
Befestigungsplatte 8 dargestellt. In dem äußeren umlaufenden Randbereich des im wesentlich quadratischen Katodenkörpers 8 sind
Durchgangslöcher 19, 19', 19", ... eingelassen, die zur Befestigung des
Katodenkörpers 8 dienen. Mittels der übrigen in Figur 1 dargestellten Durchgangslöcher z.B. 15', 15", 15'", 24a, 24b, 28a, 28b, 38, 38', 38", 38'"
sind einzelne eine Gesamtkatodenfiäche bildende Segmentkörper A-F auf dem Katodenkörper 8 befestigt. Dabei sind die einzelnen Segmentkörper
A-F derartig aneinander gelegt, daß sie eine im wesentlichen quadratische Gesamtkatodenfiäche bilden. Zur Befestigung der einzelnen
Segmentkö'rper, insbesondere der mittig gelegenen Segmentkörper B und
E weisen die Befestigungslöcher 24a, 24b, 28a, 28b, 38, 38"'
unterschiedliche Öffnungsquerschnitte auf. Die im engeren Zentralbereich der Gesamtkatodensputtertargetfläche gelegenen Durchgangslöcher 28a
und 28b haben einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt (siehe Figur 3),
* ··:··:* 94548
in die ein Aufnahmebolzen 20 (siehe Figur 5) paßgenau einsetzbar ist.
Diese Befestigungslöcher 28a und 28b dienen als Fixierungslöcher, da sich bei einer Erwärmung der Segmentkörper A-F die relative Lage der
Segmentkörper B und E zum Katodenkörper 8 im Bereich um die Befestigungslöcher 28a und 28b nur unwesentlich ändert. Mit
wachsendem radialem Abstand von dem Schnittpunkt der Symmetrielinien h und &ngr; nimmt die Flächenausdehnung der Segmentkörper A-F
kontinuierlich zu. Um diesen Längenzuwachs und die dadurch zum Katodenkörper 8 bedingte relative Lageänderung der Segmentkörper A-F
abzufangen, sind die im wesentlichen parallel zu den Symmetrieünien h
und f angeordneten Durchgangslöcher 24a bzw. 24b jeweils als Langloch ausgebildet. Dabei sind diese Langlöcher 24a und 24b mit ihren
Längsachsen parallel zur Ausdehnungsrichtung der Segmentkörper A-F angeordnet. Die entlang den Diagonalrichtungen zu den Symmetrielinien
h und &ngr; angeordneten Befestigungslöcher 38, 38', 38", 38'", ... besitzen
einen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt d (siehe Figur 3), wobei der
Öffnungsdurchmesser im wesentlichen der Längsachsenausdehnung der Langlöcher 24a und 24b entspricht.
Die auf dem Katodenkörper 8 zu befestigenden Segmentkörper A-F bestehen im wesentlichen aus zwei Schichtlagen, nämlich wie in Figur 2
dargestellt, einer Targetrückplatte 10a, 10b und einer auf der Targetrückplatte 10a, 10b aufgebondeten Sputterkatode 12a bzw. 12b,
wobei die Sputterkatode z.B. aus einer Indium-Zinn-Legierung und die
Targetrückplatte aus Titan oder Molybdän hergestellt ist. Die, die Sputterkatode 12a bzw. 12b tragende Targetrückpiatte 10a bzw. 10b
überlappt die Sputterkatode 12a bzw. 12 seitlich um einen Bereich der Breite a, wodurch bei thermisch bedingter Längenausdehnung der
Segmentkörper A-F ausschließlich die Seitenflächen 34, 17a, 17b miteinander in Druckkontakt treten können.
