CN104894523A - 一种高功率磁控溅射靶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高功率磁控溅射靶，包括靶材、靶背板、极靴、间隔设置的多个永磁体、软磁体和隔离板。隔离板设置于永磁体的上方，每个永磁体的上方对应设置有一软磁体，软磁体设置于隔离板和靶背板之间，相邻两个软磁体间的空隙即形成供冷却水流通的冷却水通道。该高功率磁控溅射靶能够将永磁体和冷却水进行隔离，保证永磁体不会被解缔合，有效避免了冷却水被磁性杂质污染，进而也避免了水冷管路发生堵塞。还能确保靶材表面磁场的长期稳定，使样品制备参数稳定，提高制备可重复性。

Description

一种高功率磁控溅射靶

技术领域

本发明涉及磁控溅射镀膜技术领域，尤其涉及一种高功率磁控溅射靶。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积的一种，可用于制备金属、半导体、绝缘体等多种材料。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度，进而实现较高的溅射率。

由于对磁控溅射做出贡献的主要是磁场平行于靶材表面方向的分量，故该技术需要在靶材表面建立平行分量较大的磁场，这就需要在靶材下面安装N、S极相间分布的、由多个永磁体间隔设置构成的永磁阵列。为了在保证靶材表面磁场的强度，同时尽可能降低材料成本，需要将磁性材料紧贴靶背板。通常磁控溅射靶材周围密布着等离子体，溅射过程中由于离子对靶材的轰击，会产生大量的热量，如果不能及时将热量置换出去，轻则会造成靶材形变，重则会造成靶材融化、熔穿，甚至设备损坏。为此，需要对靶材及靶阴极等结构进行冷却。如公开号为CN101418433A(申请号为200810143347.6)的中国发明专利申请《一种可提高靶材利用率的平面磁控溅射阴极》，以及申请公布号为CN10402A(申请号为20100692.0)的中国发明专利申请《一种用于中低真空的磁控溅射靶阴极》，根据其公开的内容可知这些靶材的冷却方式是将循环流动的冷却水置于靶台内，靶台通常采用导热性优良的金属铜，这样就可以将靶材上的热量及时通过冷却水传导出去，如此也造成永磁体完全浸泡在冷却水环境中。稀土永磁材料在水流长期冲击下会有部分稀土化合物溶解于水中、甚至材料整体解缔合，造成永磁材料性能下降，进而影响镀膜质量，而水中的磁性杂质会吸附在管路内壁上，污染水冷管路、甚至堵塞金属接口等易磁化部分。如此则无法保证靶材表面磁场的稳定，进而无法保证磁控溅射设备的长期稳定工作，以及样品制备的稳定性。

授权公告号为CN101418432B(申请号为200810143346.1)的中国发明专利《一种高功率平面磁控溅射阴极》，其中公开的方案通过在阴极体内部设置一个独立的冷却通道，从而使永磁体不与冷却媒介接触，在为靶材水冷降温的同时保护了永磁体。但由于永磁体与靶材之间填充有水，长时间使用水中的铁等杂质会沉积在冷却通道外壳表面，一定程度上影响了靶材表面的磁场分布并会引起冷却管路的堵塞，同时该装置设计的锥状或梯台状永磁体会造成磁感线与靶面平行方向分量过小，靶材刻蚀十分严重，降低了靶材的利用效率。

授权公告号为CN202246844U(申请号为201120349629.9)的中国实用新型专利《磁水分离型平面磁控溅射靶》，其中公开的平面溅射靶通过引入了一种阴极磁路与冷却水路分离的新结构，以避免永磁体被冷却介质腐蚀，进而提高永磁体的使用寿命。但该结构是将极靴浸泡在冷却媒质中，在长时间的工作过程中极靴亦会被腐蚀，又由于极靴与磁体之间是直接接触的，故当极靴被腐蚀后永磁体也会被腐蚀。同时由于冷却媒质与极靴的一侧直接接触，对极靴的冷却作用有限，而由极靴传导至永磁体上的热量却无法避免，在大功率长时间的使用过程中则会引起永磁体温度升高，进而降低磁体的磁场强度，影响设备正常使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提供一种既能有效避免冷却水和永磁体的直接接触，又能保证靶材表面磁场强度稳定分布的高功率磁控溅射靶。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高功率磁控溅射靶，包括靶材、设置在靶材背部的靶背板、极靴、设置于靶背板和极靴之间的且间隔设置的多个永磁体，多个所述永磁体的N、S极相间分布，其特征在于：还包括软磁体和隔离板；

所述隔离板为非导磁材料制成的隔离板，所述隔离板设置于永磁体的上方；

每个永磁体的上方对应设置有一软磁体，所述软磁体设置于所述隔离板和靶背板之间，相邻两个软磁体间的空隙及最外侧的两个软磁体外侧的间隙即形成供冷却水流通的冷却水通道。

为了防止软磁体的表面被氧化，影响软磁体的磁性，所述软磁体为外表面做过镀镍或镀铬处理的软磁体。

可选择地，所述软磁体为10号碳素钢、纯铁或铁硅合金制成的软磁体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)该高功率磁控溅射靶通过隔离板的设置能够将永磁体和冷却水进行隔离，即将永磁体隔离于水环境之外，保证永磁体不会被解缔合，有效避免了冷却水被磁性杂质污染，进而也避免了水冷管路发生堵塞。同时，在隔离板也实现了冷却水和极靴之间的隔离，防止极靴被腐蚀，有效保证了磁控溅射设备的工作稳定性，增加了磁控溅射设备的使用寿命。

