CN107400869A - 一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其中，所述磁控溅射镀膜设备至少包括平面靶以及设于所述平面靶同一侧的一对互为NS极的磁体组，所述磁体组包括第一磁体和第二磁体，所述第一磁体具有面向所述平面靶的N极磁极面，所述平面靶位于所述磁体组形成的磁场区域内，所述第一磁体的所述N极磁极面和所述第二磁体的所述S极磁极面分别朝向所述第一面的中部倾斜，本发明通过改变磁体组相对于平面靶的排列结构，从而改变磁场分布，使磁场经过平面靶使用区域的磁感应强度增强，溅射区域电子活跃度提高，大量电子运动区域增加，刻蚀区域增大，从而平面靶利用率相较现有技术大大提高，降低了平面靶使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及磁控溅射镀膜技术领域，具体涉及一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法。
背景技术
磁控溅射镀膜是用荷能粒子轰击固体靶材，使靶材原子溅射出来并沉积到基体表面形成薄膜的镀膜技术。电子在电场E的作用下，在飞向基体过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子，新电子飞向基体，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶材，并以高能量轰击靶材表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶材原子或分子不受电场和磁场的作用从而飞向基体并沉积在基体上形成薄膜。而产生的二次电子由于受到电场和磁场的共同作用，其运动轨迹近似于一条摆线，进而增加了电子与惰性气体的碰撞概率，电离出大量的Ar 正离子来轰击靶材，从而实现高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶材表面。
磁控溅射镀膜采用的阴极靶材主要有两种，一种是旋转靶，采用的是柱状磁缸；一种是平面靶，采用的是平面磁缸。在普通磁控溅射设备中，平面靶的磁场设计基本为闭合环形设置，磁控管使用NSN或SNS闭合型磁路，导致平面靶表面被溅射部分出现一个环形跑道型刻蚀区，该刻蚀区仅为平面靶整体的一小部分，绝大部分材料不能重复使用。这样造成了平面靶材料的浪费，使得薄膜的制造成本高居不下。因此，如果能够设计一种方案，能够增大磁控溅射过程中的刻蚀区域，则靶材利用率提高，将会给企业带来很好的利润。
发明内容
本发明提供一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，通过改变磁体相对于平面靶的排列结构，从而改变磁场分布，使溅射区域电子活跃度增加，进而提高平面靶刻蚀区域，则平面靶利用率增加，生产成本降低。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其中，所述磁控溅射镀膜设备至少包括平面靶以及设于所述平面靶同一侧的一对互为NS极的磁体组，所述磁体组包括第一磁体和第二磁体，所述第一磁体具有面向所述平面靶的N极磁极面，所述第二磁体具有面向所述平面靶的S极磁极面，所述平面靶具有面向所述第一磁体以及所述第二磁体的第一面，所述平面靶位于所述磁体组形成的磁场区域内，所述第一磁体的所述N极磁极面和所述第二磁体的所述S极磁极面分别朝向所述第一面的中部倾斜，所述N极磁极面和所述S极磁极面均为平面，所述N极磁极面和所述S极磁极面分别与所述第一面呈5°～60°角。
进一步的，所述N极磁极面和所述S极磁极面分别靠近所述第一面的两个侧边部。
进一步的，所述第一磁体和所述第二磁体均为长条状，所述第一磁体和所述第二磁体的断面为尺寸相同的正方形，所述N极磁极面为所述第一磁体的侧面，所述S极磁极面为所述第二磁体的侧面。
进一步的，所述第一磁体至少具有1个，当有多个所述第一磁体时，相邻的所述第一磁体的断面分别首尾相接且均靠近所述第一面的其中一个侧边部，所有的所述N极磁极面均面向所述第一面；所述第二磁体至少具有1个，当有多个所述第二磁体时，相邻的所述第二磁体的断面分别首尾相接且均靠近所述第一面的另一个侧边部，所有的所述S极磁极面均面向所述第一面，所述平面靶位于所有的所述第一磁体和所述第二磁体的磁场中。
