一種高功率磁控濺射靶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及磁控濺射鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率磁控濺射靶。
【背景技術(shù)】
[0002]磁控濺射是物理氣相沉積的一種，可用于制備金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等多種材料。磁控濺射通過在靶陰極表面引入磁場，利用磁場對帶電粒子的約束來提高等離子體密度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較高的濺射率。
[0003]由于對磁控濺射做出貢獻(xiàn)的主要是磁場平行于靶材表面方向的分量，故該技術(shù)需要在靶材表面建立平行分量較大的磁場，這就需要在靶材下面安裝N、S極相間分布的、由多個永磁體間隔設(shè)置構(gòu)成的永磁陣列。為了在保證靶材表面磁場的強(qiáng)度，同時盡可能降低材料成本，需要將磁性材料緊貼靶背板。通常磁控濺射靶材周圍密布著等離子體，濺射過程中由于離子對靶材的轟擊，會產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時將熱量置換出去，輕則會造成靶材形變，重則會造成靶材融化、熔穿，甚至設(shè)備損壞。為此，需要對靶材及靶陰極等結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻。如公開號為CN101418433A(申請?zhí)枮?00810143347.6)的中國發(fā)明專利申請《一種可提高靶材利用率的平面磁控濺射陰極》，以及申請公布號為CN10402A(申請?zhí)枮?0100692.0)的中國發(fā)明專利申請《一種用于中低真空的磁控濺射靶陰極》，根據(jù)其公開的內(nèi)容可知這些靶材的冷卻方式是將循環(huán)流動的冷卻水置于靶臺內(nèi)，靶臺通常采用導(dǎo)熱性優(yōu)良的金屬銅，這樣就可以將靶材上的熱量及時通過冷卻水傳導(dǎo)出去，如此也造成永磁體完全浸泡在冷卻水環(huán)境中。稀土永磁材料在水流長期沖擊下會有部分稀土化合物溶解于水中、甚至材料整體解締合，造成永磁材料性能下降，進(jìn)而影響鍍膜質(zhì)量，而水中的磁性雜質(zhì)會吸附在管路內(nèi)壁上，污染水冷管路、甚至堵塞金屬接口等易磁化部分。如此則無法保證靶材表面磁場的穩(wěn)定，進(jìn)而無法保證磁控濺射設(shè)備的長期穩(wěn)定工作，以及樣品制備的穩(wěn)定性。
[0004]授權(quán)公告號為CN101418432B(申請?zhí)枮?00810143346.1)的中國發(fā)明專利《一種高功率平面磁控濺射陰極》，其中公開的方案通過在陰極體內(nèi)部設(shè)置一個獨(dú)立的冷卻通道，從而使永磁體不與冷卻媒介接觸，在為靶材水冷降溫的同時保護(hù)了永磁體。但由于永磁體與靶材之間填充有水，長時間使用水中的鐵等雜質(zhì)會沉積在冷卻通道外殼表面，一定程度上影響了靶材表面的磁場分布并會引起冷卻管路的堵塞，同時該裝置設(shè)計(jì)的錐狀或梯臺狀永磁體會造成磁感線與靶面平行方向分量過小，靶材刻蝕十分嚴(yán)重，降低了靶材的利用效率。
[0005]授權(quán)公告號為CN202246844U(申請?zhí)枮?01120349629.9)的中國實(shí)用新型專利《磁水分離型平面磁控濺射靶》，其中公開的平面濺射靶通過引入了一種陰極磁路與冷卻水路分離的新結(jié)構(gòu)，以避免永磁體被冷卻介質(zhì)腐蝕，進(jìn)而提高永磁體的使用壽命。但該結(jié)構(gòu)是將極靴浸泡在冷卻媒質(zhì)中，在長時間的工作過程中極靴亦會被腐蝕，又由于極靴與磁體之間是直接接觸的，故當(dāng)極靴被腐蝕后永磁體也會被腐蝕。同時由于冷卻媒質(zhì)與極靴的一側(cè)直接接觸，對極靴的冷卻作用有限，而由極靴傳導(dǎo)至永磁體上的熱量卻無法避免，在大功率長時間的使用過程中則會引起永磁體溫度升高，進(jìn)而降低磁體的磁場強(qiáng)度，影響設(shè)備正常使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種既能有效避免冷卻水和永磁體的直接接觸，又能保證靶材表面磁場強(qiáng)度穩(wěn)定分布的高功率磁控濺射靶。
