专利名称：一种高利用率的平面磁控溅射靶的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁控溅射技术，尤其是涉及一种高利用率的平面磁控溅射靶。
背景技术：
磁控溅射技术已广泛用于沉积功能薄膜、机械耐磨膜和装饰膜层。磁控溅射技术 需要真空，因此磁控溅射靶都置于真空镀膜室内。平面磁控溅射靶已大量用于大尺寸的镀 膜设备中。传统结构的平面磁控溅射靶多为矩形靶面，有效靶面尺寸和其后面的靶座内磁体 组件尺寸是相当的，磁体组件采用永磁体时，用三排磁体沿矩形长边平行排列，磁体一端磁 极向靶面，侧面两排磁体同极性，中间一排磁体则反极性。它们另一磁极端用衔铁相连，构 成“山”字型，让这端的磁力线都聚集在衔铁其内通过，而朝向靶面方向的磁力线穿过靶材 表面，并在其上形成两个呈拱型的磁力线。真空射镀膜时，气体辉光放电就在拱型磁力线的“墜道”内強烈进行，溅射出靶材 材料，在靶面相应区域产生刻蚀。由于受到靶体背后固定的永磁体的磁场约束，真空溅射镀膜时，在靶面产生的輝 光放电被限制在相应磁场水平分量较強的区域，从此区域溅射出大量靶材的原子、离子。因 为辉光放电区受限制，在相应区域形成相对固定的较窄的靶面刻蚀区。随着溅射时间延长， 该刻蚀区截面成“V”形沟，刻蚀面越来窄，很快就把靶材刻蚀“穿透”，靶材利用率很低。当 前平面磁控溅射靶的靶材利用率一般在25%左右。另外，在真空溅射镀膜时间内，辉光放 电局限在较窄的刻蚀区内，溅射过程所供电功率用于溅射材料耗能只占20%左右，而其余 80%能量都转化为热，由于辉光区很窄，热量集中，背靶座内冷却水带走的热量有限，于是 辉光区不断积累热量，导致靶温很高，辐射热很大。这不利于对低熔点工件进行溅射镀膜。发明目的本发明所要解决的技术问题，就是提供一种既能提高靶材利用率，又可降低靶面 辐射热，从而可对低熔点工件实现低温沉积的平面磁控溅射靶。解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是一种高利用率的平面磁控溅射靶，包括靶材和磁体组件，其特征是所述的靶材和 磁体组件之间可相对运动。设有由靶座体与后盖板组成的背靶座，所述的靶座体固定于真空镀膜室内壁上， 靶座体后表面开有对应于靶材的凹槽并以后盖板水密封封盖，且两者之间留有空隙形成 水冷通道；所述的靶材后面紧贴在靶座体前表面；所述的磁体组件置于后盖板的外表面之 上，设有驱动机构带动可相对地在后盖板外表面上移动。 所述的磁体组件由矩形槽状磁体座和多块的磁体及衔铁组成，所述的衔铁铣有三 条平行矩形长边的磁体定位浅槽，所述的磁体是方形或矩形截面的条状磁块，由多块磁体 沿上述衔铁磁体定位浅槽拼接排成三列，即衔铁与三列磁体组成“山”字型结构，磁体的一 磁极端与衔铁相吸，同列的磁体极性相同，相邻两列的磁体极性相反；衔铁与三列磁体一起装入磁体座槽内固定，衔铁贴在槽底上；矩形槽状磁体座开口端露出三列磁体的另一端磁 极，对着上述背靶座的后蓋板的外表面。除了上述传统的三列磁体组合结构外，还可以采用两列磁体或多于三列磁体组合 结构，同列磁体极性相同，而相邻两列的磁体极性相反。所述的矩形磁体座的两短边端面，贴靠着固定在靶座后盖板上的导向轮组上，后 者成为磁体组件往复移动的滾动导轨。所述的 驱动机构为带减速器的电机固定支撑在镀膜室内，电机轴与驱动园盘紧 固相连，在驱动盘设有一偏心连接短轴，它与偏心连杆的一端活动连接，偏心连杆的另一端 与磁体组件的磁体座的后中轴活动连接。所述的靶材为矩形靶材，其宽度大于或等于磁体组件宽度1. 5倍。磁体组件运动的实现当电机转动帶动驱动盘旋转，驱动盘带动偏心连杆运动，偏 心连杆推动磁体座连同磁体组件运动，因为磁体组件在两端面受导向轮组的导向和限制， 使得偏心连杆的推动磁体组件的运动限定为往复式移动，即让磁体组件从平面靶宽度方向 的左侧平移到右侧，又再回复到左侧，往复不己。