CN104498886A - 一种提高磁控溅射平面靶材利用率的方法及装置 - Google Patents

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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Abstract

本发明公开了一种用于提高磁控溅射平面靶材利用率的方法及装置。本申请采用靶材固定、阴极移动的设计。将绑定在背板上的平面靶材用压靶框固定在阴极背板上，阴极背板固定有靶材的一侧置于真空腔室内。排满磁铁的磁轭为磁控溅射提供稳定的磁场，在电机的带动下装有滑动轴承的磁轭在导轨上匀速往复运动，通过光电、行程开关的配合精确调整磁轭的移动速度和行程。本申请通过靶材固定阴极移动的方式拓宽了靶材表面的可溅射区域，提高了平面靶材利用率。阴极整体设计简单装配方便，其与基片架保持一定的相对速度进而保证溅射薄膜的均匀性。

Description

一种提高磁控溅射平面靶材利用率的方法及装置
技术领域
本发明涉及磁控溅射真空镀膜领域，特别涉及用于磁控溅射的阴极领域。
背景技术
磁控溅射技术发展至今已经广泛的应用于各行各业，因溅射磁场的分布情况导致目前传统的磁控溅射设备靶材利用率较低，平面靶利用率约为20％左右制约了磁控溅射技术的发展，因此需要合理的磁控溅射阴极设计。
为提高平面靶利用率已有研究者将靶材设计为可移动而阴极磁场固定，此种改进也可达到提高靶材利用率的目的。但设计结构复杂、成本较高，同时长行程的移动也对设备的密封性提出了更加严峻的考验，在大型溅射设备上可操作性较差。
也有研究者将靶材固定、阴极在腔体外侧匀速移动，磁铁的往复运动可使靶材的利用率提高到40％左右，但这种设计对薄膜的均匀性造成了一定的影响，当磁铁往复运动时其与基片架的相对速度方向会发生变化，两者同向时相对度较低，当基片架与磁轭反向运动时两者的相对速度较大，造成了溅射薄膜的不均匀性，难以保证产品质量。
发明内容
本发明的目的在于提高磁控溅射平面靶材利用率的同时保证磁控溅射薄膜的均匀性。
本发明具体采用以下技术方案
一种提高磁控溅射平面靶材利用率的方法，其特征在于：靶材依靠压靶框固定在阴极铜背板上，阴极在直流电机的驱动下往复运动进而拓宽靶面的可溅射区域，提高靶材利用率。
本申请还公开了一种提高磁控溅射平面靶材利用率的装置，该装置包括光电开关1、基片架2、靶材3、靶材背板4、压靶框5、阴极背板6、行程开关7、直流电机8、永磁铁9、磁轭10、丝杠11、导轨12；其特征在于：
通过在靶材3的两端设置压靶框5将所述靶材3固定在靶材背板4上；所述靶材背板4设置在阴极背板6的上表面，阴极背板6的下表面与磁轭组件固定；
所述磁轭组件包括多个永磁铁9和容纳永磁铁的磁轭10；
磁轭10的下方固定在导轨12上；
将丝杠11旋入导轨12的螺纹孔内并贯穿导轨，将丝杠11的一端与直流电机8的输出轴机械固定；
将左右两个行程开关7固定在丝杠11两端，保证磁轭10移动到其位置时触动行程开关使得直流电机8的驱动下反向移动，进而确定阴极磁轭的水平移动范围；
将基片架2与靶材3相对设置，并且在基片架2的两端分别设置光电开关1。
阴极背板隔开了真空腔体与大气环境，背板内中空并布满水道，溅射过程中靶材得到充分的冷却。
在真空腔体外侧装有磁轭磁铁放置于磁轭的凹槽内机械固定，磁轭底部固定在导轨上。导轨处穿孔并攻有螺纹，与其配合的丝杠旋入并贯穿导轨，丝杠一侧与直流电机的输出端固定另一侧挂起，实现了通过直流电机驱动丝杠转动进而带动了磁轭的往复运动。
磁轭上下均装有滑动轴承和导轨，保证磁靴的平滑移动。
阴极导轨两侧相应位置装有行程开关，当阴极移动超出设定距离时触动行程开关改变移动方向，这样保证了靶面的磁场在设定且可调的范围内移动。
目前，大部分的移动阴极设计中当基片架循环往复运动时造成了基片架与阴极相对速度方向发生变化，虽然阴极的移动速率远低于基片架的速率但也是会对薄膜的均匀性造成影响；部分阴极设计安装在腔体内部，这样不利于靶面磁场强度的调整以及结构的设计。
本发明的优点在于：通过阴极的水平移动拓宽了靶面的可溅射区域，提高了靶材利用率。通过光电开关和行程开关的配合使用保证溅射过程中阴极与基片架保持一定的相对速度，进而提高溅射薄膜的均匀性。阴极磁靴固定在真空腔体外侧，可随时调整靶面磁场强度。
附图说明
图1为本发明提高磁控溅射平面靶材利用率的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
本申请公开了一种提高磁控溅射平面靶材利用率的方法，本申请将靶材依靠压靶框固定在阴极铜背板上，阴极在直流电机的驱动下往复运动进而拓宽靶面的可溅射区域，提高靶材利用率。
如附图1所示本申请还公开了一种提高磁控溅射平面靶材利用率的装置，该装置包含：光电开关1、基片架2、靶材3、靶材背板4、压靶框5、阴极背板6、行程开关7、直流电机8、永磁铁9、磁轭10、丝杠11、导轨12。
将多个永磁铁9以N-S-N的磁极排列形式依次摆放至磁轭10的槽内压紧，N-S-N的磁极排列提供给靶材稳定的环形磁场。
将排满永磁铁的磁轭竖直固定在导轨12上，采用螺钉机械固定。
将丝杠11旋入导轨的螺纹孔内并贯穿导轨，将丝杠的一端与直流电机8的输出轴机械固定
将直流电机8和丝杠11的另一端固定于溅射机门板上，进而保证磁轭在直流电机8的驱动下随着丝杠11的转动水平移动。
将左右两个行程开关7固定在丝杠11两端位置，保证磁轭10移动到其位置时触动行程开关使得直流电机8的驱动下反向移动，进而确定阴极磁轭的水平移动范围。
将要溅射的靶材3绑定于靶材背板4上。
通过螺钉将绑定号的靶材3固定在阴极背板6上。
通过两组光电开关的开闭顺序确定基片架2在附图中所示的左右移动方向，当光电开关状态依次切换后表明基片架已经移出溅射区域，再将光电信号传递给直流电机8使磁轭9随基片架移动方向改变，保证两者相对速度方向保持一致。

