专利名称：管形靶及生产该靶的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于阴极溅射装置的管形靶，靶上具有溅射材料管和支承管，其中溅射材料管借此而有一环状横剖面和一个由其同心包绕的支承管的纵断面，而同时连接于阴极溅射装置的支承管伸出并连接在由溅射材料管制成的靶的两个端部中的至少一个端部。本发明还涉及一种生产该靶的方法。
EP-0500774B1描述了一种在真空箱中用一个圆柱形的中空靶来涂敷较大平面的溅射装置，其中，该靶在它所环绕的纵轴线上保持旋转状态。在中空靶的内部设有一个冷却剂管道和一较长跨度的磁性结构，它随靶共转是安全的。还描述了一种没有支承管的柱形靶的生产，该过程是通过熔化的靶材的浇铸，和由具有例如黄铜材料制成的支承管的靶，以及通过等离子喷涂或一种液体喷涂将靶材进行涂敷。该柱形靶在其两个端部总是通过一个心轴与一个固定支架相联接。
该管形靶的端部用心轴的连接是通常采用的方法。
在WO-97/15697的
图1中表示了在一个管形靶与一个阴极溅射装置的固定支架之间连接的技术细节。该靶的支承管或者在机械稳定的溅射材料中或者该管形溅射材料本身的一个端部设有一插入弹簧的螺纹槽。一个心轴在与支承管或者溅射材料管的接触面上具有一个法兰盘，而在该法兰盘内设有一具有O形环的槽，该心轴完全置于支承管或溅射材料的端部上，并且通过一心轴环与支承管或溅射材料上的螺纹相联接。在此其缺点是，对于在连接区域中螺纹槽的加工是困难的，特别在加工较长的支承管的情况下。
由于一种气密连接要求在螺纹槽上尺寸的精确性，所以要求在器械方面有较高的花费。
现在无支承管的管形靶在使用中由于一部分溅射材料很昂贵，一般都采用回收处理，即将剩余的材料熔化和重复利用。当管形靶设有一个支承管时，在溅射材料管上的剩余部分照例用车削从支承管除去，并将碎屑状的溅射材料熔化和重复利用。该车削过的、干净的支承管同样被重复使用，并用溅射材料涂敷。这就是一般为2.5至4M的较大的靶长特别有利的原因。经过运输使用过的靶或者采取回收的措施，甚至在至今熟知的配送支承管的途中，可能将支承管的连接区域损坏，以致于使上述的重复使用的以及与心轴的重复密封不能实现。在回收使用中的缺点也是在分割开溅射材料管和支承管时通常必须通过昂贵的切削加工。
对于管形靶的任务通过如下的方法解决，即至少使一个从溅射材料管中伸出的支承管部分是一个部件，该部件借助于至少一个螺纹连接件可以(从一般的靶组件中)进行拆卸。
这种螺纹连接件一方面可以将一个损坏了的支承管连接区域更换，而其余的支承管还能继续使用。另一方面也可以将溅射材料管的支承管通过简单的旋开实现分离，而不需要切削加工。
为了在该靶与阴极溅射装置的真空箱起等效作用的外部第一腔，和该靶用以容纳冷却剂管道及磁力装置的内部第二腔之间实现气密联接，该螺纹连接件首先借助一个O形密封环构成气密，同时在该靶外部的第一腔与该靶内部的第二腔之间安装O形密封环。
适合本发明的靶的O形密封环，在此可由塑料或者软金属构成，而该O形密封环的横剖面可以制成任何几何形状。在此优选的当然是一种环形剖面的O形密封环。
特别是对于易断的或柔软的溅射材料管被证明是适用的，如果在靶的两端有支承管从溅射材料管中伸出，并由第一、第二及第三部件组成，同时该第一和第三部件分别由靶的两端伸出。通过这种结构就有可能将第一和第三部件的长度缩短。从而简化了加工，并能采用高精度加工，例如以气密连接在阴极溅射装置上的第一和第三部件上的螺纹槽。
在此的优点是，第一部件与第二部件螺纹连接，第二部件与第三部件螺纹连接，而第二部件通过它的外径与溅射材料管采用不可拆卸的联接。
在这种情况下，该第一、第二和第三部件最好是均通过在第一部件的外径上、在第二部件的内径上和第三部件的外径上的细螺纹进行联接。
第一与第二部件的重叠区域和第二与第三部件的重叠区域的长度应当至少有双倍于每个用以联接各部件的细螺纹的长度。这样才取得第一与第三部件在第二部件中的对中和导向，而在机械稳定性和螺纹连接的牢固性方面产生了积极的效果。然而，该重叠区域和细螺纹长度的选择却完全依赖于各种溅射材料，而对于各种材料的组合和靶长必须重新确定。
