CN106463325B - 用于旋转式目标的末端块以及小于大气压的压力下的收集器和转子之间的电连接 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于旋转式溅射目标(1)的末端块(4)，例如，旋转式磁控溅射目标。溅射装置包括一个或多个末端块，电触头(例如导电刷)(18)则定位在真空区域(8)(相对于大气压下的区域(9))的末端块中的收集器(20)和转子(22)之间。
Description
本发明的示例性实施例涉及一种用于旋转式溅射目标的末端块，例如，旋转式磁控溅射目标。溅射装置被设计包括末端块，电触头(例如导电刷)则定位在真空区域(相对于大气压下的区域)中的收集器和转子之间，其被发现具有明显的优势。
背景及发明内容
作为本领域的已知技术，溅射是将层或涂层沉积到基板上，例如玻璃基板。例如，通过依次将多个不同的层溅射沉积在玻璃基板上，从而该基板上可沉积低辐射(low-E)涂层。作为示例，低辐射涂层可按顺序包括以下层：玻璃基板/二氧化锡/氧化锌/银/氧化锌，其中，银层为红外反射层，且金属氧化物层为介电层。在该示例中，可使用一个或多个锡(Sn)目标，溅射沉积二氧化锡基础层、可使用一个或多个含锌(Zn)目标，溅射沉积下一个氧化锌层，使用银目标，溅射沉积银层等。各目标的溅射在气体气氛的室中被执行(例如，锡和/或锌目标气氛中的氩和氧气体混合物)。用于说明溅射及装置的示例性参照包括美国专利文献Nos.8,192,598,6,736,948,5,427,665,5,725,746和2004/0163943，其全部内容被纳入此处作为参照。
溅射目标(例如，圆柱形的旋转式磁控溅射目标)通常包括阴极管，其中为磁铁阵列。阴极管通常是由不锈钢制成。一般通过将目标材料喷涂、铸造或压制在不锈钢阴极管的外表面上，从而形成在管上。通常在管和目标之间提供结合或支持层，来提高目标材料与管的结合。各溅射室包括一个或多个目标，并包括一个或多个所述阴极管。阴极管可保持在负电位(例如，-200至–1500V)，并且可在旋转时被溅射。当目标旋转时，离子从溅射气体放电中被加速进入目标中，并驱逐，或溅射掉目标材料的原子。该原子然后与气体一起形成适当的化合物(例如，氧化锡)，该化合物被引至基板上，在基板上形成薄膜或层。
除了基板上磁控沉积的涂层质量，磁控的可靠性、和可用性是一个问题。要考虑到所涉及过程的约束条件十分难。圆柱形的磁控溅射材料被传送越过目标，因此从旋转的目标管至基板上。为了进行涂层，该大块玻璃或目标管，作为例子，长度可以高达15英尺，且直径可高达6英寸或更高，重量可高达1700磅。另一个问题是，在溅射过程中溅射实际上削弱了目标管，因此使用寿命期间目标管不断改变形状。在一些情况下，溅射过程可能要求向目标施加非常高的交流或直流功率(例如，800安培的直流，150kW的交流)。该功率转移在目标管和周围的组件生产明显的热量，因此，为了确保适当的性能必须冷却，并避免失败的磁控。因此，已知的，以较高的压力和流速使水泵送穿过旋转的目标管中心，来冷却该目标。
图1是示出旋转溅射目标和现有的末端块的侧视图。图1示出旋转目标1在一端上由末端块3支撑。末端块3可由溅射装置7中的溅射室8的壁或天花板5支撑和/或被附于其上。溅射室8的外部，溅射装置则在大气压9下。在图1中，参照符号9，示出大气压下的区域。高效及起作用的溅射需要溅射过程在真空或相对于大气较低的压力下被发生，如图1中的室8(除末端块3)在真空下，且压力低于大气压。旋转目标系统被设计具有强大的密封系统，包括密封件11和12，以防止压力或真空在低压区域8和大气压区域9之间泄漏。
导电刷15被配置用来电接触，从而收集器和转子之间电连接。在图1的现有系统中，导电刷15提供位于大气压下的区域9中的收集器和转子之间的电连接。
