BR112019025350A2 - Conjunto de alvo para evaporação segura e econômica de materiais quebradiços - Google Patents

Abstract

A presente invenção revela um conjunto de alvo que permite operação segura, livre de fraturas e econômica de materiais de alvo com baixa tenacidade à fratura e/ou resistência à flexão durante processos de evaporação a arco, bem como em processos de pulverização. A presente invenção revela um conjunto de alvo para processos de PVD, que compreende um alvo e um dispositivo de retenção de alvo (20), caracterizado pelo fato de que o alvo (10) compreende uma primeira trava de baioneta, e o dispositivo de retenção de alvo (20) compreende um contracorpo para a primeira trava de baioneta do alvo e uma segunda trava de baioneta para engatar o conjunto de alvo no meio de resfriamento da câmara de deposição.

Description

“CONJUNTO DE ALVO PARA EVAPORAÇÃO SEGURA E ECONÔMICA DE MATERIAIS QUEBRADIÇOS” Estado da técnica

[0001] Sabe-se que alvos feitos de materiais quebradiços frequentemente sofrerem quebra durante a operação, quando são usados como cátodo em processos de deposição física de vapor (PVD). Isso pode levar a defeitos em alvos e placas de resfriamento, bem como a ferramentas de cliente com revestimento inferior. Isso adicionalmente impõe tempo de manutenção à linha de produção e interrompe a produção. A quebra dos alvos geralmente se inicia naquele ponto do alvo em que as maiores tensões mecânicas surgem durante a operação. Esse ponto crítico da geometria do alvo é frequentemente observado, por exemplo, em bordas agudas ou seções finas do alvo, mas também pode estar na superfície ou circunferência do alvo, dependendo da tensão local máxima. A tensão mecânica decorre da pressão do meio de resfriamento no lado traseiro do alvo e substitui as tensões térmicas no alvo durante a operação. No contexto do presente pedido, o termo quebradiço se refere a materiais metálicos e cerâmicos com uma tenacidade à fratura de menos de 40 MPa*m-1/2 ou resistência à flexão de menos de 500 MPa.

[0002] Projetos de alvo padrão para sistemas de PVD comumente exibem geometrias em formato de disco ou placa e consistem no material de alvo ser evaporado durante o processo de pulverização ou arco. Tais alvos em placa ou disco são tipicamente montados no interior de uma câmara de deposição sobre uma placa de resfriamento por um retentor de alvo ou diretamente fixados, por exemplo, por meio de parafusos. A desvantagem, aqui, é que a tensão local devido a parafusos induz a rachaduras durante a operação.

[0003] O documento EP0393344A1 revela uma tentativa de uso de uma estrutura de armação que mantém uma placa de alvo pressionada contra a placa de resfriamento quando o fluido de resfriamento está ativo. A placa de alvo exibe um desnível, que garante que a placa de alvo pode ser deslizada na estrutura de armação. A desvantagem desse conjunto é, entretanto, que um segundo material da estrutura de armação fica voltado para a descarga de plasma ou arco durante a operação, o que pode causar evaporação não intencional da estrutura de armação e, assim, não é adequado para condições de processo estáveis e revestimentos de alta qualidade.

[0004] O documento EP0512456A1 introduz um projeto de alvo, que usa protuberâncias ao longo da circunferência do alvo, o que permite que o alvo possa ser rotacionado no meio de fixação da câmara de deposição. Explica-se que as protuberâncias de alvo interagem com o contracorpo da câmara de deposição semelhante a uma “trava de baioneta”. Um esquema exemplificativo de tal projeto de “alvo padrão” é representado na Figura 8. Semelhante ao documento EP0393344A1, descreve-se no documento EP0512456A1 que a contrapressão da placa de resfriamento ativa é usada para pressionar a placa de alvo contra o meio de fixação, o que garante um bom contato térmico entre o lado traseiro do alvo e a placa de resfriamento. Nessa tentativa, a placa de alvo inteira, incluindo as protuberâncias, é feita do material a ser evaporado, o que causa, entretanto, tensões consideráveis na região de baioneta do alvo e é, assim,

inadequada no caso de materiais de alvo quebradiços.

[0005] No passado, revelou-se uma ideia que melhora a durabilidade de alvos quebradiços durante a pulverização no documento WO2014166620A1. Nesse, o material de alvo quebradiço foi substituído por aço de alta resistência ao longo do diâmetro externo da placa de alvo, onde rachaduras podem frequentemente ser observadas. No entanto, a solução sugerida no documento WO2014166620A1 não é apropriada para a operação de alvos feitos de materiais quebradiços como cátodos em processos de evaporação a arco. Em certas condições, permanece o risco de possível evaporação do retentor de alvo.

