CN105734516B - 一种磁控溅射用的靶背板及磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁控溅射用的靶背板及磁控溅射装置，涉及磁控溅射技术领域，用于在提高靶材的利用率的同时，提高形成在待镀膜基片上的成膜膜厚的均匀性。本发明所公开的磁控溅射用的靶背板，在所述靶背板的内部设置有冷却液通道，在所述靶背板的背面设置有多个磁体，所述靶背板的冷却液通道内设置有导磁片，所述导磁片与多个所述磁体所产生的磁场的磁场强度最强区对应。本发明提供的磁控溅射用的靶背板及磁控溅射装置用于平面镀膜。

Description

一种磁控溅射用的靶背板及磁控溅射装置

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及一种磁控溅射用的靶背板及磁控溅射装置。

背景技术

在已有的磁控溅射装置中，如图1所示，所用的靶材1通常由靶背板2支撑，特别是尺寸较大的平面靶材；靶背板2内部设置有冷却液通道，利用流过所述冷却液通道的冷却液对靶材1进行冷却，以免因靶材1温度过高而影响磁控溅射的正常进行。磁控溅射时所用的磁场由安装在靶背板2背面的磁体3提供，该磁场的磁场强度分布与安装在靶背板2背面的磁体3的排布方式有关，例如磁体3的排布方式选用如图4所示的磁体排布方式时，磁体3所产生磁场的磁力线密度从靶材1的左右两端至靶材1的中部逐渐减小，即磁场强度从靶材1的两端至靶材1的中部逐渐减小，将导致磁控溅射时对靶材1两端的刻蚀速率较快、中部较慢，而为本领域技术人员所熟知的是，当靶材1即将被击穿时就需要更换新的靶材1了。因此，当靶材1安装在可形成上述磁场的靶背板2上进行磁控溅射时，在靶材1两端即将被击穿时靶材1的中部仍有较大余量，导致靶材1的利用率降低。

为解决上述靶材利用率低的问题，虽然现有技术中通过将靶材1两端加厚的方式来提高靶材1的利用率，但由于对靶材1两端的刻蚀速率较快，相应的形成在待镀膜基片上两端的成膜膜厚也就较厚，如此将导致待镀膜基片的成膜膜厚不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁控溅射用的靶背板及磁控溅射装置，用于提高靶材的利用率的同时，提高形成在待镀膜基片上的成膜膜厚的均匀性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种磁控溅射用的靶背板，靶背板内设置有冷却液通道，靶背板的背面设置有多个磁体，靶背板的冷却液通道内设置有导磁片，导磁片与多个磁体所产生的磁场的磁场强度最强区对应。

具有如上结构的磁控溅射用的靶背板能够达到如下有益效果：

在靶背板原有结构的基础上，由于靶背板的冷却液通道原为中空结构，在靶背板的冷却液通道内增加设置导磁片，并将导磁片设置于多个磁体所产生的磁场的磁场强度最强区，相当于增加磁场强度最强区靶背板内的导磁实体的厚度，而导磁片能吸收磁场能量降低磁场强度，因此，通过加设导磁片能够降低经过此磁场强度最强区的磁场强度，使经过靶背板不同区域后的磁场强度趋于一致，从而在磁控溅射时使对靶材的刻蚀速率趋于一致，继而能够延长整个靶材的使用寿命，提高靶材的利用率；同时，由于磁控溅射时对靶材的刻蚀速率趋于一致，相应的形成在待镀膜基片上的成膜膜厚也就均匀，提高了形成在待镀膜基片上的成膜膜厚的均匀性。

基于上述磁控溅射用的靶背板的技术方案，本发明的第二方面提供了一种磁控溅射装置，包括真空镀膜腔室，以及设于真空镀膜腔室内的上述靶背板。

本发明提供的磁控溅射装置与上述靶背板所能达到的有益效果相同，故在此不再详述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术提供的靶背板的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的靶背板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的冷却液通道的示意图；

