一种磁控溅射平面靶磁通装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁控溅射平面靶磁通装置，涉及磁控溅射镀膜设备领域。该装置包括壳体、矩形磁体结构与靶材，壳体的上表面开有设置靶材的窗口，靶材的两端通过压板压紧、且通过沉头螺栓固定；壳体内侧上表面与靶材的下表面平齐，靶材下方设置有隔板，隔板下方设置为平面靶材冷却水道，平面靶材冷却水道下方为矩形磁体结构，其通过L形的卡桩安装于壳体的内底面上，矩形磁体结构包括矩形的环状磁轭及底面的矩形磁轭，环状磁轭安装于矩形磁轭上，环状磁轭内按照海尔贝克的原理设置磁体阵列；磁体阵列的强磁性一面朝向靶材，弱磁性一面由矩形磁轭覆盖。本发明专利技术提高磁控溅射平面靶材溅射的均匀性，提高了靶材利用率，提升了生产效率，降低了生产成本。降低了生产成本。降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种磁控溅射平面靶磁通装置


[0001]本专利技术涉及磁控溅射镀膜设备领域，具体为一种磁控溅射平面靶磁通装置。

技术介绍

[0002]高矫顽力钕铁硼磁性材料经常采用磁控溅射镀膜后再高温时效渗透获得，譬如在低矫顽力钕铁硼磁体基片上磁控溅射镀镝或铽膜来生产高矫顽力的钕铁硼磁体。
[0003]磁控溅射镀膜是在真空镀膜腔室内进行，工作原理是在靶材的背侧安装磁体使得在靶材的表面沿与电场垂直的方向产生闭合磁场，闭合磁场与电场交互作用，使电子在靶材表面磁场内围绕磁力线做螺旋状运动。电子在运动过程中与充入镀膜腔室内的氩气原子发生碰撞，使其电离成氩正离子和电子，氩正离子在电场作用下撞击在靶材表面，轰击靶材表面的原子，被撞击的靶材原子脱离靶材表面，一部分飞向基片并在基片表面上沉积形成薄膜。撞击在靶材上的氩正离子捕获靶材表面电子，还原成氩气原子；电离出来的电子继续参与碰撞，直到被阳极吸收。
[0004]矩形平面靶在原有磁体结构和磁路的情况下，平面靶材的利用率最高不会超过40%，基本是在30%左右，所以靶材利用率较低；而靶材多为贵重金属或合金材料小块拼接而成，较低的利用率造成产品成本居高不下，严重限制了企业的充分发展。到目前为止，为了提高靶材的利用率，已经使用了移动靶、移动磁场或圆柱靶等新技术，但国内在这些
还处于起步尝试的阶段，并且对设备进行这样的改造，需要的资金较多，因此并没有完全投入产业化运作；多数企业还是在使用普通的平面靶材，而钕铁硼行业也是如此。因此提高靶材的利用率是该行业亟待解决的问题。
专利技术内容
[0005]本专利技术为了解决磁性材料的制备中，靶材的整体消耗较差、靶材利用率低的问题，提供了一种磁控溅射平面靶磁通装置。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种磁控溅射平面靶磁通装置，包括壳体、矩形磁体结构与靶材，所述壳体的上表面开有设置靶材的窗口，所述靶材的两端通过压板压紧、且通过沉头螺栓固定，所述压板与壳体两侧平齐；所述壳体内侧上表面与靶材的下表面平齐，所述靶材下方设置有隔板，所述隔板下方设置为平面靶材冷却水道，所述平面靶材冷却水道下方为矩形磁体结构，所述矩形磁体结构通过L形的卡桩安装于壳体的内底面上，所述卡桩使得矩形磁体结构距离壳体的内底面有2~5mm的间隔；所述矩形磁体结构包括矩形的环状磁轭及底面的矩形磁轭，所述环状磁轭安装于矩形磁轭上，所述环状磁轭内按照海尔贝克的原理设置磁体阵列；所述磁体阵列的强磁性一面朝向靶材，弱磁性一面由矩形磁轭覆盖。
[0007]本专利技术所设计的一种磁控溅射平面靶磁通装置，可以增大靶材表面的磁通密度，首先在靶材表面较大范围形成较大较强的磁场区域，增大了电子与氩气原子发生碰撞的机率和电子的运动范围；相应提高了靶材原子在基片上沉积的速度，并通过矩形磁体产生的
