DE19916938A1

DE19916938A1 - Cooling system, for e.g. a magnetron cathode target useful for CD coating, has a flat bearing ring with grooves for the limbs of an U-shaped piston to form a cooling channel between the ring and the piston interior

Info

Publication number: DE19916938A1
Application number: DE1999116938
Authority: DE
Inventors: Carsten Krueck; Michael Koenig; Peter Sauer
Original assignee: Leybold Systems GmbH
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-19

Abstract

A target cooling system comprises a flat bearing ring (1) with annular grooves (3) for receiving limbs (4') of an U-shaped piston (4) to form a cooling channel (8) between the ring and the piston interior. A target cooling system comprises: (a) a coolant supply (2) in an annular flat bearing (1) which extends parallel to the adjacent target face (5') and which has two uniformly spaced annular grooves (3) at the side facing the target (5); (b) an U-shaped piston (4) with a face extending parallel to the adjacent target face at the side opposite from the coolant supply and with limbs (4') which can move in the annular grooves in the direction perpendicular to the adjacent target face; and (c) elastic seals (7) which are arranged in annular grooves (6) in the piston limb outer faces and which seat in the bearing at their sides facing away from the piston. The height of the limbs is greater than the depth of the annular grooves, so that a cooling channel (8) is formed between the bearing and the inside of the piston, and the piston has a constant wall thickness (b) of 1-5 mm over the width of the cooling channel at the side facing the target (5).

Description

Die Kühlung von Targets mit Kühlmedien ist bekannt. In der DE-PS 44 10 466 werden eine Targethalterung, ein Target sowie eine spezielle Verwendung der Targethalterung beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, an dem Target benachbart einen Kühlkanal für ein Kühlmedium anzuordnen, wobei das Target und der Kühlkanal lediglich durch eine Membran voneinander getrennt sind.The cooling of targets with cooling media is known. In DE-PS 44 10 466 a Target holder, a target and a special one Use of the target holder described. Here it is provided that one adjacent to the target To arrange cooling channel for a cooling medium, the Target and the cooling channel only by one Membrane are separated from each other.

