CN201162042Y - 一种矩形平面磁控溅射阴极 - Google Patents

Abstract

一种矩形平面磁控溅射阴极，具有靶材、阴极组件和设置在阴极组件外围的屏蔽罩，阴极组件中，磁路机构固定设置在靶座上并位于阴极体的内部，靶材固定设置在靶座的下部；其特征是在阴极组件的外周、位于屏蔽罩的内侧或外侧，整周设置导磁板。本实用新型可有效提高溅射过程的稳定性、提高靶材的利用率。

Description

一种矩形平面磁控溅射阴极

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜设备，更具体地说是一种矩形平面磁控溅射阴极。

背景技术

矩形平面磁控溅射阴极是目前大面积真空镀膜的重要设备之一。实用新型专利《LINEAR PLANAR-MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS WITH RECIPROCATING MAGNET-ARRAY》(实用新型人David E.Stevenson，美国专利，专利号5328585)介绍了一种矩形平面磁控溅射阴极，该阴极具有目前工业中矩形平面磁控溅射阴极的典型结构。其在阴极体的周围设置屏蔽罩，屏蔽罩与电源正极以及接地线相连接，在阴极体与屏蔽罩之间保留有一定距离的缝隙。屏蔽罩的作用是截获由非靶材零件发射的电子，使之不产生辉光放电，阻止非靶材零件的溅射，保证薄膜的纯度。

《真空镀膜技术与设备》(李云奇主编，沈阳：东北工学院出版社，1992，106-109页)提及：屏蔽罩设置的原则是使阴极体与屏蔽罩之间的缝隙距离δ≤r，即δ≤mE/B²＝3.37U^1/2/B(其中，U是磁控溅射的直流电压，U＝E δ)。目前，在设计磁控溅射阴极时，缝隙距离δ值一般均在1.5-2mm范围内。但是，通常缝隙之间不允许填充任何绝缘物质，因为任何填充物都易被污染，引起局部放电而导通短路；且在实际的加工和安装中，要保证缝隙的均匀一致是非常困难的，特别是大型矩形平面磁控溅射阴极中，非均匀缝隙的存在很容易造成阴阳极导通短路，缝隙距离值又不能大于此范围，否则会发生溅射现象，损害阴极。

此外，现有矩形平面磁控溅射阴极还存在如下缺点：

1、靶材的非均匀剥蚀严重降低靶材的利用率，改变溅射过程中的参数，甚至会造成起弧或跑弧，严重影响溅射过程的稳定性；

2、由于靶材得不到充分的冷却，靶材容易发生开裂、升华和溶化，且靶材热变形会带来拆装困难、靶材膨胀切断螺钉和真空密封性变差等故障的发生。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可有效提高溅射过程的稳定性、提高靶材的利用率的矩形平面磁控溅射阴极。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型矩形平面磁控溅射阴极具有靶材、阴极组件和设置在阴极组件外围的屏蔽罩，所述阴极组件中，磁路固定设置在靶座上并位于阴极体的内部，靶材固定设置在靶座的下部。

本实用新型的结构特点是在所述阴极组件的外周、位于屏蔽罩的内侧或外侧，整周设置导磁板。

本实用新型的结构特点也在于：

所述导磁板固定设置在阴极体的外侧壁，或在屏蔽罩的内侧壁，或在屏蔽罩的外侧壁上。

所述导磁板采用导磁的铁磁性材料或软磁材料制成。

图2所示是在未安装导磁板情况下的磁控阴极磁力线分布，此时，磁力线4在狭缝内具有较大的平行于阴极体7的表面的分量；

图3所示是在屏蔽罩的内侧壁安装有导磁板23的磁控阴极磁力线分布，图3中可见，导磁板23改变了缝隙内磁场的分布，使缝隙内磁力线变形为目的磁力线1，缝隙处平行于阴极体7表面的磁场分量会变得很小，磁力线逐渐变为垂直于阴极体表面方向。平行于阴极体表面的磁场分量可以减小到20Gs以下，即不在磁控放电的磁场范围(100Gs-1000Gs)内，因此缝隙内就不会发生溅射现象，从而不需要控制缝隙的宽度在1.5-2mm内。因此，本实用新型的结构设置可以使屏蔽罩2和阴极体7间缝隙的距离不限于1.5-2mm的范围，可以根据阴极的尺寸适当增加缝隙的宽度，这样既解决了缝隙放电现象，又避免了阴阳极间导通短路的发生。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型中导磁板的设置改变了阴极体和屏蔽罩缝隙处的磁场分布，增加了缝隙的宽度，有效地抑制了缝隙处的放电现象，避免了阴阳极导通短路，溅射过程稳定、可靠。

