CN104694890B - 溅射室压力稳定方法、溅射镀膜方法和稳压溅射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溅射室压力稳定方法、溅射镀膜方法和稳压溅射装，溅射室压力稳定方法包括以下步骤：1)实时测量靶材溅射区域的真空值以得到实测值，实时测量靶材非溅射区域的真空值以得到参照值；2)调整抽取气体的速度使得所述实测值和所述参照值均处于预设压力范围内；3)调整抽取气体的速度使得所述实测值和所述参照值的差值均处于预设差值范围内。上述溅射室压力稳定方法测量了靶材溅射区域的真空值和靶材非溅射区域的真空值，反映了溅射室真空值的真实情况，通过调整抽取气体的速度，调节真空值达到预设值，并调整实测值和真空值的差值达到预设差值，使得溅射室压力稳定，制程气体的速度不变，保证溅射室内气体组分稳定。

Description

溅射室压力稳定方法、溅射镀膜方法和稳压溅射装置

技术领域

本发明涉及稳压镀膜领域，特别地，涉及一种溅射室压力稳定方法。此外，本发明还涉及一种包括上述溅射室压力稳定方法的溅射镀膜方法和稳压溅射装置。

背景技术

传统的镀膜机的溅射室腔体的体积较小，载玻片连同基板在运行过程中，在分子泵速度相同的情况下，溅射的气氛压力会有很大的变化，所镀膜的成分就会不均匀。为解决以上问题，维持腔体内溅射压力稳定，有设计者采用维持分子泵速度不变，固定半开开度，而自动调整溅射气压的方式来解决这一问题，虽达到控制溅射气压的稳定，但由于气氛改变过所及气体质量流量计的漂移等问题，造成膜层的成分急剧差异。

发明内容

本发明提供了一种溅射室压力稳定方法、溅射镀膜方法和稳压溅射装，以解决传统的溅射室压力稳定方法造成气氛改变的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种溅射室压力稳定方法，包括在溅射室内通入制程气体以及抽取溅射室内气体，溅射室压力稳定方法还包括以下步骤：

1)实时测量靶材溅射区域的真空值以得到实测值，实时测量靶材非溅射区域的真空值以得到参照值。

2)调整抽取气体的速度使得实测值和参照值均处于预设压力范围内。

3)调整抽取气体的速度使得实测值和参照值的差值均处于预设差值范围内。

进一步地，步骤2)具体包括：

当实测值和参照值均未达到预设压力范围时，减小抽取气体的速度；当实测值和参照值均超出预设压力范围时，增大抽取气体的速度。

进一步地，步骤3)具体包括：

当实测值大于参照值时，小幅增大抽取气体的速度，当实测值小于参照值时，小幅减小抽取气体的速度。

进一步地，预设压力范围为0.1～10Pa，预设差值为±0.002Pa。

本发明另一方面提供了一种溅射镀膜方法，包括以下步骤：

a)使用上述的溅射室压力稳定方法稳定溅射室内的压力；

b)启动靶材。

c)基板行走经过靶材的溅射区，完成镀膜。

d)停止靶材和停止通入制程气体。

上述步骤按顺序循环或单次进行。

进一步地，在步骤a)之前还包括：将溅射室的压力抽至低于0.001Pa。

进一步地，步骤b)中的启动靶材具体为：

在溅射室压力稳定3～10秒后，通入氩气，启动靶材，对靶材表面的氧化物进行清洗，并对溅射室的防着板溅射一层单质膜层。

进一步地，步骤d)中的停止靶材和停止通入制程气体具体为：

当基板离开靶材的溅射区后，靶材停止溅射后，停止通入制程气体。

本发明还提供了一种稳压溅射装置，包括第一真空计、第二真空计、遮挡阀和控制器。

第一真空计，用以安装在靶材溅射区域以测量靶材溅射区域的真空值从而得到实测值并传送至控制器。

第二真空计，用以安装在靶材非溅射区域以测量靶材非溅射区域的真空值从而得到参照值并传送至控制器。

控制器的输出端与遮挡阀连接，控制器用以判断实测值和参照值是否均在预设压力范围内以及实测值和参照值的差值是否均在预设差值范围内，若二者之一的判断结果为否，则控制器发出调节指令，若二者的判断结果均为是，则发出稳定指令。

