CN104099575B - 一种磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种磁控溅射装置，涉及真空镀膜领域，可改善腔体内部的等离子体分布状态，提高镀膜均匀性。所述磁控溅射装置包括腔体、设置在所述腔体内的基板、靶材；还包括位于所述基板与所述靶材之间的屏蔽罩；所述屏蔽罩包括屏蔽罩支架与悬浮电位板；其中，所述屏蔽罩支架具有第一镂空区域；所述悬浮电位板具有第二镂空区域；所述悬浮电位板位于所述第一镂空区域内，且所述悬浮电位板与所述屏蔽罩支架相互绝缘。用于改善腔体内部的等离子体分布状态，提高镀膜均匀性的磁控溅射装置的制备。

Description

一种磁控溅射装置

技术领域

本发明涉及真空镀膜领域，尤其涉及一种磁控溅射装置。

背景技术

溅射镀膜技术因其具有加工简单、操作方便、镀膜膜层致密、结合强度高、可长时间大批量生产等优点而被广泛应用于金属薄膜、光学薄膜、半导体领域、太阳能领域、平板显示领、以及光学和电学的交叉领域。

如图1所示，磁控溅射装置主要包括设置在腔体内的基板10、屏蔽罩30、以及靶材20。其工作原理是在真空环境中通入一定的工艺气体(通常为性质稳定的惰性气体，如氩气)，当靶材被施加一个负电位，待镀膜的基板以及屏蔽罩被施加一个正电位时，在靶材所在的真空腔体内部形成电场，将工艺气体电离形成等离子体，等离子体中的阳离子在电场的作用下撞击作为阴极的靶材，使得靶材表面的原子被溅射出进而附着在作为阳极的待镀基板的表面，从而完成镀膜过程。

目前，溅射镀膜过程中主要面临有以下问题；如图2所示，由于电离形成的等离子体40具有一定的空间形状和密度，而屏蔽罩30位于靶材20与待镀基板10之间，显然，屏蔽罩30距离靶材20的间距要小于待镀基板10距离靶材20的间距。由平行板间的电场强度公式；E＝U/d可知，在电压(U)固定不变的情况下，靶材20与屏蔽罩30之间形成的电场强度要大于靶材20与待镀基板10之间形成的电场强度，使得靠近屏蔽罩30开口边缘部分的电场线较为密集，导致屏蔽罩30开口区域的电场分布不均，牵引部分等离子体40优先聚集在靠近屏蔽罩30开口部分的区域内(即图中虚线部分)，最终导致等离子体空间形状发生变形，产生等离子体密度分布不均的现象，降低了等离子源的整体均匀性。

其次，靶材使用末期产生的靶材表面不均匀、屏蔽罩变形、以及基板工件变形等各因素导致形成的电场分布的均匀性下降，产生局部等离子体均匀性较差，同样会降低等离子源的整体均匀性，最终将导致基板镀膜不均，使得产品的各项性能发生离散性分散，降低产品良率。

现有技术解决这一问题，往往是通过在腔体内部增加改善工艺气体分布方式的结构(如喷气管等)，使工艺气体分布更均匀，以此希望能够达到优化镀膜均匀性的目的。

然而，在实现上述溅射镀膜的过程中，发明人发现上述的通过增加喷气管等结构来改善工艺气体分布的方式难以从根本上改善等离子源受电场分布的变化而产生的变形；同时，额外增加的喷气管路还存在死角拐角多、拆卸困难、清洗再利用繁琐的问题。因此，亟需一种能够改善等离子体分布，提高镀膜均匀性的技术方案。

发明内容

鉴于此，为克服现有技术的缺陷，本发明的实施例提供一种磁控溅射装置，可改善腔体内部的等离子体分布状态，提高镀膜均匀性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案；

本发明实施例提供了一种磁控溅射装置，包括腔体、设置在所述腔体内的基板、靶材；还包括位于所述基板与所述靶材之间的屏蔽罩；所述屏蔽罩包括屏蔽罩支架与悬浮电位板；其中，所述屏蔽罩支架具有第一镂空区域；所述悬浮电位板具有第二镂空区域；所述悬浮电位板位于所述第一镂空区域内，且所述悬浮电位板与所述屏蔽罩支架相互绝缘。

