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Die Erfindung betrifft eine Magnetronanordnung mit einem Hohltarget.
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In Beschichtungsanlagen werden Magnetronanordnungen mit Hohltargets verwendet, um die Targetmaterialausbeute zu erhöhen und die Beschichtungskosten zu senken. Das Hohltarget ist ein- oder beidseitig an einer bzw. zwei Halteeinrichtungen gelagert, wobei die Lagerung so ausgeführt sein kann, dass das Hohltarget drehbar ist. In dem Hohltarget solcher Magnetronanordnungen ist ein Magnetsystem angeordnet, dessen Magnetfeld bewirkt, dass Elektronen in der Nähe der Targetoberfläche gehalten werden. Durch das Magnetfeld wird im Bereich der hohen Magnetfeldstärke ein Plasma konzentriert. Eine am Target angelegte negative Katodenspannung bewirkt ein Ionenbombardement durch Prozessgasionen auf der Targetoberfläche und damit ein gleichmäßiges Abtragen des Targetmaterials.
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Das Magnetsystem besteht beispielsweise aus einem Magnetträger mit darauf montierten Magneten. Das Magnetsystem wird prozesskonform, beispielsweise drehbar oder verdrehgesichert im Hohltarget angeordnet. Damit werden die Magneten optimal im Innenraum des Hohltargets gehalten und sind von Kühlwasser umgeben. Das Volumen, das mit Kühlwasser ausgefüllt wird, ist verhältnismäßig groß und es entstehen an den zu kühlenden Innenflächen des Hohltargets geringe Strömungsgeschwindigkeiten mit wenigen Turbulenzen.
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Bekannt ist weiter, dass der Magnetträger steif ausgebildet sein muss, damit auch bei langen, beispielsweise drei bis vier Meter langen Hohltargets der Abstand der Magneten von der Innenfläche des Hohltargets konstant bleibt, damit das Magnetfeld über der Außenseite des Hohltargets möglichst gleichmäßig ist. Wird das Magnetsystem jedoch sehr steif ausgeführt, so nimmt auch sein Gewicht zu. Viele bekannte Magnetsysteme belasten daher durch ihr hohes Eigengewicht die Lagerstellen; hoher Serviceaufwand ist die Folge.
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Bei einem Targetwechsel muss das Magnetsystem aus dem verbrauchten Hohltarget entfernt und in das neue Hohltarget eingebracht werden. Konstruktionsbedingt befinden sich an den Stirnseiten der Hohltargets Dichtflächen. Diese sind beim Wechsel des Targets stoßgefährdet. Magnetsysteme, zum Beispiel aus Edelstahl, verursachen bei Kollision mit einer stirnseitigen Dichtfläche des Hohltargets Beschädigungen, die zu späteren Undichtigkeiten der Magnetronanordnung führen können.
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Aus
US 5,571,393 B ist ein Magnetgehäuse bekannt, bei dem eine Magnetanordnung und eine Kühlmittelleitung in einem Gehäuse untergebracht sind, wobei das Gehäuse aus zwei miteinander verbundenen Gehäusehälften gebildet ist, die einen gemeinsamen Hohlraum umschließen. Das Kühlmittel wird in der im Hohlraum des Gehäuses angeordneten Kühlmittelleitung von einem ersten Ende des Hohltargets zu einem zweiten Ende befördert, dort in den Zwischenraum zwischen Gehäuse und Hohltarget eingespeist und in diesem Zwischenraum zum ersten Ende des Hohltargets zurückgeführt, wobei die Innenfläche des Hohltargets gekühlt wird. Der Abstand der Magneten zum Hohltarget ist dabei jedoch relativ groß, weil sich dazwischen die Wand des Gehäuses befindet.
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Aus
WO 2009/138348 A1 ist ein Magnetsystem bekannt, bei dem die Magneten an oder in einem einstückigen Trägerelement, beispielsweise einem stranggepresstem Aluminium-Profil, angeordnet sind, das eine hohe Biegesteifigkeit bei geringem Gewicht aufweist. Allerdings müssen von einem Kühlmittel umströmte Trägerelemente aus Aluminiumlegierungen mit einer Passivierungsschicht oder einer Elastomerschicht versehen werden, damit sie korrosionsgeschützt sind. Wenn diese Schutzschicht verletzt wird, besteht die Gefahr des korrosiven Angriffs auf das Trägerelement. Darüber hinaus weist das vorgeschlagene Profil einen komplexen Querschnitt auf, der relativ hohe Fertigungskosten mit sich bringt.
