專利名稱：用于濺射裝置端塊的插件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種附件，即一種插件，用于在濺射裝置中調節(jié)濺射 把材和基體之間的距離。通過引入本發(fā)明的插件，就可以方便地調節(jié) 該距離，而無需對濺射裝置做進一步的改變。
背景技術：
賊射已經成為一種為平面基體鍍覆的確立的鍍覆技術，例如鍍覆 顯示器玻璃板、窗玻璃、觸摸屏和許多其它同等器件。在濺射裝置中， 要被鍍覆的基體在濺射磁控管的前方傳送。該濺射磁控管作為原子噴 射源，這樣，用于鍍覆基體的靶材原子就被從低壓氣態(tài)等離子體中電 加速出來的離子逐出乾材表面。該等離子體被磁場限制，該磁場由與 耙材賊射惻相對安裝的磁鐵所維持。>^*賊射過程中，耙材和基體之 間的距離很重要，下面將介紹各種原因。
盡管原子主要在垂直于靶材表面的方向噴射，但是由于原子逐出 過程的隨機特性，所以仍存在相當大的角擴散。為了保證鍍覆的均勻， 因此可取的是使靶材超出基體邊緣至少是靶材到基體之間距離的兩 倍。因此，耙材到基體之間的距離越大，就導致了在邊緣處溢出越多。 更多的溢出自然也意味著總的鍍覆速度更慢。另外，靶材到基體之間 的距離越大意味著被逐出的靶材原子在到達基體的途中與氣體原子發(fā) 生碰撞的概率越高，因此也導致鍍覆的效率更低。有時，需要使磁場 線一直延伸到基體，以便微調鍍覆性能。當這是必要時，采用特殊的 磁鐵陣列，以產生延伸更遠的磁場。由于磁場強度隨著耙材到基體之 間的距離而急劇降低，即偶極子場，因此這種所謂的"不平衡磁控管" 延伸磁場線的可能性在距離上是相當受限制的。在這種情況下，將磁 控管整個地移動更靠近基體以使被鍍覆的基體處于磁場線的影響下是會有幫助的。
靶材到基體的距離還影響基體的溫度由于氣體離子的沖擊，靶 材趨向于變得非常熱(并因此不得不進行冷卻)，因此熱輻射將會使基 體變熱。有時，這在鍍覆過程中是有幫助的，例如改進了鍍覆中的粘 著或副反應，但對于基體也是有害的，例如當基體具有低軟化點時。 在這種情況下，有必要增加革巴材到基體之間的距離。
同樣，有趣的是，為了限制在靶材基體處的起弧影響，又需要增 大靶材到基體之間的距離。電弧，即產生在靶材表面上的濺射區(qū)域和 非賊射區(qū)域之間的火花，可施加足夠的能量來將較大的靶材碎塊朝基 體噴射。當該現象離基體太近發(fā)生時，就會導致鍍覆缺陷。
因此， 一直需要在濺射裝置中能調整靶材到基體之間的距離。盡 管對于靜止的平面鍍覆機，例如在電子工業(yè)中用于對200mm或 300mm直徑的芯片鍍覆的鍍覆機來說，調整靶材到基體的距離相對簡 單，但是對于在大面積鍍覆機中延伸超過4米寬度的可旋轉的管狀靶 材來說，調整耙材到基體的距離就困難得多。
4^cKd、 ey的系列美國專利(4356073 、 4422916 、 4443318 、 4445997 、 4466877 )首先介紹了通過提供可旋轉的管形靶材來將靶材送進等離子 體的構思，其中，穩(wěn)定的伸長磁場被維持在該靶材表面處。更大的原 料、更好的冷卻和更好的過程控制，這些優(yōu)點的重要性勝過了安裝靶 材復雜度較大的缺點。實際上，必須給靶材提供高電流以維持等離子 體，而這又導致必須當耙材在必須保持靜止的磁陣列前旋轉的同時通 過循環(huán)進出靶材的冷卻劑來冷卻靶材，并且所有這些都需同時保持真 空的完整性。
