CN107058965B - 一种内置旋转阴极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置旋转阴极结构，包括阴极门，所述阴极门的一侧下端设置有电机座，电机座的上端设置有靶电机，靶电机固定安装在电机座上，电机座的下端设置有同步轮；所述阴极门的另一侧设置有下端座和上端座；所述下端座的上端设置有下端盖、靶管和上端盖，同步轮与下端盖固定连接；所述下端盖的下端设置有磁流体。本内置旋转阴极结构的靶管采用旋转设计，使得靶面具有自清洁的作用，靶材的利用率高，磁极靴细长，提高了沉积膜厚的均匀性；采用磁流体的密封设计，适用于批量化生产的生产工艺，有利于大面积生产线真空腔体的模块化设计；整体磁极靴的长度可以根据工艺增加，阴极门结构通用性好，靶材利用率高和工艺稳定性强。

Description

一种内置旋转阴极结构
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，尤其是一种内置旋转阴极结构。
背景技术
磁控溅射技术作为一种十分有效的薄膜沉积方法，被广泛应用于微电子、光学薄膜和材料表面处理等领域中，用于薄膜沉积和表面覆盖层的制备，磁控溅射技术的工业化应用使得磁控溅射阴极的改进也广泛而普遍的展开，为了追求生产线的工作稳定性，工艺稳定性，膜层厚度的精确控制和设备的通用性等，在磁控溅射阴极上进行了大量的改进。为适应大面积批量化生产线的需要，由于旋转阴极结构具有自清洁、高效、工艺稳定和长工作时长的特点，而被广泛重视，并加以改进，但是现有的旋转阴极结构采用的是外置设计，不利于大面积连续生产，线形的腔体的通用设计，仅仅适合于腔体优化的单体光学镀膜机，因此需一种内置旋转阴极结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内置旋转阴极结构，具有磁极靴的长度可以根据工艺增加，阴极门结构通用性好，靶材利用率高和工艺稳定性强，有利于大面积连续生产，以解决上述背景技术中提出阴极门结构通用性不佳，不利于大面积连续生产的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种内置旋转阴极结构，包括阴极门，所述阴极门的一侧下端设置有电机座，电机座通过螺栓固定安装在阴极门上；所述电机座的上端设置有靶电机，靶电机固定安装在电机座上，电机座的下端设置有同步轮；所述阴极门的另一侧设置有下端座和上端座，下端座与阴极门间设置有绝缘座，下端座通过绝缘座与阴极门由紧固螺丝紧固连接；所述上端座的侧端设置有固定座，固定座固定焊接在阴极门的上侧端，固定座的上端面设置有固定销，上端座通过固定销固定安装在固定座的上端；所述下端座的上端设置有下端盖、靶管和上端盖，同步轮与下端盖紧固连接，下端盖和上端盖与靶管采用密封紧固连接；所述下端盖的下端设置有磁流体，磁流体的下端设置有紫铜同步轮，紫铜同步轮固定接触安装在磁流体的下端；所述紫铜同步轮的侧端设置有碳刷，碳刷通过导线与靶管电连接；所述靶管的侧端设置有靶材；靶材焊接在靶管上；所述上端座的下端设置有上轴承，上端座紧固安装在上轴承上，上端盖紧固安装在上轴承的内环上；所述上轴承的下端设置有进水管，进水管的上端设置有水管套，水管套固定套接在进水管的上端；所述下端盖的上端设置有进出水管，进出水管的侧端设置有分水器，分水器的一端与进出水管连接，分水器另一端与进水管连接；所述进水管的侧端设置有磁极靴，磁极靴的侧端设置有磁极锁，磁极靴通过磁极锁紧固安装在进水管上；所述磁极靴的外侧端设置有磁极盖，磁极靴的侧端设置有S极永磁体A、N极永磁铁和S极永磁体B，S极永磁体A、N极永磁铁和S极永磁体B由磁极盖与磁极靴密封紧固连接封在由磁极盖与磁极靴构成的真空腔体内。
