DE19916938A1 - Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung besteht aus einem parallel zur Targetfläche (5') verlaufenden plattenförmigen Lager (1) mit einer Zuführung (2) für das Kühlmedium, bei dem in der dem Target (5) zugewandten Seite zwei in konstantem Abstand zueinander verlaufende umlaufende Nuten (3) angeordnet sind, sowie aus einem Kolben (4) mit U-förmigem Querschnitt mit parallel zur Targetfläche (5') verlaufender, der Zuführung (2) für das Kühlmedium abgewandten Seite (4''), bei dem die Schenkel (4'), die den U-förmigen Querschnitt bilden, in den umlaufenden Nuten (3) senkrecht zur Targetfläche (5') beweglich geführt werden. Die Schenkel (4') weisen an ihren Außenseiten jeweils eine umlaufende Nut (6) auf, in der elastische Dichtungen (7) angeordnet sind. Die Höhe der Schenkel (4'), die den U-förmigen Querschnitt bilden, ist größer als die Tiefe der umlaufenden Nuten (3), so daß zwischen dem Lager 1 und der Innenseite des Kolbens 4 ein Kühlkanal gebildet wird.

Description

Die Kühlung von Targets mit Kühlmedien ist bekannt. In der DE-PS 44 10 466 werden eine Targethalterung, ein Target sowie eine spezielle Verwendung der Targethalterung beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, an dem Target benachbart einen Kühlkanal für ein Kühlmedium anzuordnen, wobei das Target und der Kühlkanal lediglich durch eine Membran voneinander getrennt sind.

Eine ähnliche Anordnung ist in der DE-OS 44 36 176 beschrieben. Dort wird ein Kühlkammersystem dem Target benachbart angeordnet, wobei zwischen dem Target und der eigentlichen Kühlkammer eine Membran angeordnet ist. Als Kühlmedien werden in der Regel Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser eingesetzt. Bei den bekannten Vorrichtungen ist nachteilig, daß es bei der schlagartigen Aufgabe des Kühlmediums zum Reißen der Membran kommen kann, was besonders dann der Fall ist, wenn das Target nicht genau fixiert ist. Darüber hinaus besteht die Gefahr des Brechens der Membran unmittelbar an den Kanten direkt zwischen dem Kühlkanal und dem Target. An diesen Stellen kommt es daher häufig zu Dichtigkeitsproblemen, die längere Ausfallzeiten nach sich ziehen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium zu schaffen, bei der es nicht zum Reißen einer Membran kommen kann. Darüber hinaus soll die Dichtigkeit in ausreichendem Maße gewährleistet sein.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium gelöst, die aus einem parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden ring- und plattenförmigen Lager mit mindestens einer Zuführung für das Kühlmedium besteht, bei dem in der dem Target zugewandten Seite zwei in konstantem Abstand zueinander verlaufende umlaufende Nuten angeordnet sind, und einen Kolben mit U-förmigem Querschnitt mit parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden, der Zuführung für das Kühlmedium abgewandten Seite, aufweist, bei dem die Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, in den umlaufenden Nuten senkrecht zur angrenzenden Targetfläche beweglich geführt werden und an ihren Außenseiten jeweils eine umlaufende Nut aufweisen, in der elastische Dichtungen angeordnet sind, die an ihrer dem Kolben abgewandten Seite am ring- und plattenförmigen Lager anliegen, wobei die Höhe der Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, größer ist als die Tiefe der umlaufenden Nuten, so daß zwischen dem Lager und der Innenseite des Kolbens ein Kühlkanal gebildet wird und bei der der Kolben an der dem Target zugewandten Seite eine über die Breite des Kühlkanals konstante Wanddicke b von 1 mm bis 5 mm aufweist. Als Kühlmedium können Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, oder Gase eingesetzt werden. Die elastischen Dichtungen bestehen beispielsweise aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk. Das ring- und