CN104278244A - 一种旋转磁场平面阴极 - Google Patents

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金浩
王德苗
李东滨
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Abstract

本发明公开了一种旋转磁场平面阴极，包括屏蔽罩、绝缘基座、冷却池、磁钢旋转装置、靶座和靶，所述屏蔽罩拧接在圆盘形状的绝缘基座的上方，所述冷却池设置在屏蔽罩内，并固定在绝缘基座的上方，所述冷却池内悬置有磁钢旋转装置，所述靶座固定在冷却池的上方，且与冷却池的接触面上设有橡胶密封圈，所述靶通过导热硅胶贴合在靶座的上方，所述靶的周圈还设有金属压环，所述金属压环用于将靶、靶座固定。本发明的旋转磁场平面阴极，与传统旋转圆形平面靶相比扩大了靶的均匀溅射面积，从而进一步提高靶材利用率和溅射速率，实现大面积均匀快速沉积薄膜，具有良好的应用前景。

Description

一种旋转磁场平面阴极
技术领域
本发明涉及一种旋转磁场平面阴极，属于磁控溅射技术领域。
背景技术
磁控溅射装置作为一种镀膜装置已被广泛应用于各种电子、装饰等镀膜领域，其具有镀膜速率快、低温沉积、无污染等优点。
随着磁控溅射镀膜技术的发展，研究人员提出了各种采用旋转磁场的方法提高平面阴极靶材利用率的方法和技术，专利200510021648.8提出了多环磁场非对称分布结构，其在一定程度上提高了靶材的利用率，但由于其磁场分布在中心环状区域较强，在外围和中心的磁场都较弱，导致靶材利用率提升不高；专利201010277532.1提出了让磁场座旋转式随机运动以实现靶材的利用率，同样由于其磁场分布没有得到很好的优化，从而对提高靶材利用率的作用也较小。
为了更显著地提高靶材利用率和溅射速率，实现大面积均匀快速沉积薄膜，需要改进并增强现有圆形平面靶的磁场分布。
发明内容
本发明所解决的技术问题是现有磁控溅射装置的圆形平面阴极，磁场弱，靶材利用率低的问题。本发明的旋转磁场平面阴极，与传统旋转圆形平面靶相比扩大了靶的均匀溅射面积，从而显著地提高靶材利用率和溅射速率，实现大面积均匀快速沉积薄膜，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：包括屏蔽罩、绝缘基座、冷却池、磁钢旋转装置、靶座和靶，所述屏蔽罩拧接在圆盘形状的绝缘基座的上方，所述冷却池设置在屏蔽罩内，并固定在绝缘基座的上方，所述冷却池内悬置有磁钢旋转装置，所述靶座固定在冷却池的上方，且与冷却池的接触面上设有橡胶密封圈，所述靶通过导热硅胶贴合在靶座的上方，所述靶的周圈还设有金属压环，所述金属压环用于将靶、靶座固定；
所述磁钢旋转装置包括磁钢安置底座、磁钢、冷却水进水管、冷却水开孔，所述冷却水进水管焊接在磁钢安置底座的底部，所述冷却水开孔位于磁钢安置底座内，并与冷却水进水管相联通，所述冷却水进水管向下一侧延伸出冷却池、绝缘基座作为驱动杆与控制磁钢旋转装置旋转的外部旋转装置的相连接；
所述冷却池的底部还设有阴极电极、冷却水出水管，并延延伸出绝缘基座。
前述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述屏蔽罩通过螺纹方式拧接在绝缘基座的上方，所述屏蔽罩采用导电金属材料制成，且屏蔽罩的内壁到冷却池、靶和金属压环的空隙距离在1-5mm之间，所述屏蔽罩的罩体与大地相连接。
前述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述绝缘基座采用聚四氟乙烯制成，厚度为5-20mm，所述绝缘基座设有开孔，用于阴极电极、冷却水出水管和冷却水进水管通过，所述绝缘基座的开孔与冷却水进水管之间设有空隙，所述绝缘基座的开孔与阴极电极、冷却水出水管紧密接触。
前述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述冷却池采用紫铜导体材料制成，所述冷却池内壁与冷却水进水管接触处的设有套接在冷却水进水管的轴封套，所述冷却池与绝缘基座通过耐高温胶水或螺钉连接。
前述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述磁钢旋转装置的上表面与靶座下表面之间间隙为1-4mm。
