專(zhuān)利名稱(chēng)：用于濺射一個(gè)可旋轉(zhuǎn)靶管的陰極裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的用于濺射一個(gè)靶管的陰極裝置。
背景技術(shù)：
在真空鍍膜技術(shù)中越來(lái)越多地使用旋轉(zhuǎn)的鍍膜陰極。在此通常涉及一個(gè)可圍繞縱軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的管，該管具有一個(gè)固定在內(nèi)部的磁系統(tǒng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)陰極與平板陰極相比的優(yōu)點(diǎn)是更好地利用靶材并因此具有較長(zhǎng)的使用壽命。
這種管陰極基本分成兩種結(jié)構(gòu)原理。以水平鍍膜設(shè)備為例解釋這兩種原理。
在第一種原理中完整的驅(qū)動(dòng)單元包括介質(zhì)輸入機(jī)構(gòu)在鍍膜室的封蓋上以所謂的端部塊或端部頭的形式分別裝配在管端部上。為了換靶，將整個(gè)單元包括封蓋從設(shè)備上取下來(lái)。在設(shè)備以外在一個(gè)專(zhuān)用的工作位置上進(jìn)行換靶或者更換整個(gè)單元。
在第二原理中所述驅(qū)動(dòng)單元包括介質(zhì)輸入裝配在一個(gè)側(cè)面的室壁上。因此旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和介質(zhì)從側(cè)面輸入到反應(yīng)室中。一直到一定的管長(zhǎng)，這可以是一個(gè)自由懸臂(cantilevered)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于較長(zhǎng)的管在另一管端上需要一個(gè)附加的支承。為了換靶，將靶管包括位于內(nèi)部的磁系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)單元解除連接并從真空室中抬起。然后或者可以更換整個(gè)靶-磁單元，或者繼續(xù)拆解并且只更換本身的靶管。
此處的主要目的總是希望在盡可能短的時(shí)間里完成換靶，用于保持盡可能短的設(shè)備停機(jī)時(shí)間。
在所述懸臂式的陰極中還存在另外的缺陷由于結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)引起的至少在驅(qū)動(dòng)一側(cè)的連接位置上存在非常高的作用力。此外，必須通過(guò)恒定的軸位置得到一個(gè)精確的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，因?yàn)樵谝粋€(gè)四米靶長(zhǎng)的情況下較小的偏差就已經(jīng)具有巨大地負(fù)面影響。
按照背景技術(shù)在此大多使用簡(jiǎn)單的法蘭連接方案，它們?cè)谕獠康闹睆缴鲜褂枚鄠€(gè)螺栓連接。盡管這是一種機(jī)械穩(wěn)定的連接，但是存在缺陷，為了拆卸必須分別松開(kāi)所有的螺栓，為此需要大的空間并且花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。
此外已知不同的解決方案，其中通過(guò)由鎖緊螺母與靶外表面上的不同幾何形狀的組合建立起所述連接。
在一種連接結(jié)構(gòu)中還需要提到另一困難，即存在兩種不同的靶管原理。在第一原理中靶管由一個(gè)機(jī)械穩(wěn)定的、真空密封的且可加工的厚壁管制成。在此密封和固定的幾何形狀結(jié)構(gòu)沒(méi)有嚴(yán)格的限制。
在第二原理中根據(jù)工藝涉及一種薄壁的、但是仍然真空密封且機(jī)械穩(wěn)定的靶管，在其上仍然以不同的方式涂覆本身的靶材，例如Si，Zn，SiAl和所有其它的機(jī)械上不穩(wěn)定的材料。
因此一個(gè)任務(wù)是在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與靶管之間保持一種連接，該連接一方面與靶管的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，但是另一方面靶管-磁系統(tǒng)單元與機(jī)械和真空技術(shù)可靠關(guān)聯(lián)，此外要能夠快速換靶。同時(shí)要能夠快速地拆解靶管-磁系統(tǒng)單元。也應(yīng)該方便而成本經(jīng)濟(jì)地加工靶管，因?yàn)榇颂幧婕澳p部件。
下面借助于一些文獻(xiàn)描述背景技術(shù)。
由US 4356073公開(kāi)了一種用于平面基底的濺射和鍍膜裝置，該裝置具有一個(gè)圓柱形陰極和一個(gè)軸線(xiàn)平行地安置在這個(gè)陰極中的磁系統(tǒng)。所述陰極在一端敞開(kāi)并在那里配有一個(gè)手柄，通過(guò)它可以部段式地使新的或其它的表面部分通過(guò)旋轉(zhuǎn)陰極置于一個(gè)跑道形(racetrack)磁場(chǎng)的作用區(qū)內(nèi)，目的是使磨蝕均勻，改變鍍膜材料。同樣通過(guò)一個(gè)杠桿在可以改變角位置的磁系統(tǒng)中通過(guò)安放的極靴有摩擦地支承在靶管的內(nèi)表面上。冷卻水通過(guò)管形磁支架輸入，并從靶管的孔流到外界。靶管的裝配和由于磨損引起的更換只能穿過(guò)相應(yīng)較大橫截面的圓形孔通過(guò)旋下一個(gè)夾緊環(huán)和一個(gè)軸承環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中可能造成困難的是，將鎖閉在那里的靶管的對(duì)置的同心支承軸頸穿進(jìn)其位置固定的軸承中，而不必打開(kāi)整個(gè)設(shè)備。