优选的，所述屏蔽罩支架靠近所述第一镂空区域的内侧面上设置有台阶状凸起；所述悬浮电位板靠近所述第一镂空区域的外侧面上设置有凹槽；所述台阶状凸起与所述凹槽相匹配；所述屏蔽罩还包括第一绝缘垫片，所述第一绝缘垫片位于所述屏蔽罩支架的所述内侧面与所述悬浮电位板的所述外侧面之间。

优选的，所述屏蔽罩与所述基板之间的距离小于所述屏蔽罩与所述靶材之间的距离。

进一步优选的，所述屏蔽罩与所述基板之间的距离为2.0-5.0mm。

可选的，还包括可调电源；所述悬浮电位板上设置有至少一个导线接口，所述导线接口通过导线与所述可调电源相连。

在上述基础上优选的，所述悬浮电位板包括至少两个相互绝缘的悬浮电位单元。

优选的，所述屏蔽罩还包括第二绝缘垫片，所述第二绝缘垫片位于相互靠近的两个悬浮电位单元之间。

进一步优选的，所述悬浮电位板的形状为矩形环状；所述悬浮电位板包括8个所述悬浮电位单元。

可选的，所述第二镂空区域靠近所述基板一侧的开口面积小于所述开口结构靠近所述靶材一侧的开口面积。

本发明实施例提供一种磁控溅射装置，一方面，由于所述悬浮电位板与所述屏蔽罩支架相互绝缘，即二者的电位相互独立，可根据镀膜情况在所述悬浮电位板上施加一定的电压，由于该电压的存在，使得所述悬浮电位板与所述靶材之间产生独立的电场分布，弥补了现有技术中由于靶材与屏蔽罩、靶材与基板之间间距的不同而导致的屏蔽罩开口部分的电场分布不均，使得靠近所述悬浮电位板附近的部分等离子体受电场牵引，即等离子体的集中区域部分向靠近所述基板的方向外引，从而提高等离子体的整体均匀性。

另一方面，对于靶材使用末期产生的靶材表面不均匀现象导致的局部等离子体均匀性较差的问题，由于所述悬浮电位板与所述屏蔽罩支架相互绝缘，二者的电位相互独立，可通过改变施加在所述悬浮电位板上的电压改变局部电场的分布，减少出现局部等离子体均匀性较差的现象，无需拆换靶材，减少了设备的中端次数、降低了对人力以及成本较高的靶材的浪费。

基于此，本发明实施例提供的所述磁控溅射装置结构简单、成本低廉且易于实施，可以在不破坏腔体内部真空环境的情况下，通过改变施加在所述悬浮电位板上的电压，产生局部电场，等离子体分布均匀，提高镀膜均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种溅射设备的腔体内部示意图；

图2为现有技术提供的一种溅射设备的工作原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种溅射设备的腔体内部结构示意图一；

图4为本发明实施例提供的一种溅射设备的腔体内部结构示意图二；

图5为图4中虚线部分的放大结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种溅射设备的悬浮电位板的结构示意图；

图7(a)为图6中虚线部分示意出的块状悬浮电位单元的立体结构示意图；

图7(b)为图6中虚线部分示意出的L状悬浮电位单元的立体结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种溅射设备的悬浮电位板沿图6中A-A′方向的剖面结构示意图。

附图标记；

10-基板；20-靶材；30-屏蔽罩；31-屏蔽罩支架；310-第一镂空区域；311-内侧面；312-台阶状凸起；32-悬浮电位板；320-第二镂空区域；321-外侧面；322-凹槽；33-第一绝缘垫片；34-第二绝缘垫片；40-等离子体；50-可调电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种磁控溅射装置，如图3所示，所述磁控溅射装置包括腔体、设置在所述腔体内的基板10、靶材20、以及位于所述基板10与所述靶材20之间的屏蔽罩30；所述屏蔽罩30包括屏蔽罩支架31与悬浮电位板32；其中，所述屏蔽罩支架31具有第一镂空区域310；所述悬浮电位板32具有第二镂空区域320；所述悬浮电位板32位于所述第一镂空区域310内，且所述悬浮电位板32与所述屏蔽罩支架31相互绝缘。