2、本实用新型通过磁路结构的合理设置，可以有效地提高磁场分布的均匀性，提高靶材的利用率和溅射过程的稳定性。

3、本实用新型可以在靶材和靶座之间设置导热碳膜和铜背板，以增加热接触面积，使得靶材冷却均匀充分，克服靶材因热变形而带来的拆装困难、靶材烧损、靶材膨胀切断螺钉和真空密封性变差等故障的发生。

4、本实用新型的结构设置便于装配和拆卸。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是未安装导磁板的磁控阴极磁力线分布示意图。

图3为本实用新型在屏蔽罩的内侧壁安装有导磁板的磁控阴极磁力线分布示意图。

图4为本实用新型磁轭和隔板结构示意图。

图5为本实用新型阴极体外侧壁表面平行磁场强度分布曲线。

图6为本实用新型靶材表面平行磁场强度分布曲线。

表1为一种导磁材料SS430的BH曲线点。

图中标号：1目的磁力线、2屏蔽罩、3保护罩、4磁力线、5绝缘套垫、6绝缘座、7阴极体、8冷却水道、9进磁轭水孔、10进隔板水孔、11出磁轭水孔、12磁轭、13隔板、14进水管、15内磁铁、16内极座、17分流板、18出水管、19外极靴、20外磁铁、21外极座、22磁铁固定板、23导磁板、26靶材压框、27靶材、28导热碳膜、29铜背板、30靶座、31内极靴、32水平屏蔽罩

以下通过具体实施方式，结合附图对本实用新型作进一步说明：

具体实施方式

参见图1，本实施例按常规结构具有靶材27、阴极组件和设置在阴极组件外围的屏蔽罩2，在阴极组件中，磁路机构固定设置在靶座30上并位于阴极体7的内部，靶材27固定设置在靶座30的下部。

本实施例中，在阴极组件的外周、位于屏蔽罩2的内侧或外侧，整周设置导磁板23。导磁板23可以固定设置在阴极体7的外侧壁，或固定设置在屏蔽罩2的内侧壁上，也可以固定设置在屏蔽罩2的外侧壁上；导磁板23采用导磁的铁磁性材料或软磁材料制成。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

如图1所示，磁路机构的设置为：内磁铁15和外磁铁20分别设置在隔板13的中间和周围，对应于内磁铁15和外磁铁20分别设置内极座16和内极靴19以及外极座21和外极靴31，分流板17位于隔板13下方的靶座30上，并被固定在冷却水道8中，内磁铁15、内极座16、内极靴19、外磁铁20、外极靴31和外极座21是以磁轭12为顶板并通过磁铁固定板22和隔板13固定设置在靶座30上。

磁轭12、内极座16、外极座21、内极靴31、外极靴19和分流板17为导磁材料构件；内磁铁15和外磁铁20为永磁材料构件。

导磁材料采用铁磁性材料或软磁材料，永磁材料采用永磁铁氧体或铷铁硼。

如图1和图4示：靶座30为良导热材料构件，冷却水道8位于靶座30的上表面，隔板13上分别开设有进隔板水孔10和出隔板水孔24，磁轭12上分别开设有进磁轭水孔9和出磁轭水孔11，进水管14和出水管18安装在磁轭12上。靶材27是通过靶材压框26固定设置在靶座30上，在靶材27与靶座30之间，位于靶座30一侧设置铜背板29、位于靶材27一侧为一层导热碳膜28，这一结构形式可以使热接触面积达到85％以上，靶材27得到充分冷却。冷却水道的设置可以利用靶座与内磁铁、外磁铁、内极靴和外极靴的接触对内磁铁、外磁铁、内极靴和外极靴有效实施冷却。

具体实施中，阴极体7通过螺栓、绝缘套垫5分别与绝缘座6和屏蔽罩2联结固定，绝缘座6位于阴极体7和屏蔽罩2之间，并由圆柱沉头螺钉固定设置在屏蔽罩2的上表面，绝缘座6的上、下表面和靶座30的上表面分别设置有密封槽，并且有密封圈置于各密封槽中。

