DE102008039211A1

DE102008039211A1 - Rohrtarget mit Endblock zur Kühlmittelversorgung

Info

Publication number: DE102008039211A1
Application number: DE102008039211A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Sander; Cornell Weidelt; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Heinrich
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2028-08-23
Also published as: US20090277787A1; US9058961B2; DE102008039211B4; BE1019039A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rohrtarget mit einem Endblock (2) zur Kühlmittelversorgung des Rohrtargets (1), wobei der Endblock (2) eine drehbar gelagerte Trägerwelle (5) zur Halterung und Drehung des Rohrtargets (1), einen in der Trägerwelle (5) angeordneten Stutzen (8), ein Verschlussstück (7) für das Rohrtarget (1) an dessen dem Endblock (2) zugewandten Ende, einen Kühlmittelzufluss (11) in den Innenraum (3) des Rohrtargets (1) und einen Kühlmittelabfluss (12) umfasst. Die zugrunde liegende Aufgabe zur Angabe eines Rohrtargets (1) mit dem der Zu- und Ablauf von Kühlmittel in das Rohrtarget und somit dessen Kühlung verbessert werden kann, wird durch einen Kühlmittelabfluss (12) realisiert, der über zumindest eine Öffnung (13) im Verschlussstück (7) gebildet ist, die nahe der Wandung des Rohrtargets (1) und exzentrisch zur Drehachse (14) des Rohrtargets (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrtarget mit einem Endblock zur Kühlmittelversorgung des Rohrtargets, wobei der Endblock eine drehbar gelagerte Trägerwelle zur Halterung und Drehung des Rohrtargets, einen in der Trägerwelle angeordneten Stutzen, ein Verschlussstück für das Rohrtarget an dessen dem Endblock zugewandten Ende, einen Kühlmittelzufluss in den Innenraum des Rohrtargets und einen Kühlmittelabfluss umfasst.
In der Vakuumbeschichtungstechnologie sind so genannte rotierende Kathoden bekannt, bei denen ein rohrförmiges Target meist eine Magnetanordnung umschließt, wobei das rohrförmige Target drehbar gelagert und antreibbar ist, so dass das Targetmaterial gleichmäßig abgetragen wird. Ein solches rotierendes rohrförmiges Target wird üblicherweise in der Vakuumkammer einer Vakuumbeschichtungsanlage zwischen zwei Endblöcken befestigt, die so konstruiert sind, dass sie jeweils die drehbare Lagerung des rohrförmigen Targets ermöglichen. Sie bestehen üblicherweise aus den Hauptkomponenten Rohrtarget, zwei Endblöcke und gegebenenfalls eine Magnetanordnung. Das rohrförmige Target, welches ein Trägerrohr mit an der Mantelfläche aufgebrachtem Targetmaterial umfasst oder vollständig aus Targetmaterial besteht, ist in einer Targetklemmeinrichtung oder sonstigen Targetlagerungsein richtung drehbar gelagert. Die Magnetanordnung, welche das zur Plasmafokussierung benötigte Magnetfeld erzeugt, befindet sich im Inneren des Rohrtargets.
Das Rohrtarget wird stirnseitig, beispielsweise mittels einer Targetklemmeinrichtung, an jeder Seite mit einem Endblock verbunden. Die Endblöcke sind multifunktional ausgeführt und haben unter anderem eine Drehdurchführung für die Kühlmittelversorgung, die für den Kühlmittelvorlauf und den Kühlmittelrücklauf ausgebildet ist.
In der deutschen Patentschrift DE 102 13 049 A1 wird ein Rohrtarget beschrieben, in welchem Antrieb und Versorgung über einen Endblock realisiert sind. Das Rohrtarget besteht hier vollständig aus dem zu sputterndem Material. Die im Innenraum des Rohrtargets realisierte Targetkühlung wird durch einen axialen Kühlmittelzufluss mit einem Kühlmittel, meist Wasser eventuell mit Zusätzen, gespeist und über einen Verteiler mit zahlreichen Löchern im Targetinnenraum verteilt. Im Verteiler, der alternativ drehbar oder stationär angeordnet ist, ist die Magnetanordnung montiert. Der Kühlmittelablauf aus dem Targetinnenraum erfolgt über mehrere Öffnungen, die konzentrisch um den Kühlmittelzufluss im Endblock angeordnet sind. Bei dem üblichen, anlagenbedingten horizontalen Betrieb der Rohrtargets ist eine maximale und gleichmäßige Kühlung der Innenwandung des Targets gewünscht. Dies wird mit dem in der DE 102 13 049 A1 beschriebenen Kühlkreislauf jedoch nicht erreicht, da das Kühlmittel den Targetinnenraum nicht vollständig ausfüllt und somit nicht überall am Rohr anliegt.
