TW201321539A - 圓柱磁控濺射陰極 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種一種圓柱磁控濺射陰極，其包括靶材、磁靴、至少一磁體裝置及至少一安裝座，所述磁靴裝設在所述靶材的內部，所述安裝座可拆卸地設置在所述磁靴上，所述安裝座用以可拆卸地固定所述磁體裝置；所述磁體裝置包括二第一磁體及一第二磁體；所述安裝座包括二第一平台及一第二平台，所述第一平台對稱設置在所述第二平台的兩側，所述第一平台與第二平台之間的相對高度可改變，每一第一磁體可拆卸地安裝在一第一平台上，每一第二磁體可拆卸地安裝在一第二平台上。

Description

圓柱磁控濺射陰極

本發明涉及一種圓柱磁控濺射陰極。

物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)，係一種利用物理方式在基材上沉積薄膜的技術。磁控濺射技術係物理氣相沉積技術的一種。在磁控濺射鍍膜技術中，高能離子(通常為電場加速的氬氣離子)轟擊靶材表面，靶材表面離子或原子與入射的高能離子交換能量後從靶材表面飛濺出來，並在基材上沉積成膜。

目前，在磁控濺射鍍膜技術應用領域，利用率較高的係圓柱磁控濺射陰極。如圖1所示的圓柱磁控濺射陰極200包括圓柱靶材201、磁靴203、二第一磁體205、一第二磁體207、二第一定位槽209及一第二定位槽211。所述磁靴203裝設在所述圓柱靶材201內，並與所述圓柱靶材201同軸設置。所述第一定位槽209與所述第二定位槽211交替開設在所述磁靴203的一側。每一第一磁體205固定在每一第一定位槽209內，所述第二磁體207固定在第二定位槽211內。所述第一磁體205與第二磁體207的極性(N極和S極的朝向)排布相反。所述第二磁體207與相鄰的二第一磁體205形成對稱封閉的磁場，將電子束縛在圓柱靶材201的表面。由於圓柱靶材201在外加驅動裝置（未圖示）帶動下可以繞其軸心旋轉，因此其表面刻蝕較為均勻。在濺射過程中，圓柱靶材201表面的磁場強度分佈如圖1中虛線所示，其中，60a，60b分別為圓柱靶材201表面的磁場強度的水準分量最高點。所述水準分量最高點60a與磁靴203中心點的連線與60b與磁靴203中心點的連線之間形成一定的夾角θ，所述夾角θ的大小不可調節。在生產過程中，為了改變所述圓柱磁控濺射陰極200的鍍膜速率及均勻程度，通常藉由更換磁靴203以改變所述圓柱磁控濺射陰極200的夾角θ的大小來實現。如此，需要提供可形成不同大小的夾角θ的複數磁靴203，進而提高了生產成本；此外，在更換磁靴203的過程中，需要對所述第一磁體205及第二磁體207進行複雜的拆裝工作，導致工作效率降低。

有鑒於此，提供一種可解決上述問題的圓柱磁控濺射陰極。

一種圓柱磁控濺射陰極，其包括靶材、磁靴、至少一磁體裝置及至少一安裝座，所述磁靴裝設在所述靶材的內部，所述安裝座可拆卸地設置在所述磁靴上，所述安裝座用以可拆卸地固定所述磁體裝置；所述磁體裝置包括二第一磁體及一第二磁體；所述安裝座包括二第一平台及一第二平台，所述第一平台對稱設置在所述第二平台的兩側，所述第一平台與第二平台之間的相對高度可改變，每一第一磁體可拆卸地安裝在一第一平台上，每一第二磁體可拆卸地安裝在一第二平台上。

