CN101851746A - 磁控式溅镀靶及磁控式溅镀系统 - Google Patents

磁控式溅镀靶及磁控式溅镀系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁控式溅镀靶，其包括磁控装置和设置于磁控装置的磁场内的靶材，其特征在于，所述磁控装置包括金属板、多个第一磁铁和多个第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁的磁力线方向相反，所述多个第一磁铁和多个第二磁铁呈多行多列排布地嵌设于金属板中，且每一行中至少一个第一磁铁与一个第二磁铁相邻，每一列中也至少有一个第一磁铁与第二磁铁相邻，从而磁控装置的磁场内具有沿着所述行的方向延伸的磁力线和沿着所述列的方向延伸的磁力线。

Description

磁控式溅镀靶及磁控式溅镀系统
技术领域
本发明涉及镀膜领域，尤其涉及一种用于溅镀磁控式溅镀靶及一种磁控式溅镀系统。
背景技术
溅镀(Sputter)是指在阴极(通常为靶材)与阳极(通常为安装待镀基片的基片安装座或镀膜腔体壁)之间加一个正交磁场和电场，在真空镀膜腔体中充入所需要的惰性气体(通常为氩气)，在电场的作用下，氩气电离成氩离子(带正电荷)和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在待镀基片上成膜。同时，氩离子在轰击靶材时放出二次电子，二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高。在电磁场的共同作用下，二次电子的运动轨迹为沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进的复杂曲线，使得该二次电子的运动路径变长，在运动过程中不断与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终以极低的能量飞向待镀基片，使得待镀基片的升温较低。
磁控溅射利用磁场束缚以延长二次电子的运动路径，改变二次电子的运动方向，提高惰性气体的电离率和有效利用电子的能量，从而提升溅镀速率。可参阅I.Safi在2000年在Surface & Coating Technology上发表的论文Recent Aspects Concerning DC ReactiveMagnetron Sputtering of Thin Film：a Review。
目前，由于磁控溅镀的磁控溅射靶中的磁控靶材的磁铁的磁力线的不密集与分布不均，造成靶材被轰击的区域分布不均匀，从而使得靶材部分区域侵蚀严重，部分区域没有被侵蚀，使得靶材的利用率低下。
发明内容
因此，有必要提供一种具有较高的靶材利用率的磁控式溅镀靶及磁控式溅镀系统。
以下将以实施例说明一种磁控式溅镀靶及磁控式溅镀系统。
一种磁控式溅镀靶，其包括磁控装置和设置于磁控装置的磁场内的靶材，其特征在于，所述磁控装置包括金属板、多个第一磁铁和多个第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁的磁力线方向相反，所述多个第一磁铁和多个第二磁铁成多行多列排布地嵌设于金属板中，且每一行中至少一个第一磁铁与一个第二磁铁相邻，每一列中也至少有一个第一磁铁与第二磁铁相邻，从而磁控装置的磁场内具有沿着所述行的方向延伸的磁力线和沿着所述列的方向延伸的磁力线。
一种磁控式溅镀系统，其包括镀膜室、承载座及如上所述的磁控式溅镀靶，所述磁控式溅镀靶固定于镀膜室，靶材与镀膜室的内壁围成一镀膜腔，所述承载座收容于镀膜腔内并与靶材相对设置，所述承载座用于承载镀膜基材。
本技术方案的磁控式溅镀靶中，磁控装置包括多行多列设置的磁铁，使得相邻磁铁之间的距离变小，使得磁力线分布密集。另外，磁控装置的多个第一磁铁和多个第二磁铁呈多行多列排布地嵌设于金属板中，且每一行中至少一个第一磁铁与一个第二磁铁相邻，每一列中也至少有一个第一磁铁与第二磁铁相邻，从而磁控装置的磁场内具有沿着所述行的方向延伸的磁力线和沿着所述列的方向延伸的磁力线，在进行溅镀时，可以提高溅镀的速度并提高靶材的利用率。
附图说明
图1是本技术方案第一实施例提供的磁控式溅镀靶的立体示意图。
图2是本技术方案第一实施例提供的磁控式溅镀靶的分解示意图。
图3是图1沿Ⅲ-Ⅲ线的剖面示意图。
图4是第一实施例提供的磁控式溅镀靶的磁控装置的示意图。
图5本技术方案第二实施例提供的磁控式溅镀靶的立体示意图。
图6是第二实施例提供的磁控式溅镀靶的磁控装置的示意图。
