本实用新型涉及磁控溅射靶材技术领域，尤其涉及一种旋转靶材及磁控溅射装置。
背景技术：
作为当今工业镀膜生产过程中一项重要的技术，磁控溅射具有低温、快速、膜层致密性高和均匀性优良等特点，在光学、平面显示、集成电路等领域发挥了重要作用。
磁控溅射利用电场产生的电子在高真空环境中与制程气体的碰撞来产生等离子体，等离子体轰击阴极靶材使得靶材原子脱离原位置，达到沉积膜层的目的。在实际生产中，旋转靶材一般包括背管以及绕在背管外侧的靶材，背管内部设有磁芯，并且磁芯的长度通常小于靶材实际长度。换言之磁芯并未延伸至靶材的两个端部位置处，因此在靶材的两个端部的磁场强度一般会小于靶材中部位置的磁场强度。这会导致靶材两个端部位置处，靶材原子“溅射出去”与“回镀回来”这两个过程不平衡，这样在长期放电作用下，靶材端部位置会结瘤，导致异常放电，也会影响溅射膜的膜质。为了避免这种情况的发生，现有技术通常在设备使用一段时间后，将设备的工作腔打开并对该结瘤进行清洁后再继续工作。
然而上述方案中，在镀膜制程中需要定时开腔清洁，使镀膜过程被频繁中断，这直接导致设备稼动率较低，生产率也较低。
技术实现要素：
本实用新型提供一种旋转靶材及磁控溅射装置，能够减轻杂质聚集，降低镀膜过程被中断的次数，提高设备的稼动率。
第一方面，本实用新型提供一种旋转靶材，包括背管、设置在背管内的磁芯以及围设在背管外侧的靶材，靶材包括回镀部以及靶材主体部，回镀部对应于靶材使用时将会产生杂质聚集的区域，回镀部位于靶材主体部的长度方向两端部；回镀部的侧方外轮廓的尺寸小于靶材主体部的侧方外轮廓的尺寸。
在一种可能的实现方式中，回镀部包括朝向靶材主体部的第一端以及背离靶材主体部的第二端，回镀部的侧方外轮廓的尺寸由回镀部的第一端到回镀部的第二端逐步减小。
在一种可能的实现方式中，回镀部的外侧面为相对于背管的轴线倾斜的斜面。
在一种可能的实现方式中，回镀部的外侧面相对于背管的轴线的夹角范围为：15°～32°。
在一种可能的实现方式中，回镀部的厚度由第一端朝向第二端逐步减小。
在一种可能的实现方式中，主体部包括多个靶胚，多个靶胚围设在背管外侧，且沿背管的轴向间隔布置。
在一种可能的实现方式中，在背管的轴向上相邻的两个靶胚彼此间距为0.20～0.40mm。
在一种可能的实现方式中，回镀区外表面的表面粗糙度ra为1.0-2.0um。
在一种可能的实现方式中，回镀部的第二端端面垂直于背管的轴线。
第二方面，本实用新型提供一种磁控溅射装置，包括上述的旋转靶材。
本实用新型实施例提供的旋转靶材包括背管、设置在背管内的磁芯以及围设在背管外侧的靶材，靶材包括回镀部以及靶材主体部，回镀部对应于靶材使用时将会产生杂质聚集的区域，回镀部位于靶材主体部的长度方向两端部；回镀部的侧方外轮廓的尺寸小于靶材主体部的侧方外轮廓的尺寸。通过在旋转靶材中设置回镀部，回镀部是将要产生杂质聚集的区域，由于回镀部的外轮廓尺寸小于靶材主体部的外轮廓尺寸，与现有技术中回镀部和靶材主体部外轮廓尺寸相等的方案相比，由于回镀部外轮廓尺寸距离内部磁芯的距离变小，回镀部外表面靶材材料所处的磁场强度值变大，因此回镀部表面被轰击而脱离的靶材原子数量增多，在回镀的原子数量不变的情况下，二者的差值变小，即杂质聚集的情况将会大大减轻。因此延长了旋转靶材的使用寿命，减少镀膜过程中断的次数，使设备稼动率升高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一提供的旋转靶材剖视结构示意图；
图2为本实用新型实施例一提供的旋转靶材的结构示意图；
图3为本实用新型实施例一提供的旋转靶材的另一种结构的结构示意图；
图4为本实用新型实施例一提供的旋转靶材的再一种结构的结构示意图；
图5a为本实用新型实施例一提供的旋转靶材与现有技术的旋转靶材进行对比试验的结果示意图；
