用于溅射源的靶的制作方法

专利名称：用于溅射源的靶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种靶且涉及一种相关联的用于涂覆方法中的靶保持器。该涂覆方法特别包括用于将耐高温粘结层施加到基板上例如特别是施加到涡轮机叶片上的气体溅射方法。靶包含涂层材料，可特别通过离子化惰性气体等离子体的离子由靶溅射出所述涂层材料。靶被容纳在涂层源的壳体中的靶保持器上。借助于离子化惰性气体等离子体的流动使由靶溅射出的涂层材料到达要进行涂覆的基板。涂层源位于封闭的真空室中，对所述封闭真空室连续性地抽真空。离子化惰性气体和靶的沉积的涂层颗粒到达室内部的基板或被真空泵泵出。靶被焊接到靶保持器上或被直接螺合到靶保持器上。一种可能的解决方案是在靶保持器内钻出盲孔，靶被螺合在所述盲孔内。一方面，由于提供电流以获得用于产生阴极效应的电荷的缘故，且另一方面，由于气体的等离子体条件的产生和维持限于特定的温度和压力区域的缘故，因此使得靶在操作过程中暴露于高的热量输入。该热量必须通过靶保持器被带走。不仅对于解决方案中的焊接连接装置而且对于螺合装置而言，由于无法通过焊接连接装置或螺合连接装置的接触表面带走热量，因此在靶中可出现温度范围高于400℃的过热现象。这种过热导致在靶中产生高的残余应力，由此可导致形成裂纹且结果使得靶过早失效。
背景技术：
在靶的底部本体内钻出一个或多个盲孔在现有技术中是已知的。靶的底部本体被成形为涂层材料圆盘，圆柱形靶被引入所述圆盘内，借助于收缩配合方式进入盲孔内。
这种盲孔总是仅与底部本体或换句话说仅与单个部分接界。当利用这种现有技术时出现的问题在于，由于存在不同的热应力，因此无法保证可在靶的底部本体与圆柱形靶之间保持连结。该实施例的另一问题在于需要在靶的底部本体中形成钻孔，这导致产生不可忽略的材料损失。在包含稀土、铂、钛或相似材料的涂层材料中，材料成本很难忽略。
另一个缺点在于底部本体和圆柱形靶仅可作为整体被拆除的事实。
另一个缺点在于，对于底部本体和圆柱形靶的组合而言，涂层的成分基本上是固定的且仅可能通过更换底部本体和/圆柱形靶而改变所述成分。
溅射靶在DE 44 26 751 A1中是已知的，所述溅射靶被用于阴极溅射工艺中。在加热溅射靶时由于其产生膨胀而导致从溅射靶的特定面积尺寸向上发生长度变化，由此导致在紧固到靶座上的溅射靶中产生热应力。这些热应力可导致对溅射靶和/或靶座产生损害，特别是对于更大尺寸的溅射靶而言情况更是如此。为此原因，在DE 44 26 751A1中，建议在非加热条件下将彼此隔开的单个部段本体组装成溅射靶，且所述单个部段本体仅在加热条件下彼此接触。这种已知解决方案的缺点在于对于每种材料组合必须重新确定部段本体的距离的事实。这种解决方案的另一个缺点在于每个靶部段需要多个紧固点。在这种情况下，紧固点之间的热应力还具有使得在紧固点的区域中产生裂纹或裂隙的效应，特别是如果靶材料使用脆性材料或者没有足够的压缩和/或拉伸强度的烧结或压制粉末的情况。已知的解决方案的另一个缺点是由于在靶部段与连接至冷却系统的靶座之间的热交换表面较小而导致的，原因在于必须基本上通过螺合连接装置进行散热。此外，根据一个实施例，溅射靶与靶座一起被“游动地”安装在阴极本体上，即平行于溅射靶表面进行可移置地安装。尽管通过这种措施的确减轻了由于紧固产生的热应力，然而却同时削弱了散热进入冷却系统内的性能。
在DE 197 38 815 A1中描述了与使用靶部段相关的另一个问题。使用靶部段需要专用的组装解决方案，特别是如果要保证靶部段已经位于阴极板上以便改进上述有缺陷的热传递过程的情况下。DE 197 38815 A1中示出的组装解决方案的确还需要利用调节螺栓以对靶部段进行定位。然而，由此推知对于每个靶部段而言必须至少存在第二种紧固可能性，原因在于调节螺栓仅承担了使靶部段位于中心和对所述靶部段进行定位的任务。因此，对于引入靶部段内的热应力而言，确实出现了与已经结合DE 44 26 751 A1中所示的靶部段布置所述的问题相同的问题。
此外，从DE 102 27 048 A1中可知，为了由多个靶制造中空阴极，由此预知要采用至少4个靶，所述靶形成了棱柱体的侧表面。与圆柱形中空阴极相比，该布置的优点是更易于制造靶板。这些靶板通过中心螺钉被紧固到冷却本体上，以使得靶板在其背侧上的整个表面上接触冷却本体，但仅在中心点处进行紧固。尽管目的在于优化地利用热交换表面，然而却在螺钉处产生了热损耗。这些热损耗可导致热传递过程的劣化，特别是对于使用小靶的情况而言。该公开文献中也未提及有限的电流。电流必须通过螺钉被输送至靶。功率密度由此受到螺钉横截面积的限制，或假设存在不完全螺纹连接的情况下受到螺纹中的支承表面的限制。对利用的MCrAlY或NiAl靶的可对比布置的试验进行了描述，在约900℃的温度和最大5kW(达15W/cm2)的耦合功率下已经观察到了破裂和/或弯曲的靶。在这种情况下，通过夹具连接装置对靶进行固定。如果靶如DE 102 27 048 A1中所述被直接螺合到冷却本体上，则它们在最大10kW(达21W/cm2)的耦合功率下熔化。靶变得太热且因此受损。

