摘要

一種動(dòng)磁場(chǎng)真空鍍膜磁控滅射源，包括靶基 板、焊接或用壓環(huán)固定在靶基板正面的片狀靶材、 屏蔽環(huán)、磁鋼基板、安裝在磁鋼基板上的內(nèi)磁鋼和外磁鋼，所作的改進(jìn)是：磁鋼基板的直徑大于靶 材的半徑、小于靶材的直徑，磁鋼基板軸線偏離靶 基板軸線，磁鋼基板固定在一個(gè)正齒輪的側(cè)面上， 在鍍膜機(jī)機(jī)架上安裝與正齒輪嚙合的齒圈，在機(jī) 架上安裝位于正齒輪后側(cè)的電機(jī)，電機(jī)動(dòng)力輸出 軸上固定拐柄，齒輪軸安裝在拐柄上。電機(jī)動(dòng)力輸 出軸及齒圈與靶基板同軸線設(shè)置。本發(fā)明的積極 效果是：得到一個(gè)公轉(zhuǎn)兼自轉(zhuǎn)的環(huán)形磁場(chǎng)，用以 掃描到靶材的每一個(gè)位置，使靶材在更大的面積 上被均勻地滅射刻蝕。靶材的利用率高，鍍膜均勻。

1. 一種動(dòng)磁場(chǎng)真空鍍膜磁控濺射源，包括正面在真空沉積腔中的靶基板、焊接或用壓 環(huán)固定在靶基板正面的片狀靶材、罩住靶基板圓周側(cè)面及靶基板正面靶材以外部分的屏蔽 環(huán)、設(shè)置在靶基板背面的磁鋼基板、安裝在磁鋼基板上的朝向靶基板一側(cè)的圓心位置的內(nèi) 磁鋼和圓周位置的環(huán)形外磁鋼或排列成環(huán)的組合外磁鋼，其特征是：磁鋼基板的直徑大于 靶材的半徑、小于靶材的直徑，磁鋼基板軸線偏離靶基板軸線，磁鋼基板固定在一個(gè)正齒輪 的側(cè)面上，在鍍膜機(jī)機(jī)架上安裝與正齒輪嚙合的齒圈，在機(jī)架上安裝位于正齒輪后側(cè)的電 機(jī)，電機(jī)動(dòng)力輸出軸上固定拐柄，齒輪軸安裝在拐柄上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)磁場(chǎng)真空鍍膜磁控濺射源，其特征是：電機(jī)動(dòng)力輸出 軸及齒圈與靶基板同軸線設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)磁場(chǎng)真空鍍膜磁控濺射源，其特征是：齒圈的分度圓 直徑減去內(nèi)磁鋼的分度圓直徑之差要大于或等于內(nèi)磁鋼的直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)磁場(chǎng)真空鍍膜磁控濺射源，其特征是：磁鋼基板軸線 偏離靶基板軸線的距離加磁鋼基板半徑之和等于或接近于靶材的半徑的長(zhǎng)度。

一種動(dòng)磁場(chǎng)真空鍍膜磁控濺射源

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體涉及真空磁控濺射法在材料表面沉積鍍膜設(shè)備。

背景技術(shù)

[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，真空沉積制備的產(chǎn)品和器件越來(lái)越多，尤其是磁控濺射技 術(shù)以其產(chǎn)額高，成膜質(zhì)量好被廣泛的應(yīng)用。目前，磁控濺射技術(shù)廣泛地應(yīng)用于集成電路、液 晶顯示器、薄膜太陽(yáng)能電池及LED等高科技領(lǐng)域。磁控濺射源是其關(guān)鍵的部件。圓形磁控 濺射源往往用于科研實(shí)驗(yàn)和小器件的制作。由于濺射靶材比較昂貴，小型的磁控濺射源又 帶來(lái)一個(gè)技術(shù)問(wèn)題：如何使磁控濺射源上的靶材的濺射刻蝕軌跡合理的覆蓋整個(gè)靶面，在 得到理想的均勻的靶材濺射刻蝕效果的同時(shí)，還能夠提高靶材利用率。

