CN2873800Y - 一种靶装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种采用磁流体密封装的靶装置，特别是磁控溅射靶和电弧靶，包括：中空靶材及位于靶材内部的磁钢，并且采用磁流体密封装置对靶进行密封。磁流体密封装置采用强制冷却的真空磁流体密封，使磁控溅射靶和电弧靶的静态和动态密封具有高可靠性和高稳定性，同时以内磁场结构保证了定向发射，从而可根据镀膜需要转动内磁场能使发射源按照需要定向，所以显著降低了在靶材预先清洗和引弧期间产生的污染；靶材的两端采用环形外套式结构可以方便地更换从而提高了靶材的利用率。

Description

一种靶装置

技术领域

本实用新型涉及一种靶装置，特别是磁控溅射或电弧靶装置，属于真空镀膜技术领域。

背景技术

作为真空镀膜设备的关键装置，镀膜靶主要包括磁控溅射靶和电弧靶，靶长期采用固定工作模式，导致电弧靶产生大颗粒污染和磁控溅射靶的靶材利用率低等突出问题。

已有专利CN 1040234C等提出了一种旋转磁控柱形阴极电弧源，其靶材静止不动而内磁场转动的电弧靶，这种电弧靶的优点在于离化率较高，但是这种电弧靶产生大颗粒污染而且只适宜于中心安装。

在已有专利CN 2656432Y和ZL02277300.2中分别提出了一种旋转式磁控溅射靶，其中采用内磁场静止不动、靶材旋转并成对使用，这种磁控溅射靶能够相对提高靶材的利用率。

但上述专利中均未提到靶的密封问题。事实上真空度是影响镀膜质量的关键因素之一，如果密封效果不理想，导致真空度不够高，则空间内杂质含量过高，必然影响镀膜质量。目前，该技术大都采用橡胶轴封的方式进行密封。这种密封方式一般仅能达到10^-3-10^-4Pa的真空水平，而且对于旋转靶，由于其中转动部件存在动平衡和轴封变形等问题使得密封更加困难，经常会引发漏气现象，影响镀膜工艺。因此，现有磁控溅射靶和电弧靶真空密封的稳定性和可靠性均有待进一步提高。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供一种具有较高密封稳定性和密封可靠性的转动圆柱形定向发射的靶装置，特别是磁控溅射靶或电弧靶。

为实现上述目的，本实用新型所提供的靶装置包括：中空靶材及位于靶材内部的磁钢，并采用磁流体密封装置对靶进行密封。所说的靶装置通常为磁控溅射或电弧靶装置。在靶材长期工作后其两端易于出深沟的部分，采用可替换的环形外套式结构，既不影响靶材的密封又进一步提高靶材的利用率。磁流体密封装置采用强制冷却的真空磁流体密封，使靶的静态和动态密封都具有高可靠性和高稳定性；磁流体密封装置是通过由磁流体包围整个转轴形成隔绝空气、水气、烟雾等元素的“液体O形密封圈”，达到超高真空的静态和动态密封效果。

靶材为可绕其中心轴旋转的圆管形，在靶材内部安装有强制冷却的磁钢，磁钢也可绕中心轴转动，通过控制磁钢的磁场分布，在靶材表面上形成方位相对固定或可周期性摆动的轴向长条形溅射跑道或长条形电弧蒸发跑道，通过局部圆柱面定向发射气相靶材，而且这种靶装置能在高达500℃的工艺温度下长时间可靠地工作于磁控溅射或电弧镀膜；根据需要转动内磁钢使发射源按照需要定向，可以使发射方向面对、偏离或背对镀膜工件，在背对镀膜工件时面向屏蔽罩；从而使面对工件时提高了镀膜工作效率，背对或偏离工件时显著地减少了在靶材预先清洗和引弧期间产生的污染。

本实用新型的效果显著，所提供的真空磁流体密封可以在转动条件下连续实现10^-6Pa以内的超高真空；这种靶装置能在高达500℃以上的工艺温度下长时间可靠地工作于磁控溅射或电弧镀膜，靶材的利用率提高了2到3倍，一只靶管的累计工作寿命一般在600小时以上；另外，靶材具有定向发射特征，显著地提高了镀膜工作效率，并降低了在靶材预先清洗和引弧期间产生的污染。

