本發(fā)明涉及磁控濺射鍍膜設(shè)備，尤其涉及一種陰極磁控濺射靶裝置。

背景技術(shù)：

磁性材料經(jīng)常采用磁控濺射鍍膜，如在以硬盤驅(qū)動(dòng)器為代表的磁記錄領(lǐng)域，作為承擔(dān)記錄的磁性薄膜的材料，是一種采用強(qiáng)磁性金屬的co、fe或ni為基質(zhì)的材料。

磁控濺射鍍膜是在真空腔室內(nèi)，在靶材的背側(cè)安裝磁體使得在靶材的表面沿與電場(chǎng)垂直的方向產(chǎn)生閉合磁場(chǎng)，閉合磁場(chǎng)與電場(chǎng)交互作用，使電子在靶材表面的閉合磁場(chǎng)內(nèi)呈螺旋狀運(yùn)行。電子在運(yùn)動(dòng)過程中與通入真空腔室內(nèi)的惰性氣體原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生正離子，正離子撞擊靶材表面，靶材表面的原子吸收正離子的動(dòng)能而脫離原晶格束縛，飛向基片并在基片上沉積形成薄膜。

在磁控濺射中，非磁性材料靶的導(dǎo)磁率和磁通密度附圖1所示，其中101為非磁性材料，（102，104）與103是極性相反的磁體。非磁性材料導(dǎo)磁率小，靶材表面的磁通密度增大。在靶材表面形成較大的閉合磁場(chǎng)，相應(yīng)地，電子的運(yùn)動(dòng)范圍較大，因此撞擊形成等離子體的幾率增加，沉積速度也較高。

而磁性材料靶的導(dǎo)磁率和磁通密度附圖2所示，其中201為磁性材料，（202，204）與203是極性相反的磁體。磁性材料導(dǎo)磁率大，靶材表面的磁通密度減小，使得在靶材表面形成的閉合磁場(chǎng)很小，甚至不能在磁性靶材的放電面形成閉合磁場(chǎng)，相應(yīng)地，電子的運(yùn)動(dòng)范圍較小，隨著濺射的進(jìn)行，磁力線局部地集中于靶材表面，因此等離子體的擴(kuò)展變小，沉積速度下降，從而濺射效率降低，同時(shí)侵蝕區(qū)域小，靶材僅小部分被濺射，靶材使用效率相對(duì)較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可加強(qiáng)靶材表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度、提高靶材濺射的均勻性、減少更換靶材的頻率、降低生產(chǎn)成本的陰極磁控濺射靶裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種陰極磁控濺射靶裝置，包括磁性靶材及設(shè)于磁性靶材背面的磁體，所述磁性靶材正面設(shè)有矩形環(huán)狀凹槽，所述磁性靶材背面設(shè)有與所述矩形環(huán)狀凹槽對(duì)應(yīng)的矩形環(huán)狀凸起，所述磁體包括極性相反的中心磁體及外磁體，所述中心磁體設(shè)于所述矩形環(huán)狀凸起的中心，所述外磁體設(shè)有四塊并分設(shè)于所述矩形環(huán)狀凸起的外周。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述矩形環(huán)狀凹槽底面與所述磁性靶材背面的距離為l且l≤4mm。

所述磁體遠(yuǎn)離所述磁性靶材的一側(cè)設(shè)有磁軛，所述磁軛將所述中心磁體和所述外磁體的磁極連接。

所述磁軛為板狀。

所述磁性靶材背面設(shè)有靶材背板，所述靶材背板遠(yuǎn)離所述磁性靶材的一側(cè)設(shè)有絕緣座，所述靶材背板與所述絕緣座配合形成密閉腔體，所述中心磁體、外磁體及所述磁軛均位于所述密閉腔體內(nèi)，所述絕緣座設(shè)于靶基座上，所述靶基座上設(shè)有陽極罩，所述磁性靶材、靶材背板及所述絕緣座均位于所述陽極罩內(nèi)。

所述密閉腔體與外部冷卻水管路連通，所述中心磁體以及與中心磁體平行布置的外磁體均通過多個(gè)磁體固定塊固定于所述磁軛上，沿冷卻水的流動(dòng)方向，所述中心磁體的磁體固定塊和所述外磁體的磁體固定塊交替布置。

