CN104204286A - 与间接的冷却装置相匹配的靶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及靶，其构造为用于气相沉积方法的材料源、带有前侧和背侧，其特征在于，在背侧处粘有自粘性的碳薄膜。靶可构造为用于溅射方法和/或用于阴极火花蒸镀方法的材料源。特别有利地，靶用在带有间接的冷却部的涂覆源中，其中，自粘性的碳薄膜与膜片处于面接触中，膜片为冷却通道的部件。

Description

与间接的冷却装置相匹配的靶

技术领域

本发明涉及这样的靶(Target)，其表面尤其在真空条件下用作在PVD方法的范围中的材料源(Materialquelle)。本发明尤其涉及这样的靶，其用于溅射(下面将概念“溅射”与PVD方法“喷射”同义地来使用)。这种靶在应用中主要由源支架(Quellenhalterung)保持，在其中设置有用于冷却靶的器件。本发明尤其涉及包括这样的靶的涂覆源(Beschichtungsquelle)。

背景技术

在溅射时，在真空条件下利用离子轰击靶的表面。通过轰击使材料从靶表面脱离，其可存储到在为此设置的、放置在靶表面的视域中的基材上。为此所需的离子由设立在靶表面之上的等离子体提供。通过将负电压施加到靶处使离子朝靶加速。每时间单位流动的离子越多，涂覆率就越高。施加到靶处的电压越高，离子冲击在靶表面上的速度越高且从靶脱离的喷射的材料能量越高。因此，高的功率输入是值得期望的。此外，已知在喷射的材料的电离度与功率密度之间的相关性。在HIPIMS方法中利用该效应。

施加到这种溅射靶处的平均的功率密度通常处在从5W/cm²至30W/cm²的范围中。

然而，溅射是带有很低的能量效率的PVD涂覆方法。这意味着，提供的能量的大部分在靶中转变成热，且将靶加热。热必须通过冷却部引开。为此，根据现有技术存在不同的附件，其将在下面进行简短概述。

a) 直接冷却的靶

对于例如在图1中示意性地示出的直接冷却的靶1，将在靶表面3处转变成热的功率通过在靶材料5中的热传导传导至靶背侧7。在水通道9中流动的冷却液体11可将热流相应于其热容和流动情况引开。在靶背侧7与冷却液体11之间存在非常好的直接的热接触。然而，在这种情况下必需将靶例如通过螺栓13连接到基体15处。此外，必须设置密封部17，其密封真空不受冷却液体11(例如水)的影响。此外，在图1中草绘了电的供电线路6。在其他情况下，该附图仅仅是示意性的附图。其他的构件(其例如用于产生真空、隔离、冷却液体的输送和引出)对于本领域技术人员是已知的且在此取消它们的图示。

虽然该直接冷却的靶的迷人之处在于非常好的冷却功率，但由于冷却剂-真空，在更换靶时，对于水-靶结合部的密封和必需的拆开来说具有决定性的缺点。因此例如存在产生冷却液体泄漏的风险。如果需要经常更换靶材料，那么该风险特别大。

b) 间接冷却的靶

对于例如在图2中示出的间接冷却的靶，靶201以其背侧203固定(例如拧紧或夹住)在源支架205处，其中，在源支架205中集成有本身闭合的冷却板207。冷却板207例如包括利用冷却剂流经的冷却通道209，运动通过冷却通道209的液体将热引开。

在这种情况下，冷却液体通道由坚固的固定的覆盖部限制。为了冷却和电接触覆盖部，靶例如在周围或必要时在靶的中部中利用螺栓来固定。该方法尤其引起两个问题：

热通道由靶背侧的表面和冷却板的表面形成。在没有特别的措施的情况下，这两个表面形成边界面，其在很大程度上不同于理想的平坦的接触副。在图3中示出了这样的情况。在这种情况下，热传导显著降低且证实为与压力相关。但压紧力例如仅可通过固定螺栓导入，也就是说，仅可局部地改善热传导。

这种情况可通过在两个表面之间设置接触膜来改善。接触薄膜例如可包含铟、锡或石墨。薄膜可通过其延展性补偿在靶背侧与冷却板的表面之间的不平坦性。此外，可将压紧力更均匀地施加到面上。

