專利名稱：一種具有磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能的磁控濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及真空鍍膜機(jī)中的一種具有磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能 的磁控濺射靶。
背景技術(shù)：
磁控濺射真空鍍膜技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用極其廣泛的真空鍍膜技術(shù)，磁控濺射靶是磁控濺射鍍 膜設(shè)備中的核心部件。其中圓形和矩形平面磁控濺射耙是最為普通常用的結(jié)構(gòu)形式。
磁控濺射靶內(nèi)部的磁路結(jié)構(gòu)是靶的關(guān)鍵技術(shù)所在。磁路結(jié)構(gòu)的作用是在靶材表面上方產(chǎn) 生平行于靶面、構(gòu)成閉合回路、高于200Gs的水平磁場，從而為靶工作時(shí)的正常磁控放電提供 必要的磁場條件。
磁控濺射靶內(nèi)部的磁路結(jié)構(gòu)有電磁鐵和永久磁鐵兩種形式。電磁鐵磁路具有產(chǎn)生磁場強(qiáng) 度大且可以調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，但存在結(jié)構(gòu)龐大、造價(jià)高、需要單獨(dú)的勵(lì)磁電源、難以用于大尺寸 平面靶的缺點(diǎn)。而永久磁鐵磁路結(jié)構(gòu)以其成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小巧、裝卸方便等優(yōu)點(diǎn) 得到廣泛應(yīng)用。但是，采用普通永久磁鐵磁路結(jié)構(gòu)的平面磁控濺射耙，在耙面處產(chǎn)生的磁場 強(qiáng)度不是很高，也不能調(diào)節(jié)，尤其是難以滿足濺射鐵磁材料的要求。因?yàn)楫?dāng)靶材為鐵、鎳、 鈷等高導(dǎo)磁率的鐵磁性材料時(shí)，由永久磁鐵磁路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的大部分磁通量會通過靶材短路流 通，產(chǎn)生磁屏蔽效應(yīng)，使靶面上方的水平磁場值變得很低，不能滿足正常磁控放電的需要。 另外，由于磁場不能調(diào)節(jié)，當(dāng)靶材種類及尺寸(如由于濺射刻蝕而使靶材局部變薄)發(fā)生變 化時(shí)，靶面上方的水平磁場值也會隨之被動(dòng)變化漂移，偏離原先的設(shè)定值，使鍍膜過程的放 電工藝參數(shù)發(fā)生變化，薄膜產(chǎn)品的一致性變差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有普通平面磁控濺射靶存在的問題，本發(fā)明提供一種具有磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能的 磁控濺射靶。
本發(fā)明的磁控濺射靶包括耙體、內(nèi)部磁路和位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。耙殼、耙座構(gòu)成耙體，耙材 通過壓環(huán)和螺釘固定在靶殼上，中心磁柱、正磁環(huán)、側(cè)磁環(huán)與導(dǎo)磁軛鐵構(gòu)成內(nèi)部磁路。在正 磁環(huán)后部與導(dǎo)磁軛鐵相接處的導(dǎo)磁軛鐵外部，設(shè)置徑向充磁的側(cè)磁環(huán)。側(cè)磁環(huán)的軸向高度等 于或略小于導(dǎo)磁軛鐵的側(cè)邊高度；側(cè)磁環(huán)的徑向厚度為正磁環(huán)徑向厚度的1/2 1/3。中心磁 柱、正磁環(huán)和側(cè)磁環(huán)的充磁方向與裝配關(guān)系有固定要求，不可錯(cuò)亂。當(dāng)中心磁柱上表面為S 極時(shí)，正磁環(huán)上表面為N極，側(cè)磁環(huán)外表面為N極；反之，當(dāng)中心磁柱上表面為N極時(shí)，正磁環(huán)上表面為S極，側(cè)磁環(huán)外表面為S極。在靶座法蘭板后面設(shè)置雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。在冷 卻水管外設(shè)有靶管，在左右兩靶管中心位置設(shè)有長螺桿，長螺桿通過靶管提升座板和靶管螺 帽、耙管壓墊、靶管半卡環(huán)、靶管套墊，與靶座的套管絕緣連接，能夠調(diào)節(jié)靶內(nèi)磁路結(jié)構(gòu)部 分相對于耙材表面的前后位置。靶管提升座板通過螺釘和中間壓板固定短螺套，短螺套通過 螺紋與水管提升座板連接，水管提升座板通過圓螺母、圓螺母墊片、水管小壓墊、水管小套 墊和水管小半環(huán)，與導(dǎo)磁軛鐵組焊件的冷卻水管絕緣連接，能夠調(diào)節(jié)靶面相對于靶法蘭的前