Eine ähnliche Anordnung ist in der DE-OS 44 36 176 beschrieben. Dort wird ein Kühlkammersystem dem Target benachbart angeordnet, wobei zwischen dem Target und der eigentlichen Kühlkammer eine Membran angeordnet ist. Als Kühlmedien werden in der Regel Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser eingesetzt. Bei den bekannten Vorrichtungen ist nachteilig, daß es bei der schlagartigen Aufgabe des Kühlmediums zum Reißen der Membran kommen kann, was besonders dann der Fall ist, wenn das Target nicht genau fixiert ist. Darüber hinaus besteht die Gefahr des Brechens der Membran unmittelbar an den Kanten direkt zwischen dem Kühlkanal und dem Target. An diesen Stellen kommt es daher häufig zu Dichtigkeitsproblemen, die längere Ausfallzeiten nach sich ziehen können.A similar arrangement is in DE-OS 44 36 176 described. There is a cooling chamber system Target arranged adjacent, between the Target and the actual cooling chamber one Membrane is arranged. As cooling media are in usually liquids, such as water used. In the known devices disadvantageous that it is in the sudden task of the cooling medium to tear the membrane can, which is especially the case if that Target is not fixed exactly. Furthermore there is a risk of the membrane breaking immediately on the edges directly between the Cooling channel and the target. At these points comes it therefore often leads to tightness problems can result in longer downtimes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium zu schaffen, bei der es nicht zum Reißen einer Membran kommen kann. Darüber hinaus soll die Dichtigkeit in ausreichendem Maße gewährleistet sein.The invention is therefore based on the object a device for cooling a target to create a cooling medium in which it is not for Tear a membrane can come. Furthermore the tightness should be sufficient to be guaranteed.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium gelöst, die aus einem parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden ring- und plattenförmigen Lager mit mindestens einer Zuführung für das Kühlmedium besteht, bei dem in der dem Target zugewandten Seite zwei in konstantem Abstand zueinander verlaufende umlaufende Nuten angeordnet sind, und einen Kolben mit U-förmigem Querschnitt mit parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden, der Zuführung für das Kühlmedium abgewandten Seite, aufweist, bei dem die Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, in den umlaufenden Nuten senkrecht zur angrenzenden Targetfläche beweglich geführt werden und an ihren Außenseiten jeweils eine umlaufende Nut aufweisen, in der elastische Dichtungen angeordnet sind, die an ihrer dem Kolben abgewandten Seite am ring- und plattenförmigen Lager anliegen, wobei die Höhe der Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, größer ist als die Tiefe der umlaufenden Nuten, so daß zwischen dem Lager und der Innenseite des Kolbens ein Kühlkanal gebildet wird und bei der der Kolben an der dem Target zugewandten Seite eine über die Breite des Kühlkanals konstante Wanddicke b von 1 mm bis 5 mm aufweist. Als Kühlmedium können Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, oder Gase eingesetzt werden. Die elastischen Dichtungen bestehen beispielsweise aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk. Das ring- und plattenförmige Lager kann beispielsweise kreisförmig oder oval ausgebildet sein. Bei der Zuführung für das Kühlmedium handelt es sich beispielsweise um eine Bohrung, die gegebenenfalls ein Gewinde enthält, an welchem ein Anschluß, beispielsweise für Kühlwasser, direkt aufgeschraubt werden kann. Die Zuführung für das Kühlmedium ist in der Regel senkrecht zur angrenzenden Targetfläche angeordnet. Sie kann aber auch schräg zur angrenzenden Targetfläche verlaufen. Die Anordnung der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium erfolgt besonders vorteilhaft in der Weise, daß man zwischen der parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden, der Zuführung für das Kühlmedium abgewandten Seite des Kolbens und der angrenzenden Targetfläche einen geringfügigen Abstand im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm vorsieht. Da die Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, in den umlaufenden Nuten senkrecht zur angrenzenden Targetfläche beweglich geführt werden, wird dieser Abstand bei Beaufschlagung mit einem Kühlmedium aufgehoben, so daß der Kolben direkt am Target anliegt. Obwohl somit der Kolben bei Beaufschlagung mit einem Kühlmedium eine geringfügige Bewegung senkrecht zur angrenzenden Targetfläche zum Target hin erfährt, ist die Dichtigkeit jedoch gewährleistet, was eine Folge der Anordnung der elastischen Dichtungen in den umlaufenden Nuten ist, die an den Außenseiten der Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, angeordnet sind. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß auf die Anordnung einer trennenden Membran gänzlich verzichtet werden kann, so daß die Probleme, die mit der Anordnung einer Membran auftreten, bei der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium vermieden werden. Durch die Wahl der über die Breite des Kühlkanals konstanten Wanddicke b von 1 mm bis 5 mm ist sichergestellt, daß ein relativ guter Wärmeübergang erfolgen kann, so daß eine gleichförmige Kühlwirkung über die gesamte Fläche des zu kühlenden Targets sichergestellt ist.The object underlying the invention will by a device for cooling a target solved with a cooling medium that from a parallel to the adjacent target surface running ring and plate-shaped bearings with at least one supply for the cooling medium exists, in which the target Side two at a constant distance from each other running circumferential grooves are arranged, and a piston with a U-shaped cross section parallel to the adjacent target surface running, the supply for the