專利名稱：一種組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子鍍膜的真空陰極電弧沉積技術(shù)，特別涉及大面積矩形平面陰極電弧源的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
陰極電弧沉積是當(dāng)前離子鍍硬質(zhì)膜的主流技術(shù)之一，由于其等離子體濃度高、離化率高、粒子能量大、沉積速度快、膜基結(jié)合力好、成膜質(zhì)量好，故得到廣泛應(yīng)用；其不足之處是膜層有鍍料的宏觀(大)顆粒，表面較粗糙。陰極電弧沉積是采用陰極電弧蒸發(fā)源蒸發(fā)靶料生成等離子體沉積成膜的，其原理是利用真空弧光放電在靶面上產(chǎn)生微細(xì)電弧弧斑， 通過高溫一場(chǎng)致效應(yīng)機(jī)制令弧斑發(fā)射出靶材物質(zhì)的等離子體，該等離子體束包含有靶材物質(zhì)離子、原子、電子和挾帶著未氣化的液態(tài)原子團(tuán)(液滴)，等離子體束飛向工件表面沉積成膜。陰極電弧蒸發(fā)源有小園平面型(直徑60mnTl50mm)、矩形平面型和園柱型三類， 以平面型電弧蒸發(fā)源為例，其最前方就是蒸發(fā)物料的靶塊，它裝在靶座上，在靶塊的后面即靶座里面都有磁體，利用磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)控制靶塊(管)表面上的弧斑運(yùn)動(dòng)。以往研究己證實(shí)靶面上的弧斑視在運(yùn)動(dòng)方向和快慢受平行于靶面的磁場(chǎng)分量影響，與垂直靶面磁場(chǎng)分量無(wú)關(guān)?；“哌\(yùn)動(dòng)規(guī)律遵從(1)銳角定則弧斑沿著靶面與磁力線夾角銳角方向運(yùn)動(dòng)；(2) 后退運(yùn)動(dòng)定則弧斑沿電磁作用的羅侖茲力相反方向運(yùn)動(dòng)。綜合上述弧斑運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以認(rèn)為在貫穿磁力線的靶表面上，弧斑會(huì)集中在由磁力線構(gòu)成的拱型墜道內(nèi)的靶面上運(yùn)動(dòng)。如果磁力線呈扁平拱型，隧道洞越寬，弧斑運(yùn)動(dòng)范圍越寬，靶的刻蝕面越寬，靶材利用率越高。 水平磁場(chǎng)分量越大，弧斑運(yùn)動(dòng)越快，則弧斑駐留時(shí)間越短，弧斑高溫在靶面上生成的微溶池越小，產(chǎn)生飛濺的液滴就越細(xì)越少。上述原理是電弧蒸發(fā)源磁場(chǎng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。現(xiàn)有矩形大面積平面靶電弧蒸發(fā)源傳統(tǒng)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)多用永磁體，也有用電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)代替。采用永磁體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般在靶座底板上置有銜鐵板在其上用小塊永磁體沿矩形長(zhǎng)邊方向排成三列，每列中間有適當(dāng)間隔，呈”山"字型布置；中間一列兩端頭留空，而在兩端頭左右兩列永磁體呈弧形合攏起來(lái)，左右兩列磁體磁極性相同，而與中間一列磁體極性相反；于是”山"字型排列的磁體在其上方的靶材表面產(chǎn)生左右兩個(gè)拱型磁力線， 拱型磁力線覆蓋著靶面形成”墜道涵洞"。由于磁體尺寸占位和排列形狀等限制，拱型隧道洞穴不會(huì)很寬，這就限制著弧斑運(yùn)動(dòng)的面積，即限制著刻蝕面積，致使靶材利用率較低。另外這種結(jié)構(gòu)其磁場(chǎng)分布是固定不變的，若要變化磁場(chǎng)，有人采用拉動(dòng)永磁體離開靶面遠(yuǎn)近來(lái)調(diào)整磁場(chǎng)分布，但可調(diào)范圍較小。