專利名稱：對(duì)稱磁體磁控濺射源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到薄膜制造技術(shù)中濺射鍍膜用的磁控濺射源系統(tǒng)。
目前，濺射鍍膜是應(yīng)用最廣泛的一種薄膜制造技術(shù)。通常對(duì)濺射鍍膜的基本要求是具有高的淀積速率，較大的膜厚均勻范圍和高的靶材利用率和低溫度的基片。
早期的濺射鍍膜方法，是直流二極濺射和射頻濺射。該方法的缺點(diǎn)是濺射速率較低;基片受高能電子的強(qiáng)烈轟擊，溫升較大。因此，往往不能滿足實(shí)際需要。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的平面磁控濺射方法，它的濺射源(見

圖1)主要是由一個(gè)外部環(huán)形永磁體1和一個(gè)中心園柱形永磁體3和永磁體底部軛鐵9和濺射材料(靶材)6構(gòu)成，鍍膜時(shí)將基片7置于靶面的上方。由于該濺射源磁控濺射的磁場由中心柱形永磁體和外部環(huán)形磁體產(chǎn)生，在靶面附近，磁場強(qiáng)度
呈半園形分布。大量高能電子將被該磁場約束，并主要集中在
的頂部平衡位置附近，從而實(shí)現(xiàn)高濺射速率和低基片溫度，是目前應(yīng)用較廣的一種濺射鍍膜方法。然而用這種濺射源進(jìn)行濺射鍍膜，通常會(huì)導(dǎo)致靶材料的狹窄V形刻蝕，如圖1中陰影部分，按體積計(jì)算靶材料的利用率僅只有靶材的30%左右。造成靶材V型刻蝕的主要原因是由于在平面磁控濺射中，高能電子被磁場約束在靶面附近的平衡磁場位置，產(chǎn)生一個(gè)狹窄的環(huán)形區(qū)域。此外，經(jīng)研究還發(fā)現(xiàn)靶的刻<p>
其中1、2-外部環(huán)形對(duì)稱永磁體;3-內(nèi)部環(huán)形永磁體;4-陰極屏蔽罩;5-水冷濺射陰極;6-靶材;7-基片;8-絕緣體。
圖3靶面上方3mm處的磁場強(qiáng)度分布圖其中B⊥為垂直靶面的磁場強(qiáng)度分量;B∥為平行靶面的磁場強(qiáng)度分量。
圖4外加電壓與放電電流的關(guān)系5起輝電壓與濺射氣體壓強(qiáng)的關(guān)系6濺射功率與淀積速率的關(guān)系7靶刻蝕剖面8薄膜厚度分布圖現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)加工一個(gè)對(duì)稱磁體磁控濺射源。首先選用材料為釤鈷(SmCo)磁體或高矯頑力(Hc)釹鐵硼(NdFeB)尺寸為φ90×φ110×25兩個(gè)外部環(huán)形永磁體和一個(gè)尺寸為φ8×φ40×20的內(nèi)部環(huán)形永磁體。安裝時(shí)，當(dāng)兩個(gè)外部環(huán)形永磁體1、2為S極相對(duì)時(shí)，則內(nèi)部環(huán)形永磁體3的N極向上(如圖2所示)，當(dāng)兩個(gè)外部環(huán)形永磁體1、2為N極相對(duì)時(shí)，則內(nèi)部環(huán)形永磁體3的S極向上(如圖2中括號(hào)所示)，也就是讓產(chǎn)生磁控濺射磁場的永磁體極性按施加的方式配置。用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制成直徑約80mm，高30mm的水冷濺射陰極5安裝在內(nèi)部環(huán)形永磁體3的外部，用于通水起冷卻作用，選用厚度δ為0.8mm的不銹鋼1Cr18Ni9Ti制作陰極屏蔽罩4，將它安裝在與兩個(gè)外部環(huán)形永磁體1和2相距2mm并與水冷濺射陰極5之間，而且讓它接地，水冷濺射陰極5和陰極屏蔽罩4安裝在絕緣體8上，讓絕緣體8上的孔與內(nèi)環(huán)形永磁體3的內(nèi)環(huán)孔相對(duì)應(yīng)。鍍膜時(shí)，將基片7置于靶面的上面。
下面就本發(fā)明進(jìn)行的測試特征說明如下1、磁場強(qiáng)度分布由圖3可見，本發(fā)明的磁場分量在靶面上方3mm時(shí)，由于垂直磁場分量相對(duì)減小，水平磁場分量相對(duì)增大，因此，合成磁場分布較平滑。
2、輝光放電伏安特性由圖4可見，放電電流與外加電壓呈非線性變化，在較低的電壓300伏左右，即可獲得很大的放電電流，這是典型的磁控濺射特性。
3、起輝電壓與濺射氣體Ar氣壓強(qiáng)的關(guān)系由圖5可見，Ar氣壓強(qiáng)越高，起輝電壓越低。