cooling medium facing away, in which the legs, which form the U-shaped cross section in the circumferential grooves perpendicular to the adjacent Target surface can be moved and on their Outsides each have a circumferential groove, are arranged in the elastic seals that on its side facing away from the piston on the ring and plate-shaped bearing, the height of the Legs that form the U-shaped cross section, is greater than the depth of the circumferential grooves, so that between the bearing and the inside of the Piston a cooling channel is formed and at the piston on the side facing the target a constant across the width of the cooling channel Has wall thickness b of 1 mm to 5 mm. As Cooling medium can be liquids, such as for example water or gases are used become. The elastic seals exist for example made of acrylonitrile butadiene rubber. The ring and plate-shaped bearing can for example circular or oval his. Acting in the supply for the cooling medium for example, a hole that optionally contains a thread on which a Connection, for example for cooling water, directly can be screwed on. The feeder for that Cooling medium is usually perpendicular to the adjacent target area arranged. she can but also at an angle to the adjacent target area run. The arrangement of the device for A target is cooled with a cooling medium particularly advantageous in that one between the parallel to the adjacent Target surface trending, the feeder for the Coolant facing away from the piston and the adjacent target area a slight Distance in the range of 0.1 mm to 1 mm. Because the legs that have the U-shaped cross section form, in the circumferential grooves perpendicular to adjacent target surface movably guided this distance will be applied when a cooling medium so that the piston lies directly on the target. Although thus the piston when exposed to a cooling medium slight movement perpendicular to the adjacent one Experienced target area to the target is However, tightness ensures what a consequence the arrangement of the elastic seals in the circumferential grooves is on the outside of the Legs that form the U-shaped cross section, are arranged. It has been surprising Way shown that on the arrangement of a separating membrane can be dispensed with entirely can, so the problems with the arrangement a membrane occur in the device for Cooling a target with a cooling medium be avoided. By choosing the over the Width of the cooling channel constant wall thickness b of 1 mm to 5 mm ensures that a relative good heat transfer can take place, so that a uniform cooling effect over the entire surface of the target to be cooled is ensured.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als elastische Dichtungen X- Ringe angeordnet werden. Die X-Ringe lassen sich in besonders einfacher Weise zwischen der jeweiligen umlaufenden Nut, die an der jeweiligen Außenseite der Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, angeordnet ist, und dem ring- und plattenförmigen Lager anordnen, wobei eine gute Dichtwirkung erzielt wird.A preferred embodiment of the invention is that as elastic seals X- Rings are arranged. The X rings can be in a particularly simple way between the respective circumferential groove on the respective Outside of the legs that form the U-shaped Form cross section, is arranged, and the ring and arrange plate-shaped bearings, one good sealing effect is achieved.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im ring- und plattenförmigen Lager zwei Zuführungen für das Kühlmedium angeordnet. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine gleichmäßige, rasche Verteilung des Kühlmediums im gebildeten Kühlkanal realisiert, so daß eine wirkungsvolle Kühlung in gleichförmiger Weise besonders schnell eingestellt werden kann, wobei der konstruktive Aufwand relativ gering ist.In a further preferred embodiment of the Invention are in the ring and plate-shaped bearing two feeds for the cooling medium are arranged. This is a particularly advantageous uniform, rapid distribution of the cooling medium in the formed cooling channel realized so that a effective cooling in a uniform manner can be adjusted particularly quickly, whereby the design effort is relatively low.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden, der Zuführung für das Kühlmedium abgewandten Seite des Kolbens eine Metallfolie angeordnet. Die Anordnung kann dabei beispielsweise direkt durch Anlegen der Metallfolie an den Kolben erfolgen. Die Anordnung einer zusätzlichen Metallfolie ermöglicht die Beeinflussung der Magnetfeldlinien in besonders vorteilhafter Weise in einer Magnetronkathode, so daß die Betriebsbedingungen auf einfache Weise optimiert werden können.According to a further preferred embodiment of the Invention is parallel to the adjacent one Target surface trending, the feeder for the Side of the piston facing away from the cooling medium Arranged metal foil. The arrangement can for example, directly by creating the Metal foil on the pistons. The order an additional metal foil enables the Influencing the magnetic field lines in particular advantageously in a magnetron cathode, so that the operating conditions in a simple way can be optimized.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als Metallfolie eine Folie aus Eisen eingesetzt wird. Mit Folien aus Eisen lassen sich die Richtungen der Magnetfeldlinien auf relativ wirkungsvolle Weise beeinflussen.Another embodiment of the invention exists in that as a metal foil, a foil made of iron is used. With foils made of iron the directions of the magnetic field lines on relative affect effective ways.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (Fig. 1 bis Fig. 3) näher und beispielhaft erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing (Fig. 1 to Fig. 3) in greater detail and by way of example.

