专利名称：超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁控溅射靶，尤其是一种超高真空磁控溅射 矩形平面溅射靶。
背景技术：
磁控溅射技术利用电场和磁场的共同作用，使电子在磁力线 与靶表面所包围的狭小空间作螺旋运动，提高了电子与溅射气体原子之间的 碰撞几率，因此它具有溅射速率高、电压低、效率高和衬底温度低等优势。 自问世以来，以其具有高速和低基底温升两大特点使薄膜制备工艺发生了巨 大的变化。目前，磁控溅射镀膜已经成为工业镀膜生产中最主要的技术之一， 随着其应用领域的不断扩大，需镀膜工件的表面积也越来越大，如液晶显示 器上使用的透明导电膜、建筑物的装饰玻璃等。磁控溅射镀膜设备上均需使
用的磁控溅射靶的基本构造如同在1989年1月11日公告的中国实用新型专 利申请说明书CN 2030599U中披露的"一种平面磁控溅射靶"。它釆用磁体密 封罩内置有纯铁、磁体和冷却系统的结构。在使用时，将其作为溅射设备的 阴极经安装法兰置于真空室内，并经冷却水管对其中的冷却系统进行连续不 断地供水。但是，这种溅射靶存在着不足之处，首先，磁体密封罩内装入纯 铁、磁体和冷却系统后，若为焊接封装，则日后难以对装入其内的各部件进 行必要的维修和更换，若为盖板式封装，则封装处极易发生漏气渗水现象； 其次，作为阴极，需与溅射设备中的其它部件进行电气绝缘，而绝缘层均为 非金属材料制成，这就无法使用焊接的方式来解决相互间的密封问题；再次， 因其结构上的缺陷，使溅射设备的真空度最高只能达到10_5Pa，由于设备的 真空度不高，在进行金属溅射工艺时，因环境中存在较多的水汽分子和氧分 子等，会造成金属层的颜色不正常，有灰暗浑浊区域、反光度差和可焊性差 等缺陷，严重地影响了半导体器件及电路的性能和成品率，以及镀膜工件外 观和内在的品质；最后，为实现能对大面积的工件进行镀膜的目的，其溅射 靶的面积就需增大，其中靶的长度通常超过一米，这必将会使靶的重量加大， 从而又产生了溅射靶安全固定的问题
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构合理，真空度高，安装牢固，使用、维护方便的超高真空磁控溅 射矩形平面溅射靶。
为解决本发明的技术问题，所釆用的技术方案为超高真空磁控溅射矩 形平面溅射靶包括安装法兰和贯穿安装法兰的冷却水管，以及与冷却水管相 连接的位于靶屏蔽罩内的水冷腔部件，所说水冷腔部件内置有软铁和永磁铁，
特别是(a)所说冷却水管经冷却水管密封部件与安装法兰相连接，所说冷 却水管密封部件的法兰凸台的内腔颈口处的两端面依次分别置有套装于冷却 水管外的O形密封圈和绝缘套垫，上紧固螺母和下紧固螺母经冷却水管外螺 紋分别与两只绝缘套垫相抵压连接，所说两只O形密封圈间的腔室的法兰凸 台璧上置有抽气通孔；(b)所说水冷腔部件包含相连接的水冷腔上法兰、水 冷腔下法兰和冷却水管，其中，所说水冷腔上法兰与所说水冷腔下法兰经密 封圈和螺钉密封连接，所说水冷腔上法兰的上端经螺钉连接有靶材，所说水 冷腔下法兰的腔体内置有软铁和其上设置的永磁铁，所说软铁经螺钉与水冷 腔下法兰连接，所说冷却水管贯穿所说水冷腔下法兰的底部后与其焊接连通 连接，螺母经冷却水管外螺紋与其外套装的绝缘套垫相抵压连接，所说绝缘 套垫与水冷腔下法兰、靶屏蔽罩和冷却水管相抵压绝缘连接；(c)所说矩形 平面溅射靶还包括一个以上的支撑螺杆和与其配接的支撑螺杆密封部件，其 中，所说支撑螺杆一端的端面与所说水冷腔部件抵接，端部经其外套装的绝 缘套垫和固定螺母与靶屏蔽罩相抵压绝缘连接、另一端经支撑螺杆密封部件 与安装法兰相连接，所说支撑螺杆密封部件为上紧固螺母和下紧固螺母经支 撑螺杆的螺紋与位于其间的、套装于支撑螺杆另一端外表面的绝缘套垫相抵 压连接，所说绝缘套垫与支撑螺杆、安装法兰相抵压绝缘连接，连接处的安 装法兰下罩有经螺钉和密封圏与其相密封连接的支撑螺杆密封盒，所说支撑 螺杆密封盒罩住的安装法兰上置有抽气通孔。
