一种磁控溅射平面阴极及其磁路的制作方法

1.本发明涉及磁控溅射平面阴极技术领域，尤其涉及一种磁控溅射平面阴极及其磁路。


背景技术：

2.磁控溅射的基本原理就是以磁场改变电子运动方向，束缚和延长电子的运动路径，提高电子的电离率和有效地利用了电子的能量。其结果是相对于其它方式的真空镀膜，轰击基片的高能电子的减少和轰击靶材的高能离子的增多，从而具备低温、高速的两大特点。磁控溅射阴极分为平面阴极和旋转阴极两种，其主要差异在于靶材的形状，平面阴极的靶材其外形是矩形的平面，旋转阴极的靶材其外形是空心圆管。有些应用领域受制于电源种类和靶材制作工艺的限制，必须使用平面阴极。
3.如图1和2所示，平面阴极通常采用两个磁极颠倒布置的磁铁设置在磁轭上形成磁路。这种磁路的磁力线分布呈现抛物线状，靶材表面的磁力线趋势较尖，因此会在靶材表面磁力线最尖的位置刻蚀的最快，因此会形成与磁力线形状相反的刻蚀跑道趋势。并且由于靶材的形貌是矩形的平面，靶材刻蚀形貌呈操场跑道的形状，因此靶材的利用率会很低，一般是在20-30%之间；有的靶材利用率能够做到40%左右，但是同时会伴随磁场较弱，工艺电压较高等不好的现象。因此，应用行业需求的平面阴极，不仅仅要求靶材利用率能够达到40%左右，而且磁场不能为弱磁设计，工艺电压不能过高等。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种磁控溅射平面阴极及其磁路。
5.本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路，包括：磁轭、第一磁体、第二磁体和调节磁体；第一磁体、第二磁体和调节磁体均位于磁轭一侧，第一磁体和第二磁体靠近磁轭一侧的磁极相反，调节磁体位于第一磁体和第二磁体之间，调节磁体靠近第一磁体一侧的磁极与第一磁体靠近磁轭一侧的磁极相同，且调节磁体靠近第二磁体一侧的磁极与第二磁体靠近磁轭一侧的磁极相同。
6.优选地，包括：磁轭、中心磁体、两个边部磁体和两个调节磁体；中心磁体、两个磁体和两个调节磁体均位于磁轭一侧，两个边部磁体分别位于中心磁体两侧，边部磁体靠近磁轭一侧的磁极与中心磁体靠近磁轭一侧的磁极相反，两个调节磁体分别位于中心磁体和两个边部磁体之间，调节磁体靠近中心磁体一侧的磁极与中心磁体靠近磁轭一侧的磁极相同，且调节磁体靠近边部磁体一侧的磁极与边部磁体靠近磁轭一侧的磁极相同。
7.优选地，包括两个中心磁体，两个中心磁体在两个调节磁体之间间隔布置，两个中心磁体靠近磁轭一侧的磁极相同。
8.本发明中，所提出的磁控溅射平面阴极的磁路，通过在磁极颠倒布置的两个磁体之间放置调节磁体，调节磁体和两侧的磁体之间形成相互吸引的磁力线分布，把两侧磁体之间的磁力线具有向磁轭方向拉凹的趋势，从而使得靶材表面的抛物线形状的磁力线趋势比较平缓，因此刻蚀后的靶材会形成与磁力线形状相反的刻蚀跑道趋势，使得跑道平缓，加宽靶材的实际刻蚀跑道，有效的提升靶材的利用率，同时非弱磁设计，从而能够得到常规平面阴极的磁场强度，进而获得常规的溅射工艺电压。
9.本发明还提出一种磁控溅射平面阴极，包括上述的磁路。
10.优选地，还包括基座和靶材；基座上设有容纳槽，磁路位于所述容纳槽内，靶材位于基座上方，磁轭位于调节磁体远离靶材一侧。
11.优选地，还包括阴极盖板、绝缘板和屏蔽框，绝缘板位于阴极盖板上，基座位于绝缘板上，屏蔽框位于阴极盖板上方且围绕基座延伸。
12.优选地，屏蔽框远离阴极盖板一端具有用于对靶材限位的限位凸起。
13.优选地，靶材包括与所述磁路对应布置的溅射部和围绕所述溅射部延伸的安装部，所述限位凸起位于所述安装部远离基座一侧。
14.优选地，所述容纳槽内填充有冷却介质，靶材与基座固定连接，靶材和基座之间具有围绕所述容纳槽边缘延伸的密封圈。
15.本发明中，所提出的磁控溅射平面阴极，其技术效果与上述磁路类似，因此不再赘述。
附图说明
16.图1为现有磁控溅射平面阴极的磁路的磁力线分布示意图。
17.图2为采用图1所示的磁路的平面阴极刻蚀跑道形貌示意图。
18.图3为本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路的一种实施方式的结构示意图。
19.图4为本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路的另一种实施方式的结构示意图。
20.图5为采用图4所示的磁路的磁力线分布示意图。
21.图6为采用图4所示的磁路的平面阴极刻蚀跑道形貌示意图。
22.图7为本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路的再一种实施方式的结构示意图。
23.图8为本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
