新型高靶材利用率平面磁控濺射陰極的制作方法

本發(fā)明涉及磁控濺射技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平面磁控濺射陰極。

背景技術(shù)：

目前，在磁控濺射鍍膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，使用最廣泛的是平面磁控濺射陰極。請(qǐng)參考圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中平面磁控濺射陰極的工作原理示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有的典型的平面磁控濺射陰極包括靶材1、銅背板2、磁鐵裝置以及導(dǎo)磁板4。具體地，靶材1設(shè)置在銅背板2上，其中，靶材1朝向外部空間的一面用于實(shí)現(xiàn)濺射。磁鐵裝置和導(dǎo)磁板4設(shè)置在銅背板2的另外一側(cè)，其中，磁鐵裝置設(shè)置在背板2和導(dǎo)磁板4之間。磁鐵裝置進(jìn)一步包括外圈磁鐵3a和中心磁鐵3b，其中，中心磁鐵3b的設(shè)置位置對(duì)應(yīng)于靶材1的中心區(qū)域，外圈磁鐵3a的設(shè)置位置對(duì)應(yīng)于靶材1的邊緣區(qū)域，環(huán)繞于該中心磁鐵3b。外圈磁鐵3a和中心磁鐵3b均采用永磁鐵，且外圈磁鐵3a朝向靶材的磁極與中心磁鐵3b朝向靶材的磁極其二者極性相反，以便于在靶材1的用于實(shí)現(xiàn)濺射的表面上形成磁場(chǎng)7。最常見的兩種平面磁控濺射陰極包括圓形靶磁控濺射陰極和矩形靶磁控濺射陰極。請(qǐng)參考圖2，圖2是現(xiàn)有技術(shù)中矩形靶磁控濺射陰極中磁鐵裝置的截面示意圖。如圖2所示，在矩形靶磁控濺射陰極中，靶材的形狀為矩形，相應(yīng)地，外圈磁鐵3a的與靶材平行的截面其形狀是矩形環(huán)，中心磁鐵3b的與靶材平行的截面其形狀是矩形。請(qǐng)參考圖3，圖3是現(xiàn)有技術(shù)中圓形靶磁控濺射陰極中磁鐵裝置的截面示意圖。如圖3所示，在圓形靶磁控濺射陰極中，靶材的形狀為圓形，相應(yīng)地，外圈磁鐵3a的與靶材平行的截面其形狀是圓環(huán)，中心磁鐵3b的與靶材平行的截面其形狀是圓形。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖1，平面磁控濺射陰極工作時(shí)，濺射電源5與銅背板2連接，銅背板2在濺射電源5的作用下形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)離化工藝氣體原子(例如氬原子)產(chǎn)生等離子體(包括離子8和電子9)。電子9在電場(chǎng)和磁場(chǎng)7的作用下環(huán)繞磁力線運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中電子9與工藝氣體原子發(fā)生碰撞，使工藝氣體原子電離出新的離子8和電子9。新產(chǎn)生的電子9繼續(xù)環(huán)繞磁力線運(yùn)動(dòng)并與工藝氣體原子發(fā)生碰撞以生成更多的離子8和電子9。等離子體中的離子8在電場(chǎng)和磁場(chǎng)7的作用下加速飛向靶材1，轟擊其表面，其中，能量較高的離子8可以將靶材1表面的原子10轟擊出來。被轟擊出來的原子10沉積至工件6的表面以形成鍍膜11。

現(xiàn)有的上述平面磁控濺射陰極的缺點(diǎn)在于：

第一、請(qǐng)參考圖4，圖4是現(xiàn)有技術(shù)中平面磁控濺射陰極工作時(shí)在靶材上所形成的濺射跑道的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。為了對(duì)濺射跑道進(jìn)行說明，圖4中僅僅保留了靶材1和磁鐵裝置而省略了其他部件。由于磁場(chǎng)7的作用使得離子8主要是沿著磁力線的法線方向飛向靶材1，因此，如圖4所示，靶材1上的濺射主要位于外圈磁鐵3a和中心磁鐵3b之間的部分區(qū)域，而靶材1上靠近外圈磁鐵3a和中心磁鐵3b的區(qū)域幾乎不會(huì)被濺射到。此外，靶材1上對(duì)應(yīng)于外圈磁鐵3a和中心磁鐵3b的區(qū)域也不會(huì)被濺射到。由于靶材1上被濺射的區(qū)域其形狀很像跑道，因此該區(qū)域也被稱為濺射跑道12。對(duì)于濺射跑道12來說，由于濺射存在不均勻性所以導(dǎo)致濺射跑道12呈現(xiàn)為中部深兩端淺的溝槽狀，具體地，濺射跑道12的中心區(qū)域離子濺射速度高因此蝕刻深度深一些，其他區(qū)域離子濺射速度低因此蝕刻深度相對(duì)淺一些。請(qǐng)參考圖5和圖6，圖5和圖6分別是現(xiàn)有技術(shù)中矩形磁控濺射陰極和圓形磁控濺射陰極的工作照片，其中，工作照片中顯示的白色環(huán)形區(qū)域即為濺射跑道。隨著濺射的發(fā)生，一旦靶材上的濺射跑道被打穿，該靶材就不能再繼續(xù)使用，而需要更換新的靶材，從而導(dǎo)致靶材的利用率很低，通常情況下只有30％～40％。而濺射靶材是磁控濺射的主要耗材，低利用率無疑會(huì)造成靶材的極大浪費(fèi)，導(dǎo)致濺射成本的提高。

第二、在不改變?yōu)R射工藝條件的情況下，隨著靶材1上濺射跑道12的逐步加深，濺射速率會(huì)逐步降低。這是因?yàn)榘胁?濺射出來的原子，除了沉積在工件表面之外，還會(huì)有一部分沉積在濺射跑道12的側(cè)壁上，從而導(dǎo)致濺射速率逐步降低。經(jīng)過測(cè)試，同樣工藝條件下，當(dāng)靶材快要達(dá)到濺射極限時(shí)，濺射速率比新靶材降低約5％。在實(shí)際應(yīng)用中鍍膜工藝要求濺射保持穩(wěn)定的速率，針對(duì)于這種情況，如果使用現(xiàn)有的平面磁控濺射陰極則會(huì)對(duì)鍍膜工藝的品質(zhì)造成一定的影響。

第三、靶材1上濺射跑道12之外未被離子轟擊到的區(qū)域會(huì)累積一些雜質(zhì)，在鍍膜過程中，這些區(qū)域表面上的雜質(zhì)由于溫度升高或者被雜散離子轟擊，也會(huì)部分釋放出來，摻入薄膜中，會(huì)造成鍍膜純度的降低，形成污染。