通過(guò)US 4417968已知一種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的陰極系統(tǒng)，用于在一個(gè)圓柱形腔室中實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的實(shí)心材料的磁控管鍍膜，在該腔室中設(shè)置一個(gè)位置固定的靶管，并在該腔室中設(shè)置一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的多極磁系統(tǒng)。以徑向和切向上相等的間隔軸線(xiàn)平行地設(shè)置數(shù)量足夠多的其它的磁控管陰極，它們具有相反的結(jié)構(gòu)原理，即，在通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)的靶管內(nèi)部設(shè)置靜止的、對(duì)準(zhǔn)中心的磁系統(tǒng)。在中心的靶管與周?chē)陌泄苤g的約為環(huán)形的中間空間中設(shè)置數(shù)量足夠多的桿狀基底支座，它們通過(guò)一個(gè)行星減速器同步地驅(qū)動(dòng)。由于靶管在兩端的支承，為了更換所有的靶管必須將圓形腔室封蓋與基底支座一起拆下來(lái)，并且由于腔室的深度和必須松開(kāi)腔室每一側(cè)端部處的大量螺紋連接使得靶管的裝配和更換是費(fèi)時(shí)和困難的。在此也需要松開(kāi)和打開(kāi)并再封閉冷卻系統(tǒng)。
通過(guò)US 4356073的一個(gè)“連續(xù)部分”，即US 4422916從圖9開(kāi)始已知一個(gè)連續(xù)工作的陰極濺射系統(tǒng)，用于對(duì)平面基底進(jìn)行鍍膜。在一個(gè)大致為正方形的真空室的封蓋上、在兩端設(shè)置一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的靶管和一個(gè)靜止地支承在其中的磁系統(tǒng)。一個(gè)位置固定的腔室的兩個(gè)空心軸與磁系統(tǒng)通過(guò)具有冷卻接頭的軸承座固定。在所述空心軸上通過(guò)兩個(gè)端壁和設(shè)置在其中的軸承套可旋轉(zhuǎn)地支承可旋轉(zhuǎn)的靶管，該靶管通過(guò)一個(gè)同心的齒輪、一個(gè)偏心的小齒輪連同一個(gè)軸線(xiàn)平行的軸、以及一個(gè)外部的、設(shè)置在腔室上的電機(jī)通過(guò)一個(gè)鏈條來(lái)傳動(dòng)。在這種情況下所述靶管的裝配和更換也是費(fèi)時(shí)和困難的，因?yàn)闉榇四康谋仨氃诓鹣乱粋€(gè)腔室封蓋以后再拆下所述磁系統(tǒng)。
通過(guò)US 5437778和US 5529674已知管形的不可旋轉(zhuǎn)的靶，通過(guò)它們可以使基底軸向地或者越過(guò)橫向于軸線(xiàn)的縫隙地進(jìn)行導(dǎo)引。還描述了其它變型方案，其中帶形基底在外部穿過(guò)所述縫隙導(dǎo)引。還描述了具有長(zhǎng)孔和軸線(xiàn)平行縫隙的平板形(平面)靶，帶形基底可以越過(guò)這些靶導(dǎo)引。不僅靶而且靶的支承元件都不可旋轉(zhuǎn)，因?yàn)橛捎谟糜谕獠拷宇^的徑向連接元件妨礙旋轉(zhuǎn)。為了如此程度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)地連接支承元件與靶，可以打開(kāi)夾緊鉗，該夾緊鉗由具有內(nèi)錐面的鉸接半環(huán)和各一個(gè)鉸鏈以及一個(gè)夾緊螺栓構(gòu)成，該螺栓的軸線(xiàn)垂直于管軸線(xiàn)延伸。只要用于包裹等離子的磁系統(tǒng)是敞開(kāi)的(圖9和20)，那么該系統(tǒng)位于靶管外部。本發(fā)明不包括這樣的系統(tǒng)。
通過(guò)WO 00/00766已知，在一個(gè)用于可更換的管形靶或一個(gè)靶管組合的管形支承軸的端部上設(shè)置一個(gè)徑向環(huán)法蘭，該環(huán)法蘭具有一個(gè)臺(tái)階和兩個(gè)密封槽，所述靶的端部可以防水和真空密封地推到該密封槽上。所述支承軸的環(huán)法蘭和靶管端部上的另一環(huán)法蘭在此通過(guò)一個(gè)可拆卸的耦聯(lián)裝置連接，它由兩個(gè)半環(huán)形半環(huán)體組成，它們相對(duì)于環(huán)法蘭通過(guò)至少一個(gè)螺栓卡緊，所述螺栓的軸線(xiàn)與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)成直角延伸。在此這些半環(huán)體分別具有至少一個(gè)半錐面，它與支承軸的環(huán)法蘭上的一個(gè)錐面互補(bǔ)地構(gòu)成。但是這種耦聯(lián)裝置為了安置工具并用于半環(huán)體本身的擺動(dòng)和取出運(yùn)動(dòng)就需要巨大的自由空間，并且在夾緊半環(huán)體時(shí)產(chǎn)生明顯的切向的消耗作用力的、并引起磨損的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)US 5096562已知，一個(gè)管形靶的兩個(gè)端部與兩個(gè)支承軸連接，它們?cè)谄浒袀?cè)的端部上分別具有一個(gè)環(huán)法蘭。但是沒(méi)有任何關(guān)于連接形式或者其可拆卸性的描述。為了使支承軸定位，在真空室的內(nèi)部中分別隔絕地設(shè)置軸承座，其中一個(gè)用于傳輸電流而另一個(gè)用于輸入和排出冷卻水。但是真空密封和水密封的軸承需要一個(gè)復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)密封系統(tǒng)，其分離使換靶更加困難。
