CN220619080U - 一种磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于真空镀膜设备技术领域，公开了一种磁控溅射装置，包括真空箱、抽真空组件和第二驱动装置，所述真空箱内设有用于放置基片的基片载具，所述第二驱动装置的输出端连接旋转盘，所述旋转盘的下方固定有磁铁座，所述磁铁座固定有磁铁，所述真空箱连接有阴极板和阳极板，所述阴极板的下方设有靶材，所述靶材位于所述基片载具的上方，所述磁铁座和所述阳极板位于所述阴极板的上方，所述抽真空组件用于对所述真空箱内部抽真空。本实用新型的有益效果：通过对磁控溅射阴极内的磁场设计和运动控制，使得溅射的有效区均匀覆盖整个靶材表面，靶材利用率达85％以上，大大提升溅射的薄膜沉积速率。

Description

一种磁控溅射装置

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜设备技术领域，尤其涉及一种磁控溅射装置。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种，一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点，而上世纪70年代发展起来的磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。现有技术中主要应用的平面矩形磁控溅射阴极和平面圆形磁控溅射阴极，其共同特征为内部提供的磁场为固定磁场，溅射过程中磁场与电场作用下溅射的区域固定为一个环形跑道状，靶材的消耗在此固定的环形区域进行呈V型或U型向下消耗，靶材实际利用率低，通常在25％～40％。其最大的缺点为上述2种磁控溅射阴极装置的实际溅射区域为非常细小的环型跑道，有效率低，实际应用时需要将进行设计在一个围绕磁控溅射阴极做直线运动或圆周运动的空间进行，依靠多次经过溅射区形成所需要膜层厚度，因此实际应用的设备占用空间大，设备结构复杂。

因此，有必要提供一种磁控溅射装置，克服靶材利用率低，有效溅射区域小，沉积速率低，设备结构复杂占用空间大的问题。

实用新型内容

本实用新型公开了一种磁控溅射装置，其可以有效解决背景技术中涉及的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种磁控溅射装置，包括真空箱、抽真空组件和第二驱动装置，所述真空箱内设有用于放置基片的基片载具，所述第二驱动装置的输出端连接旋转盘，所述旋转盘的下方固定有磁铁座，所述磁铁座固定有磁铁，所述真空箱连接有阴极板和阳极板，所述阴极板的下方设有靶材，所述靶材位于所述基片载具的上方，所述磁铁座和所述阳极板位于所述阴极板的上方，所述抽真空组件用于对所述真空箱内部抽真空。

作为本实用新型的一种优选改进：所述真空箱底部设有底架。

作为本实用新型的一种优选改进：所述真空箱前侧设有箱门。

作为本实用新型的一种优选改进：所述真空箱包括顶板，所述顶板设有开口，所述靶材安装于所述阴极板上，所述阴极板通过绝缘隔板连接所述阳极板，所述阳极板可拆卸连接在所述开口处。

作为本实用新型的一种优选改进：所述阴极板内部设有冷却水槽。

作为本实用新型的一种优选改进：所述第二驱动装置为电机且位于所述真空箱外侧，所述第二驱动装置的外侧设有保护罩。

作为本实用新型的一种优选改进：所述基片载具的外侧设有挡板，所述挡板可拆卸连接在所述真空箱内壁上。

作为本实用新型的一种优选改进：所述磁控溅射装置还包括基片冷却盘和用于驱动所述基片冷却盘上下移动的第一驱动装置，所述基片冷却盘位于所述基片载具的下方。

作为本实用新型的一种优选改进：所述旋转盘上还固定有用于平衡的配重块。

作为本实用新型的一种优选改进：所述磁铁包括呈椭圆形的磁铁N极和位于所述磁铁N极内部的磁铁S极。

本实用新型的有益效果如下：

通过对磁控溅射阴极内的磁场设计和运动控制，使得溅射的有效区均匀覆盖整个靶材表面，靶材利用率达85％以上，基片在溅射过程为静止状态直面磁控溅射阴极靶材，大大提升溅射的薄膜沉积速率，基片在溅射工程中可通过辅助冷却盘进行散热调整产品表面温度，可有效克服溅射素材因受热变形等问题的局限性，装置可应用设备的结构布局简化，设备的占用空间可大幅降低，装置可单独作为研发单一膜层，亦可通过多腔室连接成为水平生产线方式应用，设备总体结构配置对能耗需求降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图，其中：