作为超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶的进一步改进，所述的位于冷却 水管密封部件的法兰凸台的内腔颈口处的O形密封圈为O型氟胶圏；所述的 O型氟胶圈为维通(Viton)型氟胶圈；所述的法兰凸台璧上的抽气通孔与抽 气管相连接通；所述的分别位于支撑螺杆外一端套装的、冷却水管外套装的 和支撑螺杆外另一端套装的绝缘套垫外表面的中部为颈状；所述的分别位于水冷腔上、下法兰间和安装法兰与支撑螺杆密封盒间的密封圈为O型橡胶圈
或o型氟胶圏或o型金属圈；所述的o型金属圈为o型无氧铜圈或o型铝丝圈 或o型银丝圈；所述的水冷腔上法兰上端的螺钉为两只以上，且其大小、材 质相同或不同；所述的水冷腔上法兰和靶材上分别置有与螺钉的只数和大小 相同的螺孔和通孔；所述的支撑螺杆和与其配接的支撑螺杆密封部件均为两 只。
相对于现有技术的有益效果是，其一，使冷却水管经冷却水管密封部件 与安装法兰相连接，其中的冷却水管密封部件釆用其上的法兰凸台的内腔颈 口处的两端面依次分别置有套装于冷却水管外的O形密封圈和绝缘套垫，上、 下紧固螺母经冷却水管外螺紋分别与绝缘套垫相抵压连接，两只O形密封圏 间的腔室的法兰凸台璧上置有抽气通孔的结构，不仅解决了冷却水管与安装 法兰间的密封问题，还克服了兼作阴极连接件的冷却水管与作为接地端的安 装法兰之间的电气绝缘的难题，避免了在超高真空系统中电极的引入必须使 用金属陶瓷焊接密封的弊端，降低了制造和使用的成本，并使两只O形密封 圈间形成的腔室内的气体被提前直接抽出，大大地减小了腔室内的残存气体 和O形密封圈自身的出气率对真空室超高真空的影响；其二，由相连接的水 冷腔上法兰、水冷腔下法兰和冷却水管构成水冷腔部件，其中，水冷腔上法 兰与水冷腔下法兰经密封圈和螺钉密封连接，水冷腔上法兰的上端经螺钉连 接有靶材，水冷腔下法兰的腔体内置有软铁和其上设置的永磁铁，软铁经螺 钉与水冷腔下法兰连接，冷却水管贯穿水冷腔下法兰的底部后与其焊接连通 连接，螺母经冷却水管外螺紋与其外套装的绝缘套垫相抵压连接，绝缘套垫 与水冷腔下法兰、靶屏蔽罩和冷却水管相抵压绝缘连接，既确保了水冷腔上、 下法兰间的密封度，又便于永磁铁的维修和更换，以及调整永磁铁与乾表面 的距离，实现改变靶表面磁场强度的目的，且同时使两者间的接触电阻为零， 还使靶材的更换变得简单易行和易于调整溅射靶材与基片材料间的距离，从 而实现了高质量、高纯度金属或非金属薄膜的制备或多组分合金薄膜的制备， 也同时解决了密封和电气绝缘以及由水冷腔上法兰、水冷腔下法兰、永磁铁 和冷却水管等共同构成的阴极体的电连接的难题；其三，使矩形平面溅射靶 由一个以上的支撑螺杆和与其配接的支撑螺杆密封部件来支撑，其中的支撑螺杆一端的端面与水冷腔部件抵接，端部经其外套装的绝缘套垫和固定螺母 与靶屏蔽罩相抵压绝缘连接、另一端经支撑螺杆密封部件与安装法兰相连接, 支撑螺杆密封部件釆用上、下紧固螺母经支撑螺杆的螺紋与位于其间的、套 装于支撑螺杆另一端外表面的绝缘套垫相抵压连接，绝缘套垫与支撑螺杆、 安装法兰相抵压绝缘连接，连接处的安装法兰下罩有经螺钉和密封圏与其相 密封连接的支撑螺杆密封盒，支撑螺杆密封盒罩住的安装法兰上置有抽气通 孔的结构，除完全能支撑住任何尺寸的溅射靶之外，还解决了支撑螺杆与安 装法兰间的密封问题。
作为有益效果的进一步体现， 一是位于冷却水管密封部件的法兰凸台的
