專利名稱：一種用于磁控濺射的高純鎳靶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁控濺射鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種用于磁控濺射的 高純鎳靶材。
背景技術(shù)：
濺射法被廣泛的被應(yīng)用于耐磨零件、太陽能薄膜、磁頭、芯片和磁記 錄介質(zhì)、玻璃表面，聚酯帶、膜泡棉和聚氨酯泡棉等上形成薄膜的一種方 法，鍍膜密度高，附著好，近年發(fā)展很快，應(yīng)用很廣。
現(xiàn)在實(shí)施的大部分濺射為磁控濺射。磁控濺射原理電子在電場(chǎng)的作用 下加速飛向基片的過程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子。 氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的 靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。這種磁控濺射在靶的背面放置磁鐵， 在與靶表面的電場(chǎng)垂直方向產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，二次電子在加速飛向基片的過 程中受到磁場(chǎng)洛侖磁力的影響，被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該 區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高，二次電子在磁場(chǎng)的作用下圍繞靶面作圓周運(yùn)動(dòng)， 在運(yùn)動(dòng)過程中不斷的與氬原子發(fā)生碰撞電離出大量的氬離子轟擊耙材，濺 射出大量的靶材原子沉積到基片成為鍍膜。磁場(chǎng)與電場(chǎng)的強(qiáng)度，方向和范 圍都會(huì)對(duì)成膜有很大影響。
磁控濺射鍍膜可以實(shí)現(xiàn)大面積、均勻沉積，膜/基結(jié)合力好，成膜較致 密，濺射速率高，基底溫升小，幾乎所有金屬、化合物均可作靶。磁控濺射靶大致可分為柱狀耙和平面靶兩大類。柱狀靶原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 但其形狀限制了它的用途。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的多是矩形平面靶，目前已
有長(zhǎng)度達(dá)4m的矩形靶用于鍍制窗玻璃的隔熱膜。讓基片連續(xù)不斷地由矩形 耙下方通過，不但能鍍制大面積的窗玻璃，還適于在成巻的聚酯帶、膜和 泡棉或者聚氨酯泡棉上鍍制各種膜層和導(dǎo)電膜。
鎳耙作為常用的靶材由于其化學(xué)穩(wěn)定性，導(dǎo)電性和防止金屬擴(kuò)散性能 已經(jīng)在半導(dǎo)體行業(yè)(閘極材料)和導(dǎo)電膜(泡沫鎳導(dǎo)電化)等方面有廣泛 應(yīng)用。其常用的是可以在連續(xù)基片或者成巻聚酯帶或者聚酯、聚氨酯泡棉 的鍍鎳的矩形鎳靶。
存在的問題一是純鎳靶材厚度不能太厚，影響靶材利用率。
是有磁性的合金或者金屬雖然也可作為磁控濺射靶材。但是當(dāng)靶有磁 性時(shí)，雖然磁控濺射方法可以在磁場(chǎng)捕獲電子，并有效地離子化濺射氣體， 但是，因?yàn)殍F磁性靶材對(duì)磁控濺射陰極的磁場(chǎng)有很強(qiáng)的屏蔽效應(yīng)，所以當(dāng) 鐵磁性靶材超過一定厚度時(shí)，靶材表面剩余磁場(chǎng)太小，無法有效約束靶材 表面的二次電子，從而無法進(jìn)行磁控濺射。即使有高磁性磁鐵的應(yīng)用改善 了靶材厚度的范圍，但是鎳靶材仍然不能太厚，過去使用磁鐵為鐵氧體時(shí) 一般在鎳靶的厚度在5mm以內(nèi)，現(xiàn)在使用磁性比較大的磁鐵(如釹鐵硼)， 一般在12mm以內(nèi)，因?yàn)闉R射刻蝕環(huán)呈喇叭口型(參見圖4、 5)，這使得靶 材利用率與厚度的關(guān)系很大，厚度增加對(duì)利用率呈指數(shù)關(guān)系，厚度小利用 率低，同時(shí)還增加了拆卸靶材的次數(shù)，增加了生產(chǎn)成本，較低生產(chǎn)效率。
