磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備的製作方法

2023-09-12 13:53:25

專利名稱：磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及磁控濺射技術領域，尤其涉及一種磁靶及具有 該磁靶的磁控濺射設 備。
背景技術：
在磁控濺射過程中，為了得到較高的靶材原子沉積速率需要較高的起輝氣體電離 度，而為了得到較高的起輝氣體電離度就必須保證電子與起輝氣體分子有足夠大的碰撞 機率，因此磁控濺射設備中採用附著磁靶來控制電子的運動軌跡，使其運動軌跡呈螺線形 (如圖1所示)。其中，電子在磁場中運動時，由於電子的運動速度與磁場方向存在一定夾角，電子 受到洛侖茲力的作用，呈圓周運動；又由於電場的作用，使得電子在電場線反方向上具有加 速度，因此電子在磁場和電場的共同作用下螺旋前進，延長了運動路徑，同時提高了電子與 起輝氣體分子的碰撞機率。目前的磁靶大多採用固定的條形永磁鐵來為濺射提供磁場，具體如圖2和圖3所 示，所述磁靶中的多個條形永磁鐵並排固定在固定板3上，所述條形永磁鐵包括間插排布 的內部N極、外圍S極的條形永磁鐵1和內部S極、外圍N極的條形永磁鐵2。由於固定磁 靶中條形永磁鐵本身磁場分布的特點，不能在磁控濺射區域產生平行於靶材的磁感應強度 均勻的磁場；位於這樣的非均勻磁場中不同位置的電子受到洛侖茲力的影響也不同在磁 感應強度較大的地方，電子做圓周運動的周期較小，因此會呈現出更為明顯的螺旋運動，此 處的電子與起輝氣體分子碰撞使起輝氣體分子電離的機率也就比較大；因此，如圖4所示， 磁感應強度較大區域對應的靶材受到起輝氣體離子轟擊的機率比其它部分的靶材受到起 輝氣體離子轟擊的機率要大，從而導致靶材區域性消耗嚴重，降低靶材壽命。由於磁鐵做勻速運動的時候，其運動軌跡所覆蓋的區域內單位時間裡所產生的磁 感應強度基本相同；因此基於這一原理，現有技術中存在多種通過運動磁靶來提高磁感應 強度均勻性，從而解決磁控濺射設備中靶材區域性消耗嚴重問題的方案，其中一種改進方 案是如圖5和圖6所示，將多個內部N極、外圍S極的條形永磁鐵1和多個內部S極、 外圍N極的條形永磁鐵2間插並排固定到兩個與所述永磁鐵垂直的條形固定板3上，使所 述固定板3在平行於靶材的平面上做往復運動，從而改善磁控濺射區域中磁感應強度的均 勻性；但是，由於在磁靶運動的過程中，磁靶運動速率會不斷變化，其在運動路徑的中間部 分速率最大、邊緣部分速率最小，因此只能夠稍微改善靶材中央區域的磁感應強度均勻性， 對靶材邊緣部分的磁感應強度均勻性改善卻非常有限。因此，通過實施該改進方案，也只能 改善靶材中部的區域性消耗嚴重的問題，而靶材邊緣部分的區域性消耗還是很嚴重。相對於上述改進方案，還存在另外一種更優的方案來改善靶材區域性消耗嚴重的 問題，具體如下如圖7和圖8所示，將多個內部N極、外圍S極的條形永磁鐵1和多個內部S極、外圍N極的條形永磁鐵2間插並排固定到勻速轉動的履帶4上，使條形永磁鐵平行於靶材 平面做周期性運動，從而在磁控濺射區域內形成磁感應強度比較均勻的磁場。該方案不僅 改善了靶材中央區域的磁感應強度均勻性，而且可以改善靶材邊緣部分的磁感應強度均勻 性；但是，該方案對磁場均勻度的改善主要體現在靶材運動的方向上，對於垂直於運動方向 上的磁場均勻度基本上沒有改進。

發明內容
