CN105154839B - 一种平面阴极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面阴极，包括：阴极体基座，磁体及移位机构。所述阴极体基座设置有容腔。所述磁体设置在靶材的一侧以约束电子，形成等离子体，所述磁体可移动地设置于所述容腔内。所述移位机构可移动地设置于所述阴极体基座上，并延伸至所述容腔内驱动所述磁体移动。本发明平面阴极通过所述移位机构调整所述磁体相对于靶材距离，并且从而改变靶材表面磁场强度分布,并且该调整无需镀膜设备破空。所述平面阴极调节操作简单、调节精度高，能够实现任何苛刻膜层均匀性的要求，保证了镀膜产品的产品质量，提高了镀膜设备的产能。

Description

一种平面阴极

技术领域

本发明涉及一种真空磁控溅射设备，特别是一种平面阴极。

背景技术

目前，现有技术中的平面阴极都不具备在大气侧直接调整磁场均匀性的功能。膜层均匀性在大面积磁控溅射镀膜设备中，是一项非常重要的指标。影响磁控溅射镀膜均匀性的因素有很多，比如磁场分布、布气分布、电场分布和溅射挡板开口等因素。目前，提高膜层均匀性的主要方法是，保证设备的磁场均匀性、布气的均匀性和调节溅射挡板的开口尺寸等方法，及综合使用这几种方法。但是，在一些对膜层均匀性要求非常苛刻的工艺中，这些方式就无法实现要求的工艺，或实现后，均匀性会随着靶材逐渐刻蚀而逐渐变差，后期需要设备破空，做进一步的镀膜设备调整，造成设备停产，产能降低，或产品质量较差而难以满足质量要求。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种相对于靶材的磁场可以调节的平面阴极。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

平面阴极，包括：

阴极体基座，所述阴极体基座设置有容腔；

磁体，该磁体设置在靶材的一侧以约束电子，形成等离子体；

移位机构；

所述磁体可移动地设置于所述容腔内，所述移位机构可移动地设置于所述阴极体基座上，并延伸至所述容腔内驱动所述磁体移动。

根据本发明的一个优选实施例，所述移位机构包括调整杆和调节螺母；所述调整杆贯穿所述阴极体基座，一端位于所述容腔内，另一端伸出所述容腔之外并与所述调节螺母螺纹配合；所述调整杆可沿轴向移动地设置于所述阴极体基座上；所述调整杆一端与所述磁体直接连接或者传动连接；所述调整杆与所述调节螺母其中之一可转动地设置，所述调整杆与所述调节螺母其中之一转动时可使所述调整杆沿轴向移动，所述调整杆沿轴向移动过程中驱动所述磁体移动。

根据本发明的一个优选实施例，所述磁体安装在支撑梁上，所述支撑梁可移动地设置在所述容腔内，所述调整杆一端与所述支撑梁连接。

根据本发明的一个优选实施例，所述调节螺母上设置有刻度线。

根据本发明的一个优选实施例，所述调整杆与所述阴极体基座之间设置有第一密封圈。

根据本发明的一个优选实施例，还包括限位柱，所述限位柱设置有第一管腔，所述限位柱与所述阴极体基座连接，所述调整杆穿过所述第一管腔；所述调节螺母安装在所述限位柱端部。

根据本发明的一个优选实施例，所述调节螺母可转动地设置。

根据本发明的一个优选实施例，还包括盖板，所述盖板设置在所述阴极体基座下方，所述限位柱穿过所述盖板。

根据本发明的一个优选实施例，所述阴极体基座与所述盖板绝缘连接；所述阴极体基座与所述盖板之间设置有绝缘板，所述绝缘板使所述阴极体基座与所述盖板两者绝缘；所述阴极体基座与所述绝缘板之间、所述绝缘板与所述盖板之间分别设置有第二密封圈，所述第二密封圈环绕所述限位柱设置，将所述阴极体基座与所述绝缘板之间、所述绝缘板与所述盖板之间密封。

