非平衡平面磁控濺射陰極及其鍍膜裝置的製作方法
2023-05-28 19:34:41
專利名稱：非平衡平面磁控濺射陰極及其鍍膜裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非平衡平面磁控濺射陰極及其鍍膜裝置，屬真空鍍膜技術領域。
目前工業應用的非平衡平面磁控濺射陰極，如荷蘭豪士公司(Hauzer TechnoCoating)在HTC型鍍膜裝置中採用的是電磁鐵以增強普通磁控濺射陰極的外圍磁極，所構成的非平衡磁控濺射陰極，如圖1所示。圖1中，1是電磁鐵，2是靶材，3是永磁體，4是真空室。其特點是採用永磁體產生磁場，永磁體的N-S軸線垂直於靶面，外圍永磁體與心部永磁體的極性相反；採用純鐵(或低碳鋼)背板連接外圍永磁體和心部永磁體。
目前已有裝備非平衡平面磁控濺射陰極的真空鍍膜裝置投放市場。例如荷蘭豪士公司生產的HTC1000-4 ABS鍍膜裝置，該裝置是在真空室四周布置了4個如圖1所示的非平衡磁控濺射陰極。見圖2，圖2中，1是電磁鐵，2是靶材，3是永磁體，5是跑道磁力線，6是發散磁力線，7是行星室工件架。彼此相鄰的兩個非平衡磁控濺射陰極，其磁場極性是相反的。於是，各自發散的磁力線彼此相連，在真空室壁內側構成磁力線網來約束電子。約束電子的磁力線網集中在真空室壁附近，使這一地區的離化率提高，但對真空室內部鍍膜速率較高的區域，也就是對於更需要提高離化率的區域反而影響不大。此外，約束電子的磁力線網在真空室的上、下端並未封閉，電子容易由此逃逸。
本發明的目的是設計一種非平衡平面磁控濺射陰極及其鍍膜裝置，使全封閉磁力線網籠擠滿整個真空室，在整個真空室的鍍膜空間實現對電子的控制，使電子難以逃逸到真空室壁(陽極)，以提高整個真實室的氣體離化率。
本發明設計的非平衡平面磁控濺射陰極，包括靶材、非鐵磁體背板、永磁體、極靴。永磁體的N-S軸線平行於靶面放置於靶材與非鐵磁體背板之間，左右兩側的永磁體的相同磁性的磁極相對，心部極靴放置於兩側永磁體之間，永磁體的外側為外圍極靴，永磁體與靶材之間有水冷通道。
本發明利用上述非平衡平面磁控濺射陰極設計了鍍膜裝置，該裝置的真空室四周均勻分布有如上所述的陰極，真空室中心設置有電磁鐵，電磁鐵的磁極與磁控濺射陰極按相反的極性相對，被鍍膜的工件置於陰極與電磁鐵之間。
本發明設計的非平衡平面磁控濺射陰極，其心部極靴發出的磁力線一部分進入靶面，為跑道磁力線，構成跑道磁場；另一部分為發散磁力線，從而實現非平衡磁控濺射陰極的磁力線分布。
將本發明設計的陰極應用於鍍膜裝置，在真空室中心裝置電磁鐵，其優點在於進一步使非平衡磁控濺射陰極的發射磁力線延伸到真空室的中心部位，從而使整個真空室的工件都能浸沒在等離子體中接受離子轟擊。
上述中心電磁鐵處於懸浮電位或加上低於濺射閾值的負偏壓以反射沿發射磁力線螺旋前進而到達中心電磁鐵的電子。
本發明設計的鍍膜裝置，使全封閉磁力線籠子擠滿整個真空室，在整個鍍膜空間實現對電子的控制，使電子難以逃逸到真空室壁(陽極)，以提高整個真實室的氣體離化率。
圖1是已有技術的豪士非平衡平面磁控濺射陰極的結構示意圖。
圖2是已有技術的豪士鍍膜裝置示意圖。
圖3是本發明設計的非平衡平面磁控濺射陰極的結構示意圖。
圖4是利用本發明陰極所設計的鍍膜裝置的示意圖。
圖5是外圍磁力線網籠的頂端封閉情況示意圖。
下面結合附圖詳細介紹本發明的內容。
圖3中，11是靶材，12是外圍極靴，其材料為純鐵，13是永磁體，14是非鐵磁體背板，其材料為聚四氟乙烯，15是水冷通道，16是心部極靴，其材料為純鐵，17是強等離子區域，18是發散磁力線，19是跑道磁力線。
