[發明專利]一種磁控濺射平面陰極裝置

在審

• 申請號: 202110476838.8
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113122814A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 謝斌
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟

本發明的一種磁控濺射平面陰極裝置，包含磁體組和磁軛，所述磁體組包括三套磁體組，分別是直道區磁體組、過渡區磁體組及環形區磁體組，過渡區磁體組銜接直道區磁體組和環形區磁體組；所述直道區磁體組和過渡區磁體組分別包含一組中心磁鐵和兩組外側磁鐵，環形區磁體組包含一組中心磁鐵和一組外環磁鐵；直道區磁體組的外側磁體的間距為d1，環形區磁體組的外環磁鐵直徑為d2，則d2d1。本發明通過改變磁體的形狀和磁體在磁軛上的排布，改進了靶材環形區域和過渡區域的磁場分布，從而改善了磁控濺射靶材表面過渡區域和環形區域局部刻蝕過快的問題，達到降低刻蝕速率的目的，并且在不增加靶材長度的情況下，加長了靶材的有效均勻濺射區域，提高靶材的利用率，同時降低磁控濺射鍍膜成本。

技術領域

本發明涉及磁控濺射技術領域，具體涉及一種磁控濺射平面陰極裝置。

背景技術

物理氣相沉積是一種利用物理方式在基材上沉積薄膜的技術。磁控濺射技術是物理氣相沉積技術的一種。在磁控濺射鍍膜技術中，在被處理材料即靶材背面配置磁場發生裝置的磁控濺射技術為濺射法中的主流。磁控濺射通過磁體在靶材的表面形成磁場，利用電子的漂移運動將等離子體約束于靶材的表面附近，因此形成高密度的等離子體；高能離子(通常為電場加速的氬氣離子)轟擊靶材表面，靶材表面離子或原子與入射的高能離子交換能量后從靶材表面飛濺出來，并在基材上沉積成膜。

磁控濺射平面陰極的磁場發生裝置在靶材表面形成的磁場分布決定了靶材被高能粒子刻蝕消耗后的刻蝕溝道形狀，同時也決定了靶材的濺射效率和利用率。

現有常見的磁控濺射平面陰極示意圖見圖1，一般包含靶材1和磁場發生裝置(包含磁體組2和磁軛3)，磁體組2置于磁軛3和靶材1之間，通常是三組磁體，包括一組位于中部的中心磁鐵21和兩組位于兩側的外側磁鐵22。磁體磁化極軸垂直于靶材平面，外側磁鐵22磁極方向相同，外側磁鐵22與中心磁鐵21磁極相反，外側磁鐵22由磁軛3與中心磁鐵21連接形成閉合磁回路，并在靶材表面形成磁場從而約束等離子體。

常見磁控濺射平面陰極的靶材濺射區域一般分為中部直道區、過渡區和端部環形區(圖2)，與靶材直道區和過渡區對應的靶材下方的磁場發生裝置的結構見圖1。與靶材環形區域對應的磁場發生裝置結構圖見圖2所示，環形區域的磁體組4由位于外側的外環磁鐵42和位于中部的中心磁鐵41組成，位于環形區域的外環磁鐵42與直道區域的外側磁鐵22的磁極方向相同，位于環形區域的中心磁鐵41和直道區域的中心磁鐵21的磁極方向相同。外環磁鐵42由磁軛3與中心磁鐵22連接形成閉合磁回路，并在靶材表面形成磁場從而約束等離子體。

常見磁控濺射平面陰極磁場發生裝置中，與靶材直道區和過渡區對應的磁體組采用相同分布。由于從直道區域過渡到環形區域時靶材表面的磁場分布過渡不均勻和磁場強度變化，常常使靶材環形區域(圖3)和過渡區域(圖4)的局部刻蝕速度過快(圖中陰影區域所示)，導致靶材端部過早刻蝕完畢后靶材失效，從而降低了靶材利用率。

發明內容

本發明提出的一種磁控濺射平面陰極裝置，可解決上述技術問題。

為解決上述的技術問題，本發明采用了以下技術方案：

一種磁控濺射平面陰極裝置，包含磁體組和磁軛，在使用時配合靶材設置，磁體組固定在磁軛上置于磁軛和靶材之間，其中，磁體組包括一組位于中部的中心磁鐵和兩組位于兩側的外側磁鐵，磁體磁化極軸垂直于靶材平面，外側磁鐵磁極方向相同，外側磁鐵與中心磁鐵磁極相反，外側磁鐵由磁軛與中心磁鐵連接形成閉合磁回路，并在靶材表面形成磁場從而約束等離子體；

其中，所述磁體組包括三套磁體組，分別是直道區磁體組、過渡區磁體組及環形區磁體組，過渡區磁體組銜接直道區磁體組和環形區磁體組；

所述直道區磁體組和過渡區磁體組分別包含一組中心磁鐵和兩組外側磁鐵，環形區磁體組包含一組中心磁鐵和一組外環磁鐵；

直道區磁體組的外側磁體的間距為d1，環形區磁體組的外環磁鐵直徑為d2，則d2d1。