旋转阴极磁场磁控溅射装置

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1.本实用新型涉及一种磁控溅射装置,尤其涉及旋转阴极磁场磁控溅射装置。

背景技术：

2.现如今，社会科学技术快速发展，促使着各行各业对于大量关键性器件的功能性薄膜的需求水平也在不断升高，磁控溅射技术是现在各行业所普遍采用的一项镀膜技术，磁控溅射装置也是进行真空镀膜时的重要设备之一，但它仍然存在着一些缺陷。现在所使用的磁控溅射装置是利用电子在正交电磁场的作用下，不断的轰击靶材表面，使溅射出来的靶材粒子沉积在基体上形成薄膜。但是，大多数采用的磁场装置都是静止的，这使得在靶材的溅射工作区域里，磁场的大小是不一样的，就会造成靶面发生不均匀的溅射刻蚀而形成类似“跑道”的表面轮廓，在等离子体密度较大的区域还会发生严重的溅射刻蚀而呈现较深的凹槽，从而降低了靶材的利用率，影响了溅射过程的稳定性以及沉积的薄膜质量。

技术实现要素：

3.本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种旋转阴极磁场磁控溅射装置。其能在一定程度上提高靶材的溅射速率，延长靶材的利用寿命，保证靶面磁场的均匀分布，从而适应不同情况下对于磁控溅射装置的要求和需求。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括靶材-基体固定架、磁极旋转架、磁极凸轮滑动机构、靶材和磁体冷却系统，几者均位于真空腔体内；靶材-基体固定架为环形，用于安装靶材和待镀基体；靶材外围放置有一冷却箱；磁极旋转架通过滚动轴承和顶丝与靶材-基体固定架同轴安装，并通过驱动皮带轮带动磁极旋转；凸轮滑轨结构通过磁极上的凸轮柱在环形凸轮面上运动，使做旋转运动的磁极同时在滑轨上做上下直线运动，且磁体运动区域外围有一个冷却箱。
5.进一步地，靶材-基体固定架内部(一层)安装待镀基体，外部(一层)安装靶材，且一一对应形成六个工作区，靶材-基体固定架上端安装有加载电极，用于在靶材-基体间形成稳定的电场，且靶材与基体能够通过真空腔体的上端开口进行更换。
6.更进一步地，靶材与基体均为圆弧环状。
7.进一步地，所述磁极旋转架的上端通过滚动轴承与靶材-基体固定架同轴安装在固定轴上，下端通过顶丝安装在空心旋转轴上，空心旋转轴通过法兰轴承安装在真空腔体上，并通过驱动皮带轮带动旋转，永磁体和磁轭组合通过滑块和滑轨安装在磁极旋转架上，并跟随旋转架做旋转运动。
8.进一步地，所述磁极凸轮滑动机构包括凸轮、凸轮柱、滑轨和滑块，其中，凸轮采用圆环，在其内部圆弧面设有凸轮轨迹，且凸轮通过凸轮安装孔固定在真空腔体上；凸轮柱固定于磁极组合的上方，与磁轭连接在一起，通过滑块与滑轨相连，滑轨固定在旋转架上，在磁体做圆周运动的同时，凸轮柱会在凸轮轨迹上运动，从而带动磁极组合通过滑块在滑轨上做上下直线运动，使永磁体配合磁轭产生的均匀磁场一直处于靶材的工作面上。
9.进一步地，靶材和磁体均安装有冷却装置，在靶材-基体固定架的外部，通过安装孔将靶材冷却箱安装在固定架上，冷却箱的进水管通过空心固定轴与外部连通，出水管通过空心旋转轴与外部连通，(从而实现冷却水的循环，达到对靶材进行降温的效果，)而磁体冷却箱位于磁体旋转运动的外围，通过安装孔安装在真空腔体上；磁体冷却箱的进、出水管均通过真空腔体的连接孔与外部相连。
10.与现有技术相比本实用新型有益效果。
