CN218321597U - 一种超高真空磁控溅射靶以及磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超高真空磁控溅射靶以及磁控溅射装置，涉及磁控溅射技术领域，该超高真空磁控溅射靶可以包括支杆、升降组件、靶头、底座、磁环和磁柱。其中，升降组件与支杆相连，用于驱动支杆沿着支杆的延伸方向移动。靶头与支杆的一端相连，靶头还与电源阴极相连，靶头内部形成有安装腔。底座设置于安装腔内，且与安装腔底壁相连。磁环设置于安装腔内，且位于底座上。磁柱设置于安装腔内，且位于底座上，还位于磁环内。靶材设置于靶头远离支杆一侧的外表面。其中，磁环上表面、磁柱上表面与安装腔内壁之间均具有间隙。安装腔内通入冷却液。本实用新型用于镀膜设备。

Description

一种超高真空磁控溅射靶以及磁控溅射装置

技术领域

本实用新型涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及一种超高真空磁控溅射靶以及磁控溅射装置。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。用磁控溅射的方法制备金属、合金、化合物、半导体、陶瓷、介质复合膜及其它化学反应膜等，适用于基片镀制各种单层膜、多层膜、掺杂膜系及合金膜。目前磁控溅射法制造薄膜已被光学、机械加工等多个领域广泛使用。通常薄膜制备设备的靶头与基片之间的距离会影响基片表面的成膜效果，因此，提供一种可控制靶头和基片之间的距离的溅射靶具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种超高真空磁控溅射靶以及磁控溅射装置，并通过增加升降组件使得靶头可以进行升降移动，满足了用户可以根据需求控制靶头和基片之间距离的要求。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一方面，本实用新型实施例提供一种超高真空磁控溅射靶，包括支杆、升降组件、靶头、底座、磁环和磁柱。其中，升降组件与支杆相连，用于驱动支杆沿着支杆的延伸方向移动。靶头与支杆的一端相连，靶头还与电源阴极相连，靶头内部形成有安装腔。底座设置于安装腔内，且与安装腔底壁相连。磁环设置于安装腔内，且位于底座上。磁柱设置于安装腔内，且位于底座上，还位于磁环内。靶材设置于靶头远离支杆一侧的外表面。其中，磁环上表面、磁柱上表面与安装腔内壁之间均具有间隙。安装腔内通入冷却液。

在此情况下，靶头与支杆相连，支杆还升降组件相连，这样一来，通过升降组件可以控制靶头相对于基片的位置，从而使得靶头位于最佳的溅射位置，以达到较好的溅射效果。靶头内部形成的安装腔可以用于承装磁环和磁柱，磁环和磁柱之间构成磁场。底座通电，电离的氩离子在电场作用下加速飞向靶材，并以高能量轰击靶材表面，使靶材发生溅射。在溅射的过程中，因为离子能量很大一部分转为热量，若无冷却或冷却不足，这种热量将使靶头温度过高从而溶化整个靶材。因此，磁环上表面、磁柱上表面与安装腔内壁之间均具有间隙，当安装腔内通入冷却液的情况下，液体会在安装腔内的空间流动，从而对靶头进行降温。此外，在本申请中，靶头为整体焊接结构，内部形成安装腔，从而能够满足超高真空的要求。

进一步地，超高真空磁控溅射靶还包括绝缘件，绝缘件的一端与靶头相连，另一端与支杆相连。

进一步地，绝缘件包括第一套环、陶瓷环和第二套环，其中，第一套环一端与靶头远离靶材的一侧相连，作为绝缘件与靶头相连的一端。陶瓷环位于第一套环远离靶头一侧，陶瓷环的一端与第一套环另一端相连。第二套环一端与陶瓷环的另一端相连；第二套环的另一端与支杆相连，作为绝缘件与支杆相连的另一端。

进一步地，第一套环和第二套环均为可伐材料，陶瓷环为陶瓷材料。

进一步地，超高真空磁控溅射靶还包括挡板、旋转气缸和磁耦合驱动器，其中，挡板设置于靶材远离靶头的一侧，用于露出或者遮盖靶材。旋转气缸具有输出轴。磁耦合驱动器与输出轴相连，磁耦合驱动器驱动其内部的真空腔体内的传动轴转动，挡板与传动轴相连。