图5b为本实用新型实施例一提供的旋转靶材与现有技术的旋转靶材进行对比试验的结果示意图；
图6为靶材使用寿命和靶材的长度的关系示意图。
附图标记：
100-旋转靶材；
10-背管；
11-磁芯；
20-靶材；
30-回镀部；
31-第一端；
32-第二端；
50-靶材主体部；
51-靶胚。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
图1为本实用新型实施例一提供的旋转靶材剖视结构示意图，图2为本实用新型实施例一提供的旋转靶材的结构示意图，图3为本实用新型实施例一提供的旋转靶材的另一种结构的结构示意图。
参照图1、图2，本申请实施例提供的旋转靶材100包括背管10、设置在背管10内的磁芯11以及围设在背管10外侧的靶材20，靶材20包括回镀部30以及靶材主体部50，回镀部30对应于靶材20使用时将会产生杂质聚集的区域，回镀部30位于靶材主体部50部的长度方向两端部；回镀部30沿背管10的轴向o的外侧面的外轮廓尺寸小于靶材主体部50沿背管10的轴向的外侧面的外轮廓尺寸。即，回镀部30的侧方外轮廓的尺寸小于靶材主体部50的侧方外轮廓的尺寸。
本申请实施例中，所述的“杂质聚集”，具体是指在溅射过程中在靶材上产生的结瘤现象。
在上述方案中，在旋转靶材100中设置回镀部30，本申请中，回镀部30是指靶材20中将要产生杂质聚集的区域。回镀部30的确定可采用如下方式：根据经验值，将靶材20中可能会出现杂质聚集的最大区域划定为杂质聚集区，靶材20上与杂质聚集区所对应的的部分为回镀部30，杂质聚集(结瘤)是靶材20表面被轰击出的靶材原子、杂质等再反向回镀至靶材20上而成的结构。回镀部30杂质聚集程度的轻重，可以用预设时间内，回镀到回镀部30上的靶材原子、与回镀部30表面被轰击出的靶材20原子的量的差值来衡量。
进一步的，参照图1，由于回镀部30的侧方外轮廓的尺寸小于靶材主体部50的侧方外轮廓的尺寸，与现有技术中回镀部30和靶材主体部50部外轮廓尺寸相等的方案相比，由于回镀部30的外侧面表面距离内部磁芯11的距离变小(距离磁芯11较近的部位磁场密度大)，回镀部30外表面靶材材料所处的磁场强度值变大，因此回镀部30表面被轰击而脱离的靶材原子数量增多，在回镀的靶材原子数量不变的情况下，二者的差值变小，即杂质聚集的情况将会大大减轻。因此延长了旋转靶材100的使用寿命，减少镀膜过程中断的次数，使设备稼动率升高。
本申请实施例中，背管10为圆筒形，材质优选为不锈钢。在背管10内封装有静止不动的磁芯11，磁芯11中，靠背管10的两个端部的部分一般距离背管10具有预设间距。靶材20围设在背管10外侧，为了使旋转靶材100便于安装，并避免靶材20在安装过程中受损，背管10的长度一般大于靶材20的长度。背管10两侧凸出于靶材20的部分形成为旋转靶材100的安装部，即旋转靶材100通过安装部而安装在磁控溅射装置的工作腔室内。
本申请实施例中，靶材20包括回镀部30以及靶材主体部50，回镀部30位于靶材主体部50的长度方向两端部；在回镀部30和靶材主体部50是一体结构的情况下，回镀部30和靶材主体部50是一个结构件上所包括的两个部分。在回镀部30和靶材主体部50是分体形成的情况下，回镀部30和靶材主体部50可以分别固定在背管10的相应部位上。回镀部30与靶材主体部50之间可以具有间隔，该间隔沿背管10轴向的距离为0.20～0.40mm。
本申请实施例中，回镀部30的侧方外轮廓的尺寸小于靶材主体部50的侧方外轮廓的尺寸，例如，参照图1、图2、两个回镀部30的外轮廓尺寸均小于靶材主体部50的外轮廓尺寸。回镀部30的侧方外轮廓的尺寸小于靶材主体部50的侧方外轮廓的尺寸具体是指，回镀部30的横截面的外轮廓所围成的面积，小于靶材主体部50的横截面的外轮廓所围成的面积，这里，横截面是指垂直于背管10轴向的截面。
