CN112899627B - 一种靶材安装结构、磁控溅射设备及磁控溅射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种靶材安装结构、磁控溅射设备及其磁控溅射方法，解决了现有的靶材散热差、使用寿命短的技术问题。本发明包括靶材和背板，所述靶材安装在背板的一侧，其特征在于，所述背板内部设置有散热组件，所述散热组件包括冷却水管和射吸组件，所述冷却水管靠近靶材侧，所述射吸组件位于远离所述靶材，所述冷却水管与射吸组件连接。本发明具有散热效果好，靶材寿命长，冷却水不易掉入真空腔等优点。

Description

一种靶材安装结构、磁控溅射设备及磁控溅射方法

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种靶材安装结构及其磁控溅射设备。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料。

磁控溅射的工作原理为：磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。

磁控溅射工艺的好坏，收到磁控溅射设备的影响，磁控溅射设备包括真空组件、气体组件、阳极结构和阴极结构，其中，阴极结构包括靶材、背板和磁力组件等，由于靶材是耗材，在工作过程中会产生大量热，如果散热不佳，可能会引起靶材开裂等从而缩短靶材的寿命，传统的是在靶材的背板通冷却水降温，但是随着靶材的溅射消耗，如果更换不及时，可能导致靶材穿孔而使得冷却水进入到真空腔中，破坏真空环境从而导致成膜质量差，因此，有必要对靶材的安装结构以及散热结构进行改进，在保证靶材具有较好寿命的前提下有效防止冷却水进入真空腔中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的磁控溅射设备的靶材安装结构的散热性不佳导致靶材的寿命短。

本发明通过下述技术方案实现：

一种靶材安装结构，包括靶材和背板，所述靶材安装在背板的一侧，其特征在于，所述背板内部设置有散热组件，所述散热组件包括冷却水管和射吸组件，所述冷却水管靠近靶材侧，所述射吸组件位于远离所述靶材，所述冷却水管与射吸组件连接。

本发明冷水管中的水通过射吸组件的射吸作用实现流动循环，由于射吸作用的动力强，可以将冷却水管设置得比较小，而且密布在背板上，从而增加背板的散热面积，提高散热效果。

本发明优选一种靶材安装结构，所述射吸组件包括依次连接的空压管、通风管和排水管，所述通风管与射吸管的一端连通，所述射吸管的另一端与吸水管连接，所述冷却水管与所述吸水管连接。

所述空压管延伸至背板外，所述排水管的一端也延伸至背板外。

本发明通过在背板内部设置射吸组件，通过高压气体通过空压管进入通风管，在经过射吸管时，由于射吸效应会通过吸水管从冷却水管中吸水，从而将冷却水管中水吸入到排水管中排出。

本发明优选一种靶材安装结构，所述冷却水管包括聚水槽和多个支管，多个所述支管与聚水槽连接，所述聚水槽与所述射吸组件连接。

多个支管分布在背板中，且支管中有冷却水分布，利于更好地对背板以及靶材进行散热，聚水槽作为多个支管的汇聚中心，便于与吸水管连通并被射吸而将水带出。

本发明优选一种靶材安装结构，所述冷却水管还包括环管，所述环管环形分布在所述背板的内部，所述聚水槽位于所述环管的环形内，多个所述支管的一端与所述环管连接，多个所述支管的另一端与聚水槽连接。

本发明优选一种靶材安装结构，所述支管呈放射状分布于所述背板的内部，所述聚水槽与所述环管同心设置。

本发明优选一种靶材安装结构，所述排水管连接有密闭水箱，所述空压管上设置有控制阀。

本发明优选一种靶材安装结构，所述环管与密闭水箱连接，所述密闭水箱上设置有泄压阀。

本发明将冷却水管与射吸组件的排水管均与水箱连接，可实现冷却水的循环利用，由于射吸时的高压气体会进入到密闭水箱，为了使得密闭水箱的压力不至于太高，因此，在密闭水箱上设置了泄压阀。

进一步地，所述高压气体为低温气体，所述密闭水箱中设置有制冷组件，当高压气体与射吸出的水混合时，会对水进行迅速降温，当水到达密闭水箱之后，还会继续降温，从而使得冷却水可重复循环，而无需采用大量的冷却水。

进一步地，所述密闭水箱上设置有电磁阀和压力传感器，所述压力传感器用于对密闭水箱中的压力进行检测并将数据传输给PLC控制器，PLC控制器根据数据控制电磁阀的开度，保证密闭水箱压力不超出阈值。

