一种磁控溅射平面阴极装置

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，具体涉及一种磁控溅射平面阴极装置。

背景技术

物理气相沉积是一种利用物理方式在基材上沉积薄膜的技术。磁控溅射技术是物理气相沉积技术的一种。在磁控溅射镀膜技术中，在被处理材料即靶材背面配置磁场发生装置的磁控溅射技术为溅射法中的主流。磁控溅射通过磁体在靶材的表面形成磁场，利用电子的漂移运动将等离子体约束于靶材的表面附近，因此形成高密度的等离子体；高能离子(通常为电场加速的氩气离子)轰击靶材表面，靶材表面离子或原子与入射的高能离子交换能量后从靶材表面飞溅出来，并在基材上沉积成膜。

磁控溅射平面阴极的磁场发生装置在靶材表面形成的磁场分布决定了靶材被高能粒子刻蚀消耗后的刻蚀沟道形状，同时也决定了靶材的溅射效率和利用率。

现有常见的磁控溅射平面阴极示意图见图1，一般包含靶材1和磁场发生装置(包含磁体组2和磁轭3)，磁体组2置于磁轭3和靶材1之间，通常是三组磁体，包括一组位于中部的中心磁铁21和两组位于两侧的外侧磁铁22。磁体磁化极轴垂直于靶材平面，外侧磁铁22磁极方向相同，外侧磁铁22与中心磁铁21磁极相反，外侧磁铁22由磁轭3与中心磁铁21连接形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场从而约束等离子体。

常见磁控溅射平面阴极的靶材溅射区域一般分为中部直道区、过渡区和端部环形区(图2)，与靶材直道区和过渡区对应的靶材下方的磁场发生装置的结构见图1。与靶材环形区域对应的磁场发生装置结构图见图2所示，环形区域的磁体组4由位于外侧的外环磁铁42和位于中部的中心磁铁41组成，位于环形区域的外环磁铁42与直道区域的外侧磁铁22的磁极方向相同，位于环形区域的中心磁铁41和直道区域的中心磁铁21的磁极方向相同。外环磁铁42由磁轭3与中心磁铁22连接形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场从而约束等离子体。

常见磁控溅射平面阴极磁场发生装置中，与靶材直道区和过渡区对应的磁体组采用相同分布。由于从直道区域过渡到环形区域时靶材表面的磁场分布过渡不均匀和磁场强度变化，常常使靶材环形区域(图3)和过渡区域(图4)的局部刻蚀速度过快(图中阴影区域所示)，导致靶材端部过早刻蚀完毕后靶材失效，从而降低了靶材利用率。

发明内容

本发明提出的一种磁控溅射平面阴极装置，可解决上述技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种磁控溅射平面阴极装置，包含磁体组和磁轭，在使用时配合靶材设置，磁体组固定在磁轭上置于磁轭和靶材之间，其中，磁体组包括一组位于中部的中心磁铁和两组位于两侧的外侧磁铁，磁体磁化极轴垂直于靶材平面，外侧磁铁磁极方向相同，外侧磁铁与中心磁铁磁极相反，外侧磁铁由磁轭与中心磁铁连接形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场从而约束等离子体；

其中，所述磁体组包括三套磁体组，分别是直道区磁体组、过渡区磁体组及环形区磁体组，过渡区磁体组衔接直道区磁体组和环形区磁体组；

所述直道区磁体组和过渡区磁体组分别包含一组中心磁铁和两组外侧磁铁，环形区磁体组包含一组中心磁铁和一组外环磁铁；

直道区磁体组的外侧磁体的间距为d1，环形区磁体组的外环磁铁直径为d2，则d2>d1。

进一步的，过渡区磁体组外侧磁体在与直道区磁体组相接处的间距为d1，过渡区磁体组外侧磁体与环形区磁体组相接处的间距为d2。

进一步的，d2：d1＝1.02～1.1:1。

进一步的，所述过渡区磁体组的长度为d3；d3：d1＝0.15-0.6:1。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种磁控溅射平面阴极装置，通过改变磁体的形状和磁体在磁轭上的排布，改进了靶材环形区域和过渡区域的磁场分布，从而改善了过渡区域和环形区域局部刻蚀过快的问题，达到降低刻蚀速率的目的，并且在不增加靶材长度的情况下，加长了靶材的有效均匀溅射区域，提高靶材的利用率，同时降低磁控溅射镀膜成本。

具体的，本发明的一种磁控溅射平面阴极装置具有以下有益效果：

1、改善平面阴极靶材环形区域和过渡区域刻蚀速度过快的问题；

2、在不增加靶材长度的情况下，加长了靶材的有效均匀溅射区域；

3、提升靶材利用率；

4、降低磁控溅射镀膜成本。

附图说明

图1为直道区和过渡区磁场发生装置结构图；

图2是环形区域的磁场发生装置结构图；

图3是常见磁控溅射平面阴极磁场发生装置的环形区域示意图；

图4是常见磁控溅射平面阴极磁场发生装置的过渡区域示意图；

图5、图6是本发明的结构示意图；

图7是本发明的磁场分布曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明通过以下方法降低靶材环形区域和过渡区域刻蚀速率，从而提高靶材的利用率。

如图1所示，本实施例所述的一种磁控溅射平面阴极装置，通过磁体组重新设计，由三套磁体组构成，分别是直道区磁体组5(包含一组中心磁铁51和二组外侧磁铁52)，过渡区磁体组6(包含一组中心磁铁61和二组外侧磁铁62)和环形区磁体组7(一组中心磁铁71和一组外环磁铁72)，过渡区磁体组衔接直道区磁体组和环形区磁体组。直道区磁体组外侧磁体52间距为d1，环形区磁体组的外环磁铁72直径为d2，d2>d1，过渡区磁体组外侧磁体62在与直道区磁体组相接处的间距为d1，过渡区磁体组外侧磁体62与环形区磁体组相接处的间距为d2，过渡区磁体组的长度为d3(图5、图6)。

本发明实施例的过渡区磁体组的添加，和环形区磁体组直径的增大，展宽了图2中靶材过渡区的刻蚀沟槽；同时，磁场发生装置过渡区域和环形区域在靶材表面产生的磁场最大值减弱，均匀性提高，如图7所示磁场分布，曲线1为改进后的环形区域的磁场分布，曲线2为常见阴极环形区域的磁场分布。

通过以上方法改变靶材环形区域和过渡区域的磁场分布，改善了过渡区域和环形区域局部刻蚀过快的问题，达到降低刻蚀速率的目的，从而在不增加靶材长度的情况下，加长了靶材的有效均匀溅射区域，提高靶材的利用率。

具体的说，在平面阴极过渡区域内，缓慢增加两组外侧磁铁之间的距离，使两组外侧磁铁之间的距离从直道区域的d1增加到环形区域的d2，d2：d1＝1.02～1.1:1。

增大环形区域的外环磁铁的分布半径，与过渡区域外侧磁铁间距d2匹配。

过渡区域长度为d3，d3：d1＝0.15-0.6:1。

由上可知，本发明实施例所述的一种磁控溅射平面阴极装置，通过以上方法改变靶材环形区域和过渡区域的磁场分布，改善了过渡区域和环形区域局部刻蚀过快的问题，达到降低刻蚀速率的目的，从而在不增加靶材长度的情况下，加长了靶材的有效均匀溅射区域，提高靶材的利用率，同时降低磁控溅射镀膜成本。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。