專利名稱：一種具有磁場增強和調節功能的磁控濺射靶的制作方法
技術領域：
本發明涉及真空鍍膜技術領域，特別涉及真空鍍膜機中的一種具有磁場增強和調節功能 的磁控濺射靶。
背景技術：
磁控濺射真空鍍膜技術是一項應用極其廣泛的真空鍍膜技術，磁控濺射靶是磁控濺射鍍 膜設備中的核心部件。其中圓形和矩形平面磁控濺射耙是最為普通常用的結構形式。
磁控濺射靶內部的磁路結構是靶的關鍵技術所在。磁路結構的作用是在靶材表面上方產 生平行于靶面、構成閉合回路、高于200Gs的水平磁場，從而為靶工作時的正常磁控放電提供 必要的磁場條件。
磁控濺射靶內部的磁路結構有電磁鐵和永久磁鐵兩種形式。電磁鐵磁路具有產生磁場強 度大且可以調節的優點，但存在結構龐大、造價高、需要單獨的勵磁電源、難以用于大尺寸 平面靶的缺點。而永久磁鐵磁路結構以其成本低廉、結構簡單、尺寸小巧、裝卸方便等優點 得到廣泛應用。但是，采用普通永久磁鐵磁路結構的平面磁控濺射耙，在耙面處產生的磁場 強度不是很高，也不能調節，尤其是難以滿足濺射鐵磁材料的要求。因為當靶材為鐵、鎳、 鈷等高導磁率的鐵磁性材料時，由永久磁鐵磁路結構產生的大部分磁通量會通過靶材短路流 通，產生磁屏蔽效應，使靶面上方的水平磁場值變得很低，不能滿足正常磁控放電的需要。 另外，由于磁場不能調節，當靶材種類及尺寸(如由于濺射刻蝕而使靶材局部變薄)發生變 化時，靶面上方的水平磁場值也會隨之被動變化漂移，偏離原先的設定值，使鍍膜過程的放 電工藝參數發生變化，薄膜產品的一致性變差。

發明內容
針對現有普通平面磁控濺射靶存在的問題，本發明提供一種具有磁場增強和調節功能的 磁控濺射靶。
本發明的磁控濺射靶包括耙體、內部磁路和位置調節機構。耙殼、耙座構成耙體，耙材 通過壓環和螺釘固定在靶殼上，中心磁柱、正磁環、側磁環與導磁軛鐵構成內部磁路。在正 磁環后部與導磁軛鐵相接處的導磁軛鐵外部，設置徑向充磁的側磁環。側磁環的軸向高度等 于或略小于導磁軛鐵的側邊高度；側磁環的徑向厚度為正磁環徑向厚度的1/2 1/3。中心磁 柱、正磁環和側磁環的充磁方向與裝配關系有固定要求，不可錯亂。當中心磁柱上表面為S 極時，正磁環上表面為N極，側磁環外表面為N極；反之，當中心磁柱上表面為N極時，正磁環上表面為S極，側磁環外表面為S極。在靶座法蘭板后面設置雙級位置調節機構。在冷 卻水管外設有靶管，在左右兩靶管中心位置設有長螺桿，長螺桿通過靶管提升座板和靶管螺 帽、耙管壓墊、靶管半卡環、靶管套墊，與靶座的套管絕緣連接，能夠調節靶內磁路結構部 分相對于耙材表面的前后位置。靶管提升座板通過螺釘和中間壓板固定短螺套，短螺套通過 螺紋與水管提升座板連接，水管提升座板通過圓螺母、圓螺母墊片、水管小壓墊、水管小套 墊和水管小半環，與導磁軛鐵組焊件的冷卻水管絕緣連接，能夠調節靶面相對于靶法蘭的前
后位置。二個位置調節的運動驅動均采用螺旋絲杠一螺母傳動機構實現，利用雙層套筒結構 將二套運動傳遞復合在相同軸線上的狹小空間內。
本發明的磁場增強和調節功能是通過以下技術措施實現的-
1. 設置了徑向充磁的側向磁環。增加徑向充磁的側磁環，能夠明顯增強靶面上方的水平 磁場強度，使之能夠滿足鍍制鐵磁材料的強磁場要求。
2. 在耙法蘭板后面設置了一套完整的雙級位置調節機構，能夠隨時、連續調節靶材表面 上方的磁場強度，使之適合于不同導磁率、不同厚度的靶材對表面磁場的不同要求，同時可 以在鍍膜設備中調節靶面相對于被鍍工件的靶基距，以適應不同尺寸工件和不同工藝參數的 濺射鍍膜過程。
該耙是一種既具電磁鐵磁路結構能夠產生較強磁場強度并可以靈活調節的優點，又具有 永久磁鐵磁路結構的結構簡單小巧、裝卸方便、造價低廉、適用于各種尺寸平面靶等優點的 磁控濺射靶。


圖l是磁控濺射靶主視圖2是磁控濺射靶仰視圖3是磁控濺射靶側視圖4是磁路結構局部視圖5是普通永久磁鐵磁路結構的磁場分布圖，其中a靶材為非鐵磁性材料；b靶材為鐵 磁性材料；
圖6是增設側磁環的磁路結構的磁場分布圖，其中a靶材為非鐵磁性材料；b靶材為鐵 磁性材料。