一種圓柱磁控濺射陰極，其包括靶材、磁靴、至少一磁體裝置及至少二組安裝座，所述磁靴裝設在所述靶材的內部，每一組安裝座包括至少一安裝座，所述安裝座可拆卸地設置在所述磁靴上，所述安裝座用以可拆卸地固定所述磁體裝置；所述磁體裝置包括二第一磁體及一第二磁體；所述安裝座包括二第一平台及一第二平台，所述第一平台對稱設置在所述第二平台的兩側，所述每一組安裝座中的第一平台與一第二平台之間的相對高度與其餘的每一組安裝座中的第一平台與一第二平台之間的相對高度不同，所述第一平台每一所述第一磁體可拆卸地安裝在一所述第一平台上，每一所述第二磁體可拆卸地安裝在一所述第二平台上。

本發明所述圓柱磁控濺射陰極的安裝座與磁體裝置相互獨立，且所述安裝座可拆卸地設置在所述磁靴上，如此可方便對所述安裝座及磁體裝置進行安裝與拆卸。在鍍膜過程中，可藉由改變安裝座的第一平台與第二平台之間的相對高度或藉由更換安裝座，以滿足鍍膜過程中不同的沉積速率及均勻程度的需求，而無需對磁靴及磁體裝置同時進行更換。此外，所述圓柱磁控濺射陰極中可設置多個安裝座與磁體裝置，可在不增加其他裝置的情況下，大幅提高靶材的利用率、鍍膜的沉積速率及均勻性。

請參閱圖2及圖3，本發明提供一較佳實施例圓柱磁控濺射陰極100，所述圓柱磁控濺射陰極100包括靶材10、磁靴30、至少一磁體裝置50及至少一安裝座70。所述磁靴30裝設在所述靶材10的內部。所述安裝座70可拆卸地設置在所述磁靴30上，該安裝座70用以可拆卸地固定所述磁體裝置50。

所述靶材10為圓柱靶，其包括一濺射表面11。

所述磁靴30的中心開設有一通孔310，該通孔310與冷卻水迴圈裝置（未圖示）相連接用以對靶材10進行冷卻，避免在濺射過程中所述靶材10過熱而熔融。所述磁靴30的材質為純金屬或合金，如鋁、鋁合金、銅或不銹鋼等，優選為不銹鋼。

請再次參見圖3，所述磁體裝置50包括二第一磁體510、一第二磁體530、二軟磁性件550及二封磁體570。所述第一磁體510對稱設置在所述第二磁體530的兩側；所述軟磁性件550對稱設置在所述第二磁體530的兩側，且每一軟磁性件550位元於所述第二磁體530與一第一磁體510之間。所述第一磁體510與第二磁體530的極性(N極和S極的朝向)排布相反。所述第一磁體510、第二磁體530分別設置在所述二封磁體570之間，且所述封磁體570與所述第一磁體510的極性排布相同，使所述第一磁體510與第二磁體530之間形成如圖6所示的封閉的環形磁場。其中，所述區域13為蝕刻區，所述蝕刻區13為濺射過程中某一時刻，被所述環形磁場束縛的輝光放電產生的電子和碰撞過程中產生的二次電子與靶材10表面碰撞形成的。

在濺射過程中，靶材10表面的磁場強度分佈如圖3中虛線所示，其中50a，50b分別為靶材10表面的磁場強度的水準分量最高點。所述水準分量最高點50a與磁靴30中心點的連線與50b與磁靴30中心點的連線之間形成一夾角θ。

當所述磁體裝置50的個數大於1時，所述磁體裝置50等間隔設置在所述磁靴30上。由於夾角θ越小，鍍膜的沉積速率越大，但同時鍍膜的均勻性將下降。為了減少磁體裝置50之間的磁場干擾，同時保證良好的沉積速度及均勻性，優選地，所述磁體裝置50的個數為1~4個；更優選地，所述磁體裝置50的個數為1~3個。本實施例中，所述磁體裝置50的個數為3。

請參閱圖5，每一第一磁體510由複數條形的第一磁鐵511縱向堆疊而成，所述複數第一磁鐵511的極性排布相同，且所述二第一磁體510中的每一第一磁鐵511的極性排布亦相同。

