[发明专利]一种多磁场的磁控溅射阴极

说明书

[技术领域]

本发明涉及磁控溅射阴极，具体地说是一种高靶材利用率的多磁场分布的磁控溅射阴极

[背景技术]

磁控溅射是一种利用电场和磁场的真空镀膜技术，在磁场中，运动电子受到洛仑兹力作用，在电场力和洛伦兹力的共同作用下，电子就会产生螺旋运动，其运动路径变长，增加了与工作气体分子碰撞的次数，使等离子体密度增大，从而磁控溅射速率得到很大的提高，在较低的溅射电压和气压下工作，降低薄膜污染的倾向；另一方面提高了入射到衬底表面的原子的能量，在很大程度上改善薄膜的质量。同时，经过多次碰撞而丧失能量的电子到达阳极时，已变成低能电子，从而不会使基片过热。因此磁控溅射法具有“高速”、“低温”的优点。

磁控溅射真空镀膜技术已经经历了近百年的发展。然而在国内，真空镀膜设备制造的研究投入却是相当缺乏，技术落后，目前在国内市场上广泛使用高成本的进口机器和原料或是使用落后于西方发达企业10-15年的工艺设备进行生产，造成了巨大的资源浪费。

在传统的矩形磁控溅射阴极中，磁场的设计采用简单的单一环形结构，中心的柱形磁铁和周围的一套环形磁铁构成简单的磁路。这种设计方案下的磁场一方面均匀范围较小，直接导致靶材的轰击区域集中，利用率低下；另一方面，磁场环沿矩形阴极的长度方向分布，为了取得较好的镀膜均匀性，基板的运动方向沿阴极的宽度方向，这就极大限制了单矩形阴极磁控溅射镀膜的有效溅射长度和溅射时间，进而限制了单阴极溅射系统的应用领域。

本发明公布了一种新型的磁路设计方案以解决上述难题，在不改变阴极尺寸的前提下，一方面提高了靶材利用率和镀膜均匀性，另一方面极大的提高了磁控溅射过程中的有效溅射长度和溅射时间。使单阴极磁控溅射系统有更加广泛的应用领域。

[发明内容]

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种多磁场的磁控溅射阴极，其特征在于：由阴极底板、同轴电缆、绝缘体、轭铁、磁铁矩阵、阴极主体、冷却单元、靶材和阳极罩组成。绝缘体固定于阴极底板之上；阴极主体内部开有进水槽和出水槽，组成冷却单元；磁铁矩阵直接排列在轭铁上，二者组合体被置于阴极主体后端，阴极主体前端则直接和溅射靶材接触；阴极主体整体置于绝缘体上，通过绝缘体与阴极底板绝缘；阳极罩则直接固定于阴极底板之上。

所述的阴极底板使用316不锈钢材料加工制成，对阴极整体起一个支撑作用的同时也组成阳极。

所述的同轴电缆采用RG393型射频同轴电缆，该款电缆采用镀银铜芯作为内导体，双层镀银铜网作为外导体(屏蔽层)，内外导体之间使用厚度为7.21mm的聚四氟乙烯作为绝缘层，电缆外层使用9.91mm后的FEP材料。

所述的绝缘体由聚四氟乙烯材料加工而成，厚度为70mm。

所述的轭铁使用高质量的工业软铁DT4加工而成，材料纯度达99.9％，含碳量不超过0.04％，有高的感磁性的低的抗磁性。加工成型后做电镀Ni-Cu-Ni保护层。

所述的磁铁矩阵是由若干组同一方向上不同极性的磁铁排列组合而成。

所述的组成磁铁矩阵的磁铁使用高纯度的钕铁硼金属间化合物经过金属粉末冶金法制成，材料的只要成分是Nd2Fe14B，材料按照设计要求加工成型后，表面进行电镀Ni-Cu-Ni层保护并按设计方向充磁至饱和。

所述的阴极主体由高纯度的高真空无氧铜材料加工制成，该材料纯度为99.97％，氧含量小于0.003％，杂志总含量小于0.03％，具有优异的导电性能

所述的阳极罩有硬质铝材加工而成。

本发明同现有的技术相比，多磁铁单元按照一定规则排列组台成一个磁铁矩阵，使用磁铁矩阵产生的磁场代替传统的单一磁场，提高了靶材利用率和改善镀膜的均匀性；另外，本发明涉及的磁控溅射阴极，由于独特的磁场设计，镀膜方向则沿着矩形靶材的长度方向，增加了溅射镀膜的有效镀膜距离和镀膜时间，使得单矩形平面阴极溅射系统在工业生产中有着更加广阔的应用。

[附图说明]

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中磁场单元的结构示意图。

参见图1和图2，1为阳极罩；2为靶材；3为进水槽；4为阴极主体；5为出水槽；6为磁铁；7为轭铁；8为绝缘体；9为阴极底板；10为同轴电缆。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步描述