[0007]本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種高功率磁控濺射靶，包括靶材、設(shè)置在靶材背部的靶背板、極靴、設(shè)置于靶背板和極靴之間的且間隔設(shè)置的多個永磁體，多個所述永磁體的N、S極相間分布，其特征在于:還包括軟磁體和隔離板；
[0008]所述隔離板為非導(dǎo)磁材料制成的隔離板，所述隔離板設(shè)置于永磁體的上方；
[0009]每個永磁體的上方對應(yīng)設(shè)置有一軟磁體，所述軟磁體設(shè)置于所述隔離板和靶背板之間，相鄰兩個軟磁體間的空隙及最外側(cè)的兩個軟磁體外側(cè)的間隙即形成供冷卻水流通的冷卻水通道。
[0010]為了防止軟磁體的表面被氧化，影響軟磁體的磁性，所述軟磁體為外表面做過鍍鎳或鍍絡(luò)處理的軟磁體。
[0011]可選擇地，所述軟磁體為10號碳素鋼、純鐵或鐵硅合金制成的軟磁體。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](I)該高功率磁控濺射靶通過隔離板的設(shè)置能夠?qū)⒂来朋w和冷卻水進(jìn)行隔離，即將永磁體隔離于水環(huán)境之外，保證永磁體不會被解締合，有效避免了冷卻水被磁性雜質(zhì)污染，進(jìn)而也避免了水冷管路發(fā)生堵塞。同時，在隔離板也實(shí)現(xiàn)了冷卻水和極靴之間的隔離，防止極靴被腐蝕，有效保證了磁控濺射設(shè)備的工作穩(wěn)定性，增加了磁控濺射設(shè)備的使用壽命O
[0014](2)該高功率磁控濺射靶中的還可以通過隔離板和冷卻通道的設(shè)置，防止靶材上的熱量大量的傳遞到永磁體上而降低永磁體的磁場強(qiáng)度和使用壽命，保證了磁控濺射工作的穩(wěn)定性。
[0015](3)該高功率磁控濺射靶在保證靶材制冷效果的情況下，通過永磁體和軟磁體的配合使用，確保了靶材表面磁場的長期穩(wěn)定，使樣品制備參數(shù)穩(wěn)定，提高制備可重復(fù)性。
[0016](4)該高功率磁控濺射靶中使用的軟磁體能夠一次成型且磁導(dǎo)率較高，從而使得靶材表面磁場更均勻，可有效改善所鍍膜層的一致性，避免了現(xiàn)有技術(shù)中磁性材料需要多個磁體拼接而引起的磁場突變和磁場分布不均。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中高功率磁控濺射靶的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，本實(shí)施例中的高功率磁控濺射靶，包括自上而下依次設(shè)置的靶材1、靶背板2、軟磁體5、隔離板4、永磁體3和極靴6。本實(shí)施例中對靶材固定和密封等真空設(shè)備通用部件不再具體介紹。
[0020]其中靶背板2設(shè)置在靶材I的背部，本實(shí)施例中靶背板2的厚度可以在3?20mm內(nèi)選擇，優(yōu)選厚度為8mm的銅板作為靶背板2，使用銅板作為靶背板2可以快速的將靶材上的熱量及時傳遞出去。
[0021 ] 隔離板4采用非導(dǎo)磁材料制成的隔離板4，本實(shí)施例中隔離板4的厚度可以在I?1mm內(nèi)選擇，優(yōu)選厚度為8mm的銅板作為隔離板4。
[0022]極靴6和隔離板4之間設(shè)置有多個永磁體3，本實(shí)施例中，永磁體3包括有中心永磁體和分別設(shè)置在中心永磁體兩邊的邊緣永磁體。中心永磁體和邊緣永磁體間隔設(shè)置，并且中心永磁體和兩個邊緣永磁體的N、S極相間分布設(shè)置。針對所需制備的不同材料，可以設(shè)置各個永磁體3的寬度，以滿足材料制備的需要。本實(shí)施例中的中心永磁體和兩個邊緣永磁體選用相同的磁性材料，均采用釹鐵硼磁性材料制成的永磁體。
