專利名稱：磁控濺射鍍膜陰極裝置的制作方法
磁控濺射鍍膜陰極裝置
技術領域：
本發(fā)明涉及磁控濺射鍍膜領域，尤其涉及一種磁控濺射鍍膜陰極裝置。背景技術：
磁控濺射鍍膜工藝所使用的陰極按結構形狀分成平面陰極和旋轉陰極，由于旋轉陰極的靶材利用率高、可加載的電功率大等優(yōu)點，旋轉陰極的使用越來越廣泛。旋轉陰極的 靶材和靶材內筒固定在一起成為一個整體，一般簡稱為靶筒，在陰極工作時靶材旋轉，磁棒 固定不動位于靶筒的中心，從而磁棒提供固定的、穩(wěn)定的磁場，使得濺射能穩(wěn)定、持續(xù)的發(fā) 生，靶材表面能夠均勻刻蝕。在濺射工藝過程中，大部分能量轉變成熱量，因此需要對真空室、陰極等部件進行 水冷卻。但傳統(tǒng)的磁控濺射鍍膜陰極裝置都采用單端進水冷卻，冷卻水從一端流入，再從另 一端流出，出口冷卻水和入口冷卻水的溫差可達20°C，長時間工作，永久磁鐵和靶材兩端的 溫度差也可達20°C，從而磁棒沿長度方向上的磁場強度變化較大，磁場不均勻，根據磁控濺 射原理，氬離子轟擊靶材表面的原子而形成薄膜，如果靶材溫度低，原子需要更多的轟擊動 能才能濺射出來，因此靶材兩端溫度的不同會造成薄膜的厚度不均勻，從而影響鍍膜的均 勻性。

發(fā)明內容基于此，有必要提供一種能顯著提高鍍膜均勻性的磁控濺射鍍膜陰極裝置。一種磁控濺射鍍膜陰極裝置，包括靶筒和位于所述靶筒內的磁棒管材，所述靶筒 包括靶材內筒和固定在所述靶材內筒外表面的濺射靶材，所述磁棒管材內部安裝有提供濺 射用磁場的磁鐵并設有冷卻水通道，所述冷卻水通道包括進水通道、回水孔、回水通道及多 個在磁場區(qū)附近沿磁棒管材長度方向分布的出水孔，冷卻水從磁棒管材內部的一端進入所 述進水通道通過多個出水孔噴射到靶材內筒，再沿靶材內筒內壁流入所述回水孔從所述回 水通道流出。優(yōu)選的，所述磁鐵安裝在磁鐵座上，所述磁鐵座底面連接有多個可伸縮的連接桿， 所述連接桿的一端與所述磁鐵座連接，另一端通過固定塊固定在所述磁棒管材上。優(yōu)選的，所述冷卻水通道包括兩個進水通道和兩個回水通道，所述兩個進水通道 和兩個回水通道分別在所述連接桿兩側對稱設置。優(yōu)選的，所述磁棒管材內設有3個永久磁鐵，所述3個永久磁鐵傾斜或水平安裝， 位于中間的永久磁鐵與兩邊的永久磁鐵極性相反安裝。優(yōu)選的，所述永久磁鐵為釹鐵硼材料或釤鈷鐵材料。優(yōu)選的，所述永久磁鐵的截面形狀為正方形、長方形、梯形或半圓形。優(yōu)選的，所述濺射靶材為金屬、合金或化合物材料。優(yōu)選的，所述靶材內筒為不銹鋼材料。優(yōu)選的，所述磁棒管材為不銹鋼或鋁合金材料。
通過在磁棒管材的濺射區(qū)附近表面設置多個出水孔，冷卻水可以從進水通道通過 出水孔均勻噴射到靶材內筒，相比傳統(tǒng)的單端進水冷卻，冷卻水在長度方向上的冷卻效果 更均勻，旋轉陰極磁棒管材沿長度方向上的磁場強度變化很小，濺射靶材在長度方向上溫 差很小，從而使鍍膜均勻性得到顯著提高。同時，磁鐵固定在可伸縮的連接桿上，可以通過調節(jié)連接桿來調整磁鐵距濺射靶 材表面的距離，使初始安裝好的旋轉陰極濺射靶材表面的磁場強度是均勻，進一步提高了 鍍膜的均勻性。

圖1為磁控濺射鍍膜陰極裝置的截面圖。圖2為磁控濺射鍍膜陰極裝置冷卻水循環(huán)及磁力線截面示意圖。
具體實施方式
下面主要結合