基于上述不足之處，人們想出了多種方法進(jìn)行解決，其中最為常見的方法有三種。

第一種方法是將靶材從平面改為異形，對(duì)濺射跑道處的靶材厚度進(jìn)行加厚，對(duì)濺射跑道之外區(qū)域的靶材厚度進(jìn)行減薄。這種方法是從靶材的結(jié)構(gòu)著手，而不是從平面磁控濺射陰極的結(jié)構(gòu)著手，雖然在一定程度上可以提高靶材的利用率，但是仍存在一定的問題。首先，由于靶材厚度受到磁場(chǎng)強(qiáng)度的限制，不能無限制地加厚，因此靶材利用率的提高也相應(yīng)有限，提高程度約為5％-10％。其次，將靶材從平面改為異形，增加了靶材加工的工藝難度以及提高了靶材加工的成本。除此之外，這種方式仍然無法使前述濺射速率逐步降低以及形成污染的問題得到避免。

第二種方法是在外圈磁鐵和中心磁鐵之間增加磁鐵以形成多個(gè)濺射跑道，這種方法可以增加一點(diǎn)濺射區(qū)域的面積，但是提高靶材利用率的效果也非常有限，通常不超過10％。此外，由于額外增加了磁鐵，所以導(dǎo)致平面磁控濺射陰極的成本也相應(yīng)增加。

第三種方法，也是這三種方法中最為有效的一種，就是將磁鐵設(shè)計(jì)為異形，通過高速旋轉(zhuǎn)磁鐵(幾十到幾百轉(zhuǎn)/分鐘)的方式來提高靶材濺射的均勻性，進(jìn)而提高靶材的利用率。這種方法的典型代表包括英國gencoa公司的ffe型陰極和美國angstromsciences公司的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)陰極。其中，英國gencoa公司的ffe型陰極工作所形成的濺射跑道不是一個(gè)圓環(huán)形，而是類似橢圓環(huán)形(如圖7所示)，隨著磁鐵的高速旋轉(zhuǎn)，圓形靶材的大部分區(qū)域可以被濺射到。該公司聲稱使用ffe型陰極可以使靶材的利用率超過50％，與此同時(shí)，由于靶材大部分表面被離子轟擊所以可以保持干凈狀態(tài)。美國angstromsciences公司的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)陰極其外圈磁鐵是紡錘形的(如圖8所示)，相應(yīng)地濺射跑道也呈現(xiàn)類似紡錘形狀，并且磁鐵也不是位于圓形靶材的中心，這種情況下將磁鐵高速旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速為20-500轉(zhuǎn)/分鐘)，可以比較均勻地濺射到整個(gè)靶材的表面。該公司聲稱使用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)陰極可以使靶材的利用率超過60％。

通過高速旋轉(zhuǎn)磁鐵的方式可以有效地提高靶材利用率，還解決了濺射速率隨濺射跑道的加深而逐步降低的問題、以及解決了靶材表面雜質(zhì)對(duì)鍍膜造成污染的問題。但是，這種方式仍然存在一定的缺陷，該缺陷如下：

首先，由于高速旋轉(zhuǎn)磁鐵是通過機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的，因此容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)故障。此外，由于磁鐵周圍需要設(shè)置靶材所需要的冷卻水，因此還容易出現(xiàn)水密封故障。與前述磁鐵不發(fā)生運(yùn)動(dòng)的平面磁控濺射陰極相比，采用高速旋轉(zhuǎn)磁鐵方式的濺射陰極，其可靠性低、結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜、成本也更為高昂。

其次，由于磁鐵是通過機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又受到冷卻水阻礙以及水密封的影響，所以磁鐵的轉(zhuǎn)速存在一定的限制，很難達(dá)到500轉(zhuǎn)/分鐘以上。在這種轉(zhuǎn)速下，如果靶材的材質(zhì)比較脆，例如一些化合物靶材(zns等)，對(duì)于靶材的某個(gè)區(qū)域來說，兩次濺射之間的時(shí)間間隔比較長(zhǎng)，容易造成靶材溫度不一致從而導(dǎo)致靶材開裂無法使用。

再次，高速旋轉(zhuǎn)磁鐵的方式適用面不夠廣泛，只能適用于圓形磁控濺射陰極，而不能用在矩形磁控濺射陰極上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種平面磁控濺射陰極，該平面磁控濺射陰極包括靶材、背板、磁體裝置以及導(dǎo)磁板，所述靶材設(shè)置在所述背板的一側(cè)，所述導(dǎo)磁板設(shè)置在所述背板的另一側(cè)，所述磁體裝置設(shè)置在所述背板和所述導(dǎo)磁板之間，其中：

所述磁體裝置包括中間磁體和環(huán)繞該中間磁體的外圈磁體，所述中間磁體包括至少兩個(gè)電磁鐵，其中，所述外圈磁體和所述中間磁體朝向所述靶材的磁極其二者極性相反；

所述平面磁控濺射陰極還包括電磁鐵電源，該電磁鐵電源與所述至少兩個(gè)電磁鐵連接，為所述至少兩個(gè)電磁鐵依次供電以使所述外圈磁體和所述中間磁體之間的磁場(chǎng)分布不斷發(fā)生變化。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述平面磁控濺射陰極為圓形磁控濺射陰極，所述靶材為圓形靶材；所述外圈磁體呈圓環(huán)形狀，設(shè)置在與所述圓形靶材邊緣對(duì)應(yīng)的位置；所述至少兩個(gè)電磁鐵圍繞所述外圈磁體的中心軸均勻分布。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述外圈磁體是具有所述圓環(huán)形狀的一整塊永磁鐵；或者所述外圈磁體包括多個(gè)永磁鐵單元，該多個(gè)永磁鐵單元排列形成所述圓環(huán)形狀；所述電磁鐵是圓形電磁鐵或者方形電磁鐵。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述電磁鐵與所述外圈磁體的中心軸之間的距離等于該中心軸與所述外圈磁體之間距離的1/3。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述平面磁控濺射陰極為矩形磁控濺射陰極，所述靶材為矩形靶材；所述外圈磁體呈矩形環(huán)形狀，設(shè)置在與所述矩形靶材邊緣對(duì)應(yīng)的位置；所述至少兩個(gè)電磁鐵均呈長(zhǎng)條形狀，平行于所述外圈磁體的軸截面并且關(guān)于所述軸截面對(duì)稱分布。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述外圈磁體是具有所述矩形環(huán)形狀的一整塊永磁鐵；或者所述外圈磁體包括多個(gè)永磁鐵單元，該多個(gè)永磁鐵單元排列形成所述矩形環(huán)形狀；所述電磁鐵是具有所述長(zhǎng)條形狀的一整塊電磁鐵；或者所述電磁鐵包括多個(gè)圓形電磁鐵或多個(gè)方形電磁鐵，該多個(gè)圓形電磁鐵或多個(gè)方形電磁鐵排列形成所述長(zhǎng)條形狀。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述外圈磁體中平行于所述軸截面的兩條邊和所述至少兩個(gè)電磁鐵等間距設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述電磁鐵電源依次向所述至少兩個(gè)電磁鐵提供半正弦波電壓或方波電壓以使所述至少兩個(gè)電磁鐵依次與所述外圈磁體之間形成濺射磁場(chǎng)。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述電磁鐵電源依次向所述至少兩個(gè)電磁鐵提供半正弦波電壓時(shí)：若所述電磁鐵的數(shù)量等于3，則相鄰的兩個(gè)半正弦波電壓之間的相位差等于120度；若所述電磁鐵的數(shù)量等于2，則相鄰的兩個(gè)半正弦波電壓之間的相位差等于180度。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述電磁鐵電源依次向所述至少兩個(gè)電磁鐵提供方波電壓時(shí)：相鄰的兩個(gè)方波電壓在時(shí)域上存在毫秒量級(jí)的重合。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，該平面磁控濺射陰極中，所述電磁鐵電源的頻率為50hz或60hz。