所述中心磁體、所述外磁體及所述磁軛表面均設(shè)有鐵氟龍涂層。

所述磁體固定塊為l型塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明公開的陰極磁控濺射靶裝置，在磁性靶材的正面（濺射面）設(shè)置矩形環(huán)狀凹槽，在背面設(shè)置與矩形環(huán)狀凹槽對(duì)應(yīng)的矩形環(huán)狀凸起，并將中心磁體設(shè)置于矩形環(huán)狀凹槽的中心，將極性與中心磁體相反的外磁體分設(shè)于矩形環(huán)狀凸起的外周，該種結(jié)構(gòu)使得中心磁體與外磁體的磁路在通過磁性靶材內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)，從而具有足夠的磁漏，在磁性靶材的矩形環(huán)狀凹槽上方形成較強(qiáng)的平行磁力線，保證磁場(chǎng)強(qiáng)度，提高靶材濺射的均勻性，同時(shí)磁性靶材濺射區(qū)域具有較大的厚度，減少了更換磁性靶材的頻率，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是非磁性材料的導(dǎo)磁率和磁通密度結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是磁性材料的導(dǎo)磁率和磁通密度結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明陰極磁控濺射靶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明中磁體固定塊的分布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)表示：101、磁性材料；（102、103、104、202、203、204）磁體；201、磁性材料；2、中心磁體；3、外磁體；300、磁性靶材；301、矩形環(huán)狀凹槽；302、矩形環(huán)狀凸起；4、磁軛；5、靶材背板；6、絕緣座；7、靶基座；8、陽極罩；9、密閉腔體；10、磁體固定塊。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖3和圖4所示，本實(shí)施例的陰極磁控濺射靶裝置，包括磁性靶材300及設(shè)于磁性靶材300背面的磁體，磁性靶材300正面設(shè)有矩形環(huán)狀凹槽301，磁性靶材300背面設(shè)有與矩形環(huán)狀凹槽301對(duì)應(yīng)的矩形環(huán)狀凸起302，磁體包括極性相反的中心磁體2及外磁體3，中心磁體2設(shè)于矩形環(huán)狀凸起302的中心，外磁體3設(shè)有四塊并分設(shè)于矩形環(huán)狀凸起302的外周。其中需要說明的是，磁性靶材300正面設(shè)有矩形環(huán)狀凹槽301意味著磁性靶材300正面的中心和邊緣位置均比凹槽處厚，與之相對(duì)，磁性靶材300背面設(shè)有矩形環(huán)狀凸起302是指磁性靶材300背面的中心和邊緣位置均比凸起處??；本實(shí)施例中，中心磁體2上端磁極為s極，外磁體3上端磁極則為n極，在其他實(shí)施例中，中心磁體2和外磁體3的極性也可進(jìn)行對(duì)調(diào)，保證極性相反即可；中心磁體2和外磁體3均為釹鐵硼永磁材料。

該陰極磁控濺射靶裝置，在磁性靶材300的正面（濺射面，附圖中的上表面）設(shè)置矩形環(huán)狀凹槽301，在背面設(shè)置與矩形環(huán)狀凹槽301對(duì)應(yīng)的矩形環(huán)狀凸起302，并將中心磁體2設(shè)置于矩形環(huán)狀凹槽301的中心，將極性與中心磁體2相反的外磁體3分設(shè)于矩形環(huán)狀凸起302的外周，該種結(jié)構(gòu)使得中心磁體2與外磁體3的磁路在通過磁性靶材300內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)，從而具有足夠的磁漏，在磁性靶材300的矩形環(huán)狀凹槽301上方形成較強(qiáng)的平行磁力線，保證磁場(chǎng)強(qiáng)度，提高靶材濺射的均勻性，同時(shí)磁性靶材300的濺射區(qū)域具有較大的厚度，減少了更換磁性靶材300的頻率，降低了生產(chǎn)成本。

矩形環(huán)狀凹槽301底面與磁性靶材300背面的距離為l且l≤4mm。由于在磁性靶材300表面中與磁性靶材300表面平行的方向的磁通密度大的區(qū)域侵蝕深度深，在磁通密度小的區(qū)域侵蝕深度淺，因此l需要有一定的厚度，但是如果l大于4mm，磁場(chǎng)將難以從中心磁體2與外磁體3漏到磁性靶材300濺射面，作為優(yōu)選的技術(shù)方案，本實(shí)施例中l(wèi)=2mm，磁性靶材300的材料為鎳，長(zhǎng)寬尺寸為470mm×115mm、厚度為16mm，矩形環(huán)狀凹槽301的寬深尺寸為30mm×4mm，矩形環(huán)狀凸起302的寬厚尺寸為30mm×10mm。