图7是本技术方案提供的磁控式溅镀系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及多个实施例对本技术方案提供的磁控式溅镀靶及磁控式溅镀系统作进一步说明。
请一并参阅图1至图3，本技术方案第一实施例提供的磁控式溅镀靶100包括一个收容座110、一个磁控装置120、一个靶材130、两个固定板140、四个固定件150及一个驱动装置160。
收容座110用于收容磁控装置120并固定靶材130。收容座110包括平板111、第一凸壁112和第三凸壁113。本实施例中，平板111为长方形，其具有一收容面1111。第一凸壁112和第二凸壁113形成于收容面1111，并沿着长方形的平板111的长度方向延伸。第一凸壁112、第二凸壁113及收容面1111形成一收容空间114。第一凸壁112和第二凸壁113之间的距离与磁控装置120的宽度相对应，第一凸壁112和第二凸壁113凸出于收容面1111的高度与磁控装置120的高度相对应。在第一凸壁112具有与收容面1111平行的第一顶面1121，自第一顶面1121向第一凸壁112内开设有安装孔(图未示)，本实施例中，在第一顶面1121开设有两个安装孔。第二凸壁113具有与收容面1111平行的第二顶面1131，在第二顶面1131也开设有两个安装孔，安装孔的内壁可设置由内螺纹。
磁控装置120收容于收容座110的收容空间114内。磁控装置120包括一个金属板121、磁铁122及支撑元件123。金属板121为长方形板，金属板121的长度大于平板111的长度，金属板121的宽度小于第一凸壁112和第二凸壁113的间距。金属板121具有第一表面1211、与第一表面1211相对的第二表面1212、连接于第一表面1211和第二表面1212之间的第一侧面1213，及与第一侧面1213相对的第二侧面1214。第一表面1211与收容面1111相接触，第二表面1212与收容面1111相背，第一侧面1213与第一凸壁112相对，第二侧面1214与第二凸壁113相对。
请参阅图4，多个磁铁122阵列嵌设于金属板121中，并且每个磁铁122的一个磁极从第二表面1212露出。本实施例中，金属板121中嵌设的磁铁122沿着金属板121的长度方向排为四行，每行磁铁的个数为九个，即多个磁铁122形成四行九列的阵列结构。多个磁铁122包括多个第一磁铁1221和多个第二磁铁1222，第一磁铁1221和第二磁铁1222的磁力线方向相反。即第一磁铁1221的N极从第二表面1212露出，则第二磁铁1222的S极从第二表面露出；反之，当第一磁铁1221的S极从第二表面露出，则第二磁铁1222的N极从第二表面1212露出。第一磁铁1221与第二磁铁1222相互间隔设置，每个第一磁铁1221与且仅与第二磁铁1222相邻，不与第一磁铁1221相邻，每个第二磁铁1222与且仅与第一磁铁1221相邻，不与第二磁铁1222相邻。例如，第一行的多个磁铁122按照第一磁铁1221、第二磁铁1222、第一磁铁1221、第二磁铁1222……第一磁铁1221的顺序排列，第二行的多个磁铁122则按照第二磁铁1222、第一磁铁1221、第二磁铁1222、第一磁铁1221……第二磁铁1222的顺序排列，第三行的多个磁铁122与第一行磁铁排列顺序相同，第四行的多个磁铁122与第二行磁铁的排列顺序相同，从而得到每个第一磁铁1221与且仅与第二磁铁1222相邻，每个第二磁铁1222与且仅与第一磁铁1221相邻。磁力线存在于每相邻的两个第一磁铁1221和第二磁铁1222之间，多个磁铁120产生的磁力线既沿着金属板121的长度方向分布又沿着金属板121的宽度方向分布。并且，相邻两行磁铁之间的距离较小，从而多个磁铁120产生的磁力线分布较密集。当然，也可以根据实际采用的金属板121的大小，设置不同行数和列数的磁铁，以使得多个磁铁120产生密集的磁力线。
本实施例中，支撑元件123为多根支撑柱1230。多根支撑柱1230分别固定于第一侧面1213和第二侧面1214，用于支撑金属板121。每根支撑柱1230的高度大于金属板121第一表面1211和第二表面1212的间距。本实施例中，每根支撑柱1230为圆柱形，每根支撑柱1230具有支撑面1231、与支撑面1231相对的顶面1232及连接于顶面1232和支撑面1231之间的侧面1233。每个支撑柱1230均通过侧面1233固定于金属板121的第一侧面1213或第二侧面1214，并每个金属柱1230的支撑面1231凸出于第二表面1212，并且凸出于第二表面1212的长度相同。优选地，金属柱1230的支撑面1231凸出于第二表面1212的长度为1厘米至2厘米。每个支撑柱1230也可以滑动安装于金属板121的第一侧面1213和第二侧面1214，使得每个支撑柱1230可以在金属板121和第一凸壁112之间和金属板121和第二凸壁113之间转动。支撑面1231与靶材130相接处，顶面1232与收容面1111相接触。