前述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述金属压环采用紫铜或铝导体材料制成，为倒L形状，横侧边通过螺钉与靶、靶座相连，竖侧边与靶的边缘间距为1-2mm。
前述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述磁钢包括极性相反的第一磁钢和第二磁钢，所述第一磁钢和第二磁钢通过卡接到磁钢安置底座的上表面，并采用防水胶固定，所述第一磁钢为圆柱体，并设有两块，对称分布在磁钢安置底座的上表面，所述第二磁钢为弧形体，并设有两条，对称分布在磁钢安置底座的上表面，并位于两块第一磁钢之间，两条第二磁钢的中心的相外切，并分别与对应侧的第一磁钢以同心圆分布，可近似为同心圆。
前述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述磁钢安置底座采用紫铜材料制成，厚度为30-100mm，设有用于卡接第一磁钢和第二磁钢的圆形深槽、弧形深槽。
本发明的有益效果是：本发明的旋转磁场平面阴极，与传统旋转圆形平面靶相比扩大了靶的均匀溅射面积，从而进一步提高靶材利用率和溅射速率，实现大面积均匀快速沉积薄膜，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的旋转磁场平面阴极的结构示意图。
图2是本发明的磁钢旋转装置的结构示意图。
附图中标记的含义如下：
1：屏蔽罩；2：绝缘基座；3：冷却池；31：阴极电极；32：冷却水出水管；33：轴封套；34：橡胶密封圈；4：磁钢旋转装置；41：磁钢安置底座；42：磁钢；43：冷却水进水管；44：冷却水开孔；421：第一磁钢；422：第二磁钢；5：靶座；6：靶7：金属压环。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种旋转磁场平面阴极，包括屏蔽罩1、绝缘基座2、冷却池3、磁钢旋转装置4、靶座5和靶6，屏蔽罩1拧接在圆盘形状的绝缘基座2的上方，冷却池3设置在屏蔽罩1内，并固定在绝缘基座2的上方，冷却池3内悬置有磁钢旋转装置4，靶座5固定在冷却池3的上方，且与冷却池3的接触面上设有橡胶密封圈34，靶6通过导热硅胶贴合在靶座5的上方，靶6的两端还设有金属压环7，金属压环7用于将靶6、靶座5固定；
所述磁钢旋转装置4包括磁钢安置底座41、磁钢42、冷却水进水管43、冷却水开孔44，冷却水进水管43焊接在磁钢安置底座41的底部，冷却水开孔44位于磁钢安置底座41内，并与冷却水进水管43相联通，冷却水进水管43向下一侧延伸出冷却池3、绝缘基座2作为驱动杆与控制磁钢旋转装置4旋转的外部旋转装置的相连接；
所述冷却池3的底部还设有阴极电极31、冷却水出水管32，并延延伸出绝缘基座2。
所述屏蔽罩1通过螺纹方式拧接在绝缘基座2的上方，屏蔽罩1采用导电金属材料制成，且屏蔽罩1的内壁到冷却池3、靶6和金属压环7的空隙距离在1-5mm之间，屏蔽罩1的罩体与大地相连接。
所述绝缘基座2采用聚四氟乙烯等绝缘材料制成，厚度为5-20mm，绝缘基座2设有开孔，用于阴极电极31、冷却水出水管32和冷却水进水管43通过，所述绝缘基座2的开孔与冷却水进水管43之间设有空隙，方便冷却水进水管43的旋转带动磁钢旋转装置4，绝缘基座2的开孔与阴极电极31、冷却水出水管32紧密接触，冷却水开孔44为两个。
所述冷却池3采用紫铜导体材料制成，冷却池3内壁与冷却水进水管43接触处的设有套接在冷却水进水管43的轴封套33，轴封套33用于保护冷却水进水管43，并形成动密封，冷却池3与绝缘基座2通过耐高温胶水或螺钉连接。
所述磁钢旋转装置4的上表面与靶座5下表面之间间隙为1-4mm，以保证磁钢旋转装置4在尽量靠近靶座5的同时能顺利旋转。
所述金属压环7采用紫铜或铝导体材料制成，为倒L形状，横侧边通过螺钉与靶6、靶座5相连，竖侧边与靶6的边缘间距为1-2mm。
如图2所示，所述磁钢42包括第一磁钢421和第二磁钢422，所述第一磁钢421和第二磁钢422通过卡接到磁钢安置底座41的上表面，并采用防水胶固定，所述第一磁钢421为圆柱体，并设有两块，对称分布在磁钢安置底座41的上表面，所述第二磁钢422为弧形体，并设有两条，对称分布在磁钢安置底座41的上表面，并位于两块第一磁钢421之间，两条第二磁钢422的中心的相外切，与对应侧的第一磁钢以同心圆分布，可近似为同心圆，其中第一磁钢421和第二磁钢422极性相反，磁钢安置底座41采用紫铜材料制成，厚度为30-100mm，设有用于卡接第一磁钢421和第二磁钢422的圆形深槽、弧形深槽。
