磁控濺射裝置及磁控濺射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于磁控派射技術(shù)(Magnetron Sputtering)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁控派射裝置及磁控濺射方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，磁控濺射鍍膜技術(shù)已經(jīng)發(fā)展比較成熟，具有沉積速度快、基材溫升低、濺射靶材種類多等優(yōu)勢，所沉積的薄膜具有純度高、損傷小、致密性好、均勻性好、附著力強(qiáng)、工藝重復(fù)性好等系列優(yōu)點。此外，磁控濺射技術(shù)由于裝置較簡單，同時可以精確控制膜層厚度，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，備受薄膜生產(chǎn)廠家的青睞。隨著平板顯示產(chǎn)業(yè)、光存儲器產(chǎn)業(yè)以及太陽能電池產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人們對大面積鍍膜技術(shù)提出要求，主要面臨三個方面的問題:I)薄膜的均勻性(包括薄膜厚度、薄膜組成等)難以控制。2)薄膜生產(chǎn)工藝的可重復(fù)性難以控制。3)多層薄膜工藝技術(shù)面臨較多難題，包括多腔體真空技術(shù)、基片傳送技術(shù)、超高潔凈的薄膜制備環(huán)境成本高等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可用于高均勻性、良好重復(fù)性的大面積薄膜沉積、且可實現(xiàn)多層薄膜的連續(xù)濺射沉積、節(jié)約鍍膜時間及提高效率的磁控濺射裝置和磁控濺射方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種磁控濺射裝置，包括:
用于放置基片的基片臺；
與所述基片臺相對布置的靶，用于放置向所述基片進(jìn)行濺射的靶材；
反應(yīng)腔體，所述基片臺和所述靶均設(shè)于所述反應(yīng)腔體內(nèi)；
還包括:
與所述靶連接的角度調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)靶相對于基片臺的角度。
[0005]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
還包括:
旋轉(zhuǎn)裝置，用于驅(qū)動所述基片臺旋轉(zhuǎn)；
擺動裝置，用于帶動所述基片臺擺動；
靶-基距調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)靶相對于所述基片臺的距離。
[0006]
所述旋轉(zhuǎn)裝置包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)和球鉸鏈，所述基片臺通過所述球鉸鏈與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸相連；
所述擺動裝置包括擺動電機(jī)、擺動軸和偏心盤，所述偏心盤通過擺動軸與擺動電機(jī)相連，所述偏心盤的圓周與所述基片臺的表面接觸。
[0007]所述角度調(diào)節(jié)裝置包括彈性聯(lián)軸器和連接桿，所述靶通過彈性聯(lián)軸器安裝在所述連接桿。
[0008]所述靶的數(shù)量為多個，多個靶呈圓周分布，所述圓周的圓心正對所述基片臺的中心，各靶均配設(shè)有角度調(diào)節(jié)裝置。
[0009]還包括與所述反應(yīng)腔體連通的多路氣路，各氣路上均設(shè)有氣體流量控制器。
[0010]所述多條氣路包括:
靠近所述圓周的圓心設(shè)置的第一 Ar氣路，用于為磁控濺射提供工作氣體；
第一 N2氣路，用于為反應(yīng)腔體提供充氣氣體。
[0011]所述多條氣路還包括靠近所述圓周的圓心設(shè)置的第一O2氣路和/或第二 N2氣路，用于為磁控濺射提供輔助濺射氣體。
[0012]所述多條氣路還包括靠近所述基片臺設(shè)置的第二O2氣路和/或第三N2氣路，用于為薄膜結(jié)晶提供補(bǔ)償氣體。
[0013]所述反應(yīng)腔體內(nèi)還設(shè)有氣管，所述氣管沿所述基片臺環(huán)向布設(shè)，所述氣管上沿管環(huán)向間隔開設(shè)有多個氣孔，所述第二 O2氣路和/或所述第三N2氣路與所述氣管連通。
[0014]還包括輔助沉積離子源，所述輔助沉積離子源設(shè)于所述反應(yīng)腔體上，所述輔助沉積離子源的開口朝向所述基片臺，所述多條氣路還包括與所述輔助沉積離子源連接的第二Ar氣路，用于為所述輔助沉積離子源提供工作氣體。
