CN105755437A - 靶材组件结构和磁控溅射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种靶材组件结构和磁控溅射系统。所述靶材组件结构包括：背板和固定在所述背板的焊接面上的靶材。在所述背板的焊接面上，设有环绕所述靶材的密封圈；在所述背板的焊接面上，位于所述靶材的周侧设有垫片，所述垫片凸起于所述焊接面；而且所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于所述密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度。所述靶材组件安装在磁控溅射设备上后，所述垫片可有效防止所述密封圈出现过度形变而受损，并抑制密封圈与背板以及机台出现过度的紧密接触，致使密封圈内的原子向背板以及机台内扩散并与背板和机台反应而造成背板以及机台被污染的缺陷。

Description

靶材组件结构和磁控溅射系统

技术领域

本发明涉及磁控溅射领域，特别涉及一种靶材组件结构和磁控溅射系统。

背景技术

磁控溅射是一种常见的镀膜工艺，磁控溅射工艺利用带电粒子轰击靶材的溅射面，使靶材原子或分子从靶材的溅射面逸出并均匀沉积在基板上形成镀膜。

磁控溅射以溅射率高、基片温升低、膜-基结合力好，以及优异的金属镀膜均匀性和可控性强等优点成为了优异的基片镀膜工艺，并被广泛地应用于如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器和电子控制器件等电子及信息产业的镀膜工艺中。

参考图1，磁控溅射用的靶材组件包括背板11和靶材12，靶材12固定在背板11的焊接面上。使用过程中，将背板11的背面固定在磁控溅射设备的基座19上，磁控溅射设备一上端面开口的机台16的开口端抵住所述背板11的焊接面边缘，从而将靶材12安装在所述机台16和基座19所形成的磁控溅射空腔18内。使用时，在所述机台16内安装待镀膜的基板17，采用磁控溅射工艺在几班17的表面形成镀膜。

基于磁控溅射镀膜工艺需要在高温、高真空环境下进行，背板11的焊机面上形成有环绕所述靶材12的环形槽(O-ring)13，并在所述环形槽13内安装密封圈14；在所述机台16的开口侧壁端面上安装有采用陶瓷等隔热性较强材料形成的密封垫15，密封垫15抵住所述密封圈14，从而实现磁控溅射空腔18密封。

然而，磁控溅射进行过程中，所述密封圈14会受损，且在所述背板11的焊接面上，位于所述环形槽13的边缘以及机台16的开口侧壁端面会被污染，如在环形槽13的边缘和机台16的开口侧壁端面形成诸多的黑色印记。密封圈14受损，以及背板11和机台16的开口侧壁端面被污染会影响磁控溅射过程中磁控溅射空腔18的密封性，从而降低磁控溅射镀膜的效果。

为此，如何抑制磁控溅射过程中，密封圈受损，以及背板被污染的缺陷是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种靶材组件结构和磁控溅射系统，从而有效缓解磁控溅射过程中密封圈受损，以及背板和机台被污染的缺陷。

本发明提供的一种靶材组件结构，包括：背板和固定在所述背板的焊接面上的靶材，其中，在所述背板的焊接面上，设有环绕所述靶材的密封圈；

在所述背板的焊接面上，位于所述靶材的周侧设有垫片，所述垫片凸起于所述焊接面；

所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于所述密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度。

可选地，所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于或等于5毫米。

可选地，所述垫片凸起于所述焊接面上的高度，与所述密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度的差为1～2毫米。

