一種磁控濺射設(shè)備及磁控濺射方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁控濺射設(shè)備及磁控濺射方法，其包括反應(yīng)腔室、濺射電源和驅(qū)動源，在反應(yīng)腔室內(nèi)的頂部設(shè)置有靶材，濺射電源與靶材電連接，用以在磁控濺射過程中向靶材輸出濺射功率；在反應(yīng)腔室內(nèi)，且位于靶材的下方設(shè)置有基座，用以承載被加工工件；驅(qū)動源用于驅(qū)動基座上升或下降；而且，磁控濺射設(shè)備還包括控制單元，控制單元用于在磁控濺射的過程中控制驅(qū)動源驅(qū)動基座上升，以使靶材與基座的間距始終保持預(yù)定值不變。本發(fā)明提供的磁控濺射設(shè)備，其通過借助控制單元在磁控濺射的過程中控制驅(qū)動源驅(qū)動基座上升，以使靶材與基座的間距始終保持預(yù)定值不變，可以實(shí)現(xiàn)使靶材與基座的間距始終保持在最優(yōu)值，從而可以提高薄膜均勻性和沉積速率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種磁控濺射設(shè)備及磁控濺射方 法。 一種磁控濺射設(shè)備及磁控濺射方法

【背景技術(shù)】
[0002] 在微電子產(chǎn)品行業(yè)，磁控濺射技術(shù)是生產(chǎn)集成電路、液晶顯示器、薄膜太陽能電池 及LED等產(chǎn)品的重要手段之一，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著極大的作用。近年來，市場對 高質(zhì)量產(chǎn)品日益增長的需求，促使企業(yè)對磁控濺射設(shè)備進(jìn)行不斷地改進(jìn)。
[0003] 圖1為現(xiàn)有的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，磁控濺射設(shè)備包括反應(yīng)腔 室10、磁控管14和濺射電源15。其中，在反應(yīng)腔室10的頂部設(shè)置有靶材11，濺射電源15 與靶材11電連接，在磁控濺射過程中，濺射電源15向靶材11輸出濺射功率，以使在反應(yīng)腔 室10內(nèi)形成的等離子體刻蝕靶材11 ;磁控管14設(shè)置在靶材11的上方，用以在磁控濺射的 過程中提高等離子體中的粒子轟擊靶材的效率；而且，在反應(yīng)腔室10的內(nèi)部，且位于靶材 11的下方設(shè)置有基座12,用以承載基片13,并且在基座12的底部設(shè)置有升降驅(qū)動16,用以 驅(qū)動基座12上升或下降，從而使基片13的上表面與靶材11的下表面之間的間距Η(以下 簡稱靶基間距）達(dá)到最優(yōu)值。所謂靶基間距的最優(yōu)值，是指獲得理想的薄膜均勻性、沉積速 率等的工藝結(jié)果所對應(yīng)的靶基間距。
[0004] 然而，由于靶材11的厚度會在磁控濺射的過程中逐漸減小，直至完全耗盡，導(dǎo)致 靶基間距會隨靶材11的厚度的減小而發(fā)生改變，這使得在磁控濺射過程中靶基間距的實(shí) 時值與靶基間距的最優(yōu)值（靶材使用初期時設(shè)定的靶基間距）之間存在偏差，例如，若靶材 11的厚度范圍在5?15mm，則靶基間距的實(shí)時值與靶基間距的最優(yōu)值之間的最大偏差的范 圍在5?15_，從而給薄膜均勻性等工藝結(jié)果帶來了不良影響，而且這種不良影響針對短 程的磁控濺射設(shè)備（通常靶基間距在50mm左右）尤為明顯。另外，如圖2所示，為靶基間 距與沉積速率的對應(yīng)關(guān)系圖。由圖可知，在靶基間距自55mm增加至61mm的過程中，沉積速 率自0.95A/S下降至0.78A/S，由此可知，在磁控濺射過程中，靶基間距的改變還會導(dǎo)致沉 積速率降低，從而降低了工藝的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
[0005] 為此，人們通常根據(jù)靶基間距的改變量調(diào)整沉積時間，S卩，在磁控濺射的過程中， 通過延長沉積時間來克服沉積速率變慢的問題。但這又會存在下述問題，即：由于需要根據(jù) 靶基間距的實(shí)時改變量而不斷地調(diào)整沉積時間，這不僅增加了操作人員編寫工藝參數(shù)的難 度，而且根本未解決靶基間距的改變對薄膜均勻性造成的不良影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種磁控濺射設(shè)備 及磁控濺射方法，其在磁控濺射過程中可以使靶材與基座的間距始終保持預(yù)定值不變，從 而可以提高薄膜均勻性和沉積速率。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種磁控濺射設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室、濺射電源和驅(qū) 動源，在所述反應(yīng)腔室內(nèi)的頂部設(shè)置有靶材，所述濺射電源與所述靶材電連接，用以在磁控 濺射過程中向所述靶材輸出濺射功率；在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，且位于所述靶材的下方設(shè)置有 基座，用以承載被加工工件；所述驅(qū)動源用于驅(qū)動所述基座上升或下降；而且，所述磁控濺 射設(shè)備還包括控制單元，所述控制單元用于在磁控濺射的過程中控制所述驅(qū)動源驅(qū)動所述 基座上升，以使所述靶材與基座的間距始終保持預(yù)定值不變。