遮挡阀设置于分子泵的开口，若遮挡阀接收到调节指令，则调节分子泵的开口大小以调节抽取气体的速度，若遮挡阀接收到稳定指令，则维持分子泵的开口大小以维持抽取气体的速度。本发明具有以下有益效果：上述溅射室压力稳定方法测量了靶材溅射区域的真空值和靶材非溅射区域的真空值，反映了溅射室真空值的真实情况，通过调整抽取气体的速度，调节真空值达到预设值，并调整实测值和真空值的差值达到预设差值，使得溅射室压力稳定，制程气体的速度不变，保证溅射室内气体组分稳定。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的溅射室压力稳定方法的流程图；

图2是本发明优选实施例的溅射镀膜方法的流程图；

图3是本发明另一优选实施例的溅射镀膜方法的流程图；

图4是本发明的溅射室压力稳定的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种溅射室压力稳定方法，包括在溅射室内通入制程气体以及抽取溅射室内气体，溅射室压力稳定方法还包括以下步骤：

S10：实时测量靶材溅射区域的真空值以得到实测值，实时测量靶材非溅射区域的真空值以得到参照值。

S20：调整抽取气体的速度使得实测值和参照值均处于预设压力范围内。

S30：调整抽取气体的速度使得实测值和参照值的差值均处于预设差值范围内。

由于受到抽气的影响。溅射室腔体内不同位置的压力会有所差异。为使测量的真空值尽可能反映整个溅射室的的实际情况，应测量不同位置的真空值。测量靶材溅射区域的真空值和测量离靶材溅射区域有一定距离位置的真空值，以测量较大的区域。在整个调节的过程中，实测值与对照值之间将会有轻微的差异，而且差值时刻在变化。调整抽取气体的速度调节实测值、参照值达到预设压力范围调整，使溅射室的压力值达到溅射室的工作压力。调整抽取气体的速度，使得实测值和参照值的差值达到预设差值范围内，保证溅射室内的压力稳定。常规情况下，由于板架在行走过程中，对气流有一定的影响，溅射室压力也会时刻变化，因此在溅射过程中，需实时测量实测值和参照值，并进行相应调整以确保压力的稳定。

上述溅射室压力稳定方法测量了靶材溅射区域的真空值和靶材非溅射区域的真空值，反映了溅射室真空值的真实情况，通过调整抽取气体的速度，调节真空值达到预设值，并调整实测值和真空值的差值达到预设差值，使得溅射室压力稳定，制程气体的速度不变，保证溅射室内气体组分稳定。

进一步地，步骤S20具体包括：当实测值和参照值均未达到预设压力范围时，减小抽取气体的速度；当实测值和参照值均超出预设压力范围时，增大抽取气体的速度。

当实测值和参照值小于预设压力范围时，说明溅射室内的压力过低，减小抽取气体的速度可增大溅射室内的压力。当实测值和参照值大于预设压力范围时，说明溅射室内的压力过高，增大抽取气体的速度可减小溅射室内的压力。

进一步地，步骤S30具体包括：当实测值大于参照值时，小幅增大抽取气体的速度，当实测值小于参照值时，小幅减小抽取气体的速度。

当实测值大于参照值时，增大抽取气体的速度可缩小二者的差值使得二者接近相等，同样当实测值小于参照值时，减小抽取气体的速度可缩小二者的差值使得二者接近相等。同时由于实测值和参照值在预设压力范围内，实测值和参照值的差距不大，因而小幅改变抽取气体的速度即可实现实测值和参照值的差值在预设差值范围内。