Zur Befestigung der Segmentkörper A-F sind auf der Targetrückplatte 10,
10a, 10b (siehe Figur 5) Aufnahmebolzen 20 mit einer Schweißverbindung 31 fest aufgebracht. Die Rückplatte 10 ist derartig auf
:*·:· 94548
dem Katodenkörper 8 positioniert, daß die Aufnahmebolzen 20 in die
entsprechenden Befestigungsiöcher (siehe Figur 4) hineinragen, und sind
mittels in die Aufnahmebolzen 20 eindrehbarer Schrauben 22 mit dem Katodenkörper 8 lösbar verbunden. Zur Abdichtung des auf Seiten der
Sputterkatodenfiäche herrschenden Vakuumdrucks gegenüber dem auf der Katodenkörper-Rückseite herrschenden Atmosphärendruck ist in den
Schraubenkopf 23 eine umlaufende Nut 30 eingelassen, in welche ein Dichtring 18 gelagert ist und der bei angezogener Schraube 22 auf dem
Katodenkörper 8 vakuumdichtend aufliegt. Der effektive Öffnungsdurchmesser des Befestigungsloches 32 ist im Bereich des
Schraubenkopfes 23 wie auch im Bereich des Aufnahmebolzens 20 so derartig ausgebildet, daß die Targetrückplatte 10 mit dem auf ihr
befestigten Sputtertarget 12 um einen Abstand c jeweils in einer Richtung oder innerhalb eines Flächenbereichs, wie z.B. bei den
Durchgangslöchern 38, 38', 38",... vorgesehen, verschiebbar ist.
I j ." . *·*·*··* 945 4 8
-8-Bezuaszeichenliste:
6 | Plattenanordnung |
7a, 7b | Umfangslinie |
8 | Katodenkörper, Kühlpiatten, Targetkühikörper |
9, 9a, 9b | Befestigungsplatte |
10, 10a, 10b | Targetrückplatte |
11 | Targetkörper |
12, 12a, 12b | Target, Sputterkatode, Sputterschicht, |
Sputtertarget | |
13 | Targetsegment |
14 | Targetrand |
15, 15', 15", ... | Befestigungsioch, Durchgangsloch |
16 | Dunkelraum |
17a, 17b | Seitenfläche |
18 | Dichtring |
19, 19", 19", ... | Befestigungsloch |
20 | Aufnahmebolzen |
22 | Schraube |
23 | Schraubenkopf |
24a, 24b | Langloch |
25, 25a, 25b | Fläche |
26 | Zentrierung |
28a, 28b | Durchgangsloch, Fixierungsloch |
30 | Nut |
31 | Schweißverbindung |
32 | Befestigungsloch |
33a, 33b | Randbereich |
34 | Seitenfläche |
36 | Targetfläche |
38, 38', 38" | Durchgangsloch |
A-F Segmentkörper
&ngr;, h Symmetrielinie
a Targetkatodenabstand
b Öffnungsdurchmesser
c Abstand
d Öffnungsquerschnitt
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Befestigen einer erwärmbaren, mindestens zwei miteinander fest verbundene Schichtlagen aufweisende und
vorzugsweise zum Einsatz als großflächiges Katodenzerstäubungstarget dienende Plattenanordnung,
gekennzeichnet dadurch, daß die Plattenanordnung (6) aus mindestens zwei Segmentkörpern (13, A-F) besteht, wobei die, die
Schichtlagenkontaktflächen begrenzende Umfangslinie (7a, 7b)
einer ersten Schicht (12a, 12b) vollständig innerhalb der Umfangsiinie (9a, 9b) der Schichtlagenkontaktfläche der zweiten
Schichtlage (10a, 10b) verläuft und wobei die einzelnen Segmentkörper (A-F) mit ihren Seitenflächen (17a, 17b) der ersten
Schichtlage (10a, 10b) derartig zueinander angeordnet sind, daß im nicht erwärmten Zustand die Seitenflächen (17a, 17b)
berührungsfrei sind und daß im erwärmten Zustand ausschließlich die Seitenflächen (17a, 17b) der jeweils ersten Schichtlage (12a,
12b) in, vorzugsweise flächigem Kontakt, miteinander stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
einzelnen Segmentkörper (A-F) auf einer vorzugsweise als Targetkühikörper (8) ausgebildeten Befestigungsplatte (8) lösbar
aufmontiert sind, wobei die Befestigungsplatte (8) Durchgangslöcher (15, 28a, 38) mit Kreisquerschnitten
unterschiedlicher Größe (28a, 15') bzw. Langlochquerschnitte (24a,
24b) mit unterschiedlicher Ausrichtung aufweist, wobei die Öffnungsquerschnitte der, der Flächenmitte des Plattenanordnungs
(6) benachbart angeordneten Durchgangslöcher (28a, 28b) paßgenau, entsprechend der in diesen einzusetzenden
Aufnahmebolzen (20) ausgebildet sind und wobei die als Langloch ausgebildeten Durchgangslöcher (24a, 24b) parallel zu bzw. auf
den die als Fixierungsbefestigung dienenden Durchgangslöchern (28a, 28b) verbindenden und im wesentlichen senkrecht
zueinander verlaufenden Symmetrieiinien (v, h) und mit ihren
