CN101921989A - 一种可提高溅射工艺靶材利用率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于改进溅射工艺用靶材的方法，特别涉及一种可提高磁控物理溅射中靶材利用率的方法。本发明根据现有平面靶材不同区域的材料消耗规律对靶材进行模块化设计，可以显著提高磁控物理溅射中的靶材利用率。

Description

一种可提高溅射工艺靶材利用率的方法

技术领域

本发明涉及一种用于改进溅射工艺用靶材的方法，特别涉及一种可提高磁控物理溅射中靶材利用率的方法。

背景技术

磁控物理溅射作为一种良好的镀膜工艺方法被广泛的应用于多个领域。如图1所示，磁控物理溅射的原理是将制程气体通入腔室102中，制程气体在高能量作用下解离出等离子体，利用等离子体中的离子在电场加速作用下撞击固定于背板104上靶材103，将靶材原子撞击出来，附着在目标基板101上形成薄膜。为了增加成膜速率会增加磁体105，借助磁体105产生的磁场来增加靶材溅射量以增加成膜速率。磁控物理溅射方法虽然成膜速率较快，但其靶材利用率不高，具体成因如图2所示，由于磁体203发出的磁力线204分布不均，致使解离出来的等离子体中的离子分布亦不均匀，其离子浓度和磁力线204的分布呈正比，即磁力线越密集的地方离子浓度就越大，如图中虚线区域所示，相应的该区域的靶材201消耗量就越快，当某一区域靶材201消耗殆尽露出背板202时，整块靶材201即告报废。图3为平面靶材耗尽时平面各区域的材料消耗示意图，一般平面靶材利用率仅为20～30％，剩余靶材材料301不能得到充分的利用，而在溅射镀膜工艺中，靶材本身占据相当一定比例的生产成本，因此，提高靶材利用率是改进溅射工艺的一项重要措施。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种可提高磁控物理溅射中靶材利用率的方法。

本发明的目的是通过如下技术方案予以实现的：

本发明提供了一种提高靶材利用率的方法，包括以下步骤：

(1)对已耗尽的剩余平面靶材进行测量，得出平面靶材不同区域的材料消耗深度规律；

(2)根据第(1)步测量结果对一体式平面靶材进行分体模块化设计，将原靶材的不同区域设计制成分别独立且具有不同厚度的靶材模块，各个独立的靶材模块的设计厚度与其各自对应区域的材料消耗深度成正相关关系；

(3)将第(2)步制备的各个靶材模块在配套的背板基座上拼合，形成模块化靶材。上述背板基座对应于不同厚度靶材模块的位置具有相应高度的衬垫，以使各个靶材模块拼合后形成的模块化靶材的顶面为一平面。

上述各个相邻靶材模块的边缘接合处还可以设计有能够相互衔接的卡槽，相邻靶材模块间通过卡槽形成一非直线型接口，可以防止离子通过靶材模块间的缝隙撞击到背板基座，从而避免背板基座材料被溅射到目标基板上导致污染。

本发明根据平面靶材不同区域的材料消耗规律进行靶材模块化设计，可以将磁控物理溅射中的靶材利用率提高5～15％。

附图说明

图1磁控物理溅射原理示意图；

图2磁控物理溅射平面靶材消耗示意图；

图3平面靶材耗尽时各区域的材料消耗示意图；

图4a平面靶材俯视图；

图4b图4a所示MM’界面的材料消耗曲线；

图4c图4a所示NN’界面的材料消耗曲线；

图5a实施例1之靶材模块a的结构示意图；

图5b实施例1之靶材模块b的结构示意图；

图5c实施例1之靶材模块c的结构示意图；

图6a靶材模块a、b、c拼合成模块化靶材示意图；

图6b图6a所示模块化靶材前视图；

图7模块化靶材耗尽时各区域的材料消耗示意图；

图8a实施例2之靶材模块c的结构示意图；

图8b实施例2之靶材模块b的结构示意图；

图9a实施例2之模块化靶材示意图；

图9b图9a所示模块化靶材前视图；

图9c图9b所示虚线区域放大示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述内容更明显易懂，下文特举较佳实施例，并结合附图作详细说明如下。

