一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置及控制方法，控制装置包括：靶、恒压电源以及设置于靶后方的磁场模块，磁场模块包括永磁铁和控制模块，永磁铁根据控制模块输入的控制参数的不同而改变位置，即改变磁铁距离靶的距离。本发明专利技术的阴极靶材刻蚀速率控制方法采用恒压电源提供恒定的阴极放电电压，使放电过程中轰击靶面的离子能量恒定。通过改变永磁铁的位置调节磁场分布，保证轰击靶面的离子流密度相对恒定，增强靶材刻蚀过程中刻蚀速度和镀膜品质的稳定性。膜品质的稳定性。膜品质的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及磁控溅射镀膜技术，尤其涉及一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置及控制方法。

技术介绍

[0002]磁控溅射镀膜技术是应用于镀制半导体器件薄膜、超导薄膜、信息显示器件薄膜、节能玻璃薄膜、透明导电玻璃薄膜等功能性薄膜领域的主要镀膜技术，也是应用于镀制手机与手表外壳薄膜、彩色玻璃幕墙薄膜、眼镜架表面薄膜等装饰薄膜领域的主要镀膜技术。这种技术依靠电场电离气体产生气体离子和电子，并通过磁场将电子束缚在一定范围内，使局部电子密度升高，反过来又电离出更多的气体离子，同时由带负电位的阴极吸引离子轰击靶面，实现靶材的刻蚀，将靶材原子或原子团等轰击下来，最终沉积到基片表面，实现在温升不大的情况下获得致密的薄膜。通常，阴极靶面上方的磁场分布是不均匀的，这将导致靶材刻蚀的不均匀，具体表现为同一靶材的不同刻蚀阶段的放电参数会发生变化，刻蚀速率也会发生改变。
[0003]针对这一问题，众多专家学者做了大量的研究工作，以增强磁控溅射镀膜工艺过程的稳定性。
[0004]专利CN211112196U公开了一种磁控溅射阴极的磁源结构。该专利采用横向磁铁和纵向磁铁交替排列且互相垂直的方式，相邻的纵向磁铁的磁极相反，相邻的纵向磁铁和横向磁铁的磁极相同。与常规的磁铁排布方式相比，通过这种横向磁体和纵向磁体的排列方式，可有效增强阴极靶表面附近的磁场强度；且横向磁铁的位置具有可调节性，可根据具体需要改变靶材表面磁场的分布情况，增强磁场分布的均匀性和一致性，靶材能够均匀溅射，提高利用率。但此结构采用相邻磁极相同的方式，而磁控靶所用磁铁多为强磁，因此实际安装过程中将因为磁极斥力产生很大的困难；且具体工艺过程中，调节横向磁铁位置也比较困难，与实际生产有一定脱节。
[0005]专利CN201162043Y公开了一种磁控溅射靶结构及设备，包括：传动装置，至少两个转动轴和多个磁靶条；所述传动装置缠绕前所述转动轴上，形成传动机构；所述磁靶条并排布设前所述传动装置上，靶材位于所述传动机构的外侧。虽然该技术采用传动装置带动磁铁进行规律性的周期运动，形成平行均匀磁场，避免了局部损耗过大而导致靶材过早报废的问题，但是该技术只注重了靶材整体刻蚀跑道的均匀性，并没有考虑刻蚀过程刻蚀速率变化的问题，因此也无法实现靶材刻蚀过程中刻蚀速率的一致性。
[0006]目前大部分学者的主要研究目的都是提高靶材利用率，但实际上对于一些比较精密的镀膜过程，保证镀膜每一阶段得到的薄膜本身的性质和均匀性要比靶材利用率更重要，目前很少有专利涉及这个问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置及控制方法，以解决现有
技术中存在的靶材刻蚀速率不均匀、放电过程中参数波动的问题。
[0008]作为本专利技术的第一个方面，在于提供一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置，其特征在于，所述结构包括靶模块、恒压电源以及设置于靶模块后方的磁场模块。所述靶模块包括靶材、水冷背板、安装板、外壳体和上盖板。所述磁场模块包括永磁铁和控制模块，控制模块主要由磁场移动装置构成。所述永磁铁与磁场移动装置设置于外壳体内部，承重于上盖板上；所述外壳体的内部还设置轭铁，所述轭铁的位置由磁场移动装置控制；所述水冷背板固定于安装板上，用于给靶材水冷；所述靶材固定于水冷背板上，整个阴极通过安装板固定于真空腔体上；所述上盖板上留有通孔，用于安装和接通供电电源以及水冷管进出口，接通后使用塑料封盖盖住通孔，以保证安全。
[0009]在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，所述磁场移动装置全部设置于外壳体中。
[0010]在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，所述上盖板通过螺栓固定于外壳体上，所述外壳体通过螺栓固定于安装板上。所述外壳体内部还设置圆柱磁铁安装座及接线柱，所述圆柱磁铁安装座以及接线柱底端固定于安装板上，接线柱设置于所述水冷背板的背面，与恒压电源连接。
[0011]在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，所述永磁铁包括条形磁铁和圆柱磁铁，所述条形磁铁全部固定于轭铁上，与轭铁同步移动；所述圆柱磁铁固定于圆柱磁铁安装座内，可单独移动。
