一种用于磁控溅射的阴极装置

技术领域

本发明涉及磁控溅射设备技术领域，尤其涉及一种用于磁控溅射的阴极装置。

背景技术

磁控溅射装置是现有技术中应用较广的一种镀膜装置。

磁控溅射装置的工作原理是利用电子在正交电场和磁场的作用下与填充气体发生碰撞而产生大量的正离子，并通过正离子在电场的作用下加速飞向阴极靶材，高能量的正离子轰击靶材表面，使靶材溅射出的微粒子并沉积在基体的表面而形成镀膜。

有的磁控溅射装置中的磁体形成的多个的磁约束区域是静止且不旋转的，靶材表面仅在磁约束区域内发生溅射刻蚀，溅射刻蚀后的靶材表面形成与磁约束区域形状相似的一个或多个的条形凹槽，位于相邻的磁约束区域之间的靶材表面不发生溅射刻蚀，因此降低了靶材的有效利用率。

还有的磁控溅射装置，如授权公告号为CN217173853U的中国专利，在旋转阴极磁棒上加设第一调节部和第二调节部，通过第一调节部调节磁棒和靶材之间的间距，并通过第二调节部调节磁棒的旋转角度，以此来提高靶材的有效利用率，如此导致该旋转阴极磁棒的结构复杂，制作成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种用于磁控溅射的阴极装置，不需要使用调节机构，可有效改善靶材的有效利用率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于磁控溅射的阴极装置，包括壳体和靶材，所述壳体与磁控溅射仪的电源负极电性连接，还包括磁体组、磁体安装板和旋转驱动组件；

中空的圆柱状的所述壳体的底部设有敞口；

所述靶材、所述磁体组、所述磁体安装板和所述旋转驱动组件由下至上依次安装于所述壳体内；所述靶材的边缘的底面与所述敞口的边缘的顶面相抵，所述靶材的底面外露于所述敞口；

所述磁体组包括两个螺旋形磁体；所述螺旋形磁体为从圆心向圆周盘绕延伸的条形螺旋体，两个所述螺旋形磁体间隔并错位置放，所述螺旋形磁体的顶面抵接所述磁体安装板的底面；所述螺旋形磁体的底面和顶面分别为两个磁极端，两个所述螺旋形磁体的磁极方向相反，两个所述螺旋形磁体的底面所在平面与所述靶材的底面所在平面平行；

向下延伸的所述旋转驱动组件的驱动端与所述磁体安装板的顶面连接。

进一步的，还包括隔离板；

所述壳体包括由上至下依次排布的上盖板、筒体和固定环；

所述上盖板密封所述筒体的顶部；

中空的所述固定环的底面设有所述敞口；

所述固定环的内壁面与中空的所述筒体的底部的外壁面螺接；

所述隔离板的顶面抵于并密封所述筒体的底面；所述靶材的顶面与所述隔离板的底面相抵，所述靶材的底面与所述敞口的边缘的内底面相抵。

优选的，所述隔离板为非磁屏蔽体。

进一步的，所述磁体安装板为导磁体。

优选的，两个所述螺旋形磁体的外形尺寸相同，两个所述螺旋形磁体以所述磁体安装板的中心点为中心对称分布；

两个所述螺旋形磁体的侧面互相遮盖，未被另一所述螺旋形磁体遮盖的所述螺旋形磁体的侧面为所述螺旋形磁体的外周面，所述螺旋形磁体的外周面靠近所述壳体的内壁面。

具体的，所述旋转驱动组件包括电机、传动轴、传动齿轮、从动齿轮、上支撑板和下支撑板；

所述筒体的内壁设有上下相隔并分别向内突出的第一凸台和第二凸台；

所述上支撑板的底面固定于所述第一凸台的顶面，所述下支撑板的底面固定于所述第二凸台的顶面；

所述电机的底部固定于所述下支撑板的顶面，所述电机的输出端向上延伸，所述传动齿轮套装于所述电机的输出端的外周面；

所述传动轴的上端可转动地固定于所述上支撑板的中部，所述传动轴的下端穿过所述下支撑板并与所述磁体安装板的顶面连接；所述从动齿轮卡装于所述传动轴的中部的外周面，所述传动齿轮与所述从动齿轮啮合。

进一步的，所述旋转驱动组件还包括两个轴承；

所述上支撑板的中部设有第一安装孔，所述第一安装孔贯穿所述上支撑板；

所述下支撑板的中部设有第二安装孔，所述第二安装孔贯穿所述下支撑板；

两个所述轴承的外环分别卡装于上下相隔并对正的所述第一安装孔和所述第二安装孔，两个所述轴承的内环分别上下相隔并可转动地卡装于所述传动轴的外周面，所述轴承的上端部外突于所述第一安装孔的上边缘的四周。