基本上，從該基本設想引申出兩種相竟爭的設計方案。 首先， 一種解決方案是由安裝在真空室壁上的稱為"端塊"的單個 軸承箱來給靶材管輸入輸出必要的冷卻劑、供給必要的電流和提供必 要的原動力。該情況下，靶材軸線通常垂直于安裝端塊的壁。這種安 裝叫做懸臂安裝(US 4549885、 US 4519885、 US 5200049、 US 2004/0140208、 WO 2006/023257 )。在與端塊相對的革巴材端處有必要設
5置小型機械支撐，以便在操作過程中提供機械支撐作用。通過為把端 塊安裝到壁上的安裝螺釘提供細長縫，就可以相對輕松地調整靶材到 基體的距離。
其次，第二種解決方案是通過位于靶材兩端的兩個端塊來給靶材 分配必需品。該情況下，靶材被安裝成其軸線平行于安裝端塊的壁。
因此，這兩個端塊為"直角"型。US 4422916 、 US 44459975 、 US 5096562 、 US 6736948、 WO 2006/007504中介紹了進一步發(fā)展的例子。在這第二 種解決方案中，出現了兩種"設計學派"，在一種"設計學派"中，端塊 是附連到壁上的盒，從壁的大氣側可以觸及并且可看見盒的內部(例 如US 6736948);在第二中"設計學派"中，端塊是封閉的模塊盒，該 模塊盒具有與結合到裝置壁中的基座上的界面相匹配的界面，其中界 面允許用單個鎖定螺釘快速安裝(拆卸)，如 http:Vwww.bekaert.com/bac/Products/Sputter%20hardware/End%20 Block.htm所示。
圖la和lb提供了后一種設計的簡圖，其中，用于承載可旋轉耙 材112的端塊110被可拆卸地附連到安裝基座114上，該安裝基座114 設在濺射裝置的壁116中。安裝基座114具有與端塊界面122相匹配 的基座界面120。界面120、 122通過螺紋環(huán)118而被互相壓緊。冷卻 劑或電流或原動力通過界面120、 122從供應管線122、 122，傳遞給乾 材112。當為了將可旋轉靶材移動遠離安裝基座也即移動靠近基體而 需要對該現有設計進行修改時，在濺射裝置的壁上切出開口。如圖2a 和2b所示，通過在濺射裝置的壁216上切出開口并將盒子230焊接到 壁上或用具有靜密封(例如O型圏)的螺栓將其擰緊到壁上，可以進 行上述修改。在盒子230的底部安裝安裝基座214。不必說，這樣的 過程使得對賊射裝置的改動耗時、巨大。此外，所有的供給管線都需 要延長，并且在盒子內連接供給管線不容易。因此，發(fā)明人尋找并找 到了這個問題的解決方案。

發(fā)明內容
6因此，本發(fā)明的目的是提供一種快速、可逆并且簡單的系統(tǒng)，通 過該系統(tǒng)，可以改變?yōu)R射裝置中端塊的空間位置。本發(fā)明引進了一種 附件，在端塊是封閉、模塊式的情況下，該附件提供了在幾分鐘內改 變安裝基座和端塊之間距離的可能性。除了端塊定位的問題以外，下 面還將介紹作為附加好處而解決的其它一些問題。
依據本發(fā)明的第一方面，提供了一種具有權利要求1所述特征的 插件。該插件可以被插入在端塊和濺射裝置內部可利用的安裝基座之 間。本領域中已知這種安裝基座/端塊的組合。通常，在可安裝到濺射 裝置上的濺射模塊上可有一個或多個(通常為偶數)安裝基座。這種 安裝基座通常包括被固定到濺射模塊的法蘭上的擋圏，該法蘭是與濺 射裝置真空密封地接合的法蘭。該安裝基座具有與端塊的端塊界面相 匹配的基座界面，通過使這些界面相互匹配，當基座和端塊互相夾緊 時，冷卻劑輸入或冷卻劑抽取或電流輸入或操作可旋轉靶材所需的原 動力這些必需品就自動互連。此外，界面具有防止可能產生的冷卻劑
泄漏和/或氣體泄漏的裝置，例如o型圏和o型圏接收槽。對于端塊
本身來說，靶材管是通過旋轉連接器連接的。本領域中已知多種連接