[0003] 在傳統(tǒng)的磁控濺射源設(shè)計(jì)中，普遍采用的方案是將磁控濺射源的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)為簡(jiǎn) 單的單一的固定環(huán)形結(jié)構(gòu)。磁體以閉環(huán)方式布置，并安裝于與靶基板相對(duì)固定的位置處。中 心的柱形磁鐵和周圍的一套環(huán)形磁鐵反極向設(shè)置，構(gòu)成簡(jiǎn)單的封閉磁路。這所產(chǎn)生的磁場(chǎng) 和靶基板上施加的負(fù)電場(chǎng)所產(chǎn)生的正交場(chǎng)，導(dǎo)致離子在磁場(chǎng)的閉環(huán)內(nèi)做螺旋運(yùn)動(dòng)，這個(gè)閉 環(huán)通道或區(qū)域一般稱為“跑道”。靶材的濺射刻蝕沿著這個(gè)通道或區(qū)域發(fā)生。這樣的靶材濺 射刻蝕軌跡為定軌跡。在這種定軌跡運(yùn)動(dòng)模式中，離子運(yùn)動(dòng)時(shí)重復(fù)經(jīng)過(guò)較多的地方濺蝕較 快，而其它地方則濺蝕較慢。這樣當(dāng)靶材的濺蝕較快之處到達(dá)靶材最底端時(shí)，就會(huì)使得整個(gè) 靶材報(bào)廢。這種設(shè)計(jì)方案下的磁場(chǎng)均勻區(qū)范圍較小，在直接導(dǎo)致靶材的濺蝕區(qū)域集中、利用 率低下等問(wèn)題的同時(shí)，通過(guò)濺射而沉積在襯底上的膜并沒(méi)有達(dá)到許多精密的用途中所要求 的均勻性。為了改變以上不利的狀況出現(xiàn)了許多新的濺射技術(shù)，如改變磁場(chǎng)結(jié)構(gòu);改變襯底 運(yùn)動(dòng)狀態(tài);增加屏蔽擋板等。雖然都對(duì)沉積的均勻性或靶材的利用率有所改善，但都不能兼 顧，而且大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)施較為困難，效果并不理想。

[0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)CN102400107A公布了一種磁控濺射源及磁控濺射設(shè)備技術(shù)方 案。其中包括：靶材、磁體、固定板和動(dòng)力源;所述磁體設(shè)置于所述固定板上;所述固定板連 接于所述動(dòng)力源，該動(dòng)力源用于驅(qū)動(dòng)所述固定板繞自身中心軸旋轉(zhuǎn);所述靶材與所述固定 板同中心軸平行設(shè)置，且所述靶材與所述固定板作相對(duì)運(yùn)行。所提供的技術(shù)方案，通過(guò)固 定有磁鐵的固定板與靶材做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可使磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)掃描到靶材的每一個(gè)位置， 以調(diào)整二次電子的運(yùn)動(dòng)軌跡、增加二次電子與氬原子碰撞次數(shù)，進(jìn)而使得氬原子能夠充分 電離以產(chǎn)生更多的氬離子，從而提高了氬離子在轟擊靶材過(guò)程中的靶材利用率和濺射均勻 性。這一方案，沒(méi)有解決靶材中心區(qū)域的濺射問(wèn)題，另外效率低，不適用于小型的磁控濺射 源。

