CZ2002669A3

CZ2002669A3 - Způsob výroby zdroje odpařování

Info

Publication number: CZ2002669A3
Application number: CZ2002669A
Authority: CZ
Inventors: Peter Dr. Wilhartitz; Stefan SCHÖNAUER; Peter Dr. Ing. Polcik
Original assignee: Plansee Aktiengesellschaft
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2002-08-14
Also published as: US20020155016A1; KR100775140B1; MY128636A; JP2004513244A; HU225577B1; CZ298911B6; ES2227293T3; CN1268780C; PL199272B1; AU1198202A; KR20020074145A; EP1335995A1; HRP20020100B1; US6908588B2; YU44502A; RS49852B; ATE278050T1; HRP20020100A2; EP1335995B1; WO2002040735A1

Description

Rozprašovací anody (sputter- target separaci páry se dnes ve velkém rozsahu poú různých vrstev. Použití sahá od výroby pro proti korozi odolných potahů pro nejrůzn materiály, až k výrobě povrstvených mater především v polovodičovém a '„elektronické: základě tohoto širokého spektra použití se nejrůznější potahové materiály.

pro fyzikální žívají k výrobě ti opotřebení.· a ější podkladové iálových Vazeb, průmyslu. Na musí odlučovat

Problematické je, mají-li nejrůznější materiály, které konvenčním způsobem tvořily křehké inter: takže se takové slitiny prakticky;již nepřet se soucá by při sné naprašovat tvorbě slitiny metalické fáze, vářejí zastudena

83534 (83534a)

PV 2002 - 669 • · • · fc · · · » * · ftfcfcfc ·» • · fcfcfcfc nebo zatepla a mohou se také pouze s v obrábět řezáním. Výroba rozprašovacích anod je proto velmi obtížná nebo dokonce nemožná.

ysokými náklady z těchto slitin

K těmto problematickým ¹ materiálům patří · například slitiny z hliníku a titanu a mohou se výhodným způsobem pouze již zmíněným způsobem zpracovávat na rozprašovací anody. Tento způsob je podrobně popsán v AT PS 388 752.

Rozprašovací anody se obecně upevňují zařízení mechanicky na vodou ’chlazených mě aby se snížila povrchová teplota. Ve většině rozprašovací anoda, zhotovená zcela z materiálu, bezprostředně dosedá na měděném do

v. naprasovacim děných dosedech, příkladů přitom rozprašovaného sedu.

Protože se má pokud možno co nejvíce materiálu oprašovat rozprašovací anodou,' je snaha to, vyrábět rozprašovací anody s co největší konstrukční výškou. Přitom je však třeba přihlédnout k' tomu, že nen í tepelný odpor rozprašovacích anod, stoupající se zvětšením konstrukční výšky, příliš velký, takže- se může povrchová teplota rozprašovacích anod udržovat, na přípustných, hodnotách. Protože může mít velká část', oprašovaných materiálů buď poměrně dobrou tepelnou -vodivost a/nebo relativně' vysokou povrchovou teplotu, aniž by tó vedlo k problémům, jsou běžná naprašovací zařízení přizpůsobena relativně velkým konstrukčním výškám rozprašovacích anod, p těchto zařízeních mohou použít rozprašovací řičemž se pák v anody s menšími konstrukčními výškami jenom sivelikými nevýhodami. Především hliník s vynikající tepelnou vodivostí používá pro povrstvování technikou napbaš mnoho naprašovacích zařízeni/ především konstrukční výšky rozprašovacích anod, př se velmi často ování, takže je také ze. strany i způsobeno dobré

83534 (83534a)

PV 2002 - 669

-·3 » 6 i.·-· · hL · · ·· • · · « tepelné vodivosti hliníku. Problematické povrstvovacích zařízeních je, má-li sé společně s materiály,, které mají relativně vodivost a které zároveň nesmějí mít při pro příliš velké povrchové teploty, aby se žam nežádoucím reakcím mezi více složkami rozpr Tak se hliník často používá společně s tite.

doplňkovými složkami pro povrstvování předp proti opotřebení.

pak v těchto iník oprašovat Špatnou tepelnou cesu naprašování ezilo například ašovacích. anod.

nem a popřípadě vším v .ochraně.