在屏蔽罩2的上表面设置保护罩3，保护罩3由绝缘材料制成，承接在屏蔽罩2底部的水平屏蔽罩32通过圆柱沉头螺钉固定设置在屏蔽罩2的底部端面上。

靶座30固定设置在阴极体7的底端，靶座30与电源负极连接，电源正极和接地线均与屏蔽罩2相连接。

具体实施中，调整导磁板23的厚度和导磁率，可以达到调整阴极体7外侧表面平行磁场强度分布的目的。若选用厚度为5mm，高度为90mm的导磁材料SS430制作导磁板23，SS430的磁化曲线如表1所示，将其按图1所示设置在屏蔽罩2的内侧壁整周，得到阴极体7外侧表面平行磁场强度分布如图5，阴极体7外侧表面最大平行磁场强度小于20Gs。增大导磁板23的厚度和导磁率可进一步减小阴极体7外侧表面平行磁场强度。

调整磁路机构中各构件的尺寸，可以达到调整靶材表面平行磁场强度分布的目的。比如，具体设置内磁铁15的截面尺寸为15mm×25mm，设置外磁铁20的截面尺寸均为10mm×25mm，内极靴和外极靴采用图1中所示的截面形状，内极靴和外极靴的截面尺寸分别设置为15mm×15mm和10mm×15mm，倾斜角分别设置为28°和45°，两块分流板17的截面尺寸均设置为28mm×1mm，靶材27的长度和宽度分别为720mm和120mm。这一具体的配合尺寸可以使得靶材表面平行磁场强度的均匀分布区达到65％，如图6所示。

表1：

Claims (8)

1、一种矩形平面磁控溅射阴极，具有靶材(27)、阴极组件和设置在阴极组件外围的屏蔽罩(2)，所述阴极组件中，磁路机构固定设置在靶座(30)上并位于阴极体(7)的内部，靶材(27)固定设置在靶座(30)的下部；其特征是在所述阴极组件的外周、位于屏蔽罩(2)的内侧或外侧，整周设置导磁板(23)。

2、根据权利要求1所述的矩形平面磁控溅射阴极，其特征是所述导磁板(23)固定设置在阴极体(7)的外侧壁，或在屏蔽罩(2)的内侧壁，或在屏蔽罩(2)的外侧壁上。

3、根据权利要求1所述的矩形平面磁控溅射阴极，其特征是所述导磁板(23)采用导磁的铁磁性材料或软磁材料制成。

4、根据权利要求1所述的矩形平面磁控溅射阴极，其特征是所述磁路机构的设置为：内磁铁(15)和外磁铁(20)分别设置在隔板(13)的中间和周围，对应于内磁铁(15)和外磁铁(20)分别设置内极座(16)和内极靴(19)以及外极座(21)和外极靴(31)，分流板(17)位于隔板(13)下方的靶座(30)上，内磁铁(15)、内极座(16)、内极靴(19)、外磁铁(20)、外极靴(31)和外极座(21)以磁轭(12)为顶板并通过磁铁固定板(22)和隔板(13)固定设置在靶座(30)上。

5、根据权利要求4所述的矩形平面磁控溅射阴极，其特征是所述磁轭(12)、内极座(16)、外极座(21)、内极靴(31)、外极靴(19)和分流板(17)为导磁材料构件；所述内磁铁(15)和外磁铁(20)为永磁材料构件。

6、根据权利要求5所述的矩形平面磁控溅射阴极，其特征是所述导磁材料为铁磁性材料或软磁材料；所述永磁材料为永磁铁氧体或铷铁硼。

7、根据权利要求5所述的矩形平面磁控溅射阴极，其特征是所述靶座(30)为良导热材料构件，在靶座(30)的上表面设置冷却水道8，所述分流板(17)位于冷却水道(8)中，进水管(14)和出水管(18)分别设置在磁轭(12)上。

8、根据权利要求7所述的矩形平面磁控溅射阴极，其特征是所述靶材(27)通过靶材压框(26)固定设置在靶座(30)上，在所述靶材(27)与靶座(30)之间，位于靶座(30)一侧设置铜背板(29)、位于靶材(27)一侧为一层导热碳膜(28)。

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