-
Die
Erfindung betrifft eine kühlbare
Trägerplatte
für Targets
in Vakuumzerstäubungsanlagen.
-
Zum
Beschichten von Substraten unter Hochvakuum werden unter anderem
großflächige, ebene
Targets verwendet, deren Material durch Kathodenzerstäubung abgetragen
und anschließend auf
dem Substrat abgeschieden wird. Die Notwendigkeit, das Target aufgrund
des Energieeintrags durch das hinter dem Target aufgebaute Magnetfeld
zu kühlen,
ist aus dem Stand der Technik bekannt.
-
Dazu
wird das Target auf einer kühlbaren Trägerplatte
angeordnet. Üblicherweise
ist die Trägerplatte
durch eine großflächige Ausnehmung
annähernd
wannenförmig
ausgestaltet, wobei die Ausnehmung durch das Target abgedeckt wird
und so ein Hohlraum hinter dem Target gebildet wird, der zur Kühlung des
Targets von einer Kühlflüssigkeit
durchströmt
wird. Diese Anordnung wird auch als Membranplatte oder Sandwichplatte
bezeichnet.
-
Nachteilig
an dieser Lösung
ist, dass die Kühlflüssigkeit
nur mit einem sehr geringen Druck durch den Hohlraum geleitet werden
darf, da sich ansonsten aufgrund des großen Differenzdrucks zwischen
dem auf der einen Seite des Targets, d.h. im Hohlraum herrschenden
Druck und dem auf der anderen Seite des Targets, d.h. im Innern
der Vakuumkammer herrschenden Hochvakuum die Trägerplatte mitsamt dem darauf
angebrachten Target verformt. Im Extremfall kann eine solche Verformung
bis zum Versagen der Sandwichplatte führen.
-
Die
zur optimalen Kühlung
des Targets notwendige geringe Wandstärke der Trägerplatte steht ihrer mechanischen
Stabilität
konträr
gegenüber
und setzt der maximal möglichen
Größe der Trägerplatte enge
Grenzen. Darüber
hinaus weist diese Lösung eine
im Innern der Vakuumkammer liegende Wasser-Vakuum-Dichtung auf,
die sich negativ auf die Prozesssicherheit der Beschichtungsanlage
auswirkt.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine kühlbare
Trägerplatte
für Targets
in Vakuumzerstäubungsanlagen
anzugeben, die die Kühlung großflächiger Targets
ermöglicht,
eine hohe mechanische Stabilität
aufweist eine prozesssichere Zu- und Ableitung des Kühlmittels
ermöglicht
und einen problemlosen Austausch verbrauchter Targets ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
eine kühlbare
Trägerplatte
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Die
kühlbare
Trägerplatte
für Targets
in Vakuumzerstäubungsanlagen
mit einer Anschlussfläche
und mindestens einer Befestigungsmittelaufnahme zum Anschluss der
Trägerplatte
an ein dafür
vorgesehenes Bauteil, mindestens einem Dichtmittel zur Abdichtung
der Anschlussfläche,
mindestens einem Hohlraum zur Durchleitung eines Kühlmittels
mit einem Kühlmitteleinlauf
und einem Kühlmittelauslauf, und
einer Aufnahmefläche
zur Aufnahme eines Targets, ist dadurch gekennzeichnet, dass der
Hohlraum durch einen Kühlmittelkanal
oder ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildet
ist, der bzw. das im Innern der Trägerplatte verläuft.
-
Im
Unterschied zum Stand der Technik ist der Hohlraum, durch den das
Kühlmittel
geführt
wird, nicht durch eine wannenförmige
Ausnehmung in der Trägerplatte,
sondern durch mindestens einen Kühlkanal
gebildet. Unter einem Kühlkanal
wird im Sinne dieser Anmeldung jede im Innern der Trägerplatte angeordnete,
beispielsweise rohr- oder tunnelartig ausgebildete Kühlmittelleitung
verstanden, deren Querschnitt über
wesentliche Abschnitte annähernd konstant
bleibt.
-
Vorteilhaft
sind mehrere durch einen Kühlmittelkanal
oder ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildete
Hohlräume
vorgesehen.
