[发明专利]一种平面矩形磁控溅射阴极镀膜均匀性调整装置及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，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。

背景技术

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W_x，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W_x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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，本发明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。