CN104404463A - 一种平面磁控溅射靶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面磁控溅射靶，由法兰、压套、通水筒、励磁线圈、电工纯铁套筒、绝缘套筒、水嘴、压板、紧定螺钉、电工纯铁压杆、密封圈、垫圈、绝缘套、压环、螺栓、绝缘隔套、屏蔽罩、开槽沉头螺钉、压紧圈、钕铁硼永久磁铁柱、定位支架部件组成。该平面磁控溅射靶在屏蔽罩设计，励磁线圈、电工纯铁套筒和永久磁铁的结构布置，磁控溅射靶的磁场可调以及冷却结构设计等方面具有独到之处，解决了磁控溅射靶经常遇到的尖端放电、对磁性材料溅射率低以及冷却结构复杂等常见缺点，提高了靶材利用率。本发明结构简单、工作稳定可靠、磁场调节范围大、溅射效率高、维护方便且成本低，可广泛应用于真空磁控溅射镀膜设备上。

Description

一种平面磁控溅射靶
技术领域
本发明提供一种平面磁控溅射靶，属于真空溅射镀膜技术领域。
背景技术
磁控溅射是真空镀膜领域中一项重要镀膜技术，其具有低温、快速、低能耗、适用的基片和镀膜材料范围宽、膜层致密、光洁度高、结合力好等优点。磁控溅射镀膜主要是应用潘宁放电原理，通过在放电空间施加磁场，将带电粒子(电子、离子)束缚在放电空间，增加了带电粒子对中性原子(分子)的离化率，使辉光放电需要的气压和电压降低，同时靶材表面的磁场将二次电子束缚在靶材表面，增加二次电子对靶材表面的轰击，提高对靶材的溅射速率。
根据靶的结构、磁场安放位置，磁控溅射靶可以分为平面型靶、圆柱型靶、圆锥型靶、对向靶等；而根据磁场产生的方式可以分为永磁靶和电磁靶。靶的结构、磁场强度及分布是磁控溅射靶设计的两个重要因素，其决定了磁控溅射靶的效率和镀膜质量。目前，磁控溅射靶材利用率相对较低，对磁控溅射靶进行科学合理地设计，可有效提高靶材利用率并改善镀膜质量。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对磁控溅射靶材利用率相对较低，需要对磁控溅射靶进行科学合理地设计，以有效提高靶材利用率并改善镀膜质量的问题，提供了一种平面磁控溅射靶，该平面磁控溅射靶具有结构简单、工作稳定可靠、磁场调节范围大、溅射效率高、维护方便以及成本低等优点。
本发明的技术方案如下：
一种平面磁控溅射靶，其特征在于它是由法兰1、压套2、通水筒3、励磁线圈4、电工纯铁套筒5、绝缘套筒6、水嘴7、压板8、紧定螺钉9、电工纯铁压杆10、密封圈11、垫圈12、绝缘套13、压环14、螺栓15、绝缘隔套16、屏蔽罩17、开槽沉头螺钉18、压紧圈19、钕铁硼永久磁铁柱20和定位支架21所组成，其中定位支架21大端向下水平放置于法兰1中央的圆形深凹槽中；电工纯铁套筒5和定位支架21被固定在法兰1中央的圆形深凹槽内；钕铁硼永久磁铁柱20叠放于绝缘套筒6内，钕铁硼永久磁铁柱20一端插入定位支架21中心的通孔中，并且其插入端端面与法兰1接触，压板8大端向下水平放置于电工纯铁套筒5和绝缘套筒6上端，电工纯铁压杆10小端向下穿过压板8中心部位的通孔插入绝缘套筒6中，压紧钕铁硼永久磁铁柱20，通过紧定螺钉9将压板8和电工纯铁压杆10紧固；将通水筒3直接套在电工纯铁套筒5外，并使其一端嵌入法兰1的环形凹槽中；水嘴7与通水筒3通过螺纹连接，接头处采用密封圈11密封；对开的阶梯环形压套2扣在通水筒3的环形凹槽中，并通过螺栓15将通水筒3压紧固定在法兰1上，通水筒3与法兰1接头处以密封圈密封；法兰1通过压环14压紧，由螺栓15紧固到真空室上，法兰1与真空室之间以绝缘隔套16进行绝缘，螺栓15与压环14和法兰1之间以绝缘套13进行绝缘，法兰1与绝缘隔套16的端面接头处以及绝缘隔套16与真空室壁端面接头处均以密封圈11密封；靶材22放置在法兰1一侧中间的浅凹槽内，通过压紧圈19压紧，由开槽沉头螺钉18固定在法兰1上；屏蔽罩17置于靶材22四周上方1-3mm处，通过螺栓15固定在真空室壁上，屏蔽罩17中心孔的中心线与靶材中心线重合；励磁线圈4直接套在通水筒3上。
所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于：
(1)所述的绝缘隔套16采用可在真空下使用的耐热绝缘材料制作，所述的法兰1采用导热性好的顺磁或抗磁性金属材料制作。
(2)所述的法兰1整体外轮廓呈圆柱台阶状，法兰1小端的端面中心部位有一用于放置靶材22的圆形浅凹槽；法兰1另一端的中央部位有一用于放置电工纯铁套筒5、定位支架21、钕铁硼永久磁铁柱20、绝缘套筒6的圆形深凹槽，在此圆形深凹槽外侧相邻处加工有一用作冷却通道的环形凹槽，环形凹槽内、外侧于法兰1端面处均加工有一个用于冷却介质密封的密封圈槽；法兰1与绝缘隔套16接触的端面处有一用于真空密封的密封圈槽。