根据本发明的一个优选实施例，还包括背部阳极板和垫块，所述背部阳极板与所述阴极体基座绝缘连接；所述背部阳极板与所述阴极体基座之间设置有绝缘板，所述绝缘板使所述阴极体基座与所述背部阳极板两者绝缘；所述阴极体基座与所述盖板之间、所述绝缘板与所述背部阳极板之间分别设置有第二密封圈，所述第二密封圈环绕所述限位柱设置，将所述阴极体基座与所述绝缘板之间、所述绝缘板与所述背部阳极板之间密封；所述垫块一端与所述背部阳极板密封连接，另一端与盖板密封连接。

根据本发明的一个优选实施例，还包括限位柱和支撑杆，所述限位柱设置有第一管腔，所述支撑杆设置有第二管腔；所述限位柱一端与所述支撑杆连接，另一端与所述阴极体基座连接；所述支撑杆一端与所述限位柱连接，另一端延伸贯穿所述盖板并安装有可转动的调节螺母，所述第二管腔与所述第一管腔连通。

根据本发明的一个优选实施例，所述磁体包括：

磁轭，该磁轭传输磁力线；

第一磁铁；

第二磁铁；

所述第一磁铁与所述第二磁铁间隔设置，并均与所述磁轭接触；

所述第一磁铁与第二磁铁形成闭合磁力线，所述磁力线用于约束位于靶材一侧的电子使之形成等离子体。

与现有技术相比，本发明平面阴极通过所述移位机构调整所述磁体相对于靶材距离，从而改变靶材表面磁场强度分布。所述平面阴极调节操作简单、调节精度高，能够实现任何苛刻膜层均匀性的要求，保证了镀膜产品的产品质量。

另外，本发明专利提供的平面阴极的移位机构的调整杆延伸至大气中，可以在镀膜生产设备不破空的条件下完成，简单方便，大大的减小了镀膜线停产的时间，有效的提高了镀膜设备的产能。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为未示出靶材的实施例1结构示意图。

图3为阴极体基座内部结构俯视图。

图4为图1的平面阴极沿A-A线的剖视图。

图5为调整杆与调节螺母配合关系示意图。

图6为本发明平面阴极的实施例2沿A-A线的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

实施例1

请参阅图1至图5，其为本发明提供的一种平面阴极100的结构示意图及剖视图。所述平面阴极100包括盖板1，阴极体基座14，磁体，以及用于改变该磁体相对于靶材191的距离的移位机构。优选地，所述平面阴极100包括第七紧固件13。该第七紧固件13将所述盖板1与所述阴极体基座14固定连接。进一步地，所述平面阴极100还包括与所述第七紧固件13配合的第七紧固件绝缘套10。在所述第七紧固件13为导体时，该第七紧固件绝缘套10套设在所述第七紧固件13上以使得所述盖板1与所述阴极体基座14绝缘。另外，所述平面阴极100还包括设置在所述盖板1和所述阴极体基座14之间的绝缘板12。

阴极体基座14设置有容腔141。阴极体基座14上设置有密封板31，密封板31将容腔141密封。容腔141内设置有支撑座192。在本实施例中，靶材191通过靶材压条18固定。下面具体说明所述盖板1与靶材191、所阴极体基座14的设置关系。在本实施例中，为了密封冷却水，所述平面阴极100设置密封板31。所述密封板31设置在靶材191和所述阴极体基座14之间密封所述阴极体基座14的容腔141，使冷却水和真空密封隔离。所述密封板31可以为具有较高气密性的材料制成。所述密封板31固定设置在所述阴极体基座14上。优选地，所述平面阴极100包括第一紧固件20。该第一紧固件20通过密封板压条17将所述密封板31紧固设置在所述阴极体基座14上，密封板压条17环绕设置在密封板31边缘一周，将密封板31一周均固定。另外，靶材191固定设置。在如图所示的示例中，靶材191共有十块，排列成矩形形状组成靶材板190。第一靶材压条181环绕所有靶材板190四周边缘设置。第二紧固件15依次穿过第一靶材压条181、密封板压条17而紧固在所述阴极体基座14上，将靶材板190四周边缘固定。在靶材板190中部设置有一根第二靶材压条182，将十块靶材191固定。第二靶材压条182通过第二紧固件15固定在支撑座192上。第一靶材压条181与第二靶材压条182相配合，将十块靶材191完全固定。

