CN101497990B - 溅射镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种溅射镀膜装置，包括真空腔体，设置在真空腔体内的阳极和阴极靶材、镀膜产品和供气系统，供气系统包括进气口和将外部气源与进气口连同的供气通道，进气口在沿阴极靶材的长度方向上设有多段，与每个进气口连同的供气通道上设有气体流量控制器对各个进气口的工艺气体种类和流量进行单独控制。通过将供气系统中的进气口设置为多段，并分布设置在沿阴极靶材的长度方向，并在与每个进气口对应的供气通道上设置气体流量控制器，使得供气通道中的气体种类和流量可以得到控制，进而对真空腔体内阴极靶材附近的工艺气体进行局部的动态调整。在镀膜生产过程中，可通过及时调整各个气体流量控制器来调整工艺气体的分布状况，实现对膜厚的均匀性进行在线调整。

Description

溅射镀膜装置

【技术领域】

本发明涉及镀膜装置，更具体地说，涉及一种溅射镀膜装置。

【背景技术】

在真空条件下，用带有正电荷的粒子轰击带有负电荷的阴极靶材表面，使靶材表面溅射出来原子或分子，这些从靶材表面溅射出的粒子沉积在基板上形成薄膜，这种过程就是溅射镀膜。为了提高阴极靶材溅射的速率，通常在垂直离子运动方向上设置磁场，使得带正电荷的粒子在正交电磁场中由直线运动变成螺旋运动，以最大能量轰击靶材，使得靶材表面能够溅射出更多的原子或分子，从而加缩短了成膜的时间，提高了生产效率。

如图1所示，溅射镀膜装置通常包括一个真空腔体1’，在腔体1’内设有与阳极电源6’电连接的阳极5’以及与阴极电源7’电连接的阴极2a’、设置在阴极2a’下方的阴极靶材2’、由外部传动机构30’驱动的并正对阴极靶材设置的基板3’、向真空腔体内供应工艺气体的供气系统20’，供气系统将气源经管道通过供气通道导入真空腔体内。阳极吸收真空腔体内的工艺气体产生的带负电荷的粒子，工艺气体产生的带正电荷的粒子向阴极靶材运动并轰击靶材表面，使得靶材表面溅射出原子或分子，这些粒子沉积在基板上形成薄膜。

在溅射镀膜过程中，影响镀膜产品膜厚均匀性的主要因素有：真空状态、不同工艺气体的溅射区之间气体的相互影响、阴极磁场分布、工艺气体的纯度、真空室内各部件表面的放气等等。其中，只有阴极磁场分布和工艺气体的纯度较好掌握和调整，其他因素的影响则不可量化并有随机性，真空室每经历一次放大气、换靶材、清洁和检修的过程，各因素的影响程度不同。供气系统整体补气，无法进行局部的调整，无法在线调整；需要重新调整时，则要将气体回收再抽真空，耽误时间，调整起来非常不方便。现在主要的解决方法是用离线调整阴极磁场分布的方法来调节膜厚的均匀性，而对不可量化和随机的影响因素不能做到在线调整。在大面积连续镀膜生产线上，膜厚均匀性问题仍不能得到有效解决，直接影响着生产效率。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的溅射镀膜工艺中存在镀膜产品膜厚的均匀性不能得到有效控制的缺陷，提供一种能够在溅射镀膜过程中对膜厚的均匀性实现在线调整的溅射镀膜的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种溅射镀膜装置，包括真空腔体，设置在真空腔体内的阳极和阴极靶材、由外部传动机构驱动的基板、通过供气通道向真空腔体内导入工艺气体的供气系统，所述供气系统包括设置在腔体内的进气口和将外部气源与进气口连同的供气通道，阴极靶材的长度方向与基板的行进方向垂直设置，所述进气口在沿阴极靶材的长度方向上设有多段，与每段进气口连同的供气通道上设有气体流量控制器对各个进气口的工艺气体种类和流量进行单独控制；所述进气口设有两组或两组以上，在基板行进方向上各组进气口分布设置在阴极靶材的两侧；所述每组进气口中的多个进气口呈线性并排设置，其中靠近阴极靶材中部的进气口在沿阴极靶材的长度方向上的长度设置为大于靠近阴极靶材两端的进气口在沿阴极靶材的长度方向上的长度；所述进气口包括与供气通道连同的气室，所述气室上朝向工件的侧面均布设置有多个气孔