(3)所述的通水筒3筒壁上沿与壁厚垂直的方向钻有二个成180度对称分布的孔，分别用于冷却媒介的输入和输出，通水筒3上部内孔处有螺纹，水嘴7与通水筒3通过螺纹连接，通水筒3下端面处有一环形凸台，该凸台可嵌入法兰1环形凹槽中，通水筒3下部外侧壁有一环形凹槽，将压套2的一侧卡入该环形凹槽后，用螺栓15将压套2与法兰1紧固。
(4)靶材22放置在法兰1顶部，用压紧圈19卡住靶材22，通过开槽沉头螺钉18将压紧圈19紧固。
(5)所述励磁线圈4是暴露在大气环境中，无需额外的冷却装置。
(6)所述钕铁硼永久磁铁柱20不直接与靶材22接触，避免了由于靶材在溅射时温升对永久磁铁的退磁效应。
(7)所述屏蔽罩17设置在靶材22四周上方1-3mm处，并使屏蔽罩17与法兰1绝缘。
(8)所述的水嘴7、通水筒3、密封圈11、法兰1上的环形凹槽组合于一起所形成的冷却通道与钕铁硼永久磁铁柱20完全分隔开，使钕铁硼永久磁铁柱20不与冷却媒介接触，避免了钕铁硼永久磁铁柱20被冷却媒介腐蚀。
(9)所述的钕铁硼永久磁铁柱20和电工纯铁压杆10位于电工纯铁套筒5内侧，励磁线圈4位于电工纯铁套筒5外侧，且钕铁硼永久磁铁柱20、电工纯铁压杆10、电工纯铁套筒5、励磁线圈4中心线重合，这种布置可有效避免溅射磁性材料时容易产生的磁短路现象，对磁性材料也有很高的溅射效率。
(10)所述的励磁线圈4中的电流连续可调、钕铁硼永久磁铁柱20的大小可改变，靶材22溅射区域随励磁线圈4中电流以及钕铁硼永久磁铁柱20大小的变化而改变，有效提高了靶材的利用率。
有益效果：
本平面磁控溅射靶内部设有一个独立的冷却通道，使钕铁硼永久磁铁柱不与冷却媒介接触，避免了永久磁铁柱被冷却媒介腐蚀；靶材设置在法兰顶部，通过压紧圈固定，靶材的冷却简单可靠；励磁线圈暴露在大气中无需额外的冷却装置；钕铁硼永久磁铁柱不直接与靶材接触，避免了由于靶材在溅射时温升对永久磁铁的退磁效应；屏蔽罩设置在溅射靶材四周上方1-3mm处并与法兰绝缘，可以有效的抑制尖端放电，使靶工作稳定；钕铁硼永久磁铁柱，电工纯铁套筒和励磁线圈布置合理，有效的避免了溅射磁性材料时容易产生的磁短路现象，对磁性材料也有很高的溅射效率；通过改变励磁线圈中的励磁电流以及溅射靶中心部位的钕铁硼永久磁铁柱，可以调整磁场位形分布，改变靶材溅射区域，提高靶材的利用率。本发明结构简单、工作稳定可靠、磁场调节范围大、溅射效率高、维护方便、成本低廉，可广泛应用于真空磁控溅射镀膜设备上。
附图说明
图1一种平面磁控溅射靶装配示意图；
图2一种平面磁控溅射靶的法兰示意图，其中(a)为法兰A-A剖面图，(b)为法兰俯视图；
图3一种平面磁控溅射靶的压套示意图，其中(a)为压套A-A方向正视图，(b)为压套俯视图；
图4一种平面磁控溅射靶的通水筒示意图，其中(a)为通水筒A-A剖面图，(b)为通水筒俯视图；
图5一种平面磁控溅射靶的电工纯铁套筒示意图，其中(a)为电工纯铁套筒正视图，(b)为电工纯铁套筒俯视图；
图6一种平面磁控溅射靶的绝缘套筒示意图，其中(a)为绝缘套筒正视图，(b)为绝缘套筒俯视图；
图7一种平面磁控溅射靶的水嘴示意图，其中(a)为水嘴A-A剖面图，(b)为水嘴俯视图；
图8一种平面磁控溅射靶的压板示意图，其中(a)为压板A-A剖面图，(b)为压板俯视图；
图9一种平面磁控溅射靶的电工纯铁压杆示意图，其中(a)为电工纯铁压杆正视图，(b)为电工纯铁俯视图；
图10一种平面磁控溅射靶的绝缘套示意图，其中(a)为绝缘套正视图，(b)为绝缘套俯视图；
图11一种平面磁控溅射靶的压环示意图，其中(a)为压环A-A剖面图，(b)为压环俯视图；
图12一种平面磁控溅射靶的绝缘隔套示意图，其中(a)为绝缘隔套正视图，(b)为绝缘隔套俯视图；
图13一种平面磁控溅射靶的屏蔽罩示意图，其中(a)为屏蔽罩A-A剖面图，(b)为屏蔽罩俯视图；
图14一种平面磁控溅射靶的压紧圈示意图，其中(a)为压紧圈A-A剖面图，(b)为压紧圈俯视图；
图15一种平面磁控溅射靶的定位支架示意图，其中(a)为定位支架正视图，(b)为定位支架俯视图。
附图标记：
1-法兰，2-压套，3-通水筒，4-励磁线圈，5-电工纯铁套筒，6-绝缘套筒，7-水嘴，8-压板，9-紧定螺钉，10-电工纯铁压杆，11-密封圈，12-垫圈，13-绝缘套，14-压环，15-螺栓，16-绝缘隔套，17-屏蔽罩，18-开槽沉头螺钉，19-压紧圈，20-钕铁硼永久磁铁柱，21-定位支架，22-靶材。
具体实施方式
实施例1：
