平面陰極的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種平面陰極，特別涉及一種磁控濺射用矩形平面陰極。
【背景技術】
[0002]資源枯竭和環(huán)境污染是人類社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，亟需解決。薄膜技術以其材料消耗量小，在科研和工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛，尤其是在表面處理改性和防腐等領域應用更加廣泛；物理法真空鍍膜，具有適合制備材料廣泛、技術成熟、制備薄膜材料性能優(yōu)越、生產(chǎn)過程環(huán)保等優(yōu)勢，發(fā)展迅速。磁控濺射制備薄膜技術是最廣泛應用的薄膜制備技術。磁控濺射設備的心臟，決定制備材料性能和材料利用率的核心部件是磁控濺射陰極。
[0003]生產(chǎn)上使用的磁控濺射陰極主要有矩形平面陰極和柱狀旋轉(zhuǎn)陰極，陰極有效均勻濺射長度一般在300mm至4000mm，生產(chǎn)中將多個陰極并列集成到生產(chǎn)線上，制備厚膜和多層膜條件下，陰極數(shù)量達到數(shù)十個，生產(chǎn)線長度達到幾十，甚至上百米，每個陰極配置一個大功率電壓，整個設備投資達到數(shù)百甚至數(shù)千萬元以上。
[0004]隨著環(huán)保力度的增大，傳統(tǒng)的電鍍行業(yè)已經(jīng)不合適發(fā)展的需要，真空磁控濺射技術是替代傳統(tǒng)電鍍的最佳選擇，很多中小零件的磁控濺射鍍膜市場需求廣泛?，F(xiàn)有采用小型圓形陰極的臺式單機設計不能適合多層膜對膜層純度的要求，也不適合產(chǎn)業(yè)化批量濺射較厚薄膜的鍍膜要求。大型流水線型鍍膜設備，投資巨大，也不能滿足現(xiàn)有中小零件批量鍍膜市場要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種平面陰極，可以實現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品鍍膜速度的10倍以上，實現(xiàn)單電源驅(qū)動一個陰極的短時間濺射厚膜要求。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設計了一種平面陰極，包含靶材、殼體、設置在所述殼體內(nèi)的軟鐵底板、設置在所述軟鐵底板上的磁陣，所述靶材位于所述磁陣的上方，所述磁陣包含N組并沿所述軟鐵底板的橫向進行豎直的等距排列；其中，所述N為大于1的自然數(shù)；
[0007]所述磁陣包含:形成在軟鐵底板上的第一環(huán)形跑道、設置在所述軟鐵底板上被所述第一環(huán)形跑道所包圍的第一磁鐵、設置在所述軟鐵底板上用于包圍所述第一環(huán)形跑道的第二磁鐵；
[0008]所述磁陣還包含:設置在所述第一環(huán)形跑道內(nèi)用于隔離所述第一磁鐵和所述第二磁鐵的第一鋁塊；
[0009]其中，被所述第一鋁塊隔離的所述第一磁鐵和所述第二磁鐵的極性相反。
[0010]本發(fā)明的實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，當靶材通過等離子體轟擊將自身的離子或原子濺射到襯底上時，由于軟鐵底板上的磁陣是沿橫向豎直進行等距排列的，且每個磁陣分別包含一個環(huán)形跑道、一個被環(huán)形跑道包圍的第一磁鐵和一個包圍環(huán)形跑道的第二磁鐵，從而有效增大了靶材濺射的空間距離，使多個磁陣共同實現(xiàn)對靶面的全刻蝕，以提高靶材的濺射效率。而當襯底從靶材上方經(jīng)過時，可沿靶材的長方向進入，由于襯底在經(jīng)過靶材跑道上方的過程中需要通過多個刻蝕跑道，從而使得靶材上濺射出的靶材原子和離子會疊加反復的覆蓋在襯底的表面形成薄膜，以此來提高襯底鍍膜的厚度。
