一种新型磁控溅射阴极的制作方法

本发明涉及真空溅射技术，尤其涉及的是一种新型磁控溅射阴极。

背景技术：

真空溅射镀膜技术广泛地应用在各种行业，半导体、太阳能、光学及航空航天等领域。其中磁控溅射技术作为物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)的一种常见技术，具有工艺温度低、溅射速度快、设备简单、易于控制、镀膜面积大及附着力强等特性，非常适合于长时间批量化生产，特别是矩形磁控溅射阴极大量应用在制备金属、半导体、绝缘体等多材料的平板及太阳能行业。

溅射靶材对材料的纯度要求非常高，因此价格昂贵。但是常用的磁控溅射平面阴极由于靶材表面与磁铁之间被靶材和导电铜块隔离，到达靶材表面的磁场强度比较弱；且位于阴极中心位置的磁铁和两侧边缘位置的磁铁因极性不同构成的磁路形成的磁场水平分量较弱且磁场分布不均匀。故此目前一般的矩形溅射靶材的使用量占整个靶材的20~25%，也就是说，靶材在消耗掉整个靶材的25%时就不能继续使用，必须停止生产线进行靶材更换，这不仅增加了生产成本，也降低了生产效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型磁控溅射阴极，旨在解决现有的矩形溅射靶材的使用量占整个靶材的比例较低，生产成本大，生产效率低的问题。

本发明的技术方案如下：一种新型磁控溅射阴极，其中，包括靶材、第一磁体结构和第二磁体结构，所述第一磁体结构产生第一磁力线回路，形成第一磁场；第二磁体结构产生第二磁力线回路，形成第二磁场；当启动溅射时，第一磁场作用使靶材位于第一磁力线回路内的区域形成第一等离子区，实现溅射；第二磁场作用使靶材位于第二磁力线回路内的区域形成第二等离子区，实现溅射；所述第二等离子区和第一等离子区叠加区域不完全重合。

通过在第一磁体结构的基础上再叠加第二磁体结构，可以增大靶材的溅射使用面积，以提高靶材的利用率。

在某些具体实施例中，所述第一磁场设计为与靶材表面互相平行。

在某些具体实施例中，还包括阴极座和铜导板，所述第一磁体结构设置在阴极座内；铜导板设置在阴极座的顶端，铜导板位于第一磁体结构的上方，靶材设置在铜导板上。

在某些具体实施例中，所述第一磁体结构包括至少两组沿水平方向依次排列在阴极座内的磁体组，每组磁体组包括至少一个沿垂直方向前后排列的磁体，磁体的磁极方向沿竖直方向设置，同一组磁体组内的所有磁体的磁极方向一致，相邻两组磁体组中的磁体的数量一致且设置位置一一对应，相邻两组磁体组中的磁体的磁极方向相反。

其中，在第一磁场中，只有和靶材的靶面平行的磁场部分才能起到磁控作用，磁场水平部分越大，磁控作用越大，磁控溅射的速率也越大。第一磁场中最大的水平磁场部分在两组磁体组的中心，实际的靶材也是在此处被溅射的速率也最大；在第一磁场的作用下，靶材溅射后的表面形态成v状，利用率一般在20~25%。

在某些具体实施例中，所述第二磁体结构包括设置在第一磁体结构一侧的第一电磁线圈和设置在第一磁体结构另一侧的第二电磁线圈，所述第一电磁线圈和第二电磁线圈串联连接，第一电磁线圈的水平中心面、第二电磁线圈的水平中心面和靶材表面互相平行；第一电磁线圈和第二电磁线圈通电后产生第二磁力线回路，形成第二磁场。

通过在第一磁体结构的基础上叠加第二磁体结构，第二磁体结构可以产生和靶材表面平行的磁场，第一电磁线圈和第二电磁线圈串联，第一电磁线圈和第二电磁线圈产生同一方向的磁场，通过磁场的叠加作用，溅射靶材的溅射后表面形态可以由v形变成u形，靶材的利用率可以从传统的20~25%增加到30~35%。