圖中l圓螺母，2圓螺母墊片，3水管小壓墊，4水管小套墊，5水管小半環，6橡膠密 封圈I， 7靶管螺帽，8靶管壓墊，9螺釘I， IO墊圈，ll橡膠密封圈II， 12螺釘n， 13 螺釘m， 14靶中間絕緣環，15靶面絕緣塊，16屏蔽罩，17靶材，18中心磁柱，19正磁環，20螺釘IV， 21側磁環，22靶殼，23橡膠密封圈III， 24靶座，25導磁軛鐵組焊件，26密封 絕緣套，27靶法蘭，28橡膠密封圈IV， 29絕緣壓套墊，30橡膠密封圈V， 31螺釘壓墊圈， 32螺釘V， 33靶管半卡環，34靶管套墊，35螺釘VI， 36導向壓板，37靶管提升座板，38 螺釘V!I， 39中間壓板，40長螺桿，41短螺套，42水管提升座板，43保護罩，44螺釘W， 45 導磁極板。
具體實施例方式
本實施例的構成如圖1所示靶殼22與靶座24構成靶體，靶材17通過壓環和螺釘IV20 固定在耙殼22上，中心磁柱18、正磁環19、側磁環21和導磁軛鐵25構成內部磁路。在正 磁環19后部與導磁軛鐵25相接處的導磁軛鐵外部，設置徑向充磁的側磁環21。側磁環21 的軸向高度等于或略小于導磁軛鐵25的側邊高度；側磁環21的徑向厚度為正磁環19徑向厚 度的1/2 1/3。中心磁柱18、正磁環19和側磁環21的充磁方向與裝配關系，要求如圖4中 所標注的箭頭所示，當中心磁柱18上表面為S極時，正磁環19上表面為N極，側磁環21外 表面為N極；當中心磁柱18上表面為N極時，正磁環19上表面為S極，側磁環21外表面為 S極，不可有其中某一個顛倒錯亂。
設置徑向充磁的側磁環21，能夠明顯增強靶面上方的水平磁場強度。圖5是不帶側磁環 的普通永久磁鐵磁路結構的磁力線分布圖，從中可以看出，從正磁環頂部發出的磁通量，有 相當大比例的部分經由靶側面外部短路流通回到導磁軛鐵側面，而沒有與中心磁柱構成回路 產生有用的水平磁場(見圖5a);當靶材為鐵磁性材料時，有用部分的磁通量完全被屏蔽， 在靶材表面上方無法形成足夠強度的水平磁場(見圖5b)。圖6是本實施例增設了側磁環的 永久磁鐵磁路結構的磁力線分布圖，對比發現，由正磁環頂部發出的磁通量，幾乎沒有通過 耙側面外部短路直接流通回到導磁軛鐵的，而是都被排斥到與中心磁柱構成回路一側(見圖 6a);由于磁通量增大，即使在靶材為鐵磁性材料時，仍然有一部分磁通量突破了鐵磁材料靶 材的磁屏蔽效應，在靶材表面上方形成了足夠強度的水平磁場(見圖6b)，使之能夠滿足鍍 制鐵磁材料的強磁場要求。
本發明在耙法蘭板27后面設置了一套完整的雙級位置調節機構。在冷卻水管外設有靶 管，在左右兩耙管中心位置設有長螺桿40，長螺桿40通過靶管提升座板37和靶管螺帽7、 耙管壓墊8、靶管半卡環33、靶管套墊34，與靶座的套管絕緣連接。靶管提升座板37通過 螺釘VH38和中間壓板39固定短螺套41，短螺套41通過螺紋與水管提升座板42連接，水管 提升座板42通過圓螺母1、圓螺母墊片2、水管小壓墊3、水管小套墊4和水管小半環5，與 導磁軛鐵組焊件的冷卻水管絕緣連接。在靶座法蘭板后面設置雙級位置調節機構，能夠分別調節靶內磁路結構部分相對于靶材 表面的前后位置，和靶面相對于靶法蘭27的前后位置。二個位置調節的運動驅動均采用螺旋 絲杠一螺母傳動機構實現，利用雙層套筒結構將二套運動傳遞復合在相同軸線上的狹小空間 內。具體結構見圖l、圖2和圖3，機構的運動原理如下
靶內磁路結構部分相對于靶座表面的前后位置移動，可通過轉動短螺套41來實現。由于 有耙管提升板座37、螺釘W38和中間壓板39的定位約束，短螺套41只能相對于耙管提升板 座37做旋轉運動而不能做軸向直線運動；短螺套41的旋轉通過螺旋傳動驅使水管提升座板 42做前后位置方向的直線運動；由于水管提升座板42通過圓螺母1、圓螺母墊片2、水管小 壓墊3、水管小套墊4和水管小半環5，與導磁軛鐵組焊件25的水管絕緣連接在一起，因此 水管提升座板42會帶動水管前后伸縮，進而帶動整個靶內磁路結構(包括中心磁柱18、正 磁環19、側磁環21和導磁軛鐵組焊件25)相對于靶殼22前后移動。磁路結構的移動范圍如 圖中C1 C2之間。