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Eine Aufgabe besteht daher darin, eine Magnetronanordnung mit einem Magnetsystem zu schaffen, das mit einer geringen Kühlmittelmenge auskommt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, das Kühlmittel so zu führen, dass eine möglichst große Kühlleistung erzielt wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Magnetronanordnung mit einem Magnetträger anzugeben, der korrosionsunempfindlich ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Magnetträgersystem zu schaffen, das unabhängig von der Einbaulage eine hohe Biegesteifigkeit für den zuverlässigen Betrieb der Magnetronanordnung besitzt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, das Gewicht des Magnetsystems zu reduzieren, um die Lagerstellen zu entlasten. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Montagesicherheit beim Ein- und Ausführen des Magnetträgersystems in das bzw. aus dem Hohltarget zu erhöhen, um die Beschädigung von Dichtflächen zu vermeiden.
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Daher wird eine Magnetronanordnung vorgeschlagen, die ein Hohltarget und ein in dem Hohltarget angeordnetes Magnetsystem mit einem Magnetträger und einer an dem Magnetträger angebrachten Magnetanordnung umfasst, wobei der Magnetträger mindestens zwei Magnetträgerelemente umfasst, die jeweils mindestens einen Hohlraum und an der Außenseite jeweils mindestens eine Kontaktfläche aufweisen, die mindestens zwei Magnetträgerelemente sich mit ihren Kontaktflächen berühren und fest miteinander verbunden sind und die Hohlräume der Magnetträgerelemente keine Verbindung zueinander aufweisen.
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Die vorgeschlagene Einrichtung besteht mithin aus mindestens zwei langgestreckten, miteinander verbundenen Magnetträgerelementen, die jeweils mindestens einen langgestreckten Hohlraum aufweisen, wobei diese Hohlräume zu verschiedenen Zwecken nutzbar sind, wie nachfolgend näher erläutert wird. Die einzelnen Hohlräume sind gegeneinander abgegrenzt, d. h. es gibt keine kommunizierende Verbindung zwischen ihnen, so dass eine dedizierte Nutzung jedes Hohlraums für einen bestimmten Zweck möglich ist. Gleichzeitig sind die Magnetträgerelemente jeweils für sich genommen relativ einfach aufgebaut, so dass ihre Herstellung einfach und kostengünstig ist. Die Magnetträgerelemente sind an Kontaktflächen miteinander verbunden, so dass mehrere einfache Querschnitte gemeinsam einen komplexen Querschnitt hoher Biegesteifigkeit bei geringem Gewicht bilden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Hohlraum eines Magnetträgerelements eine Kühlmittelleitung ist und in einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelleitung entlang des Magnetträgerelements Kühlmittelauslässe aufweist. Durch die Nutzung des Hohlraums eines Magnetträgerelements als Kühlmittelleitung kann auf separate Kühlmittelleitungen verzichtet werden, während durch die Anordnung von Kühlmittelauslässen eine gleichmäßige Einspeisung von Kühlmittel in das Hohltarget und dadurch eine effiziente Kühlung des Hohltargets ermöglicht wird.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Hohlraum eines Magnetträgerelements mit einem aufgeschäumten Kunststoff gefüllt ist. Die Füllung des Hohlraums des Magnetträgerelements mit einem aufgeschäumten Kunststoff trägt einerseits zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Magnetträgers bei, andererseits wird das Eindringen von Kühlmittel in den Hohlraum verhindert, falls einmal eine Undichtigkeit auftreten sollte.
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In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung in mindestens einem Hohlraum eines Magnetträgerelements angeordnet ist. Alternativ kann die Magnetanordnung an der Außenseite eines Magnetträgerelements angeordnet sein. Durch die Anbringung der Magnetanordnung in einem Hohlraum, der gegenüber anderen, beispielsweise Kühlmittel führenden Hohlräumen, abgeschlossen ist, ist die Magnetanordnung gut vor Korrosion geschützt. Hingegen kann durch eine Anbringung der Magnetanordnung an der Außenseite eines Magnetträgerelements erreicht werden, dass die magnetische Feldstärke an der Außenseite des Hohltargets nur minimal abgeschwächt wird und die Magnetanordnung selbst optimal gekühlt wird. Hierzu kann die Magnetanordnung beispielsweise mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen sein.