可选地，在所述背板的焊接面上，设有多个所述垫片。

可选地，所述垫片的数量大于或等于3个。

可选地，所述多个垫片环绕所述密封圈排列。

可选地，所述多个垫片环绕所述密封圈均匀排列。

可选地，在所述背板的焊接面上开设有环形槽，所述密封圈嵌入所述环形槽内。

可选地，所述密封圈采用弹性材料制成。

可选地，所述弹性材料为橡胶。

可选地，所述垫片嵌入所述焊接面内。

可选地，所述垫片采用耐热塑料制成。

本发明还提供了一种磁控溅射系统，包括：上述的靶材组件结构；以及

设有开口的溅射机台；

所述溅射机台的开口侧壁端面抵住所述垫片和密封圈，所述开口与所述背板形成磁控溅射空腔，所述靶材位于所述磁控溅射空腔内，且所述密封圈实现所述开口密封闭合。

可选地，在所述溅射机台的开口侧壁端面设有环绕所述开口的隔热垫圈，所述隔热垫圈抵住所述密封圈和垫片，使所述溅射机台的开口侧壁端面抵住所述垫片和密封圈。

可选地，所述隔热垫圈的材料为陶瓷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在靶材组件的背板的焊接面上，位于所述靶材的周侧设有垫片，所述垫片凸起于所述焊接面；所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度。将靶材组件安装在磁控溅射设备上后，磁控溅射设备的机台的开口顶端抵住所述密封圈，从而与背板之间形成磁控溅射空腔的同时，所述密封圈实现磁控溅射空腔密封；且因为所述垫片的存在，使得所述机台的开口顶端抵住所述垫片，使机台与背板无法进一步挤压所述密封圈，从而有效减小所述密封圈出现过度形变而受到损伤，避免受损后的密封圈在所述背板和机台上形成残留而污染背板和机台；而且所述垫片还可避免密封圈与背板以及机台出现过度的紧密接触，从而抑制密封圈内的原子向背板以及机台内扩散并与背板和机台反应，从而缓解背板以及机台在与密封圈的接触面被污染的缺陷。

可选地，所述多个垫片环绕所述密封圈排列，使得所述垫片位于背板与机台形成的磁控溅射空腔外，避免所述垫片对于磁控溅射镀膜的产生影响，从而提高镀膜的质量。

附图说明

图1为现有的磁控溅射工艺中靶材组件的安装结构示意图；

图2为本发明靶材组件一实施例的结构示意图；

图3为图2中所述靶材组件沿A-A’向剖面结构示意图；

图4为图3中的靶材组件磁控溅射过程中的结构示意图；

图5为图4中B部的放大结构示意图；

图6为图3中C部的放大结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，在磁控溅射过程中，密封圈会受到损伤，且背板和机台会被污染在环形槽的边缘和机台的开口侧壁端面形成诸多的黑色印记，从而降低磁控溅射空腔的密封性，进而影响镀膜效果。分析其原因：

参考图1，如背景技术所述，磁控溅射所使用的靶材组件的背板的焊接面上，设有环绕靶材的密封圈，在靶材组件安装过程中，溅射设备的装有基板17的机台16的开口顶端会抵住所述密封圈14，使所述背板11和机台16间形成磁控溅射空腔18。

但因为所述机台16的开口顶端会紧紧压住所述密封圈14，使得密封圈14变形并紧紧地贴合在背板11所开设的环形槽13内，密封圈14的形变会导致密封圈14与所述背板11环形槽13周边的接触的焊接面表面。所述密封圈14采用橡胶等弹性材料制成，密封圈14会因为受到过度挤压而受到损伤，从而降低磁控溅射空腔18的密封性；此外由于密封圈14与背板11以及密封圈14与机台16的开口侧壁端面的紧密接触，使得密封圈14内原子向所述背板11和机台16的开口侧壁端面内扩散，并与背板11以及机台16发生反应，从而致使背板11被污染，在环形槽13的边缘和机台16的开口侧壁端面形成诸多的黑色印记，背板11以及机台16被污染后，会降低背板11的机台16质量，在背板11和机台16被污染处出现形变而进降低磁控溅射空腔18的密封性。

尤其是在磁控溅射的高温、高真空度环境下，所述磁控溅射腔18内的温度达到300℃以上，高温进一步加速了所述密封圈14的损伤(如密封圈被腐化)，以及密封圈14内的原子向所述背板11以及机台16内扩散的速率，从而加快了背板11被污染的速率。

为此，本发明提供了一种靶材组件结构和磁控溅射系统，以降低密封圈的损伤，以及机台和背板被污染的缺陷。

所述靶材组件结构包括：背板和固定在所述背板的焊接面上的靶材。在所述背板的焊接面上，设有环绕所述靶材的密封圈；在所述背板的焊接面上还设有垫片，所述垫片凸起于所述焊接面；而且所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于所述密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度。

在使用过程中，将靶材组件安装在磁控溅射设备上后，磁控溅射设备的机台的开口顶端抵住所述密封圈，从而与背板之间形成磁控溅射空腔的同时，所述密封圈实现磁控溅射空腔密封；且因为所述垫片的存在，使得所述机台的开口顶端抵住所述垫片，使机台与背板无法进一步挤压所述密封圈，从而有效防止所述密封圈出现过度形变而受到损伤，同时还可避免密封圈与背板以及机台出现过度的紧密接触，从而抑制密封圈损伤后产生的残留贴附在背板和机台上，以及抑制密封圈内的原子向背板以及机台内扩散并与背板和机台反应，从而缓解背板以及机台在与密封圈的接触面被污染的缺陷。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2～图6为本发明靶材组件结构一实施例的结构示意图。

先结合参考图2和图3，图3为图2沿A-A’向的剖面结构图。

本实施例靶材组件结构，具体包括：

靶材21，包括溅射面(图中未标示)和焊接面(图中未标示)；

背板20，包括焊接面(图中未标示)和背面(图中未标示)，所述背板20的尺寸大于靶材21的尺寸，所述靶材21的焊接面与背板20的焊接面贴合，从而将靶材21固定在背板21的焊接面上。