本发明优选一种靶材安装结构，所述靶材与背板之间设置有绑定层，所述绑定层间隔设置有石墨烯导热棒，所述石墨烯导热棒的一端延伸至支管处。

为了实现背板散热的同时，靶材的热量能迅速传递给背板，本发明在绑定层中设计了石墨烯导热棒，且石墨烯导热棒与支管接触，支管中的冷却水能迅速地将热量带走。

一种磁控溅射设备，包括靶材安装结构。

一种磁控溅射方法，包括如下步骤：

步骤1：将靶材与背板连接，并将靶材和背板安装在真空腔的顶部；

步骤2：开启控制阀，高压气体通过空压管进入到通风管，由于射吸作用，将聚水槽中的水带出，再通过排水管进入到密闭水箱中，密闭水箱中的水沿环管、支管重新进入到聚水槽中；

步骤3：开启磁控溅射进行镀膜；

步骤4：镀膜完毕，先关闭镀膜控制按钮，再关闭控制阀。

进一步地，所述密闭水箱与环管之间还设置有阀门，当靶材使用快贯穿时，关闭阀门，并开启控制阀，进行射吸，将冷却水管中的冷却水排除干净，这样可以有效减少靶材贯穿后持续溅射对背板及冷却水管造成损坏从而导致冷却水落入真空腔体中。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过在背板中设置射吸组件来驱动水循环，由于射吸效应动力强，可减小冷却水管的尺寸并密布分布于背板，提高散热面积。

2、本发明通过将射吸组件与冷却水管均与密闭水箱连接形成一个循环系统，当高压气体射吸时，能带动冷却水循环。

3、本发明通过采用冷却的高压气体，在射吸过程中，能与吸收热量后的冷却水快速混合，实现冷却水的快速降温，且在密闭水箱中也设置制冷组件，实现冷却水的二次降温，从而实现冷却水的快速降温，并参与循环。

4、本发明在背板和靶材之间的绑定层中设置有石墨烯导热棒，能实现靶材与背板的快速导热，并且通过冷却水管快速地将靶材的热量导走。

5、本发明通过PLC控制器控制密闭水箱中的压力不超过阈值，保证设备安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的靶材安装结构的俯视透视结构示意图。

图2为本发明靶材安装结构的侧视透视结构示意图。

附图中的零部件名称：

1-靶材，2-背板，3-绑定层，4-支管，5-环管，6-聚水槽，7-吸水管，8-射吸管，9-通风管，10-排水管，11-空压管，12-控制阀，13-密闭水箱，14-泄压阀，15-石墨烯导热棒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1和图2所示，一种靶材1安装结构，包括靶材1和背板2，所述靶材1安装在背板2的一侧，其特征在于，所述背板2内部设置有散热组件，所述散热组件包括冷却水管和射吸组件，所述冷却水管靠近靶材1侧，所述射吸组件位于远离所述靶材1，所述冷却水管与射吸组件连接。

所述射吸组件包括依次连接的空压管11、通风管9和排水管10，所述通风管9与射吸管8的一端连通，所述射吸管8的另一端与吸水管7连接，所述冷却水管与所述吸水管7连接，所述排水管10连接有密闭水箱13，所述空压管11上设置有控制阀12。

所述空压管11延伸至背板2外，所述排水管10的一端也延伸至背板2外。

所述冷却水管包括聚水槽6和多个支管4，多个所述支管4与聚水槽6连接，所述聚水槽6与所述射吸组件连接。

本发明冷水管中的水通过射吸组件的射吸作用实现流动循环，由于射吸作用的动力强，可以将冷却水管设置得比较小，而且密布在背板2上，从而增加背板2的散热面积，提高散热效果。

本发明通过在背板2内部设置射吸组件，通过高压气体通过空压管11进入通风管9，在经过射吸管8时，由于射吸效应会通过吸水管7从冷却水管中吸水，从而将冷却水管中水吸入到排水管10中排出。

多个支管4分布在背板2中，且支管4中有冷却水分布，利于更好地对背板2以及靶材1进行散热，聚水槽6作为多个支管4的汇聚中心，便于与吸水管7连通并被射吸而将水带出。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，所述背板2呈圆形，所述冷却水管还包括环管5，所述环管5环形分布在所述背板2的内部，所述聚水槽6位于所述环管5的环形内，多个所述支管4的一端与所述环管5连接，多个所述支管4的另一端与聚水槽6连接。

所述支管4呈放射状分布于所述背板2的内部，所述聚水槽6与所述环管5同心设置。

所述环管5与密闭水箱13连接，所述密闭水箱13上设置有泄压阀14。

本发明将冷却水管与射吸组件的排水管10均与水箱连接，可实现冷却水的循环利用，由于射吸时的高压气体会进入到密闭水箱13，为了使得密闭水箱13的压力不至于太高，因此，在密闭水箱13上设置了泄压阀14。