本發明的實施例提供一種磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備，能夠改善靶材區域 性消耗嚴重的問題。為達到上述目的，本發明的實施例採用如下技術方案一種磁靶，包括固定板和磁鐵，其中，所述固定板的板面上樞接有繞樞接軸轉動的 連杆，所述樞接軸排成陣列，且每個連杆的自由端連接有磁鐵；所述磁鐵包括間插排布的外 圍S極磁鐵和外圍N極磁鐵。一種磁控濺射設備，包括靶材、背板以及磁靶，所述背板的一側固設有靶材，所述 背板的另一側設有磁靶，且所述磁靶包括固定板和磁鐵；其中，所述磁靶的固定板的板面上 樞接有繞樞接軸轉動的連杆，所述樞接軸排成陣列，且每個連杆的自由端連接有磁鐵；所述 磁鐵包括間插排布的外圍S極磁鐵和外圍N極磁鐵。本發明實施例提供的磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備，通過設置可繞固定點勻 速率轉動的磁鐵來為磁控濺射區域提供磁場，使每個磁鐵轉動時所覆蓋的區域在單位時間 內的平均磁感應強度保持不變，這樣在磁控濺射區域可以形成磁感應強度相對均勻的磁 場；而且，本發明實施例提供的磁靶中的磁鐵做勻速圓周運動，使得平行於靶材的平面中相 互垂直的兩個方向上磁感應強度均勻度都能得到改善。相對於現有技術，本發明實施例提 供的磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備，可以明顯改善磁控濺射設備中靶材區域性消耗嚴 重的問題。


圖1為磁控濺射設備中電子運動軌跡示意圖；圖2為現有技術中固定磁靶結構的平面圖；圖3為圖2所示磁靶結構沿A-A線的剖視圖；圖4為現有磁控濺射設備中靶材區域性消耗的示意圖；圖5為現有技術中可往復運動的磁靶結構的平面圖；圖6為圖5所示磁靶結構沿B-B線的剖視圖；圖7為現有技術中履帶式磁靶結構的平面圖；圖8為圖7所示磁靶結構沿C-C線的剖視圖；圖9為本發明實施例中的磁靶結構的局部平面圖；圖10為本發明實施例中磁鐵陣列的示意圖；圖11為本發明實施例中磁控濺射設備的結構示意圖；附圖標記1-內部N極、外圍S極的條形永磁鐵；2-內部S極、外圍N極的條形永 磁鐵；3-固定板；4-履帶；5-固定板；6-連杆；7-圓形磁鐵；71-外圍S極磁鐵；72-外圍N極磁鐵；8-樞接軸；9-靶材；10-背板；11-磁靶；12-驅動裝置。
具體實施例方式為了能夠更好地改善磁控濺射設備中靶材區域性消耗嚴重的問題，本發明的實施 例提供一種磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備。下面結合附圖對本發明實施例提供的磁靶 及具有該磁靶的磁控濺射設備進行詳細描述。實施例一圖9所示為本發明實施例提供的磁控濺射設備中磁靶結構的局部示意圖。本發明 實施例提供的磁控濺射設備的磁靶，包括固定板5、連杆6以及磁鐵7 ；在所述固定板5的板 面上樞接有繞樞接軸8轉動的連杆6，所述樞接軸8在固定板5的板面上排成陣列，且每個 連杆6的自由端連接有磁鐵；所述磁鐵包括間插排布的中心N極、外圍S極的磁鐵(以下簡 稱外圍S極磁鐵)和中心S極、外圍N極的磁鐵(以下簡稱外圍N極磁鐵)。其中，所述磁鐵7優選為圓形磁鐵；這樣，上述外圍S極磁鐵就是中心N極、外圍S 極的圓形磁鐵，上述外圍N極磁鐵就是中心S極、外圍N極的圓形磁鐵。而且，所述連杆6與所述圓形磁鐵7之間的連接方式可以是直接焊接，也可以是通 過樞接軸8進行樞接。由於本發明實施例中所用的磁鐵為圓形磁鐵，因此這裡只要將圓形 磁鐵7焊接到所述連杆6上即可。