Claims (5)

1.一种提高磁控溅射平面靶材利用率的方法，其特征在于：
靶材依靠压靶框固定在阴极铜背板上，阴极在直流电机的驱动下随基片架往复运动进而拓宽靶面的可溅射区域，提高靶材利用率。
2.一种提高磁控溅射平面靶材利用率的装置，该装置包括光电开关(1)、基片架(2)、靶材(3)、靶材背板(4)、压靶框(5)、阴极背板(6)、行程开关(7)、直流电机(8)、永磁铁(9)、磁轭(10)、丝杠(11)、导轨(12)；其特征在于：
通过在靶材(3)的两端设置压靶框(5)将所述靶材(3)固定在靶材背板(4)上；所述靶材背板(4)设置在阴极背板(6)的上表面，阴极背板(6)的下表面与磁轭组件固定；
所述磁轭组件包括多个永磁铁(9)和安装永磁铁的磁轭(10)；
磁轭(10)的下方固定在导轨(12)上；
将丝杠(11)旋入导轨(12)的螺纹孔内并贯穿导轨，并将丝杠(11)的一端与直流电机(8)的输出轴机械固定；
将左右两个行程开关(7)分别设置在丝杠(11)两端，保证磁轭(10)移动到其位置时触动行程开关使得丝杠(11)在直流电机(8)的驱动下反向移动，进而确定阴极磁轭的水平移动范围；
将基片架(2)与靶材(3)相对设置，并且在基片架(2)的两端分别设置光电开关(1)。
3.根据权利要求2所述的提高磁控溅射平面靶材利用率的装置，其特征在于：
将多个永磁铁(9)以N-S-N的磁极排列形式依次摆放至磁轭(10)的槽内压紧。
4.根据权利要求2所述的提高磁控溅射平面靶材利用率的装置，其特征在于：
通过两组光电开关的开闭顺序确定基片架(2)沿水平方向左右移动，当光电开关状态依次切换后表明基片架已经移出溅射区域，再将光电信号传递给直流电机(8)使磁轭(9)随基片架移动方向改变，保证两者相对速度保持一致。
5.根据权利要求2所述的提高磁控溅射平面靶材利用率的装置，其特征在于：
阴极背板(6)中空设置并布满水道。
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