一种平面磁控溅射靶，其特征在于它是由法兰1、压套2、通水筒3、励磁线圈4、电工纯铁套筒5、绝缘套筒6、水嘴7、压板8、紧定螺钉9、电工纯铁压杆10、密封圈11、垫圈12、绝缘套13、压环14、螺栓15、绝缘隔套16、屏蔽罩17、开槽沉头螺钉18、压紧圈19、钕铁硼永久磁铁柱20和定位支架21所组成，其中定位支架21大端向下水平放置于法兰1中央的圆形深凹槽中；电工纯铁套筒5和定位支架21被固定在法兰1中央的圆形深凹槽内；钕铁硼永久磁铁柱20叠放于绝缘套筒6内，钕铁硼永久磁铁柱20一端插入定位支架21中心的通孔中，并且其插入端端面与法兰1接触，压板8大端向下水平放置于电工纯铁套筒5和绝缘套筒6上端，电工纯铁压杆10小端向下穿过压板8中心部位的通孔插入绝缘套筒6中，压紧钕铁硼永久磁铁柱20，通过紧定螺钉9将压板8和电工纯铁压杆10紧固；将通水筒3直接套在电工纯铁套筒5外，并使其一端嵌入法兰1的环形凹槽中；水嘴7与通水筒3通过螺纹连接，接头处采用密封圈11密封；对开的阶梯环形压套2扣在通水筒3的环形凹槽中，并通过螺栓15将通水筒3压紧固定在法兰1上，通水筒3与法兰1接头处以密封圈密封；法兰1通过压环14压紧，由螺栓15紧固到真空室上，法兰1与真空室之间以绝缘隔套16进行绝缘，螺栓15与压环14和法兰1之间以绝缘套13进行绝缘，法兰1与绝缘隔套16的端面接头处以及绝缘隔套16与真空室壁端面接头处均以密封圈11密封；靶材放置在法兰1另一侧中间的浅凹槽内，通过压紧圈19压紧，由开槽沉头螺钉18固定在法兰1上；屏蔽罩17置于靶材四周上方1-3mm处，通过螺栓15固定在真空室壁上，屏蔽罩中心孔的中心线与靶材中心线重合；励磁线圈4直接套在通水筒3上。
所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述的绝缘隔套16采用可以在真空下使用的耐热绝缘材料制作，所述的法兰1采用导热性好的顺磁或抗磁性金属材料制作；所述的法兰1整体外轮廓呈圆柱台阶状，法兰1小端的端面中心部位有一用于放置靶材22的圆形浅凹槽，法兰1另一端的中央部位有一用于放置电工纯铁套筒5、定位支架21、钕铁硼永久磁铁柱20、绝缘套筒6的圆形深凹槽，在此圆形深凹槽外侧相邻处加工有一用作冷却通道的环形凹槽，环形凹槽内、外侧于法兰1端面处均加工有一个用于冷却介质密封的密封圈槽，法兰1与绝缘隔套16接触的端面处有一用于真空密封的密封圈槽；所述的通水筒3筒壁上沿与壁厚垂直的方向钻有二个成180度对称分布的孔，分别用于冷却媒介的输入和输出，通水筒3上部内孔处有螺纹，水嘴7与通水筒3通过螺纹连接，通水筒3下端面处有一环形凸台，该凸台可嵌入法兰1环形凹槽中，通水筒3下部外侧壁有一环形凹槽，将压套2的一侧卡入该环形凹槽后，用螺栓15将压套2与法兰1紧固；靶材22放置在法兰1顶部，用压紧圈19卡住靶材22，通过开槽沉头螺钉18将压紧圈19紧固；所述励磁线圈4是暴露在大气环境中，无需额外的冷却装置；所述钕铁硼永久磁铁柱20不直接与靶材22接触，避免了由于靶材在溅射时温升对永久磁铁的退磁效应；所述屏蔽罩17设置在靶材22四周上方1-3mm处，并使屏蔽罩17与法兰1绝缘。
其中：
①采用聚四氟乙烯加工绝缘套和绝缘隔套，绝缘套和绝缘隔套均为通底、二级阶梯圆柱筒形。绝缘套的总高度为21.5mm，中心孔直径为Φ6mm，小端圆柱筒外径为Φ10mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ20mm和3.5mm。绝缘隔套的总高度为35mm，中心孔直径为Φ132mm，小端圆柱筒外径为Φ150mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ175mm和5mm。
②采用酚醛树脂加工压环，压环呈环形，其内径与外径分别为Φ146mm和Φ205mm，高度为8mm，以Φ185mm为圆心线，均布有8个Φ10mm的孔。
③采用尼龙加工定位支架、绝缘套筒、通水筒和压板。定位支架为通底、二级阶梯圆柱筒形，总高度为9mm，中心孔直径为Φ30mm，小端圆柱筒外径为Φ49mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ55mm和2mm。绝缘套筒高度为130mm，内径为Φ30mm，外径为Φ38mm。通水筒总高度为105mm，内径和外径分别为Φ60mm和Φ102mm；其端面环形凸台的高度、内径和外径分别为2mm、Φ72mm和Φ88mm；外侧壁上环形凹槽的深度为5mm，环形凹槽两侧边距通水筒环形凸台端面的距离分别为7mm和11mm；筒壁上的两孔呈180度对称分布，两孔的中心线距离为80mm，其与水嘴连接的部分呈螺纹孔，螺纹孔的孔径和长度分别为M12mm和36mm，孔的其余部分为光孔，直径为Φ6mm。压板的总高度为16mm，大端圆柱筒外径、内径和高度分别为Φ56mm、Φ30mm和5.5mm，小端圆柱筒外径和内径分别为Φ38mm和Φ32mm，小端筒壁左右两侧钻有M4的螺纹通孔，孔中心线距大端外端面10mm。
