CN203794976U - 一种平面阴极 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种平面阴极，包含靶材、壳体、设置在壳体内的软铁底板、设置在软铁底板上的磁阵，靶材位于所述磁阵的上方，所述磁阵包含N组并沿软铁底板的横向进行竖直的等距排列；所述磁阵包含：形成在软铁底板上的环形跑道、设置在软铁底板上被环形跑道所包围的第一磁铁、设置在软铁底板上用于包围环形跑道的第二磁铁；所述磁阵还包含：设置在环形跑道内用于隔离并固定第一磁铁和第二磁铁的铝块；其中，被铝块隔离的第一磁铁和第二磁铁的极性相反。同现有技术相比，由于需镀膜衬底在经过靶材上方的过程中需要通过多个磁阵形成的刻蚀跑道，从而使得靶材上溅射出的离子或原子会反复的覆盖在衬底的表面形成薄膜，以此来提高衬底镀膜的速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种平面阴极，特别涉及一种磁控溅射用矩形平面阴极。
背景技术
资源枯竭和环境污染是人类社会实现可持续发展的主要瓶颈，亟需解决。薄膜技术以其材料消耗量小，在科研和工业生产中应用广泛，尤其是在表面处理改性和防腐等领域应用更加广泛；物理法真空镀膜，具有适合制备材料广泛、技术成熟、制备薄膜材料性能优越、生产过程环保等优势，发展迅速。磁控溅射制备薄膜技术是最广泛应用的薄膜制备技术。磁控溅射设备的心脏，决定制备材料性能和材料利用率的核心部件是磁控溅射阴极。
生产上使用的磁控溅射阴极主要有矩形平面阴极和柱状旋转阴极，阴极有效均匀溅射长度一般在300mm至4000mm，生产中将多个阴极并列集成到生产线上，制备厚膜和多层膜条件下，阴极数量达到数十个，生产线长度达到几十，甚至上百米，每个阴极配置一个大功率电压，整个设备投资达到数百甚至数千万元以上。
随着环保力度的增大，传统的电镀行业已经不合适发展的需要，真空磁控溅射技术是替代传统电镀的最佳选择，很多中小零件的磁控溅射镀膜市场需求广泛。现有采用小型圆形阴极的台式单机设计不能适合多层膜对膜层纯度的要求，也不适合产业化批量溅射较厚薄膜的镀膜要求。大型流水线型镀膜设备，投资巨大，也不能满足现有中小零件批量镀膜市场要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种平面阴极，可以实现现有产品镀膜速度的10倍以上，实现单电源驱动一个阴极的短时间溅射厚膜要求。
为了实现上述目的，本实用新型设计了一种平面阴极，包含靶材、壳体、设置在所述壳体内的软铁底板、设置在所述软铁底板上的磁阵，所述靶材位于所述磁阵的上方，所述磁阵包含N组并沿所述软铁底板的横向进行竖直的等距排列；其中，所述N为大于1的自然数；
所述磁阵包含：形成在软铁底板上的第一环形跑道、设置在所述软铁底板上被所述第一环形跑道所包围的第一磁铁、设置在所述软铁底板上用于包围所述第一环形跑道的第二磁铁；
所述磁阵还包含：设置在所述第一环形跑道内用于隔离所述第一磁铁和所述第二磁铁的第一铝块；
其中，被所述第一铝块隔离的所述第一磁铁和所述第二磁铁的极性相反。
本实用新型的实施方式相对于现有技术而言，当靶材通过等离子体轰击将自身的离子或原子溅射到衬底上时，由于软铁底板上的磁阵是沿横向竖直进行等距排列的，且每个磁阵分别包含一个环形跑道、一个被环形跑道包围的第一磁铁和一个包围环形跑道的第二磁铁，从而有效增大了靶材溅射的空间距离，使多个磁阵共同实现对靶面的全刻蚀，以提高靶材的溅射效率。而当衬底从靶材上方经过时，可沿靶材的长方向进入，由于衬底在经过靶材跑道上方的过程中需要通过多个刻蚀跑道，从而使得靶材上溅射出的靶材原子和离子会叠加反复的覆盖在衬底的表面形成薄膜，以此来提高衬底镀膜的厚度。
另外，为了满足不同产品的镀膜需求，相邻两个磁阵的第二磁铁的极性相同或相反。当相邻两个磁阵的第二磁铁的极性相同时，可使相邻两个磁阵中的磁场达到一个平衡状态，各磁阵中的磁场都是以各自环形跑道所规定的方向进行流动，每个磁阵在对靶材的溅射时不会相互进行干扰。而当相邻两个磁阵的第二磁铁的极性相反时，可使相邻两个磁阵中的磁场达到一个非平衡状态，各磁阵中的磁场在以各自环形跑道所规定的方向进行流动时，由于相邻两个磁阵的第二磁铁的极性是相反的，所以相邻两个磁阵中的磁场还会相互进行影响，从而可确保靶材离子在溅射过程中获得较大的动能，可满足在衬底上进行ITO等材料的特殊工艺镀膜需求。
