NL9500630A - Zwevende centrale bevestiging, in het bijzonder voor zich over een groot oppervlak uitstrekkende sputterkathoden. - Google Patents

Description

Titel: Zwevende centrale bevestiging, in het bijzonder voor zich over een groot oppervlak uitstrekkende sputter-kathoden.

De uitvinding betreft een bevestigingsinrichting van de soort met de kenmerken volgens de aanhef van conclusie 1.

Kathode-inrichtingen voor toepassing bij installaties voor het aanbrengen van bekledingslagen zijn bekend. Dergelijke kathode-inrichtingen bestaan in hoofdzaak uit het, tijdens het kathodeverstuivingsproces weggehaalde sputter-target, dat met een target-achterplaat vast is verbonden.

Door middel van aan die target-achterplaat aangebrachte be-vestigingsinrichtingen is die target-achterplaat tezamen met het sputter-target op een als kathodelichaam uitgevoerde, van een koelinrichting voorziene bevestigingsplaat vastgezet. Gebruikelijke, door middel van kathodeverstuivingstechniek van een bekledingslaag te voorziene substraatvlakken hebben een oppervlakgrootte van tot 400 x 300 mm2, hetgeen een met sputterkathodevlakken corresponderende grootte nodig maakt.

Een nadeel van de bekende sputterconstructies is dat deze bij wisseling van het target, b.v. na verbruik van het sputter-target, speciale gereedschappen, zoals b.v. hefwerktuigen nodig maken resp. dat het wisselen van het sputter-target niet door één enkele persoon alleen kan worden uitgevoerd. Voorts zijn de gewenste zich over grote vlakken uitstrekkende sputter-targets behept met het nadeel, dat tijdens het verstuivingsproces het sputter-target alsmede de target-achterplaat door het inbrengen van energie van het plasma door straling en door de kinetische energie die is afgegeven door de op het target versnelde ionen, wordt verwarmd en het sputter-target afhankelijk van de warmteoverdracht van de target-achterplaat naar het kathodelichaam alsmede afhankelijk van het concept van de in het kathodelichaam aangebrachte koelinrichting uitzet. Door die verwarming zetten zowel de sputter-target zelf uit alsook de target-achterplaat (kathodelichaam). Aangezien gewoonlijk het sputter-target met het kathodelichaam is verbonden, is het, ter vermijding van verschillende lengteuitzetting - resp. verandering van het oppervlak - analoog aan een bimetaalstrook noodzakelijk dat het sputter-target alsmede de target-achterplaat bestaan uit een materiaal met dezelfde of soortgelijke thermische uitzettingscoëfficiënten. Dit beperkt in sterke mate de materiaalkeuze.

Aan de in conclusie 1 aangegeven uitvinding ligt derhalve het probleem ten grondslag een wisseling van sputter-target te vereenvoudigen en tegelijkertijd de beperking in de keuze van de voor het sputter-target en de target-achterplaat toe te passen materialen op te heffen.

Dit overeenkomstig de uitvinding aan de orde gestelde probleem wordt volgens de uitvinding opgelost door de in conclusie 1 aangegeven kenmerken.

De oplossing van het gestelde probleem vindt bij een versterkingskathode van de in de aanhef vermelde soort volgens de uitvinding plaats doordat het sputter-target uit afzonderlijke segmentlichamen is samengesteld, waarbij de afzonderlijke segmentlichamen bestaan uit een eerste, een sput-terkathode (sputter-target) vormende laag en een met die sputterkathode verbonden tweede laag (target-achterplaat)

