磁控溅射装置的制作方法

1.本发明涉及溅射镀膜工艺技术领域，尤其涉及一种磁控溅射装置。


背景技术：

2.目前，磁控溅射装置中的磁棒中部的磁铁磁极为n/s面朝上，外侧的磁铁磁极为s/n面朝上，所有的磁铁的充磁方向均为竖直向上或竖直向下。在实际作业过程中，磁控溅射装置中的靶材在不断旋转，在靶材旋转过程中，如图1所示，由于磁棒端部“u型刻蚀跑道330”的存在，“u型刻蚀跑道330”端部处的轴向刻蚀分量(图1中的箭头a所示方向)明显大于中部的刻蚀分量(图1中的箭头b所示方向)，从而导致磁棒端部的轴向方向的刻蚀速率大于磁棒中部的刻蚀速率，从而导致在刻蚀的过程中，刻蚀跑道端部出现深刻点位，且随着靶材的耗用，此处靶材的表面距离磁棒更近，磁场强度更强，磁棒端部处的刻蚀现象会加重，最终形成一个“v”字型的刻蚀凹槽，当该“v”字型的刻蚀凹槽被刻穿后，此时靶材的寿命到期，无法继续使用，但是靶材的中部区域还剩余较厚的靶材，从而导致靶材的利用率低，浪费靶材，增加成本。
3.因此，亟需设计一种磁控溅射装置，来解决以上技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种磁控溅射装置，能够提高靶材的利用率，节约成本。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供一种磁控溅射装置，包括：
6.支撑座，所述支撑座上设置有调节组件；
7.磁铁组件，所述磁铁组件包括磁轭、第一类磁铁块、第二类磁铁块和第三类磁铁块，所述调节组件与所述磁轭连接，所述调节组件被配置为调节所述磁铁组件与靶材之间的距离；
8.所述第一类磁铁块、所述第二类磁铁块和所述第三类磁铁块均设置在所述磁轭上，沿第一方向，所述第一类磁铁块位于所述磁轭的两端位置处，所述第三类磁铁块位于所述磁轭的中部位置处，所述第二类磁铁块位于所述第一类磁铁块和所述第三类磁铁块之间；
9.所述第一类磁铁块的充磁方向朝向所述磁轭的中部位置斜向下倾斜，所述第三类磁铁块的充磁方向竖直向上；或者，
10.所述第一类磁铁块的充磁方向朝向远离所述磁轭的中部位置斜向上倾斜，所述第三类磁铁块的充磁方向竖直向下。
11.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，当所述第一类磁铁块的充磁方向朝向所述磁轭的中部位置斜向下倾斜时，所述第二类磁铁块的充磁方向朝向所述磁轭的中部位置斜向上倾斜；当所述第一类磁铁块的充磁方向朝向远离所述磁轭的中部位置斜向上倾斜时，所述第二类磁铁块的充磁方向朝向远离所述磁轭的中部位置斜向下倾斜。
12.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，所述第一类磁铁块设置为多个，多个所
述第一类磁铁块分别位于所述磁轭的两端位置处。
13.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，所述第二类磁铁块设置为多个，沿靠近所述磁轭的中部位置的方向，多个所述第二类磁铁块的充磁方向由斜向上/向下倾斜朝向竖直方向过渡。
14.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，多个所述第二类磁铁块的充磁方向由斜向上/向下倾斜朝向竖直方向倾斜角度逐渐减小。
15.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，所述第三类磁铁块设置为多个，多个所述第三类磁铁块均位于所述磁轭的中部位置处。作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，所述第一类磁铁块与所述第二类磁铁块之间设置预设距离，所述预设距离为5mm～30mm之间。
16.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，所述支撑座上设置有流道，所述流道与冷却水源连通。
17.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，所述支撑座的两端设置有进水口和出水口，所述进水口与所述出水口均与所述流道连通，且所述进水口与所述出水口均与所述冷却水源连通。