④采用铝加工水嘴，水嘴呈管状，总长为52.5mm，其内部中心通孔孔径为Φ6mm，水嘴外壁除接近中间部位有一段长为5mm、直径为Φ22mm的光滑部分外，其余部分均加工有M12mm的螺纹，水嘴外壁螺纹较长的一端与通水筒连接，该段螺纹长度为32.5mm。
⑤采用电工纯铁加工电工纯铁压杆和电工纯铁套筒。电工纯铁压杆为二级阶梯圆柱形，总长为119mm，小端圆柱直径和长度分别为Φ30mm和90mm，大端圆柱直径为Φ40mm。电工纯铁套筒呈通底圆柱筒状，其外径、内径和高度分别为Φ60mm、Φ50mm和139mm，其一端底部加工有一环形凹台，凹台内径、外径和凹台平面距该端端面距离分别为Φ50mm、Φ55mm和2mm。
⑥采用铝加工压套和法兰。压套呈对开的二级阶梯环形，环外径为Φ136mm，总高度为7mm，环内径分别为Φ93mm和Φ102mm，其中内径较小的环高度为3mm，在环壁上以Φ118mm为圆心线，均布有6个Φ6mm的通孔。法兰总高度为43mm，大端圆柱直径和高度分别为Φ175mm和8mm，小端圆柱直径为Φ132mm；小端的端面中心部位用于放置靶材的圆形浅凹槽直径和深度分别为Φ69mm和2mm，在小端端面处以Φ100mm为圆心线加工有8个均布的M4×10mm的螺纹孔；法兰另一端中央部位的圆形深凹槽直径和深度分别为Φ60mm和36mm，在此圆形深凹槽外侧相邻处用作冷却通道的环形凹槽的内径、外径和深度分别为Φ72mm、Φ89mm和30mm，环形凹槽内、外侧于法兰端面处加工有用于冷却介质密封的密封圈槽，内侧的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ63mm、Φ69mm和2mm，外侧的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ92mm、Φ98mm和2mm，在法兰该端端面处以Φ118mm为圆心线加工有6个均布的M6×12mm的螺纹孔，法兰大端与绝缘隔套接触的端面处用于真空密封的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ155mm、Φ171mm和4.5mm。
⑦采用1Cr18Ni9Ti不锈钢加工屏蔽罩和压紧圈。屏蔽罩呈带边缘的通底薄壁圆柱筒状，壁厚为3mm，筒的内径为Φ155mm，筒边缘外径为Φ180mm，筒底中心部位的孔径为Φ62mm，筒边缘上以Φ172mm为圆心线均布有6个Φ3mm的孔。压紧圈为二级阶梯环形，环外径为Φ114mm，总高度为6.5mm，环内径分别为Φ64mm和Φ69mm，其中内径较大的环高度为3mm，在环壁上以Φ100mm为圆心线，均布有8个二级阶梯状通孔，孔上部分为Φ10mm×3mm，孔下部分为Φ4mm。
⑧励磁线圈采用0.2mm的细铜线绕制而成。
⑨所述平面磁控溅射靶中采用的密封圈均为O形橡胶密封圈，水嘴与通水筒连接接头处的密封圈为11.8×1.8-G-N-GB/T3452.1-2005，通水筒与法兰接头处的密封圈为92.5×2.65-G-N-GB/T3452.1-2005和63×2.65-G-N-GB/T3452.1-2005，法兰与绝缘隔套端面的接头处以及绝缘隔套与真空室壁端面接头处的密封圈为155×5.3-G-N-GB/T3452.1-2005。
⑩压套与法兰之间的连接螺栓为六角头螺栓M6×16mm，压环与真空室之间的连接螺栓为六角头螺栓M6×30mm，压紧圈与法兰之间的连接螺钉为开槽沉头螺钉M4×12mm，屏蔽罩与真空室之间的连接螺栓为六角头螺栓M3×6mm。
该平面磁控溅射靶的励磁线圈的励磁电流在0～1000mA范围内可调。采用该平面磁控溅射靶进行真空镀膜，溅射靶工作稳定可靠、溅射效率和靶材利用率高，膜层质量好。利用该平面磁控溅射靶对Φ68mm×5mm的La0.7Sr0.3MnO3靶进行溅射沉积，通过调节励磁电流可以使靶的溅射区域在Φ10mm～Φ62mm之间变化，当励磁电流为550mA时，La0.7Sr0.3MnO3靶起辉区域最小可以控制到Φ10mm，靶材利用率可达到81％，该利用率值远远高于通常的靶材利用率值(20％-28％)。当La0.7Sr0.3MnO3靶厚为5mm，溅射电流为400mA，溅射气压为0.1Pa，溅射气体为25vol.％O2+75vol.％Ar，靶与基体间距为100mm时，La0.7Sr0.3MnO3薄膜的沉积速率为0.7μm/h。采用该平面磁控溅射靶对金属Ti、Al、Ag、Mg、Cu和Fe靶进行溅射真空镀膜，这些金属靶的利用率均超过50％。当溅射气压为0.1Pa、溅射气体为Ar、靶与基体间距为100mm时：靶厚5mm，溅射电流650mA时，Ti和Al的薄膜沉积速率均为3μm/h；靶厚5mm，溅射电流250mA时，Ag和Mg的薄膜沉积速率为分别为2μm/h和4.5μm/h；靶厚5mm，溅射电流400mA时，Cu的薄膜沉积速率为2μm/h；靶厚0.5mm，溅射电流400mA时，Fe的薄膜沉积速率为1μm/h。