需要说明的是，第一、对所述悬浮电位板32的形状、材料不作限定，其形状可根据所述磁控溅射装置腔体内的尺寸及待镀基板的形状灵活设计；为了避免所述悬浮电位板32对所述腔体内的磁场的影响，其材料优选为不导磁的不锈钢、铝等金属材料。

第二、所述第二镂空区域320对应于所述基板10上需要沉积薄膜的区域，以便从所述靶材20表面溅射出的原子可以顺利沉积到所述基板10上；其中，所述第二镂空区域320的形状可根据所述基板10及待镀区域的面积灵活设计为矩形、圆形、或椭圆形。

如图4所示，一方面，由于在本发明实施例提供的所述磁控溅射装置中，所述悬浮电位板32与所述屏蔽罩支架31相互绝缘，即二者的电位相互独立，可根据镀膜情况在所述悬浮电位板32上施加一定的电压，由于该电压的存在，使得所述悬浮电位板32与所述靶材20之间产生独立的电场分布，弥补了现有技术中由于靶材与屏蔽罩、靶材与基板之间间距的不同而导致的屏蔽罩开口部分电场分布不均，使得靠近所述悬浮电位板32附近的等离子体40受电场牵引，即等离子体40的集中区域部分(即参考图2中的虚线区域)向靠近所述基板10的方向外引，从而提高等离子体40的整体均匀性。

另一方面，对于靶材使用末期产生的靶材20表面不均匀现象导致的局部等离子体均匀性较差的问题，由于所述悬浮电位板32与所述屏蔽罩支架31相互绝缘，二者的电位相互独立，可通过改变施加在所述悬浮电位板32上的电压改变局部电场的分布，减少出现局部等离子体均匀性较差的现象，无需拆换靶材，减少了设备的中断次数、降低了对人力以及成本较高的靶材的浪费。

基于此，本发明实施例提供的所述磁控溅射装置结构简单、成本低廉且易于实施，可以在不破坏腔体内部真空环境的情况下，通过改变施加在所述悬浮电位板32上的电压，产生局部电场，牵引等离子体40的分布，使等离子体40分布均匀，提高镀膜均匀性；对于靶材末期靶材表面不均匀，屏蔽罩变形，基板工件变形等各因素引起的镀膜不均匀，均可在不影响或不更换靶材20的情况下，通过改变所述悬浮电位板32上的电压，达到使等离子体40分布均匀，提高镀膜均匀性。

在上述基础上，参考图4所示，所述磁控溅射装置还包括可调电源50；所述悬浮电位板32上设置有至少一个导线接口，所述导线接口通过导线与所述可调电源50相连。

这里，所述可调电源50可以是直流电源或交流电源，可与所述磁控溅射装置工作时的工作电源同步工作，也可以单独工作。

进一步的，为了简化实现所述悬浮电位板32与所述屏蔽罩支架31相互绝缘的方式，优选的，如图5所示，所述屏蔽罩支架31靠近所述第一镂空区域310(图中未标示出)的内侧面311上设置有台阶状凸起312；所述悬浮电位板32靠近所述第一镂空区域310的外侧面321上设置有凹槽322；所述台阶状凸起312与所述凹槽322相匹配。

所述屏蔽罩30还包括第一绝缘垫片33，所述第一绝缘垫片33位于所述屏蔽罩支架31的所述内侧面311与所述悬浮电位板32的所述外侧面321之间。这里，所述第一绝缘垫片33例如可由绝缘性良好的陶瓷材料制备而成。

考虑到所述第二镂空区域320，即开口结构可使从所述靶材20表面溅射出的原子顺利地沉积到所述基板10上，因此，进一步优选的，所述屏蔽罩30与所述基板10之间的距离小于所述屏蔽罩30与所述靶材20之间的距离。

这里，若所述屏蔽罩30与所述基板10之间的距离过小，会导致所述屏蔽罩30上的所述悬浮电位板32与在所述基板10表面沉积的镀膜发生短路；若距离过大，则不利于靶材原子顺利地沉积到所述基板10上。因此，所述屏蔽罩30与所述基板10之间的距离在2.0-5.0mm为宜。