U rozprašovacích anod z Těchto materiálů již nepatrné podíly titanu značně zhoršují· dobrou tepelnou vodivost hliníku. Tím u těchto rozprašovacích anod,' j s konstrukčními výškami, upravenými běžně zařízení, mohou při vysokých 'mírách nanášer sou-li zhotoveny pro naprašovací í vzniknout tak vysoké povrchové teploty, ..že: dochází í která vede ke zničení anody. _t , k exotermní reakci, sují společně s být kritické a

Ale i jiné materiály, které se opra hliníkem pomocí rozprašovací ' anody, mohou činit problémy při procesu povrstvování. Éro elektronická použití se mohou použít například kombinace ' materiálů z hliníku s Ta, Nd nebo Y, zatímco pro optická a magnetická

1' . , >

.paměťová média se často ’ používají kombinace materiálů z . hliníku s Ni a Cr. Také v použitích směřujících k ochraně proti opotřebení, kde působí -složky mater;

mazací prostředek, vycházejí například kombinace materiálů z hliníku s Sn, Zn, Ag, W, Mo, často také ve spojení s doplňkovými podíly Ti. ;

Aby se u všech těchto kritických ko pokud možno zamezilo uvedeným problémům; p musí se omezit rychlost odpadní páry, aby mbinací materiálu ři povrstvování, příliš nestoupla

83534 (83534a)

PV 2002 - 669

I··· ·· • 4 ···· t · «4 44 u teplotu takto vysokých mírách povrchová teplota. Možnost snížit povrchóvo kritických rozprašovacích anod i při nanášení, aniž by se měnila konstrukční výška, je opatřit :tní zóny vodou z dobře tepelně echanicky spojit takových zdrojů část rozprašovacích anod v oblasti konta, chlazeným měděným dosedem se zadní deskou vodivého materiálu a pak tuto zadní desku: m( s měděným dosedem. Způsoby výroby odpařování, u nichž je zadní deska letován: mikromontáží spojena s rozprašovací anodou, jsou popsaný například ve WO 00/22185 nebo US 5. 397 050.

ím nebo difuzní od

Nevýhodné u takto zhotovených zdrojů) může mezi rozprašovací anodou. ,a zadní přechodová oblast horší tepelné vodivosti., optimálně odvádění tepla od ^povrchu rozprš, zadní desky a pak dále do chlazeného měděného

c.

párováni je, ze eskou ' vzniknout <terá nezaručuje šovací anody do dosedu.

teplot a na povrchu k vlastnostem astem se špatnou

Protože již o několik stupňů vyšší rozprašovací anody dává nevýhody vzhledem oprašování, mělo by takovým přechodovým obl tepelnou vodivostí pokud možno zamezit.

Podstata vynálezu it způsob výroby ry, u kterého je y hliníku, bez ýodivosti spojena

Úkolem tohoto vynálezu proto'je vytvo zdroje odpařování pro fyzikální separaci ’pá rozprašovací anoda, která . obsahuje podí vytvoření přechodové oblasti horší tepelné se zadní deskou. ‘

Podle vynálezu se toto dosahuje tím,, :

·) rovněž z práškovitého výchozího materiálu’ 1 e se zadní deska .suje společně se

83534 (83534a)

PV 2002 - 669

- 5 o ·«·« složkami anody v na sobě navrstvených fra[ následně se přetváří.

kcích prášku a.

Tímto způsobem se může zhotovit vynikající vazba mezi materiálem anody a zadní deskou, aniž by doj přechodové oblasti se špatnou tepelnou vqdi šlo k vytvoření Ivostí, takže sedociluje vynikajícího odvádění tepla od povrchu rozprašovací zeného měděného vodou chlazeným , je smysluplné anody do zadní desky a pak. do vodou chlc dosedu. Protože jsou rozprašovací anody s dosedem zpravidla sešroubovány nebo sepnuty, úsek anody, který se již beztak nemůže oprašovat, vytvořit jako zadní desku, takže je při stejné konstrukční' výšce ve srovnání s rozprašovacími anodami bez zadní desky k dispozici stejně efektivně odpařovatelný materiál. .Aby se docílilo mimořádně dobrého spojení.materiálu anody se zadní deskou, měla by anoda sestávat z minimálně 15 % atomů hliníku. .

Rozprašovací anody., u nichž se může v mimořádně výhodným způsobem, jsou anody z a 85 % atomů titanu.

yjnález realizovat atomů hliníku dní desku zdroje má vynikající ě měkký, ;může se měděným dosedem

Jako mimořádně výhodný materiál pro za odpařování se hodí čistý . ..hliník, který tepelnou vodivost. Protože je hliník poměrn mechanickým spojením s vodou chlazeným dosáhnout dobrá přechodová i oblast s nepatrným tepelným odporem. Kromě toho není škoda pro naprášenou vrstvu příliš velká, dojde-li nechtěně k proprášení nad materiál anody a tím se zároveň napráší . jistý podíl zadní desky. Vedle hliníku jsou ale pro zadní desku vhodné ta s dobrou tepelnou vodivostí, jako například ké jiné materiály měď. . '

83534 (83534a)

PV 2002 - 669

- 6 ·· ····

Osvědčená, metoda k tomu, aby se při přé docílilo tečení materiálu, je použití pro kovacím lisu.

tváření výlisku ceSu kování v

Zhotovuje-li se anoda z hliníku-ti 15 % atomů hliníku a 85 % atomů titanu, osyěd proces kování při teplotě mezii400 °C a 450 anu, například čilo se provést

C.

