磁轭组件及磁控溅射设备的制作方法

1.本实用新型涉及磁控溅射设备技术领域，尤其涉及一种磁轭组件及磁控溅射设备。


背景技术：

2.现有磁轭组件包括磁轭和多列永磁体，磁轭一般采用纯铁或不锈铁等具有良好导磁率的材料制成，多列产生溅射所需磁场的永磁体吸附在磁轭的顶面，以方便装配。
3.为提高磁场强度，现有技术通过增大所用永磁体的材质牌号、体积以及使用外加电磁线圈等方式，不仅使结构更复杂，而且增加了物料成本。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种磁轭组件磁控溅射设备，能够解决采用增大永磁体材质牌号、体积以及外加电磁线圈等方式增加磁场强度导致成本增加的问题。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.磁轭组件，包括：
7.磁轭；
8.第一永磁体，设置于所述磁轭的顶面，所述第一永磁体的两个磁级上下排布；
9.第二永磁体，所述磁轭的相对两侧均设置有所述第二永磁体，所述第二永磁体的下方形成非导磁区域，所述第二永磁体的两个磁级的排布方向与竖直方向呈非零夹角设置。
10.作为上述磁轭组件的一种可选方案，所述第二永磁体的两个磁极沿水平方向排布。
11.作为上述磁轭组件的一种可选方案，所述磁轭组件还包括支撑件，所述支撑件由非导磁材料制成，所述支撑件用于由底部支撑至少部分所述第二永磁体。
12.作为上述磁轭组件的一种可选方案，所述第二永磁体和所述磁轭均设置于所述支撑件的顶面。
13.作为上述磁轭组件的一种可选方案，所述支撑件顶面的相对两侧凸设有第一凸缘，所述磁轭和所述第二永磁体设置于两个所述第一凸缘之间。
14.作为上述磁轭组件的一种可选方案，所述支撑件的顶面设置有定位槽，所述磁轭固定于所述定位槽内。
15.作为上述磁轭组件的一种可选方案，所述磁轭通过螺钉固定于所述支撑件，所述磁轭上设置有沉头孔，所述螺钉嵌设于所述沉头孔内并与所述支撑件连接。
16.作为上述磁轭组件的一种可选方案，位于所述磁轭两侧的所述第二永磁体的磁极方向相反。
17.作为上述磁轭组件的一种可选方案，所述磁轭的顶面的相对两侧凸设有第二凸缘，所述第一永磁体设置于两个所述第二凸缘之间。
18.磁控溅射设备，包括上述的磁轭组件。
19.本实用新型的有益效果：
20.本实用新型提供的磁轭组件中，通过将第二永磁体设置在磁轭的两侧，第二永磁体的下方形成非导磁区域，使得磁轭的大小只需能够承载第一永磁体即可，能够减小磁轭形成的非必要的导磁区域；在此基础上，使第一永磁体和第二永磁体的磁极排布方向呈非零夹角设置，有利于最大程度将永磁体的磁能释放到靶材表面，避免磁能被多余的导磁区域吸收，从而提高磁轭组件提供的磁场强度。
附图说明
21.图1是本实用新型提供的磁轭组件的结构示意图；
22.图2是本实用新型提供的磁轭组件的主视图；
23.图3是本实用新型提供的磁轭组件在未装配时的结构示意图；
24.图4是本实用新型提供的对比例中磁轭组件产生磁感线以及磁场大小示意图；
25.图5是本实用新型提供的磁轭组件产生磁感线以及磁场大小示意图。
26.图中：
27.1、磁轭；11、第二凸缘；2、第一永磁体；3、第二永磁体；4、支撑件；41、第一凸缘；5、螺钉。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
29.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
32.如图1和图2所示，本实施例提供了一种磁轭组件，可以用于磁控溅射设备中。磁轭组件包括磁轭1、第一永磁体2和两个第二永磁体3。第一永磁体2设置于磁轭1的顶面，第一
永磁体2的两个磁级上下排布；磁轭1的相对两侧均设置有第二永磁体3，第二永磁体3的两个磁级的排布方向与竖直方向呈非零夹角设置。
33.本实施例中，通过将第二永磁体3设置在磁轭1的两侧，第二永磁体3的下方形成非导磁区域，使得磁轭1的大小只需能够承载第一永磁体2即可，能够减小磁轭1形成的非必要的导磁区域；在此基础上，使第一永磁体2和第二永磁体3的磁极排布方向呈非零夹角设置，有利于最大程度将永磁体的磁能释放到靶材表面，避免磁能被多余的导磁区域吸收，从而提高磁轭组件提供的磁场强度。采用本实施例提供的磁轭1结构，不需要通过增大所用永磁体的材质牌号、体积以及使用外加电磁线圈等方式来增强磁场强度，有利于节省物料成本，简化磁轭组件结构。
