CN211522309U - 靶材溅射装置及其成膜装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种靶材溅射装置，包括：用于支撑靶材的支撑壳体；所述支撑壳体背对所述靶材的一侧设有两个或更多个用于输入溅射气体的气体输入部；所述支撑壳体设有所述靶材的一侧具有用于输出所述溅射气体的气体输出部；至少两个所述气体输入部位于所述支撑壳体的不同位置。本申请所提供的一种靶材溅射装置及其成膜装置能够在校正膜厚的基础上，避免降低溅射效率。

Description

靶材溅射装置及其成膜装置

技术领域

本申请涉及真空镀膜设备领域，尤其涉及一种靶材溅射装置及其成膜装置。

背景技术

目前，在真空容器内使用等离子化的反应性气体进行基板上的薄膜形成、所形成的薄膜的表面改质、蚀刻等的等离子处理。例如，以下技术是公知的：使用溅射技术在基板上形成由金属不完全反应物构成的薄膜，使该由不完全反应物构成的薄膜与等离子化的反应性气体接触，形成由金属化合物构成的薄膜。

目前，成膜装置的真空容器内具有成膜区域及反应区域。在成膜区域中，在工作气体的环境下，对由金属构成的靶材进行溅射，进行溅射粒子的堆积和基于溅射等离子体的等离子处理，形成金属或金属的不完全反应物构成的连续的中间薄膜或不连续的中间薄膜。在反应区域中，使在含有反应性气体的环境下产生的等离子体中的、反应性气体的活性物质与移动来的基板的中间薄膜接触而发生反应，将所述中间薄膜转换为由金属的完全反应物构成的连续的超薄膜。

实用新型内容

技术问题：

图5为目前的一种靶材溅射装置结构示意图。在该靶材溅射装置的外侧具有输入溅射气体的管道，该管道连接于靶材溅射装置的居中部位，向靶材溅射装置内部输入气体。在靶材溅射装置负载靶材51的一侧在围绕靶材51的周向具有输出口。但是，由于靶材51周向的输出口输出的气量不同，导致靶材51不同区域的消耗量不同，进而导致薄膜的膜厚分布均匀性较差，以及靶材51的不均匀消耗。

为调整膜厚分布，靶材溅射装置在靶材51的两侧设置校正板50，通过校正板50的阻挡作用，来校正膜厚分布，以期望达到膜厚均匀的效果。校正板50是通过将所处位置的气体量阻挡减少，以平衡气体输出量，虽然可以调整膜厚，但是会提升气体输出的阻力，从而会将溅射效率发生不期望的减小。

另外，在利用校正板50校正膜厚的过程中，由于校正板50位于靶材51被溅射表面的前方(注：朝向基板一侧为前)，因此，校正板50会在溅射粒子的溅射方向上形成阻挡，导致溅射的效率减小。还有，由于校正板50位于靶材51被溅射表面的前方，溅射粒子同样会再校正板50的表面形成堆积镀膜，这同样会导致溅射粒子的浪费。

鉴于上述技术问题，本申请的一个目的是提供一种靶材溅射装置及其成膜装置，以能够在校正膜厚的基础上，避免降低溅射效率。

一种靶材溅射装置，包括：

用于支撑靶材的支撑壳体；所述支撑壳体背对所述靶材的一侧设有两个或更多个用于输入溅射气体的气体输入部；所述支撑壳体设有所述靶材的一侧具有用于输出所述溅射气体的气体输出部；至少两个所述气体输入部位于所述支撑壳体的不同位置。

