CN102071403A - 一种高利用率的平面磁控溅射靶 - Google Patents
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Abstract
一种高利用率的平面磁控溅射靶，包括靶材和磁体组件，其中靶材固定，磁体组件设有驱动机构带动可相对于靶材运动。当磁体组件从平面靶宽度方向往复不己时，相对应地磁体组件的磁体在靶材表面所产生的“栱型”磁场在靶材表面来回移动扫描，在真空溅射镀膜时，气体辉光放电強烈的区域在靶面上来回扫描，在整个靶面上大部分面积都参与了溅射刻蚀，导致刻蚀区变宽而相对平坦，不会产生局部固定的“V”型刻蚀沟，大大地提高了靶材利用率。同时，强烈气体辉电放电区在靶面上大范围移动，相对发热区扩大，热量不集中在某个固定区域，热交换面积大了，冷却水带走热量更容易和充分，靶面温度有效地降低，辐射热大幅度減少，有利于实现低温沉积。
Description
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术，尤其是涉及一种高利用率的平面磁控溅射靶。
背景技术
磁控溅射技术已广泛用于沉积功能薄膜、机械耐磨膜和装饰膜层。磁控溅射技术需要真空，因此磁控溅射靶都置于真空镀膜室内。平面磁控溅射靶已大量用于大尺寸的镀膜设备中。
传统结构的平面磁控溅射靶多为矩形靶面，有效靶面尺寸和其后面的靶座内磁体组件尺寸是相当的，磁体组件采用永磁体时，用三排磁体沿矩形长边平行排列，磁体一端磁极向靶面，侧面两排磁体同极性，中间一排磁体则反极性。它们另一磁极端用衔铁相连，构成“山”字型，让这端的磁力线都聚集在衔铁其内通过，而朝向靶面方向的磁力线穿过靶材表面，并在其上形成两个呈栱型的磁力线。
真空射镀膜时，气体辉光放电就在栱型磁力线的“墜道”内強烈进行，溅射出靶材材料，在靶面相应区域产生刻蚀。
由于受到靶体背后固定的永磁体的磁场约束，真空溅射镀膜时，在靶面产生的輝光放电被限制在相应磁场水平分量较強的区域，从此区域溅射出大量靶材的原子、离子。因为辉光放电区受限制，在相应区域形成相对固定的较窄的靶面刻蚀区。随着溅射时间延长，该刻蚀区截面成“V”形沟，刻蚀面越来窄，很快就把靶材刻蚀“穿透”，靶材利用率很低。当前平面磁控溅射靶的靶材利用率一般在25％左右。另外，在真空溅射镀膜时间内，辉光放电局限在较窄的刻蚀区内，溅射过程所供电功率用于溅射材料耗能只占20％左右，而其余80％能量都转化为热，由于辉光区很窄，热量集中，背靶座内冷却水带走的热量有限，于是辉光区不断积累热量，导致靶温很高，辐射热很大。这不利于对低熔点工件进行溅射镀膜。
发明目的
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种既能提高靶材利用率，又可降低靶面辐射热，从而可对低熔点工件实现低温沉积的平面磁控溅射靶。
解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种高利用率的平面磁控溅射靶，包括靶材和磁体组件，其特征是：所述的靶材和磁体组件之间可相对运动。
设有由靶座体与后盖板组成的背靶座，所述的靶座体固定于真空镀膜室内壁上，靶座体后表面开有对应于靶材的凹槽并以后盖板水密封封盖，且两者之间留有空隙形成水冷通道；所述的靶材后面紧贴在靶座体前表面；所述的磁体组件置于后盖板的外表面之上，设有驱动机构带动可相对地在后盖板外表面上移动。
所述的磁体组件由矩形槽状磁体座和多块的磁体及衔铁组成，所述的衔铁铣有三条平行矩形长边的磁体定位浅槽，所述的磁体是方形或矩形截面的条状磁块，由多块磁体沿上述衔铁磁体定位浅槽拼接排成三列，即衔铁与三列磁体组成“山”字型结构，磁体的一磁极端与衔铁相吸，同列的磁体极性相同，相邻两列的磁体极性相反；衔铁与三列磁体一起装入磁体座槽内固定，衔铁贴在槽底上；矩形槽状磁体座开口端露出三列磁体的另一端磁极，对着上述背靶座的后蓋板的外表面。
除了上述传统的三列磁体组合结构外，还可以采用两列磁体或多于三列磁体组合结构，同列磁体极性相同，而相邻两列的磁体极性相反。
