CN101447274B - 磁路机构和具有该机构的磁控溅射阴极及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种在传统的外圈永磁体内增加了两组独立旋转驱动的偏置内圈永磁体及中圈永磁体的磁路机构，上述独立旋转的偏置磁体被加入到由外圈永磁体所产生的静磁场中以调节靶材表面空间的磁场分布，可控的空间磁场分布在靶材表面上方的不同区域形成不同的等离子体浓度，一方面可以选择性地溅射靶的不同区域，获得径向方向上单调变化的膜厚，另一方面，薄膜的厚度的均匀性也得以改善，同时，靶的利用率也得以提高，结构简单操作方便。另本发明还公布了具有该磁路机构的磁控溅射阴极及制造方法。

Description

磁路机构和具有该机构的磁控溅射阴极及制造方法

技术领域

本发明涉及一种磁场产生机构，尤其涉及一种能产生变化磁场的用来形成光学数据载体的反射层或半反射层的真空镀膜装置中的磁路机构。

背景技术

众所周知，在溅镀法中，离子一般由辉光放电中的气体原子和电子之间的碰撞所产生。这些离子由于加速到靶阴极之中并导致所述靶材的原子从所述阴极表面喷射出。基片放置在适当的位置以使其截取所喷射出的原子的一部分。因此，靶材镀膜就沉淀在所述基片的表面上。

溅镀镀膜是一项广泛应用的技术，用于在衬底上沉淀材料薄膜。溅镀是由于气体离子轰击靶而导致的材料上的物理喷射。这种技术的一种形式，即已知的DC溅镀中，形成与阳极和靶阴极之间的由等离子体放电所产生的正离子被吸引到所述靶阴极并撞击所述靶阴极，将原子从阴极的靶材表面撞出，因而提供原子。一些撞出的原子撞击所述衬底的表面形成镀膜。在反应溅镀中，气态类物质也出现在所述基片表面并与来自所述靶材表面的原子发生反应，在一些实施例中是与这些原子结合，以形成理想的镀膜材料。

在操作中，当使氩进入镀膜腔时，加在所述靶阴极与所述阳极之间的DC电压将所述氩电离以形成等离子体，且所述正电荷氩离子被引到所述负电荷靶。所述离子用大量的能量撞击所述靶并导致靶原子或原子团从所述靶溅出。所述溅出的靶材中的一些撞击要进行镀膜的晶片或衬底材料并沉淀在所述晶片或衬底材料上，因此就形成镀膜。为了获得增加的沉淀速度并降低操作压力，目前已采用了提高磁性的靶。在平面磁控管中，所述阴极包括永磁体，所述永磁体以闭环方式布置，并安装于与平的靶板相对固定的位置处。所产生的磁场导致电子在闭环内移动，所述闭环一般称为“跑道”，所述跑道建立了一个通道或区域，靶材的溅镀或腐蚀沿着这个通道或区域发生。在磁控阴极中，磁场约束所述辉光放电等离子体并增加所述电子在电场的影响下移动的路径的长度。这就会导致在所述气体中原子与电子的碰撞几率的增加，从而导致比没有使用磁约束所获得的溅镀速度高得多的溅镀速度。而且所述溅镀方法也可以以低得多的气体压力来实现。

平面的和圆柱形的磁控管用在反应或非反应溅镀中的一个限制是，通过溅镀而沉淀的膜并没有达到许多精密的用途中所要求的高度的均匀性、可重复性及径向方向呈单调变化的薄膜。

基于上述原因，希望产生一种磁控溅镀装置，从设备到设备、从运行批次到运行批次穿过单独的基片增加产量和产品的均匀度，这是人们所希望的。装置中设备的几何机构，尤其是所述阴极与要进行镀膜的物体之间的关系，对沉淀速度和镀膜的面积以及产品质量和一致性都有着极大的影响。穿过衬底的层厚的变化称为溢流(runoff)。通过模塑所述设备的几何结构可预测上述这种溢流。在许多镀膜设备中用掩膜来将所述镀膜速度的变化降低到可接受的水平。但随着时间的推移，这些掩膜将聚集大量的镀膜材料。一旦，所述材料达到临界厚度，它就会剥落并促进颗粒的形成，而这些颗粒会降低所述镀膜的质量。且清理焊缝并保持这样的掩膜也是非常精致的工艺。

