專利名稱：：一種旋轉磁控濺射靶的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種鍍膜用旋轉圓柱磁控濺射靶，屬于薄膜制備
技術領域：
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背景技術：
：磁控濺射靶是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，這樣靶的刻蝕區是固定的；因此平面磁控濺射靶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%;隨著革巴的刻蝕越來越深，耙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；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，從而引起靶面起弧；靶面起弧輕者造成沉積薄膜的污染，重者將導致濺射過程的不穩定甚至停止。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。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耙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。需強調的是，雖然濺射過程中濺射材料會沉積到基體上，但是，必不可免的會濺射到周圍真空腔體上，引起很多問題，尤其是在沉積介質材料時，例如，硅靶在氧氣反應氣氛下濺射，Si02除了沉積在基體上，還會沉積在陰極表面、陽極表面和真空腔體內表面等。沉積在陽極上的介質薄膜，它的積累最終會切斷氣體放電的回路，稱之為"陽極消失效應"；這不僅會影響到氣體放電中的電勢，還會影響濺射工藝自身以及沉積薄膜的性能。沉積在真空腔內表面的介質薄膜，它的積累會累積入射的正離子電荷，達到一定程度會產生火花，將產生雜質顆粒，影響沉積到基體上的薄膜的質量；此外，火花放電也會使濺射電源瞬間過載，導致濺射電源不穩定。由于存在以上缺陷，研制、開發一種新型旋轉磁控濺射靶，使濺射穩定進行，提高沉積薄膜的質量，達到提高技術經濟效益，已是當務之急。
發明內容本發明提供一種新型旋轉磁控濺射靶，目的在于克服現有技術的不足，能較好地保證濺射過程的穩定和沉積薄膜的質量。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種旋轉磁控濺射靶，包括極靴、永磁體及中空圓柱靶材，永磁體沿中空圓柱耙材的軸向嵌于極靴內，其特征在于所述極靴沿圓周方向在朝基體一側120。范圍內均勻設置三排永磁體，所述永磁體包括長永久磁條和短永久磁條，其中間位置布置短永久磁條，兩側位置各為一長永久磁條，所述中空圓柱靶材的外周安裝有屏蔽罩，所述屏蔽罩在永磁體面向基體的一面開有濺射口；所述長短磁條的極性相反，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；工作放電時，朝向基體一側的120。范圍內構成一個封閉的沿軸向的跑道形放電軌跡對基體進行鍍膜，背向基體的一側無磁場控制。進一步的，上述一種旋轉磁控濺射靶，其中，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上。更進一步的，上述一種旋轉磁控濺射靶，其中，所述短永久磁條的中線正對于基體表面。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旋轉磁控濺射耙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%，屏蔽罩可以有效地降低濺射粒子向陽極及真空腔壁的飛濺沉積，確保濺射過程的穩定和沉積薄膜的質量。可以實現放電等離子體的低氣壓化、高密度化和均勻化，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，經濟效益和社會效益顯著，具有較高的應用價值。下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明圖l:具有屏蔽罩的側向柱靶的結構示意圖；圖2:具有屏蔽罩的側向柱靶的橫截面示意圖；圖3:具有屏蔽罩的側向柱靶沿軸向的剖視圖。圖中各附圖標記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實施例方式磁控濺射技術是物理氣相沉積的一種，磁控濺射鍍膜除了在靶上施加的一個電場外(電力線垂直于耙表面)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。與其他鍍膜技術相比，其膜層表面質量高，膜層致密；膜層與基體結合性好；可在低溫下制備涂層，不會降低基體性能；綠色清潔，無污染排放，環保性好。如圖13所示，具有屏蔽罩的旋轉圓柱磁控濺射耙包括極靴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，該設計采用圓柱狀靶材旋轉，磁路系統和水冷系統靜止的工作方式，圓柱狀靶材內的柱形極靴2沿圓周方向在朝基體一側120°角內均勻布置三排永久磁鐵，中間放置短永久磁條5，兩側各放置一組長永久磁條3，長永久磁條3通過長壓條4固定在極靴2上，短永久磁條5通過短壓條6固定在極靴2上。柱狀靶材7的外周圍固定有屏蔽罩10，屏蔽罩10在永磁體面向基體的一面開有濺射口，短磁條5的中線正對基體表面，屏蔽罩的開口，依據圓柱狀耙材7表面的磁場分布，以恰好露出閉合跑道形磁力線為優選；旋轉式磁控濺射靶還包括屏蔽罩軸承8，以增強靶材旋轉時的穩定性。耙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。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，與長短磁條構成一個閉合跑道形磁力線。放電時，朝向基體一側的120。角內構成一個封閉的沿軸向的跑道形放電軌跡對基體進行鍍膜，背向基體的一側因為無磁場控制，不起輝光，有效節省了靶材。圖2所示的本發明靶的橫截面圖，靶材7采用中空圓柱形靶材，永磁體3、5固定在整體式極靴2上，靶材7將永磁體3、5和極靴2環圍在內，耙材7的外周有屏蔽罩10，屏蔽罩10用于屏蔽放電，使只有面向基材的靶材在磁場的作用下才產生濺射，從濺射口濺射到基材上，避免無效濺射，提高靶材的利用率。在濺射過程中，磁路系統及冷卻水系統始終處于靜止狀態，耙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，較好保證濺射過程的穩定性和沉積薄膜的質量。具體應用時，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5Xl(^Torr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，靶材旋轉的方式，極大地提高靶材利用率，超過70%以上；薄膜沉積速率高、性能佳。本發明磁控濺射靶形成的不間斷的、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。屏蔽罩可以有效地降低濺射粒子向陽極及真空腔壁的飛濺沉積，滿意地確保濺射過程的穩定和沉積薄膜的質量。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、耐蝕、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。經濟效益和社會效益顯著，應用前景美好。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1.一種旋轉磁控濺射靶，包括極靴、永磁體及圓柱靶材，永磁體沿圓柱靶材的軸向嵌于極靴內，其特征在于在極靴沿圓周方向朝基體一側120°范圍內均勻設置三排永磁體，所述永磁體包括長永久磁條和短永久磁條，其中間位置布置短永久磁條，兩側位置各為一長永久磁條，所述圓柱靶材的外周安裝有屏蔽罩，所述屏蔽罩在永磁體面向基體的一面開有濺射口；所述長短磁條的極性相反，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；工作放電時，朝向基體一側的120°范圍內構成一個封閉的沿軸向的跑道形放電軌跡對基體進行鍍膜，背向基體的一側無磁場控制。2.根據權利要求1所述的一種旋轉磁控濺射靶，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上。3.根據權利要求1或2所述的一種旋轉磁控濺射靶，其特征在于所述短永久磁條的中線正對于基體表面。全文摘要本發明涉及旋轉磁控濺射靶，包括極靴、永磁體及圓柱靶材，極靴沿圓周方向在朝基體一側120°范圍內均勻設置三排永磁體，所述永磁體包括長永久磁條和短永久磁條，其中間位置布置短永久磁條，兩側位置各為一長永久磁條，圓柱靶材的外周安裝有屏蔽罩，屏蔽罩在永磁體面向基體的一面開有濺射口；長短磁條的極性相反，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。本發明旋轉磁控濺射靶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；屏蔽罩可以有效地降低濺射粒子向陽極及真空腔壁的飛濺沉積，能滿意地確保濺射過程的穩定和沉積薄膜的質量；應用前景看好。文檔編號C23C14/35GK101285172SQ20071002227公開日2008年10月15日申請日期2007年5月11日優先權日2007年5月11日發明者孫德恩申請人:勝倍爾超強鍍膜(蘇州)有限公司