发明内容
因此本发明的目的在于提供一种包括靶部段的靶，所述靶部段通过靶保持设备被连接至冷却系统以使得未在所述靶部段内引入热应力，且同时提供了足够的散热。本发明的另一个目的在于提高耦合功率以及功率密度，以便降低涂覆过程的持续时间。
所述目标是通过权利要求1的特征部分实现的。用于溅射源的靶可被再分成多个可交换的靶部段，其中所述靶部段包含涂层材料且每个靶部段与至少两个相邻靶部段接界，且特征在于，每个靶部段可通过至多一个紧固装置被连接至底部本体。
一个靶部段代表涂层材料的一个元件，所述元件位于涂层源中，所述涂层源用于涂覆方法特别是气体溅射方法中。涂覆设备用于涂覆方法，所述涂覆设备包括所述涂层源且还包括要进行涂覆的基板。所述涂层源包括所有所述靶部段、用于每个靶部段的靶保持设备、气体分配设备，所述气体包括惰性气体特别是氩或反应性气体特别是含氧气体。所述涂层源进一步包括具有冷却剂连接装置特别是水连接装置的冷却本体以及用于接收所有上述部件的壳体且还包括用于使整个涂层源绝缘的装置。这些用于绝缘的装置使所述涂层源与溅射空间完全电绝缘且基本上完全热绝缘。所述溅射空间是用于描述所述涂覆设备的区域的术语，所述区域通常被成形为真空室，所述涂覆过程在所述真空室中发生，即是说要进行涂覆的部件或多个部件位于所述真空室的该区域中。所述涂层材料被布置在所述靶部段上。所述涂层源被特别用于气体溅射方法中，对于所述气体溅射方法而言，在下文中将使用缩写GV-PVD(气体流物理气相沉积)或还将使用HS-PVD(高速物理气相沉积)。彼此相对设置的两个靶部段通常用于气体流溅射方法中。根据尺寸和所需溅射速率，这些靶部段可被设计成单个元件或可包括多个单个部段，确切而言为上述靶部段。因此，在本申请中，使用靶部段而不是靶的表达方式意味着每个靶保持设备使用至少一个靶部段。对所述靶进行分段使得允许实现更高的涂覆速率和耦合接入功率。在更高的涂覆速率和耦合接入功率成为次重要的考虑因素时，不在溅射方法中使用目前的涂层源布置进行分段的情况下也可进行操作。通过使用靶部段，可能将更高的电功率耦合接入每个靶部段内，由此对由所述靶部段溅射层材料的过程进行加速，以使得可实现更高的溅射速率。使用靶部段还提供了与所述靶部段的持续性和机械特征相关的优点。由于每个靶部段中的应力更低，因此在所述涂层材料中不会产生裂纹和裂隙。此外，由于可进行更好的散热，因此提高了所述靶部段布置的耐温性，由此使得任何所述靶部段上的材料不产生熔化。每个所述靶部段特别地具有其特有的电力连接装置以及特有的连接至所述冷却本体的连接装置。所述冷却本体的主要作用在于消散在所述涂覆过程中在所述靶部段上产生的热量。电流导致产生的功率输入，特别地达到150A/靶，导致产生特别地达到220W/cm2的功率密度，且此外气体原子撞击靶部段的冲击能量产生了要进行消散的热能。一方面，在涂覆金属涂层材料的涂覆过程中，可利用惰性气体且已证明氩是特别适用的。这些氩原子的冲击能量同样导致在所述靶部段内引入了热量。通过所述冲击过程，所述涂层材料的原子在所述靶表面上的连结变得松散。在该过程中达到了高温。为了更好地控制工艺过程，可通过辐射加热设备进行附加加热，以便获得根据涂覆室中的特别地具有达到1150℃的温度的基板和层的涂层温度。所述涂覆设备还可用于反应性气体溅射方法中。代替使用惰性气体或除了使用惰性气体之外，添加反应性气体特别是含氧气体，由此可导致在所述靶部段处发生所述涂层材料与气体分子的反应或导致涂层材料在从所述靶部段被释放后成为气相，从而使得借助于主要以放热方式进行的化学反应特别是氧化反应使温度升高。为了避免具有涂层的所述靶部段在几个小时的持续时间内产生过热，通过特别使用的水冷装置对每个靶部段进行冷却。对于导致在所述靶部段处进行更高程度的热传递的耦合接入的更高电流而言，在所述涂覆设备中利用多个单个靶部段是有利的。为了避免在所述涂覆设备中产生上述应力或使所述应力最小化至低于导致所述靶部段材料的形成裂纹的应力水平的程度，使用下文所述的根据本发明的靶保持设备。
