一种磁控溅射阴极的磁源结构及其调节磁场的方法技术

本发明专利技术提供了一种磁控溅射阴极的磁源结构及其调节磁场的方法，所述磁源结构包括阴极靶和磁体组件，所述磁体组件设置于阴极靶下方；所述磁体组件包括横向磁体和纵向磁体，所述横向磁体和纵向磁体交替排列，相邻的纵向磁体的磁极相反，相邻的纵向磁体和横向磁体的磁极相同。本发明专利技术所述磁源结构通过在常规磁体的基础上增加横向磁体，并通过横向磁体和纵向磁体的排列方式，有效增强阴极靶表面附近的磁场强度；所述磁源结构中横向磁体位置的可调节性，可有效改变靶材表面磁场的分布情况，增强磁场分布的均匀性和一致性，使磁控溅射进行时靶材能够均匀消耗，提高镀膜质量。

The structure of magnetic source of magnetron sputtering cathode and the method of adjusting magnetic field

【技术实现步骤摘要】
一种磁控溅射阴极的磁源结构及其调节磁场的方法
本专利技术属于磁控溅射镀膜
，涉及一种磁控溅射阴极的磁源结构及其调节磁场的方法。
技术介绍
磁控溅射是物理气相沉积(PVD)法中的一种，一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多种材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。上世纪70年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。由于是在低气压条件下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率，而磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。磁控溅射技术发展至今，在半导体、磁记录硬盘介质、射频MEMS、平板显示器等领域有广泛的应用。在现有的磁控溅射系统中，镀膜基片位于靶材的上方，靶材下方设有永磁体产生磁场，磁体下方则为极板，电子运动过程中与氩原子发生碰撞，使氩气电离产生Ar离子和电子，Ar离子飞向阴极靶，以高能量轰击靶材，使靶材发生溅射，在溅射过程中，中性的靶原子或分子沉积在基片形成薄膜。在此过程中，磁力线将电子约束在靶材表面附近，延长电子在等离子体中的运动轨迹，提高了电子与氩气分子碰撞和电离过程的几率，从而提高薄膜生长的效率。然而，目前所用的磁体多为条形磁体，条形磁体两端的表面磁通强度往往大于中间的表面磁通强度，磁场强度的分布不均匀性导致了阴极靶不同位置的刻蚀速度不均匀，降低了靶材的使用寿命，增加了工艺及原料成本。CN103046009A公开了一种平面磁控溅射阴极，其包括靶材、磁体装置、磁靴，所述磁体装置装设于靶材的背面，所述磁体装置包括平行且间隔设置的三个第一磁体，分别设置于靶材的两侧和中间，该磁体装置还包括四个第二磁体，两两一组设置于相邻的两个第一磁体之间，且该磁体装置中相邻的第一磁体与第二磁体的极性排布相反，相邻的两个第二磁体的极性排布相反。此种方式虽然能够在一定程度上使磁场强度分布更加均匀，但所有磁体仍是竖直设置，磁场强度分布的均匀性仍无法达到要求，且磁场分布无法发生变化。CN107083537A公开了一种平面磁控溅射阴极，该平面磁控溅射阴极包括靶材、背板、磁体装置以及导磁板，靶材设置在背板的一侧，导磁板设置在背板的另一侧，磁体装置设置在背板和导磁板之间；其中，磁体装置包括中间磁体和环绕该中间磁体的外圈磁体，中间磁体包括至少两个电磁铁，外圈磁体和中间磁体朝向靶材的磁极其二者极性相反；该磁体装置中的磁体仍是采用竖直设置，其磁场变化是依靠通电与否来改变，调节较为困难，对磁控溅射中的电场带来干扰，且对磁体的种类有所要求。综上所述，对于磁控溅射阴极中磁体的设置结构，还需要能够在使得磁场强度分布更加均匀的同时，还可根据溅射过程的进行及时调节，以维持磁场均匀分布。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种磁控溅射阴极的磁源结构及其调节磁场的方法，所述磁源结构通过在常规磁体的基础上增加横向磁体，有效增强阴极靶表面附近的磁场强度，而且可以通过横向磁体位置的调节，改变靶材表面磁场的分布情况，增强磁场分布的均匀性，从而提高磁控溅射镀膜的速率和质量。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种磁控溅射阴极的磁源结构，所述磁源结构包括阴极靶和磁体组件，所述磁体组件设置于阴极靶下方；所述磁体组件包括横向磁体和纵向磁体，所述横向磁体和纵向磁体交替排列，相邻的纵向磁体的磁极相反，相邻的纵向磁体和横向磁体的磁极相同。本专利技术中，所述磁控溅射阴极的磁源结构中主要是在原有纵向磁体的基础上，在其间隔区域设置横向磁体，并通过磁体的排列及磁极方向的设置，增强阴极靶表面的磁场强度，同时，横向磁体的位置可以调节，即通过与靶材距离的改变调整阴极靶面附近磁场的分布情况，以尽可能提供均匀一致的磁场，使得磁控溅射进行时靶材能够均匀刻蚀消耗，提高镀膜的质量，降低磁控溅射的难度。