耙面(即整個靶殼)相對于靶法蘭27的前后位置移動，可通過轉動長螺桿40實現。由 于有螺釘VI35和導向壓板36的定位約束，長螺桿40只能相對于靶法蘭27做旋轉運動而不 能做軸向直線運動；由于靶管提升座板37的兩端有導向壓板36的導向桿約束，不能做旋轉 運動，因此當長螺桿40轉動時，驅動靶管提升座板37做前后位置方向的直線運動；由于靶 管提升座板37通過靶管螺帽7、靶管壓墊8、靶管半卡環33和靶管套墊34，與靶座24的套 管絕緣連接在一起，因此靶管提升座板37會帶動套管前后伸縮，進而帶動靶座24及靶殼22 一起相對于靶法蘭27做前后移動。圖中靶面位置的移動范圍在B1 B2之間。當靶座24前后 移動時，耙管提升座板37會帶動短螺套41同步前后移動，從而保持整個磁路結構在靶殼22 中的相對位置保持不變。
由于磁控濺射耙的耙殼22和靶座24部分在工作中要接負高壓電位，因此與之連接的其 它部分要有絕緣措施。水管提升座板42與導磁軛鐵組焊件25的水管之間使用了水管小壓墊 3和水管小套墊4作為絕緣件，靶管提升座板37與靶座24的套管之間使用了耙管壓墊8和 靶管套墊34作為絕緣件，保證了雙級位置調節機構的絕緣性。密封絕緣套26、絕緣壓套墊 29和橡膠密封圈IV28，橡膠密封圈V30等零件，則實現了靶座24的套管與靶法蘭27之間的 定位連接、絕緣和真空密封。利用橡膠密封圈I6實現了水管與套管間的密封。
二個調節運動的驅動方式，既可以利用手持工具人工調節，也可以使用電機+減速器+傳 動機構的自動驅動機構實現自動調節。圖中標注的E、 F部位，分別就是短螺套41和長螺桿 40固定夾持工具或連接驅動作業部件的位置。
權利要求
1. 一種具有磁場增強和調節功能的磁控濺射靶，包括靶體、內部磁路和水冷系統，其特征在于該靶在正磁環后部與導磁軛鐵相接處的導磁軛鐵外部，設置徑向充磁的側磁環；在靶的下部設有雙級位置調節機構。
2. 按照權利要求1所述的具有磁場增強和調節功能的磁控濺射靶，其特征在于所述徑向充磁 的側磁環其軸向高度等于或略小于導磁軛鐵的側邊高度；側磁環的徑向厚度為正磁環徑向 厚度的1/2 1/3，中心磁柱、正磁環和側磁環的充磁方向與裝配關系有固定要求，當中 心磁柱上表面為S極時，正磁環上表面為N極，側磁環外表面為N極；當中心磁柱上表面 為N極時，正磁環上表面為S極，側磁環外表面為S極。
3. 按照權利要求1所述的具有磁場增強和調節功能的磁控濺射靶，其特征在于所述雙級位置 調節機構是在冷卻水管外設有靶管，在左右兩靶管中心位置設有長螺桿，長螺桿通過靶管 提升座板和耙管螺帽、靶管壓墊、靶管半卡環、靶管套墊，與耙座的套管絕緣連接，靶管 提升座板通過螺釘和中間壓板固定短螺套，短螺套通過螺紋與水管提升座板連接，水管提 升座板通過圓螺母、圓螺母墊片、水管小壓墊、水管小套墊和水管小半環，與導磁軛鐵組 焊件的冷卻水管絕緣連接。
全文摘要
一種具有磁場增強和調節功能的磁控濺射靶，包括靶體、內部磁路、水冷系統，其特征在于該靶在正磁環后部與導磁軛鐵相接處的導磁軛鐵外部，設置了徑向充磁的側磁環；在靶的下部設有雙級位置調節機構。徑向充磁的側磁環可以明顯減少靶外側面的漏磁通，大大增強靶材表面位置處的水平磁場，從而能夠滿足鍍制鐵磁材料的強磁場要求。雙級位置調節機構，能夠分別在線、連續改變靶面相對于靶座法蘭板的前后位置，從而調節靶基距和靶內磁路結構部分相對于靶材表面的前后位置，使之適合于對表面磁場有不同要求，如不同導磁率、不同厚度的靶材的濺射鍍膜工藝過程。本發明為磁控濺射真空鍍膜的工藝參數調節提供一種方便快捷的關鍵部件結構。
文檔編號C23C14/35GK101280420SQ20081001160
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月28日 優先權日2008年5月28日
發明者張世偉, 張曉玉, 徐成海, 戴今古 申請人:東北大學