所述涂层源因此包括所述靶部段或多个靶部段、用于每个所述靶部段的电力连接装置、将每个所述靶部段连接至所述冷却系统以供应和去除冷却剂的连接装置。通过气体连接装置且还通过气体分配器进行所述供应所述惰性气体和/或反应性气体的过程，所述气体分配器被布置以使得气体以相同的平均冲击速度在所有靶部段上发生均匀数量分配。就设备方面而言，每个靶部段被包括在靶保持设备中。所述靶保持设备包括所述冷却本体或多个冷却本体以及外壁和用于将所述靶部段附接到所述冷却本体上且还附接到所述涂层源的所述外壁上的连接装置。
另一个优点在于在涂覆工艺结束后已经利用了涂层材料的时候单独拆除所述靶部段的可能性，以便在重新磨光的步骤范围内再次为所述靶部段提供涂层材料。
当使用小的部段时，所述靶部段中的残余应力是有限的，以使得可使用脆性且可组合性较差的涂层材料和/或涂层材料组合。对于高热负载的情况而言，还可选择小尺寸的靶部段以增加可通过紧固设备消散的热量比例。这种热传递的改进基于热交换表面比根据现有技术的热交换表面更大的事实，原因在于所述紧固设备相对于所述靶部段而言具有更大的共用表面。此外，可通过使用接触薄片以使得热传递过程的限制因素不再是从所述靶部段向所述冷却本体进行的散热，而使得热传递过程受到冷却本体性能的限制，从而改进热传递过程。
另一个优点在于使靶回复(通过HIP，溅射工艺)的可能性，其中保持了在靶处的舌榫连接。
当利用小部段时，靶中的残余应力是有限的，以使得可能实现更高的功率输入。在靶处的热应力还由于表面积的增加而降低。
对于每个靶而言使用单个紧固设备有助于降低残余应力，从而使得可能使用脆且硬的涂层材料。
本发明的其它有利实施例是从属权利要求的主题。
根据用于溅射源的靶的有利实施例，所述紧固装置包括导电和/或导热的装置，以使得在操作状态下，均匀的电流强度可被分配在所述靶部段的表面上，此外在所述靶部段上产生的热量可被均匀地消散进入底部本体内。
根据用于溅射源的靶的有利实施例，所述紧固装置包括插接连接装置。
根据用于溅射源的靶的有利实施例，为多个靶部段设置插接连接装置。
根据用于溅射源的靶的有利实施例，所述底部本体包括冷却本体，每个靶部段可被电耦合和热耦合至所述冷却本体。
根据用于溅射源的靶的有利实施例，每个靶部段完全地包括涂层材料。借助于通过提供弹性接触元件而补偿热应力的可能性，保持所述靶部段没有热应力。
根据用于溅射源的靶的有利实施例，一个靶部段包括至少第一层材料或层材料的第一组合，所述第一层材料或层材料的第一组合不同于第二靶部段的层材料或层材料的组合。
根据一个前述实施例的靶特别用于气体溅射方法的涂层源中。
一种用于涂覆部件的方法，所述部件包括溅射源、靶且还包括用于将溅射的涂层材料输运至所述部件的气体，所述方法包括的步骤有使气体与所述靶表面接触、释放颗粒离开所述靶表面、通过所述气体流输运所述释放的颗粒、用来自所述气体流的颗粒对所述部件进行涂覆，其中所述气体流由每个靶部段成比例地释放用于要进行涂覆的所述部件的所述颗粒。
所述颗粒包括带电颗粒，例如特别是离子和/或中性颗粒例如特别是原子。
为了实施所述溅射方法，所述溅射源包括靶，所述靶包含前述靶部段，冲击产生装置，换句话说特别是气体原子和/或离子，且还需要移动装置，特别是移动气体流。所述冲击产生装置与所述靶接触以便借助于在所述靶表面上产生的冲击性冲击从而借助于入射冲击产生装置的冲击能量而由所述靶的表面释放颗粒。移动装置用于将所述溅射的颗粒从所述溅射源输运至要进行涂覆的部件。
特别地，根据前述方法，借助于气体流使得由所述靶部段释放出颗粒，从而使得所述部件上的不同层材料或层材料组合的比例对应于在所述靶上具有相应的层材料或层材料组合的所述靶部段的比例，从而使得通过第一靶部段的第一层材料或第一层材料组合且通过第二靶部段的第二层材料或第二层材料组合以成比例方式对所述部件进行涂覆。
特别是，借助于可相对于所述靶进行移动的气体分配单元根据有利实施例改变通过所述气体流进行溅射的不同层材料或层材料组合的比例。
用于前述实施例中的气体特别地包括惰性气体，特别是氩和/或被形成为准中性等离子体。


图1示出了根据第一实施例的靶保持设备的布置图；图2a示出了穿过根据图1所示的靶保持设备的剖视图；图2b示出了带有沟槽的T形螺母，接触片层被推入所述沟槽中，其中上图是沿下图中由箭头X示出的线进行截取的侧剖视图；图3示出了根据第二实施例的靶保持设备的布置图；图4示出了穿过根据图3所示的靶保持设备的剖视图；图5示出了根据第三实施例的靶保持设备的布置图；图6示出了穿过根据图5所示的靶保持设备的剖视图；图7示出了根据第四实施例的靶保持设备的布置图；和图8示出了穿过根据图7所示的靶保持设备的剖视图。
具体实施例方式
