CN113403591A - 新型阴极靶及旋转进气方法 - Google Patents

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CN113403591A CN202010189336.2A CN202010189336A CN113403591A CN 113403591 A CN113403591 A CN 113403591A CN 202010189336 A CN202010189336 A CN 202010189336A CN 113403591 A CN113403591 A CN 113403591A
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王守国
孙浩斌
姜文
刘玮
张华�
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Abstract

所述的一种新型阴极靶及旋转进气方法，包括空心进气阴极和可移动磁体，其特征在于：阴极靶(101)的中间设有旋转进气口(104)，在固定法兰(102)的圆形套筒(106)上也设有旋转进气孔(103)，这种旋转进气设计有利于弧根的旋转，也有利于产生更辉光的等离子体电弧状态；在阴极靶(101)背面设有径向磁体，在靶外侧设有可以前后可移动的磁体，该移动磁体同样可用来调控等离子体电弧的辉光状态，实现靶材的均匀刻蚀，从而使镀膜工件表面得到更光洁、致密的高质量镀膜膜层。

Description

新型阴极靶及旋转进气方法
技术领域
本发明是一种新型阴极靶及旋转进气方法，尤其是指在一个空心阴极靶的中间设有固定法兰的圆形套筒上也设有旋转进气孔，在阴极靶外侧设有前后移动的动态磁场线圈的新型阴极等离子体电弧装置。
背景技术
目前的电弧阴极装置的进气布局一般是从设备侧面或箱体的上方来开孔采用多孔的进气设计，这种进气布局对各个不同位置的阴极靶来说，其气体分布很难做到一致性，也带来了不同的等离子体分布和不同的电弧刻蚀速率。
目前，电弧阴极装置的靶材多用实心的圆盘形式，在使用后的中间位置都残留一定厚度，带来了靶材浪费。
目前，电弧阴极装置的外磁场控制都是采用固定的形式，无前后移动进行调节，这不利于对等离子体弧根状态的调节。
鉴于目前这种阴极靶的现状，我们设计的阴极靶中间设有旋转进气孔，在其侧面筒内侧也设有旋转进气孔，这样可以保证每个阴极靶等离子体弧根的快速旋转，通过调节进气量保证了每个靶区气体状态的一致性，从而保证等离子体的电弧辉光状态和刻蚀量的一致性。此外，进一步通过调节侧面磁体的移动，来调节靶轴向的磁场变化，也有利于调节等离子体电弧辉光状态和径向移动，实现靶材的均匀电弧刻蚀，从而使镀膜工件表面得到更光洁、致密的高质量镀膜膜层。
发明内容
所述的一种新型阴极靶及旋转进气方法是由一个中间设有进气口(104)的阴极靶，在该阴极靶(107)的中间设有一个固定帽(105)，在该固定帽一是用来压紧固定阴极靶材，在其侧面设有多个旋转进气孔(104)促使等离子体弧根旋转；该固定帽的材料与阴极材料是相同材质，这是为了保证即使中间的固定帽上溅射出金属颗粒，也与电弧靶材的镀膜材质的一致性；该空心阴极靶(107)的另一个优势是节省靶料，提高靶材利用率。
所述的一种新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：在固定法兰(102)的圆形套筒(106)上也设有旋转进气孔(103)，这些旋转孔的进气流方向和阴极靶固定帽(105)出气孔的流动方向是一致的。这种旋转进气设计有利于电弧溅射过程中弧根的快速旋转，也有利于产生更均匀的等离子体电弧放电状态。
所述的一种新型磁控溅射阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：在阴极靶(107)的外侧设有可以前后移动的动态磁场线圈 (111)，该磁场线圈是由一个直线电机(114)带动在一个直线轨道 (115)上前后移动。利用这种磁场变化来调控等离子体状态，促进弧根径向移动，实现靶材的均匀刻蚀，从而使镀膜工件表面得到更光洁、致密的高质量镀膜膜层。
所述的一种新型磁控溅射阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：法兰(102)是通过均布的固定螺丝(109)与真空壳体(100) 固定，真空是通过密封圈(108)来密封，进气管(101)引入等离子体的放电气体。阴极靶材(107)是通过绝缘材料(110)与壳体(100) 阳极绝缘，在阴极的背面设有水冷板(113)，在该冷却板背面设有磁场线圈(111)来建立靶面的径向磁场。
所述的一种新型磁控溅射阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：冷却板(116)上设有冷却水进出口(112)，中间进气管(101)；在阴极靶材(107)和壳体(100)之间设有一个直流弧电源(117)，用于产生电弧溅射的等离子体放电。
下面结合附图对本发明进一步的描述。
图1为本发明实施例新型阴极靶及旋转进气方法结构视示意图。
图2为本发明实施例新型阴极靶及旋转进气方法的旋转进气结构视示意图。
具体实施方式
参照附图1和图2所述的一种新型阴极靶及旋转进气方法，它是由一个中间设有进气通道的阴极靶(107)，在其靶中间设有一个固定帽(105)，该固定帽是压紧阴极靶，在固定帽的侧面设有多个旋转进气孔(104)，该固定帽的材料与阴极材料是采用相同材质；在固定法兰(102)的圆形套筒(106)上也设有旋转进气孔(103)，这种旋转进气与固定帽(105)的旋转进气是一致的，促使了阴极靶表面等离子体电弧更快速旋转，产生更均匀的等离子体电弧刻蚀靶面。通过控制气体流量来提高靶附近等离子体电弧的辉光特性。
参照附图1，在阴极靶(107)的外侧设有可以前后移动的动态磁场线圈(111)，该磁场线圈是由一个直线电机(114)带动在一个直线轨道(115)上前后移动。通过该磁场的移动来调控等离子体电弧状态，促使电弧径向移动，实现靶材的均匀刻蚀，从而使镀膜工件表面得到更光洁、致密的高质量镀膜膜层。
参照附图1，固定法兰(102)的密封圈为108是由硅胶材料制成，法兰(102)是通过均布的固定螺丝(109)与真空壳体 (100)固定，进气管为101。阴极靶材(107)是通过绝缘材料(110) 与壳体(100)阳极绝缘，在阴极的背面设有水冷板(113)，在该冷却板侧面设有磁性材料(116)，并设有冷却水的进出口(112)，中间设有进气管(101)，在进气管两边设有磁场(111)，该磁场在靶材表面产生径向磁场；在阴极靶材(107)和壳体(100)之间设有一个直流弧电源(117)，用于产生电弧溅射的等离子体放电。
参照附图1，壳体(100)和法兰(102)采用不锈钢材料制成，绝缘材料(110)可以采用塑料或陶瓷材料，水冷板(113) 采用金属导热材料制成，侧面体(116)采用铁磁性材料，进气管(101) 采用塑料或不锈钢管，阴极靶材(107)根据镀膜材质需求可以选择不同的金属或合金。磁场线圈(111)采用铜材制成，电源(117)采用直流电源。
上面参考附图结合具体的实施例对发明进行了描述，然而，需要说明的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上述实施例作出许多改变和修改，这些改变和修改都落在本发明的权利要求限定的范围内。