实施例2：
一种平面磁控溅射靶，结构同实施例1。
其中：
①采用聚四氟乙烯加工绝缘套和绝缘隔套，绝缘套和绝缘隔套均为通底、二级阶梯圆柱筒形。绝缘套的总高度为21.5mm，中心孔直径为Φ6mm，小端圆柱筒外径为Φ10mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ20mm和3.5mm。绝缘隔套的总高度为35mm，中心孔直径为Φ132mm，小端圆柱筒外径为Φ150mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ175mm和5mm。
②采用酚醛树脂加工压环，压环呈环形，其内径与外径分别为Φ146mm和Φ205mm，高度为8mm，以Φ185mm为圆心线，均布有8个Φ10mm的孔。
③采用尼龙加工定位支架、绝缘套筒、通水筒和压板。定位支架为通底、二级阶梯圆柱筒形，总高度为9mm，中心孔直径为Φ30mm，小端圆柱筒外径为Φ49mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ55mm和2mm。绝缘套筒高度为130mm，内径为Φ30mm，外径为Φ38mm。通水筒总高度为105mm，内径和外径分别为Φ60mm和Φ102mm；其端面环形凸台的高度、内径和外径分别为2mm、Φ72mm和Φ88mm；外侧壁上环形凹槽的深度为5mm，环形凹槽两侧边距通水筒环形凸台端面的距离分别为7mm和11mm；筒壁上的两孔呈180度对称分布，两孔的中心线距离为80mm，其与水嘴连接的部分呈螺纹孔，螺纹孔的孔径和长度分别为M12mm和36mm，孔的其余部分为光孔，直径为Φ6mm。压板的总高度为16mm，大端圆柱筒外径、内径和高度分别为Φ56mm、Φ30mm和5.5mm，小端圆柱筒外径和内径分别为Φ38mm和Φ32mm，小端筒壁左右两侧钻有M4的螺纹通孔，孔中心线距大端外端面10mm。
④采用奥氏体不锈钢加工水嘴，水嘴呈管状，总长为52.5mm，其内部中心通孔孔径为Φ6mm，水嘴外壁除接近中间部位有一段长为5mm、直径为Φ22mm的光滑部分外，其余部分均加工有M12mm的螺纹，水嘴外壁螺纹较长的一端与通水筒连接，该段螺纹长度为32.5mm。
⑤采用电工纯铁加工电工纯铁压杆和电工纯铁套筒。电工纯铁压杆为二级阶梯圆柱形，总长为119mm，小端圆柱直径和长度分别为Φ30mm和90mm，大端圆柱直径为Φ40mm。电工纯铁套筒呈通底圆柱筒状，其外径、内径和高度分别为Φ60mm、Φ50mm和139mm，其一端底部加工有一环形凹台，凹台内径、外径和凹台平面距该端端面距离分别为Φ50mm、Φ55mm和2mm。
⑥采用奥氏体不锈钢加工压套和法兰。压套呈对开的二级阶梯环形，环外径为Φ136mm，总高度为7mm，环内径分别为Φ93mm和Φ102mm，其中内径较小的环高度为3mm，在环壁上以Φ118mm为圆心线，均布有6个Φ6mm的通孔。法兰总高度为43mm，大端圆柱直径和高度分别为Φ175mm和8mm，小端圆柱直径为Φ132mm；小端的端面中心部位用于放置靶材的圆形浅凹槽直径和深度分别为Φ69mm和2mm，在小端端面处以Φ100mm为圆心线加工有8个均布的M4×10mm的螺纹孔；法兰另一端中央部位的圆形深凹槽直径和深度分别为Φ60mm和36mm，在此圆形深凹槽外侧相邻处用作冷却通道的环形凹槽的内径、外径和深度分别为Φ72mm、Φ89mm和30mm，环形凹槽内、外侧于法兰端面处加工有用于冷却介质密封的密封圈槽，内侧的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ63mm、Φ69mm和2mm，外侧的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ92mm、Φ98mm和2mm，在法兰该端端面处以Φ118mm为圆心线加工有6个均布的M6×12mm的螺纹孔，法兰大端与绝缘隔套接触的端面处用于真空密封的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ155mm、Φ171mm和4.5mm。