18.作为一种磁控溅射装置的可选技术方案，所述调节组件设置为螺栓，所述调节组件与所述支撑座螺纹连接。
19.本发明的有益效果至少包括：
20.本发明提供一种磁控溅射装置，该磁控溅射装置包括支撑座和磁铁组件，其中，支撑座上设置有调节组件。磁铁组件包括磁轭、第一类磁铁块、第二类磁铁块和第三类磁铁块，调节组件与磁轭连接，调节组件被配置为调节磁铁组件与靶材之间的距离。第一类磁铁块、第二类磁铁块和第三类磁铁块均设置在磁轭上，沿第一方向，第一类磁铁块位于磁轭的两端位置处，第三类磁铁块位于磁轭的中部位置处，第二类磁铁块位于第一类磁铁块和第三类磁铁块之间；通过对第一类磁铁块和第二类磁铁块的充磁方向的改变，从而使得磁铁组件的两个端部处的磁力线分布发生改变，进而通过靶材表面的磁力线能够看出模拟等高线(刻蚀方向)相对于现有技术中随着靶面的厚度的逐渐减少刻蚀方向发生了改变，即靶材端面和内部的刻蚀方向由现有技术中近乎于垂直靶材表面的方向改变为朝向靶材的端部倾斜的方向，这样随着靶材的使用，靶材端部的刻蚀凹槽会朝向靶材的端部倾斜，也就是说，将现有技术中靶材上固定位置的刻蚀量随着靶材的不断刻蚀而分散至相邻位置，从而增加了靶材端部的刻蚀量，使得靶材的端部被刻穿的时间更晚，中部靶材的刻蚀量增加，延长靶材的整体使用时间和使用率，延长使用寿命，节约成本。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
22.图1为现有技术中的靶材靶面的u型刻蚀跑道示意图；
23.图2为本发明实施例一所提供的磁控溅射装置的结构示意图；
24.图3为本发明实施例一所提供的磁铁组件磁场和靶材刻蚀形貌的模拟图；
25.图4为本发明实施例一所提供的磁铁组件的俯视图；
26.图5为本发明实施例一所提供的磁铁组件c-c截面的剖视图；
27.图6为本发明另一实施例所提供的磁铁组件c-c截面的剖视图；
28.图7为本发明实施例一所提供的磁控溅射装置刻蚀后的靶材(残靶)的曲线与采用现有技术中的磁控溅射装置刻蚀后的靶材(残靶)的曲线对比图；
29.图8为本发明实施例二所提供的磁铁组件充磁方向的示意图；
30.图9为本发明实施例二所提供的磁铁组件d-d截面的剖视图；
31.图10为本发明另一实施例所提供的磁铁组件d-d截面的剖视图。
32.附图标记
33.10、磁铁毛坯；
34.100、支撑座；110、调节组件；120、流道；130、进水口；140、出水口；
35.200、磁铁组件；210、第一类磁铁块；220、第二类磁铁块；230、第三类磁铁块；240、磁轭；
36.300、靶材；310、磁力线；320、模拟等高线；330、u型刻蚀跑道。
具体实施方式
37.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
38.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
41.实施例一
42.如图2-图6所示，本实施例提供一种磁控溅射装置，该磁控溅射装置主要包括支撑座100和磁铁组件200，其中，支撑座100上设置有调节组件110。磁铁组件200包括磁轭240、第一类磁铁块210、第二类磁铁块220和第三类磁铁块230，调节组件110与磁轭240连接，调节组件110被配置为调节磁铁组件200与靶材300之间的距离。第一类磁铁块210、第二类磁
铁块220和第三类磁铁块230均设置在磁轭240上，沿第一方向，第一类磁铁块210位于磁轭240的两端位置处，第三类磁铁块230位于磁轭240的中部位置处，第二类磁铁块220位于第一类磁铁块210和第三类磁铁块230之间；第一类磁铁块210的充磁方向朝向所述磁轭240的中部位置斜向下倾斜,并与竖直方向呈一角度α，所述第二类磁铁块220的充磁方向朝向所述磁轭240的中部位置斜向上倾斜，并与竖直方向呈一角度β。
43.具体的，在本实施例中，第一类磁铁块210的充磁方向朝向磁轭240的中部位置斜向下倾斜角度α，如图3所示，倾斜角度α为第一类磁铁块210的充磁方向与竖直方向的夹角，示例性地，该倾斜角度α可以设置为30
°
、45
°
、60
°