-
Insbesondere
bei Trägerplatten
für Targets, deren
Hauptmaße
Länge und
Breite sich stark unterscheiden, werden durch diese Maßnahme einzelne Teilflächen des
Targets unabhängig
voneinander gekühlt.
Der Vorteil mehrerer kühlmittelführender
Hohlräume
besteht darin, dass die Länge
der einzelnen Kühlmittelkanäle bzw.
Netze von Kühlmittelkanälen gegenüber einem
einzelnen Kühlmittelkanal
bzw. einem einzelnen Netz von Kühlmittelkanälen verringert wird.
Dadurch nimmt das Kühlmittel
in jedem Kühlmittelkanal
bzw. Netz von Kühlmittelkanälen eine
geringere Wärmemenge
auf, so dass die Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und der
Rücklauftemperatur
jedes einzelnen Kühlmittelkanals
bzw. Netzes von Kühlmittelkanälen sinkt,
wodurch die Kühlleistung
der Trägerplatte
insgesamt erhöht
wird.
-
Vorzugsweise
entspricht die Anzahl der durch einen Kühlmittelkanal oder ein Netz
von Kühlmittelkanälen gebildeten
Hohlräume
dem gerundeten Verhältnis
von Länge
und Breite der Aufnahmefläche.
-
Daraus
folgt, dass beispielsweise bei einem Verhältnis von 3:1 zwischen der
Länge und
der Breite der Aufnahmefläche,
die im Wesentlichen das entsprechende Verhältnis des aufzunehmenden Targets widerspiegelt,
drei Kühlmittelkanäle bzw.
Netze von Kühlmittelkanälen vorgesehen
sind. Hieraus ergibt sich, dass jede von einem Kühlmittelkanal bzw. Netz von
Kühlmittelkanälen gekühlte Teilfläche der
Aufnahmefläche
bzw. Fläche
des Targets annähernd quadratisch
ist. Die Breite der Aufnahmefläche
bzw. des Targets muss ohnehin von jedem Kühlmittelkanal bzw. Netz von
Kühlmittelkanälen überstrichen
werden. Mit der Beschränkung
der Teilfläche,
die von einem Kühlmittelkanal
bzw. Netz von Kühlmittelkanälen überstrichen
wird, auf einen annähernd
der Breite der Aufnahmefläche
entsprechenden Abschnitt der Länge
der Aufnahmefläche
wird eine hohe Kühlleistung
bei gleichzeitig geringer Anzahl von Kühlmittelkanälen bzw. Netzen von Kühlmittelkanälen erreicht.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Kühlmittelkanal mäanderförmig gestaltet.
-
Durch
die mäanderförmige Führung des Kühlmittelkanals
im Innern der Trägerplatte
wird erreicht, dass mit einem einzelnen, an sich nur zur Kühlung eines
annähernd
streifenförmigen
Flächenabschnitts
geeigneten Kühlmittelkanal
ein größerer, flächenhafter
Bereich der Aufnahmefläche
kühlbar
ist.
-
In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Netz von Kühlmittelkanälen einlauf-
und auslaufseitig je einen Sammelkanal auf, durch den das Kühlmittel
vom Kühlmitteleinlauf
in die Kühlmittelkanäle bzw.
aus den Kühlmittelkanälen zum
Kühlmittelauslauf
geleitet wird.
-
Hierdurch
wird eine besonders einfache und damit kostengünstige Bauform eines Netzes
von Kühlmittelkanälen realisiert,
da die Kühlmittelkanäle und die
Sammelkanäle
eine geradlinige, einfach zu fertigende Form aufweisen können. Das
durch den Kühlmitteleinlauf
einströmende
Kühlmittel
verteilt sich zunächst
im ersten Sammelkanal. Von diesem Sammelkanal zweigen mehrere Kühlmittelkanäle ab, in
die das Kühlmittel
einströmt.
Am Ende der Kühlmittelkanäle fließt das Kühlmittel
in einen zweiten Sammelkanal, in den die Kühlmittelkanäle münden. Von diesem Sammelkanal
aus fließt
das Kühlmittel
zum Kühlmittelauslauf
und verlässt
so die Trägerplatte.
-
Weiterhin
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Dichtmittel so anzuordnen,
dass alle Kühlmitteleinläufe und
Kühlmittelausläufe von
allen Befestigungsmittelaufnahmen getrennt sind.