密集分布的磁场的设计和应用，来实现提高靶材利用率的目的。该装置主要包括壳体、矩形磁体结构、靶材以及用于安装固定的各种部件，壳体内部用于安装矩形磁体结构、冷却水道及靶材，在壳体的上表面开有设置靶材的窗口，靶材为平面靶材，靶材通过压板压紧，且通过沉头螺栓固定，压板为了安装方便，其两端与壳体左右侧边对齐。壳体内侧上表面与靶材的下表面平齐，靶材下方设置有隔板，隔板下方设置为平面靶材冷却水道，隔板是用于隔绝冷却水道与靶材的，平面靶材冷却水道用于在工作过程中给整个工作装置冷却，由于磁控溅射靶装置在工作时会产生大量的热，产生的这些热能必须被及时带走；否则，由于温度升的较高，不仅靶材会严重变形使设备不能正常运行，影响产品质量；还会因为温度升高，使得矩形磁体失去磁性，导致磁控溅射靶装置报废，因此在本专利技术中靶材几乎直接与平面靶材冷却水道紧密接触，使靶材产生的热能及时有效地被带走，完成对靶材和矩形磁体结构的最佳冷却。矩形磁体结构位于平面靶材冷却水道下方，矩形磁体结构通过L形的卡桩安装于壳体的内底面上，由于卡桩下部对于矩形磁体结构有一定的支撑，使得矩形磁体结构距离壳体的内底面有2~5mm的间隔；矩形磁体结构包括矩形的环状磁轭及底面的矩形磁轭，矩形磁轭和环状磁轭本身不产生磁场，在磁路中只起磁力线传输作用，因此采用软磁性材料（包括强磁体材料，如纯铁）制成，环状磁轭安装于矩形磁轭上，环状磁轭内按照海尔贝克的原理设置磁体阵列，该排布法使得磁体阵列一面为强磁面，一面为弱磁面，磁体阵列的强磁性一面朝向靶材，弱磁性一面由矩形磁轭覆盖。本专利技术所设计的磁控溅射平面靶磁通装置适应于现有的磁控溅射镀膜设备，只要按照具体设备的原有加工工艺生产，即可实现磁控溅射的工作，而且还可以使生产效率提升1.3~1.4倍。
[0008]优选的，为了使矩形磁体结构朝向靶材一面的磁场强度增强更多倍，对矩形磁体结构内的海尔贝克磁体阵列的排布法进行了优化，具体如下：矩形磁体结构的环状磁轭内部的磁体阵列上下表面平齐，磁体阵列包括中心磁体，中心磁体呈长方体状、且设置于矩形磁轭的中心位置，中心磁体的长度边与矩形磁轭的长度边平行、宽度边与矩形磁轭的宽度边平行，设定中心磁体在俯视状态下，沿长度边方向为纵向，沿宽度边方向为横向，中心磁体的上端磁极为S极；磁体阵列的尺寸大小与靶材尺寸大小一致；（以下为了叙述方便，将对各个位置的磁体排列分别标号介绍）。
[0009]①
沿纵向，前侧边缘设置有两个条状的外磁体一和外磁体二，后侧边缘也设置有两个条状的外磁体三和外磁体四，外磁体一与外磁体四对称、且截面呈直角梯形，外磁体二与外磁体三对称、且截面呈平行四边形，外磁体一与外磁体二的装配面形状贴合匹配，外磁体三与外磁体四的装配面形状贴合匹配，外磁体一与外磁体四的上端磁极为N极，外磁体二与外磁体三上端磁极为N极且磁体极性向外倾斜15
°
～30
°
；
②
沿横向，位于外磁体二与外磁体三之间，左边缘设置有两排外磁体，分别为外磁体五和外磁体六，右边缘也设置有两排外磁体，分别为外磁体七和外磁体八，外磁体五和外磁体八对称、且截面呈直角梯形，外磁体六与外磁体七对称、且截面呈平行四边形；外磁体五和外磁体八均由若干块长度相同的磁块沿纵向紧密排列而成、且位于边上的磁块的外侧面分别与外磁体二及外磁体三的装配面贴合匹配，外磁体六与外磁体七均由若干块长度相同的磁块沿纵向紧密排列而成、且位于边上的磁块的外侧面分别与外磁体二及外磁体三的装配面贴合匹配；外磁体五和外磁体八的上端磁极为N极，外磁体六与外磁体七上端磁极为N极且磁体极性向外倾斜15
°
～30
°
；
上述外磁体和中心磁体通过环状磁轭和矩形磁轭将磁极连接，可以使得磁路短路，进一步增加矩形磁体结构的磁场强度，提高了靶材溅射的均匀性。
[0010]③