回镀部30的侧方外轮廓的尺寸小于靶材主体部50的侧方外轮廓的尺寸具体可以有多种情况，例如，参照图3，回镀部30形成为圆管状，且外径在背管10轴向保持不变。
或者，参照图1、图2，在一种可能的实现方式中，回镀部30包括朝向靶材主体部50部的第一端31以及背离靶材主体部50部的第二端32，回镀部30的侧方外轮廓的尺寸由回镀部30的第一端31到回镀部30的第二端32逐步减小。
本申请实施例中，参照图1，虚线是表示出的磁芯11产生的磁场示意，回镀部30所处的磁场环境是由第一端31到第二端32逐渐减小，因此从第一端31越靠近第二端32，杂质聚集变得更加容易，即第二端32由于磁场强度较小，靶材原子脱离得更少，更容易产生杂质聚集，且杂质聚集的厚度更厚。而上述方案中，回镀部30的侧方外轮廓的尺寸由第一端31到第二端32逐步减小，即越是靠近杂质聚集更易发生的区域，回镀部30的侧方外轮廓的尺寸越小，因此回镀部30外侧面距离磁场的距离越小，磁场强度越大，这样能够使溅射时，被轰击脱离的靶材20原子增加，在回镀的原子数量不变的情况下，二者的差值变小，即杂质聚集的情况将会减轻。因此延长了旋转靶材100的使用寿命，减少镀膜过程中断的次数，使设备稼动率升高。
本申请实施例中，靶材20可以是回转体，这样可以在旋转靶材100的工作过程中，使靶材20上的靶材原子均匀地脱离，有利于镀膜过程的稳定进行。
进一步的，回镀部30的外侧面由回镀部30的第一端31到回镀部30的第二端32朝向背管10的轴线倾斜。换言之，回镀部30的外侧面为相对于背管的轴线o倾斜的斜面。像上述这样，将回镀部30的外侧面形成为连续的斜面，即使整个回镀部30的外轮廓尺寸连续地减少，能更好地减轻杂质聚集情况。
本申请实施例中，参照图2，回镀部30的外侧面相对于背管10的轴线o的夹角α的范围为：15°～32°。夹角α在该范围内时，可以保证最大程度减轻回镀部30的杂质聚集情况。
本申请实施例中，在一种可能的实现方式中，回镀部30的第二端32的端面垂直于背管10的轴线。一般回镀部30的机加工采用车削加工，并从第二端32入刀，在第二端32端面设置垂直于背管10的轴线时，便于车削加工的进行。
本申请实施例中，回镀部30的厚度由第一端31朝向第二端32逐步减小。示例性的，参照图1，在回镀部30的内径不变的情况下，由于回镀部30的外径从第一端31朝向第二端32逐步减小，因此回镀部30的厚度由第一端31朝向第二端32逐步减小。以尽量使回镀部30外表面所处位置的磁场强度增大。
进一步的，对于大型的磁控溅射设备，需要大尺寸的旋转靶材100，为此，可以先制得多个靶胚51，再将它们拼接到背管10上。
图4为本实用新型实施例一提供的旋转靶材的再一种结构的结构示意图，参照图4，示例性的，主体部可以包括多个靶胚51，靶胚51围设在背管10外侧。具体的，可以先生产出多个独立的靶胚51，然后将多个靶胚51固定到背管10上。例如可以通过铟钎焊将各靶胚51焊接到背管10上。
本申请实施例中，在一种可能的实现方式中，在旋转靶材100的轴向上相邻的两个靶胚51彼此间距d为0.20～0.40mm。这样，既可以防止间距过大导致杂质进入两个靶胚51之间，又可以防止间距过小时，因为应力过大而发生开裂。
本申请实施例中，回镀区外表面的表面粗糙度ra可以为1.0-2.0um。
下面简单介绍本申请的旋转靶材100的制作过程。本申请的旋转靶材100的制备方法包括：
使原料粉体经过混合压制(或者注浆成型)以及高温气氛烧结，得到相对密度不低于98％的靶胚51。其中，需要注意的是，烧结时升温速度不宜过快，以20-300℃/小时为宜；