靶材191在受到等离子体轰击时溅射出涂层粒子。靶材191的材质根据镀膜需要而选择。靶材191可以呈平板状、块状等。靶材191的规格、材质选择都为本领域技术人员所习知的技术，在此就不再赘述。

所述磁体设置在所述阴极体基座14的容腔141内且与靶材191平行设置，以约束电子，形成等离子体。所述磁体包括磁轭22、第一磁铁211和第二磁铁212。第一磁铁211与第二磁铁212间隔设置，并均设置在该磁轭22上与磁轭22相接触。第二磁铁212环绕第一磁铁211设置。所述第一磁铁211与第二磁铁212形成闭合磁力线，所述磁力线用于约束位于靶材一侧的电子使之形成等离子体。所述磁轭22传输对应第一磁铁211和第二磁铁212输出的磁力线并形成回路。可以想到的是，所述磁轭22可以采用导磁率较高的软铁、软磁合金以及铁氧材料等制造。所述第一磁铁211与第二磁铁212起到提供磁场以对进入该磁场的电子进行约束以延长该电子的运动轨迹。所述磁轭22、第一磁铁211与第二磁铁212的规格及相应配合都为本命领域技术人员所习知的技术，在此不再赘述。所述支撑梁23用于支撑所述磁体，并给所述移位机构提供设置结构。所述磁轭22、第一磁铁211与第二磁铁212均安装在支撑梁23上。所述支撑梁23的结构只要能够满足支撑对应磁体的功能，并符合移位机构的设置需要即可。在本实施例中，所述支撑梁23设置成平板状以便于与所述磁轭22、第一磁铁211与第二磁铁212贴合设置。在本实施例中，为了提高所述磁路组件的稳固性及提高所述移位机构移动该磁路组件的精准度，所述磁体与所述支撑梁23固定连接。进一步地，第三紧固件24将所述磁轭22与所述支撑梁23固定连接。所述第三紧固件24可以为螺栓、螺钉或螺柱。所述第三紧固件24可以从所述支撑梁23穿设直至紧固在所述磁轭22上即可。所述第三紧固件24的数量及规格都为本领域技术人员所习知的技术。

所述阴极体基座14用于容置所述的磁体并且承载靶材191，使得靶材191与磁体设置为相互平行。所述阴极体基座14设置成具有容腔141。所述阴极体基座14的容腔141容置有所述磁体。所述阴极体基座14的容腔141的侧壁的顶端上设置靶材191。所述阴极体基座14的容腔141的形状、大小只要使得对应磁体能够在该容腔141内移动即可。在本实施例中，所述阴极体基座14的容腔141内灌注有冷却水以冷却靶材191。

请继续参阅图1至图5，根据密封要求，所述平面阴极100还可以包括第一密封圈29，两个第二密封圈11、密封圈3、9、16、30，以及密封板压条17。该第一密封圈29设置在下述移位机构的调整杆28与所述阴极体基座14之间。所述两个第二密封圈11分别设置在所述阴极体基座14和绝缘板12之间，及绝缘板12与盖板1之间，将阴极体基座14和绝缘板12之间、及绝缘板12与盖板1之间密封。但是，密封结构的设置不是本发明重点，在此就不再赘述。

