一種平面靶材的磁場結構及其使用方法
2024-01-31 01:38:15
一種平面靶材的磁場結構及其使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種平面靶材的磁場結構及其使用方法，其中平面靶材的磁場結構包括：第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列，且第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列相互垂直，第一級磁鐵陣列通電，第二級磁鐵陣列斷電，形成平行於靶材的一級刻蝕跑道；第二級磁鐵陣列通電，第一級磁鐵陣列斷電，形成垂直於一級刻蝕跑道的二級刻蝕跑道。在原有一級磁鐵陣列的基礎上增加與其相互垂直的磁鐵陣列，兩級磁鐵陣列通過交替地進行左右移動和上下移動，用第二級磁鐵陣列對第一級磁鐵陣列的刻蝕盲區進行刻蝕，避免一次刻蝕存在死角以及磁場不均勻導致的靶材利用率較低問題的出現，提高刻蝕均勻性以及靶材的利用率，同時還能避免兩極磁場相互影響產生的串擾問題。
【專利說明】一種平面靶材的磁場結構及其使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及磁控濺射【技術領域】，特別涉及一種平面靶材的磁場結構及其使用方法。
【背景技術】
[0002]磁控濺射技術真空鍍膜工藝中最重要的設備之一，磁控濺射是在二極濺射中增加一個平行於靶表面的封閉磁場，藉助於靶表面上形成的正交電磁場，把二次電子束縛在靶表面特定區域來增強電離效率，增加離子密度和能量，從而實現高速率濺射的過程。磁控濺射技術被廣泛使用在工業上的很多領域，目前普遍採用的平面靶材的磁場結構。
[0003]現有技術實現磁控濺射主要是用一級的永磁鐵形成磁場，如圖1所示，永磁鐵01可以在靶材02表面沿著左右方向進行移動，一般為形成封閉磁場需要三根平行設置的永磁鐵01,參見圖1,在一端按照N、S、N極排列。在永磁鐵01的上方還設置有基板03,基板03的另一側設置有靶材02，通過永磁鐵01將等離子體束縛在靶材02表面，磁感線最強的地方，等離子體最密集，從而刻蝕速率最快，靶材消耗的速度最快，通過刻蝕形成截面圖如圖2所示的圖形，刻蝕速度最快的部分形成波谷。由於磁控濺射磁場的分布會使得靶材使用完後在靶材表面形成跑道區，使得靶材表面各處的刻蝕不均勻，從而降低靶材的利用率。
[0004]綜上所述，現有技術平面靶材的磁場結構靶材刻蝕不均勻，使得靶材利用率降低。
【發明內容】
[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發明要解決的技術問題是如何提高靶材刻蝕的均勻性，提高靶材利用率。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]為解決上述技術問題，本發明提供了一種平面靶材的磁場結構，包括:第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列，且第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列相互垂直，第一級磁鐵陣列通電，第二級磁鐵陣列斷電，形成平行於靶材的一級刻蝕跑道；第二級磁鐵陣列通電，第一級磁鐵陣列斷電，形成垂直於一級刻蝕跑道的二級刻蝕跑道。
[0009]進一步地，所述一級刻蝕跑道包括一級跑道刻蝕深區和一級跑道刻蝕淺區，所述二級刻蝕跑道包括二級跑道刻蝕深區和二級跑道刻蝕淺區。
[0010]進一步地，所述第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕深區電場強度逐漸減弱，在一級跑道刻蝕淺區電場強度逐漸增強。
[0011]進一步地，所述一級刻蝕跑道包括兩直道部分和兩彎道部分，兩直道部分相互平行，兩彎道部分別在兩直線部分的兩端，並且連接兩直道部分，構成長條狀矩形。
