一种用于中低真空的磁控溅射靶阴极的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁控姗射锻膜生产设备技术领域，具体涉及一种用于中低真空的磁控 姗射祀阴极，通过优化磁控姗射祀阴极结构的方法来提高祀材利用率。
【背景技术】
[0002] 磁控姗射在永磁体产生的静磁场作用下，阴极工作时，由于受到辉光放电区域的 限制，祀面磁场平行分量最大的区域电离度增强，电离出的工艺气体离子被限制在一个狭 窄环形的"跑道"上，因此祀面上只有部分区域被集中姗射。姗射后，祀面留下环形"跑道"状 的凹坑，对应祀面上形成一个狭窄的刻蚀区域，随着辉光放电的进行，祀面刻蚀区域呈"V" 形且刻蚀区域越来越狭窄，随着"V"形沟槽逐渐加深，刻蚀会变得更为剧烈，祀材被快速刻 蚀"穿透"，特别是在中低真空下姗射时，"v"形更明显，导致祀材利用率低，增加生产成本。 [000引同时，目前，现有磁控姗射技术的工作气压为0. 1?IPa,而在0. 1?IO2Pa工作气 压下，祀材利用率极低。
[0004]为了提高祀材的利用率，需要采取一定措施对磁场的分布进行调整和优化，使磁 场能够有效约束电子运动轨迹。
[000引中国发明专利申请No. 200310105218. 5公开了 '一种可提高祀材利用率的磁控姗 射祀'，采用移动磁体技术，通过对普通磁控姗射平面祀磁体的改进，让磁体在姗射锻膜过 程中能够移动，增加祀材表面的刻蚀区域。该技术在一定程度提高了祀材的利用率，但磁体 移动距离不易控制且影响姗射的均匀性，同时磁体结构比较复杂，因此不易推广。
[0006] 中国实用新型专利申请No. 201220226070. 5公开了一种'磁控姗射祀材'，具有可 提高祀材利用率的祀材结构，其表面在不同位置的厚度是按照磁场强弱来设计，磁控姗射 祀材在磁场强的位置厚度较大，在磁场弱的位置厚度较小，使得姗射后期磁控姗射祀材的 姗射面更加平整，保持了姗射参数稳定，提高了磁控姗射祀材的寿命。但不同厚度和材质的 祀材磁场强弱分布不相同，导致祀材厚度的准确加工比较困难。
[0007] 中国发明专利申请No. 201410001386. 8公开了 '一种提高磁控姗射祀材利用率的 方法'。该方法使用线切割机，在刻蚀曲面内线切割残祀，得到多片拼接祀材，并对每个所述 拼接祀材进行清洁，将清洁后的拼接祀材拼接在一起，并将拼接后的祀材与背板焊合，焊 合后再次装机进行姗射锻膜。该技术在后续祀材的制备上难度比较大，并且对线切割和焊 接技术要求高，不适合大面积推广。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种用于中低真空的磁控姗射祀阴极结构，通过优化磁控姗 射祀阴极结构的方法来提高祀材利用率，其能有效解决工作气压为0. 1?10中a量级条件 下，祀材利用率相对较低等技术难题。
[0009] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0010] 一种用于中低真空的磁控姗射祀阴极，姗射时工作气压为0. 1?10中a量级，该磁 控姗射祀阴极包括阴极体外壳1、祀材2、外磁体3、内磁体4、基座5和冷却通道6;
[0011] 其中，阴极体外壳1为中空的圆筒形，圆筒侧壁镶嵌有外磁体3,阴极体外壳1中也 设置内磁体4,内磁体4与阴极体外壳1之间为冷却通道6;阴极体外壳1上表面为祀材2， 下表面为基座5;
[0012] 所述外磁体3为多个环绕着冷却通道6的圆柱形单体，每个单体表面中也位置磁 场范围在300?SOOmT;
[0013] 所述内磁体4为圆柱形，内磁体4和外磁体3之间有1?IOmm的高度差；内磁体 4表面中也位置磁场范围在400?600mT。
[0014] 阴极体外壳1的圆筒壁上、沿圆周方向设有多个均匀分布的孔，孔的直径与外磁 体3匹配。
[0015] 所述阴极体外壳1采用无氧铜或紫铜一体加工。
[001引所述革时才2为圆形革时才，厚度为0. 5?5mm。
[0017] 所述外磁体3采用钦铁测或铅媒钻烧结合金制成。
[0018] 所述内磁体4采用钦铁测或铅媒钻烧结合金制成。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 本发明的用于中低真空的磁控姗射祀阴极结构简单，可操作性强，性能可靠。它通 过调节内磁极与祀表面的距离（内外磁极高度差为1?IOmm之间可调）来改变磁通量密 度，均匀水平磁场，同时改变外磁极直径，调整磁力线分布的有效面积，从而提高祀材利用 率和寿命，同时有效提高姗射速率、薄膜的沉积速率。本发明在姗射时工作气压0. 1?10中a 量级，可将姗射出的纳米颗粒束流经惰性气体冷凝，并依靠阶梯压差将低真空腔中的纳米 粒颗粒束流沉积在高真空腔内的基片上，制备的颗粒尺寸均一可调控同时每小时沉积量高 达克量级。
[002。 在工作气压为0. 1?102化量级下，针对相同厚度和材质的祀材，本发明设计的祀 阴极结构对祀材的利用率为传统祀阴极结构的2倍W上。
【附图说明】
[0022] 图Ia为本发明的磁控姗射祀阴极结构的剖面图。
[0023] 图化为图1的透视图。
[0024] 图2为传统磁控姗射祀阴极结构磁通量密度分布示意图。
[0025] 图3为本发明的磁控姗射祀阴极结构磁通量密度分布示意图。
[0026] 图4为采用传统的"磁拱顶"结构阴极祀的对比例1的祀面刻蚀形貌图。
[0027] 图5为本发明实施例4的祀面刻蚀形貌图。
[0028] 附图标记
[0029] 1 阴极体外壳 2 祀材
[0030] 3 外磁体 4 内磁体
[003。 5 基座 6 冷却通道
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0033] 本发明的用于中低真空的磁控姗射祀阴极，具体来说是在工作气压0.I?10中a 量级条件下，将姗射出的纳米颗粒束流经惰性气体冷凝，并依靠阶梯压差将低真空腔中的 纳米粒颗粒束流沉积在高真空腔内的基片上，制备的颗粒尺寸均一可调控同时每小时沉积 量高达克量级；针对传统的"磁拱顶"(MagneticDome)结构祀阴极，通过调整内外磁极高度 差，改变磁通密度，均匀水平磁场，同时改变外磁极直径调整磁力线分布的有效面积，设计 出符合磁场分布的祀阴极结构。
[0034] 如图la、化所示，本发明的用于中低真空的磁控姗射祀阴极包括阴极体外壳1、祀 材2、外磁体3、内磁体4、基座5和冷却通道6，其中，阴极体外壳1为中空结构的圆柱形，采 用无氧铜或紫铜一体加工，圆筒侧壁镶嵌有外磁体3,阴极体外壳1中也设置内磁体4,内磁 体4与阴极体外壳1之间为冷却通道6,阴极体外壳1的圆筒壁上、沿圆周方向设有多个均 匀分布的孔，孔的直径与外磁体3匹配，用于放置外磁体3 ;阴极体外壳1上表面为祀材2， 下表面