CN204939603U - 一种靶材溅射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种靶材溅射装置，用以提高靶材溅射装置的磁场分布均匀度，从而提高靶材的利用率。一种靶材溅射装置，包括：背板和位于所述背板下面均匀分布的多个相互绝缘的电磁线圈单元；在预设周期内，多个所述电磁线圈单元产生与所述背板做相对运动的磁场，所述磁场正交于所述背板且密度相同。

Description

一种靶材溅射装置

技术领域

本实用新型涉及溅射技术领域，尤其涉及一种靶材溅射装置。

背景技术

磁控溅射技术已经广泛的应用于半导体行业、平板显示行业等。传统的磁控溅射源的磁场一般是安装于与靶材基板相对固定的位置处，如图1所示，由中心的柱形磁铁和周围的磁极相反的一套环形磁铁构成，产生封闭磁路，并与基板表面电场产生正交场，使电子围绕磁场做拉莫回旋运动，回旋运动的存在增大了电子在两极之间的运动路径，提高了电子的碰撞几率，从而低压起辉变为可能；而碰撞几率的增加使得等离子体(Plasma)中气体分子的电离程度增加，有利于提高靶材的利用率，参见图1中，001为环形磁铁组成的磁极，002为环形磁铁的磁力线，003为在磁力线的作用下做拉莫回旋运动的电子，004为位于环形磁铁上的靶材，005为通过磁力线的作用完成的刻蚀区域。

然而这种磁场分布结构的磁场均匀区域范围较小，导致靶材刻蚀区域集中。如图1所示，会在靶材表面形成跑道形凹槽，使靶材利用率低下，一般大世代面板产线所用的平面靶材磁控溅射装置的靶材利用率不到40％，造成靶材浪费，而且靶材更换频繁，导致设备稼动率下降。一般可用改变磁场结构，使磁铁相对于靶材运动等方法改善这种问题，但大多数结构复杂，使设备可靠性下降，且大世代线设备实施起来更加困难。

综上所述，现有技术中的靶材溅射装置的磁场分布不均匀，使得靶材的利用率较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种靶材溅射装置，用以提高靶材溅射装置的磁场分布均匀度，从而提高靶材的利用率。

本实用新型实施例提供了一种靶材溅射装置，该装置包括：背板和位于所述背板下面均匀分布的多个相互绝缘的电磁线圈单元；

在预设周期内，多个所述电磁线圈单元产生与所述背板做相对运动的磁场，所述磁场正交于所述背板且密度相同。

本实用新型实施例提供的靶材溅射装置中包括背板，以及位于该背板下面均匀分布的多个相互绝缘的电磁线圈单元，当通过加载交流电给多个电磁线圈单元后，所述多个电磁线圈单元产生磁场，且在预设周期内，多个所述电磁线圈单元产生与所述背板做相对运动的磁场，所述磁场正交于所述背板且密度相同。因此预设周期内的每一时刻产生正交于所述背板的磁场，且使得预设周期内，通过不同时刻每一电磁线圈单元产生不同的磁场，使得所述磁场相对于背板做相对运动，且因为磁场的密度相同以及电磁线圈单元的均匀分布，使得磁场均匀分布于背板，从而提高了靶材溅射装置的磁场分布均匀度，进而可以提高靶材的利用率。