进一步的，所述磁阵还至少包含包围所述第二磁铁的第二环形跑道、包围所述第二环形跑道的第三磁铁和设置在所述第二环形跑道内用于隔离所述第三磁铁和第二磁铁的第二铝块；其中，被所述第二铝块隔离的所述第二和第三磁铁的极性相反。而相邻两个磁阵的第三磁铁的极性相同或相反。从而可进一步增大单个磁阵在溅射靶材时的溅射区域，以进一步提高衬底镀膜时的厚度。
进一步的，所述平面阴极还包含设置在所述磁阵上方的水冷板；其中，所述水冷板具有一个用于冷却所述靶材和所述磁阵的水冷流道、分别与所述水冷通道连通的进水口和出水口，且所述进水口与所述出水口暴露在所述水冷板的外部。由于在磁阵上方设有水冷板，且水冷板上设有水冷通道，通过水冷板可对靶材和磁阵进行冷却，以保证大功率溅射时的需求。
进一步的，所述平面阴极还包含覆盖在所述水冷板上用于封闭所述水冷通道的水封背板，所述靶材设置在所述水封背板的上方。通过水封背板可对水冷板内流动的冷却水进行有效密封，避免其冷却水向外泄露。
进一步的，所述平面阴极还包含设置在所述靶材上方用于压紧所述靶材的靶材压框。通过靶材压框可压住靶材，实现溅射过程中冷却水和真空室的隔离和密封。
进一步的，所述壳体包含法兰盘和设置在所述法兰盘上的绝缘耐热基座，所述软铁底板设置在所述绝缘耐热基座内。且所述绝缘耐热基座采用聚四氟乙烯制成，从而使其能够在+250℃至-180℃的温度下长期工作。其绝缘性能不受环境及频率的影响，体积电阻可达1018Ω，介质损耗小，耐压达到1000V以上。
进一步的，所述软铁底板为高导磁轭铁底板。
附图说明
图1为本实用新型第一实施方式平面阴极的结构示意图；
图2为本实用新型第一实施方式平面阴极的内部结构图；
图3为本实用新型第二实施方式平面阴极的内部结构图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本实用新型的第一实施方式涉及一种平面阴极，如图1所示，包含靶材7、壳体、设置在壳体内的软铁底板5、设置在软铁底板5上的磁阵，而靶材7位于磁阵的上方。具体的说，如图2所示，该磁阵包含多组并沿软铁底板5的横向进行竖直的等距排列，而在本实施方式中，磁阵供设有十组。
另外，在本实施方式中，磁阵还包含：形成在软铁底板5上的第一环形跑道6、设置在软铁底板5上被第一环形跑道6所包围的第一磁铁12、设置在软铁底板5上用于包围第一环形跑道6的第二磁铁14。
并且，该磁阵还包含：设置在第一环形跑道6内用于隔离第一磁铁12和第二磁铁14的第一铝块13。值得一提的是，被第一铝块13隔离的第一磁铁12和第二磁铁14的极性是相反的。
由上述内容可知，当靶材7通过磁阵将自身的原子或离子溅射到衬底上时，由于软铁底板5上的磁阵是沿横向竖直进行等距排列的，且每个磁阵分别包含一个环形跑道6、一个被环形跑道6包围的第一磁铁12和一个包围环形跑道6的第二磁铁14，从而有效增大了靶材7溅射的空间距离，使多个磁阵能够共同实现对靶面的全刻蚀，以提高靶材的溅射效率。而当衬底从靶材上方经过时，可沿靶材的长方向进入，由于衬底在经过衬底的过程中需要通过多个平行刻蚀区域，从而使得靶材7上溅射出的原子或离子会叠加的覆盖在衬底的表面形成薄膜，以此来提高衬底镀膜的厚度。
值得一提的是，在本实施方式中，壳体包含法兰盘1和设置在2法兰盘上的绝缘耐热基座2，软铁底板5设置在所述绝缘耐热基座2内的。且该绝缘耐热基座2是采用聚四氟乙烯制成，由于聚四氟乙烯能够在+250℃至-180℃的温度下长期工作。其绝缘性能不受环境及频率的影响，体积电阻可达1018Ω，介质损耗小，耐压达到1000V以上，从而使得整个平面阴极能满足在高温下进行运行的求。而法兰盘采用的304或316不锈钢或者高强度铝合金材料等，并在法兰盘底部设有电源接口3，动力电缆采用适合大功率，大电流的铜电线、铜编织带或同轴电缆，最大功率可以达到30KVA以上。而软铁底板5采用的是高导磁轭铁底板。
并且，为了满足不同产品的镀膜需求，相邻两个磁阵的第二磁铁的极性可以是相同或者也可以是相反的。
具体的说，当相邻两个磁阵的第二磁铁的极性相同时，可使相邻两个磁阵中的磁场分别达到一个平衡状态，各磁阵中的磁场都是以各自环形跑道所规定的方向进行流动，每个磁阵在对靶材的溅射时不会相互进行干扰，可满足绝大部分材料的镀膜需求。而当相邻两个磁阵的第二磁铁的极性相反时，可使相邻两个磁阵中的磁场达到一个非平衡状态，各磁阵中的磁场在以各自环形跑道所规定的方向进行流动时，由于相邻两个磁阵的第二磁铁的极性是相反的，所以相邻两个磁阵中的磁场还会相互进行影响，从而可确保靶材离子在溅射过程中获得较大的动能，可满足在衬底上进行ITO等材料的特殊工艺镀膜需求。