所述盖板1设置在所阴极体基座14的另一侧以隔离所述平面阴极100的内部与外部大气之间的交流。盖板1还可以作为阳极使用，也可以作为支撑的底座，其功能根据实际使用场合要求确定。如前述，所述平面阴极100的具体气密结构及实现为本领域技术人员所习知的技术且不为本发明重点，在此就不在赘述。所述盖板1可以采用符合气密性要求的材料制成相应的形状。在本实施例中，所述盖板1与所述阴极体基座14固定连接。进一步地，所述平面阴极100包括第一绝缘体。该第一绝缘体可以为绝缘薄膜、绝缘板或绝缘涂层等。所述第一绝缘体设置在所述盖板1和所述阴极体基座14之间，在如图所示的示例中，第一绝缘体为绝缘板12。优选地，所述平面阴极100包括第七紧固件13。所述第七紧固件13依次穿过所述盖板1和所述绝缘板12且固定设置在所述阴极体基座14上。所述第七紧固件13可以为相应的螺钉、螺栓或螺柱。优选地，所述平面阴极100还包括第七紧固件绝缘套10。所述第七紧固件绝缘套10设在所述第七紧固件13上，以在该第七紧固件13为导体材质时使得所述阴极体基座14与所述盖板1绝缘。所述第七紧固件13为绝缘体时，所述第七紧固件绝缘套10不是必需的。绝缘板12设置在阴极体基座14与盖板1之间，使两者绝缘，避免两者电导通。

所述移位机构包括调整杆28、限位柱8和调节螺母4。所述支撑梁23对应开设有设置孔(图中未标示)。所述调整杆28的一端设置在所述支撑梁23上以移动该支撑梁23，从而改变设置在该支撑梁23上的磁体相对于靶材191的距离。所述调整杆28可以固定设置或活动设置在所述支撑梁23上，只要该调整杆28能够移动所述支撑梁23即可。优选地，所述调整杆28的一端固定设置在所述支撑梁23上。所述限位柱8对应开设有第一管腔(图中未标示)，限位柱8一端与阴极体基座14连接，另一端延伸穿过盖板1。调整杆28一端与支撑梁23连接，并穿过阴极体基座14，自限位柱8的第一管腔伸出，延伸至所述盖板1的大气侧，以便于所述平面阴极100保持内部真空状态时在大气侧通过所述移位机构改变所述磁体相对靶材191的距离。所述调整杆28延伸至大气中的另一端开设有与所述调节螺母4配合的外螺纹。

下面具体说明所述调整杆28如何固定设置在所述支撑梁23上。所述平面阴极100包括第四紧固件25。该第四紧固件25具有头部和杆部。可以想到的是，所述头部设置在所述杆部上。所述头部与所述杆部同轴设置且具有大于杆部的横截面积。所述支撑梁23开设有相应与第四紧固件25配合的第四紧固孔(图中未标示)。优选地，所述支撑梁23的设置孔为通孔。所述第四紧固孔围绕该设置孔开设且与该设置孔相连通。所述调整杆28的一端的径向侧壁上设置有突出部。所述支撑梁23具有抵顶部。该抵顶部沿与所述调整杆28的轴向平行的方向延伸且设置为与所述调整杆28的突出部相正对。所述第四紧固件25的杆部穿设在对应第四紧固孔内，以使头部将所述调整杆28的突出部沿与该调整杆28的轴向平行方向抵压在所述支撑梁23的抵顶部上，从而使得所述调整杆28固定设置在所述支撑梁23上。调整杆28与支撑梁23的连接还可以采用现有技术中的其他连接方式。所述支撑梁23与调整杆28也可以设置为一体件。

另外，所述支撑梁23上的第四紧固孔还可以开设为与所述设置孔相交，即第四紧固孔与设置孔部分重叠。所述第四紧固件25与对应第四紧固孔螺纹配合，使该第四紧固件25沿所述调整杆28的径向抵紧容置在所述设置孔中的调整杆28，从而使得该调整杆28固定设置在所述支撑梁23上。此时，所述调整杆28上的突出部和所述支撑梁23上的抵顶部都不是必需的。