作为一种优选的实施方式，每个所述气体输入部相互独立。

作为一种优选的实施方式，至少一个所述气体输入部的气体流量可控。

作为一种优选的实施方式，至少两个所述气体输入部沿所述靶材的长度方向排列。

作为一种优选的实施方式，在所述支撑壳体沿所述靶材宽度方向的中间位置，至少两个所述气体输入部沿所述靶材的长度方向排列。

作为一种优选的实施方式，所述气体输出部设置在所述靶材沿宽度方向的两侧。

作为一种优选的实施方式，所述气体输入部连接有进气管；所述进气管设有流量调节器、以及连通有气源。

作为一种优选的实施方式，至少两个所述气体输入部连接同一气源。

一种成膜装置，包括：

真空容器；

用于保持基板的基板保持单元；

如上任一实施方式所述靶材溅射装置；所述靶材溅射装置能够通过溅射气体从靶材释放出溅射粒子到达所述基板。

作为一种优选的实施方式，所述基板保持单元围绕一转轴转动；所述靶材溅射装置的至少两个气体输入部沿所述转轴的轴向分布。

作为一种优选的实施方式，所述靶材溅射装置可关闭打开地安装于所述真空容器上。

有益效果：

本申请所提供的靶材溅射装置的气体输入部通过位于支撑壳体的不同位置，可以降低单个输入口到气体输出部不同部位因存在距离远近不同形成的气体输出状态差异，保证气体输出部输出气体状态的均匀性，从而提升薄膜的膜厚均匀程度。并且，本实施例所提供的靶材溅射装置无需在气体输出部前方设置校正板，从而可以避免对溅射效率的影响，保证成膜速率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例所提供的靶材溅射装置结构示意图；

图2是图1的外部视图；

图3是图1的剖视图；

图4是本申请另一个实施例所提供的靶材溅射装置结构示意图；

图5为传统例中的一种靶材溅射装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1。本申请一个实施例提供一种靶材溅射装置，包括：用于支撑靶材20的支撑壳体1。所述支撑壳体1背对所述靶材20的一侧设有两个或更多个用于输入溅射气体的气体输入部2。所述支撑壳体1设有所述靶材20的一侧具有用于输出所述溅射气体的气体输出部3；至少两个所述气体输入部2位于所述支撑壳体1的不同位置。

在本实施例所提供的靶材溅射装置中，所述气体输入部2可以位于所述支撑壳体1背面(背对靶材20的表面)的气体输入口或者气体输入连接端。气体输入部2通过位于支撑壳体1的不同位置，可以降低单个输入口到气体输出部3不同部位因存在距离远近不同形成的气体输出状态差异，保证气体输出部3输出气体状态的均匀性，从而提升薄膜的膜厚均匀程度。并且，本实施例所提供的靶材溅射装置无需在气体输出部3前方设置校正板，从而可以避免对溅射效率的影响，保证成膜速率。

在本实施例中，气体输入部2在支撑壳体1上位于不同区域，从而具有各自的辐射范围，位于不同位置的气体输入部2的辐射范围通过相互覆盖重叠，可以增强气体输出能力较弱的区域的气体输出能力，可以有效提升该处的溅射效率。

如下表所示，采用图1至图3所示实施例(不设有气体输出部2a、2b)进行镀膜，并与相同气源5条件下的未具有校正板的传统例1、以及采用校正板的传统例2进行对比，结果如下表1所示。

表1

项目	传统例1	传统例2	本实施例
				膜厚分布(±％)	3.5	0.8	0.7
镀膜速率(nm/sec)	1.356	1.291	1.349
				速率减少率		-4.8％	-0.5％

参见上述表1可以看出，在未设有校正板的传统例1中膜厚分布均匀度较差。通过设置校正板的传统例2中，虽然膜厚分布具有相应改善，但是镀膜的速率相对于传统例1下降较多。作为对比而言，本实施例所提供的溅射镀膜装置相对于传统例1的膜厚分布均匀性具有明显改善，并且，镀膜速率下降较少，如此本实施例所提供的靶材溅射装置不仅能够改善膜厚的均匀性，还能避免镀膜速率下降，保证镀膜的速度。

在本实施例中，该靶材溅射装置可以安装于成膜装置上，围构形成成膜装置的真空腔室。在一个实施例中，该成膜装置可以包括：真空容器；用于保持基板的基板保持单元；靶材溅射装置。所述靶材溅射装置能够通过溅射气体从靶材20释放出溅射粒子到达所述基板。

