[发明专利]一种磁铁旋转靶枪

说明书

本发明涉及真空镀膜设备技术领域，提出了一种磁铁旋转靶枪，包括设置在靶枪腔体内的由上至下依次设置的靶材、基板及磁控组件，磁控组件包括外圈磁铁、设置在外圈磁铁中心的中心磁铁及包覆外圈磁铁和中心磁铁的包覆层，增设了与磁控组件连接的驱动装置，驱动装置驱动磁控组件转动或者往复移动，基板包括上板及下板，上板与下板之间形成密封的冷却空腔，基板下方借助第一密封圈与靶枪腔体形成密封连接。通过上述技术方案，解决了现有技术中靶材刻蚀利用率低的问题。

技术领域

本发明涉及真空镀膜设备技术领域，具体的，涉及一种磁铁旋转靶枪。

背景技术

磁控溅射技术是物理气相沉积(PVD)技术中一个重要的技术分支，它采用磁场与电场共同作用的模式，束缚等离子体中的电子在靶材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。等离子体中的离子在电场作用下撞向靶面，从靶材上轰击出材料原子，发射的材料原子向衬底表面扩散，并且在其表面沉积，形成薄膜，其溅射源我们称为磁控溅射阴极(以下简称溅射阴极)或磁控溅射靶枪。按照使用靶材不同，又可以分为圆筒形溅射阴极(靶材是圆筒形状)和平板型溅射阴极(靶材是平板形状)，平面型溅射阴极又可以细分为矩形溅射阴极(靶材为矩形)和圆形溅射阴极(靶材为圆形)两种。

现有技术中，平面磁控溅射阴极，其磁场是固定的，等离子体的分布受磁场影响，而靶材溅射受到等离子体分布的影响。所以在磁控溅射中，靶材表面会形成所谓的“溅射环”或者“溅射跑道”，如图1所示(圆形和矩形都是这样)，靶材位于高真空腔体内，且靶材表面通入溅射用的氩气，外圈磁铁与中心磁铁在靶材表面形成磁场，靶材上施加溅射电压。现有平面磁控溅射技术靶材的利用率非常低，一般在30～35％导致下述几个问题：第一，靶材是溅射镀膜主要耗材，这样造成了很大的浪费，尤其是对贵重靶材；第二，更换靶材需要工艺腔室破真空放气到大气压下进行，降低了生产效率，且工艺腔室内部增加了被大气污染的机会；第三，导致溅射工艺不稳定，随着溅射环逐步加深，在同样工艺条件下(即溅射功率、工艺气体流量、工艺气体压力不变的情况下)，靶材溅射的速率会逐步降低，溅射出来靶材原子运动的发散角也会逐步变小！导致溅射工艺的不稳定；第四，很少被离子溅射到的靶材区域(中心磁铁正上方)会逐步积累一些杂质，这些杂质被溅射到基片上，会造成污染；

目前国内外各方也是采取各种方式提高靶材利用率，其中有两个改进方向，其一是改变靶材的形状，将靶材改为异形结构，但是靶材利用率提高有限，而且靶材加工成本提高；另外就是采用增加外圈磁环数量的方法，形成多个溅射环，增加溅射面积，但是这种方法靶材的利用率提升有限，靶枪成本增加；基于以上问题，急需一种高效、高利用率的新型溅射靶枪。

发明内容

本发明提出一种磁铁旋转靶枪，解决了现有技术中靶材刻蚀利用率与水密封寿命兼顾的问题。

本发明的技术方案如下：

一种磁铁旋转靶枪，包括设置在靶枪腔体内的由上至下依次设置的靶材、基板及磁控组件，所述磁控组件包括外圈磁铁、设置在所述外圈磁铁内侧的中心磁铁及包覆所述外圈磁铁和所述中心磁铁的包覆层，增设了与所述磁控组件连接的驱动装置，所述驱动装置驱动所述磁控组件转动或者往复移动，所述基板包括上板及下板，所述上板与所述下板之间形成密封的冷却空腔，所述基板下方借助第一密封圈与靶枪腔体形成密封连接。

所述上板与所述下板之间增设有第二密封圈，所述冷却空腔内通冷却剂。

所述上板为无氧铜，所述下板为非导磁金属。

所述磁控组件与所述基板之间存在间距，间距为1～2mm。

所述靶材和所述基板为圆形或者矩形，所述外圈磁铁包括外轮廓部和内凹部，所述内凹部靠近所述中心磁铁。

所述驱动装置为电机或者电缸。

所述包覆层为绝缘层。