本发明的上述技术方案的具有以下所述用于磁控溅射的阴极装置，包括两个螺旋形磁体，螺旋形磁体为从圆心向圆周盘绕延伸的条形螺旋体，两个螺旋形磁体错位并间隔置放且磁极方向相反，在两个螺旋形磁体之间的间隙的下方形成覆盖靶材的底面的磁约束区域，两个螺旋形磁体的底面所在平面与靶材的底面所在平面平行，旋转驱动组件驱动磁体安装板旋转可带动两个螺旋形磁体同步转动，使得旋转的磁约束区域均匀地覆盖靶材的底面，既不需要设置调节机构来调节螺旋形磁体和靶材之间的间距或螺旋形磁体的旋转角度，溅射刻蚀后的靶材的表面也不会形成条形的凹槽，可有效提高磁控溅射过程中的靶材的消耗均匀性，进而提高靶材的有效使用率和磁控溅射的镀膜效率。

附图说明

图1是本发明的所述用于磁控溅射的阴极装置的一个实施例的剖面结构示意图；

图2是图1中的所述用于磁控溅射的阴极装置的零部件爆炸图；

图3为磁体组中的两个螺旋形磁体的装配结构示意图；

其中：壳体1；靶材2；磁体组3；隔离板4；磁体安装板5；旋转驱动组件6；上盖板11；筒体12；固定环13；螺旋形磁体31；电机61；传动轴62；传动齿轮63；从动齿轮64；轴承65；上支撑板66；下支撑板67；敞口131；第一安装孔661；第二安装孔671。

具体实施方式

下面结合附图1-3并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

一种用于磁控溅射的阴极装置，包括壳体1和靶材2，所述壳体1与磁控溅射仪的电源负极电性连接，还包括磁体组3、磁体安装板5和旋转驱动组件6；

中空的圆柱状的所述壳体1的底部设有敞口131；

所述靶材2、所述磁体组3、所述磁体安装板5和所述旋转驱动组件6由下至上依次安装于所述壳体1内；所述靶材2的边缘的底面与所述敞口131的边缘的顶面相抵，所述靶材2的底面外露于所述敞口131；

所述磁体组3包括两个螺旋形磁体31；所述螺旋形磁体31为从圆心向圆周盘绕延伸的条形螺旋体，两个所述螺旋形磁体31间隔并错位置放，所述螺旋形磁体31的顶面抵接所述磁体安装板5的底面；所述螺旋形磁体31的底面和顶面分别为两个磁极端，两个所述螺旋形磁体31的磁极方向相反，两个所述螺旋形磁体31的底面所在平面与所述靶材2的底面所在平面平行；

向下延伸的所述旋转驱动组件6的驱动端与所述磁体安装板5的顶面连接。

如图1-3所示，本发明的所述用于磁控溅射的阴极装置，包括两个螺旋形磁体31，螺旋形磁体31为从圆心向圆周盘绕延伸的条形螺旋体，两个螺旋形磁体31错位并间隔置放且磁极方向相反，在两个螺旋形磁体31之间的间隙的下方形成覆盖靶材2的底面的磁约束区域，两个螺旋形磁体31的底面所在平面与靶材2的底面所在平面平行，旋转驱动组件6驱动磁体安装板5旋转可带动两个螺旋形磁体31同步转动，使得旋转的磁约束区域均匀地覆盖靶材2的底面，既不需要设置调节机构来调节螺旋形磁体31和靶材2之间的间距或螺旋形磁体31的旋转角度，溅射刻蚀后的靶材2的表面也不会形成条形的凹槽，可有效提高磁控溅射过程中的靶材2的消耗均匀性，进而提高靶材2的有效使用率和磁控溅射的镀膜效率。

需要说明的是，本发明的所述用于磁控溅射的阴极装置的壳体1的底部的敞口131朝下对正基材的待镀膜面。

进一步的，还包括隔离板4；

所述壳体1包括由上至下依次排布的上盖板11、筒体12和固定环13；

所述上盖板11密封所述筒体12的顶部；

中空的所述固定环13的底面设有所述敞口131；

所述固定环13的内壁面与中空的所述筒体12的底部的外壁面螺接；

所述隔离板4的顶面抵于并密封所述筒体12的底面；所述靶材2的顶面与所述隔离板4的底面相抵，所述靶材2的底面与所述敞口的边缘的内底面相抵。

如图1所示，如此可提高隔离板4和靶材2的安装稳定性，以及外壳1的内腔的密闭性。

在运行时，需要抽真空使磁控溅射区域处于真空状态，通过隔离板4可以隔断所述外壳1的内腔与磁控溅射区域之间的连通，从而避免外壳1的内腔被抽为真空，继而避免因此而影响旋转驱动组件6的运行性能，并还可以避免非真空状态的所外壳1的内腔对靶材2的顶面形成向下的压力，进而避免靶材2向下弯曲变形而影响靶材2的消耗均匀性和有效使用率。