在本实施例中，所述基板保持单元围绕一转轴转动。所述靶材溅射装置的至少两个气体输入部2沿平行于所述转轴方向分布。也即，至少两个气体输入部2沿所述转轴的轴向排布。具体的，转轴的长度方向与竖直方向(例如图1中的F1方向)平行，靶材溅射装置的至少两个气体输入部2可以沿竖直方向排列成一列。

在一个实施例中，真空容器为一有腔主体，该有腔主体是利用沿铅直方向延伸的侧壁在平面方向(与所述铅直方向垂直的方向)上环绕而构成。靶材溅射装置位于真空容器的门板结构100上。

在本实施例中，虽然使有腔主体的平面方向上的截面形成为矩形形状，但也可以是其他形状(例如圆形等)，本实用新型并不作特别限定。真空容器例如可以由不锈钢等金属构成。

在本实施例中，在真空容器的上方可以形成有用于使转轴贯穿的孔，该真空容器电接地而可以被设置为接地电位。其中，驱动单元通过驱动该转轴转动，可以带动基板保持单元转动，基板保持单元可以围绕该轴进行转动，从而使基板在成膜区域及反应区域之间切换移动。具体的，驱动单元可以为马达。

在本实施例中，转轴由大致管状部件形成，经由配设于在真空容器的上方形成的孔部分中的绝缘部件，被支承成能够相对于真空容器旋转。转轴经由由绝缘子、树脂等构成的绝缘部件支承于真空容器，由此能够在与真空容器电绝缘的状态下相对于真空容器旋转。

在本实施例中，在转轴的位于真空容器外侧的上端侧固定安装有第一齿轮(未图示)，该第一齿轮与马达的输出侧的第二齿轮(未图示)啮合。因此，通过马达的驱动，旋转驱动力经由第二齿轮被传递至第一齿轮，从而使转轴旋转。在转轴的位于真空容器内侧的下端部安装有筒状的旋转体(旋转滚筒)。

在本实施例中，旋转滚筒以沿其筒方向延伸的转动轴线朝向真空容器的铅直方向(如图1中的F1方向)的方式配设于真空容器内。在本实施例中，旋转滚筒形成为圆筒状，但不限于该形状，也可以是横截面呈多边形的多棱柱形或圆锥状。旋转滚筒通过转轴的基于马达的驱动所实现的旋转，以转动轴线为中心旋转。

在旋转滚筒的外侧(外周)装配有基板保持单元。在基板保持单元的外周面设有多个基板保持部(例如凹部)，能够利用该基板保持部对多个作为成膜对象的基板从背面(是指与成膜面的相反侧的面)进行支承。

在本实施例中，基板保持单元的轴线(省略图示)与旋转滚筒的转动轴线一致。因此，通过使旋转滚筒以转动轴线为中心旋转，基板保持单元与旋转滚筒的旋转同步且与旋转滚筒成为一体地以该滚筒的转动轴线为中心旋转。

在本实施例中，所述靶材溅射装置可关闭打开地安装于所述真空容器上。如图2、图3所示，该靶材溅射装置可以位于真空容器的门板结构100上。通过关闭打开靶材溅射装置实现真空容器中基板的放置或移出，以及实现对于真空容器内部的检查等操作。

当然，该靶材溅射装置所应用的场景中，基板保持单元也可以为在水平方向上左右反复移动，而不以旋转的形式进行溅射镀膜，从而本申请并不以上述实施例为限制。

如图3所示。在一个实施例中，靶材溅射装置可以为具备磁控溅射电极7的阴极型靶材溅射装置。在成膜时(后述)，靶材20分别以装卸自如的方式被保持在各电极7的一端侧表面上。在各电极7的另一端侧，经由对电量进行调整的作为功率控制单元的变压器8与作为电力供给单元的交流电源9连接，并且构成为对各电极7施加频率例如为1kHz～100kHz左右的交流电压。