由於所述樞接軸8在固定板5上呈陣列形式排布，那麼在連杆6的自由端上連接 的圓形磁鐵7也就形成了一個如圖10所示的磁鐵陣列，在該磁鐵陣列的每一行中至少包 括一個外圍S極磁鐵71和一個外圍N極磁鐵72 ；同樣，在該磁鐵陣列的每一列中至少包 括一個外圍S極磁鐵71和一個外圍N極磁鐵72。為了能夠為磁控濺射設備的磁控濺射區域提供磁感應強度更均勻的磁場，就需要 使本發明實施例提供的磁靶中每個圓形磁鐵7繞一固定點做勻速圓周運動，所述固定點就 是所述連杆6與固定板5進行連接的樞接軸8所在的位置。這樣可以使每個磁鐵在其轉動 所覆蓋的區域內單位時間裡所產生磁場的磁感應強度基本相同，從而在磁控濺射區域形成 磁感應強度相對均勻的磁場。其中，所有圓形磁鐵對應的連杆的初始位置都是一樣的，從而保證在勻速轉動的 過程中所有圓形磁鐵對應的連杆能夠始終保持同步。在本發明實施例中，固定板5的尺寸、圓形磁鐵7的半徑、連杆6的長度以及每兩 個圓形磁鐵的間距都需要根據靶材尺寸以及靶材材質進行綜合考慮，不過所有參數一定要 保證在磁靶的圓形磁鐵做勻速圓周運動的過程中靶材能夠始終位於所述磁靶提供的磁場 範圍內。本發明實施例提供的磁靶，通過控制圓形磁鐵繞一個固定點做勻速圓周運動，運 動過程中同一個圓形磁鐵上各點的速率保持不變，使得每個圓形磁鐵在其轉動所覆蓋的區 域內單位時間裡所產生的磁感應強度基本相同，從而可以為磁控濺射區域提供更為均勻的 磁場；而且，本發明實施例提供的磁靶中的磁鐵做勻速圓周運動，使得平行於靶材的平面中 相互垂直的兩個方向上磁感應強度均勻度都能得到改善。實施例二 本發明實施例提供的磁靶，在實施例一提供的磁靶的基礎上，進一步以圓形電磁鐵來代替傳統磁靶中所使用的永磁鐵，且所述圓形電磁鐵包括間插排布的中心N極、外圍S 極的圓形電磁鐵(以下簡稱外圍S極電磁鐵)和中心S極、外圍N極的圓形電磁鐵(以下 簡稱外圍N極電磁鐵)。所述圓形電磁鐵焊接在連杆6的自由端；由於所述樞接軸8在固定板5上呈陣列 形式排布，那麼在連杆6的自由端上連接的圓形電磁鐵也就形成了一個電磁鐵陣列，在該 電磁鐵陣列的每一行中至少包括一個外圍S極電磁鐵和一個外圍N極電磁鐵；同樣，在該 電磁鐵陣列的每一列中至少包括一個外圍S極電磁鐵和一個外圍N極電磁鐵。在上述電磁鐵陣列中，所有圓形電磁鐵的控制線分別由獨立電源控制；這樣可以 方便地對每個圓形電磁鐵單獨進行控制，比如調節其中某一個圓形電磁鐵的電流，從而可 以調節靶材上某個區域對應的磁感應強度的大小。在本發明實施例中，固定板的尺寸、圓形電磁鐵的半徑、連杆的長度、每兩個圓形 電磁鐵的間距以及圓形電磁鐵線圈的初始電流大小都需要根據靶材尺寸以及靶材材質進 行綜合考慮，不過所有參數一定要保證在磁靶的圓形電磁鐵做勻速圓周運動的過程中靶材 能夠始終位於所述磁靶提供的磁場範圍內。本發明實施例提供的磁靶，利用圓形電磁鐵來為磁控濺射區域提供磁場，通過控 制圓形電磁鐵繞一個固定點做勻速圓周運動，運動過程中同一個圓形電磁鐵上各點的速率 保持不變，使得每個圓形電磁鐵在其轉動所覆蓋的區域內單位時間裡所產生的磁感應強度 基本相同，從而可以為磁控濺射區域提供更為均勻的磁場；在此基礎上，本發明實施例提供 的磁靶，還可以通過調節某個圓形電磁鐵的線圈電流來控制該圓形電磁鐵產生的磁感應強 度，這樣不僅能更好地調節磁控濺射區域的磁場分布，使其更加趨向於磁感應強度均勻的 磁場，達到靶材均勻消耗，提高靶材使用壽命的效果，而且能夠根據當前沉積膜層的均勻度 來調節某個區域內的圓形電磁鐵的線圈電流，從而消除由濺射腔內部靶材與玻璃基板之間 距離不均或濺射腔內起輝氣體分布不均等引起的膜層均勻性的差異，進而達到提高產品性 能的效果。