进一步地，超高真空磁控溅射靶还包括支架，升降组件包括电机、丝杠和升降块，其中，电机固定在支架上，电机具有转轴。丝杠与转轴同轴相连。升降块内开设有螺纹孔，升降块套设于丝杠上，升降块外表面与支杆相连。其中，电机用于驱动丝杠转动，从而使得升降块升降带动支杆相对于支架移动。

进一步地，超高真空磁控溅射靶还包括屏蔽罩、法兰和气管，屏蔽罩具有容纳腔和与容纳腔一端相连通的开口；靶头位于容纳腔内，且靶材露出于开口，挡板档设于开口处；第二套环外表面还与屏蔽罩相连。法兰套设于支杆外，与支架相连。 气管盘旋若干扎且绕设于支杆外，且位于法兰靠近靶头一侧，气管的一端通入氩气，另一端与安装腔相连通。

进一步地，超高真空磁控溅射靶还包括进水管、出水管和水箱，其中，进水管一端与磁环内的空间相连通。出水管一端与底座和安装腔上表面的空间相连通。水箱与进水管的另一端和出水管另一端相连通，水箱用于提供冷却液。

进一步地，磁环和磁柱均为磁钢，且磁环和磁柱的同侧为异性磁极。

另一方面，本实用新型还提供一种磁控溅射装置，包括上述技术方案中的超高真空磁控溅射靶、真空室和位于真空室内的基台。其中，基台上用于承载基片，超高真空磁控溅射靶与基片相对设置。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种磁控溅射装置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种磁控溅射装置示意图；

图3为本实用新型实施例提供的图2中的超高真空磁控溅射靶示意图；

图4为本实用新型实施例提供的图2中的超高真空磁控溅射靶另一种示意图；

图5为本实用新型实施例提供的超高真空磁控溅射靶剖面示意图；

图6为本实用新型实施例提供的图5上部分局部示意图；

图7为本实用新型实施例提供的冷却液在安装腔的走向示意图；

图8为本实用新型实施例提供的磁环和磁柱的磁场示意图；

图9为本实用新型实施例提供的绝缘件与靶头相连剖视示意图；

图10为本实用新型实施例提供的绝缘件示意图；

图11为本实用新型实施例提供的图10的剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；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。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。

磁控溅射是通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场与电场交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。

在此情况下，如图1所示，本实用新型提供一种磁控溅射装置100，可以包括超高真空磁控溅射靶101、真空室102和位于真空室102内的基台103。其中，基台103上用于承载基片200，超高真空磁控溅射靶101朝向基片200相对设置。

这样一来，如图1所示，真空室102内可以形成一个密闭的腔体，在真空室102内的基台103可以用于承载基片200，在本申请的一些实施例中，基台103可以位于真空室102内的底部，超高真空磁控溅射靶101位于真空室102内的基台103上部，超高真空磁控溅射靶101朝向基台103。在本申请的另一些实施例中，如图2所示，基台103也可以位于真空室102内的顶部，超高真空磁控溅射靶101位于真空室102内的基台103底部，超高真空磁控溅射靶101朝向基台103，此时，超高真空磁控溅射靶101处可以承装液体靶材。本申请对于超高真空磁控溅射靶101和基台103在真空室102内的位置不作限定，满足超高真空磁控溅射靶101朝向基台103即可。此外，本申请对超高真空磁控溅射靶101的数量不作限定，可以为一个，也可以为多个，例如图1和图2中的三个，用户可根据需求进行设定。

本实用新型实施例还可以提供一种应用该磁控溅射装置100进行磁控溅射方法，可以包括以下步骤：

（1）清洗基片200，安装靶材，关闭真空室102，对真空室102内进行抽真空。

（2）进行预溅射；

（3）通过升降组件调节超高真空磁控溅射靶101与基片200的距离；

（4）通气体，进行磁控溅射。

以下对上述提及的超高真空磁控溅射靶101进行举例说明，例如，在本申请的一些实施例中，如图3所示，该超高真空磁控溅射靶101可以包括靶本体1、升降组件2、支杆3以及支架4。其中，升降组件2固定在支架4上，升降组件2与支杆3相连，用于驱动支杆3沿着支杆3的延伸方向相对于支架4移动。靶本体1与支杆3相连，这样一来，通过升降组件2可以控制靶本体1相对于基片200的位置，从而使得靶本体1位于最佳的溅射位置，以达到较好的溅射效果。

