CN105283577A - 适应于间接冷却装置的具有冷却板的靶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种靶冷却装置，其具有包括冷却通道的组成部分和另一个导热板，所述另一个导热板可分离地与所述组成部分的冷侧相连，其中，所述冷侧是所述冷却通道施展其作用的一侧，其特征是，在所述另一个导热板和所述组成部分的冷侧之间设有第一自粘碳膜，所述第一自粘碳膜大面积地自粘附到所述另一个导热板的朝向所述冷侧的一侧面上。

Description

适应于间接冷却装置的具有冷却板的靶

本发明涉及靶，靶表面作为尤其在真空条件下的PVD方法范围内的材料源。本发明尤其涉及用于溅射的靶，以下术语“溅射(Sputtering)”具有与PVD法“溅射”相同的含义。这样的靶在使用中大多由靶源支座保持，在靶源支座中设有冷却装置。本发明尤其涉及包括这种靶的涂覆源。

在溅射中，在真空条件下用离子轰击靶表面。通过轰击，从靶表面撞击出材料，该材料可被沉置在为此而设的安放在靶表面视界内的基材上。通过在靶面上形成的等离子体来提供为此所需的离子。通过施加负电压于靶，朝向该靶加速所述离子。单位时间内的离子流动越多，涂覆速率越高。施加于靶的电压越高，离子撞击靶表面的速度越高且从靶中撞击出的雾化材料越高能。因此，人们希望高功率输入。另外，雾化材料的离子化等级和功率密度之间的关系是已知的。该作用在HIPIMS法中被利用。

施加于这种溅射靶的平均功率密度一般在5W/cm²到30W/cm²的范围内。

但是，溅射是一种能效比低的PVD涂覆法。就是说，所供能量中的大部分在靶中转化为热并且靶本身变热。这种热必须通过冷却装置被散走。为此，根据现有技术通常有如以下所简述的不同做法。

a)直接冷却的靶

在如图1示意所示的直接冷却的靶1的情况下，在靶表面3被转化为热的功率通过在靶材5中的热传递而被传导向靶背面7。在水冷通道9内流动的冷却液11可以根据其热容和流动状况散走该热流。在靶背面7和冷却液11之间存在很好的直接热接触。但在此情况下需要所述靶例如通过螺钉13被联接至基体15。另外须设置密封17，该密封相对于冷却液11(例如水)密封所述真空。在图1中还画出了供电导线6。在其它方面，该图只是示意图。例如用于产生真空、离子化、冷却液的供应和排出的其它组成部分对于专家而言是已知的，在此放弃了示出这些组成部分。

虽然这种直接冷却的靶因冷却功率很高而深受好评，但因为冷却介质-真空密封以及在更换靶时需要解除水-靶结合而具有严重的缺点。因此例如存在产生冷却液泄漏的危险。于是，在需要频繁更换靶材时就更加危险了。

b)间接冷却的靶

在如图2所示的间接冷却的靶的情况下，靶201以其背面203固定在靶源支座205上(例如螺钉固定或夹紧)，在这里，本身封闭的冷却板207被集成在靶源支座205中。冷却板207例如包括被冷却剂流过的冷却通道209，流经其的液体用来散热。

在此情况下，冷却液通道受到实心稳固的盖子的限制。所述靶为了冷却和导电接通例如用螺钉在靶周边处被固定在盖子上或者或许在靶中央被固定在盖子上。这种方式尤其导致两个问题：

热传递是通过靶背面的表面和冷却板的表面来构成的。在没有特殊措施的情况下，这两个表面形成界面，该界面截然不同于理想的平滑接触“配对”。这样的情况如图3所示。热传递在此情况下被明显减弱并且被证明是与压力相关的。但压紧力例如可能只通过固定螺钉来引起，即热传递可能只在局部被改善。

这种情况可以通过在两个表面之间设置接触膜来改善。接触膜例如可以由铟、锡或石墨构成。该膜可以通过其延展性来补偿靶背面和冷却板表面之间的凹凸不平。另外，压紧力可以被均匀施加到所述表面。

该方法的一个缺点是，接触膜的安装尤其在靶竖直安装情况下是困难且繁琐的。这尤其涉及靶材频繁更换之时。在石墨膜情况下，侧向导热能力虽然良好，但横向导热能力差。因此，石墨膜一方面必须薄，以使其弱横向导热性不妨碍冷却过程。另一方面，需要一定的膜厚度以避免安装时膜受损。因此采用厚度不小于0.5mm的石墨膜。

