一种扫描磁场磁控溅射阴极的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种扫描磁场磁控溅射阴极。该扫描磁场磁控溅射阴极包括靶座、第一磁体和第二磁体，所述第一磁体设置在所述靶座四周的内侧壁上、靶座顶部平面的下方，所述第二磁体活动设置在所述靶座的内部中间、靶座顶部平面的下方；所述第二磁体围绕所述靶座的纵向中心对称轴做规则运动。本实用新型的扫描磁场磁控溅射阴极还包括由靶材和靶座的侧壁形成的冷却水道。本实用新型的扫描磁场磁控溅射阴极，采用运动变化的磁场，能够扩大刻蚀区域，使得靶材被均匀刻蚀，而非集中在一个区域，提高了靶材的利用率；能够减少工艺过程中靶的打弧频次，改善膜层质量；采用靶材直接水冷，能够提高冷却效果，减少停工冷却，使得膜层品质稳定。
【专利说明】-种扫描磁场磁控派射阴极
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种扫描磁场磁控姗射阴极，属于真空锻膜【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 磁控姗射是一种重要的PVD涂层技术和方法，工艺过程和产品质量受阴极影响明 显。传统的磁控姗射阴极采用永磁铁结构，且位置固定不变。
[0003] 传统的磁控姗射阴极结构如图Ia所示，祀材1安装在带有背板的祀座2上，祀材 1设置在背板的平面上，背板和祀座形成用于冷却的冷却水道5,永磁铁3-A固定设置在祀 材四周边缘的下方、祀座的内部，永磁铁3-B固定设置在祀材轴也的下方、祀座的内部，磁 力线4分布固定。
[0004] 该种固定磁体构造的阴极使用结果如图化所示；祀材只在一个固定的区域刻蚀， 即图化中的祀材刻蚀区域6,对于该样的一个固定的区域，随着刻蚀的增加，会造成祀面磁 场变化、工艺的稳定性变差、功率密度变化，且由于刻蚀只发生在一个相对较小且固定的区 域，祀材的刻蚀消耗集中，且越来越快，造成祀材过早报废。另外，由于实际应用的需要，祀 材往往要在高功率密度下长时间工作，该时由于祀材间接冷却（通过背板冷却），不得不 采用间歇式工作，即工作一段时间必须停止工作，冷却祀材一段时间，该样导致生产效率降 低，薄膜生长被迫中断，往往会产生涂层分层等质量事故。 实用新型内容
[0005] 鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是一种扫描磁场磁控姗射阴 极，能够扩大刻蚀区域，使得祀材被均匀刻蚀，而非集中在一个区域，能够降低打弧频次。
[0006] 本实用新型的目的还在于通过提供本实用新型的扫描磁场磁控姗射阴极，同时能 够提高扫描磁场磁控姗射阴极的冷却效果，而减少停工冷却。
[0007] 本实用新型的目的通过W下技术方案得W实现：
[0008] -种扫描磁场磁控姗射阴极，该扫描磁场磁控姗射阴极包括祀座、第一磁体和第 二磁体，所述第一磁体设置在所述祀座四周的内侧壁上、祀座顶部平面的下方，所述第二磁 体活动设置在所述祀座的内部中间、祀座顶部平面的下方；所述第二磁体围绕所述祀座的 纵向中也对称轴做规则运动。
[0009] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，优选的，所述第二磁体根据祀座的形状设置为 端点形磁体或长条形磁体，所述端点形磁体的外形包括圆形、正多边形或不规则多边形，但 不限于此。
[0010] 上述的端点形磁体不会形成明显的长短轴。
[0011] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，优选的，当祀座形状为矩形时，所述第二磁体为 单一长条形磁体，其对称中也相对祀座的纵向中也对称轴做环绕圆周运动。
