專(zhuān)利名稱(chēng)：：旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及大面積鍍膜用旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，廣泛適用于制備涂層的設(shè)備中，屬于薄膜制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：目前國(guó)內(nèi)外的磁控濺射設(shè)備，其濺射源靶的結(jié)構(gòu)型式主要有同軸磁控濺射靶和平面磁控濺射靶兩種，同軸磁控濺射靶是在管型濺射材料內(nèi)設(shè)有環(huán)狀永磁體及極靴(導(dǎo)磁墊片)構(gòu)成，濺射時(shí)形成若干個(gè)與靶軸線(xiàn)垂直的有間隙的環(huán)狀輝光放電區(qū)域，當(dāng)鍍制大面積基片(如幕墻玻璃)時(shí)不可避免地形成厚薄相間的條紋，導(dǎo)致嚴(yán)重的膜厚不均勻，影響產(chǎn)品質(zhì)量。平面磁控濺射靶，采用條形磁體結(jié)構(gòu)，濺射時(shí)形成與靶軸線(xiàn)平行的條狀輝光區(qū)，較好地減輕了被鍍基體上的膜厚不均勻現(xiàn)象，使鍍層均勻，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。但由于耙面蝕刻區(qū)集中在矩形框上，使靶材利用率極低。磁控濺射靶是大面積真空鍍膜設(shè)備中的主要裝置之一，現(xiàn)代光電薄膜產(chǎn)品中需要大量沉積氧化物、氮化物等絕緣化合物薄膜，因此廣泛應(yīng)用中頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)?，F(xiàn)在真空鍍膜設(shè)備中應(yīng)用的主要是平面磁控濺射靶，其永磁鐵和靶都是靜止不動(dòng)的，這樣靶的刻蝕區(qū)是固定的，因此，應(yīng)用平面磁控濺射耙沉積絕緣材料薄膜時(shí)，靶的利用率非常低，通常最多只能達(dá)到40%。隨著耙的刻蝕越來(lái)越深，靶材的濺射速率和薄膜的均勻性都有影響，不利于高質(zhì)量功能薄膜的沉積；而且，由于靶的非刻蝕區(qū)的存在，在鍍膜過(guò)程中絕緣材料會(huì)沉積在非刻蝕區(qū)表面，造成大量的電子在上堆積，引起靶面起弧，輕則造成沉積薄膜的污染，重則導(dǎo)致濺射過(guò)程的不穩(wěn)定甚至停止。在中國(guó)專(zhuān)利ZL89215781.X和ZL95219498.8中公開(kāi)了一種柱狀磁控濺射靶，其靶材內(nèi)有若干直條形永磁體平行于靶軸向安置在基體上，工作時(shí)，靶旋轉(zhuǎn)而永磁體不轉(zhuǎn)，或反之。通常條形永磁體是由多段小條形永磁體組成，依次嵌入極靴內(nèi)形成整體的條形永磁體，條形永磁體必須成對(duì)出現(xiàn)，其中每個(gè)永磁體的N極與S極放置方向相反，即某直條形永磁體N極向外、S極向內(nèi)，則其相鄰的直條形永磁體必是S極向外、N極向內(nèi)，同時(shí)條形永磁體一端有環(huán)形永磁體，即條形永磁體一端與環(huán)形永磁體相連、另一端懸空，條形永磁體與環(huán)形永磁體相連方式呈原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)形式，才能形成閉合的磁力線(xiàn)回路。條形永磁體與環(huán)形永磁體之間產(chǎn)生的輝光放電區(qū)很寬，說(shuō)明耙材在這一區(qū)域?yàn)R射能力強(qiáng)，于是耙兩端的刻蝕速度快于靶中段，在靶的兩端會(huì)出現(xiàn)橫向凹槽，靶材兩端不參與濺射部分，從而導(dǎo)致靶材的過(guò)早報(bào)廢，降低了靶材的利用率，造成了浪費(fèi)。美國(guó)專(zhuān)利US2005/0189218A1公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)圓柱型靶結(jié)構(gòu)，使用陰極弧電源進(jìn)行沉積，由于磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)制約，該旋轉(zhuǎn)圓柱型耙結(jié)構(gòu)很難采用磁控濺射技術(shù)沉積結(jié)構(gòu)致密、表面光滑的涂層。濺射技術(shù)可以滿(mǎn)足制備不同性能涂層的需要，濺射過(guò)程的基礎(chǔ)是工作氣體(通常為氬氣)輝光放電，在施加高負(fù)電壓的陰極靶材和接地的陽(yáng)極之間存在一電場(chǎng)，陰極附近的自由電子在電場(chǎng)作用下朝陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)，在一定氬氣氣體密度下，離化中性氬氣原子成帶正電的氬氣離子，同時(shí)釋放二次電子，帶正電的氬氣離子在電場(chǎng)作用下，朝施加高負(fù)電壓的陰極加速運(yùn)動(dòng)，氬氣離子能量高于陰極靶材原子結(jié)合能時(shí)，靶材原子被轟擊下來(lái)，遷移到放置在靶對(duì)面或者圓周的被鍍工件上形成薄膜，此謂濺射鍍膜。由于電子的運(yùn)行軌跡較短，氬氣的離化率很低，導(dǎo)致濺射速率較低。因此，設(shè)計(jì)一種新型旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，將是一項(xiàng)值得研究的重要技術(shù)課題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射耙，可以保證輝光放電時(shí)形成一個(gè)閉合的電子跑道，使濺射穩(wěn)定進(jìn)行，提高靶材的利用率，改善沉積薄膜的質(zhì)量。