11.本实用新型利用了一个旋转机构带动磁极组合旋转，并且利用凸轮机构使磁极组合在做旋转运动的同时还可以上下运动，在磁体在磁轭的配合下会在空间内产生均匀、稳定的磁场，通过旋转运动，可以是每一个靶材表面都均有相同的均匀磁场，使得靶材得到了充分的利用，也提高到了靶材的溅射率和基体薄膜沉积的质量。并且，此磁控溅射装置是利用一个磁极旋转机构得到了六个工作区域，可以提高薄膜溅射的工作效率。从而更好的满足各种功能性薄膜溅射的工作要求和需求。
附图说明
12.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。
13.图1是本实用新型一种旋转阴极磁场磁控溅射装置内部结构图。
14.图2是本实用新型一种旋转阴极磁场磁控溅射装置的旋转阴极磁场-凸轮滑轨运动机构的结构图。
15.图3是本实用新型一种旋转阴极磁场磁控溅射装置的整体外部视图。
16.图4是本实用新型一种旋转阴极磁场磁控溅射装置的顶部视图。
17.图中，1为永磁体冷却箱，2为圆环凸轮，3为靶材冷却箱，4为靶材-基体固定架，5为滚动轴承，6为真空腔体，7为法兰联轴器，8为空心固定轴，9为靶材冷却箱进水通道，10为磁体旋转架，11为凸轮柱，12为加载电极，13为磁轭，14为基体，15为永磁体，16为直线滑块，17为靶材，18为内六角顶丝二，19为法兰轴承，20为驱动皮带轮，21为空心旋转轴，22为靶材冷却箱出水通道，23为永磁体冷却箱固定端，24为永磁体冷却箱出水通道，25为法兰联轴器固定孔，26为直线滑轨，27为内六角顶丝一，28为凸轮安装端，29为内六角顶丝三，30为合页，31为上端盖板，32为抽真空孔，33为永磁体冷却箱进水通道，34为接地孔，35为靶材-基体进出口，36为凸轮安装孔。
具体实施方式
18.旋转阴极磁场磁控溅射装置，包括永磁体旋转机构、磁极凸轮滑动机构、靶材-基体固定装置、靶材-基体和磁体冷却系统。
19.其中，整个结构装置都处于真空腔体内，永磁体旋转机构包括磁极组合、磁体旋转架、滚动轴承、法兰轴承、驱动皮带轮和空心旋转轴，其是通过外部的驱动装置带动，使磁极组合跟随旋转架做圆周运动。
20.在磁极旋转架外围还有一个冷却箱，分为四个部分，按圆周排列在磁体旋转的区域，安装在真空腔体上，对磁极组合起着降温的作用。磁极凸轮滑动机构包括凸轮、凸轮柱、直线滑轨组合，凸轮是一个圆环，内部圆柱面有凸轮柱运动轨迹，且凸轮安装在真空腔体
上，凸轮柱与磁极组合安装在一起，通过直线滑轨组合上下移动。
21.靶材-基体固定装置包括法兰联轴器、空心固定轴、靶材-基体固定架、安装顶丝和加载电极，空心固定轴通过法兰联轴器安装在真空腔体上，靶材-基体固定架通过顶丝安装在固定轴上，基体放置于靶材-基体固定架的内部，一共可以放置六个，并通过连接槽中的导线连接在一起，在靶材-基体固定架的外围一层，安装着六个靶材，它们与六个基体是一一对应的，也是通过连接槽中的导线连接在一起的，在六个靶材的外围还安装着一个冷却水箱，通过水循环对靶材起着降温的作用，在靶材-基体固定架的上端部分还安装着一个加载电极，通过导线连接对靶材和基体施加电压，基体做接地处理，使靶材和基体之间的区域产生稳定的电场。
22.实施例1：如图1-2所示，旋转阴极磁场磁控溅射装置，包括三大部分，都放置于真空腔体6里面。
