一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法，在溅射阴极和工件盘之间增加具有孔阵列的挡板，孔阵列在不同位置设置不同的孔径，改变一定等离子体刻蚀速率时的有效沉积面积，达到对等离子体在工件表面投影面积大小的精确控制，能快速、精确的实现磁控溅射膜厚均匀性的修正，实现对沉积区域膜厚均匀性的调整。

Uniformity adjustment device and method for plane rectangular magnetron sputtering cathode coating

The invention provides a device for adjusting the uniformity of a plane rectangular magnetron sputtering cathode coating, adding a baffle with a hole array between the sputtering cathode and the workpiece disk, setting different pore sizes at different positions, changing the effective deposition area of a certain plasma etching rate, and reaching the plasma in the workpiece table. The accurate control of the size of the surface projection area can quickly and accurately modify the thickness uniformity of the magnetron sputtering film, so as to adjust the uniformity of the film thickness in the deposition area.

【技术实现步骤摘要】
一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法
本专利技术涉及薄膜
，具体涉及一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法。
技术介绍
磁控溅射技术作为最重要的物理气相沉积方法之一，制备薄膜具有成膜速率高，基片温度低，薄膜致密性与结合力好等优点，因此在机械、光学、电子等行业得到了广泛的应用。溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术。但受阴极内磁铁磁场分布、溅射气体分布等原因，溅射材料在溅射时形成的等离子体具有一定的空间形状和密度分布，使得所镀膜层厚度不能成理想的均匀分布。而膜层的厚度分布是影响薄膜性能的一个重要因素，在光学薄膜、电学薄膜，特别是一些大面积溅射薄膜的应用中，对薄膜的厚度分布、均匀性有着严格的要求。因此，如何数字化的精确控制膜层的均匀性是磁控溅射镀膜工艺研究的重点之一。为了实现膜层厚度均匀性的精确控制，在实际镀膜过程中主要通过在溅射阴极和工件架中间安装修正板，通过改变阴极等离子体在工件架上的投影沉积区域形状来调整膜厚均匀性。由于这种装置的安装不改变阴极的结构和工作方式，可以根据实际生产工艺需要对沉积区域的膜层均匀性进行调整，可广泛适用于多种磁控溅射方法及不同类型磁控溅射阴极，如平面或圆柱阴极。传统磁控溅射阴极膜厚均匀性调整主要通过改变遮挡板形状，从而改变等子体在工件盘上的投影沉积区域形状来实现，如图1所示。从图中可以看到，通过改变沿公转轴方向(x方向)不同位置处等离子体透过区域宽度Wx，可实现对等离子体沉积在工件盘上投影面积的调整，达到对膜厚均匀性的修正。但由于阴极等离子体浓度沿其宽度方向不均匀，等子体在工件盘上的投影面积，由公转轴方向的投影宽度Wx决定，与膜厚之间很难建立精确的对应关系，在实际生产过程中均匀性调节变得异常复杂，极大的降低了镀膜效率。中国专利公开号CN103074587A中公开了一种大面积连续磁控溅射镀膜均匀性调整装置，包括安装架和多块修正小滑块；其中多块修正小滑块并行排列，并且垂直安装在矩形安装架的内框上。滑动每个修正小滑块，其伸出端的边缘在矩形安装架内框区域形成调整曲线，达到修正膜层厚度。但由于矩形平面阴极靶面电磁场的非均匀分布，造成等离子体密度沿阴极靶面宽度、长度方向分布不均，最终导致磁控溅射阴极的不均匀溅射和不均匀沉积。此外，沉积薄膜厚度分布与工艺参数有关，如靶基距、溅射功率、工作气压等。因此，工件上沉积薄膜的厚度与等离子体在工件上的投影面积大小之间并不是简单的线性变化趋势。通过调整修正小滑块伸出端的长度，改变等离子体投影面积大小很难实现对膜厚的精确调整。在实际镀膜过程中，对于不同工艺参数，需要进行多次实验，进行反复的修正挡板形状，才能得到满足要求的膜厚分布。极大的降低了镀膜生产的效率，提高了镀膜成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法及装置，能快速、精确的实现磁控溅射膜厚均匀性的修正。第一方面，本专利技术提供一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法，包括：溅射阴极、与所述溅射阴极平行设置的用于放置工件的工件盘以及设置在所述溅射阴极和所述工件盘之间的挡板，所述挡板的面积大于等于所述溅射阴极在所述工件盘上的投影区域的面积，所述挡板上设有用于等离子体透过的孔阵列，所述孔阵列至少具有沿所述工件盘的径向方向对应排列且间隔设置的多个孔，所述多个孔的孔径不同，所述溅射阴极通过所述挡板上的孔阵列对所述工件盘上的工件进行溅射镀膜，并通过所述挡板不同位置处孔的孔径改变一定等离子体刻蚀速率时的有效沉积面积以控制沉积区域膜厚均匀性。作为一种可能的实现方式，所述孔阵列上的孔的孔径依次减小或增大。作为一种可能的实现方式，所述孔阵列的孔的孔径D1(x)计算方法为：其中，沿x方向的孔径直径为D1(x)，孔间距为d，x处挡板方形单元结构透过面积占总面积比例为π[D1(x)/2]2/d2，设定目标厚度为ttarget。作为一种可能的实现方式，所述孔径直径分布D2(x)的计算方法为：其中，在溅射阴极下方安装所制作挡板，并再次进行溅射实验，获得修正后的膜层厚度分布t2(x)。作为一种可能的实现方式，所述挡板采用矩形板，所述孔阵列以8×16等间隔排布在所述矩形板上。第二方面，本专利技术提供一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整方法，应用于上述的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置，所述方法包括：利用溅射阴极对工件盘上的工件进行溅射沉积薄膜，得到沿径向的第一膜层厚度分布值；根据所述第一膜层厚度分布值、目标膜层厚度分布值和孔间距的第一对应关系确定孔径直径；在所述溅射阴极和所述工件盘之间加装挡板进行溅射实验，获得第二膜层厚度分布值；根据所述孔径直径、所述目标膜层厚度分布值和所述第二膜层厚度分布值的第二对应关系对所述孔径直径进行修正得到目标孔径直径；在所述挡板上形成具有所述目标孔径直径的孔阵列，并利用所述孔阵列对工件进行溅射沉积薄膜。作为一种可能的实现方式，所述根据所述第一膜层厚度分布值、目标膜层厚度分布值和孔间距的第一对应关系确定孔径直径，包括：根据所述第一膜层厚度分布值t1(x)、目标膜层厚度分布值ttarget和孔间距d的第一对应关系确定孔径直径D1(x)，所述第一对应关系为：其中，x处挡板方形单元结构透过面积占总面积比例为π[D1(x)/2]2/d2。作为一种可能的实现方式，所述根据所述孔径直径、目标膜层厚度分布值和所述第二膜层厚度分布值的第二对应关系对所述孔径直径进行修正得到目标孔径直径，包括：根据所述孔径直径D1(x)、目标膜层厚度分布值ttarget和所述第二膜层厚度分布值t2(x)的第二对应关系对所述孔径直径D1(x)进行修正得到目标孔径直径D2(x)，所述第二对应关系为：作为一种可能的实现方式，还包括：判断膜层厚度是否达到所需的均匀性，若未达到则重复进行孔径直径的修正。本专利技术提供的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法，在溅射阴极和工件盘之间增加具有孔阵列的挡板，孔阵列在不同位置设置不同的孔径，改变一定等离子体刻蚀速率时的有效沉积面积，达到对等离子体在工件表面投影面积大小的精确控制，能快速、精确的实现磁控溅射膜厚均匀性的修正，实现对沉积区域膜厚均匀性的调整。附图说明图1是现有技术中通过改变遮挡板形状实现均匀性调整结构的示意图；图2是本专利技术实施例中提供的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例中提供的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置中挡板的结构示意图；图4是本专利技术实施例中提供的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整方法的流程示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法，其特征在于，包括：溅射阴极、与所述溅射阴极平行设置的用于放置工件的工件盘以及设置在所述溅射阴极和所述工件盘之间的挡板，所述挡板的面积大于等于所述溅射阴极在所述工件盘上的投影区域的面积，所述挡板上设有用于等离子体透过的孔阵列，所述孔阵列至少具有沿所述工件盘的径向方向对应排列且间隔设置的多个孔，所述多个孔的孔径不同，所述溅射阴极通过所述挡板上的孔阵列对所述工件盘上的工件进行溅射镀膜，并通过所述挡板不同位置处孔的孔径改变一定等离子体刻蚀速率时的有效沉积面积以控制沉积区域膜厚均匀性。