图1示出了在涂层源中被紧固至靶保持器1的靶部段9的布置。每个靶部段9通过T形螺母8被螺合至冷却本体的外壁2。T形螺母包括圆柱体22和附加部分23，所述附加部分具有T形横截面。圆柱体22由冷却本体13中的孔接收。T形附加部分23伸出超过冷却本体的内侧表面。由低合金铜或镍特别是由CuBe、CuCoBe或NiBe制成的接触片层10被附接至T形螺母和/或施加电镀涂层。至少一个靶部段9被插接到T形螺母8上，且T形螺母和靶部段具有中间空间，接触片层10被布置在所述中间空间中。在图1中，靶部段9被插接到T形附加部分23上。沟槽24被设置在靶部段中，所述沟槽被加宽成T形，所述沟槽被设计以与附加部分23的形状匹配。接合进入靶部段9的相关联沟槽24内的T形附加部分23可用于接收至少一个靶部段9。图1示出了可能的变型，其中T形附加部分23用于接收多个靶部段9。靶以与靶部段已经被插接进入适当位置处相同的方式被推入其位于T形附加部分23上的适当位置处，且对于每个T形螺母而言靶部段的数量取决于部段宽度，所述宽度进一步与源的尺寸直接相关。靶部段都被插接到T形螺母和/或相关联的接触片层和/或相关联的电镀涂层上。通过以图1所示的T形式存在的沟槽接收具有对应于附加部分23的形状的对应形状的每个靶部段9。然而，可使用其它形式锁定的连接装置，通过所述连接装置可至少部分地包含T形螺母和/或接触片层。特别地，楔形沟槽可被设置在靶部段9中。接触片层10被布置在靶部段9的沟槽中。接触片层和/或电镀涂层由于其良好的导热特性而沿冷却系统的方向传导来自靶部段的热量。为了改进从靶部段9向接触片层10进行的热传递过程，还可在接触片层10上设置电镀涂层。当接触片层被保持在T形螺母中时，电镀涂层特别地位于面对靶部段或多个靶部段9的接触片层10的表面上。当接触片层被接收在靶部段8中时，电镀涂层位于面对T形螺母的接触片层的侧部上。惰性气体的原子和/或离子在操作过程换句话说在涂覆工艺过程中冲击在靶部段9上。它们将原子击出靶部段材料。借助于撞击在靶部段材料上的离子产生的冲击，热能被带入靶部段9内，通过接触片层10、T形螺母8且还通过附接螺钉7将所述热能带到冷却本体13。
在图2a中，示出了图1所示的靶保持器1的剖面。在图2a中，仅在图的上部中示出了附接螺钉7，为清晰起见，在下部中省略了附接螺钉7。在图2a的最低位置处示出的附接螺钉示出了简化的变型，此时由于T形螺母8的圆柱体22伸入冷却本体13的内部内，因而使得不需要将T形螺母定位在冷却本体内。当靶仅包括少量靶部段或当靶部段的位置已经由邻接的靶部段确定时，可利用该变型。当温度负载太低从而使得未产生明显热膨胀时或当靶部段包括涂层材料或涂层材料组合时，所述涂层材料或涂层材料组合的热膨胀是可忽略的，即小于0.5mm，特别是小于0.1mm，优选小于0.05mm，邻接靶部段可彼此接触。在图2a的右侧底部示出的变型中，进一步示出了靶部段在沟槽24中具有凹部32以便接收接触片层10。
靶部段的尺寸可被调节以使得在所需功率输入下，靶部段具有小的长度、宽度以及深度尺寸从而使得通过暴露于气体流的靶部段表面实现的最大可能的热量输入保持有限。将紧固设备制成一定尺寸以使得可通过T形螺母8或叉状插接装置12和/或通过具有相关联的接触片层3的附接螺钉7带走所有热量，从而使得被设计成冷却本体13的冷却系统的冷却容量成为热传递过程的限制因素。
通过每个所示接触片层10，不仅通过扩大热传递表面而实现了热传递的改进而且弥补了温度负载的靶部段的热应力。接触片层10用作弹簧机构，所述弹簧机构的功能包括弹性地削弱涂层材料的热膨胀效应，由此使得不再需要现有技术和其它解决方案中已公知的间隙间隔，所述间隙间隔包括定位销。使用接触片层10的优点还在于，在整个涂覆工艺的持续期间，通过冷却本体13进行的相关散热过程以及相关的功率传送过程是以均匀方式发生的。通过接触片层可保证功率传送过程且可保证散热过程可借助于热传导而以就时间而言大体上恒定的方式发生，由此使得可能在对于功率传送和散热过程而言一致的条件下进行溅射工艺。柔性箔片可被用作接触片层。
还可有利地使用可以常规方式获得的接触片层，如图2b所示。接触片层10被推入T形螺母8的沟槽33内且可在预应力下被接收在该沟槽中和/或可通过锁定元件被紧固以防止产生轴向移置。为了增加预应力，接触片层可包括第一区域35且还包括第二区域36，所述第一区域在安装状态下被支承在由接触片层横跨的T形螺母的表面上，所述第二区域在安装状态下保持与靶部段的接触。此外，散热过程借助于通过第二区域36和/或通过第一区域35且还通过接收在沟槽中的肋部37进行的从靶部段向T形螺母的热传导过程而发生。通过接触片层和T形螺母进行的热传导过程快速地发生以使得要被带走的热量受到冷却本体的冷却容量的限制。因此，通过使用接触片层，不仅导致对于进入靶部段内的电流输入而言实现了均匀接触，而且实现了改进的热传递过程。由于接触片层用作弹簧机构，因此可根据接触片层的设计而设置任何所需预应力。一方面，存在改变接触片层的壁厚的可能性，另一方面，第一区域和第二区域35、36的比例可产生改变，以便实现精确限定且可重复的预应力。接触片层随后在弹性区域中优选产生变形以使得其可用于重复的组装和拆除循环。
