一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材的制作方法

1.本实用新型涉及一种磁控溅射镀膜靶材，特别涉及一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材。


背景技术：

2.磁控溅射镀膜是用荷能粒子轰击固体靶材，使靶材原子溅射出来并沉积到基体表面形成薄膜的镀膜技术。磁控溅射镀膜技术中，圆柱磁控溅射靶通过在靶材中心放置磁极提供磁场，磁场固定旋转靶材通过对靶材施加负高压，以靶材作为阴极，基片作为阳极，在靶材与基片之间形成电场。磁控溅射镀膜是利用磁场与电场交互作用，使电子在靶面上螺旋状运行，并不断撞击氩气产生离子，所产生的离子在电场作用下撞向靶面溅射出靶材，沉积在基片上获得所需的导电薄膜层。在使用常规旋转圆柱靶材做磁控溅射镀膜时，由于磁场产生的磁力线在靶面分布不均，在磁力线集中的地方，等离子体最强，对应的靶面上由于溅射形成“v”型沟道，此处靶材消耗最快、整个靶不能再使用，成了易损件，出现的问题靶材利用率不高。尤其受阴极端头效应影响，在阴极端头表面离子体的均匀性受等离子体电子跑道转弯处影响，在靶面对角线端部区域，等离子体强靶材消耗多，而在靶材直道区域，靶材消耗较少，这就形成了靶材端部区域和直道区域溅射沟道深度不均匀现象。特别对较昂贵的溅射金属靶材，利用率直接影响到产品成本上升。因此，提高靶材利用率成为需要解决的课题，目前解决圆柱靶材溅射不均的办法主要有一下形式：一是喷涂及加工凸台的模式将局部靶材厚度增加，喷涂只能局限特别靶材，而且靶材纯度能以保证；二是靶材加工凸台，反而造成靶材的浪费；三是加工相同材质材质的套环，利用绑定或浇筑的方法固定，此方法可以解决小功率工作，但工作时间长了或大功率工作靶材的连接处就会出现缝隙，会出现靶材散热不良的现象严重时靶材局部会融化。仍然给靶材和靶的利用率留出待改进的空间。


