РАСПЫЛИТЕЛЬНЫЙ МАГНЕТРОН

Область техники, к которой относится полезная модель:
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при изготовлении планарных распылительных магнетронов различной мощности. Технический результат состоит в упрощении конструкции магнетрона, повышении надежности его работы, снижении температурных градиентов по толщине мишени, а также наличие возможности оперативной замены магнитной системы для распыления мишеней различного размера.
Уровень техники:
Известны конструкции планарных распылительных магнетронов, в которых элементы магнитной системы и распыляемая мишень, или верхняя крышки магнетрона, на которую монтируется распыляемая мишень, находятся в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью (US 4434042А). Основным недостатком такой конструкции является необходимость установки эластичного уплотнителя между верхней крышкой и корпусом магнетрона, который ограничивает максимальную температуру распыляемых мишеней и существенно снижает надежность всего устройства. Кроме того, значительный перепад давления между рабочей камерой и охлаждающей жидкостью требует увеличения жесткости и как следствие толщины верхней крышки магнетрона, особенно при конструировании планарных магнетронов большой площади, что снижает напряженность магнитного поля на поверхности мишени и как следствие толщину распыляемых мишеней. Еще одним недостатком такой конструкции, при использовании в качестве охлаждающей жидкости проточной воды, является высокая вероятность электрохимической коррозии элементов магнитной системы.
Известна конструкция магнетрона с непосредственным охлаждением мишени, в которой охлаждающая жидкость циркулирует по специальным каналам, сформированным в теле мишени (US 5985115А).
Основным недостатком таких систем является сложность изготовления и смены мишеней, а также невозможность формирования каналов в керамических мишенях.
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция магнетрона с косвенным охлаждением магнитной системы (US 5441614А) при которой охлаждающая жидкость течет по специально изготовленному каналу, имеющему тепловой контакт с мишенью и магнитной системой. При этом, тепловой контакт с магнитной системой осуществляется по боковым стенкам канала, через технологические зазоры, необходимые для сборки магнетрона, которые снижают эффективность охлаждения магнитной системы.
Существенными недостатками выбранного прототипа являются также сложность конструкции и повышенные требования к точности изготовления и сопряжения деталей магнетрона, что в итоге приводит к увеличению его стоимости.
Раскрытие сущности полезной модели:
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является упрощение конструкции магнетрона и повышение надежности его работы. Поставленная цель достигается существенным уменьшением количества и сложности деталей магнетрона, отсутствием в горячей зоне резиновых или полимерных уплотнителей, трубок, паяных соединений, имеющих выход в вакуумную камеру, что полностью исключает попадание охлаждающей жидкости во внутренний объем напылительной установки. Основой магнетрона является электрически изолированный от установочного фланца водоохлаждаемый медный вакуумный ввод, на который устанавливаются магнитная система, корпус и верхняя крышка магнетрона. Дополнительным преимуществом такой конструкции является возможность распыления на одном магнетроне мишеней различных размеров путем простой замены магнитной системы и прижимного кольца.
Краткое описание чертежей:
На фигуре 1 представлен заявляемый магнетрон в разрезе.
Магнетрон состоит из массивного медного водоохлаждаемого ввода (1), магнитной системы, состоящей из магнитопровода (2), кольцевого (3) и центрального цилиндрического (4) постоянных магнитов, корпуса магнетрона (5), верхней крышки (6), прижимного кольца (7) и нижней крышки (8), в которую вмонтированы штуцера входа и выхода охлаждающей жидкости (9). Для герметизации системы охлаждения на нижнем торце ввода установлен кольцевой фторкаучуковый уплотнитель (10). Герметичность установки магнетрона в вакуумную камеру обеспечивается с помощью кольцевых фторкаучуковых уплотнителей (11). Электрическая изоляция магнетрона от установочного фланца (12) обеспечивается с помощью фторопластовой втулки (13) и капролоновой шайбы (14), которые поджимаются к фланцу с помощью гайки (15).
При такой конструкции магнетрона охлаждение магнитов происходит непосредственно через магнитопровод, а охлаждение верхней крышки и распыляемой мишени через корпус магнетрона, изготовленный из металла с высокой теплопроводностью имеющий тепловой контакт и с водохлаждаемым вводом и верхней крышкой. Между магнитами и верхней крышкой имеется зазор, обладающий в вакууме высоким тепловым сопротивлением, что позволяет, при необходимости, не перегревая магниты поднять рабочую температуру мишени и как следствие эффективность ее распыления.
В корпусе магнетрона просверлены радиальные отверстия для откачки внутреннего объема магнетрона. Отсутствие перепада давления между внутренним объемом магнетрона и вакуумной камерой позволяет существенно снизить толщину верхней крышки и как следствие увеличить толщину распыляемых мишеней. Все глухие полости имеют технологические отверстия для увеличения скорости откачки. Магнетрон монтируется на фланце вакуумной установки через фторопластовую изолирующую втулку и 2 фторкаучуковых вакуумных уплотнителя. На этом же фланце аксиально монтируется кольцевой анод, выполненный из алюминиевого сплава со съемной накладкой из нержавеющей стали.
В качестве примера исполнения изготовлен круглый планарный магнетрон мощностью до 500 Вт. На фигуре 2 представлен вид магнетрона в сборе: сбоку без анода (а), с установленными анодом, защитным кожухом и алюминиевой мишенью (б). Сменные магнитные системы и прижимные кольца позволяют эффективно распылять мишени диаметром от 25 до 76 мм. Данная конструкция магнетрона позволяет вести распыление как в режиме постоянного тока, так и в импульсном среднечастотном (20 - 200кГц) и высокочастотном (13.56МГц) режимах.