所述的驱动机构还可以采用如下形式1、气动活塞一推杆系统驱动，以压缩空气为动力源，配时间继电器等电器装置 控制运动换向；2、电机一齿轮一齿条系统驱动，由时间继电器等电器装置，控制电机正反转，由 齿轮正反转，拖动齿条来往移动；3、采用直线电机系统驱动等。有益效果当磁体组件从平面靶宽度方向往复不己时，相对应地磁体组件的磁体 在靶材表面所产生的“拱型”磁场在靶材表面来回移动扫描，在真空溅射镀膜时，气体辉光 放电強烈的区域在靶面上来回扫描，在整个靶面上大部分面积都参与了溅射刻蚀，导致刻 蚀区变宽而相对平坦，不会产生局部固定的“V”型刻蚀沟，大大地提高了靶材利用率。同 时，强烈气体辉电放电区在靶面上大范围移动，相对发热区扩大，热量不集中在某个固定区 域，热交换面积大了，冷却水带走热量更容易和充分，靶面温度有效地降低，辐射热大幅度 减少，有利于实现低温沉积。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。图1是本发明的具体实施例的剖视示意图；图2是图1所示的实施例的俯视示意图。
具体实施例方式本发明的磁体移动的平面磁控溅射靶具体实施例，如图1和图2所示，包括靶材、 背靶座、磁体组件和驱动机构四大部分组成，整个平面磁控溅射靶安装在真空镀膜室壁1 上，它们之间通过背靶座上的绝缘垫3和真空密封垫19实现绝缘和真空密封，靶的前方装 有屏蔽罩2。靶的最前面是靶材6，其后是背靶座，背靶座由矩形板状的靶座体5和靶座后盖板7组成，靶座体后表面开有对应于靶材的凹槽，并以靶座后盖板封盖周边有密封垫19密封。 靶座体6的凹槽和靶座后盖板7两者之间形成的密封空间是冷却水道8。靶材6通过压板 4固定在靶座体5上，矩形板状靶材后面紧贴在背靶座的靶座体前表面。压板4框内的面积 是靶材6有效溅射面积。如此，靶材通过背靶座固定在镀膜室壁上，而磁体组件设有驱动机 构带动其在背靶座的后盖板7的外表面之上对靶材作相对移动。磁体组件由矩形板状磁体座11和多块的磁体9及衔铁10组成，衔铁10是矩形板 状软铁，铣有三条平行矩形长边的磁体定位浅槽，磁体9是方形或矩形截面的条状磁块，由 多块磁体沿上述衔铁磁体定位浅槽拼接排成三列，磁体的一磁极端与衔铁相吸，同列磁体 极性朝向相同，相邻两列磁体极性朝向相反。衔铁10与三列磁体9 一起装入磁体座11槽 内固定，衔铁10贴在槽底上。矩形槽状磁体座11的开口端露出三列磁体9的另一端磁极， 对着上述背靶座的后蓋板7的外表面。 驱动机构主要由带减速器的电机13、旋转驱动盘15、偏心连杆17和导向轮组18 组成。驱动机构置于磁体组件的后面，电机13有专用支架固定在镀膜室内，且让电机13的 转轴14处于矩形靶靶材6的中心线的短线上，并让其偏离长中轴1/4靶材6有效溅射面积 宽度以外的适当距离上。电机13的转轴14与旋转驱动盘15紧固连接，旋转驱动盘上偏离 园心1/4有效溅射面积宽度处有偏心连接短轴16，它与偏心连杆17活动连接，偏心连杆17 与上述磁体组件的磁体座11上的磁体座后中轴12活动连接。矩形磁体座的两短边端面，贴靠着固定在靶座后盖板上的导向轮组18上，后者成 为磁体组件往复移动的滾动导轨。运行方式电机13启动带动旋转驱动盘15旋转，旋转驱动盘15带动偏心连杆17 运动，偏心连杆17推动磁体座11与磁体组件一起在上述背靶座的靶座后盖板7上运动，由 于磁体组件受处于其两端面的导向轮组18的导向限制，转成为往复移动。于是，磁体组件 从矩形靶座长边的左侧移动到右侧，然后又返回右侧，再移向左侧，来回平移，往复不已。磁体组件在驱动系统驱动下，在背靶座的后盖板上往复移动，磁体组件的“山”型 字磁体产生磁场，穿过靶材表面成两个“拱型”磁场也跟隨着往复移动。在溅射镀膜时，在 “拱型”磁场的墜道区内是气体辉光放电强烈区，也即溅射靶材最強烈区。由于“拱型”磁场 往复移动，即強烈溅射区在整个靶材表面来回变换着位置，不会在局部区域产生“V”型刻蚀 沟，而在整个靶材表面均勻地平坦地溅射刻蚀，从而提高靶材利用率。可从传统溅射靶利用 率18% 25%提高到65%—70%。