阅读说明：本技术 一种高利用率宽面矩形阴极靶及其提高利用率的方法 (Wide-surface rectangular cathode target with high utilization rate and method for improving utilization rate thereof ) 是由 张斌 高凯雄 贾倩 张俊彦 强力 于 2020-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种宽面高利用率矩形阴极靶,包括软铁底板及设置在软铁底板上的中心磁钢,包围中心磁钢的同向多道环形磁钢。环形磁钢的磁场面与软铁底板呈10-15°的倾角；最外环形跑道磁钢与中心磁钢等高,且由外向内环形跑道磁钢按照每道3㎜的阶梯降低；环形跑道磁钢的宽度由外向内逐渐变小。本发明设计的宽面矩形阴极靶的磁场布置可使平面溅射靶材的利用率到50%以上。将上述宽面矩形阴极靶在初次溅射使用后,将未溅射区域和已溅射区域靶材切割分离,未溅射区域按上述宽面矩形阴极靶的结构拼接后可以再次用作磁控溅射靶材,使靶材的利用率提高到80%以上,不仅提高了镀膜效率,而且极大的节约了资源。(The invention provides a wide-surface high-utilization-rate rectangular cathode target which comprises a soft iron bottom plate, central magnetic steel arranged on the soft iron bottom plate, and a plurality of annular magnetic steels in the same direction surrounding the central magnetic steel. The magnetic field surface of the annular magnetic steel and the soft iron bottom plate form an inclination angle of 10-15 degrees; the outermost annular runway magnetic steel is equal to the central magnetic steel in height, and the annular runway magnetic steel is lowered according to each step of 3mm from outside to inside; the width of the annular runway magnetic steel is gradually reduced from outside to inside. The magnetic field arrangement of the wide-surface rectangular cathode target designed by the invention can enable the utilization rate of the planar sputtering target to reach more than 50%. After the wide-surface rectangular cathode target is used for the first time in a sputtering mode, the targets in the non-sputtering area and the sputtering area are cut and separated, the non-sputtering area can be used as the magnetron sputtering target again after being spliced according to the structure of the wide-surface rectangular cathode target, the utilization rate of the target is improved to be more than 80%, the film coating efficiency is improved, and resources are greatly saved.)

一种高利用率宽面矩形阴极靶及其提高利用率的方法

技术领域

本发明涉及一种用于磁控溅射和电弧离子镀膜的矩形阴极，尤其涉及一种的高利用率宽面矩形阴极，本发明同时还涉及该提高宽面矩形阴极高利用率的方法，属于真空镀膜领域。

背景技术

随着能源和资源消耗的加剧，人们对于能源和资源的节约意识逐渐增加，新型的防腐和减磨耐磨技术不断出现，用来降低能源和资源的消耗和浪费。表面处理技术如电镀、微弧氧化、等离子喷涂等技术被广泛应用于材料的防腐保护和摩擦系数的降低。

物理气相沉积技术，如电弧离子镀和磁控溅射等，相对于电镀和微弧氧化，作为一类本身就是无污染的绿色表面处理技术，受到越来越广泛的重视和大面积的应用。但是，传统的平面阴极靶材利用率只有30-40%，其余的材料被当做废品处理，造成了资源的损失。如何进一步提高平面阴极的利用率成为当前的技术挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽面矩形阴极靶，以提高平面阴极靶的利用率。

本发明的另一目的是提供一种提高上述宽面矩形阴极靶利用率的方法。

一种宽面矩形阴极靶，包括软铁底板及设置在软铁底板上的中心磁钢，包围中心磁钢的环形跑道磁钢，且中心磁钢与环形跑道磁钢为异向。即当中心磁钢为N极时，环形跑道磁钢为S极，当中心磁钢为S极时，外环跑道磁钢为N极。

环形跑道磁钢的磁场面与软铁底板呈10-15°的倾角。倾角的倾斜程度与靶面实际宽度相关，宽度越大，倾角越小，越有利于阴极靶材的高效利用。

环形跑道磁钢有多道，由内向外依次为第一环形跑道磁钢、第二环形跑道磁钢、第三环形跑道磁钢等。环形跑道磁钢均为同向（即当中心磁钢为N极时，所有环形跑道磁钢均为S极，当中心磁钢为S极时，所有外环跑道磁钢均为N极）。最外环形跑道磁钢与中心磁钢等高，且由外向内环形跑道磁钢按照每道3mm的阶梯降低，且保持环形跑道磁钢的磁场面磁场面与软铁底板的倾角不变。环形跑道磁钢的宽度由外向内逐渐变小。

中心磁钢和最外环形磁钢均为钕铁硼或钐钴强磁钢。根据需要，内环磁场可以为钕铁硼或钐钴强磁钢或者铁氧体弱磁钢。软铁底板及磁钢被封装在铝合金箱体中，以保证溅射过程中阴极靶材与水不直接接触。