所述限位柱8固定设置在所述阴极体基座14上且穿过所述盖板1而延伸至大气中。限位柱8设置有第一管腔(图中未示出)。优选地，所述平面阴极100包括第六紧固件26(及27、7)。所述第六紧固件26依次穿过所述限位柱8和所述盖板1且固定在所述阴极体基座14上。所述限位柱8可以与所述调整杆28同轴设置。

请一并参阅图5，调节螺母4可转动地安装在限位柱8端部，并与调整杆28螺纹配合。所述调节螺母4螺接在所述调整杆28延伸至大气中的另一端的外螺纹上。所述旋转调节螺母4，可使调整杆28沿轴向移动，从而推拉所述支撑梁23以调节所述磁体相对于靶材191的距离。优选地，所述调节螺母4开设有刻度线41，通过读取刻度线41，可以精确调节所述磁体相对于靶材191的距离从而获得极高的场强精度的磁场。可以理解的是，所述距离刻度可以依据所述调整杆28上的外螺纹的螺纹间距而对应设置。调整杆28上设置有标志线61。通过标志线61，可容易地读取刻度线41以及调节螺母4旋转的角度。

优选地，为了在所述调节螺母4完成调节后使得磁体保持对于靶材191的距离不变化，所述平面阴极100还设置第九紧固件5。所述第九紧固件5将所述调节螺母4固定而不能自由旋转。在本实施例中，所述第九紧固件5将所述调节螺母4紧固在所述限位柱8上。

与现有技术相比，本发明平面阴极100通过所述移位机构调整所述磁体相对于靶材191距离，从而改变靶材191表面磁场强度分布。所述平面阴极100调节操作简单、调节精度高，能够实现任何苛刻膜层均匀性的要求，保证了镀膜产品的产品质量。

另外，本发明专利提供的平面阴极100的移位机构的调整杆28延伸至大气中，可以在镀膜生产设备不破空的条件下完成，简单方便，大大的减小了镀膜线停产的时间，有效的提高了镀膜设备的产能。

实施例2：

请参阅6，施例二与实施例一的不同之处在于：所述平面阴极100还包括设置在所述盖板1和所述阴极体基座14之间的垫块2和背部阳极板32，以及与限位柱8相连的支撑杆6。所述垫块2用于调整靶材表面和盖板1之间的距离，以调整在不同镀膜设备上靶材191与基板的距离。该垫块2垫设在所述背部阳极板32和所述盖板1之间。且所述垫块2设置为一端与所述背部阳极板32固定连接，另一端与盖板1连接。所述垫块2可以为块状、柱状等。优选地，所述平面阴极100包括第八紧固件(图中未示出)。该第八紧固件将所述垫块2与所述背部阳极32固定连接，本领域内技术人员可以想见，第八紧固件连接背部阳极32与垫块2的方式为常规技术。所述垫块2开设有第二通孔以供所述限位柱8穿设所述第二通孔内。

所述移位机构还包括支撑杆6，支撑杆6设置有第二管腔。所述支撑杆6的一端在沿所述限位柱8的轴向上与该限位柱8相抵接，并依次穿过所述垫块2的第二通孔及所述盖板1的第三通孔(图中未标示)另一端设置为穿过所述盖板1而延伸至大气中。

所述支撑杆6开设有第二管腔(图中未标示)以供所述调整杆28依次穿过所述限位柱8的第一管腔和所述支撑杆6的第二管腔，且使得所述调整杆28的另一端能够伸出所述第一管腔而延伸至大气中。

所述限位柱8设置有第一管腔(图中未标示)。所述限位柱8一端与所述支撑杆6连接，另一端与所述阴极体基座14连接；所述第二管腔与所述第一管腔连通。在本实施例二中，所述调节螺母4可转动地设置在支撑杆6的端部，并与自支撑杆6的第二管腔伸出的调整杆28螺纹配合。调节螺母4与开设有刻度线，以显示旋转的距离而便于精确调节磁场。