In niet-verwarmde toestand zijn de afzonderlijke segmentlichamen tot een, een gezamenlijke plaat vormend plaatsamen-stel samengevoegd. In niet-verwarmde toestand bevinden zich de afzonderlijke segmentlichamen op een gedefinieerde, con-tactvrije afstand ten opzichte van elkaar, terwijl daarentegen tijdens het verstuivingsproces de afzonderlijke seg- mentlichamen een uitzetting van hun oppervlak ondergaan en met hun zijbereiken met elkaar in aanraking komen. Aangezien de laag van de target-achterplaat volgens de uitvinding een grotere omvang heeft dan de omvang van het sputter-target, komen de verwarmde segmentlichamen slechts met de zijvlakken van hun target-achterplaten tegen elkaar aan te liggen. De beschadiging van de sputter-target op de ontmoetingsplaatsen van de segmenten door de thermische uitzetting, wordt op voordeel biedende wijze vermeden. Aangezien het gehele plaatsamenstel bovendien uit afzonderlijke, gesegmenteerde plaatlichamen bestaat, zijn speciale voor het wisselen van de target noodzakelijke gereedschappen niet nodig. Op voordeel biedende wijze kan daardoor het wisselen van de target ook door één enkele persoon alleen worden uitgevoerd.

Voor het bevestigen van de segmentlichamen bevat het kathodelichaam doorgaande gaten met verschillende openings-dwarsdoorsneden. De in het snijpuntbereik van de kathode-lichaamsoppervlaksymmetrielijnen aangebrachte bevestigings-gaten hebben een cirkelvormige en, wat zijn diameter betreft, een aan de buitendiameter van de toe te passen opneembouten aangepaste diameter, waardoor de door middel van deze opening bevestigde segmentlichamen in hoofdzaak slechts in radiale richting ten opzichte van de fixeringsgaten kunnen uitzetten. De langs de onderling loodrecht verlopende symme-trielijnen aangebrachte bevestigingsgaten hebben, wat betreft de dwarsdoorsnede van de langwerpige gaten, een zodanige oriëntering, dat de langsassen van die langwerpige gaten ten opzichte van het snijpunt van de symmetrielijnen in radiale richting verlopen. Door een dergelijke oriëntering worden thermisch veroorzaakte langsuitzettingen van de segmentlichamen via de afzonderlijke langwerpig-gatdoorsneden volledig opgevangen. De in de overige radiale richtingen (diagonale richtingen) optredende lengteveranderingen worden door de overige, in het kathodelichaam ingebrachte doorgaande gaten opgenomen, waarbij die doorgaande gaten een cirkel vormige dwarsdoorsnede met een, met de langsafmeting van de langwerpige gaten corresponderende cirkeldiameter bezitten.

De bevestiging van de afzonderlijke segmentlichamen geschiedt door middel van deze vast verbonden, bij voorkeur vastgelaste opneembouten met binnenschroefdraad. Deze opneem-bouten grijpen in de doorgaande gaten van het kathodelichaam en worden door middel van een, aan de achterzijde van het kathodelichaam in de gepositioneerde opneembouten inschroef-bare schroef vastgezet. Als vacuümafsluiting is in een, in de oplegzijde van de schroefkop rondgaand aangebrachte groef een afdichtring ingezet. Die afdichtring zorgt telkens voor een vacuümdichte afsluiting tussen het naar de sputter-kathode toe gekeerde vlak van het kathodelichaam en de achterzijde van het kathodelichaam. Aangezien de opneembouten een geringere diameter hebben dan de corresponderende doorgaande gaten, is de sputter-target tezamen met de target-achterplaat op het kathodelichaam als het ware "zwevend" d.w.z. evenwijdig aan de sputter-target verplaatsbaar gelegerd. Op voordeel biedende wijze worden aldus de als gevolg van thermische uitzetting onderling verschuivende segmentlichamen in hoofdzaak vrij van thermische spanningen gehouden .

Overeenkomstig het onderscheidende kenmerk van de volgconclusie 5 bestaat de sputterkathode uit een indium-tin-legering en de target-achterplaat uit molybdeen en/of titaan. De overlapping tussen de target-achterplaat en de sputter-target bedraagt daarbij op voordeel biedende wijze 0,05 mm tot 0,2 mm, bij voorkeur 0,1 mm. Grotere overlap-pingsbereiken zijn minder voordelig, aangezien het anders door het verstuiven van de target-achterplaat kan komen tot verontreinigingen bij het door de sputterkathode geïnduceerde aanbrengen van de bekledingslaag.

Een bijzonder voordelig uitvoeringsvoorbeeld volgens de uitvinding is in de tekening weergegeven en zal in hetgeen thans volgt nader worden beschreven.

