專利名稱：用于10^-8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁控濺射靶的密封裝置，尤其是用于10—8Pa 超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的密封裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體材料上制成各種元器件后，按電路設(shè)計(jì)要求將這些 元器件連接起來，形成具有各種功能的集成電路的工藝稱為金屬化工藝。金 屬化系統(tǒng)及其工藝的優(yōu)劣會(huì)影響電路的性能和可靠性。濺射工藝是常用的金 屬化工藝之一，因其淀積粒子的能量較高，膜與襯底粘附性更好，濺射膜的 合金成分與靶的成分基本相同，對(duì)襯底的臺(tái)階覆蓋更好，且濺射電壓較低， 降低了對(duì)襯底材料的輻射損傷，所以被廣泛用于半導(dǎo)體器件及電路制作工藝 和其它鍍膜工藝中。磁控濺射利用電場和磁場的共同作用，讓電子在磁力線 與靶表面所包圍的狹小空間作螺旋運(yùn)動(dòng)，提高了電子與濺射氣體原子之間的 碰撞幾率，因此它具有濺射速率高、電壓低、效率高和襯底溫度低等特點(diǎn)， 現(xiàn)在多數(shù)濺射設(shè)備上均使用磁控濺射靶。如在1989年1月11日公告的中國 實(shí)用新型專利申請(qǐng)說明書CN 2030599U中披露的"一種平面磁控濺射靶"。它 采用磁體密封罩內(nèi)置有純鐵、磁體和冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。使用時(shí)，將其作為濺 射設(shè)備的陰極置于真空室內(nèi)，并經(jīng)進(jìn)水管對(duì)其中的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)不斷地 供水。但是，這種濺射靶存在著不足之處，首先，磁體密封罩內(nèi)裝入純鐵、 磁體和冷卻系統(tǒng)后，若為焊接封裝，則日后難以對(duì)裝入其內(nèi)的各部件進(jìn)行必要的維修和更換，若為蓋板式封裝，則封裝處極易發(fā)生漏氣滲水現(xiàn)象；其次， 作為陰極，需與濺射設(shè)備中的其它部件進(jìn)行電氣絕緣，而絕緣層均為非金屬 材料制成，這就無法使用焊接的方式來解決相互間的密封問題；再次，因其 結(jié)構(gòu)上的缺陷，使濺射設(shè)備的真空度最高只能達(dá)到10"Pa，由于設(shè)備的真空 度不高，在進(jìn)行金屬濺射工藝時(shí)，因環(huán)境中存在較多的水汽分子和氧分子等， 會(huì)造成金屬層的顏色不正常，有灰暗渾濁區(qū)域、反光度差和可焊性差等缺陷， 嚴(yán)重地影響了半導(dǎo)體器件及電路的性能和成品率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提 供一種結(jié)構(gòu)合理，真空度高，使用維護(hù)方便的用于l(TPa超高真空?qǐng)A形平面
磁控濺射靶的密封裝置。所采用的技術(shù)方案包括屏蔽罩內(nèi)的軟鐵、磁鋼和冷卻系統(tǒng)，特別是(a) 所說冷卻系統(tǒng)含有相連接的水冷腔、水冷腔密封法蘭、進(jìn)水管和出水管，其 中，所說水冷腔的腔體內(nèi)置有軟鐵和其上設(shè)置的磁鋼、下端面與水冷腔密封 法蘭上端面間置有O形金屬密封圏，并經(jīng)螺絲相固定連接，所說水冷腔密封 法蘭的側(cè)壁上置有通孔，所說通孔的一端與螺絲孔的底端相通、另一端與真 空室相通，所說進(jìn)水管套裝于出水管中，且貫穿軟鐵后與其相焊接連接，所 說出水管貫穿水冷腔密封法蘭后與其相焊接連接；(b)所說水冷腔密封法蘭 的下端面與靶支撐座上端面間置有電極絕緣層和兩組四只O形密封圏，并經(jīng) 靶支撐座中套裝的出水管另一端上的緊固螺母相抵壓連接，其中，所說水冷 腔密封法蘭的下端面與電極絕緣層間置有一組兩只不同直徑的O形密封圏， 所說電極絕緣層與靶支撐座上端面間置有一組兩只不同直徑的O形密封圈， 所說一組兩只不同直徑的〇形密封圈間的電極絕緣層中置有通孔，所說一組 兩只不同直徑的O形密封圏間的靶支撐座中置有通孔，該通孔與抽氣管相連 通；(c)所說靶支撐座上焊接連接有安裝法蘭。