采用電磁線圈(螺線圈)可以改變供電的電流、電壓， 從而實(shí)現(xiàn)較大幅度地調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)弱和分布，這是優(yōu)點(diǎn)。但螺絲圈與永磁體一樣，由其在靶面上產(chǎn)生的拱形磁力線包圍的墜道洞寬受限制。為了控制弧斑運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)大弧斑燒蝕均勻區(qū)，提高靶材利用率，人們對(duì)電弧蒸發(fā)源的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)作了許多設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，各有特點(diǎn)。例如美國(guó)專利US4673477是利用蒸發(fā)源陰極靶塊后裝可移動(dòng)的永磁體或電磁線圈，以改變靶面磁場(chǎng)達(dá)到擴(kuò)大均勻刻蝕區(qū)，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生機(jī)械故障。美國(guó)專利US4724058是在陰極靶塊后裝有一些電磁線圈，在靶面產(chǎn)生磁場(chǎng)以推動(dòng)電弧斑平行于線圈繞組方向作環(huán)繞運(yùn)動(dòng)，但這樣刻蝕軌道窄，發(fā)明者通過一些方法會(huì)適時(shí)減弱對(duì)弧斑控制讓其任意運(yùn)動(dòng)，以擴(kuò)寬刻蝕軌道。這不是全時(shí)精確控制弧斑運(yùn)動(dòng)的方法。美國(guó)專利US5298136是針對(duì)園形電弧蒸發(fā)源設(shè)計(jì)，靠?jī)蓚€(gè)電磁線圈和一組磁部件來(lái)控制弧斑運(yùn)動(dòng)，其中一個(gè)電磁線圈裝在電弧源外面。該結(jié)構(gòu)有一定控制弧斑偏移作用，但控制效果較弱，而且外置線圈占徑向空間致使結(jié)構(gòu)寵大，若用于矩形源更加復(fù)雜化。 中國(guó)專利公開號(hào)CN1494603A公開了一種由一組帶軟鐵芯的電磁線圈和與靶面共面置于其外側(cè)四周的永磁體(或用電磁線圈替代)構(gòu)成的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，可通過調(diào)節(jié)磁化電流改變靶面磁場(chǎng)以控制弧斑運(yùn)動(dòng)，稱能造成強(qiáng)力磁場(chǎng)來(lái)引導(dǎo)弧斑運(yùn)動(dòng)。該設(shè)計(jì)對(duì)引導(dǎo)弧斑到靶邊沿有一定作用，但一定要不斷地合理調(diào)節(jié)磁化電流才有效；另外對(duì)于大寬度的靶引導(dǎo)弧斑作用則受限制，靶中軸部位的刻蝕不理想，因?yàn)榇呕娏鞑荒苓^太，否則就破壞了弧光放電的機(jī)制；而且外置一磁體也使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。美國(guó)專利US5861088采用一組永磁體和圍繞它的兩組電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)疊加拉平靶面上的磁力線，并主要靠置于蒸發(fā)源外第二組電磁線圈實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)沒有采用導(dǎo)磁材料，未能充分有效引導(dǎo)磁力線的疊加，對(duì)于大寬度蒸發(fā)源的效果受限制。上述專利各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們?nèi)粲糜诖髮挾绕矫骐娀≡炊际艿较拗?，有的一定要不停地調(diào)節(jié)磁化電流，不能實(shí)現(xiàn)既可不變磁化電流又可變化磁化電流兩種運(yùn)行模式；沒有充分采用導(dǎo)磁材料有效導(dǎo)向磁力線，以控制磁力線在靶面形狀；而且它們都沒有注意到平面靶四邊角的靶材利用問題?？