CN110106487B - 一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶，所述磁靶包括靶材和磁铁；所述磁铁包括圆柱形磁铁和梅花形环状磁铁；所述圆柱形磁铁位于梅花形环状磁铁的中心；所述圆柱形磁铁与梅花形环状磁铁同圆心且磁铁高度相同。相比传统的圆形平面磁控靶枪的磁靶，本发明可以在磁控溅射过程中，增加靶材刻蚀槽的宽度，从而提高靶材的使用率。

Description

一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，具体地，涉及一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶。
背景技术
磁控溅射是物理气相沉积的一种,它采用磁场与电场交互作用的模式，束缚电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击中性原子产生离子的概率。增加的离子密度减少了Crooke暗区，增加了靶材的离子轰击率，从而提高溅射速率。电子碰撞所产生的离子在电场作用下撞向靶面，从靶材上移走材料，发射的材料原子或者原子团簇向衬底表面扩散，并且被收集在表面，形成薄膜。
由于靶面的垂直磁场强度B⊥对磁场中的电子束缚不起作用，起关键作用的是水平磁场分量B∥。在距离内外两磁铁的中心位置，B∥值最大。因此该区域束缚的电子最多，电子在磁场内做偏转运动时碰撞氩气分子，产生氩离子。大量氩离子受到靶材阴极电压的吸引，近似垂直向靶材运动，轰击靶材。该区域受到氩离子轰击最密集，刻蚀速率最快，逐渐产生刻蚀槽。随着刻蚀槽区域的靶材进一步消耗，靶面的继续下降，更强的磁力线露出靶面，对电子的束缚能力进一步增强，使其临界束缚区域变窄，于是被氩离子密集轰击的区域也随着变窄。在这种作用下，靶材上刻蚀槽的形状自然形成宽度收缩，中心加深的倒高斯分布，如图4。
刻蚀槽继续加深后底部变得更加陡直，会大大降低靶材的使用率，造成靶材的浪费，因此使用传统的磁控溅射磁靶对靶材的使用率只有30％左右。目前国内关于磁控溅射靶枪的专利有很多，但目前尚没有一款能够提高靶材使用率的圆形平面磁控靶枪的磁靶。
如公开号为CN 103668096 B的发明专利公开了一种条形磁铁、磁靶及磁控溅射设备，其在所述条形磁铁在中间区域设有凸起结构。该发明通过条形磁铁设有的凸起结构，在采用磁控溅射方式沉积薄膜过程中，为磁控溅射区域提供磁感应强度强弱分布均匀的磁场，确保沉积的薄膜厚度均匀。但该发明提供的磁靶不适用于圆形平面磁控靶枪的磁靶。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶。本发明针对磁控溅射中产生刻蚀槽这一事实，对磁靶的磁铁采用一个梅花形的特殊构造，其目的是为了增加刻蚀槽的长度，反映在需要溅射的靶材上，可以增加靶材上刻蚀槽的宽度，从而提高靶材的使用率。
本发明涉及磁控溅射镀膜设备使用的圆形平面靶枪磁靶，为磁控溅射镀膜靶枪的核心部分。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶，所述磁靶包括靶材和磁铁；所述磁铁包括圆柱形磁铁和梅花形环状磁铁；所述圆柱形磁铁位于梅花形环状磁铁的中心；所述圆柱形磁铁与梅花形环状磁铁同圆心且磁铁高度相同。
优选地，所述梅花形环状磁铁的外凸部分为8或12个。这种设计既可以有效增加刻蚀槽的长度，同时兼顾增加刻蚀槽的宽度，最大化增加刻蚀区域的面积。
优选地，所述梅花形环状磁铁的外凸部分的磁场强度大于内凹部分的磁场强度。
优选地，在相同竖直高度处，所述梅花形环状磁铁的外凸部分的磁场强度为内凹部分的磁场强度的1.2-1.5倍。这种设计可以消除由于距离原因造成磁场强度不均匀，提高刻蚀区域的均匀性。
优选地，所述梅花形环状磁铁的外凸部分和内凹部分为半径相同的扇形结构。
优选地，所述梅花形环状磁铁的厚度为所述圆柱形磁铁的半径的1.1-1.2倍。这种设计能更有利于提高刻蚀槽宽度，提高中心区域靶材的使用率。
优选地，所述磁铁的两端均密封有铜板；所述磁铁的其中一端通过铜板与靶材连接。
优选地，所述铜板的厚度为1-2mm。
优选地，所述圆柱形磁铁至所述梅花形环状磁铁的水平距离为所述圆柱形磁铁半径与梅花形环状磁铁厚度和的1.2-1.5倍。
针对磁控溅射中，靶材使用率低的现象，本发明提供了一种提高靶材使用率的圆形平面磁控靶枪的磁靶。
采用本发明所设计的磁靶时，由于外环磁铁距离中心磁铁的距离不同，水平磁场分量B∥最大位置不再是一个规则的圆形如图5，而是梅花形如图6。这种设计可以将刻蚀槽曲线的长度增加一倍以上，加上距离中心磁铁较远的外凸部分磁场较强，可以弥补由于距离原因造成的磁力线稀疏，使得刻蚀曲线深度大体相当。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
