ES2374775B1

ES2374775B1 - CATHODIC SPRAY UNIT OF CIRCULAR WHITES.

Info

Publication number: ES2374775B1
Application number: ES200900929A
Authority: ES
Inventors: José Miguel Colino García
Original assignee: Universidad de Castilla La Mancha
Current assignee: Universidad de Castilla La Mancha
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2029-04-03
Also published as: ES2374775A1

Abstract

Unidad de pulverización catódica de blancos circulares.#Unidad de pulverización circular catódica que puede ser utilizada en cualquier cámara de alto vacío y que comprende:#- una cabeza (6) refrigerada de soporte del blanco (24)#- un cuerpo (18) situado detrás de la cabeza, que contiene un circuito de líquido refrigerante con dos líneas, una de entrada y otra de salida, para la refrigeración de la cabeza (6), con un único pasamuros (1) de refrigeración de líquido y paso de corriente eléctrica,#- un canal de entrada (19) de gas noble a la cabeza (6)#- una carcasa exterior o ánodo (21), y#- un tubo de conexión (13) ensamblado por un extremo a la carcasa exterior por medios de unión, y por el otro extremo a una caja de conexiones, exterior a la unidad, que contiene los conectores de las líneas de agua, gas y corriente eléctrica.Cathodic circular target spray unit. # Cathodic circular spray unit that can be used in any high vacuum chamber and comprising: # - a head (6) refrigerated target holder (24) # - a body (18) located behind the head, which contains a coolant circuit with two lines, one inlet and one outlet, for cooling the head (6), with a single pass-through (1) for liquid cooling and current flow electrical, # - an inlet channel (19) of noble gas to the head (6) # - an outer casing or anode (21), and # - a connecting pipe (13) assembled at one end to the outer casing by connection means, and at the other end to a junction box, outside the unit, which contains the connectors of the water, gas and electric current lines.

Description

Unidad de pulverización catódica de blancos circulares. Cathodic spray unit of circular targets.

La invención se reﬁere a una unidad de pulverización circular catódica altamente compacta para la obtención de capas ﬁnas de materiales inorgánicos para el estudio de propiedades físicas, químicas, mecánicas, de fricción, etc... para su aplicación en Maquinarias y equipos mecánicos como recubrimientos de alta dureza en herramientas de corte y mecanizado, en Industrias manufactureras diversas como la producción de recubrimientos decorativos o capas ﬁnas con funcionalidad óptica, en transporte y comunicaciones como la producción de recubrimientos en microelectrónica, apantallamiento magnético, reﬂectores en automoción o de aplicación en la construcción como para recubrimientos de control solar en el panel de vidrio arquitectónico, por ejemplo. The invention refers to a highly compact cathodic circular spray unit for obtaining thin layers of inorganic materials for the study of physical, chemical, mechanical, friction, etc ... properties for application in machinery and mechanical equipment as coatings. high hardness in cutting and machining tools, in various manufacturing industries such as the production of decorative coatings or thin layers with optical functionality, in transport and communications such as the production of coatings in microelectronics, magnetic shielding, re ﬂ ectors in automotive or application in the construction as for solar control coatings on the architectural glass panel, for example.

Antecedentes Background

El método más versátil y empleado en la industria e investigación desde los años sesenta para producir recubrimientos ﬁnos de materiales inorgánicos es la pulverización catódica. Éste es un proceso que requiere alto vacío en la cámara de producción y se realiza a partir de un plasma de gas noble (argón) creado sobre un blanco puro del material deseado, que resulta gradualmente erosionado mientras que se pulveriza en átomos. Desde la unidad de pulverización catódica estos átomos se emiten y se recogen en un sustrato u objeto cualquiera formándose una capa ﬁna sobre él. Comúnmente, la unidad conﬁna el plasma mediante imanes permanentes, y a este tipo se le denomina “magnetrón”. The most versatile method used in industry and research since the sixties to produce fine coatings of inorganic materials is sputtering. This is a process that requires high vacuum in the production chamber and is made from a noble gas (argon) plasma created on a pure white of the desired material, which is gradually eroded while spraying into atoms. From the sputtering unit these atoms are emitted and collected on any substrate or object, forming a thin layer on it. Commonly, the unit con ﬁ rms plasma using permanent magnets, and this type is called “magnetron”.

Hay diversos tipos de unidades o fuentes de pulverización en función de la geometría del blanco a pulverizar: circulares (blanco en forma de disco), rectangulares y cilíndricas. La más empleada para recubrir objetos planos es la circular, y el diámetro de los blancos está típicamente entre 1.5 y 3 pulgadas. Dentro de cada geometría, hay variantes especíﬁcas de ciertas aplicaciones. Otra clasiﬁcación posible sería en función de la polarización eléctrica (DC continua, RF radiofrecuencia, MF media frecuencia o Pulsada unipolar y bipolar), si bien muchas fuentes pueden emplearse en varios modos eléctricos con sólo cambiar la fuente de pulverización. Varias compañías extranjeras fabrican fuentes de pulverización catódica tipo magnetrón para blancos circulares, así como para blancos lineales de gran tamaño. There are different types of spray units or sources depending on the geometry of the target to be sprayed: circular (disk-shaped white), rectangular and cylindrical. The most commonly used to cover flat objects is the circular one, and the diameter of the targets is typically between 1.5 and 3 inches. Within each geometry, there are specific variants of certain applications. Another possible classification would be based on the electrical polarization (DC continuous, RF radiofrequency, MF medium frequency or Pulsed unipolar and bipolar), although many sources can be used in several electrical modes just by changing the spray source. Several foreign companies manufacture magnetron sputtering sources for circular targets, as well as large linear targets.

