TWM527881U - 具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置 - Google Patents

Description

具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置

本新型是有關於一種極間式靶材陰極裝置，特別是指一種具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置。

極間式靶材陰極裝置是一種將靶材配置於永久磁鐵(permanent magnet)間的靶材陰極裝置，其目的為在靶材上方提供方向更為平行於靶材濺射面(sputtering surface)的磁場，以藉此提高靶材的利用效率。參閱圖1，一種傳統的極間式靶材陰極裝置1，包含一永久磁鐵組件11與一設置於該永久磁鐵組件11內的環形靶材12。該永久磁鐵組件11具有一外環永久磁鐵111，及一由該外環永久磁鐵111所圍繞的內永久磁鐵112。該環形靶材12是圍繞該內永久磁鐵112以間隔地介於該外環永久磁鐵111與該內永久磁鐵112間。透過該永久磁鐵組件11以令該環形靶材12配置於該外環永久磁鐵111及該內永久磁鐵112間的設計，使該永久磁鐵組件11於鄰近該環形靶材12上方之一濺射面121所產生的磁場擁有較低的垂直分量，並以平行於該環形靶材12之該濺射面121的水平分量 為主，如此一來，帶電離子更能均勻地轟擊該環形靶材12的濺射面121以從該濺射面121濺射出待鍍粒子。

然而，該傳統的極間式靶材陰極裝置1於運作過程中，因帶電離子轟擊該環形靶材12的濺射面121而產生大量的熱能，以致於該永久磁鐵組件11與該環形靶材12溫度劇烈上升，令該永久磁鐵組件11產生消磁問題，難以發揮該永久磁鐵組件11於該傳統的極間式靶材陰極裝置1的主要作用。

經上述說明可知，改良極間式靶材陰極裝置的結構以有效地移除該傳統的極間式靶材陰極裝置1於運作過程中所產生的熱能，是此技術領域的相關技術人員所待突破的難題。

因此，本新型之目的，即在提供一種具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置。

於是，本新型具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，包含一磁鐵單元、一靶材，及一冷卻單元。該磁鐵單元包括一外環磁鐵組件與一設置於該外環磁鐵組件內的內磁鐵組件。該靶材設置於該外環磁鐵組件與該內磁鐵組件間。該冷卻單元設置於該外環磁鐵組件或該內磁鐵組件中，以自該磁鐵單元與該靶材移除該具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置於運作時所產生的一熱能。

本新型之功效在於：利用該冷卻單元移除該具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置於運作時所產生的熱能，避免該磁鐵單元因溫度劇烈上升而產生消磁的問題。

2‧‧‧磁鐵單元

21‧‧‧外環磁鐵組件

22‧‧‧內磁鐵組件

221‧‧‧軟磁鐵

222‧‧‧永久磁鐵

3‧‧‧靶材

31‧‧‧濺射面

4‧‧‧冷卻單元

41‧‧‧冷卻通道

411‧‧‧導入口

412‧‧‧導出口

42‧‧‧導入管

43‧‧‧導出管

5‧‧‧基座

6‧‧‧陽極裝置

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一剖面圖，說明一種傳統的極間式靶材陰極裝置；圖2是一立體圖，說明本新型具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置的一實施例；圖3是沿圖2的直線Ⅲ-Ⅲ所取得的一不完整的剖面圖，說明該實施例的一冷卻單元的細部結構。

如圖2及圖3所示，本新型具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置之一實施例包含一磁鐵單元2、一靶材3、一冷卻單元4，及一基座5。該基座5上設置有該磁鐵單元2及該靶材3，且較佳地，該基座5具有導磁性。本新型該實施例主要是用來作為一磁控濺鍍系統(magnetron sputtering system，圖未示)的靶材陰極裝置，其是配合一陽極裝置6的架構下共同產生一高電壓差以激發該磁控 濺鍍系統內的一中性氣體從而形成帶電離子，使帶電離子在磁場的作用下產生羅倫茲力(Lorentz force)以轟擊該靶材3的一濺射面31，令該靶材3濺射面31的粒子(如，原子與分子)被濺射出從而鍍製於一基板(圖未示)上。

該磁鐵單元2包括一外環磁鐵組件21與一設置於該外環磁鐵組件21內的內磁鐵組件22。該內磁鐵組件22具有兩軟磁鐵221與一疊置於該等軟磁鐵221間的永久磁鐵222。