为克服上述技术和工艺上的难点，所以，今天人们又提出对原有静态磁场进行动态叠加的方案，以此来获得在高度上的均匀性、可重复性及径向方向呈单调变化的薄膜。目前，已知的是使单独的衬底围绕其本身的轴旋转的这种几何结构的装置，这种装置有一个可对静态磁场进行叠加的偏阴极，所述阴极与所述衬底的垂直和水平距离大致相同。这种几何机构导致低的溢流并不使用掩膜。不过，这种结构浪费镀膜材料，且结构复杂成本较高。专利号为US6682637的美国专利中，描述了一组环形分布的永磁体被安置在洁净靶材表面的位置，它与极靴和轭铁组成静态磁场，一组与上述静态对立的磁体以溅射源的中心轴为旋转轴，在溅射过程中被外力驱动旋转，其结果是等离子体刻蚀区扫过整个靶材表面，靶材利用率、薄膜厚度的一致性以及靶寿命都得到了提高，但是结构过于复杂成本较高不利于工业生产。专利号为US3956093的美国专利中，描述了一种在靶的外围安置了一个线圈的镀膜装置，上述线圈连接一个交流电源，线圈产生的变化磁场与轭铁磁体产生的空间静磁场叠加，优化了靶材表面空间的磁场分布，但效果不高。专利号为US5262030的美国专利中，描述了在溅射过程中，一组电磁线圈被选择性的开启或关闭来产生或消除与靶材表面平行的磁力线分布，通过磁场的变化来决定靶材被溅射的区域。线圈的开启或关闭引起磁场的交叠，最终的结果就是等离子体刻蚀区在靶材表面移动或选择性地刻蚀某个区域，但溅镀薄膜厚度不均匀。另，此类技术的介绍可在2004年H.A.Macleod所著的《薄膜滤光片》(物理学院出版社，Dirac House，Temple Back，Bristol BS1 6BE，UK，2001)和P.Baumeister所著的《光学镀膜技术》(SPIE，Bellingham，WA)中找到。

因此，急需一种能产生变化磁场且可控制其磁场变化及分布的磁路机构的磁控溅射阴极，所述磁控溅射阴极产生可控的空间磁场，可控的磁场分布在靶材表面上方的不同区域形成不同的等离子体浓度，选择性地溅射靶的不同区域，获得径向方向上单调变化的膜厚，同时改善薄膜厚度的均匀性并提高靶材的利用率，全面提高溅射源的溅射特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能产生变化磁场且可控制其磁场变化及分布的磁路机构。

本发明的另一目的在于提供一种具有能产生变化磁场且可控制其磁场变化及分布的磁路机构的磁控溅射阴极，所述磁控溅射阴极产生可控的空间磁场，可控的磁场分布在靶材表面上方的不同区域形成不同的等离子体浓度，选择性地溅射靶的不同区域，获得径向方向上单调变化的膜厚，同时改善薄膜厚度的均匀性并提高靶材的利用率，全面提高溅射源的溅射特性。

本发明的又一目的在于提供一种具有能产生变化磁场且可控制其磁场变化及分布的磁控溅射阴极制造方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为提供一种磁路机构，所述磁路机构包括轭铁、极靴、外圈永磁体、中心冷却杆及底座，中心冷却杆连接于所述底座中央，且所述外圈永磁体等径向分布于所述中心冷却杆四周，所述轭铁一端与所述底座连接，另一端与所述外圈永磁体连接，所述外圈永磁体连接于所述极靴与所述轭铁之间，所述轭铁及极靴为负极，所述中心冷却杆及底座为正极，其中，还包括偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括内圈永磁体、中圈永磁体、及驱动机构，所述内圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，所述中圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，且所述中圈永磁体位于所述外圈永磁体及其内圈永磁体之间，所述驱动机构与所述底座连接，所述驱动机构分别独立驱动所述内圈永磁体及中圈永磁体绕所述中心冷却杆旋转。

本发明具有磁路机构的磁控溅射阴极适于安装在真空镀膜装置中的真空腔上，所述磁控溅射阴极包括磁路机构，冷却机构，密封机构及绝缘机构，所述磁路机构包括轭铁、极靴、外圈永磁体、中心冷却杆及底座，所述中心冷却杆连接于所述底座中央，且所述外圈永磁体等径向分布于所述中心冷却杆四周，所述轭铁一端与所述底座连接，另一端与所述外圈永磁体连接，所述外圈永磁体连接于所述极靴与所述轭铁之间，所述轭铁及极靴为负极，所述中心冷却杆及底座为正极，所述冷却机构位于所述中心冷却杆与轭铁之间，所述冷却机构对所述磁路机构降温，所述密封机构位于所述磁路机构与所述冷却机构之间，所述密封机构使所述冷却机构与所述磁路机构相互密闭，所述绝缘机构对所述磁路机构中的正、负极绝缘，其中，还包括偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括内圈永磁体、中圈永磁体、及驱动机构，所述内圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，所述中圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，且所述中圈永磁体位于所述外圈永磁体及其内圈永磁体之间，所述驱动机构与所述底座连接，所述驱动机构分别独立驱动所述内圈永磁体及中圈永磁体绕所述中心冷却杆旋转。

