[发明专利]磁控溅射镀膜阴极装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及磁控溅射镀膜领域，尤其涉及一种磁控溅射镀膜阴极装置。 

【背景技术】

磁控溅射镀膜工艺所使用的阴极按结构形状分成平面阴极和旋转阴极，由于旋转阴极的靶材利用率高、可加载的电功率大等优点，旋转阴极的使用越来越广泛。旋转阴极的靶材和靶材内筒固定在一起成为一个整体，一般简称为靶筒，在阴极工作时靶材旋转，磁棒固定不动位于靶筒的中心，从而磁棒提供固定的、稳定的磁场，使得溅射能稳定、持续的发生，靶材表面能够均匀刻蚀。 

在溅射工艺过程中，大部分能量转变成热量，因此需要对真空室、阴极等部件进行水冷却。但传统的磁控溅射镀膜阴极装置都采用单端进水冷却，冷却水从一端流入，再从另一端流出，出口冷却水和入口冷却水的温差可达20℃，长时间工作，永久磁铁和靶材两端的温度差也可达20℃，从而磁棒沿长度方向上的磁场强度变化较大，磁场不均匀，根据磁控溅射原理，氩离子轰击靶材表面的原子而形成薄膜，如果靶材温度低，原子需要更多的轰击动能才能溅射出来，因此靶材两端温度的不同会造成薄膜的厚度不均匀，从而影响镀膜的均匀性。 

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能显著提高镀膜均匀性的磁控溅射镀膜阴极装置。 

一种磁控溅射镀膜阴极装置，包括靶筒和位于所述靶筒内的磁棒管材，所述靶筒包括靶材内筒和固定在所述靶材内筒外表面的溅射靶材，所述磁棒管材内部安装有提供溅射用磁场的磁铁并设有冷却水通道，所述冷却水通道包括进水通道、回水孔、回水通道及多个在磁场区附近沿磁棒管材长度方向分布的出水孔，冷却水从磁棒管材内部的一端进入所述进水通道通过多个出水孔喷射到靶材内筒，再沿靶材内筒内壁流入所述回水孔从所述回水通道流出。 

优选的，所述磁铁安装在磁铁座上，所述磁铁座底面连接有多个可伸缩的连接杆，所述连接杆的一端与所述磁铁座连接，另一端通过固定块固定在所述磁棒管材上。 

优选的，所述冷却水通道包括两个进水通道和两个回水通道，所述两个进水通道和两个回水通道分别在所述连接杆两侧对称设置。 

优选的，所述磁棒管材内设有3个永久磁铁，所述3个永久磁铁倾斜或水平安装，位于中间的永久磁铁与两边的永久磁铁极性相反安装。 

优选的，所述永久磁铁为钕铁硼材料或钐钴铁材料。 

优选的，所述永久磁铁的截面形状为正方形、长方形、梯形或半圆形。 

优选的，所述溅射靶材为金属、合金或化合物材料。 

优选的，所述靶材内筒为不锈钢材料。 

优选的，所述磁棒管材为不锈钢或铝合金材料。 

通过在磁棒管材的溅射区附近表面设置多个出水孔，冷却水可以从进水通道通过出水孔均匀喷射到靶材内筒，相比传统的单端进水冷却，冷却水在长度方向上的冷却效果更均匀，旋转阴极磁棒管材沿长度方向上的磁场强度变化很小，溅射靶材在长度方向上温差很小，从而使镀膜均匀性得到显著提高。 

同时，磁铁固定在可伸缩的连接杆上，可以通过调节连接杆来调整磁铁距溅射靶材表面的距离，使初始安装好的旋转阴极溅射靶材表面的磁场强度是均匀，进一步提高了镀膜的均匀性。 

【附图说明】

图1为磁控溅射镀膜阴极装置的截面图。 

图2为磁控溅射镀膜阴极装置冷却水循环及磁力线截面示意图。 

【具体实施方式】

下面主要结合附图说明磁控溅射镀膜阴极装置(以下简称旋转阴极)的结构。通过对溅射区域进行均匀冷却，靶材两端没有温差，溅射过程中磁场稳定，可以使镀膜厚度均匀。 

如图1所示为磁控溅射镀膜阴极装置的截面图，该磁控溅射镀膜阴极装置包括靶筒10和磁棒管材20。靶筒10为筒状结构，包括溅射靶材110和靶材内筒120，溅射靶材110均匀覆盖在靶材内筒120上，并与靶材内筒120构成一个整体。 

磁棒管材20位于靶筒10内，磁棒管材20内部安装有磁铁210并设有冷却水通道220。磁铁210提供溅射用磁场，如图2所示的两个闭环磁场，旋转阴极工作时，氩离子等垂直于磁力线运动并刻蚀溅射靶材110表面。