[0015]還包括:與所述反應(yīng)腔體連通的真空獲取裝置。
[0016]還包括:與所述基片臺對應(yīng)的加熱裝置和/或冷卻裝置。
[0017]還包括多個靶電源，所述多個靶電源與多個靶一一對應(yīng)，每個所述靶與其對應(yīng)的靶電源電連接。
[0018]每個所述靶電源包括直流電源、射頻電源或直流脈沖電源。
[0019]作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種磁控濺射方法，包括以下步驟:
清洗反應(yīng)腔和基片，安裝靶材；
調(diào)節(jié)靶相對于基片的角度、靶和基片之間的距離；
將反應(yīng)腔體抽真空；
進(jìn)行預(yù)濺射，同時開啟基片臺的旋轉(zhuǎn)和擺動功能；
進(jìn)行磁控濺射。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明的磁控濺射裝置，濺射靶連接有角度調(diào)節(jié)裝置。申請人在進(jìn)行大尺寸基片鍍膜試驗中發(fā)現(xiàn)，一般靶材中間部分輝光區(qū)的濺射粒子密度較高，所以在進(jìn)行大尺寸基片成膜時，當(dāng)濺射粒子垂直飛向基片時，基片中間區(qū)域形成的薄膜較厚，邊緣區(qū)域形成的薄膜較薄，導(dǎo)致薄膜的均勻性差。本發(fā)明通過設(shè)置與濺射靶對應(yīng)的角度調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)對應(yīng)的靶相對于基片臺的角度，繼而可使濺射粒子以一定的角度飛向基片，再配以基片臺的旋轉(zhuǎn)和擺動，選擇合適的靶-基距，從而避免大尺寸基片表面形成中間區(qū)域較厚而邊緣區(qū)域較薄的薄膜層。
[0021]2、本發(fā)明的磁控濺射裝置，將多個靶，多路氣路集成在一個反應(yīng)腔體內(nèi)，可以在一臺設(shè)備中實現(xiàn)多層薄膜的連續(xù)不間斷制備，多層薄膜可以是金屬薄膜、合金薄膜、金屬化合物薄膜或其組合，不同的濺射靶可以連接不同的靶電源，既可以進(jìn)行單個靶濺射的多次工藝，也可以進(jìn)行多個濺射靶的多次工藝及共濺射工藝，該裝置配置合理，功能齊全，自動控制性好，使多層薄膜的制備周期大大縮短，提高薄膜沉積效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
[0022]3、本發(fā)明的磁控濺射裝置，還包括對基片進(jìn)行加熱的加熱裝置和對基片進(jìn)行轟擊的輔助沉積離子源，在濺射沉積過程中，通過對基片進(jìn)行加熱和/或轟擊，可提高薄膜的附著力。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1的磁控濺射裝置的示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明裝置例I的擺動裝置示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例1的氣管的俯視示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實施例1的磁控濺射靶及其附近的氣路的位置分布示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明實施例1的磁控濺射方法流程圖。
[0028]圖例說明:101、反應(yīng)腔體；102、基片臺；103、加熱裝置；104、靶；105、基片；106、第一 Ar氣路；107、第一 O2氣路；108、第二 N2氣路；109、第二 O2氣路；110、第二 Ar氣路；111、第三N2氣路；112、第一 N2氣路；120、真空獲取裝置；121、第一靶電源；122、第二靶電源；123、第三靶電源；131、擺動裝置；133、旋轉(zhuǎn)電機(jī)；134、球鉸鏈；135、氣管；136、氣孔；137、彈性聯(lián)軸器；140、輔助沉積離子源;150、擺動電機(jī);151、擺動軸;152、偏心盤;160、法蘭;170、靶材。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]實施例1:
參照圖1至圖4，本發(fā)明的磁控濺射裝置，包括:
用于放置基片105的基片臺102;
與基片臺102相對布置的靶104，用于放置向基片105進(jìn)行濺射的靶材；
反應(yīng)腔體101，基片臺102和靶104均設(shè)于所述反應(yīng)腔體101內(nèi)；
還包括:
與靶104連接的角度調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)靶104相對于基片臺102的角度。
[0031]現(xiàn)有技術(shù)中，往往設(shè)計的是靶材與基片臺正對設(shè)置，濺射粒子垂直飛向基片，但是，一般靶材中間部分輝光區(qū)的濺射粒子密度較高，所以在進(jìn)行大尺寸基片成膜時，基片中間區(qū)域形成的薄膜較厚，邊緣區(qū)域形成的薄膜較薄。本發(fā)明通過設(shè)置與濺射靶對應(yīng)的角度調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)對應(yīng)的靶相對于基片臺的角度，繼而可使濺射粒子以一定的角度飛向基片，從而避免大尺寸基片表面形成中間區(qū)域較厚而邊緣區(qū)域較薄的薄膜層。
[0032]本實施例的磁控濺射裝置，還包括:
旋轉(zhuǎn)裝置，用于驅(qū)動基片臺102旋轉(zhuǎn)；
擺動裝置，用于帶動基片臺102擺動；
靶-基距調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)靶相對于基片臺102的距離。
[0033]為保證大面積薄膜沉積的均勻性，本實施例中，除設(shè)置了與靶104連接的角度調(diào)節(jié)裝置外，還設(shè)置了靶-基距調(diào)節(jié)裝置，并引入了分別用于驅(qū)動基片臺102旋轉(zhuǎn)和擺動的旋轉(zhuǎn)裝置和擺動裝置。濺射實驗進(jìn)行前，先根據(jù)工作壓強(qiáng)和濺射功率等參數(shù)，選擇合適的靶-基距和靶角度，磁控濺射過程中，開啟旋轉(zhuǎn)裝置和擺動裝置，驅(qū)動基片臺102進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和擺動，可進(jìn)一步實現(xiàn)大面積高均勻性的薄膜沉積。
[0034]如圖2所示，本實施例中，旋轉(zhuǎn)裝置包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)133和球鉸鏈134，基片臺102通過球鉸鏈134與旋轉(zhuǎn)電機(jī)133的輸出軸相連。
[0035]擺動裝置131包括擺動電機(jī)150、擺動軸151和偏心盤152，偏心盤152的圓周與所述基片臺102的表面接觸，偏心盤152通過擺動軸151與擺動電機(jī)150相連。
[0036]本實施例中，基片臺102的擺動是通過擺動裝置131和球鉸鏈134的配合實現(xiàn)的，擺動電機(jī)150通過擺動軸151帶動偏心盤152旋轉(zhuǎn)，由于偏心盤152的非對稱性，偏心盤152在旋轉(zhuǎn)過程中對基片臺102施加壓力，在球鉸鏈134的配合下，基片臺102實現(xiàn)上下擺動。
[0037]本實施例中，基片臺102的兩端均設(shè)有擺動裝置131，通過錯開兩端的擺動電機(jī)150的啟動時間，可實現(xiàn)基片臺102的雙邊上下擺動。
[0038]本實施例中，角度調(diào)節(jié)裝置包括彈性聯(lián)軸器137和連接桿，靶104通過彈性聯(lián)軸器137安裝在連接桿上。在其他實施例中，彈性聯(lián)軸器137可以替換成鉸鏈，一樣可以實現(xiàn)靶104相對于基片臺102的角度調(diào)節(jié)。
[0039]連接桿遠(yuǎn)離靶104的一端伸出反應(yīng)腔體101外，通過移動連接桿在反應(yīng)腔體101中的距離，并用法蘭160將連接桿固定于反應(yīng)腔體101的外壁，即可實現(xiàn)靶相對于基片臺102的距離調(diào)節(jié)。
[0040]本實施例中，靶104的數(shù)量為多個，多個靶104呈圓周分布，該圓周的圓心正對基片臺102的中心。且各靶104均配設(shè)有角度調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明通過對多個靶的排列方式進(jìn)行優(yōu)化，可確保多個靶共濺射時，更進(jìn)一步實現(xiàn)大面積高薄膜沉積的均勻性。
[0041]本實施例的磁控濺射裝置還包括與反應(yīng)腔體101連通的多條氣路，多路氣路用于將磁控濺射所需的氣體通過氣體流量控制器注入反應(yīng)腔體101內(nèi)。
[0042]多條氣路包括:
靠近上述圓周的圓心設(shè)置的第一 Ar氣路106，用于為磁控濺射提供工作氣體。
[0043]第一N2氣路112，用于為反應(yīng)腔體101提供充氣氣體。
[0044]本實施例中，多條氣路還包括靠近上述圓周的圓心設(shè)置的第一O2氣路107和/或第二他氣路108，為沉積含氮和/或氧的化合物薄膜時，提供輔助濺射氣體。
[0045]本實施例中，多條氣路還包括靠近基片臺102