器，例如在US 5591314和WO 00/00766中介紹的連接器。端塊的功 能是將濺射必需品傳輸給靶材，同時允許靶材在真空中旋轉，為了達 到這個目的，在端塊內部設置有旋轉真空密封、旋轉冷卻劑密封、旋 轉電流連接器、承載粑材的支承以及使磁棒保持定位的保持裝置。所 述端塊可以是直通端塊，也可以是直角型端塊。
本發(fā)明插件的特征是插件的一端具有復制基座界面，而另一端 具有復制端塊界面。插入插件時，插件的復制基座界面被連接到端塊 的界面，插件的復制端塊界面被連接到基座界面。就好像安裝基座被 轉移進了濺射裝置，因此端塊可以位于真空室內部的其它地方。由于 插件的功能不僅僅是轉移端塊，同時也要保持端塊的操作性能，因此 插件的內部就必須提供可實現這些功能的裝置。
端塊移入真空室的自由度幾乎不受限制，但是必須考慮到插件必 須能夠承載端塊與靶材和冷卻劑的重量。因此有兩種特別有利的結構，其中一種結構中，界面處于相互之間基本上平行的平面中；另一種結 構中，界面處于相互之間基本上垂直的平面中。
界面如何相互夾緊非常重要，因為這種夾緊必須能夠承載端塊與 乾材和冷卻劑的載荷。實現這個目的的第一種方式是通過螺紋環(huán)連接。 通過與螺紋環(huán)一個端部處的內側臺階抵靠的插件上的周向脊，螺紋環(huán) 就被可旋轉地保持在插件上的復制基座界面端處。在朝向螺紋環(huán)另一 端的內側處切出與端塊外螺紋相嚙合的內螺紋。首先，將端塊界面和 插件界面小心地匹配到一起，然后，將螺紋環(huán)擰上并用活動扳手擰緊。 在插件的另一端，螺紋環(huán)被安裝基座保持，而外螺紋在帶有復制端塊 界面的插件端部上。另一種將插件固定到安裝基座以及將插件固定到 端塊的方式是釆用分段張緊圏。這種張緊圏的內側開有V型裂縫，并 且該張緊圏通常被分成相互鉸接到一起的兩段或三段。裂縫卡住端塊 和插件以及插件和安裝基座上的截頭圓錐體凸緣。當連接兩段的扳手 螺旋關閉時(更類似ISO-KF類型的真空連接器)，界面就被相互壓緊 了。
為了使界面正確地相互連接，有利的是提供與孔配合的導^4^ 以獲得良好的對齊?？商娲氖?，可利用電流饋送裝置或冷卻劑的進 口或出口來為匹配界面提供引導。
當然也可以采用其它類型的聯接，例如卡口類型的聯接。
為了當將插件引入安裝基座和端塊之間時保持靶材的操作性能， 必須傳遞那些必須供給到靶材的必需品通過插件。正如前面所述為 了保持耙材的功能，就需要實現下述過程
—提供負電流來維持等離子體并使等離子體中的正離子朝向靶材 加速，以便使濺射材料原子脫離靶材。離子的動態(tài)沖擊力很高，并且 大多數能量供給都因此而轉化成了熱，即靶材變熱。通過在插件中軸 向且彈性安裝的實心銅棒，就可以通過插件傳輸電流。
一因此需要供給冷卻劑(通常是激冷水)來使靶材保持在工作溫 度。由于需要相當多的冷卻能，就必須從靶材中抽出已經變熱的冷卻 劑。為此，采用封閉的冷卻回路。在插件的復制安裝基座界面處，具有與端塊的接收嘴相接合的尖嘴，而在插件另一端，復制端塊界面的 嘴接收安裝基座的尖嘴。
—為了向等離子體中輸入新的靶材，必須向靶材提供原動力來使 耙材保持旋轉。靶材的旋轉也非常重要，因為一旦靶材被加熱的部分 退出等離子體區(qū)，它就被冷卻下來。通常是通過帶有旋轉約束的插座 和銷式裝置的軸來實現旋轉，盡管其它類型的旋轉傳遞方式同樣可以 采用。在插件中，原動力可以通過被軸承保持并在兩側可以有適當的 插座和銷式裝置的實心軸進行傳遞。為了達到該目的，也可以采用柔 性軸。
操作過程中，無論怎樣靶材都會變得越來越熱。這導致了靶材的 軸向膨脹。除了軸向膨脹外，由于例如靶材管下垂，乾材也會發(fā)生徑 向偏差。為了使濺射工藝可控，必須將這些與理想狀況(沒有軸向或 徑向偏差)之間的偏差保持到最小程度。但這是不可能的，并且在極