與現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵不發(fā)生運(yùn)動(dòng)的平面磁控濺射陰極相比，本發(fā)明提供的平面磁控濺射陰極的優(yōu)點(diǎn)包括：

第一、本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極其中間磁體包括至少兩個(gè)電磁鐵，當(dāng)該平面磁控濺射陰極工作時(shí)，電磁鐵電源對(duì)該至少兩個(gè)電磁鐵依次供電使得外圈磁體和中間磁體之間的磁場(chǎng)分布不斷發(fā)生變化，相應(yīng)地使靶材上受到離子轟擊的區(qū)域也不斷發(fā)生變化，如此一來，一方面可以有效地?cái)U(kuò)大靶材表面被離子轟擊的區(qū)域，另一方面可以使靶材的幾乎整個(gè)表面得到比較均勻地濺射，從而有效地提高了靶材的利用率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明采用本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極可以使靶材的利用率超過70％。

第二、由于本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極可以在靶材的幾乎整個(gè)表面實(shí)現(xiàn)比較均勻地濺射，因此不會(huì)像現(xiàn)有技術(shù)一樣僅僅在靶材表面的部分區(qū)域形成中部深兩端淺的濺射跑道，進(jìn)而不會(huì)出現(xiàn)濺射跑道側(cè)壁上沉積原子的情況。如此一來，在保持濺射工藝條件不發(fā)生改變的情況下，靶材的濺射速率可以在整個(gè)濺射過程中保持穩(wěn)定，不會(huì)隨著濺射過程的推移而逐步降低，從而有效地保持了濺射工藝的穩(wěn)定性。

第三、由于本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極可以在靶材的幾乎整個(gè)表面實(shí)現(xiàn)比較均勻地濺射，因此在濺射過程中整個(gè)靶材的表面可以一直保持干凈，避免了雜質(zhì)累積的情況，從而不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中靶材表面沉積的雜質(zhì)被濺射到工件表面的情況，進(jìn)而不會(huì)對(duì)鍍膜造成污染，有效地提高了鍍膜的純度。

與現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵發(fā)生旋轉(zhuǎn)的平面磁控濺射陰極相比，本發(fā)明提供的平面磁控濺射陰極的優(yōu)點(diǎn)包括：

第一、僅僅利用電磁鐵和相應(yīng)的電磁鐵電源即可實(shí)現(xiàn)靶材利用率的提高，而無需像現(xiàn)有技術(shù)一樣執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、也無需涉及水密封問題，進(jìn)而也就不會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)故障或者水密封故障。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵發(fā)生旋轉(zhuǎn)的平面磁控濺射陰極相比，本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低的優(yōu)勢(shì)。

第二、通過調(diào)節(jié)電磁鐵工作電壓的頻率即可控制磁場(chǎng)變化的頻率，從幾hz到幾千hz甚至到幾萬hz都可以很容易地實(shí)現(xiàn)。在磁場(chǎng)變化的頻率比較高的情況下，對(duì)于靶材上任一濺射區(qū)域來說，相鄰兩次濺射之間的間隔時(shí)間非常短，因此可以保證靶材受熱均勻，使靶材不容易出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

第三、不受平面磁控濺射陰極形狀的限制，可以設(shè)計(jì)成圓形磁控濺射陰極或矩形磁控濺射陰極。

第四、電磁鐵工作電壓的大小和頻率都很容易控制，因此，可以很方便地通過調(diào)節(jié)電磁鐵工作電壓的大小使電磁鐵和外圈磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到平衡，也可以很方便地通過調(diào)節(jié)工作電壓的頻率對(duì)靶材表面的濺射均勻性進(jìn)行優(yōu)化。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中平面磁控濺射陰極的工作原理示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中矩形靶磁控濺射陰極中磁體裝置的俯視示意圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中圓形靶磁控濺射陰極中磁體裝置的俯視示意圖；

圖4是現(xiàn)有技術(shù)中平面磁控濺射陰極工作時(shí)在靶材上所形成的濺射跑道的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；

圖5是現(xiàn)有技術(shù)中矩形磁控濺射陰極的工作照片；

圖6是現(xiàn)有技術(shù)中圓形磁控濺射陰極的工作照片；

圖7是現(xiàn)有技術(shù)中g(shù)encoa公司ffe陰極的工作照片；

圖8是現(xiàn)有技術(shù)中angstromsciences公司旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)陰極的結(jié)構(gòu)照片；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的平面磁控濺射陰極的一個(gè)具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的矩形磁控濺射陰極其磁體裝置的一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極時(shí)其磁體裝置的一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明的矩形磁控濺射陰極中磁體裝置的另一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明的矩形磁控濺射陰極中磁體裝置的又一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖14是根據(jù)本發(fā)明的矩形磁控濺射陰極中磁體裝置的又一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖15是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極中磁體裝置的另一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖16是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極中磁體裝置的又一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖17是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極中磁體裝置的又一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖18是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極中磁體裝置的又一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖；

圖19是根據(jù)本發(fā)明的電磁鐵電源向三個(gè)電磁鐵所提供的半正弦波電壓的波形示意圖；

圖20是根據(jù)本發(fā)明的矩形磁控濺射陰極在圖19所示電壓波形的作用下外圈磁體和中間磁體之間磁場(chǎng)分布變化過程的示意圖；

圖21是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極在圖19所示電壓波形的作用下外圈磁體和中間磁體之間磁場(chǎng)分布變化過程的示意圖；

圖22是根據(jù)本發(fā)明的電磁鐵電源向三個(gè)電磁鐵所提供的方波電壓的波形示意圖；

圖23是本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極工作時(shí)在靶材上所形成的濺射區(qū)域的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。

附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解和闡釋本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種平面磁控濺射陰極。請(qǐng)參考圖9，圖9是根據(jù)本發(fā)明的平面磁控濺射陰極的一個(gè)具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。如圖9所示，該平面磁控濺射陰極包括靶材100、背板400、磁體裝置以及導(dǎo)磁板300，所述靶材100設(shè)置在所述背板400的一側(cè)，所述導(dǎo)磁板300設(shè)置在所述背板400的另一側(cè)，所述磁體裝置設(shè)置在所述背板400和所述導(dǎo)磁板300之間，其中：