Průtlačné lisování je další metoda, jak co nejvýhodněji provádět přetváření výlisku za tečení materiálu. Výhoda.této varianty způsobu výroby podle vynálezu spočívá v tom, že se od slisovaného protlačku mohou -oddělit rozprašovací anody s různými konstrukčními výškami.,¹

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže ; vysvětlen konkrétního příkladu provedení, znázorněného] kterém představuje přechodovou oblast rozprašovací anody a materiálem zadní de|s $ ’ ¹¹ zvětšení. ‘ ký prostřednictvím na výkresu, na hezi materiálem ve stonásobném

Příklady provedení vynálezu

Dále je vynález blíže .vysvětlen na výroby. * ‘ .

Příklad 1:

Kotoučovitý zdroj, odpařování s celkovou výškou 32 mm, sestávající rozprašovací anody z 50 % atomů hliníku a základě příkladů úměrem 63 mm a 20 mm vysoké % atomů titanu

83534 (83534a)

PV 2002 - 669

«.fl flfl·· • fl ···· pevne spojene s způsobem- podle ý prášek pro zrna 30 μπι byly a 12 mm vysoké zadní desky z hliníku, rozprašovací anodou, byl vyroben následovně vynálezu. Hliníkový prášek a titanov rozprašovací anodu s průměrnou velikostí smíšeny v rotačním míchači.

Ve dvoudílné lisovací matrici hydraulic má vzhledem ke koncovým rozměrům zdroje dostatečný přesah, byla dolní část lisovací naplněna čistým hliníkovým práškem s 30 μιή s zrna a prášková náplň byla ;hladce rozetřena. Pak byla nasazena horní část lisovací matrice a naplněna smíšeným práškem hliník-titan, prášková směs byla opět hladce kého lisu, která <

odpařování matrice nejdříve třední. velikosti ovala na výlisek byl dohutněn V cí s teplotou.

rozetřena a náplň matrice se _:zástudena. slis s 94 % jeho teoretické hustoty. .Výlisek kovářském lisu s polootevřenou lisovní lisovnice přibližně 200° v célkem pěti procesech za tečení, popř. zamísení jednotlivých složek:. Výlisek dohutněním a mezi jednotlivými zhutňox předehřívací peci uveden . na teplotu mez byl k tomu před ,'acimi ί 400° kroky v a 450°.

Krátkými časy přetváření a nízkými teplotami přetváření nebyla třeba ochrana proti oxidaci, takže se dohutnění mohlo uskutečnit v neznámém stavu.' Následně byl zdroj odpařování mechanickým zpracováním uveden, na konečné rozměry. Byl ové oblasti mezi em zadní desky.

zhotoven mikrosnímek struktury kovu přechode materiálem rozprašovací ' anody a . materiál:

Obrázek 1 znázorňuje tuto přechodovou oblast ve 100 násobném zvětšení. Je jasně vidět' absolutně homojgenní přechod mezi materiálem rozprašovací anody a materiálem

j. i by bylo vidět vytvoření rušivé mezivts tepelnou vodivostí.

sadní desky, aniž vy se sníženou

Příklad 2:

83534 (83534a)

PV 2002 - 669

Pro účely porovnání byl zhotoven ko

9 9 I· ··

I .♦ < 9 ♦ '99 9 » 9 ·· --. '· '9 ’ *.

toučovitý zdroj odpařování se stejnými rozměry, jako v příkladu 1. Na rozdíl od příkladu 1 sestává zdroj odpařování zcěl.á z rozprašovací anody z 50 % atomů hliníku a 50 % atomů titanu a neobsahuje zadní desku z hliníku.

se stejnými

Výroba rozprašovací anody se výrobními parámetry jako, , v uskutečnila příkladu 1.

Příklad 3:

Pro účely porovnání byl . zhotoven zdroj odpařování, sestávající z rozprašovací, anody a zadní došky se stejnými rozměry a stejnými kombinacemi materiálu jaro v příkladu 1. Na rozdíl od příkladu 1 neby.1 zdroj, odpařování zhotoven současným zpracováním práškovitých výčho zích materiálů.