Fig.l is een aanzicht van een bevestigingsplaat volgens de uitvinding met aangeduide segmentposities A - F;

Fig.2 is een doorsnede door twee grenzend aan elkaar gelegen segmentlichamen;

Fig.3 toont op vergrote schaal een gedeelte van het centrale bereik van de in fig.l in aanzicht weergegeven bevestigingsplaat ;

Fig.4 is een doorsnede van een kathodelichaam volgens de lijn J - K in fig.3; en

Fig.5 is een doorsnede van een met een achterplaat op de bevestigingsplaat opgeschroefde sputter-target in het bereik van een schroefverbinding.

In fig.l is een volgens de uitvinding als kathodelichaam 8 uitgevoerde bevestigingsplaat 8 weergegeven. In het buitenste, omlopende randbereik van het in hoofdzaak vierkante kathodelichaam 8 zijn doorgaande gaten 19, 19', 19"... ingelaten, welke dienst doen voor de bevestiging van het kathodelichaam 8. Door middel van de overige, in fig.l weergegeven doorgaande gaten, b.v. 15', 15", 15"'; 24a, 24b; 28a, 28b; 38, 38', 38", 38'" zijn afzonderlijke, een gezamenlijk kathodevlak vormende segmentlichamen A - F op het kathodelichaam 8 bevestigd. Daarbij zijn de afzonderlijke segmentlichamen A - F zodanig tegen elkaar aan gelegd, dat zij een in hoofdzaak vierkant gezamenlijk kathodevlak vormen. Voor de bevestiging van de afzonderlijke segmentlichamen, in het bijzonder van in het midden gelegen segmentlichamen B en E hebben de bevestigingsgaten 24a, 24b; 28a, 28b; 38, 38'" verschillende openingsdwarsdoorsneden. De in het nauwere centrale bereik van het gezamenlijke kathodesputter-targetvlak gelegen, doorgaande gaten 28a, 28b hebben een cirkelvormige openingsdwarsdoorsnede (zie fig.3), waarin een opneembout 20 (zie fig.5) nauwkeurig passend kan worden ingezet. Deze bevestigingsgaten 28a en 28b doen dienst als fixeringsgaten aangezien bij verwarming van de segmentlichamen A - F de relatieve ligging van de segmentlichamen B en E ten opzichte van het kathodelichaam 8 in het bereik onder de bevestigings-platen 28a en 28b slechts in onaanzienlijke mate verandert. Met toenemende radiale afstand van het snijpunt van de sym-metrielijnen h en v neemt de in het vlak optredende uitzetting van de segmentlichamen A - F continu toe. Om die lengte-toename en de daardoor ten opzichte van het kathodelichaam 8 veroorzaakte relatieve verandering van de ligging van de segmentlichamen A - F op te vangen, zijn de in hoofdzaak evenwijdig aan de symmetrielijnen h en v aangebrachte doorgaande gaten 24a resp. 24b telkens als langwerpige gaten uitgevoerd. Daarbij zijn die langwerpige gaten 24a en 24b met hun langsassen evenwijdig aan de uitzettingsrichting van de segmentlichamen A - F georiënteerd. De langs de diagonale richtingen ten opzichte van de symmetrielijnen h en v aangebrachte bevestigingsgaten 38, 38', 38", 38'".... hebben een cirkelvormige openingsdwarsdoorsnede d (zie fig.3), waarbij de openingdiameter in hoofdzaak overeenkomt met de langsasuitzetting van de langwerpige gaten 24a en 24b.

De op het kathodelichaam 8 te bevestigen segmentlichamen A - F bestaan in hoofdzaak uit een tweetal lagen, nl. zoals weergegeven in fig.2, een target-achterplaat 10a en 10b, en een op die target-achterplaat 10a, 10b opgebonden sputterkathode 12a, 12b, waarbij die sputterkathode b.v. uit een indium-tin-legering en de target-achterplaat uit titaan of molybdeen is vervaardigd. De, de sputterkathode 12a resp. 12b dragende target-achterplaat 10a resp. 10b overlapt de sputterkathode 12a resp. 12b opzij met een bereik ter breedte a, waardoor bij thermisch veroorzaakte langsuitzetting van de segmentlichamen A - F uitsluitend de zijvlakken 34, 17a, 17b met elkaar in drukcontact kunnen komen.