较佳地，所述驱动机构包括内圈驱动机构及中圈驱动机构，所述内圈驱动机构包括内圈齿轮电机、内圈轴承、内圈齿轮及内圈安装板，所述内圈齿轮电机与所述内圈齿轮啮合，所述内圈轴承一端与所述内圈齿轮枢接，另一端与所述中心冷却杆连接，所述内圈安装板一端与所述内圈齿轮连接，另一端与所述内圈永磁体连接。所述内圈驱动机构与所述中圈驱动机构相互独立，使得所述内圈永磁体与所述中圈永磁体各自的转速可自由调动，既可使内圈永磁体与中圈永磁体转速相同，也可不同，方便于根据实际需要对空间磁场的分布作出相应的调整。

较佳地，所述中圈驱动机构包括中圈齿轮电机、中圈齿轮及中圈安装板，所述中圈齿轮为内齿轮，所述中圈齿轮电机与所述中圈齿轮啮合，所述中圈齿轮与所述内圈齿轮枢接，所述中圈安装板一端与所述中圈齿轮连接，另一端与所述中圈永磁体连接。所述内圈齿轮在带动内圈永磁体旋转的同时，还作为中圈齿轮的旋转轴，且所述内圈齿轮为内齿轮省去了挡油盘，同时还能保证内部的清洁。

较佳地，所述中圈安装板两端分别与所述轭铁及所述内圈安装板之间具有一较小间隙。既能有效的达到正、负极之间的绝缘，还能有效的产生电势差，保证了磁控溅射阴极的正常工作。

较佳地，所述内圈永磁体及中圈永磁体呈圆形或椭圆形中心偏置分布于中心冷却杆四周。使空间磁场的分布根据实际需要更加容易的控制，方便于操作。

较佳地，所述底座为中空结构。在所述中空的底座内加入冷却水，可用于对磁控溅射阴极工作时候产生的热量进行散热，从而起到降温的作用。

较佳地，所述内圈永磁体高于所述中圈永磁体。增加内圈永磁体与外圈永磁体和中圈永磁体之间的磁场叠加，平衡由于内圈永磁体离外圈永磁体比离中圈永磁体远而带来的磁力线密度变弱的效果。

较佳地，所述冷却机构为中空的冷却板，所述冷却板位于所述中心冷却杆与轭铁之间的内圈永磁体及中圈永磁体之下方；所述轭铁下端延伸至所述冷却板下方；所述内圈永磁体与中圈永磁体位于所述冷却板上方，且所述内圈永磁体与中圈永磁体相对于外圈永磁体位置可调。方便于根据实际需要对空间磁场的分布作出相应的调整。

较佳地，所述冷却板为负极，所述冷却板与所述中心冷却杆之间具有绝缘套，所述绝缘套套于所述中心冷却杆之上。能有效的达到正、负极之间的绝缘，保证了磁控溅射阴极的正常工作。

本发明磁控溅射阴极制造方法，包括如下步骤(1)成型一个用于产生静态磁场的磁路机构，所述磁路机构由底座、轭铁、极靴、中心冷却杆及等径向分布于中心冷却杆外的外圈永磁体组成，所述轭铁一端与所述底座连接，另一端与所述外圈永磁体连接，所述外圈永磁体连接于所述极靴与所述轭铁之间，所述轭铁及极靴为负极，所述中心冷却杆及底座为正极；(2)成型一个用于对所述磁路机构进行冷却的冷却机构；(3)成型一个用于密闭所述磁路机构的密封机构，所述密封机构使所述冷却机构与所述磁路机构相互密闭；(4)成型一个用于绝缘所述磁路机构中正、负极的绝缘机构；及(5)在所述磁路机构上成型一个用于产生动态磁场的偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括由外圈永磁体依次向内以中心冷却杆为旋转中心且呈中心偏置分布的中圈永磁体和内圈永磁体、以及独立驱动中圈永磁体和内圈永磁体的驱动机构。