所述磁體裝置包括中間磁體220和環(huán)繞該中間磁體220的外圈磁體210，所述中間磁體220包括至少兩個(gè)電磁鐵，其中，所述外圈磁體210和所述中間磁體220朝向所述靶材100的磁極其二者極性相反；

所述平面磁控濺射陰極還包括電磁鐵電源500，該電磁鐵電源500與所述至少兩個(gè)電磁鐵連接，為所述至少兩個(gè)電磁鐵依次供電以使所述外圈磁體210和所述中間磁體220之間的磁場(chǎng)分布不斷發(fā)生變化。

具體地，在本實(shí)施例中，靶材100可以是矩形靶材，也可以是圓形靶材。需要說明的是，適用于矩形靶材的平面磁控濺射陰極為矩形磁控濺射陰極，適用于圓形靶材的平面磁控濺射陰極為圓形磁控濺射陰極，圖9所示的是矩形磁控濺射陰極的一個(gè)具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，其中，圖9是以垂直于靶材100的截面為剖面。靶材100的成分可以根據(jù)實(shí)際鍍膜工藝的需求決定，例如可以是金屬靶材、合金靶材、或陶瓷靶材等。如圖9所示，靶材100設(shè)置在背板400的一側(cè)，其中，靶材100用于實(shí)現(xiàn)濺射的表面背離背板400。導(dǎo)磁板300設(shè)置在背板400的另一側(cè)，磁體裝置設(shè)置在背板400和導(dǎo)磁板300之間。其中，背板400與射頻電源(未示出)連接，用于形成電離工藝氣體原子的電場(chǎng)。常用的背板300包括銅背板。磁體裝置用于在靶材100的表面形成磁場(chǎng)。磁體裝置進(jìn)一步包括外圈磁體210和中間磁體220，其中，外圈磁體210環(huán)繞于中間磁體220。中間磁體220進(jìn)一步又包括至少兩個(gè)電磁鐵。為了可以在靶材100用于濺射的表面上形成磁場(chǎng)，外圈磁體210和中間磁體220朝向靶材100的磁極其二者極性是相反的。舉例說明，如圖9所示，若外圈磁體210朝向靶材100的磁極是n極，那么電磁鐵朝向靶材100的磁極則均是s極，反之亦然。導(dǎo)磁板300由導(dǎo)磁材料制作，例如純鐵等。導(dǎo)磁板300分別與外圈磁體210和中間磁體220背離靶材100的磁極連接，其作用在于將外圈磁體210和中間磁體220導(dǎo)通，對(duì)外圈磁體210和中間磁體220背離靶材100的磁極之間所形成的磁力線進(jìn)行束縛。需要說明的是，本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極還可以包括冷卻裝置，例如可以通入冷卻水的銅管等，在平面磁控濺射陰極工作過程用于對(duì)靶材100和中間磁體220所包括的電磁鐵進(jìn)行冷卻，以保證平面磁控濺射陰極的正常工作。

由于本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極在工作時(shí)其外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度不需要變化，因此，在本實(shí)施例中外圈磁體210使用永磁鐵實(shí)現(xiàn)。此外，在本實(shí)施例中，外圈磁體210采用一整塊永磁鐵實(shí)現(xiàn)。具體地，在矩形磁控濺射陰極中，外圈磁體210是磁極形狀為矩形環(huán)形狀的一整塊永磁鐵(下文稱為矩形環(huán)磁鐵)；在圓形磁控濺射陰極中，外圈磁體210是磁極形狀為圓環(huán)形狀的一整塊永磁鐵(下文稱為圓環(huán)磁鐵)。為了可以使磁場(chǎng)盡可能覆蓋靶材100的整個(gè)表面，外圈磁體210優(yōu)選設(shè)置在與靶材100邊緣區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，這就需要矩形環(huán)磁鐵其磁極的尺寸矩形靶材的尺寸相匹配、以及需要圓環(huán)磁鐵其磁極的直徑與圓形靶材的直徑相匹配。在其他實(shí)施例中，外圈磁體210也可以由多個(gè)小塊的永磁鐵單元構(gòu)成。具體地，在矩形磁控濺射陰極中，外圈磁體210包括多個(gè)永磁鐵單元，該多個(gè)永磁鐵單元排列形成矩形環(huán)形狀；在圓形磁控濺射陰極中，外圈磁體210包括多個(gè)永磁鐵單元，該多個(gè)永磁鐵單元排列形成圓環(huán)形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，外圈磁鐵210并不僅僅限于使用永磁鐵實(shí)現(xiàn)，在其他實(shí)施例中，也可以使用電磁鐵實(shí)現(xiàn)。

在本實(shí)施例中，在矩形磁控濺射陰極中，中間磁體220所包括的電磁鐵采用磁極形狀為長(zhǎng)條形狀的一整塊矩形電磁鐵(下文稱為矩形電磁鐵)實(shí)現(xiàn)；在圓形磁控濺射陰極中，中間磁體220所包括的電磁鐵采用磁極形狀為圓形的電磁鐵(下文稱為圓形電磁鐵)或方形的電磁鐵(下文稱為方形電磁鐵)實(shí)現(xiàn)。其中，中間磁體220所包括的電磁鐵的數(shù)量至少是兩個(gè)。針對(duì)于本發(fā)明來說，中間磁體220所包括的電磁鐵的數(shù)量越多，平面磁控濺射陰極的使用效果越好。由于電磁鐵數(shù)量越多平面磁控濺射陰極的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，相應(yīng)成本也就越高，因此在對(duì)各方面綜合考慮后，通常將電磁鐵的數(shù)量設(shè)置在2至5個(gè)之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，電磁鐵的數(shù)量并不僅僅限定于2至5個(gè)，還可以是更多。需要注意的是，由于靶材100的面積是有限的，所以電磁鐵的數(shù)量不可能無限增加。如果希望盡可能增加電磁鐵的數(shù)量，可以通過減小電磁鐵朝向靶材的磁極的面積、并相應(yīng)提高電磁鐵的工作電流以及增加電磁鐵線圈匝數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)。此外需要說明的是，在其他實(shí)施例中，在矩形磁控濺射陰極中，中間磁體220所包括電磁鐵也可以由多個(gè)小塊的圓形電磁鐵或多個(gè)小塊的方形電磁鐵構(gòu)成，其中，該多個(gè)小塊的圓形電磁鐵或多個(gè)小塊的方形電磁鐵排列形成長(zhǎng)條形狀。