[0012]進一步地，所述第二級磁鐵陣列為分段式結構，每一段利用獨立電源進行控制。
[0013]進一步地，所述第二級磁鐵陣列包括五段，第一段磁鐵和第五段磁鐵對應一級刻蝕跑道之外區域的靶材表面，第二段磁鐵和第四段磁鐵恰好對應一級刻蝕跑道所在的區域，第三段磁鐵對應一級刻蝕跑道以內區域的靶材表面。[0014]進一步地，所述第一段磁鐵和第五段磁鐵連接第一電源，第二段磁鐵和第四段磁鐵連接第二電源，第三段磁鐵連接第三電源，第一電源、第二電源和第三電源分別為相應分段磁鐵提供電流大小不同的電源。
[0015]進一步地，所述第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列均包括兩個極性反向設置的磁鐵。
[0016]進一步地，所述第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列均包括三個磁鐵，且每個磁鐵與相鄰的磁鐵極性相反。
[0017]進一步地,所述磁鐵為電磁鐵或者永久磁鐵。
[0018]為解決上述技術問題，本發明還提供了一種平面靶材的磁場結構的使用方法，包括:
[0019]第一級磁鐵陣列通電，第二級磁鐵陣列斷電，第一級磁鐵陣列沿左右方向移動對靶材進行濺射，在靶材表面形成平行於靶材的一級刻蝕跑道；
[0020]第二級磁鐵陣列通電，第一級磁鐵陣列斷電，第二級磁鐵陣列沿上下方向移動對靶材表面繼續進行濺射，並根據一級刻蝕跑道的刻蝕程度調節第二級磁鐵陣列的電場強度和移動速度，形成垂直於靶材的二級刻蝕跑道。
[0021]進一步地，所述第二級磁鐵陣列在一級刻蝕跑道的直道部分的移動速度小於第二級磁鐵陣列在一級刻蝕跑道的彎道部分的移動速度。
[0022]進一步地，所述第二級磁鐵陣列對應不同位置的一級刻蝕跑道的電場強度通過電源提供的電流大小進行調節。
[0023]進一步地，第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕深區進行刻蝕時的第二電源的電流小於第三電源的電流，第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕淺區進行刻蝕時的第一電流大於第三電源的電流。
[0024](三)有益效果
[0025]本發明實施例提供的一種平面靶材的磁場結構，包括:第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列，且第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列相互垂直，第一級磁鐵陣列通電，第二級磁鐵陣列斷電，形成平行於靶材的一級刻蝕跑道；第二級磁鐵陣列通電，第一級磁鐵陣列斷電，形成垂直於一級刻蝕跑道的二級刻蝕跑道。同時本發明還提供了一種上述平面靶材磁場結構的使用方法，在原有一級磁鐵陣列的基礎上增加與其相互垂直的磁鐵陣列，兩級磁鐵陣列通過交替地進行左右移動和上下移動，用第二級磁鐵陣列對第一級磁鐵陣列的刻蝕盲區進行刻蝕，避免一次刻蝕存在死角以及磁場不均勻導致的靶材利用率較低問題的出現，提高靶材刻蝕的均勻性以及靶材的利用率，同時還能避免兩極磁場相互影響產生的串擾問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是現有技術中利用一級永磁鐵形成磁場結構的示意圖；
[0027]圖2是現有技術中刻蝕後形成的靶材截面圖；
[0028]圖3是採用本發明實施例一中提供的一種平面靶材的磁場結構的俯視圖；
[0029]圖4是本發明實施例一中第一級磁鐵陣列設計示意圖；
