一種平面靶材的磁場結構及其使用方法和磁控濺射設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平面靶材的磁場結構及其使用方法和磁控濺射設備，其中平面靶材的磁場結構包括第一級磁鐵和第二級磁鐵，第二級磁鐵設置在第一級磁鐵的空隙中，且第二級磁鐵到靶材表面的垂直距離大于第一級磁鐵到靶材表面的垂直距離。通過增加與原來第一級磁鐵向平行的第二級磁鐵，兩級磁鐵相結合使得在第一級磁鐵在靶材表面形成磁場的薄弱區(qū)域上有第二級磁鐵產生的磁場作為彌補，改善靶材表面磁場的均勻性，從而使得靶材表面的等離子密度趨于均勻，保證靶材消耗不會出現有的部分過快的問題，可以改善靶材表面的刻蝕均勻性，從而提高靶材的使用率。通過具有該磁場結構的靶材對基板進行濺射，可以保證基板上成膜的均勻性。
【專利說明】一種平面靶材的磁場結構及其使用方法和磁控濺射設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁控濺射【技術領域】，特別涉及一種平面靶材的磁場結構及其使用方法和磁控濺射設備。
【背景技術】
[0002]磁控濺射技術真空鍍膜工藝中最重要的設備之一，磁控濺射是在二極濺射中增加一個平行于靶表面的封閉磁場，借助于靶表面上形成的正交電磁場，把二次電子束縛在靶表面特定區(qū)域來增強電離效率，增加離子密度和能量，從而實現高速率濺射的過程。磁控濺射技術被廣泛使用在工業(yè)上的很多領域，目前普遍采用的平面靶材的磁場結構。
[0003]在現有大型磁控濺射設備中，平面靶材一般采用如圖1所示的磁鐵分布。這種單層的磁鐵分布造成靶材表面磁場分布不均勻，在磁力線較強的區(qū)域，束縛的等離子體較多，此區(qū)域等離子體密度較大，對靶材的刻蝕速率也較大，導致在靶材表面出現刻蝕不均勻的情況，如圖2所示，有的區(qū)域靶材先消耗完，在靶材先消耗完的位置形成波谷。其中將磁鐵I固定在靶材3上時一般是通過如圖2所示的固定板4實現的，如果繼續(xù)對該靶材3進行刻蝕，則會對波谷位置靶材3下方的固定板4造成損傷，這樣導致雖然其它區(qū)域到的靶材還有很多剩余，但是該靶材卻不能繼續(xù)使用，必須更換新的靶材，造成靶材的使用率很低。
[0004]可見現有技術中的磁控濺射設備對靶材的利用率很低，浪費資源，增加加工成本。

【發(fā)明內容】
[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是如何提高磁控濺射設備對靶材的利用率。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種平面靶材的磁場結構，包括第一級磁鐵和第二級磁鐵，第二級磁鐵設置在第一級磁鐵的空隙中，且第二級磁鐵到靶材表面的垂直距離大于第一級磁鐵到靶材表面的垂直距離。
[0009]進一步地，第一級磁鐵和第二級磁鐵平行設置。
[0010]進一步地，第一級磁鐵和第二級磁鐵通過固定板設置在靶材上。
[0011]進一步地，所述固定板上具有凹槽，將第一級磁鐵固定在凹槽中，將第二級磁鐵固定在固定板表面凹槽之外的位置。
[0012]進一步地，所述固定板上具有凸出于固定板平面的凸點，第一級磁鐵固定在固定板平面上，第二級磁鐵固定在凸點位置。
[0013]進一步地，還包括第三級磁鐵，設置在第二級磁鐵的空隙中或者位于第一級磁鐵的空隙同時也位于第一級磁鐵的空隙中。
[0014]進一步地，第一級磁鐵、第二級磁鐵以及第三級磁鐵為電磁鐵或永久磁鐵。
[0015]為解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種平面靶材的磁場結構的使用方法，利用靠近靶材的第一級磁鐵對靶材表面進行一級濺射，一級濺射完成后，遠離靶材的第二級磁鐵繼續(xù)對靶材表面進行二級濺射，且二級濺射的位置位于靶材上一級濺射未到達的區(qū)域。