在此发现，新的设计包括将电触头(例如，导电刷)定位在真空区域中的收集器和转子之间(而不是图1中现有的大气压下的区域)，相比现有的设计提供了显着的优势。将转子和收集器的之间电连接移动到真空区域(压力小于大气压的区域)，例如，使转子和收集器都可有效地被冷却的结构(例如，水冷却)，令人惊讶地发现，其可使溅射速率被提高(例如，与图1的现有设计相比，令人惊讶地发现溅射率提高了20％)。旋转的溅射目标，类似磁控溅射目标，通常由两个末端块支撑–目标的两端各一个。用于支撑旋转目标的末端块中的一个或两个可根据本发明的示例性实施例被设计。
在本发明的示例性实施例中，提供一种溅射装置，包括：至少一个末端块，用来支撑圆柱形的旋转式溅射目标的一端，所述末端块包括固定的导电收集器，以及在溅射操作期间与所述圆柱形的溅射目标一起旋转的旋转式导电转子；所述末端块还包括电力传输结构(例如导电刷)，位于所述固定的导电收集器和所述旋转式导电转子之间，使电力从所述收集器传输至所述转子；第一冷却区域，液体流动穿过其中，用来冷却所述固定的导电收集器，所述第一冷却区位于所述固定的导电收集器的至少一部分周围，并与所述固定的导电收集器为同轴；第二冷却区域，与所述第一冷却区域分开，液体流动穿过其中，用来冷却所述转子和目标，所述第二冷却区域至少部分地被所述转子包围，且其中，所述第二冷却区域中的所述液体至少以基本平行于所述转子和目标所旋转的轴的一个方向流动，其中，所述第一冷却区域中的所述液体围绕所述转子和目标所旋转的所述轴流动，且其中，溅射操作期间，所述电力传输结构、所述转子、和所述收集器，分别(部分或整体地)位于压力小于大气压的真空区域内(从而其之间的压力没有明显的区别)。
除非另有说明或指示，当在此使用的“固定”涉及到元件被“固定”时，指的是在溅射操作过程中元件不与转子或目标管一起旋转。
附图简要说明
图1是示出旋转的溅射目标和现有的末端块的侧视图。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的旋转的溅射目标和末端块的侧视图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的图2的末端块的横截面图。
本发明示例性实施例的具体说明
以下参照附图进行详细说明，附图中相同的参照符号表示相同的部件。
图2是示出旋转的溅射目标和末端块的侧视图。末端块4用于阴极旋转器，其在溅射操作之前被放置在溅射装置中，然后溅射操作期间在溅射装置中被利用。图2示出旋转的圆柱形磁控目标1通过根据本发明的示例性实施例设计的末端块4被支撑在一端。图3是示出图2的末端块4的横截面图。末端块4可通过末端块支撑件16，由溅射装置10中的溅射室8的壁和/或天花板5支撑和/或被附于其上。在另一个优选的实施例中，末端块4可通过支撑件16被安装在阴极旋转器上并由其支撑，在溅射装置中选择性地使用，类似美国申请No.12/461,130中公开的旋转器，其全部内容被纳入此处作为参考。在溅射室8的外部，溅射装置在大气压9下。参照图2-3，参照符号9表示大气压，通常是天花板5以上的区域和/或室8外部的区域。高效及起作用的溅射需要溅射过程在真空或相对于大气较低的压力下被发生，在图2-3中，溅射室8(包括末端块4)在真空下且压力低于大气压。旋转目标系统被设计具有强大的密封系统，包括密封件，以防止压力或真空在低压区域8和大气压区域9之间泄漏。
导电刷/触头18提供电接触，从而固定的导电收集器20和旋转的导电转子22之间的电连接，将大量的能量从收集器20转移到溅射过程所需的转子22和目标管/阴极1。功率(电流或电压)被施加或穿过导电末端块支撑件16，并穿过导电收集器20，其与与导电支撑件16(直接地或间接地)电连通。由此，固定的末端块支撑件16与固定的收集器20电连通，且电力通过固定的末端块支撑件16从室8外部被提供至收集器20。然后，电力通过触头，例如接触刷18或类似等，从固定的导电收集器20被传输至旋转的导电转子22，且然后电力从转子22被提供至目标管组件。
