[发明专利]一种磁控溅射装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及一种磁控溅射装置及方法。

背景技术

所谓磁控溅射，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驱动电场，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，呈中性的靶材粒子(原子或分子)沉积在被成膜基板上成膜。

参见图1，图1为现有技术中应用最为广泛的一种磁控溅射装置的工作原理示意图；从图1中可以看出，所述磁控溅射装置包括：靶材11、用于承载靶材11的靶座12、位于所述靶材11和靶座12之间的用于形成磁场的磁铁组件13、以及用于成膜的被成膜基板14。此外，在所述被成膜基板与所述靶材之间还设置有与所述磁场正交分布的驱动电场，并且所述镀膜腔体内充有氩气。

在所述驱动电场的作用下，点电荷e1做加速运动，在飞向被成膜基板14的过程中，与镀膜腔体内的氩原子发生碰撞，使氩原子发生电离，生成带正电荷的氩离子（Ar⁺）和带负电荷二次电子e2。氩离子在驱动电场的作用下加速飞向靶材11，在驱动电场和磁场的共同作用下，氩离子运动轨迹为沿驱动电场方向加速、同时绕磁场方向螺旋前进的复杂曲线，使得该氩离子的运动路径变长，速度越来越大，能量越来越高；高能量的氩离子使得靶材11表面的粒子（原子或离子）溅射出来，被溅射出的粒子飞向被成膜基板14的表面，在所述被成膜基板14的表面成膜。

同时，氩离子在轰击靶材时释放出二次电子e2，二次电子e2在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦兹力的影响，被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高。在驱动电场和磁场的共同作用下，二次电子e2的运动轨迹为沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进的复杂曲线，使得该二次电子的运动路径变长，在运动过程中不断与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，最终二次电子以很低的能量到达被成膜基板14，避免二次电子对被成膜基板进行轰击。

电离的氩离子由于受到洛伦兹力的作用，会绕着磁场线做旋转运动；相应的，与磁场相对应的靶材区域是溅射发生最为激烈的部分，该部分被氩离子轰击严重的部位会形成如图2所示的凹槽，由于磁铁组件13相对于靶材11位置固定，连续镀膜作业会使得沟槽部位越来越深，最终导致靶材被击穿。被击穿的靶材无法再使用，必须对整个靶材进行更换，导致靶材的利用率很低，靶材的利用率通常只能维持在30%左右。

发明内容

本发明实施例提供了一种磁控溅射装置及方法，用于解决现有技术中利用磁控溅射技术进行镀膜时，靶材利用率较低的问题。

本发明实施例提供了一种磁控溅射装置，所述装置包括被成膜基板、与所述被成膜基板相对设置的靶材，以及位于所述靶材的与被成膜基板相反的一侧的磁铁组件；所述装置还包括与所述磁铁组件的远离靶材的一端连接的第一驱动结构，用于承载所述磁铁组件，并通过所述第一驱动结构控制所述磁铁组件与所述靶材的相对位置，进而控制由所述磁铁组件产生的、覆盖在靶材表面上的与所述被成膜基板相应的磁场的范围。

本发明实施例提供的磁控溅射装置，包括与所述磁铁组件的远离靶材的一端连接的、用于承载所述磁铁组件的第一驱动结构，以及通过所述第一驱动结构控制与所述靶材的相对位置，进而控制由所述磁铁组件产生的、覆盖在靶材表面上的与所述被成膜基板相应的磁场的范围；通过控制磁铁组件与靶材的相对位置，可以有效增大参与磁控溅射的靶材的表面面积，使磁场在靶材表面的分布更加均匀，靶材表面受到的氩离子的轰击更加均匀，进而使得靶材不会因连续作业而产生较深的凹槽，有利于提高靶材的利用率，延长靶材的使用时间，降低生产成本。

较佳的，所述磁铁组件包括两个磁铁，所述两个磁铁靠近靶材的一端的极性相反。利用所述两个磁铁，即可形成与驱动电场正交分布的磁场，使得氩离子在电场和磁场的共同作用下沿驱动电场方向加速、同时绕磁场方向螺旋前进，使得该氩离子的运动路径变长，速度越来越大，能量越来越高，高能量的氩离子使得靶材表面的粒子（原子或离子）溅射出来，被溅射出的粒子飞向被成膜基板的表面，在所述被成膜基板的表面成膜。同时，由氩原子电离产生的二次电子在所述磁场和电场的作用下飞向被成膜基板时路径边长，与氩原子发生碰撞，最终以很低的能量到达被成膜基板，避免二次电子对被成膜基板进行轰击。

较佳的，所述两个磁铁紧密排列。当所述两个磁铁紧密排列时，有利于提高参与磁控溅射的靶材的表面面积；此外，所述两个磁铁还可以分散排列。