Bei der anfänglichen Befüllung des Targetinneraums mit Kühlmittel wird die darin befindliche Luft durch den Rücklauf nur unvollständig aus dem Targetrohr gepresst. Im oberen Abschnitt des horizontal liegenden Rohres verbleibt eine Luftblase, die vom Kühlmitteldruck und der Fließgeschwindigkeit beim Befüllen abhängt. Da das Befüllen des Rohrtargets vergleichbar langsam erfolgt, wird die Luft auch kaum durch Vermischung und Verwirbelung mit dem Kühlmittel mitgerissen. Auch im laufenden Betrieb des rotierenden Targets wird die Luftblase im Kühlmittelkreislauf nicht vermindert oder beseitigt. Eine daraus resultierende ungleichmäßige Kühlung kann zu inhomogenem Abtrag des Targetmaterials im Verlauf des Beschichtungsbetriebs bis zum Ausfall der gesamten Kathode führen. Gleichermaßen ist bei der Belüftung des Rohrtargets keine vollständige Leerung möglich, da das Kühlwasser nicht zu dem zentralen Ablauf fließen kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein rotierendes Rohrtarget anzugeben, mit dem der Zu- und Ablauf von Kühlmittel in das Rohrtarget und somit dessen Kühlung verbessert werden kann.
Die Gestaltung des Endblocks des Rohrtargets gestattet es, durch die exzentrische Öffnung in einer Endfläche des rohrförmigen Targets, die durch ein Verschlussstück gebildet ist, im Innenraum des Rohrtargets befindliche Luft nahezu vollständig herauszupressen, so dass weder im laufenden Kühlmittelkreislauf noch bei einer Befüllung des Rohrtargets mit Kühlmittel eine Luftblase im Rohrtarget verbleibt. Sofern eine Magnetanordnung in dem Rohrtarget angeordnet ist, so ist für die Magnetanordnung auch für den Fall, dass sie sich prozessbedingt im oberen Segment des horizontal angeordneten Rohrtargets befindet, eine optimale Kühlung gewährleistet. Gleichermaßen ist auch eine vollständige Belüftung des Rohrtargets z. B. bei dessen Auswechslung möglich.
Die exzentrische Ausführung der Öffnung realisiert im Zusammenhang mit der Rotation des Rohrtargets während des Betriebs in jedem Umlauf den Ablauf des Kühlmittels solange sich die Öffnung unterhalb des Kühlmittelspiegels befindet und das Entweichen möglicher Luft, wenn sich die Öffnung im Bereich der mit dem Kühlmittelablauf entstehenden Luftblase oder zumindest wenn sie sich am obersten Umkehrpunkt befin det.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 einen Ausschnitt eines Rohrtargets mit dem der Versorgung mit Kühlmittel dienenden Endblock und
2 eine Schnittdarstellung durch das Rohrtarget entlang der Schnittlinie A-A in 1.