通過(guò)US 5591314和相應(yīng)的WO 97/15697還已知，一個(gè)用于管形靶的支承軸端部配有一個(gè)環(huán)法蘭，其面對(duì)靶的一側(cè)具有一個(gè)臺(tái)階，該臺(tái)階具有一個(gè)徑向環(huán)面和一個(gè)帶有環(huán)密封的密封槽。但是該臺(tái)階只用于使支承軸與靶的平面平行對(duì)準(zhǔn)而不能用于對(duì)中。而對(duì)中的嘗試最好通過(guò)一個(gè)夾緊環(huán)和一個(gè)螺紋連接實(shí)現(xiàn)，該螺紋連接位于夾緊環(huán)的內(nèi)側(cè)與靶端部的外側(cè)上。所述螺紋連接最好能夠通過(guò)一個(gè)鋼絲的兩個(gè)螺旋形旋轉(zhuǎn)的部段實(shí)現(xiàn)。這種耦聯(lián)結(jié)構(gòu)也需要巨大的用于安置工具和用于取出半環(huán)體本身的自由空間，并且在夾緊時(shí)產(chǎn)生明顯的切向的、消耗作用力的并引起磨損的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這也是已經(jīng)證實(shí)過(guò)的。
通過(guò)US 6375815B1已知，可旋轉(zhuǎn)的管形靶的支承軸各配有一個(gè)環(huán)法蘭，并且與靶的連接仍然通過(guò)半環(huán)形耦聯(lián)元件實(shí)現(xiàn)，它們一端搭接靶的側(cè)凹的環(huán)法蘭而另一端搭接支承軸上的環(huán)，更確切地說(shuō)通過(guò)側(cè)凹的螺紋連接同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)軸向和一個(gè)徑向的夾緊。這些螺紋連接只能通過(guò)較大的加工費(fèi)用制造。但是這種耦聯(lián)結(jié)構(gòu)也需要巨大的、用于安置工具和為了轉(zhuǎn)動(dòng)和取出半環(huán)體本身運(yùn)動(dòng)的自由空間，并且在夾緊半環(huán)時(shí)產(chǎn)生明顯的切向的、消耗作用力和引起磨損的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
與此相對(duì)比，本發(fā)明的目的是，進(jìn)一步改進(jìn)上述類(lèi)型的陰極結(jié)構(gòu)，使得同時(shí)實(shí)現(xiàn)支承軸與靶管高負(fù)載的同軸性，一種可靠的對(duì)于水和真空的密封，以及使支承軸與靶管實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單的、經(jīng)?？芍貜?fù)的無(wú)磨損的連接和分開(kāi)，而對(duì)于所需的操作無(wú)需較大自由空間和時(shí)間間隔。此外對(duì)于恒定的軸位置能夠保證特別良好地旋轉(zhuǎn)。
在此按照本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分中的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。
這因此可達(dá)到同時(shí)實(shí)現(xiàn)支承軸與靶管高負(fù)載的同軸性、一種可靠的在水和真空之間的密封以及一種使支承軸與靶管進(jìn)行簡(jiǎn)單的、可經(jīng)常重復(fù)的無(wú)磨損的連接并分開(kāi)，而對(duì)于所需的操作無(wú)需較大自由空間和時(shí)間間隔。此外對(duì)于所有的旋轉(zhuǎn)部件的恒定的軸位置能夠保證特別良好的旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明主題的其它有利的方案由從屬權(quán)利要求單獨(dú)地或者組合地給出，在此要強(qiáng)調(diào)的是，按照權(quán)利要求2，3和4的特征也可以與權(quán)利要求1的特征相互獨(dú)立地使用，但是也可以相互組合。


下面借助于圖1至8詳細(xì)描述本發(fā)明主題的實(shí)施例和其工作方式以及附加的優(yōu)點(diǎn)。
附圖中圖1以一個(gè)軸向截面圖示出一個(gè)用于一個(gè)支承軸的位置固定的支承結(jié)構(gòu)、一個(gè)可拆卸的耦聯(lián)裝置以及可旋轉(zhuǎn)的靶管的和設(shè)置在其中的磁系統(tǒng)的耦聯(lián)端的端部，圖2以部分地去除耦聯(lián)狀態(tài)地示出圖1的結(jié)構(gòu)，圖3以放大的比例示出圖2中右邊部分的局部視圖，圖4以一個(gè)軸向截面圖示出驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能部件，圖5示出沿著圖3中線(xiàn)V-V的徑向截面圖，圖6示出一個(gè)卡口連接的立體圖，表示該卡口連接如何使一個(gè)環(huán)法蘭與一個(gè)夾緊環(huán)進(jìn)行連接，圖7以一個(gè)立體分解圖示出一個(gè)可驅(qū)動(dòng)的支承軸與一個(gè)靶管之間的分離的耦聯(lián)裝置，圖8以立體圖示出圖7中的耦聯(lián)裝置的閉合的或耦聯(lián)的狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