内腔颈口处的o形密封圈优选o型氟胶圈，o型氟胶圈最好选为维通型氟胶 圈，其出气率极低的特点初步奠定了获取超高真空的基础；二是法兰凸台璧 上的抽气通孔与抽气管相连接通，减少了两只O形密封圈间形成的腔室内的 气体分子直接进入真空室的可能，同时也大大地降低了真空室内外于两只O 形密封圈处的大气压力梯度；三是分别位于支撑螺杆外一端套装的、冷却水 管外套装的和支撑螺杆外另一端套装的绝缘套垫外表面的中部优选为颈状， 极利于其与相抵压部件间的绝缘连接；四是分别位于水冷腔上、下法兰间和 安装法兰与支撑螺杆密封盒间的密封圈优选o型橡胶圈或o型氟胶圈或o型 金属圈，其中的〇型金属圈优选为〇型无氧铜圈或〇型钼丝圈或〇型银丝圈， 既为获取超高真空奠定了基础，又利于相互间的电气连接；五是水冷腔上法 兰上端的螺钉为两只以上，且其大小、材质相同或不同，以及水冷腔上法兰 和靶材上分别置有与螺钉的只数和大小相同的螺孔和通孔，极利于适应形状 或材质相同或不同的靶材的更换；六是支撑螺杆和与其配接的支撑螺杆密封 部件优选为两只，基本上满足了大尺寸溅射靶支撑的需要。
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的说明。
图l是本发明的一种基本结构示意图2是图l中的冷却水管密封部件2的一种基本结构放大示意图3是图1中的水冷腔部件5的一种基本结构横截面剖视放大示意图； 图4是图1中的支撑螺杆密封部件7的一种基本结构放大示意图； 图5是图1中的溅射靶材4的一种基本结构放大示意图，其中，(a)为(a)图的俯视图。
具体实施方式
参见图l、图2、图3、图4和图5，位于靶屏蔽罩3内 的水冷腔部件5分别与冷却水管6和支撑螺杆10相连接，冷却水管6和支撑 螺杆10分别经冷却水管密封部件2和支撑螺杆密封部件7与安装法兰1相连 接。其具体的连接分别为冷却水管密封部件2的法兰凸台27的内腔颈口处 的两端面依次分别置有套装于冷却水管6外的0形密封圈(262, 261 )和绝 缘套垫(221， 222 ),其中，O形密封圈(261， 262 )为O型氟胶圈，现优选 O型氟胶圈为维通(Viton)型氟胶圈。上紧固螺母211和下紧固螺母212经 冷却水管6外螺紋分别与绝缘套垫(221， 222 )相抵压连接。上述的两只O 形密封圈(262, 261 )间的腔室23的法兰凸台27璧上置有与抽气管25相连 接通的抽气通孔24。水冷腔部件5包含相连接的水冷腔上法兰511、水冷腔 下法兰512和冷却水管6。水冷腔上法兰511与水冷腔下法兰512经密封圈 52和螺钉53密封连接，其中，密封圈52可选用〇型橡胶圈或〇型氟胶圈或O型金属圈，现优选O型金属圈为O型无氧铜圈(或O型铝丝圈或O型银丝 圈)。水冷腔上法兰511的上端经螺钉50连接有靶材4，其中，螺钉50为两 只以上，现选用57只，且其大小、材质为相同；水冷腔上法兰511和乾材4 上分别置有与螺钉50的只数和大小相同的螺孔和通孔。水冷腔下法兰512 的腔体内置有软铁58和其上设置的永磁铁54，软铁58经螺钉55与水冷腔 下法兰512连接。冷却水管6贯穿水冷腔下法兰512的底部后与其焊接连通 连接，螺母57经冷却水管6外螺紋与冷却水管6外套装的绝缘套垫56相抵 压连接，其中，绝缘套垫56外表面的中部为颈状。绝缘套垫56与水冷腔下 法兰512、靶屏蔽罩3和冷却水管6相抵压绝缘连接。矩形平面溅射乾还包 括一个以上的支撑螺杆10和与其配接的支撑螺杆密封部件7，现釆用两只支 撑螺杆10和与其配接的支撑螺杆密封部件7。支撑螺杆10 —端的端面与水 冷腔部件5抵接，端部经其外套装的绝缘套垫8和固定螺母9与乾屏蔽罩3 相抵压绝缘连接、另一端经支撑螺杆密封部件7与安装法兰l相连接，其中， 绝缘套垫8外表面的中部为颈状。