为了使该靶内部的第二腔能用简单的方法配备磁力装置和冷却剂管道，如果第一、第二和第三部件的内径相等被证明有利的。
同样，对于易断的或柔软的溅射材料管被证明是可靠的，即在该靶的一端上的支承管从溅射材料管中伸出，并由第一和第二部件组成，同时该第一部件由溅射材料管中伸出。
当第一部件与第二部件螺接时，而且在第二部件通过其外径与该溅射材料管为不可拆连接的情况下是有利的。
此外，第一和第二部件的优点是通过第一部件外径上的细螺纹与第二部件内径上的细螺纹进行螺接，并且第一和第二部件上重叠区域的长度至少双倍于用来联接该部件的细螺纹的长度。
由于上述原因，如果第一和第二部件的内径相等则更为有利。
使用机械稳定的溅射材料管是有其优点的，因为该靶的一端上的支承管从溅射材料管中伸出，并且通过溅射材料管内径上的细螺纹和在支承管外径上的细螺纹直接与溅射材料管螺接。
此外溅射材料管具有另外的优点，即在靶的一端上的支承管从溅射材料管中伸出，并在管形溅射材料管的外径上使用细螺纹，而在支承管上的锁紧螺母直接与溅射材料管螺纹联接。
同时，当与溅射材料管同心包绕的支承管的纵剖面至少具有两倍于用来联接溅射材料管及支承管的细螺纹的长度。
可以实现这样一种实施类型，即将该支承管的长度制成非常短，当该支承管与溅射材料管的内径相等时，也具有优越性。
此外，还有一种具有机械稳定性的溅射材料管的实施类型是有利的，即在靶的一端上的支承管从溅射材料管中伸出，并且设有一个法兰盘，该法兰盘借助于溅射材料管的一个端面通过至少两个螺钉与溅射材料管联接。
其中，该支承管的内径和溅射材料管的内径也应当是相等的。
对于机械稳定的溅射材料管而言，另外的优选是，该支承管是由一个第一和第三部件构成的，同时，在支承管的两个端部上的每一个部件均从溅射材料管中伸出，并总是通过溅射材料管内径上和各部件的外径上的细螺纹直接与该溅射材料管的螺纹联接。
同样还证明有利的是，该支承管是由第一和第三部件构成的，同时，该靶的两个端部之中的每一个端部上的部件均由溅射材料管中伸出，并总是通过在管形溅射材料管外径上的细螺纹将在各部件上锁紧螺母直接与管形溅射材料管进行螺接。
鉴于联接的机械稳定性，还具有另外的优点，即由溅射材料管同心包绕的支承管部件的纵剖面总是至少两倍于用来联接溅射材料管和各部件的各细螺纹的长度。
其中，第一和第三部件以及溅射材料管的内径也应当是相等的。
对于机械稳定的溅射材料管而言，还具有另外的优点，即该支承管由第一和第三部件构成，同时该靶的两个端部上的每一部件均从溅射材料管中伸出，并设有一法兰盘，而每一个法兰盘与溅射材料管的每一个端面通过至少两个螺钉与该溅射材料管联接。
第一和第三部件以及溅射材料管的内径，在这个实施类型中最好应当也是相等的。
作为机械稳定的溅射材料管也可以不安装支承管，已得到证实的是，在溅射材料管全长上所使用的金属材料为例如Ag、Au、Zn、Al、Cu、Nb、Ni、Cr或者由这些元素制成的合金。
作为易断的或柔软的溅射材料管在大长度的情况下，在溅射材料管的全长上不能不安装一个支承管，已得到证实的是，有些金属材料是适用的例如，Si、Sn、In、Bi或者由这些元素制成的合金，以及氧化物材料如ZnO、TiO2或者铟锡化物(Indiumzinnoxid)。
作为支承管使用的材料，合金钢由于它的抗腐蚀性而最为适合的。但也可以使用具有类似性能的其它材料制造支承管。
这个问题通过下述方法来解决，就是使该支承管由许多部件组成；至少设有一个由溅射材料管中伸出的并具有细螺纹的部件；该支承管或者至少设有一个由溅射材料管中伸出的部件，并与支承管的其它部件螺纹联接，它与溅射材料管同心包绕并通过它的外径与溅射材料管的内径构成不可拆联接；该支承管或者至少有一个从溅射材料管中伸出的部件，通过在溅射材料管上的细螺纹直接与溅射材料管螺纹联接。
这个问题还可用另一种方法解决，即至少一个从喷溅射材料管中伸出的支承管部分构成一个部件，该部件设有一法兰盘，而该法兰盘与溅射材料管的端面至少通过两个螺钉与溅射材料管联结。
