CN106319465A - 一种旋转靶及磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种旋转靶及磁控溅射装置，涉及磁控溅射技术领域，用以解决靶材混合成型后无法进行组分调整的问题。该旋转靶，包括多个靶单元，各个靶单元围绕旋转轴线可拆卸连接构成封闭结构。

Description

一种旋转靶及磁控溅射装置

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及一种旋转靶及磁控溅射装置。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种，由于磁控溅射法能够实现高速、低温、低损伤，因此成为沉积薄膜的常用技术。

磁控溅射法的具体过程为，电子在电场的作用下加速飞向基板，在此过程中与氩原子发生碰撞，能够电离出氩离子和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击靶表面，溅射出大量的靶材原子或分子，呈中性的靶材原子或分子能够在基板上沉积成膜。在此基础上，通过在靶表面引入磁场，使电子受到磁场洛伦兹力的约束，被束缚在靠近靶材的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的氩离子来轰击靶材，从而实现高沉积速率。

现有技术中多采用如图1a所示的平面靶；或如图1b所示的旋转靶，其中该旋转靶在溅射过程中围绕旋转轴线O-O’旋转，但是无论对于上述平面靶还是旋转靶，现有技术中均是先按照需要沉积薄膜的组分的比例，将不同的材料进行混合，然后制作上述平面靶或者旋转靶，然而用于形成上述平面靶或者旋转靶的材料价格比较昂贵，一旦进行混合成型后，无法再进行组分调整。

发明内容

本发明的实施例提供一种旋转靶及磁控溅射装置，用以解决靶材混合成型后无法进行组分调整的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例一方面提供一种旋转靶，包括多个靶单元，各个所述靶单元围绕旋转轴线可拆卸连接构成封闭结构。

进一步的，所述封闭结构包括一个封闭子结构，或者，包括沿所述旋转轴线方向依次可拆卸连接的至少两个封闭子结构；每个所述封闭子结构由至少两个所述靶单元围绕旋转轴线依次可拆卸连接构成，且沿所述旋转轴线方向上，所述封闭子结构的高度与所述靶单元的高度相同。

进一步的，各个所述靶单元的结构相同。

进一步的，相邻两个所述靶单元中，其中一个所述靶单元的连接面上设有凸部，另一个所述靶单元的连接面上设有所述凹部，所述凸部可沿第一方向卡在所述凹部中，所述第一方向为所述连接面的垂线方向，以使得两个所述连接面相接触。

进一步的，所述凹部为燕尾槽，所述凸部为燕尾状凸起；或者，所述凹部为T形槽，所述凸部为T形凸起。

进一步的，所述旋转靶还包括位于所述封闭子结构端部的紧箍环，以使得所述封闭子结构中的各个所述靶单元围绕旋转轴线依次连接。

进一步的，所述封闭结构为圆柱体或者圆环柱体。

进一步的，相邻两个所述靶单元在旋转方向上的连接面与所述旋转轴线平行。

进一步的，每个所述靶单元由一种材料构成。

进一步的，在所述封闭结构为圆环柱体的情况下，所述旋转靶还包括支撑轴，所述支撑轴位于所述圆环柱体的中心孔中，且各个所述靶单元紧贴所述支撑轴的侧面。

本发明实施例另一方面还提供一种磁控溅射装置，包括上述任一种的旋转靶。

本发明实施例提供一种旋转靶及磁控溅射装置，该旋转靶包括多个靶单元，各个靶单元围绕旋转轴线可拆卸连接构成封闭结构。由于该旋转靶由多个靶单元可拆卸连接，这样一来，可以根据需要沉积的薄膜组分选择不同材料的靶单元，并将该不同材料的靶单元沿旋转方向围绕旋转轴线进行组装形成封闭结构，构成旋转靶，且在该旋转靶沿旋转轴线方向的任意位置处，绕旋转方向一周的靶单元中各材料组分相同，当该旋转靶进行溅射时，能够沉积形成所需组分的薄膜层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为现有技术中提供的一种平面靶的结构示意图；