Längsachsen in radialer Richtung weisend angeordnet sind, und wobei die übrigen Durchgangslöcher (38, 38', 38", ...) einen
effektiven Öffnungsdurchmesser (d) aufweisen, der im wesentlichen dem maximalen Querschnittsdurchmesser der
Langlöcher (24a, 24b) entspricht, wodurch die thermische Ausdehnung der im erwärmten Zustand im flächigen Seitenkontakt
befindlichen Segmentkörper (A-F) in Bezug auf die Position der Fixierungslöcher (28a, 28b) in radialer Richtung erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentkörper (A-F) aus jeweils zwei
Schichtlagen (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) bestehen, wobei die der
Befestigungsplatte (8) zugewandten Schichtlagen (10, 10a, 10b) jeweils eine Targetrückplatte (10a, 10b) bilden und daß die zweite
Schichtlage (12, 12a, 12b) eine Sputterkatode (12, 12a, 12b) ist,
wobei die Sputterkatode (12, 12a, 12b) mit der Targetrückplatte (10,10a, 10b) fest verbunden, vorzugsweise aufgebondet, ist.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Targetrückplatte (10a, 10b) die
Sputterkatode (12a, 12b) in ihrem umlaufenden Randbereich (33a, 33b) um 0,05 mm - 0,2 mm, vorzugsweise um 0,1 mm, überlappt.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sputterkatode (12, 12a, 12b)
aus einer Indium-Zinn-Legierung und die Targetrückplatte (10, 10a,
10b) aus Molybdän bzw. Titan besteht.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der, der Sputterkatode (12,
12a, 12b) abgewandten Fläche (25, 25a, 25b) der Targetrückplatte
(10, 10a, 10b) Aufnahmeboizen (20) mit einem Innengewinde
angeordnet sind, welche mit der Targetrückplatte (10, 10a, 10b) fest verbunden, vorzugsweise verschweißt sind.
94548
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetrückplatte
(10) derartig auf der als Katodenkörper (8) ausgebildeten Befestigungsplatte (8) positioniert ist, daß die Aufnahmeboizen
(20) mit den Durchführungslöchern (15, 24a, 24b, 28a, 28b, 38, 38',
38", ...) derartig in Eingriff stehen, daß die Targetrückplatte (10,
10a, 10b) flächig auf dem Katodenkörper (8) aufliegt und daß die Rückplatte (10, 10a, 10b) mittels einer in den Aufnahmebolzen (20)
eingedrehten Schraube (22), welche mit einem in ihrem Schraubenkopf (23) in einer umlaufenden Nut (30) gelagerten
Dichtring (18) auf dem Katodenkörper (8) anliegt, parallel zur Katodenflächenausdehnung verschiebbar gehaltert ist, wobei die
maximale Verschiebung dem zwischen dem maximalen Außendurchmesser des Aufnahmebolzens und dem minimalen
Innendurchmesser des Durchgangslochs (15, 28a, 28b, 24a, 24b,
38, 38", 38",...) definierten Abstand (c) entspricht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9412192U DE9412192U1 (de) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | Schwimmende Zentralbefestigung, insbesondere für großflächige Sputterkatoden |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9412192U DE9412192U1 (de) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | Schwimmende Zentralbefestigung, insbesondere für großflächige Sputterkatoden |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9412192U1 true DE9412192U1 (de) | 1994-09-29 |
Family
ID=6911713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9412192U Expired - Lifetime DE9412192U1 (de) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | Schwimmende Zentralbefestigung, insbesondere für großflächige Sputterkatoden |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9412192U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19805471A1 (de) * | 1998-02-11 | 1999-08-12 | Leybold Materials Gmbh | Verfahren zur Reparatur von Targetgrundplatten und nach diesem Verfahren reparierte Targetgrundplatte |
-
1994
- 1994-07-28 DE DE9412192U patent/DE9412192U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19805471A1 (de) * | 1998-02-11 | 1999-08-12 | Leybold Materials Gmbh | Verfahren zur Reparatur von Targetgrundplatten und nach diesem Verfahren reparierte Targetgrundplatte |
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