24.如图1至8所示，图1为现有磁控溅射平面阴极的磁路的磁力线分布示意图，图2为采用图1所示的磁路的平面阴极刻蚀跑道形貌示意图，图3为本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路的一种实施方式的结构示意图，图4为本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路的另一种实施方式的结构示意图，图5为采用图4所示的磁路的磁力线分布示意图，图6为采用图4所示的磁路的平面阴极刻蚀跑道形貌示意图，图7为本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路的另一种实施方式的结构示意图，图8为本发明提出的一种磁控溅射
平面阴极的一种实施方式的结构示意图。
25.参照图3，本发明提出的一种磁控溅射平面阴极的磁路，包括：磁轭1、第一磁体、第二磁体和调节磁体4；第一磁体、第二磁体和调节磁体4均位于磁轭1一侧，第一磁体和第二磁体靠近磁轭1一侧的磁极相反，调节磁体4位于第一磁体和第二磁体之间，调节磁体4靠近第一磁体一侧的磁极与第一磁体靠近磁轭1一侧的磁极相同，且调节磁体4靠近第二磁体一侧的磁极与第二磁体靠近磁轭1一侧的磁极相同。
26.参照图4至6，在另一具体实施方式中，本实施例的磁控溅射平面阴极的磁路包括：磁轭1、中心磁体2、两个边部磁体3和两个调节磁体4；中心磁体2、两个磁体和两个调节磁体4均位于磁轭1一侧，两个边部磁体3分别位于中心磁体2两侧，边部磁体3靠近磁轭1一侧的磁极与中心磁体2靠近磁轭1一侧的磁极相反，两个调节磁体4分别位于中心磁体2和两个边部磁体3之间，调节磁体4靠近中心磁体2一侧的磁极与中心磁体2靠近磁轭1一侧的磁极相同，且调节磁体4靠近边部磁体3一侧的磁极与边部磁体3靠近磁轭1一侧的磁极相同。
27.参照图8，为了详细说明本实施例的磁路的具体工作方式，本实施例还提出一种磁控溅射平面阴极，其包括上述磁路。具体地，所述磁控溅射平面阴极还包括基座5和靶材6；基座5上设有容纳槽，磁路位于所述容纳槽内，靶材6位于基座5上方，磁轭1位于调节磁体4远离靶材6一侧。
28.本实施例的磁控溅射平面阴极及其磁路的具体工作过程中，中心磁体、边部磁体和调节磁体在靶材上形成较为平缓的磁力线，在磁场作用下，微粒从靶材上磁力线通过的区域溅射出来，附着到待溅射基体上。由于通过靶材的磁力线较为平缓，使得靶材的实际刻蚀跑道更宽，进而提高靶材的利用率。
29.通过中心磁体和两侧边部磁体、调节磁体的设计，提高磁路的空间利用率，边部磁体和调节磁体在中心磁体两侧均可形成平缓的磁力线。
30.参照图7，为了便于平面阴极的结构安装，在再一具体实施方式中，本实施例的磁控溅射平面阴极的磁路，包括两个中心磁体2，两个中心磁体2在两个调节磁体4之间间隔布置，两个中心磁体2靠近磁轭1一侧的磁极相同。通过两个中心磁体的间隔设计，在两个中心磁体之间形成空间，从而当平面阴极中部被结构件占用时，两个中心磁体可分别安装在结构件两侧。
31.在本实施例的磁控溅射平面阴极的具体安装结构中，平面阴极还包括阴极盖板7、绝缘板8和屏蔽框9，绝缘板8位于阴极盖板7上，基座5位于绝缘板8上，屏蔽框9位于阴极盖板7上方且围绕基座5延伸。通过绝缘板保证磁轭在阴极盖板上的绝缘安装。
32.在进一步具体安装方式中，屏蔽框9远离阴极盖板7一端具有用于对靶材6限位的限位凸起。安装后，通过限位凸起对靶材进行限位，同时对靶材边缘进行保护。
33.相应地，靶材6包括与所述磁路对应布置的溅射部和围绕所述溅射部延伸的安装部，所述限位凸起位于所述安装部远离基座5一侧。
34.在实际溅射过程中，为了保证磁路稳定工作，所述容纳槽内填充有冷却介质，靶材6与基座5固定连接，靶材6和基座5之间具有围绕所述容纳槽边缘延伸的密封圈10。通过冷却介质对磁路进行冷却，靶材和基座之间的密封圈保证冷却介质的密封。具体地，冷却介质
可采用冷却水。
35.在本实施例中，所提出的磁控溅射平面阴极及其磁路，通过在磁极颠倒布置的两个磁体之间放置调节磁体，调节磁体和两侧的磁体之间形成相互吸引的磁力线分布，把两侧磁体之间的磁力线具有向磁轭方向拉凹的趋势，从而使得靶材表面的抛物线形状的磁力线趋势比较平缓，因此刻蚀后的靶材会形成与磁力线形状相反的刻蚀跑道趋势，使得跑道平缓，加宽靶材的实际刻蚀跑道，有效的提升靶材的利用率，同时非弱磁设计，从而能够得到常规平面阴极的磁场强度，进而获得常规的溅射工艺电压。
36.在材料的具体选择中，基体可采用不锈钢，铝合金等金属材料制作。
37.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。