在圖1中左側(cè)示出一個(gè)支承結(jié)構(gòu)1，它由一個(gè)垂直的平板2和一個(gè)固定插入的支承管3組成。在這個(gè)支承管中密封地插入一個(gè)真空旋轉(zhuǎn)套管4，一個(gè)可徑向卡緊的軸肩5位于該旋轉(zhuǎn)套管的右端部上。在這個(gè)真空旋轉(zhuǎn)套管4中插入一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的支承軸6，在其右端部上通過(guò)一個(gè)鍵7抗扭轉(zhuǎn)地插上一個(gè)環(huán)法蘭8，該環(huán)法蘭在軸向通過(guò)一個(gè)支承環(huán)9借助于螺紋連接10固定。在支承環(huán)9的外圓周與環(huán)法蘭8之間存在一個(gè)同軸的軸線(xiàn)平行的環(huán)縫，它構(gòu)成一個(gè)第一形狀配合連接元件11。
所述系統(tǒng)的軸線(xiàn)A-A通過(guò)一個(gè)虛線(xiàn)表示，它的空間位置可以任意選擇。所述支承結(jié)構(gòu)1可以固定在一個(gè)未示出的真空室的內(nèi)部、真空室的一個(gè)側(cè)壁上、底部上或者封蓋上。
在右側(cè)示出一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的靶管12的端部，該靶管由一個(gè)支承管13和一個(gè)由一種鍍膜材料制成的涂層14組成，所述鍍膜材料或者在一種惰性氣氛(如氬氣)中凝結(jié)在一個(gè)未示出的基底上，或者在一種活性氣氛中凝結(jié)成涂層14的化合物。所述基底在此通過(guò)一個(gè)導(dǎo)向體平行于軸線(xiàn)A-A并垂直于圖面運(yùn)動(dòng)。但是這個(gè)過(guò)程是公知的，因此不再詳細(xì)描述。例如支承管13和涂層14可以由相同的材料制成，如果這種材料具有足夠的強(qiáng)度。
在支承軸6與靶管12之間的抗扭轉(zhuǎn)連接通過(guò)下面的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，即在環(huán)法蘭8與靶管12之間存在一個(gè)較厚鑲邊的間隔體15，它具有一個(gè)環(huán)法蘭15a和一個(gè)同軸的環(huán)凸肩15b，該環(huán)凸肩嵌入到第一形狀配合連接元件11中。為了易于穿入和對(duì)中，所述環(huán)凸肩15b在內(nèi)部和外部配有截錐面15c和15d(見(jiàn)圖2)。一個(gè)整體的第一夾緊環(huán)16通過(guò)至少一個(gè)可拆卸的第二形狀配合連接元件17搭接環(huán)法蘭15a。這個(gè)連接可以通過(guò)傾斜面、如卡口連接系統(tǒng)(按照?qǐng)D6)或者螺紋同心地收縮。
在所述間隔體15的其它曲線(xiàn)上，該間隔體具有一個(gè)空心圓柱形的凸肩15e，它具有兩段外螺紋15f和15g。在這個(gè)凸肩上旋上一個(gè)整體的第二夾緊環(huán)18和一個(gè)支座19。該夾緊環(huán)16頂壓到間隔體15的一個(gè)環(huán)面15h上。
在支承軸6、間隔體15和靶管12的內(nèi)部與軸線(xiàn)A-A同心或平行地存在一個(gè)管道20，21和22的支承系統(tǒng)，它形成一個(gè)用于一個(gè)公知的位置固定的磁系統(tǒng)23的支架，該磁系統(tǒng)由磁扼24和磁鐵25組成。通過(guò)支撐元件26實(shí)現(xiàn)懸掛和位置固定，其中只示出一個(gè)支撐元件。真空密封的冷卻劑管通過(guò)粗箭頭表示。借助于圖3詳細(xì)描述細(xì)節(jié)和功能。
圖2在保持現(xiàn)有的附圖標(biāo)記的條件下示出圖1中裝置的局部脫離耦聯(lián)的狀態(tài)。下文還指出幾乎間隔體15的整個(gè)部位被一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)且同軸的暗室屏蔽件27所包圍，該屏蔽件由一個(gè)連接環(huán)28和空心圓柱體29，30和31組成，其中空心圓柱體31還略微搭接靶管12的端部。
在圖2中當(dāng)夾緊環(huán)16從環(huán)法蘭8松開(kāi)后，支承軸6連同環(huán)法蘭8在第一分離位置32脫離耦聯(lián)。轉(zhuǎn)向第一分離位置32的管道20端部通過(guò)一個(gè)由塑料制成的支承環(huán)同軸地支承在支承軸6中，該支承環(huán)具有孔33用于通流冷卻劑。所述環(huán)法蘭15a從形狀配合連接元件11中拉出來(lái)，同樣管道21從與管道20的插接部位34中拉出來(lái)。所述暗室屏蔽件27能夠在靶管12的方向上同軸地移動(dòng)并且也可以拆下來(lái)，以便能夠?qū)⒐ぞ甙仓迷趭A緊環(huán)16和18上。現(xiàn)在能夠從真空室中取出分離位置32右側(cè)的復(fù)合結(jié)構(gòu)組件。
