CN103290377B - 磁控管溅射方法、磁控溅射电极及其装置 - Google Patents

磁控管溅射方法、磁控溅射电极及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁控管溅射方法、磁控管溅射电极及其装置，通过在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动产生溅射靶的等离子体的磁通，使所述磁通往返运动的折返端位置相对靶改变，进而使得下一处理基板成膜时溅射靶形成的刻蚀区域相对上一处理基板成膜时溅射靶形成的刻蚀区域发生变动，从而提高靶材使用效率。

Description

磁控管溅射方法、磁控溅射电极及其装置
技术领域
本发明涉及一种磁控管溅射方法、磁控管溅射电极及其装置。
背景技术
图1所示为目前的磁控管溅射装置（以下称为溅射装置）。溅射装置1拥有真空溅射室11，在真空溅射室11上部有基板搬运装置2，基板搬运装置2包含装载处理基板S的载体21和成膜时的掩体22，并且真空溅射室11设有气体导入装置3。气体导入装置3通过设有流量控制锟31的气管32与其他源33相通，可向真空溅射室11导入一定流量的Ar或H2O等气体。在真空溅射室11的下侧，配置有磁控管溅射电极4。
磁控管溅射电极4包括在处理基板S对面设置的靶41，靶41的大小较处理基板S长宽均要大些，靶41固定在背板42上，通过绝缘板43安装在磁控溅射电极4的框架44上，通电后在靶41与处理基板S间可以形成电场。在磁控管溅射电极4中，在靶41的后方装备有磁铁组件45和驱动装置46，磁铁组件45水平方向的宽度（即图中45a的宽度）一般远小于靶41水平方向的宽度，磁铁组件45可以在靶41的前方形成磁通，磁通与电场共同作用使等离子体溅射靶41，在处理基板S成膜期间，磁铁组件45依靠驱动装置46在平行靶41的水平方向上（矩形长边）的两个折返端位置间以特定速度平行且往返运动，为了保证处理基板S的膜厚的平整性，在处理基板区域内的溅射时间要保持一致或相近，但以特定速度运动的磁铁组件45在端处的两个折返端位置折返时有一个加、减速的过程，磁通在该区域的停留时间较其他区域要长些，该区域的靶材侵蚀速率要高于其他区域。因此磁铁组件45往返运动的两个折返端位置选择在处理基板S边缘还要靠外的区域。
请参见图2所示，在靶41的水平宽度方向上，两端的折返端位置会因为磁铁组件的两束磁力线M1、M2形成侵蚀最严重的部分ER1、ER2，最严重的部分ER1和ER2之间会间隔EP，间隔EP的距离受到实际磁铁组件45b和45c的间距影响。将磁铁组件45处于用实线标示的位置时作为一个端点，也是磁铁组往返运动的原点（起点），将磁铁组件45处于用虚线标示的位置时作为另一端点，DS是磁铁组件45的运动距离，DS=960mm。磁铁组件从原点出发，运动到另一个端点后折返再回至原点，以这样的动作作为一个动作系列，溅射过程中将重复该动作系列。
这样，磁铁组件45能够以规定速度在处理基板对向区域运动，能够均匀地刻蚀处理基板对向的靶材形成规定均匀的膜层，但在两端点停留时，由于在处理基板对向的靶材以外的区域磁铁组件运动需要减速停止、加速起动的过程，该区域的靶材会形成严重刻蚀区域，该区域直接影响靶材的使用效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁控管溅射方法、磁控管溅射电极及其装置，能解决处理基板均匀镀膜时，在处理基板水平两侧边缘的两个折返端位置往返运动对靶材固定区域刻蚀不均匀，从而影响靶材使用效率的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种磁控管溅射方法，向真空室内配置的靶的对向位置顺序搬运处理基板，在该靶的前方形成磁通，同时在靶与处理基板间形成电场，磁通与电场共同作用使等离子体溅射靶，所述磁通以一预设速度相对靶做平行的往返运动以在处理基板上成膜，在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动所述磁通以使所述磁通往返运动的折返端位置相对靶改变。
进一步的，平行移动所述磁通而产生的所有折返端位置均不同。
进一步的，所述折返端位置的改变为周期性重复改变。
进一步的，所述周期性重复改变的周期大于或等于2。
进一步的，所述折返端位置在靶区域以内但在处理基板成膜溅射区域以外。
本发明提供一种磁控管溅射电极，包括：
在处理基板对面设置的靶；
在所述靶的背面设置的磁铁组件，用于在该靶的前方形成磁通；
在所述靶的背面设置的驱动装置，用于驱动所述磁铁组件以一预设速度相对靶做平行的往返运动以在处理基板上成膜，并在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动所述磁铁组件以使所述磁铁组件往返运动的折返端位置相对靶改变。