[0030] 圖5是採用本發明實施例一中一級刻蝕跑道和二級刻蝕跑道的分布示意圖；[0031]圖6是本發明實施例二中的一種平面靶材的磁場結構的使用方法的步驟流程圖。【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0033]如果為了解決靶材刻蝕不均勻的問題，可以採用兩級磁鐵進行刻蝕，但可能會引起兩級磁鐵的交互影響，磁場模擬較為複雜，因此，使用較少，實際應用中還會在磁鐵背後放置小塊的抗磁墊片來調節磁場，在局部實現了類似兩級磁場的調節，但對於靶材使用率過低問題的改善效果非常有限，一般來說使用率很難到達40%以上。
[0034]實施例一
[0035]本發明實施例一中提供了一種平面靶材的磁場結構，具體包括:第一級磁鐵陣列01和第二級磁鐵陣列04，且第一級磁鐵陣列01和第二級磁鐵陣列04相互垂直，第一級磁鐵陣列01通電，第二級磁鐵陣列04斷電，形成平行於靶材的一級刻蝕跑道；第二級磁鐵陣列04通電，第一級磁鐵陣列01斷電，形成垂直於一級刻蝕跑道的二級刻蝕跑道。
[0036]上述磁場結構的俯視圖如圖3所示，即在圖1原有結構基礎上增加與第一級磁鐵陣列01相互垂直的第二級磁鐵陣列04。第二級磁鐵陣列採用分段分區控制，使得局部磁場可以根據電流進行微調。這樣在第一級磁鐵陣列開啟的時候，第二級磁鐵陣列斷電，形成一個平行於靶材的跑道。在第二級磁鐵陣列開啟的時候，第一級磁鐵陣列斷電，形成一個垂直於靶材的跑道。在一級跑道刻蝕深區，第二級磁鐵陣列的局部場強減弱，在一級跑道刻蝕淺區，第二級磁鐵陣列可以進行局部加強。這樣，通過交替的兩級磁場的左右移動與上下移動，可以用第二級磁 鐵陣列產生的磁場來刻蝕前一級磁場的刻蝕盲區，在垂直於祀材方向的靶材厚度起伏可以通過第二級磁鐵陣列的磁場局部強弱來調節，垂直方向的靶材厚度起伏，可以通過第二級磁鐵陣列的運動速度來調節，從而大大提升靶材的利用率，且避免了兩級磁場相互影響產生串擾的問題。
[0037]本實施例中的第一級磁鐵陣列設計和現有的一級磁鐵設計相同，如圖4所示，中心處的磁鐵為N極，外側的磁鐵為S極，這兩種磁鐵採用這種設計方式可以構成磁場迴路，並且第一級磁鐵陣列在各處的電場強度均一致，即通過一個電源控制即可。第一級磁鐵陣列在靶材表面從左向右運動，即從圖中位置I移動到位置2。
[0038]第一級磁鐵陣列通電後形成一級刻蝕跑道，進一步地，一級刻蝕跑道包括一級跑道刻蝕深區IS和一級跑道刻蝕淺區1Q，第二級磁鐵陣列通電後形成的二級刻蝕跑道也包括二級跑道刻蝕深區2S和二級跑道刻蝕淺區2Q，如圖5所示。
[0039]進一步地，本實施例中的第二級磁鐵陣列02電場強度為分區設置，即在不同位置電場強度不一致，第二級磁鐵陣列02在一級跑道刻蝕深區電場強度逐漸減弱，在一級跑道刻蝕淺區電場強度逐漸增強。
[0040]進一步地，本實施例中的一級刻蝕跑道01包括兩直道部分和兩彎道部分，兩直道部分相互平行，兩彎道部分別在兩直線部分的兩端，並且連接兩直道部分，構成長條狀矩形。由於第一級磁鐵陣列各處電場強度相同，但是僅通過一個方向上的刻蝕，容易造成死角，使得靶材表面一部分已經被刻蝕掉很多，還有一部分沒有被刻蝕，造成靶材表面刻蝕不均勻，進一步造成靶材表面利用率降低。[0041]進一步地，第二級磁鐵陣列04為分段式結構，每一段利用獨立電源進行控制。具體的，第二級磁鐵陣列04包括五段，第一段磁鐵041和第五段磁鐵045對應一級刻蝕跑道之外區域的靶材表面，第二段磁鐵042和第四段磁鐵044恰好對應一級刻蝕跑道所在的區域，第三段磁鐵043對應一級刻蝕跑道以內區域的靶材表面。第一段磁鐵041和第五段磁鐵045連接第一電源051，第二段磁鐵042和第四段磁鐵044連接第二電源052，第三段磁鐵043連接第三電源053，第一電源051、第二電源052和第三電源053分別為相應分段磁鐵提供電流大小不同的電源。
[0042]進一步地，本實施例中的第一級磁鐵陣列01和第二級磁鐵陣列02均包括兩個極性反向設置的磁鐵。或者，第一級磁鐵陣列01和第二級磁鐵陣列02均包括三個磁鐵，且每個磁鐵與相鄰的磁鐵極性相反。需要說明的是，需要兩個極性相反的磁鐵形成一個磁場迴路，即通過一個磁鐵的N極和另一個磁鐵的S極構成迴路，同時這個磁鐵的S極也和另一磁鐵的N極構成迴路。參見圖3，本實施例中優選用三個磁鐵構成磁鐵陣列。