本发明与现有技术相比，由于本发明磁路机构在传统的外圈永磁体内增加了两组独立旋转驱动的偏置的内圈永磁体及中圈永磁体，从而形成可对磁路机构所产生的磁场进行变化及分布的控制，上述独立旋转的偏置磁体被加入到由外圈永磁体所产生的静磁场中以调节靶材表面空间的磁场分布，可控的空间磁场分布在靶材表面上方的不同区域形成不同的等离子体浓度，使得利用本发明磁控溅射阴极一方面，可以选择性地溅射靶的不同区域，获得径向方向上单调变化的膜厚，另一方面，能有效的改善所镀成的膜厚度的均匀性并提高靶的利用率，全面提高溅射源的溅射特性，结构简单操作方便。

附图说明

图1为本发明磁控溅射阴极安装于真空腔上对基片进行镀膜的剖视图。

图2为图1沿E-E方向的剖视图。

图3为图1中A部分的放大示意图。

图4为图1中B部分的放大示意图。

图5为本发明磁控溅射阴极对基片进行镀膜时的磁力线分布图。

图6为本发明磁控溅射阴极内圈永磁体、中圈永磁体、外圈永磁体及中心冷却杆的位置关系示意图。

图7为本发明磁控溅射阴极制造方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明磁控溅射阴极1安装在真空镀膜装置中的真空腔2上方，用于对DVD光盘基片4进行镀膜，且可以打开方便地更换大光掩膜(MASK)3、小光掩膜5及靶材29。DVD光盘基片4位于本发明磁控溅射阴极1下方，一组大光掩膜3、小光掩膜5分别在DVD光盘基片4外边沿和内边沿形成掩模36、掩模39，上述DVD光盘基片4的暴露位置被覆盖上靶材29原子。更具体地，结合图2、图3及图4所示：

本发明所述磁控溅射阴极1包括磁路机构，冷却机构，密封机构及绝缘机构，所述磁路机构包括轭铁16、极靴15、外圈永磁体27、中心冷却杆12及底座6，所述中心冷却杆12连接于所述底座6中央，且所述外圈永磁体27等径向分布于所述中心冷却杆12四周，所述轭铁16一端与所述底座6连接，另一端与所述外圈永磁体27连接，所述外圈永磁体27连接于所述极靴15与所述轭铁16之间，所述轭铁16及极靴15为负极，所述中心冷却杆12及底座6为正极，所述冷却机构位于所述中心冷却杆12与轭铁16之间，所述冷却机构对所述磁路机构降温，所述密封机构位于所述磁路机构与所述冷却机构之间，所述密封机构使所述冷却机构与所述磁路机构相互密闭，所述绝缘机构对所述磁路机构中的正、负极绝缘，所述中心冷却杆12为中空结构，通过顶端的冷却杆入水口11可加入冷却水，从冷却杆入水口11加入的冷却水用于对小光掩膜5进行散热，对小光掩膜5进行散热后的冷却水从冷却杆出水口10排出，其中，还包括偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括内圈永磁体25、中圈永磁体26、及驱动机构，所述内圈永磁体25呈中心偏置分布于中心冷却杆12四周，所述中圈永磁体26呈中心偏置分布于中心冷却杆12四周，且所述中圈永磁体26位于所述外圈永磁体27及其内圈永磁体25之间，所述驱动机构与所述底座6连接，更具体地，所述底座6上具支架7，所述支架7与所述底座6连接，所述驱动机构穿过所述支架7，所述支架7为正极，所述支架7与所述轭铁16之间具有耐热绝缘材料，防止正、负极之间的直接连接，所述驱动机构分别独立驱动所述内圈永磁体25及中圈永磁体26绕所述中心冷却杆27旋转。

较佳者，所述驱动机构包括内圈驱动机构及中圈驱动机构，所述内圈驱动机构包括内圈齿轮电机9、内圈轴承、内圈齿轮21及内圈安装板24，具体地，所述内圈轴承包括内圈第一轴承22及内圈第二轴承23，所述内圈齿轮电机9的齿轮与所述内圈齿轮啮合21，所述内圈第一轴承22和内圈第二轴承23一端分别与所述内圈齿轮21枢接，另一端分别与所述中心冷却杆12连接，所述内圈安装板24一端与所述内圈齿轮21连接，另一端与所述内圈永磁体25连接；所述内圈驱动机构与所述中圈驱动机构相互独立，使得所述内圈永磁体25与所述中圈永磁体26各自的转速可自由调动，既可使内圈永磁体25与中圈永磁体26转速相同，也可不同，方便于根据实际需要对空间磁场的分布作出相应的调整。