(2)该高功率磁控溅射靶中的还可以通过隔离板和冷却通道的设置，防止靶材上的热量大量的传递到永磁体上而降低永磁体的磁场强度和使用寿命，保证了磁控溅射工作的稳定性。

(3)该高功率磁控溅射靶在保证靶材制冷效果的情况下，通过永磁体和软磁体的配合使用，确保了靶材表面磁场的长期稳定，使样品制备参数稳定，提高制备可重复性。

(4)该高功率磁控溅射靶中使用的软磁体能够一次成型且磁导率较高，从而使得靶材表面磁场更均匀，可有效改善所镀膜层的一致性，避免了现有技术中磁性材料需要多个磁体拼接而引起的磁场突变和磁场分布不均。

附图说明

图1为本发明实施例中高功率磁控溅射靶的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的高功率磁控溅射靶，包括自上而下依次设置的靶材1、靶背板2、软磁体5、隔离板4、永磁体3和极靴6。本实施例中对靶材固定和密封等真空设备通用部件不再具体介绍。

其中靶背板2设置在靶材1的背部，本实施例中靶背板2的厚度可以在3～20mm内选择，优选厚度为8mm的铜板作为靶背板2，使用铜板作为靶背板2可以快速的将靶材上的热量及时传递出去。

隔离板4采用非导磁材料制成的隔离板4，本实施例中隔离板4的厚度可以在1～10mm内选择，优选厚度为8mm的铜板作为隔离板4。

极靴6和隔离板4之间设置有多个永磁体3，本实施例中，永磁体3包括有中心永磁体和分别设置在中心永磁体两边的边缘永磁体。中心永磁体和边缘永磁体间隔设置，并且中心永磁体和两个边缘永磁体的N、S极相间分布设置。针对所需制备的不同材料，可以设置各个永磁体3的宽度，以满足材料制备的需要。本实施例中的中心永磁体和两个边缘永磁体选用相同的磁性材料，均采用钕铁硼磁性材料制成的永磁体。

每个永磁体3的上方对应设置有一个软磁体5，软磁体5宽度与下方对应的永磁体3的宽度相同，软磁体5设置在靶背板2和隔离板4之间，即软磁体5和永磁体3通过隔离板4隔离在两个不同的空间内。对应于中心永磁体和边缘永磁体，软磁体5也相应的具有中心软磁体和间隔分布在中心软磁体两边的边缘软磁体。本实施例中的软磁体5的厚度可以在6～12mm内进行选择，优选厚度为9mm。同时，根据不同的要求，软磁体5可以选用由10号碳素钢、纯铁或铁硅合金等材料制成的软磁体，软磁体5的表面进行镀镍或镀铬处理，以防止软磁体5的外表面被氧化，起到很好的防腐效果。在工作过程中，永磁体3将软磁体5进行磁化，从而由软磁体5建立工作磁场，由于软磁材料可以一次成型，能够使得靶材1表面的磁场更加均匀，确保了靶材1表面磁场的长期稳定性，使得样品制备参数稳定，提高了制备的可重复性。避免了现有技术中磁性材料需要多个磁体拼接而引起的磁场突变，有效保证了材料制备的品质。

相邻两个软磁体5间的空隙及两个边缘软磁体外侧的间隙即形成供冷却水流通的冷却水通道7。如此冷却水通道7则和永磁体3之间通过隔离板4隔离在两个空间内，通入到冷却水通道7内的冷却水在隔离板4的隔离作用下无法与永磁体3进行接触，则避免了永磁体3被被解缔合，同时也有效避免了冷却水被磁性杂质污染，进而避免了水冷管路发生堵塞。

本实施例中，中心软磁体和两个边缘软磁体之间即形成了冷却水通道7，在工作过程中，冷却水可以循环通入到冷却水通道7，则靶背板2可以将靶材1上的热量及时的传导至冷却水，以实现对靶材1的降温，有效避免了靶材1的变形、损坏。在靶材1的降温过程中，冷却水及时将大部分热量传导出去，再加上隔离板4的隔离作用，传递到永磁体3上的热量非常有限，永磁体3的温度基本保持不变，不会因为磁体温度升高而降低磁体的磁场强度，进而影响设备的正常使用。同时，冷却水在隔离板4的隔离作用下，不会和永磁体、极靴发生接触，则不会发生永磁体3和极靴6的腐蚀情况，保证了整体设备性能的稳定性，增加了设备的使用寿命。

本实施例中的高功率磁控溅射靶适用于磁控平面溅射靶，也适用于磁控旋转溅射靶。

Claims (3)

1.一种高功率磁控溅射靶，包括靶材(1)、设置在靶材(1)背部的靶背板(2)、极靴(6)、设置于靶背板(2)和极靴(6)之间的且间隔设置的多个永磁体(3)，多个所述永磁体(3)的N、S极相间分布，其特征在于：还包括软磁体(5)和隔离板(4)；

所述隔离板(4)为非导磁材料制成的隔离板(4)，所述隔离板(4)设置于永磁体(3)的上方；

每个永磁体(3)的上方对应设置有一软磁体(5)，所述软磁体(5)设置于所述隔离板(4)和靶背板(2)之间，相邻两个软磁体(5)间的空隙及最外侧的两个软磁体外侧的间隙即形成供冷却水流通的冷却水通道(7)。

2.根据权利要求1所述的高功率磁控溅射靶，其特征在于：所述软磁体(5)为外表面做过镀镍或镀铬处理的软磁体。

3.根据权利要求1或2所述的高功率磁控溅射靶，其特征在于：所述软磁体(5)为10号碳素钢、纯铁或铁硅合金制成的软磁体。