CN211713191U - 靶材安装结构及离子源溅射系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种靶材安装结构，包括：主轴、靶材底座以及固定支撑轴，所述靶材底座上设有多个靶材安装座，各个靶材安装座连接螺杆；主轴与靶材底座连接，带动靶材底座旋转；固定支撑轴通过单向逆止结构分别与靶材底座和螺杆的一端连接，螺杆的另一端通过涡轮与靶材安装座连接；主轴往正向旋转时，靶材底座跟随转动，单向逆止结构使得所述螺杆相对于靶材底座静止，螺杆相对于所述固定支撑轴位移，靶材安装座保持静止；主轴往反向旋转时，靶材底座跟随转动，单向逆止结构使得螺杆相对于固定支撑轴位移，螺杆相对于靶材底座位移，螺杆通过涡轮转动靶材安装座。本申请只需通过一个电机即可实现靶材的选择和旋转，且传动机构简单。

Description

靶材安装结构及离子源溅射系统

技术领域

本申请涉及离子束溅射技术领域，尤其是一种靶材安装结构及离子源溅射系统。

背景技术

离子束溅射技术是使用离子源在真空中轰击不同材料的靶材表面，使得靶材材料沉积到产品表面的一种技术，离子束溅射技术是近些年发展起来的制备高质量薄膜的一种非常重要的方法，它具有其它制膜技术无法比拟的优点。且离子束溅射技术污染小，成膜条件精确可控。

传统的离子溅射系统一般是将溅射靶材设置在离子源的对面，由于离子源的束流方向性强，轰击到的靶面积太小，导致沉积速率较低。而且，离子束溅射沉积也不适宜沉积厚度均匀的大面积的薄膜。并且溅射装置过于复杂，设备运行成本较高，靶材利用率低。

为了提高靶材的利用率，现有技术采用靶材选择加旋转的方式，但这些技术至少需要两个电机驱动，参考图1所示，即一个靶材选择使用，一个驱动靶材旋转使用，且电机都安装到真空腔室外，传动结构复杂。

实用新型内容

本申请的目的旨在解决上述的技术缺陷之一，特别是需要两个电机驱动，传动结构复杂的问题。

为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种靶材安装结构，包括：主轴、靶材底座以及固定支撑轴，所述靶材底座上设有多个靶材安装座，各个所述靶材安装座连接螺杆；