下面，對(duì)中間磁體220所包括的至少兩個(gè)電磁鐵的具體設(shè)置方式進(jìn)行說明。

在矩形磁控濺射陰極中，外圈磁體210呈現(xiàn)矩形環(huán)形狀，中間磁體220所包括的電磁鐵呈現(xiàn)長(zhǎng)條形狀。中間磁體220所包括的電磁鐵平行于外圈磁體210的軸截面并且關(guān)于該軸截面對(duì)稱分布。其中，將通過外圈磁體210橫截面中心點(diǎn)并且垂直于外圈磁體210橫截面的直線定義為該外圈磁體210的中心軸，并將通過該外圈磁體210中心軸并且垂直于該外圈磁體210兩條對(duì)邊的平面定義為該外圈磁體210的軸截面。若電磁鐵的數(shù)量為偶數(shù)，則該電磁鐵分別位于外圈磁體210的軸截面的兩側(cè)且對(duì)稱分布；若電磁鐵的數(shù)量為奇數(shù)，則其中一個(gè)電磁鐵位于外圈磁體210的軸截面上(即與軸截面的距離為0)，剩下的電磁鐵分別位于外圈磁體210的軸截面的兩側(cè)且對(duì)稱分布。下面以電磁鐵的數(shù)量為2至5個(gè)為例進(jìn)行說明。首先，請(qǐng)參考圖10，圖10是根據(jù)本發(fā)明的矩形磁控濺射陰極其磁體裝置的一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖，其中，外圈磁體210是矩形環(huán)磁鐵，電磁鐵是矩形電磁鐵，俯視的方向是從靶材100垂直指向?qū)Т虐?00的方向，俯視后的矩形環(huán)磁鐵210的軸截面呈現(xiàn)為一條直線，在圖10中以虛線表示。圖10中所示的矩形電磁鐵的數(shù)量為兩個(gè)，分別以矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220b表示。如圖所示，在本實(shí)施例中，矩形環(huán)磁鐵210的軸截面垂直于矩形環(huán)磁鐵210的兩個(gè)短邊，矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220b分別位于矩形環(huán)磁鐵210軸截面的兩側(cè)，且矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220b到軸截面的距離相等。請(qǐng)參考圖12至圖14，圖12至圖14分別是矩形電磁鐵數(shù)量為3個(gè)、4個(gè)以及5個(gè)時(shí)磁體裝置的俯視示意圖，其中，俯視方向以及虛線的表示均與圖10中相同。如圖12所示，中間磁體220包括矩形電磁鐵220a、矩形電磁鐵220b以及矩形電磁鐵220c，其中矩形電磁鐵220b設(shè)置在矩形環(huán)磁鐵210的軸截面上，矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220c分別位于矩形環(huán)磁鐵210軸截面的兩側(cè)，且矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220c到軸截面的距離相等。中間磁體220包括4個(gè)或5個(gè)矩形電磁鐵的情況可以依次類推，為了簡(jiǎn)明起見，在此不再對(duì)圖13和圖14進(jìn)行贅述。

需要說明的是，電磁鐵位置的具體設(shè)定很重要，針對(duì)于同一個(gè)矩形磁控濺射陰極來說，電磁鐵設(shè)置的位置不同，會(huì)導(dǎo)致靶材的利用率也不同。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，外圈磁體210中平行于其軸截面的兩條邊和該至少兩個(gè)電磁鐵等間距設(shè)置時(shí)，矩形磁控濺射陰極的效果最佳。以中間磁體220所包括的電磁鐵的數(shù)量等于2為例進(jìn)行說明。請(qǐng)參考圖10，矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220b沿矩形環(huán)磁鐵210的軸截面對(duì)稱分布，其中，矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220b之間的距離以l1表示，矩形電磁鐵220a和矩形電磁鐵220b與矩形環(huán)磁鐵210之間的距離分別以l2和l3表示，矩形環(huán)磁鐵210中與矩形電磁鐵平行的兩條邊之間的距離以l表示。通過多次試驗(yàn)得到，針對(duì)于矩形電磁鐵數(shù)量等于2的矩形磁控濺射陰極來說，當(dāng)l1＝l2＝l3＝l/3時(shí)矩形磁控濺射陰極的效果最佳。對(duì)于中間磁體220所包括的電磁鐵的數(shù)量大于2的情況與此類似，為了簡(jiǎn)明起見，在此不再贅述。

在圓形磁控濺射陰極中，外圈磁體210呈現(xiàn)圓環(huán)形狀。中間磁體220所包括的電磁鐵圍繞圓環(huán)磁鐵的中心軸均勻分布。其中，將通過外圈磁體210橫截面中心點(diǎn)并且垂直于外圈磁體210橫截面的直線定義為該外圈磁體210的中心軸。此外，在本實(shí)施例中，電磁鐵圍繞外圈磁體210中心軸均勻分布可以理解為，該電磁鐵均勻分布在一個(gè)圓周上，外圈磁體210的中心軸垂直于該圓周所在平面并且通過該圓周的圓心。下面以電磁鐵的數(shù)量為2至5個(gè)為例進(jìn)行說明。首先，請(qǐng)參考圖11，圖11是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極時(shí)其磁體裝置的一個(gè)具體實(shí)施方式的俯視示意圖，其中，外圈磁體210是圓環(huán)磁鐵，電磁鐵是圓形電磁鐵，俯視的方向是從靶材100垂直指向?qū)Т虐?00的方向。俯視后的圓環(huán)磁鐵210的中心軸呈現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，在圖11中以×表示。圖11中所示的圓形電磁鐵的數(shù)量為兩個(gè)，分別以圓形電磁鐵220a和圓形電磁鐵220b表示。如圖所示，在本實(shí)施例中，圓形電磁鐵220a和圓形電磁鐵220b到圓環(huán)磁鐵210中心軸的距離相等，且圓形電磁鐵220a和圓形電磁鐵220b之間的連線經(jīng)過該中心軸。請(qǐng)參考圖15至圖17，圖15至圖17分別是圓形電磁鐵數(shù)量為3個(gè)、4個(gè)以及5個(gè)時(shí)磁體裝置的俯視示意圖，其中，俯視方向以及中心軸的表示均與圖11中相同。如圖15所示，三個(gè)圓形電磁鐵呈品字形分布，具體地，圓形電磁鐵220a、圓形電磁鐵220b以及圓形電磁鐵220c到圓環(huán)磁鐵210中心軸的距離相等，且相鄰兩個(gè)電磁鐵與中心軸連線的夾角均為120°。中間磁體220包括4個(gè)或5個(gè)圓形電磁鐵的情況可以依次類推，為了簡(jiǎn)明起見，在此不再對(duì)圖16和圖17進(jìn)行贅述。