plattenförmige Lager kann beispielsweise kreisförmig oder oval ausgebildet sein. Bei der Zuführung für das Kühlmedium handelt es sich beispielsweise um eine Bohrung, die gegebenenfalls ein Gewinde enthält, an welchem ein Anschluß, beispielsweise für Kühlwasser, direkt aufgeschraubt werden kann. Die Zuführung für das Kühlmedium ist in der Regel senkrecht zur angrenzenden Targetfläche angeordnet. Sie kann aber auch schräg zur angrenzenden Targetfläche verlaufen. Die Anordnung der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium erfolgt besonders vorteilhaft in der Weise, daß man zwischen der parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden, der Zuführung für das Kühlmedium abgewandten Seite des Kolbens und der angrenzenden Targetfläche einen geringfügigen Abstand im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm vorsieht. Da die Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, in den umlaufenden Nuten senkrecht zur angrenzenden Targetfläche beweglich geführt werden, wird dieser Abstand bei Beaufschlagung mit einem Kühlmedium aufgehoben, so daß der Kolben direkt am Target anliegt. Obwohl somit der Kolben bei Beaufschlagung mit einem Kühlmedium eine geringfügige Bewegung senkrecht zur angrenzenden Targetfläche zum Target hin erfährt, ist die Dichtigkeit jedoch gewährleistet, was eine Folge der Anordnung der elastischen Dichtungen in den umlaufenden Nuten ist, die an den Außenseiten der Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, angeordnet sind. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß auf die Anordnung einer trennenden Membran gänzlich verzichtet werden kann, so daß die Probleme, die mit der Anordnung einer Membran auftreten, bei der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium vermieden werden. Durch die Wahl der über die Breite des Kühlkanals konstanten Wanddicke b von 1 mm bis 5 mm ist sichergestellt, daß ein relativ guter Wärmeübergang erfolgen kann, so daß eine gleichförmige Kühlwirkung über die gesamte Fläche des zu kühlenden Targets sichergestellt ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als elastische Dichtungen X- Ringe angeordnet werden. Die X-Ringe lassen sich in besonders einfacher Weise zwischen der jeweiligen umlaufenden Nut, die an der jeweiligen Außenseite der Schenkel, die den U-förmigen Querschnitt bilden, angeordnet ist, und dem ring- und plattenförmigen Lager anordnen, wobei eine gute Dichtwirkung erzielt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im ring- und plattenförmigen Lager zwei Zuführungen für das Kühlmedium angeordnet. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine gleichmäßige, rasche Verteilung des Kühlmediums im gebildeten Kühlkanal realisiert, so daß eine wirkungsvolle Kühlung in gleichförmiger Weise besonders schnell eingestellt werden kann, wobei der konstruktive Aufwand relativ gering ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der parallel zur angrenzenden Targetfläche verlaufenden, der Zuführung für das Kühlmedium abgewandten Seite des Kolbens eine Metallfolie angeordnet. Die Anordnung kann dabei beispielsweise direkt durch Anlegen der Metallfolie an den Kolben erfolgen. Die Anordnung einer zusätzlichen Metallfolie ermöglicht die Beeinflussung der Magnetfeldlinien in besonders vorteilhafter Weise in einer Magnetronkathode, so daß die Betriebsbedingungen auf einfache Weise optimiert werden können.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als Metallfolie eine Folie aus Eisen eingesetzt wird. Mit Folien aus Eisen lassen sich die Richtungen der Magnetfeldlinien auf relativ wirkungsvolle Weise beeinflussen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (Fig. 1 bis Fig. 3) näher und beispielhaft erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Teil der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium im Querschnitt;

Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium im Querschnitt sowie in der Draufsicht;

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung zur Kühlung eines Targets mit einem Kühlmedium gemäß Fig. 2 im Querschnitt sowie von ihrer Unterseite.

In Fig. 1 ist ein Teil der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium im Querschnitt vereinfacht und schematisch dargestellt.

Die Vorrichtung besteht aus einem parallel zur angrenzenden Targetfläche 5' verlaufenden, ring- und plattenförmigen Lager 1 mit einer Zuführung 2 für das Kühlmedium. Das ring- und plattenförmige Lager 1 kann beispielsweise kreisförmig ausgestaltet sein (nicht dargestellt). In der dem Target 5 zugewandten Seite des ring- und plattenförmigen Lagers 1 sind zwei in konstantem Abstand zueinander verlaufende, umlaufende Nuten 3 angeordnet. Zur Vorrichtung gehört ferner ein Kolben 4 mit U-förmigem Querschnitt, der eine parallel zur angrenzenden Targetfläche 5' verlaufende, der Zuführung 2 für das Kühlmedium abgewandte Seite 4'' aufweist. Die Schenkel 4' des Kolbens 4, die den U-förmigen Querschnitt bilden, werden in den umlaufenden Nuten 3 senkrecht zur angrenzenden Targetfläche 5' beweglich geführt. An ihren Außenseiten weisen die Schenkel 4' jeweils eine umlaufende Nut 6 auf, in der elastische Dichtungen 7 angeordnet sind. Die elastischen Dichtungen 7 liegen an ihrer dem Kolben 4 abgewandten Seite am ring- und plattenförmigen Lager 1 an. Die Höhe der Schenkel 4', die den U- förmigen Querschnitt bilden, ist größer als die Tiefe der umlaufenden Nuten 3, so daß zwischen dem ring- und plattenförmigen Lager 1 und der Innenseite des Kolbens 4 ein Kühlkanal 8 gebildet wird. Der Kolben 4 weist an der dem Target 5 zugewandten Seite eine über die Breite des Kühlkanals 8 kontinuierliche Wanddicke b von 1 mm bis 5 mm auf. Die Anordnung der Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß im nicht betriebenen Zustand zwischen der angrenzenden Targetfläche 5' und der der Zuführung 2 für das Kühlmedium abgewandten Seite 4'' des Kolbens 4 ein Spalt vorgesehen wird. Sofern das Kühlmedium über die Zuführung 2 in den Kühlkanal 8 eingeleitet wird, erfährt der Kolben 4 in den umlaufenden Nuten 3 des Lagers 1 eine Bewegung senkrecht zur Targetfläche 5' zum Target 5, bis der Kolben 4 direkt an der angrenzenden Targetfläche 5' anliegt. Diese Bewegung kann durch die Anordnung der elastischen Dichtungen 7, die in vorteilhafter Weise als X-Ringe gestaltet sind, derart erfolgen, daß die Dichtigkeit sichergestellt ist. Die Vorrichtung zur Kühlung des Targets 5 wird in vorteilhafter Weise in oder an einem Magnetjoch 9, das Permanentmagnete 10 aufweist, angeordnet. Zur Beeinflussung der Magnetfeldlinien kann es in diesem Fall sinnvoll sein, zwischen der angrenzenden Targetfläche 5' und dem Kolben 4 eine Metallfolie anzuordnen (nicht dargestellt). Allgemein kann es vorteilhaft sein, zusätzlich seitliche Halter 11 anzuordnen, die eine zentrische Fixierung des Kolbens 4 vereinfachen. Die über die Breite des Kühlkanals 8 konstante Wanddicke b des Kolbens 4 im Bereich von 1 mm bis 5 mm ermöglicht eine gute Wärmeleitung und somit eine homogene Abfuhr der Wärme aus dem Target 5.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium im Querschnitt zusammen mit der Draufsicht dargestellt. Das ring- und plattenförmige Lager 1 ist in diesem Fall kreisförmig gestaltet, was beispielsweise zur Beschichtung von CDs vorteilhaft ist. Es sind zwei Zuführungen 2 für das Kühlmedium angeordnet, was eine relativ rasche Verteilung des Kühlmediums im Kühlkanal 8 auf konstruktiv einfache Weise ermöglicht. Die Vorrichtung ist in einem Magnetjoch 9 angeordnet, das mittig eine Bohrung 12 aufweist, in welcher ein Kühlfinger oder eine Mittelmaske positioniert werden kann. Auf die Darstellung des Targets wurde hierbei verzichtet.

In Fig. 3 ist die Vorrichtung zur Kühlung eines Targets 5 mit einem Kühlmedium im Querschnitt zusammen mit der Unteransicht dargestellt. Die Vorrichtung entspricht der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, so daß auch hier das ring- und plattenförmige Lager 1 kreisförmig gestaltet ist. Durch die Beaufschlagung des Kühlkanals 8 mit dem Kühlmedium über die zwei Zuführungen 2 wird der Kolben 4 gegen das Target gepreßt (nicht dargestellt). Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, das ring- und plattenförmige Lager 1 oval auszugestalten, so daß dann auch der Kolben 4 in entsprechender Weise in ovaler Form gestaltet werden muß.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Kühlung eines Targets (5) mit einem Kühlmedium, bestehend aus einem parallel zur angrenzenden Targetfläche (5') verlaufenden ring- und plattenförmigen Lager (1) mit mindestens einer Zuführung (2) für das Kühlmedium, bei dem in der dem Target (5) zugewandten Seite zwei in konstantem Abstand zueinander verlaufende umlaufende Nuten (3) angeordnet sind, einem Kolben (4) mit U- förmigem Querschnitt mit parallel zur angrenzenden Targetfläche (5') verlaufender, der Zuführung (2) für das Kühlmedium abgewandten Seite (4''), bei dem die Schenkel (4'), die den U-förmigen Querschnitt bilden, in den umlaufenden Nuten (3) senkrecht zur angrenzenden Targetfläche (5') beweglich geführt werden und an ihren Außenseiten jeweils eine umlaufende Nut (6) aufweisen, in der elastische Dichtungen (7) angeordnet sind, die an ihrer dem Kolben (4) abgewandten Seite am ring- und plattenförmigen Lager (1) anliegen, wobei die Höhe der Schenkel (4'), die den U-förmigen Querschnitt bilden, größer ist als die Tiefe der umlaufenden Nuten (3), so daß zwischen dem ring- und plattenförmigen Lager (1) und der Innenseite des Kolbens (4) ein Kühlkanal (8) gebildet wird und bei der der Kolben (4) an der dem Target (5) zugewandten Seite eine über die Breite des Kühlkanals (8) konstante Wanddicke b von 1 mm bis 5 mm aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der als elastische Dichtungen (7) X-Ringe angeordnet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der im ring- und plattenförmigen Lager (1) zwei Zuführungen (2) für das Kühlmedium angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der an der parallel zur angrenzenden Targetfläche (5') verlaufenden, der Zuführung (2) für das Kühlmedium abgewandten Seite (4'') des Kolbens (4) eine Metallfolie angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der als Metallfolie eine Folie aus Eisen eingesetzt wird.