专利名称：：旋转圆柱磁控溅射靶的制作方法
技术领域：
：本发明涉及大面积镀膜用旋转圆柱磁控溅射靶，广泛适用于制备涂层的设备中，属于薄膜制备
技术领域：
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背景技术：
：目前国内外的磁控溅射设备，其溅射源靶的结构型式主要有同轴磁控溅射靶和平面磁控溅射靶两种，同轴磁控溅射靶是在管型溅射材料内设有环状永磁体及极靴(导磁垫片)构成，溅射时形成若干个与靶轴线垂直的有间隙的环状辉光放电区域，当镀制大面积基片(如幕墙玻璃)时不可避免地形成厚薄相间的条纹，导致严重的膜厚不均匀，影响产品质量。平面磁控溅射靶，采用条形磁体结构，溅射时形成与靶轴线平行的条状辉光区，较好地减轻了被镀基体上的膜厚不均匀现象，使镀层均匀，保证了产品质量。但由于耙面蚀刻区集中在矩形框上，使靶材利用率极低。磁控溅射靶是大面积真空镀膜设备中的主要装置之一，现代光电薄膜产品中需要大量沉积氧化物、氮化物等绝缘化合物薄膜，因此广泛应用中频反应磁控溅射技术。现在真空镀膜设备中应用的主要是平面磁控溅射靶，其永磁铁和靶都是静止不动的，这样靶的刻蚀区是固定的，因此，应用平面磁控溅射耙沉积绝缘材料薄膜时，靶的利用率非常低，通常最多只能达到40%。随着耙的刻蚀越来越深，靶材的溅射速率和薄膜的均匀性都有影响，不利于高质量功能薄膜的沉积；而且，由于靶的非刻蚀区的存在，在镀膜过程中绝缘材料会沉积在非刻蚀区表面，造成大量的电子在上堆积，引起靶面起弧，轻则造成沉积薄膜的污染，重则导致溅射过程的不稳定甚至停止。在中国专利ZL89215781.X和ZL95219498.8中公开了一种柱状磁控溅射靶，其靶材内有若干直条形永磁体平行于靶轴向安置在基体上，工作时，靶旋转而永磁体不转，或反之。通常条形永磁体是由多段小条形永磁体组成，依次嵌入极靴内形成整体的条形永磁体，条形永磁体必须成对出现，其中每个永磁体的N极与S极放置方向相反，即某直条形永磁体N极向外、S极向内，则其相邻的直条形永磁体必是S极向外、N极向内，同时条形永磁体一端有环形永磁体，即条形永磁体一端与环形永磁体相连、另一端悬空，条形永磁体与环形永磁体相连方式呈原点对称形式，才能形成闭合的磁力线回路。条形永磁体与环形永磁体之间产生的辉光放电区很宽，说明耙材在这一区域溅射能力强，于是耙两端的刻蚀速度快于靶中段，在靶的两端会出现横向凹槽，靶材两端不参与溅射部分，从而导致靶材的过早报废，降低了靶材的利用率，造成了浪费。美国专利US2005/0189218A1公开了一种旋转圆柱型靶结构，使用阴极弧电源进行沉积，由于磁场结构制约，该旋转圆柱型耙结构很难采用磁控溅射技术沉积结构致密、表面光滑的涂层。溅射技术可以满足制备不同性能涂层的需要，溅射过程的基础是工作气体(通常为氩气)辉光放电，在施加高负电压的阴极靶材和接地的阳极之间存在一电场，阴极附近的自由电子在电场作用下朝阳极加速运动，在一定氩气气体密度下，离化中性氩气原子成带正电的氩气离子，同时释放二次电子，带正电的氩气离子在电场作用下，朝施加高负电压的阴极加速运动，氩气离子能量高于阴极靶材原子结合能时，靶材原子被轰击下来，迁移到放置在靶对面或者圆周的被镀工件上形成薄膜，此谓溅射镀膜。由于电子的运行轨迹较短，氩气的离化率很低，导致溅射速率较低。因此，设计一种新型旋转圆柱磁控溅射靶，将是一项值得研究的重要技术课题。