與矩形磁控濺射陰極相似，針對(duì)于同一個(gè)圓形磁控濺射陰極來說，電磁鐵設(shè)置的位置不同，會(huì)導(dǎo)致靶材的利用率也不同。在本實(shí)施例中，當(dāng)電磁鐵與圓環(huán)磁鐵210中心軸之間的距離等于該中心軸與圓環(huán)磁鐵之間距離的1/3時(shí)，圓形磁控濺射陰極的效果最佳。以中間磁體所包括的電磁鐵的數(shù)量等于3為例進(jìn)行說明。請(qǐng)參考圖15，圓形電磁鐵220a、圓形電磁鐵220b和圓形電磁鐵220c圍繞圓環(huán)磁鐵210的中心軸均勻分布，其中，圓形電磁鐵220a與圓環(huán)磁鐵210中心軸之間的距離以l1表示，圓環(huán)磁鐵210中心軸到圓環(huán)磁鐵210的距離以l2表示(由于三個(gè)圓形電磁鐵是沿圓周均勻分布，所以在此僅對(duì)圓形電磁鐵220a的位置進(jìn)行說明即可)。通過多次試驗(yàn)得到，當(dāng)l1＝l2/3時(shí)，使用該圓形磁控濺射陰極可以令靶材利用率達(dá)到最優(yōu)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，上述對(duì)于電磁鐵的排布方式以及具體位置的設(shè)定只是優(yōu)選實(shí)施方式，在其他實(shí)施例中，中間磁體所包括的至少兩個(gè)電磁鐵還可以采用其他的排布方式，該至少兩個(gè)電磁鐵的具體位置可以根據(jù)其排布方式進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此并不做任何限定。以圓形磁控濺射陰極的中間磁體包括五個(gè)電磁鐵為例說明，如圖18所示，該五個(gè)電磁鐵分別以電磁鐵220a至電磁鐵220e表示，與前述五個(gè)電磁鐵圍繞圓環(huán)磁鐵210中心軸均勻分布不同，在本實(shí)施例中，電磁鐵220a設(shè)置在圓環(huán)磁鐵210的中心軸上，其他四個(gè)電磁鐵圍繞中心軸均勻分布。由于電磁鐵的排布方式以及具體位置設(shè)定存在多種可能，為了簡(jiǎn)便起見，在此不再對(duì)該多種可能一一進(jìn)行列舉。

電磁鐵電源500與中間磁體220所包括的至少兩個(gè)電磁鐵分別連接，用于為該至少兩個(gè)電磁鐵提供工作電壓。其中，當(dāng)平面磁控濺射陰極開始工作時(shí)，電磁鐵電源500為該至少兩個(gè)電磁鐵依次提供工作電壓，使該至少兩個(gè)電磁鐵依次與外圈磁體210之間形成濺射磁場(chǎng)。由于不同的電磁鐵依次與外圈磁體210之間形成濺射磁場(chǎng)，因此，靶材100表面的磁場(chǎng)分布在不斷地發(fā)生變化，相應(yīng)地離子轟擊靶材100的區(qū)域也在不斷地發(fā)生變化。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，電磁鐵電源500依次向中間磁體220所包括的至少兩個(gè)電磁鐵提供半正弦波電壓以使該至少兩個(gè)電磁鐵依次與外圈磁體210之間形成濺射磁場(chǎng)。其中，半正弦波電壓可以通過對(duì)正弦波進(jìn)行半波整流的方式得到，至于半正弦波電壓的具體方向由電磁鐵朝向靶材100的磁極的極性決定。需要說明的是，半正弦波電壓其大小會(huì)發(fā)生變化(即電壓首先逐步升高然后再逐步降低)，在該半正弦波電壓的作用下電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度也隨之變化。為了保證中間磁體220的磁場(chǎng)強(qiáng)度與外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度其二者可以基本保持平衡，需要令相鄰工作的兩個(gè)電磁鐵其半正弦波電壓在時(shí)域上存在一定的重疊。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)中間磁體220包括3個(gè)電磁鐵時(shí)，令相鄰工作的兩個(gè)電磁鐵其半正弦波電壓之間的相位差為120度。也就是說，當(dāng)電磁鐵電源500為一個(gè)電磁鐵(以第一電磁鐵表示)提供的工作電壓逐步降低時(shí)，該第一電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度也相應(yīng)降低，此時(shí)電磁鐵電源500為下一個(gè)電磁鐵(以第二電磁鐵表示)開始提供工作電壓，該工作電壓逐步升高使得該第二電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)增強(qiáng)。在第一電磁鐵磁場(chǎng)強(qiáng)度逐步降低、第二電磁鐵磁場(chǎng)強(qiáng)度逐步增強(qiáng)的過程中，第一電磁鐵和第二電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度之和與外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持平衡。當(dāng)?shù)谝浑姶盆F的磁場(chǎng)強(qiáng)度降低至零時(shí)，第二電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)至可以與外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持平衡。當(dāng)?shù)诙姶盆F的磁場(chǎng)強(qiáng)度逐步降低時(shí)，電磁鐵電源500為下一個(gè)電磁鐵(以第三電磁鐵表示)開始提供工作電壓，使得第二電磁鐵和第三電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度之和和外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持平衡。依次類推，電磁鐵電源500為該至少兩個(gè)電磁鐵依次不斷地供電直至濺射結(jié)束。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)中間磁鐵220包括2個(gè)電磁鐵時(shí)，令相鄰工作的兩個(gè)電磁鐵其半正弦波電壓之間的相位差為180度。

在另一個(gè)具體實(shí)施例中，電磁鐵電源500依次向中間磁體220所包括的至少兩個(gè)電磁鐵提供方波電壓以使該至少兩個(gè)電磁鐵依次與外圈磁體210之間形成濺射磁場(chǎng)。其中，方波電壓的具體方向由電磁鐵朝向靶材100的磁極的極性決定。由于方波電壓其大小是不變的，因此，相鄰工作的兩個(gè)電磁鐵其方波電壓在時(shí)域上有毫秒量級(jí)的重合即可，如此一來，可以有效地避免電子和離子在磁場(chǎng)變化的瞬間出現(xiàn)無束縛狀態(tài)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，上述半正弦波電壓和方波電壓僅為優(yōu)選實(shí)施方式，在其他實(shí)施例中，還可以采用其他形式的電壓波形。

電磁鐵電源500向電磁鐵提供的工作電壓的大小和頻率根據(jù)實(shí)際濺射工藝要求進(jìn)行設(shè)定。其中，工作電壓的大小用于使電磁鐵和外圈磁體210在磁場(chǎng)強(qiáng)度上達(dá)到平衡，而工作電壓的頻率則決定了靶材100表面上磁場(chǎng)變化的快慢。若磁場(chǎng)變化太慢，對(duì)于靶材100上的同一區(qū)域來說，兩次濺射之間的時(shí)間間隔比較長(zhǎng)，容易造成靶材100溫度不一致從而導(dǎo)致靶材100開裂；若磁場(chǎng)變化太快，則來不及使離子完成對(duì)靶材100的轟擊行為。本發(fā)明對(duì)電磁鐵電源500工作電壓的頻率并不做任何限定。優(yōu)選地，電磁鐵電源500的頻率范圍設(shè)置在20hz-200hz之間。更優(yōu)選地，將電磁鐵電源500的頻率設(shè)置為50hz或60hz以適應(yīng)電力標(biāo)準(zhǔn)，即每個(gè)電磁鐵在1秒內(nèi)工作50次或60次。而現(xiàn)有技術(shù)中采用磁鐵旋轉(zhuǎn)方式的平面磁控濺射陰極，每分鐘500轉(zhuǎn)的速率已經(jīng)成為磁鐵旋轉(zhuǎn)的極限，因此采用磁鐵旋轉(zhuǎn)方式的平面磁控濺射陰極在工作時(shí)，其磁場(chǎng)的變化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本發(fā)明。