较佳者，所述中圈驱动机构包括中圈齿轮电机13、中圈齿轮18及中圈安装板17，所述中圈齿轮18为内齿轮，所述中圈齿轮电机13的齿轮与所述中圈齿轮18啮合，所述中圈齿轮18与所述内圈齿轮21枢接，所述中圈安装板17一端与所述中圈齿轮18连接，另一端与所述中圈永磁体26连接。所述内圈齿轮21在带动内圈永磁体25旋转的同时，还作为中圈齿轮18的旋转轴，具体地，所述内圈齿轮21与所述中圈齿轮18之间连接有第一中圈轴承19及第二中圈轴承20，所述内圈齿轮21为内齿轮省去了挡油盘，同时还能保证内部的清洁。

较佳者，所述底座6为中空结构。在所述中空的底座6内加入冷却水，可用于对磁控溅射阴极1工作时候产生的热量进行散热，从而起到降温的作用。

较佳者，所述冷却机构为中空的冷却板28，所述冷却板28位于所述中心冷却杆12与轭铁16之间的内圈永磁体25及中圈永磁体26之下方并与靶材29连接，所述冷却板28为负极，所述冷却板28与所述中心冷却杆12之间具有绝缘套47，所述绝缘套47套于所述中心冷却杆12之上。能有效的达到正、负极之间的绝缘，保证了磁控溅射阴极1的正常工作，所述冷却板28为中空结构，加入冷却水能对靶材29降温，所述冷却板28的出水口14与入水口8相对于旋转中心30对称设置，具体地，所述冷却板28为圆形，用来对靶材29散热，靶材29被固定在冷却板28的下方。靠近靶安装面41的一方为薄板，在冷却板28内水压的作用下，薄板紧紧地贴敷于靶安装面41，对靶材29提供良好的散热功能；由于所述轭铁16和底座6及支架7之间绝缘，则所述轭铁16下端延伸至所述冷却板28下方，提高轭铁16的导磁能力；所述内圈永磁体25与中圈永磁体26位于所述冷却板28上方，且所述内圈永磁体25与中圈永磁体26相对于外圈永磁体27位置可调，更方便于根据实际需要对空间磁场的分布作出相应的调整。

结合图5及图6所示，本发明磁控溅射阴极1中的中圈安装板17两端分别与所述轭铁16及所述内圈安装板24之间具有一较小间隙50、60。上述间隙50、60既能有效的达到正、负极之间的绝缘，还能有效的产生电势差，保证了磁控溅射阴极1的正常工作。

较佳者，所述内圈永磁体25高于所述中圈永磁体26，增加内圈永磁体25与外圈永磁体27和中圈永磁体26之间的磁场叠加，平衡由于内圈永磁体25离外圈永磁体27比离中圈永磁体26远而带来的磁力线密度变弱的效果。

较佳者，所述内圈永磁体25及中圈永磁体26呈圆形或椭圆形中心偏置分布于中心冷却杆12四周，使空间磁场的分布根据实际需要更加容易的控制，方便于操作，内圈永磁体25及中圈永磁体26转速不同步或排布形状不同对静态磁场的影响便不同，具体地，本发明中内圈永磁体25及中圈永磁体26优选为椭圆状，内圈永磁体25相对于旋转中心30偏心旋转；中圈永磁体26相对于旋转中心30偏心旋转，椭圆形中圈永磁体26的长轴增大，DVD光盘基片4外圈溅射层增厚；椭圆形内圈永磁体25相对于旋转中心30的偏心距离增大，DVD光盘基片内圈的溅射层增厚。

如图7所示，本发明磁控溅射阴极制造方法，包括如下步骤(71)成型一个用于产生静态磁场的磁路机构，所述磁路机构由底座、轭铁、极靴、中心冷却杆及等径向分布于中心冷却杆外的外圈永磁体组成，所述轭铁一端与所述底座连接，另一端与所述外圈永磁体连接，所述外圈永磁体连接于所述极靴与所述轭铁之间，所述轭铁及极靴为负极，所述中心冷却杆及底座为正极；(72)成型一个用于对所述磁路机构进行冷却的冷却机构；(73)成型一个用于密闭所述磁路机构的密封机构，所述密封机构使所述冷却机构与所述磁路机构相互密闭；(74)成型一个用于绝缘所述磁路机构中正、负极的绝缘机构；及(75)在所述磁路机构上成型一个用于产生动态磁场的偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括由外圈永磁体依次向内以中心冷却杆为旋转中心且呈中心偏置分布的中圈永磁体和内圈永磁体、以及独立驱动中圈永磁体和内圈永磁体的驱动机构。