此外，优选的结构是，该螺纹联接借助于O形密封环构成气密，并且在该靶的外部的第一腔(等于真空箱)与该靶内部的第二腔(等于用来容纳冷却剂管道和磁力装置的空腔)之间安装O形密封环。
图5是一种设有法兰盘的管形靶的纵剖面(仅为连接区域内管壁的视图)；图6是一种设有锁紧螺母的管形靶的纵剖面(仅为连接区域管壁的视图)。
如图2所示，一个按照图1中管形靶1的一个纵剖面，当然其中仅仅表示出在旋转对称的连接区域中的一部分管壁。该支承管2在此通过一个螺纹连接4直接与溅射材料管3相联，该螺纹连接是由一个在支承管2上的外螺纹和在溅射材料管3上的内螺纹构成的。该支承管2和该溅射材料管3具有相同的内径，因此在支承管2与溅射材料管3之间的过渡部分的靶的空腔中形成一个平缓的曲线。在支承管2与溅射材料管3之间的一个O形密封环5将与管形靶1的外腔与管形靶1的内腔在螺纹连接4的区域中气密密封。为了使O形密封环5正确地定位，将支承管2与O形密封环5接触的区域内制成斜面。该支承管2的另一端也制成另一斜面。在使用时该端部连接在阴极溅射装置的心轴上，在接触区域内向心轴倾斜，以便将在该处的常规连接方式形成一种气密联接。
如图3所示为一个管形靶1的纵剖面，设有一个贯穿于该靶1的支承管2a、2b，其中当然仅表示出了在旋转对称的连接区域中的管壁。如图所示，该支承管2的由第一部件2a和第二部件2b构成，其中第一部件2a与第二部件2b用螺纹连接4相联，该螺纹连接4则由第一部件2a上的外螺纹和在第二部件2b上的内螺纹构成。该第二部件2b由于其外径是不可拆的，例如用溅射材料管3通过一等离子喷涂工序敷盖在第二部件2b上，与溅射材料管3相联。该支承管2a、2b与溅射材料管3在此具有相同的内径，因此，在支承管2a、2b与溅射材料管3之间的过渡区上的管形靶1的内腔中形成一个平缓变化的内轮廓。在第一部件2a与第二部件2b之间的O形密封环5将在螺纹联接4的区域中的管形靶1的外腔与管形靶1的内腔进行气密密封。为了使O形密封环5正确地定位，将该第一部件2a在与O形密封环5接触区域中制成斜面。另一斜面也设在支承管2a、2b的另一端部，在使用时它联接在阴极溅射装置的心轴上，在接触区域中心轴倾斜，以便在该处按照常规的连接方式也实现一种同样的气密联接。
如图4所示，一种与图2类似的并按照图1所表示的管形靶1的纵剖面。该支承管2在此又直接与溅射材料管3通过一螺纹连接4相联，该螺纹连接4通过在支承管2上的外螺纹和在溅射材料管3上的内螺纹构成的。与图2不同的是，在此实施例中，该螺纹连接设置在远离O形密封环5处。
如图5所示是一种管形靶1的纵剖面，其中仅表示出在旋转对称的连接区域中的一个管壁的视图。该支承管2设有一法兰盘2，它通过一螺纹连接4与该溅射材料管3的端面相联接。该螺纹连接4在此是用一些单个的螺钉构成的，这些螺钉直接旋入在溅射材料管3中。该支承管2和该溅射材料管3在此具有相同的内径，因此，在支承管2与溅射材料管3之间过渡区的管形靶的内腔中形成一个平缓变化的内轮廓。在支承管2与溅射材料管3之间有一个O形密封环5，在螺纹连接4的区域中将管形靶1的外腔与管形靶1的内腔气密密封。为了使O形密封环5准确地定位，该溅射材料管3在与O形密封环5接触的区域内制成斜面。该支承管2的端部也是一个斜面，该斜面在使用时连接在阴极溅射装置的心轴上，在接触区域内向心轴倾斜，以便在此按常规的连接方式实现气密联接。
如图6所示，一种类似图5的管形靶1的纵剖面，其中仅表示出在旋转对称的连接区域内的一个管壁的示意图。该支承管2具有一个法兰盘2’，该法兰盘2’用一锁紧螺母6与溅射材料管3相联。该螺纹联接4在此是由所述的锁紧螺母6和溅射材料管3上的外螺纹构成。该支承管2和该溅射材料管3也具有相同的内径，因此，在支承管2与溅射材料管3之间的过渡区上的管形靶1的内腔中形成了一个平缓变化的轮廓。在支承管2与溅射材料管3之间的O形密封环5，在溅射材料管的端面区域中将管形靶1的外腔与管形靶1的内腔气密密封。为了使O形密封环准确定位，将该溅射材料管3在与O形密封环接触的区域制成斜面。另一斜面设在支承管2的端部，该斜面在工作时连接在阴极溅射装置的心轴上，并在接触区域中向心轴倾斜，以便在此也按照常规的连接形成一个气密联接。