较佳地，在预设周期内，多个所述电磁线圈单元产生的磁场相对于所述背板做往返运动。

通过所述电磁线圈单元产生的磁场相对于背板做往返运动，使得磁场覆盖整个背板，且磁场的分布更加均匀，从而提高靶材的利用率。

较佳地，在预设周期内的每个时刻仅对每间隔固定个数的所述电磁线圈单元加载预设交流电，且两相邻时刻加载所述预设交流电的所述电磁线圈单元各不相同。

较佳地，在同一时刻加载到相邻两个每间隔固定个数的电磁线圈单元的预设交流电的方向相同或相反，且所述预设交流电的有效值相同。

较佳地，所述电磁线圈单元包括铁芯，以及缠绕所述铁芯的线圈，且各所述电磁线圈单元中包括的线圈个数相同。

通过将每一电磁线圈单元制作成相同的，从而使得每一电磁线圈单元产生的磁场密度相同。

较佳地，所述电磁线圈单元中的线圈为矩形，且矩形的长边与所述背板相互平行，与所述背板的长边相互垂直。

通过将矩形线圈中的长边与背板的长边垂直，从而使得电磁线圈单元产生的磁场能大部分分布于背板上面，从而提高磁场的强度。

较佳地，所述矩形的短边为50-500mm。

较佳地，相邻的两个所述电磁线圈单元之间的间隙为5-50mm。

通过将相邻的电磁线圈单元之间设置有间隙，从而防止相邻电磁线圈单元之间产生干扰。

附图说明

图1为现有技术提供的一种靶材溅射装置的结构示意图；

图2(a)为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置的截面示意图；

图2(b)为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置的左视图；

图2(c)为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置的仰视图；

图3(a)为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之一；

图3(b)为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之二；

图3(c)为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之三；

图4为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之四；

图5为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之五；

图6为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之六；

图7为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之七；

图8为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中磁场分布的示意图之八；

图9为本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置中电磁线圈单元之间间隙的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种靶材溅射装置，用以增大靶材溅射装置的磁场分布均匀度，从而提高靶材的利用率。

实施例1

参见图2(a)，本实用新型实施例提供的一种靶材溅射装置，包括：背板11和位于背板11下面均匀分布的多个相互绝缘的电磁线圈单元12；

在预设周期内，多个电磁线圈单元12产生与背板11做相对运动的磁场14，磁场14正交于背板11且密度相同(图2(a)为本实用新型实施例提供的靶材溅射装置的正视图，且磁场的分布只是一个时刻的示意图，且磁场的方向也仅是一个例子，不仅限于图中的方向)。

需要说明的是，磁场与背板做相对运动，包括预设周期内，产生的磁场相对于背板从左向右运动，也可以相对于背板从右向左运动，还可以相对于背板先从左向右运动，然后从右向左运动，或者先从右向左运动，然后从左向右运动。且多个电磁线圈单元产生的磁场，可以为每个电磁线圈单元依次产生磁场，使得多个电磁线圈单元产生的磁场做相对于背板的相对运动，也可以为两个电磁线圈单元通过加载不同的交流电产生固定方向的磁场，从而使得每两个电磁线圈单元产生的磁场相对于背板做相对运动。当然，做相对运动的磁场，包括整个背板上分布的磁场始终绕着一个方向做相对运动，且从背板的左边运动到背板的右边，也包括将连续排列的电磁线圈单元分为多组，从而使得每一组或者相邻两组产生的磁场在预设周期内相对于背板运动。

其中，预设周期为根据靶材溅射装置在实际应用中根据靶材的大小等情况自行设定，用以有利于磁场均匀分布于背板上。

为了更加清楚地说明本实用新型实施例提供的溅射靶材装置，图2(a)为本实用新型实施例提供的截面图，图2(b)为本实用新型实施例提供的左视图，其中图2(b)中的电磁线圈单元为中心具有铁芯。

本实用新型实施例提供的靶材溅射装置中包括背板，以及位于该背板下面均匀分布的多个相互绝缘的电磁线圈单元，当通过加载交流电给多个电磁线圈单元后，所述多个电磁线圈单元产生磁场，且在预设周期内，多个所述电磁线圈单元产生与所述背板做相对运动的磁场，所述磁场正交于所述背板且密度相同。因此预设周期内的每一时刻产生正交于所述背板的磁场，且使得预设周期内，通过不同时刻每一电磁线圈单元产生不同的磁场，使得所述磁场相对于背板做相对运动，且因为磁场的密度相同以及电磁线圈单元的均匀分布，使得磁场均匀分布于背板，从而提高了靶材溅射装置的磁场分布均匀度，进而可以提高靶材的利用率。