需要強(qiáng)調(diào)的是，這個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)組件對(duì)于相對(duì)較短的靶管12可以懸浮地支承，或者對(duì)于相對(duì)較長(zhǎng)的靶管12在其那個(gè)右端部上可以設(shè)置一個(gè)附加的軸承，但是在這里未示出。該極限在約100和200cm之間。
圖3在保持現(xiàn)有的附圖標(biāo)記的條件下放大地示出按照?qǐng)D2的在圖2中E-E徑向平面右側(cè)的結(jié)構(gòu)，此時(shí)該結(jié)構(gòu)處于運(yùn)行狀態(tài)。所述夾緊環(huán)18具有在圓周上交替的孔18a和18b。在孔18a中可以插進(jìn)桿狀旋轉(zhuǎn)工具。在孔18b中安裝具有球冠形外表面48a的蘑菇形支撐體48，在其上支承暗室屏蔽件27的空心圓柱體30。
在夾緊環(huán)18與抗扭轉(zhuǎn)且密封地旋在支承管13上的環(huán)形支座19之間存在一個(gè)第二分離位置53。分離位置32和53是完全獨(dú)立的。它們可以在權(quán)利要求1的構(gòu)思里完全相互獨(dú)立地構(gòu)成，并且在實(shí)施例的構(gòu)思里沒(méi)有強(qiáng)迫組合的特征。
圖3在分離位置53內(nèi)示出一個(gè)軸向可移動(dòng)的壓環(huán)35，它具有一個(gè)同心的截錐面35a。在這個(gè)截錐面上設(shè)置一個(gè)擴(kuò)展機(jī)構(gòu)36，它由具有外表面36b的扇段形擴(kuò)展爪36a構(gòu)成，它們通過(guò)旋轉(zhuǎn)夾緊環(huán)18可以在徑向插入到支承管13的一個(gè)內(nèi)部的環(huán)形空隙13a中，用于使支承管13在軸向和徑向上固定。為了釋放靶管12，在夾緊環(huán)18退旋時(shí)通過(guò)一個(gè)環(huán)形彈簧37徑向壓縮擴(kuò)展爪36a。
在擴(kuò)展爪36與支座19之間設(shè)置另一壓環(huán)38，它與支座19一起形成一個(gè)向外敞開(kāi)的V形環(huán)槽39，在其中有一個(gè)彈性密封環(huán)40。在所述裝置夾緊時(shí)該密封環(huán)40擠壓支承管13的一個(gè)圓柱形內(nèi)表面，以便使支承管13和靶管12內(nèi)充滿(mǎn)冷卻劑的空間41相對(duì)于真空室中的真空進(jìn)行密封。
為了取消圖3的裝配狀態(tài)，將夾緊環(huán)18向左退旋。由此使壓環(huán)35軸向自由活動(dòng)。所述環(huán)形彈簧37收縮，由此使擴(kuò)展爪36a在截錐面35a上下滑，并且其外表面36b釋放連同由濺射材料制成的涂層14的支承管13。壓環(huán)38在一個(gè)波形環(huán)形彈簧38a的作用下移動(dòng)到一個(gè)由一個(gè)一端敞開(kāi)的彈簧鋼絲制成的限制環(huán)49，由此使環(huán)槽39變寬，并可以使密封環(huán)40收縮，并且同樣與支承管13脫離。現(xiàn)在可以軸向向右拉下靶管12。以相反的方式實(shí)現(xiàn)恢復(fù)按照?qǐng)D1和3的工作狀態(tài)。
在圖4中在繼續(xù)說(shuō)明附圖標(biāo)記的條件下示出外露在空間中的支承結(jié)構(gòu)1。在支承管3中使支承軸6通過(guò)滾動(dòng)軸承5可旋轉(zhuǎn)地支承。所述支承軸6具有一個(gè)延長(zhǎng)體6a，在其上通過(guò)滾動(dòng)軸承43位置固定地支承一個(gè)用于冷卻劑輸入和排出的旋轉(zhuǎn)耦聯(lián)器42。但是這種用于流體的旋轉(zhuǎn)耦聯(lián)器是公知的，因此可以放棄其它細(xì)節(jié)的描述。所述支承軸6的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)馬達(dá)44、兩個(gè)皮帶輪45和46和一個(gè)驅(qū)動(dòng)皮帶47實(shí)現(xiàn)。為了輸入濺射電壓設(shè)有滑環(huán)觸頭50。為了輸入和排出冷卻劑設(shè)有連接通道51和52。
圖5示出一個(gè)沿著圖3中線(xiàn)V-V的徑向截面圖。在夾緊環(huán)18的圓周上等距分布地和徑向地設(shè)置用于插進(jìn)一個(gè)桿狀工具的孔18a和用于安裝支撐體48的孔18b，該支撐體蘑菇形地構(gòu)成并配有球冠形的外表面48a，在其上靜止地支承一起旋轉(zhuǎn)的暗室屏蔽件27。
圖6示出一個(gè)卡口連接的立體圖，表示它如何用于使一個(gè)環(huán)法蘭8與一個(gè)夾緊環(huán)16連接。所述環(huán)法蘭8抗扭轉(zhuǎn)地固定在在這里未示出的支承軸6的端部上；在其圓周上等距分布地設(shè)置三個(gè)圓柱銷(xiāo)8a。在夾緊環(huán)16中以類(lèi)似的結(jié)構(gòu)存在三個(gè)L形縫隙16a，其具有軸線(xiàn)平行的入口和側(cè)面16b，所述側(cè)面向著其端部16c在軸向可選擇向右上升地延伸，使得卡口連接在一起插接和旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠靈敏地且省力地收縮和再松開(kāi)。這種螺旋通過(guò)在這里未示出的止動(dòng)螺釘在沒(méi)有工具的情況下不能松開(kāi)。