La gran variedad de aplicaciones y tipos de fuentes se reﬂeja en las numerosas patentes a nivel mundial de las cuales, las referidas a fuentes circulares de pulverización, tienen como novedad la adaptación a media frecuencia y radiofrecuencia (especíﬁco de recubrimientos muy dieléctricos) o diversas conﬁguraciones de los imanes permanentes (por ejemplo de interés en blancos magnéticos), combinaciones de varias fuentes magnetrón o con otro tipo de evaporadores, métodos para incrementar la superﬁcie erosionada del blanco de alta pureza, métodos de alteración del plasma (optimizando así las propiedades físicas de las capas formadas), etcétera, sin embargo cada tipo de fuente divulgada hasta la fecha requiere una cámara de vacío a medida, de hecho algunas patentes incluyen la cámara de proceso como invención. The wide variety of applications and types of sources is reflected in the numerous patents worldwide of which, those referring to circular sources of spray, have as novelty the adaptation to medium frequency and radiofrequency (speci ﬁ c of very dielectric coatings) or various configurations of permanent magnets (for example of interest in magnetic targets), combinations of various magnetron sources or with other types of evaporators, methods to increase the eroded surface of the high purity target, methods of plasma alteration (thus optimizing the physical properties of the layers formed), etc., however, each type of source disclosed to date requires a custom vacuum chamber, in fact some patents include the process chamber as an invention.

Descripción Description

La presente invención se reﬁere a una unidad o fuente de pulverización circular catódica que, gracias a su carácter compacto, puede ser utilizada en cualquier cámara de alto vacío, pudiendo ser usada también como fuente de agregados atómicos y que comprende: The present invention relates to a cathodic circular spray unit or source that, thanks to its compact nature, can be used in any high vacuum chamber, and can also be used as a source of atomic aggregates and comprising:

--: una cabeza refrigerada de soporte del blanco con una cavidad de refrigeración, un cátodo metálico, un soporte de cátodo y de una pluralidad de imanes, a refrigerated target support head with a cooling cavity, a metal cathode, a cathode support and a plurality of magnets,

--: un cuerpo situado detrás de la cabeza, que contiene un circuito de líquido refrigerante con dos líneas, una de entrada y otra de salida, para la refrigeración de la cabeza, con un único pasamuros de refrigeración y de corriente eléctrica, a body located behind the head, which contains a coolant circuit with two lines, one inlet and one outlet, for cooling the head, with a single cooling and electric current pass-through,

--: un canal de entrada de gas noble a la cabeza, a noble gas inlet channel to the head,

--: un ánodo o carcasa exterior, puesto a tierra, separado de la cabeza y a una distancia sobre el blanco típicamente de1 mm. an anode or outer shell, grounded, separated from the head and at a distance over the target typically 1 mm.

--: un tubo de O.D. 19 mm ensamblado por un extremo al cuerpo por medios de unión, y por el otro extremo a una caja de conexiones exterior, fuera de la cámara de vacío, que contiene los conectores de las líneas de agua, gas y potencia eléctrica y por cuyo interior atraviesan: a tube of O.D. 19 mm assembled at one end to the body by means of connection, and at the other end to an external junction box, outside the vacuum chamber, which contains the connectors of the water, gas and electric power lines and by whose interior they cross:

--: el canal de entrada de gas noble a la cabeza y the noble gas inlet channel to the head and

--: dos canales de entrada y salida de líquido refrigerante que se conectan por un extremo al circuito de líquido refrigerante del cuerpo por medios de conexión. two coolant inlet and outlet channels that are connected at one end to the coolant circuit of the body by connection means.

La fuente de pulverización circular catódica en alto vacío de la invención, tiene un tamaño más reducido que las ofertadas en el mercado, y pulveriza blancos circulares de diámetro 25 mm (=1”) y grosor 1-3 mm de casi cualquier material inorgánico deseado, lo que supone un ahorro al tratarse de material de alta pureza, consiguiendo ritmos de depósito competitivos (1.5 ˚The high vacuum cathode circular spray source of the invention has a smaller size than those offered in the market, and sprays circular targets of diameter 25 mm (= 1 ”) and thickness 1-3 mm of almost any desired inorganic material , which is a saving when it comes to high purity material, achieving competitive deposit rates (1.5 ˚

A/s/10Wa8cmde distancia con blanco de cobre). Por sus dimensiones reducidas, se puede montar en bridas de vacío pequeñas tipo DN 40 (70 mm o 2-3/4 O.D.) y mayores, y entra en tubos de diámetro interior mayor de 35 mm. Esto implica que puede emplearse en el equipamiento de alto vacío de la mayoría de los laboratorios de investigación o líneas de producción, sin necesidad de cámaras a medida, en los que se requiera obtener recubrimientos ﬁnos sobre objetos que no sean de gran tamaño. A / s / 10Wa8cm away with copper white). Due to its small size, it can be mounted on small vacuum flanges type DN 40 (70 mm or 2-3 / 4 O.D.) and larger, and enters pipes with an inner diameter greater than 35 mm. This implies that it can be used in high vacuum equipment of most research laboratories or production lines, without the need for custom cameras, in which it is required to obtain fine coatings on objects that are not large.