23.第一个是磁控溅射装置内部的靶材-基体固定结构，这一部分是由以下部件组合而成：靶材冷却箱3、靶材-基体固定架4、内六角顶丝一27、加载电极12、法兰联轴器7、空心固定轴8、基体14、靶材17。其中，靶材冷却箱3安装在固定的靶材-基体固定架4上，与靶材接触进行降温，且靶材冷却箱进水通道9通过空心固定轴8的中间通道与外部连接，靶材冷却箱出水通道22通过空心旋转轴21的中间通道与外部连接，靶材-基体固定架4利用内六角顶丝一27安装在空心固定轴8上，空心固定轴8是用内六角顶丝一27安装在法兰联轴器7上，然后法兰联轴器7通过法兰联轴器固定孔25固定在真空腔体上。靶材17和基体14放置在靶材-基体固定架4的内部，且是一一对应的，一共有六组。加载电极12安装在靶材-基体固定架4的上端，通过加载电压为磁控溅射工作提供稳定的电场。
24.第二个是磁控溅射装置的磁极旋转结构，这一部分是由以下部件组合而成：永磁体冷却箱1、滚动轴承5、磁体旋转架10、磁轭13、永磁体15、内六角顶丝二18、法兰轴承19、驱动皮带轮20、空心旋转轴21。其中，磁体旋转架10的上端与滚动轴承5相连固定在空心固定轴8上，下端通过、内六角顶丝二18固定在空心旋转轴21上，空心旋转轴21利用法兰轴承19安装在真空腔体6上，然后在空心旋转轴21上安装有驱动皮带轮20，可以通过外部驱动装置带动，从而使磁体旋转架10旋转起来，磁轭13和永磁体15配合安装在磁体旋转架10上，跟随其旋转运动，并且在磁体做旋转运动的外围区域有一个永磁体冷却箱1，它通过永磁体冷却箱固定端23安装在真空腔体6上，使得在磁体运动时可以起到降温的作用。
25.第三个是磁控溅射装置的凸轮直线运动结构，这一部分是由以下部件组合而成：圆环凸轮2、凸轮柱11、直线滑块16、直线滑轨26。其中，在磁体旋转架10带动磁极组合做旋转运动的同时，安装于磁极组合上端的凸轮柱11会在圆环凸轮2的内部圆柱面的凸轮轨迹上运动，从而带着磁极组合通过直线滑块16在直线滑轨26上做着上下往复运动，圆环凸轮2通过凸轮安装端28安装在真空腔体上。
26.实施例2：如图3-4所示，整个旋转阴极磁场磁控溅射装置是一个圆柱形，在上端部分有一个上端盖板31，它通过合页30与真空腔体6连接在一起，真空腔体6的上端面有一个抽真空孔32和一个接地孔34，并且，真空腔体6的上端内部为两层结构，下面一层相对于靶材17和基体14的位置有六个靶材-基体进出口35，可以通过它安装和取出靶材17和基体14，上面一层安装的上端盖板31可以进行关闭、打开的操作。
27.工作过程如下：
28.首先将待镀膜工件基体14通过上端口放入到磁控溅射装置内的靶材-基体固定架4上，其上有六个安装位置，且靶材也可以进行更换，然后关闭上端盖板31，并利用抽真空孔32，使整个装置内部变成真空区域，并充满ar粒子，同时利用加载电极12对靶材17进行加载电压，基体14通过接地孔34接地，且六个靶材17和六个基体14都是连接在一起的，从而使得靶材17和基体14之间的环形区域形成稳定的电场，靶材冷却箱3通过靶材冷却箱进水通道9和靶材冷却箱出水通道22实现冷却水的循环，从而对靶材进行降温操作，之后驱动皮带轮20通过外部的驱动装置带动磁体旋转架10做旋转运动，在磁体旋转架10上的永磁体15和磁轭13相互配合形成磁场，在转动的过程中，会为六个工作的靶材17提供磁场，同时磁极组合上端的凸轮柱11会在圆环凸轮2上运动，从而带着磁极组合在直线滑轨26上做上下直线运动，使得磁极组合产生的磁场也上下运动起来，靶面磁控溅射的磁场就变成了一个动磁场，使均匀的磁场一直运动在靶面的工作区域里，同时，在磁体旋转架3的旋转区域的外围有一个永磁体冷却箱1，其通过永磁体冷却箱进水通道33和永磁体冷却箱出水通道24实现冷却水的循环，从而对做旋转运动的磁极组合进行降温，保证磁控溅射的稳定性。一段时间后，当六个工作区的基体14完成磁控溅射镀膜后，就可以使加载电极12停止施加电压，然后关闭外部旋转驱动装置，再打开靶材-基体进出口35的上端盖板31，将已镀膜完成的工件基体14取出，完成整个溅射工艺。
