[发明专利]一种用于超高真空的磁控溅射靶

说明书

本发明申请是200910084481.8号发明申请的分案申请，原申请的申请日为2009年5月15日，申请号为200910084481.8，发明名称为一种用于超高真空的磁控溅射靶以及靶中磁体的制备工艺。

技术领域

本发明涉及磁控溅射真空镀膜技术，尤指一种磁控溅射靶以及靶体中磁体的制备工艺。

背景技术

真空镀膜技术在各种工业和科研领域中有着很广泛的应用，特别在涉及到高科技行业的领域如磁盘制造、太阳能电池、微加工器件制造、IC电子行业等。磁控溅射工艺具有成膜效率高、成膜致密、薄膜与衬底结合力强、适合于生长各种材料薄膜、沉积温度低、可以在很长时间内维持稳定的成膜速率、成膜可重复性高、适合于大批量工业生产等优点。

磁控溅射在永磁体产生的静磁场作用下，阴极发射出的电子被约束在靶面附近的区域内，极大的增强了靶面附近的电离能力，提高了靶面附近等离子体浓度，因此可以大大提高溅射的效率，是目前使用最为广泛的溅射方法之一。但由于受磁场的限制，只有在靶面附近磁场平行分量较强的区域电离度增强，因此靶面上只有部分区域被集中溅射，溅射过后在靶面上留下一道环形“跑道”状的凹坑，导致靶材的利用率较低，一般在10～30％之间。移动磁体的方法可以将靶材的利用率提高到40～50％，但降低了溅射的稳定性和可靠性，且设计结构复杂，难于推广应用。而将磁控溅射靶应用到超高真空，更需要考虑靶的精简设计，复杂的靶结构会造成很多真空死角，并且会增加靶的真空放气率，从而无法获取超高真空，同时影响到溅射成膜的质量。

磁控溅射靶一般由靶阴极、接地保护鞘(阳极)、磁体、水冷部分、电极和密封部分等组成。阴极与阳极之间必须绝缘以保证溅射能正常工作，一般的做法是在阴极与阳极之间加一层绝缘材料，例如聚四氟乙烯、陶瓷等。绝缘层与阴极、阳极之间均需要做真空密封，而由于金属密封必须使用无氧铜圈或金属丝并用金属(一般为不锈钢)螺钉紧固，这些都是电良导体，所以在密封绝缘层时不能使用，一般采用O型圈来完成真空密封，加上水冷槽的密封，一般一个靶需要使用2～4个O型圈。O型圈数量的增加在超高真空应用中是应该尽量避免的，因为它具有非常持久和大量的放气，并且不能做较高温度的烘烤，直接影响到真空室超高真空的获取。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种适用于超高真空的磁控溅射靶。

本发明的另一目的在于提供一种磁控溅射靶体中磁体的制备工艺。

本发明的磁控溅射靶体中磁体的制备工艺，具体步骤为：1)建立磁体几何模型；2)对几何模型进行网格化；3)确定磁体的物理参数，包括相对磁导率和矫顽力；4)确定有限元分析的边界条件，根据有限元分析算法得出磁场在空间中的分布图像；5)从步骤4)中的分布图像中抽取磁体极面以上3～6mm区域内的磁场平行分量并绘制曲线；6)改变磁体尺寸、大小，重新进行计算，得到一个最适合所需应用到的靶材尺寸；7)改变磁体磁极面的锥角角度，重新进行计算，得到一个最佳的角度，使得磁场平行分量在磁体极面以上3～6mm区域内分布尽可能宽广而均匀；8)选用合适的永磁体材料，根据所设计的尺寸和形状加工磁体并充磁。

进一步，步骤1)中所述磁体为对称结构时，取所述磁体中心截面来建立二维模型。

进一步，所述永磁体材料为钕铁硼或者铝镊钴烧结合金。

进一步，所述靶体采用无氧铜或紫铜一体加工。

进一步，所述磁体的形状为圆柱、圆环或矩形。

进一步，所述有限元的边界条件为远场边界条件。

本发明的磁控溅射靶，包括靶阴极和靶阳极，所述靶阳极包括靶顶法兰和接地外鞘，靶顶法兰与接地外鞘相连，靶阳极的上部密封，靶阴极包括靶体，靶体通过靶阳极上设置的绝缘连接件与靶阳极不接触的设置在接地外鞘中，并且靶体上表面与靶阳极之间通过一道O型圈密封，所述靶体下表面上紧密固定靶材，靶材下部的接地外鞘上设置有与靶材大小相配的通孔。

进一步，所述绝缘连接件包括螺钉和绝缘陶瓷保护套，螺钉上部容置在所述靶顶法兰上设置的与螺钉上端相配的卡槽中，螺钉与卡槽接触的外表面上设置有绝缘陶瓷保护套，螺钉下部的螺纹端与所述靶体螺纹连接。

进一步，所述靶体上设置有靶电极柱，靶体内设置有水冷装置和磁体，靶体上表面设置有通孔，该通孔以下部分的靶体内设置有容置水冷装置和磁体的凹槽，所述通孔与凹槽连通，该通孔上设置封盖将所述靶体内密封，封盖上设置有将所述磁体固定在所述凹槽中的调整螺钉。