針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵不發(fā)生運(yùn)動(dòng)的平面磁控濺射陰極來說，一方面，由于中心磁鐵與外圈磁鐵之間磁場(chǎng)分布不會(huì)發(fā)生變化，因此靶材表面與中心磁鐵對(duì)應(yīng)的區(qū)域永遠(yuǎn)不會(huì)被濺射到，另一方面，由于中心磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度和外圈磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度需要平衡，而中心磁鐵采用的是永磁鐵，因此中心磁鐵朝向靶材的磁極的面積無法做的很小。這就導(dǎo)致了靶材表面總是存在一定的區(qū)域無法被離子轟擊到，使得濺射區(qū)域的面積受到限制，進(jìn)而影響靶材的利用率。而實(shí)施本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極時(shí)，由于至少兩個(gè)電磁鐵依次工作，當(dāng)一個(gè)電磁鐵工作時(shí)，雖然靶材上與該電磁鐵對(duì)應(yīng)的區(qū)域不會(huì)被濺射到，但是當(dāng)其他電磁鐵工作時(shí)該區(qū)域則可以發(fā)生濺射，如此一來，有效地?cái)U(kuò)大了靶材上被離子轟擊的區(qū)域，使靶材的幾乎整個(gè)表面都可以被濺射到。請(qǐng)參考圖23，圖23是本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極工作時(shí)在靶材上所形成的濺射區(qū)域的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。如圖所示，靶材100上除了與外圈磁體210所對(duì)應(yīng)的區(qū)域沒有被濺射到，其他區(qū)域均發(fā)生了濺射形成濺射區(qū)域110。

此外，針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵不發(fā)生運(yùn)動(dòng)的平面磁控濺射陰極來說，由于其外圈磁鐵和中心磁鐵之間的磁場(chǎng)分布不會(huì)發(fā)生變化，因此靶材上各個(gè)區(qū)域的濺射速率也不會(huì)發(fā)生變化，也就是說，在濺射過程中，有的區(qū)域其濺射速率一直比較高，而有的區(qū)域其濺射速率則一直比較低，從而導(dǎo)致濺射不均勻。采用電磁鐵時(shí)，和外圈磁體越近磁場(chǎng)強(qiáng)度越大、相應(yīng)的濺射區(qū)域窄而濺射速率高，和外圈磁體越遠(yuǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度越小、相應(yīng)的濺射區(qū)域?qū)挾鵀R射速率低。在實(shí)施本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極時(shí)，由于電磁鐵是依次工作，因此中間磁體和外圈磁體之間的磁場(chǎng)分布是在不斷地發(fā)生變化，如此一來，靶材上各個(gè)區(qū)域的磁場(chǎng)分布都是在不斷地發(fā)生變化，相應(yīng)地各個(gè)區(qū)域內(nèi)的濺射速率都是在不斷地波動(dòng)，而且由于磁場(chǎng)分布的變化非?？欤鱾€(gè)區(qū)域在短時(shí)間內(nèi)的濺射速率波動(dòng)被平均后基本相同，因此可以認(rèn)為濺射是均勻的。其中，電磁鐵的數(shù)量越多，磁場(chǎng)的變化越復(fù)雜，相應(yīng)的濺射的均勻性就越好。請(qǐng)參考圖23，圖23是本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極工作時(shí)在靶材上所形成的濺射區(qū)域的結(jié)構(gòu)剖視示意圖。如圖所示，靶材100上所形成的濺射區(qū)域110其所有區(qū)域的蝕刻深度基本相同。

下面對(duì)本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極的工作過程進(jìn)行說明。其中，平面磁控濺射陰極的中間磁體220包括三個(gè)電磁鐵，電磁鐵電源500向該三個(gè)電磁鐵提供的是半正弦波電壓。請(qǐng)參考圖19，圖19是根據(jù)本發(fā)明的電磁鐵電源向三個(gè)電磁鐵所提供的半正弦波電壓的波形示意圖。為了便于區(qū)分，提供給電磁鐵220a、電磁鐵220b和電磁鐵220c的半正弦波電壓分別通過實(shí)線、虛線和點(diǎn)劃線表示。從圖19中可以看出，電磁鐵電源500依次為電磁鐵220a、電磁鐵220b和電磁鐵220c提供半正弦波電壓，且相鄰的兩個(gè)半正弦波電壓之間在時(shí)域上有一定的重疊。

首先，針對(duì)矩形磁控濺射陰極進(jìn)行說明。在本實(shí)施例中，中間磁體220所包括的三個(gè)電磁鐵如圖12所示進(jìn)行分布。請(qǐng)參考圖20，圖20是根據(jù)本發(fā)明的矩形磁控濺射陰極在圖19所示電壓波形的作用下外圈磁體和中間磁體之間磁場(chǎng)分布變化過程的示意圖。其中，電磁鐵220a、電磁鐵220b、電磁鐵220c與外圈磁體210之間所形成的磁場(chǎng)分別用實(shí)線、虛線和點(diǎn)劃線進(jìn)行表示。由于主要是為了說明外圈磁體和中間磁體之間磁場(chǎng)分布變化過程，因此，電磁鐵電源500被省略并未示出，電磁鐵電源500與電磁鐵的連接關(guān)系請(qǐng)參考圖9。

如圖所示，當(dāng)電磁鐵電源500向電磁鐵220a提供半正弦波電壓1時(shí)，電磁鐵220a和外圈磁體210之間形成磁場(chǎng)400-1(請(qǐng)參考圖20中的(a))。隨著半正弦波電壓1逐步降低，電磁鐵電源500向電磁鐵220b提供半正弦波電壓2，該半正弦波電壓2逐步升高，電磁鐵220b和外圈磁體210之間形成磁場(chǎng)400-2，在電磁鐵220a和電磁鐵220b的作用下中間磁體220和外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度平衡(請(qǐng)參考圖20中的(b))。當(dāng)半正弦波電壓1降低至零后，半正弦波電壓2升高至可以令電磁鐵220b和外圈磁鐵210的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持平衡的程度，此時(shí)只有電磁鐵220b工作(請(qǐng)參考圖20中的(c))。隨著半正弦波電壓2逐步降低，電磁鐵電源500向電磁鐵220c提供半正弦波電壓3，該半正弦波電壓3逐步升高，電磁鐵220c和外圈磁體210之間形成磁場(chǎng)400-3，在電磁鐵220b和電磁鐵220c的作用下中間磁體220和外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度平衡(請(qǐng)參考圖20中的(d))。當(dāng)半正弦波電壓2降低至零后，半正弦波電壓3升高至可以令電磁鐵220c和外圈磁鐵210的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持平衡的程度，此時(shí)只有電磁鐵220c工作(請(qǐng)參考圖20中的(e))。隨著半正弦波電壓3逐步降低，電磁鐵電源500向電磁鐵220a提供半正弦波電壓4，該半正弦波電壓4逐步升高，電磁鐵220a和外圈磁體210之間形成磁場(chǎng)400-3，在電磁鐵220c和電磁鐵220a的作用下中間磁體220和外圈磁體210的磁場(chǎng)強(qiáng)度平衡(請(qǐng)參考圖20中的(e))。當(dāng)半正弦波電壓3降低至零后，半正弦波電壓4升高至可以令電磁鐵220a和外圈磁鐵210的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持平衡的程度，此時(shí)只有電磁鐵220a工作(請(qǐng)參考圖20中的(a))。電磁鐵電源500和三個(gè)電磁鐵重復(fù)上述步驟直至濺射結(jié)束。