作为本发明进一步的方案：所述阴极门与真空腔体配合使用，阴极门工作的极限真空为10-5帕斯卡，且工作真空范围为0.01-10帕斯卡。
作为本发明进一步的方案：所述阴极门可以任意角度安装。
作为本发明进一步的方案：所述阴极门可采用一个进行单阴极安装，也可采用两个进行孪生阴极安装，且可采用多个进行多阴极安装。
作为本发明进一步的方案：所述阴极门适合采用单路直流溅射电源、中频溅射电源、双路直流溅射电源和双路脉冲直流溅射电源。
作为本发明进一步的方案：所述靶材可选用金属材料(金、银、铜、铁(不锈钢)、钛、钼、铝、锡、钽和铌等)以及半导体材料(氧化铟锡、氮化镓和硅等)和导电陶瓷材料(氧化锌、氧化铌、氧化钽和氧化钛)等。
与现有技术相比，本发明有益效果：
本内置旋转阴极结构的靶管采用旋转设计，使得靶面具有自清洁的作用，靶材通过低熔点焊接材料焊接在靶管上，与靶管保持优良的热传导接触，使得靶材具有很高利用率，利用率大于85％；靶管内壁仅有80mm，磁极靴细长，磁场的均匀性好，同时尽量减少了端头无磁场区的长度，根据等离子的特点优化了磁场的强度分布，提高了沉积膜厚的均匀性；采用磁流体的密封设计，结构简单可靠，能长时间稳定溅射工作，膜层工艺重复性好，适用于批量化生产的生产工艺，溅射沉积镀膜产品重复性好，磁流体的两端采用端头密封设计，端头结构紧凑，上下端结构尺寸相近，有利于大面积生产线真空腔体的模块化设计；阴极门适合采用单路直流溅射电源、中频溅射电源、双路直流溅射电源和双路脉冲直流溅射电源，阴极门可以任意角度安装，阴极门可采用一个进行单阴极安装，也可采用两个进行孪生阴极安装，且可采用多个进行多阴极安装，使得阴极门结构通用性好；整体处于全内置在真空室，采用线性阴极设计，磁极靴的长度可以根据工艺增加；阴极门结构通用性好，既可孪生组合使用，也可单阴极使用且可多阴极使用；进出水设计合理，流量大，可任意角度安装，具有高沉积速率、宽均匀性沉积区、靶材利用率高和工艺稳定性强，可以广泛应用于大面积批量生产的磁控溅射镀膜生产线和大面积光电镀膜机。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图中：1-阴极门；2-电机座；3-靶电机；4-同步轮；5-下端座；6-上端座；7-绝缘座；8-固定座；9-固定销；10-下端盖；11-靶管；12-上端盖；13-磁流体；14-紫铜同步轮；15-碳刷；16-靶材；17-上轴承；18-进水管；19-水管套；20-进出水管；21-分水器；22-磁极靴；23-磁极锁；24-磁极盖；25-S极永磁体A；26-N极永磁铁；27-S极永磁体B。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种内置旋转阴极结构，包括阴极门1，阴极门1与真空腔体配合使用，阴极门1工作的极限真空为10-5帕斯卡，且工作真空范围为0.01-10帕斯卡，阴极门1的一侧下端设置有电机座2，电机座2通过螺栓固定安装在阴极门1上；电机座2的上端设置有靶电机3，靶电机3固定安装在电机座2上，电机座2的下端设置有同步轮4；阴极门1的另一侧设置有下端座5和上端座6，下端座5与阴极门1间设置有绝缘座7，下端座5通过绝缘座7与阴极门1由紧固螺丝紧固连接；上端座6的侧端设置有固定座8，固定座8固定焊接在阴极门1的上侧端，固定座8的上端面设置有固定销9，上端座6通过固定销9固定安装在固定座8的上端；下端座5的上端设置与下端盖10、靶管11和上端盖12，同步轮4与下端盖10固定连接，下端盖10、靶管11和上端盖12依次固定连接，当靶电机3开始工作，靶电机3带动同步轮4转动，同步轮4带动下端盖10转动，从而带动靶管11和上端盖12一起同步转动，采用旋转靶管11设计，使得靶面具有自清洁的作用，靶材16通过低熔点焊接材料焊接在靶管11上