Claims (8)

1.所述的一种新型阴极靶及旋转进气方法，包括空心进气阴极和可移动磁体，其特征在于：极靶(101)的中间设有旋转进气口(104)，在固定法兰(102)的圆形套筒(106)上也设有旋转进气孔(103)，这种旋转进气设计有利于弧根的旋转，也有利于产生更辉光的等离子体电弧状态；在阴极靶(101)背面设有径向磁体，在靶外侧设有可以前后可移动的磁体，该移动磁体同样可用来调控等离子体电弧的辉光状态，实现靶材的均匀刻蚀，从而使镀膜工件表面得到更光洁、致密的高质量镀膜膜层。
2.根据权利要求1所述的新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：在阴极靶(107)的中间设有一个压紧的固定帽(105)，在该固定帽的侧面设有多个旋转进气孔(104)，该固定帽的材料与阴极材料是相同材质。
3.根据权利要求1所述的新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：在固定法兰(102)的圆形套筒(106)上也设有旋转进气孔(103)，该旋转进气的方向与阴极固定帽(105)上的进气方向为同向。
4.根据权利要求1所述的新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：固定法兰的密封圈为108，是通过均布的固定螺丝(109)与真空壳体(100)固定，工作气体由进气管(101)引入。
5.根据权利要求1所述的新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：阴极靶(107)是通过绝缘材料(110)与壳体(100)阳极绝缘，在阴极的背面设有冷却板(113)，在该冷却板(113)内设有磁场线圈(111)，该磁场线圈(111)结合冷却板侧面的铁磁性材料在靶面建立一个径向磁场。
6.根据权利要求1所述的新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：在阴极靶(107)的外侧设有可以前后移动的动态磁体，该磁体是由磁场线圈(111)构成，该磁场线圈是由一个直线电机(114)带动在一个直线轨道(115)上前后移动。
7.根据权利要求1所述的新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：冷却板(113)是由金属导热材料制成，其侧面和底部是由铁磁性材料(116)制成，内设有冷却循环水进出水口(112)。
8.根据权利要求1所述的新型阴极靶及旋转进气方法，其特征在于：在阴极靶材(107)和壳体(100)之间设有一个直流弧电源(117)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114236168A (zh) * 2021-12-28 2022-03-25 中国航天空气动力技术研究院 电弧等离子体发生器弧根旋转速度测量装置及测量方法

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