后位置。二個(gè)位置調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)均采用螺旋絲杠一螺母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，利用雙層套筒結(jié)構(gòu) 將二套運(yùn)動(dòng)傳遞復(fù)合在相同軸線上的狹小空間內(nèi)。
本發(fā)明的磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能是通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的-
1. 設(shè)置了徑向充磁的側(cè)向磁環(huán)。增加徑向充磁的側(cè)磁環(huán)，能夠明顯增強(qiáng)靶面上方的水平 磁場強(qiáng)度，使之能夠滿足鍍制鐵磁材料的強(qiáng)磁場要求。
2. 在耙法蘭板后面設(shè)置了一套完整的雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能夠隨時(shí)、連續(xù)調(diào)節(jié)靶材表面 上方的磁場強(qiáng)度，使之適合于不同導(dǎo)磁率、不同厚度的靶材對表面磁場的不同要求，同時(shí)可 以在鍍膜設(shè)備中調(diào)節(jié)靶面相對于被鍍工件的靶基距，以適應(yīng)不同尺寸工件和不同工藝參數(shù)的 濺射鍍膜過程。
該耙是一種既具電磁鐵磁路結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生較強(qiáng)磁場強(qiáng)度并可以靈活調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，又具有 永久磁鐵磁路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單小巧、裝卸方便、造價(jià)低廉、適用于各種尺寸平面靶等優(yōu)點(diǎn)的 磁控濺射靶。


圖l是磁控濺射靶主視圖2是磁控濺射靶仰視圖3是磁控濺射靶側(cè)視圖4是磁路結(jié)構(gòu)局部視圖5是普通永久磁鐵磁路結(jié)構(gòu)的磁場分布圖，其中a靶材為非鐵磁性材料；b靶材為鐵 磁性材料；
圖6是增設(shè)側(cè)磁環(huán)的磁路結(jié)構(gòu)的磁場分布圖，其中a靶材為非鐵磁性材料；b靶材為鐵 磁性材料。
圖中l(wèi)圓螺母，2圓螺母墊片，3水管小壓墊，4水管小套墊，5水管小半環(huán)，6橡膠密 封圈I， 7靶管螺帽，8靶管壓墊，9螺釘I， IO墊圈，ll橡膠密封圈II， 12螺釘n， 13 螺釘m， 14靶中間絕緣環(huán)，15靶面絕緣塊，16屏蔽罩，17靶材，18中心磁柱，19正磁環(huán)，20螺釘IV， 21側(cè)磁環(huán)，22靶殼，23橡膠密封圈III， 24靶座，25導(dǎo)磁軛鐵組焊件，26密封 絕緣套，27靶法蘭，28橡膠密封圈IV， 29絕緣壓套墊，30橡膠密封圈V， 31螺釘壓墊圈， 32螺釘V， 33靶管半卡環(huán)，34靶管套墊，35螺釘VI， 36導(dǎo)向壓板，37靶管提升座板，38 螺釘V!I， 39中間壓板，40長螺桿，41短螺套，42水管提升座板，43保護(hù)罩，44螺釘W， 45 導(dǎo)磁極板。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例的構(gòu)成如圖1所示靶殼22與靶座24構(gòu)成靶體，靶材17通過壓環(huán)和螺釘IV20 固定在耙殼22上，中心磁柱18、正磁環(huán)19、側(cè)磁環(huán)21和導(dǎo)磁軛鐵25構(gòu)成內(nèi)部磁路。在正 磁環(huán)19后部與導(dǎo)磁軛鐵25相接處的導(dǎo)磁軛鐵外部，設(shè)置徑向充磁的側(cè)磁環(huán)21。側(cè)磁環(huán)21 的軸向高度等于或略小于導(dǎo)磁軛鐵25的側(cè)邊高度；側(cè)磁環(huán)21的徑向厚度為正磁環(huán)19徑向厚 度的1/2 1/3。中心磁柱18、正磁環(huán)19和側(cè)磁環(huán)21的充磁方向與裝配關(guān)系，要求如圖4中 所標(biāo)注的箭頭所示，當(dāng)中心磁柱18上表面為S極時(shí)，正磁環(huán)19上表面為N極，側(cè)磁環(huán)21外 表面為N極；當(dāng)中心磁柱18上表面為N極時(shí)，正磁環(huán)19上表面為S極，側(cè)磁環(huán)21外表面為 S極，不可有其中某一個(gè)顛倒錯(cuò)亂。