支撑螺杆密封部件7为上紧固螺母71和下 紧固螺母73经支撑螺杆10的螺紋与位于其间的、套装于支撑螺杆10另 一端 外表面的绝缘套垫74相抵压连接，其中，绝缘套垫74外表面的中部为颈状。绝缘套垫74与支撑螺杆10、安装法兰l相抵压绝缘连接。连接处的安装法 兰1下罩有经螺钉76和密封圈77与其相密封连接的支撑螺杆密封盒75，其 中，密封圈77可选用O型橡胶圈或O型氟胶圈或O型金属圈，现选用O型金 属圈为O型无氧铜圈(或O型铝丝圈或O型银丝圈)。支撑螺杆密封盒75罩 住的安装法兰1上置有抽气通孔72。
使用时，只需将安装法兰1装于真空室的对应法兰上，抽气管25与真空 泵相接通即可。若在本发明上安装高纯铝靶，溅射设备使用直流溅射电源， 就可制作出银白色铝膜；该铝膜没有暗浑浊区域、反光度好和可焊性强，极 大地提高了器件的性能。若在本发明上安装高纯硅靶，溅射设备使用射频电 源，就可制作出性能优良的多晶硅薄膜。若在本发明上安装多组分金属靶， 就可制作出性能优异的多组分合金薄膜。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的超高真空磁控溅射矩形平面溅 射靶进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发 明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发 明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、 一种超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，包括安装法兰(1)和贯穿安装法兰(1)的冷却水管(6)，以及与冷却水管(6)相连接的位于靶屏蔽 罩(3)内的水冷腔部件(5)，所说水冷腔部件(5)内置有软铁和永磁铁， 其特征在于(a) 所说冷却水管(6)经冷却水管密封部件(2)与安装法兰(1)相 连接，所说冷却水管密封部件(2)的法兰凸台(27)的内腔颈口处的两端面 依次分别置有套装于冷却水管(6)外的O形密封圏(262, 261 )和绝缘套垫(221， 222 ),上紧固螺母(211)和下紧固螺母(212)经冷却水管(6)外 螺紋分别与绝缘套垫(221, 222 )相抵压连接，所说〇形密封圈(262， 261) 间的腔室(23)的法兰凸台(27)璧上置有抽气通孔(24);(b) 所说水冷腔部件(5)包含相连接的水冷腔上法兰(511)、水冷腔 下法兰(512)和冷却水管(6)，其中，所说水冷腔上法兰(511)与所说水 冷腔下法兰(512)经密封圈(52)和螺钉(53)密封连接，所说水冷腔上法 兰(511)的上端经螺钉(50)连接有靶材(4)，所说水冷腔下法兰(512) 的腔体内置有软铁(58)和其上设置的永磁铁(54),所说软铁(58)经螺钉(55)与水冷腔下法兰(512)连接，所说冷却水管(6)贯穿所说水冷腔下 法兰(512)的底部后与其焊接连通连接，螺母(57)经冷却水管(6)外螺 紋与其外套装的绝缘套垫(56)相抵压连接，所说绝缘套垫(56)与水冷腔 下法兰(512)、靶屏蔽罩(3)和冷却水管(6)相抵压绝缘连接；(c) 所说矩形平面溅射靶还包括一个以上的支撑螺杆(10)和与其配 接的支撑螺杆密封部件(7),其中，所说支撑螺杆(10) —端的端面与所说 水冷腔部件(5)抵接，端部经其外套装的绝缘套垫(8)和固定螺母(9)与 靶屏蔽罩O)相抵压绝缘连接、另一端经支撑螺杆密封部件(7)与安装法 兰(1)相连接，所说支撑螺杆密封部件(7)为上紧固螺母(71)和下紧固 螺母(73)经支撑螺杆(10)的螺紋与位于其间的、套装于支撑螺杆(10) 另一端外表面的绝缘套垫(74)相抵压连接，所说绝缘套垫(74)与支撑螺 杆(10)、安装法兰(1)相抵压绝缘连接，连接处的安装法兰(1)下罩有经 螺钉(76)和密封圈(77)与其相密封连接的支撑螺杆密封盒(75),所说支撑螺杆密封盒(75)罩住的安装法兰(1)上置有抽气通孔(72)。