所述靶材21包括铬合金靶材、钛合金靶材等各类材料的靶材，所述背板包括铜背板、铝背板等各类材料的靶材。本发明对所述靶材21和背板20的材料并不做限定。

此外，本实施例中，所述靶材21和背板20均为圆形盘状结构，除本实施外的其他实施中，所述靶材21和背板可包括矩形结构、多边形结构等各类规则或不规则的结构，本发明对所述靶材21和背板20的结构也不做限定。

继续结合参考图2和图3，在所述靶材21的焊接面上设有环绕所述靶材21的密封圈22。

结合参考图4所示，在磁控溅射中，磁控溅射设备包括溅射机台30，所述溅射机台30包括一开口32。所述开口32侧壁的端面抵住所述背板20的焊接面，且开口32侧壁环绕所述靶材21设置，并抵住所述密封圈22，使得在所述溅射机台30与所述背板20之间形成密封腔体，所述靶材21设置于密封腔体内。

本实施例中，所述密封圈22采用弹性材料制成，使得所述溅射机台30的开口32侧壁的端面抵住所述密封圈22后，致使密封圈22产生形变，并利用所述密封圈22的弹性提高密封腔体的密封性能。

可选地，所述弹性材料为橡胶。

此外，在所述开口32的底部还设有升降台40等结构，用于承载待镀膜的基板41。

磁控溅射过程中，将待镀膜的基板41放置在所述开口32内后，使所述溅射机台30的开口32顶端抵住所述背板20的焊接面上的密封圈22，以形成磁控溅射用的密封腔体；之后在所述密封腔体内形成电场，并通入氩气等溅射气体，以轰击靶材的溅射面，使靶材21上的分子或原子逸出，并沉积在待镀膜的基板41上形成镀膜。

结合参考图5所示，图5为图3中B部的扩大结构示意图。

本实施例中，在所述背板20的焊接面上开设有环绕所述靶材21的环形槽24，所述密封圈22嵌于所述环形槽24内，从而固定在所述背板20的焊接面上。当所述溅射机台30的开口32顶端抵住所述密封圈22后，所述密封圈22产生形变，使所述环形槽24开口封闭，从而提高密封腔的密封度，同时，上述结构可有效提高密封圈22的更换效率。

在所述背板20的焊接面上还设有垫片23。所述垫片23凸起于所述背板20的焊接面；且所述垫片23凸起于所述背板20的焊接面上的高度小于所述密封圈22未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度。

使用时，所述溅射机台30的开口32顶端抵住所述密封圈22后，致使密封圈22部分变形，实现背板20与所述开口32之间形成的密封腔体密封；同时，所述垫片23凸起于所述背板20的焊接面上的高度等于所述密封圈22被挤压后凸起于所述焊接面上的高度，使所述垫片23可抵住所述背板20，使机台与背板23无法进一步挤压所述密封圈22，从而有效防止所述密封圈22与背板20以及机台30出现过度的紧密接触，进而降低密封圈22因为受到过度挤压而受到的损伤，并降低因为密封圈22与背板23以及机台30之间因而过度紧密接触而致使所述密封圈22内的原子向背板20以及机台30内扩散并与背板20和机台30反应速率，从而降低背板20以及机台30被污染的缺陷。

本实施例中，所述垫片23嵌入所述背板20的焊接面内，以提高所述垫片23的固定稳固度。

本实施例中，所述垫片采用耐热塑料制成。因为塑料的硬度较小，且弹性模量较好，从而可以减小背板20以及溅射机台30的开口侧壁端面损伤，同时提高背板20和溅射机台30衔接稳定性；此外，在磁控溅射中，背板20内会产生高温，耐热材料可有效减小所述垫片23因高温而出现的损伤，进一步提高所述背板20和溅射机台30衔接稳定性。

若所述垫片23凸起于所述焊接面上的高度过大、垫片23过厚，会致使密封圈22的厚度过大，进而会在背板20与溅射机台30挤压密封圈时，造成密封圈22局部形变差异而影响密封腔体的密封性；若所述垫片23凸起于所述焊接面上的高度过小，在背板20和溅射机台30之间无法形成足够大的隔离距离，致使密封圈22被过度挤压，密封圈22与背板20和溅射机台30之间接触过为紧密。

可选地，所述垫片23凸起于所述焊接面上的高度小于或等于5毫米。

进一步可选地，所述垫片23凸起于所述焊接面上的高度，与所述密封圈22未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度的差为1～2毫米。即，使用时，相比于密封圈22被完全挤压的现有技术，所述密封圈22在沿背板20朝溅射机台30方向上的形变量减小1～2毫米。

