專利名稱：靶冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光沉積裝置，包括至少一個(gè)靶、與所述至少一個(gè)靶相對(duì)布置的基底以及用于產(chǎn)生激光束的激光器，所述激光束指到所述靶上，使得靶材的等離子體羽流 (plume)被產(chǎn)生并且沉積到所述基底上。背景知識(shí)激光沉積，特別是脈沖激光沉積(PLD)是用于將覆層布置在目標(biāo)上的已知技術(shù)。 通過(guò)該技術(shù)，靶材的材料被激光燒蝕，使得該靶材的等離子體羽流被產(chǎn)生。該等離子體羽流隨后沉積到基底上，從而導(dǎo)致在基底上的靶材的覆層。PLD首先開(kāi)發(fā)用于涂覆小尺寸基底表面，典型地為10毫米乘10毫米。這典型地使用在研究環(huán)境中，其中小尺寸基底涂覆有高薄膜質(zhì)量的所有種類的材料。源自該研究，出現(xiàn)涂覆更大表面的需求。這已經(jīng)導(dǎo)致創(chuàng)新的技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)能夠涂覆具有若干英寸或更大的典型直徑的表面。為了通過(guò)PLD以恰當(dāng)?shù)牟牧咸匦?比如晶體結(jié)構(gòu)和織構(gòu))涂覆某些基底材料，常常必需將基底加熱到典型的為200°C -1000°C的溫度。當(dāng)將大約IOX 10毫米的小尺寸基底表面加熱達(dá)到200°C -1000°C時(shí)，熱輻射不會(huì)過(guò)多地影響與基底材料相對(duì)布置的靶材。但是，當(dāng)基底表面的尺寸增大時(shí)，熱輻射也增大， 從而導(dǎo)致對(duì)靶材的不可接受的影響。這可能導(dǎo)致靶材的成分的過(guò)早蒸發(fā)，使得位于基底上的沉積覆層是與靶材的初始組分不同的另一組分。另一個(gè)問(wèn)題是靶破裂。靶材可能是具有差的熱傳導(dǎo)的材料。當(dāng)這種材料被加熱時(shí)， 材料中的溫度差異可能導(dǎo)致材料中的裂紋。如果靶材由于加熱而經(jīng)受相變則也能夠發(fā)生破裂。如果在靶材與靶板之間的結(jié)合材料具有不同的熱膨脹系數(shù)則也能夠發(fā)生破裂。在其他情況下，由于所使用的PLD技術(shù)，靶材不得不移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下， 冷卻移動(dòng)的靶是困難的。與加熱大尺寸基底表面相關(guān)的第三個(gè)問(wèn)題是不但靶材而且周圍的真空腔和熱敏部件(比如電機(jī)和橡膠配件)被加熱到非期望的溫度。以上提及的缺點(diǎn)通過(guò)本申請(qǐng)人的另一發(fā)明至少部分地解決，該發(fā)明在較早的、非公布申請(qǐng)中被描述。根據(jù)該較早的發(fā)明，基底與靶之間布置有熱屏蔽裝置用于使靶免于被加熱的基底加熱。熱屏蔽裝置包括至少用于所產(chǎn)生的等離子體羽流通過(guò)的至少一個(gè)通道開(kāi)盡管該較早的發(fā)明明顯減小了對(duì)靶材的加熱，但是在一些條件下靶材仍被加熱到非期望的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是進(jìn)一步減小或甚至阻止對(duì)靶材的加熱，使得高溫大面積的 PLD是可能的。該目的通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)，其特征在于基部框架、具有布置在所述基部框架中的至少兩個(gè)靶保持器的可旋轉(zhuǎn)靶框架以及布置于所述基部框架上的至少一個(gè)冷卻裝置，所述冷卻裝置能夠相對(duì)于所述靶框架移動(dòng)以使所述冷卻裝置與所述靶框架熱交換接觸。通過(guò)將所述冷卻裝置布置于所述基部框架上，所述冷卻裝置是固定的。這有利于例如供給線路與所述冷卻裝置的可靠連接。另外，通過(guò)使所述冷卻裝置能夠相對(duì)于所述靶框架移動(dòng)，使所述冷卻裝置能夠與所述靶框架熱交換接觸并且能夠分離，使得所述靶框架能夠旋轉(zhuǎn)以帶來(lái)與所述基底相對(duì)的另一個(gè)靶。由所述靶吸收的熱量通過(guò)所述靶框架散失至所述冷卻裝置。