所述的矩形磁体座的两短边端面，贴靠着固定在靶座后盖板上的导向轮组上，后者成为磁体组件往复移动的滾动导轨。
所述的驱动机构为：带减速器的电机固定支撑在镀膜室内，电机轴与驱动园盘紧固相连，在驱动盘设有一偏心连接短轴，它与偏心连杆的一端活动连接，偏心连杆的另一端与磁体组件的磁体座的后中轴活动连接。
所述的靶材为矩形靶材，其宽度大于或等于磁体组件宽度1.5倍。
磁体组件运动的实现：当电机转动帶动驱动盘旋转，驱动盘带动偏心连杆运动，偏心连杆推动磁体座连同磁体组件运动，因为磁体组件在两端面受导向轮组的导向和限制，使得偏心连杆的推动磁体组件的运动限定为往复式移动，即让磁体组件从平面靶宽度方向的左侧平移到右侧，又再回复到左侧，往复不己。
所述的驱动机构还可以采用如下形式：
1、气动活塞---推杆系统驱动，以压缩空气为动力源，配时间继电器等电器装置控制运动换向；
2、电机--齿轮--齿条系统驱动，由时间继电器等电器装置，控制电机正反转，由齿轮正反转，拖动齿条来往移动；
3、采用直线电机系统驱动等。
有益效果：当磁体组件从平面靶宽度方向往复不己时，相对应地磁体组件的磁体在靶材表面所产生的“栱型”磁场在靶材表面来回移动扫描，在真空溅射镀膜时，气体辉光放电強烈的区域在靶面上来回扫描，在整个靶面上大部分面积都参与了溅射刻蚀，导致刻蚀区变宽而相对平坦，不会产生局部固定的“V”型刻蚀沟，大大地提高了靶材利用率。同时，强烈气体辉电放电区在靶面上大范围移动，相对发热区扩大，热量不集中在某个固定区域，热交换面积大了，冷却水带走热量更容易和充分，靶面温度有效地降低，辐射热大幅度减少，有利于实现低温沉积。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明的具体实施例的剖视示意图；
图2是图1所示的实施例的俯视示意图。
具体实施方式
本发明的磁体移动的平面磁控溅射靶具体实施例，如图1和图2所示，包括靶材、背靶座、磁体组件和驱动机构四大部分组成，整个平面磁控溅射靶安装在真空镀膜室壁1上，它们之间通过背靶座上的绝缘垫3和真空密封垫19实现绝缘和真空密封，靶的前方装有屏蔽罩2。
靶的最前面是靶材6，其后是背靶座，背靶座由矩形板状的靶座体5和靶座后盖板7组成，靶座体后表面开有对应于靶材的凹槽，并以靶座后盖板封盖周边有密封垫19密封。靶座体6的凹槽和靶座后盖板7两者之间形成的密封空间是冷却水道8。靶材6通过压板4固定在靶座体5上，矩形板状靶材后面紧贴在背靶座的靶座体前表面。压板4框内的面积是靶材6有效溅射面积。如此，靶材通过背靶座固定在镀膜室壁上，而磁体组件设有驱动机构带动其在背靶座的后盖板7的外表面之上对靶材作相对移动。
磁体组件由矩形板状磁体座11和多块的磁体9及衔铁10组成，衔铁10是矩形板状软铁，铣有三条平行矩形长边的磁体定位浅槽，磁体9是方形或矩形截面的条状磁块，由多块磁体沿上述衔铁磁体定位浅槽拼接排成三列，磁体的一磁极端与衔铁相吸，同列磁体极性朝向相同，相邻两列磁体极性朝向相反。衔铁10与三列磁体9一起装入磁体座11槽内固定，衔铁10贴在槽底上。矩形槽状磁体座11的开口端露出三列磁体9的另一端磁极，对着上述背靶座的后蓋板7的外表面。
驱动机构主要由带减速器的电机13、旋转驱动盘15、偏心连杆17和导向轮组18组成。驱动机构置于磁体组件的后面，电机13有专用支架固定在镀膜室内，且让电机13的转轴14处于矩形靶靶材6的中心线的短线上，并让其偏离长中轴1/4靶材6有效溅射面积宽度以外的适当距离上。电机13的转轴14与旋转驱动盘15紧固连接，旋转驱动盘上偏离园心1/4有效溅射面积宽度处有偏心连接短轴16，它与偏心连杆17活动连接，偏心连杆17与上述磁体组件的磁体座11上的磁体座后中轴12活动连接。
矩形磁体座的两短边端面，贴靠着固定在靶座后盖板上的导向轮组18上，后者成为磁体组件往复移动的滾动导轨。