此外，本实施例中，在所述背板20的焊接面上设有多个所述垫片23，以提高所述背板20放置在所述溅射机台30的开口32顶端的稳定性。

可选地，所述多个垫片23环绕所述密封圈22排列，使得所述垫片23位于背板20与机台30形成的密封腔体外部，避免磁控溅射过程中，溅射离子轰击所述垫片23，造成垫片23损伤的同时，被击出的垫片23残留污染形成于待镀膜的基板41上的镀膜。

进一步可选地，在所述背板20的焊接面上至少设置3个所述垫片23，且所述多个垫片23环绕所述密封圈22均匀排列。

本发明还提供了一种磁控溅射系统，继续参考图4所示：

所述磁控溅射系统，包括上述靶材组件结构，以及设有开口32的溅射机台30；

所述溅射机台30的开口侧壁端面抵住所述垫片23和密封圈22，且所述开口32与所述背板20之间形成磁控溅射空腔，所述靶材21位于所述磁控溅射空腔内，且所述密封圈22实现所述开口密封闭合。

结合参考图6，图6为图4中C部的放大结构示意图。

本实施例中，可选地，在所述溅射机台30的开口32端面设有环绕所述开口32的隔热垫圈31，所述隔热垫圈31抵住所述密封圈22和垫片23，使所述溅射机台30的开口32端面抵住所述垫片23和密封圈22。

所述隔热垫圈31采用隔热效果较好的材料制成，可选地，所述隔热垫圈31采用为陶瓷制成。

使用时，所述隔热垫圈31可有效降低由磁控溅射腔体传递至背板20、隔热垫圈31以及垫片23上的热量，从而造成背板20、隔热垫圈31以及垫片23损伤。

本实施例提供的磁控溅射系统的使用过程中，因为在靶材组件的背板的焊接面上，位于所述靶材的周侧设有垫片，所述垫片凸起于所述焊接面，且所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于所述密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度，且大于或等于所述密封圈被挤压后凸起于所述焊接面上的高度。所以在使用过程中，磁控溅射设备的机台的开口顶端的隔热垫圈抵住所述密封圈，从而与背板之间形成磁控溅射空腔的同时，所述密封圈实现磁控溅射空腔密封；且因为所述垫片的存在，使得所述隔热垫圈抵住所述垫片，使隔热垫圈与背板无法进一步挤压所述密封圈，从而有效减小所述密封圈出现过度形变而受到损伤，且受损后的密封圈在所述背板和隔热垫圈上形成残留而污染背板和隔热垫圈；而且所述垫片还可避免密封圈与背板以及隔热垫圈出现过度的紧密接触，进而抑制密封圈内的原子向背板以及隔热垫圈内扩散，并与背板和隔热垫圈反应，从而缓解背板以及隔热垫圈在与密封圈的接触面被污染的缺陷，进而确保磁控溅射腔体的密封性，以及磁控溅射工艺的顺利进行。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种靶材组件结构，包括背板和固定在所述背板的焊接面上的靶材，其特征在于，包括：

在所述背板的焊接面上设有环绕所述靶材的密封圈；

在所述背板的焊接面上设有垫片，所述垫片凸起于所述焊接面；

所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于所述密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度。

2.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，所述垫片凸起于所述焊接面上的高度小于或等于5毫米。

3.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，所述垫片凸起于所述焊接面上的高度，与所述密封圈未被挤压时凸起于所述焊接面上的高度的差为1～2毫米。

4.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，在所述背板的焊接面上设有多个所述垫片。

5.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，所述垫片的数量大于或等于3个。

6.根据权利要求4所述的靶材组件结构，其特征在于，所述多个垫片环绕所述密封圈排列。

7.根据权利要求6所述的靶材组件结构，其特征在于，所述多个垫片环绕所述密封圈均匀排列。

8.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，在所述背板的焊接面上开设有环形槽，所述密封圈嵌于所述环形槽内。

9.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，所述密封圈采用弹性材料制成。

10.根据权利要求9所述的靶材组件结构，其特征在于，所述弹性材料为橡胶。

11.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，所述垫片嵌入所述焊接面内。

12.根据权利要求1所述的靶材组件结构，其特征在于，所述垫片采用耐热塑料制成。

13.一种磁控溅射系统，其特征在于，包括：

权利要求1～12任一项所述的靶材组件结构；以及

设有开口的溅射机台；

所述溅射机台的开口侧壁端面抵住所述垫片和密封圈，所述开口与所述背板形成磁控溅射空腔，所述靶材位于所述磁控溅射空腔内，且所述密封圈实现所述开口密封闭合。

14.根据权利要求1所述的磁控溅射系统，其特征在于，在所述溅射机台的开口侧壁端面设有环绕所述开口的隔热垫圈，所述隔热垫圈抵住所述密封圈和垫片，使所述溅射机台的开口侧壁端面抵住所述垫片和密封圈。

15.根据权利要求14所述的磁控溅射系统，其特征在于，所述隔热垫圈的材料为陶瓷。