采用本发明溅射镀膜时，靶材表面会形成类似图6的刻蚀槽曲线，但由于靶材是圆形的，安装时随机旋转放置，刻蚀曲线完全重合可能性极小，刻蚀的区域也会更换。靶材更换放置频率越高，靶材被刻蚀的区域越接近一个均匀加宽后刻蚀沟槽，可以将靶材的利用率提高到50％，刻蚀槽截面示意图如图7所示。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明磁靶的侧视图；
图2为本发明磁靶磁铁的立体图；
图3为本发明磁靶磁铁的俯视图；
图4为刻蚀槽区域磁场和电子密度分布图；
图5为传统磁靶产生的刻蚀槽中心曲线；
图6为本发明磁靶产生的刻蚀槽中心曲线；
图7为传统磁靶与本发明磁靶产生的刻蚀槽的截面示意图；
图中，1-靶材；2-铜板；3-梅花形环状磁铁；301-外凸部分；302-内凹部分；4-圆柱形磁铁；5-圆形靶材的外边缘；601-传统磁靶产生的刻蚀槽中心曲线；602-传统磁靶产生的刻蚀槽截面曲线；701-本发明磁靶产生的刻蚀槽中心曲线的区间范围；702-本发明磁靶产生的刻蚀槽截面曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种提高靶材使用率的圆形平面磁控靶枪的磁靶，所述磁靶包括靶材1和磁铁；所述磁铁包括圆柱形磁铁4和梅花形环状磁铁3；所述圆柱形磁铁4位于梅花形环状磁铁3的中心；所述圆柱形磁铁4与梅花形环状磁铁3同圆心且磁铁高度相同。
如图2至图3所示，所述梅花形环状磁铁3的外凸部分301(图3阴影部分)为8个或12个。所述梅花形环状磁铁3的外凸部分301和内凹部分302为半径相同的扇形结构，所述扇形结构均为四分之一圆。所述梅花形环状磁铁3的厚度为所述圆柱形磁铁4的半径的1.1-1.2倍。同时，圆柱形磁铁4的半径大小、梅花形环状磁铁3的厚度根据靶枪的尺寸可调。图3中箭头为磁力线方向。
所述梅花形环状磁铁3的外凸部分301的磁场强度大于内凹部分302的磁场强度。进一步地，在相同竖直高度处，所述梅花形环状磁铁3的外凸部分301的磁场强度为内凹部分302的磁场强度的1.2-1.5倍。
如图1所示，在磁铁的两端密封有铜板2；在所述磁铁的其中一端通过铜板2与靶材1连接。所述铜板的厚度为1-2mm。
所述圆柱形磁铁4至所述梅花形环状磁铁3的水平距离为所述圆柱形磁铁4半径与梅花形环状磁铁3厚度和的1.2-1.5倍。
图5为传统磁靶产生的刻蚀槽中心曲线，图6为本发明磁靶产生的刻蚀槽中心曲线；从图5可看出，传统磁靶产生的刻蚀槽中心曲线601是位于圆形靶材外边缘5内侧的一个圆形，而从图6可看出，本发明磁靶产生的刻蚀槽中心曲线701是一个圆环的区间范围(圆环区间内可以看到有梅花状刻蚀曲线)；图7为传统磁靶与本发明磁靶产生的刻蚀槽的截面示意图，从图7中可看出，本发明磁靶产生的刻蚀槽截面曲线702的范围更宽，靶材被刻蚀的区域越接近一个均匀加宽后刻蚀沟槽，可以将靶材的利用率提高到50％，而传统磁靶产生的刻蚀槽截面曲线602非常窄，靶材的利用率很低。
本发明提供了一种提高靶材使用率的圆形平面磁控靶枪的磁靶。所述磁靶包括一个圆柱形磁铁和一个梅花形环状磁铁；圆柱形磁铁位于梅花形环状磁铁中心，两者同圆心且磁铁高度相同，圆柱形磁铁的半径大小根据靶枪的尺寸可调。磁铁位置固定后，上面用铜板密封固定，如下图1-图3。相比传统的圆形平面磁控靶枪的磁靶，本发明可以在磁控溅射过程中，增加靶材刻蚀槽的宽度，从而提高靶材的使用率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (1)

1.一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶，其特征在于，所述磁靶包括靶材和磁铁；所述磁铁包括圆柱形磁铁和梅花形环状磁铁；所述圆柱形磁铁位于梅花形环状磁铁的中心；所述圆柱形磁铁与梅花形环状磁铁同圆心且磁铁高度相同；
所述梅花形环状磁铁的外凸部分为8或12个；
所述梅花形环状磁铁的外凸部分的磁场强度大于内凹部分的磁场强度；
在相同竖直高度处，所述梅花形环状磁铁的外凸部分的磁场强度为内凹部分的磁场强度的1.2-1.5倍；
所述梅花形环状磁铁的外凸部分和内凹部分为半径相同的扇形结构；
所述梅花形环状磁铁的厚度为所述圆柱形磁铁的半径的1.1-1.2倍；
所述磁铁的两端均密封有铜板；所述磁铁的其中一端通过铜板与靶材连接；所述铜板的厚度为1-2mm；
所述圆柱形磁铁至所述梅花形环状磁铁的水平距离为所述圆柱形磁铁半径与梅花形环状磁铁厚度和的1.2-1.5倍。
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