图1b为现有技术中提供的一种旋转靶的结构示意图；

图2a为本发明实施例提供的一种旋转靶的结构示意图；

图2b为本发明实施例提供的另一种旋转靶的结构示意图；

图2c为本发明实施例提供的一种旋转靶的部分结构示意图；

图2d为本发明实施例提供的一种旋转靶的侧面展开示意图；

图3a为本发明实施例提供的一种封闭子结构的结构示意图；

图3b为本发明实施例提供的一种包括多个封闭子结构的旋转靶的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种包括连接结构的旋转靶的结构示意图；

图5a为本发明实施例提供的一种包括凸部的靶单元的结构示意图；

图5b为本发明实施例提供的一种包括凹部的靶单元的结构示意图；

图5c为本发明实施例提供的一种包括凹部的靶单元以及包括凸部的靶单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种旋转靶的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的旋转靶的磁控溅射装置的结构示意图。

附图标记：

01-旋转靶；02-旋转机构；03-基板；10-靶单元；100-封闭子结构；200-连接结构；201-凸部；202-凹部；300-紧箍环；400-支撑轴；R-旋转方向；O-O’-旋转轴线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种旋转靶，如图2a所示，该旋转靶01包括多个靶单元10，各个靶单元10围绕旋转轴线O-O’可拆卸连接构成封闭结构。

此处需要说明的是，第一，上述旋转靶01包括多个靶单元10是指，该旋转靶01包括两个或两个以上的靶单元10。

第二，上述各个靶单元10围绕旋转轴线O-O’可拆卸连接是指，如图2a所示，沿旋转靶01旋转方向R多个靶单元10依次可拆卸连接；以及，沿旋转轴线的方向A-A’，多个靶单元10可拆卸连接。

第三，所述封闭结构是指，沿旋转靶01旋转方向R多个靶单元10首尾依次紧密连接，且第一个靶单元10起始端和最后一个靶单元10末尾端相连接构成的立体结构。

本发明实施例提供一种旋转靶包括多个靶单元，各个靶单元围绕旋转轴线可拆卸连接构成封闭结构。由于该旋转靶由多个靶单元可拆卸连接，这样一来，可以根据需要沉积的薄膜组分选择不同材料的靶单元，并将该不同材料的靶单元沿旋转方向围绕旋转轴线进行组装形成封闭结构，构成旋转靶，且在该旋转靶沿旋转轴线方向的任意位置处，绕旋转方向一周的靶单元中各材料组分相同，当该旋转靶进行溅射时，能够沉积形成所需组分的薄膜层。

在此基础上，为了使得旋转靶01表面任意位置处在旋转过程中，单位时间内扫过的面积相同，从而实现均匀的溅射，本发明优选的，上述封闭结构可以如图2a所示为圆柱体，或者如图2b所示为圆环柱体。

进一步的，为了便于拆卸和安装，本发明优选的，如图2a和2b所示，相邻两个靶单元10在旋转方向R上的连接面与旋转轴线O-O’平行。

另外，对于需要沉积的薄膜包括多种组分时，例如该薄膜由8种组分构成时，本发明中，可以根据本领域中组分常规的组合方式，将多组分中的两种或三种进行分别混合成型靶单元10，然后将不同混合组分的多个靶单元10组装成旋转靶01。当然为了使得各成型的靶单元10能够适应于任意一种组分的薄膜，本发明优选的，每个靶单元10由一种材料构成，这样一来，可以根据需要沉积的薄膜组分直接选择不同的靶单元10，并进行组装。

在此基础上，对于上述同一种材料的靶单元10在围绕旋转轴线O-O’进行组装时，如图2c(靶单元10的俯视图)所示，将该同一种材料的各靶单元10围绕旋转方向R均匀分布，以及如图2d(靶单元10沿侧面的展开示意图)所示，将该同一种材料的各靶单元10在沿旋转轴线方向A-A’上均匀分布，从而能够使得沉积的薄膜中各组分能够均匀混合。

