[发明专利]可调式对向磁控溅射源

说明书

本发明属于材料的金属涂层领域，为一种溅射源。

磁控溅射是一种在基体上镀膜的技术。其原理是：把基体与靶材安装于真空室内，在处于低压状态（1.33～1.33X10^-2帕）气体的辉光放电中形成正、负离子或离子及电子。正离子轰击作为阴极的靶材，使原子被放射出来，在基体上形成薄膜。按溅射靶的结构来分类，目前磁控溅射有四种模式：

1、平面靶磁控溅射;

2、圆柱靶磁控溅射;

3、S-枪磁控溅射;

4、对向磁控溅射;

上述1、2、3种模式已广泛应用，但也存在着靶材利用率低，溅射速率随靶材的消耗而改变，不易溅射铁磁材料等缺点。第4种模式如日本专利昭62-188776A及昭61-279674A则克服了以上缺点，作了改进。但在这种模式中，由于上、下靶共同用一电位，并使用固定的永磁体，使磁场固定，因而靶材一旦选定，所属薄膜的成分便无法改变，一对靶只能获得一种成分的薄膜，而制备不同靶时有时是很不方便的。另一方面，由于磁场无法改变，电子不能在聚焦状态下运动，因而在给定真空度与靶电压的条件下，所得一般不是最佳的溅射速率。

本发明在第4种模式的基础上作了很大改进，其要点是：

在装置上：1、用电磁代替永磁，使磁场连续可调;

2、二靶分别加不同的可调电压（外壳为零电位）;

3、二靶中加一个或多个补偿靶以排除二靶由于互溅射造成的污染及电参数的互干扰。

在方法上：1、用磁聚焦取得最佳溅射速率;

2、用非对称放电以取得上、下靶材相差悬殊的溅射速率，从而大范围连续改变薄膜成分比例。

通过以上改进，可在磁控溅射中通过改变电参数方便地连续改变（或调节）所得薄膜的成分，以达到预期的物理、化学、机械等方面的性能指标。

发明的详细说明叙述如下：

参见附图1，用某种材料（包括铁磁性材料）制成的平面靶材（阴极）（5），用纯铁制成的极靴（3）与电磁线圈（1）或（2）、阳极屏蔽罩（4）等构成对向磁控源的一个靶。两个相同或不同材料制成的靶相对平行放置组成了对向磁控溅射源，其中一个靶的位置可沿靶轴线调节，以改变两靶间的距离。

附图1中（7）是冷却水管，（8）是靶材支持装置，（6）是基片（即被镀物体）。两个靶及其电流线圈分别接上各自独立的电源（但作对称放电时，两个靶可用一个靶电源，两个线圈共用一个磁场电源）。

这种对向磁控源工作原理是：在1.33～1.33X10^-2帕的真空容器中，由于气体辉光放电产生电子。磁场产生的磁力线垂直于靶面，被电场加速后的电子，在电磁场作用下以磁力线为轴作螺旋运动;这就延长了电子运动路程和寿命，增加了电子与气体分子的碰撞机会，因而增加了放电电流，在两靶间形成高密度等离子体。等离子体中的正离子则被电场加速轰击靶面产生溅射效应，溅射出来的靶原子沉积在基片上产生薄膜。

本发明中的磁场起电子聚焦作用。磁场强度适当时，可使尽可能多的电子飞向靶面受到反射。附图二是在两靶带相同电压即对称放电时，靶电压（V）取一定值，两靶放电电流之和（I）随激磁电流（I_B）变化的曲线（氩气压为10.6X10^-2帕）。利用磁聚焦原理，改变磁场强度，便可在较低靶电压（300伏左右）或较高真空（6.65X10^-2帕）下发生放电，并可调节放电电流，也可获得最大放电电流。

本发明的两个靶线圈（1）、（2）加激磁电流，在靶间形成连续可调的磁场与靶面垂直，或用其他方式，如在整个真空罩外加激磁线圈的办法，在两靶间形成垂直于靶面的可调电磁场。

附图3和附图4为对称放电及非对称放电时等离子区形状变化对比。当两靶带相同电压即对称放电时，等离子区（15）形状如附图3，此时恰当地调节激磁电流，电子在靶面聚焦可得到最佳的溅射速率。当两靶带不同电压即非对称放电时，等离子区（15）形状呈锥形，如附图4，此时配合调整两靶线圈（1）及（2）中的激磁电流，使两靶放电电流相差悬殊，可引起不同成分的上、下靶材相差悬殊的溅射，便可得到成分比例相差悬殊的薄膜。

在本发明的溅射装置中，如附图5，在两靶间插入补偿靶，补偿靶接上另一电源，便可在相当宽的（近于0～100%）范围内调节薄膜成分比例。