CN101775588A - 一种高靶材利用率的矩形靶 - Google Patents

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Abstract

一种高靶材利用率的矩形靶，用于磁控溅射金属镀膜；它的水冷座经绝缘板固定在靶基座上；四条钕铁硼永磁材料的边永磁体围成一个封闭的四边形框并嵌装在水冷座上，做为N极；一条钕铁硼永磁材料的中间永磁体位于四边形框中间并嵌装在水冷座上，做为S极；边永磁体为长方体且朝向四边形框内一侧上部为倒角，中间永磁体为长方体且对应两侧上部也为倒角；位于永磁体上方的靶材衬板固定在水冷座顶部，靶材经靶材压板固定安装在靶材衬板上。它具有很好的镀膜均匀性和较高的靶材利用率，还显著提高了溅射率和生产效率。

Description

一种高靶材利用率的矩形靶
技术领域
本发明涉及用于磁控溅射镀膜设备的矩形靶。
背景技术
磁控溅射台是一种多用途、高效率的镀膜设备，可以在陶瓷、玻璃、石英、硅片等基底材料上沉积金属、合金和非金属介质等材料的薄膜，在光学、半导体、新型电子材料功能薄膜的制备等技术领域，磁控溅射镀膜发挥了重要的作用。
磁控溅射镀膜具有膜层致密、膜层均匀、附着力高、沉积温度低，操作简单、可长时间大批量工业化生产等优点，磁控溅射技术在微电子、航天航空、机械制造、光学、太阳能等领域已广泛应用。
目前绝大部分应用的是金属材料薄膜，由于靶材要求纯度很高，特别是半导体和新型功能材料的制备，需要镀制贵重金属材料薄膜；传统的矩形靶通常采用四氧化三铁永磁体，磁场强度不高，溅射靶内磁体较大，占用空间较多，致使用于放电溅射区域的范围较窄，造成矩形靶靶面的刻蚀区呈较深的沟壑，导致靶材利用率不高；常规矩形溅射靶镀膜，其靶材利用为20％左右，通常靶材纯度为99.9％至99.999％，靶材价格高，日常靶材消耗量巨大，靶材利用率低造成镀膜成本上升，若使用贵重靶材镀膜，其靶材价格更加昂贵，靶材浪费更严重，回收成本也很高，严重制约行业的发展。如何提高靶材利用率，提高镀膜质量，降低成本，提高生产率是广大设备制造者和用户的追求目的。因此迫切需要发明一种新型结构的溅射靶来提高靶材利用率，降低生产成本和提高生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种高靶材利用率的矩形靶，可以较大幅度提高靶材利用率，镀膜均匀性好，并使镀膜沉积率和生产效率提高。
本发明的技术方案为，所述高靶材利用率的矩形靶包括靶基座，水冷座经绝缘板固定在靶基座上；四条钕铁硼永磁材料的边永磁体围成一个封闭的四边形框并嵌装在所述水冷座上，做为N极；一条钕铁硼永磁材料的中间永磁体位于所述四边形框中间并嵌装在所述水冷座上，做为S极；所述边永磁体为长方体且朝向，四边形框内一侧上部为倒角，中间永磁体为长方体且对应两侧上部也为倒角；位于永磁体上方的靶材衬板固定在水冷座顶部且在靶材衬板与水冷座顶部之间装有密封圈，靶材经靶材压板固定安装在靶材衬板上。
以下对本发明做出进一步说明。
参见图1和图2，本发明的高靶材利用率的矩形靶包括靶基座10，水冷座8经绝缘板9固定在靶基座10上；参见图6，四条钕铁硼永磁材料的边永磁体7围成一个封闭的四边形框并嵌装在所述水冷座8上，做为N极；一条钕铁硼永磁材料的中间永磁体1位于所述四边形框中间并嵌装在所述水冷座8上，做为S极；所述边永磁体7为长方体且朝向四边形框内一侧上部为倒角14，中间永磁体1为长方体且对应两侧上部也为倒角15；位于永磁体上方的靶材衬板6固定在水冷座8顶部且在靶材衬板6与水冷座8顶部之间装有密封圈5，靶材2经靶材压板4固定安装在靶材衬板6上。
本发明的技术原理是，溅射靶磁路由四条边永磁体7和中间永磁体1组成，永磁体采用高温性能好的高磁能积钕铁硼永磁材料制成，钕铁硼永磁材料的最大磁能积是常用铁氧体永磁材料的10倍以上，在同样的磁场分布下，永磁体尺寸可明显缩小；边永磁体7和中间永磁体1均采用整条结构，以使磁场分布均匀，可较大幅度提高溅射镀膜的均匀性，由于磁体采用了磁场强度很高的钕铁硼材料，大大缩小了磁体的空间；边永磁体7的极头采用内侧倒角(可为30度倒角，参见图3)，中间永磁体1的极头采用对称双倒角(可为30度倒角，参见图4)；磁极倒角的应用，改善了放电区的磁场分布，匀化了溅射率分布，拓宽了溅射区域的面积，避免了靶面的溅射刻蚀区呈较深沟壑的状态，提高了靶材利用率(大于40％)，普通铁氧体永磁溅射靶与钕铁硼溅射靶靶材消耗示意图如图5(a)(b)所示，其中(b)显示本发明的靶材利用率明显提高，同时还使镀膜均匀性指标达2％以上(四寸基片内)；边永磁体7和中间永磁体1通过水冷座和水冷架嵌套卡牢定位，磁体外围直接通水冷却，以达到稳定磁体温度和提高溅射率的目的。
边永磁体7和中间永磁体1的磁极头与靶材衬板6之间最好留有0.5mm左右(如0.4mm-0.6mm)的间隙。
为了克服钕铁硼永磁材料温度性能稍差的特点，边永磁体7和中间永磁体1表面可喷涂铁氟龙材料层(厚度可以是0.3mm)，进行表面防锈处理。
由以上可知，本发明为一种高靶材利用率的矩形靶，它较大幅度提高了靶材利用率，镀膜均匀性好，并使镀膜沉积率和生产效率得到明显提高。
附图说明
图1是本发明一种实施例的纵向剖视结构示意图；
图2是图1中A-A向剖视结构示意图；
图3是一种实施例的边永磁体主视结构示意图(图中倒角为30°，尺寸单位为毫米)；
图4是一种实施例的中间永磁体主视结构示意图(图中倒角为30°，尺寸单位为毫米)；
图5是普通溅射靶与本发明靶溅射刻蚀对照图，其中(a)为普通铁氧体永磁体溅射靶溅射示意图，(b)为本发明的钕铁硼永磁体靶溅射示意图；
图6是本发明中四条钕铁硼永磁材料的边永磁体7围成一个封闭的四边形框，一条钕铁硼永磁材料的中间永磁体1位于所述四边形框中间的俯视结构示意图。
在图中：
1-中间永磁体，     2-靶材，          3-水冷架，
4-靶材压板，       5-密封圈，        6-靶材衬板，
7-边永磁体，       8-水冷座，        9-绝缘板，
10-靶基座，        11-螺钉，         12-冷却水路，
13-绝缘套，        14、15-倒角，     16-紧固螺钉，
17-靶供电电极，    18-靶溅射区域，   19-磁场分布，
20-靶材，          21-铁氧体永磁体。
具体实施方式
如图1至4、图6所示，所述高靶材利用率的矩形靶包括靶基座10，水冷座8经绝缘板9固定在靶基座10上；四条钕铁硼永磁材料的边永磁体7围成一个封闭的四边形框并嵌装在所述水冷座8上，做为N极；一条钕铁硼永磁材料的中间永磁体1位于所述四边形框中间并嵌装在所述水冷座8上，做为S极；所述边永磁体7为长方体且朝向四边形框内一侧上部为倒角14，中间永磁体1为长方体且对应两侧上部也为倒角15；位于永磁体上方的靶材衬板6固定在水冷座8顶部且在靶材衬板6与水冷座8顶部之间装有密封圈16，靶材2经靶材压板4固定安装在靶材衬板6上。
其中，绝缘板9连接固定水冷座8与靶基座10，起定位密封隔离电位作用；边永磁体7与中间永磁体1组成闭合磁路，边永磁倒角一侧朝里，通过水冷架嵌在水冷座内，冷却水直接冷却永磁体表面，水冷架3起限位磁极的作用，靶材衬板与磁极头间隙为0.5mm；靶材通过靶材压板固定在水冷座上，靶供电接溅射电源负极，靶基座接溅射电源正极，其它螺钉起紧固作用，绝缘套起电位隔离用。
边永磁体7与中间永磁体1为钕铁硼材料，靶压板为1Cr18Ni9Ti不锈钢材料，水冷座为紫铜材料，水冷架为PP塑料，绝缘板为聚四氟乙烯材料，靶基座为防锈铝材料。
所有密封圈为氟橡胶材料，起封水和隔离真空作用。
靶材可以是不导磁金属或合金材料，可为纯金属靶材(靶衬板与靶材为同一材料)，也可为键合或粘合靶型复合靶材(靶衬板与靶材为不同材料)，要求靶材为不导磁材料，避免改变磁路分布，影响放电溅射镀膜。
工作状态：溅射靶材处于阴极负电位，空载电位为-800至-1200V，溅射靶安放在镀膜室腔臂上，基座为地电位，靶面面对需镀膜的基片，基片在镀膜时保持旋转状态，溅射靶通水冷却，溅射室维持一定真空状态下，通入一定流量的工作气体后，靶材区域产生放电并进行溅射镀膜，放电电压降为200至600V左右，放电电流范围为1至10A(视放电功率而定)，调节送气流量、放电功率可控制溅射率。
对于同镀膜面积的溅射靶，本发明靶材利用率可达40％以上，是常用溅射靶靶材利用率的两倍，本结构原理也适用于圆形溅射靶。