具体的，例如，需要沉积的薄膜中钼(Mo)和钕(Nb)的组分为1:1，则沿围绕旋转方向R间隔均匀分布，沿旋转轴线方向A-A’也间隔均匀分布，从而使得溅射过程中形成的膜层中Mo和Nb均匀分布。

另外，为了便于组装拆卸，如图3a所示，上述封闭结构可以包括独立的封闭子结构100，该封闭子结构100由至少两个靶单元10围绕旋转轴线O-O’依次可拆卸连接构成，且沿旋转轴线方向A-A’上，封闭子结构100的高度与靶单元10的高度相同。在此情况下，该封闭结构可以仅由一个封闭子结构100组成，此时，图3a所示的一个封闭子结构100构成旋转靶01。

另外，对于上述由一个封闭子结构100构成的旋转靶01而言，由于当旋转靶01在溅射的过程中，容易出现氩离子轰击不均匀造成旋转靶01中部分区域的靶材消耗殆尽，而部分区域仍然存在一定量的靶材，在此情况下需要更换旋转靶01，而更换后的旋转靶01无法再进行使用，从而造成资源的浪费，以及成本的上升。

为了解决该技术问题，可以如图3b所示，上述封闭结构可以包括沿旋转轴线O-O’方向依次可拆卸连接的至少两个封闭子结构100(图3b是以三个封闭子结构100为例进行示意的)，这样一来，当旋转靶01在旋转溅射的过程中，如果出现部分区域的封闭子结构100中的靶材过渡消耗，可以仅更换该位置处的封闭子结构100，而并不需要更换整个旋转靶01，从而能够避免对资源的浪费，并降低制作成本。

此处需要说明的是，对于图3b中的多个封闭子结构100，不同的封闭子结构100中靶单元10沿旋转轴线方向A-A’上的高度可以相同也可以不同，为了便于制作加工，本发明优选的，所有的封闭子结构100中靶单元10的结构相同，即形状、大小、高度均一致。

进一步的，各个靶单元10围绕旋转轴线O-O’可拆卸连接可以为，如图4所示，相邻两个靶单元10在连接面处设置连接结构200，具体的，该连接结构200为相邻两个靶单元10中，其中一个靶单元10的连接面上，如图5a所示设有凸部201，另一个靶单元10的连接面上，如图5b所示设有凹部202，凸部201可沿第一方向卡在凹部202中，该第一方向为连接面的垂线方向，以使得两个连接面相接触。

其中，图5a和图5b是以旋转靶01的旋转方向R上，相邻的两个靶单元10在连接面处，凹部202与凸部201均沿垂直旋转轴线O-O’的方向设置，当然也可以如图5c中(1)和(2)所示，凹部202与凸部201均沿平行旋转轴线O-O’的方向设置，本发明对此不做限定。另外，对于沿旋转轴线方向A-A’上相邻的两个靶单元10在连接面处的连接方式与图5a、图5b和图5c的连接方式相似，此处不再进行赘述。

在此基础上，上述连接结构200中，凸部201可以为图5a所示的燕尾状凸起结构，凹部202可以为图5b所示的燕尾槽结构；或者，凸部为T形凸起结构，凹部202为T形槽结构。本发明对此不作限定，只要能够保证相邻的两个靶单元10在连接面处，沿该连接面的垂线方向相互卡合连接即可。

另外，当旋转靶01包括封闭子结构100的情况下，如图6所示，可以在该封闭子结构100的端部设置紧箍环300，以使得封闭子结构100中的各个靶单元10围绕旋转轴线O-O’依次连接。其中该紧箍环300可以仅在封闭子结构100的一个端部设置，也可以如图6所示，在封闭子结构100的两个端部设置。

此处需要说明的是，相对于将紧箍环300设置于封闭子结构100沿旋转轴线O-O’方向的中间位置，会使得通过该封闭子结构100溅射沉积的薄膜，由于紧箍环300的遮挡作用，使得沉积的薄膜在对应紧箍环300位置不均匀或者出现断裂。因此，本发明优选的，将紧箍环300设置于封闭子结构100的端部，能够提高沉积的薄膜的均匀性。