偟恼f來(lái)，傳統(tǒng)的永磁體或電磁線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，受磁體或線圈組件形狀和排列的限制，都很難得到扁平拱型具有較寬墜道洞穴的磁力線形狀，特別在靶面的中央?yún)^(qū)、四周邊沿區(qū)、四邊角區(qū)、都不在磁力線隧道內(nèi)，弧斑很少能進(jìn)入這些區(qū)域，因此靶材利用率較低，一般只有20-25%左右。由于弧斑運(yùn)動(dòng)面積不夠大，靶面發(fā)熱比較集中，靶面溫升相對(duì)較高， 飛濺的液滴較大較多，膜層較粗糙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無(wú)論磁化電流是否變化都能實(shí)現(xiàn)靶材利用率高、形成的膜層細(xì)膩的陰極電弧蒸發(fā)源。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，包括一矩形靶材平板，其特征在于在靶材平板的正下方、間隔所述靶材平板一段距離處設(shè)有一中軸永磁體、四個(gè)端角永磁體和至少兩個(gè)長(zhǎng)圓形電磁線圈，所述電磁線圈沿所述靶材平板邊緣平行環(huán)套設(shè)置且通過導(dǎo)線連接可調(diào)直流電源，其四個(gè)端角處分別設(shè)置有一所述端角永磁體，其中，最內(nèi)側(cè)的電磁線圈的內(nèi)側(cè)、沿其長(zhǎng)軸方向設(shè)有所述中軸永磁體，所述中軸永磁體、端角永磁體和電磁線圈所形成的磁場(chǎng)的極性一致。如設(shè)置兩個(gè)電磁線圈，處于內(nèi)側(cè)的電磁線圈產(chǎn)生的磁力線拱頂靠近靶材平板中軸，而處于外側(cè)的電磁線圈沿靶材平板外沿設(shè)置，其產(chǎn)生的磁力線更靠近靶材平板的邊沿， 上述電磁線圈產(chǎn)生的磁力線疊加，拉平了其磁力線的拱頂。本發(fā)明在線圈的中空區(qū)間和線圈四角弧形位外留出的空間上，都填充永磁體即中軸永磁體和端角永磁體，其磁極與電磁線圈磁極方向一致，產(chǎn)生的磁力線疊加后擴(kuò)展了貫穿靶材平板表面所形成的拱形的跨越范圍。對(duì)于端角永磁體，利用其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外側(cè)的電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加，向靶材平板的四個(gè)端角處擴(kuò)展了磁力線。對(duì)于中軸永磁體，中軸永磁體產(chǎn)生的磁力線與內(nèi)側(cè)電磁線圈的磁力線疊加，合成的磁力線向中軸方向擴(kuò)展。采用這些措施，可使弧斑在更寬的軌道上運(yùn)動(dòng)，使刻蝕溝更寬更平，靶材利用率更高，靶面發(fā)熱較分散，從靶面飛濺出來(lái)的宏觀顆粒細(xì)少。當(dāng)靶面(靶材平板的上表面)更寬時(shí)，可以采用由內(nèi)至外多個(gè)電磁線圈組合，得到沿靶寬擴(kuò)展的平坦拱頂?shù)拇帕€，從而得到沿靶寬擴(kuò)展的均勻的刻蝕溝。本方案的電磁線圈內(nèi)的磁化電流可恒定也可變化，公開號(hào)為CN1494603A的中國(guó)專利主要靠一個(gè)電磁線圈產(chǎn)生磁力線，永磁體在靶材外周側(cè)且與靶表面共面，永磁體產(chǎn)生的磁力線與線圈產(chǎn)生的磁力線相互作用，只有不斷變化調(diào)節(jié)線圈磁化電流以便變化磁力線，才有利于不斷地移動(dòng)弧斑。本發(fā)明是只要磁化電流調(diào)節(jié)合適得到拉平的磁力線拱形，弧斑就在拉平拱形下處出現(xiàn)，不用不斷調(diào)電流。所述的中軸永磁體為由若干塊小永磁體順排形成的長(zhǎng)條形永磁體。當(dāng)前強(qiáng)永磁體多用釹鐵硼永磁體，由粉末壓制燒結(jié)而成，若在磁場(chǎng)下壓制成形性能會(huì)更好。