在特别地被成形为圆柱体22的T形螺母8的部分的内部中，设置了内螺纹25，如图2a所示。附接螺钉的外螺纹结合在内螺纹25内。附接螺钉特别地包括铜或低合金铜，如CuBe、CuCoBe、CuTeP。图2的最下部所示的两种紧固解决方案示出了套筒6的安装过程，所述安装过程是该图上部所示过程的变型。该套筒6附加地用于去除热能使其到达冷却本体且在专业文献中还被称作拧入式片层或拧入式片层套筒。套筒6的主要功能在于改进附接螺钉7与冷却本体13之间的热接触和电接触。套筒6被螺合在冷却本体13内或插接到所述冷却本体上，以便通过特别地被设计成螺钉连接装置或压配合装置的连接装置保证良好的热传递。
为了进一步说明靶部段9被连接至冷却本体的连接过程，再次参见图2a。此处，通过靶部段9与位于附加部分23的靶部段侧上的表面之间的接触片层，通过靶部段9的后侧靶部段表面至T形螺母8，通过T形螺母和T形螺母的圆柱体22的内螺纹25至布置在内螺纹25中的接触片层3，且还从所述接触片层进入附接螺钉7，且还从所述附接螺钉直接到达冷却本体或另一种可选方式是通过套筒6到达冷却本体13而到达所述冷却本体，而实现靶部段9与冷却本体13和电力接触器的连接，图中未示出所述电力接触器。接触片层3是如图2a的上部所示的附接螺钉7的一部分，或如图2a的下部所示的T形螺母8的圆柱体22的一部分。如图2a所示，套筒6与冷却剂直接接触，所述冷却剂流动通过冷却通路17。通过隔离区16对涂层源进行绝缘以防止向外侧放电。隔离区16位于外壁15处，所述外壁包含用于附接螺钉7的螺钉头4的凹部。
在根据图3和图4的另一个实施例中，通过连接器16实现靶部段9与冷却本体13和电力接触器的连接，图中未示出所述电力接触器。连接器26包含位于冷却本体侧上的表面处的内螺纹28，所述内螺纹用于接收附接螺钉7，所述附接螺钉被制得与根据图1或图2a所示的实施例中的附接螺钉相同。连接器26包括位于冷却本体侧的表面处的接触片层27和/或电镀涂层以增加电流和/或增进热传递。在该布置中，接触片层27不需要限于内螺纹27，而是能够包围整个接触表面。优点在于可实现从连接器26向冷却本体21内部的直接热传递。在图3中被示作不可见元件的冷却剂通路17在所示变型中位于与连接器26的处于冷却本体侧上的表面及其接触片层27和/或其电镀涂层紧邻的位置处。接触片层11被设置在靶部段9与连接器26的处于靶部段侧的表面之间的槽状凹部29中。凹部29用于接收靶部段9的肋部14，所述肋部旨在接合在槽状凹部29内。
根据同样在图3中示出的另一个可选实施例，连接器26在冷却本体的整个长度上进行延伸。在这种情况下，连接器26可能通过多个附接螺钉27被紧固到冷却本体上。从根本上而言，连接器27和冷却本体应该选用热膨胀系数相当的材料。对于冷却本体的情况且此外对于连接器的情况而言，存在基本上相同的材料需求，即良好的导热性还有良好的导电性。已经证实铜或铜合金特别适用于该目的。通过使用具有相同或相似热膨胀系数的材料，连接器和冷却本体将产生等量膨胀，以使得不会导致在附接螺钉7或在连接器26中产生不可允许的应力。多个靶部段(9′、9″、9)随后可被接收在一个连接器26中。
根据图3未示出的另一个实施例，连接器26还可被设计成与冷却本体成一整体。槽状凹部29随后将在冷却本体的整个内侧21上进行延伸。就这一点而言，还可使用交叉的通道状结构，以使得靶部段9可被附接至交叉点。因此，还可能使用交叉的肋部代替简单的肋部14，其优点在于，在组装靶部段9时，所述靶部段的位置也是固定的。
正如在第一实施例中那样，同样地通过靶部段的肋部14，通过连接器26，通过内螺纹28和可选地布置在内螺纹28中的接触片层3进入附接螺钉7内，且还从附接螺钉7直接到达冷却本体，或所述直接到达方式的另一种可选方式是，通过套筒6到达冷却本体13，而实现靶部段9与槽状凹部29的靶部段侧表面之间的热传递。接触片层3是如图4的上部所示的附接螺钉7的一部分，或然而是如图4的下部所示的连接器26的内螺纹28的一部分。如图4所示，套筒6未与流动通过冷却通路17的冷却剂直接接触。接触片层11可被布置在槽状凹部29内以便改进电流传递和热传递，且在结合图1或图2所示的实施例中，可实现对在靶的加热过程中产生的长度变化的补偿。