作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的O形金屬密封圈為鋁絲密封圏或銀 絲密封圏或無氧銅密封圏；所述的兩組四只O形密封圏均為維通(VUon)型 氟膠圈；所述的抽氣管貫穿安裝法蘭后與真空泵相接通，其與安裝法蘭間為 焊接連接；所述的軟鐵與磁鋼相接觸一側(cè)的表面置有槽溝，所說槽溝與進(jìn)水 管相連通；所述的水冷腔密封法蘭上端面對(duì)應(yīng)水冷腔內(nèi)腔體的部分置有凸臺(tái) 或槽溝，所說槽溝與出水管相連通；所述的靶支撐座的另一端為凸端，所說 凸端與緊固螺母相抵觸連接；所述的緊固螺母與出水管另一端上的螺紋相旋接連接；所述的水冷腔的上端部與靶材安裝罩經(jīng)相互間的螺紋旋接連接；所 述的屏蔽罩與靶支撐座相固定連接。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，軟鐵和其上設(shè)置的磁鋼被置于水 冷腔的腔體內(nèi)，水冷腔的下端面與水冷腔密封法蘭上端面經(jīng)螺絲相固定連接， 且于兩者間置有O形金屬密封圏，既確保了水冷腔與水冷腔密封法蘭間的密 封度，又便于磁鋼的維修和更換，還使兩者間的接觸電阻為零。套裝于出水 管中的進(jìn)水管貫穿軟鐵后與其相焊接連接，出水管貫穿水冷腔密封法蘭后與
其相焊接連接，不僅保證了冷卻水的輸送和冷卻系統(tǒng)的密封度，還能通過進(jìn)、 出水管與由水冷腔、水冷腔密封法蘭和磁鋼等共同構(gòu)成的陰極體進(jìn)行電連接。 水冷腔密封法蘭的側(cè)壁上置有通孔，該通孔的一端與螺絲孔的底端相通、另 一端與真空室相通，使得在濺射設(shè)備的真空室于抽真空的初期時(shí)就將螺絲孔底端的氣體同時(shí)抽出，避免了其在真空室于超高真空時(shí)的放氣；其二，水冷腔密封法蘭的下端面與靶支撐座上端面間置有電極絕緣層和兩組四只o形密 封圈，并經(jīng)乾支撐座中套裝的出水管另一端上的緊固螺母相抵壓連接，除實(shí) 現(xiàn)了作為陰極的水冷腔密封法蘭與作為接地端的靶支撐座之間的電氣絕緣之 外，還確保了相互間的密封度，避免了在超高真空系統(tǒng)中電極的引入必須使 用金屬陶瓷焊接密封的弊端，降低了制造和使用的成本。各組o形密封圏間的電極絕緣層和靶支撐座中均置有與抽氣管相通的通孔，使每組o形密封圏 間形成的腔室內(nèi)的氣體被提前直接抽出，大大地減小了腔室內(nèi)的殘存氣體和 O形密封圈自身的出氣率對(duì)真空室超高真空的影響；其三，靶支撐座焊接于 安裝法蘭上成為一體，既連接牢固，又保證了相互間的密封度；其四，將其 置于濺射設(shè)備的真空室內(nèi)，濺射設(shè)備的真空度可達(dá)6xi(TPa,比現(xiàn)有的濺射 靶的真空度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可用于直流和射頻等多種濺射工藝，能夠?qū)?現(xiàn)高質(zhì)量高純度金屬或非金屬薄膜的制備。作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)， 一是兩組四只O形密封圈均選用維通型氟 膠圈，其出氣率極低的特點(diǎn)初步奠定了獲取超高真空的基礎(chǔ)；二是抽氣管貫 穿安裝法蘭后與真空泵相接通，減少了每組O形密封圏間形成的腔室內(nèi)的殘 存氣體分子直接進(jìn)入真空室的可能，同時(shí)也大大地降低了真空室內(nèi)外于兩組 四只O形密封圏處的大氣壓力梯度；三是軟鐵與磁鋼相接觸一側(cè)的表面置有 與進(jìn)水管相連通的槽溝，以及水冷腔密封法蘭上端面對(duì)應(yīng)水冷腔內(nèi)腔體的部 分置有凸臺(tái)或與出水管相連通的槽溝，使冷卻水可由軟鐵表面的槽溝順暢地 流經(jīng)所有磁鋼的表面后，再由軟鐵背面或水冷腔密封法蘭上端面的槽溝流出， 從而可對(duì)水冷腔內(nèi)的磁鋼和軟鐵進(jìn)行充分地冷卻；四是靶支撐座的另一端為 與緊固螺母相抵觸連接的凸端，而緊固螺母又是與出水管另一端上的螺紋相 旋接連接的，這種連接方式既簡單可靠、又可將水冷腔密封法蘭、電極絕緣 層和靶支撐座緊密地拉壓成一體；五是水冷腔的上端部與靶材安裝罩經(jīng)相互 間的螺紋旋接連接，不僅便于靶材的安裝和拆卸，也易于靶材的固定；六是 屏蔽罩與靶支撐座相固定連接，使其僅用最小的表面積就可對(duì)濺射靶進(jìn)行有 效的磁屏蔽。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 圖i是本發(fā)明的一種基本結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖l，水冷腔3的腔體內(nèi)置有軟鐵5和其上設(shè)置的 磁鋼4,水冷腔3的上端部與靶材安裝罩2經(jīng)相互間的螺紋旋接連接、下端 面與水冷腔密封法蘭17上端面間置有由鋁絲密封圈構(gòu)成的O形金屬密封圏 7，并經(jīng)螺絲22相固定連接。