Voor de bevestiging van de segmentlichamen A - F zijn op de target-achterplaat 10, 10a, 10b (zie fig.5) opneem-bouten 20 met een lasverbinding 31 vast opgebracht. De achterplaat 10 is zodanig op het kathodelichaam 8 gepositio- neerd, dat de opneembouten 20 tot in de corresponderende be-vestigingsgaten (fig.4) reiken, en zijn door middel van in de opneembouten 20 in te draaien schroeven 22 losneembaar met het kathodelichaam 8 verbonden. Voor het afdichten van de aan de zijden van het sputterkathodevlak heersende va-cuümdruk ten opzichte van de aan de kathodelichaam-achter-zijde heersende atmosferische druk, is in de schroefkop 23 een rondgaande groef 30 ingelaten, waarin een afdichtring 18 is opgenomen, welke bij aangehaalde schroef 22 vacuüm-dichtend oplegging heeft op de kathodelichaam 8. De effectieve openingsdiameter van het bevestigingsgat 32 is in het bereik van de schroefkop 23 evenals in het bereik van de op-neembout 20 zodanig uitgevoerd, dat de target-achterplaat 10 met daarop bevestigde sputter-target 12 ten bedrage van een afstand c telkens in één richting of binnen een opper-vlaktebereik, zoals b.v. bij de doorgaande gaten 38, 38', 38".... het geval is, verplaatsbaar is.

Lijst van verwijzinqscijfers 6 plaatsamenstel 7a, 7b omtrekslijn 8 kathodelichaam, koelplaten, target-koel- lichaam 9, 9a, 9b bevestigingsplaat 10, 10a, 10b target-achterplaat 11 target-lichaam 12, 12a, 12b target, sputterkathode, sputterlaag, sputter-target 13 target-segment 14 target-rand 15, 15', 15"... bevestigingsgat, doorgaand gat 16 donkere ruimte 17a, 17b zijvlak 18 afdichtring 19, 19', 19"... bevestigingsgat 20 opneembout 22 schroef 23 schroefkop 24a, 24b langwerpig gat 25, 25a, 25b vlak 26 centrering 28a, 28b doorgaand gat, fixeringsgat 30 groef 31 lasverbinding 32 bevestigingsgat 33a, 33b randbereik 34 zijvlak 36 target-vlak 38, 38', 38" doorgaand gat A - F segmentlichamen v, h symmetrielijn a target-kathodeafstand b openingsdiameter c afstand d openingsdwarsdoorsnede

Claims (7)

1. Inrichting voor het bevestigen van een te verwarmen, tenminste twee met elkaar vast verbonden lagen bevattend en bij voorkeur voor toepassing als kathodeverstuivings-target met groot oppervlak dienst doend plaatsamenstel, met het kenmerk, dat het plaatsamenstel (6) uit tenminste twee seg-mentlichamen (13, A - F) bestaat, waarbij de, de laagcon-tactvlakken begrenzende omtrekslijn (7a, 7b) van een eerste laag (12a, 12b) volledig binnen de omtrekslijn (9a, 9b) van het laagcontactvlak van de tweede laag (10a, 10b) verloopt en waarbij de afzonderlijke segmentlichamen (A - F) met hun zijvlakken (17a, 17b) van de eerste laag (10a, 10b) zodanig ten opzichte van elkaar zijn aangebracht, dat in niet-ver-warmde toestand de zijvlakken (17a, 17b) vrij van onderlinge aanraking zijn en dat in verwarmde toestand uitsluitend de zijvlakken (17a, 17b) van de telkens eerste laag (12a, 12b) in, zich bij voorkeur over een vlak uitstrekkend, contact met elkaar staan.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afzonderlijke segmentlichamen (A - F) op een bij voorkeur als target-koellichaam (8) uitgevoerde bevestigings-plaat (8) losneembaar gemonteerd zijn, waarbij de bevesti-gingsplaat (8) is voorzien van doorgaande gaten (15, 28a, 38. met cirkelronde dwarsdoorsneden van verschillende grootte (28a, 15') resp. langwerpig-gatdoorsneden (24a, 24b) met verschillende oriëntering, waarbij de openingsdwarsdoorsne-den van de, nabij het van het midden van het oppervlak van het plaatsamenstel (6) aangebrachte, doorgaande gaten (28a, 28b) keurig passend overeenkomstig de daar in te zetten op-neembouten (20) zijn uitgevoerd en waarbij de als langwer-pig-gat uitgevoerde doorgaande gaten (24a, 24b) evenwijdig aan resp. op de als fixeringsbevestiging dienst doende doorgaande gaten (28a, 28b) verbindende, en in hoofdzaak loodrecht op elkaar verlopende symmetrielijnen (v, h) en met hun langsassen in radiale richting gericht aangebracht zijn, en waarbij de overige doorgaande gaten (38, 38', 38"...) een effectieve openingsdiameter (d) hebben, welke in hoofdzaak overeenkomt met de maximale dwarsdoorsnedediameter van de langwerpige gaten (24a, 24b), waardoor de thermische uitzetting van het zich in verwarmde toestand in over een vlak uitstrekkend zijcontact bevindende segmentlichamen (A - F) ten opzichte van de positie van de fixeringsgaten (28a, 28b) in radiale richting plaatsvindt.