所述第二磁體530由複數條形的第二磁鐵531縱向堆疊而成，所述複數第二磁鐵531的極性排布相同，且與所述複數第一磁鐵511的極性排布相反。

每一第一磁鐵511的N極和S極的連線和每一第二磁鐵531的N極和S極的連線均垂直所述濺射表面11。所述每一第一磁鐵511與每一第二磁鐵531的磁性大小相當。

所述軟磁性件550將所述第一磁體510和第二磁體530分隔開來，以防止上述兩者吸附在一起，另外還可增強所述靶材10表面的磁場強度，以增強鍍膜過程中輝光放電的強度，進而提高鍍膜的沉積速率。所述軟磁性件550的材質為鈷、鎳及鐵中的一種，該軟磁性件550表面還塗覆有聚四氟乙烯膜層，用以防止所述軟磁性件550被腐蝕。

請參閱圖4，所述安裝座70用以安裝所述磁體裝置50。所述安裝座70的材質為導磁材料，如銅、鐵、鋁、不銹鋼及碳鋼等金屬或合金，優選為碳鋼。所述磁體裝置50藉由磁性吸引固定在所述安裝座70的表面。所述安裝座70包括二第一平台710、一第二平台730及二第三平台750。所述第一平台710對稱設置在所述第二平台730的兩側，所述第三平台750對稱設置在所述第二平台730的兩側，且每一第三平台750位於所述第二平台730與第一平台710之間。

所述安裝座70的個數大於或等於所述磁體裝置50的個數。當所述安裝座70的個數大於1時，所述安裝座70等間隔設置在所述磁靴30上。本實施例中，所述安裝座70的個數為3。

每一第一磁體510可拆卸地安裝在一第一平台710上，每一第二磁體530可拆卸地安裝在一第二平台730上，每一軟磁性件550可拆卸地安裝在一第三平台750上。所述第一平台710的寬度與所述第一磁體510的寬度相當或略寬於第一磁體510的寬度1~2mm。所述第二平台730的寬度與所述第二磁體530的寬度相當或略寬於第二磁體530的寬度1~2mm。所述第一平台710與第二平台730之間的相對高度可以調節。可以理解的，當所述第一平台710與第二平台730之間設置有間隔板或間隔壁，足以使所述第一磁體510與第二磁體530間隔開來時，所述軟磁性件550可以省略。

由於所述第一平台710與第二平台730之間的相對高度差越大時夾角θ越大，而夾角θ的大小又直接影響鍍膜的沉積速率及均勻性，因此，在鍍膜處理前，可藉由改變所述第一平台710與第二平台730之間的相對高度，以滿足鍍膜過程中沉積速率及均勻程度的需求。

可以理解的，當所述第一平台710與第二平台730之間的相對高度不可調節時，可提供至少二組安裝座，每一組安裝座包括至少一安裝座70，所述每一組安裝座中的第一平台710與一第二平台730之間的相對高度與其餘的每一組安裝座中的第一平台710與一第二平台730之間的相對高度不同，所述每組安裝座70使形成於靶材10表面的夾角θ不同。為了滿足不同的鍍膜過程中對沉積速率及均勻程度的要求，可藉由更換合適的安裝座70來實現。

本發明所述圓柱磁控濺射陰極100的安裝座70與磁體裝置50相互獨立，且所述安裝座70可拆卸地設置在所述磁靴30上，如此可方便對所述安裝座70及磁體裝置50進行安裝與拆卸。在鍍膜過程中，可藉由改變安裝座70的第一平台710與第二平台730之間的相對高度或藉由裝設第一平台710與第二平台730之間的不同相對高度的安裝座70，以滿足鍍膜過程中不同的沉積速率及均勻程度的需求，而無需對磁靴30及磁體裝置50同時進行更換。此外，所述圓柱磁控濺射陰極100中可設置多個安裝座70與磁體裝置50，可在不增加其他裝置的情況下，大幅提高靶材10的利用率、鍍膜的沉積速率及均勻性。