水冷腔密封法蘭17的側(cè)壁上置有通孔6，該通 孔6的一端與螺絲22孔的底端相通、另一端與真空室相通。套裝于出水管 19中的進(jìn)水管20貫穿軟鐵5后與其相焊接連接，軟鐵5與磁鋼4相接觸一 側(cè)的表面置有與進(jìn)水管20相連通的槽溝。出水管19貫穿水冷腔密封法蘭17 后與其相焊接連接,水冷腔密封法蘭17上端面對(duì)應(yīng)水冷腔3內(nèi)腔體的部分置 有凸臺(tái)和槽溝，此槽溝與出水管19相連通。水冷腔密封法蘭17的下端面與 靶支撐座15上端面間置有電極絕緣層13和兩組四只由維通型氟膠圏構(gòu)成的 O形密封圏(8， 9， 10, 11)，并經(jīng)靶支撐座15中套裝的出水管19另一端上 的緊固螺母18相抵壓連接；其中，水冷腔密封法蘭17的下端面與電極絕緣 層13間置有兩只O形密封圈(8， 9)，這兩只O形密封圏(8， 9)間的電極 絕緣層(13)中置有通孔12。電極絕緣層13與靶支撐座15上端面間置有兩 只O形密封圏(IO, 11)，此兩只O形密封圏(IO, 11)間的靶支撐座15中 置有通孔14,通孔14與抽氣管16相連通。緊固螺母18與出水管19另一端 上的螺紋相旋接連接，靶支撐座15的另一端為凸端23，該凸端23與緊固螺 母18相抵觸連接。靶支撐座15上焊接連接有與真空室相配接的安裝法蘭21。 抽氣管16貫穿安裝法蘭21后與真空泵相接通，其與安裝法蘭21間為焊接連 接。內(nèi)置靶材安裝罩2、水冷腔3、水冷腔密封法蘭17、電極絕緣層13和靶 支撐座15的屏蔽罩1與靶支撐座15相固定連接。使用時(shí)，只需將安裝法蘭21裝于真空室的對(duì)應(yīng)法蘭上，抽氣管16與真 空泵相接通即可。若在本發(fā)明上安裝高純鋁靶，濺射設(shè)備使用直流濺射電源， 就可制作出銀白色鋁膜；該鋁膜沒有暗渾濁區(qū)域、反光度好和可焊性強(qiáng)，極
大地提高了器件的性能。若在本發(fā)明上安裝高純硅靶，濺射設(shè)備使用射頻電 源，就可制作出性能優(yōu)良的多晶硅薄膜。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的用于10—8Pa超高真空?qǐng)A形平面 磁控濺射靶的密封裝置進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。 這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于10-8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的密封裝置，包括屏蔽罩(1)內(nèi)的軟鐵(5)、磁鋼(4)和冷卻系統(tǒng)，其特征在于(a)所說冷卻系統(tǒng)含有相連接的水冷腔(3)、水冷腔密封法蘭(17)、進(jìn)水管(20)和出水管(19)，其中，所說水冷腔(3)的腔體內(nèi)置有軟鐵(5)和其上設(shè)置的磁鋼(4)、下端面與水冷腔密封法蘭(17)上端面間置有○形金屬密封圈(7)，并經(jīng)螺絲(22)相固定連接，所說水冷腔密封法蘭(17)的側(cè)壁上置有通孔(6)，所說通孔(6)的一端與螺絲(22)孔的底端相通、另一端與真空室相通，所說進(jìn)水管(20)套裝于出水管(19)中，且貫穿軟鐵(5)后與其相焊接連接，所說出水管(19)貫穿水冷腔密封法蘭(17)后與其相焊接連接；(b)所說水冷腔密封法蘭(17)的下端面與靶支撐座(15)上端面間置有電極絕緣層(13)和兩組四只○形密封圈(8，9，10，11)，并經(jīng)靶支撐座(15)中套裝的出水管(19)另一端上的緊固螺母(18)相抵壓連接，其中，所說水冷腔密封法蘭(17)的下端面與電極絕緣層(13)間置有兩只○形密封圈(8，9)，所說電極絕緣層(13)與靶支撐座(15)上端面間置有兩只○形密封圈(10，11)，所說兩只○形密封圈(8，9)間的電極絕緣層(13)中置有通孔(12)，所說兩只○形密封圈(10，11)間的靶支撐座(15)中置有通孔(14)，所說通孔(14)與抽氣管(16)相連通；(c)所說靶支撐座(15)上焊接連接有安裝法蘭(21)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于10—8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的 密封裝置，其特征是O形金屬密封圏(7)為鋁絲密封圏或銀絲密封圏或無氧 銅密封圏。