磁控濺射鍍膜陰極裝置(以下簡稱旋轉陰極)的結構。通 過對濺射區(qū)域進行均勻冷卻，靶材兩端沒有溫差，濺射過程中磁場穩(wěn)定，可以使鍍膜厚度均 勻。如圖1所示為磁控濺射鍍膜陰極裝置的截面圖，該磁控濺射鍍膜陰極裝置包括靶 筒10和磁棒管材20。靶筒10為筒狀結構，包括濺射靶材110和靶材內筒120，濺射靶材 110均勻覆蓋在靶材內筒120上，并與靶材內筒120構成一個整體。磁棒管材20位于靶筒10內，磁棒管材20內部安裝有磁鐵210并設有冷卻水通道 220。磁鐵210提供濺射用磁場，如圖2所示的兩個閉環(huán)磁場，旋轉陰極工作時，氬離子等垂 直于磁力線運動并刻蝕濺射靶材110表面。優(yōu)選的，磁鐵210包括3個永久磁鐵，可以為釹鐵硼材料或釤鈷鐵材料；永久磁鐵 的截面形狀可以是正方形、長方形、梯形或半圓形等。為了使永久磁鐵的N極、S極形成的 磁力線能在濺射靶材110表面形成兩個相互傾斜的閉環(huán)磁場，永久磁鐵可以傾斜安裝，也 可以水平安裝，位于中間的永久磁鐵與兩邊的永久磁鐵極性相反安裝，如圖2所示。在等離 子濺射區(qū)，磁場約束濺射用的氬離子轟擊濺射靶材110表面，將濺射靶材110表面的原子撞 擊出來，沉積在基材表面而形成薄膜。磁鐵210安裝在具有導磁性的磁鐵座212上，優(yōu)選的磁鐵座212為電工純鐵材質。 磁鐵座212的底面連接有多個可伸縮的連接桿214，連接桿214的一端與磁鐵座212相連， 另一端通過固定塊216固定在磁棒管材20上。安裝在同一個旋轉陰極上的形狀相同的永 久磁鐵的初始剩磁是基本相同的，因此濺射靶材110表面磁場強度的均勻性與永久磁鐵距 濺射靶材110表面的距離相關。通過調節(jié)連接桿214來調整永久磁鐵距濺射靶材110表面 的距離，使初始安裝好的旋轉陰極濺射靶材110表面的磁場強度是均勻的。冷卻水通道220沿磁棒管材20的長度方向沿伸，將冷卻水與磁鐵210等設備隔 離，包括進水通道222、出水孔224、回水孔226和回水通道228。冷卻水從磁棒管材20內部 的一端進入進水通道222，磁棒管材20在沿長度方向濺射區(qū)表面設有多個出水孔224，冷卻 水從進水通道222沿著出水孔224噴射到靶材內筒120，直接冷卻濺射區(qū)域附近的靶材內筒 120，冷卻效果均勻。
由于磁棒管材20與靶筒10內壁之間的距離很小，冷卻水在磁棒管材20長度方向上很難流動，故在磁棒管材20的出水孔224反向設有回水孔226，磁棒管材20與靶筒10之 間的冷卻水可以沿靶筒10的內壁流到回水孔226，從回水通道228流出，如圖2所示。冷卻水在沿靶筒10的長度方向上均勻冷卻，效果更好，從而旋轉陰極磁棒管材20 沿長度方向上的磁場強度變化很小，磁場強度偏差小于2%，進而使鍍膜厚度均勻性得到提 尚ο在優(yōu)選的實施方式中，冷卻水通道220包括兩個進水通道222和兩個回水通道 228，兩進水通道222和兩回水通道228分別在連接桿214兩側對稱分布。通過在磁棒管材的濺射區(qū)附近表面設置多個出水孔，冷卻水可以從進水通道均勻 噴射到靶材內筒，相比傳統(tǒng)的單端進水冷卻，冷卻水在長度方向上冷卻效果更均勻，旋轉陰 極磁棒管材沿長度方向上的磁場強度變化很小，靶材在長度方向上溫差很小，從而使鍍膜 均勻性得到顯著提高。同時，磁鐵固定在可伸縮的連接桿上，可以通過調節(jié)連接桿來調整磁鐵距濺射靶 材表面的距離，使初始安裝好的旋轉陰極濺射靶材表面的磁場強度是均勻，進一步提高了 鍍膜的均勻性。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