进一步的，所述折返端位置的改变为周期性重复改变。
进一步的，所述周期性重复改变的周期大于或等于2。
本发明一种磁控溅射装置，包括上述磁控溅射电极。
进一步的，所述磁控溅射装置还包括：
真空溅射室，用于提供真空环境；
基板搬运装置，设置于真空溅射室中，用于搬运处理基板；
气体导入装置，用于向真空溅射室导入气体；
溅射电源，用于向靶提供电力。
与现有技术相比，本发明提供的磁控管溅射方法、磁控管溅射电极及其装置，通过在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动产生溅射靶的等离子体的磁通，使所述磁通往返运动的折返端位置相对靶改变，进而使得下一处理基板成膜时溅射靶形成的刻蚀区域相对上一处理基板成膜时溅射靶形成的刻蚀区域发生变动，从而提高靶材使用效率。
附图说明
图1是现有技术的磁控管溅射装置结构的示意图；
图2是现有技术的磁控管溅射过程中磁铁组件运动示意图；
图3是本发明一实施例的磁控管溅射过程中磁铁组件运动示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的磁控管溅射方法、磁控管溅射电极及其装置作进一步详细说明。
本发明提供的磁控管溅射电极及其所在的磁控管溅射装置与图1所示的现有技术的磁控管溅射电极及磁控管溅射装置在外观上没有区别，因此同样可以参考图1所示的结构示意图。
请参考图1所示，本发明提供的磁控管溅射装置1拥有真空溅射室11，在真空溅射室11上部有基板搬运装置2，基板搬运装置2包含装载处理基板S的载体21和成膜时的掩体22，并且真空溅射室11设有气体导入装置3。气体导入装置3通过设有流量控制锟31的气管32与其他源33相通，可向真空溅射室11导入一定流量的Ar或H2O等气体。在真空溅射室11的下侧，配置有磁控管溅射电极4。
磁控管溅射电极4包括在处理基板S对面设置的靶41，靶41的大小较处理基板S长宽均要大些，靶41固定在背板42上，通过绝缘板43安装在磁控溅射电极4的框架44上，通电后在靶41与处理基板S间可以形成电场。在磁控管溅射电极4中，在靶41的后方装备有磁铁组件45和驱动装置46，磁铁组件45水平方向的宽度（即图中45a的宽度）一般远小于靶41水平方向的宽度，磁铁组件45可以在靶41的前方形成磁通，磁通与电场共同作用使等离子体溅射靶41，在处理基板S成膜期间，磁铁组件45依靠驱动装置46在靶41的宽度方向上的两个折返端位置间以特定速度平行且往返运动，为了保证处理基板S的膜厚的平整性，在处理基板区域内的溅射时间要保持一致或相近，但以特定速度运动的磁铁组件45在端处的两个折返端位置折返时有一个加、减速的过程，磁通在该区域的停留时间较其他区域要长些，该区域的靶材侵蚀速率要高于其他区域。因此磁铁组件45往返运动的两个折返端位置选择在处理基板S边缘还要靠外的区域。
本发明的磁控管溅射电极4的驱动装置46与现有技术的不同，本发明的磁驱动装置46能够在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动磁铁组件45以使磁铁组件45在下一处理基板成膜期间的往返运动的折返端位置相对靶41发生改变。
请参考图3所示，本发明的磁控管溅射方法，当第一处理基板置于靶41对向位置后，将图3中左侧用实线标示的位置作为磁铁组件45在第一处理基板成膜期间的往返运动的一个折返端位置，也是磁铁组件45往返运动的第一个原点（起点），将图3中右侧用实线标示的位置作为磁铁组件45在第一处理基板成膜期间的往返运动的另一个折返端位置，DS1是磁铁组件45的运动距离，DS1=920mm。磁铁组件从左侧折返端位置出发，运动到右侧折返端位置后折返再回至左侧折返端位置，以这样的动作作为一个动作系列，按照公知的工艺，溅射过程中将重复该动作系列，完成第一处理基板的成膜过程。
仅当第一处理基板成膜完成后，至第二处理基板置于靶41对向位置之前，驱动装置46将磁铁组件45沿平行靶41的水平方向（即图3中靶41矩形长边的水平方向）移动至图3中左侧虚线标识的位置，将该点作为在第二处理基板成膜期间磁铁组往返运动的一个新的折返端位置，将图3中右侧用虚线标识的位置时作为在第二处理基板成膜期间磁铁组往返运动对应的另一个新的折返端位置，下一处理基板成膜期间，磁铁组件45在这两个新的折返端位置之间做往返运动，DS2是磁铁组件45的运动距离，DS2=920mm=DS1。
当完成第二处理基板成膜后，至第三处理基板置于靶对向位置之前，驱动装置46可以将磁铁组件45移动至第一处理基板成膜期间的左侧折返端位置，从而磁铁组件以相同的运动距离DS、相同的运动方式进行溅射；当完成第三处理基板成膜后，至第四处理基板置于靶对向位置之前，驱动装置46可以将磁铁组件45移动至第二处理基板成膜期间的左侧折返端位置，从而磁铁组件以相同的运动距离DS、相同的运动方式进行溅射，后续不同的处理基板成膜完成后交换的过程中，可以2为周期，间歇地改变磁铁组件往返运动的折返端位置。