Se trata de una fuente muy compacta cuya novedad reside en que el cuerpo integra: It is a very compact source whose novelty lies in the fact that the body integrates:

--: un cable de potencia eléctrica, an electric power cable,

--: un circuito de agua con dos líneas, una entrada y otra de salida, y a water circuit with two lines, an inlet and an outlet, and

--: una canalización del gas noble; a channeling of noble gas;

así se evita la necesidad de introducir el gas por otra brida de la cámara de vacío. Está hecha de materiales compatibles con el ultra-alto vacío, pudiéndose entonces usar también en procesos de vacío muy limpios y la distancia cátodo-ánodo es regulable para poder operar a distintas presiones en el rango de 10−4 -10−1 mbar. This avoids the need to introduce the gas through another flange of the vacuum chamber. It is made of materials compatible with ultra-high vacuum, so it can also be used in very clean vacuum processes and the cathode-anode distance is adjustable to be able to operate at different pressures in the range of 10-4-10 mbar.

El carácter compacto de la fuente se consigue por las siguientes características novedosas: The compact nature of the font is achieved by the following novel features:

--: En el circuito de agua se emplea una tubería de 3 mm de diámetro por dentro de un tubo de 6 mm de diámetro, de un único pasamuros, para disponer de canal de entrada y de salida del refrigerante en caudales aceptables (L/min), con lo que se evita la necesidad de dos pasamuros de líquido y corriente eléctrica que obligaría a un mayor diámetro del aparato. In the water circuit, a 3 mm diameter pipe is used inside a 6 mm diameter tube, of a single pass-through, to have a coolant inlet and outlet channel in acceptable flow rates (L / min), This avoids the need for two liquid and electric current passages that would force a larger diameter of the device.

--: Los tubos de entrada y salida del circuito de agua a la caja de conexiones externa por medio de una pluralidad de racores de compresión ubicados en la caja de conexiones externa y no en el cuerpo de la fuente de pulverización. Esto es así porque dos racores comerciales para tuberías de 6 o 4 mm ocuparían mucho espacio dentro del cuerpo y con difícil acceso. The inlet and outlet pipes of the water circuit to the external junction box by means of a plurality of compression fittings located in the external junction box and not in the body of the spray source. This is because two commercial fittings for 6 or 4 mm pipes would take up a lot of space inside the body and with difficult access.

--: El soporte del cátodo es de acero inoxidable ferrítico, lo que hace que en el circuito magnético se emplee una sujeción magnética para los imanes. Esto proporciona una fuerza magnética de agarre suﬁciente y evita el empleo de una sujeción mecánica que añadiría piezas a la fuente. The cathode support is made of ferritic stainless steel, which makes a magnetic clamp for the magnets in the magnetic circuit. This provides a sufficient magnetic grip strength and avoids the use of a mechanical fastener that would add parts to the source.

En líneas generales, la invención se reﬁere a una unidad de pulverización catódica compuesto de piezas de acero inoxidable, cobre y aluminio, que forman la cabeza de la unidad y están unidas entre sí con soldadura radial de arco In general, the invention relates to a sputtering unit composed of stainless steel, copper and aluminum parts, which form the head of the unit and are connected to each other with radial arc welding.

o de aleación de plata, para garantizar la estanqueidad de alto vacío. Solo se emplean juntas planas de cobre en su interior, luego no es necesario ninguna junta tórica de plástico y, por tanto, la unidad aguanta temperaturas de 250ºC. or silver alloy, to ensure high vacuum tightness. Only flat copper gaskets are used inside, then no plastic O-ring is necessary and, therefore, the unit withstands temperatures of 250ºC.

La unidad opera en bajas presiones de gas noble (10−2-10−3 mbar) introducido tras evacuar la cámara de alto vacío. Para ello debe polarizarse con una fuente de potencia para plasma, en continua, radiofrecuencia o pulsada. Los modelos comerciales de electrónica para unidades magnetrón sirven para operar esta invención. The unit operates at low noble gas pressures (10-2-10-3 mbar) introduced after evacuating the high vacuum chamber. To do this, it must be polarized with a power source for plasma, continuous, radiofrequency or pulsed. Commercial electronics models for magnetron units serve to operate this invention.

Contiene canalización de entrada y salida de agua refrigerante en una cavidad en el cátodo (con las presiones habituales de el circuito de la calle se consiguen caudales suﬁcientes de L/min) y contiene canalización de gas noble (argón) hasta la base del cátodo, con lo que se evita la necesidad de introducirlo por la brida de la cámara, y también se consigue así que la presión del gas sobre el blanco sea mayor que en el resto de la cámara. It contains the inlet and outlet of cooling water in a cavity in the cathode (with the usual pressures of the street circuit, sufficient flow rates of L / min are achieved) and it contains noble gas (argon) pipeline to the cathode base, This avoids the need to introduce it through the chamber flange, and it is also achieved that the gas pressure on the target is higher than in the rest of the chamber.

Descripción de dibujos Description of drawings

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below.

