專利名稱：：旋轉圓柱磁控濺射靶的制作方法
技術領域：
：本發明涉及大面積鍍膜用旋轉圓柱磁控濺射靶，廣泛適用于制備涂層的設備中，屬于薄膜制備
技術領域：
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背景技術：
：目前國內外的磁控濺射設備，其濺射源靶的結構型式主要有同軸磁控濺射靶和平面磁控濺射靶兩種，同軸磁控濺射靶是在管型濺射材料內設有環狀永磁體及極靴(導磁墊片)構成，濺射時形成若干個與靶軸線垂直的有間隙的環狀輝光放電區域，當鍍制大面積基片(如幕墻玻璃)時不可避免地形成厚薄相間的條紋，導致嚴重的膜厚不均勻，影響產品質量。平面磁控濺射靶，采用條形磁體結構，濺射時形成與靶軸線平行的條狀輝光區，較好地減輕了被鍍基體上的膜厚不均勻現象，使鍍層均勻，保證了產品質量。但由于耙面蝕刻區集中在矩形框上，使靶材利用率極低。磁控濺射靶是大面積真空鍍膜設備中的主要裝置之一，現代光電薄膜產品中需要大量沉積氧化物、氮化物等絕緣化合物薄膜，因此廣泛應用中頻反應磁控濺射技術。現在真空鍍膜設備中應用的主要是平面磁控濺射靶，其永磁鐵和靶都是靜止不動的，這樣靶的刻蝕區是固定的，因此，應用平面磁控濺射耙沉積絕緣材料薄膜時，靶的利用率非常低，通常最多只能達到40%。隨著耙的刻蝕越來越深，靶材的濺射速率和薄膜的均勻性都有影響，不利于高質量功能薄膜的沉積；而且，由于靶的非刻蝕區的存在，在鍍膜過程中絕緣材料會沉積在非刻蝕區表面，造成大量的電子在上堆積，引起靶面起弧，輕則造成沉積薄膜的污染，重則導致濺射過程的不穩定甚至停止。在中國專利ZL89215781.X和ZL95219498.8中公開了一種柱狀磁控濺射靶，其靶材內有若干直條形永磁體平行于靶軸向安置在基體上，工作時，靶旋轉而永磁體不轉，或反之。通常條形永磁體是由多段小條形永磁體組成，依次嵌入極靴內形成整體的條形永磁體，條形永磁體必須成對出現，其中每個永磁體的N極與S極放置方向相反，即某直條形永磁體N極向外、S極向內，則其相鄰的直條形永磁體必是S極向外、N極向內，同時條形永磁體一端有環形永磁體，即條形永磁體一端與環形永磁體相連、另一端懸空，條形永磁體與環形永磁體相連方式呈原點對稱形式，才能形成閉合的磁力線回路。條形永磁體與環形永磁體之間產生的輝光放電區很寬，說明耙材在這一區域濺射能力強，于是耙兩端的刻蝕速度快于靶中段，在靶的兩端會出現橫向凹槽，靶材兩端不參與濺射部分，從而導致靶材的過早報廢，降低了靶材的利用率，造成了浪費。美國專利US2005/0189218A1公開了一種旋轉圓柱型靶結構，使用陰極弧電源進行沉積，由于磁場結構制約，該旋轉圓柱型耙結構很難采用磁控濺射技術沉積結構致密、表面光滑的涂層。濺射技術可以滿足制備不同性能涂層的需要，濺射過程的基礎是工作氣體(通常為氬氣)輝光放電，在施加高負電壓的陰極靶材和接地的陽極之間存在一電場，陰極附近的自由電子在電場作用下朝陽極加速運動，在一定氬氣氣體密度下，離化中性氬氣原子成帶正電的氬氣離子，同時釋放二次電子，帶正電的氬氣離子在電場作用下，朝施加高負電壓的陰極加速運動，氬氣離子能量高于陰極靶材原子結合能時，靶材原子被轟擊下來，遷移到放置在靶對面或者圓周的被鍍工件上形成薄膜，此謂濺射鍍膜。由于電子的運行軌跡較短，氬氣的離化率很低，導致濺射速率較低。因此，設計一種新型旋轉圓柱磁控濺射靶，將是一項值得研究的重要技術課題。