进一步地，预设压力范围为0.1～10Pa，预设差值为±0.002Pa。预设压力范围为0.1～10Pa为常用的溅射室的工作压力，预设差值为±0.002可保证压力稳定效果好。

本发明另一方面提供一种溅射镀膜方法，如图2所示，包括以下步骤：

S100：使用溅射室压力稳定方法稳定溅射室内的压力。

S200：启动靶材。

S300：基板行走经过靶材的溅射区，完成镀膜。

S400：停止靶材和停止通入制程气体。

上述步骤按顺序循环或单次进行。

基板可夹持在板架上，在传送装置的带动下，根据预期设定的行走速度，通过靶材溅射区完成镀膜；镀膜过程中的速度是均匀的，各气体等工艺稳定，溅射室压力始终在预设压力范围内。载玻台及基板完全通过靶材，到达靶材溅射不到的区域停止。当基板上只需镀一层膜时，可按S100、S200、S300、S400的顺序完成镀膜程序。当需镀多层膜时可重复进行上述步骤，靶材往复运转实现多层膜的溅射。

在溅射室压力稳定后，启动靶材，基板行走经过靶材的溅射区，完成镀膜，然后停止靶材和停止通入制程气体。由于溅射室压力稳定，制程气体的速度不变，保证溅射室内气体组分稳定，因此镀层的膜成分均匀。

进一步地，如图3所示，在步骤S100之前还包括步骤S110：将溅射室的压力抽至低于0.001Pa。

该步骤将制程气体关闭，抽取溅射室的气体，可将部分杂气及水分被抽走，提高溅射室腔体内洁净度并减少后续对靶材的污染。在该过程中可将抽取气流的速度调至最大，以保证腔体的洁净程度。

每次靶材工作之前，均可进行将溅射室的压力抽至低于0.001Pa的操作，以保证溅射室的腔体内洁净度并减少后续对靶材的污染。相比之下，常规镀膜方式，在靶材启动之前只对溅射室进行一次抽气，而在之后的过程中腔体的压力一直处在溅射气压(一般为0.1Pa-10Pa之间)值左右，多块靶材之间无疑会受彼此气体的污染及氧化，靶材表层氧化之后，溅射效率下降，膜层成分及颗粒情况均会受到影响。

进一步地，如图3所示，步骤S200中的启动靶材具体为：

在溅射室压力稳定3～10秒后，通入氩气，启动靶材，对靶材表面的氧化物进行清洗，并对溅射室的防着板溅射一层单质膜层。

压力稳定后需一定的延时，在延时时间内压力可控，则启动靶材。延时时间一般为3-10s。在镀膜之前，靶材可进行自我表面的清洗，该过程为预溅射过程，其方式如下：当压力稳定后，根据预溅射设定气体压力功率等参数(气体为氩气，功率为高功率)，板架不运行，只对靶材进行表面清洗处理。这个过程的目的在于对靶材表面的氧化物进行处理，增加靶材表面的洁净程度，同时在防着版上溅射一层较厚的亮铬层，将原有的易脱落物覆盖住，保证整个溅射区域的洁净。在进行这一过程的前后，抽气压力设定，稳压控制等系统仍按照正常方式工作，但此过程有其特殊性的一面，主要体现在：(1)板架及基板不移动，不对板架及基板进行镀膜；(2)制程气体常规为氩气，但溅射时间，气体速度、溅射功率、溅射压力等均可以设定。(3)各镀膜层均根据产品情况自行设定这一过程。

进一步地，如图3所示，步骤S400中的停止靶材和停止通入制程气体具体为：当基板离开靶材的溅射区后，靶材停止溅射后，停止通入制程气体。

完成该层的镀膜后，靶材停止溅射，之后再停止制程气体的供应。先后顺序尤为重要。这样优势在于：若先停止制程气体的供应再停止靶材溅射，则容易因气氛不够而造成靶材电压电流波动及靶材损坏。