进一步的，所述N极磁极面和所述S极磁极面与所述第一面之间的角度相等。
进一步的，所述N极磁极面和所述S极磁极面沿所述平面靶的中心线对称设置。
进一步的，所述N极磁极面和所述S极磁极面分别与所述平面靶的所述第一面呈45°角倾斜。
进一步的，所述磁体为磁铁。
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：通过改变平面靶的磁体排列方式，从而改变平面靶的磁场分布，磁场经过平面靶使用区域的磁感应强度增强，溅射区域电子活跃度提高，大量电子运动区域提高，从而电离出大量的Ar 正离子来轰击平面靶，平面靶的刻蚀区域增大，相较现有技术大大提高。
附图说明
附图1为平面靶未覆盖于磁体表面时的结构示意图；
附图2为平面靶覆盖于磁体表面时的结构示意图；
附图3为现有技术中平面靶和磁体组的排列方式结构示意图；
附图4为附图2中平面靶的利用区域结构示意图；
附图5为本发明中实施例1的结构示意图；
附图6为附图4中平面靶的利用区域结构示意图。
其中，1、基体；2、平面靶；201、第一面；202、一个侧边部；203、另一个侧边部；3、第一磁体；301、N极磁极面；4、第二磁体；401、S极磁极面；5、大量电子运动区域；6、刻蚀区域；7、基座。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，磁控溅射设备中，多块矩形形状的以及两块半圆弧形状的平面靶2拼合成环形跑道的形状，平面靶2的同一侧设有多对互为NS极的磁体组，所有的磁体组设于基座7上的凹槽中，平面靶2通过压紧件固定于基座上，磁体组与平面靶之间具有间隙，基体1设于平面靶2的另一侧，基体1与平面靶2平行相对，每对磁体组中包括第一磁体3和第二磁体4，第一磁体3具有面向平面靶2的N极磁极面301，第二磁体4具有面向平面靶2的S极磁极面401，平面靶2具有面向第一磁体3以及第二磁体4的第一面201，平面靶2位于磁体组形成的磁场区域内，N极磁极面301和S极磁极面401分别靠近第一面201的两个侧边部（202，203），并且N极磁极面301和S极磁极面401相对于平面靶2的中心线对称设置，N极磁极面301和S极磁极面401均为平面。
第一磁体3和第二磁体4均具有多个，相邻的第一磁体3的断面分别首尾相接且均靠近第一面201靠内的一个侧边部202，所有的N极磁极面301均面向第一面201；相邻的第二磁体4的断面分别首尾相接且均靠近第一面201靠外的另一个侧边部203，所有的S极磁极面401均面向第一面201。平面靶2位于所有的第一磁体3和第二磁体4产生的磁场中。
第一磁体3和第二磁体4均为长条状的磁铁，第一磁体3和第二磁体4的断面为尺寸相同的正方形， N极磁极面301为第一磁体3的侧面， S极磁极面401为第二磁体4的侧面。多个第一磁体3以及多个第二磁体4的长度均可以不同，为保证多个第一磁体3或多个第二磁体4排列形成半圆弧时能更圆滑的过渡，此时优选长度较小的磁体。
以图2中A-A方向的断面为例，如图3和图4所示，当N极磁极面301和S极磁极面401与第一面201均平行时，此种磁体组的排列方式使磁控溅射过程中，大量电子运动区域5约为40°圆弧范围，平面靶2的溅射刻蚀区域6约为40°圆弧范围，整个平面靶2利用率约为25%，平面靶2利用率低，平面靶2成本很高。
为提高平面靶2的利用率，将第一磁体3的N极磁极面301和第二磁体4的S极磁极面401分别朝向所述第一面201的中部倾斜，使N极磁极面301和S极磁极面401分别与第一面201呈5°～60°角。
下面结合具体实施例加以说明：
实施例1：
如图5和图6所示，将两列磁体分别朝向平面靶2的中部旋转45°，使其中一列磁体的N极磁极面301和另一列磁体的S极磁极面401分别与平面靶2的第一面201呈45°角倾斜。此种磁体的排列方式使经过平面靶2的使用区域的磁感应强度相对现有技术增强，溅射区域电子活跃度增加，大量电子运动区域5约为50°圆弧范围，平面靶2刻蚀区域6约为50°圆弧范围，刻蚀区域6增大，平面靶2利用率为35%—40%左右，相对于现有技术中平面靶2的利用率提高了40%-60%。