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述磁体为条形磁体。优选地，所述横向磁体可在相邻两个纵向磁体的间隔区域内沿纵向移动。优选地，所述横向磁体的移动距离不超过纵向磁体高度的一半，例如1/12、1/8、1/4、1/3、3/8或1/2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，横向磁体与靶材间的距离可以调整，从而调节阴极靶表面的磁场分布，尤其是随着溅射的进行，靶材厚度减小，靶材表面的磁场强度和分布均会发生变化，因此，适当调节横向磁体的位置，使磁场强度和分布维持符合磁控溅射的条件，使得阴极靶能够被均匀刻蚀；所述横向磁体的具体移动距离与靶材以及各磁体的大小有关。作为本专利技术优选的技术方案，所述横向磁体与水平方向的夹角为0～5度，例如0度、1度、2度、3度、4度或5度等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述纵向磁体与竖直方向的夹角为0～5度，例如0度、1度、2度、3度、4度或5度等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，横向磁体和纵向磁体的倾斜角度的设置，均是为了保障靶材附近磁场水平分量的均匀性，两者相互配合，以达到更好的调节效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述阴极靶为平面靶。优选地，所述阴极靶包括圆形靶材和/或方形靶材。优选地，所述纵向磁体包括中间磁体和环绕中间磁体的外圈磁体，所述外圈磁体至少设有一圈。优选地，相邻两圈外圈磁体之间、所述外圈磁体与中间磁体之间对应设有横向磁体。本专利技术中，为了保证磁场的均匀性，磁体一般有规律性对称设置，同时协调横向磁体和纵向磁体的位置关系；总体来说，对于圆形靶材，磁体一般呈圆周分布，圆周的数量则根据靶材及磁体的大小来确定，两圈纵向磁体之间设置横向磁体。作为本专利技术优选的技术方案，所述磁体的材质为永磁材料。优选地，所述永磁材料包括烧结钕铁硼、烧结钐钴或烧结铁氧体中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：烧结钕铁硼和烧结钐钴的组合，烧结钐钴和烧结铁氧体的组合，烧结钕铁硼、烧结钐钴和烧结铁氧体的组合等。本专利技术中，永磁材料主要包括合金永磁材料和铁氧体永磁材料，其中稀土永磁材料是合金永磁材料的重要组成，烧结钕铁硼、烧结钐钴均是属于稀土永磁材料。作为本专利技术优选的技术方案，所述磁源结构还包括导磁组件，所述导磁组件设置于所述阴极靶的侧上方。优选地，所述导磁组件的材质包括导磁钢，具体可选择多种类型的合金钢，例如45号钢、10号钢、403不锈钢或430不锈钢等。作为本专利技术优选的技术方案，所述磁源结构还包括底座，所述磁体组件设置于底座上。优选地，所述磁源结构的四周和底侧设有磁屏蔽层，所述磁屏蔽层不与磁源结构直接接触。本专利技术中，所述磁控溅射阴极除了阴极靶和磁体组件，还包括底座、外壳、冷却组件、旋转组件等，均是常规阴极靶的配套组件，不再详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁控溅射阴极的磁源结构，其特征在于，所述磁源结构包括阴极靶和磁体组件，所述磁体组件设置于阴极靶下方；/n所述磁体组件包括横向磁体和纵向磁体，所述横向磁体和纵向磁体交替排列，相邻的纵向磁体的磁极相反，相邻的纵向磁体和横向磁体的磁极相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射阴极的磁源结构，其特征在于，所述磁源结构包括阴极靶和磁体组件，所述磁体组件设置于阴极靶下方；
所述磁体组件包括横向磁体和纵向磁体，所述横向磁体和纵向磁体交替排列，相邻的纵向磁体的磁极相反，相邻的纵向磁体和横向磁体的磁极相同。


2.根据权利要求1所述的磁源结构，其特征在于，所述磁体为条形磁体；
优选地，所述横向磁体可在相邻两个纵向磁体的间隔区域内沿纵向移动；
优选地，所述横向磁体的移动距离不超过纵向磁体高度的一半。


3.根据权利要求1或2所述的磁源结构，其特征在于，所述横向磁体与水平方向的夹角为0～5度；
优选地，所述纵向磁体与竖直方向的夹角为0～5度。


4.根据权利要求1-3任一项所述的磁源结构，其特征在于，所述阴极靶为平面靶；
优选地，所述阴极靶包括圆形靶材和/或方形靶材；
优选地，所述纵向磁体包括中间磁体和环绕中间磁体的外圈磁体，所述外圈磁体至少设有一圈；
优选地，相邻两圈外圈磁体之间、所述外圈磁体与中间磁体之间对应设有横向磁体。


5.根据权利要求1-4任一项所述的磁源结构，其特征在于，所述磁体的材质为永磁材料；
优选地，所述永磁材料包括烧结钕铁硼、烧结钐钴或烧结铁氧体中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩相华，徐君，孙永阳，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33