[0006] A presente invenção, assim, tenta superar as desvantagens de geometrias de alvo conhecidas, em que materiais de alvo quebradiços frequentemente sofrem quebra durante a operação como cátodos em processos de PVD.

[0007] Portanto, fez-se uma tentativa, nesta invenção, de eliminar o risco de iniciação de rachaduras ao implementar um novo projeto para os alvos, sem expor um segundo material de um retentor de alvo ao plasma de pulverização ou arco.

[0008] Geralmente, supõe-se que a razão da falha por quebra decorre de vários fatores. Um deles é a evolução da tensão local no alvo durante a evaporação a arco ou pulverização. Materiais de alvo com alto ponto de fusão e/ou estrutura cristalina hexagonal, como, por exemplo, Cr, Mo, W elementares ou similares, ou alvos compostos como Ti- Cr, Mo-Cr, Mo-Hf, e outras misturas binárias ou ternárias de materiais de alvo ou elementos de alto ponto de fusão, são propensos à falha por quebra. Em particular, durante a evaporação a arco, ocorre aquecimento local na superfície do alvo, enquanto o lado traseiro do alvo é tipicamente resfriado direta ou indiretamente. A expansão térmica diferente no lado de plasma versus o lado de resfriamento pode levar a tensões elevadas no alvo durante a operação, que é sobreposta por tensão mecânica proveniente da placa de resfriamento que faz pressão contra o lado traseiro do alvo. Também são semelhantes em relação a isso os materiais de alvo, como, por exemplo, boretos como TiB2, ou nitretos como TiN, CrN ou óxidos. Outros fatores são os tipicamente baixos coeficientes de expansão térmica e/ou baixas condutividades térmicas de tais materiais de alvo que podem promover a evolução de tensões térmicas no alvo. Além disso, o projeto do alvo tem que garantir que o alvo seja eletricamente contatado e bem resfriado durante a operação.

[0009] Durante a evaporação a arco, o movimento da mancha do arco pode ser influenciado por várias técnicas, como orientação de arco, por exemplo, através de uma disposição de campo magnético constante ou variável ou disposições de hardware local que permitem conexão suficiente dos elétrons livres a um ânodo. Entretanto, é frequentemente observado que a mancha do arco se move por toda a superfície do alvo, especialmente quando nenhuma orientação de arco é usada. Esse modo de evaporação a arco é denominado movimento de “arco aleatório”. No caso de soluções de projeto de alvo do estado da técnica, busca-se superar as instabilidades mecânicas de alvo com o uso de um retentor de alvo de um segundo material, como no documento WO2014166620A1. Esse retentor de alvo, entretanto, geralmente é da mesma altura que a espessura do alvo e forma uma “gaiola” ao redor do material de alvo a ser evaporado, o que pode levar à evaporação não intencional do material secundário proveniente do retentor de alvo no caso de evaporação a arco.

[0010] Os inventores, assim, propõem uma solução para melhorar a estabilidade mecânica de materiais de alvo quebradiços e, assim, melhorar a capacidade de suportar cargas térmicas na superfície do alvo, sem aplicar um material secundário que fique voltado para a zona de evaporação da superfície do alvo. Pretende-se que o projeto de alvo inventivo seja adequado para evaporação a arco, mas que também possa ser usado para pulverização de CC ou RF, bem como HIPIMS. Objetivo da invenção

[0011] O objetivo da presente invenção é fornecer um conjunto de alvo que permite operação segura, livre de fraturas e econômica de materiais de alvo com tenacidade limitada à fratura e/ou resistência à flexão durante processos de evaporação a arco, bem como em processos de pulverização. O conjunto de alvo inventivo deve preferencialmente permitir a exposição apenas do material de alvo a ser evaporado durante o processo de revestimento. Por isso, apenas o material de alvo e nenhum material secundário do retentor de alvo fica voltado para a descarga de arco ou plasma durante a pulverização. Descrição da presente invenção