中心磁体的四周呈辐射状分布设置有过渡磁体，过渡磁体包括过渡磁体一、过渡磁体二、过渡磁体三、过渡磁体四、过渡磁体五、过渡磁体六、过渡磁体七及过渡磁体八；a.过渡磁体一位于中心磁体与外磁体二之间，过渡磁体二位于中心磁体与外磁体三之间，过渡磁体一与过渡磁体二结构对称、且截面为直角梯形，过渡磁体一及过渡磁体二的左右侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射平面靶磁通装置，其特征在于：包括壳体（1）、矩形磁体结构（2）与靶材（3），所述壳体（1）的上表面开有设置靶材（3）的窗口，所述靶材（3）的两端通过压板（4）压紧、且通过沉头螺栓（5）固定，所述压板（4）与壳体（1）两侧平齐；所述壳体（1）内侧上表面与靶材（3）的下表面平齐，所述靶材（3）下方设置有隔板（6），所述隔板（6）下方设置为平面靶材冷却水道（7），所述平面靶材冷却水道（7）下方为矩形磁体结构（2），所述矩形磁体结构（2）通过L形的卡桩（8）安装于壳体（1）的内底面上，所述卡桩（8）使得矩形磁体结构（2）距离壳体（1）的内底面有2~5mm的间隔；所述矩形磁体结构（2）包括矩形的环状磁轭（9）及底面的矩形磁轭（10），所述环状磁轭（9）安装于矩形磁轭（10）上，所述环状磁轭（9）内按照海尔贝克的原理设置磁体阵列；所述磁体阵列的强磁性一面朝向靶材（3），弱磁性一面由矩形磁轭（10）覆盖。2.根据权利要求1所述的一种磁控溅射平面靶磁通装置，其特征在于：所述矩形磁体结构（2）的环状磁轭（9）内部的磁体阵列上下表面平齐，所述磁体阵列包括中心磁体（200），所述中心磁体（200）呈长方体状、且设置于矩形磁轭（10）的中心位置，所述中心磁体（200）的长度边与矩形磁轭（10）的长度边平行、宽度边与矩形磁轭（10）的宽度边平行，设定中心磁体（200）在俯视状态下，沿长度边方向为纵向，沿宽度边方向为横向，所述中心磁体（200）的上端磁极为S极；所述磁体阵列的尺寸大小与靶材（3）尺寸大小一致；
①
沿纵向，前侧边缘设置有两个条状的外磁体一（201）和外磁体二（202），后侧边缘也设置有两个条状的外磁体三（203）和外磁体四（204），所述外磁体一（201）与外磁体四（204）对称、且截面呈直角梯形，所述外磁体二（202）与外磁体三（203）对称、且截面呈平行四边形，所述外磁体一（201）与外磁体二（202）的装配面形状贴合匹配，所述外磁体三（203）与外磁体四（204）的装配面形状贴合匹配，所述外磁体一（201）与外磁体四（204）的上端磁极为N极，所述外磁体二（202）与外磁体三（203）上端磁极为N极且磁体极性向外倾斜15
°
～30
°
；
②
沿横向，位于外磁体二（202）与外磁体三（203）之间，左边缘设置有两排外磁体，分别为外磁体五（205）和外磁体六（206），右边缘也设置有两排外磁体，分别为外磁体七（207）和外磁体八（208），所述外磁体五（205）和外磁体八（208）对称、且截面呈直角梯形，所述外磁体六（206）与外磁体七（207）对称、且截面呈平行四边形；所述外磁体五（205）和外磁体八（208）均由若干块长度相同的磁块沿纵向紧密排列而成、且位于边上的磁块的外侧面分别与外磁体二（202）及外磁体三（203）的装配面贴合匹配，所述外磁体六（206）与外磁体七（207）均由若干块长度相同的磁块沿纵向紧密排列而成、且位于边上的磁块的外侧面分别与外磁体二（202）及外磁体三（203）的装配面贴合匹配；所述外磁体五（205）和外磁体八（208）的上端磁极为N极，所述外磁体六（206）与外磁体七（207）上端磁极为N极且磁体极性向外倾斜15
°
～30
°
；
③
所述中心磁体（200）的四周呈辐射状分布设置有过渡磁体，所述过渡磁体包括过渡磁体一（209）、过渡磁体二（210）、过渡磁体三（211）、过渡磁体四（212）、过渡磁体五（213）、过渡磁体六（214）、过渡磁体七（215）及过渡磁体八（216）；a.所述过渡磁体一（209）位于中心磁体（200）与外磁体二（202）之间，所述过渡磁体二（210）位于中心磁体（200）与外磁体三（203）之间，所述过渡磁体一（209）与过渡磁体二（210）结构对称、且截面为直角梯形，所述过渡磁体一（209）及过渡磁体二（210）的左右侧面垂直于矩形磁轭（10），所述过渡磁体一（209）的前侧面与外磁体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨连圣，张葆华，何欢，张敏刚，郭敬东，韩志明，赵菁，赵亚利，
申请(专利权)人：山西金山磁材有限公司，
类型：发明
国别省市：