一种可提高靶材利用率的磁控溅射靶.pdf

本发明涉及一种可提高靶材利用率的磁控溅射靶。由水冷靶材和可移动的磁体组成平面靶或圆柱靶结构；平面靶结构中磁体通过滚动轴承与水冷背板安装在一起，电机通过传动盘驱动金属板和固定其上的磁体一起运动；圆柱靶结构中磁体套在不锈钢管上安装在圆柱靶内，置于冷却水中，并通过连接机构与电机相连。本发明采用了移动磁体技术，通过对普通磁控溅射平面靶和圆柱靶磁体的改进，使其磁体在溅射镀膜过程中能够移动，从而使靶材表面的刻蚀区域更宽，刻蚀更均匀，靶材的利用率有明显的提高，同时保留了磁控溅射工艺的优点，而没有影响其工艺性能；本发明还具有结构简单，性能可靠，易操作等特点，可显著提高靶材的利用率，具有广泛的应用领域。

1.  一种可提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于：由水冷靶材和可移动的磁体组成平面靶或圆柱靶结构。

2.  按权利要求1所述可提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于：所述靶为平面结构时，磁体(5)固定在金属板(9)上，安装在水冷靶材的背后；磁体通过滚动轴承(4)与水冷背板(2)安装在一起，电机(7)通过传动盘(8)驱动金属板(9)和固定其上的磁体(5)一起运动。

3.  按权利要求2所述可提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于：所述水冷背板(2)为内盛冷却水(3)的水冷框结构。

4.  按权利要求2所述可提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于：所述固定在金属板(9)上的磁体(5)为多个磁体排列而成，其排列方式为：一个极性为长方形排列，固定在金属板(9)的四周；另一个极性为条状排列，固定于金属板(9)的中央。

5.  按权利要求1所述可提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于：所述靶为圆柱形结构时，磁体(5)为圆环形结构，磁体(5)套在不锈钢管(10)上安装在圆柱靶内、置于冷却水中。

6.  按权利要求5所述可提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于：兼作冷却水进水管的所述不锈钢管(10)末端装有绝缘件(11)，绝缘件(11)通过连接机构与电机相连，实现磁体在靶内往复移动。