在某些具体实施例中，所述第一电磁线圈和第二电磁线圈与可编程电源连接，由可编程电源提供可控变化电源。

其中，第一电磁线圈和第二电磁线圈通电后可以产生磁场，通过采用可控变化电源为第一电磁线圈和第二电磁线圈提供电源，通过设置可控变化电源的变化方式，相应地就可以设置第一电磁线圈和第二电磁线圈的磁控磁场的变化方式；通过将有序变化的第二磁场叠加在永磁磁铁产生的磁场上，在靶材溅射的过程中，可以改变最强水平磁场的位置，以实现靶材最强溅射速率位置的改变，从而提高靶材的利用率。

在某些具体实施例中，所述第二磁场设计为与靶材表面互相平行。

在某些具体实施例中，所述第二磁体结构包括设置在第一磁体结构下方的第三电磁线圈和设置在第一磁体结构下方的第四电磁线圈，所述第三电磁线圈和第四电磁线圈串联连接，第三电磁线圈的垂直中心面、第四电磁线圈的垂直中心面和靶材表面互相垂直；第三电磁线圈和第四电磁线圈通电后产生第二磁力线回路，形成第二磁场。

通过在第一磁体结构的基础上叠加第二磁体结构，第二磁体结构可以产生和靶材表面垂直的磁场，第三电磁线圈和第四电磁线圈串联，第三电磁线圈和第四电磁线圈产生同一方向的磁场，通过磁场的叠加作用，溅射靶材的溅射后表面形态可以由v形变成u形，靶材的利用率可以从传统的20~25%增加到30~35%。

在某些具体实施例中，所述第三电磁线圈和第四电磁线圈可沿作用左右方向移动以改变第二磁场作用在靶材上的位置。

其中，第三电磁线圈和第四电磁线圈通电后可以产生磁场，通过将第二磁场叠加在永磁磁铁产生的磁场上，在靶材溅射的过程中，控制第三电磁线圈和第四电磁线圈沿作用左右方向移动，可以改变最强磁场的位置，以实现靶材最强溅射速率位置的改变，从而提高靶材的利用率。

在某些具体实施例中，所述第二磁场设计为与靶材表面互相垂直。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种新型磁控溅射阴极，包括靶材、第一磁体结构和第二磁体结构；第一磁体结构产生第一磁力线回路，形成第一磁场；第二磁体结构产生第二磁力线回路，形成第二磁场；当启动溅射时，第一磁场作用使靶材位于第一磁力线回路内的区域形成第一等离子区，第二磁场作用使靶材位于第二磁力线回路内的区域形成第二等离子区，实现溅射；第二等离子区和第一等离子区叠加区域不完全重合；通过在第一磁体结构的基础上叠加第二磁体结构，可以增大靶材的溅射使用面积，溅射靶材的溅射后表面形态可以由v形变成u形，靶材的利用率可以从传统的20~25%增加到30~35%，提高靶材的利用率。

附图说明

图1是本发明中新型磁控溅射阴极的结构示意图。

图2是本发明中第二磁体结构采用实施例1的结构示意图。

图3是本发明中第二磁体结构采用实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1至图3所示，一种新型磁控溅射阴极，包括：

阴极座30，至少两组沿水平方向依次排列在阴极座30内的磁体组，每组磁体组包括至少一个沿垂直方向前后排列的磁体10，磁体10的磁极方向沿竖直方向设置，同一组磁体组内的所有磁体10的磁极方向一致，相邻两组磁体组中的磁体10的数量一致且设置位置一一对应，相邻两组磁体组中的磁体10的磁极方向相反（如图2所示，第一排磁体组中的磁体10均是n极向上，s极向下；第二排磁体组中的磁体10均是s极向上，n极向下；第一排磁体组中的磁体10均是n极向上，s极向下......）；