在本实施例中，支撑壳体1内部具有将气体输入部2和气体输出部3连通的气体流道。具体的，支撑壳体1可以为中空结构，安装靶材20后，气体流道可以形成在靶材20和支撑壳体1的壁之间。如图3所示，溅射气体经气体输入部2输入仅支撑壳体1中，在气体流道中向周侧流动，直至经气体输出部3在靶材20的周侧(周围一侧)输出。

为较佳地平衡气体输出口的气体输出状态，均匀消耗靶材20，形成按照期望膜厚的薄膜，所述气体输出部3设置在所述靶材20沿宽度方向的两侧。当然，气体输出部3也可以围绕靶材20设置。

在本实施例中，该支撑壳体1安装靶材20的一侧在靶材20的两侧具有间隔壁10，形成容纳靶材20的凹槽空间。该间隔壁10在真空容器中形成与反应区域隔离开的溅射区域30。气体输出部3可以包括位于间隔壁10的底部的气体输出口。在间隔壁30的隔离阻挡作用下，气体输出口输出的溅射气体可以被维持在溅射区域30中。

在图3所示实施例中，在溅射区域30可以具有两个靶材20a、20b。气体输出部3围绕两个靶材20a、20b设置。每个靶材20a(20b)为矩形形状，固定安装于支撑壳体1的内侧(支撑壳体1背对靶材20a、20b的一侧为外侧)。气体输出部3围绕在靶材20a、20b周围，其可以为多个气体输出小孔沿周向排列，也可以为单个呈整体的环形孔围绕在靶材20a、20b周围，本申请并不作限制。另外，气体输出部3也可以位于靶材20a、20b的两侧，长度可以与靶材20a(20b)的长度相近。相应的，靶材20a(20b)的上下两侧也可以具有气体输出部3，从而形成围绕的环形气体输出部3，保证溅射的效率。

在本实施例中，至少两个所述气体输入部2沿所述靶材20的长度方向(图1中F1方向)排列。在靶材20竖直安装放置的情况下，至少两个气体输入部2沿竖直方向排列。另外，在本实施例中，至少两个气体输入部2还可以沿水平方向排列。如图3所示，两个气体输入部2a、2b(虚线圆圈表示)沿靶材20的宽度方向(图2中F2方向)还可以分别位于支撑壳体1的两侧。

在本申请实施例中，多个气体输入部2中，可以既存在高度不同的气体输入部2(沿F1方向排列)，也可以存在水平位置不同的气体输入部2(例如沿F2方向排列)。当然，两个气体输入部2的高度位置和水平位置均可以不同。

相邻两个气体输入部2的间距可以相同也可以不同。为保证膜厚的均匀性，相邻两个气体输入部2的间距相等。如图2所示的实施例中，该一列7个气体输入部2中，每相邻两个气体输入部2之间的间距相同。

在本申请实施例中，为较佳的平衡气体输出部3的气体输出状态，并与气体输出部3、靶材20的整体长度方向相适应，至少两个气体输入部2呈直线排列，形成一列气体输入部2。

在支撑壳体1的背面至少设有一列气体输入部2。例如，在在对应两个靶材20的其他实施例中，如图4所示，支撑壳体1还可以在每个靶材20的背面对应设置一列气体输入部2，每列气体输入部2位于各自对应的靶材20宽度上的中间，并与竖直方向(或转轴的轴向)平行。相应的，该实施例中存在两列气体输入部2.