發明內容本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型旋轉圓柱磁控濺射耙，可以保證輝光放電時形成一個閉合的電子跑道，使濺射穩定進行，提高靶材的利用率，改善沉積薄膜的質量。本發明的目的通過以下技術方案來實現-旋轉圓柱磁控濺射耙，包括極靴、永磁體、中空圓柱靶材和芯軸，永磁體沿圓柱耙材的軸向嵌于極靴內，其特征在于所述永磁體為長永久磁條和短永久磁條，相應地，極靴上設有用于安裝長永久磁條和短永久磁條的定位槽，長永久磁條和短永久磁條分別安裝在對應的定位槽內；長永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向交替分布，從而組成多路條形磁體，長短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線，極靴兩端的磁環與長短永久磁條構成閉合跑道形磁力線。本發明的目的還可以通過以下技術方案來進一步實現前述的旋轉圓柱磁控濺射靶，其中，長永久磁條和短永久磁條分別通過長壓條和短壓條固定在極靴的定位槽內。前述的旋轉圓柱磁控濺射靶，其中，長永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向以偶數個交替分布。本發明技術方案的突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在本發明在柱狀耙表面引入平行靶材的軸向磁場，實現放電等離子體的低氣壓化、高密度化和均勻化。工作過程中濺射區與耙材軸向平行，結構上在靶面形成連續閉合磁路，保證了輝光放電時形成一個閉合的電子跑道，使得濺射穩定進行。采用旋轉圓柱磁控濺射技術制備的涂層，膜層表面質量高，膜層致密。工作時圓柱狀靶材勻速旋轉，靶表面刻蝕均勻，因此靶材的消耗均勻，使用壽命長，靶材利用率超過70%，經濟效益和社會效益顯著，應用前景看好。下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明:圖l:中央柱靶的結構示意圖2:中央柱靶的截面示意圖3:中央柱靶磁場結構示意圖4a:中央柱靶沿軸向的一剖視圖4b:中央柱靶沿軸向的另一剖視圖。圖中各附圖標記的含義見下表:附圖<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實施例方式磁控濺射鍍膜除了在靶上施加的一個電場外(電力線垂直于靶表面)還施加一個磁場使電子受洛侖茲力的影響，作擺線和螺旋狀的復合運動，來延長電子運行軌跡，使等離子體密度大大提高，正離子的數量也大大增加，可以提高濺射速率。如圖14所示，旋轉式磁控濺射中央柱靶包括極靴2、永磁體3和5、壓條4和6、中空圓柱靶材7和旋轉芯軸1,永磁體3為長永久磁條，永磁體5為短永久磁條，相應地，極靴2上設有用于安裝長永久磁條3和短永久磁條5的定位槽，長永久磁條3通過長壓條4固定在極靴2的定位槽內，短永久磁條5通過短壓條6固定在極靴2的定位槽內；長永久磁條3和短永久磁條5沿極靴圓周方向以偶數個交替分布，從而組成多路條形磁體，長短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線，極靴兩端的磁環與長短永久磁條構成閉合跑道形磁力線。旋轉式磁控濺射中央柱靶結構的橫截面如圖2，旋轉機構帶動靶材繞永磁體旋轉，極靴2上有用于安裝長永磁條3和短永磁條5的定位槽，永磁鐵安裝在極靴的定位槽內并由長短壓條4和6固定，條形永磁體是沿極靴圓周均勻分布的，這就能保證整個圓周上的磁場分布均勻，360°方向上濺射均勻。長短磁條交替布置如圖4a、4b，組成多路條形磁鐵，長短磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線，磁性材料制成的磁環9安裝在極靴的兩端，與長短磁條構成一組閉合跑道形磁力線。在濺射過程中，磁路系統及冷卻水系統始終處于靜止狀態，靶材繞濺射陰極的中心軸線勻速轉動，靶面均勻穿過等離子體區域。