[发明专利]旋转阴极磁棒及具有旋转阴极磁棒的旋转靶材

说明书

技术领域

    本发明属于溅射镀膜关键工艺装备，尤其是涉及一种旋转阴极磁棒及具有旋转阴极磁棒的旋转靶材。

背景技术

磁控溅射镀膜是目前应用广泛的镀膜沉积工艺。溅射镀膜的原理是惰性气体在电场作用下，对靶材表面进行轰击，靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来，飞溅到基板上沉积成膜。在镀膜过程中，对磁控溅射镀膜设备的质量要求很高，其中尤为重要的是磁控溅射阴极的磁场强度分布。通常镀膜过程中因靶材两端部磁场强度与靶材中部的磁场强度比例不当，造成靶材端部区的蚀刻速度比靶材中部区的蚀刻速度快，使得靶材表面整体蚀刻轮廓不均匀，尤其是靶材两端部出现过深蚀刻槽而靶材中间部位蚀刻较浅，则实际使用时需根据靶材蚀刻槽最深部位深度接近于靶材厚度时决定是否更换新的靶材，靶材两端部出现蚀刻槽过深会造成靶材中间部位靶材浪费，使得靶材使用率降低，增加了镀膜成本。

发明专利申请CN103050358A公开了一种平面磁控溅射阴极，其包括靶材、磁体装置和磁靴。该发明改进现有技术中具有三个磁铁的磁体装置，将磁铁装置设置为具有分别设置于靶材两侧和中间的三第一磁体和对称设置于靶材中间的第一磁体两侧的二第二磁体组，并设置相邻的二第一磁体的极性以及相邻的二第二磁体组的极性排布相反，使得靶材表面的磁场强度分布更加均匀，提高靶材的利用率。但是，该发明仅是改进平面靶材表面的磁场分布，平面靶材相较于旋转靶材的利用率低；同时所述磁体装置的磁场强度的改进仅是垂直靶材表面方向的磁场强度的改进，未对平行靶材表面方向的磁场强度改进，因此所述发明适用性不强，不能根据靶材类型精确控制磁场强度分布，尤其不能用于提高旋转靶材的利用率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种精确控制磁场强度分布以优化靶材端部蚀刻槽的旋转阴极磁棒及具有旋转阴极磁棒的旋转靶材。

本发明的技术方案是提供一种旋转阴极磁棒，包括磁棒支架及分布在其表面的磁铁，其特征在于，所述磁铁包括设置在所述磁棒支架端部区的均有按照至少一种排列曲率分布的第一组磁铁；以及设置在所述磁棒支架中部区的第二组磁铁；所述第一、第二组磁铁由多块方形磁铁组成。所述旋转阴极磁棒用于磁控溅射沉积过程，通过在其磁棒支架端部区和中部区分别排列不同大小磁铁以使磁棒表面形成均匀的磁场强度分布，优化磁棒支架端部区和中部区的磁场强度比率，这样镀膜时靶材两端部表面蚀刻深度小于或等于靶材中部的蚀刻深度，进而提高靶材使用率。

所述第一、第二组磁铁中的磁铁分别固定排列在所述磁棒支架的表面，磁铁表面按照圆弧轮廓设计。

所述第一组磁铁中的多块磁铁在磁棒支架端部区按不同排列曲率排列成在V型和

┕┙型之间变化的任一弧度的U型。

所述第二组磁铁包括奇数N列磁场方向垂直于所述磁棒支架表面的磁铁以及偶数N-1列磁场方向平行于所述磁棒支架表面的磁铁；磁场方向垂直于所述磁棒支架表面的奇数N列磁铁与磁场方向平行于所述磁棒支架表面的偶数N-1列磁铁交替且平行分布在所述磁棒支架的中部区; 磁场方向垂直于所述磁棒支架表面的奇数N列磁铁中的相邻列磁铁极性相反，而同一列上相邻磁铁极性相同；磁场方向平行于所述磁棒支架表面的偶数N-1列磁铁中的相邻列磁铁极性相反，而同一列上相邻磁铁极性相同。

所述磁棒支架为非磁性材料制成的棒。

所述第一组磁铁中的磁铁尺寸比所述第二组磁铁中的磁铁尺寸小。

本发明的另一技术方案是提供一种具有所述旋转阴极磁棒的旋转靶材，所述靶材内部有靶材背管和一根或两根设置于旋转靶材内部的磁棒，其特征在于，按照圆弧轮廓排列的第一、第二组磁铁的圆弧面半径小于靶材背管的内表面圆弧面半径。所述靶材因安装其内的阴极磁棒上不同磁铁排列而形成的磁场强度分布，使得其在磁控溅射沉积过程中被均匀蚀刻，也就是说，所述靶材端部区和中部区的蚀刻速度均匀，避免靶材过度蚀刻至背管材料。同时，还从结构尺寸方面对磁铁圆弧面半径进行改进，以避免磁铁碰撞靶材背管的内表面。

所述第一组磁体构成的弯曲磁场的平行于靶材表面方向分量的磁场强度为所述第二组磁铁构成的平行磁场的平行于靶材表面方向分量的磁场强度的20%~40%。

所述第二组磁铁构成的平行磁场的平行于靶材表面方向分量的最大磁场强度为300-1200高斯。

所述弯曲磁场及平行磁场的磁场强度可通过选用不同的磁铁材料型号、宽度和厚度来调节。

本发明的有益效果：