所述主轴与所述靶材底座连接，带动所述靶材底座旋转；

所述固定支撑轴通过单向逆止结构分别与所述靶材底座和螺杆的一端连接，所述螺杆的另一端通过涡轮与所述靶材安装座连接；

所述主轴往正向旋转时，所述靶材底座跟随转动，所述单向逆止结构使得所述螺杆相对于靶材底座静止，螺杆相对于所述固定支撑轴位移，所述靶材安装座保持静止；

所述主轴往反向旋转时，所述靶材底座跟随转动，所述单向逆止结构使得所述螺杆相对于固定支撑轴位移，所述螺杆相对于靶材底座位移，所述螺杆通过涡轮转动靶材安装座。

在一个实施例中，所述单向逆止结构包括旋转方向相反的第一单向离合器逆轴承和第二单向离合器逆轴承；

所述螺杆套在第一单向离合器逆轴承的内环，所述靶材底座与第一单向离合器逆轴承的外环固定连接；

所述螺杆套在第二单向离合器逆轴承的内环，所述固定支撑轴与第二单向离合器逆轴承的外环固定连接。

在一个实施例中，所述固定支撑轴为中空设计，顶部设有螺杆安装支座，所述螺杆安装支座用于安装螺杆；

所述第一单向离合器逆轴承嵌套在靶材底座上，所述第二单向离合器逆轴承嵌套在固定支撑轴内部。

在一个实施例中，各个所述靶材安装座通过旋转轴连接涡轮上，所述涡轮分别与所述螺杆咬合。

在一个实施例中，所述靶材安装座数量为三个，分别均匀分布在所述靶材底座上。

在一个实施例中，所述靶材安装座通过旋转轴与所述涡轮连接，所述旋转轴内设有冷却水路。

在一个实施例中，所述旋转轴上设有环形的进水槽和出水槽，所述进水槽和出水槽通过水路连通，所述水路设于旋转轴内部；

所述筒体在进水槽位置上开设进水口，所述筒体在出水槽位置上开设出水口；

其中，所述水路从进水槽底部通过进水路引至靶材安装端部，并由所述靶材安装端部通过出水路引至出水槽底部。

在一个实施例中，所述旋转轴与筒体的两端通过轴承固定连接，且筒体之间为密封设计；

所述旋转轴上设有密封槽，所述密封槽用于安装密封圈，与所述筒体之间形成真空密封；

其中，所述旋转轴的进水槽与出水槽之间设有至少一个密封圈，所述旋转轴的进水槽与一侧轴承之间设有至少两个密封圈，所述出水槽与另一侧轴承之间设有至少两个密封圈。

在一个实施例中，各个所述靶材安装座的旋转轴上的进水口和出水口通过管道串联，形成一条冷却水路。

一种离子源溅射系统，包括上述的靶材安装结构。

上述靶材安装结构及离子源溅射系统，利用主轴转动靶材底座，靶材底座和螺杆的连接，通过利用单向逆止结构，使得螺杆相对于靶材底座位移或静止，驱动涡轮转动，只需通过一个电机即可实现靶材的选择和旋转，且传动机构简单，便于控制靶材的旋转和摆动，提高靶材利用率。而且利用螺杆与涡轮的结合，离子源的作用位置会处于一个离中心稍微偏的位置，在靶材旋转的作用下，提高靶材利用率。

进一步的，通过靶材安装座的旋转轴内设置的冷却水路，可以防止靶材的温度过高，提升溅射质量。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是传统的离子源溅射系统示意图；

图2和图3是本申请的靶材安装结构的切面示意图；

图4至5是靶材安装座安装在靶材底座上的示意图；

图6是靶材安装座立体图；

图7是靶材安装座切面示意图；

图8是旋转轴的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参考图2和图3，本申请提供的一种靶材安装结构，包括：主轴11、靶材底座12以及固定支撑轴13，所述靶材底座12上设有多个靶材安装座120，各个所述靶材安装座120连接螺杆14；优选的，各个所述靶材安装座120可以通过旋转轴15连接涡轮16上，所述涡轮16分别与所述螺杆14咬合。

所述主轴11与所述靶材底座12连接，带动所述靶材底座12旋转；所述固定支撑轴13通过单向逆止结构20(图中虚线框部分)分别与所述靶材底座12和螺杆14的一端连接，所述螺杆14的另一端通过涡轮16与所述靶材安装座120连接。

所述主轴11往正向旋转时，所述靶材底座12跟随转动，所述单向逆止结构20使得所述螺杆14相对于靶材底座12静止，螺杆14相对于所述固定支撑轴13位移，所述靶材安装座120保持静止；所述主轴11往反向旋转时，所述靶材底座12跟随转动，所述单向逆止结构20使得所述螺杆14相对于固定支撑轴13位移，所述螺杆14相对于靶材底座12位移，所述螺杆14通过涡轮16转动靶材安装座120。

上述靶材安装结构，利用主轴11转动靶材底座12，靶材底座12和螺杆14的连接，通过利用单向逆止结构20，使得螺杆14相对于靶材底座12位移或静止，驱动涡轮16转动，只需通过一个电机即可实现靶材的选择和旋转，且涡轮16简单，便于控制靶材的旋转和摆动，主轴11可以在电机控制下来回转动，并且可以使得靶材周期性旋转，提高靶材利用率。