需要说明的是，为了简便说明，所述第一紧固件20，第二紧固件15，第三紧固件24，第四紧固件25，第七紧固件13，第六紧固件26、7、27，第九紧固件5都可以为螺钉、螺柱或螺栓。所有上述紧固件都可以采用金属导体或绝缘体支撑，在采用金属导体支撑时，可以采用相应的紧固件绝缘套进行绝缘紧固连接。所述盖板1的两侧分别是所述平面阴极100的真空内部和大气外部。所述调整杆28的两端部分别置于真空内部和大气外部。另外，在本发明所提及“真空”指的是该符合所述平面阴极100正常工作的较低气压环境。

以上仅为本发明较佳的实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种平面阴极，包括：

阴极体基座，所述阴极体基座设置有容腔；

磁体，该磁体设置在靶材的一侧以约束电子，形成等离子体；

移位机构；

所述磁体可移动地设置于所述容腔内，所述移位机构可移动地设置于所述阴极体基座上，并延伸至所述容腔内驱动所述磁体移动；

所述移位机构包括调整杆和调节螺母；所述调整杆贯穿所述阴极体基座，一端位于所述容腔内，另一端伸出所述容腔之外并与所述调节螺母螺纹配合；

所述调整杆可沿轴向移动地设置于所述阴极体基座上；所述调整杆一端与所述磁体直接连接或者传动连接；所述调整杆与所述调节螺母其中之一可转动地设置，所述调整杆与所述调节螺母其中之一转动时可使所述调整杆沿轴向移动，所述调整杆沿轴向移动过程中驱动所述磁体移动；

还包括限位柱，所述限位柱设置有第一管腔，所述限位柱与所述阴极体基座连接，所述调整杆穿过所述第一管腔；所述调节螺母安装在所述限位柱端部。

2.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于，所述磁体安装在支撑梁上，所述支撑梁可移动地设置在所述容腔内，所述调整杆一端与所述支撑梁连接。

3.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于，所述调节螺母上设置有刻度线。

4.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于，所述调整杆与所述阴极体基座之间设置有第一密封圈。

5.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于，所述调节螺母可转动地设置。

6.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于，还包括盖板，所述盖板设置在所述阴极体基座下方，所述限位柱穿过所述盖板。

7.根据权利要求6所述的平面阴极，其特征在于，所述阴极体基座与所述盖板绝缘连接；所述阴极体基座与所述盖板之间设置有绝缘板，所述绝缘板使所述阴极体基座与所述盖板两者绝缘；所述阴极体基座与所述绝缘板之间、所述绝缘板与所述盖板之间分别设置有第二密封圈，所述第二密封圈环绕所述限位柱设置，将所述阴极体基座与所述绝缘板之间、所述绝缘板与所述盖板之间密封。

8.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于，还包括背部阳极板和垫块，所述背部阳极板与所述阴极体基座绝缘连接；所述背部阳极板与所述阴极体基座之间设置有绝缘板，所述绝缘板使所述阴极体基座与所述背部阳极板两者绝缘；所述阴极体基座与所述盖板之间、所述绝缘板与所述背部阳极板之间分别设置有第二密封圈，所述第二密封圈环绕所述限位柱设置，将所述阴极体基座与所述绝缘板之间、所述绝缘板与所述背部阳极板之间密封；所述垫块一端与所述背部阳极板密封连接，另一端与盖板密封连接。

9.根据权利要求8所述的平面阴极，其特征在于，还包括限位柱和支撑杆，所述限位柱设置有第一管腔，所述支撑杆设置有第二管腔；所述限位柱一端与所述支撑杆连接，另一端与所述阴极体基座连接；所述支撑杆一端与所述限位柱连接，另一端延伸贯穿所述盖板并安装有可转动的调节螺母，所述第二管腔与所述第一管腔连通。

10.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于，所述磁体包括：

磁轭，该磁轭传输磁力线；

第一磁铁；

第二磁铁；

所述第一磁铁与所述第二磁铁间隔设置，并均与所述磁轭接触；

所述第一磁铁与第二磁铁形成闭合磁力线，所述磁力线用于约束位于靶材一侧的电子使之形成等离子体。