磁體遠(yuǎn)離磁性靶材300的一側(cè)（附圖中為下側(cè)）設(shè)有磁軛4（本身不產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁路中只起磁力線傳輸?shù)能洿判圆牧?，采用?qiáng)磁體材料構(gòu)成，如鐵、sus430），磁軛4將中心磁體2和外磁體3的磁極連接，可使得磁路短路，增加磁性靶材300的漏磁率，進(jìn)一步增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，提高靶材濺射的均勻性，本實(shí)施例中，磁軛4為板狀，厚度為6mm。

本實(shí)施例中，磁性靶材300背面設(shè)有靶材背板5，靶材背板5遠(yuǎn)離磁性靶材300的一側(cè)（附圖中為下側(cè)）設(shè)有絕緣座6，靶材背板5與絕緣座6配合形成密閉腔體9，中心磁體2、外磁體3及磁軛4均位于密閉腔體9內(nèi)，中心磁體2、外磁體3上下兩側(cè)分別與靶材背板5、磁軛4相接，磁軛4設(shè)于絕緣座6上，絕緣座6設(shè)于靶基座7上，靶基座7上設(shè)有陽極罩8，磁性靶材300、靶材背板5及絕緣座6均位于陽極罩8內(nèi)。其中靶基座7為防銹鋁材料，絕緣座6為聚四氟乙烯材料，靶材背板5具有固定磁性靶材300和傳導(dǎo)散熱的作用，采用導(dǎo)熱性能優(yōu)良的材料，本實(shí)施例中為無氧銅，陽極罩8為1cr18ni9ti不銹鋼材料。

由于陰極磁控靶在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，需要冷卻水將熱量帶走，維持永磁體和導(dǎo)磁體部件（具體為中心磁體2、外磁體3及磁軛4）的溫度，因此本實(shí)施例中，密閉腔體9與外部冷卻水管路（圖中未示出）連通，中心磁體2以及與中心磁體2平行布置的外磁體3均通過多個(gè)l型磁體固定塊10固定于磁軛4上，沿冷卻水的流動(dòng)方向，中心磁體2的磁體固定塊10和外磁體3的磁體固定塊10交替布置。本發(fā)明采用湍流技術(shù)，工作時(shí)，冷卻水流經(jīng)密閉腔體9，受到磁體固定塊10的阻礙，形成湍流，會(huì)有一定時(shí)間的停留，從而吸收足夠的熱量，有效地降低陰極磁控靶的溫度。如果冷卻水直接流過密閉腔體9，那么帶走的熱量非常有限。其中磁體固定塊10為非磁體，如鋁、非磁體的不銹鋼等，本實(shí)施例中為后者。

本實(shí)施例中，中心磁體2、外磁體3及磁軛4表面均設(shè)有0.2mm厚的鐵氟龍涂層進(jìn)行表面防銹處理，避免中心磁體2、外磁體3及磁軛4在高溫下被冷卻水腐蝕。

本發(fā)明的工作原理如下：

濺射靶材處于陰極負(fù)電位，空載電位為800～1200v，磁性靶材300置于鍍膜室腔壁（圖未示出）內(nèi)，靶基座7為地電位，磁性靶材300的濺射面朝向需鍍膜的基片，通水冷卻，濺射室維持在一定的真空狀態(tài)下，通入定流量的工藝氣體（如ar）到腔內(nèi)，從而形成規(guī)定的壓力，磁性靶材300濺射面區(qū)域產(chǎn)生放電并進(jìn)行濺射鍍膜，利用磁性靶材300背側(cè)安裝的中心磁體2、外磁體3在磁性靶材300的正面沿與電場(chǎng)垂直的方向產(chǎn)生閉合磁場(chǎng)，電子在磁性靶材300表面的閉合磁場(chǎng)內(nèi)呈螺旋狀運(yùn)行，電子在運(yùn)動(dòng)過程中與ar氣體原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生ar⁺，ar⁺撞擊磁性靶材300表面，磁性靶材300表面的原子吸收ar⁺的動(dòng)能而脫離原晶格束縛，飛向基片并在基片上沉積形成薄膜。放電電壓降為300至500v，放電電流為1至10a(視放電功率而定)，調(diào)節(jié)送氣流量、放電功率可控制濺射率。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。