[0011]另外，為了滿足不同產(chǎn)品的鍍膜需求，相鄰兩個磁陣的第二磁鐵的極性相同或相反。當相鄰兩個磁陣的第二磁鐵的極性相同時，可使相鄰兩個磁陣中的磁場達到一個平衡狀態(tài)，各磁陣中的磁場都是以各自環(huán)形跑道所規(guī)定的方向進行流動，每個磁陣在對靶材的濺射時不會相互進行干擾。而當相鄰兩個磁陣的第二磁鐵的極性相反時，可使相鄰兩個磁陣中的磁場達到一個非平衡狀態(tài)，各磁陣中的磁場在以各自環(huán)形跑道所規(guī)定的方向進行流動時，由于相鄰兩個磁陣的第二磁鐵的極性是相反的，所以相鄰兩個磁陣中的磁場還會相互進行影響，從而可確保靶材離子在濺射過程中獲得較大的動能，可滿足在襯底上進行IT0等材料的特殊工藝鍍膜需求。
[0012]進一步的，所述磁陣還至少包含包圍所述第二磁鐵的第二環(huán)形跑道、包圍所述第二環(huán)形跑道的第三磁鐵和設置在所述第二環(huán)形跑道內(nèi)用于隔離所述第三磁鐵和第二磁鐵的第二鋁塊；其中，被所述第二鋁塊隔離的所述第二和第三磁鐵的極性相反。而相鄰兩個磁陣的第三磁鐵的極性相同或相反。從而可進一步增大單個磁陣在濺射靶材時的濺射區(qū)域，以進一步提高襯底鍍膜時的厚度。
[0013]進一步的，所述平面陰極還包含設置在所述磁陣上方的水冷板；其中，所述水冷板具有一個用于冷卻所述靶材和所述磁陣的水冷流道、分別與所述水冷通道連通的進水口和出水口，且所述進水口與所述出水口暴露在所述水冷板的外部。由于在磁陣上方設有水冷板，且水冷板上設有水冷通道，通過水冷板可對靶材和磁陣進行冷卻，以保證大功率濺射時的需求。
[0014]進一步的，所述平面陰極還包含覆蓋在所述水冷板上用于封閉所述水冷通道的水封背板，所述靶材設置在所述水封背板的上方。通過水封背板可對水冷板內(nèi)流動的冷卻水進行有效密封，避免其冷卻水向外泄露。
[0015]進一步的，所述平面陰極還包含設置在所述靶材上方用于壓緊所述靶材的靶材壓框。通過靶材壓框可壓住靶材，實現(xiàn)濺射過程中冷卻水和真空室的隔離和密封。
[0016]進一步的，所述殼體包含法蘭盤和設置在所述法蘭盤上的絕緣耐熱基座，所述軟鐵底板設置在所述絕緣耐熱基座內(nèi)。且所述絕緣耐熱基座采用聚四氟乙烯制成，從而使其能夠在+250°C至_180°C的溫度下長期工作。其絕緣性能不受環(huán)境及頻率的影響，體積電阻可達1018 Q，介質(zhì)損耗小，耐壓達到1000V以上。
[0017]進一步的，所述軟鐵底板為聞導磁輒鐵底板。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明第一實施方式平面陰極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明第一實施方式平面陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3為本發(fā)明第二實施方式平面陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權利要求所要求保護的技術方案。
[0022]本發(fā)明的第一實施方式涉及一種平面陰極，如圖1所示，包含靶材7、殼體、設置在殼體內(nèi)的軟鐵底板5、設置在軟鐵底板5上的磁陣，而靶材7位于磁陣的上方。具體的說，如圖2所示，該磁陣包含多組并沿軟鐵底板5的橫向進行豎直的等距排列，而在本實施方式中，磁陣供設有十組。
[0023]另外，在本實施方式中，磁陣還包含:形成在軟鐵底板5上的第一環(huán)形跑道6、設置在軟鐵底板5上被第一環(huán)形跑道6所包圍的第一磁鐵12、設置在軟鐵底板5上用于包圍第一環(huán)形跑道6的第二磁鐵14。
[0024]并且，該磁陣還包含:設置在第一環(huán)形跑道6內(nèi)用于隔離第一磁鐵12和第二磁鐵14的第一鋁塊13。值得一提的是，被第一鋁塊13隔離的第一磁鐵12和第二磁鐵14的極性是相反的。
[0025]由上述內(nèi)容可知，當靶材7通過磁陣將自身的原子或離子濺射到襯底上時，由于軟鐵底板5上的磁陣是沿橫向豎直進行等距排列的，且每個磁陣分別包含一個環(huán)形跑道6、一個被環(huán)形跑道6包圍的第一磁鐵12和一個包圍環(huán)形跑道6的第二磁鐵14，從而有效增大了靶材7濺射的空間距離，使多個磁陣能夠共同實現(xiàn)對靶面的全刻蝕，以提高靶材的濺射效率