[0005] 中國(guó)專利申請(qǐng)CN102465268A公布的一種磁控濺射裝置方案，包括：靶材，磁控管 和掃描機(jī)構(gòu)，所述磁控管位于所述靶材上方;所述掃描機(jī)構(gòu)與磁控管相連以控制所述磁控 管圍繞所述靶材的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，且所述掃描機(jī)構(gòu)以預(yù)設(shè)步長(zhǎng)階段性地調(diào)整所述磁控管的轉(zhuǎn)動(dòng) 半徑，其中，在每個(gè)階段所述掃描機(jī)構(gòu)控制所述磁控管的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)或轉(zhuǎn)速，以在所述每個(gè)階 段對(duì)所述靶材刻蝕至預(yù)設(shè)深度。在公布的發(fā)明中，所述掃描機(jī)構(gòu)包括：第一電機(jī);第二電機(jī);第一連桿組件，所述第一電機(jī)控制所述第一連桿組件轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一連桿組件與所述磁 控管相連，且所述第一連桿組件的長(zhǎng)度可伸縮;第二連桿組件，所述第二電機(jī)控制所述第二 連桿組件轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二連桿組件與所述磁控管相連，且所述第二連桿組件的長(zhǎng)度可伸縮; 控制器，所述控制器與所述第一電機(jī)和第二電機(jī)相連以分別控制所述第一電機(jī)和第二電機(jī) 的轉(zhuǎn)速，且通過(guò)對(duì)所述第一電機(jī)和第二電機(jī)之間的加速度差調(diào)整所述磁控管的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。 這一方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高，實(shí)施不易。同樣存在效率低，不適用于小型的磁控濺射源的 問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)磁場(chǎng)真空鍍膜磁控濺射源，用于生產(chǎn)具有真空沉積層 的產(chǎn)品或器件，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的由于靶材和磁鐵的位置相對(duì)固定從而導(dǎo)致靶材的利用 率較低且濺射均勻性較差的技術(shù)問(wèn)題，以及為消除前述缺點(diǎn)而提出的技術(shù)方案存在的設(shè)備 復(fù)雜成本較高，難于實(shí)施，效率低，不適用于小型的磁控濺射源的問(wèn)題。

[0007] 本發(fā)明包括正面在真空沉積腔中的靶基板、焊接或用壓環(huán)固定在靶基板正面的片 狀靶材、罩住靶基板圓周側(cè)面及靶基板正面靶材以外部分的屏蔽環(huán)、設(shè)置在靶基板背面的 磁鋼基板、安裝在磁鋼基板上的朝向靶基板一側(cè)的圓心位置的內(nèi)磁鋼和圓周位置的環(huán)形外 磁鋼或排列成環(huán)的組合外磁鋼，其特征是：磁鋼基板的直徑大于靶材的半徑、小于靶材的直 徑，磁鋼基板軸線偏離靶基板軸線，磁鋼基板固定在一個(gè)正齒輪的側(cè)面上，在鍍膜機(jī)機(jī)架上 安裝與正齒輪哨合的齒圈，在機(jī)架上安裝位于正齒輪后側(cè)的電機(jī)，電機(jī)動(dòng)力輸出軸上固定 拐柄，齒輪軸安裝在拐柄上。以上為本發(fā)明基本方案。

[0008] 為使磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)軌跡以祀基板圓心為中心對(duì)稱，電機(jī)動(dòng)力輸出軸及齒圈與祀基板同 軸線設(shè)置。

[0009] 為獲得理想的磁控效果，本發(fā)明齒圈的分度圓直徑與內(nèi)磁鋼的分度圓直徑之差要 大于或等于內(nèi)磁鋼的直徑。

[0010]為使磁力被充分利用，本發(fā)明中磁鋼基板軸線偏離靶基板軸線的距離加磁鋼基板 半徑之和等于或接近于靶材的半徑的長(zhǎng)度。

[0011]

本發(fā)明的工作原理及過(guò)程是：所設(shè)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在電機(jī)輸出軸上的拐柄回轉(zhuǎn)，通過(guò) 安裝在拐柄上的齒輪軸帶動(dòng)正齒輪繞電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)(公轉(zhuǎn))，固定在機(jī)架上的與正齒輪嚙 合的固定齒圈約束著正齒輪相對(duì)齒圈的滾動(dòng)，產(chǎn)生正齒輪的自轉(zhuǎn)，至此形成正齒輪的自轉(zhuǎn) 加公轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，基于磁鋼基板與正齒輪、內(nèi)外磁鋼與磁鋼基板的相固定連接關(guān)系，得到 一個(gè)與祀材尺寸相匹配的設(shè)定正圓軌道公轉(zhuǎn)兼自轉(zhuǎn)的環(huán)形磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)能掃描到祀材的每 一個(gè)位置，調(diào)整二次電子的運(yùn)動(dòng)軌跡以增加二次電子與氣體原子碰撞次數(shù)，進(jìn)而使得氣體 原子能夠充分電離以產(chǎn)生更多的氣體離子。

[0012] 本發(fā)明的積極效果是：利用本發(fā)明的動(dòng)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，能使靶材在更大的面積上被氣 體離子較為均勻地濺射刻蝕。所濺射出的靶材粒子流中粒子分布均勻，最終沉積在襯底上 的膜層均勻性明顯改善。靶材的利用率大幅度提高，消除了較為明顯的靶材浪費(fèi)現(xiàn)象。并 且磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、運(yùn)行平穩(wěn)、使用耐久，尤其適用于小型的圓形磁控濺射 源的真空鍍膜工藝[0013] 圖1為本發(fā)明的主視剖視圖。

