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磁控溅射装置及磁控溅射方法 【EN】Magnetron sputtering device and magnetron sputtering method

申请(专利)号:CN201510608551.0国省代码:北京 11
申请(专利权)人:【中文】京东方科技集团股份有限公司【EN】BOE Technology Group Co., Ltd.
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摘要:
【中文】本发明提供了一种磁控溅射装置及磁控溅射方法,属于磁控溅射技术领域。其中,磁控溅射装置,包括至少一个溅射腔室,每一所述溅射腔室内设置有用以放置被成膜基板的基板安装座和与所述基板安装座相对、用以放置靶材的靶材安装座,所述装置还包括:能够在所述靶材安装座和所述基板安装座之间形成均匀磁场的亥姆霍兹线圈。本发明的技术方案能够显著提高磁控溅射装置成膜的均匀性和靶材利用率。 【EN】Paragraph:The invention provides a magnetron sputtering device and a magnetron sputtering method, and belongs to the technical field of magnetron sputtering. The magnetron sputtering device comprises at least one sputtering chamber, wherein substrate mounting bases used for placing film-to-be-formed substrates and target material mounting bases which are opposite to the substrate mounting bases and used for placing target materials are arranged in each sputtering chamber; the magnetron sputtering device also comprises a Helmholtz coil capable of forming uniform magnetic fields between the target material mounting bases and the substrate mounting bases. According to the technical scheme provided by the invention, the uniformity of film formation of the magnetron sputtering device and the use ratio of the target materials can be remarkably improved.Image:201510608551.GIF

主权项:
【中文】一种磁控溅射装置,包括至少一个溅射腔室,每一所述溅射腔室内设置有用以放置被成膜基板的基板安装座和与所述基板安装座相对、用以放置靶材的靶材安装座,其特征在于,所述装置还包括:能够在所述靶材安装座和所述基板安装座之间形成近似均匀磁场的亥姆霍兹线圈。 【EN】1. a magnetic control sputtering device, comprise at least one sputtering chamber, be provided with in sputtering chamber described in each in order to place by the substrate mount pad of substrate for film deposition and relative with described substrate mount pad, in order to place the target mount pad of target, it is characterized in that, described device also comprises: The Helmholtz coil in approaches uniformity magnetic field can be formed between described target mount pad and described substrate mount pad.


说明书

磁控溅射装置及磁控溅射方法

技术领域


本发明涉及磁控溅射技术领域,特别是指一种磁控溅射装置及磁控溅射方


法。


背景技术


磁控溅射,是指在阴极(通常为靶材)与阳极(通常为安装被成膜基板的基板


安装座或镀膜腔体壁)之间加一个正交磁场和电场,在真空镀膜腔体中充入所


需要的惰性气体(通常为氩气),氩气电离成氩离子(带正电荷)和电子,氩离子


在驱动电场的作用下加速轰击靶材,溅射出大量的靶材粒子,这些靶材粒子(原


子或分子)沉积在被成膜基板上成膜。但是现有的磁控溅射装置形成的束缚电


子做螺旋运动的磁场在靶材表面的分布是不均匀的,会造成靶材消耗不均,从


而严重影响磁控溅射成膜均匀性和靶材利用率。


为了改善磁控溅射成膜均匀性,提高靶材利用率,现有技术利用驱动器驱


使磁性部件在真空镀膜腔体外做平面的运动而对靶材进行平面的磁性扫描,从


而提高靶材的利用率和磁控溅射成膜均匀性,但是这种磁性扫描不能从根本上


解决磁场在时间和空间上的均匀性。此外,磁性部件的运动会带来磁控溅射装


置的剧烈震动,对成膜造成不利的影响,不利于高质量薄膜的沉积以及磁控溅


射装置的日常维护。


发明内容


本发明要解决的技术问题是提供一种磁控溅射装置及磁控溅射方法,能够


显著提高磁控溅射装置成膜的均匀性和靶材的利用率。


为解决上述技术问题,本发明的实施例提供技术方案如下:


一方面,提供一种磁控溅射装置,包括至少一个溅射腔室,每一所述溅射


腔室内设置有用以放置被成膜基板的基板安装座和与所述基板安装座相对、用


以放置靶材的靶材安装座,所述装置还包括:


能够在所述靶材安装座和所述基板安装座之间形成近似均匀磁场的亥姆


霍兹线圈。


进一步地,所述装置还包括:


磁控溅射机台;


所述亥姆霍兹线圈包括设置在所述磁控溅射机台上的第一线圈和与所述


第一线圈平行且同轴的第二线圈,在所述磁控溅射装置工作时,所述第一线圈


和所述第二线圈通以同方向电流。


进一步地,所述第一线圈和所述第二线圈的半径和匝数相同,且所述第一


线圈和第二线圈之间的距离等于所述第一线圈的半径。


进一步地,所述磁控溅射装置还包括:


与所述第一线圈和第二线圈分别连接、用以控制所述第一线圈和第二线圈


中电流大小的电流控制单元。


进一步地,在所述磁控溅射装置工作时,放置在所述基板安装座上的被成


膜基板以及放置在所述靶材安装座上的靶材均与所述第一线圈垂直。


进一步地,所述磁控溅射装置包括多个磁控溅射腔室,相邻磁控溅射腔室


之间通过隔板隔开。


进一步地,所述磁控溅射装置还包括:


设置在所述磁控溅射机台上、用以将被成膜基板传送至所述基板安装座的


传送机构。


进一步地,所述传送机构包括:


设置在所述磁控溅射机台上的传送导轨;


设置在所述传送导轨上、用以放置被成膜基板的滑块;


与所述滑块连接、用以驱动所述滑块在所述传送导轨上运动的驱动元件。


本发明实施例还提供了一种磁控溅射方法,应用于如上所述的磁控溅射装


置,所述方法包括:


对所述亥姆霍兹线圈通电,使得所述靶材安装座和所述基板安装座之间形


成近似均匀磁场。


进一步地,所述磁控溅射装置还包括用以传送被成膜基板的传送机构,所


述对所述亥姆霍兹线圈通电的步骤之前还包括:


利用所述传送机构传送被成膜基板进入所述溅射腔室内,并将所述被成膜


基板放置在所述基板安装座上。


本发明的实施例具有以下有益效果:


上述方案中,利用亥姆赫兹线圈在靶材安装座和基板安装座之间产生均匀


的磁场,能够显著提高磁控溅射装置成膜的均匀性和靶材的利用率,进而提高


磁控溅射的生产效率;由于不需要设置磁性扫描的运动装置,可以使得磁控溅


射装置的震动强度大大减小,进一步提高成膜的质量,并降低了日常维护设备


的困难。


附图说明


图1为本发明实施例三磁控溅射装置的结构示意图;


图2为本发明实施例三第一线圈和第二线圈与电流控制单元连接的示意


图。


附图标记


1磁控溅射机台;2第一线圈;3第二线圈;4、5靶材;


6、7被成膜基板;8、9传送导轨;10隔板;


11电流控制单元。


具体实施方式


为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面


将结合附图及具体实施例进行详细描述。


本发明的实施例针对现有的磁控溅射装置形成的磁场在靶材表面的分布


不均匀,会造成靶材消耗不均,从而严重影响磁控溅射成膜均匀性和靶材利用


率的问题,提供一种磁控溅射装置及磁控溅射方法,能够显著提高磁控溅射装


置成膜的均匀性和靶材利用率。


实施例一


本实施例提供一种磁控溅射装置,包括至少一个溅射腔室,每一所述溅射


腔室内设置有用以放置被成膜基板的基板安装座和与所述基板安装座相对、用


以放置靶材的靶材安装座,所述装置还包括:


能够在所述靶材安装座和所述基板安装座之间形成近似均匀磁场的亥姆


霍兹线圈。


本实施例利用亥姆赫兹线圈在靶材安装座和基板安装座之间产生均匀的


磁场,能够显著提高磁控溅射装置成膜的均匀性和靶材的利用率,进而提高磁


控溅射的生产效率;另外由于不需要设置磁性扫描的运动装置,可以使得磁控


溅射装置的震动强度大大减小,进一步提高成膜的质量,并降低了日常维护设


备的困难。


进一步地,所述装置还包括:


磁控溅射机台;


所述亥姆霍兹线圈包括设置在所述磁控溅射机台上的第一线圈和与所述


第一线圈平行且同轴的第二线圈,在所述磁控溅射装置工作时,所述第一线圈


和所述第二线圈通以同方向电流。


进一步地,所述第一线圈和所述第二线圈的半径和匝数相同,且所述第一


线圈和第二线圈之间的距离等于所述第一线圈的半径,这样能够有助于亥姆赫


兹线圈产生均匀的磁场。


进一步地,所述磁控溅射装置还包括:


与所述第一线圈和第二线圈分别连接、用以控制所述第一线圈和第二线圈


中电流大小的电流控制单元。电流控制单元通过调节第一线圈和第二线圈中电


流大小,可以调节亥姆赫兹线圈产生的磁场大小,即调节靶材表面磁场的大小,


以适应不同靶材对磁场大小的要求。


进一步地,在所述磁控溅射装置工作时,放置在所述基板安装座上的被成


膜基板以及放置在所述靶材安装座上的靶材均与所述第一线圈垂直,这样能够


使得被成膜基板和靶材表面的磁场是均匀的。


进一步地,所述磁控溅射装置包括多个磁控溅射腔室,相邻磁控溅射腔室


之间通过隔板隔开,这样在一个亥姆霍兹线圈内部能同时对多片不同的被成膜


基板进行成膜,能够显著提高生产效率。


进一步地,所述磁控溅射装置还包括:


设置在所述磁控溅射机台上、用以将被成膜基板传送至所述基板安装座的


传送机构。


进一步地,所述传送机构具体包括:


设置在所述磁控溅射机台上的传送导轨;


设置在所述传送导轨上、用以放置被成膜基板的滑块;


与所述滑块连接、用以驱动所述滑块在所述传送导轨上运动的驱动元件。


实施例二


本实施例提供了一种磁控溅射方法,应用于如上所述的磁控溅射装置,所


述方法包括:


对所述亥姆霍兹线圈通电,使得所述靶材安装座和所述基板安装座之间形


成近似均匀磁场。


本实施例利用亥姆赫兹线圈在靶材安装座和基板安装座之间产生均匀的


磁场,能够显著提高磁控溅射装置成膜的均匀性和靶材的利用率,进而提高磁


控溅射的生产效率;由于不需要设置磁性扫描的运动装置,可以使得磁控溅射


装置的震动强度大大减小,进一步提高成膜的质量,并降低了日常维护设备的


困难;另外,不同的靶材对磁场大小的要求也是不一样的,可以用电流控制单


元调节线圈中的电流大小,产生不同大小的磁场,适应不同靶材对磁场大小的


需求。


进一步地,所述磁控溅射装置还包括用以传送被成膜基板的传送机构,所


述对所述亥姆霍兹线圈通电的步骤之前还包括:


利用所述传送机构传送被成膜基板进入所述溅射腔室内,并将所述被成膜


基板放置在所述基板安装座上。


实施例三


现有的磁控溅射装置形成的磁场在靶材表面的分布是不均匀的,会造成靶


材消耗不均,从而严重影响磁控溅射成膜均匀性和靶材利用率。为了解决上述


问题,本实施例在磁控溅射装置中增加一亥姆霍兹线圈,亥姆赫兹线圈的磁场


分布特点是其内的磁场近似均匀磁场,因此,通过亥姆霍兹线圈在靶材安装座


和基板安装座之间形成近似均匀磁场,能够显著提高磁控溅射装置成膜的均匀


性和靶材的利用率,进而提高磁控溅射的生产效率;另外由于不需要设置磁性


扫描的运动装置,可以使得磁控溅射装置的震动强度大大减小,进一步提高成


膜的质量,并降低了日常维护设备的困难。


如图1所示,本实施例的磁控溅射装置包括:磁控溅射机台1,在磁控溅


射机台1上设置有亥姆霍兹线圈,亥姆霍兹线圈包括设置在磁控溅射机台1


上的第一线圈2和与第一线圈2平行且同轴的第二线圈3,优选地,第一线圈


2和第二线圈3的半径和匝数完全相同,第一线圈2和第二线圈3同轴排列并


且间距等于半径,这样能够使第一线圈2和第二线圈3在通电后形成近似均匀


的磁场。


在第一线圈2和第二线圈3内设置有两个相互独立的溅射腔室,相邻溅射


腔室之间通过隔板10隔开。在每个溅射腔室内设置有用以放置被成膜基板的


基板安装座和与基板安装座相对、用以放置靶材的靶材安装座。另外,磁控溅


射装置还包括两个设置在磁控溅射机台1上的传送导轨8、9,设置在传送导


轨8、9上用以放置被成膜基板的滑块,以及与滑块连接、用以驱动滑块在传


送导轨8、9上运动的驱动元件。在磁控溅射装置工作时,驱动元件驱动滑块


在传送导轨8、9上运动,将被成膜基板6、7运送到溅射腔室内,并将被成膜


基板6、7放置在基板安装座上;同时将靶材4、5放置在靶材安装座上。其中,


放置在基板安装座上的被成膜基板6、7以及放置在靶材安装座上的靶材4、5


均与第一线圈2和第二线圈3垂直。


在磁控溅射装置进行成膜时,对第一线圈2和第二线圈3通以同方向电流,


第一线圈2和第二线圈3在靶材4、5和被成膜基板6、7之间产生平行于靶材


4、5表面的均匀磁场,之后就可以开始进行靶材4、5的溅射,由于靶材4、5


和被成膜基板6、7之间产生有平行于靶材4、5表面的均匀磁场,因此在被成


膜基板6、7上可以形成厚度均匀的膜层,同时对靶材4、5的消耗也是均匀的,


有利于提高靶材的利用率和使用寿命。本实施例可以从根本上解决靶材表面的


磁场在时间和空间不均匀的问题,达到了显著提高成膜均匀性和靶材利用率的


目的。


进一步地,如图2所示,磁控溅射装置还包括:与第一线圈2和第二线圈


3分别连接、用以控制第一线圈2和第二线圈3中电流大小的电流控制单元11。


电流控制单元11通过调节第一线圈2和第二线圈3中电流大小,可以调节亥


姆赫兹线圈产生的磁场大小,即调节靶材表面磁场的大小,以适应不同靶材对


磁场大小的要求。


同时,由于本实施例的亥姆赫兹线圈中设置有两个溅射腔室,因此一次能


同时对两片不同的被成膜基板(如图1中的6和7)进行成膜,达到了显著提


高生产效率的目的;当然,本发明的磁控溅射装置并不仅仅局限于在亥姆赫兹


线圈中设置有两个溅射腔室,还可以设置三个或者更多的溅射腔室,在设置更


多的溅射腔室时,可以调整第一线圈2和第二线圈3的半径,以使得第一线圈


2和第二线圈3内能够容纳更多的溅射腔室。


此外,由于本实施例可以在靶材4、5和被成膜基板6、7之间产生平行于


靶材4、5表面的均匀磁场,因此,不需要再设置...

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图1
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