，与靶管11保持优良的热传导接触，使得靶材具有很高利用率，利用率大于85％；靶管11内壁仅有80mm，磁极靴22细长，磁场的均匀性好，同时尽量减少了端头无磁场区的长度，根据等离子的特点优化了磁场的强度分布，提高了沉积膜厚的均匀性；下端盖10的下端设置有磁流体13，采用磁流体13的密封设计，结构简单可靠，能长时间稳定溅射工作，膜层工艺重复性好，适用于批量化生产的生产工艺，溅射沉积镀膜产品重复性好，溅射阴极需要长时间稳定的溅射沉积，磁流体13的两端头通过螺栓密封连接在下端座5上，磁流体13的两端采用端头密封设计，端头结构紧凑，上下端结构尺寸相近，有利于大面积生产线真空腔体的模块化设计，其中磁流体13的内壁通过双层密封圈与分水器21配合进行水密封；磁流体13的内管坐在下轴承的转动环上，并由固定环紧固于下端座5上；磁流体13的下端设置有紫铜同步轮14，紫铜同步轮14固定接触安装在磁流体13的下端，紫铜同步轮14具有优良的导电性，紫铜同步轮14的侧端设置有碳刷15，碳刷15与紫铜同步轮14紧密接触连接，碳刷15通过导线与靶管11电连接；靶管11的侧端设置有靶材16；靶材16焊接在靶管11上，靶材16可选用金属材料(金、银、铜、铁(不锈钢)、钛、钼、铝、锡、钽和铌等)以及半导体材料(氧化铟锡、氮化镓和硅等)和导电陶瓷材料(氧化锌、氧化铌、氧化钽和氧化钛)等；上端座6的下端设置有上轴承17，上端座6紧固安装在上轴承17上，上端盖12紧固安装在上轴承17的内环上；上轴承17的下端设置有进水管18，进水管18的上端设置有水管套19，水管套19固定套接在进水管18的上端；下端盖10的上端设置有进出水管20，进出水管20的侧端设置有分水器21，分水器21的一端与进出水管20连接，分水器21另一端与进水管18连接，冷却水从进出水管20进入，经由分水器21的内管进入与分水器21连接的进水管18，并从进水管18的端部小孔流入靶管11内，再经由分水器21的多个外水管，通过进出水管20流出，完成对靶管11的冷却，冷却水流量大且稳定，具有高沉积速率，在溅射沉积的范围内可施加功率达到20-25W/cm2，并保持长期稳定工作；进水管18的侧端设置有磁极靴22，磁极靴22的侧端设置有磁极锁23，磁极靴22通过磁极锁23紧固安装在进水管18上；磁极靴22的外侧端设置有磁极盖24，磁极靴22的侧端设置有S极永磁体A25、N极永磁铁26和S极永磁体B27，S极永磁体A25、N极永磁铁26和S极永磁体B27由磁极盖24与磁极靴22密封紧固连接封在由磁极盖24与磁极靴22构成的真空腔体内，阴极门1适合采用单路直流溅射电源、中频溅射电源、双路直流溅射电源和双路脉冲直流溅射电源，阴极门1可以任意角度安装，阴极门1结构通用性好，阴极门1可采用一个进行单阴极安装，也可采用两个进行孪生阴极安装，且可采用多个进行多阴极安装；同时可以采用各种电源进行溅射，如路直流溅射电源、中频溅射电源、双路直流溅射电源和双路脉冲直流溅射电源。
本内置旋转阴极结构的靶管11采用旋转设计，使得靶面具有自清洁的作用，靶材16通过低熔点焊接材料焊接在靶管11上，与靶管11保持优良的热传导接触，使得靶材具有很高利用率，利用率大于85％；靶管11内壁仅有80mm，磁极靴22细长，磁场的均匀性好，同时尽量减少了端头无磁场区的长度，根据等离子的特点优化了磁场的强度分布，提高了沉积膜厚的均匀性；采用磁流体13的密封设计，结构简单可靠，能长时间稳定溅射工作，膜层工艺重复性好，适用于批量化生产的生产工艺，溅射沉积镀膜产品重复性好，磁流体13的两端采用端头密封设计，端头结构紧凑，上下端结构尺寸相近，有利于大面积生产线真空腔体的模块化设计；阴极门1适合采用单路直流溅射电源、中频溅射电源、双路直流溅射电源和双路脉冲直流溅射电源，阴极门1可以任意角度安装，阴极门1可采用一个进行单阴极安装，也可采用两个进行孪生阴极安装，且可采用多个进行多阴极安装，使得阴极门1结构通用性好；整体处于全内置在真空室，采用线性阴极设计，磁极靴22的长度可以根据工艺增加；阴极门1结构通用性好，既可孪生组合使用，也可单阴极使用且可多阴极使用；进出水设计合理，流量大，可任意角度安装，具有高沉积速率、宽均匀性沉积区、靶材16利用率高和工艺稳定性强，可以广泛应用于大面积批量生产的磁控溅射镀膜生产线和大面积光电镀膜机。