在其他实施例中，也可以增大折返端位置的周期，例如当完成第二处理基板成膜后，至第三处理基板置于靶对向位置之前，驱动装置46可以将磁铁组件45移动至第二处理基板成膜期间的左侧折返端位置的右侧某处，作为第三处理基板成膜期间的新的折返端位置，从而磁铁组件以相同的运动距离DS、相同的运动方式进行溅射；类似地，在后续的不同的处理基板成膜完成后交换的过程中，驱动装置46可以为磁铁组件45设定完全不同于之前处理基板成膜期间的折返端位置的新的折返端位置，也可以为磁铁组件45设定重复之前某个处理基板成膜期间的折返端位置的折返端位置。
需要说明的是，本发明的上述实施例中，使用920mm×730mm的玻璃基板作为处理基板，磁铁组件45沿处理基板短边方向往返运动。如图3所示，磁铁组件45形成的磁通在靶41上方产生快速侵蚀区域ER1和ER2，其中心位置间隔EP ≈80mm，左右两侧各自的两个折返端位置间隔为MS=40mm，磁铁组件45的最大间距DSmax=960mm，最小间距DSmin=880mm，通过驱动装置46调整磁铁组件42运动的速度，每次将处理基板搬运到与靶41对向的位置进行上述磁通平行往返运动成膜的结果是令人满意的。此外，在改变磁铁组件45的折返端位置时，需要考虑磁铁组件45形成的磁通在靶41前方产生的侵蚀区，使各折返端位置产生的侵蚀区处于靶材区域内且在处理基板成膜溅射的区域以外，各折返端位置在靶材区域内，处理基板成膜溅射的区域以外的区域内应尽量不重复，各折返端位置产生的侵蚀区尽量不重叠，以最大可能地提高靶材使用效率。
综上所述，本发明提供的磁控管溅射方法、磁控管溅射电极及其装置，通过在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动产生溅射靶的等离子体的磁通，使所述磁通往返运动的折返端位置相对靶改变，进而使得下一处理基板成膜时溅射靶形成的刻蚀区域相对上一处理基板成膜时溅射靶形成的刻蚀区域发生变动，从而提高靶材使用效率。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种磁控管溅射方法，包括：向真空室内配置的靶的对向位置顺序搬运处理基板，在该靶的前方形成磁通，同时在靶与处理基板间形成电场，磁通与电场共同作用使等离子体溅射靶，所述磁通以一预设速度相对靶做平行的往返运动以在处理基板上成膜，其特征在于，在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动所述磁通以使所述磁通往返运动的折返端位置相对靶改变。
2.如权利要求1所述的磁控管溅射方法，其特征在于，平行移动所述磁通而产生的所有折返端位置均不同。
3.如权利要求1所述的磁控管溅射方法，其特征在于，平行移动所述磁通而产生的所有折返端位置包含周期性重复位置。
4.如权利要求3所述的磁控管溅射方法，其特征在于，所述周期性重复位置重复的周期大于或等于2。
5.如权利要求1至4中任一项所述的磁控管溅射方法，其特征在于，所述折返端位置在靶区域以内但在处理基板成膜溅射区域以外。
6.一种磁控管溅射电极，其特征在于，包括：
在处理基板对面设置的靶；
在所述靶的背面设置的磁铁组件，用于在该靶的前方形成磁通；
在所述靶的背面设置的驱动装置，用于驱动所述磁铁组件以一预设速度相对靶做平行的往返运动以在处理基板上成膜，并在上一处理基板成膜结束后，下一处理基板搬运至与靶对向位置之前，平行移动所述磁铁组件以使所述磁铁组件往返运动的折返端位置相对靶改变。
7.如权利要求6所述的磁控管溅射电极，其特征在于，平行移动所述磁通而产生的所有折返端位置均不同。
8.如权利要求6所述的磁控管溅射电极，其特征在于，平行移动所述磁通而产生的所有折返端位置包含周期性重复位置。
9.如权利要求8所述的磁控管溅射电极，其特征在于，所述周期性重复位置重复的周期大于或等于2。
10.如权利要求6至9中任一项所述的磁控管溅射电极，其特征在于，所述折返端位置在靶区域以内但在处理基板成膜溅射区域以外。
11.一种磁控管溅射装置，其特征在于，包括权利要求6至10中任一项所述的磁控管溅射电极。
12.如权利要求11所述的磁控管溅射装置，其特征在于，还包括：
真空溅射室，用于提供真空环境；
基板搬运装置，设置于真空溅射室中，用于搬运处理基板；
气体导入装置，用于向真空溅射室导入气体；以及
溅射电源，用于向靶提供电力。
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