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型旋转圆柱磁控溅射耙，可以保证辉光放电时形成一个闭合的电子跑道，使溅射稳定进行，提高靶材的利用率，改善沉积薄膜的质量。本发明的目的通过以下技术方案来实现-旋转圆柱磁控溅射耙，包括极靴、永磁体、中空圆柱靶材和芯轴，永磁体沿圆柱耙材的轴向嵌于极靴内，其特征在于所述永磁体为长永久磁条和短永久磁条，相应地，极靴上设有用于安装长永久磁条和短永久磁条的定位槽，长永久磁条和短永久磁条分别安装在对应的定位槽内；长永久磁条和短永久磁条沿极靴圆周方向交替分布，从而组成多路条形磁体，长短永久磁条的极性相反，极化方向垂直于溅射阴极中心轴线，极靴两端的磁环与长短永久磁条构成闭合跑道形磁力线。本发明的目的还可以通过以下技术方案来进一步实现前述的旋转圆柱磁控溅射靶，其中，长永久磁条和短永久磁条分别通过长压条和短压条固定在极靴的定位槽内。前述的旋转圆柱磁控溅射靶，其中，长永久磁条和短永久磁条沿极靴圆周方向以偶数个交替分布。本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在本发明在柱状耙表面引入平行靶材的轴向磁场，实现放电等离子体的低气压化、高密度化和均匀化。工作过程中溅射区与耙材轴向平行，结构上在靶面形成连续闭合磁路，保证了辉光放电时形成一个闭合的电子跑道，使得溅射稳定进行。采用旋转圆柱磁控溅射技术制备的涂层，膜层表面质量高，膜层致密。工作时圆柱状靶材匀速旋转，靶表面刻蚀均匀，因此靶材的消耗均匀，使用寿命长，靶材利用率超过70%，经济效益和社会效益显著，应用前景看好。下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:图l:中央柱靶的结构示意图2:中央柱靶的截面示意图3:中央柱靶磁场结构示意图4a:中央柱靶沿轴向的一剖视图4b:中央柱靶沿轴向的另一剖视图。图中各附图标记的含义见下表:附图<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具体实施例方式磁控溅射镀膜除了在靶上施加的一个电场外(电力线垂直于靶表面)还施加一个磁场使电子受洛仑兹力的影响，作摆线和螺旋状的复合运动，来延长电子运行轨迹，使等离子体密度大大提高，正离子的数量也大大增加，可以提高溅射速率。如图14所示，旋转式磁控溅射中央柱靶包括极靴2、永磁体3和5、压条4和6、中空圆柱靶材7和旋转芯轴1,永磁体3为长永久磁条，永磁体5为短永久磁条，相应地，极靴2上设有用于安装长永久磁条3和短永久磁条5的定位槽，长永久磁条3通过长压条4固定在极靴2的定位槽内，短永久磁条5通过短压条6固定在极靴2的定位槽内；长永久磁条3和短永久磁条5沿极靴圆周方向以偶数个交替分布，从而组成多路条形磁体，长短永久磁条的极性相反，极化方向垂直于溅射阴极中心轴线，极靴两端的磁环与长短永久磁条构成闭合跑道形磁力线。旋转式磁控溅射中央柱靶结构的横截面如图2，旋转机构带动靶材绕永磁体旋转，极靴2上有用于安装长永磁条3和短永磁条5的定位槽，永磁铁安装在极靴的定位槽内并由长短压条4和6固定，条形永磁体是沿极靴圆周均匀分布的，这就能保证整个圆周上的磁场分布均匀，360°方向上溅射均匀。长短磁条交替布置如图4a、4b，组成多路条形磁铁，长短磁条的极性相反，极化方向垂直于溅射阴极中心轴线，磁性材料制成的磁环9安装在极靴的两端，与长短磁条构成一组闭合跑道形磁力线。