實施例三本發明實施例還提供一種具有上述磁靶的磁控濺射設備，如圖11所示，包括靶 材9、背板10以及磁靶11，背板10的一側固設有靶材9，另一側設有磁靶11 ；現結合圖9 和圖10，對本發明實施例提供的磁控濺射設備的結構做進一步詳述在磁靶11的固定板5 的板面上樞接有繞樞接軸8轉動的連杆6，所述樞接軸8在固定板5的板面上排成陣列，且 每個連杆6的自由端連接有磁鐵7 ；所述磁鐵7包括間插排布的中心N極、外圍S極的磁鐵 71 (以下簡稱外圍S極磁鐵)和中心S極、外圍N極的磁鐵72 (以下簡稱外圍N極磁鐵)。其中，所述磁鐵7優選為圓形磁鐵；這樣，上述外圍S極磁鐵71就是中心N極、夕卜 圍S極的圓形磁鐵，上述外圍N極磁鐵72就是中心S極、外圍N極的圓形磁鐵。而且，所述連杆6與所述圓形磁鐵7之間的連接方式可以是直接焊接，也可以是通 過樞接軸進行樞接。由於本發明實施例中所用的磁鐵為圓形磁鐵，因此這裡只要將圓形磁 鐵焊接到所述連杆上即可。由於所述樞接軸8在固定板5上呈陣列形式排布，那麼在連杆6的自由端上連接 的圓形磁鐵7也就形成了一個磁鐵陣列，在該磁鐵陣列的每一行中至少包括一個外圍S極 磁鐵71和一個外圍N極磁鐵72 ；同樣，在該磁鐵陣列的每一列中至少包括一個外圍S極磁鐵71和一個外圍N極磁鐵72。為了能夠為磁控濺射設備的磁控濺射區域提供磁感應強度更均勻的磁場，就需要 本發明實施例提供的磁控濺射設備控制磁靶中每個圓形磁鐵繞一固定點做勻速圓周運動， 所述固定點就是所述磁靶中的連杆與固定板進行連接的樞接軸8所在的位置。這樣，每個 磁鐵在其轉動所覆蓋的區域內單位時間裡所產生磁場的磁感應強度基本相同，從而在磁控 濺射區域形成磁感應強度相對均勻的磁場。此外，本發明實施例提供的磁控濺射設備中所有連杆的初始位置都是一樣的；而 且，本發明實施例提供的磁控濺射設備還包括一個驅動裝置12，該驅動裝置12用於控制所 有的連杆的轉動方向及轉動速率，使其在轉動的時候始終保持同步。本發明實施例提供的磁控濺射設備，通過控制其磁靶中的圓形磁鐵繞一個固定點 做勻速圓周運動，運動過程中同一個圓形磁鐵上各點的速率保持不變，使得每個圓形磁鐵 在其轉動所覆蓋的區域內單位時間裡所產生的磁感應強度基本相同，從而為磁控濺射區域 提供更為均勻的磁場；而且，本發明實施例提供的磁控濺射設備的磁靶中的磁鐵做勻速圓 周運動，使得平行於靶材的平面中相互垂直的兩個方向上磁感應強度均勻度都能得到改善。實施例四本發明實施例提供的磁控濺射設備，在實施例三提供的磁控濺射設備的基礎上， 進一步以圓形電磁鐵代替傳統磁控濺射設備中所使用的永磁鐵來提供磁場，且所述圓形電 磁鐵包括間插排布的外圍S極電磁鐵和外圍N極電磁鐵。本發明實施例提供的磁控濺射設備中，其磁靶中的圓形電磁鐵焊接在連杆6的自 由端；由於所述樞接軸8在磁靶的固定板5上呈陣列形式排布，那麼在連杆6的自由端上連 接的圓形電磁鐵也就形成了一個電磁鐵陣列，在該電磁鐵陣列的每一行中至少包括一個 外圍S極電磁鐵和一個外圍N極電磁鐵；同樣，在該電磁鐵陣列的每一列中至少包括一個 外圍S極電磁鐵和一個外圍N極電磁鐵。在上述電磁鐵陣列中，所有圓形電磁鐵的控制線分別連接到獨立的電源輸出端， 這樣可以方便地對每個圓形電磁鐵單獨進行控制，比如調節其中某一個圓形電磁鐵的電 流，從而可以調節靶材上某個區域對應的磁感應強度的大小。