[0012] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，优选的，当祀座形状为矩形时，所述第二磁体为 由至少两个的单一磁体单元组合形成的长条形磁体，所述磁体单元在与祀座顶部平面平行 的平面上做半径相同的圆周运动，所有圆周运动的圆也集合与祀座的一条与第二磁体平行 的对称轴线重合。
[0013] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，优选的，当祀座形状为圆形或正多边形时，所述 第二磁体为端点形磁体，所述第二磁体相对祀座的纵向中也对称轴做环绕圆周运动，其圆 周运动的轴也与自身几何轴也不重合。
[0014] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，由于中间的第二磁体做动态重复运动，周围磁 体固定不动，等离子体对祀材的刻蚀姗射发生动态往复扫描，最终表现在整个工作面面积 上祀材的均匀消耗。
[0015] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，优选的，该扫描磁场磁控姗射阴极还包括转动 机构，所述转动机构在所述祀座的内部与所述第二磁体相连接，在外部动力的驱动下带动 第二磁体运动。
[0016] 上述的转动机构可W设置在祀座的纵向中也对称轴的位置，带动第二磁体运动。
[0017] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，优选的，所述第一磁体和第二磁体包括永磁体 或电磁体，但不限于此；更优选的，所述第一磁体和第二磁体为永磁体。
[0018] 上述的第一磁体和第二磁体的磁极是相对应的，是本领域的常规设置。
[0019] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，优选的，所述祀座为顶部开口结构，所述扫描磁 场磁控姗射阴极还包括祀材，所述祀材设置在所述祀座顶部，其边缘与所述祀座的侧壁相 连接；所述祀材与所述祀座的侧壁形成冷却水道。
[0020] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，祀座和祀材是相对应的，例如祀材的形状为平 面矩形，那么祀座的形状也是矩形的，即俯视状态下祀座的形状为矩形。
[0021] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极中，形成的水冷通道可W直接对祀材进行水冷冷 却，增加了祀材的冷却能力，能够延长祀材一次工作的时间，减少停工冷却，提高了生产效 率、祀材的稳定性和涂层的质量。
[0022] 本实用新型采用动态变化磁场及祀材直接冷却设计，运动变化的磁场造成刻蚀区 域宽化、刻蚀区域不再集中在一个区域，而发生在整个祀材表面，大大增加了祀材利用率， 而且由于祀材表面均匀刻蚀，祀材表面的电磁场分布形态始终保持稳定，工艺质量稳定，进 而减少工艺过程中祀的打弧频次。同时，祀材采用直接冷却设计，祀可W长时间工作，不仅 提高生产效率而且涂层质量也得到保证。
[0023] 本实用新型的突出效果为：
[0024] 本实用新型的扫描磁场磁控姗射阴极，采用运动变化的磁场，能够扩大刻蚀区域， 使得祀材被均匀刻蚀，而非集中在一个区域，提高了祀材的利用率；能够减少工艺过程中祀 的打弧频次，改善膜层质量；采用祀材直接水冷，能够提高冷却效果，减少停工冷却，使得膜 层品质稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图Ia是传统的扫描磁场磁控姗射阴极结构示意图；
[0026] 图化是传统的扫描磁场磁控姗射阴极工作效果示意图；
[0027] 图2a是实施例1的扫描磁场磁控姗射阴极结构示意图；
[0028] 图化是实施例1的扫描磁场磁控姗射阴极工作效果图；
[0029] 图2c是实施例I的扫描磁场磁控姗射阴极的磁体分布图；