[0043]優選地,本實施例中的磁鐵為電磁鐵或者永久磁鐵。優選為電磁鐵，因為電磁鐵具有較好的靈活性，即有電流的時候有電場產生，沒有電流的時候電場也消失，而且使用電磁鐵時調整電場強度可以直接通過電流大小進行調節，而永久磁鐵不具有這樣的靈活性。
[0044]綜上所述，本實施例在原有的一級磁場的基礎上，在後面在加上一個與之垂直的磁場，形成一個垂直的刻蝕跑道，可以有效的避免因為一級磁場不均勻導致的靶材利用率較低的情況。且採用兩級電磁鐵設計，交替加磁場，可以避免兩級磁場同時存在產生的串擾。第二級磁鐵陣列採用分段的方式進行設計，可以有效加強第一級磁鐵陣列的刻蝕盲區，第二級磁鐵陣列在根據一級刻蝕跑道的形貌，對移動速度進行調整，可以提高垂直方向的刻蝕均勻性。通過上述磁場結構可以有效的提高大型長條形靶材利用率，延長濺射設備的維護周期，提高整個設 備的嫁動率，從而降低產品物料清單(BOM)和產能。
[0045]實施例二
[0046]基於上述，本發明實施例二還提供了一種平面靶材的磁場結構的使用方法，步驟流程如圖6所示，具體包括以下步驟:
[0047]步驟S1、第一級磁鐵陣列通電，第二級磁鐵陣列斷電，第一級磁鐵陣列沿左右方向移動對靶材進行濺射，在靶材表面形成平行於靶材的一級刻蝕跑道。
[0048]步驟S2、第二級磁鐵陣列通電，第一級磁鐵陣列斷電，第二級磁鐵陣列沿上下方向移動對靶材表面繼續進行濺射，並根據一級刻蝕跑道的刻蝕程度調節第二級磁鐵陣列的電場強度和移動速度，形成垂直於靶材的二級刻蝕跑道。
[0049]其中步驟SI和現有技術中的步驟相同，同時在步驟SI的基礎上繼續進行步驟S2，即第二磁鐵陣列進行上下方向的移動。進一步地，第二級磁鐵陣列在一級刻蝕跑道的直道部分的移動速度小於第二級磁鐵陣列在一級刻蝕跑道的彎道部分的移動速度。通過在彎道部分以較快的速度移動，在直道部分以較慢的速度移動，能夠對原本在彎道部分刻蝕較深的平衡，使得對靶材的刻蝕均勻化。
[0050]進一步地，由於分段設置，第二級磁鐵陣列對應不同位置的一級刻蝕跑道的電場強度通過電源提供的電流大小進行調節。具體的，第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕深區進行刻蝕時的第二電源的電流小於第三電源的電流，第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕淺區進行刻蝕時的第一電流大於第三電源的電流。[0051]由於第二級磁鐵陣列是由多個磁鐵按照一定方式構成的陣列，通過在一級跑道刻蝕深區，第二級磁鐵陣列的局部場強減弱，在一級跑道刻蝕淺區，第二級磁鐵陣列可以進行局部加強。通過交替的兩級磁場的左右與上下運動，即可以用第二級磁鐵陣列來刻蝕前一級磁場的刻蝕盲區，在垂直於靶材方向的靶材厚度起伏可以通過第二級磁鐵陣列的局部強弱來調節，垂直方向的靶材厚度起伏，可以通過第二級磁鐵陣列的運動速度來調節。
[0052]綜上所述，通過採用本實施例提供的方法對靶材進行刻蝕，可以提高靶材表面刻蝕的均勻性，使得各個區域靶材的消耗基本一致，從而大大提升靶材的利用率，且避免了兩級磁場之間相互串擾的影響。
[0053]以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本 發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種平面靶材的磁場結構，其特徵在於，包括:第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列，且第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列相互垂直，第一級磁鐵陣列通電，第二級磁鐵陣列斷電，形成平行於靶材的一級刻蝕跑道；第二級磁鐵陣列通電，第一級磁鐵陣列斷電，形成垂直於一級刻蝕跑道的二級刻蝕跑道。
