一種用于中低真空的磁控濺射靶陰極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁控姍射鍛膜生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于中低真空的磁控 姍射祀陰極，通過優(yōu)化磁控姍射祀陰極結(jié)構(gòu)的方法來提高祀材利用率。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁控姍射在永磁體產(chǎn)生的靜磁場作用下，陰極工作時，由于受到輝光放電區(qū)域的 限制，祀面磁場平行分量最大的區(qū)域電離度增強，電離出的工藝氣體離子被限制在一個狹 窄環(huán)形的"跑道"上，因此祀面上只有部分區(qū)域被集中姍射。姍射后，祀面留下環(huán)形"跑道"狀 的凹坑，對應(yīng)祀面上形成一個狹窄的刻蝕區(qū)域，隨著輝光放電的進行，祀面刻蝕區(qū)域呈"V" 形且刻蝕區(qū)域越來越狹窄，隨著"V"形溝槽逐漸加深，刻蝕會變得更為劇烈，祀材被快速刻 蝕"穿透"，特別是在中低真空下姍射時，"v"形更明顯，導(dǎo)致祀材利用率低，增加生產(chǎn)成本。 [000引同時，目前，現(xiàn)有磁控姍射技術(shù)的工作氣壓為0. 1?IPa,而在0. 1?IO2Pa工作氣 壓下，祀材利用率極低。
[0004]為了提高祀材的利用率，需要采取一定措施對磁場的分布進行調(diào)整和優(yōu)化，使磁 場能夠有效約束電子運動軌跡。
[000引中國發(fā)明專利申請No. 200310105218. 5公開了 '一種可提高祀材利用率的磁控姍 射祀'，采用移動磁體技術(shù)，通過對普通磁控姍射平面祀磁體的改進，讓磁體在姍射鍛膜過 程中能夠移動，增加祀材表面的刻蝕區(qū)域。該技術(shù)在一定程度提高了祀材的利用率，但磁體 移動距離不易控制且影響姍射的均勻性，同時磁體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此不易推廣。
[0006] 中國實用新型專利申請No. 201220226070. 5公開了一種'磁控姍射祀材'，具有可 提高祀材利用率的祀材結(jié)構(gòu)，其表面在不同位置的厚度是按照磁場強弱來設(shè)計，磁控姍射 祀材在磁場強的位置厚度較大，在磁場弱的位置厚度較小，使得姍射后期磁控姍射祀材的 姍射面更加平整，保持了姍射參數(shù)穩(wěn)定，提高了磁控姍射祀材的壽命。但不同厚度和材質(zhì)的 祀材磁場強弱分布不相同，導(dǎo)致祀材厚度的準確加工比較困難。
[0007] 中國發(fā)明專利申請No. 201410001386. 8公開了 '一種提高磁控姍射祀材利用率的 方法'。該方法使用線切割機，在刻蝕曲面內(nèi)線切割殘祀，得到多片拼接祀材，并對每個所述 拼接祀材進行清潔，將清潔后的拼接祀材拼接在一起，并將拼接后的祀材與背板焊合，焊 合后再次裝機進行姍射鍛膜。該技術(shù)在后續(xù)祀材的制備上難度比較大，并且對線切割和焊 接技術(shù)要求高，不適合大面積推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種用于中低真空的磁控姍射祀陰極結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化磁控姍 射祀陰極結(jié)構(gòu)的方法來提高祀材利用率，其能有效解決工作氣壓為0. 1?10中a量級條件 下，祀材利用率相對較低等技術(shù)難題。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種用于中低真空的磁控姍射祀陰極，姍射時工作氣壓為0. 1?10中a量級，該磁 控姍射祀陰極包括陰極體外殼1、祀材2、外磁體3、內(nèi)磁體4、基座5和冷卻通道6;
[0011] 其中，陰極體外殼1為中空的圓筒形，圓筒側(cè)壁鑲嵌有外磁體3,陰極體外殼1中也 設(shè)置內(nèi)磁體4,內(nèi)磁體4與陰極體外殼1之間為冷卻通道6;陰極體外殼1上表面為祀材2， 下表面為基座5;