存在的問題二是純鎳靶材形成濺射刻蝕環(huán)后磁場(chǎng)分布不均，刻蝕呈V 型深入并惡化，影響鍍膜質(zhì)量和純鎳耙材利用率。在磁控濺射開始時(shí)，磁場(chǎng)分布比較均勻(參見圖2)磁控濺射比較均勻； 而在濺射一段時(shí)間后，靶材表面有侵蝕的環(huán)狀的刻蝕槽時(shí)，靶材就成為一 個(gè)不均勻的磁屏蔽體，磁場(chǎng)越來越多的從侵蝕的刻蝕槽部位表面流出，磁 場(chǎng)空間越來越小(參見圖3)， 二次電子約束的空間也變小，更接近溝槽的 最深處，隨后二次電子的刻蝕區(qū)愈加集中在刻蝕槽附近，使得整個(gè)磁場(chǎng)是 隨濺射過程而變化的，而且越來越不均勻，越不均勻，對(duì)刻蝕槽的集中侵 蝕越嚴(yán)重，最后侵蝕的溝槽前端尖銳，很容易打透，利用率大大降低。而 且由此生產(chǎn)的膜厚度分布和靶材使用過程的均一性就有很大的問題，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)鍍膜的前半周期(靶材侵蝕較少)膜質(zhì)量和均一性較好，而后期膜質(zhì)
量和均一性較差。圖2、 3可以說明對(duì)于磁性靶材而言，磁場(chǎng)因侵蝕而變化 的情況和刻蝕槽的特征。
存在問題三是在純鎳矩形靶材直道和轉(zhuǎn)彎處磁場(chǎng)強(qiáng)度有差別，濺射刻 蝕環(huán)直道與彎道處的刻蝕深度差別大，刻蝕最深的的深度決定了耙材的壽 命。
處于矩形鎳耙背后的磁鐵一般均勻排布，在直道上磁場(chǎng)分布均勻，但 在轉(zhuǎn)彎處磁場(chǎng)過于集中，這會(huì)導(dǎo)致在這個(gè)部位的磁場(chǎng)強(qiáng)度大于直線段，即 造成了橫向不同部位磁場(chǎng)分布不均的問題，導(dǎo)致鍍膜不均一，也造成了轉(zhuǎn) 彎處的濺射刻蝕快。雖然有將轉(zhuǎn)彎部分的磁鐵減少或者減弱的處理方法， 但不均勻的問題仍然嚴(yán)重。對(duì)現(xiàn)在用的平面純鎳靶材測(cè)試表明濺射刻蝕環(huán) 直道部分只侵蝕了純鎳靶材深度的30-50% (參見圖4),而濺射刻蝕環(huán)彎道 部分刻蝕的深度超過鎳靶厚度的85%了 (參見圖5)。如果減少了彎道磁鐵， 一方面磁場(chǎng)分布不均勻會(huì)造成鍍膜質(zhì)量的差異，同時(shí)有時(shí)在彎道侵蝕約50%左右，而直道已經(jīng)侵蝕超過85%了。從問題二的分析可以看出，現(xiàn)有平面純 鎳靶材磁場(chǎng)的前期差異會(huì)造成后來濺射濺射環(huán)刻蝕深度的差別，而深度的 差別進(jìn)一步強(qiáng)化的磁場(chǎng)的差別使得差別不斷放大，最終造成很大的差別。 這樣必然導(dǎo)致靶材利用率低和壽命短。
存在問題四是靶材太厚冷卻不好，由于靶材熱量升高，所以導(dǎo)致了被 施鍍的材料基體溫度高，對(duì)于玻璃等材料并沒有影響，但是對(duì)有機(jī)薄膜或 者各類泡棉則影響較大，有機(jī)薄膜或者泡棉在受熱時(shí)易變形，當(dāng)溫度越過 某一臨值時(shí)，泡綿還會(huì)揮發(fā)一些氣體易造成對(duì)真空室和靶極污染，嚴(yán)重影 響鍍膜產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種利用率高、使用壽命長(zhǎng)的用于磁控濺射的 高純鎳靶材。
本發(fā)明提供了一種用于磁控濺射的高純鎳靶材，其特征在于所述的 用于磁控濺射的高純鎳靶材為，在平面靶表面帶有均勻的和非均勻環(huán)形濺 射環(huán)，濺射環(huán)外環(huán)和內(nèi)環(huán)的溝槽位于靶材背后磁鐵的正上方位置，溝槽的 具體形狀為矩形槽、U型槽、V型槽、上矩形下梯形槽、上寬下窄的梯形槽， 或者上寬下窄雙矩形槽。