Claims (4)

1.一种高靶材利用率的矩形靶，包括靶基座(10)，水冷座(8)经绝缘板(9)固定在靶基座(10)上；其特征是，四条钕铁硼永磁材料的边永磁体(7)围成一个封闭的四边形框并嵌装在所述水冷座(8)上，做为N极；一条钕铁硼永磁材料的中间永磁体(1)位于所述四边形框中间并嵌装在所述水冷座(8)上，做为S极；所述边永磁体(7)为长方体且朝向四边形框内一侧上部为倒角(14)，中间永磁体(1)为长方体且对应两侧上部也为倒角(15)；位于永磁体上方的靶材衬板(6)固定在水冷座(8)顶部且在靶材衬板(6)与水冷座(8)顶部之间装有密封圈(5)，靶材(2)经靶材压板(4)固定安装在靶材衬板(6)上。
2.根据权利要求1所述高靶材利用率的矩形靶，其特征是，边永磁体(7)的磁极头与靶材衬板(6)之间留有0.4mm-0.6mm的间隙，中间永磁体(1)的磁极头与靶材衬板(6)之间留有0.4mm-0.6mm的间隙。
3.根据权利要求1所述高靶材利用率的矩形靶，其特征是，边永磁体(7)和中间永磁体(1)表面喷涂有铁氟龙材料层。
4.根据权利要求1所述高靶材利用率的矩形靶，其特征是，所述边永磁体(7)的倒角(14)和中间永磁体(1)的倒角15均为30°。
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