图4为本发明实施例提供的磁体排布方式的示意图；

图5为本发明实施例提供的靶背板的俯视示意图；

图6为本发明实施例提供的导磁片的结构示意图。

附图标记：

1-靶材， 2-靶背板，

3-磁体， 4-导磁体，

5-凸起， 6-凹槽。

具体实施方式

为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的靶背板和磁控溅射装置进行详细描述。

请参阅图2，在本发明提供的实施例中，靶背板2内设置有冷却液通道，靶背板2的背面设置有多个磁体3，且靶背板2的冷却液通道内还设置有导磁片4，导磁片4与多个磁体3所产生的磁场的磁场强度最强区对应。

具体实施时，靶背板2内设置的冷却液通道如图3所示，冷却液通道优选采用蛇形通道，蛇形通道的相邻通道处存在很薄的隔离板，冷却液的入口和出口分别设于靶背板2的外表面；进行磁控溅射时，冷却液从入口流入，经过蛇形通道对靶材1进行冷却，然后从出口流出，冷却液可及时更换循环，能够很好的保证冷却效果，以免因靶材1温度过高而影响磁控溅射的正常进行。靶背板2的背面设置多个磁体3，磁控溅射时所用的磁场由磁体3提供，磁体3产生磁场，从而利用磁场对带电粒子的约束完成靶材1的溅射；多个磁体3的排布方式会因靶背板2的结构及磁控溅射设备的结构等因素而有所限制，从而使多个磁体3难以实现绝对的均匀分布，因此多个磁体3按照其排布方式所产生的磁场强度也难以实现均匀分布，存在磁场强弱区域之分。当在靶背板2的蛇形通道内设置导磁片4时，导磁片4会同时占据蛇形通道中的若干通道及隔离板接近靶背板2背面的部分位置，但导磁片4在蛇形通道内的增加设置并不影响冷却液的流通循环。

本发明实施例提供的靶背板2的冷却液通道原为中空结构，在此基础上，在靶背板2的冷却液通道内增加设置导磁片4，并将导磁片4设置于多个磁体3所产生的磁场的磁场强度最强区，相当于增加磁场强度最强区靶背板2内的导磁实体的厚度，且导磁片4能吸收磁场能量降低磁场强度，因此，通过加设导磁片4能够降低经过磁场强度最强区的磁场强度，使经过靶背板2后不同区域之间的磁场强度差别减小并趋于一致，从而在磁控溅射时使对靶材1不同区域的刻蚀速率近似相同，继而能够延长整个靶材1的使用寿命，提高靶材1的利用率；同时，由于磁控溅射时对靶材1不同区域的刻蚀速率基本相同，相应的形成在待镀膜基片上的成膜膜厚也就均匀，提高了形成在带镀膜基片上的成膜膜厚的均匀性。

在本实施例中，多个磁体3所产生的磁场的磁场强度最强区位于靶背板2的端部，导磁片4设置于靶背板2的端部的冷却液通道内；这是由于磁体3的磁场强度分布与磁体3在靶背板2背面的安装排布方式有关。本实施例中的磁体3选用如图4所示的磁体排布方式：具体的，靶背板2优选为长条状背板，一部分磁体3沿长条状背板的长度方向间隔排列成至少三行，余下的另一部分磁体3沿长条状背板的宽度方向排列成两列，且两列磁体分别位于长条状背板的相对的两端；多个磁体所产生的磁场的磁场强度最强区位于长条状背板的两端，长条状背板的两端的冷却液通道内各设有一个导磁片。多个磁体3选用上述排布方式时，由于磁体3在靶背板2的两端明显集聚，将导致靶背板2两端的磁场强度较强，如图5所示，磁体3所产生磁场的磁力线密度从靶材1的左右两端至靶材1的中部逐渐减小，即磁体3所产生的磁场强度从靶材1的两端至靶材1的中部逐渐减小，因此，在靶背板2两端内各设有一个导磁片4，用于降低靶背板2两端的磁场强度，使之与靶背板2中部的磁场强度趋于一致，从而在磁控溅射时使对靶材1的刻蚀速率趋于一致。需要说明的是，靶背板2的形状可根据靶材1和待镀膜基片的实际形状具体确定，相应的，多个磁体3的排布方式也存在多种变化，磁体3产生的磁场强度分布也会相应变化，但导磁片4应始终位于磁场最强区，其具体的安放位置视具体情况决定。