对比图1，在图2-3中，在收集器20和转子22之间提供电连接的接触刷18，位于真空区域8(压力小于大气压的区域)。图3中所示的天花板5下的整个区域8，在真空下及小于大气压的压力下。转子22围绕纵向轴24沿着溅射目标1旋转，延伸穿过目标1和末端块4，其中收集器20被固定在位置中，不与目标1一起旋转。转子22可以是单件设计，或者可以由多个件组成。内轴承52、外轴承54，分别与转子22和主轴管56同轴，从而都有共同的轴24，使转子22围绕轴24旋转，该轴相对于固定的主轴管56和固定的支撑件58，至少部分地包围转子22。主轴管56被固定在相对于转子的位置中，而主轴管56优选是被固定(直接或间接地)至目标管中的磁棒结构(未显示)。目标1被连接到末端块4的内侧4a。另一个相似或不同的末端块(未显示)可以支撑旋转式目标1的另一端。在示例性实施例中，图2-3中的末端块4可考虑驱动末端块来支撑旋转式目标1的一端，而另一末端块(例如，没有收集器)例如冷却末端块支撑目标1的另一端。在示例性实施例中，用于冷却区域的冷却液体(如水)进口30、出口32位于图2-3所示的驱动末端块4，而用于冷却区域40的冷却液体(如水)进口和出口则位于目标1的另一端处的另一末端块(未显示)。
在此，令人惊讶地发现图2-3的设计包括将电触头(例如，导电刷)18定位在完全真空下的区域8中的收集器20和转子22之间(而不是现有图1中大气压下的区域9)，相比现有图1的设计具有明显的优势。将转子22和收集器22之间的电连接移动至真空区域8(小于大气压的压力下的区域)，例如，使转子22和收集器20都可有效地被冷却的结构(例如，水冷却)，令人惊讶地发现，其可使溅射速率被提高(例如，与图1的现有设计相比，令人惊讶地发现溅射率提高了20％)。
水进口30和水出口32被配置，使水从用于冷却收集器20的区域被输入和输出。冷却水流动穿过冷却区域36，并围绕轴24以及转子22的至少一部分被循环来冷却收集器20，并位于收集器内和/或围绕如图2-3所示的收集器20。入口30、出口32、和冷却区域36被固定，不与转子一起旋转。由转子22包围的分开的冷却区域40被配置用来使水流动以冷却转子22和目标1，该冷却区域40包括内部40a，和围绕内部40a的外部40b。如图3中的箭头所示，冷却水在内部40a以一个方向流动，以及在外部40b以相反方向流动。如图3所示，转子22的一部分可以位于冷却区域36和转子冷却区域40之间。收集器冷却区域36中的水通常以不同于转子冷却区域40(40a、40b)中的水的方向流动。目标1通常相对于地面水平排列，并围绕轴24转动，且区域40a、40b中的液体优选是以基本平行于轴24的方向流动。
在本发明的示例性实施例中，提供一种溅射装置，包括：至少一个末端块4，用来支撑圆柱形的旋转式溅射目标1的一端，所述末端块4包括固定的导电收集器20，以及在溅射操作期间与所述圆柱形的溅射目标一起旋转的旋转式导电转子22；所述末端块4还包括电力传输结构(例如导电刷)18，位于所述固定的导电收集器20和所述旋转式导电转子22之间，使电力从所述收集器20传输至所述转子22；第一冷却区域36，液体流动穿过其中，用来冷却所述固定的导电收集器20，所述第一冷却区域36位于所述固定的导电收集器20的至少一部分周围，并与所述固定的导电收集器20为同轴；第二冷却区域40，与所述第一冷却区域36分开，液体流动穿过其中，用来冷却所述转子22和目标1，所述第二冷却区域40至少部分地被所述转子22包围，且其中，所述第二冷却区域40中的所述液体至少以基本平行于所述转子22和目标1所旋转的轴24的一个方向流动，其中，所述第一冷却区域36中的所述液体围绕所述转子22和目标1所旋转的所述轴24流动，且其中，溅射操作期间，所述电力传输结构18、所述转子22、和所述收集器20，分别(部分地或整体地)位于压力小于大气压的真空区域8内(从而其之间的压力没有明显的区别)。
前段落的溅射装置中，所述电力传输结构18可由一个或多个导电刷被制备。
前两个段落中任何一个的溅射装置中，所述电力传输结构18的整体和所述转子22的整体可分别位于所述压力小于大气压的真空区域内。
前三个段落中任何一个的溅射装置中，所述目标1也可整体位于所述压力小于大气压的真空区域内。
前四个段落中任何一个的溅射装置中，所述收集器20的整体可位于所述压力小于大气压的真空区域内。