其中，在预设周期内，多个电磁线圈单元产生的磁场相对于背板做往返运动。

需要说明的是，在预设周期内，多个电磁线圈单元产生正交于背板的磁场，且使得磁场相对于背板做往返运动，其中，往返运动可以先从左向右运动，然后从右向左运动，也可以先从右向左运动，然后从左向右运动，本实用新型实施例不做具体限定。其中，多个电磁线圈单元产生的磁场，可以为每个电磁线圈单元依次产生磁场，使得多个电磁线圈单元产生的磁场做相对于背板的往返运动，也可以为两个电磁线圈单元通过加载不同的交流电产生固定方向的磁场，从而使得每两个电磁线圈单元产生的磁场相对于背板做相对运动。

为更加清楚地了解磁场相对于背板做往返运动，下面通过简易的示意图进行描述。需要说明的是，为了体现出电磁线圈单元中包括多个矩形线圈，所以描述磁场分布时的电磁线圈单元均用曲线代替，与图1和图2(a)、2(b)、2(c)中电磁线圈单元为矩形是相同的。

参见图3(a)、3(b)、3(c)所示，首先图3(a)中磁场14相对于背板间隔分布，图3(b)中磁场14分布情况相对于图3(a)中磁场14向右运动，图3(c)中磁场14分布情况相对于图3(b)中磁场14向左运动，从而实现磁场相对于背板做往返运动。当然不仅限于图3(a)、3(b)、3(c)所示的磁场。只要实现磁场相对于背板做往返运动或者相对运动均属于本实用新型实施例的保护范围。

通过多个电磁线圈单元产生的磁场在预设周期内相对于背板做往返运动，使得磁场覆盖整个背板，且磁场的分布更加均匀，从而提高靶材的利用率。

其中，在预设周期内的每个时刻仅对每间隔固定个数的电磁线圈单元加载预设交流电，且两相邻时刻加载预设交流电的电磁线圈单元各不相同。

需要说明的是，本实用新型中间隔固定个数的个数不做具体限定，可以将间隔个数设定为5个或者10等等。预设交流电可以为正弦交流电或者其他交流电。需要说明的是，当相邻固定个数的两个电磁线圈单元加载的预设交流电相同时，则每一电磁线圈单元单独产生相同方向的磁场。当相邻固定个数的两个电磁线圈单元加载的预设交流电方向相反时，该两个电磁线圈单元中一个作为N极，一个作为S极，从而产生固定方向的磁场。

其中，在同一时刻加载到相邻两个每间隔固定个数的电磁线圈单元的预设交流电的方向相同或相反，且预设交流电的有效值相同。

为了使得每一电磁线圈单元产生的磁场强度相同，所以加载的预设交流电有效值相同，当加载的预设交流电方向相同，则每一电磁线圈单元根据电生磁的物理特性产生相同方向的磁场。为了增强正交于背板的磁场强度，较佳地，加载在相邻两个每间隔固定个数的电磁线圈单元的预设交流电的方向相反。例如，加载在第一个电磁线圈单元的预设交流电为正弦交流电，加载在间隔固定个数的第二个电磁线圈单元的预设交流电为相位相差180°的交流电，从而使得该第一个电磁线圈单元产生磁场和第二个电磁线圈单元产生的磁场方向相反，因此可以近似为一个电磁线圈单元为N极，另一个电磁线圈单元为S极，该两个电磁线圈单元产生的磁场强度明显大于一个电磁线圈单元产生的磁场强度。

为了更加详细地说明每个时刻仅对每间隔固定个数的电磁线圈单元加载预设交流电，下面通过举例的方式介绍。

例如将固定个数设定为N个，且背板下面包括的电磁线圈单元个数为(M+1)*N，其中，M和N均为正整数，N远小于M。且加载的预设交流电为方向相反的交流电，即第一交流电和第二交流电。