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于l(TPa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射耙的 密封裝置，其特征是O形密封圈(8, 9， 10， ll)為維通型氟膠團(tuán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于10"Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的 密封裝置，其特征是抽氣管U6)貫穿安裝法蘭(21)后與真空泵相接通， 其與安裝法蘭(21)間為焊接連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于1(TPa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的　密封裝置，其特征是軟鐵(5)與磁鋼(4)相接觸一側(cè)的表面置有槽溝，所 說槽溝與進(jìn)水管(20)相連通。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于10—8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的 密封裝置，其特征是水冷腔密封法蘭(17 )上端面對(duì)應(yīng)水冷腔(3 )內(nèi)腔體的 部分置有凸臺(tái)或槽溝，所說槽溝與出水管(19)相連通。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于10—8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射耙的 密封裝置，其特征是靶支撐座(15)的另一端為凸端(23),所說凸端(23) 與緊固螺母(18)相抵觸連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于10—8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射耙的 密封裝置，其特征是緊固螺母(18)與出水管(19)另一端上的螺紋相旋接 連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于10—sPa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射耙的 密封裝置，其特征是水冷腔(3)的上端部與靶材安裝罩(2)經(jīng)相互間的螺 紋旋接連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于10—8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射乾的 密封裝置，其特征是屏蔽罩(1)與靶支撐座(15)相固定連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于10^-8Pa超高真空?qǐng)A形平面磁控濺射靶的密封裝置。它的水冷腔(3)內(nèi)置有軟鐵(5)和磁鋼(4)、下端面與水冷腔密封法蘭(17)上端面間置有O形金屬密封圈(7)，并經(jīng)螺絲(22)相固定，進(jìn)出水管(20，19)分別于軟鐵(5)和水冷腔密封法蘭(17)相焊接，水冷腔密封法蘭(17)的下端面與靶支撐座(15)上端面間置有電極絕緣層(13)和兩組四只O形密封圈(8，9，10，11)，并經(jīng)靶支撐座(15)中套裝的出水管(19)另一端上的緊固螺母(18)相抵壓連接，每組O形密封圈間均置有與抽氣管(16)相通的通孔(12，14)，靶支撐座(15)上焊接有安裝法蘭(21)。它的真空度高達(dá)6×10^-8Pa，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高純度金屬或非金屬薄膜的制備。
文檔編號(hào)C23C14/35GK101148752SQ20061009614
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者尹志軍, 李新化, 王玉琦, 解新建, 凱 邱, 飛 鐘 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院