前五个段落中任何一个的溅射装置中，用于所述第一冷却区域的冷却液体进口和冷却液体出口可配置在所述(第一)末端块中或附近，且其中，用于所述第二冷却区域的冷却液体进口和冷却液体出口可配置在位于所述目标一端的另一(第二)末端块中或附近，与包括所述收集器的所述(第一)末端块位置处的所述一端相对。
前六个段落中任何一个的溅射装置中，所述第一冷却区域中的所述液体不与所述第二冷却区域中的所述液体混合(所述第一和第二冷却区域不互相流体连通)。此外，在另一个示例性实施例中，所述第一和第二冷却区域中的液体可混合，且所述第一和第二冷却区域中可互相流体连通。
前七个段落中任何一个的溅射装置中，所述第一冷却区域中的所述液体和/或所述第二冷却区域中的所述液体可包含水。
前八个段落中任何一个的溅射装置中，所述末端块和目标可被安装在阴极旋转器上，选择性移动并用于所述溅射装置中的溅射操作。此外，所述末端块和目标可以不安装在该阴极旋转器上，且例如可从溅射室的天花板安装干扰旋转器。
在本发明的示例性实施例中，一种用于在溅射装置中支撑旋转式溅射目标的末端块，所述末端块包括：固定的导电收集器；旋转式导电转子，用于在溅射操作期间与所述旋转式溅射目标一起旋转；电力传输结构，位于所述固定的导电收集器和所述旋转式导电转子之间，至少使电力从所述收集器传输至所述转子，且其中，溅射操作期间，所述电力传输结构、所述转子、和所述收集器，分别适合位于压力小于大气压的真空区域内。
前段落中的末端块可进一步包括：第一冷却区域，液体流动穿过其中，用来冷却所述固定的导电收集器，所述第一冷却区位于所述固定的导电收集器的至少一部分周围，并与所述固定的导电收集器为同轴。
前两个段落中任何一个的末端块，可进一步包括：第二冷却区域，液体流动穿过其中，用来冷却所述转子和目标，所述第二冷却区域至少部分地被所述转子包围，且其中，所述第二冷却区域中的所述液体至少以基本平行于所述转子和目标所旋转的轴的方向流动。
前三个段落中任何一个的末端块，所述第一冷却区域中的所述液体围绕所述转子和目标所旋转的所述轴流动。
前四个段落中任何一个的末端块，所述电力传输结构可包括或由一个或多个导电刷被制备。
前五个段落中任何一个的末端块，在溅射操作期间，所述电力传输结构的整体和所述转子的整体适合位于所述压力小于大气压的真空区域内。
前六个段落中任何一个的末端块，其中，所述第一和第二冷却区域不需要互相流体连通。
虽然参照最实用和优选的实施例对本发明进行了说明，但是应理解，本发明并不局限于所述实施例，相反可进行各种修改和等效的配置，修改将由后附的权利要求范围定义。
Claims (18)
1.一种溅射装置，包括：
至少一个末端块，用来支撑圆柱形的旋转式溅射目标的一端，所述末端块包括固定的导电收集器，以及在溅射操作期间与圆柱形的所述溅射目标一起旋转的旋转式导电转子；
所述末端块还包括电力传输结构，位于所述固定的导电收集器和所述旋转式导电转子之间，使电力从所述固定的导电收集器传输至所述旋转式导电转子；
第一冷却区域，液体流动穿过其中，用来冷却所述固定的导电收集器，所述第一冷却区域位于所述固定的导电收集器的至少一部分周围，并与所述固定的导电收集器为同轴；
第二冷却区域，与所述第一冷却区域分开，液体流动穿过其中，用来冷却所述旋转式导电转子和溅射目标，所述第二冷却区域至少部分地被所述旋转式导电转子包围，且其中，所述第二冷却区域中的所述液体至少以基本平行于所述旋转式导电转子和溅射目标所旋转的轴的一个方向流动；
其中，所述第一冷却区域中的所述液体围绕所述旋转式导电转子和溅射目标所旋转的所述轴流动；且
其中，溅射操作期间，所述电力传输结构、所述旋转式导电转子、和所述固定的导电收集器，分别位于压力小于大气压的真空区域内。
2.根据权利要求1所述的溅射装置，其中，所述电力传输结构由一个或多个导电刷制备。
3.根据上述权利要求中任何一项所述的溅射装置，其中，所述电力传输结构的整体和所述旋转式导电转子的整体分别位于所述压力小于大气压的真空区域内。
4.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，所述溅射目标也整体位于所述压力小于大气压的真空区域内。