技术实现要素：

3.本实用新型针对目前存在的问题，提供一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材结构和方法，目的在于通过对靶材简单衔接的方法，改进溅射深度区域的靶材消耗速度。目的还在于改善靶材衔接处的散热问题。使得圆柱溅射消耗多的位置和圆柱溅射消耗少的位置的靶材利用最大化。
4.为了解决上述问题，本实用新型提供的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材如下：
5.一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，包括圆柱靶材、嵌入环状靶材和靶材堵头，所述圆柱靶材为直段靶材，所述嵌入环状靶材嵌套在所述圆柱靶材外部，所述嵌入环状靶材位于所述圆柱靶材两端的端部。
6.进一步地，所述嵌入环状靶材的一端内表面与所述圆柱靶材的外表面相贴合，所述靶材堵头通过螺栓将所述嵌入环状靶材与所述圆柱靶材两端端部相连接。
7.进一步地，所述嵌入环状靶材的另一端内表面为内凹槽结构。
8.进一步地，所述嵌入环状靶材与所述圆柱靶材外表面贴合的一端为斜角结构。
9.进一步地，所述嵌入环状靶材与所述圆柱靶材外表面贴合的一端为鼓包结构。
10.进一步地，所述圆柱靶材两端端部设有螺纹孔，用于所述螺栓将所述嵌入环状靶材与所述圆柱靶材两端端部相固定。
11.进一步地，所述所述嵌入环状靶材的内径大于或等于所述圆柱靶材的外径，以便所述嵌入环状靶材能够顺利嵌套在所述圆柱靶材外部。
12.进一步地，所述靶材堵头设有密封槽、密封胶圈、固定孔及外凸定位块。
13.进一步地，所述靶材堵头分为前靶材堵头和后靶材堵头。
14.进一步地，所述外凸定位块与所述嵌入环状靶材的内凹槽结构镶嵌紧密贴合，受热后能够起到充分的冷却效果。
15.本实用新型的技术效果在于：改善了旋转阴极磁控溅射靶材两端刻蚀不均匀的缺陷，可提高靶材的利用率，延长其使用寿命。以及改善靶材衔接散热不良的问题，大大提高旋转阴极磁控溅射靶的使用功率，及降低了生产成本，也提高镀膜生产效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1、是已有技术旋转阴极磁控溅射靶材示意图。
18.图2、是已有技术旋转阴极磁控溅射靶材沟道剖面消耗示意图。
19.图3、是本实用新型一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材部分结构示意图。
20.图4：是本实用新型长寿命旋转阴极磁控溅射靶材剖面消耗示意图。
21.图5：是本实用新型一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材结构示意图。
22.图6：是本实用新型一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材结构示意图。
23.见图1，其中1常规技术圆柱靶材示意图，图2为常规技术圆柱磁控溅射靶材表面消耗殆尽的示意图，3表示靶材端部区域溅射沟道消耗深度较深,4表示中间区域溅射沟道消耗深度较浅且均匀。图3、图5、图6嵌入环状靶材21、斜角结构211、鼓包结构212、内凹槽结构213，中间区域的圆柱靶材11，靶材堵头31、外凸定位块311，固定圆柱靶材11与靶材堵头31的密封胶圈32及连接的螺栓33。图4，为改型后的圆柱靶材表面消耗殆尽的示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.实施例1：
26.本实施例现有旋转阴极圆柱磁场溅射靶材用于柔性膜卷绕系统沉积纯铜膜。
27.旋转阴极圆柱磁控溅射靶包括靶头、磁钢座、绝缘套、靶电机、靶材、靶材堵头等部
件组合而成；首先对原有采用整体圆柱靶材的耗尽靶材2进行测量，图2所示为一般使用情况下圆柱靶材磁控溅射靶材沟道剖面消耗示意图，其中：端部区域溅射沟槽消耗深度较深，记为3，直道圆柱区域溅射沟槽消耗深度较浅且均匀，记为4，取一根尺寸为外径φ165mm
×
长度400mm
×
内径125mm的圆柱铜靶材做参考，经过连续多次靶周期的测量，其中3为2mm～4mm，4为5mm～6mm，l1＝120mm；原有靶材结构，端头效应造成了靶材两个端部区域内溅射沟槽多消耗了3mm的深度，且靶材中间区域存在很厚的靶材未完全消耗完。
28.实施例2：
29.如图3和图5所示，一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，包括圆柱靶材11、嵌入环状靶材21和靶材堵头31，所述圆柱靶材11为直段靶材，所述嵌入环状靶材21嵌套在所述圆柱靶材11外部，所述嵌入环状靶材21位于所述圆柱靶材11两端的端部。所述嵌入环状靶材21的一端内表面与所述圆柱靶材11的外表面相贴合，优选地，所述嵌入环状靶材21的一端外表面为斜角结构211或鼓包结构212，在使用时，可以先消耗所述嵌入环状靶材21，待所述嵌入环状靶材21消耗完后，再消耗所述圆柱靶材11，解决了当前靶材端部消耗快导致的寿命短的问题。所述靶材堵头31通过螺栓将所述嵌入环状靶材21与所述圆柱靶材11两端端部相连接；所述嵌入环状靶材21的另一端内表面为内凹槽结构213。所述圆柱靶材11两端端部设有螺纹孔，用于将所述嵌入环状靶材21与所述圆柱靶材11两端端部相固定。所述嵌入环状靶材21的内径大于或等于所述圆柱靶材11的外径，以便所述嵌入环状靶材21能够顺利嵌套在所述圆柱靶材11外部。所述靶材堵头31设有密封槽、密封胶圈、固定孔及外凸定位块311。所述靶材堵头31分为前靶材堵头和后靶材堵头，所述前靶材堵头和所述后靶材堵头除用于固定所述嵌入环状靶材21及所述圆柱靶材11外，所述前靶材堵头还与旋转阴极靶座相连接；所述后靶材堵头与相连，并起到定位磁钢座的作用，同时将冷却水路密封，起到不泄露的作用。所述外凸定位块311与所述嵌入环状靶材21的内凹槽结构213镶嵌紧密贴合。需要注意的是，受热后，所述外凸定位块与所述嵌入环状靶材的内凹槽结构会配合的更加紧密，使嵌入环状靶材21及所述圆柱靶材11接触更好，并具有良好的导热性，能及时并充分利用冷却水的循环带走所述圆柱靶材11的热量，解决增加嵌入环状靶材21后散热效果不佳的技术问题。