突出的濺射環(huán)在濺射面或者非濺射面，對(duì)于鎳靶背面可以直接水冷卻 的情況，突出的濺射環(huán)在非濺射面的情況，因?yàn)樗鬟^溝槽加之又對(duì)濺射 環(huán)側(cè)面冷卻，所以對(duì)冷卻非常好；突出環(huán)在濺射面的情況，由于散熱面積 加大，也會(huì)對(duì)冷卻有改善；對(duì)于有冷卻隔板(一般為無磁的紫銅或者奧氏體不銹鋼板)，突出濺射環(huán)在非濺射面的不太適用，而突出濺射環(huán)在濺射面 的冷卻效果也由于表面積的增加，冷卻厚度的降低而改善。
所述的溝槽的深度與靶材背后的磁鐵強(qiáng)度和在彎道磁鐵排布有關(guān)，在
長(zhǎng)段處溝槽較深，在彎道處溝槽較淺；在彎道處的磁場(chǎng)降低的情況下，在 彎道處較深，在直道處較淺。所述的環(huán)形濺射環(huán)的形狀位于溝槽外環(huán)和內(nèi) 環(huán)之間，典型的形狀包括矩形、圓角矩形、八邊矩形、雙半圓矩形、六邊 矩形、橢圓形。
溝槽的深度能相同也能不同，能連續(xù)變化也能非連續(xù)變化。濺射環(huán)外 部溝槽可以是槽型，也能是密封部分與槽相同深度的L型。
所述的用于磁控濺射的高純鎳靶材的結(jié)構(gòu)能為整體，也能是把一個(gè)整 體濺射環(huán)或者組合的濺射環(huán)與其它部分分塊組裝成的一個(gè)濺射靶材。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明在于在平面鎳耙表面均勻的和非均勻刻槽，以克服磁控濺射鐵 磁性耙材的磁屏蔽問題、侵蝕后磁場(chǎng)分布不均問題、橫向侵蝕不均靶材利 用率低的問題和冷卻效果不佳的問題?？朔写判约冩嚢胁暮穸认拗?，可 以制作厚度大于5mm以上(磁鐵為鐵氧體)和大于10mm (磁鐵為釹鐵硼) 的純鎳耙材；大大降低了純鎳靶材磁場(chǎng)隨磁控濺射過程變化的問題，改善 鍍膜的均一性；均衡了濺射環(huán)的刻蝕深度，大大提高了純鎳靶材利用率， 改善鎳耙冷卻效果，降低了施鍍基體溫度，對(duì)有機(jī)薄膜和泡棉的效果有改 進(jìn)，同時(shí)使過去由于溫度高無法施鍍的有機(jī)物成為可能。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:

圖1為 一種帶溝槽的純鎳靶材示意圖； 圖2為刻蝕前磁場(chǎng)的分布； 圖3為刻蝕后前磁場(chǎng)的分布； 圖4為濺射刻蝕環(huán)橫截面刻蝕槽示意圖; 圖5為濺射刻蝕環(huán)縱截面刻蝕槽示意圖; 圖6為 一種環(huán)形濺射環(huán)的主視圖； 圖7為 一種環(huán)形濺射環(huán)的俯視圖； 圖8為 一種環(huán)形濺射環(huán)的左視圖； 圖9為另一種環(huán)形濺射環(huán)的主視圖； 圖10為另一種環(huán)形濺射環(huán)的俯視圖； 圖11為另一種環(huán)形濺射環(huán)的左視圖； 圖12為各種溝槽的剖面示意圖； 圖13為靶材濺射環(huán)第一種示意圖； 圖14為靶材濺射環(huán)第二種示意圖； 圖15為靶材濺射環(huán)第三種示意圖； 圖16為靶材濺射環(huán)第四種示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
把靶材厚度提高到13mm,在濺射面，在直線段用銑床銑出深度7mm的 上寬下窄的梯形槽，彎道處銑出深度4mra的槽，彎道為梯形，直線段與彎 道段高度平緩過渡。靶材對(duì)聚酯薄膜表面進(jìn)行施鍍，靶材利用率(刻蝕質(zhì)量/靶材總質(zhì)量X100。/0較過去使用的等厚度純鎳靶材提高60%;帶溝槽的 純鎳靶鍍膜橫向電阻在置信度為95%時(shí)為8.3士0.3Q，而無溝槽的(鎳靶 lOmm厚)純鎳耙鍍膜橫向電阻在同樣置信度時(shí)為9. 3土 1. 3 Q ;比較純鎳靶 按壽命100%為開始15%、中間50%和最后鍍膜85%，測(cè)試電阻分別為8. 3± 0.3Q, 8.4土0.3Q和8.5土0.4Q;說明電阻的均一性有較大改善。 實(shí)施例2