3. Inrichting volgens conclusie 1 en/of 2, met het kenmerk, dat de segmentlichamen (A - F) uit telkens een tweetal lagen (10, 12; 10a, 12a; 10b, 12b) bestaan, waarbij de naar de bevestigingsplaat (8) toe gekeerde lagen (10, 10a, 10b) telkens een target-achterplaat (10a, 10b) vormen terwijl de tweede laag (12, 12a, 12b) wordt gevormd door een sputterkathode (12, 12a, 12b), waarbij de sputterkathode (12, 12a, 12b) met de target-achterplaat (10, 10a, 10b) vast verbonden, bij voorkeur door zogenaamd bonden, op bevestigd is.

4. Inrichting volgens tenminste één van de conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de target-achterplaat (10a, 10b) de sputterkathode (12a, 12b) in zijn rondgaande randbereik (33a, 33b) ten bedrage van 0,05 - 0,2 mm, bij voorkeur ten bedrage van 0,1 mm, overlapt.

5. Inrichting volgens tenminste één van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de sputterkathode (12, 12a, 12b) bestaat uit een indium-tin-legering en de target-achterplaat (10, 10a, 10b) uit molybdeen resp. titaan.

6. Inrichting volgens tenminste één van de conclusies 1-5, met het kenmerk, dat op het, van de sputterkathode (12, 12a, 12b) afgekeerde vlak (25, 25a, 25b) van de target-achterplaat (10, 10a, 10b) opneembouten (20) met binnen-schroefdraad zijn aangebracht, welke met de target-achterplaat (10, 10a, 10b) vast verbonden, bij voorkeur daaraan vastgelast, zijn.

7. Inrichting volgens tenminste een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de target-achterplaat (10) zodanig is gepositioneerd op de als kathodelichaam (8) uitgevoerde bevestigingsplaat (8), dat de opneembouten (20) met de doorgaande gaten (15, 24a, 24b, 28a, 28b, 38, 38', 38"...) zodanig in ingrijping verkeren, dat de target-achterplaat (10, 10a, 10b) met vlakaanraking een oplegging heeft met het kathodelichaam (8), en dat de achterplaat (10, 10a, 10b) door middel van een, in de opneembouten (20) ingedraaide schroef (22), welke met een in de schroefkop (23) daarvan in een rondgaande groef (30) opgenomen afdichtring (18) op en tegen het kathodelichaam (8) aan ligt, evenwijdig aan de vlakuitstrekking van de kathode verplaatsbaar wordt gehouden, waarbij de maximale verplaatsing overeenkomt met de tussen de maximale buitendiameter van de opneembout en de minimale diameter van het doorgaande gat (15, 28a, 28b, 24a, 24b, 38, 38', 38"...) gedefinieerde afstand (c). f' ‘