专利名称：一种磁控溅射铁磁材料的靶材结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种磁控溅射铁磁材料的靶材结构，尤其是涉及一种磁控溅射铁磁材料进行镀膜生产的靶材结构。
背景技术：
磁控溅射具有以下优点(1)膜/基结合力较好，成膜较致密；(2)可实现大面积靶材的溅射沉积，其沉积面积更大，更均匀；(3)可用于高熔点金属、合金和化合物材料成膜；(4)溅射速率高，基底升温小。因而磁控溅射已成为当今镀膜主流技术之一。
磁控溅射镀膜生产中，目前普遍使用的靶材是平面靶材。但在磁控溅射沉积铁磁薄膜时，由于铁磁材料具有的高导磁性，平面靶材会造成大部分磁场从铁磁性靶材内部通过(如附图1所示)，因而铁磁性靶材对磁控溅射阴极的磁路有很强的屏蔽效应。当铁磁性靶材超过一定厚度时(如对常用的纯铁靶材厚度一般小于1mm)，靶材表面剩余的磁场太小(一般磁控溅射要求的靶材表面的磁场大于80Gs)，这种弱磁场难以有效约束靶材表面的二次电子，从而无法进行磁控溅射，而变成效率很低的二极溅射，限制了铁磁材料的溅射应用。
目前国内外解决这一问题的主要方法是设计新的溅射阴极。如美国专利4391697号公开了一种采用双靶阴极装置溅射铁磁性靶材的技术方案；美国专利US4576700号及US5000834号公开了两种对靶磁控溅射技术，也是采用新的溅射阴极；中国专利02116687.0号公开的“无磁屏蔽性铁磁性靶材溅射阴极”，也是如此。
上述新型溅射铁磁性靶材的阴极，虽然能够实现镀制铁磁薄膜，但存在如下缺点溅射阴极结构复杂，不易安装与维护；溅射阴极通用性差，溅射非铁磁性靶材效率低。
此外，对工业上使用的磁控溅射生产线而言，除非镀制铁磁性薄膜的专用设备使用这种特制的溅射阴极外，这一方法往往不被企业接受。这是因为，现有磁控溅射生产线价值昂贵，使用新型溅射阴极替换原有的溅射阴极存在着对设备改动大，成本很高，而铁磁与非铁磁靶材又不能通用等问题。
简单易行的方法是通过对传统平面靶材结构的改进来控制磁力线的分布，达到磁控溅射铁磁性靶材的目的。
在靶材结构方面解决磁控溅射铁磁材料的方法之一是靶材仍然采用平面结构，只是将铁磁靶材厚度减薄，这样铁磁性靶材不能完全屏蔽磁场，如果铁磁靶材足够薄(＜1mm)，一部分磁场将靶材饱和，其余的磁场将从靶材表面通过，达到磁控溅射的要求。这种方法的缺点是靶材消耗快，利用率低，且起辉溅射后靶材热变形严重，往往造成溅射很不均匀。美国专利US4476000公开了一种薄片靶材的制备方法，解决了热变形问题，但靶材寿命短的缺点还是没有解决。
在靶材结构方面解决磁控溅射铁磁材料的方法之二是在靶材表面刻槽，槽的位置在溅射环两侧，见图2。这种靶材结构适用于具有一般导磁率的铁磁性靶材，如镍，但对具有高导磁率的材料，如纯铁，则不适用。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服磁控溅射铁磁性靶材时的磁屏蔽难点，提供一种靶材利用率高，通用性好，能在现有的阴极装置上使用的溅射铁磁性材料的靶材结构，具有这种结构的靶材不仅能顺利进行铁磁材料的溅射，而且不用新的阴极装置就能顺利地实现铁磁材料的工业镀膜。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一套铁磁性靶材结构，包括高导热背板，内靶块，外靶块和下垫靶条；所述高导热背板设有沟道，所述沟道的中心线对应于磁力线中心轴；所述内靶块与外靶块之间有间距，其间距宜≤60mm，间距的中心宜对应于磁力线中心轴，内外靶块设有斜面，所述斜面的角度宜控制在15°-65°；所述高导热背板可通过螺栓或压条或其它方式固定在阴极上，所述下垫靶条装配于高导热背板上的靶条沟道内，所述内靶块和外靶块固定在所述高导热背板上(固定方式可选用螺栓或压条，也可选用其它方式)，这样，下垫靶条被内靶块和外靶块共同装配于所述高导热背板上，保持较好的接触，以便充分冷却靶材；所述高导热背板宜用导热性能良好的材料(例如无氧铜)制作；所述下垫靶条的宽度宜大于内靶块和外靶块的间距，对大面积靶材，可以较宽，但下垫靶条的宽度影响整个靶材的冷却效果，宽度增加，冷却效果降低，宜根据冷却水的温度，合理控制下垫靶条的宽度；所述内外靶块的厚度不影响铁磁性靶材的磁控溅射，可以大于10mm所述下垫靶条的厚度决定铁磁性靶材能否顺利进行磁控溅射，厚度太大将导致磁控溅射无法顺利进行，因此，下垫靶条的厚度宜小于内外靶块的厚度；由于下垫靶条处于磁控溅射的主溅射区，下垫靶条的消耗要远远快于内外靶块的消耗。
本实用新型的下垫靶条可以更换；由于靶材是分块的，下垫靶条消耗完毕后，通过更换新的下垫靶条，便可以继续进行溅射，这样，内外靶块的材料得以继续使用，因而相比传统公知的平面靶材，提高了靶材的利用率。
本实用新型由于可有效地增强铁磁性靶材表面的磁场强度，减少铁磁靶材的磁屏蔽效应，靶材的厚度可比现有平面靶材厚度大幅提高，如常用纯铁靶材，可以达到5mm以上。