在圖7中左側(cè)示出這樣一個(gè)支承軸6的真空室內(nèi)部的端部，在該軸的左側(cè)設(shè)置一個(gè)第一分離位置60而在右側(cè)旁邊設(shè)置一個(gè)第二分離位置61。第一分離位置60通過(guò)一個(gè)環(huán)法蘭62與一個(gè)套筒63構(gòu)成，該套筒在其長(zhǎng)度的一部分上成半體，并且在這個(gè)位置上通過(guò)一個(gè)半環(huán)形的壓塊64補(bǔ)充，該壓塊在這里只局部地示出。通過(guò)在箭頭方向上的插入并借助于螺栓和螺紋孔65和66的夾緊實(shí)現(xiàn)連接。這種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的旋轉(zhuǎn)剛性和抗彎的夾緊與環(huán)法蘭62一起構(gòu)成一個(gè)間隔體67(見(jiàn)圖8)。
所述第二分離位置61由兩個(gè)相互形狀配合地可連接的部件、即環(huán)法蘭62和一個(gè)夾緊環(huán)68組成。首先通過(guò)向左推上一個(gè)靶管12實(shí)現(xiàn)連接，該靶管在至少一端上具有一個(gè)徑向向外突出的環(huán)法蘭69。該靶管12在機(jī)械上高強(qiáng)度的濺射材料情況下可以整體地構(gòu)成，但是對(duì)于較小強(qiáng)度的非金屬材料也可以由一個(gè)金屬內(nèi)管和一種由濺射材料、如Si，Zn，SiAl等制成的外涂層組成。
所述環(huán)法蘭69的以及因此靶管12的固定可形狀配合連接與傳力連接地通過(guò)夾緊環(huán)68實(shí)現(xiàn)，該夾緊環(huán)是卡口連接的一部分，并通過(guò)環(huán)法蘭69和環(huán)法蘭62可以向左移動(dòng)，并且也可以相對(duì)于環(huán)法蘭62旋轉(zhuǎn)。為了形成所述形狀配合連接，環(huán)法蘭62在其外圓周上具有至少一個(gè)定位凸緣70，它在夾緊環(huán)68旋轉(zhuǎn)以后與各鉤形環(huán)段71搭接。在此定位凸緣70與環(huán)段71的內(nèi)表面71a的搭接側(cè)面70a可以在軸向包圍微小升程的一個(gè)側(cè)面角度(與一個(gè)螺紋的情況類(lèi)似)。所述夾緊環(huán)68具有一個(gè)臺(tái)階形的凹陷68a。
為了固定旋轉(zhuǎn)角度，所述夾緊環(huán)68具有一個(gè)叉形件72，它具有一個(gè)切向縫隙73。在另一側(cè)上所述環(huán)法蘭62具有一個(gè)徑向凸起74，該徑向凸起具有一個(gè)螺紋孔75，可以將夾緊螺栓76旋入到該螺紋孔中。在凸起74與夾緊螺栓76頭部之間存在一個(gè)環(huán)77，從該環(huán)徑向于螺栓軸線(xiàn)、但是切向于環(huán)法蘭62伸出一個(gè)止動(dòng)銷(xiāo)78，該止動(dòng)銷(xiāo)在按照?qǐng)D8的推到一起的狀態(tài)中嵌入到縫隙73中。
圖8示出圖7中的耦聯(lián)裝置在閉合或耦聯(lián)狀態(tài)中的立體圖?？梢钥闯?，相互間固定并與支承軸6旋緊的套管63和壓塊64補(bǔ)充成一個(gè)旋轉(zhuǎn)體，該旋轉(zhuǎn)體也與環(huán)法蘭62構(gòu)成一個(gè)當(dāng)然可拆卸的單元。
所述靶管12的環(huán)法蘭69遮蓋地設(shè)置在環(huán)法蘭62與夾緊環(huán)68之間。但是現(xiàn)在可以看出，所述定位凸緣70在環(huán)段71后面超出一短段，并且以這種方式構(gòu)成形狀配合的連接。這一點(diǎn)對(duì)于這種形式的可能的其它連接也是有效的。所述靶管12的環(huán)法蘭69位于夾緊環(huán)68的凹陷68a中。所述夾緊螺栓76被旋緊，現(xiàn)在止動(dòng)銷(xiāo)78位于縫隙73內(nèi)部。
如同圖1至4中也示出的那樣，在可旋轉(zhuǎn)的靶管12的內(nèi)部存在一個(gè)在這里未示出的不旋轉(zhuǎn)的磁系統(tǒng)，靶管12在運(yùn)行中透穿其場(chǎng)線(xiàn)。用于磁系統(tǒng)的支架和導(dǎo)管以及其冷卻劑通過(guò)支承軸6一直延伸到靶管12中，但是在這里同樣未示出。
附圖標(biāo)記列表1支承結(jié)構(gòu)15間隔體2平板15a 環(huán)法蘭3支承管 15b 環(huán)凸肩4真空旋轉(zhuǎn)套管15c 截錐面5凸肩15d 截錐面6支承軸 15e 凸肩6a 延長(zhǎng)體 15f 外螺紋7鍵 15g 外螺紋8環(huán)法蘭 15h 止擋面8a 圓柱軸頸16夾緊環(huán)9支撐環(huán) 16a 縫隙10 螺紋連接16b 側(cè)面11 形狀配合連接元件16c 端部12 靶管17形狀配合連接元件13 支承管 18夾緊環(huán)13a 空隙18a 孔14 涂層18b 孔
19 支座47驅(qū)動(dòng)皮帶20 管道48支撐體21 管道48a 外表面22 管道49限制環(huán)23 磁系統(tǒng) 50滑環(huán)觸頭24 磁軛51連接通道25 磁鐵52連接通道26 支撐元件53第二分離位置27 暗室屏蔽件 60第一分離位置28 連接環(huán) 61第二分離位置29 空心圓柱體 62環(huán)法蘭30 空心圓柱體 63套管31 空心圓柱體 64壓塊32 第一分離位置66螺紋孔33 孔 67間隔體34 插接部位68夾緊環(huán)35 壓環(huán)68a 凹陷35a 截錐面 69環(huán)法蘭36 擴(kuò)展機(jī)構(gòu)70定位凸緣36a 擴(kuò)展爪 70a 側(cè)面36b 外表面 71環(huán)段37 環(huán)形彈簧71a 內(nèi)表面38 壓環(huán)72叉形件38a 環(huán)形彈簧73縫隙39 環(huán)槽74凸起40 密封環(huán) 75螺紋孔41 空間76夾緊螺栓42 旋轉(zhuǎn)耦聯(lián)器 77環(huán)43 滾動(dòng)軸承78止動(dòng)銷(xiāo)44 馬達(dá)45 皮帶輪 A-A 軸線(xiàn)/系統(tǒng)軸線(xiàn)46 皮帶輪 E-E 徑向平面