La Figura 1 es un esquema del interior del cuerpo y cabeza de la fuente de pulverización. Figure 1 is a diagram of the inside of the body and head of the spray source.

Las referencias representan los siguientes elementos: References represent the following elements:

1.-Pasamuros de líquido y corriente eléctrica. 1.-Liquid and electric current pass-through.

2.-Tubo de diámetro exterior 3 mm. 2.-Tube of external diameter 3 mm.

3.-Tubo del pasamuros. 3.-Pass-through tube.

4.-Casquillo de distribución. 4.-Distribution bushing.

5.-Tapa con oriﬁcios. 5.-Cover with holes.

6.-Cabeza. 6.-Head.

7.-Cátodo de cobre. 7.-Copper cathode.

8.-Soporte del cátodo. 8.-Support of the cathode.

9.-Cavidad. 9.-Cavity.

10.-Imanes permanentes. 10.-Permanent magnets.

11.-Casquillo de sujeción del blanco. 11.-White clamping sleeve.

12.-Base del ánodo. 12.-Anode base.

13.-Tubo de conexión de diámetro exterior 19 mm. 13.-19 mm outer diameter connection tube.

14.-Brida de vacío DN 40 o pasaje al exterior de la cámara. 14.-DN 40 vacuum flange or passage outside the chamber.

15.-Brida de vacío DN 16CF. 15.-DN 16CF vacuum flange.

16.-Aislante. 16.-Insulator.

17.-Varilla roscada. 17.-Threaded rod.

18.-Cuerpo de la unidad de pulverización. 18.-Body of the spraying unit.

19.-Tubería de gas. 19.-Gas pipe.

20.-Tubo de diámetro exterior 35 mm. 20.-Tube of outer diameter 35 mm.

21.-twenty-one.-

Ánodo o carcasa exterior de la cabeza. 22.-Canal de entrada de líquido. 23.-Canal de salida de líquido. 24.-Blanco. 25.-Pared de la cámara de alto vacío. Anode or outer shell of the head. 22.-Liquid inlet channel. 23.-Liquid outlet channel. 24.-White. 25.-High vacuum chamber wall.

Descripción de una realización preferida de la invención Description of a preferred embodiment of the invention

La fuente o unidad de pulverización circular catódica de la invención comprende, tal y como se muestra en las ﬁguras1y2,de: The cathode circular spray source or unit of the invention comprises, as shown in Figures 1 and 2, of:

a) Un cuerpo (18) que contiene un solo pasamuros (1) de líquido y corriente eléctrica, con un aislante eléctrico (16), para una tubería (3) de 6.3 mm de diámetro, de acero y en cuyo interior se encuentra un tubo (2) largo de 3 mm de diámetro, de entrada de líquido refrigerante a la cavidad (9) de la cabeza de la unidad, de acero y doblado tal y como se muestra en la ﬁgura 2. La tubería de 3 mm (2) de entrada de agua está soldada con arco al cuerpo de un casquillo de acero (4) que contiene una tapa (5) soldada al casquillo (4) con arco y con dos oriﬁcios de 3 mm, para la conexión de dos tubos uno de entrada (22) y otro de salida (23) de líquido refrigerante, también de de 3 mm, conﬁgurando así el circuito de agua que refrigerará los componentes de la cabeza (6). a) A body (18) that contains a single pass-through (1) of liquid and electric current, with an electrical insulator (16), for a pipe (3) of 6.3 mm in diameter, of steel and inside which there is a tube (2) 3 mm long, with coolant inlet into the cavity (9) of the unit head, made of steel and bent as shown in Figure 2. The 3 mm pipe (2 ) Water inlet is arc welded to the body of a steel bushing (4) that contains a cap (5) welded to the bushing (4) with arc and with two 3 mm holes, for the connection of two pipes one of inlet (22) and another outlet (23) of coolant, also 3 mm, thus configuring the water circuit that will cool the head components (6).

b) Una cabeza (6) soldada con arco al tubo de 6.3 mm (3) del pasamuros (1), en uno de sus extremos y que comprende en su interior: b) A head (6) arc welded to the 6.3 mm tube (3) of the cable gland (1), at one of its ends and comprising inside:

--: un cátodo de cobre (7) mecanizado en este material a copper cathode (7) machined in this material

--: el soporte del cátodo (8) en material inoxidable ferrítico soldados con aleación de plata, y con la rosca mecanizada en el soporte. the cathode support (8) in ferritic stainless material welded with silver alloy, and with the mechanized thread in the support.

--: imanes permanentes (10) de NdFeB que son montados manualmente en unos huecos del cátodo de cobre y quedan sujetos magnéticamente al mismo por la atracción del soporte de acero ferrítico (una fuerza estimada de 0.1 N apropiada para poner o quitar los imanes a mano). permanent magnets (10) of NdFeB that are manually mounted in a hollow of the copper cathode and are magnetically attached to it by the attraction of the ferritic steel support (an estimated force of 0.1 N appropriate to put or remove the magnets by hand).