端狀況下偏差可能導致端塊中的密封和軸承的過分磨損。US 6736948 已經找到了這個問題的解決方案，即引進"軸向順應端塊"。發(fā)明人意 識到，通過采用具有一定彈性的插件就能輕松解決相同的問題。彈性 必須容許復制界面彼此之間的小偏差?？梢圆捎萌缦露喾N方式獲得彈 性
—在界面間采用彈性的O型圏。由于目前已有這樣的O型圏，因 此已經具有較小程度的彈性。但是，采用例如更厚的O型圏、具有更 好彈性性能的O型圏、雙O型圏(界面的每一側各用一個)就能改進 彈性。
一為插件采用彈性外罩。外罩通常是管狀，盡管不排除其它形狀； 外罩可由高等級聚合物材料制作，例如允許一定彈性的Flametec⑧、 Kytec⑧PVDF (聚偏氟乙烯)或ECTFE (乙烯與三氟氯乙烯的共聚物) 或PEEKTM (聚醚醚酮)。可替代的是，也可以釆用焊接有周向金屬彈 簧的金屬管，例如不銹鋼真空波紋管的一部分。
當然也可能采用這些特征的組合。但是必須小心，當插件被迫使 離開其平衡位置時，插件中和界面處的傳遞裝置不要過度應變，并且依然保持其功能性。為了達到這個目的，可采用軟管、柔性軸和柔性 電導體來傳遞必需品通過插件。
根據本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明要求保護一對插件。根據前面的 說明可以清楚知道，如果采用兩個端塊支撐靶材的兩端，那么并不是 所有操作乾材的必需品都必須同時由這兩個端塊提供。實際上，這些
必需品可以通過這兩個端塊來劃分。當將這些必需品分類為(F)冷 卻劑輸入、(E)冷卻劑抽取、(C)電流輸入、(M)原動力時，則這 些必需品可以分成七種有意義的組合[F[ECMj、 [EFCM、 [q[FEM、闕[FEC、網[CMI、 [FC[EM和FM[ECI。雖然從技 術角度上這些劃分的組合中的每一種具有同等的可行性，但是實踐中 可以見到的是[M[FECI和[Cl [FEM j的組合。
依據本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明要求保護一種濺射模塊。該模塊 作為安裝基座的載體，并且通常包含管道系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的所有必要 的輸入和控制附件。但是，該模塊也可以是門，其上固定安裝基座， 在其內部承載端塊(例如在待決申請PCT/EP2006/060216中所介紹的 那樣)。在端塊和安裝基座之間安裝本發(fā)明的插件。由于界面是兼容的， 因此本插件的設計直接使得它們可以串聯安裝。
該模塊也可以配備一對匹配的安裝基座和端塊的組合(即，該對 安裝基座和端塊組合的第一部件包括與第一端塊相匹配的第一安裝基 座，該對安裝基座和端塊組合的第二部件包括與第二端塊相匹配的第 二安裝基座)。該對安裝基座和端塊組合可以承載一個靶材。同樣，可 以在相同的模塊上增加另一對(安裝基座、端塊)組合，以承載第二
靶材。存在可承載多達四個靶材的模塊，但是該原理可更進一步擴展。 本發(fā)明的插件可以有利地用于將一個靶材相對于另 一個降低。當插件 做得更長時，插件甚至可以延伸到基體平面下方，在此處可以安裝第 二革巴材，以用于在單道次中、減射基體的另一側。以這種方式，專利申 請PCT/EP2006/063173所^^開的思想就變得尤其簡單并且易于在實踐 中實施。
利用本發(fā)明，通過在不同(或者一個)安裝基座和相應的端塊之間插入上述插件，就能夠便利地改造現有的濺射裝置。這種改造方法 可以快速便利地實施，無需任何特殊加工，因為不需要延長現有裝置 的供給管線，也不需要對鍍覆模塊做任何特殊改造。