[0012] O conjunto de alvo inventivo compreende um alvo inventivo 10 e um dispositivo de retenção 20 mostrados esquematicamente nas Figuras 1 e 2, respectivamente. Preferencialmente, o alvo 10 e o dispositivo de retenção 20 são usados em conjunto com um dispositivo de travamento 30 e uma mola 40, como mostrado esquematicamente nas Figuras 3, 4 e 5, respectivamente. O alvo 10 exibe um lado frontal, que é exposto à descarga de plasma ou arco. O lado traseiro do alvo compreende recursos geométricos específicos que permitem várias funções e vantagens correlacionadas durante a operação, como, por exemplo: - uso da superfície de alvo inteira exposta à descarga de plasma ou arco para evaporação de material de alvo - uso do alvo em uma ampla faixa de utilização - combinação do alvo com um dispositivo de retenção de alvo 20 - boa capacidade elétrica e térmica melhorada do alvo - resistência melhorada durante a operação em temperaturas elevadas do material de alvo quebradiço - uso de materiais de alvo tipicamente quebradiços, como materiais com estrutura cristalina hexagonal e/ou alto ponto de fusão, como metais refratários (por exemplo, Cr, Mo, W), misturas de tais metais, vários óxidos, carbonetos e boretos.

[0013] O projeto de alvo inventivo se destina principalmente a alvos em formato de disco, embora o conceito inventivo também possa ser aplicado a alvos em formato de placa se pequenas modificações do dispositivo de retenção de alvo forem aplicadas. A discussão a seguir, portanto, lida apenas com geometrias em formato de disco a título de clareza.

[0014] O projeto de alvo inventivo pode ser aplicado a qualquer material de alvo para arco, bem como processos de pulverização, entretanto é mais adequado para materiais de alvo quebradiços.

[0015] No contexto do presente pedido o termo “baioneta” ou “trava de baioneta” se refere a um mecanismo de travamento em que quaisquer protuberâncias do alvo 10 e/ou do dispositivo de retenção de alvo 20 conseguem engate com um contracorpo correspondente. O contracorpo pode ser o dispositivo de retenção de alvo 20 ou alternativamente o meio de resfriamento para captação do alvo na câmara de deposição (não mais discutido no presente pedido). As protuberâncias da trava de baioneta, portanto, se encaixam em aberturas ou rebaixos do contracorpo. O conjunto de alvo inventivo compreende duas travas de baioneta. Uma primeira trava de baioneta, que contata o alvo 10 no dispositivo de retenção de alvo 20, e uma segunda trava de baioneta que fixa o conjunto de alvo inventivo inteiro no meio de resfriamento de uma câmara de deposição. Após a rotação do alvo 10 e/ou dispositivo de retenção de alvo 20, as superfícies das respectivas protuberâncias e do contracorpo se opõem. Quando se aplica pressão no lado traseiro do alvo pelo meio de resfriamento, as protuberâncias individuais e as superfícies de contracorpo opostas correspondentes se engatam e “travam” o conjunto de alvo inventivo.

[0016] O diâmetro do alvo inventivo pode ser quase qualquer número arbitrário que for escolhido a fim de corresponder aos requisitos da máquina de revestimento individual. Diâmetros externos de alvo típicos de sistemas de HIPIMS, pulverização ou arco disponíveis comercialmente estão na faixa de 45 a 200 mm, preferencialmente entre 60 e 150 mm. Em um exemplo específico, o diâmetro do alvo é escolhido com 150 mm.

[0017] Em um conjunto de alvo de acordo com a presente invenção, o alvo inventivo 10, esquematicamente indicado nas Figuras 1 e 5, é construído a fim de encaixar em um dispositivo de retenção 20, que pode, por exemplo, ser um anel de baioneta de aço de alta resistência 20 como esquematicamente apresentado nas Figuras 2 e 5. O alvo 10 compreende meio para captação do dispositivo de retenção 20, que pode ser, por exemplo, protuberâncias que trabalham junto com o dispositivo de retenção 20 como uma trava de baioneta. Uma rotação relativa do alvo 10 com relação ao dispositivo de retenção 20 em rotação no sentido horário ou anti-horário é necessária para uma semitrava. Para impedir o risco de contrarrotação e travar completamente ou impedir desmontagem não intencional, é preferencialmente usado um dispositivo de travamento 30 que é mostrado exemplificativamente nas Figuras 3 e 5, que pode ser, por exemplo, um anel de centralização com meio de fixação. O conjunto de alvo pode, assim, ser fixado por uma mola 40 (consultar Figuras 4 e 5), que impede que o dispositivo de travamento opcional 30 se solte do dispositivo de retenção 20 e alvo 10. Quando todas as partes estão armadas e travadas apropriadamente, o alvo armado pode ser usado como um alvo padrão na produção. Nenhum hardware ou manipulação adicional para o alvo é necessário. Ao fim da vida útil do alvo, o alvo armado pode ser facilmente desmontado e as partes 20, 30 e 40 podem ser reutilizadas para os próximos alvos novamente. Detalhes adicionais e modalidades preferidas da presente invenção:

[0018] O alvo inventivo compreende uma reentrância circunferencial 12, que é formada entre o lado frontal que é exposto à evaporação e que se destina a “ocultar” o dispositivo de retenção de alvo da descarga de arco ou plasma. A reentrância 12 delimita o lado frontal do alvo a partir do corpo de alvo para o lado traseiro do alvo, formando, desse modo, o diâmetro interno de alvo D2 que é menor do que D1. A porção do diâmetro externo de alvo D1 que se projeta no diâmetro interno D2 é denominada primeira porção do alvo e exibe um ressalto de alvo 11. A região do diâmetro interno de alvo D2 é denominada segunda porção de alvo. Isso pode ser visto a partir do corte transversal do alvo 10 ao longo do eixo A-A’ e B-B’ na Figura 1. Além disso, o alvo compreende, pelo menos duas, preferencialmente três ou mais protuberâncias de alvo 14, que são radialmente distribuídas ao longo da circunferência do alvo. Essas protuberâncias de alvo 14 permitem fixar o alvo no dispositivo de retenção de alvo 20 e não podem se projetar no diâmetro externo D1 do alvo quando vistas do lado frontal do alvo. Essa condição deve deixar espaço suficiente na dimensão radial para o dispositivo de retenção 20. A porção do alvo com as protuberâncias de alvo 14 é denominada terceira porção de alvo.

[0019] O alvo pode adicionalmente compreender pelo menos duas, preferencialmente três ou mais ranhuras de alvo 16, que também são radialmente distribuídas ao longo do lado traseiro do alvo e alcançam o corpo de alvo, como mostrado esquematicamente na Figura 1. Essas ranhuras de alvo 16 chegam tão fundo no alvo quanto necessário para levar um dispositivo de travamento 30 totalmente para cima.

[0020] Geralmente, cada entalhe em materiais quebradiços é considerado como uma fonte típica de rachaduras. Diferentemente dos alvos em formato de placa ou disco do estado da técnica, os inventores constataram surpreendentemente que o alvo 10 proposto, que compreende a reentrância circunferencial 12, protuberâncias de alvo 14 e ranhuras de alvo 16 opcionais, pode suportar cargas mecânicas mais elevadas durante a operação em comparação com um retentor de alvo “semelhante a gaiola”, como conhecido a partir do estado da técnica, por exemplo, no documento WO2014166620A1. Presume-se que a carga mecânica é mais bem distribuída por meio da interação das protuberâncias de alvo 14 e das protuberâncias internas do dispositivo de retenção de alvo 24, como explicado abaixo.

[0021] Cargas elevadas durante a operação tipicamente se originam da pressão do meio de resfriamento no lado traseiro do alvo e da expansão térmica diferente do lado frontal e do lado traseiro, que são induzidas pela temperatura elevada no lado frontal do alvo devido à descarga de plasma ou arco. Para a surpresa dos inventores, o projeto de alvo inventivo permite a operação em correntes de arco mais elevadas ou potência de pulverização melhorada, em comparação com os projetos de alvo do estado da técnica.

[0022] Verificou-se que várias condições para o projeto do alvo são benéficas (consultar também a Figura 6): - a profundidade da reentrância 12 na direção radial, dr, expressa por metade da diferença entre o diâmetro externo do alvo D1 e o diâmetro interno D2, ou deve estar na faixa de 2 a 7,5 % de D1, preferencialmente 2,5 a 4,5 %. - a espessura do ressalto de alvo, tn, pode estar entre

60 % e 150 % de dr, embora os melhores resultados tenham sido alcançados com uma razão de 75 %. - a altura da reentrância depende da espessura das protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção de alvo 20.

[0023] A seleção de valores ideais depende fortemente do diâmetro e da espessura do alvo, mas pode ser vista como uma regra geral para o projeto do alvo.

[0024] Isso significa, por exemplo, que para um alvo com diâmetro externo D1 de 150 mm, uma profundidade de reentrância, dr, pode ser escolhida entre 3,0 e 11,25 mm, preferencialmente entre 3,8 e 6,8 mm, que resulta para 75 % de dr nas espessuras resultantes do ressalto de alvo, tn, de 2,3 a 8,4 mm, e preferencialmente de 2,9 a 5,1 mm, respectivamente.