[0016]進一步地，二級濺射完成后，第三級磁鐵繼續(xù)對靶材表面進行三級濺射，且三級濺射的位置位于靶材上一級濺射和二級濺射未均到達的區(qū)域。
[0017]為解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種磁控濺射設備，該磁控濺射設備中包括以上所述的平面靶材的磁場結構。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明實施例提供的一種平面靶材的磁場結構，包括第一級磁鐵和第二級磁鐵，第二級磁鐵設置在第一級磁鐵的空隙中，且第二級磁鐵到靶材表面的垂直距離大于第一級磁鐵到靶材表面的垂直距離。通過增加與原來第一級磁鐵向平行的第二級磁鐵，兩級磁鐵相結合使得在第一級磁鐵在靶材表面形成磁場的薄弱區(qū)域上有第二級磁鐵產生的磁場作為彌補，改善靶材表面磁場的均勻性，從而使得靶材表面的等離子密度趨于均勻，保證靶材消耗不會出現有的部分過快的問題，可以改善靶材表面的刻蝕均勻性，從而提高靶材的使用率。通過具有該磁場結構的靶材對基板進行濺射，可以保證基板上成膜的均勻性。同時本發(fā)明還提供了上述平面靶材的磁場結構的使用方法以及基于上述平面靶材的磁場結構的磁控濺射設備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現有技術中利用單級磁鐵形成磁場結構的示意圖；
[0021]圖2是現有技術中刻蝕后形成的靶材截面圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例一中提供的一種平面靶材的磁場結構的示意圖；
[0023]圖4是采用本發(fā)明實施例一中磁場結構刻蝕后的靶材截面圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例一中第一級磁鐵和第二級磁鐵通過固定板設置在靶材上的第一種實現方式示意圖；
[0025]圖6是本發(fā)明實施例一中第一級磁鐵和第二級磁鐵通過固定板設置在靶材上的第一種實現方式示意圖；
[0026]圖7是本發(fā)明實施例一中磁場結構另一種構成的示意圖；
[0027]圖8是本發(fā)明實施例二中提供的一種平面靶材的磁場結構的使用方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029]采用圖1和圖2所示磁控濺射設備進行濺射過程，由于單層磁鐵產生的磁場在不同位置時不均勻的，有的區(qū)域磁場較強，有的區(qū)域磁場相對較弱，所以會造成磁場較強的區(qū)域靶材消耗較快。靶材消耗速度很快的部位對應的基板部位成膜速率也較快，從而造成最后基板上成膜厚度不均勻。為改善不均勻，可以將第一級磁鐵設定成移動式的，以擴大刻蝕溝道的范圍，但改善效 果有限，同時靶材的利用率雖稍有提高，但是效果也不顯著，一般來說使用率很難到達40%以上。[0030]實施例一
[0031]本發(fā)明實施例一中提供了一種平面靶材的磁場結構，示意圖如圖3所示，具體包括:第一級磁鐵I和第二級磁鐵2，第二級磁鐵2設置在第一級磁鐵I的空隙中，且第二級磁鐵2到靶材3表面的垂直距離大于第一級磁鐵I到靶材3表面的垂直距離。
[0032]通過采用上述雙級磁鐵，可以利用第二級磁鐵對第一級磁鐵磁場薄弱的區(qū)域進行補償，改善靶材表面磁場分布的均勻性，進而保證刻蝕的均勻性，能夠使一塊靶材得到更加充分的利用，因此提高靶材的利用率。
