CN211814635U - 一种提高磁控溅射靶材利用率的装置 - Google Patents

Abstract

实用新型提供一种提高磁控溅射靶材利用率的装置。所述提高磁控溅射靶材利用率的装置，包括磁轭以及磁体组；所述磁体组设置于所述磁轭上部，并且磁体组包括直道区磁体和环形区磁体，所述直道区磁体包含一组中心磁体和二组外侧磁体，并且所述直道区磁体呈水平平行设置，所述环形区磁体包含一组中心磁体和一组外侧磁体，所述环形区磁体与所述直道区磁体的中心磁体和外侧磁体与磁轭共同形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场。实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置能够有效改善平面阴极靶材环形区域和过渡区域刻蚀速度过快的问题，提升靶材利用率，并且降低磁控溅射镀膜成本。

Description

一种提高磁控溅射靶材利用率的装置

技术领域

实用新型涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及一种提高磁控溅射靶材利用率的装置。

背景技术

物理气相沉积是一种利用物理方式在基材上沉积薄膜的技术。磁控溅射技术是物理气相沉积技术的一种。在磁控溅射镀膜技术中，在被处理材料即靶材背面配置磁场发生装置的磁控溅射技术为溅射法中的主流。磁控溅射通过磁体在靶材的表面形成磁场，利用电子的漂移运动将等离子体约束于靶材的表面附近，因此形成高密度的等离子体；高能离子(通常为电场加速的氩离子)轰击靶材表面，靶材表面离子或原子与入射的高能离子交换能量后从靶材表面飞溅出来，并在基材上沉积成膜。

磁控溅射平面阴极的磁场发生装置在靶材表面形成的磁场分布决定了靶材被高能粒子刻蚀消耗后的刻蚀沟道形状，同时也决定了靶材的溅射效率和利用率。

请参阅图1，为现有常见的磁控溅射平面阴极示意图，一般包含靶材23 和磁场发生装置(包含磁体组22和磁轭21)，磁体组置于磁轭和靶材之间，通常是三道磁体，磁化极轴垂直于靶材平面，相邻两道磁体磁极相反，两侧磁体由端部磁轭连接形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场约束等离子体。

并且常见磁控溅射平面阴极磁场发生装置一般分为中部直道区域和端部环形区域，图1为直道区域磁体分布图，端部环形区域的结构请参阅图2和图 3，图2为立体结构示意图，图3为剖视图。由于从直道区域过渡到环形区域时靶材表面磁场分布的不均匀和磁场强度变化，使得靶材环形区域(参阅图4) 和从直道区域过渡到环形区域的过渡区域(参阅图5)的刻蚀速度过快，导致靶材端部过早刻蚀完毕后靶材失效，从而降低了靶材利用率。

因此，有必要提供一种新的提高磁控溅射靶材利用率的装置解决上述技术问题。

实用新型内容

实用新型提供一种提高磁控溅射靶材利用率的装置，解决的技术问题是提高磁控溅射靶材利用率。

为解决上述技术问题，实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置，包括磁轭以及磁体组；

所述磁体组设置于所述磁轭上部，并且磁体组包括直道区磁体和环形区磁体，所述直道区磁体包含一组中心磁体和二组外侧磁体，并且所述直道区磁体呈水平平行设置，所述环形区磁体包含一组中心磁体和一组外侧磁体，所述环形区磁体与所述直道区磁体的中心磁体和外侧磁体与磁轭共同形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场；

所述提高磁控溅射靶材利用率的装置分别采用通过所述磁轭上设置凹槽、降低环形区磁体的高度或增加辅助磁铁三种改进技术方案实现提升磁控溅射靶材利用率。

优选的，所述磁轭上内陷凹槽，所述直道区磁体安装于所述磁轭外表面，所述环形区磁体外侧磁体安装于所述凹槽内部，此时环形区磁体远离靶材表面，直道区磁体的高度d1与磁轭1凹槽的深度d2的比值为d1：d2＝1:0.1～0.5。

优选的，所述环形区磁体的高度低于所述直道区磁体的高度，所述环形区磁体外侧磁体截面积与直道区磁体外侧磁体截面积比值为0.7～0.95:1。

优选的，所述环形区磁体安装有辅助磁铁，并且所述辅助磁铁位于所述环形区磁体中心磁体外侧。

与相关技术相比较，实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置具有如下有益效果：

实用新型提供一种提高磁控溅射靶材利用率的装置，通过减薄环形区域磁轭厚度、减小环形区域磁体以及在环形区域内侧磁体外表面增加辅助磁铁等方法来实现降低靶材环形区域和过渡区域刻蚀速率的目的，能够有效改善平面阴极靶材环形区域和过渡区域刻蚀速度过快的问题，提升靶材利用率，并且降低磁控溅射镀膜成本。