在此基础上，当封闭结构为圆环柱体的情况下，为了对围绕旋转轴线O-O’的各个靶单元10提供一定的支撑作用，可以如图6所示，在旋转靶01位于圆环柱体的中心孔中设置支撑轴400，各个靶单元10紧贴支撑轴400的侧面。

本发明实施例还提供一种磁控溅射装置，包括上述任一种的旋转靶，具有与前述实施例提供的旋转靶相同的结构和有益效果。由于前述实施例已经对旋转靶的结构和有益效果进行了详细的描述，此处不再赘述。

具体的，在实际的溅射过程中，如图7所示，可以根据需要沉积薄膜的大小，选择适应尺寸的基板03，并将多个并列设置旋转靶01安装至旋转机构02中，通过该旋转机构02驱动该旋转靶01进行旋转，其中每个旋转靶01的旋转速度可以进行单独控制。

需要说明的是，第一，在将多个并列设置旋转靶01安装至旋转机构02中时，可以将不同的旋转靶01的溅射面(即旋转靶01朝向基板03的侧面)进行调整，以使得至少相邻两个不同的旋转靶01位于溅射面处的靶单元10的组分不同，这样一来，在同一时刻，不同组分的靶材能够同时溅射至基板03上，从而使得沉积的膜层中各组分能够混合的更均匀。

第二，在正常的溅射过程中多个并列设置旋转靶01一般为匀速旋转过程，当然，为了对沉积薄膜的中的组分进行调整，可以在溅射的过程中通过旋转机构02对旋转靶01的速度进行微调整，例如，当某一组分的靶单元10旋转至溅射面时，此时可以降低旋转速度，以使得该组分能够较长时间溅射至基板03上，以实现对沉积薄膜的各组分比例的微调整。

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 (11)

1.一种旋转靶，其特征在于，包括多个靶单元，各个所述靶单元围绕旋转轴线可拆卸连接构成封闭结构。

2.根据权利要求1所述的旋转靶，其特征在于，所述封闭结构包括一个封闭子结构，或者，包括沿所述旋转轴线方向依次可拆卸连接的至少两个封闭子结构；

每个所述封闭子结构由至少两个所述靶单元围绕旋转轴线依次可拆卸连接构成，且沿所述旋转轴线方向上，所述封闭子结构的高度与所述靶单元的高度相同。

3.根据权利要求2所述的旋转靶，其特征在于，各个所述靶单元的结构相同。

4.根据权利要求1所述的旋转靶，其特征在于，相邻两个所述靶单元中，其中一个所述靶单元的连接面上设有凸部，另一个所述靶单元的连接面上设有所述凹部，所述凸部可沿第一方向卡在所述凹部中，所述第一方向为所述连接面的垂线方向，以使得两个所述连接面相接触。

5.根据权利要求4所述的旋转靶，其特征在于，所述凹部为燕尾槽，所述凸部为燕尾状凸起；或者，所述凹部为T形槽，所述凸部为T形凸起。

6.根据权利要求2所述的旋转靶，其特征在于，所述旋转靶还包括位于所述封闭子结构端部的紧箍环，以使得所述封闭子结构中的各个所述靶单元围绕旋转轴线依次连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的旋转靶，其特征在于，所述封闭结构为圆柱体或者圆环柱体。

8.根据权利要求7所述的旋转靶，其特征在于，相邻两个所述靶单元在旋转方向上的连接面与所述旋转轴线平行。

9.根据权利要求1-6任一项所述的旋转靶，其特征在于，每个所述靶单元由一种材料构成。

10.根据权利要求1-6任一项所述的旋转靶，其特征在于，在所述封闭结构为圆环柱体的情况下，所述旋转靶还包括支撑轴，所述支撑轴位于所述圆环柱体的中心孔中，且各个所述靶单元紧贴所述支撑轴的侧面。

11.一种磁控溅射装置，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的旋转靶。