本發(fā)明的長(zhǎng)條形永磁體優(yōu)選由若干塊小永磁體拼成，是因?yàn)樾〕叽绲拇艍K即小永磁體工藝上容易實(shí)現(xiàn)，如工藝磁場(chǎng)壓制成形、充磁等。作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明還可進(jìn)一步包括導(dǎo)磁銜鐵和導(dǎo)磁鐵片，所述導(dǎo)磁鐵片為一薄鐵片，所述的導(dǎo)磁銜鐵上表面上設(shè)有若干個(gè)凹槽，所述的中軸永磁體、端角永磁體和電磁線圈分別嵌入相應(yīng)的凹槽中且上端面取平并覆蓋上所述導(dǎo)磁鐵片。本發(fā)明在永磁體下方和電磁線圈下方、側(cè)面都置有導(dǎo)磁銜鐵，讓各磁件產(chǎn)生的磁力線都受到導(dǎo)向和聚集，減少發(fā)散，更有利于相鄰磁場(chǎng)的精確有效疊加。而且在永磁體和電磁線圈朝向靶面的極面上貼一薄的軟導(dǎo)磁鐵片，相當(dāng)磁場(chǎng)分流片，磁力線從磁極發(fā)出就引導(dǎo)磁力線朝平行磁極表面方向行進(jìn)，可使磁力線拱型形狀趨向扁平，增加磁場(chǎng)水平分量。為了及時(shí)導(dǎo)走靶材平板上的熱量緊貼所述導(dǎo)磁鐵片上端面設(shè)置有一冷卻水槽板，所述靶材平板密封安裝在所述冷卻水槽板上端，兩者之間形成一留有進(jìn)、出水口的冷卻水道。本發(fā)明還包括靶座底板，所述冷卻水槽板邊緣通過連接件連接所述靶座底板，所述導(dǎo)磁銜鐵與導(dǎo)磁鐵片夾裝在所述冷卻水槽板與靶座底板之間。所述的靶材平板兩側(cè)邊通過壓條緊固在冷卻水槽板上。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有矩形大面積平面電弧蒸發(fā)源的缺點(diǎn)與不足，提出了永磁體和電磁線圈組合磁場(chǎng)設(shè)計(jì)方案，這種組合設(shè)計(jì)既利用了永磁體方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又利用了電磁線圈配上電源調(diào)控方便、可較大范圍改變磁場(chǎng)分布的優(yōu)點(diǎn)，特別突破了永磁體的傳統(tǒng)布局，除把永磁體安置在靶中軸線外，還安置到靶的四角，提高了靶材利用率；本發(fā)明特別采用導(dǎo)磁材料即導(dǎo)磁銜鐵與導(dǎo)磁鐵片，有效控制磁力線聚集和導(dǎo)向，讓永磁體的固定磁場(chǎng)與可調(diào)的電磁線圈的磁場(chǎng)疊加配合，在靶面上可得到充分?jǐn)U展扁平的拱型磁力線，從而充分拓寬了磁力線圍成的墜道洞穴，這樣弧斑運(yùn)動(dòng)面積擴(kuò)大，刻蝕面積增大，刻蝕軌道溝展平了，靶材利用率提高到35-40% ；靶材利用率提高， 靶面發(fā)熱較為分散，靶面溫升相對(duì)較低，飛濺的液滴較細(xì)較少，沉積后形成的膜層較細(xì)膩; 本方案的電磁線圈內(nèi)的磁化電流可恒定也可變化，可采用上述兩種運(yùn)行模式；另外本發(fā)明設(shè)置冷卻水槽板并通冷卻水，及時(shí)導(dǎo)走靶材平板和電磁線圈上產(chǎn)生的熱量。


圖1本發(fā)明較佳實(shí)施例的截面圖； 圖2為沿圖1 A-A處的剖視圖3為本發(fā)明的電磁線圈和永磁體磁力線疊加示意圖； 圖4為本發(fā)明的靶面上方疊加的磁力線和靶材平板的截面刻蝕溝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖1、2所示，本發(fā)明的組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，包括一矩形靶材平板