Das Rohrtarget 1 einer Sputterkathode umfasst regelmäßig das rohrförmige Target, welches beidseitig in einem Endblock 2 gehalten wird. Über die Endblöcke 2 wird die Versorgung mit Kühlmittel und der Antrieb zur Rotation des Rohrtargets realisiert sowie die Spannungsversorgung der Kathode. In 1 ist nur jener Teil des Rohrtargets 1 mit jenem Endblock 2 dargestellt, über den die Versorgung mit einem Kühlmittel erfolgt. Regelmäßig erfolgt über denselben Endblock 2 auch die Spannungsversorgung (nicht dargestellt) und über den zweiten, nicht dargestellten Endblock, welcher ebenfalls eine drehbare Lagerung aufweist der Antrieb. Andere funktionale Ausgestaltungen der Endblöcke sind ebenso möglich. Z. B. sind Rohrtargets bekannt, bei denen die oben beschriebenen Funktionen über nur einen der Endblöcke realisiert werden. Das in 1 dargestellte Rohrtarget 1 wird als Magnetronkathode zum Magnetronsputtern betrieben und umfasst deshalb in seinem Innenraum 3 eine Magnetanordnung 4. Die Magnetanordnung ist prozessbedingt und nicht erforderlich für den nachfolgend beschriebenen Kühlmittelkreislauf des Rohrtargets.
Der Endblock 2 des Rohrtargets 1, welcher der Versorgung mit Kühlmittel dient, umfasst eine drehbar gelagerte Trägerwelle 5, die stirnseitig mittels einer geeigneten Halterung z. B. mittels einer Targetklemmeinrichtung 6, mit dem Rohrtarget 1 verbunden ist. Mittels der Trägerwelle 5 ist das Rohrtarget 1 drehbar gelagert. Das Rohrtarget 1 ist durch ein Verschlussstück 7 zur Trägerwelle 5 hin verschlossen. Die Verbindung zwischen dem Verschlussstück 7 und dem Rohrtarget 1 ist dicht ausgeführt, wobei das Verschlussstück 7 sich mit dem Rohrtarget 1 dreht.
In der als Hohlwelle ausgebildeten Trägerwelle 5 ist ein Stutzen 8 angeordnet. Dieser Stutzen 8 hält einen rohrförmigen Kühlmittelverteiler 9, der im Rohrtarget 1 angeordnet ist und mit einem Anschluss 10 durch das Verschlussstück 7 hindurch dicht mit dem Stutzen 8 verbunden ist. Sowohl der Stutzen 8 als auch der Anschluss 10 sind rohrförmig ausgebildet und bilden den Kühlmittelzufluss 11 in den Kühlmittelverteiler 9. Der Kühlmittelverteiler 9 weist eine oder mehrere Öffnungen (nicht dargestellt) auf, so dass das in den Kühlmittelverteiler 9 eintretendes Kühlmittel über die gesamte Länge und im gesamten umgebenden Innenraum 3 des Rohrtargets 1 verteilt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelverteiler 9 offen am nicht dargestellten anderen Ende, welches mit einem geringen Abstand vor dem zweiten Endblock (nicht dargestellt) endet und das Rohrtarget 1 an diesem Ende verschließt. Der Kühlmittelverteller 9 dient gleichzeitig als Halterung einer Magnetanordnung 4. Diese befindet sich stationär im unteren Bereich des. horizontal angeordneten Rohrtargets 1.
Der Kühlmittelabfluss 12 aus dem Innenraum 3 des Rohrtargets 1 ist durch eine Öffnung 13 im Verschlussstück 7 realisiert. Diese Öffnung 13 ist exzentrisch in Bezug auf die Drehachse des Rohrtargets 1 und nah an der Wandung des Rohrtargets 1 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel wird der minimale Abstand zwischen der Öffnung 13 und der Wandung des Rohrtargets 1 durch die Targetklemmeinrichtung 6 begrenzt. Bei einer anderen Gestaltung der Targethalterung ist eine weitere Verringerung des Abstandes möglich, womit die Gefahr eines verbleibenden, nicht durch Kühlmittel ausgefüllten Hohlraumes weiter vermindert werden kann.