图4所示的套筒6的安装过程的变型还可应用于根据图2所示的实施例。套筒6被螺合在冷却本体内或压入所述本体内。为此目的，接收装置20被设置在冷却本体中，所述接收装置是用于附接螺钉7和/或套筒6的孔。作为另一种可选方式，套筒还可被固定连接至附接螺钉7，即所述连接方式为螺钉连接或可对比形状配合的连接或形式锁定的连接或受压连接方式。叉状插接装置12也可被接收在槽状凹部29中，正如下面将要在根据图5至图8所示的实施例中所述地。叉状插接装置12特别地包括槽状凹部，所述槽状凹部包含在其内部上的接触片层。
在根据图5所示的另一实施例中，靶保持器1同时被成形为冷却系统。靶保持器1包括冷却本体13，沟槽30位于所述冷却本体中，至少一个叉状插接装置12可被接收在每条所述沟槽内。冷却本体13包括具有良好的导热性和导电性的材料，例如特别是铜或低合金铜。叉状插接装置12设有接触片层11，所述接触片层同样包括具有良好的导热性和导电性的材料，特别是低合金铜。接触片层11可被电涂覆以减小接触阻力。这种接触阻力总是存在于以区域性接触方式彼此邻接的两个直接相邻本体彼此之间的邻界表面之间，特别是如果这些本体是由不同材料制成，正如在这种情况下靶部段和靶保持器的情况那样。由于表面粗糙度以及由此导致的与相对设置的表面之间的距离的原因，在这种边界表面处发生的热传递过程被减弱，可通过电镀涂层，即通过填充这种表面粗糙度，而改进所述热传递过程。T形螺母和附接螺钉在本实施例中被省略，如图6所示。靶部段9的肋部14未在图5或图6所示的靶部段的整个高度上进行延伸。可能在中间空间中设置其它连接装置，图中未详细地示出所述连接装置。因此，可采用锥形滑动器、偏心轴、借助于插接接触器的锁定装置、拉簧或以气动方式操作的板从而确保将靶部段9良好地保持在叉状插接装置12中。另一种可选方式是，还存在设置一个上述连接装置或连接装置的组合以代替叉状插接装置12的可能性，以使得靶部段被附接在冷却本体13本身中。
图6示出了穿过两个邻接靶部段9、9′的布置的剖视图。每个靶部段包括肋部14，所述肋部由叉状插接装置12接收，且接触片层11被设置在叉状插接装置的侧壁处和/或底部区域中。由于肋部14的纵向尺寸比其中装配有叉状插接装置12的沟槽30更小，因此图中仅以示意性方式示出的接触片层11的一部分是可见的。为了改进热传递过程，肋部14还可在沟槽的纵向尺寸的最大部分上进行延伸。肋部14应该能够沿纵向方向不受阻碍地进行扩展，以便避免将热应力引入靶部段内。
另一实施例未被示出，其中位于彼此之上的一列沟槽或位于彼此邻接的位置处的一排沟槽被组合成单条通道，在所述通道中设置了一系列叉状插接装置12。借助于弹簧元件，所述弹簧元件的操作方式对应于接触片层，这种叉状插接装置可被接收在沟槽30中而没有丢失(lost)的风险，且此外通过弹簧拉伸对热膨胀进行补偿。
根据图7和图8所示的另一个实施例，靶部段可被直接插接至冷却本体13。在某些材料中，这种必要性是导致难以通过材料去除工艺而以机械方式或化学方式对它们进行加工的原因。压制粉末或烧结粉末被指定为实例，所述粉末被压制成立方靶部段的形状，且之后几乎不可能改变它们的形状。此外，可通过设计插接连接方式降低加工成本，且可降低材料成本，并可简化安装过程。靶部段与冷却本体和电力连接装置是借助于叉状插接装置12通过加工出的肋部14直接进行连接的。与前面的实施例相反地，叉状插接装置12与冷却本体的附接并非通过插接进入冷却本体的沟槽内的方式发生，而是通过粘合连接方式例如粘结剂连接方式发生。接触片层11，所谓叉状插接片层，被插入叉状插接装置12内。作为另一种可选方式，还可能将叉状插接装置钎焊或螺合到冷却本体上，或通过切屑形成加工工艺如铣削工艺在冷却本体上加工出所述叉状插接装置。
靶部段被插接并直接固定在这些叉状插接装置内。利用适当的加工方法(根据材料例如EDM，铣削)加工靶部段以使得其肋部精确地配合进入冷却本体13的叉状插接装置12内并与其紧密接触。铣削或EDM(放电加工)特别地被用作加工方法。放电加工是一种高精度加工工艺，借助于所述工艺切削或钻削材料。通过在电极上施加电位而进行的电物理汽化工艺使得可能对甚至极硬、极韧或极脆的材料类型进行加工。
对于具有下列尺寸的靶而言，可实现最佳的涂覆结果，其中，靶的宽度达到10至1000mm，特别是25至500mm，优选为80至140mm。
靶部段的宽度优选在0.05至10mm的范围内，特别是在0.05至50mm的范围内，特别优选在0.05至30mm的范围内。