对将要作为回镀部30的靶胚51的外周面边缘进行倒角，例如可以通过车削等方式进行倒角。
对倒角后的靶胚51做打磨清洁；
借助铟钎焊等方式将靶胚51与背管10进行焊接，以将各靶胚51安装到背管10上。其中，具有倒角的靶胚51置于两端，位于中间部分的靶胚51并未设置倒角。另外，需要注意的是，拼接时，相邻两块靶胚51的间隔距离在0.20～0.40mm之间，这是由于间距过小，使用过程容易因应力过大发生开裂；间距过大，容易异物累积，发生异常放电。
进一步示例性的，可以参照图2、图4，旋转靶材100的制备方法包括：
将纯度99.99％、平均粒径为50nm的原料粉体in2o3、sno2按照9：1的比例，并添加1％的聚乙烯醇pva后，球磨混合均匀；
将混合均匀的粉体倒入规定尺寸的管状模具中，以5-10mpa压力压制得到粗坯；再经200-500mpa的等静压得到更均匀密度更高的成型体；
将上述成型体进行脱脂烧结，即以30-60℃/小时的速率升温至660-800℃保温4小时，之后冷却至室温；再以100-200℃/小时的速率高温在氧气氛围下烧结至1450-1600℃，其中1000℃以上每升高200℃保温1-3小时，之后再以相同降温速率降至室温，最终得到密度99％以上的ito靶胚51；需要注意的是，也可以通过注浆技术获得靶胚51。
对将要作为回镀部30使用的靶胚20的外周面边缘进行倒角；其中，倒角区高度h(即回镀区高度)范围3～8mm，倒角区减小的厚度d范围2～6mm；回镀部30外表面与背管10轴线o的夹角α在15°～32°的范围内；
对倒角后的靶胚51做打磨清洁，使其表面粗糙度ra在1.0-2.0um的范围内；
借助铟钎焊等方式将靶胚51与背管10进行焊接，以拼接为所需尺寸的靶材20。其中，具有倒角的靶胚51置于两端，位于中间部分的靶胚51无需做上述倒角处理。另外，需要注意的是，拼接时，相邻两块靶胚51的间隔距离在0.20～0.40mm之间为宜。
为了验证本申请中的旋转靶材100的效果，申请人还做了实验。
图5a为本实用新型实施例一提供的旋转靶材与现有技术的旋转靶材进行对比试验的结果示意图，图5b为本实用新型实施例一提供的旋转靶材与现有技术的旋转靶材进行对比试验的结果示意图。
参照图5a、图5b所示，将本申请的旋转靶材与现有技术的旋转靶材使用相同时间后的arcing(异常放电)次数和异物数量进行比对，可得知，使用至相同寿命阶段时，本申请旋转靶材100的异常放电次数为27，现有技术的旋转靶材的异常放电次数为75，本申请旋转靶材100的异常放电次数仅为现有技术的36％。
此外，还使用外观检查装置(自动光学检测装置aoi，检测精度为4um)对产品表面的粒子进行量测，参照图5b，本申请旋转靶材100在镀膜完成的基板上产生的粒子个数(即图5b中的异物数量)与现有技术的靶材相比，减少了35％(183→116颗/基板)，磁控溅射装置成膜腔室使用寿命可由原来的800kwh提升至1600kwh。
本申请实施例中，根据旋转靶材100两端的磁场强弱情况，对靶材20进行模块化设计，将靶材20分为靶材主体部50和回镀部30，通过减少回镀部30外侧面的外轮廓尺寸，以加强回镀部30的外侧面所处的磁场强度，从而弥补靶材原子“溅射”与“回镀”两个过程的失衡，弱化“回镀区”，从而减少了杂质聚集以及杂质的累积。并且，上述对回镀部30的外轮廓尺寸减小了的结构也不会影响膜质的均一性。
图6为靶材的使用寿命和靶材沿背管轴向长度的关系示意图。
如图6所示，选取8根旋转靶材，测试使用寿命和杂质聚集区域的长度的关系由图中可以看出，旋转靶材的使用寿命和杂质聚集区域的长度具有正相关的关系。