实施例1

本发明所述方法首先对已耗尽的剩余平面靶材进行测量，图4为平面靶材耗尽时平面各区域的材料消耗示意图，其中图4a为平面靶材俯视图，图4b为图4a所示MM’界面的材料消耗曲线，图4c为图4a所示NN’界面的材料消耗曲线。经过对不同界面的多次测量分析得出，靶材401的A区域材料消耗深度为1～3.5mm，B区域材料消耗深度为1～7mm，其中402为背板基座。根据以上测量结果对原有一体式的平面靶材进行分体模块化设计，即根据原平面靶材不同区域的材料消耗深度的统计规律，将靶材的不同区域设计成分别独立且具有不同厚度的靶材模块，在本实施例中，针对图4a所述靶材，针对A区域设计靶材模块a501，如图5a所示靶材模块a的俯视图和前视图，针对B区域设计靶材模块b502和靶材模块c503，分别如图5b和图5c所示靶材模块b和c的俯视图和相应前视图，靶材模块a、b、c的模块厚度分别为Ha＝4mm，Hb＝6mm，Hc＝8mm，且各模块厚度相对于其所对应区域的最大材料消耗深度具有0.1～2mm的消耗裕量。当然，也可以根据材料消耗曲线中不同区域对应的不同深度值将原平面靶材做更细的划分，设计成其他的模块组合，在此不做赘述。当要进行磁控物理溅射时，先将靶材模块a、b、c固定于特定的背板基座601上，各个模块位置配合关系如图6a所示，相邻模块间紧密拼接，背板基座601上对应厚度较小模块的区域，如靶材模块b对应的区域，具有相应高度的衬垫602，以使各个模块拼合后形成的模块化靶材的顶面为一平面，如图6b所示，使各个模块拼合后形成的模块化靶材603的整体效果等效于原一体式平面靶材。

采用本实施例的模块化靶材，当靶材材料消耗殆尽时，剩余靶材情况如图7所示，可见，相对于原平面靶材，模块化靶材各个区域的剩余材料701厚度都更小，即模块化靶材相对于平面靶材的材料利用率更高。

实施例2

在本实施例中，相邻靶材模块的边缘接合处设计有能够相互衔接的卡槽801，如图8a所示，为靶材模块c802的俯视图、前视图和右视图，在靶材模块c的两个侧壁上设有卡槽801，其中模块厚度Hc＝8.0mm，卡槽沿803厚度h_c1＝2.0mm，卡槽沿804厚度h_c2＝4.0mm，卡槽沿803、804相对模块侧壁突出约5mm。如图8b所示，为靶材模块b805的俯视图、前视图和右视图，在靶材模块b的一个侧壁上设有卡槽801，其中模块厚度Hb＝6.0mm，卡槽沿806厚度h_b＝2.0mm，卡槽沿806相对模块侧壁突出约5mm。本实施例各个靶材模块拼合后如图9a所示，图中虚线为各个卡槽沿901的位置所在。图9b为图9a前视图，如图所示，模块b与模块c的相邻侧壁紧密拼合，且模块c的卡槽沿901嵌入模块b的下方，使两模块间形成一非直线的”L”型接口902，如图9c所示，以此防止离子通过靶材模块间的缝隙撞击到背板基座903，从而避免背板基座903材料被溅射到目标基板上导致污染。其他各个相邻模块间的拼合关系与上述模块b和c同理，不再赘述。本实施例其他方法步骤同实施例1。

虽然本发明已以比较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此，本发明的保护范围当以申请的专利范围所界定为准。

Claims (8)

1.一种可提高溅射工艺靶材利用率的方法，包括以下步骤：

(1)对已耗尽的剩余平面靶材进行测量，得出平面靶材不同区域的材料消耗深度规律；

(2)根据第(1)步测量结果对一体式平面靶材进行分体模块化设计，将原靶材的不同区域设计制成分别独立的靶材模块；

(3)将第(2)步制备的各个靶材模块在配套的背板基座上拼合，形成模块化靶材。

2.根据权利要求1所述的可提高溅射工艺靶材利用率的方法，其特征在于，所述各个独立的靶材模块设计成具有不同的厚度。

3.根据权利要求2所述的可提高溅射工艺靶材利用率的方法，其特征在于，所述各个独立的靶材模块的设计厚度与其各自对应区域的材料消耗深度成正相关关系。

4.根据权利要求1所述的可提高溅射工艺靶材利用率的方法，其特征在于，所述背板基座，对应于不同厚度靶材模块的位置具有相应高度的衬垫。

5.根据权利要求4所述的可提高溅射工艺靶材利用率的方法，其特征在于，所述各个靶材模块拼合后形成的模块化靶材的顶面为一平面。

6.根据权利要求1-3任意之一所述的可提高溅射工艺靶材利用率的方法，其特征在于，所述相邻靶材模块的边缘接合处设计有能够相互衔接的卡槽。

7.根据权利要求6所述的可提高溅射工艺靶材利用率的方法，其特征在于，所述相邻靶材模块间通过卡槽形成一非直线型接口。

8.根据权利要求7所述的可提高溅射工艺靶材利用率的方法，其特征在于，所述非直线型接口呈”L”型。

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