附图说明

图1.为本装置的基本结构示意图；

图2为本装置的内部磁场定向及其转动情况示意图；

图3为本装置镀膜工作状态示意图；

图4为本装置在靶材预先清洗和引弧时工作状态示意图；

图5为一般平面靶溅射刻蚀表面示意图；

图6为本装置靶材表面示意图。

1-真空磁流体密封装置，2-中空靶材，3-真空腔壁，4-磁钢，5-靶材旋转的驱动电机，6-环形外套式结构，7-镀膜工件，8-屏蔽罩，9-产生轴向长条形发射跑道的溅射辉光/电弧光。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的内容进行详细说明。但可以理解，本实用新型的保护范围并不受具体实施例中所描述内容的限制。

如图1及图2所示，本实用新型磁控溅射和电弧靶装置由真空磁流体密封装置1、中空靶材2及位于其中空部分的磁钢4组成。靶材位于靶装置的真空腔体中，通过真空腔壁3与外界隔离。在靶材与真空腔壁接触处采用真空磁流体密封装置1进行密封。靶材2为圆管形，在外置电机5的带动下可进行旋转。本装置采用强制冷却的真空磁流体密封装置1，使外置电机5驱动的磁控溅射靶或电弧靶材匀速转动，其动密封高可靠和高稳定。磁流体密封装置1，是通过由磁流体包围整个转轴形成隔绝空气、水气、烟雾等因素的“液体O形密封圈”，可达到真空度10^-6Pa的密封效果。所说磁流体是将强磁性的细微粉末(约0.1nm～10nm)放入水、油类、脂类、醚类等液体中形成的稳定分散的一种胶态液体。这种液体在通常离心力和磁场作用下，既不下沉、凝聚又具有磁性，磁流体在密封空隙中靠磁铁产生的磁场固定。

在靶材1内部安装的强制冷却的磁钢4也可绕中心轴转动，通过控制内部磁钢4的磁场分布，如图3及图4所示在靶材2的表面上，形成方位相对固定或可周期性摆动的轴向长条形溅射跑道或长条形电弧蒸发跑道，通过局部圆柱面定向发射气相的靶材组分；根据需要转动靶内磁钢4使发射源按照需要定向，可以使发射方向面对、偏离或背对镀膜工件7，在背对镀膜工件7时面向屏蔽罩8，从而使面对工件时提高了镀膜工作效率，而在背对或偏离工件时显著地减少了在靶材预先清洗和引弧期间产生的污染。

如图6利用靶内磁钢4的磁场与靶材转动形成的位向差，将在靶材的局部表面上固定跑道的发射改变为对整个靶材表面进行连续扫描发射，使靶材表面发射的消耗量分布均匀，从而大幅度提高了靶材的利用率；而不会如图5所示的平面靶那样，在表面形成深深的局部刻蚀而使靶材过早报废。通过对靶材进行强制冷却，进一步减轻了电弧液滴喷射，降低工艺升温，从而可达到改善膜层质量的效果。

另外，如图1所示在靶材的两端易于出深沟的部分，采用可替换的环形外套式结构6，既不影响靶材的密封性又进一步大幅度提高了靶材的利用率。

采用本实用新型的装置保证了磁控溅射靶和电弧靶的静态和动态密封均具有高可靠性；同时，由于磁流体密封真空转轴的摩擦力很小，使其转动能耗很低，从而改善了其动平衡特性并确保了其动密封的高稳定性；圆柱形磁控溅射与电弧蒸发靶装置使靶材均匀转动提高了靶材发射的稳定性和利用率；同时以内磁场结构保证了定向发射，从而可根据镀膜需要转动内磁场能使发射源按照需要定向，所以显著降低了在靶材预先清洗和引弧期间产生的污染。

Claims (8)

1.一种靶装置，包括中空靶材及位于靶材内部的磁钢，其特征在于：与靶装置相连设置有磁流体密封装置。

2.按照权利要求1所述的靶装置，其特征在于所述的靶装置为磁控溅射或电弧靶装置。

3.按照权利要求1或2所述的靶装置，其特征在于：在靶材两端采用可替换的环形外套式结构。

4.按照权利要求1或2所述的靶装置，其特征在于：所述磁流体密封装置采用强制冷却的真空磁流体密封。

5.按照权利要求1或2所述的靶装置，其特征在于：磁流体密封装置为由磁流体包围整个转轴形成的“液体O形密封圈”。

6.按照权利要求1或2所述的靶装置，其特征在于：靶材为可绕其中心轴旋转的圆管形。

7.按照权利要求1或2所述的靶装置，其特征在于：所说的磁钢为强制冷却的磁钢，磁钢可绕中心轴转动。

8.按照权利要求7所述的靶装置，其特征在于：在靶材表面上具有方位相对固定或可控摆动的轴向长条形溅射跑道或长条形电弧蒸发跑道。

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