下面參考附圖對本發(fā)明做更詳細的說明，其中 圖la和圖lb描述了端塊安裝的標準狀態(tài)。
圖2a和2b顯示了用于朝基體方向降低靶材的現有技術的解決方案。
圖3a和3b顯示了本發(fā)明的插件如何能夠有利使用的前視圖和剖 視圖。
圖4a、 4b和4c所示為[FEC型插件的側視圖、軸向剖視圖和垂 直于其軸線的剖視圖。
圖5a、 5b和5c所示為[M型插件的側視圖、軸向剖視圖和垂直 于其軸線的剖視圖。
由于在"背景技術"中已經基本上討論了圖la， lb和圖2a， 2b中 所示的現有技術，因此接下來就不再進一步解釋這些圖了。在附圖中， 相似零件的后兩位數字相同，第一個數字則表示圖號。
具體實施例方式
圖3a和3b顯示了本發(fā)明插件是如何能在無需改造濺射裝置的情 況下便利地引入到現有賊射裝置中的。圖3a和3b顯示了安裝基座314 的現有部件，該安裝基座314固定到濺射鍍覆裝置的壁316上。端塊 310可通過界面320和322與安裝基座314相配合，但在該例中，在 安裝基座和端塊之間已經引入了插件340。插件340具有與端塊界面 322相同的復制端塊界面322，，以及與安裝基座的界面320相同的復 制基座界面320，。先前被用來將端塊固定到安裝基座上的螺紋環(huán)318 現在用來將插件340固定到安裝基座314上，另 一個相應的螺紋環(huán)318 現在被引入用于將端塊固定到插件上。在插件340的內部，設有裝置344，用于將冷卻劑從供給管道和抽取管道324、 324，輸送到端塊，并 用于通過連接桿342將電流從連接器324，輸送到端塊310。
圖4a、 4b和4c進一步詳細地顯示了圖3中的插件440。在插件 的一端，設有螺紋445，用于與安裝基座的螺紋環(huán)擰到一起。連接桿 442可軸向移動地安裝(可以是彈簧加載地)在插件442中，用于確 保適當的電接觸。管道444、 444，設有噴嘴連接器(未顯示)，其中一 條管道用于供應冷卻劑，另一條用于從端塊抽取冷卻劑。螺紋環(huán)418， 與安裝基座的螺紋環(huán)相應，并被擰到端塊的螺紋上。
圖5a、 5b和5c所示為這對插件的另一部件，用于傳遞原動力。 該插件的外殼540仍是相同的。在外殼內部，旋轉軸550由旋轉軸承 552、 552，保持。原動力通過具有十字凹槽的傳動盤554從安裝基座傳 遞，其中，安裝基座軸的柱栓接合在所述十字凹槽中。在插件555的 另一端有與這些柱栓相同的柱栓，用于將插件進一步連接到端塊。
兩插件都配有必要的真空密封和冷卻劑密封，以防止泄漏。這些 密封是靜密封，即它們所密封的零件相互之間沒有相對運動。所有旋 轉密封都被合并到端塊的內部。這樣，插件內的壓力就可以保持大氣 壓力。
權利要求
1、一種插件，該插件可插入到在濺射鍍覆裝置內部可利用的安裝基座和可拆除地附連到所述安裝基座上的端塊之間，所述端塊用于在所述濺射鍍覆裝置內部承載可旋轉的濺射磁控管，所述安裝基座具有與所述端塊的端塊界面相匹配的基座界面，其特征在于，在所述插件的一端設有復制基座界面，并且在所述插件的另一端設有復制端塊界面，所述插件還包括用于可操作地將所述安裝基座與所述端塊連接的裝置，從而為所述端塊在所述濺射鍍覆裝置內的定位提供了增大的自由度。
2、 根據權利要求1所述的插件，其中，所述可旋轉的濺射磁控管 是伸長的管狀磁控管。
3、 根據權利要求1到2任意一項所述的插件，其中，所述端塊是 直角端塊。
4、 根據權利要求1到3任意一項所述的插件，其中，所述復制基座界面的平面基本上^rrf所述復制端塊界i^恃平面。
