一种用于可转动靶材溅射设备的端块制造技术

本发明专利技术公开了一种用于在真空涂敷装置中的电激励可转动管状靶材的端块，所述端块具有一个可转动的电接触件，其在以交流电模式下操作时降低焦耳生热效应。当与已知的端块比较时，本发明专利技术可获得增加接触环（４１０）和一系列周向安装的接触极靴（４５０）之间的接触面积。另外，接触极靴通过弹性件沿径向向外地压靠接触环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有转动管状溅射靶材的溅射设备的
，其目前通常用于薄膜的喷镀。本专利技术更特别地涉及能够将电能输送至转动溅射靶材上的端块。
技术介绍
使用管状转动靶材的大面积、真空喷镀设备已成为用于在大面积基体(如窗玻璃)上涂覆薄膜的主要方法。在这些装置中，通过等离子体远离转动靶材溅射材料。这些大型设备的生产率决定了它们的经济性。近次于其它因素(如正常运转时间)的生产率由材料在基体上的物理喷镀速度确定。在这种运转中，该喷镀速度本身取决于多个因素，如被喷镀的材料，线速度等，但首先其取决于供给至靶材的电压和电流。实际上，等离子体的正离子因高电压而朝靶材加速，在该处，当它们碰到靶材的表面时，这些正离子喷出材料。由于该电压确定了这些离子碰撞靶材的能量并且供给至靶材的电流与碰撞的离子数量成正比，因此，供给至靶材的能量(即，电流和电压的产物)将会大大影响喷镀速度。因此，电能越高，靶材材料的腐蚀越快并且在基体上的沉积越快。虽然在第一转动靶材设备(参见US 4,356,073)中，对靶材的供电为直流电，但能够马上理解当喷镀材料在反应气体中时，该DC供给具有某些严重的缺陷介电反应产物往往覆盖“位于”靶材以及起到阳极作用的正偏真空设备壁上，从而会阻碍进一步溅射。由于形成于靶材上的电介质，因此，“电弧放电”成为主要问题。“电弧放电”会在负偏未涂敷区域与因正离子冲击产生的带电正离子所处区域之间的靶材表面处产生电火花。已发现在两个独立靶材之间使用交流电能够消除该“位置”问题以及相关的电弧放电问题(参见US5,169,509)，同时，由于真空箱的壁不再具有电活性，因此，能够保持稳定的等离子体。虽然AC溅射允许进一步提高供给至靶材的能量，但还会引发新的问题。在耗电量300A时，所使用的典型频率为10～100kHz。动态电压通常为300～500V。大部分电流以这些频率流过导电器的外侧区域，从而产生众所周知的集肤效应现象。电流密度以厚度“δ”(m内的)(“e”为自然对数基数)系数1/e降低。δ＝(πνμσ)-1/2其中ν＝为电流的频率(Hz)，μ＝为磁导率(H/m)，σ＝为材料的导电率(S/m)。对于铜而言，已导致在10kHz下，大约670μm的集肤深度，其在用于预想类型的溅射设备中时，会导致非常高的电流密度以及导体的外表面焦耳加热。电源与靶材之间的可转动电触点主要表现为临界点。在该区域的外侧，使用多束导线能够大大克服该问题。虽然许多旋转式电连接在本领域是已知的，例如在电动马达和发动机中，但是，用于端块的旋转式电连接所要求的需要却显著不同。如已提到的那样，假定在典型的端块仅相当于20cm×15cm×15cm的情况下，所使用的电流和电压也较大。同样，频率也大于已知的旋转式连接。另一方面，旋转式连接必须工作的转数相当适度最多100转/每分钟。至今，为了克服所述焦耳加热并且为了在可转动的溅射靶材端块中抵消其效应，已提出了两种解决方案-US 2003/0136672 A1披露了四个半圆柱形固定接触刷的使用，其中，迫使这些固定接触刷封闭与靶材一起转动的轴。电流流过从刷体、经轴至靶材管件的路径。水流过轴，从而能够限制因电流的电阻加热形成的温度升高。-US 2003/0173217 A1披露了本身作为设置在旋转式阴极装置内的导体件的冷却管的使用。与该导体件相连的浸入冷却剂中的固定式刷使电流分布在整个旋转式阴极上。当冷却剂流过导体件时，会抵消电阻加热效应。虽然上述现有技术可消除焦耳加热的影响，但是，它们不会减小问题的根本起因，即由集肤效应产生的电流输送区的限制。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于通过提高被供给至靶材的功率电平来提高大区域涂覆设备的生产率。本专利技术的另一目的在于减小端块内侧的可转动电触点的焦耳加热。本专利技术的优点在于减小焦耳加热的根本起因-即，集肤效应级-而不是抵消症状-即温度增加-通过如在现有解决方案那样改善冷却。本专利技术的另一个目的在于提供一种端块，其具有不易磨损的可转动电触点，更特别的为槽结构。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于激励可转动靶材的端块。端块在本领域是已知的。它们起到可转动地固定靶材管件的作用，以便使其转动并对靶材管件供电，同时，对其供给冷却液体并排出冷却液体。