一種磁控濺射鍍膜陰極裝置，包括靶筒和位于所述靶筒內的磁棒管材，所述靶筒包括靶材內筒和覆蓋在所述靶材內筒外表面的濺射靶材，所述磁棒管材內部安裝有提供濺射用磁場的磁鐵并設有冷卻水通道，其特征在于，所述冷卻水通道包括進水通道、回水通道、多個在磁場區(qū)附近沿磁棒管材長度方向分布的出水孔及在所述磁棒管材出水孔反向設置的回水孔；冷卻水從磁棒管材內部的一端進入所述進水通道通過多個出水孔噴射到靶材內筒，再沿靶材內筒內壁流入所述回水孔從所述回水通道流出。
2.如權利要求1所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述磁棒管材中設有磁 鐵座，所述磁鐵安裝在所述磁鐵座上，所述磁鐵座底面連接有多個可伸縮的連接桿，所述連 接桿的一端與所述磁鐵座連接，另一端通過固定塊固定在所述磁棒管材上。
3.如權利要求2所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述冷卻水通道包括兩 個進水通道和兩個回水通道，所述兩個進水通道和兩個回水通道分別在所述連接桿兩側對 稱設置。
4.如權利要求1所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述磁棒管材內設有3個 永久磁鐵，所述3個永久磁鐵傾斜或水平安裝，位于中間的永久磁鐵與兩邊的永久磁鐵極 性相反安裝。
5.如權利要求4所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述永久磁鐵為釹鐵硼 材料或釤鈷鐵材料。
6.如權利要求4所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述永久磁鐵的截面形 狀為正方形、長方形、梯形或半圓形。
7.如權利要求1所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述濺射靶材為金屬、合 金或化合物材料。
8.如權利要求1所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述靶材內筒為不銹鋼 材料。
9.如權利要求1所述的磁控濺射鍍膜陰極裝置，其特征在于，所述磁棒管材為不銹鋼 或鋁合金材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁控濺射鍍膜陰極裝置，包括靶筒和位于所述靶筒內的磁棒管材，所述靶筒包括靶材內筒和覆蓋在所述靶材內筒外表面的濺射靶材，所述磁棒管材內部安裝有提供濺射用磁場的磁鐵并設有冷卻水通道，所述冷卻水通道包括進水通道、多個在磁場區(qū)附近沿磁棒管材長度方向分布的出水孔、回水孔及回水通道。通過在磁棒管材的濺射區(qū)附近表面設置多個出水孔，冷卻水可以從進水通道通過出水孔均勻噴射到靶材內筒，相比傳統(tǒng)的單端進水冷卻，冷卻水在長度方向上的冷卻效果更均勻，旋轉陰極磁棒管材沿長度方向上的磁場強度變化很小，濺射靶材在長度方向上溫差很小，從而使鍍膜均勻性得到顯著提高。
文檔編號C23C14/35GK101812667SQ201010160159
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權日2010年4月19日
發(fā)明者江少華, 白振中 申請人:中國南玻集團股份有限公司