运行方式：电机13启动带动旋转驱动盘15旋转，旋转驱动盘15带动偏心连杆17运动，偏心连杆17推动磁体座11与磁体组件一起在上述背靶座的靶座后盖板7上运动，由于磁体组件受处于其两端面的导向轮组18的导向限制，转成为往复移动。于是，磁体组件从矩形靶座长边的左侧移动到右侧，然后又返回右侧，再移向左侧，来回平移，往复不已。
磁体组件在驱动系统驱动下，在背靶座的后盖板上往复移动，磁体组件的“山”型字磁体产生磁场，穿过靶材表面成两个“栱型”磁场也跟隨着往复移动。在溅射镀膜时，在“栱型”磁场的墜道区内是气体辉光放电强烈区，也即溅射靶材最強烈区。由于“栱型”磁场往复移动，即強烈溅射区在整个靶材表面来回变换着位置，不会在局部区域产生“V”型刻蚀沟，而在整个靶材表面均匀地平坦地溅射刻蚀，从而提高靶材利用率。可从传统溅射靶利用率18％～25％提高到65％--70％。另外，传统溅射靶采用固定磁场设计，辉光放电区不动，溅射发热区也不动，热量集中于某一固定区域，该处热量积累导致靶面温升过高，辐射热过大，不宜低温沉积，如不适宜对塑料和低熔点合金制品镀膜；而采用移动磁场设计，发热区的不断变换，有利于靶材表面受热均匀，不致于局部温升过高，大的均热面积也有利于扩大冷却水接触面带走热量。这样靶材表面温度低，热辐射少，有利于低温沉积。试验证明：1本发明用于0.3mm塑料薄膜镀膜，靶电流25A，5分钟不变形；而采用传统平面磁控溅射靶，同样25A靶流，镀2分钟就变形。2本发明用于Zn合金制品镀膜，靶流25A，镀25分钟之内不起泡；对同批工件用传统平面磁控溅射靶镀膜，25A靶流，镀15分钟就起泡。
Claims (7)
1.一种高利用率的平面磁控溅射靶，包括靶材和磁体组件，其特征是：所述的磁体组件和靶材之间可相对运动。
2.根据权利要求1所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是：设有由靶座体与后盖板组成的背靶座，所述的靶座体固定于真空镀膜室内壁上，靶座体后表面开有对应于靶材的凹槽并以后盖板水密封封盖，且两者之间留有空隙形成水冷通道；所述的靶材后面紧贴在靶座体前表面；所述的磁体组件置于后盖板的外表面之上，设有驱动机构带动可相对地在后盖板外表面上移动。
3.根据权利要求2所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是：所述的磁体组件由矩形槽状磁体座和多块磁体及矩形衔铁组成，所述的衔铁铣有三条平行矩形长边的磁体定位浅槽，所述的磁体是方形或矩形截面的条状磁块，由多块磁体沿上述衔铁磁体定位浅槽拼接排成三列，磁体的一磁极端与衔铁相吸，同列的磁体极性朝向相同，相邻两列的磁体极性朝向相反；衔铁与三列磁体一起装入磁体座槽内固定，衔铁贴在槽底上；矩形槽状磁体座开口端露出三列磁体的另一端磁极，对着上述背靶座的后蓋板的外表面。
4.根据权利要求3所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是：所述的矩形槽状磁体座的两短边端面，贴靠着固定在靶座后盖板上的导向轮组上，后者成为磁体组件往复移动的滾动导轨。
5.根据权利要求2至4所述的任意一项高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是：所述的驱动机构为：带減速器的电机固定支撑在镀膜室内，电机轴与驱动园盘紧固相连，在驱动盘设有一偏心连接短轴，它与偏心连杆的一端活动连接，偏心连杆的另一端与磁体组件的磁体座的后中轴活动连接。
6.根据权利要求5所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是：所述的驱动机构为：气缸推杆驱动机构或电机齿轮齿条系统驱动机构、直线电机驱动机构。
7.根据权利要求6所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是：所述的靶材为矩形靶材，其宽度大于或等于磁体组件宽度1.5倍。
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