如图2所示，在所述支撑壳体1沿所述靶材20宽度方向(参考图2中的F2方向)的中间位置，至少两个所述气体输入部2沿所述靶材20的长度方向排列。在本实施例中，呈竖直一列排布的气体输入部2位于支撑壳体1宽度方向的中间位置，居中设置。如此，每个气体输入部2与两侧的距离相同，从而对于同一高度位置的气体输出部3的气体输出状态相近，可以较佳的平衡整个输出口的气体输出状态。

在本实施例中，为防止气体输入部2之间相互影响，精细调整膜厚分布，每个所述气体输入部2相互独立。气体输入部2输入的溅射气体可以相同也可以不同，例如气体浓度、气体种类、气体流量、或者气体压力。

当然，作为优选的方案，每个气体输入部2输入的气体种类相同，例如，所有气体输入部2连接储存有氩气的储气瓶。气体输入部2相互独立，也即，针对每个气体输入部2的调整并不影响其他气体输入部2的气体输入状态。

为实现精细调整膜厚以及靶材20消耗的均匀性。至少一个所述气体输入部2的气体流量可控。所述气体输入部2连接有进气管4。所述进气管4设有流量调节器6、以及连通有气源5。在本实施例中，该流量调节器6可以为质量流量控制器。

在本实施例中，至少两个所述气体输入部2连接同一气源5。通过流量调节器6可以调节每个气体输入部2输入的气体流量，从而调整该位置对应的气体输出情况，以朝向期望状态的薄膜进行调整。如图1所示，所有气体输入部2连接同一气源5，每个气体输入部2所连接的进气管4上配设有流量调节器6，以调节每个气体输入部2所输入溅射气体的气体状态。

在一个实施例中，气体输入部2通过进气管4连接气源5，以输入溅射气体。在本实施例中，气源5可以包括：储气瓶，其贮藏溅射气体。进气管4上设有质量流量控制器，其对由该储气瓶供给的溅射气体的流量进行调整。

溅射气体通过进气管4被分别导入靶材20前方的溅射区域30。质量流量控制器是对溅射气体的流量进行调节的装置。来自储气瓶的溅射气体在通过质量流量控制器调节流量后被导入溅射区域30。通过调控不同位置的气体输入部2所输入的气体流量，实现调整对应部位的薄膜厚度，达到薄膜厚度的精细调控。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的实用新型主题的一部分。

Claims (11)

1.一种靶材溅射装置，其特征在于，包括：

用于支撑靶材的支撑壳体；所述支撑壳体背对所述靶材的一侧设有两个或更多个用于输入溅射气体的气体输入部；所述支撑壳体设有所述靶材的一侧具有用于输出所述溅射气体的气体输出部；至少两个所述气体输入部位于所述支撑壳体的不同位置。

2.如权利要求1所述的靶材溅射装置，其特征在于：每个所述气体输入部相互独立。

3.如权利要求1所述的靶材溅射装置，其特征在于：至少一个所述气体输入部的气体流量可控。

4.如权利要求1-3任一所述的靶材溅射装置，其特征在于：至少两个所述气体输入部沿所述靶材的长度方向排列。

5.如权利要求4所述的靶材溅射装置，其特征在于：在所述支撑壳体沿所述靶材宽度方向的中间位置，至少两个所述气体输入部沿所述靶材的长度方向排列。

6.如权利要求1所述的靶材溅射装置，其特征在于：所述气体输出部设置在所述靶材沿宽度方向的两侧。

7.如权利要求3所述的靶材溅射装置，其特征在于：所述气体输入部连接有进气管；所述进气管设有流量调节器、以及连通有气源。

8.如权利要求7所述的靶材溅射装置，其特征在于：至少两个所述气体输入部连接同一气源。

9.一种成膜装置，其特征在于，包括：

真空容器；

用于保持基板的基板保持单元；

如权利要求1-8任一所述靶材溅射装置；所述靶材溅射装置能够通过溅射气体从靶材释放出溅射粒子到达所述基板。

10.如权利要求9所述的成膜装置，其特征在于：所述基板保持单元围绕一转轴转动；所述靶材溅射装置的至少两个气体输入部沿所述转轴的轴向分布。

11.如权利要求9所述的成膜装置，其特征在于：所述靶材溅射装置可关闭打开地安装于所述真空容器上。

Images