该方法的缺点是，接触薄膜的装配尤其在靶竖直装配时很困难且很麻烦。如果发生经常更换靶材料，那么这关系特别重大。在石墨薄膜的情况下，虽然侧向的热传导性很好，然而横向的热传导性很差。因此，石墨薄膜必须一方面很薄，以便其很差的横向的热传导性并未妨碍冷却过程。另一方面必需一定的薄膜厚度，以便避免薄膜在装配时损坏。因此，使用带有不低于0.5mm的厚度的石墨薄膜。

发明内容

因此，存在用于靶的经改善的冷却装置的需求，该冷却装置尤其相对于由现有技术已知的装置改善靶材料的更换。

本发明基于上面简略绘制出的间接的冷却装置的改进方案。根据本发明，该目的由此解决，即，在靶本体的背侧处安装有与靶本体固定的连接的自粘性的碳薄膜。薄膜可在未装配靶本体的情况下与靶本体的背侧均匀地且无间隙地粘在一起。由此保证在靶本体的背侧与碳薄膜之间的非常好的热接触。然后可将靶本体以简单的方式装配在源支架处。固定在靶处的碳薄膜现在在冷却板的表面与靶本体的背侧之间具有接触薄膜作用。

在真空工艺的领域中使用这种自粘性的碳薄膜并不常见。因为用来制造自粘性的碳薄膜的胶在真空条件下严重脱气且由此负面地影响真空，且相应的逃逸的成分导致污染需在真空下处理的基材，所以并未使用这样的物质。

与此相对，发明者本身惊奇地发现，使用例如上述的自粘性的薄膜并不显著地具有概述的不利的效果。与此相关的解释可在于，由于与靶表面的背侧的紧密的接触且由于碳薄膜与膜片的接触，粘合剂的脱气极其缓慢且因此关系不大。

附图说明

现在借助附图且根据不同的实施例详细阐述本发明。其中：

图1显示了带有直接的冷却部的传统的涂覆源；

图2显示了带有间接的冷却部的传统的涂覆源；

图3显示了在带有根据图2的冷却部的涂覆源中的受限制的热接触；

图4以截面图显示了带有所安装的自粘性的碳薄膜的有创造性的靶的实施方式；

图5在第一实施方式中显示了集成到带有间接的冷却部的涂覆源中的有创造性的靶；

图6在第二实施方式中显示了集成到涂覆源中的有创造性的靶。

具体实施方式

与此相应，图4a显示了靶401，在其靶背侧403处安装有在一侧自粘性的碳薄膜407，其带有在0.1mm与小于0.5mm之间的厚度。碳薄膜的优选的且在该示例中选择的厚度为0.125mm。在该示例中，使用Kunze公司的接触薄膜，其产品料号为KU-CB1205-AV。

在图4中同样显示了靶背侧和自粘性的碳薄膜的边界面的更详细的截面。在此，碳薄膜包括粘膜409(其使得碳薄膜变成自粘性的薄膜)以及碳膜411。

根据图4的靶可很好地集成到带有间接的冷却部的涂覆源中，如在图5中显示的那样：带有自粘性的碳薄膜507的靶501利用螺栓513固定到源支架505的前侧处，其中，在源支架中集成有带有冷却通道509的冷却板，且将碳薄膜507压到冷却板的背侧503上，由此产生与冷却板的很好的热接触。由于根据本发明的事实是碳薄膜粘到靶背侧上，所以靶更换非常简单，即使靶竖立装配在涂覆室中。

间接的冷却部的一改进的变型方案是借助于可运动的膜片的间接的冷却部，如在图6中显示出的那样。类似于在图5中简略绘制的那样，该结构具有带有自粘性的碳薄膜607的靶601、源支架605、冷却通道609，其中，然而，冷却板的这样的壁(其使冷却通道609与碳薄膜607分开)在该优选的实施方式中构造为柔性的膜片603。冷却剂例如可为水。在更换靶时不必拆开水密封部。如果靶601通过合适的措施固定在源支架605上(例如借助于夹子613或螺栓)，则由于在冷却通道609中存在的流体静压将膜片603均匀地压到靶背侧处且因此压到自粘性的碳薄膜607处，且产生非常好的面式的热接触。

下面的表格1以令人印象深刻的方式用文献资料表明自粘性的碳薄膜在此扮演重要作用，在其中，在带有和不带有自粘性的碳薄膜的情况下针对不同的溅射功率和两种不同的材料成分对靶温度进行了比较：