⑦采用奥氏体不锈钢加工屏蔽罩和压紧圈。屏蔽罩呈带边缘的通底薄壁圆柱筒状，壁厚为3mm，筒的内径为Φ155mm，筒边缘外径为Φ180mm，筒底中心部位的孔径为Φ62mm，筒边缘上以Φ172mm为圆心线均布有6个Φ3mm的孔。压紧圈为二级阶梯环形，环外径为Φ114mm，总高度为6.5mm，环内径分别为Φ64mm和Φ69mm，其中内径较大的环高度为3mm，在环壁上以Φ100mm为圆心线，均布有8个二级阶梯状通孔，孔上部分为Φ10mm×3mm，孔下部分为Φ4mm。
⑧励磁线圈采用0.2mm的细铜线绕制而成。
⑨所述平面磁控溅射靶中采用的密封圈均为O形橡胶密封圈，水嘴与通水筒连接接头处的密封圈为11.8×1.8-G-N-GB/T3452.1-2005，通水筒与法兰接头处的密封圈为92.5×2.65-G-N-GB/T3452.1-2005和63×2.65-G-N-GB/T3452.1-2005，法兰与绝缘隔套端面的接头处以及绝缘隔套与真空室壁端面接头处的密封圈为155×5.3-G-N-GB/T3452.1-2005。
⑩压套与法兰之间的连接螺栓为六角头螺栓M6×16mm，压环与真空室之间的连接螺栓为六角头螺栓M6×30mm，压紧圈与法兰之间的连接螺钉为开槽沉头螺钉M4×12mm，屏蔽罩与真空室之间的连接螺栓为六角头螺栓M3×6mm。
该平面磁控溅射靶的励磁线圈的励磁电流在0～1000mA范围内可调。采用该平面磁控溅射靶进行真空镀膜，溅射靶工作稳定可靠、溅射效率和靶材利用率高，膜层质量好。通过调节励磁电流(0～1000mA)可以大范围改变靶材溅射区域的大小，靶材起辉区域最小可以控制到Φ10mm，靶材利用率超过50％，该利用率值远远高于通常的靶材利用率值(20％-28％)。采用该平面磁控溅射靶进行真空镀膜，当溅射气压为0.1Pa、溅射气体为Ar、靶与基体间距为100mm时：溅射电流为700mA，Ti和Al靶厚为5mm时，Ti和Al的薄膜沉积速率均为3μm/h；溅射电流为300mA，Ag靶厚为5mm时，Ag的薄膜沉积速率为2μm/h；溅射电流为600mA，Ni靶厚为3mm时，Ni的薄膜沉积速率为1.5μm/h。
实施例3：
一种平面磁控溅射靶，结构同实施例1。
其中：
①采用聚四氟乙烯加工绝缘套和绝缘隔套，绝缘套和绝缘隔套均为通底、二级阶梯圆柱筒形。绝缘套的总高度为21.5mm，中心孔直径为Φ6mm，小端圆柱筒外径为Φ10mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ20mm和3.5mm。绝缘隔套的总高度为35mm，中心孔直径为Φ132mm，小端圆柱筒外径为Φ150mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ175mm和5mm。
②采用酚醛树脂加工压环，压环呈环形，其内径与外径分别为Φ146mm和Φ205mm，高度为8mm，以Φ185mm为圆心线，均布有8个Φ10mm的孔。
③采用尼龙加工定位支架、绝缘套筒、通水筒和压板。定位支架为通底、二级阶梯圆柱筒形，总高度为9mm，中心孔直径为Φ30mm，小端圆柱筒外径为Φ49mm，大端圆柱筒外径和高度分别为Φ55mm和2mm。绝缘套筒高度为130mm，内径为Φ30mm，外径为Φ38mm。通水筒总高度为105mm，内径和外径分别为Φ60mm和Φ102mm；其端面环形凸台的高度、内径和外径分别为2mm、Φ72mm和Φ88mm；外侧壁上环形凹槽的深度为5mm，环形凹槽两侧边距通水筒环形凸台端面的距离分别为7mm和11mm；筒壁上的两孔呈180度对称分布，两孔的中心线距离为80mm，其与水嘴连接的部分呈螺纹孔，螺纹孔的孔径和长度分别为M12mm和36mm，孔的其余部分为光孔，直径为Φ6mm。压板的总高度为16mm，大端圆柱筒外径、内径和高度分别为Φ56mm、Φ30mm和5.5mm，小端圆柱筒外径和内径分别为Φ38mm和Φ32mm，小端筒壁左右两侧钻有M4的螺纹通孔，孔中心线距大端外端面10mm。
④采用铝合金加工水嘴，水嘴呈管状，总长为52.5mm，其内部中心通孔孔径为Φ6mm，水嘴外壁除接近中间部位有一段长为5mm、直径为Φ22mm的光滑部分外，其余部分均加工有M12mm的螺纹，水嘴外壁螺纹较长的一端与通水筒连接，该段螺纹长度为32.5mm。
⑤采用电工纯铁加工电工纯铁压杆和电工纯铁套筒。电工纯铁压杆为二级阶梯圆柱形，总长为119mm，小端圆柱直径和长度分别为Φ30mm和90mm，大端圆柱直径为Φ40mm。电工纯铁套筒呈通底圆柱筒状，其外径、内径和高度分别为Φ60mm、Φ50mm和139mm，其一端底部加工有一环形凹台，凹台内径、外径和凹台平面距该端端面距离分别为Φ50mm、Φ55mm和2mm。