[0033]進一步地，本實施例中的第一級磁鐵I和第二級磁鐵2平行設置。其中第一級磁鐵I固定在祀材3上,相鄰的磁鐵極性相反,參見圖3,圖3中示出的第一級磁鐵包括三個磁鐵，極性分別是N、S、N極。增加的第二級磁鐵2設置在第一級磁鐵I的下方，且平行于第一級磁鐵I設置，與第一級磁鐵I相同，第二級磁鐵2的極性也是相鄰磁鐵點擊相反，參見圖3，第二級磁鐵2包括兩級磁鐵，極性分別是N極和S極。其中第二級磁鐵2中的N極磁鐵位于第一級磁鐵I中的左側N極磁鐵與中間的S極磁鐵的空隙位置，第二級磁鐵2中的S極磁鐵位于第一級磁鐵I中的右側N極磁鐵與中間的S極磁鐵的空隙位置。
[0034]需要說明的是，進行濺射過程中需要兩個極性相反的磁鐵形成一個磁場回路，SP通過一個磁鐵的N極和另一個磁鐵的S極構成回路，同時這個磁鐵的S極也和另一磁鐵的N極構成回路。參見圖3，本實施例中第一級磁鐵優(yōu)選用三個磁鐵構成磁鐵陣列。
[0035]由于第二級磁鐵2 設置在第一級磁鐵I的兩個磁鐵空隙位置，能夠利用第二級磁鐵產生的磁場對第一級磁鐵薄弱的區(qū)域進行補償，使得靶材的消耗更為接近，如圖4所示。其中利用第一級磁鐵I產生的磁場進行刻蝕，在靶材表面得到的波谷為01和02，利用第二級磁鐵2產生的磁場進行刻蝕，在靶材表面得到的波谷為03。由于第二級磁鐵2到靶材的距離比第一級磁鐵I到靶材的距離遠，磁場強度也要小一些，因此第二級磁鐵2刻蝕后的波谷03比第一級磁鐵I刻蝕后的波谷01和02要高一些，但是通過第二級磁鐵2磁場的作用能夠把原本未被刻蝕的部分也能被刻蝕掉，使得靶材在各個位置處的消耗更加一致，靶材消耗更為同步，當整個靶材的多部分區(qū)域都被刻蝕完才更換新的靶材，可以提高靶材的利用率。
[0036]進一步地，第一級磁鐵I和第二級磁鐵2通過固定板4設置在靶材上。由于第一級磁鐵I和第二級磁鐵2與靶材的相對距離不同，因此固定板4需具有高低不平的結構才能夠保證固定后的兩極磁鐵與靶材表面距離不同，具體的實現方式如下:
[0037]第一種固定方式:固定板4上具有凹槽41，將第一級磁鐵I固定在凹槽41中，將第二級磁鐵2固定在固定板2表面凹槽之外的位置，如圖5所示。
[0038]第二種固定方式:固定板4上具有凸出于固定板平面的凸點42，第一級磁鐵I固定在固定板4平面上，第二級磁鐵2固定在凸點42位置，如圖6所示。
[0039]需要說明的是，上述兩種方式只是舉例說明，在具體實施過程中還可以做出等效的替代方案，其作用都是為了實現兩級不同磁鐵到靶材的距離產生差別，方式還有很多種，此處不再一一贅述。
[0040]進一步地，本實施例中的磁場結構還包括第三級磁鐵5，設置在第二級磁鐵2的空隙中或者位于第一級磁鐵I的空隙同時也位于第二級磁鐵2的空隙中，截面圖如圖7所示，經過第三級磁鐵的三級濺射，在已有波谷01、02、03的基礎上進一步形成波谷04。[0041]進一步地，本實施例中的第一級磁鐵、第二級磁鐵以及第三級磁鐵為電磁鐵或永久磁鐵。本實施例中優(yōu)選為電磁鐵，因為電磁鐵具有較好的靈活性，即有電流的時候有電場產生，沒有電流的時候電場也消失，而且使用電磁鐵時調整電場強度可以直接通過電流大小進行調節(jié)，而永久磁鐵不具有這樣的靈活性。
[0042]還需要說明的是，本實施例中只是以在第一級磁鐵的基礎上增加第二級磁鐵以及第三級磁鐵為例，但是如果第一級磁鐵中兩個磁鐵之前的空隙足夠大，在空隙對應位置處設置的磁鐵的級數還可以更多，此處不再一一列舉。
[0043]綜上所述，本實施例在現有一級磁鐵的基礎上，增加一級與原來第一級磁鐵向平行的第二級磁鐵，兩級磁鐵相結合使得在第一級磁鐵在靶材表面形成磁場的薄弱區(qū)域上有第二級磁鐵產生的磁場作為彌補，改善靶材表面磁場的均勻性，從而使得靶材表面的等離子密度趨于均勻，保證靶材消耗不會出現有的部分過快的問題，可以改善靶材表面的刻蝕均勻性，從而提高靶材的使用率。通過具有該磁場結構的靶材對基板進行濺射，可以保證基板上成膜的均勻性。
[0044]實施例二
[0045]基于上述，本發(fā)明實施例二還提供了一種平面靶材的磁場結構的使用方法，步驟流程如圖8所示，具體包括以下步驟:
[0046]步驟S1、利用靠近靶材的第一級磁鐵對靶材表面進行一級濺射。
[0047]步驟S2、一級濺射完成后，遠離靶材的第二級磁鐵繼續(xù)對靶材表面進行二級濺射，且二級濺射的位置位于靶材上一級濺射未到達的區(qū)域。
[0048]通過兩級磁鐵分時進行兩級濺射，二級濺射可以對一級濺射過程中磁場薄弱區(qū)域進行彌補，一級濺射未刻蝕的區(qū)域可以在第二級磁鐵產生的磁場作用下繼續(xù)進行刻蝕，使得未被利用的靶材繼續(xù)被利用起來，從而提高靶材的利用率。
[0049]進一步地，二級濺射完成后，還可以利用第三級磁鐵繼續(xù)對靶材表面進行三級濺射，且三級濺射的位置位于靶材上一級濺射和二級濺射未均到達的區(qū)域。
[0050]通過三級濺射，繼續(xù)對一級濺射和二級濺射未到達的區(qū)域進行刻蝕，繼續(xù)對靶材進行進一步利用，可以進一步提高靶材的利用率。
[0051]綜上所述，本實施例提供的方法通過分時利用兩級或多級磁鐵對靶材表面進行刻蝕，彌補僅有一級磁鐵在靶材表面形成磁場存在薄弱區(qū)域導致無法實現均勻刻蝕的缺陷，通過在一級濺射之后在進行二級濺射、三級濺射，可以改善靶材表面磁場的均勻性，從而使得靶材表面的等離子密度趨于均勻，保證靶材消耗不會出現有的部分過快的問題，可以改善靶材表面的刻蝕均勻性，從而提高靶材的使用率。通過上述方法對基板進行濺射，還可以保證基板上成膜的均勻性。
[0052]實施例三
[0053]基于上述，本發(fā)明實施例三還提供了一種包含上述實施例一中平面靶材的磁場結構的磁控濺射設備。
[0054] 以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種平面靶材的磁場結構，其特征在于，包括第一級磁鐵和第二級磁鐵，第二級磁鐵設置在第一級磁鐵的空隙中，且第二級磁鐵到靶材表面的垂直距離大于第一級磁鐵到靶材表面的垂直距離。
2.如權利要求1所述的平面靶材的磁場結構，其特征在于，第一級磁鐵和第二級磁鐵平行設置。
3.如權利要求1所述的平面靶材的磁場結構，其特征在于，第一級磁鐵和第二級磁鐵通過固定板設置在靶材上。
4.如權利要求3所述的平面靶材的磁場結構，其特征在于，所述固定板上具有凹槽，將第一級磁鐵固定在凹槽中，將第二級磁鐵固定在固定板表面凹槽之外的位置。
5.如權利要求3所述的平面靶材的磁場結構，其特征在于，所述固定板上具有凸出于固定板平面的凸點，第一級磁鐵固定在固定板平面上，第二級磁鐵固定在凸點位置。
6.如權利要求1-5中任一項所述的平面靶材的磁場結構，其特征在于，還包括第三級磁鐵，設置在第二級磁鐵的空隙中 或者位于第一級磁鐵的空隙同時也位于第一級磁鐵的空隙中。
7.如權利要求6所述的平面靶材的磁場結構，其特征在于，第一級磁鐵、第二級磁鐵以及第三級磁鐵為電磁鐵或永久磁鐵。
8.—種權利要求1-7中任一項所述的平面靶材的磁場結構的使用方法，其特征在于，利用靠近靶材的第一級磁鐵對靶材表面進行一級濺射，一級濺射完成后，遠離靶材的第二級磁鐵繼續(xù)對靶材表面進行二級濺射，且二級濺射的位置位于靶材上一級濺射未到達的區(qū)域。
9.如權利要求8所述的平面靶材的磁場結構的使用方法，其特征在于，二級濺射完成后，第三級磁鐵繼續(xù)對靶材表面進行三級濺射，且三級濺射的位置位于靶材上一級濺射和二級濺射未均到達的區(qū)域。
10.一種磁控濺射設備，其特征在于，包括權利要求1-7中任一項所述的平面靶材的磁場結構。
【文檔編號】C23C14/35GK103993278SQ201410219371
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權日:2014年5月22日
【發(fā)明者】王東亮, 王琳琳, 李興亮, 王瑞瑞 申請人:京東方科技集團股份有限公司, 北京京東方顯示技術有限公司