图1为磁控溅射基本原理图；

图2为本实用新型一种磁控溅射装置的剖视图；

图3为本实用新型一种磁控溅射装置的示意图；

图4为本实用新型磁铁示意图；

图5为现有技术和本实用新型装置靶材消耗对比示意图。

图中：1-底架，2-真空箱，3-抽真空组件，4-保护罩，5-基片载具，6-挡板，7-基片冷却盘，8-第一驱动装置，9-第二驱动装置，10-旋转盘，11-磁铁座，12-阴极板，13-靶材，14-阳极板，15-绝缘隔板，16-顶板，17-配重块，18-磁铁N极，19--磁铁S极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1所示，磁控溅射的工作原理是指电子(Electron)在电场E的作用下，在飞向基片(Substrate)过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子。新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶材(Target)表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场(NSN分布的磁场)作用，产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。现有技术中主要应用的平面矩形磁控溅射阴极和平面圆形磁控溅射阴极，其共同特征为内部提供的磁场为固定磁场，溅射过程中磁场与电场作用下溅射的区域固定为一个环形跑道状，靶材的消耗在此固定的环形区域进行呈V型或U型向下消耗，靶材实际利用率低，通常在25％～40％。而本实用新型磁控溅射装置可以改善这种情况，提高靶材利用率，如图5所示。

请参阅图2-图4所示，本实用新型提供一种磁控溅射装置，包括真空箱2、抽真空组件3和第二驱动装置9，所述真空箱2内设有用于放置基片的基片载具5，所述第二驱动装置9的输出端连接旋转盘10，所述旋转盘10的下方固定有磁铁座11，所述磁铁座11固定有磁铁，所述真空箱2连接有阴极板12和阳极板14，所述阴极板12的下方设有靶材13，所述靶材13位于所述基片载具5的上方，所述磁铁座11和所述阳极板14位于所述阴极板12的上方，所述抽真空组件3用于对所述真空箱2内部抽真空。具体的，设置所述第二驱动装置9和所述旋转盘10对磁铁进行运动控制，使其在所述阴极板12上方转动，提高磁场的工作范围，提高靶材的使用率。电场是阴极跟阳极之间加一个直流高压，分别会设置接线的螺丝孔，正常溅射电压会在300～600V之间。阳极和真空箱2腔体外壳都是直联的关系相当于整个腔体包括基片都是属于阳极，外部接电源供电，所述阴极板12提供电场场强，电动势能。所述真空箱2可连接气瓶通氩气或其他工艺气体，所述真空箱2内的氩离子是来自从外面气瓶通过电磁阀与流量计控制的氩气通入到真空腔体，气体是受到了在施加的电压的阴极表面溢出的电子经过电场和磁场的作用下螺旋摆动碰撞气体分子解离出来了氩离子，二次电子等。磁铁提供的磁力线能穿透阴极和靶材，到达靶材表面去，有一个磁场力的束缚作用。高效磁控溅射装置(后简称装置)中的NSN永磁铁在工作中为固定区域内的循环运动，使其磁场作用均匀覆盖整个有效区，受磁场和电场作用情况下，磁控溅射的作用在靶材表面整体均匀向下消耗。装置中的永磁铁固定座采用可调速马达进行运动控制，装置中的阴极体和基片辅助冷却盘均采用高导热高导电材料，其内部设计冷却水槽。装置中的阴极体与永磁铁对应面喷涂防水绝缘漆，对表面进行防锈绝缘保护，装置中的阴极体与靶材贴合面中间采用石墨片进行贴合，增强两种材料的贴合性及导电导热性能。装置中的辅助冷却盘可由腔室下端的气压缸驱使其上升或下降，上升时冷却盘与基片盘直接接触进行热传导。

作为一种实施方式，所述真空箱2底部设有底架1进行支撑，也可设置滑轮进行移动，所述真空箱2前侧设有箱门，方便更换基片，也对所述真空箱2内进行清理。

所述真空箱2包括顶板16，所述顶板16设有开口，所述靶材13安装于所述阴极板12上，所述阴极板12通过绝缘隔板15连接所述阳极板14(螺丝固定)，所述阳极板14可拆卸连接在所述开口处。具体的，所述真空箱2顶部是开口的，所述阳极板14将所述阴极板12、所述靶材13锁紧在开口处，添加密封条等物件保证密封性，这样可以拆卸所述靶材13，方便对靶材进行更换。所述阴极板12内部设有冷却水槽，连接水管与外连通，对所述阴极板12起到冷却效果。作为一种实施方式，所述第二驱动装置9为电机且位于所述真空箱2外侧，所述第二驱动装置9的外侧设有保护罩4。

所述基片载具5的外侧设有挡板6，所述挡板6可拆卸连接在所述真空箱2内壁上。因为溅射的膜层颗粒不仅仅只有对应的基片盘，也会散射到周边，喷过砂的挡板是为了保持真空腔室内的清洁，把真空腔室的其他区域做一个遮蔽保护，否则腔室内膜层镀厚了后续就不好清洁保养，挡板是可快速拆装式的。所述挡板6可以设置凹槽，所述基片载具5活放在所述挡板6上，所述基片载具5也可以是固定在所述真空箱2内壁。