接著，針對(duì)圓形磁控濺射陰極進(jìn)行說明。在本實(shí)施例中，中間磁體220所包括的三個(gè)電磁鐵如圖15所示進(jìn)行分布。請(qǐng)參考圖21，圖21是根據(jù)本發(fā)明的圓形磁控濺射陰極在圖19所示電壓波形的作用下外圈磁體和中間磁體之間磁場(chǎng)分布變化過程的示意圖。其中，電磁鐵220a、電磁鐵220b、電磁鐵220c與外圈磁體210之間所形成的磁場(chǎng)分別用實(shí)線、虛線和點(diǎn)劃線進(jìn)行表示。鑒于圓形磁控濺射陰極與矩形磁控濺射陰極的工作過程相同，為了簡(jiǎn)明起見，此處就不再對(duì)圖21進(jìn)行詳細(xì)說明。

此處需要說明的是，工業(yè)三相電輸出的是頻率等于50hz、相位差為120度的正弦波電壓，因此，只需要對(duì)工業(yè)三相電進(jìn)行簡(jiǎn)單地半波整流和變壓處理后，即可用于包括三個(gè)電磁鐵的平面磁控濺射陰極，而無需額外生產(chǎn)電磁鐵電源。如此一來，電磁鐵數(shù)量等于三的平面磁控濺射陰極可以非常方便實(shí)現(xiàn)。

除了半正弦波電壓之外，在其他實(shí)施例中，電磁提電源500還可以提供方波電壓。請(qǐng)參考圖22，圖22是根據(jù)本發(fā)明的電磁鐵電源向三個(gè)電磁鐵所提供的半正弦波電壓的波形示意圖。其中，為了便于區(qū)分，提供給電磁鐵220a、電磁鐵220b和電磁鐵220c的半正弦波電壓分別通過實(shí)線、虛線和點(diǎn)劃線表示。從圖22中可以看出，電磁鐵電源500依次為電磁鐵220a、電磁鐵220b和電磁鐵220c提供方波電壓，且相鄰的兩個(gè)半正弦波電壓之間在時(shí)域上存在毫秒量級(jí)的重疊。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他部件、單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。系統(tǒng)權(quán)利要求中陳述的多個(gè)部件、單元或裝置也可以由一個(gè)部件、單元或裝置通過軟件或者硬件來實(shí)現(xiàn)。

與現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵不發(fā)生運(yùn)動(dòng)的平面磁控濺射陰極相比，本發(fā)明提供的平面磁控濺射陰極的優(yōu)點(diǎn)包括：

第一、本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極其中間磁體包括至少兩個(gè)電磁鐵，當(dāng)該平面磁控濺射陰極工作時(shí)，電磁鐵電源對(duì)該至少兩個(gè)電磁鐵依次供電使得外圈磁體和中間磁體之間的磁場(chǎng)分布不斷發(fā)生變化，相應(yīng)地使靶材上受到離子轟擊的區(qū)域也不斷發(fā)生變化，如此一來，一方面可以有效地?cái)U(kuò)大靶材表面被離子轟擊的區(qū)域，另一方面可以使靶材的幾乎整個(gè)表面得到比較均勻地濺射，從而有效地提高了靶材的利用率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明采用本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極可以使靶材的利用率超過70％。

第二、由于本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極可以在靶材的幾乎整個(gè)表面實(shí)現(xiàn)比較均勻地濺射，因此不會(huì)像現(xiàn)有技術(shù)一樣僅僅在靶材表面的部分區(qū)域形成中部深兩端淺的濺射跑道，進(jìn)而不會(huì)出現(xiàn)濺射跑道側(cè)壁上沉積原子的情況。如此一來，在保持濺射工藝條件不發(fā)生改變的情況下，靶材的濺射速率可以在整個(gè)濺射過程中保持穩(wěn)定，不會(huì)隨著濺射過程的推移而逐步降低，從而有效地保持了濺射工藝的穩(wěn)定性。

第三、由于本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極可以在靶材的幾乎整個(gè)表面實(shí)現(xiàn)比較均勻地濺射，因此在濺射過程中整個(gè)靶材的表面可以一直保持干凈，避免了雜質(zhì)累積的情況，從而不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中靶材表面沉積的雜質(zhì)被濺射到工件表面的情況，進(jìn)而不會(huì)對(duì)鍍膜造成污染，有效地提高了鍍膜的純度。

與現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵發(fā)生旋轉(zhuǎn)的平面磁控濺射陰極相比，本發(fā)明提供的平面磁控濺射陰極的優(yōu)點(diǎn)包括：

第一、僅僅利用電磁鐵和相應(yīng)的電磁鐵電源即可實(shí)現(xiàn)靶材利用率的提高，而無需像現(xiàn)有技術(shù)一樣執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、也無需涉及水密封問題，進(jìn)而也就不會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)故障或者水密封故障。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵發(fā)生旋轉(zhuǎn)的平面磁控濺射陰極相比，本發(fā)明所提供的平面磁控濺射陰極具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低的優(yōu)勢(shì)。

第二、通過調(diào)節(jié)電磁鐵工作電壓的頻率即可控制磁場(chǎng)變化的頻率，從幾hz到幾千hz甚至到幾萬hz都可以很容易地實(shí)現(xiàn)。在磁場(chǎng)變化的頻率比較高的情況下，對(duì)于靶材上任一濺射區(qū)域來說，相鄰兩次濺射之間的間隔時(shí)間非常短，因此可以保證靶材受熱均勻，使靶材不容易出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

第三、不受平面磁控濺射陰極形狀的限制，可以設(shè)計(jì)成圓形磁控濺射陰極或矩形磁控濺射陰極。

第四、電磁鐵工作電壓的大小和頻率都很容易控制，因此，可以很方便地通過調(diào)節(jié)電磁鐵工作電壓的大小使電磁鐵和外圈磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到平衡，也可以很方便地通過調(diào)節(jié)工作電壓的頻率對(duì)靶材表面的濺射均勻性進(jìn)行優(yōu)化。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。