本发明设计的宽面矩形阴极靶的磁场布置可使平面溅射靶材的利用率到50%以上。

为了进一步提高形阴极靶的利用率，将上述宽面矩形阴极靶在初次溅射使用后，将未溅射区域和已溅射区域靶材切割分离，未溅射区域按上述宽面矩形阴极靶的结构拼接后可以再次用作磁控溅射靶材，使靶材的利用率提高到80%以上。

综上所述，本发明通过磁钢布置方式及阴极靶材的布置方法，不仅提高了镀膜效率，而且极大的节约了资源。

附图说明

图1为本发明实施例1面矩形阴极靶的结构示意图。

图2为本发明实施例1面矩形阴极靶的环形磁钢的布置图。

图3为本发明实施例2面矩形阴极靶的结构示意图。

图4为本发明实施例3靶材设计及二次拼接利用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

实施例1

如图1、2所示，宽面矩形阴极靶（靶材宽度为120mm），包括软铁底板及设置在软铁底板上的中心磁钢S（宽度为18mm），中心磁钢S外设置两个环形跑道磁钢N。其中外环磁钢N的宽度12mm；外环磁钢N的宽度为8mm，中心磁钢S与内环磁钢N的间距为13.5mm。外环磁钢的磁场面与软铁底板的倾角为15°。外环磁钢N与中心磁钢S等高，均为35mm。内环形跑道磁钢的高度低于外环磁钢3mm，即高度为32mm。

该磁场布置可以提高平面溅射靶材的利用率从传统的35%到50%以上。

为了提高形阴极靶的利用率，上述宽面矩形阴极靶在初次溅射使用后，将未溅射区域和已溅射区域靶材切割分离，未溅射区域按上述宽面矩形阴极靶的结构拼接后可以再次用作磁控溅射靶材。具体如图4所示：当靶材宽度为120mm时，设计靶材拼接基本单元为120x120mm²，此时有效溅射宽度为35mm跑道。中心为30mm，边缘为12.5mm未溅射区域。加工截取后，由2个30mm宽度靶材和5个12mm宽度靶材组合成120x120mm²靶，旋转90°后可以再次利用。

拼接后的溅射靶材再次利用后，靶材的利用率从50%提高到80%以上。

实施例2

如图2所示，宽面矩形阴极靶（靶材宽度为150mm），包括软铁底板及设置在软铁底板上的中心磁钢S（宽度为20mm，高20mm），中心磁钢S外设置三个环形跑道磁钢N，由内向外依次为第一环形跑道磁钢、第二环形跑道磁钢、第三环形跑道磁钢。其中第三环形跑道磁钢N的宽度17mm，高度为20mm；第二环形跑道磁钢N的宽度为9mm，高度为17mm；第一环形跑道磁钢N的宽度为7mm，高度为14mm。中心磁钢S与第一环形磁钢N的间距为14.5mm，第一环形磁钢与第一环形磁钢的间距为13mm。第一、二、三环星磁钢的磁场面与软铁底板的倾角均为12°。

该磁场布置可以提高平面溅射靶材的利用率到50%以上。

为了提高形阴极靶的利用率，上述宽面矩形阴极靶在初次溅射使用后，将未溅射区域和已溅射区域靶材切割分离，未溅射区域按上述宽面矩形阴极靶的结构拼接后可以再次用作磁控溅射靶材。具体如图3所示。当靶材宽度为150如mm时，设计靶材拼接基本单元为150x150mm²，此时有效溅射宽度为45mm跑道。中心为35mm，边缘为12.5mm未溅射区域。截取后，由3个30mm宽度靶材和5个12mm宽度靶材组合成100x100mm²靶，旋转90°后可以再次利用。

实施例3

如图3所示，宽面矩形阴极靶（靶材宽度为170mm），包括软铁底板及设置在软铁底板上的中心磁钢S（宽度为20mm，高20mm），中心磁钢S外设置三个环形跑道磁钢N，由内向外依次为第一环形跑道磁钢、第二环形跑道磁钢、第三环形跑道磁钢。其中第三环形跑道磁钢N的宽度15mm，高度为20mm；第二环形跑道磁钢N的宽度为11mm，高度为17mm；第一环形跑道磁钢N的宽度为8mm，高度为14mm。中心磁钢S与第一环形磁钢N的间距为15.5mm，第一环形磁钢与第一环形磁钢的间距为13mm。第一、二、三环星磁钢的磁场面与软铁底板的倾角均为15°。

该磁场布置可以提高平面溅射靶材的利用率到50%以上。

为了提高形阴极靶的利用率，上述宽面矩形阴极靶在初次溅射使用后，将未溅射区域和已溅射区域靶材切割分离，未溅射区域按上述宽面矩形阴极靶的结构拼接后可以再次用作磁控溅射靶材。具体如图4所示。当靶材宽度为170mm时，设计靶材拼接基本单元为170x170mm²，此时有效溅射宽度为50mm跑道。中心为40mm，边缘为15mm未溅射区域。截取后，由3个40mm宽度靶材和4个12.5mm宽度靶材组合成170x170mm²靶，旋转90°后可以再次利用。