结合图1至图7对本发明磁控溅射阴极1对DVD光盘基片4进行镀膜的工作原理做一详细的说明：

外圈永磁体27、轭铁16、极靴15、中圈安装板17、内圈安装24及靶材29的表面空间组成静态磁路，在靶材29表面的下方形成凸面形状的磁力线33、34、37、38分布，所述极靴15延伸至接近靶材29的下表面，在靶材29表面的下方形成凸面形状的磁力线分布，提高了靶材29的溅射率。内圈永磁体25和中圈永磁体26激发的旋转变化磁场叠加到上述静态磁路所产生的固定磁场中，使得靶材29表面空间的磁场分布变得可控。内圈永磁体25和中圈永磁体26旋转独立，可以组合成多种旋转磁场方案，带来显著的磁场变化。内圈永磁体25和中圈永磁体26相对于外圈永磁体27的位置可调，同样可以组合成多种旋转磁场方案，带来显著的磁场变化。本发明优选内圈永磁体25的位置高于中圈永磁体26，中圈永磁体26的远端接近于靶材29外圆周，内圈永磁体25的近端接近于靶材29的内圆周，更有利于对磁场在空间的分布进行控制。根据实际需要，设定在某一时刻，偏置的内圈永磁体25和中圈永磁体26之间的位置关系所激发的磁场的磁力线分别为磁力线42和磁力线43，使得靶材29表面下方靠近靶材外圆周31附近的磁场的水平分量较高，靶材外圆周31附近的等离子体密度增高，刻蚀变强；同时在其相对的方向上内圈永磁体25和外圈永磁体26之间的位置关系激发磁场产生磁力线形状为磁力线44、45、46，使得靶材29表面下方靠近靶材内圆周35附近的磁场的水平分量较高，靶材内圆周35附近的等离子体密度增高，刻蚀变强，这样，如果在一个放电时间内，内圈永磁体25和中圈永磁体26的相对位置关系保持不变而由内圈驱动机构和中圈驱动机构带动各自转动整数次圈，则靶材29的内圈和外圈都将被刻蚀，靶材29的利用率较之静态磁场时明显增高，同时，DVD光盘基片4介于两个掩模36、39之间的区域其溅射膜层的均匀性也较之静态磁场时明显增高。当改变内齿轮电机9和中齿轮电机13的转速和转动方向时，靶材29表面上方的等离子体在靶材的内圈和外圈之间来回移动，这样将获得良好的膜厚均匀性，且还能避免返溅射现象的发生。

溅射一般发生在E-3mbar的真空条件下，溅射又称阴极溅射，在本发明磁控溅射阴极1中，靶材29、冷却板28、轭铁16及极靴15为负极，底座6、支架7、中心杆12，大光掩膜3、小光掩膜5及驱动机构为正极，绝缘圈和绝缘板被加入以保证正负极部件之间的电绝缘性，在一次溅射中，约有98％的能量以热量的形式出现，这些热量必须被及时带走以保证本发明磁控溅射阴极1的正常工作。本发明磁控溅射阴极1能起冷却作用的结构包含三个回路，分别为靶材29冷却回路、小光掩膜5冷却回路及底座6冷却回路。在溅射中，

靶材29原子除了沉积在DVD光盘基片4之外，还沉积到大、小光掩膜3、5上，这些沉积下来的靶材29原子的动能最终也被转化成热能，导致大、小光掩膜3、5的升温，底座6和大光掩膜3接触，大光掩膜3的热量被底座6内的冷却水导走。中心冷却杆12与小光掩膜接触，小光掩膜5的热量被中心冷却杆12内的冷却水导走，冷却板28与靶材29接触，靶材29的热量被冷却板28内的冷却水导走。

本发明磁路机构及具有该磁路机构的磁控溅射阴极1由于在传统的外圈永磁体27内增加了两组独立旋转驱动的偏置内圈永磁体25及中圈永磁体26，从而形成可对磁路机构所产生的磁场进行变化及分布的控制，上述独立旋转的偏置磁体被加入到由外圈永磁体27所产生的静磁场中以调节靶材29表面空间的磁场分布，可控的空间磁场分布在靶材29表面上方的不同区域形成不同的等离子体浓度，使得利用本发明磁控溅射阴极1，一方面，可以选择性地溅射靶的不同区域，获得径向方向上单调变化的膜厚，另一方面，能有效的改善所镀成的膜厚度的均匀性并提高靶材29的利用率，全面提高溅射源的溅射特性，结构简单操作方便。