等；第二类磁铁块220的充磁方向朝向磁轭240的中部位置斜向上倾斜角度β，如图3所示，倾斜角度β为第二类磁铁块220的充磁方向与竖直方向的夹角，示例性地，该倾斜角度β可以设置为30
°
、45
°
、60
°
等等；第三类磁铁块230的充磁方向竖直向上。需要指出的是，本实施例中的第一方向即为图2中的x轴方向。
44.基于以上设计，本实施例中的磁控溅射装置通常作为阴极对靶材300刻蚀，磁轭240作为导磁率较高的软铁，一方面有着良好的导磁作用，能够传导、约束磁力线310；另一方面，磁轭240还可以弯曲形变，通过调节组件110实现调节磁铁组件200到靶材300的距离，从而调节磁场的强弱，有利于提高该磁控溅射装置的灵活适用性。可选地，调节组件110设置为螺栓，调节组件110与支撑座100螺纹连接，作业人员可以通过旋拧螺栓从而实现对磁轭240的调节，实现改变磁轭240上的磁铁块到靶材300的距离，进而起到调节磁场的强弱的作用。
45.在本实施例中，磁控溅射装置中的靶材300设置在磁铁组件200的周侧，且靶材300能够相对磁铁组件200转动。可选地，靶材300呈套筒型，磁铁组件200穿设在套筒内，溅射镀膜的过程发生在靶材300的一侧。需要指出的是，图3中只是表示出磁铁组件200与靶材300的相对位置。
46.图3和图5中的箭头所指的方向即为第一类磁铁块210、第二类磁铁块220和第三类磁铁块230的充磁方向。
47.示例性地，第一类磁铁块210设置为多个，其分别对称设置在磁轭240的两端位置处。需要指出的是，在实际作业中，通常第一类磁铁块210设置为两个，且两个第一类磁铁块210分别位于磁轭240的两端，两个第一类磁铁块210的充磁方向均朝向磁轭240的中部位置斜向下倾斜。可选地，第一类磁铁块210与图4中的黑色区域均设置为磁极的s面，中间区域的第二类磁铁块220和第三类磁铁块230均设置为磁极的n面。示例性地，第二类磁铁块220也设置为两个，两个第二类磁铁块220的充磁方向均为朝向磁轭240的中部位置斜向上倾斜。当然，磁轭240上靠近端部一侧的第二类磁铁块220也可以设置为多个，且多个第二类磁铁块220的充磁方向均相同。示例性地，第三类磁铁块230设置为多个，多个第三类磁铁块230均位于磁轭240的中部位置处，也位于两端的第二类磁铁块220之间。例如，第三类磁铁块230设置为十个，且十个第三类磁铁块230并列依次设置，十个第三类磁铁块230的充磁方向均竖直向上设置。可选地，第二类磁铁块220、第三类磁铁块230和图4中的阴影区域均设置为磁极的n面。
48.此外，在另一实施例中，第一类磁铁块210与图4中的黑色区域均设置为磁极的n面，中间区域的第二类磁铁块220和第三类磁铁块230均设置为磁极的s面。且对于第一类磁铁块210、第二类磁铁块220以及第三类磁铁块230的充磁方向可均进行相应的调整，如图6
所示，第一类磁铁块210的充磁方向朝向远离所述磁轭240的中部位置斜向上倾斜，此时第三类磁铁块230的充磁方向竖直向下，在该实施例中，所述第二类磁铁块220的充磁方向朝向远离所述磁轭240的中部位置斜向下倾斜。
49.与现有技术相比，上述实施例中通过对第一类磁铁块210和第二类磁铁块220的充磁方向进行改变，从而使得磁铁组件200的两个端部处的磁力线310分布发生改变，进而通过靶材300表面的磁力线310能够看出模拟等高线320(刻蚀方向)相对于现有技术中磁棒的刻蚀方向发生了改变，即靶材300端面和内部的刻蚀方向由现有技术中近乎于垂直靶材300表面的方向改变为朝向靶材300的端部倾斜的方向，这样随着靶材300的使用，靶材300端部的刻蚀凹槽会朝向靶材300的端部倾斜，也就是说，将现有技术中靶材300上固定位置的刻蚀量随着靶材300的不断刻蚀而分散至相邻位置，从而使得靶材300的端部被刻穿的时间更晚，延长靶材300的整体使用时间和使用率，延长使用寿命，节约成本。
50.相对于常规的磁控溅射装置，对于9mm厚的靶材300，竖直向下刻蚀9mm后，靶材300发生刻穿的现象，但本实施例中的磁控溅射装置，由于靶材300端部的刻蚀方向发生了倾斜，刻蚀方向上的靶材300使用量更多，在相同刻蚀速度的条件下，其他区域的靶材300也能随之得到充分利用，靶材300利用率得到有效提升，节约成本。