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)-旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射耙，包括極靴、永磁體、中空?qǐng)A柱靶材和芯軸，永磁體沿圓柱耙材的軸向嵌于極靴內(nèi)，其特征在于所述永磁體為長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條，相應(yīng)地，極靴上設(shè)有用于安裝長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條的定位槽，長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條分別安裝在對(duì)應(yīng)的定位槽內(nèi)；長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向交替分布，從而組成多路條形磁體，長(zhǎng)短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線(xiàn)，極靴兩端的磁環(huán)與長(zhǎng)短永久磁條構(gòu)成閉合跑道形磁力線(xiàn)。本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)前述的旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，其中，長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條分別通過(guò)長(zhǎng)壓條和短壓條固定在極靴的定位槽內(nèi)。前述的旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，其中，長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向以偶數(shù)個(gè)交替分布。本發(fā)明技術(shù)方案的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在本發(fā)明在柱狀耙表面引入平行靶材的軸向磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)放電等離子體的低氣壓化、高密度化和均勻化。工作過(guò)程中濺射區(qū)與耙材軸向平行，結(jié)構(gòu)上在靶面形成連續(xù)閉合磁路，保證了輝光放電時(shí)形成一個(gè)閉合的電子跑道，使得濺射穩(wěn)定進(jìn)行。采用旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射技術(shù)制備的涂層，膜層表面質(zhì)量高，膜層致密。工作時(shí)圓柱狀靶材勻速旋轉(zhuǎn)，靶表面刻蝕均勻，因此靶材的消耗均勻，使用壽命長(zhǎng)，靶材利用率超過(guò)70%，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，應(yīng)用前景看好。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明:圖l:中央柱靶的結(jié)構(gòu)示意圖2:中央柱靶的截面示意圖3:中央柱靶磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖4a:中央柱靶沿軸向的一剖視圖4b:中央柱靶沿軸向的另一剖視圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見(jiàn)下表:附圖<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實(shí)施例方式磁控濺射鍍膜除了在靶上施加的一個(gè)電場(chǎng)外(電力線(xiàn)垂直于靶表面)還施加一個(gè)磁場(chǎng)使電子受洛侖茲力的影響，作擺線(xiàn)和螺旋狀的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，來(lái)延長(zhǎng)電子運(yùn)行軌跡，使等離子體密度大大提高，正離子的數(shù)量也大大增加，可以提高濺射速率。如圖14所示，旋轉(zhuǎn)式磁控濺射中央柱靶包括極靴2、永磁體3和5、壓條4和6、中空?qǐng)A柱靶材7和旋轉(zhuǎn)芯軸1,永磁體3為長(zhǎng)永久磁條，永磁體5為短永久磁條，相應(yīng)地，極靴2上設(shè)有用于安裝長(zhǎng)永久磁條3和短永久磁條5的定位槽，長(zhǎng)永久磁條3通過(guò)長(zhǎng)壓條4固定在極靴2的定位槽內(nèi)，短永久磁條5通過(guò)短壓條6固定在極靴2的定位槽內(nèi)；長(zhǎng)永久磁條3和短永久磁條5沿極靴圓周方向以偶數(shù)個(gè)交替分布，從而組成多路條形磁體，長(zhǎng)短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線(xiàn)，極靴兩端的磁環(huán)與長(zhǎng)短永久磁條構(gòu)成閉合跑道形磁力線(xiàn)。旋轉(zhuǎn)式磁控濺射中央柱靶結(jié)構(gòu)的橫截面如圖2，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)靶材繞永磁體旋轉(zhuǎn)，極靴2上有用于安裝長(zhǎng)永磁條3和短永磁條5的定位槽，永磁鐵安裝在極靴的定位槽內(nèi)并由長(zhǎng)短壓條4和6固定，條形永磁體是沿極靴圓周均勻分布的，這就能保證整個(gè)圓周上的磁場(chǎng)分布均勻，360°方向上濺射均勻。長(zhǎng)短磁條交替布置如圖4a、4b，組成多路條形磁鐵，長(zhǎng)短磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線(xiàn)，磁性材料制成的磁環(huán)9安裝在極靴的兩端，與長(zhǎng)短磁條構(gòu)成一組閉合跑道形磁力線(xiàn)。在濺射過(guò)程中，磁路系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，靶材繞濺射陰極的中心軸線(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，靶面均勻穿過(guò)等離子體區(qū)域。