8、冷卻水槽板7、導(dǎo)磁鐵片6、導(dǎo)磁銜鐵2、靶座底板1、中軸永磁體9、四個(gè)端角永磁體13、至少兩個(gè)長(zhǎng)圓形電磁線圈；靶座底板1支承著整個(gè)電弧蒸發(fā)源，靶座底板1上設(shè)置導(dǎo)磁銜鐵 2，導(dǎo)磁銜鐵2面向靶座底板1的一面是平面，另一面為凸凹狀，導(dǎo)磁銜鐵2上表面上設(shè)有若干個(gè)凹槽，中軸永磁體9、端角永磁體13和電磁線圈分別嵌入相應(yīng)的凹槽中且上端面與導(dǎo)磁銜鐵2取平，導(dǎo)磁銜鐵2上覆蓋著導(dǎo)磁鐵片6，導(dǎo)磁鐵片6為一軟而薄的鐵片，若鐵片太厚，大多磁力線都封閉在鐵片內(nèi)，那在靶材表面沒有”漏出"多少磁力線，就無(wú)法約束弧斑。 鐵片的具體厚度與其下方的磁場(chǎng)強(qiáng)度、要求漏出磁力線多少、磁力線拱型形狀有關(guān)。導(dǎo)磁鐵片6上緊貼設(shè)置冷卻水槽板7，冷卻水槽板7邊緣通過連接件5連接靶座底板1，導(dǎo)磁銜鐵 2與導(dǎo)磁鐵片6夾裝在冷卻水槽板7與靶座底板1之間，電弧源通過冷卻水槽板7絕緣固連在鍍膜機(jī)壁上；靶材平板8兩側(cè)邊通過壓條12緊固在冷卻水槽板7上，靶材平板8下側(cè)通過密封墊11密封安裝在冷卻水槽板7上端，兩者之間形成一留有進(jìn)、出水口的冷卻水道 10，讓冷卻水無(wú)死角順暢地流動(dòng)，帶走在靶材平板8上因電弧放電時(shí)所產(chǎn)生的熱量。中軸永磁體9為由若干塊小永磁體順排形成的長(zhǎng)條形永磁體，本實(shí)施例中的電磁線圈為兩個(gè)，內(nèi)電磁線圈3和外電磁線圈4，電磁線圈3、4平行環(huán)套設(shè)置，各自通過導(dǎo)線連接可調(diào)直流電源(未畫出)，長(zhǎng)圓形的內(nèi)電磁線圈(螺線圈)3和外電磁線圈4是產(chǎn)生磁場(chǎng)的主要部件，兩電磁線圈在靶材平板8上的投影覆蓋其大部分面積，其四個(gè)端角處分別設(shè)置有一端角永磁體13，其中，內(nèi)電磁線圈3的內(nèi)側(cè)、沿其長(zhǎng)軸方向設(shè)有中軸永磁體9，中軸永磁體
9、端角永磁體13和電磁線圈3、4所形成的磁場(chǎng)的極性一致。當(dāng)電磁線圈3、4通入直流電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)，連同永磁體9、13向空間發(fā)散磁力線。 這些磁力線首先遇到導(dǎo)磁鐵片6，它起著分流磁力線并改變磁力線形狀的作用，小部分磁力線進(jìn)入導(dǎo)磁鐵片6，而過飽和的其余大部分磁力線貫穿跨越導(dǎo)磁鐵片6，受導(dǎo)磁鐵片6的導(dǎo)向作用，使這些磁力線趨向平行磁體表面行進(jìn)，即讓其彎曲的拱型變得較扁平，有較多平行靶面的磁場(chǎng)分量。在永磁體9、13和電磁線圈3、4下方和內(nèi)、外線圈3、4側(cè)面都置有導(dǎo)磁銜鐵2，讓各磁件產(chǎn)生的磁力線都被導(dǎo)向和聚集，有利于控制磁力線最佳形狀減少發(fā)散，更有利于相鄰磁場(chǎng)的有效疊加，使磁力線拱形的擴(kuò)寬拱頂展平更好?？烧{(diào)直流電源輸出電壓和輸出電流都可調(diào)控，輸出電壓由(Γ 100V，輸出電流從 (Γ20 A，也可以恆功率模式輸出。通過調(diào)節(jié)輸出電流大小，可調(diào)節(jié)弧斑運(yùn)動(dòng)擴(kuò)寬軌跡區(qū)域， 最終達(dá)到擴(kuò)寬靶面均勻刻蝕面積，提高靶材的利用率。電磁線圈的供電電流可調(diào)，雖然可以增強(qiáng)或削弱磁場(chǎng)，但若采用單個(gè)電磁線圈，由于線圈結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，即使調(diào)控供電電流大小，其所產(chǎn)生的拱形磁力線形狀都相似，其磁力線平行靶面最大磁場(chǎng)分量始終位于拱形弧線的頂點(diǎn)處，都對(duì)應(yīng)著靶面同一位置上。