CN107313015B - 一种成膜设备的靶材结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成膜设备的靶材结构，包括成膜室，所述成膜室的内部一侧设有靶材，所述靶材包括内靶材和外靶材，所述内靶材和所述外靶材互不接触，所述外靶材套设在所述内靶材的外侧，所述内靶材和所述外靶材分别连接有一功率源，所有所述功率源均与一控制系统电连接。本发明通过将靶材设计为内靶材和外靶材，使基板上沉积出的薄膜的厚度更加均匀一致了，提高了薄膜的物性，进一步提高了基板的性能。

Description

一种成膜设备的靶材结构
技术领域
本发明涉及物理气相沉积技术领域，特别是涉及一种成膜设备的靶材结构。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由靶材转移到基板表面上的过程。它的作用是可以使某些有特殊物性(强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等)的微粒喷涂在性能较低的基板上，使得基板具有更好的性能。物理气相沉积包括真空蒸发镀膜、溅射镀膜、离子束和离子辅助及外延膜沉积技术四大类。
溅射镀膜(Sputter)的原理为被电离的气体离子(如Ar离子)受到阴极加速后，快速与靶材表面撞击，气体离子将动能传递给靶材原子，靶材原子获得一定动能之后脱离靶材表面，随机以一定的角度飞溅出来。从靶材中飞溅出来的粒子入射基板表面之后，在基板表面上形成吸附原子后，它便失去了在表面法线方向的动能，只具有与表面水平方向相平行运动的动能。依靠这种动能，吸附原子在表面上做不同方向的表面原子扩散运动，在扩散的过程中，单个吸附原子间相互碰撞形成原子对之后才能产生凝结。吸附原子经过吸附、表面扩散迁移、碰撞结合、凝结形成稳定晶核，然后再通过吸附使晶核长大成小岛，岛长大后互相联结聚结，最后形成连续状薄膜。然而，该薄膜的厚度并不是均匀一致的，从基板的竖直截面上看，该薄膜的厚度类似于一种正态分布曲线。这就造成了无法在基板表面获得性能稳定的膜层的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种成膜设备的靶材结构，以解决上述现有技术存在的问题，使基材表面能够获得厚度均匀一致的薄膜。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种成膜设备的靶材结构，包括成膜室，所述成膜室的内部一侧设有靶材，所述靶材包括内靶材和外靶材，所述内靶材和所述外靶材互不接触，所述外靶材套设在所述内靶材的外侧，所述内靶材和所述外靶材分别连接有一功率源，所有所述功率源均与一控制系统电连接。
优选地，所述内靶材与所述外靶材在水平截面上的对称轴及纵向中心轴彼此重合，所述内靶材和所述外靶材的下平面和/或上平面重合或平行。
优选地，所述内靶材的水平截面为圆形、椭圆形或正多边形；所述外靶材的水平截面为分别与所述内靶材相匹配的圆形环、椭圆形环或正多边形环。
优选地，所述外靶材至少为大小不等的两个，所有所述外靶材从内至外依次套设在一起，且所有所述外靶材之间互不接触。
优选地，所述内靶材的中部沿竖直方向设有一圆形通孔。
优选地，所述靶材的材料为纯金属、合金或陶瓷。
优选地，还包括设置在所述成膜室内部的测厚传感器，所述测厚传感器与所述控制系统电连接。
优选地，所述测厚传感器为激光测厚传感器或晶振测厚传感器。
优选地，所述控制系统内部预置有控制所述功率源的程序，所述控制系统能够依据程序单独控制分别与所述内靶材和所述外靶材连接的所述功率源的功率和启闭，和/或，所述控制系统能够根据所述测厚传感器反馈的检测数据单独控制分别与所述内靶材和所述外靶材连接的所述功率源的功率和启闭。
优选地，所述功率源为直流源、射频源或交流源。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：内靶材在基板表面沉积而成的薄膜厚度类似于一种正态分布曲线，而外靶材在基板表面沉积而成的薄膜则主要聚结在基板的边缘，以补充内靶材薄膜的厚度。本发明通过将靶材设计为内靶材和外靶材，使薄膜的厚度更加均匀一致了，进一步提高了基板的性能。
本发明还在成膜室的内部设置了激光测厚传感器或晶振测厚传感器，以实时监测薄膜的生长情况，激光测厚传感器或晶振测厚传感器将检测数据传输给控制器，控制器通过单独控制功率源的功率和启闭，可实现对薄膜的厚度进行实时的闭环反馈控制，以进一步提高薄膜的均匀性和基板的物性。
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为本发明成膜设备的结构示意图；
图2为本发明靶材的水平截面示意图；
图3为本发明内靶材的水平截面示意图；
其中：1-成膜室，2-靶材，3-内靶材，4-外靶材，5-功率源，6-控制系统，7-测厚传感器，8-圆形通孔。
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。