在本发明所述的溅射镀膜装置中，所述进气口设置在阴极上。

在本发明所述的溅射镀膜装置中，所述进气口设置在真空腔体的腔壁上。

在本发明所述的溅射镀膜装置中，所述进气口设有两组或两组以上，分别设置在真空腔体的腔壁和阴极上。

实施本发明的溅射镀膜装置，具有以下有益效果：通过将供气系统中的进气口设置为多个，并分布设置在沿阴极靶材的长度方向，使得靶材上各处均有进气口与之对应，靶材上各处溅射出来的粒子均能受到对应的进气口导入的工艺气体的影响，从而实现对工艺气体的分布情况可进行局部调整；通过在与每个进气口对应的供气通道上设置气体流量控制器，使得供气通道中的气体种类和流量可以得到控制，进而控制真空腔体内阴极靶材附近工艺气体的分布情况， 避免了现有技术中在重新调整前需要停机且对真空腔体抽真空的麻烦。在线溅射镀膜时，可通过及时调整各个气体流量控制器来工艺气体的分布状况，进而控制溅射出来的粒子密度，从而控制基板各处的成膜速度，实现对膜厚的均匀性进行在线调整，调整时无需停机抽真空，操作起来十分方便。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有技术中溅射镀膜装置的结构示意图；

图2是本发明所述溅射镀膜装置的结构示意图；

图3是本发明所述溅射镀膜装置的工艺气体管路结构示意图。

【附图说明】

如图2所示，在本发明所述溅射镀膜装置的优选实施例中，包括一个真空腔体1，在真空腔体1内设有阴极靶材2、基板3、阳极5以及由进气口21、供气通道22和气源23组成的供气系统20。其中，阳极5与腔体1外的阳极电源6电连接，阴极靶材2与腔体1外的阴极电源7电连接；基板3的膜面正对着阴极靶材2设置，并通过外部的传动机构30驱动向前行进，使得整个工艺能够连续进行。设置阴极靶材2的长度方向与基板3的行进方向垂直，使得阴极靶材2能够基板3行进时扫描整个基板的膜面，并可配合设有图案的罩板，在基板3的膜面上溅射出各种图案的膜层。供气系统中的进气口21设置在腔体1内部，进气口21通过供气通道22与外部气源23连同，通过进气口21可从腔体1外部导入工艺气体，如氩气、氮气、氧气等。可将进气口设置为一个气室，气室上朝向工件的侧面均匀设有多个气孔，使得各个气孔处的气压均衡。供气通道22上设有气体流量控制器9，用于控制各个供气通道22上的气体流量。进气口21最好设有两组，同组内的多个进气口21最好沿平行阴极靶材2的方向直线设置；最好在基板3行进方向上将两组进气口21对称设置在阴极靶材2的两侧，这样就可根据需要调整工艺气体的进气方向。当然，进气口21也可根 据需要设置有三组、四组等。