30.所述嵌入环状靶材21与所述圆柱靶材11外表面贴合的一端为斜角结构211。所述嵌入环状靶材31一端车削为斜角，所述斜角角度为10-30度。例如所述圆柱靶材11外径不变，长度400mm，内径125mm，两个端部改为所述嵌入环状靶材21靶材外径195mm，宽度63mm，内径165mm一端车削为斜角，优选地，所述嵌入环状靶材21与所述圆柱靶材11制作成25度角拼接。
31.所述圆柱靶材11两端端部的所述嵌入环状靶材21嵌套在圆柱靶材11的外表面，并且相互贴合，所述靶材堵头31通过所述螺栓33将所述嵌入环状靶材21与所述圆柱靶材11两端端部相连接，并通过所述密封胶圈32密封柱靶冷却水及真空密封。
32.采用本实施例中获得的旋转阴极圆柱磁场溅射靶材结构后，当嵌入环状靶材靶材21耗尽后，再直接消耗所述圆柱靶材11直到靶材耗尽；所述圆柱靶材11由原来的5mm～6mm可提高利用到4mm～3.5mm，并且在整个靶材消耗过程不需要更换任何靶材，直到靶材整体消耗极致，使用本方法可以将圆柱靶材整体的利用率再提高10％～15％，寿命也得到了有效提升。
33.实施例3如图3和图6所示所述嵌入环状靶材21与所述圆柱靶材11外表面贴合的一端为鼓包结构212。所述嵌入环状靶材31一端车削为圆弧，所述圆弧半径为r20-r40。例如所述圆柱靶材11外径不变，长度400mm，内径125mm，两个端部改为所述嵌入环状靶材21靶材外径195mm，宽度63mm，内径165mm一端车削为圆弧r角，优选地，所述嵌入环状靶材21一端车削为圆弧r40。
34.所述圆柱靶材11两端端部的所述嵌入环状靶材21嵌套在圆柱靶材11的外表面，并且相互贴合，所述靶材堵头31通过所述螺栓33将所述嵌入环状靶材21与所述圆柱靶材11两端端部相连接，并通过所述密封胶圈32密封柱靶冷却水及真空密封。
35.采用本实施例中获得的旋转阴极圆柱磁场溅射靶材结构后，当嵌入环状靶材靶材21耗尽后，再直接消耗所述圆柱靶材11直到靶材耗尽；所述圆柱靶材11由原来的5mm～6mm可提高利用到4mm～3.5mm，并且在整个靶材消耗过程不需要更换任何靶材，直到靶材整体消耗极致，使用本方法可以将圆柱靶材整体的利用率再提高10％～15％，寿命也得到了有效提升。
36.应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，包括圆柱靶材、嵌入环状靶材和靶材堵头，所述圆柱靶材为直段靶材，所述嵌入环状靶材嵌套在所述圆柱靶材外部，所述嵌入环状靶材位于所述圆柱靶材两端的端部。2.根据权利要求1所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述嵌入环状靶材的一端内表面与所述圆柱靶材的外表面相贴合，所述靶材堵头通过螺栓将所述嵌入环状靶材与所述圆柱靶材两端端部相连接；所述嵌入环状靶材的另一端内表面为内凹槽结构。3.根据权利要求1所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述嵌入环状靶材与所述圆柱靶材外表面贴合的一端为斜角结构。4.根据权利要求1所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述嵌入环状靶材与所述圆柱靶材外表面贴合的一端为鼓包结构。5.根据权利要求2所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述圆柱靶材两端端部设有螺纹孔。6.根据权利要求2所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述嵌入环状靶材的内径大于或等于所述圆柱靶材的外径。7.根据权利要求2所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述靶材堵头设有密封槽、密封胶圈、固定孔及外凸定位块。8.根据权利要求7所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述靶材堵头分为前靶材堵头和后靶材堵头。9.根据权利要求8所述的一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，所述外凸定位块与所述嵌入环状靶材的内凹槽结构镶嵌紧密贴合。

技术总结
本实用新型涉及一种长寿命旋转阴极磁控溅射靶材，其特征在于，包括圆柱靶材、嵌入环状靶材和靶材堵头，所述圆柱靶材为直段靶材，所述嵌入环状靶材嵌套在所述圆柱靶材外部，所述嵌入环状靶材位于所述圆柱靶材两端的端部。使所述圆柱靶材两端端部靶材的消耗速率降低，使所述圆柱靶材端部和中间部位被刻蚀之差减小，从而提高靶材利用率，大幅度降低生产产品的成本，节约生产资源，提高产品竞争力；同时采用嵌入环状靶材的内凹槽结构与所述靶材堵头的外凸定位块紧密配合，解决所述圆柱靶材衔接处的散热问题，综合提升旋转阴极磁控溅射靶材的寿命。命。命。


技术研发人员：刘阳 刘彬 王磊磊
受保护的技术使用者：北京实力源科技开发有限责任公司
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/9/1