本发明的目的是提供一种成膜设备的靶材结构，以解决上述现有技术存在的问题，使基材表面能够获得厚度均匀一致的薄膜。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示：本实施例提供了一种成膜设备的靶材2结构，包括成膜室1，成膜室1的上部设有靶材2，成膜室1的下部设有用于放置基板的工作台。靶材2包括内靶材3和外靶材4，内靶材3的水平截面为圆形，外靶材4的水平截面为与内靶材3相匹配的圆形环。外靶材4套设在内靶材3的外侧但互不接触，以防止相互干扰，内靶材3与外靶材4在水平截面上的对称轴及纵向中心轴彼此重合，内靶材3和外靶材4的下平面及上平面重合，以使内靶材3和外靶材4溅射出的粒子在水平平面内分布更加均匀。靶材2的材料可选为纯金属、合金或陶瓷，根据需要沉积出何种物性的薄膜而选择。内靶材3和外靶材4分别连接有一功率源5，功率源5均与一控制系统6电连接，成膜室1的内部还设有测厚传感器7，测厚传感器7与控制器电连接，测厚传感器7优选为激光测厚传感器或晶振测厚传感器。控制系统6能够根据测厚传感器7的检测数据单独控制与内靶材3和外靶材4连接的功率源5的功率和启闭，或控制系统6内部还预置有控制功率源5的程序，控制系统6能够依据程序单独控制分别与内靶材3和外靶材4连接的功率源5的功率和启闭。
本实施例内靶材3在基板表面沉积而成的薄膜厚度类似于一种正态分布曲线，而外靶材4在基板表面沉积而成的薄膜则主要聚结在基板的边缘，以补充内靶材3沉积成的薄膜的厚度。本实施例通过将靶材2设计为内靶材3和外靶材4，提高了成膜室1内部的粒子分布的均匀性，使沉积而成的薄膜的厚度更加均匀一致了，能够减少薄膜的脱落，进一步提高了基板的性能。
本实施例还在成膜室1的内部设置了测厚传感器7，以实时监测薄膜的生长情况，测厚传感器7将检测数据传输给控制器，控制器可单独控制功率源5的功率和启闭，若薄膜中部的厚度大于边缘的厚度，控制器则减小连接内靶材3的功率源5的功率和/或增加连接外靶材4的功率源5的功率，若薄膜中部的厚度小于边缘的厚度，控制器则增加连接内靶材3的功率源5的功率和/或减小连接外靶材4的功率源5的功率，以调节膜层的厚度。本实施例实现了对薄膜的厚度进行实时的闭环反馈控制，进一步提高了薄膜的均匀性和基板的物性。
需要说明的是：靶材2不仅可以设置在成膜室1的上部，也可以设置在下部或侧部，此时需要将工作台设置在成膜室1的上部或对应的侧部。而内靶材3的形状也不限于圆形，也可以为椭圆形或正多边形，而外靶材4需要设置为与内靶材3相匹配的椭圆形环或正多边形环，使外靶材4和内靶材3在各处的间距相等即可。外靶材4也可以为大小不等的多个，并使所有外靶材4从内至外依次套设在一起，且所有外靶材4之间互不接触，将外靶材4构成若干个同心环，以增加外靶材4对内靶材3边缘处的补偿效果。内靶材3的中部沿竖直方向也可以设置一圆形通孔8，如图3所示，以减小薄膜中部的粒子沉积量，使薄膜的厚度更加均匀，以进一步提高基板表面的物性。内靶材3和外靶材4的下平面及上平面不限于重合，也可以为平行设置。测厚传感器7也可以设计为多个，分别用于监测薄膜中部和边缘处的生长情况。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种成膜设备的靶材结构，其特征在于：包括成膜室，所述成膜室的内部一侧设有靶材，所述靶材包括内靶材和外靶材，所述内靶材和所述外靶材互不接触，所述外靶材套设在所述内靶材的外侧，所述内靶材和所述外靶材分别连接有一功率源，所有所述功率源均与一控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述内靶材与所述外靶材在水平截面上的对称轴及纵向中心轴彼此重合，所述内靶材和所述外靶材的下平面和/或上平面重合或平行。
3.根据权利要求1所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述内靶材的水平截面为圆形、椭圆形或正多边形；所述外靶材的水平截面为分别与所述内靶材相匹配的圆形环、椭圆形环或正多边形环。
4.根据权利要求1所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述外靶材至少为大小不等的两个，所有所述外靶材从内至外依次套设在一起，且所有所述外靶材之间互不接触。
5.根据权利要求1所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述内靶材的中部沿竖直方向设有一圆形通孔。
6.根据权利要求1所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述靶材的材料为纯金属、合金或陶瓷。
7.根据权利要求1所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：还包括设置在所述成膜室内部的测厚传感器，所述测厚传感器与所述控制系统电连接。
8.根据权利要求7所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述测厚传感器为激光测厚传感器或晶振测厚传感器。
9.根据权利要求7所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述控制系统内部预置有控制所述功率源的程序，所述控制系统能够依据程序单独控制分别与所述内靶材和所述外靶材连接的所述功率源的功率和启闭，和/或，所述控制系统能够根据所述测厚传感器反馈的检测数据单独控制分别与所述内靶材和所述外靶材连接的所述功率源的功率和启闭。
10.根据权利要求1所述的成膜设备的靶材结构，其特征在于：所述功率源为直流源、射频源或交流源。
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