本实用新型通过靶材的分块设计，有效地克服了铁磁性靶材的磁屏蔽效应，顺利地实现了铁磁性靶材的磁控溅射镀膜；能够通用于现有的阴极装置，无需专用的阴极设备；靶材加工方便，易安装，易调换，易维护；适用于各种面积和各种形状的平面靶磁控溅射阴极装置。
图1是磁力线通过铁磁性靶材的示意图(C为磁力线通道的中线轴)；图2是溅射环两侧刻槽的靶材结构示意图；图3是本实用新型一实施例的靶材截面示意图；图4(a)(b)(c)是本实用新型几种不同形状的靶材示意图；图5(a)(b)(c)(d)(e)是图3所示实施例的一套靶材加工图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
参照附图，本实施例包括高导热无氧铜背板1、内靶块2、外靶块3和下垫靶条4；高导热背板1上沟道的中心线对应于图1中所示的磁力线中心轴，间距的中心也对应于磁力线中心轴；内外靶块2、3有斜面；铜背板1通过螺栓5固定在阴极上，下垫靶条4装配于铜背板1的靶条沟道内，然后通过螺栓5将内靶块2和外靶块3固定在铜背板1上，这样下垫靶条4被内靶块2和外靶块3共同压于铜背板1上，保持较好的接触，以便充分冷却靶材。
根据这种靶材结构加工了一套工业纯铁(牌号DT4-C)的靶材来磁控溅射沉积铁膜，其加工尺寸如图5所示。图5(a)是高导热背板1，(b)是内靶块2，(c)(d)是外靶块3，(e)是下垫靶条4。将该靶材安装于湖南三才光电公司的卷绕式磁控溅射镀膜机上，成功实现了铁靶的磁控溅射。在工作室通入氩气，用直流电源采用恒电流模式驱动磁控溅射阴极，当工作压强为1Pa，放电电流为5.5A，放电负电压为390V，基底薄膜卷速2m/min时，镀制的Fe膜厚度为15nm。
权利要求1.一种磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，包括高导热背板，内靶块，外靶块和下垫靶条；所述高导热背板设有沟道，所述沟道的中心线对应于磁力线中心轴；所述内靶块与外靶块之间有间距，间距的中心对应于磁力线中心轴，内外靶块设有斜面；所述下垫靶条装配于所述高导热背板上的靶条沟道内，所述内靶块和外靶块固定在所述高导热背板上。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述内靶块与外靶块之间的间距≤60mm。
3.根据权利要求1或2所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述内外靶块斜面的角度为15°-65°。
4.根据权利要求1或2所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述下垫靶条的厚度小于内外靶块的厚度。
5.根据权利要求3所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述下垫靶条的厚度小于内外靶块的厚度。
6.根据权利要求1或2所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述下垫靶条的宽度大于内靶块和外靶块的间距。
7.根据权利要求3所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述下垫靶条的宽度大于内靶块和外靶块的间距。
8.根据权利要求4所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述下垫靶条的宽度大于内靶块和外靶块的间距。
9.根据权利要求5所述的磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，所述下垫靶条的宽度大于内靶块和外靶块的间距。
专利摘要本实用新型公开了一种磁控溅射铁磁材料的靶材结构，其特征在于，包括高导热背板，内靶块，外靶块和下垫靶条；所述高导热背板设有沟道，沟道的中心线对应于磁力线中心轴；内靶块与外靶块之间的间距≤60mm，间距的中心对应于磁力线中心轴，内外靶块斜面的角度为15°－65°；下垫靶条装配于所述高导热背板上的靶条沟道内，内靶块和外靶块固定在所述高导热背板上。本实用新型靶材利用率高，通用性好，具有这种结构的靶材不仅能顺利进行铁磁材料的溅射，而且能顺利地在现有的平面磁控溅射的阴极装置上实现铁磁材料的工业镀膜。
文档编号C23C14/35GK2828061SQ200520051398
公开日2006年10月18日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者程海峰, 杨长胜, 李永清, 唐耿平, 楚增勇, 姜冀湘, 郑文伟 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学