以下对上述提及的升降组件2结构进行举例说明，例如，在本申请的一些实施例中，如图4所示，超高真空磁控溅射靶还包括支架4，该升降组件2可以包括电机21、丝杠22和升降块23，其中，电机21固定在支架4上，电机21具有转轴。丝杠22与转轴同轴相连。升降块23内开设有螺纹孔，升降块23套设于丝杠22上，升降块23外表面与支杆3相连。其中，电机21用于驱动丝杠22转动，从而使得升降块23升降带动支杆3相对于支架4移动。通过升降组件2可以保证靶本体1实现正常且高效的行程调节工作。

在本申请的一些实施例中，如图4所示，超高真空磁控溅射靶101还可以包括法兰5、气管6和屏蔽罩11，其中，屏蔽罩11具有容纳腔111和与容纳腔111一端相连通的开口（图4中未示出）。法兰5套设于支杆3外，与支架4相连。气管6盘旋若干扎且绕设于支杆3外，且位于法兰5靠近屏蔽罩11一侧，气管6的一端通入氩气，另一端与容纳腔111相连通。

在此情况下，供气管6输出的气体聚集在屏蔽罩11内，而后漫延到具有靶材处的开口处，进而实现高质量的薄膜沉积。在法兰5外侧盘设的气管6，可在一定范围内弹性伸长或收缩，从而能够配合靶本体1的行程调节，从而保证了超高真空磁控溅射靶101正常的工作状态。

为防止靶材污染，在本申请的一些实施例中，如图5所示，该超高真空磁控溅射靶101还可以包括挡板7、旋转气缸8和磁耦合驱动器9，其中，挡板7设置于靶材远离靶头12的一侧，用于露出或者遮盖靶材，靶材可以安装在图5所示的a处。旋转气缸8具有输出轴。磁耦合驱动器9与输出轴相连，磁耦合驱动器9驱动其内部的真空腔体内的传动轴转动，挡板7与传动轴相连。

这样一来，如图5所示，在进行磁控溅射之前可以进行预溅射，预溅射时，挡板7位于靶头12的上方，预溅射时，可以将靶材表面的杂质等溅射到挡板7靠近靶材的一侧，从而使得靶材的靠近挡板7的一侧更加清洁，而后通过旋转气缸8驱动使得挡板7摆动露出靶材朝向基片200进行溅射。在本申请的另一些实施例中，若真空室102内超高真空磁控溅射靶101为多个时，若有溅射靶闲置时，可以将闲置的溅射靶的挡板7进行摆动遮挡住其靶材，从而防止其它靶材进行溅射时污染该溅射靶上的靶材。

以下对上述提及的靶本体1进行举例说明，例如，在本申请的一些实施例中，如图6所示，该靶本体1除了上述提及的屏蔽罩11，还可以包括靶头12、底座13、磁环14和磁柱15。其中，靶头12与支杆3的一端相连，靶头12还与电源阴极相连，靶头12内部形成有安装腔121。底座13设置于安装腔121内，且与安装腔121底壁相连。磁环14设置于安装腔121内，且位于底座13上。磁柱15设置于安装腔121内，且位于底座13上，还位于磁环14内。靶材设置于靶头12远离支杆3一侧的外表面。其中，磁环14上表面、磁柱15上表面与安装腔121内壁之间均具有间隙。安装腔121内通入冷却液。

在此情况下，如图6所示，靶头12内部形成的安装腔121可以用于承装磁环14和磁柱15，磁环14和磁柱15之间构成磁场。氩离子以高能量轰击靶材表面，使靶材发生溅射。在溅射的过程中，因为原子能量很大一部分转为热量，若无冷却或冷却不足，这种热量将使靶头12温度过高从而溶化整个靶材。因此，磁环14上表面、磁柱15上表面与安装腔121内壁之间均具有间隙，当安装腔121内通入冷却液的情况下，液体会在安装腔121内的空间流动，从而对靶头12进行降温，进而对靶材进行降温。