附图说明

图1为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极直道区域示意图；

图2为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极环形区域立体结构示意图；

图3为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极环形区域剖视图；

图4为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极刻蚀环形区域靶材失效图；

图5为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极刻蚀过渡区域靶材失效图；

图6为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的减薄环形区域磁轭厚度的结构示意图；

图7为图6提供的剖视图；

图8为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的减小环形区域外侧磁体的结构示意图；

图9为图8提供的剖视图；

图10为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的在环形区域中心磁体外表面增加辅助磁铁结构示意图；

图11为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的磁场发生装置环形区域在靶材表面产生的磁场减弱的示意图；

图12为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的改变磁场发生装置过渡区域在靶材表面产生的磁场的空间分布示意图；

图13为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的直道区和环形区磁体分布示意图。

图中标号：1、磁轭，101、直道区磁体，102、环形区磁体，103、凹槽， 104、辅助磁铁。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对实用新型作进一步说明。

请结合参阅图1-13，其中，图1为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极直道区域示意图；图2为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极环形区域立体结构示意图；图3为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极环形区域剖视图；图4为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极刻蚀环形区域靶材失效图；图5为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的现有技术中磁控溅射平面阴极刻蚀过渡区域靶材失效图；图6为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的减薄环形区域磁轭厚度的结构示意图；图7为图6 提供的剖视图；图8为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的减小环形区域外侧磁体的结构示意图；图9为图8提供的剖视图；图10为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的在环形区域中心磁体外表面增加辅助磁铁结构示意图；图11为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的磁场发生装置环形区域在靶材表面产生的磁场减弱的示意图；图12为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的改变磁场发生装置过渡区域在靶材表面产生的磁场的空间分布示意图；图13为实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的直道区和环形区磁体分布示意图。提高磁控溅射靶材利用率的装置，包括磁轭1以及磁体组；

所述磁体组设置于所述磁轭1上部，并且磁体组包括直道区磁体101和环形区磁体102，所述直道区磁体101包含一组中心磁体和二组外侧磁体，并且所述直道区磁体101呈水平平行设置，所述环形区磁体102包含一组中心磁体和一组外侧磁体，所述环形区磁体102与所述直道区磁体101的中心磁体和外侧磁体与磁轭1共同形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场；

所述提高磁控溅射靶材利用率的装置分别采用通过所述磁轭1上设置凹槽103、降低环形区磁体102的高度或增加辅助磁铁104三种改进技术方案实现提升磁控溅射靶材利用率。

所述磁轭1上内陷有凹槽103，所述直道区磁体101安装于所述磁轭1外表面，所述环形区磁体102外侧磁体安装于所述凹槽103内部，此时环形区磁体102远离靶材表面，直道区磁体101的高度d1与磁轭1凹槽103的深度d2 的比值为d1：d2＝1:0.1～0.5。

所述环形区磁体102的高度低于所述直道区磁体101的高度，所述环形区磁体102外侧磁体截面积与直道区磁体101外侧磁体截面积比值为0.7～0.95:1。

所述环形区磁体102安装有辅助磁铁104，并且所述辅助磁铁104位于所述环形区磁体102中心磁体外侧。

一种提高磁控溅射靶材利用率的方法，包括以下步骤；

第一步；依照提高磁控溅射靶材利用率的装置提及的常见磁控溅射阴极设计方案组装磁控溅射阴极，进行磁控溅射试验，观察靶材环形区域和从直道区域过渡到环形区域的过渡区域的刻蚀，以及导致靶材端部过早刻蚀完毕后靶材失效的情况，并且进行记录；

第二步；依照提高磁控溅射靶材利用率的装置提及的三种改进方案对磁轭 1或者磁体组进行改动，并测试靶材的利用率；

第三步；将三种改进方案测试得到靶材的利用率的结果进行总结记录。

第二步中第一种方法为；减薄环形区域磁轭外侧磁体所在区域的厚度，将磁轭上部去掉一部分，形成内陷凹槽，并且直道区域外侧磁体的高度d1与磁轭凹槽的深度d2的比值为d1：d2＝1:0.1～0.5，将环形区域外侧磁体安装于所述凹槽内部，直道区磁体安装于磁轭上部，此时，安装于凹槽内部的环形区域外侧磁体的高度低于直道区域外侧磁体，然后进行进行磁控溅射，观察刻蚀的情况，并且进行记录。

第二步中第二种方法为；减小环形区域外侧磁体，将环形区域外侧磁体的高度减小，使得环形区域外侧磁体102截面积与直道区域外侧磁体101截面积比值为0.7～0.95:1，然后分别安装直道区域外侧磁体以及环形区域外侧磁体，此时环形区域外侧磁体的高度的低于直道区域外侧磁体，然后进行进磁控溅射，观察刻蚀的情况，并且进行记录。