在要进行涂覆的部件与靶的距离为10至1000mm，特别是20至500mm，优选为20至150mm的情况下，可实现最优涂覆结果。
根据任一前述实施例，靶部段9可被插接入靶保持设备1内且同样可以这种方式被拆除。因此，在所有型式中，还可以完全独立于其它靶部段的方式更换单个靶部段。由于靶部段与叉状插接装置的区域接触，而导致产生了大的有效热传递表面，从而使得靶保持设备被直接连接至冷却系统。随后可简单地带走在靶部段中产生的热量，从而使得可实现高的冷却速率。
极软的材料被考虑作为用于靶部段的材料，特别是纯铝或镁。对于这些材料而言，由于它们的焊接性能较差，因而迄今为止成为提高功率输入从而加速涂覆方法的限制因素。通过耦合接入更高的电流，通过特别地提高HS-PVD方法中进行的施涂过程的溅射速率而可缩短层的施涂过程的持续时间。
借助于可通过与延展性涂层材料至少相同的功率输入为极硬或极脆的材料如MCrAIY提供能量的事实，说明了使靶部段与一种上述涂覆设备结合使用的普遍本质。
包括多个靶部段的靶被用于部件的涂覆方法中。对该方法而言，需要包括靶且还包括用于将溅射的涂层材料输运至部件的气体的溅射源，且该方法包括的步骤有使气体与靶表面接触、释放颗粒离开靶表面、通过气体流输运释放的颗粒、用来自气体流的颗粒对部件进行涂覆，且气体流由每个靶部段成比例地释放用于要进行涂覆的部件的颗粒。该颗粒包括带电颗粒，例如特别是离子和/或中性颗粒例如特别是原子。为了实施该溅射方法，溅射源包括靶，所述靶包含前述靶部段，冲击产生装置，换句话说是气体原子和/或离子，且还需要移动装置，特别是需要移动气体流。冲击产生装置与靶接触以便借助于在靶表面上产生的冲击性冲击而利用入射冲击产生装置的冲击能量而由靶的表面释放颗粒。移动装置用于将溅射的颗粒从溅射源输运至要进行涂覆的部件。
特别地，根据前述方法，借助于气体流使得由靶部段释放出颗粒，从而使得部件上的不同涂层材料或涂层材料组合的比例对应于在靶上具有相应的层材料或层材料组合的靶部段的比例，从而使得通过第一靶部段的第一涂层材料或第一涂覆层材料组合且通过第二靶部段的第二涂层材料或第二涂层材料组合以成比例方式对所述部件进行涂覆。
根据有利的实施例，借助于可相对于靶进行移动的气体分配单元改变通过气体流进行溅射的不同涂层材料或层材料组合的比例。按比例地由每个靶部段释放涂层材料的基础在于下列关系，所述关系为已通过经验方式建立起来的当改变彼此不同的涂层材料的比例时，层的成分之间的关系，且此外可在数学上证实所述关系。不同层材料的靶部段的布置与可在涂覆的部件上获得的层的成分之间的关系源自于统计分析，所述统计分析考虑了下述过程，由靶溅射出的颗粒在已经行进特定距离后再次沉积到位于与要进行涂覆的部件距离较短的靶部段上，直至已经到达靶的部件侧端部，且颗粒被沉积到要进行涂覆的部件的表面上。
在特定功率输入下，位于特定点处，即位于具有预定成分的第一靶部段上的颗粒从其产生溅射到其重新沉积在第一靶部段的另一位置处的过程中行进的平均路径，或位于被布置在第一靶部段与要进行涂覆的部件之间的第二靶部段上的颗粒行进的平均路径是已知的。在假设气体流速恒定的情况下，可由颗粒从靶部段向要进行涂覆的部件行进的整个距离并且由单个溅射和沉积顺序的持续时间计算每个颗粒直到沉积为止持续的时间。
这意味着与被布置在与要进行涂覆的部件距离更短的位置处的颗粒相比，起初位于被设置在与要进行涂覆的部件距离更远的位置处的靶部段上的颗粒需要更长的时间才能沉积在部件上。因此，对于被布置在与要进行涂覆的部件更近的靶部段上的具有特定成分的颗粒而言，由于它们所要进行的溅射和沉积顺序更少，因此在单位时间里，更多的所述颗粒被沉积在要进行涂覆的部件上。通过将具有特定成分的颗粒的靶部段布置在靶的限定点处，可通过充分利用该事实的优点而准确地调节部件上的涂层成分。
在最后一段中，颗粒应该包括带电颗粒，换句话说是离子或中性颗粒，特别是由多个前述组群或晶体结构或无定形结构的颗粒形成的原子和/或分子。
使用靶部段导致可能将不同材料布置在一个靶上，且在考虑溅射和沉积顺序的情况下可能预测每种材料在部件上的沉积量和沉积速度。
在每种涂覆工艺结束后，可通过改变靶部段的位置产生具有不同涂层成分的部件，以使得可通过使用靶部段实现单个涂层解决方案。
另一种可选方式是，或与前面的解决方案相结合，可能改变气体的速度和/或量。特别地，可设置可以变化方式定位的气体分配器。根据其位置，气体分配器根据其位置覆盖所有靶部段或仅一些靶部段，以使得可自由地设置靶的不同区域进行溅射的时间点。这种变型可特别地用于制造多层涂层。此外，由于可根据需要快速地改变气体分配器的位置，因此可产生极薄的层。借助于可变的气体分配器和/或用于设置特定层成分的靶部段布置，可产生单分子或单原子层。这种层具有纳米级层厚度且适用于制造从金向陶瓷层转变的层，为此目的，目前使用的是层厚度达几毫米的TGO层(热生长氧化物)。
