板在室溫和較高溫度下在支座中的定中的制造方法與工藝

本發明涉及包括帶有支座的板的系統，其中，該板在室溫以及較高溫度下都與所述板和支座的熱脹無關地在該支座內定中，并且該板在較高溫度下可以在該支座內自由膨脹。

背景技術：
為了制造涂層，當前尤其采用了濺射電弧工藝，其屬于所謂的PVD工藝(PVD:物理氣相沉積)。在此，靶被濺射或蒸發。在此工藝過程中，靶是灼熱的并且必須被冷卻。在此，根據現有技術，這種冷卻例如通過所謂的金屬箔冷卻板類型的冷卻板來進行，其在背面冷卻該靶，如圖2所示。通過冷卻介質壓力，金屬箔被壓緊到靶上并由此提供了從冷卻介質到該靶的良好導熱。根據功率輸入、經冷卻板的散熱和靶材導熱性，這些靶具有不同的熱度并且根據其長度膨脹系數而膨脹。靶此時必須能在冷卻板上自由膨脹，以便不受損。在工藝過程控制技術上重要的是，位于冷卻板上的靶關于冷卻板軸線同心膨脹，以便在整個工作過程中能保證在靶與一個或多個周圍元件之間的同心縫隙。尤其很重要的是，該靶相對于冷卻板軸線“居中”膨脹以避免短路，這種短路可能出現在例如該靶作為陰極使用并且圍繞該靶布置陽極環時，該陽極環處于不同的電位，例如如圖2所示。如果靶未被正確定中，則靶沒有充分同心地膨脹。因此，可能在陽極環和膨脹后的靶之間出現電氣短路。在本例子中，靶相對于陽極環的位置通過其在冷卻板上的布置來確定。在冷卻板和靶之間的小縫隙情況下，靶的位置被充分確定，不會出現靶與陽極之間的接觸。但這種小縫隙極大限制了靶的可能膨脹。因此，規定了最大容許靶溫度或工作溫度，由此限制了最大容許濺射功率。因此，該縫隙越小，容許濺射功率越低。在縫隙較大時，板一般過于偏心地布置在冷卻板上。另外，偏心安放造成靶內的機械應力在使用金屬箔冷卻板情況下是不均勻的。根據靶材的不同，這可能導致超出允許的機械應力。

技術實現要素：
本發明的任務是提供一種板-容納裝置系統，其允許與該系統的溫度無關地將板居中保持在容納裝置中，在這里，該板應在該容納裝置中如此自由膨脹，即該板在膨脹過程中未被損壞。發明描述如此完成本發明的任務，提供一種板-支座系統。根據本發明的該系統包括板和支座，其中，該板具有包括外板邊緣的頂面并且該板的材料具有第一熱脹系數，該支座具有開口，該開口由內支座鑲邊限定并且該支座的材料具有第二熱脹系數，并且第一熱脹系數大于第二熱脹系數，其中，-在室溫下，該支座的開口的周長大于該板的頂面的周長，由此在板定中就位時，在板邊緣和內支座鑲邊之間存在具有規定縫寬S的縫隙，-該板邊緣包括一個或多個突出部，該突出部沿徑向朝向板邊緣面延伸并接合至該支座鑲邊的對應內凹部中，和/或該板邊緣具有一個或多個內凹部，該內凹部沿徑向朝向板邊緣面延伸，并且支座鑲邊的對應突出部插入其中，-其中，該板-支座系統包括至少三個這樣相互接合的內凹部-突出部配對，并且其中，每個內凹部和每個突出部分別具有在徑向上朝向板邊緣面的相應長度，所述板邊緣面具有相應寬度，內凹部的寬度分別大于對應突出部的寬度，對于每個內凹部-突出部配對，在室溫下在內凹部和突出部之間的最小寬度差sp小于上述縫寬S，在徑向上在內凹部和突出部之間的該最小縫寬大于上述最小寬度差sp，最好是至少等于上述縫寬S，并且由此做到，即在室溫和較高溫度下，板總是定中固定在該支座內，因為該內凹部-突出部配對起到導軌作用。在本說明書的意義上，“徑向”按照以下定義來理解：如果板被固定在垂直于板表面且經過其重心的軸上，則該徑向在外板邊緣部位上分別是這樣的方向：在溫度升高時該外板邊緣的位置在該方向上移動。在具有圓形邊緣的圓盤形板情況下，徑向是垂直于板邊緣而遠離圓心的方向。在圖8中，結合具有長方形表面的板來示意性示出它。陰影線畫出具有突出部的板和具有內凹部的支座。所示的直線經過板重心并且在板邊緣處表示按照定義的徑向。