[0030] 图2d是实施例1的扫描磁场磁控姗射阴极的第二永磁铁13-B初始运动位置图；
[0031] 图2e是实施例1的扫描磁场磁控姗射阴极的第二永磁铁13-B运动1/4周期位置 图；
[0032] 图2f是实施例1的扫描磁场磁控姗射阴极的第二永磁铁13-B运动1/2周期位置 图；
[0033] 图3a是实施例2的扫描磁场磁控姗射阴极结构示意图；
[0034] 图3b是实施例2的扫描磁场磁控姗射阴极工作效果图；
[00巧]图3c是实施例2的扫描磁场磁控姗射阴极的磁体分布图；
[0036] 图4a是实施例中传统阴极生产的涂层的金相显微图；
[0037] 图4b是本实用新型实施例的扫描磁场磁控姗射阴极生产的涂层的金相显微图。
【具体实施方式】
[0038] 下面通过具体实施例对本实用新型的方法进行说明，W使本实用新型技术方案更 易于理解、掌握，但本实用新型并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明， 均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0039] 实施例1
[0040] 本实施例提供一种扫描磁场磁控姗射阴极，使用平面矩形祀，因此，其对应的祀座 也是矩形，如图2a、图2c所示，该扫描磁场磁控姗射阴极包括祀材11、祀座12、第一永磁铁 13-A、第二永磁铁13-B和转动机构17,所述祀材11为平面矩形，直接设置在祀座12的顶 部，其边缘与所述祀座12的侧壁相连接，所述祀座12的侧壁与所述祀材11形成冷却水道， 所述转动机构17设置在所述祀座12的纵向中也对称轴的位置，与所述第二永磁铁13-B相 连接。所述第一永磁铁13-A固定设置在所述祀座12四周的内侧壁上、祀座12顶部平面 的下方，所述第二永磁铁13-B活动设置在所述祀座12的内部中间、祀座12顶部平面的下 方；所述第二永磁铁13-B为由至少两个的磁铁单元组合形成的长条形磁体，所述磁铁单元 在转动机构17的带动下、在与祀座12顶部平面平行的平面上沿各自的中也做半径相同的 圆周运动，如图2d(第二永磁铁13-B初始运动位置）、图2e(第二永磁铁13-B运动1/4周 期位置）、图2f(第二永磁铁13-B运动1/2周期位置）所示，所有圆周运动的圆也集合与祀 座的一条与第二永磁铁平行的对称轴线重合，其磁力线14相应地变化。
[0041] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极的使用效果如图化所示，祀材的姗射动作在磁场 的驱动下沿着祀材表面做规律的运动，最终在祀材表面形成刻蚀区域16。
[004引 实施例2
[0043] 本实施例提供一种扫描磁场磁控姗射阴极，使用平面圆弧祀，因此，其对应的祀座 也是圆形，如图3a、图3c所示，该扫描磁场磁控姗射阴极包括圆弧祀材21、祀座12、第一永 磁铁13-A、第二永磁铁13-B和转动机构17,所述圆弧祀材21为平面圆形，直接设置在祀座 12的顶部，其边缘与所述祀座12的侧壁相连接，所述祀座12的侧壁与所述圆弧祀材21形 成冷却水道，所述转动机构17设置在所述祀座12的纵向中也对称轴的位置，与所述第二永 磁铁13-B相连接。所述第一永磁铁13-A固定设置在所述祀座12四周的内侧壁上、祀座12 顶部平面的下方，所述第二永磁铁13-B活动设置在所述祀座12的内部中间、祀座12顶部 平面的下方；所述第二永磁铁在转动机构17的带动下相对祀座12的纵向中也对称轴做环 绕圆周运动，其圆周运动的轴也与自身几何轴也不重合，其磁力线14相应地变化。
[0044] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极的使用效果如图3b所示，祀材的姗射动作在磁场 的驱动下沿着祀材表面做规律的运动，最终在祀材表面形成刻蚀区域26。