在预设周期的第一时刻，参见图4，加载第一交流电给第1个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第N+1个电磁线圈单元12，同时加载第一交流电给第2N+1个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第3N+1个电磁线圈单元12，依次类推，最后加载到MN+1个电磁线圈单元12，从而产生如图4所示的磁场14；

参见图5，在预设周期的第二时刻，停止加载在第1、N+1、2N+1、3N+1、……MN+1的交流电，同时，加载第一交流电给第2个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第N+2个电磁线圈单元12，同时加载第一交流电给第2N+2个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第3N+2个电磁线圈单元12，依次类推，最后加载到MN+2个电磁线圈单元12，从而产生如图5所示的磁场14；

参见图6，依次类推，停止加载在第N-1、2N-1、3N-1、4N-1、……MN-1的交流电，同时，加载第一交流电给第N个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第2N个电磁线圈单元12，同时加载第一交流电给第3N个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第4N个电磁线圈单元12，依次类推，最后加载到(M+1)N个电磁线圈单元12，从而产生如图6所示的磁场14；

参见图7，在下一时刻，停止加载在第N、2N、3N、……(M+1)N的交流电，同时，加载第一交流电给第N-1个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第2N-1个电磁线圈单元12，同时加载第一交流电给第3N-1个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第4N-1个电磁线圈单元12，依次类推，最后加载到(M+1)N-1个电磁线圈单元12；从而产生如图7所示的磁场14；

参见图8，依次类推，在预设周期的最后一个时刻，停止加载在第2、N+2、2N+2、……MN+2的交流电，同时，加载第一交流电给第1个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第N+1个电磁线圈单元12，同时加载第一交流电给第2N+1个电磁线圈单元12，加载第二交流电给第3N+1个电磁线圈单元12，依次类推，最后加载到MN+1个电磁线圈单元12，从而产生如图8所示的磁场14；

通过上述的加载交流电的步骤，从而完成电磁线圈单元产生的磁场相对于背板做往返运动。

需要说明的是，图4-图8所示的磁场仅为本实用新型实施的较佳实施方式，也可以通过别的方式实现磁场的往返运动。

其中，电磁线圈单元12包括铁芯，以及缠绕铁芯的线圈，且各电磁线圈单元中包括的线圈个数相同。

本实用新型实施例中的电磁线圈单元是由一个铁芯，以及缠绕该铁芯的多圈线圈组成，具体包括多少圈线圈，本实用新型实施例不做具体限定。当给多组线圈通入变化的电流后，该闭合的线圈会产生磁场。所以本实用新型实施例中提供的电磁线圈单元用于产生磁场，使得离子在磁场的作用下产生碰撞，从而有利于对靶材的刻蚀。

需要说明的是，当铁芯为长方体或正方体时，线圈则为矩形线圈，当铁芯为球状体时，线圈为圆形，因此本实用新型实施例提供的线圈可以为矩形线圈，也可以为圆形。

通过将每一电磁线圈单元制作成相同结构的，从而使得每一电磁线圈单元在通入相同或者相反的交流电时，产生的磁场强度或者密度相同。

其中，电磁线圈单元中的线圈为矩形，且矩形的长边与背板相互平行，与背板的长边相互垂直。

具体的，当电磁线圈单元中的线圈为矩形时，将矩形线圈的长边与背板平行，且垂直于背板的长边，从而使得电磁线圈单元产生的磁场能大部分分布于背板上，从而提供了背板上磁场的强度。当然也可以将电磁线圈单元中的矩形线圈的短边与背板平行，且与背板的长边相互垂直。本实用新型中只是将矩形线圈的长边与背板平行，且与背板的长边相互垂直作为较佳实施例。

通过将矩形线圈中的长边与背板的长边垂直，从而使得电磁线圈单元产生的磁场能大部分且均匀分布于背板上面。当给矩形线圈通入变化的电流后，该矩形线圈会产生磁场，且长边所对应的空间处产生的磁场比短边处产生的磁场的磁力线个数多，从而使得长边所对应的空间处产生的磁场能更多的通过背板的上面。