而且利用螺杆14与涡轮16的结合，离子源的作用位置会处于一个离中心稍微偏的位置，在靶材旋转的作用下，提高靶材利用率。

对于上述的单向逆止结构20，其可以设计成多种形式结构，也可以利用不同机械结构来实现，下面结合附图阐述一种机械结构示例。

在一个实施例中，如图2和图3所示，其可以包括旋转方向相反的第一单向离合器逆轴承210和第二单向离合器逆轴承220；所述螺杆14套在第一单向离合器逆轴承210的内环，所述靶材底座12与第一单向离合器逆轴承210的外环固定连接；所述螺杆14套在第二单向离合器逆轴承220的内环，所述固定支撑轴13与第二单向离合器逆轴承220的外环固定连接。

具体的，参考图3，固定支撑轴13可以为中空设计，顶部设有螺杆14安装支座142，所述螺杆14安装支座142用于安装螺杆14；所述第一单向离合器逆轴承210嵌套在靶材底座12上，所述第二单向离合器逆轴承220嵌套在固定支撑轴13内部。

上述实施例的单向逆止结构20，利用两个旋转方向相反的单向离合器逆轴承结合使用来实现，传动结构简单，通过该简化的机械结构，只需要单个电机工作，即可实现选择靶材和靶材旋转两个功能，降低了设备成本。

在一个实施例中，如图4和图5对于靶材安装结构，其中靶材安装座120数量可以为三个，分别均匀分布在所述靶材底座12上。如图3中，三个靶材安装座120通过三角形形式排布，通过旋转轴15连接到靶材底座12上。其中，由于采用了螺杆14结合涡轮16的设计结构，离子源的作用位置相对于主轴11的转动中心来说，其旋转中心是离中心产生了偏移位置，而这个偏移位置恰好可以扩展了旋转过程中离子源覆盖靶材的面积，由此可以提高对靶材的利用率。

下面阐述靶材安装结构的靶材安装座120的其他实施例。

在一个实施例中，对于靶材安装结构的靶材安装座120，可以通过旋转轴15与所述涡轮16连接，所述旋转轴15内设有冷却水路。该技术方案，实现了在冷水散热的同时又保证靶材能正常旋转。

对于靶材安装座120，由于靶材需要散热来避免温度过高，为了实现在冷水散热的同时又保证靶材能正常旋转，本申请还设计了一个水路与密封同时工作的靶材旋转结构。

需要说明的是，该靶材旋转结构不依赖于特定的靶材安装座120，可以应用于任何带有旋转结构的靶材安装座120中。

参考图6，对于该靶材安装结构中的靶材旋转结构，包括靶材安装座120以及涡轮16；其中，靶材安装座120用于安装靶材；所述涡轮16带动所述旋转轴15转动以转动靶材；所述靶材安装座120通过旋转轴15与所述涡轮16连接，所述旋转轴15内设有冷却水路，以对所述靶材进行冷却。

在一个实施例中，所述旋转轴15上设有环形的进水槽151和出水槽152，所述进水槽151和出水槽152通过水路连通；所述筒体17在进水槽151位置上开设进水口171，所述筒体17在出水槽152位置上开设出水口172。优选的，所述水路设于旋转轴15内部，其中，所述水路从进水槽151底部通过进水路引至靶材安装端部154，并由所述靶材安装端部154通过出水路引至出水槽152底部。

上述实施例，在旋转轴15上开设进水槽151和出水槽152，将水路在旋转轴15上做成圆形结构，可以保证旋转的同时也保持了水路贯通，能够高效地对靶材进行水冷散热。

在一个实施例中，参考图7和图8，旋转轴15与筒体17的两端通过轴承固定连接，且筒体17之间为密封设计。对于密封设计的结构，优选的，旋转轴15上设有密封槽156，密封槽156用于安装密封圈，与所述筒体17之间形成真空密封。

优选的，所述旋转轴15的进水槽151与出水槽152之间设有至少一个密封圈；所述旋转轴15的进水槽151与一侧轴承之间设有至少两个密封圈，所述出水槽152与另一侧轴承之间设有至少两个密封圈。