圖4中，21是真空室，22是電磁鐵心部極靴，其材料為純鐵，23是電磁鐵線圈，24是電磁鐵外圍極靴，其材料為純鐵，25是電磁鐵背板，其材料為純鐵，26是外圍磁力線(構成磁力線網籠)，27是心部磁力線(構成心部磁力線網籠)，28是跑道磁力線，29是本發明設計的非平衡平面磁控濺射陰極。
圖5中，21是真空室，26是外圍磁力線網籠，28是跑道磁力線，29是本發明設計的非平衡平面磁控濺射陰極，30是電磁鐵。
如圖3所示，本發明設計的非平衡平面磁控濺射陰極，包括靶材11、非鐵磁體背板14、永磁體13、極靴12和16。永磁體的N-S軸線平行於靶面放置於靶材11與非鐵磁體背板14之間，兩側永磁體的N極相對，心部極靴16放置於兩側永磁體之間，永磁體的外側均為外圍極靴12，永磁體與靶材之間有水冷通道15。
如圖4所示，本發明設計的非平衡平面磁控濺射陰極的鍍膜裝置，該裝置的真空室四周均勻分布有四具非平衡平面磁控濺射陰極，真空室中心設置有電磁鐵，電磁鐵的N,S磁極與磁控濺射陰極的N,S磁極按相反的極性相對。
本發明中中心磁體採用電磁體是為了便於通過調節其磁場強度以滿足各種鍍膜工藝所要求的不同程度的離化率。在工藝一定的條件下，也可以簡單採用永磁體。圖4所示的整個布置可劃分出四個相同的單元，每個單元包含一個非平衡平面磁控濺射陰極和一個電磁鐵。電磁鐵的磁場與本設計的非平衡平面磁控濺射陰極相似，即包括跑道磁場和心部發散磁場兩部分。每個非平衡平面磁控濺射陰極的跑道磁場正對一個電磁鐵的跑道磁場，但極性相反。每個單元中，非平衡平面磁控濺射陰極和電磁體這兩者的發散磁場共同作用，構成一個外圍磁力線網籠和一個心部磁力線網籠，並且都是頂部和底部全部封閉的。圖5表示外圍磁力線網籠的頂部(或底部)的封閉情況，這樣可以避免電子從真空室上端和下端逃逸到真空室壁(即陽極)。如圖所示，整個鍍膜裝置共有8個全封閉磁力線籠子擠滿整個真空室，在整個鍍膜空間實現對電子的控制，使電子難以逃逸到真空室壁(陽極)，以提高整個真實室的氣體離化率。
每個單元獨立具有非平衡磁控濺射功能，在鍍膜裝置中可以單獨安裝，也可以多個任意組裝，如圖4為4個單元組裝的情況。
權利要求
1.一種非平衡平面磁控濺射陰極，包括靶材、非鐵磁體背板、永磁體、極靴；其特徵在於兩塊永磁體的N-S軸線平行於靶面放置於靶材與非鐵磁性背板之間，兩側永磁體的N極相對，心部極靴放置於永磁體之間，永磁體的外側均為S外圍極靴，永磁體與靶材之間有水冷通道。
2.一種裝有如權利要求1所述的非平衡平面磁控濺射陰極的鍍膜裝置，其特徵在於該裝置的真空室四周分布有非平衡平面磁控濺射陰極，真空室中心設置有電磁鐵，電磁鐵的N,S磁極與非平衡平面磁控濺射陰極的N,S磁極按相反的極性相對。
全文摘要
本發明設計一種非平衡平面磁控濺射陰極,包括靶材、非鐵磁體背板、永磁體、極靴。兩塊永磁體的N－S軸線平行於靶面放置於靶材與非鐵磁性背板之間,兩側永磁體的N極相對,永磁體與靶材之間有水冷通道。鍍膜裝置的真空室四周均勻分布有磁控濺射陰極,真空室中心設置有電磁鐵。本發明使全封閉磁力網籠擠滿整個真空室,在整個鍍膜空間實現對電子的控制,使電子難以逃逸到真空室壁(陽極),以提高整個真空室的氣體離化率。
文檔編號C23C14/35GK1215094SQ9812036
公開日1999年4月28日 申請日期1998年10月9日 優先權日1998年10月9日
發明者範毓殿, 王百海, 黃熾雄 申請人:北京振濤國際鈦金技術有限公司