靶材130由用于镀膜的金属材料制成。本实施例中，靶材130为长方形板状，其长度与第一凸壁112和第二凸壁113长度相对应，其宽度与第一凸壁112和第二凸壁113的间距相对应。靶材130具有相对的安装面131和轰击面132。靶材130开设有四个贯穿安装面131和轰击面132的四个第一通孔133，第一通孔133与第一凸壁112和第二凸壁113开设的安装孔相对应。
两个固定板140分别为长条状，每个固定板140的长度与第一凸壁112和第二凸壁113的间距相对应，每个固定板140开设有两个与第一通孔133相对应的第二通孔141。本实施例中，磁控式溅镀靶100包括四个固定件150，固定件150的外表面可设置有与安装孔的内螺纹配合的外螺纹。固定件150可以为本领域常见的螺栓等元件。每个固定件150的直径与安装孔、第一通孔133和第二通孔141的孔径相配合，每个固定件150穿过第二通孔141、第一通孔133配合锁入安装孔中，使得靶材130的轰击面132与固定板140接触，靶材130的安装面131与第一凸壁112的第一顶面1121和第二凸壁113的第二顶面1131相抵，磁控装置120的金属柱123的支撑面1231与靶材130的安装面131相接触，从而使得靶材130位于磁控装置120产生的磁场内，并且金属板121的第二表面1212与靶材130的安装面131相互平行并且相距一定距离。
固定件150的个数也可以根据实际需要设定为2个、3个或者其它个数。
驱动装置160用于驱动磁控装置120产生运动，其可以为本技术领域常见的气缸等驱动装置。驱动装置160与磁控装置120相连，其可以驱动磁控装置120沿着第一凸壁112和第二凸壁113的延伸方向往复运动。
在进行溅镀时，驱动装置160驱动磁控装置120的移动，磁控装置120的多个磁铁122产生的沿着金属板121的宽度方向分布磁力线也会发生平行移动，从而靶材130的轰击面132分布的磁力线也发生移动，在进行溅镀时，可以使得靶材130的轰击面132被均匀侵蚀，从而提高靶材130的利用率。
请参见图5及图6，本技术方案第二实施例提供的磁控式溅镀靶200的结构与第一实施例的磁控式溅镀靶100的结构相近，不同之处在于，磁控装置220的金属板221中嵌设的多个磁铁222按如下排列方式排列：第一行的磁铁按照第一磁铁2221、第二磁铁2222、第一磁铁2221、第二磁铁2222……第一磁铁2221的顺序排列，第二行的多个磁铁222的排列方式与第一行磁铁的排列方式相同，第三行多个磁铁222按照第二磁铁2222、第一磁铁2221、第二磁铁2222、第一磁铁2221……第二磁铁2222的顺序排列，第四行磁铁与第三行磁铁排列顺序相同。从而沿着金属板221的长度方向延伸磁力线存在于每一行相邻的两个第一磁铁2221和第二磁铁2222之间，沿着金属板221的宽度方向沿伸的磁力线存在于位于同一列的第一行和第四行的磁铁之间及同一列的第二行和第三行的磁铁之间。因此，磁控装置200多产生的磁力线既沿着金属板221的长度方向分布又沿着金属板221的宽度方向分布，且设置有四行的磁铁，使得相邻两行磁铁之间的距离较小，从而多个磁铁120产生的磁力线分布较密集。
并且，本实施例中的磁控装置200的支撑元件223为两个支撑块2230。两个支撑块2230使得靶材130与磁控装置220相距一定距离。两个支撑块2230分别为长条状，并分别固定于金属板221的第二表面2212靠近第一侧面2213的一侧和第二表面2212靠近第二侧面2214的一侧。两个支撑块223的厚度相等，两个支撑块2230用于与靶材230接触并使得靶材230与磁控装置220相距一定距离。
支撑块2230个数可以根据实际需要设定，其也可以为一个、三个或者三个以上。
本技术方案还提供一种采用上述磁控式溅镀靶的磁控式溅镀系统，下面以包括第一实施例提供的磁控式溅镀靶的磁控式溅镀系统为例进行说明。