[0045] 实施例3
[0046] 本实施例提供一种扫描磁场磁控姗射阴极，使用平面矩形祀，因此，其对应的祀座 也是矩形，如图2a、图2c所示，该扫描磁场磁控姗射阴极包括祀材11、祀座12、第一永磁铁 13-A、第二永磁铁13-B和转动机构17,所述祀材11为平面矩形，直接设置在祀座12的顶 部，其边缘与所述祀座12的侧壁相连接，所述祀座12的侧壁与所述祀材11形成冷却水道， 所述转动机构17设置在所述祀座12的纵向中也对称轴的位置，与所述第二永磁铁13-B相 连接。所述第一永磁铁13-A固定设置在所述祀座12四周的内侧壁上、祀座12顶部平面的 下方，所述第二永磁铁13-B活动设置在所述祀座12的内部中间、祀座12顶部平面的下方； 所述第二永磁铁13-B为一个长条形永磁铁，在转动机构17的带动下，其对称中也相对祀座 12的纵向中也对称轴做环绕圆周运动，其磁力线14相应地变化。
[0047] 上述的扫描磁场磁控姗射阴极的使用效果如图化所示，祀材的姗射动作在磁场 的驱动下沿着祀材表面做规律的运动，最终在祀材表面形成刻蚀区域16。
[004引将实施例1和实施例2的扫描磁场磁控姗射阴极工作时，对祀材的刻蚀情况与传 统扫描磁场磁控姗射阴极技术进行比较，其结果见表1。表中祀材利用率通过称量祀材使用 前后的重量计算得到；电流密度是按祀工作时的电源显示的电流除W祀材的整个工作面外 形面积计算得到；打弧（祀材阴阳极之间瞬间电流过大）次数是WDC电源计数统计结果得 到。
[0049]表 1
【权利要求】
1. 一种扫描磁场磁控溉射阴极，其特征在于：该扫描磁场磁控溉射阴极包括祀座、第 一磁体和第二磁体，所述第一磁体设置在所述靶座四周的内侧壁上、靶座顶部平面的下方， 所述第二磁体活动设置在所述靶座的内部中间、靶座顶部平面的下方；所述第二磁体围绕 所述靶座的纵向中心对称轴做规则运动。
2.根据权利要求1所述的扫描磁场磁控溅射阴极，其特征在于：所述第二磁体根据靶 座的形状设置为端点形磁体或长条形磁体，所述端点形磁体的外形包括圆形、正多边形或 不规则多边形。
3.根据权利要求2所述的扫描磁场磁控溅射阴极，其特征在于：当靶座形状为矩形时， 所述第二磁体为单一长条形磁体，其对称中心相对靶座的纵向中心对称轴做环绕圆周运 动。
4.根据权利要求2所述的扫描磁场磁控溅射阴极，其特征在于：当靶座形状为矩形时， 所述第二磁体为由至少两个的单一磁体单元组合形成的长条形磁体，所述磁体单元在与靶 座顶部平面平行的平面上做半径相同的圆周运动，所有圆周运动的圆心集合与靶座的一条 与第二磁体平行的对称轴线重合。
5.根据权利要求2所述的扫描磁场磁控溅射阴极，其特征在于：当靶座形状为圆形或 正多边形时，所述第二磁体为端点形磁体，所述第二磁体相对靶座的纵向中心对称轴做环 绕圆周运动，其圆周运动的轴心与自身几何轴心不重合。
6.根据权利要求1所述的扫描磁场磁控溉射阴极，其特征在于：该扫描磁场磁控溉射 阴极还包括转动机构，所述转动机构在所述祀座的内部与所述第二磁体相连接，在外部动 力的驱动下带动第二磁体运动。
7.根据权利要求1-6任一项所述的扫描磁场磁控溉射阴极，其特征在于：所述第一磁 体和第二磁体包括永磁体或电磁体。
8.根据权利要求7所述的扫描磁场磁控溅射阴极，其特征在于：所述第一磁体和第二 磁体为永磁体。
9.根据权利要求1所述的扫描磁场磁控溅射阴极，其特征在于：所述靶座为顶部开口 结构，所述扫描磁场磁控溅射阴极还包括靶材，所述靶材设置在所述靶座顶部，其边缘与所 述靶座的侧壁相连接；所述靶材与所述靶座的侧壁形成冷却水道。
【文档编号】C23C14/35GK204174268SQ201420376147
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】乐务时, 钱涛 申请人:星弧涂层新材料科技（苏州）股份有限公司