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Das Magnetträgerelement kann beispielsweise eine Einstülpung einer Außenfläche aufweisen, die die Magnetanordnung aufnimmt und, bei geeigneter Gestaltung der Einstülpung, die Magnetanordnung teilweise umschließt. Eine Einstülpung soll dabei eine Teilfläche der Außenfläche eines Magnetträgerelements bezeichnen, die von außen gesehen eine Vertiefung darstellt. In einer anderen Ausgestaltung kann eine solche Einstülpung, die die Magnetanordnung aufnimmt, von zwei oder mehr aneinandergrenzenden Magnetträgerelementen gebildet sein, wie insbesondere anhand der Ausführungsbeispiele noch näher erläutert wird.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Magnetträgerelement aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Obwohl generell Vorbehalte gegenüber der Verwendung von Kunststoffen in Magnetronanordnungen bestehen, hat sich überraschend gezeigt, dass diese mit guten Ergebnissen verwendbar sind, wenn eine effektive Kühlung sichergestellt ist und Kunststoffe verwendet werden, die von dem verwendeten Kühlmittel nicht angegriffen werden. Als besonders geeignet haben sich hierfür Faserverbundwerkstoffe, z. B. mit Harzen aus Polyester, Vinylester, Epoxy oder Acryl mit Armierungsfasern aus Glas, Carbon oder Aramid-Kevlar erwiesen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Magnetträgerelemente an ihren Kontaktflächen miteinander verklebt. Insbesondere bei vollflächiger Verklebung der Magnetträgerelemente an den Kontaktflächen ergibt sich hierdurch eine starke Erhöhung der Biegesteifigkeit eines aus zwei oder mehr Magnetträgerelementen zusammengesetzten Magnetträgers. Die Magnetträgerelemente können zusätzlich oder alternativ auch durch Schrauben, Niete oder ähnliche Mittel miteinander verbunden sein. Solche ähnlichen Mittel können beispielsweise formschlüssige Verbindungselemente umfassen, die an den Kontaktflächen, d. h. den Außenseiten der Magnetträgerelemente angeordnet und miteinander verbindbar sind. Ebenfalls zusätzlich oder alternativ können die Magnetträgerelemente auch durch Schellen oder Spannbänder miteinander verbunden sein, die die Magnetträgerelemente von außen umschließen.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Kontaktflächen der Magnetträgerelemente Einstülpungen aufweisen, die einen weiteren Hohlraum bilden. Der Begriff einer Einstülpung ist hier ebenfalls im oben erläuterten Sinne zu verstehen. Die Einstülpungen der einander zugewandten Außenflächen von zwei oder mehr Magnetträgerelementen bilden demgemäß einen langgestreckten Hohlraum, der sich zwischen den zwei oder mehr Magnetträgerelementen befindet und damit keinerlei Verbindung zu einem Hohlraum eines Magnetträgerelements aufweist.
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In diesem weiteren Hohlraum kann beispielsweise ein stabförmiges Versteifungselement angeordnet sein. Ein solches stabförmiges Versteifungselement kann beispielsweise ein Stab mit einem beispielsweise runden oder rechteckigen Querschnitt sein. Dieses Versteifungselement kann in einer weiteren Ausgestaltung ebenfalls einen langgestreckten Hohlraum aufweisen, beispielsweise um Kühlmittel zu leiten oder ein Stromkabel aufzunehmen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der beschriebenen Magnetträger anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
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1 im Querschnitt eine Magnetronanordnung mit zwei Magnetträgerelementen ohne Einstülpungen der Kontaktflächen,
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2 im Querschnitt eine Magnetronanordnung mit drei Magnetträgerelementen, die Einstülpungen der Kontaktflächen aufweisen, welche einen Hohlraum formen,
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3 im Querschnitt eine Magnetronanordnung mit zwei Magnetträgerelementen, die Einstülpungen der Kontaktflächen aufweisen, welche einen Hohlraum formen, worin ein Versteifungselement angeordnet ist,
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4 im Querschnitt eine Magnetronanordnung mit zwei Magnetträgerelementen, die Einstülpungen der Kontaktflächen aufweisen, welche einen Hohlraum formen.
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In allen Ausführungsbeispielen ist ein im Querschnitt hohlzylindrisches Hohltarget 1 dargestellt, bei dem auf der Außenseite einer Trägerstruktur 11 eine Schicht eines Targetmaterials 12 angeordnet ist.