--: una cavidad (9) que cierra el circuito de agua del cuerpo, para refrigerar el interior del cátodo con un caudal mayor de litro por minuto si se emplea agua del circuito de la calle. a cavity (9) that closes the body's water circuit, to cool the inside of the cathode with a flow greater than one liter per minute if water from the street circuit is used.

c) Una carcasa externa o ánodo (21) de la unidad separado de la cabeza (6) con una distancia mínima entre ambos de 1 mm sobre el blanco (24) pero regulable de 0.5-2.5 mm según el rango de la presión de trabajo, y que lo conforman varias piezas, que se puede montar y desmontar con tornillos: c) An external housing or anode (21) of the unit separated from the head (6) with a minimum distance between them of 1 mm over the target (24) but adjustable from 0.5-2.5 mm according to the working pressure range , and that conform several pieces, that can be assembled and disassembled with screws:

--: una pieza de acero que denominamos “Base del ánodo” (12) que incluye la entrada de gas. a piece of steel that we call "Anode Base" (12) that includes the gas inlet.

--: varillas roscadas (17) por un extremo la base del ánodo (12) y por el otro al cuerpo (18), threaded rods (17) on one end the base of the anode (12) and on the other to the body (18),

--: un tubo de diámetro exterior (O.D.) 35 mm (20) unido por un extremo al cuerpo (18). an outer diameter tube (O.D.) 35 mm (20) attached at one end to the body (18).

El tubo de diámetro exterior 35 mm (20) está soldado a continuación a un cierre de vacío basado en una brida del estándar DN 16 CF (15), y a un tubo largo de conexión de 19 mm de diámetro (13). Es este tubo de conexión (13) el que llega al exterior de la cámara de vacío, bien a través de una brida para tubo con una junta tórica o quedando soldado a una brida de junta plana de cobre (estándar DN 40 o mayor) o pasaje al exterior de la cámara (14). The outer diameter tube 35 mm (20) is then welded to a vacuum closure based on a flange of the standard DN 16 CF (15), and to a long connecting tube of 19 mm diameter (13). It is this connecting tube (13) that reaches the outside of the vacuum chamber, either through a pipe flange with an O-ring or being welded to a flat copper joint flange (standard DN 40 or greater) or passage outside the chamber (14).

La carcasa externa está puesto a tierra y separado al menos 2-2,5 mm de las piezas interiores del cátodo. Dicha separación minimiza el campo eléctrico entre el cátodo y ánodo y así evitará la formación de plasma o arcos no deseados. Esta separación se reduce a 1 mm en la zona adyacente al blanco, para que aquí el campo eléctrico sea intenso cuando el cátodo se polarice a cientos de voltios o kilovoltios. Si el gas ﬂuye, el campo eléctrico intenso provoca la ignición de un plasma que se crea y automáticamente se conﬁna sobre el blanco por efecto del campo magnético de los imanes permanentes (10). The external housing is grounded and separated at least 2-2.5 mm from the inner parts of the cathode. Such separation minimizes the electric field between the cathode and anode and thus prevents the formation of unwanted plasma or arcs. This separation is reduced to 1 mm in the area adjacent to the target, so that here the electric field is intense when the cathode is polarized to hundreds of volts or kilovolts. If the gas flows, the intense electric field causes the ignition of a plasma that is created and automatically con ﬁ ned on the target by the effect of the magnetic field of the permanent magnets (10).

La unidad se cierra en una cámara de alto vacío (25) que funciona en la baja presión de argón introducida por una tubería (19) a la cabeza de pulverización, según la ﬁgura 2, y se conecta a una caja de conexiones que incluye unos racores de unión a: The unit is closed in a high vacuum chamber (25) that operates at the low argon pressure introduced by a pipe (19) to the spray head, according to Figure 2, and is connected to a junction box that includes some union fittings to:

--: los tubos ﬂexibles de entada y salida de agua, ﬂ exible inlet and outlet water pipes,

--: la válvula-dosiﬁcador de gas, y the gas dosing valve, and

--: la conexión eléctrica que aprovecha el tubo central para polarizar el cátodo. the electrical connection that uses the central tube to polarize the cathode.

Como los tubos de agua y toda la parte interior se polarizará en alta tensión, es necesario mantener el aislamiento eléctrico de los tubos mediante varios separadores de teﬂón dentro del tubo de 19 mm (13), del cuerpo de la fuente de pulverización (18) y de la caja de conexiones. As the water pipes and the entire inner part will polarize under high voltage, it is necessary to maintain the electrical insulation of the tubes by means of several tensor separators inside the 19 mm tube (13), of the body of the spray source (18) and from the junction box.

El funcionamiento de la unidad en un caso particular, es el siguiente: The operation of the unit in a particular case is as follows:

--: Sobre el cátodo de cobre (7) con los imanes (10) en su lugar, el usuario coloca el blanco o disco a pulverizar On the copper cathode (7) with the magnets (10) in place, the user places the target or disk to be sprayed

(24) de materia de alta pureza y diámetro 25.5±0.5 mm, y lo sujeta mecánicamente con un casquillo (11) de acero inoxidable (AISI 316/304) y diámetro 28 mm, que rosca por su interior al soporte (8). Esto conlleva un contacto físico suﬁciente entre el blanco y el cátodo de cobre para que el calor generado en la pulverización pueda drenarse. Se respeta una distancia mínima de 2 mm hasta el ánodo para evitar descargas eléctricas que no tengan lugar sobre, el blanco. (24) of high purity material and diameter 25.5 ± 0.5 mm, and mechanically fastened with a stainless steel bushing (11) (AISI 316/304) and diameter 28 mm, which threads inside the support (8). This entails sufficient physical contact between the target and the copper cathode so that the heat generated in the spray can be drained. A minimum distance of 2 mm to the anode is respected to avoid electric shocks that do not take place on the target.

