[发明专利]一种平面靶材的磁场结构及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，特别涉及一种平面靶材的磁场结构及其使用方法。

背景技术

磁控溅射技术真空镀膜工艺中最重要的设备之一，磁控溅射是在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。磁控溅射技术被广泛使用在工业上的很多领域，目前普遍采用的平面靶材的磁场结构。

现有技术实现磁控溅射主要是用一级的永磁铁形成磁场，如图1所示，永磁铁01可以在靶材02表面沿着左右方向进行移动，一般为形成封闭磁场需要三根平行设置的永磁铁01，参见图1，在一端按照N、S、N极排列。在永磁铁01的上方还设置有基板03，基板03的另一侧设置有靶材02，通过永磁铁01将等离子体束缚在靶材02表面，磁感线最强的地方，等离子体最密集，从而刻蚀速率最快，靶材消耗的速度最快，通过刻蚀形成截面图如图2所示的图形，刻蚀速度最快的部分形成波谷。由于磁控溅射磁场的分布会使得靶材使用完后在靶材表面形成跑道区，使得靶材表面各处的刻蚀不均匀，从而降低靶材的利用率。

综上所述，现有技术平面靶材的磁场结构靶材刻蚀不均匀，使得靶材利用率降低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高靶材刻蚀的均匀性，提高靶材利用率。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种平面靶材的磁场结构，包括：第一级磁铁阵列和第二级磁铁阵列，且第一级磁铁阵列和第二级磁铁阵列相互垂直，第一级磁铁阵列通电，第二级磁铁阵列断电，形成平行于靶材的一级刻蚀跑道；第二级磁铁阵列通电，第一级磁铁阵列断电，形成垂直于一级刻蚀跑道的二级刻蚀跑道。

进一步地，所述一级刻蚀跑道包括一级跑道刻蚀深区和一级跑道刻蚀浅区，所述二级刻蚀跑道包括二级跑道刻蚀深区和二级跑道刻蚀浅区。

进一步地，所述第二级磁铁阵列在一级跑道刻蚀深区电场强度逐渐减弱，在一级跑道刻蚀浅区电场强度逐渐增强。

进一步地，所述一级刻蚀跑道包括两直道部分和两弯道部分，两直道部分相互平行，两弯道部分别在两直线部分的两端，并且连接两直道部分，构成长条状矩形。

进一步地，所述第二级磁铁阵列为分段式结构，每一段利用独立电源进行控制。

进一步地，所述第二级磁铁阵列包括五段，第一段磁铁和第五段磁铁对应一级刻蚀跑道之外区域的靶材表面，第二段磁铁和第四段磁铁恰好对应一级刻蚀跑道所在的区域，第三段磁铁对应一级刻蚀跑道以内区域的靶材表面。

进一步地，所述第一段磁铁和第五段磁铁连接第一电源，第二段磁铁和第四段磁铁连接第二电源，第三段磁铁连接第三电源，第一电源、第二电源和第三电源分别为相应分段磁铁提供电流大小不同的电源。

进一步地，所述第一级磁铁阵列和第二级磁铁阵列均包括两个极性反向设置的磁铁。

进一步地，所述第一级磁铁阵列和第二级磁铁阵列均包括三个磁铁，且每个磁铁与相邻的磁铁极性相反。

进一步地，所述磁铁为电磁铁或者永久磁铁。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种平面靶材的磁场结构的使用方法，包括：

第一级磁铁阵列通电，第二级磁铁阵列断电，第一级磁铁阵列沿左右方向移动对靶材进行溅射，在靶材表面形成平行于靶材的一级刻蚀跑道；

第二级磁铁阵列通电，第一级磁铁阵列断电，第二级磁铁阵列沿上下方向移动对靶材表面继续进行溅射，并根据一级刻蚀跑道的刻蚀程度调节第二级磁铁阵列的电场强度和移动速度，形成垂直于靶材的二级刻蚀跑道。

进一步地，所述第二级磁铁阵列在一级刻蚀跑道的直道部分的移动速度小于第二级磁铁阵列在一级刻蚀跑道的弯道部分的移动速度。

进一步地，所述第二级磁铁阵列对应不同位置的一级刻蚀跑道的电场强度通过电源提供的电流大小进行调节。

进一步地，第二级磁铁阵列在一级跑道刻蚀深区进行刻蚀时的第二电源的电流小于第三电源的电流，第二级磁铁阵列在一级跑道刻蚀浅区进行刻蚀时的第一电流大于第三电源的电流。

(三)有益效果