CN104278245A - 一种直接水冷的矩形平面靶结构 - Google Patents

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金浩
王德苗
李东滨
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Abstract

本发明公开了一种直接水冷的矩形平面靶结构，包括：冷却池、磁组件及矩形靶，矩形靶密封安装于冷却池的开口端，磁组件设置于冷却池内并且能够沿矩形靶所在平面方向往复运动；冷却池在远离开口端的底端设有：阴极电极、冷却水进水管及冷却水出水管。有益之处在于：磁组件在冷却池内作往复运动，从而使横向磁场在靶平面上均匀分布；采用全新的磁钢排列设计，使得均匀磁场的范围得以扩展至磁组件最大横移位置的外侧，从而增大了均匀溅射面积，提高了对靶材的有效利用。另外，本发明的冷却水直接与靶材接触，冷却更为直接，从而提高了靶材的导热效率，使靶材功率可以进一步的提高，实现了大面积均匀快速沉积薄膜。

Description

一种直接水冷的矩形平面靶结构
技术领域
本发明涉及一种矩形平面靶，具体涉及一种直接水冷的矩形平面靶结构，属于磁控溅射镀膜技术领域。
背景技术
磁控溅射装置具有镀膜速率快、低温沉积、无污染等优点，已被广泛应用于各种电子、装饰等镀膜领域。在各类靶材中，矩形平面靶由于靶材制作较为容易而被广泛地应用。但是，在实际应用中，传统的矩形平面靶存在两个重大的缺陷，一是靶材与磁组件之间固定不动，导致磁场在矩形靶靶面无法均匀分布，溅射蚀刻时容易出现V形蚀刻槽，从而使靶材利用率较低；二是靶材的冷却都通过间接的方式，即在靶材和冷却水之间有一层用于导电和导热的金属层，而且为了金属层与靶材之间的紧密接触还需要涂覆一层导热硅脂等材料，从而影响靶材的冷却，继而影响施加在靶材上的溅射电源功率的提高。上述缺陷影响了靶材的有效利用面积和靶材功率，因此亟需改进。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种直接水冷的矩形平面靶结构，能够改善和增强现有矩形平面靶的磁场分布和冷却系统，进而一方面提高靶材利用率和溅射速率，实现大面积均匀快速镀膜，另一方面能够改善靶材的冷却效果从而提高靶材功率。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种直接水冷的矩形平面靶结构，包括：冷却池、磁组件及矩形靶，所述矩形靶密封安装于冷却池的开口端，磁组件设置于冷却池内并且能够沿矩形靶所在平面方向往复运动；所述冷却池在远离开口端的底端设有：阴极电极、冷却水进水管及冷却水出水管，所述冷却池在垂直于开口端的侧壁上形成有一圈安装凸台。
优选地，前述冷却池由金属铜或铜合金制成，所述横移杆由不锈钢材料、金属铜或铜合金制成。
进一步地，本发明的矩形平面靶结构还包括：用于驱动矩形靶往复运动的驱动装置；前述冷却池的侧壁上形成一通孔，与驱动装置连接的横移杆经通孔伸入冷却池内并与磁组件固定连接，所述横移杆与冷却池的连接处设有轴封。
进一步地，前述矩形靶的上边缘压装一导电金属压环，通过若干导电非磁性螺钉将导电金属压环与冷却池固定连接，并且矩形靶与冷却池之间设有耐高温橡胶密封圈。
优选地，前述导电金属压环由金属铝、铝合金、金属铜或铜合金制成。
更进一步地，前述安装凸台上方设置有用于实现与真空腔体密封连接的绝缘安装法兰，所述绝缘安装法兰由聚四氟乙烯制成。
再进一步地，前述磁组件包括：不锈钢矩形腔体、密封于矩形腔体内的磁轭和容置于磁轭内的多个磁钢，所述磁轭内形成有若干条平行设置的凹槽用于放置和限位磁钢。
优选地，前述同一凹槽内的磁钢的极性排布方式一致，即全部S极朝上或全部N极朝上。
更优选地，前述磁轭采用铁磁性材料制成。
本发明的有益之处在于：磁组件在冷却池内作往复运动，且运动方向平行于矩形靶所在平面，从而使横向磁场在靶平面上均匀分布；采用全新的磁钢排列设计，即同一凹槽中的磁钢的极性排布方式全部一致，使得均匀磁场的范围得以扩展至磁组件最大横移位置的外侧，从而增大了均匀溅射面积，提高了对靶材的有效利用；而且，当靶材面积不大时，可以仅采用单列磁钢的形式以降低磁组件成本。另外，本发明的冷却水直接与靶材接触，冷却更为直接，从而提高了靶材的导热效率，使靶材功率可以进一步的提高。总的来说，本发明的靶结构与传统旋转矩形平面靶相比，扩大了靶的均匀溅射面积，提高了靶材利用率、溅射速率和溅射功率，实现了大面积均匀快速沉积薄膜。
附图说明
图1是本发明的一种直接水冷的矩形平面靶结构的一个优选实施例的结构示意图；
图2是图1所示实施例中磁组件的结构示意图。
图中附图标记的含义：1、冷却池，2、磁组件，3、横移杆，4、绝缘安装法兰，5、矩形靶，6、导电金属压环，7、导电非磁性螺钉，8、耐高温橡胶密封圈，11、阴极电极，12、冷却水进水管，13、冷却水出水管，14、轴封，15、安装凸台，21、矩形腔体，22、磁轭，23、磁钢，24、凹槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参见图1，本发明的一种直接水冷的矩形平面靶结构，总体来说，包括：冷却池1、磁组件2及矩形靶5三大构件。