[0025] A condição mais importante para o projeto de alvo inventivo é a espessura da protuberância de alvo 14 na direção axial, também denominada baioneta de alvo, tb. Verificou-se que, com o projeto de alvo inventivo, as tensões mecânicas, como mencionado acima, são preferencialmente distribuídas por meio das protuberâncias de alvo 14 no dispositivo de retenção de alvo 20. O valor mínimo de tb depende de vários fatores, como, por exemplo: - a geometria do diâmetro de alvo externo (D1) e interno (D2), - a área de superfície do lado traseiro do alvo que está em contato com o meio de resfriamento, - a pressão do meio de resfriamento no alvo durante a operação, - as propriedades mecânicas do material de alvo.

[0026] Os fatores geométricos podem ser escolhidos, pela pessoa versada na técnica, de modo a corresponder melhor às necessidades da fonte de deposição individual. Basicamente, o diâmetro interno de alvo D2 deve, desse modo, ser escolhido o menor possível para permitir profundidade suficiente para que as protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção de alvo 20 se “enganchem” no alvo

10. Isso garante que uma área de superfície suficiente das protuberâncias internas 24 sobrepostas e das protuberâncias de alvo 14 forneçam resistência mecânica suficiente do conjunto de alvo. Por outro lado, o diâmetro interno de alvo 20 deve ser o maior possível para maximizar o volume de alvo que é eficaz para evaporação durante a operação.

[0027] Os inventores constataram que, como regra geral, o valor mínimo de tb deve ser de 15 %, preferencialmente 25 % e ainda mais preferencialmente 33 % da espessura de alvo inicial ts, consultar também as Figuras 1 e 6. No caso de um alvo de Cr com ts de 12 mm, verificou-se que a espessura da protuberância de alvo tb deve ser de pelo menos 1,8 mm, preferencialmente 3,6 mm, e ainda mais preferencialmente 4 mm. Adicionalmente, o valor máximo de tb é limitado pela espessura mínima das protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção 20. A seleção de valores ideais de tb, assim, também depende fortemente do diâmetro e da espessura do alvo, mas pode ser vista como uma regra geral para o projeto do alvo. O valor máximo de tb é limitado pela espessura mínima das protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção de alvo 20 na direção axial, para corresponder aos requisitos mecânicos e impedir falha mecânica das protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção de alvo 20 durante a operação. Adicionalmente uma pequena folga entre as protuberâncias de alvo 14 e as protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção de alvo 20 tem que ser prevista no projeto para permitir uma armação suave. Verificou-se que um valor máximo de 85 % da espessura de alvo inicial ts corresponde a esses requisitos.

[0028] A pressão da placa de resfriamento está tipicamente entre 1 e 5 bar. Entretanto, é difícil determinar as propriedades mecânicas e, no presente documento, especialmente a resistência à flexão do material de alvo, pois isso depende fortemente da composição do material de alvo, tamanho de grão, método de produção.

[0029] A ilustração esquemática na Figura 6 mostra que, a partir do corte transversal de um alvo virgem (linhas sólidas externas) com uma espessura de alvo inicial ts, apenas pouco material de alvo (marcado pela área hachurada, circundado pela linha tracejada) com espessura de alvo, te, permanece até o fim da vida útil. Os valores mencionados acima de tn e dr são importantes, visto que um alvo ainda deve ser mecanicamente estável no fim de sua vida útil. Podem, assim, ser usados inclusive alvos quebradiços até uma espessura de alvo inferior crítica, te, ser alcançada, se a razão dada for usada de uma maneira conservadora.

[0030] Os valores tn e dr podem, entretanto, depender dos materiais de alvo usados (por exemplo, metais, cerâmica ou misturas de metais e/ou cerâmica) e suas propriedades específicas, bem como as cargas mecânicas decorrentes, por exemplo, de uma placa de resfriamento na parte traseira do alvo ou outras considerações geométricas.

[0031] No exemplo apresentado de um alvo de Cr metálico na Figura 1, são mostradas quatro protuberâncias de alvo 14 que são igualmente distribuídas ao longo da circunferência do lado traseiro do alvo. O número de protuberâncias de alvo, bem como seu comprimento circunferencial, tem que ser selecionado pela pessoa versada na técnica a fim de corresponder aos requisitos da máquina de deposição individual com o objetivo de alcançar a estabilidade ideal do alvo.

[0032] O lado frontal do alvo que se destina ser evaporado durante o processo de deposição, é inicialmente uma superfície plana. A superfície frontal pode ser adicionalmente usinada (por exemplo, usinagem por torneamento, fresagem, retificação, esmerilhamento ou eletroerosão) de modo que a rugosidade da superfície do alvo seja reduzida. De uma maneira semelhante, os diâmetros interno e externo D1 e D2, bem como as protuberâncias de alvo 14, ranhuras de alvo 16 e a reentrância resultante 12, podem ser usinados. Resultados ideais são alcançados se uma rugosidade de superfície de alvo de Ra < 5 µm, preferencialmente Ra < 3,5 µm for alcançada.