铜导板20，设置在阴极座30的顶部，位于磁体10的上方；

靶材40，设置在铜导板20上；

相邻两组磁体组之间产生第一磁力线回路，形成第一磁场60，当启动溅射时，第一磁场60作用使靶材40位于第一磁力线回路内的区域形成等离子区，实现溅射；

还包括叠加在第一磁场60上的第二磁体结构，所述第二磁体结构产生第二磁力线回路，形成第二磁场；当启动溅射时，第二磁场作用使靶材40位于第二磁力线回路内的区域形成第二等离子区，实现溅射；所述第二等离子区和第一等离子区叠加区域不完全重合。

通过在第一磁体结构的基础上再叠加第二磁体结构，可以增大靶材40的溅射使用面积，以提高靶材40的利用率。

在某些具体实施例中，所述第一磁场设计为与靶材表面互相平行。

其中，所述第二磁体结构可以采用如下设置：

实施例1:

如图1和图2所示，在某些具体实施例中，所述第二磁体结构包括设置在第一磁体结构一侧的第一电磁线圈51和设置在第一磁体结构另一侧的第二电磁线圈52，所述第一电磁线圈51和第二电磁线圈52串联连接，第一电磁线圈51的水平中心面、第二电磁线圈52的水平中心面和靶材40表面互相平行；第一电磁线圈51和第二电磁线圈52通电后产生第二磁力线回路，形成第二磁场70。

在某些具体实施例中，所述第一电磁线圈51和第二电磁线圈52与可编程电源连接，由可编程电源提供可控变化电源。其中，第一电磁线圈51和第二电磁线圈52通电后可以产生磁场，通过采用可控变化电源为第一电磁线圈51和第二电磁线圈52提供电源，通过设置可控变化电源的变化方式，相应地就可以设置第一电磁线圈51和第二电磁线圈52的磁控磁场的变化方式；通过将有序变化的第二磁场70叠加在永磁磁铁产生的磁场上，在靶材40溅射的过程中，可以改变最强水平磁场的位置，以实现靶材40最强溅射速率位置的改变，从而提高靶材40的利用率。

在某些具体实施例中，所述第二磁场70设计为与靶材表面互相平行。

实施例2:

如图3所示，在某些具体实施例中，所述第二磁体结构包括设置在第一磁体结构下方的第三电磁线圈53和设置在第一磁体结构下方的第四电磁线圈54，所述第三电磁线圈53和第四电磁线圈54串联连接，第三电磁线圈53的垂直中心面、第四电磁线圈54的垂直中心面和靶材40表面互相垂直；第三电磁线圈53和第四电磁线圈54通电后产生第二磁力线回路，形成第二磁场71。

在某些具体实施例中，所述第三电磁线圈53和第四电磁线圈54可沿作用左右方向移动以改变第二磁场71作用在靶材40上的位置。其中，第三电磁线圈53和第四电磁线圈54通电后可以产生磁场，通过将第二磁场71叠加在永磁磁铁产生的磁场上，在靶材40溅射的过程中，控制第三电磁线圈53和第四电磁线圈54沿作用左右方向移动，可以改变最强磁场的位置，以实现靶材40最强溅射速率位置的改变，从而提高靶材40的利用率。

在某些具体实施例中，所述第二磁场71设计为与靶材40表面互相垂直。

通过实施例1和实施例2，在第一磁体结构的基础上叠加第二磁体结构，溅射靶材40的溅射后表面形态可以由v形变成u形，靶材40的利用率可以从传统的20~25%增加到30~35%。

其中，实施例1和实施例2可以根据实际需要单独设置，也可以同时设置，以提高靶材40的利用率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

附图标号

磁体10；铜导板20；阴极座30；靶材40；第一电磁线圈51；第二电磁线圈52；第三电磁线圈53；第四电磁线圈54；第一磁场60；实施例1中第二磁场70；实施例2中第二磁场71。