把耙材厚度提高到12mm，在濺射面背面，在直線段用銑床銑出深度5mm 的U形槽，彎道處銑出深度3mm的U形槽，彎道為圓弧形，直線段與彎道 段高度平緩過渡，采用對(duì)靶方式對(duì)泡棉雙面連續(xù)施鍍，靶材利用率較過去 使用的等厚度純鎳靶材提高50%以上。同時(shí)鎳靶表面由于冷卻效果變好，所 以鎳靶沒有受到泡棉揮發(fā)氣體污染，而過去使用的等厚度純鎳靶材則表面 出現(xiàn)發(fā)黑的泡棉揮發(fā)物污染沉積物。
實(shí)施例3
制備厚度為8mm純鎳濺射環(huán)，形狀為矩形，在非濺射面均勻的打直徑 8mm的螺孔16個(gè)，把純鎳濺射環(huán)與厚度為5ram的平面鎳板通過帶密封墊的 螺栓組裝一起，采用對(duì)靶方式對(duì)聚酯薄膜雙面連續(xù)施鍍，靶材利用率較過 去使用的等厚度純鎳靶材提高了 50%。
權(quán)利要求
1、一種用于磁控濺射的高純鎳靶材，其特征在于所述的用于磁控濺射的高純鎳靶材為，在平面靶表面帶有均勻的和非均勻環(huán)形濺射環(huán)，濺射環(huán)外環(huán)和內(nèi)環(huán)的溝槽位于靶材背后磁鐵的正上方位置，溝槽的具體形狀為矩形槽、U型槽、V型槽、上矩形下梯形槽、上寬下窄的梯形槽，或者上寬下窄雙矩形槽。
2、 按照權(quán)利要求1所述的用于磁控濺射的高純鎳耙材，其特征在于 所述的濺射環(huán)在濺射面或者非濺射面。
3、 按照權(quán)利要求1所述的用于磁控濺射的高純鎳靶材，其特征在于 所述的溝槽的深度與靶材背后的磁鐵強(qiáng)度和在彎道磁鐵排布有關(guān)，在長(zhǎng)段 處溝槽較深，在彎道處溝槽較淺；在彎道處的磁場(chǎng)降低的情況下，在彎道 處較深，在直道處較淺。
4、 按照權(quán)利要求1所述的用于磁控濺射的高純鎳靶材，其特征在于 所述的環(huán)形濺射環(huán)的形狀位于溝槽外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間，典型的形狀包括矩形、 圓角矩形、八邊矩形、雙半圓矩形、六邊矩形、橢圓形。
5、 按照權(quán)利要求1所述的用于磁控濺射的高純鎳靶材，其特征在于 所述的溝槽的深度能相同也能不同，能連續(xù)變化也能非連續(xù)變化。
6、 按照權(quán)利要求1所述的用于磁控濺射的高純鎳靶材，其特征在于 所述的濺射環(huán)外部溝槽可以是槽型，也能是密封部分與槽相同深度的L型。
7、 按照權(quán)利要求1所述的用于磁控濺射的高純鎳靶材，其特征在于 所述的用于磁控濺射的高純鎳耙材的結(jié)構(gòu)能為整體，也能是把一個(gè)整體濺 射環(huán)或者組合的濺射環(huán)與其它部分組裝成一個(gè)濺射靶材。
全文摘要
一種用于磁控濺射的高純鎳靶材，在平面靶的濺射面或者背面表面帶有均勻形狀或者非均勻形狀環(huán)形濺射環(huán)，濺射環(huán)典型的形狀包括矩形、圓角矩形、八邊矩形、雙半圓矩形、六邊矩形、橢圓形；溝槽位于靶材背后磁鐵的正上方位置，溝槽的典型形狀為矩形槽、U型槽、V型槽、上矩形下梯形槽、上寬下窄的梯形槽，或者上寬下窄雙矩形槽；濺射環(huán)外部溝槽是臺(tái)階形狀。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明克服磁控濺射鐵磁性靶材的磁屏蔽問題、侵蝕后磁場(chǎng)分布不均問題和橫向侵蝕不均靶材利用率低的問題?？朔写判约冩嚢胁暮穸认拗?；大大降低了純鎳靶材磁場(chǎng)隨磁控濺射過程變化的問題，改善鍍膜的均一性；均衡了濺射環(huán)的刻蝕深度，大大提高了純鎳靶材利用率。
文檔編號(hào)C23C14/35GK101550536SQ200810010809
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者李洪錫 申請(qǐng)人:沈陽金納新材料有限公司