本发明磁路机构及具有该磁路机构的磁控溅射阴极1所述涉及的对内圈永磁体25及外圈永磁体26的形状、转速及相对于旋转中心30的偏置位置均根据具体需要而设定，且所涵盖的技术均为本领域同技术人员所熟知，在此不再做详细的说明。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (26)

1.一种磁路机构，包括：轭铁、极靴、外圈永磁体、中心冷却杆及底座，中心冷却杆连接于所述底座中央，且所述外圈永磁体等径向分布于所述中心冷却杆四周，所述轭铁一端与所述底座连接，另一端与所述外圈永磁体连接，所述外圈永磁体连接于所述极靴与所述轭铁之间，所述轭铁及极靴为负极，所述中心冷却杆及底座为正极，其特征在于：还包括偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括内圈永磁体、中圈永磁体、及驱动机构，所述内圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，所述中圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，且所述中圈永磁体位于所述外圈永磁体及其内圈永磁体之间，所述驱动机构与所述底座连接，所述驱动机构分别独立驱动所述内圈永磁体及中圈永磁体绕所述中心冷却杆旋转。

2.如权利要求1所述的磁路机构，其特征在于：所述驱动机构包括内圈驱动机构及中圈驱动机构，所述内圈驱动机构包括内圈齿轮电机、内圈轴承、内圈齿轮及内圈安装板，所述内圈齿轮电机与所述内圈齿轮啮合，所述内圈轴承一端与所述内圈齿轮枢接，另一端与所述中心冷却杆连接，所述内圈安装板一端与所述内圈齿轮连接，另一端与所述内圈永磁体连接。

3.如权利要求2所述的磁路机构，其特征在于：所述中圈驱动机构包括中圈齿轮电机、中圈齿轮及中圈安装板，所述中圈齿轮为内齿轮，所述中圈齿轮电机与所述中圈齿轮啮合，所述中圈齿轮与所述内圈齿轮枢接，所述中圈安装板一端与所述中圈齿轮连接，另一端与所述中圈永磁体连接。

4.如权利要求3所述的磁路机构，其特征在于：所述中圈安装板两端分别与所述轭铁及所述内圈安装板之间具有一较小间隙。

5.如权利要求1所述的磁路机构，其特征在于：所述内圈永磁体及中圈永磁体呈圆形或椭圆形中心偏置分布于中心冷却杆四周。

6.如权利要求1所述的磁路机构，其特征在于：所述底座为中空结构。

7.如权利要1所述的磁路机构，其特征在于：所述内圈永磁体高于所述中圈永磁体。

8.一种磁控溅射阴极，适于安装在真空镀膜装置中的真空腔上，所述磁控溅射阴极包括磁路机构、冷却机构、密封机构及绝缘机构，所述磁路机构包括轭铁、极靴、外圈永磁体、中心冷却杆及底座，所述中心冷却杆连接于所述底座中央，且所述外圈永磁体等径向分布于所述中心冷却杆四周，所述轭铁一端与所述底座连接，另一端与所述外圈永磁体连接，所述外圈永磁体连接于所述极靴与所述轭铁之间，所述轭铁及极靴为负极，所述中心冷却杆及底座为正极，所述冷却机构位于所述中心冷却杆与轭铁之间，所述冷却机构对所述磁路机构降温，所述密封机构位于所述磁路机构与所述冷却机构之间，所述密封机构使所述冷却机构与所述磁路机构相互密闭，所述绝缘机构对所述磁路机构中的正、负极绝缘，其特征在于：还包括偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括内圈永磁体、中圈永磁体、及驱动机构，所述内圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，所述中圈永磁体呈中心偏置分布于中心冷却杆四周，且所述中圈永磁体位于所述外圈永磁体及其内圈永磁体之间，所述驱动机构与所述底座连接，所述驱动机构分别独立驱动所述内圈永磁体及中圈永磁体绕所述中心冷却杆旋转。

9.如权利要求8所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述驱动机构包括内圈驱动机构及中圈驱动机构，所述内圈驱动机构包括内圈齿轮电机、内圈轴承、内圈齿轮及内圈安装板，所述内圈齿轮电机与所述内圈齿轮啮合，所述内圈轴承一端与所述内圈齿轮枢接，另一端与所述中心冷却杆连接，所述内圈安装板一端与所述内圈齿轮连接，另一端与所述内圈永磁体连接。