请参见图7，磁控式溅镀系统300包括磁控式溅镀靶310、镀膜室320、抽真空装置330、气体供应装置340、承载座350、冷却腔360、制冷装置370及电源380。镀膜室320包括底壁321和侧壁322。磁控式溅镀靶310固定于侧壁322，使得靶材311与底壁322平行，靶材311、侧壁322及底壁321围成一镀膜腔323。承载座350设置于底壁321并与磁控式溅镀靶310相对，用于承载镀膜基材。气体供应装置340与镀膜腔323相连通，用于向镀膜腔323提供镀膜用气体，如氩气等。抽真空装置330与镀膜腔323相连通，用于在溅镀时保证镀膜腔323内的真空度。电源380与靶材311(阴极)、承载座(阳极)相连接，其用于在镀膜腔体内提供高压电场以将氩气电离成氩离子与电子。
冷却腔360环绕磁控式溅镀靶310设置，并与磁控式溅镀靶310中金属板312和靶材311之间的空隙相连通。制冷装置370设置于冷却腔360内，其可以为风扇、空调等制冷装置。在进行溅镀时，制冷装置370用于冷却腔体360内注入冷空气，以使得冷却腔360保持一定温度，从而使得与冷却腔360相连通的金属板312和靶材311之间的空隙温度降低，从而可以避免靶材311在进行溅镀时温度过高。本实施例中，冷却腔360内设置有制冷装置370，以提高散热的效率，并且加速金属板312和靶材311之间的空隙的气体流通。
本实施例中的磁控式溅镀系统300，采用的磁控式溅镀靶310采用的磁控装置具有不同方向的磁力线分布，并且可以产生移动，在进行溅镀时，可以提高溅镀的效率，并可以提高靶材利用率，从而可以降低溅镀成本。另外，采用冷却腔360及制冷装置370对靶材311进行降温散热，可以避免现有技术中采用采用冷却水进行散热造成的靶材短路真空度不佳的问题。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种磁控式溅镀靶，其包括磁控装置和设置于磁控装置的磁场内的靶材，其特征在于，所述磁控装置包括金属板、多个第一磁铁和多个第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁的磁力线方向相反，所述多个第一磁铁和多个第二磁铁呈多行多列排布地嵌设于金属板中，且每一行中至少一个第一磁铁与一个第二磁铁相邻，每一列中也至少有一个第一磁铁与第二磁铁相邻，从而磁控装置的磁场内具有沿着所述行的方向延伸的磁力线和沿着所述列的方向延伸的磁力线。
2.如权利要求1所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，每一列中多个第一磁铁和多个第二磁铁相互交替排列。
3.如权利要求1所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，每一行中的多个第一磁铁和多个第二磁铁相互交替排列。
4.如权利要求1所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，金属板与靶材之间的距离在1厘米至2厘米之间。
5.如权利要求1所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，所述磁控装置还包括设置于金属板与靶材之间的支撑元件，所述支撑元件用于支撑金属板并间隔金属板与靶材。
6.如权利要求1所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，所述磁控装置还包括支撑元件，所述支撑元件设置于金属板并向靶材方向延伸，用于支撑金属板并间隔金属板与靶材。
7.如权利要求1所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，所述磁控装置还包括收容座，所述靶材固定于所述收容座，所述磁控装置设置于靶材与收容座之间。
8.如权利要求1所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，所述磁控式溅镀靶还包括驱动装置，所述驱动装置与磁控装置相连接，用于驱动磁控装置相对于靶材运动。
9.如权利要求8所述的磁控式溅镀靶，其特征在于，所述磁控装置沿着所述行的方向运动。
10.一种磁控式溅镀系统，其包括镀膜室、承载座以及如权利要求1至9任一项所述的磁控式溅镀靶，所述磁控式溅镀靶固定于镀膜室，且其靶材与镀膜室围成一个镀膜腔，所述承载座收容于镀膜腔内并与靶材相对设置，所述承载座用于承载镀膜基材。
11.如权利要求10所述的磁控式溅镀系统，其特征在于，所述磁控式溅镀系统还包括冷却腔及制冷装置，冷却腔环绕磁控式溅镀靶设置，制冷装置设置于冷却腔内，用于产生冷空气从而在溅镀时对靶材降温。
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