權(quán)利要求
1.用于濺射一個(gè)靶管(12)的陰極裝置，該裝置具有一個(gè)不旋轉(zhuǎn)的磁系統(tǒng)(23)用于產(chǎn)生一個(gè)包圍等離子的磁場(chǎng)，其中所述靶管(12)在一個(gè)真空室內(nèi)部可以透穿磁場(chǎng)地旋轉(zhuǎn)，其中在至少一個(gè)支承結(jié)構(gòu)(1)中設(shè)置一個(gè)用于靶管(12)的可驅(qū)動(dòng)的支承軸(6)，其中還在靶管(12)的內(nèi)部中設(shè)置一個(gè)用于磁系統(tǒng)(23)的固定體，并且其中在支承軸(6)與靶管(12)之間設(shè)置至少一個(gè)可拆卸的耦聯(lián)裝置用于更換靶管(12)，其特征在于，至少在可驅(qū)動(dòng)的支承軸(6)與靶管(12)之間設(shè)置一個(gè)與其同軸的間隔體(15，67)和兩個(gè)可拆卸的分離位置(32/53)或(60/61)；通過(guò)所述分離位置(32/53)或(60/61)在支承軸(6)、間隔體(15，67)與間隔體(15，67)、靶管(12)之間可拆卸且可重復(fù)地建立抗扭轉(zhuǎn)且形狀剛性的連接。
2.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，所述第一分離位置(32)設(shè)置在支承軸(6)上的一個(gè)環(huán)法蘭(8)與間隔體(15)之間，而第二分離位置(53)設(shè)置在間隔體(15)與靶管(12)的內(nèi)側(cè)面之間。
3.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，a)所述支承軸(6)在具有一個(gè)環(huán)法蘭(8)的真空室內(nèi)部配有一個(gè)第一形狀配合連接元件(11)，b)在環(huán)法蘭(8)與靶管(12)之間所述間隔體(15)被一個(gè)具有一個(gè)第二形狀配合連接元件(17)的整體式的第一夾緊環(huán)(16)包圍，通過(guò)該形狀配合連接元件使間隔體(15)同軸且相對(duì)于支承軸(6)的環(huán)法蘭(8)抗扭轉(zhuǎn)地夾緊。
4.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，所述間隔體(15)被一個(gè)整體式的第二夾緊環(huán)(18)包圍，該第二夾緊環(huán)在與第一夾緊環(huán)(8)相反的方向上置于一個(gè)擴(kuò)展機(jī)構(gòu)(36)的徑向移動(dòng)的擴(kuò)展爪(36a)的作用下，通過(guò)該擴(kuò)展爪可使靶管(12)的從屬的端部同軸地且抗扭轉(zhuǎn)地與間隔體(15)夾緊。
5.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，所述第一形狀配合連接元件(11)由環(huán)法蘭(8)中的同軸環(huán)縫構(gòu)成，而第二形狀配合連接元件(17)在環(huán)法蘭(8)的外圓周上構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，所述支承軸(6)的環(huán)法蘭(8)在間隔體(15)的遠(yuǎn)離靶的端部上具有一個(gè)同軸的空隙，用于軸向且徑向形狀配合連接地導(dǎo)入一個(gè)同軸且環(huán)形的環(huán)凸肩(15b)。7.如權(quán)利要求6所述的陰極裝置，其特征在于，所述間隔體(15)具有一個(gè)向外突出的環(huán)法蘭(15a)，在其上設(shè)置環(huán)凸肩(15b)。8.如權(quán)利要求7所述的陰極裝置，其特征在于，所述間隔體(15)在背離環(huán)法蘭(15b)的側(cè)面上具有一個(gè)用于第一夾緊環(huán)(16)的環(huán)形止擋面(15h)。9.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，所述間隔體(15)在其面對(duì)靶管(12)的側(cè)面上具有一個(gè)用于第二夾緊環(huán)(18)的外螺紋(15f)，通過(guò)該夾緊環(huán)使一個(gè)徑向擴(kuò)展機(jī)構(gòu)(36)可以相對(duì)于靶管(12)的一個(gè)內(nèi)表面夾緊。
10.如權(quán)利要求9所述的陰極裝置，其特征在于，所述徑向擴(kuò)展機(jī)構(gòu)(36)具有至少三個(gè)扇段形的擴(kuò)展爪(36a)，該擴(kuò)展爪具有內(nèi)截錐面。
11.如權(quán)利要求9所述的陰極裝置，其特征在于，所述擴(kuò)展爪(36a)的扇段通過(guò)一個(gè)外部的環(huán)形彈簧(37)可壓縮地固定。
12.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的陰極裝置，其特征在于，在第二夾緊環(huán)(18)與擴(kuò)展機(jī)構(gòu)(36)之間設(shè)置一個(gè)壓環(huán)(35)，該壓環(huán)具有一個(gè)與擴(kuò)展爪(36a)的截錐面至少盡可能互補(bǔ)的外截錐面(35a)。