10.如权利要求9所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述中圈驱动机构包括中圈齿轮电机、中圈齿轮及中圈安装板，所述中圈齿轮为内齿轮，所述中圈齿轮电机与所述中圈齿轮啮合，所述中圈齿轮与所述内圈齿轮枢接，所述中圈安装板一端与所述中圈齿轮连接，另一端与所述中圈永磁体连接。

11.如权利要求10所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述中圈安装板两端分别与所述轭铁及所述内圈安装板之间具有一较小间隙。

12.如权利要求8所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述内圈永磁体及中圈永磁体呈圆形或椭圆形中心偏置分布于中心冷却杆四周。

13.如权利要求8所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述底座为中空结构。

14.如权利要求8所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述内圈永磁体高于所述中圈永磁体。

15.如权利要求8所述的磁控溅射阴极，所述冷却机构为中空的冷却板，所述冷却板位于所述中心冷却杆与轭铁之间的内圈永磁体及中圈永磁体之下方。

16.如权利要求15所述的磁控溅射阴极，所述轭铁下端延伸至所述冷却板下方。

17.如权利要求15所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述内圈永磁体与中圈永磁体位于所述冷却板上方，且所述内圈永磁体与中圈永磁体相对于外圈永磁体位置可调。

18.如权利要求15所述的磁控溅射阴极，其特征在于：所述冷却板为负极，所述冷却板与所述中心冷却杆之间具有绝缘套，所述绝缘套套于所述中心冷却杆之上。

19.一种磁控溅射阴极制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)成型一个用于产生静态磁场的磁路机构，所述磁路机构由底座、轭铁、极靴、中心冷却杆及等径向分布于中心冷却杆外的外圈永磁体组成，所述轭铁一端与所述底座连接，另一端与所述外圈永磁体连接，所述外圈永磁体连接于所述极靴与所述轭铁之间，所述轭铁及极靴为负极，所述中心冷却杆及底座为正极；

(2)成型一个用于对所述磁路机构进行冷却的冷却机构；

(3)成型一个用于密闭所述磁路机构的密封机构，所述密封机构使所述冷却机构与所述磁路机构相互密闭；

(4)成型一个用于绝缘所述磁路机构中正、负极的绝缘机构；及

(5)在所述磁路机构上成型一个用于产生动态磁场的偏置永磁体组，所述偏置永磁体组包括由外圈永磁体依次向内以中心冷却杆为旋转中心且呈中心偏置分布的中圈永磁体和内圈永磁体、以及独立驱动中圈永磁体和内圈永磁体的驱动机构。

20.如权利要求19所述的磁控溅射阴极制造方法，其特征在于：所述驱动机构包括内圈驱动机构及中圈驱动机构，所述内圈驱动机构包括内圈齿轮电机、内圈轴承、内圈齿轮及内圈安装板，所述内圈齿轮电机与所述内圈齿轮啮合，所述内圈轴承一端与所述内圈齿轮枢接，另一端与所述中心冷却杆连接，所述内圈安装板一端与所述内圈齿轮连接，另一端与所述内圈永磁体连接。

21.如权利要求20所述的磁控溅射阴极制造方法，其特征在于：所述中圈驱动机构包括中圈齿轮电机、中圈齿轮及中圈安装板，所述中圈齿轮为内齿轮，所述中圈齿轮电机与所述中圈齿轮啮合，所述中圈齿轮与所述内圈齿轮枢接，所述中圈安装板一端与所述中圈齿轮连接，另一端与所述中圈永磁体连接。

22.如权利要求21所述的磁控溅射阴极制造方法，其特征在于：所述中圈安装板两端分别与所述轭铁及所述内圈安装板之间具有一较小间隙。

23.如权利要求19所述的磁控溅射阴极制造方法，其特征在于：所述内圈永磁体及中圈永磁体呈圆形或椭圆形中心偏置分布于中心冷却杆四周。

24.如权利要求19所述的磁控溅射阴极制造方法，其特征在于：所述底座为中空结构。

25.如权利要求19所述的磁控溅射阴极制造方法，其特征在于：所述内圈永磁体高于所述中圈永磁体。

26.如权利要求25所述的磁控溅射阴极制造方法，所述冷却机构为中空的冷却板，所述冷却板位于所述中心冷却杆与轭铁之间的内圈永磁体及中圈永磁体之下方。

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