其中，矩形的短边为50-500mm。

根据靶材溅射装置的实际应用场景，该矩形线圈的短边一般为50-500mm较佳。也就是说位于背板下面的电磁线圈单元的高为50-500mm。当然，矩形的短边不仅限于为50-500mm，如果根据实际需要，可以设计为大于500mm，或者小于50mm。

其中，参见图9，相邻的两个电磁线圈单元12之间的间隙d为5-50mm。

通过将相邻的电磁线圈单元之间设置有间隙，从而防止相邻电磁线圈单元之间产生干扰。

相邻的电磁线圈单元若同时产生磁场，会相互干扰，为了使得相邻的电磁线圈能相互绝缘，可以设置固定的间隙。因此，每相邻两个电磁线圈单元之间均设置有间隙。可以将间隙为5-50mm之间作为较佳的间隙范围，从而能够保证相邻的电磁线圈单元之间的磁场不会产生互感等干扰。但不仅限于本实用新型实施例中的间隙的数值。

需要强调的是，为了使得背板整个表面都能处于磁场中，所以将多个电磁线圈单元均匀布满整个背板的下面，从而使得电磁线圈单元产生的磁场均匀布满整个背板上面，增大了靶材溅射装置的磁场分布范围。

综上所述，本实用新型实施例提供的靶材溅射装置中，通过在背板的下面设置结构相同、且相互绝缘的电磁线圈单元布满整个背板，代替了现有技术中的永磁体，使得电磁线圈单元通过输入预设交流电后产生的磁场可以均匀布满整个背板。通过将电磁线圈单元产生的磁场相对于背板做往返运动，从而使得靶材溅射装置的磁场分布较为均匀，且因为预设交流电相同且每一电磁线圈单元结构相同，使得每一电磁线圈单元产生的磁场密度相同，且本实用新型实施例中提供的电磁线圈单元中的矩形线圈的长边与背板的长边相互垂直，从而使得每一电磁线圈单元产生的磁场能大部分通过背板，且每一电磁线圈单元之间具有间隙，从而使得每一电磁线圈单元产生的磁场能均匀分布在背板上。总之，本实用新型实施例提供的靶材溅射装置，增大了靶材溅射装置的磁场分布均匀度，和增大了磁场的分布范围，进而可以提高靶材的利用率。

需要说明的是，利用本实用新型提供的一种靶材溅射装置，可以使得靶材在溅射之后得到的功能薄膜更加均匀，并且提高了靶材的利用率。

具体的，因为本实用新型实施例提供的靶材溅射装置中磁场分布均匀，从而利用靶材溅射装置溅射靶材时靶材各个区域的刻蚀程度基本一致，从而提高了靶材的利用率，克服了现有技术中因某些区域靶材的刻蚀消耗较其他区域明显过快而不得不频繁更换靶材的问题，并且由此形成的功能薄膜也较为均匀。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种靶材溅射装置，其特征在于，该装置包括：背板和位于所述背板下面均匀分布的多个相互绝缘的电磁线圈单元；

在预设周期内，多个所述电磁线圈单元产生与所述背板做相对运动的磁场，所述磁场正交于所述背板且密度相同。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在预设周期内，多个所述电磁线圈单元产生的磁场相对于所述背板做往返运动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在预设周期内的每个时刻仅对每间隔固定个数的所述电磁线圈单元加载预设交流电，且两相邻时刻加载所述预设交流电的所述电磁线圈单元各不相同。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在同一时刻加载到相邻两个每间隔固定个数的电磁线圈单元的预设交流电的方向相同或相反，且所述预设交流电的有效值相同。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述电磁线圈单元包括铁芯，以及缠绕所述铁芯的线圈，且各所述电磁线圈单元中包括的线圈个数相同。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电磁线圈单元中的线圈为矩形，且矩形的长边与所述背板相互平行，与所述背板的长边相互垂直。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述矩形的短边为50-500mm。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，相邻的两个所述电磁线圈单元之间的间隙为5-50mm。