這確保所述靶在沉積期間被冷卻。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施例中，所述靶保持器包括用于安裝靶材的安裝基部和布置于所述安裝基部上的軸，其中所述軸安裝在所述可旋轉(zhuǎn)靶框架上。特別是對(duì)于在大尺寸基底表面上沉積，常規(guī)的是在沉積期間旋轉(zhuǎn)靶。這確保從所述靶均勻地?zé)g靶材。根據(jù)本發(fā)明，所述靶材布置在安裝基部上，所述安裝基部具有用于使所述安裝基部旋轉(zhuǎn)以及由此使所述靶旋轉(zhuǎn)的軸。優(yōu)選地，所述靶保持器的所述軸的橫截面與所述靶保持器的表面的比率小于 1 4。通過(guò)具有相對(duì)于所述靶的所述表面的較粗的軸，由所述靶帶走的熱量通過(guò)所述較粗的軸容易地散失至所述靶框架，所述靶框架又與所述冷卻裝置熱交換接觸。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，所述可旋轉(zhuǎn)靶框架包括具有主軸的盤(pán)，并且其中所述至少兩個(gè)靶保持器布置于所述盤(pán)上。所述盤(pán)狀靶框架具有大熱容的優(yōu)點(diǎn)并且還具有提供用于位于所述盤(pán)狀靶框架的相對(duì)側(cè)上的目標(biāo)的熱屏蔽裝置的優(yōu)點(diǎn)。其還提供用于所述靶和其他部件的堅(jiān)固的安裝基部以及用于所述冷卻裝置的足夠的接觸面積。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述冷卻裝置和/或所述可旋轉(zhuǎn)靶框架靈活地布置于所述基部框架上，以補(bǔ)償所述冷卻裝置與所述靶框架之間的對(duì)準(zhǔn)差異。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，所述冷卻裝置被彈簧安裝于所述基部框架上。通過(guò)利用彈簧將液體冷卻塊布置于所述基部框架上，所述冷卻塊能補(bǔ)償小的尺寸差異和對(duì)準(zhǔn)差異，以確保所述冷卻快與所述靶框架的完全熱交換接觸。由于激光沉積典型地在真空中執(zhí)行，因此通過(guò)對(duì)流發(fā)生的熱散失是最小的并且所有熱交換必需通過(guò)直接接觸。在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，所述冷卻裝置包括還少一個(gè)液體冷卻塊。通過(guò)液體，大量的熱量能夠容易地傳遞至所述激光沉積裝置的外部。在又一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述激光沉積裝置包括用于加熱所述基底的加熱
ο在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，熱屏蔽裝置圍繞所述至少一個(gè)靶布置，所述熱屏蔽裝置包括用于所述激光束和所產(chǎn)生的等離子體羽流通過(guò)的開(kāi)口。優(yōu)選地，所述熱屏蔽裝置是圓筒形本體，從而包封所述至少一個(gè)靶。這種熱屏蔽裝置還減小對(duì)所述靶的加熱，而且由于所述熱屏蔽裝置與所述靶框架直接接觸并且相應(yīng)地與所述冷卻裝置直接接觸而提供了圍繞所述靶的冷卻腔。


將結(jié)合附圖進(jìn)行闡明本發(fā)明的這些和其他特征。
圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的截面圖和立體圖。圖2示出了沿著圖1中所示的線II-II的截面圖。圖3示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例的立體圖。圖4示出了根據(jù)圖2的實(shí)施例的變型。圖5以截面圖示出了本發(fā)明的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例1。該實(shí)施例包括真空腔2。在該腔2中，布置有基部框架3。靶框架4垂于該基部框架3下方。該靶框架4具有軸5，該軸可旋轉(zhuǎn)地布置在基部框架3中。軸5由致動(dòng)器6驅(qū)動(dòng)，該致動(dòng)器也能夠使軸5沿軸向方向移動(dòng)。