实施例2：
将两列磁体分别朝向平面靶2的中部旋转5°，使其中一列磁体的N极磁极面301和另一列磁体的S极磁极面401分别与平面靶2的第一面201呈5°角倾斜。此种磁体的排列方式，使大量电子运动区域5约为41°圆弧范围，平面靶2溅射刻蚀区域6约为41°圆弧范围，平面靶2利用率约为26%，相对于现有技术中平面靶2的提高了4%。
实施例3：
将两列磁体分别朝向平面靶2的中部旋转60°，使其中一列磁体的N极磁极面301和另一列磁体的S极磁极面401分别与平面靶2的第一面201呈60°角倾斜。此种磁体的排排列方式，使大量电子运动区域5约为42°圆弧范围，平面靶2溅射刻蚀区域6约为42°圆弧范围，平面靶2利用率约为28%，相对于现有技术中平面靶2的利用率提高了12%。
通过改变磁体相对于平面靶2的排列结构，从而改变磁场分布，使磁场经过平面靶2使用区域的磁感应强度增强，溅射区域电子活跃度提高，大量电子运动区域5增加，从而电离出大量的Ar 正离子轰击平面靶2，平面靶2上的刻蚀区域6增大，从而平面靶2利用率相较现有技术大大提高，降低了平面靶2的使用成本。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其中，所述磁控溅射镀膜设备至少包括平面靶以及设于所述平面靶同一侧的一对互为NS极的磁体组，所述磁体组包括第一磁体和第二磁体，所述第一磁体具有面向所述平面靶的N极磁极面，所述第二磁体具有面向所述平面靶的S极磁极面，所述平面靶具有面向所述第一磁体以及所述第二磁体的第一面，所述平面靶位于所述磁体组形成的磁场区域内，其特征在于：所述第一磁体的所述N极磁极面和所述第二磁体的所述S极磁极面分别朝向所述第一面的中部倾斜，所述N极磁极面和所述S极磁极面均为平面，所述N极磁极面和所述S极磁极面分别与所述第一面呈5°～60°角。
2.根据权利要求1所述的一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其特征在于：所述N极磁极面和所述S极磁极面分别靠近所述第一面的两个侧边部。
3.根据权利要求2所述的一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其特征在于：所述第一磁体和所述第二磁体均为长条状，所述第一磁体和所述第二磁体的断面为尺寸相同的正方形，所述N极磁极面为所述第一磁体的侧面，所述S极磁极面为所述第二磁体的侧面。
4.根据权利要求3所述的一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其特征在于：所述第一磁体至少具有1个，当有多个所述第一磁体时，相邻的所述第一磁体的断面分别首尾相接且均靠近所述第一面的其中一个侧边部，所有的所述N极磁极面均面向所述第一面；所述第二磁体至少具有1个，当有多个所述第二磁体时，相邻的所述第二磁体的断面分别首尾相接且均靠近所述第一面的另一个侧边部，所有的所述S极磁极面均面向所述第一面，所述平面靶位于所有的所述第一磁体和所述第二磁体的磁场中。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其特征在于：所述N极磁极面和所述S极磁极面与所述第一面之间的角度相等。
6.根据权利要求1至4所述的一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其特征在于：所述N极磁极面和所述S极磁极面沿所述平面靶的中心线对称设置。
7.根据权利要求6所述的一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其特征在于：所述N极磁极面和所述S极磁极面分别与所述平面靶的所述第一面呈45°角倾斜。
8.根据权利要求1所述的一种提高磁控溅射镀膜过程中平面靶利用率的方法，其特征在于：所述磁体为磁铁。
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