由于等离子处理通常在低压发生，因此，在端块的范围内及其上方必须保持真空的完整性。目前使用了两种靶材支承结构一种为如在US 5 096 562中披露的那样，通过端块固定管件的两端；一种为如US 5 200 049中披露的那样，仅在一端固定靶材管件的系统。在后一种情况下，单一端块提供了所有必需的功能(支承、转动、电力、真空完整性以及冷却剂)。在前一种情况下，可对不同的端块赋予不同的功能例如，第一端块提供冷却剂并电激励靶材，而第二端块驱动靶材转动。本专利技术涉及的端块在两种靶材支承结构的任意一种中，均能够确保电源与可转动靶材之间的可转动电连接。具有可转动连接的这种端块包括插座和同轴安装在插座内侧的心轴。心轴和插座可通过滚珠轴承或滑动轴承或任意本领域已知的其它方式相对彼此转动。插座包括至少一个与第一接电端相连的电接触环。这种接触环由对于滑动摩擦而言非常耐磨的导电材料制成。目前大多采用的材料为紫铜、黄铜或青铜。本专利技术的端块(独立权利要求1)的特征在于心轴包括一系列导电极靴，即，极靴与位于插座内侧的心轴一起运动。这些极靴也被称为刷。为了平衡心轴上的机械力，必须使极靴均匀分布至心轴的周面上。因此，必需存在至少两个极靴来平衡心轴上的径向力。极靴与插座环的内表面形成电和机械的滑动接触。为了始终确保这种接触，通过弹性件沿径向向外方向单独压迫这些极靴中的每一个，即将其压在环的内表面上。所有这些极靴均与第二接电端(即心轴)电连接。虽然两个极靴足以实现本专利技术，但是，更为理想的是使用4～16个整数个极靴来确保以低电噪音进行连接(从属权利要求2)。通过较少数量的极靴，将能很好地平均噪音。采用17或更多的极靴，对于噪音的降低而言则没有意义。在这些极靴之间存在间隙，其宽度应足以确保极靴能够彼此独立移动。所述间隙应确保在极靴通过之后，允许环能够冷却下来。优选由极靴覆盖插座的内环的少于70％的周面。更为特别的是，其意味着由极靴跨过的弧长总和为小于插座的内环周面的0.70倍。更优选的是极靴覆盖小于50％的心轴周面。极靴与环之间的接触必须产生于非常干燥的环境中(即，不在液体中)以便允许在环上形成导电铜锈。虽然优选将极靴安装在一个垂直于心轴轴线的表面上，但是，完全可以采用其它结构，即在第一平面内设置偶数个极靴，而在第二平面内设置奇数个极靴，其中，第一平面沿轴向略微偏离第二平面，只要在端块内的空间允许这种结构即可。形成第一电触点的环的数量为从属权利要求3的主题。当集肤效应将AC电流局限在导体的外部区域时，使叠置的几个环彼此平行将会通过极靴形成更多的电流承载表面。这组叠置环必须彼此分离。对此而言，能够承受相当高温度的任何绝缘材料均是适合的。一个例子为易适于片层形式的聚酰亚胺或聚四氟乙烯(PTFE)或多酚聚合物材料。所述叠置环必须通过粘合或螺栓固定或通过夹紧固定在一起。每一个极靴必须接触至少一个环，以便极靴增加总电流承载能力。根据极靴在心轴上的正确定位-例如当部分极靴沿轴向偏离剩余部分时-一些极靴可以不与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激励可转动溅射靶材的端块，其包括：圆柱形插座和同轴安装在所述插座内侧的心轴，所述插座和心轴可彼此相对转动，所述插座包括至少一个用于形成接电端的电接触环，其特征在于：所述心轴包括至少两个导电极靴，所述极靴用于确保与所述环的内表面形成电滑动接触，沿径向向外，通过至少一个弹性件将每一所述极靴压在所述内表面上，所述极靴平行于所述心轴电连接在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-10-18 04105116.01.一种用于激励可转动溅射靶材的端块，其包括圆柱形插座和同轴安装在所述插座内侧的心轴，所述插座和心轴可彼此相对转动，所述插座包括至少一个用于形成接电端的电接触环，其特征在于所述心轴包括至少两个导电极靴，所述极靴用于确保与所述环的内表面形成电滑动接触，沿径向向外，通过至少一个弹性件将每一所述极靴压在所述内表面上，所述极靴平行于所述心轴电连接在一起。2.根据权利要求1所述的端块，其中导电极靴的数量为4～6中的任意一个数。3.根据权利要求1或2所述的端块，其中所述插座包括至少两个所述电接触环，所述环彼此同轴安装并彼此电绝缘，每一所述极靴均与至少一个所述环的内表面形成电连接，所有所述电接触环均平行于所述接电端部连接在一起。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的端块，其中通...

【专利技术属性】
技术研发人员：K德拉尔特，W德博斯谢尔，J德博埃韦尔，S波特曼，
申请(专利权)人：贝卡尔特先进涂层公司，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]