該靶材3設置於該外環磁鐵組件21與該內磁鐵組件22間。此外，該靶材3是如圖2所示呈一環形狀以圍繞該內磁鐵組件22，並間隔地介於該外環磁鐵組件21與該內磁鐵組件22間。

該冷卻單元4設置於該外環磁鐵組件21或該內磁鐵組件22中。該冷卻單元4包括一冷卻通道41、一導入管42，及一導出管43。該冷卻通道41具有分別位於兩端的一導入口411與一導出口412。該導入管42與該導出管43是分別自該導入口411與該導出口412延伸至該內磁鐵組件22或該外環磁鐵組件21外。在圖2中，該冷卻單元4是以設置於該內磁鐵組件22中為例作說明。此外，該冷卻通道41是設置於該兩軟磁鐵221的其中一者。在本新型該實施例中，該冷卻通道41是設置於位處於該永久磁鐵222上方的該軟磁鐵221，該導入管42與導出管43是分別自該導入口411與該導出口412延伸，並依序通過該永久磁鐵222，及位處於該永久磁鐵222 下方的該軟磁鐵221而延伸至該內磁鐵組件22與該基座5外。雖然本新型該實施例之該冷卻單元4是以設置在該內磁鐵組件22中為例做說明，但該冷卻單元4也可以是設置於該外環磁鐵組件21中，並不以本實施例為限。此外，該冷卻通道41、該導入管42，及該導出管43共同形成一迴路供一冷卻流體流動，並令該冷卻流體自該導入管42流入該冷卻通道41，並自該導出管43流出。較佳地，該冷卻流體可選用攝氏20度以下的流體。

具體地說，當該具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置於運作時，因帶電離子轟擊該靶材3的濺射面31而產生一巨量的熱能，易使該磁鐵單元2的溫度劇烈上升從而消磁。本新型利用該冷卻單元4移除該熱能，能大幅地減緩該磁鐵單元2的溫度上升幅度，從而避免該磁鐵單元2產生消磁的問題。

參閱附件1至附件2，為了進一步驗證本新型該冷卻單元4可有效減少該磁鐵單元2的溫度上升幅度，本案新型人以數值模擬顯示出該實施例之磁鐵單元2及基座5在量產操作下的溫度分布。如附件1與附件2所示(配合參閱圖2)，該實施例之該磁鐵單元2與基座5的溫度分布僅在該內磁鐵組件22的兩端緣約略上升至50℃，該磁鐵單元2的其他部位及該基座5仍可維持於室溫(約25℃)。因此，本新型該冷卻單元4確實能有效減少該磁鐵單元2的溫度上升幅度。

綜上所述，本新型具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置能透過該冷卻單元4移除該具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置於運作時所產生的熱能，避免該磁鐵單元2因溫度劇烈上升而產生消磁的問題。因此，確實可達到本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

22‧‧‧內磁鐵組件

221‧‧‧軟磁鐵

222‧‧‧永久磁鐵

3‧‧‧靶材

4‧‧‧冷卻單元

41‧‧‧冷卻通道

411‧‧‧導入口

412‧‧‧導出口

42‧‧‧導入管

43‧‧‧導出管

5‧‧‧基座

Claims (7)

1. 一種具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，包含： 一磁鐵單元，包括一外環磁鐵組件與一設置於該外環磁鐵組件內的內磁鐵組件； 一靶材，設置於該外環磁鐵組件與該內磁鐵組件間；及 一冷卻單元，設置於該外環磁鐵組件或該內磁鐵組件中，以自該磁鐵單元與該靶材移除該具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置於運作時所產生的一熱能。
2. 如請求項第1項所述的具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，其中，該冷卻單元包括一冷卻通道，該冷卻通道具有一導入口與一導出口。
3. 如請求項第2項所述的具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，其中，該冷卻通道是設置於該內磁鐵組件中。
4. 如請求項第3項所述的具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，其中，該內磁鐵組件具有兩軟磁鐵與一疊置於該等軟磁鐵間的永久磁鐵，該冷卻單元的冷卻通道是設置於該兩軟磁鐵的其中一者中。
5. 如請求項第4項所述的具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，還包含一基座，該基座上設置有該磁鐵單元及該靶材。
6. 如請求項第5項所述的具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，該冷卻單元還包括一導入管與一導出管，該導入管與該導出管是分別自該導入口與該導出口延伸至該基座外。
7. 如請求項第5項所述的具冷卻單元的極間式靶材陰極裝置，其中，該基座具有導磁性。