在上述实施例中，由于从长条状背板的两端至长条状背板的中部，多个磁体所产生的磁场的磁场强度逐渐减小；优选的，如图6所示，导磁片4为楔形导磁片，且楔形导磁片的厚度从长条状背板的一端至长条状背板的中部逐渐减小，用于配合磁体3所产生的磁场强度由强到弱的变化，加强对磁体3所产生的磁场强度的调节效果，使磁体3所产生的磁场强度分布趋于均匀。

本实施例中，导磁片4在靶背板2内的具体位置如图2所示，楔形导磁片的底面与靶背板2的背面平行，楔形导磁片的斜面相对楔形导磁片的底面倾斜。楔形导磁片的底面与靶背板2的背面平行，贴近靶背板2的背面安装放置，便于保证楔形导磁片与靶背板2的稳固连接；楔形导磁片的倾斜角度取决于磁场强度沿长条状背板长度方向的变化率，若磁场强度沿长条状背板长度方向的变化率高，则楔形导磁片的倾斜角度大，若磁场强度沿长条状背板长度方向的变化率低，则楔形导磁片的倾斜角度小。

在上述实施例中，如果靶背板2背面的磁体3的排布方式发生变化，则磁体3对应产生的磁场强度分布也会发生变化，此时导磁片4的形状对应也需做出变更，导磁片4的形状可视具体情况为三棱柱形、圆柱形等，以能降低磁场强度最强区的磁场强度或增加磁场强度最弱区的磁场强度为条件。

为了使靶背板2背面的磁体3产生的磁场强度分布更加均匀，在本实施例中，如图6所示，在楔形导磁片的斜面上设置有至少三个条形凸起5，每个条形凸起5与一行磁体正对。由于磁场强度与相距磁体的距离相关，即相距磁体的距离越近，则磁场强度越大，因此楔形导磁片通过条形凸起5将靶背板2与行排列的磁体3的正对区域进一步加厚，可使靶背板2与行排列的磁体3的正对区域的磁场强度进一步降低，即进一步减小最强磁场的磁场强度，使经过靶背板2后的不同区域的磁场强度更加趋于均匀。

需要补充的是，为了保证靶背板2内冷却液的流通冷却效果，如图6所示，楔形导磁片的斜面在非磁体3正对的区域处设置有凹槽6，所述凹槽6对应连通靶背板2内的冷却液通道，用于降低楔形导磁片对冷却液通道深度的影响，保证冷却液的深度循环，在磁控溅射过程中对靶材1进行冷却。通常，冷却液在靶背板2的冷却液通道内的流向如图5中箭头标向所示，在磁体3排布的非正对方向，楔形导磁片设置凹槽6与冷却液通道相通，等同于未在冷却液通道内增加导磁片，因此本发明提供的实施例在靶背板2的冷却液通道内设置导磁片4，只是在磁体3的排布方向上局部影响了冷却液通道的深度，但是对冷却液通道的数量、宽度以及非磁体3排布的正对方向上冷却液通道的深度并无影响，因此整体上并不会影响到靶背板2内冷却液对靶材1的冷却效果。

为了使磁体3产生的磁场在更大范围内达到均匀，磁场强度的分布曲线更为平坦，导磁片4的厚度应根据靶背板2背面的磁体3产生磁场的实际强度分布进行具体设定。在本实施例中，导磁片4的厚度为2mm-6mm，条形凸起的厚度不小于2mm。

需要说明的是，导磁片4为金属片。具体的，导磁片4优选为具有导磁性且耐高温的纯铁片，纯铁片可吸收磁场能量，饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好。可以理解的是，导磁片4也可选用其他材质，只要能将磁体3所产生的磁场的强度适度降低均可。

值得一提的是，靶材1是在磁控溅射技术中用作阴极的材料，根据镀膜的需要，可以选择不同材质的靶材，如ITO靶、硅靶、钛靶、锡靶、金靶或钨靶等；靶背板2一般要求具有较好的导热性和足够的强度，使用较多的为铜板。