其中，冷却池1是用于容纳冷却水的，优选由金属铜或铜合金制成，在远离开口端的底端设有：阴极电极11、冷却水进水管12及冷却水出水管13，一般来说，阴极电极11设置在冷却水进水管12和冷却水出水管13的中间，可采用螺钉等方式固定于冷却池1上。当然，冷却水进水管12和冷却水出水管13的位置安装位置不限于此，只要能够实现顺利进水和出水，同时结合冷却效率合理设置两者位置即可，一般都是对称设置的，除了设置于图1所示的底端，还可以设置在侧壁上。
为了将冷却池1与真空溅射腔体连接，在垂直于开口端的侧壁上形成有一圈安装凸台15，在安装凸台15上方设置有用于实现与真空腔体密封连接的绝缘安装法兰4，绝缘安装法兰4由聚四氟乙烯制成，并且在绝缘安装法兰4的安装面上嵌套有耐高温橡胶密封圈8。
矩形靶5密封安装于冷却池1的开口端，这样的话，冷却池1内的冷却水就能够与矩形靶5直接接触实现冷却，从而提高冷却效率，进而提高溅射功率。具体地，如图1所示，矩形靶5的上边缘压装一导电金属压环6，通过若干导电非磁性螺钉7将导电金属压环6与冷却池1固定连接，并且矩形靶5与冷却池1之间设有耐高温橡胶密封圈8，从而实现矩形靶5和冷却池1的密封导电连接。作为一种优选，导电金属压环6由金属铝、铝合金、金属铜或铜合金制成。
磁组件2设置于冷却池1内并且能够沿矩形靶5所在平面方向（即图1中箭头所示方向）往复运动。具体地，如图2所示，磁组件2包括：不锈钢矩形腔体21、密封于矩形腔体21内的磁轭22和容置于磁轭22内的多个磁钢23，磁轭22内形成有若干条平行设置的凹槽24用于放置和限位磁钢23。其中，磁轭22优选采用铁磁性材料（如纯铁）制成。凹槽24彼此之间的间距必然大于磁钢23的宽度，凹槽24的数量根据矩形靶5的靶材面积来设置，如果靶材面积不大，可以仅采用单列磁钢23的形式以降低磁组件2成本，图2中设置了三条凹槽24，这在实际使用过程中都是可以灵活应变的。
为了方便可靠地实现磁组件2的往复运动，本发明的矩形平面靶结构还包括一个驱动装置（如气缸，图中未示出），在冷却池1的侧壁上形成一通孔，与驱动装置连接的横移杆3经通孔伸入冷却池1内并与磁组件2固定连接（焊接或螺栓连接等），从而通过横移杆3带动磁组件2运动，在横移杆3与冷却池1的连接处设有轴封14以实现动态密封。具体地，驱动装置可选择气缸，横移杆3可由不锈钢材料、金属铜或铜合金制成，横移杆3与驱动装置的连接须采用电绝缘形式。
需要特别说明的是，本发明中同一凹槽24中的多个磁钢23的极性排布方式一致，即全部S极朝上或全部N极朝上，摒弃了现有技术中的SNS或NSN结构排列，这样一来，单条凹槽24和磁钢23组成一个独立的环形横向磁场，所以最大蚀刻速率区域在外侧磁钢23的外侧(单条时为磁钢23的两侧)，从而使得均匀蚀刻区域增大，不会因刻蚀不均而在矩形靶5上产生V形蚀刻槽，提高了靶材的利用率，减少浪费，实现大面积快速均匀镀膜。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，包括：冷却池、磁组件及矩形靶，所述矩形靶密封安装于冷却池的开口端，磁组件设置于冷却池内并且能够沿矩形靶所在平面方向往复运动；所述冷却池在远离开口端的底端设有：阴极电极、冷却水进水管及冷却水出水管，所述冷却池在垂直于开口端的侧壁上形成有一圈安装凸台。
2.根据权利要求1所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，所述冷却池由金属铜或铜合金制成，所述横移杆由不锈钢材料、金属铜或铜合金制成。
3.根据权利要求1所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，还包括一个用于驱动矩形靶往复运动的驱动装置；所述冷却池的侧壁上形成一通孔，与驱动装置连接的横移杆经通孔伸入冷却池内并与磁组件固定连接，所述横移杆与冷却池的连接处设有轴封。
4.根据权利要求1所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，所述矩形靶的上边缘压装一导电金属压环，通过若干导电非磁性螺钉将导电金属压环与冷却池固定连接，并且矩形靶与冷却池之间设有耐高温橡胶密封圈。
5.根据权利要求4所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，所述导电金属压环由金属铝、铝合金、金属铜或铜合金制成。
6.根据权利要求1所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，所述安装凸台上方设置有用于实现与真空腔体密封连接的绝缘安装法兰，所述绝缘安装法兰由聚四氟乙烯制成。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，所述磁组件包括：不锈钢矩形腔体、密封于矩形腔体内的磁轭和容置于磁轭内的多个磁钢，所述磁轭内形成有若干条平行设置的凹槽用于放置和限位磁钢。
8.根据权利要求7所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，所述同一凹槽内的磁钢的极性排布方式一致。
9.根据权利要求7所述的一种直接水冷的矩形平面靶结构，其特征在于，所述磁轭采用铁磁性材料制成。
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