51.需要强调的是，本实施例中的第一类磁铁块210、第二类磁铁块220和第三类磁铁块230的充磁方向是在加工制造第一类磁铁块210、第二类磁铁块220和第三类磁铁块230的时候就固定形成了，也就是说，在第一类磁铁块210、第二类磁铁块220和第三类磁铁块230在生产的过程中其充磁方向就确定了。
52.示例性地，第一类磁铁块210的磁铁毛坯10是上下进行充磁的，加工第一类磁铁块210时，按照实际需求，作业人员能够从磁铁毛坯10上进行切割，从而切割出指定充磁方向的第一类磁铁块210。同理，第二类磁铁块220和第三类磁铁块230也采用相同的方式制得，需要指出的是，以上加工工艺是本领域技术的常规工艺手段，此处不再过多赘述。
53.如图7所示，为采用本实施例中磁控溅射装置刻蚀后的靶材300(残靶)的曲线与采用现有技术中的磁控溅射装置刻蚀后的靶材300(残靶)的曲线对比图。其中，横坐标是从靶材300一端记作0，每隔20mm测试一次，横纵坐标单位都是mm。当靶材刻穿时，残靶的整体外径越小，表示剩余未使用的靶材300越少，则靶材300利用率越高，刻蚀凹槽被击穿的时间越长，从而反映出靶材300被使用的时间越长，寿命越高。从图7中可以得出，在靶材刻穿后，本实施例中残靶位于靶材中间的厚度远小于现有技术中残靶位于靶材中间的厚度，由此可知，其靶材利用率远高于现有技术中的靶材利用率。
54.如图2所示，在本实施例中，支撑座100上设置有流道120，流道120与冷却水源连通。具体地，支撑座100的两端设置有进水口130和出水口140，进水口130与出水口140均与流道120连通，且进水口130与出水口140均与冷却水源连通。示例性地，冷却水源可以设置为外界的冷却水箱，冷却水箱内盛放有冷却水，且冷却水箱连通水泵，从而实现对磁控溅射装置中的靶材300的冷却，提高靶材300的使用寿命。
55.另外，如图3所示，在本实施例中，第一类磁铁块210与第二类磁铁块220之间设置预设距离，预设距离为5mm～30mm之间，预设距离可以设置为5mm、10mm、15mm、20mm、30mm等数值。预设距离的设置能够使得磁铁组件200的磁场闭合且连续，提高该磁控溅射装置刻蚀靶材300的作业良率。
56.实施例二
57.如图8-图10所示，本实施例中提供的磁控溅射装置与实施例一的主要区别在于：本实施例中的第二类磁铁块220设置为多个，沿靠近磁轭240的中部位置的方向，第二类磁铁块220的充磁方向由斜向上倾斜朝向竖直方向过渡。可选地，第二类磁铁块220设置为6个，其中3个第二类磁铁块220设置在第三类磁铁块230的一端，其余3个第二类磁铁块220设置在第三类磁铁块230的另一端，沿第一方向，位于第三类磁铁块230的一端的3个第二类磁铁块220的充磁方向由斜向上倾斜向竖直方向过渡。示例性地，沿磁铁组件的端部到中部方向上，3个第二类磁铁块220的充磁方向与竖直方向上的夹角依次为60
°
、45
°
、30
°
。同理，沿磁铁组件的端部到中部方向上，，位于第三类磁铁块230的另一端的3个第二类磁铁块220的充磁方向与竖直方向上的夹角依次设置为60
°
、45
°
、30
°
。需要指出的是，上文中的60
°
、45
°
、30
°
均指的是与磁轭240的垂直方向上的夹角。当然，第二类磁铁块220的充磁方向还可以设置为其他渐进式的角度，此处不再一一赘述。通过将第二类磁铁块220的充磁方向由斜向上倾斜向竖直方向渐进式地过渡设置，从而使得该磁铁组件200的磁场由两端向中间过渡更平滑，提高该磁控溅射装置的灵活适用性。
58.本实施例中磁控溅射装置的其余结构与实施例一均相同，此处不再一一赘述。
59.显然，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
60.注意，在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

技术特征：