濺射過(guò)程中永磁體是固定不動(dòng)的，而靶材始終是旋轉(zhuǎn)的，因此靶材的刻蝕是均勻且刻蝕區(qū)永遠(yuǎn)不會(huì)固定，這樣可大幅度提高靶的利用率；同樣因?yàn)檎麄€(gè)靶面都被刻蝕，避免靶面起弧的現(xiàn)象，保證濺射過(guò)程的穩(wěn)定性和沉積薄膜的質(zhì)量。旋轉(zhuǎn)式磁控濺射靶還包括滾動(dòng)軸承8，以增強(qiáng)靶材旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性。靶材除了是中空的圓柱形外，其橫截面還可以是扇形、弧形、正多邊形等形狀。使用時(shí)，將靶安裝在鍍膜機(jī)上即可使用，接通冷卻水，接通直流磁控濺射電源陰極，背底真空度小于5X10—5Torr范圍時(shí)，注入氣體(如氬氣等)，使靶起輝放電，維持輝光穩(wěn)定，調(diào)整工藝參數(shù)，可獲得均勻牢固的膜層。由于結(jié)構(gòu)上采用長(zhǎng)短永久磁條，保證輝光放電時(shí)形成了一個(gè)閉合跑道形磁力線(xiàn)，使濺射得以穩(wěn)定進(jìn)行，避免了端部的拉弧(放電)問(wèn)題，使靶在大電流密度下穩(wěn)定地工作。此外本發(fā)明極靴結(jié)構(gòu)保證磁場(chǎng)連續(xù)無(wú)間隙并均勻分布，使濺射得以均勻進(jìn)行。采用永磁體固定，耙材旋轉(zhuǎn)的方式，極大地提高耙材利用率，超過(guò)70%以上；薄膜沉積速率高、均勻性好，性能優(yōu)越。綜上所述，本發(fā)明整個(gè)靶材沿軸向?yàn)R射速率均勻，刻蝕速度相近，與小于40%靶材利用率的傳統(tǒng)濺射耙相比，本發(fā)明的耙材利用率提高近1倍。形成的不間斷的、均勻的條形輝光放電區(qū)域，使沉積到被鍍基材上的鍍層厚度均勻，由于工作時(shí)是勻速旋轉(zhuǎn)，靶表面蝕刻均勻，因此靶材的消耗均勻，使用壽命長(zhǎng)，與其它結(jié)構(gòu)的靶相比，壽命大大提高。鍍膜效率也高，靶的濺射沉積速度快，能在金屬材料及非金屬材料制品上鍍制超硬、防腐、裝飾膜，成膜的附著力強(qiáng)；適用于大面積氧化物、氮化物等薄膜的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，包括極靴、永磁體、中空?qǐng)A柱靶材和芯軸，永磁體沿圓柱靶材的軸向嵌于極靴內(nèi)，其特征在于所述永磁體為長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條，相應(yīng)地，極靴上設(shè)有用于安裝長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條的定位槽，長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條分別安裝在對(duì)應(yīng)的定位槽內(nèi)；長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向交替分布，從而組成多路條形磁體，長(zhǎng)短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線(xiàn)，極靴兩端的磁環(huán)與長(zhǎng)短永久磁條構(gòu)成閉合跑道形磁力線(xiàn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，其特征在于所述長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條分別通過(guò)長(zhǎng)壓條和短壓條固定在極靴的定位槽內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，其特征在于所述長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向以偶數(shù)個(gè)交替分布。全文摘要本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)圓柱磁控濺射靶，包括極靴、永磁體、中空?qǐng)A柱靶材和芯軸，永磁體沿圓柱靶材的軸向嵌于極靴內(nèi)，永磁體為長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條，極靴上設(shè)有用于安裝長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條的定位槽，長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條分別安裝在對(duì)應(yīng)的定位槽內(nèi)；長(zhǎng)永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向交替分布，從而組成多路條形磁體，長(zhǎng)短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線(xiàn)，極靴兩端的磁環(huán)與長(zhǎng)短永久磁條構(gòu)成閉合跑道形磁力線(xiàn)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)放電等離子體的低氣壓化、高密度化和均勻化，保證輝光放電時(shí)形成一個(gè)閉合的電子跑道，使得濺射穩(wěn)定進(jìn)行，膜層表面質(zhì)量好、膜層致密；靶材消耗均勻，靶材利用率較高。文檔編號(hào)C23C14/35GK101285171SQ20071002223公開(kāi)日2008年10月15日申請(qǐng)日期2007年5月10日優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日發(fā)明者孫德恩申請(qǐng)人:勝倍爾超強(qiáng)鍍膜(蘇州)有限公司