[0012]在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，条形磁铁和圆柱磁铁工作原理相近，条形磁铁包括外圈条形磁铁和中间条形磁铁，外圈条形磁铁采用的极性与中间条形磁铁和圆柱磁铁极性相反，条形磁铁利用千分尺旋钮型精密滑台移动，不仅实时了解磁铁移动距离，而且也能控制靶面的磁场的分布以及磁场强度的大小，控制磁感线的轨迹，影响离子流密度。从而保证轰击靶面的离子流密度相对恒定。
[0013]优选的，所述外圈条形磁铁贴附于轭铁一面的边缘一周，中间条形磁铁在轭铁中间位置固定、并和外圈条形磁铁保持同一高度；外圈条形磁铁、中间条形磁铁和轭铁通过直线轴承整体移动。
[0014]在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，所述磁场移动装置包括直线轴承、滑杆、磁铁安装座及千分尺旋钮型精密滑台。
[0015]进一步的，所述直线轴承包括分别控制条形磁铁和圆柱磁铁往复移动的进给轴承；还包括承重轴承。
[0016]进一步的，所述千分尺旋钮型精密滑台包括进给圆柱磁铁的第一千分尺旋钮型精密滑台和进给条形磁铁的第二千分尺旋钮型精密滑台。
[0017]控制条形磁铁往复移动的进给轴承被进给滑杆穿过，进给轴承的滑杆顶端穿过上盖板后通过装夹板连接至第一千分尺旋钮型精密滑台用于条形磁铁的进给，另一端通过安装座连接至安装板；所述圆柱磁铁设置于圆柱磁铁安装座内，控制圆柱磁铁往复移动的进给轴承被进给滑杆穿过，进给轴承的滑杆顶端穿过上盖板后通过装夹板连接至第二千分尺旋钮型精密滑台用于两端圆柱磁铁的进给，另一端通过安装座连接至圆柱磁铁安装座。在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，所述水冷背板背面设置有进出水管；所述水冷背板的水路设计采用自水冷板的左下角进水、右上角出水的水路方案，以充分冷
却整个靶面。
[0018]在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，所述水冷背板的背面设置有电线接线柱，用于与恒压电源连接，以实现所述阴极的供电。
[0019]在本专利技术的磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置中，所述靶材固定于水冷背板上，且根据所述靶材的材质不同，可采用不同的固定方式，如焊接、螺栓固定等。
[0020]本专利技术通过两个圆柱磁铁通过两个单独直线轴承来控制，加上之前的一个直线轴承控制整体的条形磁铁，本专利技术一共三个直线轴承，通过直线轴承控制磁铁进行往复移动，于此同时，也会通过千分尺旋钮的示数进行读取移动的距离多少。控制磁铁的的移动也就控制了磁感线，磁感应强度的大小和方向，也就控制了实验中腔体的等离子的运动，也就控制刻蚀速率。其中，控制刻蚀速率也是通过设备的中显示电流的大小，电压是恒电压模式，保持不变，电流大小通过反馈利用移动磁铁位置来控制。
[0021]作为本专利技术的第二个方面，还提供了一种磁控溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置，其特征在于，所述结构包括靶模块、恒压电源以及设置于靶模块后方的磁场模块，所述靶模块包括靶材、水冷背板、安装板、外壳体和上盖板；所述磁场模块包括永磁铁和控制模块，控制模块由磁场移动装置构成；所述永磁铁与磁场移动装置设置于外壳体内部；所述外壳体的内部还设置轭铁，所述轭铁的位置由磁场移动装置控制；所述水冷背板固定于安装板上，所述靶材固定于水冷背板上。2.根据权利要求1所述的一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置，其特征在于，所述上盖板固定于外壳体上，所述外壳体固定于安装板上；所述水冷背板背面设置有进出水管，自水冷背板的左下角进水、右上角出水；所述外壳体内部还设置圆柱磁铁安装座及接线柱，所述圆柱磁铁安装座以及接线柱底端固定于安装板上，接线柱设置于所述水冷背板的背面，与恒压电源连接。3.根据权利要求2所述的一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置，其特征在于，所述永磁铁包括条形磁铁和圆柱磁铁，所述条形磁铁包括外圈条形磁铁和中间条形磁铁，所述条形磁铁全部固定于轭铁上，与轭铁同步移动；所述圆柱磁铁固定于圆柱磁铁安装座内。4.根据权利要求3所述的一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置，其特征在于，所述磁场移动装置包括直线轴承、滑杆、磁铁安装座及千分尺旋钮型精密滑台。5.根据权利要求4所述的一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置，其特征在于，所述直线轴承包括控制条形磁铁往复移动的进给轴承和圆柱磁铁往复移动的进给轴承。6.根据权利要求4所述的一种磁控溅射阴极靶材刻蚀速率的控制装置，其特征在于，所述磁场移动装置还包括承重轴承。7.根据权利要求5所述的一种磁控溅射阴极靶...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺增，毕诗博，刘兴龙，邓方昱，孙彬，
申请(专利权)人：沈阳添和毅科技有限责任公司泰山科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：