設(shè)置徑向充磁的側(cè)磁環(huán)21，能夠明顯增強(qiáng)靶面上方的水平磁場強(qiáng)度。圖5是不帶側(cè)磁環(huán) 的普通永久磁鐵磁路結(jié)構(gòu)的磁力線分布圖，從中可以看出，從正磁環(huán)頂部發(fā)出的磁通量，有 相當(dāng)大比例的部分經(jīng)由靶側(cè)面外部短路流通回到導(dǎo)磁軛鐵側(cè)面，而沒有與中心磁柱構(gòu)成回路 產(chǎn)生有用的水平磁場(見圖5a);當(dāng)靶材為鐵磁性材料時(shí)，有用部分的磁通量完全被屏蔽， 在靶材表面上方無法形成足夠強(qiáng)度的水平磁場(見圖5b)。圖6是本實(shí)施例增設(shè)了側(cè)磁環(huán)的 永久磁鐵磁路結(jié)構(gòu)的磁力線分布圖，對比發(fā)現(xiàn)，由正磁環(huán)頂部發(fā)出的磁通量，幾乎沒有通過 耙側(cè)面外部短路直接流通回到導(dǎo)磁軛鐵的，而是都被排斥到與中心磁柱構(gòu)成回路一側(cè)(見圖 6a);由于磁通量增大，即使在靶材為鐵磁性材料時(shí)，仍然有一部分磁通量突破了鐵磁材料靶 材的磁屏蔽效應(yīng)，在靶材表面上方形成了足夠強(qiáng)度的水平磁場(見圖6b)，使之能夠滿足鍍 制鐵磁材料的強(qiáng)磁場要求。
本發(fā)明在耙法蘭板27后面設(shè)置了一套完整的雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。在冷卻水管外設(shè)有靶 管，在左右兩耙管中心位置設(shè)有長螺桿40，長螺桿40通過靶管提升座板37和靶管螺帽7、 耙管壓墊8、靶管半卡環(huán)33、靶管套墊34，與靶座的套管絕緣連接。靶管提升座板37通過 螺釘VH38和中間壓板39固定短螺套41，短螺套41通過螺紋與水管提升座板42連接，水管 提升座板42通過圓螺母1、圓螺母墊片2、水管小壓墊3、水管小套墊4和水管小半環(huán)5，與 導(dǎo)磁軛鐵組焊件的冷卻水管絕緣連接。在靶座法蘭板后面設(shè)置雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能夠分別調(diào)節(jié)靶內(nèi)磁路結(jié)構(gòu)部分相對于靶材 表面的前后位置，和靶面相對于靶法蘭27的前后位置。二個(gè)位置調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)均采用螺旋 絲杠一螺母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，利用雙層套筒結(jié)構(gòu)將二套運(yùn)動(dòng)傳遞復(fù)合在相同軸線上的狹小空間 內(nèi)。具體結(jié)構(gòu)見圖l、圖2和圖3，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理如下
靶內(nèi)磁路結(jié)構(gòu)部分相對于靶座表面的前后位置移動(dòng)，可通過轉(zhuǎn)動(dòng)短螺套41來實(shí)現(xiàn)。由于 有耙管提升板座37、螺釘W38和中間壓板39的定位約束，短螺套41只能相對于耙管提升板 座37做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而不能做軸向直線運(yùn)動(dòng)；短螺套41的旋轉(zhuǎn)通過螺旋傳動(dòng)驅(qū)使水管提升座板 42做前后位置方向的直線運(yùn)動(dòng)；由于水管提升座板42通過圓螺母1、圓螺母墊片2、水管小 壓墊3、水管小套墊4和水管小半環(huán)5，與導(dǎo)磁軛鐵組焊件25的水管絕緣連接在一起，因此 水管提升座板42會帶動(dòng)水管前后伸縮，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)靶內(nèi)磁路結(jié)構(gòu)(包括中心磁柱18、正 磁環(huán)19、側(cè)磁環(huán)21和導(dǎo)磁軛鐵組焊件25)相對于靶殼22前后移動(dòng)。磁路結(jié)構(gòu)的移動(dòng)范圍如 圖中C1 C2之間。
耙面(即整個(gè)靶殼)相對于靶法蘭27的前后位置移動(dòng)，可通過轉(zhuǎn)動(dòng)長螺桿40實(shí)現(xiàn)。由 于有螺釘VI35和導(dǎo)向壓板36的定位約束，長螺桿40只能相對于靶法蘭27做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而不 能做軸向直線運(yùn)動(dòng)；由于靶管提升座板37的兩端有導(dǎo)向壓板36的導(dǎo)向桿約束，不能做旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，因此當(dāng)長螺桿40轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)靶管提升座板37做前后位置方向的直線運(yùn)動(dòng)；由于靶 管提升座板37通過靶管螺帽7、靶管壓墊8、靶管半卡環(huán)33和靶管套墊34，與靶座24的套 管絕緣連接在一起，因此靶管提升座板37會帶動(dòng)套管前后伸縮，進(jìn)而帶動(dòng)靶座24及靶殼22 一起相對于靶法蘭27做前后移動(dòng)。圖中靶面位置的移動(dòng)范圍在B1 B2之間。當(dāng)靶座24前后 移動(dòng)時(shí)，耙管提升座板37會帶動(dòng)短螺套41同步前后移動(dòng)，從而保持整個(gè)磁路結(jié)構(gòu)在靶殼22 中的相對位置保持不變。
