[发明专利]矩形平面阴极弧源和阴极靶材烧蚀装置

说明书

技术领域

本发明涉及物理气相沉积技术领域，特别涉及一种矩形平面阴极弧源和阴极靶材烧蚀装置。

背景技术

物理气相沉积（PVD），是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它可以使某些有特殊性能的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。PVD的基本方法有：真空蒸发、溅射、离子镀等。

阴极弧（Cathode Arc）技术作为PVD方式的一种，被广泛应用于制备光电、耐腐蚀的涂层和薄膜，与其它的PVD方式相比，阴极弧不仅具有沉积速率高、等离子体束流能量高的优点，而且获得的薄膜内应力小、结合强度高、综合性能优异。阴极弧源是阴极弧沉积设备的核心部件，阴极弧源的束流品质的优劣，直接决定着制备薄膜的好坏，根据形状和结构的不同，阴极弧源可以分为圆形弧源、矩形平面大弧源及柱形弧源等。

矩形阴极弧源通常采用磁场来控制弧斑的运动，通过磁场可以在阴极靶材的表面对电子产生径向推力和周向力，使弧斑在阴极靶材的表面作周向旋转运动，同时从圆心向外作径向运动。阴极弧源的磁场强度和阴极弧源的设计会直接影响到涂层表面的质量和沉积速率：当磁场强度较高时，可获得高表面质量的涂层，但弧斑的运动范围会限制在较狭窄区域，造成沉积速率下降，阴极靶材烧蚀面积减小；然而，当磁场强度较低时，可获得较高沉积速率和阴极靶材利用率，但是由于蒸发出的大颗粒较多，涂层表面质量将很差。目前的控制方式很难在保证涂层质量的同时，保证阴极靶材的利用率和沉积速率。

目前，对矩形阴极弧源的设计方式主要有两种：

1）采用永磁体进行控制，采用永磁体进行控制主要是通过用手拉动永磁体离开阴极靶材的表面的远近来调节产生的磁场的强弱，可调范围比较小，不过优点是结构和操作较为简单；

2）采用电磁线圈进行控制，采用电磁线圈进行控制主要是通过改变电磁线圈的电流的幅度大小来调节磁场的强度，因此可变范围比较大，但是缺点是装置的结构较为复杂。

然而，受到永磁体和电磁线圈的形状和排列的限制，采用这两种方式都会出现弧斑运动面积较小的问题，同时会使得局部的阴极靶材的表面发热较高，易产生液滴飞溅，难以实现较大面积的扫描，很难在保证涂层质量的同时，保证阴极靶材的利用率和沉积速率。

发明内容

本发明提供了一种矩形平面阴极弧源和阴极靶材烧蚀装置，以在保证涂层质量的同时，保证阴极靶材的利用率和沉积速率。

本发明实施例提供了一种矩形平面阴极弧源，包括：

电磁线圈、中心永磁体组和与中心永磁体组极性相反的外围永磁体组；

所述中心永磁体组放置于所述电磁线圈的中心；

所述外围永磁体组放置于所述电磁线圈的外围。

一个实施例中，所述中心永磁体组和/或所述外围永磁体组由多个磁柱排列而成。

一个实施例中，所述中心永磁体组由多个磁柱排列而成时，所述中心永磁体组由多个磁柱排成一列。

一个实施例中，所述中心永磁体组由多个磁柱排列而成时，所述中心永磁体组中的各磁柱之间的距离小于阈值。

一个实施例中，所述外围永磁体组由多个磁柱排列而成时，所述外围永磁体组由多个磁柱排成圆周。

一个实施例中，所述外围永磁体组由多个磁柱排列而成时，所述外围永磁体组中的各磁柱之间的距离小于阈值。

一个实施例中，上述矩形平面阴极弧源还包括：极靴，极靴的下表面为平面，上表面设置有多个凹槽，所述中心永磁体组和/或所述外围永磁体组中的各磁柱镶嵌在所述极靴的凹槽中。

一个实施例中，所述电磁线圈的参数是可变的，其中，所述参数包括以下一种或多种：电压、电流、频率。

一个实施例中，上述矩形平面阴极弧源还包括：与所述电磁线圈连接的线圈电流源，所述线圈电流源包括：

线圈电源，用于提供所述矩形平面阴极弧源工作时所述电磁线圈所需的电流；

波形发生器，与所述线圈电源相连，用于对线圈电源输出的电流的波形进行调节；

电源调幅装置，与所述波形发生器和所述电磁线圈相连，用于对所述波形发生器输出的电流进行幅度调节，并将幅度调节后的电流输出至所述电磁线圈。

一个实施例中，在所述外围永磁体组的外围设置有靶壳。

一个实施例中，在所述外围永磁体组和所述靶壳之间设置有绝缘材料。

本发明实施例还提供了一种阴极靶材烧蚀装置，包括：上述的矩形平面阴极弧源，和位于上述矩形平面阴极弧源上方预定距离内的阴极靶材。