Naopak byla zadní deska ve stejných rozmjěrpch nezávisle ná *· , rozprašovací anodě vypracována .‘z měděný zhotoveného mezivrstvy metalurgií pyrometalurgií/ , a· pak ' mikromontáží . spojena s zhotovenou rozprašovací zhotovena se stejnými výrobními/parametry ja ého polotovaru, za jpoužití, indiové hptpvou, práškovou anpdóu, 'která byla ko v příkladu 1..

byly zabudovány tejných,' obvykle tou proudu 60 A, byly oprášeny a

Zdroje odpařování podle příkladů 1· a 3 za sebou v ARC-odpařovacím_zářízení a za si využitých podmínek povrstvení s ARC-interízi1 Což odpovídá tepelnému proudu 0,7 MW/m²> přitom byly určeny povrchové teploty jednotlivých rozprašovacích anod. Přitom .byly po^; době oprašováni přibližně 2 minuty dány tyto povrchové teplol

Zdroj odpařování podle, vynálezu, ΐ

příkladu 1, měl povrchovou, teplotu 315 °C._: í

Rozprašovací anoda, zhotovená podle zadní desky, měla nejvyšší povrchovou teplotu 420 °C.

ty:

zhotovený podle příkladu 2 bez

83534 (83534a)

PV 2002 - 669 u zadní deskou, teplotu 395 °C. teplota i přes ukazuje jasně tvy se sníženou

Zdroj odpařování s mikromontáží napoj enc zhotovený podle příkladu 3,· měl povrchovdu Oproti příkladu 1 zjevně . vyšší povrchová použití zadní desky se stejnými rozměry nanejvýš nevýhodné působení indiové meziýr.s tepelnou vodivostí, nutné pro mikromontáž.(

Protože již o několik stupňů, snížená povrchová- teplota anody s sebou přináší' výhody je dána. enormní výhoda, zdroje vynálezu oproti zdrojům odpařování,, dosud stavu techniky.

.Zastupuje:

Dr.. Miloš Všete rozprašovací odprašování, ve vlastnostech bdpařování podle upraveným, podle čka v.r, i-

83534 (83534a)

PV 2002 - 669

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2 » · a • ai

a. ta

JO • +·, - a > 9 9 9 .9 /

9 9 9 £ a · a aa a*aa » a 9 á'<\. . 9 9 <

1. Způsob výroby z e ·odpařování pro fyzikální separaci páry, sestávající ' z 'anody, která vedle jedné nebo žky, a' ze zadní ž anoda, spojené lisováním směsi více dalších složek obsahuje^ hliníkové s]lo desky z materiálu lepší tepelpé vodivosti ;ne: s anodou, přičemž se anoda 'zhotovuje' práškovitých jednotlivých .ůsložák^; zastudeAa a následným přetvářením při teplotách i jtacF body tavení -.jednotlivých složek za tečení až . k cosažení hustfotí;

teoretické hustoty, vyzna ču j í cí se t deska rovněž z práškovitého výchozího mater:

•i * složkami anody v nad sebou na-vrstvených prá: lisuje a následně přetváří.../ y , alespoň ‘ .'98 i £ m, ,žé se zadní iálu^? společně se škových frakcích
2. Způsob výroby zdroje · odpařování separaci páry podle nároku 1, vyznačují anoda sestává z alespoň 15/atomů hliníků.

pro ' fyzikální ί, se tím, ie
3. Způsob výroby ' zdroje ' odpařováni separaci páry podle nároku-‘2, vy z n a č u j í anoda jako druhou složku obsahuje 85 % atomu titanu..

pro fyzikální cí se tím, že
4. Způsob výroby zdřcjě odpařováni pro fyzikální separaci páry podle některého z nářoků 1- až 3, vyzná č u jící se tím, že sě j ako ima desku používá hliník.

teriál. prc žádni i pro fyzikální :oků . 1 až '4, t ím ·, i ze se přetváření uskutečňuje
5. Způsob výroby zdroje odpařoyán separaci páry podle některého z ná vy znacujicr

16 83534 (83534a)

PV 2002 - 669 <4» ·*

- -, η ·'« . ·* » · • * ♦ · f • . '♦ · .· ϊ · « ft ft, · ft' ft ft ft · ' · * *'.

ft ♦ ♦• $ • * • · » ···· kováním v kovacích lisech. ‘
6. Způsob výroby zdroje odpařování separaci páry podle nároku 3, vyznačujíc se přetváření uskutečňuje kováním v koya teplotě mezi 400 °C a 450 °C. ' . ' pro fyzikální í se ť í m , že ích lisech při
7. Způsob výroby .zdroje * odpařování separaci páry vyznačující podle některého' se t ím , . že se pro fyzikální z nároků 1'; a;ž. i-4,.· přetváření uskutečňujé průtlačným lisováním.
8. Způsob výroby zdroje odpařování separaci páry podle nároku 3, . vyznačuj í se přetvoření uskutečňuje j přetvářením lisování při teplotě mezi ,4.00 ;°C a 450 °C.

'pro fyzikální ' i ‘‘ -f ' í se tíhl, žě při průtlačném