29.可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.旋转阴极磁场磁控溅射装置，包括靶材-基体固定架、磁极旋转架、磁极凸轮滑动机构、靶材和磁体冷却系统，几者均位于真空腔体内；其特征在于：靶材-基体固定架为环形，用于安装靶材和待镀基体；靶材外围放置有一冷却箱；磁极旋转架通过滚动轴承和顶丝与靶材-基体固定架同轴安装，并通过驱动皮带轮带动磁极旋转；凸轮滑轨结构通过磁极上的凸轮柱在环形凸轮面上运动，使做旋转运动的磁极同时在滑轨上做上下直线运动，且磁体运动区域外围有一个冷却箱。2.根据权利要求1所述的旋转阴极磁场磁控溅射装置，其特征在于：靶材-基体固定架内部安装待镀基体，外部安装靶材，且一一对应形成六个工作区，靶材-基体固定架上端安装有加载电极，用于在靶材-基体间形成稳定的电场，且靶材与基体能够通过真空腔体的上端开口进行更换。3.根据权利要求2所述的旋转阴极磁场磁控溅射装置，其特征在于：靶材与基体均为圆弧环状。4.根据权利要求1所述的旋转阴极磁场磁控溅射装置，其特征在于：所述磁极旋转架的上端通过滚动轴承与靶材-基体固定架同轴安装在固定轴上，下端通过顶丝安装在空心旋转轴上，空心旋转轴通过法兰轴承安装在真空腔体上，并通过驱动皮带轮带动旋转，永磁体和磁轭组合通过滑块和滑轨安装在磁极旋转架上，并跟随旋转架做旋转运动。5.根据权利要求1所述的旋转阴极磁场磁控溅射装置，其特征在于：所述磁极凸轮滑动机构包括凸轮、凸轮柱、滑轨和滑块，其中，凸轮采用圆环，在其内部圆弧面设有凸轮轨迹，且凸轮通过凸轮安装孔固定在真空腔体上；凸轮柱固定于磁极组合的上方，与磁轭连接在一起，通过滑块与滑轨相连，滑轨固定在旋转架上，在磁体做圆周运动的同时，凸轮柱会在凸轮轨迹上运动，从而带动磁极组合通过滑块在滑轨上做上下直线运动，使永磁体配合磁轭产生的均匀磁场一直处于靶材的工作面上。6.根据权利要求1所述的旋转阴极磁场磁控溅射装置，其特征在于：靶材和磁体均安装有冷却装置，在靶材-基体固定架的外部，通过安装孔将靶材冷却箱安装在固定架上，冷却箱的进水管通过空心固定轴与外部连通，出水管通过空心旋转轴与外部连通，而磁体冷却箱位于磁体旋转运动的外围，通过安装孔安装在真空腔体上；磁体冷却箱的进、出水管均通过真空腔体的连接孔与外部相连。

技术总结

本实用新型涉及一种磁控溅射装置,尤其涉及一种旋转阴极磁场磁控溅射装置。包括靶材-基体固定架、磁极旋转架和凸轮滑轨结构三个部分，靶材-基体固定架是一个环形，内部一层安装待镀基体，外部一层安装靶材，且一一对应形成六个工作区，靶材-基体固定架上端安装有加载电极，在靶材-基体间形成稳定的电场，磁极旋转架通过滚动轴承和顶丝与靶材-基体固定架同轴安装，并利用驱动皮带轮带动磁极旋转，凸轮滑轨结构是利用磁极上的凸轮柱在环形凸轮面上运动，使做旋转运动的磁极同时在滑轨上做上下直线运动，从而使均匀的磁场一直处于靶材的工作面上，从而提高靶材的利用率和溅射均匀度，改善了阴极磁场的质量，使基体表面沉积的薄膜质量更好。质量更好。质量更好。