CN104878361A - 磁控溅射镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料表面镀膜技术领域，具体涉及一种磁控溅射镀膜设备，本发明采用隐藏式的气路设计，使惰性气体从靶材的边缘自然扩散至靶材表面，有效降低了靶材表面的气压波动，保证了镀膜工艺的重复性；另外，本发明采用非平衡磁场和补偿式气路设计，有效解决了现行结构中的均匀气路和均匀磁场导致的镀膜厚度不均匀的问题，使基板各个区域的镀层厚度保持均匀。

Description

磁控溅射镀膜设备

技术领域

本发明属于材料表面镀膜技术领域，具体涉及一种磁控溅射镀膜设备。

背景技术

如图1所示，磁控溅射镀膜工艺是采用镀层材料作为阴极靶材a，待镀膜材料作为基片b，利用氩离子轰击靶材，产生阴极溅射，另外，利用磁铁d在阴极靶材a表面形成磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高氩离子密度以增加溅射率，把靶材原子溅射到基片b上，沉积后形成镀膜。一般的溅射法可被用于制备金属、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。如图1所示，现行的平面磁控溅射源采用的是靶前气体喷射方式，氩气管道c的气孔c1均匀的分布于阴极靶材a的前端，均匀的气孔分布使靶材a从两端到中心的范围内气压分布均匀；磁场方面，现行的平面磁控溅射源采用的是均匀磁场设计，如图1所示，均匀的磁铁间距在靶材a表面提供了均匀的磁场。但是这种设计存在着较大的缺陷：首先，靶前气体喷射方式会在靶材a表面带来气压波动，对工艺的重复性带来不利的影响；其次，无法实现大面积的均匀的镀膜，靶材a附近均匀分布的氩离子轰击靶材a表面后，靶材粒子被溅射飞向基片b表面，大量的被溅射的靶材粒子的飞行方向遵从余弦分布，如图2所示，使得正对着靶材a中心位置的薄膜厚度大于两端。

发明内容

本发明的目的是提供一种镀膜均匀、工艺重复性较好的磁控溅射镀膜设备。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种磁控溅射镀膜设备，包括水平设置在底座上的阴极靶材，所述阴极靶材为长方形板状结构，阴极靶材上方设有基片，阴极靶材下方布设有磁铁，所述磁铁在阴极靶材上表面形成拱形磁场，设备还包括用于向阴极靶材上表面吹送惰性气体的供气单元，所述供气单元包括沿阴极靶材长度方向布设的供气管路，所述供气管路上沿管长方向间隔开设有多个出气孔，且出气孔在供气管路中段的布设密度小于两端的布设密度；

所述磁铁为多个沿阴极靶材长度方向间隔布置，且磁铁在阴极靶材两端的布设密度大于中段的布设密度；

所述阴极靶材周边设有围板，所述围板上端设有向内弯折的翻边，所述翻边延伸至阴极靶材表面的边缘区域上方，所述翻边内侧设有阳极挡板，且阳极挡板与阴极靶材上表面之间存在间隙，所述供气管路位于阴极靶材、围板以及底座三者围合而成的空腔内，惰性气体从阳极挡板与阴极靶材之间的间隙扩散至阴极靶材表面。

所述阴极靶材与底座之间设有绝缘板；

所述供气管路为两条且分别对应阴极靶材的两条长边布置；

同一供气管路上的各出气孔朝同一方向开设即朝向围板内壁开设。

本发明的技术效果在于：采用隐藏式的气路设计，使惰性气体从靶材的边缘自然扩散至靶材表面，有效降低了靶材表面的气压波动，保证了镀膜工艺的重复性；另外，本发明采用非平衡磁场和补偿式气路设计，有效解决了现行结构中的均匀气路和均匀磁场导致的镀膜厚度不均匀的问题，使基板各个区域的镀层厚度保持均匀。

附图说明

图1是现有技术中的磁控溅射镀膜设备结构示意图；

图2是现有技术中磁控溅射镀膜设备的镀层厚度随靶材长度方向的变化曲线；

图3是本发明的主视图；

图4是本发明的侧视图；

图5是本发明的磁控溅射镀膜设备的镀层厚度随靶材长度方向的变化曲线。

具体实施方式

如图4所示，一种磁控溅射镀膜设备，包括水平设置在底座10上的阴极靶材11，所述阴极靶材11为长方形板状结构，阴极靶材11上方设有基片12，阴极靶材11下方布设有磁铁15，所述磁铁15在阴极靶材11上表面形成拱形磁场，设备还包括用于向阴极靶材11上表面吹送惰性气体的供气单元，所述供气单元包括沿阴极靶材长度方向布设的供气管路，所述供气管路13上沿管长方向间隔开设有多个出气孔131，且出气孔131在供气管路13中段的布设密度小于两端的布设密度，使阴极靶材11中段惰性气体浓度较低，两端惰性气体浓度较高，有效解决了现行结构中的均匀气路和均匀磁场导致的镀膜厚度不均匀的问题，如图5所示。在惰性气体的选择方面，一般来说，大部分惰性气体均可作为轰击气体，但氩气成本较低，因此一般选用氩气。当然，在生产过程中，也可以根据实际需求和生产条件进行选择。

