CN109881167A - 一种高效率磁控溅射平面阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效率磁控溅射平面阴极，包括靶材和磁场发生装置，磁场发生装置包括磁轭和设置在靶材与磁轭之间的双磁路磁体装置，双磁路磁体装置包括两组主磁体装置和两组辅助磁体装置，主磁体装置包括端部磁体和主磁体，两组主磁体相邻设置在磁轭上表面中部位置，主磁体的磁化极轴方向均与靶材水平。本发明通过设置相邻的主磁体，展宽了靶材上方的可溅射区域，使靶材上方磁场强度分布更均匀，从而提高了靶材的利用率，增强了靶材上方的等离子密度，能够提高溅射速率，从而提高薄膜沉积速率，降低镀膜成本。
Description
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，更具体地说，特别涉及一种高效率磁控溅射平面阴极。
背景技术
物理气相沉积是一种利用物理方式在基材上沉积薄膜的技术。磁控溅射镀膜技术是物理气相沉积技术的一种，在磁控溅射镀膜技术中，通过磁体在靶材的表面形成磁场，利用电子的漂移运动将等离子体约束于靶材的表面附近，因此形成高密度的等离子体，高能离子轰击靶材表面，靶材表面离子或原子与入射的高能离子交换能量后从靶材表面飞溅出来，并在基材上沉积成膜。
目前，在磁控溅射镀膜技术应用领域，广泛使用的是平面磁控溅射阴极。现有的平面磁控溅射阴极一般包括靶材、磁体装置与磁轭，磁体装置包含三组磁体，该三组磁体间隔装设于靶材与磁轭之间，磁化极轴垂直于靶材平面，两侧的磁体由端部导磁块连接形成闭合磁回路，在溅射过程中，靶材表面磁场强度的水平分量越高的区域，其溅射速率越高，消耗也就越大，因此溅射一段时间后，靶材表面就会出现蚀刻坑。现有常见的磁控溅射平面阴极，靶材表面磁场分布和靶材蚀刻坑见图1所示，受限于其工作原理，靶材表面等离子体密度低，薄膜沉积速度慢，蚀刻坑呈V型，靶材利用率非常低，大概在15-25％，这样就导致大量的材料浪费；同时，靶材利用率低还会导致设备需要频繁的更换靶材，大大影响生产效率。为此我们提出一种高效率磁控溅射平面阴极。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率磁控溅射平面阴极。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种高效率磁控溅射平面阴极，包括靶材和磁场发生装置，磁场发生装置包括磁轭和设置在靶材与磁轭之间的双磁路磁体装置，所述靶材与磁轭相互水平设置，所述双磁路磁体装置包括两组主磁体装置和两组辅助磁体装置，两组所述主磁体装置对称分布在磁轭上，所述主磁体装置包括端部磁体和主磁体，两组所述端部磁体分别设置在磁轭上表面两端位置，两组所述主磁体相邻设置在磁轭上表面中部位置，主磁体的磁化极轴方向均与靶材水平，且两组主磁体内侧磁极相同，两组所述端部磁体磁化极轴方向垂直于靶材表面，且两组端部磁体靠近靶材侧磁极相同并与主磁体外侧磁极相同，所述辅助磁体装置包括两组辅助磁体，两组所述辅助磁体分别设置在磁轭上表面的主磁体与端部磁体之间位置，所述辅助磁体包括第一辅助磁体与第二辅助磁体，所述端部磁体、第一辅助磁体和第二辅助磁体的磁化极轴方向垂直于靶材，相邻位置的所述端部磁体、第一辅助磁体和第二辅助磁体的磁极方向相反。
优选地，所述磁轭上表面开设有容纳沟槽，两组所述主磁体分别安装在容纳沟槽底表面两端位置。
优选地，所述第一辅助磁体、第二辅助磁体、主磁体和端部磁体均为永磁体。
优选地，所述主磁体的磁能积大于第一辅助磁体和第二辅助磁体的磁能积。
优选地，所述容纳沟槽的深度小于主磁体的高度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过设置相邻的主磁体，展宽了靶材上方的可溅射区域，使靶材上方磁场强度分布更均匀，从而提高了靶材的利用率，增强了靶材上方的等离子密度，能够提高溅射速率，从而提高薄膜沉积速率，降低镀膜成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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。