2.如權利要求1所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述一級刻蝕跑道包括一級跑道刻蝕深區和一級跑道刻蝕淺區，所述二級刻蝕跑道包括二級跑道刻蝕深區和二級跑道刻蝕淺區。
3.如權利要求2所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕深區電場強度逐漸減弱，在一級跑道刻蝕淺區電場強度逐漸增強。
4.如權利要求1所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述一級刻蝕跑道包括兩直道部分和兩彎道部分，兩直道部分相互平行，兩彎道部分別在兩直線部分的兩端，並且連接兩直道部分，構成長條狀矩形。
5.如權利要求1所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述第二級磁鐵陣列為分段式結構，每一段利用獨立電源進行控制。
6.如權利要求5所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述第二級磁鐵陣列包括五段，第一段磁鐵和第五段磁鐵對應一級刻蝕跑道之外區域的靶材表面，第二段磁鐵和第四段磁鐵恰好對應一級刻蝕跑道所在的區域，第三段磁鐵對應一級刻蝕跑道以內區域的靶材表面。
7.如權利要求6所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述第一段磁鐵和第五段磁鐵連接第一電源，第二段磁鐵和第四段磁鐵連接第二電源，第三段磁鐵連接第三電源，第一電源、第二電源和第三電源分別為相應分段磁鐵提供電流大小不同的電源。
8.如權利要求1所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列均包括兩個極性反向設置的磁鐵。
9.如權利要求1所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述第一級磁鐵陣列和第二級磁鐵陣列均包括三個磁鐵，且每個磁鐵與相鄰的磁鐵極性相反。
10.如權利要求8或9所述的平面靶材的磁場結構，其特徵在於，所述磁鐵為電磁鐵或者永久磁鐵。
11.一種權利要求1-10中任一項所述的平面靶材的磁場結構的使用方法，其特徵在於，包括: 第一級磁鐵陣列通電，第二級磁鐵陣列斷電，第一級磁鐵陣列沿左右方向移動對靶材進行濺射，在靶材表面形成平行於靶材的一級刻蝕跑道； 第二級磁鐵陣列通電，第一級磁鐵陣列斷電，第二級磁鐵陣列沿上下方向移動對靶材表面繼續進行濺射，並根據一級刻蝕跑道的刻蝕程度調節第二級磁鐵陣列的電場強度和移動速度，形成垂直於靶材的二級刻蝕跑道。
12.如權利要求11所述的使用方法，其特徵在於，所述第二級磁鐵陣列在一級刻蝕跑道的直道部分的移動速度小於第二級磁鐵陣列在一級刻蝕跑道的彎道部分的移動速度。
13.如權利要求11所述的使用方法，其特徵在於，所述第二級磁鐵陣列對應不同位置的一級刻蝕跑道的電場強度通過電源提供的電流大小進行調節。
14.如權利要求13所述的使用方法，其特徵在於，第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕深區進行刻蝕時的第二電源的電流小於第三電源的電流，第二級磁鐵陣列在一級跑道刻蝕淺區進行刻蝕時的 第一電流大於第三電源的電流。
【文檔編號】C23C14/35GK103966567SQ201410186271
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】劉曉偉, 丁向前, 劉耀, 李梁梁, 白金超 申請人:京東方科技集團股份有限公司, 北京京東方顯示技術有限公司