实施例1按照图1和图2的管形靶1是用一种由银制成的溅射材料管3的一种由合金钢制成的支承管2构成的，二者均具有一个125mm的内径。该溅射材料管的总厚度为13.5mm，支承管2的总厚度是3.75mm。在纵向区域内，其中的溅射材料管3同心地包绕着支承管2，该溅射材料管3的内径扩大，并在一部分区域内设有细螺纹，这样，该支承管2就可以被导入。同时，该内径扩大处的长度是这样选择的，即将支承管2与溅射材料管3的重叠区域制成80mm的长度。在溅射材料管3的内径上和在支承管2的外径上的细螺纹的长度选择为40mm。因此，该重合区域的长度至少选择双倍于该细螺纹的长度，从而形成了支承管2在溅射材料管3中的导向和对中。该支承管2的外径是这样选择的，即将一个精度配合插入件用尽可能细微的间隙插入溅射材料管中来实现上述选择。在装入O形密封环5之后，该支承管2就直接与溅射材料管3气密联接。
权利要求
1.用于阴极溅射装置的管形靶，它具有一溅射材料管和一支承管，其中，该溅射材料管具有一环形的横剖面和一同心围绕支承管的纵剖面以及其中用以连接在阴极溅射装置的支承管至少在两个靶端之一上从溅射材料管中伸出，其特征在于至少一个由溅射材料管中伸出的支承管部分是一个部件，该部件至少借助一个螺纹连接件可以拆卸。
2.按照权利要求1所述的管形靶，其特征在于该螺纹连接借助于O形密封环形成气密，并且该O形密封环设置在该靶外部的第一腔与该靶内部的第二腔之间。
3.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于在该靶两端上的支承管从溅射材料管中伸出，并由一个第一部件、一个第二部件和一个第三部件组成，并且在该靶的两端之一上的第一、第三部件从溅射材料管中伸出。
4.按照权利要求3所述的管形靶，其特征在于该第一部件与第二部件螺纹连接，第二部件与第三部件螺纹连接，并且该第二部件通过其外径与溅射材料管的内径形成不可拆联接。
5.按照权利要求4所述的管形靶，其特征在于该第一、第二和第三部件通过在第一部件外径上的细螺纹、第二部件内径上的细螺纹和第三部件外径上的细螺纹相连接。
6.按照权利要求5所述的管形靶，其特征在于第一与第二部件的重叠区和第二与第三部件的重叠区的长度双倍于每个用来联接该部件的细螺纹的长度。
7.按照权利要求3至6中之一所述的管形靶，其特征在于该第一、第二和第三部件的内径均相等。
8.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于在该靶的一端上的支承管从溅射材料管中伸出，并由一个第一部件和一个第二部件组成，同时该第一部件由溅射材料管中伸出。
9.按照权利要求8所述的管形靶，其特征在于该第一部件与第二部件螺纹连接，并且该第二部件通过其外径与溅射材料管的内径形成不可拆联接。
10.按照权利要求9所述的管形靶，其特征在于该第一和第二部件通过在第一部件外径上的细螺纹和在第二部件上内径上的细螺纹相联接。
11.按照权利要求10所述的管形靶，其特征在于该第一和第二部件的重叠区的长度至少双倍于用来联接该部件的细螺纹的长度。
12.按照权利要求8至11之一所述的管形靶，其特征在于该第一和第二部件的内径是相等的。
13.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于该靶的一端上的支承管从溅射材料管中伸出，并且通过溅射材料管的内径上的细螺纹和支承管外径上的细螺纹直接与溅射材料管螺纹联接。
14.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于在该靶一个端部上的支承管从溅射材料管中伸出，并且通过该溅射材料管外径上的细螺纹和该支承管上的锁紧螺母直接与溅射材料管螺纹联接。
15.按照权利要求13至14之一所述的管形靶，其特征在于由溅射材料管同心包绕的支承管的纵剖面的长度至少双倍于用来联接溅射材料管和支承管的细螺纹长度。
16.按照权利要求13至15之一所述的管形靶，其特征在于该支承管和溅射材料管的内径是相等的。