此外，由于靶头12位于容纳腔111内，且靶材露出于开口，挡板7档设于开口处。这样一来，挡板7可以遮挡住靶材，从而防止靶材污染。

为给安装腔121内提供冷却液，在本申请的一些实施例中，该超高真空磁控溅射靶101还可以包括如图7所示的进水管16、出水管17和水箱（图7中未示出），其中，进水管16一端与磁环14内的空间相连通。出水管17一端与底座13和安装腔121底壁上表面的空间相连通。水箱与进水管16的另一端和出水管17另一端相连通，水箱用于提供冷却液。

在此情况下，如图7所示，箭头方向为冷却液走向，通过将进水管16可以将水箱内的水流输送到安装腔121内，而后通过出水管17将安装腔121内的水流排入到水箱内，从而形成循环。当然，在本申请的一些实施例中，可以采用水泵将水箱内的水打入至安装腔121内，也可以采用其它方式，本申请对此不做限定。此外，水箱内也可以装入其它液体，只要能够满足对靶头12的降温需求的液体均可。

此外，在本申请的一些实施例中，如图7所示，由于磁环14和磁柱15位于安装腔121内，且磁环14和磁柱15的上表面与安装腔121的上壁之间具有间隙，进水管16的冷却液可以直接进入到磁环14和磁柱15之间的空间内，如图7所示的箭头方向为冷却液流向，随着冷却液的逐步增多，冷却液可以漫延到磁环14和磁柱15，与安装腔121内壁之间的间隙处，从而对安装腔121的上壁进行冷却，进而对安装腔121上部的靶材进行冷却。随着冷却液的增多，冷却液也可以由磁环14的上部向靶头12的侧面漫延，从而进入到底座13底部，由于出水管17位于底座13与安装腔121底部内壁之间的缝隙处，因此，冷却液可以由出水管17排出。这样一来，冷却液可以在安装腔121内进行流动带走热量，从而进行有效的降温。

以下对上述提及的磁环14和磁柱15进行举例说明，例如，在本申请的一些实施例中，如图8所示，该磁环14和磁柱15可以均为磁钢，且磁环14和磁柱15的同侧可以为异性磁极。

例如，在本申请的一些实施例中，如图8所示，磁柱15上部为S极，那么磁环14的上部就为N极，从而S极和N极之间构成磁场，电子e走向如图8所示所示，氩气Ar向下冲击进入磁场内与电子e之间发生碰撞从而发生电离出氩离子进而轰击靶材。

需要说明的是，在本申请的一些实施例中，如图9所示，靶头12可以分为两部分，分为上靶头122和下靶头122，其中，上靶头122和下靶头123之间焊接在一起，从而使得上靶头122和下靶头123之间形成上述提及的安装腔121。

由于靶头12还与电源阴极相连，为避免整个设备导电，从而造成设备损坏或者造成人员受伤的问题。在本申请的一些实施例中，该超高真空磁控溅射靶101还可以包括绝缘件18，绝缘件18的一端与靶头12相连，另一端与支杆3相连（如图9所示，另一端也可以通过法兰与支杆3相连，法兰底部支杆3未示出，可以参考图6）。在此情况下，绝缘件18可以将靶头12的电与支杆3之间进行隔离，从而保证设备的使用安全。

以下对上述提及的绝缘件18结构进行举例说明，例如，在本申请的一些实施例中，如图10所示，该绝缘件18可以包括第一套环181、陶瓷环182和第二套环183，其中，第一套环181一端与靶头12远离靶材的一侧相连，作为绝缘件18与靶头12相连的一端。陶瓷环182位于第一套环181远离靶头12一侧，陶瓷环182的一端与第一套环181另一端相连。第二套环183一端与陶瓷环182的另一端相连；第二套环183的另一端与支杆3相连，作为绝缘件18与支杆3相连的另一端。其中，第一套环181和第二套环183均为可伐材料，陶瓷环182为陶瓷材料。第二套环183外表面还可以通过法兰等与屏蔽罩11相连。