濺射過程中永磁體是固定不動的，而靶材始終是旋轉的，因此靶材的刻蝕是均勻且刻蝕區永遠不會固定，這樣可大幅度提高靶的利用率；同樣因為整個靶面都被刻蝕，避免靶面起弧的現象，保證濺射過程的穩定性和沉積薄膜的質量。旋轉式磁控濺射靶還包括滾動軸承8，以增強靶材旋轉時的穩定性。靶材除了是中空的圓柱形外，其橫截面還可以是扇形、弧形、正多邊形等形狀。使用時，將靶安裝在鍍膜機上即可使用，接通冷卻水，接通直流磁控濺射電源陰極，背底真空度小于5X10—5Torr范圍時，注入氣體(如氬氣等)，使靶起輝放電，維持輝光穩定，調整工藝參數，可獲得均勻牢固的膜層。由于結構上采用長短永久磁條，保證輝光放電時形成了一個閉合跑道形磁力線，使濺射得以穩定進行，避免了端部的拉弧(放電)問題，使靶在大電流密度下穩定地工作。此外本發明極靴結構保證磁場連續無間隙并均勻分布，使濺射得以均勻進行。采用永磁體固定，耙材旋轉的方式，極大地提高耙材利用率，超過70%以上；薄膜沉積速率高、均勻性好，性能優越。綜上所述，本發明整個靶材沿軸向濺射速率均勻，刻蝕速度相近，與小于40%靶材利用率的傳統濺射耙相比，本發明的耙材利用率提高近1倍。形成的不間斷的、均勻的條形輝光放電區域，使沉積到被鍍基材上的鍍層厚度均勻，由于工作時是勻速旋轉，靶表面蝕刻均勻，因此靶材的消耗均勻，使用壽命長，與其它結構的靶相比，壽命大大提高。鍍膜效率也高，靶的濺射沉積速度快，能在金屬材料及非金屬材料制品上鍍制超硬、防腐、裝飾膜，成膜的附著力強；適用于大面積氧化物、氮化物等薄膜的工業化規模生產。以上僅是本發明的具體應用范例，對本發明的保護范圍不構成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護范圍之內。權利要求1.旋轉圓柱磁控濺射靶，包括極靴、永磁體、中空圓柱靶材和芯軸，永磁體沿圓柱靶材的軸向嵌于極靴內，其特征在于所述永磁體為長永久磁條和短永久磁條，相應地，極靴上設有用于安裝長永久磁條和短永久磁條的定位槽，長永久磁條和短永久磁條分別安裝在對應的定位槽內；長永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向交替分布，從而組成多路條形磁體，長短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線，極靴兩端的磁環與長短永久磁條構成閉合跑道形磁力線。2.根據權利要求1所述的旋轉圓柱磁控濺射靶，其特征在于所述長永久磁條和短永久磁條分別通過長壓條和短壓條固定在極靴的定位槽內。3.根據權利要求1或2所述的旋轉圓柱磁控濺射靶，其特征在于所述長永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向以偶數個交替分布。全文摘要本發明提供一種旋轉圓柱磁控濺射靶，包括極靴、永磁體、中空圓柱靶材和芯軸，永磁體沿圓柱靶材的軸向嵌于極靴內，永磁體為長永久磁條和短永久磁條，極靴上設有用于安裝長永久磁條和短永久磁條的定位槽，長永久磁條和短永久磁條分別安裝在對應的定位槽內；長永久磁條和短永久磁條沿極靴圓周方向交替分布，從而組成多路條形磁體，長短永久磁條的極性相反，極化方向垂直于濺射陰極中心軸線，極靴兩端的磁環與長短永久磁條構成閉合跑道形磁力線。本發明實現放電等離子體的低氣壓化、高密度化和均勻化，保證輝光放電時形成一個閉合的電子跑道，使得濺射穩定進行，膜層表面質量好、膜層致密；靶材消耗均勻，靶材利用率較高。文檔編號C23C14/35GK101285171SQ20071002223公開日2008年10月15日申請日期2007年5月10日優先權日2007年5月10日發明者孫德恩申請人:勝倍爾超強鍍膜(蘇州)有限公司