在該圖中也清楚看到了：縫寬S不一定在板邊緣處是處處相同的，而是可以根據幾何形狀來選擇。根據本發明，在板邊緣和內支座鑲邊之間的所有縫寬，包括在內凹部和突出部之間的縫寬在內，在考慮板和支座的體積和熱脹系數的情況下被如此選擇，即該板在該支座內可以在較高溫度下自由膨脹。因為熱脹尤其對于固體來說，明顯與晶格結構或結合狀況相關，故線性等式只給出近似值。膨脹系數或熱脹系數是一個特性值，其描述材料在其尺寸在溫度變化時的變化方面的行為，因此通常也稱為熱脹系數。對此負責的作用是熱脹。熱脹取決于所用材料，即它是材料專屬的材料常數。因為在許多材料中熱脹在所有溫度范圍內并不均勻地進行，故熱脹系數本身也與溫度相關并因而是針對一定的參考溫度或一定的溫度范圍來給出的。分為長度熱脹系數α(也稱為線性熱脹系數)和空間熱脹系數γ(也稱為空間膨脹系數或體積膨脹系數或立體膨脹系數)。長度熱脹系數α是在溫度變化dT和固體的相關長度變化dL/L之間的比例常數。相應地，借此來描述溫度變化時的相對長度變化。它是材料專屬參數，其單位為K-1(每開爾文)并且通過以下公式來限定：α＝1/L:dl/dT，該公式可簡化為Lfinal≈Linitial·(1+α·ΔT)。于是，例如人們能夠計算出該板在板頂面的某個方向上在最高工作溫度下具有哪種長度。按照相似的方式，人們可以計算出支座熱脹后的尺寸。因此，人們可以計算出在板和支座之間需要哪種縫寬以保證板在支座中自由熱脹，直到最高工作溫度。例如假定L1final≈α1·L1initial·ΔT1)，其中，L1final是在溫度Tfinal(例如在板的最高工作溫度下)時的板在一定方向上的長度(在圓盤形板情況下于是是直徑)，α1是在該溫度范圍時的板的線性熱脹系數，L1initial是在溫度Tinitial(例如在室溫)時在同一方向上的板長度，按照相似的方式針對在Tfinal時的支座尺寸計算，但考慮支座的形狀尺寸以及支座材料的線性熱脹系數。優選如此選擇在該板和支座之間的縫隙寬度，即該板在支座內可以在達到至少450℃的溫度之前都自由膨脹，優選達到至少500℃，更優選達到至少650℃。根據本發明，該板的材料的線性熱脹系數大于該支座材料的線性熱脹系數，即α1>α2。該板最好呈圓盤形。在該板中的突出部和/或內凹部優選相互等距分布。該支座最好是環形的，或者包括用于容納板的環形部分。根據本發明的另一個優選實施方式，該板可以是圓盤形靶，其包括呈星形布置的導向機構(突出部)，其共同軸線位于靶中心并且突入支座的相應星形槽(內凹部)中。例如該支座是冷卻板裝置的一部分。因此，該靶通過根據本發明的靶-冷卻板設計結構與溫度無關地被定中到冷卻板上。因此，在使用圍繞該靶的陽極環情況下，靶和陽極環之間的縫隙可以保持同心或根據本發明同心安放就位。由此避免了可能由不希望有的在作為陰極工作的靶和陽極環之間的接觸所引起的短路。在靶和靶支座之間的支承面也由此保持居中位于冷卻板裝置(如在靶和靶定位環之間)內并且在采用金屬箔冷卻板時在靶內得到均勻的應力。支承面可以因此被最小化。代替在冷卻板內設置“凸起(突出部)從靶突入其中”的內凹部，也可以在靶內設置內凹部并且將冷卻板裝置的容納體(例如靶定位環)設計成具有向內凸起的突出部，該突出部插入該靶的內凹部中，如圖4所示。通過在現有的冷卻板中采用本發明而得到突出優點，在這里，在靶和冷卻板之間的過小縫隙通過使用墊圈而可被擴大。如果靶被安裝在墊圈中且墊圈隨后被安裝到冷卻板上，則在靶和冷卻板之間的整個縫隙(縫隙1和2)和進而所加入的功率也可被增大，如圖5所示。附圖說明現在將結合附圖來舉例詳述本發明。圖1示意性示出靶和支座。圖2示出包括靶、冷卻板和陽極環的涂覆源。圖3以橫剖和局部俯視圖示出帶有支座的本發明的板的實施方式。圖4以俯視圖示出帶有支座的本發明的板的實施方式。圖5示出本發明的實施方式的橫截面局部。