本发明的旋转磁场平面阴极的工作过程如下，磁控溅射时，磁钢旋转装置4在外部旋转装置驱动力的作用下旋转扫描圆形平面的靶6，形成较宽的环形蚀刻跑道，与传统旋转圆形平面靶相比扩大了靶的均匀溅射面积，从而进一步提高靶材利用率和溅射速率，实现大面积均匀快速沉积薄膜。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：包括屏蔽罩（1）、绝缘基座（2）、冷却池（3）、磁钢旋转装置（4）、靶座（5）和靶（6），所述屏蔽罩（1）拧接在圆盘形状的绝缘基座（2）的上方，所述冷却池（3）设置在屏蔽罩（1）内，并固定在绝缘基座（2）的上方，所述冷却池（3）内悬置有磁钢旋转装置（4），所述靶座（5）固定在冷却池（3）的上方，且与冷却池（3）的接触面上设有橡胶密封圈（34），所述靶（6）通过导热硅胶贴合在靶座（5）的上方，所述靶（6）的周圈还设有金属压环（7），所述金属压环（7）用于将靶（6）、靶座（5）固定；
所述磁钢旋转装置（4）包括磁钢安置底座（41）、磁钢（42）、冷却水进水管（43）、冷却水开孔（44），所述冷却水进水管（43）焊接在磁钢安置底座（41）的底部，所述冷却水开孔（44）位于磁钢安置底座（41）内，并与冷却水进水管（43）相联通，所述冷却水进水管（43）向下一侧延伸出冷却池（3）、绝缘基座（2）作为驱动杆与控制磁钢旋转装置（4）旋转的外部旋转装置的相连接；
所述冷却池（3）的底部还设有阴极电极（31）、冷却水出水管（32），并延延伸出绝缘基座（2）。
2.根据权利要求1所述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述屏蔽罩（1）通过螺纹方式拧接在绝缘基座（2）的上方，所述屏蔽罩（1）采用导电金属材料制成，且屏蔽罩（1）的内壁到冷却池（3）、靶（6）和金属压环（7）的空隙距离在1-5mm之间，所述屏蔽罩（1）的罩体与大地相连接。
3.根据权利要求1所述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述绝缘基座（2）采用聚四氟乙烯制成，厚度为5-20mm，所述绝缘基座（2）设有开孔，用于阴极电极（31）、冷却水出水管（32）和冷却水进水管（43）通过，所述绝缘基座（2）的开孔与冷却水进水管（43）之间设有空隙，所述绝缘基座（2）的开孔与阴极电极（31）、冷却水出水管（32）紧密接触。
4.根据权利要求1所述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述冷却池（3）采用紫铜导体材料制成，所述冷却池（3）与冷却水进水管（43）接触处设有套接在冷却水进水管（43）上的轴封套（33），所述冷却池（3）与绝缘基座（2）通过耐高温胶水或螺钉连接。
5.根据权利要求1所述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述磁钢旋转装置（4）的上表面与靶座（5）下表面之间间隙为1-4mm。
6.根据权利要求1所述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述金属压环（7）采用紫铜或铝导体材料制成，为倒L形状，横侧边通过螺钉与靶（6）、靶座（5）相连，竖侧边与靶（6）的边缘间距为1-2mm。
7.根据权利要求1所述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述磁钢（42）包括极性相反的第一磁钢（421）和第二磁钢（422），所述第一磁钢（421）和第二磁钢（422）通过卡接到磁钢安置底座（41）的上表面，并采用防水胶固定并包封，所述第一磁钢（421）为圆柱体，并设有两块，对称分布在磁钢安置底座（41）的上表面，所述第二磁钢（422）为弧形体，并设有两条，对称分布在磁钢安置底座（41）的上表面，并位于两块第一磁钢（421）之间，两条第二磁钢（422）的中心相外切，并对应侧的第一磁钢（421）呈同心圆分布。
8.根据权利要求1或7所述的一种旋转磁场平面阴极，其特征在于：所述磁钢安置底座（41）采用紫铜材料制成，厚度为30-100mm，设有用于卡接第一磁钢（421）和第二磁钢（422）的圆形深槽、弧形深槽。
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