200．．．圓柱磁控濺射陰極

201．．．圓柱靶材

203．．．磁靴

205．．．第一磁體

207．．．第二磁體

209．．．第一定位槽

211．．．第二定位槽

60a，60b．．．磁場強度的水準分量最高點

100．．．圓柱磁控濺射陰極

10．．．靶材

11．．．濺射表面

13．．．蝕刻區

30．．．磁靴

50．．．磁體裝置

70．．．安裝座

310．．．通孔

510．．．第一磁體

530．．．第二磁體

550．．．軟磁性件

570．．．封磁體

50a，50b．．．磁場強度的水準分量最高點

511．．．第一磁鐵

531．．．第二磁鐵

710．．．第一平台

730．．．第二平台

750．．．第三平台

圖1為現有的圓柱磁控濺射陰極的剖面示意圖。

圖2為本發明較佳實施例的圓柱磁控濺射陰極的立體示意圖。

圖3為圖2所示圓柱磁控濺射陰極的剖面示意圖。

圖4為圖2所示圓柱磁控濺射陰極的安裝座的立體示意圖。

圖5為圖2所示圓柱磁控濺射陰極的磁體裝置排布示意圖。

圖6為圖2所示圓柱磁控濺射陰極的圓柱靶材表面的磁力線分布示意圖。

100．．．圓柱磁控濺射陰極

10．．．靶材

11．．．濺射表面

30．．．磁靴

50．．．磁體裝置

70．．．安裝座

310．．．通孔

510．．．第一磁體

530．．．第二磁體

550．．．軟磁性件

50a，50b．．．磁場強度的水準分量最高點

Claims (11)

1. 一種圓柱磁控濺射陰極，其包括靶材、磁靴及至少一磁體裝置，所述磁靴裝設在所述靶材的內部，所述磁體裝置包括二第一磁體及一第二磁體，其改良在於：所述圓柱磁控濺射陰極還包括至少一安裝座，所述安裝座可拆卸地設置在所述磁靴上，所述安裝座用以可拆卸地固定所述磁體裝置；所述安裝座包括二第一平台及一第二平台，所述第一平台對稱設置在所述第二平台的兩側，所述第一平台與第二平台之間的相對高度可改變，每一第一磁體可拆卸地安裝在一第一平台上，每一第二磁體可拆卸地安裝在一第二平台上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述第一磁體與第二磁體之間的極性排布相反。
3. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述磁體裝置的個數為1~4個。
4. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中每一第一磁體由複數條形的第一磁鐵縱向堆疊而成，所述複數第一磁鐵的極性排布相同，且所述二第一磁體中的每一第一磁鐵的極性排布相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述第二磁體由複數條形的第二磁鐵縱向堆疊而成，所述複數第二磁鐵的極性排布相同，且與所述複數第一磁鐵的極性排布相反。
6. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述安裝座的材質為導磁材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述安裝座的個數大於或等於所述磁體裝置的個數。
8. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述第一平台的寬度與所述第一磁體的寬度相當或略寬於第一磁體的寬度1~2mm；所述第二平台的寬度與所述第二磁體的寬度相當或略寬於第二磁體的寬度1~2mm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述磁體裝置還包括二軟磁性件，所述軟磁性件對稱設置在所述第二磁體的兩側，且每一軟磁性件設置在所述第二磁體與第一磁體之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之圓柱磁控濺射陰極，其中所述軟磁性件的材質為鈷、鎳及鐵中的一種。
11. 一種圓柱磁控濺射陰極，其包括靶材、磁靴及至少一磁體裝置，所述磁靴裝設在所述靶材的內部，所述磁體裝置包括二第一磁體及一第二磁體，其中所述圓柱磁控濺射陰極還包括至少二組安裝座，每一組安裝座包括至少一安裝座，所述安裝座可拆卸地設置在所述磁靴上，所述安裝座用以可拆卸地固定所述磁體裝置；所述安裝座包括二第一平台及一第二平台，所述第一平台對稱設置在所述第二平台的兩側，所述每一組安裝座中的第一平台與一第二平台之間的相對高度與其餘的每一組安裝座中的第一平台與一第二平台之間的相對高度不同，所述第一平台每一所述第一磁體可拆卸地安裝在一所述第一平台上，每一所述第二磁體可拆卸地安裝在一所述第二平台上。