圖6以俯視圖及相關局部圖示出帶有支座的本發明的板。圖7示出內凹部-突出部配對，其中，該突出部包括倒圓結構。圖8以俯視圖示出帶有支座的本發明的板，其中，該板具有長方形頂面。具體實施方式公開了一種帶有支座的圓盤形板，其構成“板-支座”系統，其中，該板具有在其周向大延伸范圍內呈圓形的頂面，該頂面帶有靠外的板邊緣，并且該板的材料具有第一熱脹系數α1，該支座具有在其周向大延伸范圍內呈圓形的開口，所述開口由靠內的支座鑲邊限定，并且支座材料具有第二熱脹系數α2，并且-在室溫下，該支座的開口的周長大于該板的頂面的周長，由此在該板居中位于該支座的開口中時，在板邊緣和靠內的支座鑲邊之間存在具有規定縫寬S的縫隙，并且-α2<α1，并且-該板邊緣包括一個或多個突出部，該突出部從圓形表面的中心看在徑向上從板邊緣表面延伸經過突出部長度，并且插入該支座鑲邊的具有內凹長度的對應內凹部中，和/或該板邊緣包括一個或多個內凹部，該內凹部從板邊緣看在朝向該圓形表面的中心點方向上延伸經過內凹部長度，并且供支座鑲邊的具有突出部長度的對應突出部插入其中，-其中，“板-支座”系統包括至少三個這樣相互嵌合的內凹部-突出部配對，并且其中，針對該內凹部-突出部配對，相應的徑向長度是如此相互協調的，即在室溫下在徑向上每個內凹部以最多達到徑向間距d的程度接合至該突出部，該徑向間距d的數量級對應于縫寬S的數量級，并且對于該內凹部-突出部配對，在切向上相應的寬度剖面形狀是如此相互協調的，即，所述內凹部能用作導軌用于對應的突出部，其在切向上的縫隙sp小于S，并且是如下做到的：不僅在室溫下，也在該板比該支座更顯著膨脹的較高溫度下，膨脹的板總是定中錨固在該支座內，最多達到所述縫隙sp。對于上述的帶有支座的板，最好可以如此選擇所述縫寬S、徑向間距d和縫隙sp，即：直到至少450℃溫度、最好直到至少500℃、還更好直到至少650℃的條件下，該板在該支座內可以自由膨脹。對于上述的帶有支座的板，最好在該板內的突出部和/或內凹部相互等距分布。對于上述的帶有支座的板，該支座最好可以是環形的，或者包括用于容納該板的環形部分。對于上述的帶有支座的板，最好實現四個內凹部-突出部配對。在上述的板-支座系統中，該板可以是用在PVD工藝中的靶，該板-支座系統構成相應的涂覆源的一部分。在上述的涂覆源中，可以設置用于連接電壓源的機構，所述機構允許該靶相對于一個電極比置于負電位，從而該靶可用作陰極，該電極可用作陽極。在上述涂覆源中，該支座的一些部分可以構成冷卻裝置的至少一部分。上述支座能以墊圈形式構成。該冷卻裝置最好可以是金屬箔冷卻板類型的裝置。上述陽極最好可以圍繞該靶布置，并且以陽極環形式構成。在上述帶有支座的板中，該縫隙sp最好可以最多是縫寬S的一半大小，并且尤其優選比縫寬S小一個數量級。在上述帶有支座的板中，該寬度剖面形狀可以在至少一個突出部的、最好是多個突出部的且尤其最好是所有突出部的導向區內在軸向上i)不具有棱邊，由此不會出現在通過相應的內凹部得到的導軌中的夾住，或者ii)至少在該內凹部延伸的徑向局部中包括平行筆直的壁。在上述帶有支座的板中，至少一個突出部的、最好是多個突出部的且尤其最好是所有突出部的寬度剖面形狀可以至少在內凹部擔負導向功能的徑向局部中i)具有平行筆直的壁，或者ii)不具有棱邊，由此不會出現相應的突出部在由內凹部得到的導軌內的夾住。在上述帶有支座的板中，i)至少一個內凹部的寬度剖面形狀至少在該內凹部擔負起導向功能的徑向局部內具有平行筆直的壁，或者ii)至少一個內凹部的寬度剖面形狀至少在該內凹部擔負起導向功能的徑向局部內沒有棱邊，由此不可能出現在由相應內凹部得到的導軌內夾住。最好在一個、多個或全部的內凹部-突出部配對中，或者同時滿足上述可行方式i)，或者同時滿足上述可行方式ii)。公開了一種具有如上所述的涂覆源的PVD設備。