[发明专利]柱状磁控溅射器

说明书

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术，可应用于生产线、单体设备的直流或者中频方法制备薄膜。可以制备金属膜、介质膜，特别适合昂贵靶材的溅射。

背景技术

磁控溅射技术与传统的蒸发及化学沉积薄膜等相比具有①优良的膜层均匀性；②膜层与基片结合牢固；③可以通过改变相应参数和机械机构来改善膜层的性质；④受基片性质影响小等优点得到了最为广泛的应用。在生产过程中，考虑生产成本和生产效率，传统的圆柱磁控溅射器，靶材的利用率没有得到最大的改善，而且较平面磁控溅射器而言，不能进行靶材的再次拼接。

平面矩形磁控溅射器在很多领域由于其靶材利用率低而显得没有优势。针对传统平面磁控溅射器的缺点有了圆柱磁控溅射器的出现。对于圆柱形磁控溅射器，很多的科技人员进行了大量的研究工作并取得了丰硕成果：

图1所示是现有同轴圆柱形磁控溅射器，采用轴向冲磁的环状磁钢4(其两端分别为S极和N极)，在其端面加上导磁材料做的环状极靴3，根据磁力线沿表面分布的特点，这时磁力线是沿极靴3的外圆表面发散的。这时该极靴3替换了一个磁极，而极靴的外圆表面发射的磁力线与理想的环形磁铁的磁力线相同。最后刻蚀的效果是溅射轨迹为垂直于靶轴而分布的刻蚀环6，圆形磁钢越薄所刻蚀的轨迹越窄，靶管越长，所刻蚀的轨道越多。但由于各个磁环的磁场强度不会太均匀而造成刻蚀环的深度和形状不一致，而且始终会造成局部的地方凸起使得靶材的利用率受到影响。其实从实际应用中发现这种圆柱磁控溅射器的靶材利用率较平面磁控溅射器而言没有得大的提升。

图2所示是现有的一种公告号为CN 1117089A、申请号为94114940.4的柱状螺旋磁控溅射器，实现四周溅射，但从安装上很难保证螺旋磁钢排布的均匀性，这种圆柱磁控溅射器在生产中应用很少。

图3和图4所示是现有的一种圆柱磁控双面矩形磁控溅射器，它将矩形磁控溅射器的溅射原理应用于圆柱磁控溅射器，将平面磁控溅射的磁场以长轴为轴线卷成半圆形或圆形，经过一些修正便得到这种双平面矩形溅射器，溅射器的磁场结构是由很多的长条形永磁体3沿靶轴方向排成几列因而可以产生几列对称分布的细长跑道。可以采取的工作方式主要有两种：①靶芯带动磁极旋转，而靶筒静止造成四周溅射的工作方式；②靶芯固定，而驱动装置带动靶材做旋转造成的定向溅射工作方式。另外，其端部同样需要形成闭合回路采用的方法是在两端加上环状的磁钢。在刻蚀的过程中，在靶面形成连续的刻蚀轨迹，靶面始终保持光洁有利于溅射的均匀性。我们知道这种圆柱磁控溅射对靶材的利用率较平面磁控溅射器有了很大提高，但影响圆柱靶材进一步提高的一个主要因素就是端部刻蚀效应(会出现端部刻蚀凹痕)，这也是由于磁场的设计所带来的，而且现在柱状磁控溅射器的安装结构基本都采用安装在真空室的顶部，给应用带来了一定的限制。

综上所述，现有常用磁控溅射器，主要有以下的一些缺陷：

①圆柱形靶材端部较中间段会出现较深的刻痕，这一点是影响圆柱磁控溅射器材利用率进一步提高的主要原因；

②圆柱形磁控溅射器涉及到动密封的问题，现在常用的磁控溅射靶都采用密封圈来做动密封，显然不能保证溅射器的长期稳定工作；

③安装方式的单一，常用的圆柱磁控溅射器都采用溅射工作室顶部安装的方式。限制了圆柱磁控溅射器的应用，所以有待对整体的结构加以改变；

④普通的圆柱磁控溅射器通常用于直流方式加载功率，限制了其应用的领域。

发明内容

本发明的目的之一是克服上述现有技术的不足，提出一种能使磁场更均匀的柱状磁控溅射器。

进一步地，本发明的目的之二是克服上述现有技术的不足，改善磁极装置的磁场结构以很大程度上消弱端部效应，提高靶材的利用率的柱状磁控溅射器。

进一步地，本发明的目的之三是克服上述现有技术的不足，提出一种能使安装更方便、灵活的柱状磁控溅射器。

实现上述目的的技术方案：

一种柱状磁控溅射器，包括靶筒、弧形屏蔽罩和磁极装置，弧形屏蔽罩位于靶筒的侧面，所述磁极装置包括板状磁轭、在板状磁轭上同平面平行排列固定的一对侧面磁钢和中间磁钢、位于侧面磁钢与中间磁钢之间的中间间隔条，所述板状磁轭平行排列固定在与弧形屏蔽罩相对的靶筒的另一侧面。在所述侧面磁钢和中间磁钢的表面分别固定有带切角的极靴。

进一步地，在所述中间磁钢的上下端部增设有增强磁钢，增强磁钢的靠近端面的高度低于增强磁钢的靠近中间磁钢端面的高度。