2、 根据权利要求1所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 O形密封圈(261, 262 )为O型氟胶圏。
3、 根据权利要求2所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 O型氟胶圏为维通型氟胶圈。
4、 根据权利要求1所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 抽气通孔(24)与抽气管(25)相连接通。
5、 根据权利要求1所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 绝缘套垫(8， 56， 74)外表面的中部为颈状。
6、 根据权利要求1所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 密封圏(52， 77)为O型橡胶圈或O型氟胶圈或O型金属圈。
7、 根据权利要求6所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 O型金属圈为O型无氧铜圈或O型铝丝圈或O型银丝圈。
8、 根据权利要求1所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 螺钉(50)为两只以上，且其大小、材质相同或不同。
9、 根据权利要求8所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征是 水冷腔上法兰(511)和靶材(4)上分别置有与螺钉(50)的只数和大小相 同的螺孔和通孔。
10、 根据权利要求l所述的超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶，其特征 是支撑螺杆(10)和与其配接的支撑螺杆密封部件(7)均为两只。
全文摘要
本发明公开了一种超高真空磁控溅射矩形平面溅射靶。它包括贯穿安装法兰(1)的、与靶屏蔽罩(3)内的水冷腔部件(5)相连接的冷却水管(6)，特别是(a)冷却水管(6)经冷却水管密封部件(2)与安装法兰(1)相连接；(b)水冷腔部件(5)为水冷腔上、下法兰(511，512)经密封圈(52)和螺钉(53)连接，水冷腔下法兰(512)内置有软铁(58)和永磁铁(54)，冷却水管(6)贯穿其底部后与其焊接连通连接，螺母(57)经冷却水管(6)外螺纹与其外套装的绝缘套垫(56)相抵压连接；(c)矩形平面溅射靶还包括一个以上的支撑螺杆(10)和与其配接的支撑螺杆密封部件(7)。它的真空度高达6×10<sup>-6</sup>Pa以上，可用于大表面积工件的高质量镀膜。
文档编号C23C14/35GK101311300SQ200710022718
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者姬长建, 尹志军, 曹先存, 李新化, 段铖宏, 王玉琦, 凯 邱, 韩奇峰 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院