[發(fā)明專利]一種用于中低真空的磁控濺射靶陰極

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510031692.0
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104532202B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐修龍;何峻;夏振軍;趙棟梁
• 申請（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 北京中安信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11248
• 代理人: 張小娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁控濺射鍍膜生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于中低真空的磁控濺射靶陰極，通過優(yōu)化磁控濺射靶陰極結(jié)構(gòu)的方法來提高靶材利用率。

背景技術(shù)

磁控濺射在永磁體產(chǎn)生的靜磁場作用下，陰極工作時，由于受到輝光放電區(qū)域的限制，靶面磁場平行分量最大的區(qū)域電離度增強，電離出的工藝氣體離子被限制在一個狹窄環(huán)形的“跑道”上，因此靶面上只有部分區(qū)域被集中濺射。濺射后，靶面留下環(huán)形“跑道”狀的凹坑，對應(yīng)靶面上形成一個狹窄的刻蝕區(qū)域，隨著輝光放電的進行，靶面刻蝕區(qū)域呈“V”形且刻蝕區(qū)域越來越狹窄，隨著“V”形溝槽逐漸加深，刻蝕會變得更為劇烈，靶材被快速刻蝕“穿透”，特別是在中低真空下濺射時，“V”形更明顯，導(dǎo)致靶材利用率低，增加生產(chǎn)成本。

同時，目前，現(xiàn)有磁控濺射技術(shù)的工作氣壓為0.1～1Pa，而在0.1～10²Pa工作氣壓下，靶材利用率極低。

為了提高靶材的利用率，需要采取一定措施對磁場的分布進行調(diào)整和優(yōu)化，使磁場能夠有效約束電子運動軌跡。

中國發(fā)明專利申請No.200310105218.5公開了‘一種可提高靶材利用率的磁控濺射靶’，采用移動磁體技術(shù)，通過對普通磁控濺射平面靶磁體的改進，讓磁體在濺射鍍膜過程中能夠移動，增加靶材表面的刻 蝕區(qū)域。該技術(shù)在一定程度提高了靶材的利用率，但磁體移動距離不易控制且影響濺射的均勻性，同時磁體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此不易推廣。

中國實用新型專利申請No.201220226070.5公開了一種‘磁控濺射靶材’，具有可提高靶材利用率的靶材結(jié)構(gòu)，其表面在不同位置的厚度是按照磁場強弱來設(shè)計，磁控濺射靶材在磁場強的位置厚度較大，在磁場弱的位置厚度較小，使得濺射后期磁控濺射靶材的濺射面更加平整，保持了濺射參數(shù)穩(wěn)定，提高了磁控濺射靶材的壽命。但不同厚度和材質(zhì)的靶材磁場強弱分布不相同，導(dǎo)致靶材厚度的準確加工比較困難。

中國發(fā)明專利申請No.201410001386.8公開了‘一種提高磁控濺射靶材利用率的方法’。該方法使用線切割機，在刻蝕曲面內(nèi)線切割殘靶，得到多片拼接靶材，并對每個所述拼接靶材進行清潔，將清潔后的拼接靶材拼接在一起,并將拼接后的靶材與背板焊合，焊合后再次裝機進行濺射鍍膜。該技術(shù)在后續(xù)靶材的制備上難度比較大，并且對線切割和焊接技術(shù)要求高，不適合大面積推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于中低真空的磁控濺射靶陰極結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化磁控濺射靶陰極結(jié)構(gòu)的方法來提高靶材利用率，其能有效解決工作氣壓為0.1～10²Pa量級條件下，靶材利用率相對較低等技術(shù)難題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于中低真空的磁控濺射靶陰極，濺射時工作氣壓為0.1～10²Pa量級，該磁控濺射靶陰極包括陰極體外殼1、靶材2、外磁體3、內(nèi)磁體4、基座5和冷卻通道6；

其中，陰極體外殼1為中空的圓筒形，圓筒側(cè)壁鑲嵌有外磁體3， 陰極體外殼1中心設(shè)置內(nèi)磁體4，內(nèi)磁體4與陰極體外殼1之間為冷卻通道6；陰極體外殼1上表面為靶材2，下表面為基座5；

所述外磁體3為多個環(huán)繞著冷卻通道6的圓柱形單體，每個單體表面中心位置磁場范圍在300～500mT；

所述內(nèi)磁體4為圓柱形，內(nèi)磁體4和外磁體3之間有1～10mm的高度差；內(nèi)磁體4表面中心位置磁場范圍在400～600mT。

陰極體外殼1的圓筒壁上、沿圓周方向設(shè)有多個均勻分布的孔，孔的直徑與外磁體3匹配。

所述陰極體外殼1采用無氧銅或紫銅一體加工。

所述靶材2為圓形靶材，厚度為0.5～5mm。

所述外磁體3采用釹鐵硼或鋁鎳鈷燒結(jié)合金制成。

所述內(nèi)磁體4采用釹鐵硼或鋁鎳鈷燒結(jié)合金制成。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的用于中低真空的磁控濺射靶陰極結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強，性能可靠。它通過調(diào)節(jié)內(nèi)磁極與靶表面的距離(內(nèi)外磁極高度差為1～10mm之間可調(diào))來改變磁通量密度，均勻水平磁場，同時改變外磁極直徑，調(diào)整磁力線分布的有效面積，從而提高靶材利用率和壽命，同時有效提高濺射速率、薄膜的沉積速率。本發(fā)明在濺射時工作氣壓0.1～10²Pa量級，可將濺射出的納米顆粒束流經(jīng)惰性氣體冷凝，并依靠階梯壓差將低真空腔中的納米粒顆粒束流沉積在高真空腔內(nèi)的基片上，制備的顆粒尺寸均一可調(diào)控同時每小時沉積量高達克量級。