表格1

编号	靶类型	碳薄膜	溅射功率	靶温度
					1	AlCr(70%:30%)	没有	5KW	235°C
2	AlCr(70%:30%)	有	5KW	132°C
					3	AlCr(70%:30%)	有	7.5KW	171°C
4	AlCr(70%:30%)	有	10KW	193°C
					5	AlTi(67%:33%)	有	5KW	138°C
6	AlTi(67%:33%)	有	7.5KW	182°C

如在表格1的编号为1的测量中那样的没有有创造性的自粘性的碳薄膜的靶可出于机械的原因仅可靠地以直到2.5kW的溅射功率运行。通过使用带有自粘性的碳薄膜的根据本发明的靶将功率度量增加多于1倍。

对于其他的靶材料，即，对于其他的AlTi或AlCr比例以及还对于纯的铝靶、钛靶和/或铬靶，在质方面显示了相似的情况。如果使用在6mm与18mm之间的靶厚度，本发明显示了特别好的效果。优选地，靶厚度在6mm与12mm之间。

根据本发明的一特别优选的实施方式，靶701根据图7实施为带有在靶背侧703上的自粘性的碳薄膜705和卡口式轮廓707的靶。根据该实施方式的优选的涂覆源具有如在图6的范围中说明的带有膜片的间接的冷却部和对于卡口固定必需的配合件。由此实现很高且均匀的压紧力。该优选的实施方式尤其结合粉末冶金的靶特别有利，因为其自150°C的温度起在机械方面减弱且热膨胀上升。由于靶温度的降低和通过卡口固定产生的机械的游隙而显著降低热应力。对于铬靶，例如可实现直至100W/cm²的功率密度。

公开了这样的靶，其构造为用于气相沉积方法的材料源，带有前侧和背侧，其特征在于，在背侧处粘有自粘性的碳薄膜。该靶可构造为用于溅射方法和/或用于阴极火花蒸镀方法 (Funkenverdampfungsverfahren)的材料源。自粘性的碳薄膜的厚度例如可在0.125mm与0.5mm之间且优选具有0.125mm的厚度。

公开了包括如上面说明那样的靶的涂覆源，靶布置在源支架处，在源支架中集成有带有冷却通道的间接的冷却部。

对于涂覆源，优选的是这样的壁，其使冷却通道与自粘性的碳薄膜分开、构造为柔性的膜片，由此自粘性的碳薄膜与膜片形成面接触。

涂覆源的靶的周围优选如此构造，即，其与呈卡口接头的形式的源支架共同作用，由此实现很高且均匀的压紧力。

对于间接冷却的涂覆源，应还可实现自粘性的碳薄膜粘在这样的壁处，该壁使冷却通道与靶的背侧分开。当壁构造为膜片，这同样适用。然而，这具有这样的缺点，即，在薄膜损坏时，必须将其麻烦地从源支架去除和对其进行更新。如果自粘性的碳薄膜足够薄，则还可将其不仅安装在靶背侧处，而且安装在这样的壁处，该壁使冷却通道与靶的背侧分开。

Claims (7)

1. 一种靶，其构造为用于气相沉积方法的材料源、带有前侧和背侧，其特征在于，在所述背侧处粘有自粘性的碳薄膜。

2. 根据权利要求1所述的靶，其特征在于，靶构造为用于溅射方法和/或用于阴极火花蒸镀方法的材料源。

3. 根据上述权利要求中任一项所述的靶，其特征在于，自粘性的碳薄膜的厚度在0.125mm与小于0.5mm之间且优选具有0.125mm的厚度。

4. 一种涂覆源，包括带有前侧和背侧的靶，其背侧布置在源支架处，在源支架中集成有带有冷却通道的间接的冷却部，其特征在于，在靶的背侧处和/或在源支架的这样的壁处粘有自粘性的碳薄膜，靶布置在源支架的该壁处。

5. 根据权利要求4所述的涂覆源，其特征在于，靶为根据权利要求1至3中任一项所述的靶。

6. 根据权利要求4或5中任一项所述的涂覆源，其特征在于，使冷却通道与自粘性的碳薄膜分开的这样的壁构造为柔性的膜片，且自粘性的碳薄膜与膜片形成面接触。

7. 根据权利要求4至6中任一项所述的涂覆源，其特征在于，靶的周围与呈卡口接头的形式的源支架共同作用，由此实现很高且均匀的压紧力。