[0033] Como indicado esquematicamente na Figura 2, o dispositivo de retenção de alvo 20 correspondente se destina a conectar o alvo 10 ao meio de resfriamento e, assim, à câmara de deposição, que compreende pelo menos dois grupos de protuberâncias internas e externas. As protuberâncias externas 22 se destinam a travar o conjunto de alvo inteiro na trava de baioneta da fonte de deposição no interior da câmara de deposição, que coloca o lado traseiro do alvo em contato com a placa de resfriamento. Um mecanismo correspondente é conhecido pelo especialista no campo e, assim, não há necessidade de explicação mais detalhada. Entretanto, as protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção 20, se destinam a encaixar nas áreas correspondentes, que são deixadas abertas entre as protuberâncias de alvo 14 e o ressalto de alvo 11, a saber, as mesmas encaixam na reentrância 12. O número de protuberâncias internas 24 e protuberâncias de alvo 14 correspondentes tem que ser o mesmo. O número de protuberâncias externas 22 e protuberâncias internas 24 pode diferir entre si, mas preferencialmente têm o mesmo número, como mostrado exemplificativamente na Figura 2. A disposição se torna ideal se pares de 4 protuberâncias de alvo 14 e protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção são escolhidos. Como explicado acima, as protuberâncias de alvo 14 precisam exibir resistência mecânica suficiente e, assim, pelo menos uma espessura mínima na direção axial da espessura de alvo. O dispositivo de retenção 20 deve exibir uma altura que, após a armação com o alvo 10, o lado traseiro do alvo 10 esteja uniforme com o lado traseiro do dispositivo de retenção de alvo 20. Isso permite que o lado traseiro do alvo esteja totalmente em contato com o meio de resfriamento de alvo da câmara de deposições.

[0034] No exemplo escolhido, o dispositivo de retenção de alvo 20 e o alvo 10 podem ser facilmente armados e, por um movimento de 45 graus no sentido horário do alvo 10 versus o dispositivo de retenção 20, um estado semitravado é alcançado. A sobreposição resultante das protuberâncias de alvo 14 e das protuberâncias internas 24 do dispositivo de retenção 20 garante que uma carga mecânica no lado traseiro do alvo seja encaminhada de modo eficaz para o dispositivo de retenção e que a tensão mecânica seja diminuída na superfície do alvo e no diâmetro externo do alvo. O especialista sabe como escolher a espessura correspondente das protuberâncias externas 22 e internas 24 para garantir a compatibilidade com o alvo 10, bem como a câmara de deposição ou sistema de resfriamento. Uma folga suficiente para o fácil movimento durante a armação das partes individuais tem que ser prevista pelo especialista. Os cortes transversais da Figura 2, ao longo do eixo C-C’ e D-D’, exibem alguns detalhes exemplificativos de como o dispositivo de retenção 20, no presente caso, um anel de aço inoxidável de alta resistência, pode ser conformado a fim de corresponder aos requisitos acima mencionados.

[0035] Em outra modalidade da invenção, um dispositivo de travamento 30 e uma mola 40 são usados. Portanto, tem que ser prevista uma etapa adicional na direção radial do alvo 10 (D4 na Figura 6) que delimita as protuberâncias de alvo 14 do corpo de alvo ao lado traseiro do alvo. Adicionalmente, o dispositivo de retenção 20 pode compreender ranhuras retentoras 26, que são fabricadas de modo que se oponham diretamente às ranhuras de alvo 16 do corpo de alvo, após o alvo 10 ser armado com o dispositivo de retenção 20 e rotacionado para alcançar o estado semitravado. As ranhuras de alvo 16 opcionais e as ranhuras retentoras 26 se destinam a receber abas de fixação 32 de um dispositivo de travamento 30 opcional, de modo que o movimento rotacional possa ser bloqueado de forma eficaz. Portanto a profundidade das ranhuras de alvo 16, bem como,

das ranhuras retentoras 26, respectivamente, é determinada pela espessura do dispositivo de travamento 30 utilizado. No presente caso, um anel de aço de alta resistência com uma espessura de 1 mm foi usado como dispositivo de travamento (consultar por exemplo, Figura 2 e 5 em correspondência). A espessura desse dispositivo de travamento 30 também pode, entretanto, ser significativamente maior, por exemplo, 2 a 5 mm, dependendo do diâmetro e espessura do alvo. As abas de fixação 32 se destinam a se estender do anel de fixação na direção radial até as ranhuras retentoras 26, mas não além. De modo semelhante, o lado oposto das abas de fixação 32 se estende na direção radial até as ranhuras de alvo 16.