因此，人们需要一种用于靶的改善的冷却装置，它尤其相比于从现有技术中知道的装置改善了靶材更换。

本发明基于对上述间接冷却装置的改进。根据本发明，如此完成该任务，在靶体背面上安置与靶体固定结合的自粘碳膜。该膜在靶体未装配时均匀而无间隙地与靶体背面粘接在一起。在靶体背面和碳膜之间的良好热接触因此得以保证。于是，靶体能以简单方式被安装在靶源支座上。现在，被固定在靶上的碳膜在冷却板表面和靶体背面之间具有接触膜作用。

使用这种自粘碳膜在真空技术领域中并不常见。因为被用于自粘碳膜制造的胶在真空条件下强烈排气并因此对真空产生不利影响，并且相应的挥发性成分造成要在真空下处理的基材的污染，因此这种物质是不可用的。

与此相比，本发明人出乎意料地发现，如上所述所采用的自粘膜没有明显的上述不利效果。与此相关的解释可能在于，由于与靶表面的背面的紧密接触并且由于碳膜接触该膜极度减缓了胶材料的排气，且因此是不重要的。

现在将借助附图并结合不同的实施例来具体描述本发明。

图1示出具有直接冷却装置的传统涂覆源；

图2示出具有间接冷却装置的传统涂覆源；

图3示出在根据图2的具有冷却装置的涂覆源中的受到限制的热接触；

图4以横剖视图示出本发明的靶连同所安置的自粘碳膜的实施方式；

图5示出集成在具有间接冷却装置的涂覆源中的本发明的靶的第一实施方式；以及

图6示出集成在涂覆源中的本发明的靶的第二实施方式。

与此相应，图4a示出了靶401，在其靶背面403安置单面自粘的碳膜407，其厚度在0.1mm到小于0.5mm之间。优选且举例所选的碳膜厚度为0.125mm。例如采用Kunze公司的具有产品身份编号KU-CB1205-AV的接触膜。

在图4中也示出靶背面和自粘碳膜之间界面的具体局部。该碳膜在此包括胶膜409和碳膜411，胶膜使得碳膜成为自粘膜。

根据图4的靶可以良好地加入具有间接冷却装置的涂覆源中，如图5所示：具有自粘碳膜507的靶501用螺钉513被固定到靶源支座505的正面上，在这里，在靶源支座中集成有包括冷却通道509的冷却板并且碳膜507被压到该冷却板的背面503上，由此出现与冷却板的良好热接触。因为根据本发明的、碳膜被粘附到靶背面的事实，靶更换变得十分简单，即使该靶在涂覆室内竖向安装。

间接冷却的一个改善变型方式是借助活动膜的间接冷却，如图6所示。该结构类似于图5所示的结构，其包括靶601(该靶具有自粘碳膜607)、靶源支座605和冷却通道609，但在这里，该冷却板的将冷却通道609与碳膜607分隔开的壁在此优选实施方式中以软膜603的形式构成。冷却剂例如可以是水。当更换靶时不用脱开防水密封。如果靶601通过适当措施被固定在靶源支座605上(例如借助夹子613或螺钉)，则因为在冷却通道609存在的液静压而将膜603均匀压紧到靶背面和进而自粘碳膜607上，出现很好的热面接触。

以下的表1以令人难忘的方式记录下自粘碳膜扮演重要角色，在这里，针对不同的溅射功率和两个不同的材料组成来对比带有和不带自粘碳膜的靶的温度。

表1

不带有本发明自粘碳膜的靶如表1中的1号测试物可能因为力学缘故只能以最高2.5kW的溅射功率来可靠运行。通过采用根据本发明的带有自粘碳膜的靶，功率相容性超过两倍。

在其它靶材情况下，即在其它的AlTi或者AlCr情况下以及在纯铝、钛和/或铬靶情况下，定性示出相似的绘图。当采用在6mm到18mm之间的靶厚度时，本发明示出很好效果。靶厚度最好在6mm到12mm之间。

根据本发明的一个尤其优选的实施方式，靶701被构成为在靶背面703具有自粘碳膜705并具有卡口结构707的靶，参见图7。根据该实施方式的一个优选涂覆源具有如在图6的范围内所述的间接冷却装置，其包括膜和卡口固定所需要的配对件。由此允许获得均匀的高压紧力。该优选实施方式尤其与粉末冶金靶相关地是很有利的，这是因为它们从150摄氏度温度起在力学方面被削弱并且热胀增强。因为靶温降低且由卡口固定出现的机械游隙，该热应力明显减小。对于铬靶，例如达到100W/cm²的功率密度是可能的。