本发明还提供了一种稳压溅射装置，包括第一真空计、第二真空计、遮挡阀和控制器；

第一真空计，用以安装在靶材溅射区域以测量靶材溅射区域的真空值得到实测值并传至控制器。第二真空计，用以安装在靶材非溅射区域以测量靶材非溅射区域的真空值得到参照值并传至控制器。控制器的输出端与遮挡阀连接，控制器用以判断实测值和参照值是否在预设压力范围内以及实测值和参照值的差值是否在预设差值范围内，若二者之一的判断结果为否，则控制器发出调节指令，若二者的判断结果均为是，则发出稳定指令。遮挡阀设置于分子泵的开口，若遮挡阀接收调节指令，则调节分子泵的开口大小以调节抽取气体的速度，若遮挡阀接收稳定指令，则维持分子泵的开口大小以维持抽取气体的速度。

控制器的接收端连接第一真空计和第二真空计，用于接受第一真空计和第二真空计测量的真空值，控制器的输出端连接遮挡阀，用于将调节指令或稳定指令传输至遮挡阀。

遮挡阀安装在分子泵的开口处，其遮挡的方式为机械遮挡，即通过遮挡分子泵开口的大小来减少抽气速度的方式进行的。参照图4，实测值和参照值小于预设压力范围时，分子泵的开口遮挡量增加，实测值和参照值大于预设压力范围时，分子泵的开口遮挡量减小，重复上述过程直至实测值与参照值达到预设压力范围。进一步判断实测值和参照值的差值是否在预设差值范围内。当实测值小于参照值时，分子泵的开口遮挡量减少，直至实测值与参照值基本一致为止；当实测值大于参照值时，分子泵的开口遮挡量增加，直至实测值与参照值基本一致为止。常规情况下，由于板架在行走过程中，对气流有一定的影响，压力也会时刻变化，因此在溅射过程中，遮挡阀的开度将时刻改变，以确保压力的稳定。两个调整过程，调整时间很短，在实际过程只需几秒即可完成调整。

实施例1

采用以下方式进行镀膜生产：

生产条件：卧式镀膜机，靶材平面朝上，

工艺条件：铬靶，800*115*6.0t，镀膜层数5层

1、稳定溅射室压力

1)实时测量靶材溅射区域的真空值以得到实测值，实时测量靶材非溅射区域的真空值以得到参照值；

2)调整抽取气体的速度调节实测值、参照值均达到预设压力范围；

3)调整抽取气体的速度使得实测值和参照值的差值均达到预设差值范围内。

2、在溅射室压力稳定后，启动靶材，进行预溅射对靶材进行清洗。

3、基板夹持在板架上，在传送装置的带动下，匀速通过通过靶材溅射区完成镀膜。

4、停止通入制程气体后，停止靶材。

具体工艺参数如下

各层镀膜之前进行的预溅射，参数如表1：

表1各层镀膜之前进行的预溅射

各层工艺参数如表2：

表2各层溅射镀膜的工艺参数

在调节溅射室压力使其稳定的过程，如表3所示。

表3溅射室的压力稳定情况

从表3中可看出通过调节分子泵的开度调节抽取气体的速度可有效的稳定溅射室内的压力，证明本发明的溅射室压力稳定方法具有较好的效果。

膜层的光学参数如下表4：

表4光学参数

对基板的镀膜的均匀性情况进行确认，在载玻架范围内(550*820mm)内，基板所镀所有膜层的均匀性情况如下表5。

表5基板的膜层均匀性情况

从上表可见采用溅射室压力稳定方法得到的膜层均匀性情况良好，由于膜层均匀性与溅射室的压力稳定情况相关，因而也可以证明本发明的溅射室压力稳定方法可有效的稳定溅射室压力。