本实施例中，旋转靶材包括背管、设置在背管内的磁芯以及围设在背管外侧的靶材，靶材包括回镀部以及靶材主体部，回镀部对应于靶材使用时将会产生杂质聚集的区域，回镀部位于靶材主体部的长度方向两端部；回镀部外侧面的外轮廓尺寸小于靶材主体部外侧面的外轮廓尺寸。通过在旋转靶材中设置回镀部，回镀部是将要产生杂质聚集的区域，由于回镀部沿背管的轴向的外侧面的外轮廓尺寸小于靶材主体部沿背管的轴向的外侧面的外轮廓尺寸，与现有技术中回镀部和靶材主体部外轮廓尺寸相等的方案相比，由于回镀部外轮廓尺寸距离内部磁芯的距离变小，回镀部外表面靶材材料所处的磁场强度值变大，因此回镀部表面被轰击而脱离的靶材原子数量增多，在回镀的原子数量不变的情况下，二者的差值变小，即杂质聚集的情况将会大大减轻。因此延长了旋转靶材的使用寿命，减少镀膜过程中断的次数，使设备稼动率升高。
实施例二
本实施例提供一种磁控溅射装置，包括实施例一中的旋转靶材。其中，旋转靶材的具体结构以及功能均已在前述实施例一中进行了详细说明，因而此处不再赘述。
本实施例中，磁控溅射装置包括前述的旋转靶材，通过在旋转靶材中设置回镀部，回镀部是将要产生杂质聚集的区域，由于回镀部外侧面的外轮廓尺寸小于靶材主体部外侧面的外轮廓尺寸，与现有技术中回镀部和靶材主体部外轮廓尺寸相等的方案相比，由于回镀部外侧面距离内部磁芯的距离变小，回镀部外表面靶材材料所处的磁场强度值变大，因此回镀部表面被轰击而脱离的靶材原子数量增多，在回镀的原子数量不变的情况下，二者的差值变小，即杂质聚集的情况将会大大减轻。因此延长了旋转靶材的使用寿命，减少镀膜过程中断的次数，使设备稼动率升高。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，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”可包括第一和第二特征直接接触，也可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，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
1.一种旋转靶材，其特征在于，包括背管、设置在所述背管内的磁芯以及围设在所述背管外侧的靶材，所述靶材包括回镀部以及靶材主体部，所述回镀部对应于所述靶材使用时将会产生杂质聚集的区域，所述回镀部位于所述靶材主体部的长度方向两端部；所述回镀部的侧方外轮廓的尺寸小于所述靶材主体部的侧方外轮廓的尺寸。
2.根据权利要求1所述的旋转靶材，其特征在于，所述回镀部包括朝向所述靶材主体部的第一端以及背离所述靶材主体部的第二端，所述回镀部的侧方外轮廓的尺寸由所述回镀部的第一端到所述回镀部的第二端逐步减小。
3.根据权利要求2所述的旋转靶材，其特征在于，所述回镀部的外侧面为相对于所述背管的轴线倾斜的斜面。
4.根据权利要求3所述的旋转靶材，其特征在于，所述回镀部的外侧面相对于所述背管的轴线的夹角范围为：15°～32°。
5.根据权利要求1所述的旋转靶材，其特征在于，所述回镀部的厚度由所述回镀部的第一端朝向所述回镀部的第二端逐步减小。
6.根据权利要求1-5任一项所述的旋转靶材，其特征在于，所述主体部包括多个靶胚，多个所述靶胚围设在所述背管外侧，且沿所述背管的轴向间隔布置。
7.根据权利要求6所述的旋转靶材，其特征在于，在所述背管的轴向上相邻的两个所述靶胚彼此间距为0.20～0.40mm。
8.根据权利要求1-5任一项所述的旋转靶材，其特征在于，所述回镀区外表面的表面粗糙度ra为1.0-2.0um。
9.根据权利要求1-5任一项所述的旋转靶材，其特征在于，所述回镀部的第二端端面垂直于所述背管的轴线。
10.一种磁控溅射装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的旋转靶材。
技术总结