第二步中第三种方法为；在环形区域中心磁体外侧增加辅助磁铁104，然后进行磁控溅射，观察刻蚀的情况，并且进行记录。

请参阅图11，为磁体远离靶材表面，磁场发生装置环形区域在靶材表面产生的磁场减弱的磁场分布对比图，曲线1为常见阴极环形区域的磁场分布，曲线2为改进后的环形区域的磁场分布。

请参阅图12，为在环形区域内侧磁体外表面增加辅助磁铁从而改变磁场发生装置过渡区域在靶材表面产生的磁场的空间分布，曲线1为常见阴极过渡区域的磁场分布，曲线2为改进后的过渡区域的磁场分布。

请参阅图13，为直道区以及环形区的外侧磁体以及中心磁体分布示意图。

实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置的工作原理如下：

减弱靶材表面磁场可降低靶材刻蚀速率；靶材表面磁场的水平分量决定了磁场约束等离子的能力，水平分量越大，等离子体密度越大，靶材表面磁场的垂直分量是影响靶材刻蚀速率的重要参数，垂直分量越小，靶材刻蚀速度越快。

减小环形区域磁体，将环形区磁体102的高度减小，使得环形区磁体102 截面积与直道区磁体101截面积比值为0.7～0.95:1，然后分别安装直道区磁体 101以及环形区磁体102，此时环形区磁体102的高度的低于直道区磁体101；

或者减小环形区域磁轭1的厚度；将磁轭1上部去掉一部分，形成内陷凹槽103，并且直道区磁体101的高度d1与磁轭1凹槽103的深度d2的比值为 d1：d2＝1:0.1～0.5，将环形区磁体102外侧磁体安装于所述凹槽103内部，直道区磁体101安装于磁轭1上部，此时，安装于凹槽103内部的环形区磁体 102的高度低于直道区磁体101；

都能减弱磁场发生装置环形区域在靶材表面产生的磁场，从而降低了靶材刻蚀速率；

环形区磁体102安装有辅助磁铁104，并且所述辅助磁铁104位于所述环形区磁体102中心磁体外侧，从而改变磁场发生装置过渡区域在靶材表面产生的磁场的垂直分量的空间分布。

与相关技术相比较，实用新型提供的提高磁控溅射靶材利用率的装置具有如下有益效果：

实用新型提供一种提高磁控溅射靶材利用率的装置，通过减薄环形区域磁轭厚度、减小环形区域磁体以及在环形区域内侧磁体外表面增加辅助磁铁等方法来实现降低靶材环形区域和过渡区域刻蚀速率的目的，能够有效改善平面阴极靶材环形区域和过渡区域刻蚀速度过快的问题，提升靶材利用率，并且降低磁控溅射镀膜成本。

以上所述仅为实用新型的实施例，并非因此限制实用新型的专利范围，凡是利用实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种提高磁控溅射靶材利用率的装置，其特征在于，包括磁轭以及磁体组；

所述磁体组设置于所述磁轭上部，并且磁体组包括直道区磁体和环形区磁体，所述直道区磁体包含一组中心磁体和二组外侧磁体，并且所述直道区磁体呈水平平行设置，所述环形区磁体包含一组中心磁体和一组外侧磁体，所述环形区磁体与所述直道区磁体的中心磁体和外侧磁体与磁轭共同形成闭合磁回路，并在靶材表面形成磁场；

所述提高磁控溅射靶材利用率的装置分别采用通过所述磁轭上设置凹槽、降低环形区磁体的高度或增加辅助磁铁三种改进技术方案实现提升磁控溅射靶材利用率。

2.根据权利要求1所述的提高磁控溅射靶材利用率的装置，其特征在于，所述磁轭上内陷凹槽，所述直道区磁体安装于所述磁轭外表面，所述环形区磁体外侧磁体安装于所述凹槽内部，此时环形区磁体远离靶材表面，直道区磁体的高度d1与磁轭凹槽的深度d2的比值为d1：d2＝1:0.1～0.5。

3.根据权利要求1所述的提高磁控溅射靶材利用率的装置，其特征在于，所述环形区磁体的高度低于所述直道区磁体的高度，所述环形区磁体外侧磁体截面积与直道区磁体外侧磁体截面积比值为0.7～0.95:1。

4.根据权利要求1所述的提高磁控溅射靶材利用率的装置，其特征在于，所述环形区磁体安装有辅助磁铁，并且所述辅助磁铁位于所述环形区磁体中心磁体外侧。

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