4、濺射功率與淀積速度的關(guān)系由圖6可見，當(dāng)Ar氣壓強(qiáng)為2×10-2Torr條件下，采用Cu靶材時(shí)，Cu薄膜的淀積速率與濺射功率成正比的關(guān)系。當(dāng)基片7與Cu靶面6相距約50mm處，該系統(tǒng)的最大功率約600W下，濺射源的最大淀積速率約為11000 /分。
5、靶面刻蝕狀況用直徑φ76mm，厚度為4mm的銅料作靶材，由圖7可見靶的刻蝕斷面分布情況與平面磁控濺射源靶的V形刻蝕相比，靶的刻蝕區(qū)域大大增加，按體積推算，靶的利用率為64%。
6、薄膜厚度分布直徑56mm，厚度δ1.2mm的基片7與靶面6相距50mm處，其薄膜的厚度變化小于±5%(如圖8所示)。
由此可見，本發(fā)明對(duì)稱磁體磁控濺射源，由于采用了兩個(gè)磁極對(duì)稱的外部環(huán)形永磁體和內(nèi)部環(huán)形永磁體，使得靶面附近的垂直磁場分量大大削弱，同時(shí)，平行磁場分量卻大大增強(qiáng)，其結(jié)果使靶面附近的磁場將呈現(xiàn)較為平滑的分布，這樣高能電子將被約束在靶面附近一個(gè)較寬的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，從而導(dǎo)致靶材的較均勻刻蝕，使靶材的利用率從平面磁控濺射源的30%左右，提高到約64%左右。降低了加工成本。此外，采用本發(fā)明濺射的過程中，由于高能電子被磁場牢牢約束，它們對(duì)基片的轟擊幾乎可以忽略，在濺射源充分水冷的條件下，基片溫度的實(shí)測值不高于70℃。所以采用本發(fā)明進(jìn)行薄膜制造，具有高的淀積速率、較大的膜厚均勻范圍、高的靶材利用率以及低溫度基片。本發(fā)明是一種較理想的磁控濺射源。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)稱磁體磁控濺射源，是由永磁體、陰極屏蔽罩、水冷濺射陰極和絕緣體構(gòu)成，其特征是永磁體采用兩個(gè)磁極對(duì)稱的外部環(huán)形永磁體(1)、(2)和一個(gè)內(nèi)部環(huán)形永磁體(3)，在內(nèi)部環(huán)形永磁體(3)的外圍裝有一個(gè)水冷濺射陰極(5)，并在它的上面安放靶材(6)，在外部環(huán)形永磁體(1)、(2)和水冷濺射陰極(5)之間安裝有接地的陰極屏蔽罩(4)，在陰極屏蔽罩(4)和水冷濺射陰極(5)的下端安裝一個(gè)有孔的絕緣體(8)，并使它的孔與內(nèi)部環(huán)形永磁體(3)的內(nèi)環(huán)孔相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射源，其特征是產(chǎn)生磁控濺射磁場的永磁體極性是按施加的方式配置，即當(dāng)兩個(gè)外部環(huán)形永磁體(1)、(2)為S極相對(duì)時(shí)，則內(nèi)部環(huán)形永磁體(3)的N極向上，當(dāng)兩個(gè)外部環(huán)形永磁體(1)、(2)為N極相對(duì)時(shí)，則內(nèi)部環(huán)形永磁體(3)的S極向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的磁控濺射源，其特征是外部環(huán)形永磁體(1)、(2)和內(nèi)部環(huán)形永磁體(3)采用的材料為SmCo永磁體或高矯頑力NdFeB永磁體。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種用于薄膜制造技術(shù)的磁控濺射鍍膜源。它的構(gòu)成如下兩個(gè)磁極對(duì)稱的外部環(huán)形永磁體和一個(gè)內(nèi)部環(huán)形永磁體形成磁控濺射磁場，在內(nèi)部永磁體的外圍裝有一個(gè)水冷濺射陰極，并在它的上面安放著靶材，在外部永磁體和水冷濺射陰極之間裝有一個(gè)陰極屏蔽罩，屏蔽罩和水冷濺射陰極的下部置于絕緣體上。該磁控濺射源不僅可實(shí)現(xiàn)高濺射淀積速率，低基片溫度，而且可將靶材利用率從平面磁控濺射源的30％提高到64％。
文檔編號(hào)C23C14/35GK1096825SQ93111860
公開日1994年12月28日 申請日期1993年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月22日
發(fā)明者范啟華, 陳小洪, 陳宏猷, 洪源, 張鷹 申請人:電子科技大學(xué)