需要说明的是，导磁片4与靶背板2之间可以为一体式结构，也可为分体式结构。在本实施例中，导磁片4与靶背板2优选为一体成型结构，特别是导磁片4与靶背板2的材质相同，均为具有导磁性且耐高温的金属材质时，导磁片4与靶背板2一体铸造成型，然后通过机加工达到使用要求；导磁片4与靶背板2一体成型，其结构简单，使用方便。当然，导磁片4与靶背板2为分体结构时，导磁片4与靶背板2的材质可以相同也可不同，导磁片4与靶背板2之间通过镶嵌、焊接、铆接、粘接等方式进行连接，导磁片4与靶背板2采用分体独立结构，可以降低制备工艺的难度。只是，不论导磁片4与靶背板2选用一体成型还是分体式结构，优选的，靶背板2的外部结构与现有的靶背板的外部结构保持一致，如此则无需对现有的溅射设备及靶材1的更换工艺做出变更，无需额外成本投入。

在本发明实施例中，还提供了一种磁控溅射装置，包括真空镀膜腔室，以及设于真空镀膜腔室内如上所述的靶背板2。本发明实施例提供的磁控溅射装置的工作原理如下所示：在真空镀膜腔室内，通过在靶背板2的背面安装多个磁体3引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束使电子在靶材1的表面附近成螺旋状运行，增大电子撞击媒介而产生离子的概率，以提高等离子体的密度，并使所产生的离子在电场作用下撞向靶材1的表面从而溅射出靶材1增加溅射率。本发明实施例提供的磁控溅射装置通过对靶背板2的重新设计，在靶背板2的冷却液通道内增加导磁片4使磁控溅射所需的磁场分布相对均匀，从而使磁场对带电粒子的约束作用保持一致，以保证电子撞击媒介后产生的等离子体的密度基本相同，并使所产生的离子在电场作用下对靶材1不同区域的溅射率趋于一致，即对靶材1不同区域的刻蚀速率趋于一致，因此可以提高靶材1的利用率；同时，由于磁控溅射时对靶材1不同区域的刻蚀速率基本相同，相应的形成在待镀膜基片上的成膜膜厚也就均匀，提高了形成在带镀膜基片上的成膜膜厚的均匀性。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种磁控溅射用的靶背板，所述靶背板内设置有冷却液通道，且所述靶背板的背面设置有多个磁体，其特征在于，所述靶背板的冷却液通道内设置有导磁片，所述导磁片与多个所述磁体所产生的磁场的磁场强度最强区对应；

所述靶背板为长条状背板，一部分所述磁体沿所述长条状背板的长度方向间隔排列成至少三行，余下的另一部分所述磁体沿所述长条状背板的宽度方向排列成两列，且两列所述磁体分别位于所述长条状背板的相对的两端；

多个所述磁体所产生的磁场的磁场强度最强区位于所述长条状背板的两端，所述长条状背板的两端的冷却液通道内各设有一个所述导磁片。

2.根据权利要求1所述磁控溅射用的靶背板，其特征在于，

从所述长条状背板的两端至所述长条状背板的中部，多个所述磁体所产生的磁场的磁场强度逐渐减小；

所述导磁片为楔形导磁片，且所述楔形导磁片的厚度从所述长条状背板的一端至所述长条状背板的中部逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的磁控溅射用的靶背板，其特征在于，所述楔形导磁片的底面与所述靶背板的背面平行，所述楔形导磁片的斜面相对所述楔形导磁片的底面倾斜。

4.根据权利要求3所述的磁控溅射用的靶背板，其特征在于，在所述楔形导磁片的斜面上设置有至少三个条形凸起，每个所述条形凸起与一行所述磁体正对。

5.根据权利要求4所述的磁控溅射用的靶背板，其特征在于，所述导磁片的厚度为2mm-6mm，所述条形凸起的厚度不小于2mm。

6.根据权利要求1所述的磁控溅射用的靶背板，其特征在于，所述导磁片为金属片。

7.根据权利要求6所述的磁控溅射用的靶背板，其特征在于，所述导磁片与所述靶背板为一体成型结构。

8.一种磁控溅射装置，其特征在于，包括真空镀膜腔室，以及设于所述真空镀膜腔室内、如权利要求1-7任一所述的磁控溅射用的靶背板。