--: Desde el lado exterior de la pared de la cámara de vacío (25) una válvula de fugas o una válvula de control de ﬂujo másico dosiﬁca un caudal de gas noble, típicamente menor de 100 sccm, elevando la presión dentro de la cámara hasta el rango 10−2-10−3 mbar. Esta atmósfera de argón u otro gas noble es sensiblemente mayor en la zona de salida sobre el cátodo de cobre (7), y adecuada para encender un plasma conﬁnado sobre el blanco (24). From the outer side of the wall of the vacuum chamber (25) a leak valve or a mass flow control valve dosifies a noble gas flow rate, typically less than 100 sccm, raising the pressure inside the chamber to the range 10−2-10−3 mbar. This atmosphere of argon or other noble gas is significantly greater in the exit zone on the copper cathode (7), and suitable for firing a confined plasma on the target (24).

--: La distribución de los imanes (10) de la cabeza crean un campo magnético de simetría axial y, por ello, el plasma de argón se conﬁna en un aro sobre el blanco (24), produciéndose entonces su pulverización gradual. The distribution of the magnets (10) of the head creates a magnetic field of axial symmetry and, therefore, the argon plasma is confined in a ring over the target (24), then producing its gradual spraying.

--: El cable de alimentación eléctrica de una fuente de potencia comercial se conecta a la caja de conexiones y aprovecha la tubería de 3 mm (2) en contacto con el interior del pasamuros (1), para polarizar el cátodo. De esta forma, no hay tubos de plástico dentro de la cabeza de la unidad que puedan deteriorarse con el calor en una cámara UHV o por su uso prolongado. The power supply cable of a commercial power source is connected to the junction box and takes advantage of the 3 mm pipe (2) in contact with the inside of the bushing (1), to polarize the cathode. In this way, there are no plastic tubes inside the head of the unit that can deteriorate with heat in a UHV chamber or by prolonged use.

--: El circuito de agua o líquido refrigerante, se basa en un solo pasamuros de líquido y corriente eléctrica, lo que facilita que el diámetro total del diseño no supere los 35 mm. Como puede verse en el esquema, la entrada de agua al cátodo es a través de una tubería de 3 mm y la salida por el hueco entre éste y el tubo de 6.3 mm. Como la sección de paso en la salida es algo mayor, la cavidad refrigerada en el cátodo se mantiene llena de líquido. The water or coolant circuit is based on a single pass of liquid and electric current, which facilitates that the total diameter of the design does not exceed 35 mm. As can be seen in the diagram, the entrance of water to the cathode is through a 3 mm pipe and the outlet through the gap between it and the 6.3 mm tube. As the passage section in the outlet is somewhat larger, the cavity cooled in the cathode is kept full of liquid.

Claims

1. Cathodic circular white spray unit characterized by comprising:

--: una cabeza (6) refrigerada de soporte del blanco (24) que comprende una cavidad de refrigeración (9), un cátodo metálico (7), un soporte de cátodo (8) y de una pluralidad de imanes (10), a chilled head (6) of blank support (24) comprising a cooling cavity (9), a metal cathode (7), a cathode support (8) and a plurality of magnets (10),

--: un cuerpo (18) conectado a la cabeza, que contiene en su interior un circuito de líquido refrigerante con dos líneas, una de entrada y otra de salida, para la refrigeración de la cabeza (6), con un único pasamuros a body (18) connected to the head, which contains a coolant circuit with two lines, one inlet and one outlet, for cooling the head (6), with a single gland

(1) liquid cooling and electric current passage,

--: un canal de entrada (19) de gas noble a la cabeza (6) an inlet channel (19) of noble gas to the head (6)

--: una carcasa exterior o un ánodo (21), puesto a tierra, separado de la cabeza (6) con una distancia mínima entre ambos de 1 mm sobre el blanco (24) pero regulable de 0.5-2.5 mm según el rango de la presión de trabajo, an outer casing or an anode (21), grounded, separated from the head (6) with a minimum distance between them of 1 mm over the target (24) but adjustable from 0.5-2.5 mm according to the pressure range of job,

--: un tubo de conexión (13) ensamblado por un extremo a la carcasa exterior por medios de unión, y por el otro extremo a una caja de conexiones, exterior a la unidad, que contiene los conectores de las líneas de agua, gas y corriente eléctrica y por cuyo interior atraviesan: a connection tube (13) assembled at one end to the outer housing by joining means, and at the other end to a junction box, outside the unit, which contains the connectors of the water, gas and electric current lines and through which they cross:

--: el canal de entrada de gas noble (19) a la cabeza y the noble gas inlet channel (19) at the head and

--: los canales de entrada y salida de líquido refrigerante (22 y 23) que se conectan por un extremo al circuito de líquido refrigerante del cuerpo (18) por medios de conexión. the coolant inlet and outlet channels (22 and 23) that are connected at one end to the coolant circuit of the body (18) by connecting means.

2. 2.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicación 1 caracterizada porque el diámetro total de la unidad es menor o igual a 35 mm. Unit of sputtering of circular targets according to claim 1 characterized in that the total diameter of the unit is less than or equal to 35 mm.