四個(gè)靶保持器7通過(guò)相應(yīng)的軸8布置在靶框架4上。齒輪9布置在每根軸8的端部處。該齒輪9由馬達(dá)10通過(guò)第二齒輪11驅(qū)動(dòng)?；?2布置在靶保持器7中的一個(gè)的下面。該基底12安裝在軸13上，該軸由馬達(dá)14通過(guò)齒輪15和16驅(qū)動(dòng)。當(dāng)實(shí)施激光沉積時(shí)，激光束17通過(guò)位于真空腔2中的窗口 18指到靶7上。靶材被加熱并且產(chǎn)生靶材的羽流19。該羽流19隨后沉積到基底12上。為了在基底12上具有均勻的層，激光束17沿徑向方向在靶表面7上移動(dòng)，同時(shí)基底12由馬達(dá)14旋轉(zhuǎn)。同時(shí)靶保持器7旋轉(zhuǎn)，使得靶材7由激光束17均勻地?zé)g(ablate)。多個(gè)冷卻塊20與靶框架4接觸以冷卻靶材。這些冷卻塊20通過(guò)彈簧21安裝于基部框架3并且通過(guò)致動(dòng)器6向上拉動(dòng)靶框架4而被壓到靶框架4上。圖2中示出了沿著圖1的線II-II的截面圖。從該圖2清楚的是能夠通過(guò)提升靶框架4將冷卻塊20壓到靶框架4上。冷卻塊20具有曲折溝槽21，通過(guò)供給線路22對(duì)該曲折溝槽供應(yīng)冷卻液體。來(lái)自靶材24的熱量散失至靶保持器7、較粗的軸8以及靶框架4。該靶框架4是熱傳導(dǎo)材料盤(pán)， 其將熱量從靶24傳導(dǎo)至冷卻塊20。冷卻塊20中的液體隨后被加熱并且該加熱的液體被通過(guò)排放線路23排放。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是冷卻塊20能夠固定到基部框架3上，同時(shí)靶框架4仍能夠旋轉(zhuǎn)。 如果例如必需使用另一種靶材24，則靶框架4通過(guò)致動(dòng)器6降低，隨后旋轉(zhuǎn)使得正確的靶材24位于基底12上，并且最后靶框架4再次向上移動(dòng)，使得固定的冷卻塊20壓靠靶框架 4而處于熱交換接觸中。圖3示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例30。由于該實(shí)施例的其他部件與圖1和圖2的實(shí)施例相對(duì)應(yīng)，僅示出了可旋轉(zhuǎn)靶框架31。四個(gè)靶保持器32布置在靶框架31上。每個(gè)靶保持器32能夠旋轉(zhuǎn)并且承載靶材 33。圓筒形殼體34圍繞每個(gè)靶保持器32布置。該圓筒形殼體34包封相應(yīng)的靶保持器32并且與靶框架31熱交換接觸。這產(chǎn)生圍繞靶保持器32的冷卻空間。每個(gè)圓筒形殼體34設(shè)有狹槽狀開(kāi)口 37用于激光束35和靶材33的等離子體羽流 36的通過(guò)。殼體34減小了介于設(shè)置在靶框架4上的四個(gè)靶材33之間的交叉污染。
可選地，狹槽狀開(kāi)口 37能夠?qū)ξ幢皇褂玫陌斜３制?2封閉。這恰好阻止了對(duì)靶材33的污染。圖4示出了根據(jù)圖2的實(shí)施例的變型。相同的特征已經(jīng)提供有相同的附圖標(biāo)記。在根據(jù)圖2的實(shí)施例的該變型中，冷卻塊20直接布置于基部框架3上。為了仍然能夠考慮尺寸差異和對(duì)準(zhǔn)差異，使靶框架4的軸5旋轉(zhuǎn)和平移致動(dòng)器6已經(jīng)通過(guò)彈簧40被彈簧安裝到基部框架3上。由此，靶框架4能夠相對(duì)于基部框架3傾斜。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的激光沉積裝置的第三實(shí)施例50。該第三實(shí)施例的與根據(jù)圖2的實(shí)施例的特征相對(duì)應(yīng)的特征已經(jīng)提供有相同的附圖標(biāo)記。在該第三實(shí)施例50中，基部框架3已經(jīng)設(shè)有豎直的周向壁51。該壁51圍繞靶框架4布置。在豎直壁51上，布置兩個(gè)冷卻塊52。每個(gè)冷卻塊52具有底部分53，由供給線路 54和排放線路55供應(yīng)的冷卻液體流過(guò)該底部分。冷卻塊52的頂部分56由底部分53中的桿57引導(dǎo)。該導(dǎo)向桿57確保頂部分56和底部分53保持彼此對(duì)準(zhǔn)并且還有助于頂部分 56與底部分53之間的良好的熱傳遞。能通過(guò)與圖2的冷卻塊20相似的單獨(dú)的冷卻線路單獨(dú)冷卻頂部分56。同樣，能具有布置在圖2的冷卻塊20中的導(dǎo)向桿，以使這些冷卻塊相對(duì)于基部框架3對(duì)準(zhǔn)。彈簧58布置在頂部分56與底部分53之間，使得冷卻塊52的頂部分56與靶框架 4之間的對(duì)準(zhǔn)差異或尺寸差異能夠被考慮到。