根據(jù)弧斑運(yùn)動(dòng)的”銳角定則"，弧斑運(yùn)動(dòng)主要約束在上述兩組拱形磁力線包圍的墜道洞內(nèi)的靶材平板8的表面上，在拱弧形的中心即拱形頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)下方靶材平板8表面相應(yīng)位置上弧斑出現(xiàn)的幾率最高；另外，在拱弧形頂點(diǎn)處平行靶面的磁場(chǎng)強(qiáng)度分量最大，依據(jù)弧斑運(yùn)動(dòng)”后退定則"，弧斑受該磁場(chǎng)水平分量作用，在靶面上沿著拱形隧道洞內(nèi)其頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軌跡上運(yùn)動(dòng)， 相當(dāng)于往墜道洞里鉆，如圖4所示，在靶面上看即沿著其上以長(zhǎng)圓形的跑道運(yùn)動(dòng)；即使改變供電電流大小，磁場(chǎng)隨著變強(qiáng)變?nèi)酰浯帕€拱形對(duì)稱性不變，即拱形頂點(diǎn)位置基本不變，那么弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡基本不變，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化主要改變弧斑運(yùn)動(dòng)快慢。所以單個(gè)電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，即使改變供電電流大小，弧斑在靶面上運(yùn)動(dòng)面積相對(duì)固定，刻蝕面積受到限制。為了改善此缺點(diǎn)，如圖2所示，采用電磁圈線3、4與永磁體組合，中軸永磁體9置于內(nèi)電磁線圈3的中空區(qū)，即在靶材平板8的中軸線正下方，如圖3、4所示，電磁線圈3、4 和中軸永磁體9兩者的拱形磁力線疊加，拉寬了拱形頂部的形狀，磁力線拱型區(qū)向中軸方向擴(kuò)展，相應(yīng)地刻蝕溝向中軸方向擴(kuò)寬。而且隨著電磁圈線3、4供電電流由小至大，合成的磁場(chǎng)拱形磁力線拱頂位置由較靠近中軸永磁體9到稍離開，成動(dòng)態(tài)移位，可以控制推動(dòng)弧斑在較寬的軌道上運(yùn)動(dòng)，展平刻蝕溝。同樣原理，通過電磁線圈與四個(gè)端角永磁體13的磁力線疊加，可以向靶材平板8四角擴(kuò)展磁力線拱型范圍，也相應(yīng)向靶材平板8四邊角展寬了刻蝕溝。對(duì)于更寬的靶面可以采用更多重電磁線圈代替內(nèi)外兩電磁線圈，與上述思路一樣，在靶材平板的中軸和四角正下方安置永磁體，且與多重電磁線圈有相同極性，同樣在永磁體和電磁線圈下方和各線圈側(cè)面都設(shè)置導(dǎo)磁銜鐵，在永磁體和電磁線圈朝向靶材平板的端面上貼一薄的軟導(dǎo)磁鐵片，采用這種磁件設(shè)計(jì)，永磁體與多重電磁線圈的磁力線疊加，其合成的磁力線拱型向中軸、靶的邊沿和四角同時(shí)展寬，磁力線拱型跨越范圍更加擴(kuò)大，拱頂也拉平，這樣弧斑在更寬的軌道運(yùn)動(dòng)，刻蝕溝更寬更平了，靶材利用率更高，即可實(shí)現(xiàn)更寬靶面均勻的刻蝕。本發(fā)明的電磁線圈與永磁體的組合磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，利用兩者磁力線疊加合成相連，實(shí)現(xiàn)磁力線拱弧形頂?shù)臄U(kuò)寬展平，讓磁力線拱弧形區(qū)覆蓋面積擴(kuò)展到靶材平板的中軸附近和四邊角區(qū)域，有利于弧斑運(yùn)動(dòng)區(qū)域擴(kuò)展，擴(kuò)大靶的均勻刻蝕區(qū)。本發(fā)明采用內(nèi)、外電磁線圈與永磁體組合的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，通過它們的磁力線疊加合成，不僅向靶中軸方向擴(kuò)展了磁力線弧形區(qū)，還向靶材平板邊沿處擴(kuò)展了磁力線拱弧區(qū)，使磁力線拱形區(qū)覆蓋面積更寬，拱頂扁平區(qū)更大，更有利于弧斑運(yùn)動(dòng)區(qū)域擴(kuò)展和擴(kuò)大靶的均勻刻蝕區(qū)。本發(fā)明通過電磁線圈與永磁體的組合，利用電磁線圈供電可調(diào)整電磁圈磁場(chǎng)強(qiáng)弱，所合成的磁場(chǎng)的磁力線拱弧形的形狀可以變化，通過合理調(diào)控可得到最佳的磁力線拱頂擴(kuò)寬和展平，即可調(diào)控弧斑在較寬的軌跡上運(yùn)動(dòng)，可加寬均勻刻蝕溝，靶材利用率從25% 提高到37%。本發(fā)明可以調(diào)節(jié)電磁線圈的最佳磁化電流，一來(lái)擴(kuò)寬弧斑范圍運(yùn)動(dòng)，二來(lái)加速斑弧運(yùn)動(dòng)速率，上述這些因素都有利于縮短弧斑在靶面某位置的駐留時(shí)間，從而降低在某位置的溫升集中，有利于靶面冷卻散熱，進(jìn)而有利于縮細(xì)靶面電弧產(chǎn)生的微溶池，讓電弧產(chǎn)生的宏觀顆粒(靶材的微液滴)變細(xì)變小，使鍍層更光滑致密。