7.  按权利要求1、2或5所述可提高靶材利用率的磁控溅射靶，其特征在于：所述靶材(1)可以是金属、合金及氧化物氮化物陶瓷靶材。

一种可提高靶材利用率的磁控溅射靶
技术领域
本发明涉及磁控溅射真空镀膜技术，具体的说是一种可提高靶材利用率的磁控溅射靶。它将传统磁控溅射靶的磁体由固定的形式变为在镀膜过程中可以移动的形式。
背景技术
真空镀薄膜技术在微电子、航空航天、机械制造及食品包装等许多领域已广泛应用。磁控溅射工艺具有膜层致密、结合强度高、沉积温度低、操作简单、可长时间工作适合大批量工业化生产等优点，已在科研及工业生产领域广泛使用。目前采用的磁控溅射靶为固定磁体，靶面的刻蚀区也就固定在一个窄小的区域。在长时间工作后刻蚀区就会出现很深的刻蚀沟，影响靶的稳定工作并造成靶材的浪费。因而迫切需要一种新技术来解决这个难题，提高靶材的利用率同时提高工作效率。
发明内容
为了克服上述固定磁体影响靶的长时间稳定工作并可能造成靶材浪费的不足，本发明的目的在于提供一种能大幅度提高靶材的利用率，降低成本，满足科研和生产需求的可移动磁体的磁控溅射靶。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明可提高靶材利用率的磁控溅射靶，由水冷靶材和可移动的磁体组成平面靶或圆柱靶结构；其中所述靶为平面结构时，磁体固定在金属板上，安装在水冷靶材的背后；磁体通过滚动轴承与水冷背板安装在一起，电机通过传动盘驱动金属板和固定其上的磁体一起运动；所述水冷背板为内盛冷却水的水冷框结构；所述固定在金属板上的磁体为多个小长方体磁体排列而成，其排列方式为：一个极性为长方形排列，固定在金属板的四周；另一个极性为条状排列，固定于金属板的中央；
圆柱靶包括靶材、磁体、不锈钢管、绝缘件和连杆，所述环形磁体套在不锈钢管上安装在圆柱靶内，置于冷却水中；不锈钢管还用作靶材冷却水的进水管，在其末端装有绝缘件，通过连杆连接绝缘件和曲轴，由电机带动曲轴实现磁体在靶内沿其轴向的一维往复移动。
所述靶材可以是金属、合金及氧化物氮化物等陶瓷靶材；所述可移动磁体的磁控溅射靶可以是内装靶，即安装在真空室内部；也可以是外装靶，即安装在真空室外侧，与普通磁控溅射靶一样可以成任何角度安装。
本发明具有以下优点：
1.本发明采用了移动磁体技术，通过对普通磁控溅射靶的改进，使其磁体在溅射镀膜过程中能够移动。它克服了传统磁控溅射靶磁体固定，靶面刻蚀区窄，靶材利用率低的不足，由于本发明能使磁体在溅射镀膜过程中能够移动，与传统磁控溅射技术相比靶面的刻蚀区域更宽，刻蚀更均匀，靶材的利用率有明显的提高(提高了1～2.5倍以上)。
2.本发明设计的磁控溅射平面靶，其磁体可以不浸泡在冷却水中，提高了磁体的使用寿命。同时减少了靶材的更换次数，提高了工作效率。
3.本发明结构保持了磁控溅射工艺的优点，不影响其工艺性能，可适用于直流磁控溅射、脉冲磁控溅射、双靶中频磁控溅射及射频磁控溅射工艺，具有广泛的应用领域。
4.本发明具有结构简单、安装操作方便、制造成本低、性能可靠的优点，所设计的装置既适用于传统磁控溅射平面靶的改造，又适用于传统圆柱状磁控溅射靶的改造。
附图说明
图1为本发明可移动磁体的平面磁控溅射靶结构示意图。其中：1为靶材，2为水冷背板，3为冷却水，4为滚珠轴承；5为磁体，6为后盖板，7为电机，8为传动盘，9为金属板。
图2A为本发明移动磁体对平面靶面刻蚀区影响示意图。
图2B为现有技术固定磁体对平面靶面刻蚀区影响示意图。
图3为图1的侧视图。
图4为本发明可移动磁体的圆柱形磁控溅射靶结构示意图；其中：10为不锈钢管，11为绝缘件，12为连杆。
具体实施方式
下面通过实例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明可移动磁体的磁控溅射平面靶结构由平面靶材1、水冷背板2、磁体5、滚动轴承4及电机7和驱动部分组成(参见图1)，具体连接关系是：水冷背板2为内盛冷却水3的水冷框结构，其前面置放平面靶材1，下方为磁体5，磁体5放置在金属板9上，金属板9通过滚动轴承4与水冷背板2的背面安装在一起，电机7通过传动盘8驱动金属板9上、下、左、右微动；其中所述后盖板6平行置于金属板9后面，电机7安装在后盖板6上；
所述固定在金属板9上的磁体5为多个小长方体磁体排列而成，其排列方式为：一个极性为长方形排列，固定在金属板9的四周；另一个极性为条状排列，固定于金属板9的中央。
本发明磁体的设计与普通平面结构的磁控溅射靶不同，不是浸泡在冷却水中固定不动，而是在靶材和水冷背板2后面安装了可移动的磁体5，再加上滚动轴承4及电机7和驱动部分，就可以实现镀膜过程中磁体的移动。
本实施例所述可移动磁体5的磁控溅射靶是内装靶，即通过支撑架安装在真空室内部。
一磁控溅射平面靶，尺寸为1200×125mm²，原来采用的是固定磁体，后采用本发明的技术改为可移动的磁体。采用直流磁控溅射镀膜工艺，实验结果表明，靶面的刻蚀区域得到明显改善。使用Cu和Al靶材时，采用固定磁体的靶材表面刻蚀区窄而深，参见图2B，在使用120小时左右就需要更换靶材。而采用本发明可移动磁体的靶材表面刻蚀区变宽且更均匀，参见图2A，同样的靶材可以使用260小时以上，显著提高了靶材的利用率。
实施例2
与实施例1不同之处在于：采用的镀膜工艺为脉冲磁控溅射。实验结果表明，靶面的刻蚀区域得到同样得到明显改善。同样的靶使用的靶材还是Cu和Al，采用固定磁体地靶材表面刻蚀区窄而深，在使用100小时左右就需要更换靶材。而采用本发明可移动磁体的靶材表面刻蚀区变宽且更均匀，同样的靶材可以使用200小时以上，显著提高了靶材的利用率。
实施例3
与实施例1不同之处在于：同样的靶使用Ni-Cr靶材时，采用固定磁体的靶材表面刻蚀区窄而深，在使用80小时左右就需要更换靶材。而采用本发明可移动磁体的靶材表面刻蚀区变宽且更均匀，同样的靶材可以使用200小时以上，显著提高了靶材的利用率。
本实施例所述可移动磁体5的磁控溅射靶是外装平面靶，即安装在真空室外侧部。
实施例4
与实施例1不同之处在于：
如图4所示，可移动的磁体5安装在圆柱形磁控溅射靶中，所述环形磁体5套在不锈钢管10上安装在圆柱靶内，置于冷却水中。所述不锈钢管10同时用作靶材冷却水3的进水管，在其末端装有绝缘件11，通过连杆12连接绝缘件11和曲轴，由电机带动曲轴实现磁体5在靶内往复移动。
对照例采用的是固定磁体，采用本发明技术改为可移动的磁体。实验结果表明，圆柱靶面的刻蚀区域同样得到明显改善。使用Cu靶材时，采用固定磁体的靶材表面刻蚀区呈窄而深的环形，在使用80小时左右就需要更换靶材。而采用可移动磁体的圆柱靶材表面刻蚀区变宽，刻蚀均匀，没有明显的刻蚀深环出现，同样的靶材可以使用200小时以上，同样显著提高了靶材的利用率。
实施例5
与实施例4不同之处在于：
使用Ag靶材时，采用固定磁体的圆柱靶材表面刻蚀区出现窄而深的刻蚀环，在使用60小时左右就需要更换靶材。而采用本发明可移动磁体的圆柱靶材表面刻蚀区变宽且更均匀，同样的靶材可以使用150小时以上，同样显著提高了靶材的利用率。
本发明所述靶材1亦可以是氧化物氮化物陶瓷靶材。