图1是现有技术中常见磁控溅射平面阴极；
图2是本发明一种高效率磁控溅射平面阴极的结构图；
图3是本发明一种高效率磁控溅射平面阴极的磁场图。
图中：1靶材、2磁轭、3端部磁体、4第一辅助磁体、5第二辅助磁体、6容纳沟槽、7主磁体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图2所示，本发明提供一种高效率磁控溅射平面阴极，包括靶材和磁场发生装置，磁场发生装置包括磁轭和设置在靶材1与磁轭2之间的双磁路磁体装置，所述靶材1与磁轭2相互水平设置，双磁路磁体装置包括两组主磁体装置和两组辅助磁体装置，两组主磁体装置对称分布在磁轭2上，主磁体装置包括端部磁体3和主磁体7，形成主磁场回路，两组端部磁体3分别设置在磁轭2上表面两端位置，两组端部磁体3与磁轭2连接形成闭合磁回路，并在靶材1表面形成磁场约束等离子体，两组主磁体7相邻设置在磁轭2上表面中部位置，主磁体7的磁化极轴方向均与靶材1水平，且两组主磁体7内侧磁极相同，两组主磁体7相邻设计，在不降低平行于靶材1表面的磁场分量的情况下，降低了垂直于靶材1表面的磁场分量，从而展宽了靶材1表面可溅射的区域，两组端部磁体3磁化极轴方向垂直于靶材1表面，且两组端部磁体3靠近靶材侧磁极相同并与主磁体7外侧磁极相同，辅助磁体装置包括两组辅助磁体，两组辅助磁体分别设置在磁轭2上表面的主磁体7与端部磁体3之间位置，辅助磁体包括第一辅助磁体4与第二辅助磁体5，形成辅助磁场回路，端部磁体3、第一辅助磁体4和第二辅助磁体5的磁化极轴方向垂直于靶材1，相邻位置的端部磁体3、第一辅助磁体4和第二辅助磁体5的磁极方向相反，第一辅助磁体4和第二辅助磁体5提供与主磁体装置所形成磁场相反的磁场回路，将现有常见的磁控溅射平面阴极靶材表面的山峰形磁场(如图1曲线所示)变为马鞍形(如图3曲线所示)，改善了靶材表现磁场的均匀性，使靶材1蚀刻坑由V型(如图1中阴影部分)变成长U型(如图3中阴影部分)；从而延长了靶材1的使用寿命，提高了靶材的利用效率。
本实施例中，磁轭2上表面开设有容纳沟槽6，两组主磁体7分别安装在容纳沟槽6底表面两端位置。
本实施例中，第一辅助磁体4、第二辅助磁体5、主磁体7和端部磁体3均为永磁体，永磁体可以为钕铁硼永磁体或者钐钴永磁体。
本实施例中，主磁体7的磁能积大于第一辅助磁体4和第二辅助磁体5的磁能积。
本实施例中，容纳沟槽6的深度小于主磁体7的高度，容纳沟槽6的目的是便于安装主磁体7。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高效率磁控溅射平面阴极，包括靶材和磁场发生装置，磁场发生装置包括磁轭和设置靶材与磁轭之间的双磁路磁体装置，所述靶材与磁轭相互水平设置，其特征在于：所述双磁路磁体装置包括两组主磁体装置和两组辅助磁体装置，两组所述主磁体装置对称分布在磁轭上，所述主磁体装置包括端部磁体和主磁体，两组所述端部磁体分别设置在磁轭上表面两端位置，两组所述主磁体相邻设置在磁轭上表面中部位置，主磁体的磁化极轴方向均与靶材水平，且两组主磁体内侧磁极相同，两组所述端部磁体磁化极轴方向垂直于靶材表面，且两组端部磁体靠近靶材侧磁极相同并与主磁体外侧磁极相同，所述辅助磁体装置包括两组辅助磁体，两组所述辅助磁体分别设置在磁轭上表面的主磁体与端部磁体之间位置，所述辅助磁体包括第一辅助磁体与第二辅助磁体，所述端部磁体、第一辅助磁体和第二辅助磁体的磁化极轴方向垂直于靶材，相邻位置的所述端部磁体、第一辅助磁体和第二辅助磁体的磁极方向相反。
2.根据权利要求1所述的高效率磁控溅射平面阴极，其特征在于：所述磁轭上表面开设有容纳沟槽，两组所述主磁体分别安装在容纳沟槽底表面两端位置。
3.根据权利要求1所述的高效率磁控溅射平面阴极，其特征在于：所述第一辅助磁体、第二辅助磁体、主磁体和端部磁体均为永磁体。
4.根据权利要求1所述的高效率磁控溅射平面阴极，其特征在于：所述主磁体的磁能积大于第一辅助磁体和第二辅助磁体的磁能积。
5.根据权利要求2所述的高效率磁控溅射平面阴极，其特征在于：所述容纳沟槽的深度小于主磁体的高度。
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