[0012] 所述外磁體3為多個環(huán)繞著冷卻通道6的圓柱形單體，每個單體表面中也位置磁 場范圍在300?SOOmT;
[0013] 所述內(nèi)磁體4為圓柱形，內(nèi)磁體4和外磁體3之間有1?IOmm的高度差；內(nèi)磁體 4表面中也位置磁場范圍在400?600mT。
[0014] 陰極體外殼1的圓筒壁上、沿圓周方向設(shè)有多個均勻分布的孔，孔的直徑與外磁 體3匹配。
[0015] 所述陰極體外殼1采用無氧銅或紫銅一體加工。
[001引所述革時才2為圓形革時才，厚度為0. 5?5mm。
[0017] 所述外磁體3采用欽鐵測或鉛媒鉆燒結(jié)合金制成。
[0018] 所述內(nèi)磁體4采用欽鐵測或鉛媒鉆燒結(jié)合金制成。
[0019] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0020] 本發(fā)明的用于中低真空的磁控姍射祀陰極結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強，性能可靠。它通 過調(diào)節(jié)內(nèi)磁極與祀表面的距離（內(nèi)外磁極高度差為1?IOmm之間可調(diào)）來改變磁通量密 度，均勻水平磁場，同時改變外磁極直徑，調(diào)整磁力線分布的有效面積，從而提高祀材利用 率和壽命，同時有效提高姍射速率、薄膜的沉積速率。本發(fā)明在姍射時工作氣壓0. 1?10中a 量級，可將姍射出的納米顆粒束流經(jīng)惰性氣體冷凝，并依靠階梯壓差將低真空腔中的納米 粒顆粒束流沉積在高真空腔內(nèi)的基片上，制備的顆粒尺寸均一可調(diào)控同時每小時沉積量高 達克量級。
[002。 在工作氣壓為0. 1?102化量級下，針對相同厚度和材質(zhì)的祀材，本發(fā)明設(shè)計的祀 陰極結(jié)構(gòu)對祀材的利用率為傳統(tǒng)祀陰極結(jié)構(gòu)的2倍W上。
【附圖說明】
[0022] 圖Ia為本發(fā)明的磁控姍射祀陰極結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0023] 圖化為圖1的透視圖。
[0024] 圖2為傳統(tǒng)磁控姍射祀陰極結(jié)構(gòu)磁通量密度分布示意圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明的磁控姍射祀陰極結(jié)構(gòu)磁通量密度分布示意圖。
[0026] 圖4為采用傳統(tǒng)的"磁拱頂"結(jié)構(gòu)陰極祀的對比例1的祀面刻蝕形貌圖。
[0027] 圖5為本發(fā)明實施例4的祀面刻蝕形貌圖。
[0028] 附圖標記
[0029] 1 陰極體外殼 2 祀材
[0030] 3 外磁體 4 內(nèi)磁體
[003。 5 基座 6 冷卻通道
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0033] 本發(fā)明的用于中低真空的磁控姍射祀陰極，具體來說是在工作氣壓0.I?10中a 量級條件下，將姍射出的納米顆粒束流經(jīng)惰性氣體冷凝，并依靠階梯壓差將低真空腔中的 納米粒顆粒束流沉積在高真空腔內(nèi)的基片上，制備的顆粒尺寸均一可調(diào)控同時每小時沉積 量高達克量級；針對傳統(tǒng)的"磁拱頂"(MagneticDome)結(jié)構(gòu)祀陰極，通過調(diào)整內(nèi)外磁極高度 差，改變磁通密度，均勻水平磁場，同時改變外磁極直徑調(diào)整磁力線分布的有效面積，設(shè)計 出符合磁場分布的祀陰極結(jié)構(gòu)。
[0034] 如圖la、化所示，本發(fā)明的用于中低真空的磁控姍射祀陰極包括陰極體外殼1、祀 材2、外磁體3、內(nèi)磁體4、基座5和冷卻通道6，其中，陰極體外殼1為中空結(jié)構(gòu)的圓柱形，采 用無氧銅或紫銅一體加工，圓筒側(cè)壁鑲嵌有外磁體3,陰極體外殼1中也設(shè)置內(nèi)磁體4,內(nèi)磁 體4與陰極體外殼1之間為冷卻通道6,陰極體外殼1的圓筒壁上、沿圓周方向設(shè)有多個均 勻分布的孔，孔的直徑與外磁體3匹配，用于放置外磁體3 ;陰極體外殼1上表面為祀材2， 下表面