【技术特征摘要】
1.一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法，其特征在于，包括：溅射阴极、与所述溅射阴极平行设置的用于放置工件的工件盘以及设置在所述溅射阴极和所述工件盘之间的挡板，所述挡板的面积大于等于所述溅射阴极在所述工件盘上的投影区域的面积，所述挡板上设有用于等离子体透过的孔阵列，所述孔阵列至少具有沿所述工件盘的径向方向对应排列且间隔设置的多个孔，所述多个孔的孔径不同，所述溅射阴极通过所述挡板上的孔阵列对所述工件盘上的工件进行溅射镀膜，并通过所述挡板不同位置处孔的孔径改变一定等离子体刻蚀速率时的有效沉积面积以控制沉积区域膜厚均匀性。2.根据权利要求1所述的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置，其特征在于，所述孔阵列上的孔的孔径依次减小或增大。3.根据权利要求1所述的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置，其特征在于，所述孔阵列的孔的孔径D1(x)计算方法为：其中，沿x方向的孔径直径为D1(x)，孔间距为d，x处挡板方形单元结构透过面积占总面积比例为π[D1(x)/2]2/d2，设定目标厚度为ttarget。4.根据权利要求3所述的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置，其特征在于，所述孔径直径分布D2(x)的计算方法为：其中，在溅射阴极下方安装所制作挡板，并再次进行溅射实验，获得修正后的膜层厚度分布t2(x)。5.根据权利要求1所述的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置，其特征在于，所述挡板采用矩形板，所述孔阵列以8×16等间隔排布在所述矩形板上。6.一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5中任一项所述的平面矩形磁控溅射阴极镀膜均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海，高劲松，王笑夷，刘震，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22