另外，如图1所示，本实施方式的平面阴极还包含设置在各磁阵上方的水冷板8，具体的说，该水冷板为纯铜水冷板。其中，水冷板8具有一个用于冷却靶材7和磁阵的水冷流道(图中未标示)、分别与水冷通道连通的进水口15和出水口16，且进水口15与出水口16是暴露在水冷板的外部。在实际使用时，可将冷却水通过进水口16灌入，然后水冷通道循环流动后，再有出水口16排出，通过水冷板可对靶材和磁阵进行有效的冷却，从而保证靶材在大功率溅射时的需求。另外，当水冷板8覆盖在磁阵上方时，可在水冷板的外围设置密封圈，通过密封圈17与真空室2进行密封，确保整个平面阴极的密封性能。
另外，值得一提的是，本实施方式的平面阴极还包含覆盖在水冷板8上用于封闭水冷通道的水封背板10，而靶材7是直接设置在水封背板10的上方。通过水封背板10可对水冷板8内流动的冷却水进行有效密封，避免其冷却水向外泄露。
另外，本实施方式的平面阴极还包含设置在靶材7上方用于压紧靶材7的靶材压框11。通过靶材压框11可压住靶材，实现溅射过程中冷却水和真空室的隔离和密封。
本实用新型的第二实施方式涉及一种平面阴极，第二实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，其主要改进在于：如图3所示，在本实施方式中，单个磁阵还至少包含包围第二磁铁14的第二环形跑道18、包围第二环形跑道18的第三磁铁19和设置在第二环形跑道18内用于隔离第三磁铁19和第二磁铁14的第二铝块。
其中，被第二铝块隔离的第二磁铁14和第三磁铁19的极性相反。而相邻两个磁阵的第三磁铁19的极性相同或相反。从而可进一步增大单个磁阵在溅射靶材时的溅射区域，以进一步提高衬底镀膜时的厚度。需要说明的，在本实施方式中，仅在第二磁铁14外围绕有第二环形跑道为例，在实际的应用过程中，还可根据产品镀膜所需的厚度在第三磁铁19外围绕有环形跑道，并依次设有磁铁和铝块，依次类推，在这里就不在进行阐述。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
Claims (11)
1.一种平面阴极，包含靶材、壳体、设置在所述壳体内的软铁底板、设置在所述软铁底板上的磁阵，所述靶材位于所述磁阵的上方，其特征在于：所述磁阵包含N组并沿所述软铁底板的横向进行竖直的等距排列；其中，所述N为大于1的自然数；
所述磁阵包含：形成在软铁底板上的第一环形跑道、设置在所述软铁底板上被所述第一环形跑道所包围的第一磁铁、设置在所述软铁底板上用于包围所述第一环形跑道的第二磁铁；
所述磁阵还包含：设置在所述第一环形跑道内用于隔离所述第一磁铁和所述第二磁铁的第一铝块；
其中，被所述第一铝块隔离的所述第一磁铁和所述第二磁铁的极性相反。
2.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于：相邻两个磁阵的第二磁铁的极性相同或相反。
3.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于：所述磁阵还至少包含包围所述第二磁铁的第二环形跑道、包围所述第二环形跑道的第三磁铁和设置在所述第二环形跑道内用于隔离所述第三磁铁和第二磁铁的第二铝块；
其中，被所述第二铝块隔离的所述第二和第三磁铁的极性相反。
4.根据权利要求3所述的平面阴极，其特征在于：相邻两个磁阵的第三磁铁的极性相同或相反。
5.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于：所述平面阴极还包含设置在所述磁阵上方的水冷板；
其中，所述水冷板具有一个用于冷却所述靶材的水冷流道、分别与所述水冷通道的进水口和出水口，且所述进水口与所述出水口暴露在所述水冷板的外部。
6.根据权利要求5所述的平面阴极，其特征在于：所述水冷板为纯铜水冷板。
7.根据权利要求5所述的平面阴极，其特征在于：所述平面阴极还包含覆盖在所述水冷板上用于封闭所述水冷通道的水封背板，所述靶材设置在所述水封背板的上方。
8.根据权利要求1所述的平面阴极，其特征在于：所述平面阴极还包含设置在所述靶材上方用于压紧所述靶材的靶材压框。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的平面阴极，其特征在于：所述壳体包含法兰盘和设置在所述法兰盘上的绝缘耐热基座，所述软铁底板设置在所述绝缘耐热基座内。
10.根据权利要求9所述的平面阴极，其特征在于：所述绝缘耐热基座采用聚四氟乙烯制成。
11.根据权利要求1至8中任意一项所述的平面阴极，其特征在于：所述软铁底板为高导磁轭铁底板。
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