本發明實施例提供的磁控濺射設備，其磁靶利用圓形電磁鐵來為磁控濺射區域提 供磁場，通過控制圓形電磁鐵繞一個固定點做勻速圓周運動，運動過程中同一個圓形電磁 鐵上各點的速率保持不變，使得每個圓形電磁鐵在其轉動所覆蓋的區域內單位時間裡所產 生的磁感應強度基本相同，從而可以為磁控濺射區域提供更為均勻的磁場；在此基礎上，本 發明實施例提供的磁控濺射設備，還可以通過調節磁靶中某個圓形電磁鐵的線圈電流來控 制該圓形電磁鐵產生的磁感應強度，這樣不僅能更好地調節磁控濺射區域的磁場分布，使 其更加趨向於磁感應強度均勻的磁場，達到靶材均勻消耗，提高靶材使用壽命的效果，而且 能夠根據當前沉積膜層的均勻度來調節磁靶中某個區域內的圓形電磁鐵的線圈電流，從而 消除由濺射腔內部靶材與玻璃基板之間距離不均或濺射腔內起輝氣體分布不均等引起的 膜層均勻性的差異，進而達到提高產品性能的效果。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
一種磁靶，包括固定板和磁鐵，其特徵在於，所述固定板的板面上樞接有繞樞接軸轉動的連杆，所述樞接軸排成陣列，且每個連杆的自由端連接有磁鐵；所述磁鐵包括間插排布的外圍S極磁鐵和外圍N極磁鐵。
2.根據權利要求1所述的磁靶，其特徵在於，所述磁鐵為圓形磁鐵，所述外圍S極磁鐵 為中心N極、外圍S極的圓形磁鐵，所述外圍N極磁鐵為中心S極、外圍N極的圓形磁鐵。
3.根據權利要求2所述的磁靶，其特徵在於，所述磁鐵焊接到連杆的自由端。
4.根據權利要求1所述的磁靶，其特徵在於，所述連杆排成至少兩行、至少兩列的陣列。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的磁靶，其特徵在於，所述磁鐵為電磁鐵。
6.一種磁控濺射設備，包括靶材、背板以及磁靶，所述背板的一側固設有靶材，所述背 板的另一側設有磁靶，且所述磁靶包括固定板和磁鐵；其特徵在於，所述磁靶的固定板的板 面上樞接有繞樞接軸轉動的連杆，所述樞接軸排成陣列，且每個連杆的自由端連接有磁鐵； 所述磁鐵包括間插排布的外圍S極磁鐵和外圍N極磁鐵。
7.根據權利要求6所述的磁控濺射設備，其特徵在於，所述磁鐵為圓形磁鐵，所述外圍 S極磁鐵為中心N極、外圍S極的圓形磁鐵，所述外圍N極磁鐵為中心S極、外圍N極的圓形 磁鐵。
8.根據權利要求6所述的磁控濺射設備，其特徵在於，所述磁鐵焊接到連杆的自由端。
9.根據權利要求6所述的磁控濺射設備，其特徵在於，所述連杆排成至少兩行、至少兩 列的陣列。
10.根據權利要求6至9中任意一項所述的磁控濺射設備，其特徵在於，所述磁鐵為電磁鐵。
11.根據權利要求10所述的磁控濺射設備，其特徵在於，所有電磁鐵的控制線分別連 接到獨立的電源輸出端。
12.根據權利要求6所述的磁控濺射設備，其特徵在於，還包括驅動裝置； 所述驅動裝置控制所有的連杆在轉動時始終保持同步。
全文摘要
本發明公開了一種磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備，涉及磁控濺射技術領域，用以改善靶材區域性消耗嚴重的問題。本發明實施例提供的磁靶，包括固定板和磁鐵，而且所述固定板的板面上樞接有繞樞接軸轉動的連杆，所述樞接軸排成陣列，且每個連杆的自由端連接有磁鐵；所述磁鐵包括間插排布的外圍S極磁鐵和外圍N極磁鐵。本發明實施例提供的磁靶及具有該磁靶的磁控濺射設備適用於改善磁控濺射設備中靶材區域性消耗嚴重的問題。
文檔編號C23C14/35GK101805889SQ20091007807
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月13日 優先權日2009年2月13日
發明者張文餘, 趙鑫 申請人:北京京東方光電科技有限公司