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Im Innern des Hohltargets 1 ist jeweils ein Magnetträger 3 angeordnet, der zwei oder mehr miteinander verbundene Magnetträgerelemente 31 umfasst, die an Kontaktflächen 34 miteinander verbunden sind. An der Außenseite des Magnetträgers 3 ist eine Magnetanordnung 2 befestigt, die einen Magnethalter 21 und eine Mehrzahl von Magneten 22 umfasst, so dass die Magnete 22 in der Nähe der Innenfläche des Hohltargets 1 angeordnet sind. Der Magnethalter 21 der Ausführungsbeispiele ist lediglich optional; es versteht sich von selbst, dass die Magneten 22 auch direkt an einem Magnetträgerelement angebracht sein könnten.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zwei Magnetträgerelemente 31 jeweils eine ebene Kontaktfläche aufweisen, an denen die Magnetträgerelemente 31 sich berühren und miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Kleben. Jedes Magnetträgerelement 31 weist einen Hohlraum 32 auf, der vom Hohlraum 32 des anderen Magnetträgerelements 31 getrennt ist, und der jeweils als Kühlmittelleitung, Aufnahme für Stromleitungen oder dergleichen genutzt werden kann. Darüber hinaus können diese Hohlräume 32 mit einem aufgeschäumten Kunststoff ausgefüllt sein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Trennebene zwischen den beiden Magnetträgerelementen 31 horizontal und die Magnetanordnung 2, die einen Magnethalter 21 und Magnete 22 umfasst, ist an dem oberen der beiden Magnetträgerelemente 31 befestigt. Dazu weist dieses Magnetträgerelement 31 eine Einstülpung 33 auf, in der die Magnetanordnung 2 gehalten ist. Weiterhin weist das in der gewählten Darstellung obere Magnetträgerelement 31 eine Mehrzahl von Kühlmittelauslässen 37 auf, die mit korrespondierend angeordneten Kühlmittelauslässen 23 des Magnethalters 21 dafür sorgen, dass das im Hohlraum 32 geführte Kühlmittel über die gesamte Länge des Hohltargets 1 im Bereich der Magnete 22 in den Innenraum des Hohltargets 1 abgegeben wird.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Magnetträger 3 drei Magnetträgerelemente 31 umfasst, die jeweils zwei Kontaktflächen 34 aufweisen, an denen sie mit einem benachbarten Magnetträgerelement 31 verbunden sind. Diese Kontaktflächen weisen Einstülpungen 35 auf, durch welche zwischen den Magnetträgerelementen 31 ein zentraler Hohlraum 36 gebildet ist, der ebenfalls als Kühlmittelleitung oder zu ähnlichen Zwecken dienen kann.
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Die Magnetanordnung, welche wiederum einen Magnethalter 21 und daran angebrachte Magnete 22 umfasst, wird von zwei benachbarten Magnetträgerelementen 31 gehalten, die an ihren Außenseiten jeweils eine Einstülpung 33 aufweisen. Diese beiden Einstülpungen 33 wirken zusammen als Aufnahme für die Magnetanordnung 2.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind zwei Magnetträgerelemente 31 an Kontaktflächen 34 so miteinander verbunden, dass die Trennebene in der gewählten Darstellung vertikal verläuft und die Magnetanordnung wiederum in zwei zusammenwirkenden Einstülpungen 33 an den Außenseiten der beiden Magnetträgerelemente 31 gehalten ist.
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Die Kontaktflächen 34 der beiden Magnetträgerelemente 31 weisen je eine Einstülpung 35 auf, die gemeinsam einen zentral angeordneten, im Querschnitt rechteckigen Hohlraum 36 bilden. In diesem Hohlraum 36 ist ein stabförmiges Versteifungselement 4 mit korrespondierendem, rechteckigem Querschnitt angeordnet. Es handelt sich dabei um ein Rechteck-Hohlprofil, das gegebenenfalls als Kühlmittelleitung oder zu ähnlichen Zwecken dienen kann.
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In ähnlicher Weise umfasst der Magnetträger 3 im Ausführungsbeispiel gemäß 4 zwei Magnetträgerelemente 31, bei denen die Kontaktflächen 34 in der gewählten Darstellung eine vertikale Trennebene bilden. Auch die Magnetanordnung ist in zwei zusammenwirkenden Einstülpungen 33 an den Außenseiten der beiden Magnetträgerelemente 31 gehalten.
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Die Einstülpungen 35 der Kontaktflächen 34 bilden gemeinsam einen Hohlraum 36 mit kreisrundem Querschnitt, in dem bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch kein Versteifungselement angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohltarget
- 11
- Trägerstruktur
- 12
- Targetmaterial
- 2
- Magnetanordnung
- 21
- Magnethalter
- 22
- Magnet
- 23
- Kühlmittelauslass
- 3
- Magnetträger
- 31
- Magnetträgerelement
- 32
- Hohlraum
- 33
- Einstülpung für Magnetanordnung
- 34
- Kontaktfläche
- 35
- Einstülpung der Kontaktfläche
- 36
- Hohlraum
- 37
- Kühlmittelauslass
- 4
- Versteifungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5571393 B [0006]
- WO 2009/138348 A1 [0007]