-
Hierdurch
wird verhindert, dass aus einem undicht gewordenen Kühlmittelkreislauf
austretendes Kühlmittel
durch eine Befestigungsmittelaufnahme in die Vakuumkammer eindringt.
-
Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführung
der Erfindung, bei der alle Befestigungsmittelaufnahmen vakuumseitig
und alle Kühlmitteleinläufe und
Kühlmittelausläufe atmosphärenseitig
angeordnet sind.
-
Die
Befestigungsmittel zur Befestigung der Trägerplatte an einem dafür vorgesehenen
Bauteil werden im Allgemeinen von der Aufnahmefläche her angebracht, d.h. die
Befestigungsmittelaufnahmen liegen auf dieser Seite der Trägerplatte
im Innern der Vakuumkammer und damit im Hochvakuum. Um zu verhindern,
dass Umgebungsluft, die durch die Befestigungsmittelaufnahmen dringt,
das Hochvakuum zerstören,
hat es sich als sinnvoll erwiesen, das Dichtmittel so anzuordnen,
dass alle Befestigungsmittelaufnahmen vakuumseitig angeordnet sind.
In gleicher Weise wird durch die atmosphärenseitige Anordnung aller
Kühlmitteleinläufe und
Kühlmittelausläufe verhindert,
dass Kühlmittel
in das Innere der Vakuumkammer gelangt, sollte der Kühlmittelkreislauf
einmal undicht werden.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Kühlmitteleinlauf
und jeder Kühlmittelauslauf
ein zusätzliches
Dichtmittel auf.
-
Durch
diese Maßnahme
wird die Sicherheit der erfindungsgemäßen Trägerplatte gegen unerwünschtes
Auslaufen von Kühlmittel
und gegen Eindringen desselben in die Vakuumkammer nochmals erhöht.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 eine
Ansicht der erfindungsgemäßen Trägerplatte
von der Anschlussfläche,
-
2 einen
Querschnitt durch die an einem dafür vorgesehenen Bauteil angebrachte
Trägerplatte,
-
3 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Trägerplatte
mit zwei durch je einen mäanderförmig verlaufenden
Kühlmittelkanal
gebildeten Hohlräumen,
-
4 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Trägerplatte
mit zwei durch je ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildeten
Hohlräumen.
-
In 1 ist
eine Ansicht der erfindungsgemäßen Trägerplatte
von der Anschlussfläche
her dargestellt.
-
Entlang
der Ränder
der Trägerplatte 1 ist eine
Mehrzahl von Befestigungsmittelaufnahmen 4 angeordnet,
die im Ausführungsbeispiel
als Bohrungen ausgeführt
sind. Ebenfalls in der Nähe
der Ränder
weist die Trägerplatte 1 zwei
Kühlmitteleinläufe 11 und
zwei Kühlmittelausläufe 12 auf.
Die dargestellte Trägerplatte 1 weist
demnach zwei (nicht dargestellte), durch Kühlmittelkanäle gebildete Hohlräume zur
Durchleitung eines Kühlmittels
auf. An jedem Kühlmitteleinlauf 11 und
jedem Kühlmittelauslauf 12 ist
ein lokales Dichtmittel 9 vorgesehen, um Undichtigkeiten
der Kühlmittelkreisläufe zu verhindern.
-
Weiterhin
weist die dargestellte Trägerplatte 1 ein
umlaufendes Dichtmittel 8 auf. Das umlaufende Dichtmittel 8 ist
so angeordnet, dass alle Kühlmitteleinläufe 11 und
alle Kühlmittelausläufe 12 von
allen Befestigungsmittelaufnahmen 4 getrennt sind. Dabei sind
alle Kühlmitteleinläufe 11 und
alle Kühlmittelausläufe 12 atmosphärenseitig
angeordnet und alle Befestigungsmittelaufnahmen 4 vakuumseitig
angeordnet.
-
In 2 ist
ein Querschnitt durch die an einem dafür vorgesehenen Bauteil angebrachte
Trägerplatte
dargestellt.