在上述基础上，为了更进一步的将溅射出靶材原子导向待镀基板，参考图5所示，所述第二镂空区域320靠近所述基板一侧的开口面积小于所述开口结构靠近所述靶材一侧的开口面积。

进一步的，如图6-图7(b)所示，所述悬浮电位板32包括至少两个相互绝缘的悬浮电位单元323。

此处，本发明实施例进一步将所述悬浮电位板32拆分成多个相互绝缘的悬浮电位单元323，则每个所述悬浮电位单元323的电位都相互独立，其电压可独立控制，这样以来，可控制不同的所述悬浮电位单元323与所述靶材20之间产生的局部电场，更为精确地调整局部电场的分布，进一步减少出现局部等离子体均匀性较差的现象。

其中，每个所述悬浮电位单元323上都可设置有一个所述导线接口，所述导线接口通过导线与所述可调电源50相连，从而控制每个所述悬浮电位单元323上的电压。

为了简化实现各个悬浮电位单元323相互绝缘的方式，优选的，如图8所示，所述屏蔽罩30还包括第二绝缘垫片34，所述第二绝缘垫片34位于相互靠近的两个悬浮电位单元323之间。

由上述描述可知，当所述悬浮电位板32拆分的数量越多，相应地形成局部电场的数量也越大，即对腔体内的电场调控更为精确。考虑到绝大多数基板的待镀区均为矩形，相应地，所述悬浮电位板32的形状也为矩形环状；因此，为了更精确地控制各个局部电场，所述悬浮电位板包括8个所述悬浮电位单元323。

需要指出的是，各个所述悬浮电位单元323应尽可能对称分布，且各个所述悬浮电位单元323的形状可根据磁控溅射装置的尺寸需要自主设计，可以为任意形状。图6仅示意性地提供了所述悬浮电位单元323可能具有的形状，并非对其形状地限定。

例如，当所述悬浮电位板32的整体形状为矩形环状时，为了简化拆分过程，所述悬浮电位板32拆分后，可包括4个参考图7(a)所示的块状悬浮电位单元323，以及4个参考图7(b)所示的“L”状悬浮电位单元323；其中，各个所述悬浮电位单元323的大小尺寸可灵活设计，在此不作限定。

需要说明的是，本发明所有附图是磁控溅射装置的简略的示意图，只为清楚描述本方案体现了与发明点相关的结构，对于其他的与发明点无关的结构是现有结构，在附图中并未体现或只体现部分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种磁控溅射装置，包括腔体、设置在所述腔体内的基板、靶材；其特征在于，还包括位于所述基板与所述靶材之间的屏蔽罩；所述屏蔽罩包括屏蔽罩支架与悬浮电位板；其中，

所述屏蔽罩支架具有第一镂空区域；

所述悬浮电位板具有第二镂空区域；

所述悬浮电位板位于所述第一镂空区域内，且所述悬浮电位板与所述屏蔽罩支架相互绝缘；

所述屏蔽罩支架靠近所述第一镂空区域的内侧面上设置有台阶状凸起；所述悬浮电位板靠近所述第一镂空区域的外侧面上设置有凹槽；所述台阶状凸起与所述凹槽相匹配；

所述屏蔽罩还包括第一绝缘垫片，所述第一绝缘垫片位于所述屏蔽罩支架的所述内侧面与所述悬浮电位板的所述外侧面之间。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述屏蔽罩与所述基板之间的距离小于所述屏蔽罩与所述靶材之间的距离。

3.根据权利要求2所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述屏蔽罩与所述基板之间的距离为2.0-5.0mm。

4.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，还包括可调电源；

所述悬浮电位板上设置有至少一个导线接口，所述导线接口通过导线与所述可调电源相连。

5.根据权利要求1至4任一项所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述悬浮电位板包括至少两个相互绝缘的悬浮电位单元。

6.根据权利要求5所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述屏蔽罩还包括第二绝缘垫片，所述第二绝缘垫片位于相互靠近的两个悬浮电位单元之间。

7.根据权利要求6所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述悬浮电位板的形状为矩形环状；

所述悬浮电位板包括8个所述悬浮电位单元。

8.根据权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述第二镂空区域靠近所述基板一侧的开口面积小于所述开口结构靠近所述靶材一侧的开口面积。