Fig. 1 zeigt einen Teil der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium im Querschnitt; Fig. 1 shows a part of the device for cooling a target with a cooling medium in cross section;

Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium im Querschnitt sowie in der Draufsicht; Fig. 2 shows a special embodiment of the device for cooling a target with a cooling medium in cross section and in plan view;

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium gemäß Fig. 2 im Querschnitt sowie von ihrer Unterseite. FIG. 3 shows the device for cooling a target with a cooling medium according to FIG. 2 in cross section and from its underside.

In Fig. 1 ist ein Teil der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium im Querschnitt vereinfacht und schematisch dargestellt.In Fig. 1 a part of the device for cooling a target 5 with a cooling medium in cross section is simplified and shown schematically.

Die Vorrichtung besteht aus einem parallel zur angrenzenden Targetfläche 5' verlaufenden, ring- und plattenförmigen Lager 1 mit einer Zuführung 2 für das Kühlmedium. Das ring- und plattenförmige Lager 1 kann beispielsweise kreisförmig ausgestaltet sein (nicht dargestellt). In der dem Target 5 zugewandten Seite des ring- und plattenförmigen Lagers 1 sind zwei in konstantem Abstand zueinander verlaufende, umlaufende Nuten 3 angeordnet. Zur Vorrichtung gehört ferner ein Kolben 4 mit U-förmigem Querschnitt, der eine parallel zur angrenzenden Targetfläche 5' verlaufende, der Zuführung 2 für das Kühlmedium abgewandte Seite 4'' aufweist. Die Schenkel 4' des Kolbens 4, die den U-förmigen Querschnitt bilden, werden in den umlaufenden Nuten 3 senkrecht zur angrenzenden Targetfläche 5' beweglich geführt. An ihren Außenseiten weisen die Schenkel 4' jeweils eine umlaufende Nut 6 auf, in der elastische Dichtungen 7 angeordnet sind. Die elastischen Dichtungen 7 liegen an ihrer dem Kolben 4 abgewandten Seite am ring- und plattenförmigen Lager 1 an. Die Höhe der Schenkel 4', die den U- förmigen Querschnitt bilden, ist größer als die Tiefe der umlaufenden Nuten 3, so daß zwischen dem ring- und plattenförmigen Lager 1 und der Innenseite des Kolbens 4 ein Kühlkanal 8 gebildet wird. Der Kolben 4 weist an der dem Target 5 zugewandten Seite eine über die Breite des Kühlkanals 8 kontinuierliche Wanddicke b von 1 mm bis 5 mm auf. Die Anordnung der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß im nicht betriebenen Zustand zwischen der angrenzenden Targetfläche 5' und der der Zuführung 2 für das Kühlmedium abgewandten Seite 4'' des Kolbens 4 ein Spalt vorgesehen wird. Sofern das Kühlmedium über die Zuführung 2 in den Kühlkanal 8 eingeleitet wird, erfährt der Kolben 4 in den umlaufenden Nuten 3 des Lagers 1 eine Bewegung senkrecht zur Targetfläche 5' zum Target 5, bis der Kolben 4 direkt an der angrenzenden Targetfläche 5' anliegt. Diese Bewegung kann durch die Anordnung der elastischen Dichtungen 7, die in vorteilhafter Weise als X-Ringe gestaltet sind, derart erfolgen, daß die Dichtigkeit sichergestellt ist. Die Vorrichtung zur Kühlung des Targets 5 wird in vorteilhafter Weise in oder an einem Magnetjoch 9, das Permanentmagnete 10 aufweist, angeordnet. Zur Beeinflussung der Magnetfeldlinien kann es in diesem Fall sinnvoll sein, zwischen der angrenzenden Targetfläche 5' und dem Kolben 4 eine Metallfolie anzuordnen (nicht dargestellt). Allgemein kann es vorteilhaft sein, zusätzlich seitliche Halter 11 anzuordnen, die eine zentrische Fixierung des Kolbens 4 vereinfachen. Die über die Breite des Kühlkanals 8 konstante Wanddicke b des Kolbens 4 im Bereich von 1 mm bis 5 mm ermöglicht eine gute Wärmeleitung und somit eine homogene Abfuhr der Wärme aus dem Target 5.The device consists of an annular and plate-shaped bearing 1 running parallel to the adjacent target surface 5 'and having a feed 2 for the cooling medium. The ring-shaped and plate-shaped bearing 1 can, for example, be circular (not shown). In the side of the ring and plate-shaped bearing 1 facing the target 5 , two circumferential grooves 3 running at a constant distance from one another are arranged. The device also includes a piston 4 with a U-shaped cross section, which has a side 4 ″ running parallel to the adjacent target surface 5 ′ and facing away from the feed 2 for the cooling medium. The legs 4 'of the piston 4 , which form the U-shaped cross section, are movably guided in the circumferential grooves 3 perpendicular to the adjacent target surface 5 '. On their outer sides, the legs 4 'each have a circumferential groove 6 , in which elastic seals 7 are arranged. The elastic seals 7 rest on their side facing away from the piston 4 on the ring and plate-shaped bearing 1 . The height of the legs 4 ', which form the U-shaped cross section, is greater than the depth of the circumferential grooves 3 , so that a cooling channel 8 is formed between the annular and plate-shaped bearing 1 and the inside of the piston 4 . On the side facing the target 5, the piston 4 has a wall thickness b of 1 mm to 5 mm that is continuous over the width of the cooling channel 8 . The arrangement of the device for cooling a target 5 with a cooling medium is advantageously carried out by providing a gap in the non-operating state between the adjacent target surface 5 'and the side 4 ''of the piston 4 facing away from the supply 2 for the cooling medium. If the cooling medium is introduced into the cooling channel 8 via the feed 2 , the piston 4 undergoes a movement in the circumferential grooves 3 of the bearing 1 perpendicular to the target surface 5 'to the target 5 until the piston 4 rests directly on the adjacent target surface 5 '. This movement can take place through the arrangement of the elastic seals 7 , which are advantageously designed as X-rings, in such a way that the tightness is ensured. The device for cooling the target 5 is advantageously arranged in or on a magnetic yoke 9 which has permanent magnets 10 . In order to influence the magnetic field lines, it can be useful in this case to arrange a metal foil (not shown) between the adjacent target surface 5 'and the piston 4 . In general, it can be advantageous to additionally arrange lateral holders 11 , which simplify a central fixing of the piston 4 . The constant wall thickness b of the piston 4 in the range from 1 mm to 5 mm over the width of the cooling channel 8 enables good heat conduction and thus a homogeneous removal of the heat from the target 5 .