17.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于在该靶一端上的支承管由溅射材料管中伸出，并具有一法兰盘，该法兰盘至少通过两个螺钉使溅射材料管的端面与溅射材料管联接。
18.按照权利要求17所述的管形靶，其特征在于该支承管的内径与溅射材料管的内径相等。
19.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于该支承管由一个第一部件和一个第三部件构成，同时，在该靶两端的每一端上的每一部件由溅射材料管中伸出，并且总是通过溅射材料管内径上的细螺纹和相应部件外径上的细螺纹直接与溅射材料管相联接。
20.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于该支承管由一个第一部件和一个第三部件构成，同时，在该靶的两端中的每一端上的每一部件由溅射材料管中伸出，并且总是通过溅射材料管外径上的细螺纹和相应部件外径上的锁紧螺母直接与溅射材料管相联接。
21.按照权利要求19至20之一所述的管形靶，其特征在于由该溅射材料管同心包绕的支承管部件的纵剖面长度总是至少双倍于用来联接溅射材料管和部件的相应细螺纹的长度。
22.按照权利要求19至21之一所述的管形靶，其特征在于第一部件和第三部件的内径和溅射材料管的内径是相等的。
23.按照权利要求1至2之一所述的管形靶，其特征在于该支承管由一个第一部件和一个第三部件构成，同时该靶两端中的每一端上的第一部件由溅射材料管中伸出，并各设有一法兰盘，同时各法兰盘通过至少两个细钉借助于溅射材料管的端面与该溅射材料管联接。
24.按照权利要求23所述的管形靶，其特征在于第一和第三部件以及溅射材料管的内径是相等的。
25.按照权利要求1至24之一所述的管形靶，其特征在于该溅射材料管由Ag、Au、Zn、Al、Cu、Nb、Ni、Cr或者由这些元素的合金构成。
26.按照权利要求1至12之一所述的管形靶，其特征在于该溅射材料管由Si、Sn、In、Bi或者由这些元素的合金构成，或者该溅射材料管由ZnO、TiO2或者铟锡氧化物构成。
27.按照权利要求1至26之一所述的管形靶，其特征在于该支承管由合金钢制成。
28.一种按照权利要求1至16或者19至22之一的、用于阴极溅射装置的管形靶的生产方法，其特征在于该支承管由多个部件构成；至少一个从溅射材料管中伸出的部件设有细螺纹；或者至少有一个从溅射材料管中伸出的部件与支承管的另一部件螺纹联接，该支承管由溅射材料管同心包绕并通过其外径与溅射材料管的内径形成不可拆联接；或者至少有一个从溅射材料管中伸出的部件通过溅射材料管上的细螺纹直接与该溅射材料管螺纹联接。
29.一种按照权利要求17至18或者23至24之一的、用于阴极溅射装置的管形靶的生产方法，其特征在于至少有一个从溅射材料管中伸出的支承管部分构成一个部件，该部件设有一法兰盘；并且该法兰盘通过至少两个螺钉借助溅射材料管的端面与该溅射材料管联接。
30.一种按照权利要求28至29之一所述的方法，其特征在于该螺纹联接借助于O形密环构成气密；并且该O形密封环被安装在该靶外部的第一腔与该靶内部的第二腔之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于阴极溅射装置的管形靶,它具有一溅射材料管和一支承管,其中溅射材料管具有一环形横剖面和同心包绕在支承管上的纵剖面,并且用以连接在阴极溅射装置的支承管在靶的两端的至少一端从溅射材料管中伸出。本发明还涉及一种生产该靶的方法。其任务是提供一种具有一溅射材料管和一支承管的管形靶,它克服已知管形靶的缺点。此外,还提供一种生产该种靶的方法。该任务是通过管形靶得以解决,即至少有一从溅射材料管中伸出的支承管部分是一部件,该部件可以借助于至少一个螺纹连接件可以从靶上拆开。
文档编号H01J37/34GK1380440SQ0210242
公开日2002年11月20日 申请日期2002年1月18日 优先权日2001年1月19日
发明者D·卢伯通, R·海可, B·斯天格, O·瓦肯廷 申请人:W.C.贺利氏股份有限及两合公司