附图标记列表1、靶保持器2、冷却本体外壁3、接触片层4、紧固螺钉的螺钉头5、板簧6、套筒7、紧固螺钉8、T形螺母9、靶部段10、T形螺母的接触片层11、靶部段的接触片层12、叉状插接装置13、冷却本体
14、肋部15、外壁16、隔离设备17、冷却剂通路18、入口冷却剂19、出口冷却剂20、接收装置21、冷却本体的内侧22、T形螺母的圆柱体23、附加部分24、靶部段中的沟槽25、内螺纹T形螺母26、连接器27、接触片层28、内螺纹连接器29、槽状凹部30、沟槽31、倒圆表面32、凹部33、T形螺母中的沟槽34、锁定元件35、接触片层的第一区域36、接触片层的第二区域37、肋部
权利要求
1.一种用于溅射源的靶，其中所述靶可被再分成多个可交换的靶部段(9)，且每个靶部段(9)包含涂层材料，其中每个靶部段(9)与至少两个相邻靶部段(9′、9″)接界，其中每个靶部段可通过至多一个紧固装置(7、8、10)被连接至底部本体(2、13、15)，其特征在于，所述紧固装置与所述靶部段(9)具有中间空间，导电和导热的装置(6、10、11、12、27)被布置在所述中间空间中，以使得均匀的电流强度可被分配在所述靶部段(9)的表面上，且此外在所述靶部段上产生的热量可被均匀地消散进入所述底部本体内。
2.根据权利要求1所述的用于溅射源的靶，其中所述导电和导热的装置包括接触片层(10、11、27)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于溅射源的靶，其中所述紧固装置(7、8、10)包括插接连接装置。
4.根据权利要求3所述的靶，其中为多个靶部段(9、9′、9″、9、9″″)设置插接连接装置(8、12)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于溅射源的靶，其中所述底部本体(2、13、15)包括冷却本体(13)，每个靶部段(9)可被电耦合和热耦合到所述冷却本体上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于溅射源的靶，其中每个靶部段(9)完全地包括涂层材料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于溅射源的靶，其中至少一个靶部段(9)包括第一层材料或层材料的第一组合，所述第一层材料或层材料的第一组合不同于第二靶部段(9′、9″、9、9″″)的层材料或层材料的组合。
8.一种根据前述权利要求中任一项所述的用于气体流溅射方法的涂层源。
9.一种用于涂覆部件的方法，所述部件包括溅射源、根据前述权利要求中任一项所述的靶且还包括用于将溅射的涂层材料输运至所述部件的气体，所述方法包括的步骤有使气体与所述靶表面接触、由所述靶表面释放颗粒、通过所述气体流输运所述释放的颗粒、用来自所述气体流的颗粒对所述部件进行涂覆，其特征在于，所述气体流由每个靶部段成比例地释放要进行涂覆的所述部件的所述颗粒。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述气体流由所述靶部段释放颗粒，从而使得所述部件上的不同层材料或层材料组合的比例对应于在所述靶上具有相应的层材料或层材料组合的所述靶部段(9、9′、9″、9、9″″)的比例，从而使得通过第一靶部段(9)的第一层材料或第一层材料组合且通过第二靶部段(9′、9″、9、9″″)的第二层材料或第二层材料组合以成比例方式对所述部件进行涂覆。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中借助于可相对于所述靶进行移动的气体分配单元改变通过所述气体流进行溅射的不同层材料或层材料组合的比例。
12.根据权利要求9或10或11中任一项所述的方法，其中所述气体包括惰性气体特别是氩和/或所述气体被形成为准中性等离子体。
全文摘要
一种用于溅射源的靶可被再分成多个可交换的靶部段(9)。每个靶部段(9)包含涂层材料，其中每个靶部段(9)与至少两个相邻靶部段(9′、9″)接界，其中每个靶部段可通过至多一个紧固装置(7、8、10)被连接至底部本体(2、13、15)。
文档编号C23C14/54GK101067198SQ20071010190
公开日2007年11月7日 申请日期2007年4月25日 优先权日2006年4月26日
发明者W·比尔, G·埃申多尔夫 申请人:苏舍美特科公司