进一步的，如图4所示，所述磁铁15为多个沿阴极靶材11长度方向间隔布置，且磁铁在阴极靶材11两端的布设密度大于中段的布设密度。本发明采用非平衡磁场设计，使阴极靶材11中段的磁场强度小于两端的磁场强度，进一步中和了镀层材料在均匀磁场中的余弦分布特性而导致的镀膜厚度不均匀的现象，进一步确保基片12各个区域的镀层厚度保持均匀。

进一步的，所述阴极靶材周边设有围板14，所述围板14上端设有向内弯折的翻边141，所述翻边141延伸至阴极靶材11表面的边缘区域上方，所述翻边141内侧设有阳极挡板，且翻边阳极挡板与阴极靶材11上表面之间存在间隙，所述供气管路13位于阴极靶材11、围板14以及底座10三者围合而成的空腔内，惰性气体从阳极挡板与阴极靶材11之间的间隙扩散至阴极靶材11表面。采用隐藏式的气路设计，使惰性气体从阴极靶材11的边缘自然扩散至阴极靶材11表面，有效降低了阴极靶材11表面的气压波动，保证了镀膜工艺的重复性。

进一步的，所述阴极靶材11与底座10之间设有绝缘板16，确保阳极挡板与阴极靶材11之间相互绝缘。

优选的，所述供气管路13为两条且分别对应阴极靶材11的两条长边布置，惰性气体从阴极靶材11两侧喷射至阴极靶材11表面，确保阴极靶材11表面的气压左右对称。

优选的，同一供气管路上的各出气孔131朝同一方向开设即朝向围板14内壁开设，围板14能够对气流产生一定的缓冲、引导作用，确保惰性气体能够平稳的扩散至阴极靶材11表面。

针对现行结构中，正对着阴极靶材11中心位置的薄膜厚度大于两端，无法实现大面积的均匀的镀膜的问题，本发明采用了补偿式气路设计和非平衡磁场设计相结合的方式：补偿式气路设计中，两端的氩气出气孔131的密度大于中心的出气孔131密度，使阴极靶材11两端的气压大于中心位置的气压，更多的氩气离子分布在阴极靶材11两端的位置，以提高两端的薄膜沉积速率；非平衡磁场设计中，两端的磁铁15密度大于中心位置的磁铁15密度，使阴极靶材11两端的磁场大于中心位置的磁场，以提高两端的薄膜沉积速率。补偿式气路设计和非平衡磁场设计相结合的方式，有效地补偿了薄膜厚度不均，解决了薄膜中间厚、两端薄的问题。

另外，针对现行结构中靶前气体喷射方式会在靶材表面带来气压波动，从而对工艺的重复性带来不利的影响，本发明采用了内部进气方式，工艺气体氩气在围板14内部喷发，经扩散稳定后再通过阳极挡板和阴极靶材11之间的缝隙到达靶材表面，内部进气方式有效地解决了气压不稳定的问题，能极大地提高薄膜工艺的稳定性。

Claims (6)

1.一种磁控溅射镀膜设备，包括水平设置在底座（10）上的阴极靶材（11），所述阴极靶材（11）为长方形板状结构，阴极靶材（11）上方设有基片（12），阴极靶材（11）下方布设有磁铁（15），所述磁铁（15）在阴极靶材（11）上表面形成拱形磁场，设备还包括用于向阴极靶材（11）上表面吹送惰性气体的供气单元，其特征在于：所述供气单元包括沿阴极靶材长度方向布设的供气管路，所述供气管路（13）上沿管长方向间隔开设有多个出气孔（131），且出气孔（131）在供气管路（13）中段的布设密度小于两端的布设密度。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜设备，其特征在于：所述磁铁（15）为多个沿阴极靶材（11）长度方向间隔布置，且磁铁在阴极靶材（11）两端的布设密度大于中段的布设密度。

3.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜设备，其特征在于：所述阴极靶材周边设有围板（14），所述围板（14）上端设有向内弯折的翻边（141），所述翻边（141）延伸至阴极靶材（11）表面的边缘区域上方，所述翻边（141）内侧设有阳极挡板，且阳极挡板与阴极靶材（11）上表面之间存在间隙，所述供气管路（13）位于阴极靶材（11）、围板（14）以及底座（10）三者围合而成的空腔内，惰性气体从阳极挡板与阴极靶材（11）之间的间隙扩散至阴极靶材（11）表面。

4.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜设备，其特征在于：所述阴极靶材（11）与底座（10）之间设有绝缘板（16）。

5.根据权利要求3所述的磁控溅射镀膜设备，其特征在于：所述供气管路（13）为两条且分别对应阴极靶材（11）的两条长边布置。

6.根据权利要求5所述的磁控溅射镀膜设备，其特征在于：同一供气管路上的各出气孔（131）朝同一方向开设即朝向围板（14）内壁开设。