由于磁控濺射耙的耙殼22和靶座24部分在工作中要接負(fù)高壓電位，因此與之連接的其 它部分要有絕緣措施。水管提升座板42與導(dǎo)磁軛鐵組焊件25的水管之間使用了水管小壓墊 3和水管小套墊4作為絕緣件，靶管提升座板37與靶座24的套管之間使用了耙管壓墊8和 靶管套墊34作為絕緣件，保證了雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的絕緣性。密封絕緣套26、絕緣壓套墊 29和橡膠密封圈IV28，橡膠密封圈V30等零件，則實(shí)現(xiàn)了靶座24的套管與靶法蘭27之間的 定位連接、絕緣和真空密封。利用橡膠密封圈I6實(shí)現(xiàn)了水管與套管間的密封。
二個(gè)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，既可以利用手持工具人工調(diào)節(jié)，也可以使用電機(jī)+減速器+傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖中標(biāo)注的E、 F部位，分別就是短螺套41和長螺桿 40固定夾持工具或連接驅(qū)動(dòng)作業(yè)部件的位置。
權(quán)利要求
1. 一種具有磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能的磁控濺射靶，包括靶體、內(nèi)部磁路和水冷系統(tǒng)，其特征在于該靶在正磁環(huán)后部與導(dǎo)磁軛鐵相接處的導(dǎo)磁軛鐵外部，設(shè)置徑向充磁的側(cè)磁環(huán)；在靶的下部設(shè)有雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的具有磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能的磁控濺射靶，其特征在于所述徑向充磁 的側(cè)磁環(huán)其軸向高度等于或略小于導(dǎo)磁軛鐵的側(cè)邊高度；側(cè)磁環(huán)的徑向厚度為正磁環(huán)徑向 厚度的1/2 1/3，中心磁柱、正磁環(huán)和側(cè)磁環(huán)的充磁方向與裝配關(guān)系有固定要求，當(dāng)中 心磁柱上表面為S極時(shí)，正磁環(huán)上表面為N極，側(cè)磁環(huán)外表面為N極；當(dāng)中心磁柱上表面 為N極時(shí)，正磁環(huán)上表面為S極，側(cè)磁環(huán)外表面為S極。
3. 按照權(quán)利要求1所述的具有磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能的磁控濺射靶，其特征在于所述雙級位置 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是在冷卻水管外設(shè)有靶管，在左右兩靶管中心位置設(shè)有長螺桿，長螺桿通過靶管 提升座板和耙管螺帽、靶管壓墊、靶管半卡環(huán)、靶管套墊，與耙座的套管絕緣連接，靶管 提升座板通過螺釘和中間壓板固定短螺套，短螺套通過螺紋與水管提升座板連接，水管提 升座板通過圓螺母、圓螺母墊片、水管小壓墊、水管小套墊和水管小半環(huán)，與導(dǎo)磁軛鐵組 焊件的冷卻水管絕緣連接。
全文摘要
一種具有磁場增強(qiáng)和調(diào)節(jié)功能的磁控濺射靶，包括靶體、內(nèi)部磁路、水冷系統(tǒng)，其特征在于該靶在正磁環(huán)后部與導(dǎo)磁軛鐵相接處的導(dǎo)磁軛鐵外部，設(shè)置了徑向充磁的側(cè)磁環(huán)；在靶的下部設(shè)有雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。徑向充磁的側(cè)磁環(huán)可以明顯減少靶外側(cè)面的漏磁通，大大增強(qiáng)靶材表面位置處的水平磁場，從而能夠滿足鍍制鐵磁材料的強(qiáng)磁場要求。雙級位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能夠分別在線、連續(xù)改變靶面相對于靶座法蘭板的前后位置，從而調(diào)節(jié)靶基距和靶內(nèi)磁路結(jié)構(gòu)部分相對于靶材表面的前后位置，使之適合于對表面磁場有不同要求，如不同導(dǎo)磁率、不同厚度的靶材的濺射鍍膜工藝過程。本發(fā)明為磁控濺射真空鍍膜的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)提供一種方便快捷的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)。
文檔編號C23C14/35GK101280420SQ20081001160
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者張世偉, 張曉玉, 徐成海, 戴今古 申請人:東北大學(xué)