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种内置旋转阴极结构，包括阴极门(1)，其特征在于：所述阴极门(1)的一侧下端设置有电机座(2)，电机座(2)通过螺栓固定安装在阴极门(1)上；所述电机座(2)的上端设置有靶电机(3)，靶电机(3)固定安装在电机座(2)上，电机座(2)的下端设置有同步轮(4)；所述阴极门(1)的另一侧设置有下端座(5)和上端座(6)，下端座(5)与阴极门(1)间设置有绝缘座(7)，下端座(5)通过绝缘座(7)与阴极门(1)由紧固螺丝紧固连接；所述上端座(6)的侧端设置有固定座(8)，固定座(8)固定焊接在阴极门(1)的上侧端，固定座(8)的上端面设置有固定销(9)，上端座(6)通过固定销(9)固定安装在固定座(8)的上端；所述下端座(5)的上端设置有下端盖(10)、靶管(11)和上端盖(12)，同步轮(4)与下端盖(10)紧固连接，下端盖(10)和上端盖(12)与靶管(11)采用密封紧固连接；所述下端盖(10)的下端设置有磁流体(13)，磁流体(13)的下端设置有紫铜同步轮(14)，紫铜同步轮(14)固定接触安装在磁流体(13)的下端；所述紫铜同步轮(14)的侧端设置有碳刷(15)，碳刷(15)通过导线与靶管(11)电连接；所述靶管(11)的侧端设置有靶材(16)；靶材(16)焊接在靶管(11)上；所述上端座(6)的下端设置有上轴承(17)，上端座(6)紧固安装在上轴承(17)上，上端盖(12)紧固安装在上轴承(17)的内环上；所述上轴承(17)的下端设置有进水管(18)，进水管(18)的上端设置有水管套(19)，水管套(19)固定套接在进水管(18)的上端；所述下端盖(10)的上端设置有进出水管(20)，进出水管(20)的侧端设置有分水器(21)，分水器(21)的一端与进出水管(20)连接，分水器(21)另一端与进水管(18)连接；所述进水管(18)的侧端设置有磁极靴(22)，磁极靴(22)的侧端设置有磁极锁(23)，磁极靴(22)通过磁极锁(23)紧固安装在进水管(18)上；所述磁极靴(22)的外侧端设置有磁极盖(24)，磁极靴(22)的侧端设置有S极永磁体A(25)、N极永磁铁(26)和S极永磁体B(27)，S极永磁体A(25)、N极永磁铁(26)和S极永磁体B(27)由磁极盖(24)与磁极靴(22)密封紧固连接封在由磁极盖(24)与磁极靴(22)构成的真空腔体内。
2.根据权利要求1所述的一种内置旋转阴极结构，其特征在于：所述阴极门(1)与真空腔体配合使用，阴极门(1)内的极限真空为10-5帕斯卡，且工作真空范围为0.01-10帕斯卡。
3.根据权利要求1所述的一种内置旋转阴极结构，其特征在于：所述阴极门(1)可以任意角度安装。
4.根据权利要求1所述的一种内置旋转阴极结构，其特征在于：所述阴极门(1)可采用一个进行单阴极安装，也可采用两个进行孪生阴极安装，且可采用多个进行多阴极安装。
5.根据权利要求1所述的一种内置旋转阴极结构，其特征在于：所述阴极门(1)适合采用单路直流溅射电源、中频溅射电源、双路直流溅射电源和双路脉冲直流溅射电源。
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