在基底上喷镀材料用的溅射装置 本发明涉及一种溅射装置，特别是涉及一种能均匀侵蚀其中的溅射靶的改进的溅射装置。
如已知的，溅射装置广泛应用于在基底上喷镀材料薄膜。在各种喷镀装置中一种磁控管阴极溅射装置，其内装有产生磁场用的磁控管，被认为能够提高溅射速率。在这种磁控管阴极溅射装置中，邻近靶表面的电子在磁场中被捕获，因而使紧靠靶表面的电子的密度增高，同样也使靶表面附近的离子通量增加。靶表面附近的离子通量增加，直接导致溅射速率提高，因而使被溅射的粒子在基底上的喷镀速率提高。
在图1中，所提供的是在常规磁控管阴极组件中的磁铁布置的示意平面图，表示隧道形磁场的效应。
环形磁铁106和中心磁铁108，以相反的磁极面对着靶，这种安排产生一个磁场110，这个磁场从一个磁极上面的靶表面出发，弧形飞越，再进入相反磁极上面地靶表面。因此，“隧道形”的磁场建立在靶表面的上面。从图1上能看出磁场110的另一个方面，即隧道形成一个闭合回路，它确定了所谓的“轨道”，由于磁场110与靶和阳极(未示)之间建立的电场(未示)的相互作用，电子被吸持在这个轨道之中。标记112表示一个电子的轨迹，它以跳跃运动的形式沿着轨道所确定的方向迁移。
上述磁控管阴极组件的一个主要缺点，是组件有一种缺陷，即靶的侵蚀不均匀。换句话说，靶的被溅射区域的深度分布将是不均匀的，深度的分布，在被溅射区域的中心具有最大值，随着从中心向它的边缘过度，深度减小。这种不均匀侵蚀是上述轨道效应的直接结果。这就是说，轨道区域上的离子通量比其余地方强，处于轨道下面的靶材料受粒子轰击的速率比其余地方高得多。在这一部分靶材料被侵蚀掉以后，即使仍有大量材料留在轨道区域以外，也必须将靶更换。
因此，本发明的主要目的是提供一种溅射装置，它能均匀地侵蚀溅射靶的表面。
根据本发明，所提供的一种溅射装置包括：一个基底支座，用于使基底定位；一个用溅射材料制成的靶，包括溅射表面，用以提供将被喷镀到基底上的溅射材料，溅射表面有一个中心区和一个边缘区；一个用来产生电场的电源，该电场基本上垂直于溅射表面；磁铁组件，面对靶的表面并包括第一磁极和第二磁极，这是为了产生一个磁场，这个磁场的磁力线从第一磁极伸展，经溅射表面，弧形飞入溅射表面附近的空间，再经过溅射表面回到第二磁极，从而在溅射表面附近形成一个弧形隧道形磁场的不间断的闭合回路；以及一个使靶旋转的马达，因而能使靶均匀地被侵蚀。
也就是说，本发明提出一种溅射装置，包括：
一个基底支座，用于使基底定位；
一个用溅射材料制成的靶，包括溅射表面，用以提供被喷镀到基底上的溅射材料，溅射表面有一个中心区和一个边缘区；
用来产生电场的装置，该电场基本上垂直于溅射表面；
磁性装置，面对靶的表面安置，并包括第一磁极和第二磁极，这是为了产生一个磁场，这个磁场的磁力线从第一磁极伸展，经溅射表面，弧形飞入溅表面附近的空间，再经过溅射表面回到第二磁极，从而在溅射表面附近形成一个弧形隧道形磁场的不对称的不间断闭合回路；以及
使靶旋转的装置，由此使靶能均匀地被侵蚀。
其中，进一步包括附加磁性装置，用以在溅射表面的边缘区产生与溅射表面平行的磁场，附加磁性装置包括多个磁铁，围绕溅射表面以这样的方式作环形安排，即每个磁铁的一个磁极面向着靶，并且面向靶的任何两个紧邻的磁铁的磁极彼此相反。
其中，弧形隧道形磁场，具有椭圆的形状。
本发明的上述和其它目的和优点，通过下面对所给的连带附图的优选实施例所作的说明，将会变得显而易见，其中，
图1表示在常规磁控管阴极组件中的磁铁布置的示意平面图，表示隧道形磁场闭合回路的效应；
图2表示根据本发明的一种溅射装置的示意横断面图；
图3提供图2中所示的磁控管阴极组件的详细横断面图；
图4是图3的磁控管组件沿I-I线所作的平面图，表示根据本发明的磁铁的布置情形；
图5表示图3的沿II-II线所作的横断面图。
在图2至图5中，表示了根据本发明的溅射装置的各种视图。
如图2中所示，所发明的溅射装置200，包括：一个具有顶部212，侧壁210和底板208的真空室206，一个经由顶部212装在真空室206内的磁控管阴极组件300，它有一个由将被溅射到基底202上的溅射材料例如金制成的靶，一个基底支座204，用来使基底202在其上固定或定位，以及一个马达220，用来使靶334在磁控管阴极组件300中旋转。真空室206的侧壁210，配有与气源(未示)相连的进口部214，以及与适当的泵装置(未示)相连的抽空部218。