优选的，所述隔离板4为非磁屏蔽体。

如图1-2所示，隔离板4为非磁屏蔽体，优选采用致密陶瓷板。

如若隔离板4为导电体，隔离板4在所述磁体组3的旋转过程中会产生涡流效应，从而屏蔽两个螺旋形磁体31的磁场，进而导致覆盖靶材2底面的磁约束区域无法形成。故此，隔离板4不能为导电体。

进一步的，所述磁体安装板5为导磁体。

材质为导磁体的磁体安装板5可使两个螺旋形磁体31一直处于磁导通状态，从而增强两个螺旋形磁体31的底面的磁极端之间的磁场强度，可进一步提高靶材2的有效使用率和磁控溅射的镀膜效率。

磁体安装板5可以选用为铁氧体、硅钢片或坡莫合金的导磁体。

优选的，两个所述螺旋形磁体31的外形尺寸相同，两个所述螺旋形磁体31以所述磁体安装板5的中心点为中心对称分布；

两个所述螺旋形磁体31的侧面互相遮盖，未被另一所述螺旋形磁体31遮盖的所述螺旋形磁体31的侧面为所述螺旋形磁体31的外周面，所述螺旋形磁体31的外周面靠近所述壳体1的内壁面。

如图1-2所示，如此可进一步提高旋转的两个螺旋形磁体31之间的磁约束区域覆盖靶材2底面的均匀度。

具体的，所述旋转驱动组件6包括电机61、传动轴62、传动齿轮63、从动齿轮64、上支撑板66和下支撑板67；

所述筒体12的内壁设有上下相隔并分别向内突出的第一凸台121和第二凸台122；

所述上支撑板66的底面固定于所述第一凸台121的顶面，所述下支撑板67的底面固定于所述第二凸台122的顶面；

所述电机61的底部固定于所述下支撑板67的顶面，所述电机61的输出端向上延伸，所述传动齿轮63套装于所述电机61的输出端的外周面；

所述传动轴62的上端可转动地固定于所述上支撑板66的中部，所述传动轴62的下端穿过所述下支撑板67并与所述磁体安装板5的顶面连接；所述从动齿轮64卡装于所述传动轴62的中部的外周面，所述传动齿轮63与所述从动齿轮64啮合。

如图1和图2所示，电机61依次通过传动齿轮63、从动齿轮64和传动轴62带动磁体安装板5旋转，从而带动两个螺旋形磁体31同步旋转，继而在靶材2的底面的下方形成圆形面的均匀的磁约束区域，进而提高磁控溅射过程中的靶材2的消耗均匀性，进而提高靶材2的有效使用率和磁控溅射的镀膜效率。

进一步的，所述旋转驱动组件6还包括两个轴承65；

所述上支撑板66的中部设有第一安装孔661，所述第一安装孔661贯穿所述上支撑板66；

所述下支撑板67的中部设有第二安装孔671，所述第二安装孔671贯穿所述下支撑板67；

两个所述轴承65的外环分别卡装于上下相隔并对正的所述第一安装孔661和所述第二安装孔671，两个所述轴承65的内环分别上下相隔并可转动地卡装于所述传动轴62的外周面，所述轴承65的上端部外突于所述第一安装孔661的上边缘的四周。

如图1和图2所示，如此通过两个轴承65将传动轴62可旋转固定上下对正的第一安装孔661和第二安装孔671，从而提高传动轴62的旋转稳定性和旋转顺畅度。

综上所述，如图1-3所示的本发明的实施例，所述用于磁控溅射的阴极装置，包括两个螺旋形磁体31，螺旋形磁体31为从圆心向圆周盘绕延伸的条形螺旋体，两个螺旋形磁体31错位并间隔置放且磁极方向相反，在两个螺旋形磁体31之间的间隙的下方形成覆盖靶材2的底面的磁约束区域，两个螺旋形磁体31的底面所在平面与靶材2的底面所在平面平行，旋转驱动组件6驱动磁体安装板5旋转可带动两个螺旋形磁体31同步转动，使得旋转的磁约束区域均匀地覆盖靶材2的底面，既不需要设置调节机构来调节螺旋形磁体31和靶材2之间的间距或螺旋形磁体31的旋转角度，溅射刻蚀后的靶材2的表面也不会形成条形的凹槽，可有效提高磁控溅射过程中的靶材2的消耗均匀性，进而提高靶材2的有效使用率和磁控溅射的镀膜效率。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。