上述实施例的方案，通过设计了密封圈组合来进行密封，确保了水路不泄露。

在一个实施例中，参考图4，各个靶材安装座120的旋转轴15上的进水口171和出水口172通过管道串联，形成一条冷却水路。该技术方案能够利用一条冷却水路串联各个靶材安装座120，结构简单，空间利用率高。

下面阐述靶材安装结构的实施例。

该靶材安装结构包括靶材摆动结构与靶材旋转结构；其中，靶材摆动结构用于通过摆动选择靶材，靶材旋转结构可以旋转靶材。

下面阐述离子源溅射系统的实施例。

一种离子源溅射系统，包括上述任一实施例的靶材旋转结构。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种靶材安装结构，其特征在于，包括：主轴、靶材底座以及固定支撑轴，所述靶材底座上设有多个靶材安装座，各个所述靶材安装座连接螺杆；

所述主轴与所述靶材底座连接，带动所述靶材底座旋转；

所述固定支撑轴通过单向逆止结构分别与所述靶材底座和螺杆的一端连接，所述螺杆的另一端通过涡轮与所述靶材安装座连接；

所述主轴往正向旋转时，所述靶材底座跟随转动，所述单向逆止结构使得所述螺杆相对于靶材底座静止，螺杆相对于所述固定支撑轴位移，所述靶材安装座保持静止；

所述主轴往反向旋转时，所述靶材底座跟随转动，所述单向逆止结构使得所述螺杆相对于固定支撑轴位移，所述螺杆相对于靶材底座位移，所述螺杆通过涡轮转动靶材安装座。

2.根据权利要求1所述的靶材安装结构，其特征在于，所述单向逆止结构包括旋转方向相反的第一单向离合器逆轴承和第二单向离合器逆轴承；

所述螺杆套在第一单向离合器逆轴承的内环，所述靶材底座与第一单向离合器逆轴承的外环固定连接；

所述螺杆套在第二单向离合器逆轴承的内环，所述固定支撑轴与第二单向离合器逆轴承的外环固定连接。

3.根据权利要求2所述的靶材安装结构，其特征在于，所述固定支撑轴为中空设计，顶部设有螺杆安装支座，所述螺杆安装支座用于安装螺杆；

所述第一单向离合器逆轴承嵌套在靶材底座上，所述第二单向离合器逆轴承嵌套在固定支撑轴内部。

4.根据权利要求1所述的靶材安装结构，其特征在于，各个所述靶材安装座通过旋转轴连接涡轮上，所述涡轮分别与所述螺杆咬合。

5.根据权利要求4所述的靶材安装结构，其特征在于，所述靶材安装座数量为三个，分别均匀分布在所述靶材底座上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的靶材安装结构，其特征在于，所述靶材安装座通过旋转轴与所述涡轮连接，所述旋转轴内设有冷却水路。

7.根据权利要求6所述的靶材安装结构，其特征在于，所述旋转轴上设有环形的进水槽和出水槽，所述进水槽和出水槽通过水路连通，所述水路设于旋转轴内部，所述旋转轴外套设有筒体；

所述筒体在进水槽位置上开设进水口，所述筒体在出水槽位置上开设出水口；

其中，所述水路从进水槽底部通过进水路引至靶材安装端部，并由所述靶材安装端部通过出水路引至出水槽底部。

8.根据权利要求6所述的靶材安装结构，其特征在于，所述旋转轴与筒体的两端通过轴承固定连接，且筒体之间为密封设计；

所述旋转轴上设有密封槽，所述密封槽用于安装密封圈，与所述筒体之间形成真空密封；

其中，所述旋转轴的进水槽与出水槽之间设有至少一个密封圈，所述旋转轴的进水槽与一侧轴承之间设有至少两个密封圈，所述出水槽与另一侧轴承之间设有至少两个密封圈。

9.根据权利要求6所述的靶材安装结构，其特征在于，各个所述靶材安装座的旋转轴上的进水口和出水口通过管道串联，形成一条冷却水路。

10.一种离子源溅射系统，其特征在于，包括：权利要求1至9任一项所述的靶材安装结构。

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