[0014] 圖2為本發(fā)明中正齒輪、齒圈、磁鋼位置關(guān)系圖。

[0015] 圖3為常規(guī)的靶材濺射刻蝕后的剖面圖。

[0016] 圖4為本發(fā)明的靶材濺射刻蝕后的剖面圖。

具體實(shí)施方式

[0017] 參閱圖1、圖2，本發(fā)明包括正面在真空沉積腔中的靶基板10、與靶基板連接的靶 材壓環(huán)7、焊接或用壓環(huán)固定在靶基板正面的片狀靶材8、罩住靶基板圓周側(cè)面及靶基板正 面靶材以外部分的屏蔽環(huán)9、設(shè)置在靶基板背面的磁鋼基板5、安裝在磁鋼基板上的朝向靶 基板一側(cè)的圓心位置的內(nèi)磁鋼6和圓周位置的外磁鋼11，外磁鋼11和內(nèi)磁鋼6分別由多個(gè) 磁鋼體組成，外磁鋼11和內(nèi)磁鋼6的磁極相反。其中的磁鋼基板5的直徑大于靶材8的半 徑、小于靶材8的直徑，磁鋼基板5的軸線偏離靶基板10的軸線，磁鋼基板5軸線偏離靶基 板10軸線的距離加磁鋼基板5半徑之和等于或接近于靶材8的半徑的長(zhǎng)度。磁鋼基板同 軸線固定在正齒輪3的側(cè)面上，在鍍膜機(jī)機(jī)架上安裝與正齒輪3嚙合的齒圈4，齒圈4與靶 基板10同軸線設(shè)置，在機(jī)架上安裝位于正齒輪3后側(cè)的電機(jī)14,電機(jī)動(dòng)力輸出軸1與革巴基 板10同軸線設(shè)置，電機(jī)動(dòng)力輸出軸1上固定拐柄13，齒輪軸2通過(guò)軸承12安裝在拐柄13 上。其中，齒圈4與內(nèi)磁鋼6的尺寸關(guān)系滿足齒圈4的分度圓直徑與內(nèi)磁鋼6的分度圓直 徑之差要大于或等于內(nèi)磁鋼6的直徑。

[0018] 本實(shí)施例中，正齒輪3的模數(shù)為1,齒數(shù)為42個(gè)，齒圈4的模數(shù)為1,齒數(shù)為52個(gè), 革巴材8的直徑為50mm,磁鋼基板5的直徑為40mm,電機(jī)動(dòng)力輸出軸1的轉(zhuǎn)速為每分鐘5轉(zhuǎn)。

[0019] 本實(shí)施例的工作過(guò)程是：在靶基板10上加有負(fù)高壓，這樣就在靶材8上產(chǎn)生了一 個(gè)環(huán)狀磁場(chǎng)封閉的電磁場(chǎng)，電離的氣體離子將在這一環(huán)狀的區(qū)域內(nèi)做螺旋運(yùn)動(dòng)，不斷地轟 擊靶基板10上的靶材8，從而使靶材8產(chǎn)生濺射沉積。然而，由于電機(jī)14通過(guò)拐柄13帶動(dòng) 正齒輪3繞電機(jī)動(dòng)力輸出軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，正齒輪3與齒圈4嚙合，形成公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，帶動(dòng)其上的 磁鋼基板5、外磁鋼11和內(nèi)磁鋼6，也就是帶動(dòng)其環(huán)狀磁場(chǎng)封閉的電磁場(chǎng)在靶材8的表面發(fā) 生公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，使得動(dòng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域均勻覆蓋靶材的整個(gè)表面，控制靶材被均勻地濺射 刻蝕。本實(shí)施例實(shí)際運(yùn)行后，所剩殘存靶材的剖面圖如圖4所示。和圖3所示取自現(xiàn)有設(shè) 備濺蝕后殘存的靶材剖面圖相比較，濺蝕面積大，深度均勻，濺蝕區(qū)域底面平整。