[发明专利]无磁屏蔽型铁磁性靶材溅射阴极

说明书

技术领域

本发明属于真空镀膜设备设备技术领域，特别是提供了一种无磁屏蔽型铁磁性靶材溅射阴极

背景技术

磁控溅射溅射过程是通过磁路在靶材表面产生的磁场对气体放电过程中电子和离子进行约束，在靶材表面形成密度很高的放电等离子体，在电场作用下，离子对靶材表面进行轰击，靶材表面原子脱离靶材并沉积在基片上形成薄膜而实现的。

用磁控溅射的方法镀制铁磁性薄膜通常采用平面永磁或电磁直流磁控溅射阴极，Jianming Fu的发明专利“APPARATUS FOR SPUTTERING MAGNETIC TARGETMATERIALS”，美国专利号，5876576，对传统的溅射技术进行了总结，主要内容如图1a所示，由于铁磁性靶材1具有高导磁性，特别是铁、钴、镍及其合金等高饱和磁化强度的铁磁性靶材，将使磁路2所产生的磁力线3优先通过靶材，在靶材内部的磁通量达到饱和后，剩余的磁力线4在靶材表面形成磁场。靶材表面磁场对气体放电过程中产生的电子和离子产生约束作用实现磁控溅射。由此可见，铁磁性靶材对磁控溅射阴极的磁路有很强的屏蔽效应。当靶材超过一定厚度时，致使靶材表面磁场被完全屏蔽，靶材表面磁场消失，溅射镀膜不能进行，通常铁靶材的使用厚度小于1mm。

如图1b所示，在铁磁材料溅射过程中，随着溅射沟道6附近的靶材逐渐减薄，原有靶材内部的磁力线5外泻至靶材表面，造成靶材表面磁场逐渐增强。因溅射速率与磁场强度成正比，这样导致靶材溅射沟道越来越窄、越来越深的现象，从而导致铁磁性材料的溅射镀膜的均匀性、一致性和重复性难以保证。为克服上述问题，Takamasa Yoshikawa和Sadao Kadokura等人发明了对靶磁控溅射技术，“PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING MEDIUM METHODE FORPRODUCING THE SAME，AND SPUTTERING DEVICE”，美国专利号，4576700和“FACINGTARGET SPUTTERING DEVICE”，美国专利号，5000834。

其主要技术内容如图2所示。与平面磁控溅射阴极不同，对靶磁控溅射阴极11的磁路由两侧磁铁14包括永磁铁和电磁铁及辅助线圈12产生同向磁场，两块靶材对向平行放置，靶材15表面与磁力线垂直。溅射时两侧靶材被同时施加负电压13，产生的放电等离子体16被局域在两靶材之间，两侧靶材被同时溅射，基片17被垂直于靶材表面放置在一对阴极侧面，溅射过程在真空室10内在一定气压下完成。由于靶材与磁场垂直，靶材的厚度对靶材表面磁场的大小及分布影响较小，所以对靶磁控溅射技术对靶材的厚度无特殊要求，一般靶材厚度可以超过10mm。除此之外，对靶磁控溅射的靶材溅射沟道平坦，靶材利用率很高，可大于70％。尽管如此，对靶磁控溅射仍存在以下问题：

1、由于采用两对向靶材同时溅射，阴极结构复杂，对真空系统要求较高，加工成本、安装难度大。

2、与平面磁控溅射不同，对靶磁控溅射阴极的磁路开放，在周围出现漏磁现象，对周围设备产生干扰。

3、因采用旁轴溅射模式，溅射过程中等离子体对样品或基片轰击弱，影响薄膜的附着力。

4、只有当两侧阴极的结构及分布电容完全一直时，才可用一个射频电源驱动一对对靶磁控溅射阴极，及对靶磁控溅射在射频模式下工作时，匹配困难。

  发明内容

  本发明所涉及磁控溅射阴极可增强放电等离子体对基片的轰击，从而增加  薄膜的附着力；减低射频工作模式的匹配难度，使用单一射频电源即可驱动  磁控溅射阴极。

  本发明磁控溅射阴极采用闭合磁路的平面磁控溅射结构溅射铁磁性材料，  避免了铁磁性靶材对磁路的屏蔽效应和靶材的厚度限制。

  本发明的磁控溅射阴极由法兰28安装于真空室壁上，在法兰28上有密封  胶圈26和固定螺栓孔27，基片37置于阴极上方进行溅射镀膜。对于具有轴  对称的圆形磁控溅射阴极，铁磁性靶材由中心圆形靶材21’和外侧环型靶材  组成21，可采用3-20mm厚的靶材。为避免铁磁靶材对磁路的屏蔽效应需  使中心圆形靶材与外侧环形靶材之间有5-60mm的间隙，间隙大小根据阴  极尺寸确定，溅射在间隙附近发生。

  靶材21、21’、磁极22、22’、磁铁23、23’和磁极背板38构成闭合磁  路。其中磁极和磁极背板可采用高饱和磁化强度材料，如纯铁或磁性不锈钢  制造，磁铁可采用如永磁铁氧体、钕铁硼或其他永磁材料制造。