在溅射过程中，磁路系统及冷却水系统始终处于静止状态，靶材绕溅射阴极的中心轴线匀速转动，靶面均匀穿过等离子体区域。溅射过程中永磁体是固定不动的，而靶材始终是旋转的，因此靶材的刻蚀是均匀且刻蚀区永远不会固定，这样可大幅度提高靶的利用率；同样因为整个靶面都被刻蚀，避免靶面起弧的现象，保证溅射过程的稳定性和沉积薄膜的质量。旋转式磁控溅射靶还包括滚动轴承8，以增强靶材旋转时的稳定性。靶材除了是中空的圆柱形外，其横截面还可以是扇形、弧形、正多边形等形状。使用时，将靶安装在镀膜机上即可使用，接通冷却水，接通直流磁控溅射电源阴极，背底真空度小于5X10—5Torr范围时，注入气体(如氩气等)，使靶起辉放电，维持辉光稳定，调整工艺参数，可获得均匀牢固的膜层。由于结构上采用长短永久磁条，保证辉光放电时形成了一个闭合跑道形磁力线，使溅射得以稳定进行，避免了端部的拉弧(放电)问题，使靶在大电流密度下稳定地工作。此外本发明极靴结构保证磁场连续无间隙并均匀分布，使溅射得以均匀进行。采用永磁体固定，耙材旋转的方式，极大地提高耙材利用率，超过70%以上；薄膜沉积速率高、均匀性好，性能优越。综上所述，本发明整个靶材沿轴向溅射速率均匀，刻蚀速度相近，与小于40%靶材利用率的传统溅射耙相比，本发明的耙材利用率提高近1倍。形成的不间断的、均匀的条形辉光放电区域，使沉积到被镀基材上的镀层厚度均匀，由于工作时是匀速旋转，靶表面蚀刻均匀，因此靶材的消耗均匀，使用寿命长，与其它结构的靶相比，寿命大大提高。镀膜效率也高，靶的溅射沉积速度快，能在金属材料及非金属材料制品上镀制超硬、防腐、装饰膜，成膜的附着力强；适用于大面积氧化物、氮化物等薄膜的工业化规模生产。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。权利要求1.旋转圆柱磁控溅射靶，包括极靴、永磁体、中空圆柱靶材和芯轴，永磁体沿圆柱靶材的轴向嵌于极靴内，其特征在于所述永磁体为长永久磁条和短永久磁条，相应地，极靴上设有用于安装长永久磁条和短永久磁条的定位槽，长永久磁条和短永久磁条分别安装在对应的定位槽内；长永久磁条和短永久磁条沿极靴圆周方向交替分布，从而组成多路条形磁体，长短永久磁条的极性相反，极化方向垂直于溅射阴极中心轴线，极靴两端的磁环与长短永久磁条构成闭合跑道形磁力线。2.根据权利要求1所述的旋转圆柱磁控溅射靶，其特征在于所述长永久磁条和短永久磁条分别通过长压条和短压条固定在极靴的定位槽内。3.根据权利要求1或2所述的旋转圆柱磁控溅射靶，其特征在于所述长永久磁条和短永久磁条沿极靴圆周方向以偶数个交替分布。全文摘要本发明提供一种旋转圆柱磁控溅射靶，包括极靴、永磁体、中空圆柱靶材和芯轴，永磁体沿圆柱靶材的轴向嵌于极靴内，永磁体为长永久磁条和短永久磁条，极靴上设有用于安装长永久磁条和短永久磁条的定位槽，长永久磁条和短永久磁条分别安装在对应的定位槽内；长永久磁条和短永久磁条沿极靴圆周方向交替分布，从而组成多路条形磁体，长短永久磁条的极性相反，极化方向垂直于溅射阴极中心轴线，极靴两端的磁环与长短永久磁条构成闭合跑道形磁力线。本发明实现放电等离子体的低气压化、高密度化和均匀化，保证辉光放电时形成一个闭合的电子跑道，使得溅射稳定进行，膜层表面质量好、膜层致密；靶材消耗均匀，靶材利用率较高。文档编号C23C14/35GK101285171SQ20071002223公开日2008年10月15日申请日期2007年5月10日优先权日2007年5月10日发明者孙德恩申请人:胜倍尔超强镀膜(苏州)有限公司