⑥采用铝合金加工压套和法兰。压套呈对开的二级阶梯环形，环外径为Φ136mm，总高度为7mm，环内径分别为Φ93mm和Φ102mm，其中内径较小的环高度为3mm，在环壁上以Φ118mm为圆心线，均布有6个Φ6mm的通孔。法兰总高度为43mm，大端圆柱直径和高度分别为Φ175mm和8mm，小端圆柱直径为Φ132mm；小端的端面中心部位用于放置靶材的圆形浅凹槽直径和深度分别为Φ69mm和2mm，在小端端面处以Φ100mm为圆心线加工有8个均布的M4×10mm的螺纹孔；法兰另一端中央部位的圆形深凹槽直径和深度分别为Φ60mm和36mm，在此圆形深凹槽外侧相邻处用作冷却通道的环形凹槽的内径、外径和深度分别为Φ72mm、Φ89mm和30mm，环形凹槽内、外侧于法兰端面处加工有用于冷却介质密封的密封圈槽，内侧的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ63mm、Φ69mm和2mm，外侧的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ92mm、Φ98mm和2mm，在法兰该端端面处以Φ118mm为圆心线加工有6个均布的M6×12mm的螺纹孔，法兰大端与绝缘隔套接触的端面处用于真空密封的密封圈槽内径、外径和深度分别为Φ155mm、Φ171mm和4.5mm。
⑦采用1Cr18Ni9Ti不锈钢加工屏蔽罩和压紧圈。屏蔽罩呈带边缘的通底薄壁圆柱筒状，壁厚为3mm，筒的内径为Φ155mm，筒边缘外径为Φ180mm，筒底中心部位的孔径为Φ62mm，筒边缘上以Φ172mm为圆心线均布有6个Φ3mm的孔。压紧圈为二级阶梯环形，环外径为Φ114mm，总高度为6.5mm，环内径分别为Φ64mm和Φ69mm，其中内径较大的环高度为3mm，在环壁上以Φ100mm为圆心线，均布有8个二级阶梯状通孔，孔上部分为Φ10mm×3mm，孔下部分为Φ4mm。
⑧励磁线圈采用0.2mm的细铜线绕制而成。
⑨所述平面磁控溅射靶中采用的密封圈均为O形橡胶密封圈，水嘴与通水筒连接接头处的密封圈为11.8×1.8-G-N-GB/T3452.1-2005，通水筒与法兰接头处的密封圈为92.5×2.65-G-N-GB/T3452.1-2005和63×2.65-G-N-GB/T3452.1-2005，法兰与绝缘隔套端面的接头处以及绝缘隔套与真空室壁端面接头处的密封圈为155×5.3-G-N-GB/T3452.1-2005。
⑩压套与法兰之间的连接螺栓为六角头螺栓M6×16mm，压环与真空室之间的连接螺栓为六角头螺栓M6×30mm，压紧圈与法兰之间的连接螺钉为开槽沉头螺钉M4×12mm，屏蔽罩与真空室之间的连接螺栓为六角头螺栓M3×6mm。
该平面磁控溅射靶的励磁线圈的励磁电流在0～1000mA范围内可调。采用该平面磁控溅射靶进行真空镀膜，溅射靶工作稳定可靠、溅射效率和靶材利用率高，膜层质量好。通过调节励磁电流(0～1000mA)可以大范围改变靶材溅射区域的大小，靶材起辉区域最小可以控制到Φ10mm，靶材利用率超过50％，该利用率值远远高于通常的靶材利用率值(20％-28％)。采用该平面磁控溅射靶进行真空镀膜，当溅射气压为0.1Pa、溅射气体为Ar、靶与基体间距为100mm时：溅射电流为650mA，Ti、Al靶厚为5mm时，Ti和Al的薄膜沉积速率均为3μm/h；溅射电流为250mA，Ag靶厚为5mm时，Ag的薄膜沉积速率为2μm/h；溅射电流为600mA，Ni靶厚为3mm时，Ni的薄膜沉积速率为1.5μm/h；溅射电流为400mA，Fe靶厚为0.5mm时，Fe的薄膜沉积速率为1μm/h。

Claims (11)

1.一种平面磁控溅射靶，其特征在于它是由法兰（1）、压套（2）、通水筒（3）、励磁线圈（4）、电工纯铁套筒（5）、绝缘套筒（6）、水嘴（7）、压板（8）、紧定螺钉（9）、电工纯铁压杆（10）、密封圈（11）、垫圈（12）、绝缘套（13）、压环（14）、螺栓（15）、绝缘隔套（16）、屏蔽罩（17）、开槽沉头螺钉（18）、压紧圈（19）、钕铁硼永久磁铁柱（20）和定位支架（21）所组成，其中定位支架（21）大端向下水平放置于法兰（1）中央的圆形深凹槽中；电工纯铁套筒（5）和定位支架（21）被固定在法兰（1）中央的圆形深凹槽内；钕铁硼永久磁铁柱（20）叠放于绝缘套筒（6）内，钕铁硼永久磁铁柱（20）一端插入定位支架（21）中心的通孔中，并且其插入端端面与法兰（1）接触，压板（8）大端向下水平放置于电工纯铁套筒（5）和绝缘套筒（6）上端，电工纯铁压杆（10）小端向下穿过压板（8）中心部位的通孔插入绝缘套筒（6）中，压紧钕铁硼永久磁铁柱（20），通过紧定螺钉（9）将压板（8）和电工纯铁压杆（10）紧固；将通水筒（3）直接套在电工纯铁套筒（