5.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，所述固定的导电收集器的整体位于所述压力小于大气压的真空区域内。
6.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，末端块支撑件，从所述溅射装置的溅射室的天花板，来支撑所述末端块。
7.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，所述第一冷却区域中的所述液体不与所述第二冷却区域中的所述液体混合。
8.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，所述第一冷却区域中的所述液体包含水。
9.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，所述第二冷却区域中的所述液体包含水。
10.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，所述末端块和溅射目标被安装在阴极旋转器上，选择性移动并用于所述溅射装置中的溅射操作。
11.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，用于所述第一冷却区域的冷却液体进口和冷却液体出口被配置在所述末端块中或附近，且其中，用于所述第二冷却区域的冷却液体进口和冷却液体出口被配置在位于所述溅射目标一端的另一末端块中或附近，与包括所述固定的导电收集器的所述末端块位置处的所述一端相对。
12.一种用于在溅射装置中支撑旋转式溅射目标的末端块，所述末端块包括：
固定的导电收集器；
旋转式导电转子，用于在溅射操作期间与所述溅射目标一起旋转；
电力传输结构，位于所述固定的导电收集器和所述旋转式导电转子之间，至少使电力从所述固定的导电收集器传输至所述旋转式导电转子；且
其中，溅射操作期间，所述电力传输结构、所述旋转式导电转子、和所述固定的导电收集器，分别适合位于压力小于大气压的真空区域内，
其中，所述的末端块进一步包括：第一冷却区域，液体流动穿过其中，用来冷却所述固定的导电收集器，所述第一冷却区域位于所述固定的导电收集器的至少一部分周围，并与所述固定的导电收集器为同轴。
13.根据权利要求12所述的末端块，进一步包括：第二冷却区域，液体流动穿过其中，用来冷却所述旋转式导电转子和溅射目标，所述第二冷却区域至少部分地被所述旋转式导电转子包围，且其中，所述第二冷却区域中的所述液体至少以平行于所述旋转式导电转子和溅射目标所旋转的轴的方向流动。
14.根据权利要求13所述的末端块，其中，所述第一冷却区域中的所述液体围绕所述旋转式导电转子和溅射目标所旋转的所述轴流动。
15.根据权利要求12-14中任何一项所述的末端块，其中，所述电力传输结构由一个或多个导电刷制备。
16.根据权利要求12-14中任何一项所述的末端块，其中，在溅射操作期间，所述电力传输结构的整体和所述旋转式导电转子的整体分别位于所述压力小于大气压的真空区域内。
17.根据权利要求13-14中任何一项所述的末端块，其中，所述第一冷却区域和所述第二冷却区域不互相流体连通。
18.一种用于制备涂层制品的方法，所述方法包括：
在压力小于大气压的室中溅射旋转的目标，将层溅射沉积在基板上，其中所述目标由末端块支撑，所述末端块包括固定的导电收集器、在溅射期间与溅射目标一起旋转的旋转式导电转子、位于所述固定的导电收集器和所述旋转式导电转子之间的电力传输结构，将电力从所述固定的导电收集器传输至所述旋转式导电转子，
将所述末端块配置在位置中，从而在所述溅射期间，所述电力传输结构、所述旋转式导电转子、和所述固定的导电收集器分别位于所述压力小于大气压的真空区域内，
其中，所述的末端块进一步包括：第一冷却区域，液体流动穿过其中，用来冷却所述固定的导电收集器，所述第一冷却区域位于所述固定的导电收集器的至少一部分周围，并与所述固定的导电收集器为同轴。
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