34.此外，通过减少被多余导磁区域吸收的磁能来增强磁场强度，能够在达到相同磁场强度的需求下使用更小的永磁体，使得磁轭组件的结构刚性以及整体质量均能够相对降低，有利于使磁轭组件更轻便，减小磁轭组件整体重量导致的非预期形变。
35.本实施例中，磁轭1、第一永磁体2和第二永磁体3均为长条结构。第一永磁体2设置在磁轭1的顶面，能够被磁轭1吸附。第二永磁体3设置在磁轭1侧面并与磁轭1接触，同样能够被磁轭1吸附。
36.在其他实施例中，第一永磁体2、第二永磁体3以及磁轭1均可以为多段结构。
37.如图2所示，第一永磁体2的两个磁极的排布方向与第二永磁体3的两个磁极的排布方向垂直。其中，第一永磁体2的两个磁极沿上下方向(图中y方向)排布，第二永磁体3的两个磁极沿水平方向(图中x方向)排布。第一永磁体2的两个磁极沿y方向排布，能够使第一永磁体2产生的磁感线对称设置。第二永磁体3靠近第一永磁体2一端的磁极与第一永磁体2下端的磁极相反，以使第一永磁体2能够与第二永磁体3形成闭合的磁感线。
38.进一步地，位于磁轭1两侧的第二永磁体3的磁极方向相反，以使两个第二永磁体3均能够与第一永磁体2配合形成闭合的磁感线。
39.本实施例中，第一永磁体2的n极朝上,s极朝下设置。对应地，第二永磁体3的靠近第一永磁体2一端的磁极为n极。在其他实施例中，第一永磁体2的s极朝上，n级朝下，对应地，第二永磁体3的靠近第一永磁体2一端的磁极为s极。
40.在其他实施例中，第二永磁体3的两个磁极也可以与x方向呈锐角设置，例如45
°
。
41.第二永磁体3设置在磁轭1上方，虽然能够被磁轭1吸附，但仅依靠磁轭1对第二永磁体3的吸附力难以稳定固定第二永磁体3。为解决该问题，磁轭组件还包括支撑件4，支撑件4由非导磁材料制成，支撑件4设置在磁轭1和第二永磁体3的下方，用于由底部支撑至少部分第二永磁体3。通过设置非导磁性的支撑件4，能够在支撑固定第二永磁体3的同时，避免支撑件4影响磁场强度。
42.本实施例中，支撑件4为一体结构，第二永磁体3和磁轭1均设置于支撑件4的顶面，支撑件4能够支撑第二永磁体3和磁轭1。在其他实施例中，支撑件4也可以为分体式结构，支撑件4可以仅支撑两个第二永磁体3，即磁轭1的下方可以不设置支撑件4。
43.为了提高支撑件4对第二永磁体3的定位效果，支撑件4顶面的相对两侧凸设有第一凸缘41，磁轭1和第一永磁体设置于两个第一凸缘41之间，方便磁轭组件装配。
44.可选地，为了提高支撑件4对磁轭1的固定效果，支撑件4的顶面设置有定位槽，磁轭1固定于定位槽内。
45.可选地，为方便装配第一永磁体2，磁轭1的顶面的相对两侧凸设有第二凸缘11，第一永磁体2设置于两个第二凸缘11之间，以实现第一永磁体2定位。
46.为方便磁轭组件装配，如图3所示，磁轭1通过螺钉5固定于支撑件4，以方便拆装。为了避免螺钉5影响第一永磁体2的安装，磁轭1上设置有沉头孔，螺钉5嵌设于沉头孔内并与支撑件4连接，以使第一永磁体2的底面能够与磁轭1完全贴合。
47.本实施例中的磁轭组件中，磁轭1与支撑件4组成复合式磁轭，该复合式磁轭包括导磁部分以及非导磁部分。该复合式磁轭可以在其他条件(磁铁牌号大小等)不变的情况下提升磁场强度、相对常规磁轭结构刚性降低实现更轻便准确的调节磁场强度、相比常规磁轭加工成本更低。
48.为进一步说明本实施例提供的磁轭组件的优势，本实用新型提供一对比例，对比例中磁轭组件包括磁轭以及设置在磁轭上的第一永磁体和第二永磁体，对比例中磁轭1的形状以及尺寸与本实施例中的复合式磁轭的形状及尺寸相同，对比例中第一永磁体和第二永磁体与本实施例中的第一永磁体2和第二永磁体3相同。
49.模拟计算对比例以及本实施例提供的磁轭组件在相同条件下在同一靶材表面产生磁场强度大小，其中，对比例中磁感线分布图以及产生磁场大小如图4所示，本实施例中磁轭组件产生的磁感线分布以及产生磁场大小如图5所示。
50.由图4可知，对比例中，由于第二永磁体下方设置有磁轭，使得第二永磁体产生的部分磁能在位于第二永磁体下方的导磁区域内形成闭环磁感线，该部分磁能无法作用于靶材表面。对比例中磁轭组件产生的最高磁场为1110gs。
51.由图5可知，本实施例提供的磁轭组件中，由于第二永磁体3下方为非导磁材料制成的支撑件4，使得第二永磁体3的磁能均与第一永磁体2的磁能配合形成闭合磁感线，增加了能够作用于靶材表面的磁场强度。本实施例中磁轭组件产生的最高磁场为1260gs，可以使靶材表面获得的有效磁场强度提高200gs。
52.本实施例还提供了一种磁控溅射设备，包括上述的磁轭组件。
53.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。