13.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，所述第一夾緊環(huán)(8)為了使間隔體(15)與支承軸(6)在面對(duì)靶管(12)的一側(cè)上連接而具有一個(gè)環(huán)形空隙，作為用于間隔體(15)的環(huán)法蘭(15a)的形狀配合連接元件(11)。
14.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的陰極裝置，其特征在于，所述兩個(gè)夾緊環(huán)(16，18)被一個(gè)暗室屏蔽件(27)包圍。
15.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的陰極裝置，其特征在于，在支承軸(6)內(nèi)部中設(shè)置一個(gè)第一管道(20)，在間隔體(15)內(nèi)部中設(shè)置一個(gè)第二管道(21)，而在靶管(12)內(nèi)部中設(shè)置一個(gè)用于固定磁系統(tǒng)(23)的第三管道(22)，其中所述兩個(gè)管道(20，21)通過(guò)一個(gè)軸向可拆卸的、但是抗扭轉(zhuǎn)的插接部位(34)相互連接。
16.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的陰極裝置，其特征在于，至少所述夾緊環(huán)(18)在其圓周上配有用于插入一個(gè)工具的孔(18a)。
17.如權(quán)利要求4所述的陰極裝置，其特征在于，所述夾緊環(huán)(18)在其圓周上配有孔(18b)，在其中安裝支撐體(48)用于使暗室屏蔽件(27)靜止地支承在可旋轉(zhuǎn)的夾緊環(huán)(18)上。
18.如權(quán)利要求1所述的陰極裝置，其特征在于，a)一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)管由支承軸(6)構(gòu)成，該軸終結(jié)在真空室中，并且在這個(gè)端部上支承一個(gè)同軸的間隔體(67)，該間隔體由一個(gè)環(huán)法蘭(62)、一個(gè)套管(63)和一個(gè)壓塊(64)組成，b)所述套管(63)具有一個(gè)半環(huán)形的空隙，用于與其互補(bǔ)的壓塊(64)，并且這個(gè)壓塊(64)傳力連接且抗扭轉(zhuǎn)地可相對(duì)于支承軸(6)夾緊，c)所述套管(63)與一個(gè)環(huán)法蘭(62)連接，該環(huán)法蘭在其圓周上承載至少一個(gè)定位凸緣(70)，用于嵌入到一個(gè)軸向銜接的夾緊環(huán)(68)的一個(gè)環(huán)段(71)中，d)所述夾緊環(huán)(68)在其圓周上具有至少一個(gè)環(huán)段(71)，用于形狀連接地搭接所述定位凸緣(70)，e)所述靶管(12)具有一個(gè)徑向向外突出的環(huán)法蘭(69)，該環(huán)法蘭在連接環(huán)法蘭(62)與夾緊環(huán)(68)時(shí)可夾緊在其間，以便使靶管(12)隨動(dòng)。
19.如權(quán)利要求18所述的陰極裝置，其特征在于，所述包圍靶管(12)的夾緊環(huán)(68)在其圓周上具有至少一個(gè)叉形件(72)，該叉形件具有一個(gè)切向?qū)?zhǔn)的縫隙(73)，在該縫隙中可以插入一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地固定在環(huán)法蘭(62)上的止動(dòng)銷(xiāo)(78)。
20.如權(quán)利要求19所述的陰極裝置，其特征在于，所述環(huán)法蘭(62)在其圓周上具有至少一個(gè)凸起(74)，該凸起具有一個(gè)螺紋孔(75)，在中間連接一個(gè)環(huán)(77)的情況下可以將一個(gè)夾緊螺栓(76)旋入到該螺紋孔中；并且所述止動(dòng)銷(xiāo)(78)徑向于夾緊螺栓(76)而切向于環(huán)法蘭(62)的圓周地延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于濺射靶管的陰極裝置，其具有不旋轉(zhuǎn)的磁系統(tǒng)用于產(chǎn)生包圍等離子的磁場(chǎng)，其中靶管在真空室中可透穿磁場(chǎng)地旋轉(zhuǎn)，其中在至少一個(gè)支承結(jié)構(gòu)中設(shè)置支承軸，其中還在靶管的內(nèi)部設(shè)置一個(gè)用于磁系統(tǒng)的固定體；其中在支承軸與靶管間設(shè)置至少一個(gè)可拆卸的耦聯(lián)裝置用于更換靶管。為了使陰極裝置實(shí)現(xiàn)支承軸與靶管高負(fù)載的同軸性、對(duì)水和真空可靠密封以及支承軸和靶管的簡(jiǎn)單的經(jīng)常重復(fù)的無(wú)磨損連接和分開(kāi)、對(duì)于恒定的軸位良好的旋轉(zhuǎn)，根據(jù)本發(fā)明至少在支承軸與靶管之間設(shè)置一個(gè)與其同軸的間隔體和兩個(gè)可拆卸的分離位置；通過(guò)分離位置在支承軸、間隔體與間隔體、靶管間可拆卸重復(fù)地建立抗扭轉(zhuǎn)且形狀剛性的連接。
文檔編號(hào)C23C14/35GK1769515SQ20051007409
公開(kāi)日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者R·紐科布, S·特魯貝, T·里索, K·卡瓦卡米, D·馬夸德特, A·索爾 申請(qǐng)人:應(yīng)用菲林股份有限兩合公司, 應(yīng)用菲林公司