1.磁控溅射装置，其特征在于，包括：支撑座(100)，所述支撑座(100)上设置有调节组件(110)；磁铁组件(200)，所述磁铁组件(200)包括磁轭(240)、第一类磁铁块(210)、第二类磁铁块(220)和第三类磁铁块(230)，所述调节组件(110)与所述磁轭(240)连接，所述调节组件(110)被配置为调节所述磁铁组件(200)与靶材(300)之间的距离；所述第一类磁铁块(210)、所述第二类磁铁块(220)和所述第三类磁铁块(230)均设置在所述磁轭(240)上，沿第一方向，所述第一类磁铁块(210)位于所述磁轭(240)的两端位置处，所述第三类磁铁块(230)位于所述磁轭(240)的中部位置处，所述第二类磁铁块(220)位于所述第一类磁铁块(210)和所述第三类磁铁块(230)之间；所述第一类磁铁块(210)的充磁方向朝向所述磁轭(240)的中部位置斜向下倾斜，所述第三类磁铁块(230)的充磁方向竖直向上；或者，所述第一类磁铁块(210)的充磁方向朝向远离所述磁轭(240)的中部位置斜向上倾斜，所述第三类磁铁块(230)的充磁方向竖直向下。2.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，当所述第一类磁铁块(210)的充磁方向朝向所述磁轭(240)的中部位置斜向下倾斜时，所述第二类磁铁块(220)的充磁方向朝向所述磁轭(240)的中部位置斜向上倾斜；当所述第一类磁铁块(210)的充磁方向朝向远离所述磁轭(240)的中部位置斜向上倾斜时，所述第二类磁铁块(220)的充磁方向朝向远离所述磁轭(240)的中部位置斜向下倾斜。3.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述第一类磁铁块(210)设置为多个，多个所述第一类磁铁块(210)分别位于所述磁轭(240)的两端位置处。4.根据权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述第二类磁铁块(220)设置为多个，沿靠近所述磁轭(240)的中部位置的方向，多个所述第二类磁铁块(220)的充磁方向由斜向上/向下倾斜朝向竖直方向过渡。5.根据权利要求4所述的磁控溅射装置，其特征在于，多个所述第二类磁铁块(220)的充磁方向由斜向上/向下倾斜朝向竖直方向倾斜角度逐渐减小。6.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述第三类磁铁块(230)设置为多个，多个所述第三类磁铁块(230)均位于所述磁轭(240)的中部位置处。7.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述第一类磁铁块(210)与所述第二类磁铁块(220)之间设置预设距离，所述预设距离为5mm～30mm之间。8.根据权利要求1-7中任一项所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述支撑座(100)上设置有流道(120)，所述流道(120)与冷却水源连通。9.根据权利要求8所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述支撑座(100)的两端设置有进水口(130)和出水口(140)，所述进水口(130)与所述出水口(140)均与所述流道(120)连通，且所述进水口(130)与所述出水口(140)均与所述冷却水源连通。10.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述调节组件(110)设置为螺栓，所述调节组件(110)与所述支撑座(100)螺纹连接。

技术总结
本发明涉及溅射镀膜工艺技术领域，尤其涉及一种磁控溅射装置。包括支撑座和磁铁组件。支撑座上设置有调节组件。磁铁组件包括磁轭、第一类磁铁块、第二类磁铁块和第三类磁铁块，调节组件与磁轭连接，调节组件被配置为调节磁铁组件与靶材之间的距离。第一类磁铁块、第二类磁铁块和第三类磁铁块均设置在磁轭上，沿第一方向，第一类磁铁块位于磁轭的两端位置处，第三类磁铁块位于磁轭的中部位置处，第二类磁铁块位于第一类磁铁块和第三类磁铁块之间；通过对第一类磁铁块、第二类磁铁块和第三类磁铁块充磁方向进行相应调整，进而改善磁铁组件的磁场分布。该磁控溅射装置能够提高靶材的利用率，节约成本。节约成本。节约成本。


技术研发人员：张永胜 高通 解传佳 周振国 武瑞军
受保护的技术使用者：苏州迈为科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/7