5）外，并使其一端嵌入法兰（1）的环形凹槽中；水嘴（7）与通水筒（3）通过螺纹连接，接头处采用密封圈（11）密封；对开的阶梯环形压套（2）扣在通水筒（3）的环形凹槽中，并通过螺栓（15）将通水筒（3）压紧固定在法兰（1）上，通水筒（3）与法兰（1）接头处以密封圈密封；法兰（1）通过压环（14）压紧，由螺栓（15）紧固到真空室上，法兰（1）与真空室之间以绝缘隔套（16）进行绝缘，螺栓（15）与压环（14）和法兰（1）之间以绝缘套（13）进行绝缘，法兰（1）与绝缘隔套（16）的端面接头处以及绝缘隔套（16）与真空室壁端面接头处均以密封圈（11）密封；靶材（22）放置在法兰（1）一侧中间的浅凹槽内，通过压紧圈（19）压紧，由开槽沉头螺钉（18）固定在法兰（1）上；屏蔽罩（17）置于靶材（22）四周上方1-3mm处，通过螺栓（15）固定在真空室壁上，屏蔽罩（17）中心孔的中心线与靶材中心线重合；励磁线圈（4）直接套在通水筒（3）上。
2.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述的绝缘隔套（16）采用可在真空下使用的耐热绝缘材料制作，所述的法兰（1）采用导热性好的顺磁或抗磁性金属材料制作。
3.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述的法兰（1）整体外轮廓呈圆柱台阶状，法兰（1）小端的端面中心部位有一用于放置靶材（22）的圆形浅凹槽；法兰（1）另一端的中央部位有一用于放置电工纯铁套筒（5）、定位支架（21）、钕铁硼永久磁铁柱（20）、绝缘套筒（6）的圆形深凹槽，在此圆形深凹槽外侧相邻处加工有一用作冷却通道的环形凹槽， 环形凹槽内、外侧于法兰（1）端面处均加工有一个用于冷却介质密封的密封圈槽；法兰（1）与绝缘隔套（16）接触的端面处有一用于真空密封的密封圈槽。
4.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述的通水筒（3）筒壁上沿与壁厚垂直的方向钻有二个成180度对称分布的孔，分别用于冷却媒介的输入和输出，通水筒（3）上部内孔处有螺纹，水嘴（7）与通水筒（3）通过螺纹连接，通水筒（3）下端面处有一环形凸台，该凸台可嵌入法兰（1）环形凹槽中，通水筒（3）下部外侧壁有一环形凹槽，将压套（2）的一侧卡入该环形凹槽后，用螺栓（15）将压套（2）与法兰（1）紧固。
5.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于靶材（22）放置在法兰（1）顶部，用压紧圈（19）卡住靶材（22），通过开槽沉头螺钉（18）将压紧圈（19）紧固。
6.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述励磁线圈（4）是暴露在大气环境中，无需额外的冷却装置。
7.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述钕铁硼永久磁铁柱（20）不直接与靶材（22）接触，避免了由于靶材在溅射时温升对永久磁铁的退磁效应。
8.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述屏蔽罩（17）设置在靶材（22）四周上方1-3mm处，并使屏蔽罩（17）与法兰（1）绝缘。
9.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述的水嘴（7）、通水筒（3）、密封圈（11）、法兰（1）上的环形凹槽组合于一起所形成的冷却通道与钕铁硼永久磁铁柱（20）完全分隔开，使钕铁硼永久磁铁柱（20）不与冷却媒介接触，避免了钕铁硼永久磁铁柱（20）被冷却媒介腐蚀。
10.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述的钕铁硼永久磁铁柱（20）和电工纯铁压杆（10）位于电工纯铁套筒（5）内侧，励磁线圈（4）位于电工纯铁套筒（5）外侧，且钕铁硼永久磁铁柱（20）、电工纯铁压杆（10）、电工纯铁套筒（5）、励磁线圈（4）中心线重合，这种布置可有效避免溅射磁性材料时容易产生的磁短路现象，对磁性材料也有很高的溅射效率。
11.根据权利要求1所述的一种平面磁控溅射靶，其特征在于所述的励磁线圈（4）中的电流连续可调、钕铁硼永久磁铁柱（20）的大小可改变，靶材（22）溅射区域随励磁线圈（4）中电流以及钕铁硼永久磁铁柱（20）大小的变化而改变，有效提高了靶材的利用率。
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