權(quán)利要求
1.激光沉積裝置，包括至少一個(gè)靶、與所述至少一個(gè)靶相對(duì)布置的基底以及用于產(chǎn)生激光束的激光器，所述激光束指到所述靶上，使得靶材的等離子體羽流被產(chǎn)生并且沉積到所述基底上，其特征在于基部框架、具有布置在所述基部框架中的至少兩個(gè)靶保持器的可旋轉(zhuǎn)靶框架以及布置于所述基部框架上的至少一個(gè)冷卻裝置，所述冷卻裝置能夠相對(duì)于所述靶框架移動(dòng)以使所述冷卻裝置與所述靶框架熱交換接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光沉積裝置，其中，所述靶保持器包括用于安裝靶材的安裝基部以及布置于所述安裝基部上的軸，其中，所述軸安裝在所述可旋轉(zhuǎn)靶框架中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光沉積裝置，其中，所述靶保持器的所述軸的橫截面與所述靶保持器的表面的比率小于1 4。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的激光沉積裝置，其中，所述可旋轉(zhuǎn)靶框架包括具有主軸的盤(pán)，并且其中，所述至少兩個(gè)靶保持器布置于所述盤(pán)上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的激光沉積裝置，其中，所述冷卻裝置和/或所述可旋轉(zhuǎn)靶框架靈活地布置于所述基部框架上，以補(bǔ)償所述冷卻裝置與所述靶框架之間的對(duì)準(zhǔn)差異。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的激光沉積裝置，其中，所述冷卻裝置被彈簧安裝于所述基部框架上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光沉積裝置，其中，所述冷卻裝置包括至少一個(gè)液體冷卻塊。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的激光沉積裝置，包括用于加熱所述基底的加熱ο
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的激光沉積裝置，其中，熱屏蔽裝置圍繞所述至少一個(gè)靶布置，所述熱屏蔽裝置包括用于所述激光束和所產(chǎn)生的等離子體羽流通過(guò)的開(kāi)口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光沉積裝置，其中，所述熱屏蔽裝置是圓筒形本體，從而包封所述至少一個(gè)靶。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光沉積裝置，包括至少一個(gè)靶，與所述至少一個(gè)靶相對(duì)布置的基底以及用于產(chǎn)生激光束的激光器，所述激光束指到所述靶上，使得靶材的等離子體羽流被產(chǎn)生并且沉積到所述基底上，所述激光沉積裝置還包括基部框架、具有布置在所述基部框架中的至少兩個(gè)靶保持器的可旋轉(zhuǎn)靶框架以及布置于所述基部框架上的至少一個(gè)冷卻器裝置，所述冷卻裝置能夠相對(duì)于所述靶框架移動(dòng)，以使所述冷卻裝置與所述靶框架熱交換接觸。
文檔編號(hào)C23C14/54GK102459689SQ201080035099
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者J·A·揚(yáng)森斯, J·J·布魯克瑪特, J·M·德克斯 申請(qǐng)人:索爾瑪特斯有限責(zé)任公司