權(quán)利要求
1.一種組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，包括一矩形靶材平板，其特征在于在靶材平板的正下方、間隔所述靶材平板一段距離處設(shè)有一中軸永磁體、四個(gè)端角永磁體和至少兩個(gè)長(zhǎng)圓形電磁線圈，所述電磁線圈沿所述靶材平板邊緣平行環(huán)套設(shè)置且通過導(dǎo)線連接可調(diào)直流電源，其四個(gè)端角處分別設(shè)置有一所述端角永磁體，其中，最內(nèi)側(cè)的電磁線圈的內(nèi)側(cè)、沿其長(zhǎng)軸方向設(shè)有所述中軸永磁體，所述中軸永磁體、端角永磁體和電磁線圈所形成的磁場(chǎng)的極性一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，其特征在于所述的中軸永磁體為由若干塊小永磁體順排形成的長(zhǎng)條形永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，其特征在于所述電弧蒸發(fā)源還包括導(dǎo)磁銜鐵和導(dǎo)磁鐵片，所述導(dǎo)磁鐵片為一薄鐵片，所述的導(dǎo)磁銜鐵上表面上設(shè)有若干個(gè)凹槽，所述的中軸永磁體、端角永磁體和電磁線圈分別嵌入相應(yīng)的凹槽中且上端面取平并覆蓋上所述導(dǎo)磁鐵片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，其特征在于緊貼所述導(dǎo)磁鐵片上端面設(shè)置有一冷卻水槽板，所述靶材平板密封安裝在所述冷卻水槽板上端， 兩者之間形成一留有進(jìn)、出水口的冷卻水道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，其特征在于所述電弧蒸發(fā)源還包括靶座底板，所述冷卻水槽板邊緣通過連接件連接所述靶座底板，所述導(dǎo)磁銜鐵與導(dǎo)磁鐵片夾裝在所述冷卻水槽板與靶座底板之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，其特征在于所述的靶材平板兩側(cè)邊通過壓條緊固在冷卻水槽板上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組合磁場(chǎng)的矩形平面陰極電弧蒸發(fā)源，包括一矩形靶材平板，在靶材平板的正下方、間隔所述靶材平板一段距離處設(shè)有一中軸永磁體、四個(gè)端角永磁體和至少兩個(gè)長(zhǎng)圓形電磁線圈，所述電磁線圈沿所述靶材平板邊緣平行環(huán)套設(shè)置且通過導(dǎo)線連接可調(diào)直流電源，其四個(gè)端角處分別設(shè)置有一所述端角永磁體，其中，最內(nèi)側(cè)的電磁線圈的內(nèi)側(cè)、沿其長(zhǎng)軸方向設(shè)有所述中軸永磁體，所述中軸永磁體、端角永磁體和電磁線圈所形成的磁場(chǎng)的極性一致。本發(fā)明提供了一種無(wú)論磁化電流是否變化都能實(shí)現(xiàn)靶材利用率高、形成的膜層細(xì)膩的陰極電弧蒸發(fā)源。
文檔編號(hào)C23C14/32GK102534513SQ20111042515
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者李志方, 李志榮, 李秋霞, 羅志明 申請(qǐng)人:東莞市匯成真空科技有限公司