[0036] O dispositivo de retenção 20 pode compreender uma reentrância interna circunferencial 28, que pode ser vista na Figura 2, corte transversal C-C’. Essa reentrância interna 28 tem uma profundidade de apenas 1 a 2 mm e pode ser considerada como captação para uma mola 40. Quando o conjunto de alvo é construído do alvo 10 com o dispositivo de retenção 20 e o dispositivo de travamento 30 opcional, como descrito acima, a mola 40 é facilmente pressionada (por exemplo, com a mão) no vão circunferencial remanescente diretamente no dispositivo de travamento 30. Devido a sua característica elástica, a mola 40 se abre e é recebida pela reentrância interna 28 do dispositivo de retenção 20, onde se engancha e impede que o dispositivo de travamento 30 desarme de forma não intencional.

[0037] Como pode ser visto a partir do desenho esquemático na Figura 4, a mola 40 exibe ganchos 42 em cada lado da mola achatada 40. Esses ganchos podem ser ocultados nas ranhuras retentoras 26 do dispositivo de retenção 20 quando a mola é fixada, o que garante um lado traseiro uniforme do conjunto de alvo inteiro. Esses ganchos 42 são meios para fácil manipulação e desarmamento intencional do alvo após o uso. A mola 40 também pode ser feita de qualquer metal, preferencialmente aço inoxidável ou de alta resistência, de forma que exiba características elásticas suficientes e seja preferencialmente achatada para se encaixar melhor no conjunto de alvo inteiro. O material do dispositivo de retenção de alvo 20 tem que ser escolhido de modo a ser eletricamente condutor e suportar as cargas mecânicas resultantes durante a operação, em que se constatou que o aço inoxidável ou de alta resistência melhor corresponde a esses requisitos, embora outros metais ou cerâmicas eletricamente condutoras possam ser imaginados.

[0038] Como condições de borda para o conjunto de alvo inventivo inteiro, é importante que o lado traseiro do alvo 10 esteja uniforme com o dispositivo de retenção 20. A situação é esquematicamente apresentada na Figura 7, onde um detalhe do corte transversal de um alvo armado é representado. É importante que todos os cantos “agudos” sejam evitados, o que significa que os raios das bordas durante a usinagem não devem ser menores do que 0,5 mm, preferencialmente não menores do que 0,25 mm.

[0039] Uma vista explodida do conjunto de alvo inventivo que compreende um alvo 10, um dispositivo de retenção de alvo 20, bem como um dispositivo de travamento 30 opcional e uma mola 40 é mostrada esquematicamente na Figura 5.

[0040] Um benefício do conjunto de alvo inventivo é que o dispositivo de retenção de alvo 20 pode agir como um adaptador para o meio de resfriamento e/ou captação de instalações de deposição existentes, desde que as captações dos revestidores existentes exibam uma trava de baioneta como contracorpo para o alvo inventivo 10 e/ou o dispositivo de travamento do alvo 20. Por isso, modificações dispendiosas de meio de resfriamento ou instalações de deposição já instaladas não são necessárias.

[0041] Outro benefício do conjunto de alvo inventivo por meio de projetos de alvo padrão típicos que expõem toda a mesma área projetada para a descarga de plasma ou arco é mostrado esquematicamente na Figura 8. A partir dessa comparação, pode-se claramente ver a vantagem econômica da presente invenção, já que o alvo inventivo 10 requer menos material em comparação com os outros alvos, enquanto, ao mesmo tempo, supera as desvantagens dos alvos “padrão”. O corte transversal A-A’ se refere ao alvo inventivo 10, o corte transversal F-F’ se refere a um alvo em formato de disco simples 90, e o corte transversal E-E’, a um alvo do estado da técnica 80. Todos os alvos são completamente feitos do material a ser evaporado, entretanto a quantidade de material necessária para sua produção difere. Como explicado acima, o alvo do estado da técnica 80 exibe protuberâncias que são parte de uma trava de baioneta e não é adequado para materiais de alvo quebradiços. Para alcançar a mesma área de superfície de alvo exposta ao plasma, um alvo em formato de disco completo 90 tem que ser fabricado com um diâmetro maior, pois a estrutura de armação que fixa o alvo à placa de resfriamento bloqueia uma quantidade significativa de material de alvo na região de borda. Esse material não pode ser evaporado e está, assim, “perdido” para a produção. No caso de materiais de alvo dispendiosos, esse volume de alvo não usado passa a ter importância econômica. O presente alvo inventivo, entretanto, requer a menor quantidade de material de alvo, expõe apenas o material a ser evaporado à descarga de plasma ou arco e finalmente melhora a estabilidade mecânica, o que garante uma operação segura em um alto grau de consumo de alvo possível.