3. 3.: Unidad de pulverización circular catódica según reivindicaciones anteriores caracterizada porque la unidad se cierra en una cámara de alto vacío (25). Cathodic circular spray unit according to previous claims characterized in that the unit is closed in a high vacuum chamber (25).

4. Four.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicación 3 caracterizada porque la presión dentro de la cámara se eleva hasta el rango 10−2-10−3 mbar. A sputtering unit for circular targets according to claim 3, characterized in that the pressure inside the chamber rises to the range 10-2-10-3 mbar.

5. 5.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque el circuito de líquido refrigerante del cuerpo (18) comprende una tubería de 6 mm de diámetro (3), en cuyo interior se encuentra un tubo de 3 mm de entrada de líquido refrigerante (2) a la cavidad (9) de la cabeza de la unidad. A sputtering unit for circular targets according to previous claims, characterized in that the coolant circuit of the body (18) comprises a 6 mm diameter pipe (3), inside which there is a 3 mm coolant inlet pipe ( 2) to the cavity (9) of the unit head.

6. 6.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque los medios de conexión de los canales de entrada (22) y salida (23) de líquido refrigerante al circuito de líquido refrigerante del cuerpo (18), comprenden un casquillo de acero (4) que contiene una tapa (5) soldada al casquillo (4) con arco y con dos oriﬁcios, para la conexión de dos tubos ﬂexibles uno de entrada (22) y otro de salida (23) de líquido refrigerante. Circular target sputtering unit according to previous claims characterized in that the means for connecting the inlet (22) and outlet (23) channels of coolant to the coolant circuit of the body (18), comprise a steel bushing (4 ) containing a cover (5) welded to the bushing (4) with an arc and with two holes, for the connection of two flexible tubes, one inlet (22) and the other outlet (23) of coolant.

7. 7.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicación 6 caracterizada porque tanto los canales de entrada y salida de líquido refrigerante (22, 23), como los oriﬁcios de la tapa (5) tienen un diámetro de 3 mm. A cathodic circular spray unit according to claim 6, characterized in that both the coolant inlet and outlet channels (22, 23) and the holes in the lid (5) have a diameter of 3 mm.

8. 8.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque los imanes permanentes (10) de la cabeza (6) son de NdFeB. Unit of sputtering of circular targets according to previous claims characterized in that the permanent magnets (10) of the head (6) are NdFeB.

9. 9.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque el soporte de cátodo (8) de la cabeza es de acero ferrítico. Unit of sputtering of circular targets according to previous claims characterized in that the cathode support (8) of the head is made of ferritic steel.

10. 10.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque la carcasa externa de la cabeza o ánodo (21) comprende una base del ánodo (12) sujeta a varillas roscadas (17) unidas por el otro extremo al cuerpo (18), y este a su vez al un tubo de diámetro exterior 35 mm (20). Spherical unit of circular target cathode according to previous claims characterized in that the external housing of the head or anode (21) comprises a base of the anode (12) attached to threaded rods (17) attached at the other end to the body (18), and this in turn to a tube of outer diameter 35 mm (20).

11. eleven.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque los medios de unión del tubo de conexión (13) a la carcasa exterior comprenden una brida del estándar DN 16 CF (15). A spherical unit for spreading circular targets according to the preceding claims, characterized in that the connection means of the connecting tube (13) to the outer housing comprise a flange of the standard DN 16 CF (15).

12. 12.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones 2-11 caracterizada porque el tubo de conexión (13) llega al exterior de la cámara de vacío, bien a través de una brida para tubo con una junta tórica Circular target sputtering unit according to claims 2-11 characterized in that the connecting tube (13) reaches the outside of the vacuum chamber, either through a tube flange with an O-ring

or being welded to a flat copper flange flange standard DN 40 or greater (14).

13. 13.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque dentro del tubo de conexión (13), del cuerpo (18) y de la caja de conexiones se mantiene el aislamiento eléctrico de los tubos mediante varios separadores de teﬂón. The sputtering unit of circular targets according to previous claims characterized in that the electrical insulation of the tubes is maintained within several connection separators within the connection tube (13), the body (18) and the connection box.

14. 14.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque el blanco o disco a pulverizar (24) es de diámetro 25.5±0.5 mm. Unit of sputtering of circular targets according to previous claims characterized in that the target or disc to be sprayed (24) is 25.5 ± 0.5 mm in diameter.

15. fifteen.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque el blanco (24) lo sujeta mecánicamente un casquillo (11) de acero inoxidable (AISI 316/304) y diámetro 28 mm, que rosca por su interior al soporte (8). Spherical unit of circular white cathode according to previous claims characterized in that the target (24) is mechanically held by a stainless steel bushing (11) (AISI 316/304) and diameter 28 mm, which threads inside the support (8).

16. 16.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque una válvula de fugas o una válvula de control de ﬂujo másico dosiﬁca un caudal de gas noble desde el exterior de la cámara de vacío (25). Circular target sputtering unit according to previous claims characterized in that a leak valve or a mass flow control valve dosifies a flow of noble gas from the outside of the vacuum chamber (25).

17. 17.: Unidad de pulverización catódica de blancos circulares según reivindicaciones anteriores caracterizada porque las piezas que forman la cabeza (6) de la unidad están unidas entre sí con soldadura radial de arco o de aleación de plata. Spherical unit of circular target cathode according to previous claims characterized in that the pieces that form the head (6) of the unit are joined together with radial arc or silver alloy welding.

SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND

Application no .: 200900929

SPAIN

Date of submission of the application: 03.04.2009

Priority Date:

REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE

51 Int. Cl.: H01J37 / 34 (2006.01) C23C14 / 35 (2006.01)

RELEVANT DOCUMENTS

Categoria Category: @ Documentos citados Reivindicaciones afectadas @ Documents cited Claims Affected

: A A A A US 5736019 A (BERNICK MARK A) 07.04.1998, columna 4, línea 5 – columna 16, línea 8; figuras. US 4927515 A (KEITH DOUGLAS L) 22.05.1990, columna 2, línea 62 – columna 4, línea 63; figuras. US 6338781 B1 (SICHMANN EGGO et al.) 15.01.2002, columna 3, línea 37 – columna 7, línea 47; figuras. EP 0095211 A2 (PHILIPS NV) 30.11.1983, página 4, línea 9 – página 7, línea 3. 1-17 1-17 1-17 1-17 A A A A US 5736019 A (BERNICK MARK A) 07.04.1998, column 4, line 5 - column 16, line 8; figures. US 4927515 A (KEITH DOUGLAS L) 22.05.1990, column 2, line 62 - column 4, line 63; figures. US 6338781 B1 (SICHMANN EGGO et al.) 01.01.2002, column 3, line 37 - column 7, line 47; figures. EP 0095211 A2 (PHILIPS NV) 30.11.1983, page 4, line 9 - page 7, line 3. 1-17 1-17 1-17 1-17

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application

El presente informe ha sido realizado � para todas las reivindicaciones � para las reivindicaciones nº: This report has been produced � for all claims � for claims no:

: Fecha de realizaci6n del informe 08.02.2012 Examinador B. Tejedor Miralles Pagina 1/4 Date of realization of the report 08.02.2012 Examiner B. Weaver Miralles Page 1/4

REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE

Application number: 200900929

Minimum documentation sought (classification system followed by classification symbols) H01J, C23C Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of

search used) INVENES, EPODOC, WPI, NPL, INTERNET

State of the Art Report Page 2/4

WRITTEN OPINION

Application number: 200900929

Date of Written Opinion: 08.02.2012

Statement

Novedad (Art. .1 LP 11/198 ) Novelty (Art. 1 LP 11/198): Reivindicaciones Reivindicaciones 1-17 SI NO Claims Claims 1-17 IF NOT

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/198 ) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 198): Reivindicaciones Reivindicaciones 1-17 SI NO Claims Claims 1-17 IF NOT

The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986).

Basis of Opinion.-

This opinion has been made on the basis of the patent application as published.

State of the Art Report Page 3/4

WRITTEN OPINION

Application number: 200900929

1. Documents considered.-

The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.

Documento Document: Numero Publicaci6n o Identificaci6n Fecha Publicaci6n Publication or Identification Number Publication Date

D01 D01: US 5736019 A (BERNICK MARK A) 07.04.1998 US 5736019 A (BERNICK MARK A) 07.04.1998

D02 D02: US 4927515 A (KEITH DOUGLAS L) 22.05.1990 US 4927515 A (KEITH DOUGLAS L) 05/22/1990

D03 D03: US 6338781 B1 (SICHMANN EGGO et al.) 15.01.2002 US 6338781 B1 (SICHMANN EGGO et al.) 01.01.2002

D04 D04: EP 0095211 A2 (PHILIPS NV) 30.11.1983 EP 0095211 A2 (PHILIPS NV) 11/30/1983

2. Statement motivated according to articles 29. and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/198, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement

Claim 1:

Document D01 is considered as the closest state of the art. Said document discloses a magnetron sputtering system of circular targets, it has a refrigerated head consisting of a cooling cavity a metal cathode, a cathode support and a plurality of magnets (column 5, line 54-column 6, line 15; D01); a body connected to the head that contains in its interior a circuit of coolant with an inlet and an outlet line, with a cable gland and electric current passage (column 6, lines 20-33; column 8, lines 33-34 , lines 61-62; D01); a nobel gas inlet channel to the head (column 11, line 66 - column 12, line 12; D01); anode separated from the head (column 6, line 16; D0); connecting tube with the connectors of the water, gas and electric current lines. It differs from the first claim in that the anode is separated from the head a distance that follows from the examples given in said document is 4 inches (column 15, lines 910; D01), which is 101.6 mm . The technical effect achieved, with a separation of 1 mm, adjustable between 0.5 and 2.5 mm, is to minimize the electric field between the cathode and the anode avoiding the formation of unwanted plasma or arcs and save high material purity with respect to those found in the state of the art, as well as a uniform deposition. The technical problem to be solved is how to make the electric field cause the ignition of the plasma that is created and automatically confined on the target by the effect of the magnetic field of the permanent magnets. No document has been found in the prior art state closest to the object of the request that solves the technical problem posed, so said claim is new and has inventive activity according to articles 6.1 and

8.1 of patent law 11/1986.

Dependent claims:

Claims 2-17 are dependent on claim 1 and like it, they also meet the requirements of patent law 11/1986 with respect to novelty and inventive activity. However, these are technical characteristics that are well known in the field of sputtering devices, and that one skilled in the art would use without the help of inventive activity.