[发明专利]一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶

说明书

本发明提供了一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶，所述磁靶包括靶材和磁铁；所述磁铁包括圆柱形磁铁和梅花形环状磁铁；所述圆柱形磁铁位于梅花形环状磁铁的中心；所述圆柱形磁铁与梅花形环状磁铁同圆心且磁铁高度相同。相比传统的圆形平面磁控靶枪的磁靶，本发明可以在磁控溅射过程中，增加靶材刻蚀槽的宽度，从而提高靶材的使用率。

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，具体地，涉及一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积的一种,它采用磁场与电场交互作用的模式，束缚电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击中性原子产生离子的概率。增加的离子密度减少了Crooke暗区，增加了靶材的离子轰击率，从而提高溅射速率。电子碰撞所产生的离子在电场作用下撞向靶面，从靶材上移走材料，发射的材料原子或者原子团簇向衬底表面扩散，并且被收集在表面，形成薄膜。

由于靶面的垂直磁场强度B_⊥对磁场中的电子束缚不起作用，起关键作用的是水平磁场分量B_∥。在距离内外两磁铁的中心位置，B_∥值最大。因此该区域束缚的电子最多，电子在磁场内做偏转运动时碰撞氩气分子，产生氩离子。大量氩离子受到靶材阴极电压的吸引，近似垂直向靶材运动，轰击靶材。该区域受到氩离子轰击最密集，刻蚀速率最快，逐渐产生刻蚀槽。随着刻蚀槽区域的靶材进一步消耗，靶面的继续下降，更强的磁力线露出靶面，对电子的束缚能力进一步增强，使其临界束缚区域变窄，于是被氩离子密集轰击的区域也随着变窄。在这种作用下，靶材上刻蚀槽的形状自然形成宽度收缩，中心加深的倒高斯分布，如图4。

刻蚀槽继续加深后底部变得更加陡直，会大大降低靶材的使用率，造成靶材的浪费，因此使用传统的磁控溅射磁靶对靶材的使用率只有30％左右。目前国内关于磁控溅射靶枪的专利有很多，但目前尚没有一款能够提高靶材使用率的圆形平面磁控靶枪的磁靶。

如公开号为CN 103668096 B的发明专利公开了一种条形磁铁、磁靶及磁控溅射设备，其在所述条形磁铁在中间区域设有凸起结构。该发明通过条形磁铁设有的凸起结构，在采用磁控溅射方式沉积薄膜过程中，为磁控溅射区域提供磁感应强度强弱分布均匀的磁场，确保沉积的薄膜厚度均匀。但该发明提供的磁靶不适用于圆形平面磁控靶枪的磁靶。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶。本发明针对磁控溅射中产生刻蚀槽这一事实，对磁靶的磁铁采用一个梅花形的特殊构造，其目的是为了增加刻蚀槽的长度，反映在需要溅射的靶材上，可以增加靶材上刻蚀槽的宽度，从而提高靶材的使用率。

本发明涉及磁控溅射镀膜设备使用的圆形平面靶枪磁靶，为磁控溅射镀膜靶枪的核心部分。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种提高靶材使用率的磁控溅射圆形平面靶枪的磁靶，所述磁靶包括靶材和磁铁；所述磁铁包括圆柱形磁铁和梅花形环状磁铁；所述圆柱形磁铁位于梅花形环状磁铁的中心；所述圆柱形磁铁与梅花形环状磁铁同圆心且磁铁高度相同。

优选地，所述梅花形环状磁铁的外凸部分为8或12个。这种设计既可以有效增加刻蚀槽的长度，同时兼顾增加刻蚀槽的宽度，最大化增加刻蚀区域的面积。

优选地，所述梅花形环状磁铁的外凸部分的磁场强度大于内凹部分的磁场强度。

优选地，在相同竖直高度处，所述梅花形环状磁铁的外凸部分的磁场强度为内凹部分的磁场强度的1.2-1.5倍。这种设计可以消除由于距离原因造成磁场强度不均匀，提高刻蚀区域的均匀性。

优选地，所述梅花形环状磁铁的外凸部分和内凹部分为半径相同的扇形结构。