所述高压气体为低温气体，所述密闭水箱13中设置有制冷组件，当高压气体与射吸出的水混合时，会对水进行迅速降温，当水到达密闭水箱13之后，还会继续降温，从而使得冷却水可重复循环，而无需采用大量的冷却水。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于，所述密闭水箱13上设置压力传感器，所述泄压阀14为电磁阀，所述压力传感器用于对密闭水箱13中的压力进行检测并将数据传输给PLC控制器，PLC控制器根据数据控制电磁阀的开度，保证密闭水箱13压力不超出阈值。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于，所述靶材1与背板2之间设置有绑定层3，所述绑定层3间隔设置有石墨烯导热棒15，所述石墨烯导热棒15的一端延伸至支管4处。

为了实现背板2散热的同时，靶材1的热量能迅速传递给背板2，本发明在绑定层3中设计了石墨烯导热棒15，且石墨烯导热棒15与支管4接触，支管4中的冷却水能迅速地将热量带走。

实施例5

一种磁控溅射设备，包括靶材1安装结构和真空腔，所述靶材1安装结构位于所述真空腔的顶部。

实施例6

一种磁控溅射方法，包括如下步骤：

步骤1：将靶材1与背板2连接，并将靶材1和背板2安装在真空腔的顶部；

步骤2：开启控制阀12，高压气体通过空压管11进入到通风管9，由于射吸作用，将聚水槽6中的水带出，再通过排水管10进入到密闭水箱13中，密闭水箱13中的水在气压和液位差的作用下沿环管5、支管4重新进入到聚水槽6中；

步骤3：开启磁控溅射进行镀膜；

步骤4：镀膜完毕，先关闭镀膜控制按钮，再关闭控制阀12。

所述密闭水箱13与环管5之间还设置有阀门，当靶材1使用快贯穿时，关闭阀门，并开启控制阀12，进行射吸，将冷却水管中的冷却水排除干净，这样可以有效减少靶材1贯穿后持续溅射对背板2及冷却水管造成损坏从而导致冷却水落入真空腔体中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种靶材安装结构，包括靶材(1)和背板(2)，所述靶材(1)安装在背板(2)的一侧，其特征在于，所述背板(2)内部设置有散热组件，所述散热组件包括冷却水管和射吸组件，所述冷却水管靠近靶材(1)侧，所述射吸组件位于远离所述靶材(1)，所述射吸组件包括依次连接的空压管(11)、通风管(9)和排水管(10)，所述通风管(9)与射吸管(8)的一端连通，所述射吸管(8)的另一端与吸水管(7)连接，所述冷却水管与所述吸水管(7)连接，所述冷却水管包括聚水槽(6)和多个支管(4)，多个所述支管(4)与聚水槽(6)连接，所述聚水槽(6)与所述吸水管(7)连通。

2.根据权利要求1所述的一种靶材安装结构，其特征在于，所述冷却水管还包括环管(5)，所述环管(5)环形分布在所述背板(2)的内部，所述聚水槽(6)位于所述环管(5)的环形内，多个所述支管(4)的一端与所述环管(5)连接，多个所述支管(4)的另一端与聚水槽(6)连接。

3.根据权利要求2所述的一种靶材安装结构，其特征在于，所述支管(4)呈放射状分布于所述背板(2)的内部，所述聚水槽(6)与所述环管(5)同心设置。

4.根据权利要求1所述的一种靶材安装结构，其特征在于，所述排水管(10)连接有密闭水箱(13)，所述空压管(11)上设置有控制阀(12)。

5.根据权利要求2所述的一种靶材安装结构，其特征在于，所述环管(5)与密闭水箱(13)连接，所述密闭水箱(13)上设置有泄压阀(14)。

6.根据权利要求1或2所述的一种靶材安装结构，其特征在于，所述靶材(1)与背板(2)之间设置有绑定层(3)，所述绑定层(3)间隔设置有石墨烯导热棒(15)，所述石墨烯导热棒(15)的一端延伸至支管(4)处。

7.一种磁控溅射设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的靶材(1)安装结构。

8.一种磁控溅射方法，其特征在于，使用如权利要求7所述的磁控溅射设备，包括如下步骤：

步骤1：将靶材(1)与背板(2)连接，并将靶材(1)和背板(2)安装在真空腔的顶部；

步骤2：开启控制阀(12)，高压气体通过空压管(11)进入到通风管(9)，由于射吸作用，将聚水槽(6)中的水带出，再通过排水管(10)进入到密闭水箱(13)中，密闭水箱(13)中的水沿环管(5)、支管(4)重新进入到聚水槽(6)中；

步骤3：开启磁控溅射进行镀膜；

步骤4：镀膜完毕，先关闭镀膜控制按钮，再关闭控制阀(12)。

Images