具体地如图3所示，进气口21设有两组，每组进气口中包括多个进气口21，同组内的进气口21最好沿阴极靶材2的长度方向呈线性并排设置，每个进气口21均通过独立的供气通道22与外部气源23连同。最好设置靠近阴极靶材中部的进气口在沿阴极靶材的长度方向上的长度大于靠近阴极靶材两端的进气口在沿阴极靶材的长度方向上的长度，优选中部的进气口长度为两端进气口的长度的两倍。在每个供气通道22上设有气体流量控制器9，用于控制进气口21的气体流量。还可在气体流量控制器9和气源23之间的供气通道22上设置两个或两个以上的控制阀24，分别与不同的工艺气体气源23连同，使得每个进气口21能够选择不同种类的工艺气体导入腔体1内。两组进气口21沿基板行进方向分别对称设置在阴极靶材2的两侧，对应每处阴极靶材2的位置有两个分别位于阴极靶材两侧的进气口21，可设置这两个进气口21通过供气管道22与同一气体流量控制阀9连同，并在进气口21和气体流量控制阀9之间的供气通道22之间设置独立的控制阀25，以便选择两个进气口中的一个进气口21向腔体1内供气。这样，通过控制不同组的控制阀25来控制经过气体流量控制阀9的工艺气体通过不同组的进气口21导入腔体1内，进而控制工艺气体从阴极靶材2的哪一侧导入。在本优选实施例中，还可设置两组以上的进气口21。如图3所示，在阴极靶材2的每侧，除了有一组由多个进气口呈线性并排组成的进气口组，还有一组由一个进气口21a组成的进气口组。该进气口21a平行阴极靶材2的长度方向，并且进气口21a的宽度大于或等于阴极靶材2的长度，使得该进气口21a导入的工艺气体能够覆盖整个阴极靶材2的附近。在线溅射镀膜时，可先调整只有一个较宽的进气口21a的进气口组的工艺气体种类和气体流量，进行整个阴极靶材2附近的工艺气体分布状况的粗调；再调整具有多个进气口的进气口组中的多个进气口21，对每处阴极靶材2附近的工艺气体状况进行细调，实现精确控制。

在上述实施例中，供气系统的进气口21可直接设置在阴极2a上，实现上部供气；也可将进气口21设置在腔体1的腔壁上，使之位于基板3和阴极靶材 2之间，实现下部供气；还可设置多组进气口21，分别设置在阴极2a和腔壁上，实现上部和下部同时供气，对于腔体内工艺气体分布的控制更为精准。

【具体实施方式】

在该装置进行金属溅射镀膜时，可将工艺气体(如氩气)通过上述的进气口组导入真空腔体内。在该装置进行反应溅射镀膜时，可选择向真空腔体内导入多种工艺气体，如将加快溅射速度的工艺气体(如氩气)通过上述只有一个较宽进气口21a的进气口组导入真空腔室内；而将反应气体(如氮气或氧气等)通过上述具有多个进气口21的进气口组导入真空腔室内。如果基板3某处的膜厚小于平均厚度，并在线控制该进气口21对应的气体流量控制器9，加大该进气口的工艺气体流量，从而可增加该处的成膜厚度；如果膜厚大于平均厚度，同理可控制对应的气体流量控制器9，减小该处的工艺气体流量，从而可减少该处的成膜厚度。整个装置可实现在线调整膜厚，提高了产品的质量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种溅射镀膜装置，包括真空腔体，设置在真空腔体内的阳极和阴极靶材、由外部传动机构驱动的基板、通过供气通道向真空腔体内导入工艺气体的供气系统，所述供气系统包括设置在腔体内的进气口和将外部气源与进气口连同的供气通道，其特征在于，阴极靶材的长度方向与基板的行进方向垂直设置，所述进气口在沿阴极靶材的长度方向上设有多段，与每段进气口连同的供气通道上设有气体流量控制器对各个进气口的工艺气体种类和流量进行单独控制；所述进气口设有两组或两组以上，在基板行进方向上各组进气口分布对称设置在阴极靶材的两侧；所述每组进气口中的多个进气口呈线性并排设置，其中靠近阴极靶材中部的进气口在沿阴极靶材的长度方向上的长度设置为大于靠近阴极靶材两端的进气口在沿阴极靶材的长度方向上的长度；所述进气口包括与供气通道连同的气室，所述气室上朝向工件的侧面均布设置有多个气孔。

2.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述进气口设置在阴极上。

3.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述进气口设置在真空腔体的腔壁上。

4.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述进气口设有两组或两组以上，分别设置在真空腔体的腔壁和阴极靶材上。

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