[發(fā)明專利]細外徑磁控旋轉(zhuǎn)陰極及用于提高沉積速率的方法

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• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112553586A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋光耀;田修波;李建偉
• 申請（專利權(quán)）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 陳培瓊

本發(fā)明公開了一種細外徑磁控旋轉(zhuǎn)陰極及用于提高沉積速率的方法，所述細外徑磁控旋轉(zhuǎn)陰極包括靶管和設(shè)置在靶管內(nèi)的靶芯，該靶芯包括磁芯座和磁鐵，所述磁芯座上的水道孔偏心設(shè)置，該水道孔的回水口位于所述磁芯座的下端位置，若干磁鐵分布在所述磁芯座的外壁上。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，水道孔偏心位置以及磁鐵位置布置合理，能有效且大幅度提高了靶面磁場強度，能夠給沉積速率帶來較高的提升；冷卻水在磁芯座外部形成冷卻，并帶走熱量，以熱水形式經(jīng)回水口流入水道孔上升流出，形成低進高出的冷卻水路，冷卻效果好，可以承受更高的使用功率，進一步提升沉積速率。另外整體結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，占用空間少，適用性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁控濺射鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種細外徑磁控旋轉(zhuǎn)陰極及用于提高沉積速率的方法。

背景技術(shù)

常見鍍膜方式有PVD(物理氣相沉積)、CVD(化學氣相沉積)。而應用較多的是PVD，PVD里邊較常見的鍍膜手段是磁控濺射。磁控濺射鍍膜也是較多工業(yè)應用場景下所采用的膜層沉積手段，其主要原理是采用磁控管的方式，實現(xiàn)大面積沉積，故而能夠?qū)崿F(xiàn)大批量薄膜沉積，以及工業(yè)生產(chǎn)。

一般來說，磁控濺射鍍膜領(lǐng)域中的陰極有圓形陰極(也有稱為圓餅陰極)、矩形陰極(也有稱為平面陰極)和圓柱陰極(也有稱為旋轉(zhuǎn)陰極或旋轉(zhuǎn)靶)。由于圓形陰極可沉積的區(qū)域有限，所以在微型及小型尺寸的產(chǎn)品使用較多，例如光通訊行業(yè)的各種濾光片、光纖通道面鍍膜等；由于靶材刻蝕過程，平面陰極的刻蝕區(qū)會呈現(xiàn)跑道外形，且隨著靶材冷卻程度變化，靶電源施加功率大小變化，從而影響其均勻性較多，同時工藝變動也較為頻繁；旋轉(zhuǎn)陰極工作時，由于靶材能自轉(zhuǎn)，從而使刻蝕區(qū)會覆蓋整個靶面，故而實現(xiàn)工藝變動小，長時間連續(xù)生產(chǎn)穩(wěn)定性高。

綜上所述，基本上采用磁控濺射鍍膜的薄膜制備領(lǐng)域，都已經(jīng)采用旋轉(zhuǎn)陰極替代矩形陰極來提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。當然某些材料不能容易實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)靶材制備的情況，仍然還是采用平面靶材較多。

早期旋轉(zhuǎn)陰極在大面積玻璃連續(xù)式鍍膜設(shè)備中使用較多，靶材通過焊接或噴涂置于靶管外壁，靶管內(nèi)徑Φ125mm，外徑Φ133m，行業(yè)俗稱Φ133mm靶；進入國內(nèi)后，隨著單體式鍍膜設(shè)備中使用，因成本考量，僅是簡單修改為Φ70mm靶。同時在實際沉積速率測試過程中，發(fā)現(xiàn)Φ133mm靶和Φ70mm靶對沉積速率并無差別性體現(xiàn)，只是Φ133m靶的靶外徑更大，同樣厚度的靶材，所能使用的時間會更長，但對生產(chǎn)效率并無根本改善。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，能提高靶面磁場強度的細外徑磁控旋轉(zhuǎn)陰極。

本發(fā)明的目的還在于，提供一種上述細外徑磁控旋轉(zhuǎn)陰極用于提高沉積速率的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：

一種細外徑磁控旋轉(zhuǎn)陰極，其包括靶管和設(shè)置在靶管內(nèi)的靶芯，該靶芯包括磁芯座和磁鐵，所述磁芯座上偏心設(shè)有水道孔，該水道孔的回水口位于所述磁芯座的下端位置，若干磁鐵分布在所述磁芯座的外壁上。所述靶管的外徑≤25mm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述磁芯座的外壁上設(shè)有用來安裝所述磁鐵的裝配槽，方便快速安裝磁鐵，且固定效果好。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述裝配槽的開口兩側(cè)設(shè)有方便取放所述磁鐵的缺口。所述缺口的寬度為1～2mm，形成供工具活動空間，利于磁鐵的快速放取。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，直接在所述磁芯座上軸向開孔形成所述水道孔，該水道孔與磁芯座為一體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述磁芯座的外壁上設(shè)有固置凹位，在該固置凹位上固置有金屬空心管形成所述水道孔，該金屬空心管與磁芯座為分體結(jié)構(gòu)，利于加工實現(xiàn)，使得靶管外徑進一步縮減成15mm，甚至更小。固置方式可以是點位焊接、滾面焊接或bonding等方式。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述水道孔的內(nèi)孔壁與磁芯座的外壁之間距離為1.5～2mm。