-
Das
externe Bauteil 5, an dem die Trägerplatte 1 mit in
den (nicht dargestellten) Befestigungsmittelaufnahmen 4 angeordneten
(nicht dargestellten) Befestigungsmitteln angebracht ist, kann beispielsweise
ein Magnetrongehäuse
oder ein dafür ausgebildeter
Adapter sein. Hinter der atmosphärenseitig,
d.h. beispielsweise in einem Magnetrongehäuse angeordneten Anschlussfläche der
Trägerplatte 1 ist
ein bewegliches Magnetfeld 3 angeordnet. Die Anschlussfläche ist
im Bereich des externen Bauteils 5 mittels eines umlaufenden
Dichtmittels 8 abgedichtet. Auf der vakuumseitigen, d.h.
im Innern der Vakuumkammer angeordneten Aufnahmefläche der
Trägerplatte 1 ist
ein Target 2 angeordnet.
-
Das
externe Bauteil 5 weist einen Führungskanal 13 auf,
der in den Kühlmitteleinlauf 11 der
Trägerplatte 1 mündet. Zwischen
dem Führungskanal 13 und
dem Kühlmitteleinlauf 11 ist
ein lokales Dichtmittel 9 zur Abdichtung des Übergangs
zwischen dem Führungskanal 13 und
dem Kühlmitteleinlauf 11 angeordnet.
In gleicher Weise weist das externe Bauteil 5 einen (nicht
dargestellten) Führungskanal 13 auf,
in den der (nicht dargestellte) Kühlmittelauslauf 12 der Trägerplatte 1 mündet. Auch
zwischen diesem Führungskanal 13 und
dem Kühlmittelauslauf 12 ist
ein lokales Dichtmittel 9 zur Abdichtung des Übergangs zwischen
dem Kühlmittelauslauf 12 und
dem Führungskanal 13 angeordnet.
-
Der
Kühlmittelstrom 10 verläuft vom
Führungskanal 13 durch
den Kühlmitteleinlauf 11 in
den durch einen Kühlmittelkanal 6 gebildeten
Hohlraum der Trägerplatte 1.
Der Kühlmittelkanal 6 durchzieht das
Innere der Trägerplatte 1 mäanderförmig, so dass
in der gewählten
Darstellung der Kühlmittelaunlauf 12,
das dort angeordnete lokale Dichtmittel 9 sowie der Führungskanal 13,
in den der Kühlmittelkanal 6 mündet, nicht
sichtbar sind.
-
In 3 ist
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Trägerplatte
mit zwei durch je einen mäanderförmig verlaufenden
Kühlmittelkanal
gebildeten Hohlräumen
dargestellt.
-
Das
gerundete Verhältnis
von Länge
und Breite der Trägerplatte 1 beträgt 2. Daher
sind im Innern der Trägerplatte 1 zwei
durch je einen Kühlmittelkanal
gebildete Hohlräume
vorgesehen, durch die jeweils eine annähernd quadratische Teilfläche der Trägerplatte 1 kühlbar ist.
Der Randbereich der Trägerplatte 1 weist
eine Mehrzahl von Befestigungsmittelaufnahmen 4 zur Befestigung
der Trägerplatte 1 an einem
dafür vorgesehenen
externen Bauteil 5 auf.
-
Jeder
durch einen Kühlmittelkanal 6 gebildete
Hohlraum weist einen Kühlmitteleinlauf 11 und
einen Kühlmittelauslauf 12 auf.
-
Die
in der Querrichtung der Trägerplatte 1 verlaufenden
Abschnitte der Kühlmittelkanäle 6 sind durch
Bohren hergestellt, d.h. sie weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die
in der Längsrichtung der
Trägerplatte 1 verlaufenden
Abschnitte der Kühlmittelkanäle 6 sind
durch Fräsen
hergestellt, d.h. sie weisen einen rechteckigen Querschnitt auf.
Im Vergleich mit den aus dem Stand der Technik bekannten, wannenförmigen Ausnehmungen
sind die Querschnitte der einzelnen Abschnitte des Kühlmittelkanals 6 im
Ausführungsbeispiel
annähernd
gleich groß,
so dass Strömungsgeschwindigkeit
und Druck des Kühlmittels
beim Durchströmen
des Hohlraums annähernd
gleich bleiben.