实施例2

镀膜方式及预溅射的清洗工艺参数与实施案例1相同

各层工艺参数如表6

表6各层溅射镀膜的工艺参数

在调节溅射室压力使其稳定的过程，如表7所示。

表7溅射室的压力稳定情况

从表7中可看出通过调节分子泵的开度调节抽取气体的速度可有效的稳定溅射室内的压力，证明本发明的溅射室压力稳定方法具有较好的效果。

膜层的光学参数如下表8：

表8光学参数

光密度	反射率	底部波长Nm	膜厚(埃)	蚀刻时间S
					6.10	20.0％	605	2015	42

对基板的镀膜的均匀性情况进行确认，在载玻架范围内(550*820mm)内，基板所镀所有膜层的均匀性情况如下表9。

表9基板的膜层均匀性情况

从上表可见采用溅射室压力稳定方法得到的膜层均匀性情况良好，由于膜层均匀性与溅射室的压力稳定情况相关，因而也可以证明本发明的溅射室压力稳定方法可有效的稳定溅射室压力。

实施例1和2的结果证明，本发明溅射室压力稳定方法可在不同的压力情况下稳定溅射室内的压力，并且基板所镀膜层均匀性情况良好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种溅射室压力稳定方法，包括在溅射室内通入制程气体以及抽取溅射室内气体，其特征在于，所述溅射室压力稳定方法还包括以下步骤：

1)实时测量靶材溅射区域的真空值以得到实测值，实时测量靶材非溅射区域的真空值以得到参照值；

2)调整抽取气体的速度使得所述实测值和所述参照值均处于预设压力范围内；

3)调整抽取气体的速度使得所述实测值和所述参照值的差值均处于预设差值范围内；

所述步骤2)具体包括：

当所述实测值和所述参照值均未达到所述预设压力范围时，减小抽取气体的速度；当所述实测值和所述参照值均超出所述预设压力范围时，增大抽取气体的速度；

所述步骤3)具体包括：

当所述实测值大于所述参照值时，小幅增大抽取气体的速度，当所述实测值小于所述参照值时，小幅减小抽取气体的速度。

2.根据权利要求1所述的溅射室压力稳定方法，其特征在于，所述预设压力范围为0.1～10Pa，所述预设差值为±0.002Pa。

3.一种溅射镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)使用权利要求1或2所述的溅射室压力稳定方法稳定溅射室内的压力；

b)启动靶材；

c)基板行走经过靶材的溅射区，完成镀膜；

d)停止靶材和停止通入制程气体；

上述步骤按顺序循环或单次进行。

4.根据权利要求3所述的溅射镀膜方法，其特征在于，在所述步骤a)之前还包括：将溅射室的压力抽至低于0.001Pa。

5.根据权利要求3所述的溅射镀膜方法，其特征在于，所述步骤b)中的启动靶材具体为：

在所述溅射室压力稳定3～10秒后，通入氩气，启动靶材，对靶材表面的氧化物进行清洗，并对溅射室的防着板溅射一层单质膜层。

6.根据权利要求3所述的溅射镀膜方法，其特征在于，所述步骤d)中的停止靶材和停止通入制程气体具体为：

当基板离开靶材的溅射区后，靶材停止溅射后，停止通入制程气体。

7.一种稳压溅射装置，其特征在于，包括第一真空计、第二真空计、遮挡阀和控制器；

所述第一真空计，用以安装在靶材溅射区域以测量靶材溅射区域的真空值从而得到实测值并传送至所述控制器；

所述第二真空计，用以安装在靶材非溅射区域以测量靶材非溅射区域的真空值从而得到参照值并传送至所述控制器；

所述控制器的输出端与遮挡阀连接，所述控制器用以判断所述实测值和所述参照值是否均在预设压力范围内以及所述实测值和所述参照值的差值是否均在预设差值范围内，若二者之一的判断结果为否，则所述控制器发出调节指令，若二者的判断结果均为是，则发出稳定指令；

所述遮挡阀设置于分子泵的开口，若所述遮挡阀接收到调节指令，则调节分子泵的开口大小以调节抽取气体的速度，若所述遮挡阀接收到稳定指令，则维持分子泵的开口大小以维持抽取气体的速度。