在溅射装置200中，气体通过进口部214进入真空室206，以提供溅弹丸的来源。比较好的是使用惰性或稀有气体如氩气，以防止溅射弹丸和靶材料之间的化学反应。一个电场在靶334的表面附近产生，例如，将靶334与电源的负电极相连，电源的另一电极接地，真空室206的底板208和基底支座204也都接地，其中，底板208和基底支座204在本实施例中起阳极的作用，尽管也常在靶334的表面附近使用一个单独的阳极。电场使电子加速，被加速的电子与气体的中性原子相撞而引起电离作用，从而产生离子即溅射弹丸，和更多的电子。电子被电场加速，产生更多的离子和更多的电子，以致这个过程以雪崩那样的形式进行，产生等离子体。离子被电场加速，朝向靶334轰击其表面。被喷射的溅射材料因此而喷镀在基底202上。
溅射速率依赖于靶的表面附近的离子通量。通过在靶的表面附近施加一个磁场，电子以跳跃运动的方式被捕获于靶的表面附近，由此引起这些被捕获的电子与靶334附近的中性气体相撞，导致靶334附近的离子密度显著地提高。
参考图3，所提供的是根据图2所示的本发明优选实施例磁控管阴极组件300的详细断面图。
磁控管阴极组件300包括：一个盖板310，一个带有凸缘的圆盘形垫板320，和一个固定在连接轴342上的靶334，轴342穿过盖板310和垫板320，通过第一真空密封环311，固定地装接到驱动马达220上，其中，垫板320比较好地是用具有良好传热特性的非磁性材料例如铜制成，并对着盖板310的下表面装配，垫板320将一块磁性衔铁板314包装在内，衔铁板314嵌入盖板310的一个浅的切口区中，组件还包括一块外磁铁326，一块中心磁铁324，和一块填充外磁铁和中心磁铁之间空间的隔离块322。盖板310通过第二真空密封环312，装接到真空室206的顶部212。真空密封环311，312使真空室206能被抽空至所希望的压力。
外磁铁326的形状是椭圆柱形，中心棒形磁铁324沿椭圆的长轴延长并设置在外磁铁的中央，其中，面对外磁铁326的磁极的靶334，被安置为对着中心棒形磁铁的与外磁铁相反的磁极，这样产生第一磁场336，其构造如图4所示。第一磁场336从一个磁极上面的靶334的表面出发，弧形飞越，再进入相反磁极上面的靶334的表面，形成一个“隧道形”磁场。进一步说，这个隧道在靶334表面的上面形成一个不间断的闭合椭圆回路，它确定一个“轨道”，并捕获靶334附近的跳跃运动的电子。
在装置工作期间，靶334随轴342旋转，相对于磁场作圆形运动，因此，靶334上受第一磁场336影响的区域，即形成“隧道”的区域，在靶334的整个表面上作圆形扫椋，从而形成靶334的均匀侵蚀。换句话说，在轨道下面的靶的被溅射区的被溅射深度，就本发明来说是恒定的，相反，在先有的技术中，靶的被溅射区的被溅射深度是变化的，即被溅射区的被溅射深度，在中心具有最大值，而随着它离开中心向边缘运动，深度开始减小。形状为中空圆柱体的护罩330，装接于顶部212的内表面并包围靶334。应该注意，护罩330与真空室206的顶部212是相连接，那里是接地的并排斥离子，所以，气体中的电离化分子不会与护罩330的表面相撞。一个圆柱形磁铁组件332，装接在护罩330的外表面，以便产生第二磁场340。
参考图5，所说明的是按图3的II-II线所作的断面图。圆柱形磁铁组件332，包括多个磁铁，其中，磁铁以这样的方式安排，即每个磁铁的一个磁极，面对护罩330，并且面对护罩330的任何两个紧邻的磁铁的磁极彼此相反，这样，产生平行于靶334表面的第二磁极340。由于基本上垂直于靶334表面的电场和平行于靶334表面的第二磁场之间的相互作用，靠近靶334的边缘的电子，以跳跃运动的形式迁移，密集于靶334的边缘，这进一步使这个区域的电离密度提高。
总之，使用所发明的磁控管阴极组件300，靶334的侵蚀比使用常规的磁控管阴极时，更为均匀得多，这是因为靶334通过轴342与马达220相连而旋转，使靶334的整个表面对着第一磁场和第二磁场336，340。
尽管本发明已就优选实施例作了揭示和说明，对那些熟悉技术的人来说，显然，在不偏离所附权利要求确定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出许多变化和改型。