In Fig. 2 ist die Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium im Querschnitt zusammen mit der Draufsicht dargestellt. Das ring- und plattenförmige Lager 1 ist in diesem Fall kreisförmig gestaltet, was beispielsweise zur Beschichtung von CDs vorteilhaft ist. Es sind zwei Zuführungen 2 für das Kühlmedium angeordnet, was eine relativ rasche Verteilung des Kühlmediums im Kühlkanal 8 auf konstruktiv einfache Weise ermöglicht. Die Vorrichtung ist in einem Magnetjoch 9 angeordnet, das mittig eine Bohrung 12 aufweist, in welcher ein Kühlfinger oder eine Mittelmaske positioniert werden kann. Auf die Darstellung des Targets wurde hierbei verzichtet. In FIG. 2, the apparatus is shown for cooling a target 5 with a cooling medium in the cross section, together with the plan view. The ring-shaped and plate-shaped bearing 1 is circular in this case, which is advantageous, for example, for coating CDs. There are two inlets 2 for the cooling medium, which enables a relatively rapid distribution of the cooling medium in the cooling channel 8 in a structurally simple manner. The device is arranged in a magnetic yoke 9 which has a bore 12 in the center, in which a cooling finger or a central mask can be positioned. The representation of the target has been omitted.

In Fig. 3 ist die Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium im Querschnitt zusammen mit der Unteransicht dargestellt. Die Vorrichtung entspricht der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, so daß auch hier das ring- und plattenförmige Lager 1 kreisförmig gestaltet ist. Durch die Beaufschlagung des Kühlkanals 8 mit dem Kühlmedium über die zwei Zuführungen 2 wird der Kolben 4 gegen das Target gepreßt (nicht dargestellt). Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, das ring- und plattenförmige Lager 1 oval auszugestalten, so daß dann auch der Kolben 4 in entsprechender Weise in ovaler Form gestaltet werden muß.In Fig. 3 the device is shown for cooling a target 5 with a cooling medium in cross-section together with the bottom view. The device corresponds to the device shown in Fig. 2, so that here the ring and plate-shaped bearing 1 is circular. By acting on the cooling channel 8 with the cooling medium via the two feeds 2 , the piston 4 is pressed against the target (not shown). For many applications it is advantageous to design the annular and plate-shaped bearing 1 oval, so that the piston 4 must then also be designed in a corresponding manner in an oval shape.

Claims

1. Device for cooling a target ( 5 ) with a cooling medium, consisting of an annular and plate-shaped bearing ( 1 ) running parallel to the adjacent target surface ( 5 ') with at least one feed ( 2 ) for the cooling medium, in which in the Target ( 5 ) facing side two circumferential grooves ( 3 ) running at a constant distance from each other are arranged, a piston ( 4 ) with a U-shaped cross-section with a parallel to the adjacent target surface ( 5 '), facing away from the feed ( 2 ) for the cooling medium Side ( 4 ''), on which the legs ( 4 '), which form the U-shaped cross section, are guided in the circumferential grooves ( 3 ) so as to be movable perpendicularly to the adjacent target surface ( 5 ') and a circumferential groove on their outer sides ( 6 ), in which elastic seals ( 7 ) are arranged, which bear on their side facing away from the piston ( 4 ) on the ring-shaped and plate-shaped bearing ( 1 ), the height of the legs ( 4 '), which form the U-shaped cross section, is greater than the depth of the circumferential grooves ( 3 ), so that a cooling channel ( 8 ) is formed between the annular and plate-shaped bearing ( 1 ) and the inside of the piston ( 4 ) and in which the piston ( 4 ) on the side facing the target ( 5 ) has a constant wall thickness b of 1 mm to 5 mm across the width of the cooling channel ( 8 ).

2. Device according to claim 1, in which X-rings are arranged as elastic seals ( 7 ).

3. Apparatus according to claim 1 or claim 2, in which two feeds ( 2 ) for the cooling medium are arranged in the annular and plate-shaped bearing ( 1 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, in which on the parallel to the adjacent target surface ( 5 '), the feed ( 2 ) facing away from the cooling medium side ( 4 '') of the piston ( 4 ) a metal foil is arranged.

5. The device according to claim 4, in which as Metal foil used an iron foil becomes.