-
Die
einzelnen Abschnitte des Kühlmittelkanals 6 sind
mäanderförmig miteinander
verbunden, so dass durch den Kühlkanal 6 ein
Flächenabschnitt der
Trägerplatte 1 und
nicht nur ein schmaler Streifen kühlbar ist. Dabei durchfließt ein Kühlmittelstrom 10 den
Kühlkanal 6 vom
Kühlmitteleinlauf 11 zum
Kühlmittelauslauf 12 und
nimmt die Wärme
auf, die das (nicht dargestellte) Target 2 an die Trägerplatte 1 abgibt.
-
In 4 ist
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Trägerplatte
mit zwei durch je ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildeten
Hohlräumen dargestellt.
-
Das
gerundete Verhältnis
von Länge
und Breite der Trägerplatte 1 beträgt 2. Daher
sind im Innern der Trägerplatte 1 zwei
durch je ein Netz von Kühlmittelkanälen 6 gebildete
Hohlräume
vorgesehen, durch die jeweils eine annähernd quadratische Teilfläche der
Trägerplatte 1 kühlbar ist.
Der Randbereich der Trägerplatte 1 weist
eine Mehrzahl von Befestigungsmittelaufnahmen 4 zur Befestigung
der Trägerplatte 1 an
einem dafür
vorgesehenen externen Bauteil 5 auf.
-
Jeder
durch ein Netz von Kühlmittelkanälen 6 gebildete
Hohlraum weist einen Kühlmitteleinlauf 11 und
einen Kühlmittelauslauf 12 auf.
-
Die
in der Querrichtung der Trägerplatte 1 verlaufenden
Abschnitte der Kühlmittelkanäle 6 sind durch
Bohren hergestellt, d.h. sie weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die
in der Längsrichtung der
Trägerplatte 1 verlaufenden
Abschnitte der die Kühlmittelkanäle 6 zu
einem Netz verbindenden Sammelkanäle 7 sind durch Fräsen hergestellt,
d.h. sie weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Im Vergleich
mit den aus dem Stand der Technik bekannten, wannenförmigen Ausnehmungen
sind die Querschnitte der einzelnen Abschnitte des Kühlmittelkanals 6 im
Ausführungsbeispiel
annähernd
gleich groß,
so dass Strömungsgeschwindigkeit
und Druck des Kühlmittels
beim Durchströmen
des Hohlrums annähernd
gleich bleiben.
-
Die
einzelnen Kühlmittelkanäle 6 sind
an ihrem Anfang und an ihrem Ende durch je einen Sammelkanal 7 niteinander
verbunden, so dass durch das Netz der Kühlmittelkanäle 6 ein Flächenabschnitt
der Trägerplatte 1 und
nicht nur ein schmaler Streifen kühlbar ist. Dabei fließt ein Kühlmittelstrom 10 vom Kühlmitteleinlauf 11 her
in einen ersten Sammelkanal 7 ein. Von dort aus verzweigt
sich der Kühlmittelstrom 10 in
die Kühlmittelkanäle 6,
die anschließend
vom Kühlmittelstrom 10 durchflossen
werden.
-
An
ihrem jeweiligen Ende sind die Kühlmittelkanäle 6 durch
einen zweiten Sammelkanal 7 verbinden, in den der Kühlmittelstrom
nach dem Durchfließen
der Kühlmittelkanäle 6 fließt. Von
dem zweiten Sammelkanal 7 fließt das Kühlmittel zum Kühlmittelauslauf 12 und
verlässt
anschließend
die Trägerplatte 1.
Beim Durchfließen
der Trägerlatte 1 nimmt
der Kühlmittelstrom 10 die
Wärme auf,
die das (nicht dargestellte) Target 2 an die Trägerplatte 1 abgibt.
-
- 1
- Trägerplatte
- 2
- Target
- 3
- bewegliches
Magnetfeld
- 4
- Befestigungsmittelaufnahme
- 5
- externes
Bauteil
- 6
- Kühlmittelkanal
- 7
- Sammelkanal
- 8
- umlaufendes
Dichtmittel
- 9
- lokales
Dichtmittel
- 10
- Kühlmittelstrom
- 11
- Kühlmitteleinlauf
- 12
- Kühlmittelauslauf
- 13
- Führungskanal