[0008] 其中，所述控制單元包括計時模塊、存儲模塊和控制模塊，其中，所述計時模塊用 于計時刻蝕時間；所述存儲模塊用于存儲刻蝕時長與靶材刻蝕深度值的對應(yīng)關(guān)系；所述控 制模塊用于從所述計時模塊讀取刻蝕時間，且從所述存儲模塊中讀取與所述刻蝕時間相等 的刻蝕時長所對應(yīng)的靶材刻蝕深度值，并控制所述驅(qū)動源驅(qū)動所述基座上升與所述靶材刻 蝕深度值相等的位移值。
[0009] 其中，所述靶材刻蝕深度值采用如下公式獲得：
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種磁控濺射設(shè)備，其包括反應(yīng)腔室、濺射電源和驅(qū)動源，在所述反應(yīng)腔室內(nèi)的頂部 設(shè)置有靶材，所述濺射電源與所述靶材電連接，用以在磁控濺射過程中向所述靶材輸出濺 射功率；在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，且位于所述靶材的下方設(shè)置有基座，用以承載被加工工件；所 述驅(qū)動源用于驅(qū)動所述基座上升或下降；其特征在于， 所述磁控濺射設(shè)備還包括控制單元，所述控制單元用于在磁控濺射的過程中控制所述 驅(qū)動源驅(qū)動所述基座上升，以使所述靶材與基座的間距始終保持預(yù)定值不變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述控制單元包括計時模塊、存 儲模塊和控制模塊，其中 所述計時模塊用于計時刻蝕時間； 所述存儲模塊用于存儲刻蝕時長與靶材刻蝕深度值的對應(yīng)關(guān)系； 所述控制模塊用于從所述計時模塊讀取刻蝕時間，且從所述存儲模塊中讀取與所述刻 蝕時間相等的刻蝕時長所對應(yīng)的靶材刻蝕深度值，并控制所述驅(qū)動源驅(qū)動所述基座上升與 所述靶材刻蝕深度值相等的位移值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述靶材刻蝕深度值采用如下 公式獲得：
其中，d為靶材刻蝕深度值；Μ為刻蝕前靶材的質(zhì)量;m為與所述刻蝕時長相對應(yīng)的靶材 的剩余質(zhì)量；P為靶材的密度；S為靶材下表面的面積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述刻蝕時長采用如下公式 獲得：
其中，T為刻蝕時長;W為所述濺射電源輸出的功；P為所述濺射電源輸出的濺射功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動源包括伺服電機(jī)或步 進(jìn)電機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述控制單元包括上位機(jī)或 PLC。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射設(shè)備，其特征在于，所述濺射電源包括直流電源、中 頻電源或射頻電源。
8. -種磁控濺射方法，其特征在于，包括以下步驟： 驅(qū)動基座上升或下降，以將靶材與基座的間距調(diào)整至預(yù)定值； 向靶材輸出濺射功率，以開始進(jìn)行磁控濺射； 驅(qū)動基座上升，以使靶材與基座的間距在磁控濺射過程中始終保持預(yù)定值不變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁控濺射方法，其特征在于，在驅(qū)動基座上升的步驟中，還包 括以下步驟： 預(yù)先存儲刻蝕時長與靶材刻蝕深度值的對應(yīng)關(guān)系； 計時刻蝕時間； 讀取刻蝕時間，以及與所述刻蝕時間相等的刻蝕時長所對應(yīng)的靶材刻蝕深度值，并驅(qū) 動所述基座上升與所述靶材刻蝕深度值相等的位移值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁控濺射方法，其特征在于，所述靶材刻蝕深度值采用如下 公式獲得：
其中，d為靶材刻蝕深度值；Μ為刻蝕前靶材的質(zhì)量;m為與所述刻蝕時長相對應(yīng)的靶材 的剩余質(zhì)量；P為靶材的密度；S為靶材下表面的面積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁控濺射方法，其特征在于，所述刻蝕時長采用如下公式獲 得：
其中，T為刻蝕時長;W為預(yù)定輸出的功；P為濺射功率。
【文檔編號】C23C14/35GK104112640SQ201310131017
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月16日
【發(fā)明者】文莉輝 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司