[0023]每個永磁體3的上方對應(yīng)設(shè)置有一個軟磁體5，軟磁體5寬度與下方對應(yīng)的永磁體3的寬度相同，軟磁體5設(shè)置在靶背板2和隔離板4之間，即軟磁體5和永磁體3通過隔離板4隔離在兩個不同的空間內(nèi)。對應(yīng)于中心永磁體和邊緣永磁體，軟磁體5也相應(yīng)的具有中心軟磁體和間隔分布在中心軟磁體兩邊的邊緣軟磁體。本實(shí)施例中的軟磁體5的厚度可以在6?12mm內(nèi)進(jìn)行選擇，優(yōu)選厚度為9mm。同時，根據(jù)不同的要求，軟磁體5可以選用由10號碳素鋼、純鐵或鐵硅合金等材料制成的軟磁體，軟磁體5的表面進(jìn)行鍍鎳或鍍鉻處理，以防止軟磁體5的外表面被氧化，起到很好的防腐效果。在工作過程中，永磁體3將軟磁體5進(jìn)行磁化，從而由軟磁體5建立工作磁場，由于軟磁材料可以一次成型，能夠使得靶材I表面的磁場更加均勻，確保了靶材I表面磁場的長期穩(wěn)定性，使得樣品制備參數(shù)穩(wěn)定，提高了制備的可重復(fù)性。避免了現(xiàn)有技術(shù)中磁性材料需要多個磁體拼接而引起的磁場突變，有效保證了材料制備的品質(zhì)。
[0024]相鄰兩個軟磁體5間的空隙及兩個邊緣軟磁體外側(cè)的間隙即形成供冷卻水流通的冷卻水通道7。如此冷卻水通道7則和永磁體3之間通過隔離板4隔離在兩個空間內(nèi)，通入到冷卻水通道7內(nèi)的冷卻水在隔離板4的隔離作用下無法與永磁體3進(jìn)行接觸，則避免了永磁體3被被解締合，同時也有效避免了冷卻水被磁性雜質(zhì)污染，進(jìn)而避免了水冷管路發(fā)生堵塞。
[0025]本實(shí)施例中，中心軟磁體和兩個邊緣軟磁體之間即形成了冷卻水通道7，在工作過程中，冷卻水可以循環(huán)通入到冷卻水通道7，則靶背板2可以將靶材I上的熱量及時的傳導(dǎo)至冷卻水，以實(shí)現(xiàn)對靶材I的降溫，有效避免了靶材I的變形、損壞。在靶材I的降溫過程中，冷卻水及時將大部分熱量傳導(dǎo)出去，再加上隔離板4的隔離作用，傳遞到永磁體3上的熱量非常有限，永磁體3的溫度基本保持不變，不會因?yàn)榇朋w溫度升高而降低磁體的磁場強(qiáng)度，進(jìn)而影響設(shè)備的正常使用。同時，冷卻水在隔離板4的隔離作用下，不會和永磁體、極靴發(fā)生接觸，則不會發(fā)生永磁體3和極靴6的腐蝕情況，保證了整體設(shè)備性能的穩(wěn)定性，增加了設(shè)備的使用壽命。
[0026]本實(shí)施例中的高功率磁控濺射靶適用于磁控平面濺射靶，也適用于磁控旋轉(zhuǎn)濺射靶。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率磁控濺射靶，包括靶材(I)、設(shè)置在靶材(I)背部的靶背板(2)、極靴(6)、設(shè)置于靶背板(2)和極靴(6)之間的且間隔設(shè)置的多個永磁體(3)，多個所述永磁體(3)的N、S極相間分布，其特征在于:還包括軟磁體(5)和隔離板⑷； 所述隔離板(4)為非導(dǎo)磁材料制成的隔離板(4)，所述隔離板(4)設(shè)置于永磁體(3)的上方； 每個永磁體(3)的上方對應(yīng)設(shè)置有一軟磁體(5)，所述軟磁體(5)設(shè)置于所述隔離板(4)和靶背板(2)之間，相鄰兩個軟磁體(5)間的空隙及最外側(cè)的兩個軟磁體外側(cè)的間隙即形成供冷卻水流通的冷卻水通道(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率磁控濺射靶，其特征在于:所述軟磁體(5)為外表面做過鍍鎳或鍍絡(luò)處理的軟磁體。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高功率磁控濺射靶，其特征在于:所述軟磁體(5)為10號碳素鋼、純鐵或鐵硅合金制成的軟磁體。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種高功率磁控濺射靶，包括靶材、靶背板、極靴、間隔設(shè)置的多個永磁體、軟磁體和隔離板。隔離板設(shè)置于永磁體的上方，每個永磁體的上方對應(yīng)設(shè)置有一軟磁體，軟磁體設(shè)置于隔離板和靶背板之間，相鄰兩個軟磁體間的空隙即形成供冷卻水流通的冷卻水通道。該高功率磁控濺射靶能夠?qū)⒂来朋w和冷卻水進(jìn)行隔離，保證永磁體不會被解締合，有效避免了冷卻水被磁性雜質(zhì)污染，進(jìn)而也避免了水冷管路發(fā)生堵塞。還能確保靶材表面磁場的長期穩(wěn)定，使樣品制備參數(shù)穩(wěn)定，提高制備可重復(fù)性。
【IPC分類】C23C14/35
【公開號】CN204727942
【申請?zhí)枴緾N201520434076
【發(fā)明人】徐子明, 閆宗楷, 向勇
【申請人】寧波英飛邁材料科技有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月19日