[發明專利]一種復合式磁控濺射陰極

有效

• 申請號: 201110379503.0
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102420091A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 邱清泉;丁發柱;戴少濤;張志豐;古宏偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種磁控濺射設備，特別涉及一種永磁電磁復合式磁控濺射陰極。

背景技術

磁控濺射廣泛應用于材料鍍膜領域，磁控濺射陰極靶從結構上可分為平面磁控濺射靶及圓柱磁控濺射靶，從磁場分布上分為平衡靶和非平衡靶。平面磁控濺射靶所用的靶材容易加工制造，安裝方便，適于批量生產鍍膜產品，但由于平面靶材利用率較低，約20％左右，特別是在基片上鍍制貴重金屬時，無疑生產成本比較高。現在隨著低輻射膜的大量生產，其所用銀靶材每套售價一般都在幾十萬元以上。提高靶材利用率，對于降低生產成本具有十分積極的意義。傳統磁控濺射技術中，等離子區被限制在靶面附近，而非平衡磁控濺射技術通過附加的磁場，將陰極靶面的等離子體引到基片附近，使更多的離子轟擊基片，從而改善鍍膜結構。非平衡磁控濺射系統目前已經在功能薄膜制備領域得到了廣泛的研究和應用。

為了得到非平衡平面磁控濺射陰極所需要的非平衡磁場，荷蘭豪士公司采用電磁線圈放置在永磁磁控濺射陰極的外圍，通過改變電磁線圈的電流，可以方便調節磁場的非平衡度。與荷蘭豪士公司的產品不同，中國專利98120365.5公開了一種非平衡平面磁控濺射靶，將電磁線圈放在真空腔的中心位置，電磁線圈的磁極與永磁磁極相對放置，且極性相反，以形成閉合磁場。

荷蘭豪士公司的非平衡磁控濺射陰極以及專利98120365.5申請公開的非平衡磁控濺射陰極都是采用單個電磁線圈放在陰極外部的不同位置，陰極磁場是永磁磁場和電磁線圈磁場的整體疊加，電磁線圈無論是放置在陰極外側，還是基板位置，產生的磁場均以垂直于靶面的磁場為主，陰極磁場為永磁體磁場的整體增大或減小，無法實現對內磁極和外磁極磁場的獨立靈活調節，也難以實現在濺射過程中放電等離子體區的移動。

中國專利85100096申請公開的磁控濺射靶，沒有采用永磁體，而采用兩個電磁線圈得到陰極磁場，電磁線圈安裝在外磁極的兩側，兩個電磁線圈產生的磁場區域對應不同材料的靶材，通過改變兩個電磁線圈電流的比值，可以靈活控制靶材不同區域的磁場，從而改變材料的組分。該專利中靶材不同區域的磁場是不同的，即不同區域的放電等離子體密度也是不同的，這樣會引起等離子體的損失。

發明內容

本發明的目的是克服常規永磁磁控濺射裝置在使用過程中磁場無法靈活調節的問題，提出了一種新的永磁電磁復合式磁控濺射陰極，與現有電磁式和復合式磁控濺射陰極不同的是，本發明可以比較靈活地對單個磁極的磁場強度和分布進行獨立控制。

本發明采用的技術方案如下：

本發明復合式磁控濺射陰極由平面靶材、水冷背板、外永磁體、內永磁體、外電磁線圈、內電磁線圈、外磁軛、內磁軛、底磁軛和框架組成。水冷背板緊密安裝在靶材的下方；外永磁體、內永磁體安裝在水冷背板下方；外磁軛和內磁軛分別安裝在外永磁體和內永磁體下方；底磁軛安裝在外磁軛和內磁軛下方；外永磁體、內永磁體、外電磁線圈、內電磁線圈、外磁軛、內磁軛，以及底磁軛安裝在框架中。所述的平面靶材通過電源線連接到陰極電源。所述的內電磁線圈安裝在由外磁軛、內磁軛和底磁軛包圍的空間中偏內的位置，外電磁線圈安裝在由外磁軛、內磁軛和底磁軛包圍的空間中偏外的位置。外電磁線圈和內電磁線圈根據不同應用場合，可繞制成跑道形或圓形結構，構成矩形平面磁控濺射裝置和圓形平面磁控濺射裝置。外永磁體和內永磁體產生磁控濺射陰極所需要的主磁場，外電磁線圈和內電磁線圈分別通過電流引線連接外電磁線圈和內電磁線圈供電電源，產生磁控濺射陰極所需要的輔助磁場。通過調節內、外線圈的電流流動方向和電流的大小，可以靈活對放電空間的磁場強度進行調節，以應用于不同材料的鍍膜工藝。

電磁線圈選用低電阻率、高通流能力的導線繞制，采用自然冷卻或水冷卻。永磁體選用高剩磁和矯頑力硬磁材料，磁軛選用高磁導率和高飽和磁密的軟磁材料。靶材材料可選擇金屬、合金和陶瓷材料，以適合于多種鍍膜工藝。所述的陰極電源根據不同鍍膜工藝的要求，可為直流、中頻脈沖、中頻交流或射頻電源。所述的磁體供電電源為可手動或自動控制正負極性的直流電源或直流脈沖電源。

本發明具有以下優點：

1.本發明的永磁電磁復合式平面磁控濺射陰極，可以根據不同鍍膜場合，在靶表面產生不同強度和分布的磁場，可以很方便地調節磁場的強弱以及磁場的非平衡度，從而克服在鍍膜過程中，磁場無法調節的難題。

2.本發明設計的永磁電磁復合式線圈磁控濺射陰極，通過分別控制兩個電磁線圈電流的流動方向，還可以方便地移動靶面放電等離子體的位置，從而提高靶材利用率；