公开了一种靶，其作为用于气相沉积法的材料源来构成，具有正面和背面，其特点是，在该背面上粘有自粘碳膜。

该靶可以构成为用于溅射法和/或用于电火花气化法的材料源。自粘碳膜的厚度例如可以在0.125mm至0.5mm之间，优选具有0.125mm厚度。

公开了一种包括如上所述的靶的涂覆源，其安置在靶源支座上，在靶源支座中集成有包括冷却通道的间接冷却装置。

在涂覆源中，将冷却通道与自粘碳膜分隔开的壁最好以软膜形式构成，由此一来，该自粘碳膜构成与该膜的面接触。

该涂覆源的靶外周最好如此构成，即它与呈卡口连接形式的靶源支座配合，由此实现了均匀的高压紧力。

在间接冷却的涂覆源情况下也可行的是，将自粘碳膜粘在将冷却通道与靶背面分隔开的壁上。这也适用于该壁以膜形式构成时。但这样做的缺点是，当膜受损时必须繁琐地从靶源支座中取出膜并更换。如果自粘碳膜够薄，则不仅可将该膜安置在靶背面，而且可将该膜安置在冷却通道与靶背面分隔开的壁上。

根据本发明的另一个实施方式，在靶和包括用于散热的冷却通道的组成部分之间设有具有高导热性的另一个板。它例如可以是钼板，或者也可以是铜板。所述另一个板可与包括冷却通道的组成部分可分离地接触。还重要的是，大面积存在很好的热接触。根据本发明，可在所述另一个板的那一侧设置自粘碳膜。在此情况下有利的是，在靶背面也如上所述设置自粘碳膜。最好在所述另一个板的两侧面设置自粘碳膜。通过这种方式，不仅在靶侧顾及到大面积的良好热接触，而且顾及到与包括冷却通道的组成部分的良好热接触。因此，如此构成的另一个板在两侧被覆以自粘碳膜。所述另一个板可以顺利地被选择成如此厚，即，它具有足够的稳定性，因而在更换靶时的操作绝不是问题。这个实施方式还有以下优点，不需要用膜粘附昂贵构件如冷却通道组成部分或靶。至少当铜被用作所述另一个板时，这是一种成本很有利的变型方式。当两个自粘碳膜之一受损时，只造成更换所述另一个板的低成本。

图8示意性示出该实施方式的相应结构。示出了包括冷却通道807的组成部分805，通过该冷却通道最终散走热。该组成部分上有另一个导热板803，在所述另一个导热板的一侧粘附有第一自粘碳膜811并在另一侧粘附有第二自粘碳膜809。在该碳膜上又设置所述靶801。

Claims (9)

1.一种靶冷却装置，其具有：

组成部分，其包括冷却通道；和

另一个导热板，所述另一个导热板可分离地与所述组成部分的冷侧相连，

其中，所述冷侧是所述冷却通道施展其作用的一侧，

其特征是，

在所述另一个导热板和所述组成部分的冷侧之间设有第一自粘碳膜，所述第一自粘碳膜大面积自粘附到所述另一个导热板的朝向所述冷侧的一侧面上。

2.根据权利要求1所述的靶冷却装置，其特征是，在所述另一个导热板的另一侧面设有第二自粘碳膜，所述第二自粘碳膜是以大面积自粘附的方式粘上的。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征是，所述另一个导热板包含铜和/或钼。

4.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征是，如此选择所述另一个导热板的厚度，即它给一个或多个自粘碳膜提供用于简单操作的稳定性。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述另一个导热板的厚度为至少3毫米，最好至少5毫米，尤其最好至少1厘米。

6.一种靶，其具有根据前述权利要求之一所述的冷却装置，其特征是，该靶被构成为材料源，用于溅射法和/或用于电火花气化法。

7.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征是，该自粘碳膜的厚度在0.125mm到小于0.5mm之间，最好具有0.125mm的厚度。

8.一种涂覆源，其包括靶，所述靶具有根据前述权利要求之一所述的装置。

9.根据权利要求8所述的涂覆源，其特征是，该靶的外周与靶源支座采取卡口连接形式相互配合，由此实现均匀的高压紧力。