5、 根據權利要求1到3任意一項所述的插件，其中，所述復制基 座界面的平面基本上垂直于所述端塊界面的平面。
6、 根據權利要求1到5任意一項所述的插件，其中，相互配合的 所述界面通過螺紋環(huán)相互固定到一起。
7、 根據權利要求1到5任意一項所述的插件，其中，相互配合的 所述界面通過分段張緊圏相互固定到一起。
8、 根據權利要求1到5任意一項所述的插件，其中，相互配合的 所述界面通過卡口式連接而相互固定到一起。
9、 根據權利要求1到8任意一項所述的插件，該插件還包括用于 在所述安裝基座和所述端塊之間傳遞冷卻劑、電流和原動力的傳遞裝 置。
10、 根據權利要求1到9任意一項所述的插件，該插件還包括彈 性裝置，以用于允許所述插件移出平衡位置同時仍保持起作用。
11、 一對插件，該對插件可與一對相匹配的安裝基座和端塊組合兼容，所述一對插件的每個插件都是根據權利要求1到10任意一項所述的插件，其中，用于在所述一對相匹配的安裝基座和端塊組合之間 傳遞冷卻劑、電流和原動力的所述傳遞裝置在所述一對插件的部件之 間劃分。
12、 根據權利要求11所述的一對插件，其中，所述一對插件的一 個部件包括用于提供冷卻劑、抽取冷卻劑和供給電流的裝置，而所述 一對插件的另一部件包括用于傳遞原動力的裝置。
13、 根據權利要求11所述的一對插件，其中，所述一對插件的一 個部件包括用于提供冷卻劑、抽取冷卻劑和傳遞原動力的裝置，而所 述一對插件的另一部件包括用于供給電流的裝置。
14、 一種用于安裝在濺射鍍覆裝置上的濺射模塊，該模塊包括至 少一個安裝基座和至少一個與所述安裝基座相匹配的端塊，其特征在 于，所述濺射模塊還包括位于所述安裝基座和所述端塊之間的至少一 個根據權利要求1到10所述的插件。
15、 權利要求14所述的濺射模塊，其中，在所述安裝基座和 所述端塊之間插入根據權利要求l到IO中任意一項所述的兩個或更多 個插件，所述插件被彼此串聯布置。
16、 一種用于安裝在濺射鍍覆裝置上的濺射模塊，該濺射模塊包 括至少一對相匹配的安裝基座和端塊組合，其特征在于，所述濺射模11到13中任意一項所述的至少一對插件。
17、 一種通過插入插件來在濺射裝置內改變端塊和其相應的安裝 基座之間的距離的方法，所述插件的 一端具有與所述安裝基座相匹配 的界面，插件的另一端具有與所述端塊相匹配的界面，所述插件包括 將所述安裝基座與所述端塊可操作地連接的裝置。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種用于引入到磁控管濺射裝置的安裝基座(314)和端塊(310)之間的插件(340)。該插件的一端和另一端分別具有與端塊界面(322)相同的復制端塊界面以及與安裝基座界面(320)相同的復制安裝基座界面(320’，322’)。插件的內部設有用于在安裝基座(314)和端塊(310)之間傳遞冷卻劑、電流和原動力的傳遞桿(342)和管道(444，444’)。插件(340)用于調節(jié)靶材和基體之間的距離。該插件的一種有利的實施例中結合有彈性裝置，用于適應由于靶材管的熱膨脹或下垂造成的端塊的輕微移動。在另一種有利的實施例中，插件非常長，以至于與基體的平面交叉。以這種方式，可以便利地安裝靶材，以便對與基體的正常鍍覆側相反的另外一側鍍覆，而不需要對濺射裝置進行較大的改造。
文檔編號H01J37/34GK101473405SQ200780022992
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權日2006年6月19日
發(fā)明者I·范德普特, W·德博斯謝爾 申請人:貝卡爾特先進涂層公司