[0042] O conjunto de alvo inventivo apresentado ajuda a superar a falha por quebra durante a deposição a arco, bem como processamento de plasma. É fácil montar e desarmar após o uso. O mesmo pode ser usado muitas vezes e permite maior consumo de materiais de alvo frequentemente dispendiosos. No caso do cromo, é útil evitar rachaduras e a necessidade de troca prematura dos alvos, o que aumenta de modo eficaz a vida útil dos alvos, reduz custos e tempo durante a produção.

Claims (11)

REIVINDICAÇÕES

1. Conjunto de alvo para processos de PVD, que compreende um alvo (10) para operação em um plasma de pulverização ou arco e um dispositivo de retenção de alvo (20), caracterizado pelo fato de que o alvo (10) compreende uma primeira trava de baioneta, e o dispositivo de retenção de alvo (20) compreende um contracorpo para a primeira trava de baioneta do alvo e uma segunda trava de baioneta para engatar o conjunto de alvo no meio de resfriamento da câmara de deposição, em que o alvo (10) compreende - um lado frontal do alvo a ser exposto ao plasma de pulverização ou arco durante a operação que exibe um primeiro diâmetro externo Di, que é o maior diâmetro do alvo (10), correspondendo a uma primeira porção do alvo (10), e - um segundo diâmetro D2 correspondendo a uma segunda porção do alvo que é menor do que D1, e - um lado traseiro do alvo que deve estar em contato com o meio de resfriamento, e - pelo menos duas protuberâncias de alvo (14) em uma terceira porção do alvo, que se projetam ao longo da circunferência do corpo do alvo no diâmetro interno D2 na direção radial, mas não se projetam no diâmetro externo D1; as protuberâncias de alvo formam, desse modo, a primeira parte da primeira trava de baioneta, e o dispositivo de retenção de alvo (20), que compreende: - pelo menos dois grupos de protuberâncias externas (22) e internas (24), em que as protuberâncias internas (24) formam o contracorpo para a primeira trava de baioneta das protuberâncias de alvo (14), e as protuberâncias externas (22) formam a segunda trava de baioneta para travar o alvo na câmara de deposição.

2. Conjunto de alvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espessura, tb, das protuberâncias de alvo (14) na direção axial, que é a direção de espessura do alvo, está entre 15 % e 85 % da espessura inicial do alvo, ts.

3. Conjunto de alvo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o alvo (10) exibe uma reentrância (12) na direção radial com uma profundidade de reentrância dr, expressa por metade da diferença entre o diâmetro externo do alvo D1 e o diâmetro interno D2 na faixa de 2 a 7,5 % de D1.

4. Conjunto de alvo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o alvo (10) exibe um ressalto de alvo (11) com uma espessura tn, na faixa de 60 % a 150 % de dr.

5. Conjunto de alvo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o número de protuberâncias internas (24) do dispositivo de retenção de alvo (20) é igual ao número de protuberâncias externas (22).

6. Conjunto de alvo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a espessura das protuberâncias internas (24) é menor do que a altura da reentrância de alvo (12) do alvo (10).

7. Conjunto de alvo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o alvo (10) e o dispositivo de retenção de alvo (20) compreendem pelo menos duas ranhuras de alvo (16) no alvo (10) e pelo menos duas ranhuras retentoras (26) no dispositivo de retenção de alvo (20) como uma captação para um dispositivo de travamento (30).

8. Conjunto de alvo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o conjunto de alvo compreende um dispositivo de travamento (30), para travar o alvo (10) com o dispositivo de retenção de alvo (20) impedindo contrarrotação não intencional.

9. Conjunto de alvo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de travamento (30) exibe abas de fixação (32).

10. Conjunto de alvo, de acordo com as reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de retenção de alvo (20) exibe um entalhe circunferencial (28) ao longo do lado interno do dispositivo de retenção de alvo como uma captação para uma mola (40).

11. Conjunto de alvo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o conjunto de alvo compreende uma mola (40) como uma trava contra desmontagem não intencional do conjunto de alvo.