所述磁控溅射装置还包括基片冷却盘7和用于驱动所述基片冷却盘7上下移动的第一驱动装置8，所述基片冷却盘7位于所述基片载具5的下方。所述第一驱动装置8可以为气缸，气缸位于所述真空箱2外，气缸的轴是通过密封导入到腔室的，有做气密装置，密封，保证密封性。所述基片冷却盘7内设冷却水槽，并通过管道与外连通。需要进一步说明的是，采用其它部件从而达到上述效果的，理应都属于本实用新型的发明构思之内，且理应属于本实用新型的保护范围内。

作为一种实施方式，所述旋转盘10上还固定有用于平衡的配重块17，因为磁座不是中心放置的，配重块是平衡整个旋转盘。所述磁铁包括呈椭圆形的磁铁N极18和位于所述磁铁N极18内部的磁铁S极19。

实施例一

磁场阴极内部的磁铁设计在椭圆形固定于磁铁座上，整体椭圆形磁铁座与一个配重块均固定在可转动的磁座圆盘上，磁铁采用300～600mT的强磁铁表面电镀镍层或制作树脂防腐蚀层处理，边缘N中间S的排列方式，旋转圆盘通过一个矩形横梁连接电机带动旋转，电机由4根螺柱固定在阳极铝座(阳极板)上，高度根据电机连接结构设计。阴极板与阳极板之间采用铁氟龙材料绝缘板进行绝缘隔绝，阴极板设计有内部冷却水槽可对靶材进行冷却降温，阴极板上表面对应磁铁处，进行喷涂保护绝缘漆，防锈与放止异常放电打火。阴极板下表面装有石墨片贴合靶材(贴合在靶材背板和阴极板之间)，提高靶材的贴合度与导电导热性。两种金属之间的硬接触贴合度不一定好，很多材料是没有办法直接做成一体式靶材，必须要有个背板粘贴材料，本实施例中，考虑很多材料自身很脆的很软的材料，靶材贴合有靶材背板，单一金属材料是不用背板，直接背板与靶材一体化。阴极板下表面设计大螺柱定位靶材，旋转固定加周围加固环对靶材进行锁紧固定。磁控阴极整体结构的外部设计一个圆筒形保护罩，基片盘下方设计有一个可上升下降控制的辅助冷却盘，冷却盘中通入冷却介质循环冷却，冷却盘与基片盘可直接接触进行热传导。工作过程为：放入基片-抽真空-通氩气或其他工艺气体-磁场转动-通电溅射-溅射完成关电-停止磁场转动-放气-取基片。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种磁控溅射装置，其特征在于：包括真空箱(2)、抽真空组件(3)和第二驱动装置(9)，所述真空箱(2)内设有用于放置基片的基片载具(5)，所述第二驱动装置(9)的输出端连接旋转盘(10)，所述旋转盘(10)的下方固定有磁铁座(11)，所述磁铁座(11)固定有磁铁，所述真空箱(2)连接有阴极板(12)和阳极板(14)，所述阴极板(12)的下方设有靶材(13)，所述靶材(13)位于所述基片载具(5)的上方，所述磁铁座(11)和所述阳极板(14)位于所述阴极板(12)的上方，所述抽真空组件(3)用于对所述真空箱(2)内部抽真空。

2.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述真空箱(2)底部设有底架(1)。

3.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述真空箱(2)前侧设有箱门。

4.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述真空箱(2)包括顶板(16)，所述顶板(16)设有开口，所述靶材(13)安装于所述阴极板(12)上，所述阴极板(12)通过绝缘隔板(15)连接所述阳极板(14)，所述阳极板(14)可拆卸连接在所述开口处。

5.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述阴极板(12)内部设有冷却水槽。

6.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述第二驱动装置(9)为电机且位于所述真空箱(2)外侧，所述第二驱动装置(9)的外侧设有保护罩(4)。

7.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述基片载具(5)的外侧设有挡板(6)，所述挡板(6)可拆卸连接在所述真空箱(2)内壁上。

8.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述磁控溅射装置还包括基片冷却盘(7)和用于驱动所述基片冷却盘(7)上下移动的第一驱动装置(8)，所述基片冷却盘(7)位于所述基片载具(5)的下方。

9.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述旋转盘(10)上还固定有用于平衡的配重块(17)。

10.根据权利要求1所述的一种磁控溅射装置，其特征在于：所述磁铁包括呈椭圆形的磁铁N极(18)和位于所述磁铁N极(18)内部的磁铁S极(19)。