Wie in 2 ersichtlich hat die Öffnung 13 im Ausführungsbeispiel die Form eines Schlitzes, der einen Kreisbogen über einem Winkel von ca. 90° beschreibt. Die Länge des Kreisbogens und die Breite des Schlitzes sind so bemessen, dass die Größe der Öffnung 13 dem Querschnitt des Kühlmittelzuflusses 11 etwa entspricht. Hierbei sind auch solche Abweichungen in den Größenverhältnissen möglich, die einen Kühlmittelkreislauf ungehindert ermöglichen. Gleichermaßen sind auch andere Formen der Öffnung 13 oder die Aufteilung der Öffnung 13 in mehrere einzelne Öffnungen möglich. Das drehbare Verschlussstück 7 weist zum stationären Stutzen 8 einen Ringspalt 15 auf, der so klein gewählt ist, dass eine Drehung des Verschlussstückes 7 möglich ist, aber kein Kühlmittel aus dem Ringspalt 15 austreten kann. Sollten dennoch geringe Mengen des Kühlmittels durch den Ringspalt 15 austreten, ist dies unschädlich, da der Ringspalt im Kühlmittelabfluss 12 mündet. Alternativ, z. B. bei einer anderen Ausführung des Kühlmittelabflusses 12, ist auch eine dichte, gegeneinander drehbare Verbindung zwischen dem Verschlussstück 7 und dem Stutzen 8 möglich.
Während des Betriebs des Rohrtargets 1 dreht sich mit dem Rohrtarget 1 auch das Verschlussstück 7 und die Öffnung 13, so dass die Öffnung 13 periodisch am obersten Umkehrpunkt seiner Kreisbewegung vorbeiläuft und somit die Luft auch aus diesem Bereich des Rohrtargets 1 ausströmen kann. Im übrigen Bereich der Kreisbahn der Öffnung 13 kann Kühlmittel zur Realisierung des Kühlmittelkreislaufs abfließen. Die Form der Öffnung als Kreisbogen unterstützt dabei das Ausströmen von Luft und Kühlmittel während der Drehbewegung. Darüber hinaus wird durch die teilweise Verwirbelung des Kühlmittels im Rohrtarget 1 infolge dessen Rotation das vollständige oder zumindest nahezu vollständige Ausströmen des Kühlmittels erzwungen. Auf diese Weise kann auch die Befüllung des Rohrtargets 1 mit Kühlmittel oder das Entleeren erfolgen. Durch eine kontinuierliche Drehung des Rohrtargets 1 und damit durch die umlaufende exzentrische Öffnung 13 wird die Luftblase während des Befüllens sukzessiv aus dem Rohrtarget herausgepresst und beim Entleeren der vollständige Ablauf des Kühlmittels erzielt.

1: Rohrtarget
2: Endblock
3: Innenraum
4: Magnetanordnung
5: Trägerwelle
6: Targetklemmeinrichtung
7: Verschlussstück
8: Stutzen
9: Kühlmittelverteiler
10: Anschluss
11: Kühlmittelzufluss
12: Kühlmittelabfluss
13: Öffnung
14: Drehachse
15: Ringspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10213049 A1 [0004, 0004]

Claims

Rohrtarget mit einem Endblock (2) zur Kühlmittelversorgung des Rohrtargets (1), wobei der Endblock (2) eine drehbar gelagerte Trägerwelle (5) zur Halterung und Drehung des Rohrtargets (1), einen in der Trägerwelle (5) angeordneten Stutzen (8), ein Verschlussstück (7) für das Rohrtarget (1) an dessen dem Endblock (2) zugewandten Ende, wobei das Verschlussstück (7) mit dem Rohrtarget (1) dichtend verbunden ist und drehbar auf dem Stutzen (8) gelagert ist, einen Kühlmittelzufluss (11) in den Innenraum (3) des Rohrtargets (1) und einen Kühlmittelabfluss (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlmittelabfluss (12) zumindest eine Öffnung (13) im Verschlussstück (7) gebildet ist, die nahe der Wandung des Rohrtargets (1) und exzentrisch zur Drehachse (14) des Rohrtargets (1) angeordnet ist.
Rohrtarget nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (13) in nur einem Segment des Verschlussstückes (7) angeordnet ist.
Rohrtarget nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Öffnung (13) oder aller Öffnungen gemeinsam ungefähr der Größe des Kühlmittelzuflusses (11) entspricht.
Rohrtarget nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Lagerung des Verschlussstücks (7) auf dem Stutzen (8) mittels eines Ringspalts (15) erfolgt.
Rohrtarget nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelzufluss (11) in einem Kühlmittelverteiler (9) mündet, welcher im Inneren des Rohrtargets (1) angeordnet ist zur Verteilung des Kühlmittels auf die gesamte Länge des Rohrtargets (1).