另外，传统溅射靶采用固定磁场设计，辉光放电区不动， 溅射发热区也不动，热量集中于某一固定区域，该处热量积累导致靶面温升过高，辐射热过 大，不宜低温沉积，如不适宜对塑料和低熔点合金制品镀膜；而采用移动磁场设计，发热区 的不断变换，有利于靶材表面受热均勻，不致于局部温升过高，大的均热面积也有利于扩大 冷却水接触面带走热量。这样靶材表面温度低，热辐射少，有利于低温沉积。试验证明1本 发明用于0. 3mm塑料薄膜镀膜，靶电流25A，5分钟不变形；而采用传统平面磁控溅射靶，同 样25A靶流，镀2分钟就变形。2本发明用于Zn合金制品镀膜，靶流25A，镀25分钟之内不 起泡；对同批工件用传统平面磁控溅射靶镀膜，25A靶流，镀15分钟就起泡。
权利要求
1.一种高利用率的平面磁控溅射靶，包括靶材和磁体组件，其特征是所述的磁体组 件和靶材之间可相对运动。
2.根据权利要求1所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是设有由靶座体与后 盖板组成的背靶座，所述的靶座体固定于真空镀膜室内壁上，靶座体后表面开有对应于靶 材的凹槽并以后盖板水密封封盖，且两者之间留有空隙形成水冷通道；所述的靶材后面紧 贴在靶座体前表面；所述的磁体组件置于后盖板的外表面之上，设有驱动机构带动可相对 地在后盖板外表面上移动。
3.根据权利要求2所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是所述的磁体组件由 矩形槽状磁体座和多块磁体及矩形衔铁组成，所述的衔铁铣有三条平行矩形长边的磁体定 位浅槽，所述的磁体是方形或矩形截面的条状磁块，由多块磁体沿上述衔铁磁体定位浅槽 拼接排成三列，磁体的一磁极端与衔铁相吸，同列的磁体极性朝向相同，相邻两列的磁体极 性朝向相反；衔铁与三列磁体一起装入磁体座槽内固定，衔铁贴在槽底上；矩形槽状磁体 座开口端露出三列磁体的另一端磁极，对着上述背靶座的后蓋板的外表面。
4.根据权利要求3所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是所述的矩形槽状磁 体座的两短边端面，贴靠着固定在靶座后盖板上的导向轮组上，后者成为磁体组件往复移 动的滾动导轨。
5.根据权利要求2至4所述的任意一项高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是所述 的驱动机构为带減速器的电机固定支撑在镀膜室内，电机轴与驱动园盘紧固相连，在驱动 盘设有一偏心连接短轴，它与偏心连杆的一端活动连接，偏心连杆的另一端与磁体组件的 磁体座的后中轴活动连接。
6.根据权利要求5所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是所述的驱动机构为 气缸推杆驱动机构或电机齿轮齿条系统驱动机构、直线电机驱动机构。
7.根据权利要求6所述的高利用率的平面磁控溅射靶，其特征是所述的靶材为矩形 靶材，其宽度大于或等于磁体组件宽度1. 5倍。
全文摘要
一种高利用率的平面磁控溅射靶，包括靶材和磁体组件，其中靶材固定，磁体组件设有驱动机构带动可相对于靶材运动。当磁体组件从平面靶宽度方向往复不己时，相对应地磁体组件的磁体在靶材表面所产生的“栱型”磁场在靶材表面来回移动扫描，在真空溅射镀膜时，气体辉光放电強烈的区域在靶面上来回扫描，在整个靶面上大部分面积都参与了溅射刻蚀，导致刻蚀区变宽而相对平坦，不会产生局部固定的“V”型刻蚀沟，大大地提高了靶材利用率。同时，强烈气体辉电放电区在靶面上大范围移动，相对发热区扩大，热量不集中在某个固定区域，热交换面积大了，冷却水带走热量更容易和充分，靶面温度有效地降低，辐射热大幅度減少，有利于实现低温沉积。
文档编号C23C14/35GK102071403SQ20111003328
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者李志方, 李志荣, 李秋霞, 罗志明 申请人:东莞市汇成真空科技有限公司