[发明专利]一种复合式磁控溅射阴极

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁控溅射设备，特别涉及一种永磁电磁复合式磁控溅射阴极。

背景技术

磁控溅射广泛应用于材料镀膜领域，磁控溅射阴极靶从结构上可分为平面磁控溅射靶及圆柱磁控溅射靶，从磁场分布上分为平衡靶和非平衡靶。平面磁控溅射靶所用的靶材容易加工制造，安装方便，适于批量生产镀膜产品，但由于平面靶材利用率较低，约20％左右，特别是在基片上镀制贵重金属时，无疑生产成本比较高。现在随着低辐射膜的大量生产，其所用银靶材每套售价一般都在几十万元以上。提高靶材利用率，对于降低生产成本具有十分积极的意义。传统磁控溅射技术中，等离子区被限制在靶面附近，而非平衡磁控溅射技术通过附加的磁场，将阴极靶面的等离子体引到基片附近，使更多的离子轰击基片，从而改善镀膜结构。非平衡磁控溅射系统目前已经在功能薄膜制备领域得到了广泛的研究和应用。

为了得到非平衡平面磁控溅射阴极所需要的非平衡磁场，荷兰豪士公司采用电磁线圈放置在永磁磁控溅射阴极的外围，通过改变电磁线圈的电流，可以方便调节磁场的非平衡度。与荷兰豪士公司的产品不同，中国专利98120365.5公开了一种非平衡平面磁控溅射靶，将电磁线圈放在真空腔的中心位置，电磁线圈的磁极与永磁磁极相对放置，且极性相反，以形成闭合磁场。

荷兰豪士公司的非平衡磁控溅射阴极以及专利98120365.5申请公开的非平衡磁控溅射阴极都是采用单个电磁线圈放在阴极外部的不同位置，阴极磁场是永磁磁场和电磁线圈磁场的整体叠加，电磁线圈无论是放置在阴极外侧，还是基板位置，产生的磁场均以垂直于靶面的磁场为主，阴极磁场为永磁体磁场的整体增大或减小，无法实现对内磁极和外磁极磁场的独立灵活调节，也难以实现在溅射过程中放电等离子体区的移动。

中国专利85100096申请公开的磁控溅射靶，没有采用永磁体，而采用两个电磁线圈得到阴极磁场，电磁线圈安装在外磁极的两侧，两个电磁线圈产生的磁场区域对应不同材料的靶材，通过改变两个电磁线圈电流的比值，可以灵活控制靶材不同区域的磁场，从而改变材料的组分。该专利中靶材不同区域的磁场是不同的，即不同区域的放电等离子体密度也是不同的，这样会引起等离子体的损失。

发明内容

本发明的目的是克服常规永磁磁控溅射装置在使用过程中磁场无法灵活调节的问题，提出了一种新的永磁电磁复合式磁控溅射阴极，与现有电磁式和复合式磁控溅射阴极不同的是，本发明可以比较灵活地对单个磁极的磁场强度和分布进行独立控制。

本发明采用的技术方案如下：

本发明复合式磁控溅射阴极由平面靶材、水冷背板、外永磁体、内永磁体、外电磁线圈、内电磁线圈、外磁轭、内磁轭、底磁轭和框架组成。水冷背板紧密安装在靶材的下方；外永磁体、内永磁体安装在水冷背板下方；外磁轭和内磁轭分别安装在外永磁体和内永磁体下方；底磁轭安装在外磁轭和内磁轭下方；外永磁体、内永磁体、外电磁线圈、内电磁线圈、外磁轭、内磁轭，以及底磁轭安装在框架中。所述的平面靶材通过电源线连接到阴极电源。所述的内电磁线圈安装在由外磁轭、内磁轭和底磁轭包围的空间中偏内的位置，外电磁线圈安装在由外磁轭、内磁轭和底磁轭包围的空间中偏外的位置。外电磁线圈和内电磁线圈根据不同应用场合，可绕制成跑道形或圆形结构，构成矩形平面磁控溅射装置和圆形平面磁控溅射装置。外永磁体和内永磁体产生磁控溅射阴极所需要的主磁场，外电磁线圈和内电磁线圈分别通过电流引线连接外电磁线圈和内电磁线圈供电电源，产生磁控溅射阴极所需要的辅助磁场。通过调节内、外线圈的电流流动方向和电流的大小，可以灵活对放电空间的磁场强度进行调节，以应用于不同材料的镀膜工艺。

电磁线圈选用低电阻率、高通流能力的导线绕制，采用自然冷却或水冷却。永磁体选用高剩磁和矫顽力硬磁材料，磁轭选用高磁导率和高饱和磁密的软磁材料。靶材材料可选择金属、合金和陶瓷材料，以适合于多种镀膜工艺。所述的阴极电源根据不同镀膜工艺的要求，可为直流、中频脉冲、中频交流或射频电源。所述的磁体供电电源为可手动或自动控制正负极性的直流电源或直流脉冲电源。

本发明具有以下优点：

1.本发明的永磁电磁复合式平面磁控溅射阴极，可以根据不同镀膜场合，在靶表面产生不同强度和分布的磁场，可以很方便地调节磁场的强弱以及磁场的非平衡度，从而克服在镀膜过程中，磁场无法调节的难题。

2.本发明设计的永磁电磁复合式线圈磁控溅射阴极，通过分别控制两个电磁线圈电流的流动方向，还可以方便地移动靶面放电等离子体的位置，从而提高靶材利用率；