需要说明的是，本申请提及的可伐材料可以为铁镍钴合金，这样一来，一方面，如图11所示，为绝缘件18的剖视图，陶瓷环182位于第一套环181和第二套环183之间，且陶瓷环182可以隔离通电。另一方面，陶瓷环182可以与第一套环181和第二套环183的可伐材料焊接在一起，从而形成一个整体构件。可伐材料的第一套环181和第二套环183还可以与靶头12和支杆3金属材料焊接在一起。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超高真空磁控溅射靶，其特征在于，包括：

支杆；

升降组件，与所述支杆相连，用于驱动所述支杆沿着所述支杆的延伸方向移动；

靶头，与所述支杆的一端相连，所述靶头还与电源阴极相连，所述靶头内部形成有安装腔；

底座，设置于所述安装腔内，且与所述安装腔底壁相连；

磁环，设置于所述安装腔内，且位于所述底座上；

磁柱，设置于所述安装腔内，且位于所述底座上，还位于所述磁环内，靶材设置于所述靶头远离所述支杆一侧的外表面；

其中，所述磁环上表面、所述磁柱上表面与所述安装腔内壁之间均具有间隙；所述安装腔内通入冷却液。

2.根据权利要求1所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述超高真空磁控溅射靶还包括绝缘件，所述绝缘件的一端与所述靶头相连，另一端与所述支杆相连。

3.根据权利要求2所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述绝缘件包括：

第一套环，一端与所述靶头远离所述靶材的一侧相连，作为绝缘件与所述靶头相连的一端；

陶瓷环，位于所述第一套环远离所述靶头一侧，所述陶瓷环的一端与所述第一套环另一端相连；

第二套环，一端与所述陶瓷环的另一端相连；所述第二套环的另一端与所述支杆相连，作为所述绝缘件与所述支杆相连的另一端。

4.根据权利要求3所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述第一套环和所述第二套环均为可伐材料，所述陶瓷环为陶瓷材料。

5.根据权利要求3所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述超高真空磁控溅射靶还包括：

挡板，设置于所述靶材远离所述靶头的一侧，用于露出或者遮盖所述靶材；

旋转气缸，具有输出轴；

磁耦合驱动器，与所述输出轴相连，所述磁耦合驱动器驱动其内部的真空腔体内的传动轴转动，所述挡板与所述传动轴相连。

6.根据权利要求5所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述超高真空磁控溅射靶还包括支架；

所述升降组件包括：

电机，固定在支架上，所述电机具有转轴；

丝杠，与所述转轴同轴相连；

升降块，所述升降块内开设有螺纹孔，所述升降块套设于所述丝杠上，所述升降块外表面与所述支杆相连；

其中，所述电机用于驱动所述丝杠转动，从而使得所述升降块升降带动所述支杆相对于所述支架移动。

7.根据权利要求6所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述超高真空磁控溅射靶还包括：

屏蔽罩，具有容纳腔，和与所述容纳腔一端相连通的开口；所述靶头位于所述容纳腔内，且所述靶材露出于所述开口，所述挡板档设于所述开口处；所述第二套环外表面还与所述屏蔽罩相连；

法兰，套设于所述支杆外，与所述支架相连；

气管，盘旋若干扎且绕设于所述支杆外，且位于所述法兰靠近所述靶头一侧，所述气管的一端通入氩气，另一端与所述容纳腔相连通。

8.根据权利要求1~4任一项所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述超高真空磁控溅射靶还包括：

进水管，一端与所述磁环内的空间相连通；

出水管，一端与所述底座和安装腔上表面的空间相连通；

水箱，与所述进水管的另一端和所述出水管另一端相连通，所述水箱用于提供所述冷却液。

9.根据权利要求1所述的超高真空磁控溅射靶，其特征在于，所述磁环和磁柱均为磁钢，且所述磁环和所述磁柱的同侧为异性磁极。

10.一种磁控溅射装置，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的超高真空磁控溅射靶、真空室和位于所述真空室内的基台；

其中，所述基台上用于承载基片，所述超高真空磁控溅射靶与所述基片相对设置。

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