一种磁控溅射设备及磁控溅射方法
【专利摘要】本发明提供一种磁控溅射设备及磁控溅射方法，其包括反应腔室、溅射电源和驱动源，在反应腔室内的顶部设置有靶材，溅射电源与靶材电连接，用以在磁控溅射过程中向靶材输出溅射功率；在反应腔室内，且位于靶材的下方设置有基座，用以承载被加工工件；驱动源用于驱动基座上升或下降；而且，磁控溅射设备还包括控制单元，控制单元用于在磁控溅射的过程中控制驱动源驱动基座上升，以使靶材与基座的间距始终保持预定值不变。本发明提供的磁控溅射设备，其通过借助控制单元在磁控溅射的过程中控制驱动源驱动基座上升，以使靶材与基座的间距始终保持预定值不变，可以实现使靶材与基座的间距始终保持在最优值，从而可以提高薄膜均匀性和沉积速率。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子加工【技术领域】，具体地，涉及一种磁控溅射设备及磁控溅射方 法。 一种磁控溅射设备及磁控溅射方法
【背景技术】
[0002] 在微电子产品行业，磁控溅射技术是生产集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能电池 及LED等产品的重要手段之一，在工业生产和科学领域发挥着极大的作用。近年来，市场对 高质量产品日益增长的需求，促使企业对磁控溅射设备进行不断地改进。
[0003] 图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图。如图1所示，磁控溅射设备包括反应腔 室10、磁控管14和溅射电源15。其中，在反应腔室10的顶部设置有靶材11，溅射电源15 与靶材11电连接，在磁控溅射过程中，溅射电源15向靶材11输出溅射功率，以使在反应腔 室10内形成的等离子体刻蚀靶材11 ;磁控管14设置在靶材11的上方，用以在磁控溅射的 过程中提高等离子体中的粒子轰击靶材的效率；而且，在反应腔室10的内部，且位于靶材 11的下方设置有基座12,用以承载基片13,并且在基座12的底部设置有升降驱动16,用以 驱动基座12上升或下降，从而使基片13的上表面与靶材11的下表面之间的间距Η(以下 简称靶基间距）达到最优值。所谓靶基间距的最优值，是指获得理想的薄膜均匀性、沉积速 率等的工艺结果所对应的靶基间距。
[0004] 然而，由于靶材11的厚度会在磁控溅射的过程中逐渐减小，直至完全耗尽，导致 靶基间距会随靶材11的厚度的减小而发生改变，这使得在磁控溅射过程中靶基间距的实 时值与靶基间距的最优值（靶材使用初期时设定的靶基间距）之间存在偏差，例如，若靶材 11的厚度范围在5?15mm，则靶基间距的实时值与靶基间距的最优值之间的最大偏差的范 围在5?15_，从而给薄膜均匀性等工艺结果带来了不良影响，而且这种不良影响针对短 程的磁控溅射设备（通常靶基间距在50mm左右）尤为明显。另外，如图2所示，为靶基间 距与沉积速率的对应关系图。由图可知，在靶基间距自55mm增加至61mm的过程中，沉积速 率自0.95A/S下降至0.78A/S，由此可知，在磁控溅射过程中，靶基间距的改变还会导致沉 积速率降低，从而降低了工艺的稳定性和重复性。
[0005] 为此，人们通常根据靶基间距的改变量调整沉积时间，S卩，在磁控溅射的过程中， 通过延长沉积时间来克服沉积速率变慢的问题。但这又会存在下述问题，即：由于需要根据 靶基间距的实时改变量而不断地调整沉积时间，这不仅增加了操作人员编写工艺参数的难 度，而且根本未解决靶基间距的改变对薄膜均匀性造成的不良影响。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种磁控溅射设备 及磁控溅射方法，其在磁控溅射过程中可以使靶材与基座的间距始终保持预定值不变，从 而可以提高薄膜均匀性和沉积速率。
[0007] 为实现本发明的目的而提供一种磁控溅射设备，其包括反应腔室、溅射电源和驱 动源，在所述反应腔室内的顶部设置有靶材，所述溅射电源与所述靶材电连接，用以在磁控 溅射过程中向所述靶材输出溅射功率；在所述反应腔室内，且位于所述靶材的下方设置有 基座，用以承载被加工工件；所述驱动源用于驱动所述基座上升或下降；而且，所述磁控溅 射设备还包括控制单元，所述控制单元用于在磁控溅射的过程中控制所述驱动源驱动所述 基座上升，以使所述靶材与基座的间距始终保持预定值不变。
[0008] 其中，所述控制单元包括计时模块、存储模块和控制模块，其中，所述计时模块用 于计时刻蚀时间；所述存储模块用于存储刻蚀时长与靶材刻蚀深度值的对应关系；所述控 制模块用于从所述计时模块读取刻蚀时间，且从所述存储模块中读取与所述刻蚀时间相等 的刻蚀时长所对应的靶材刻蚀深度值，并控制所述驱动源驱动所述基座上升与所述靶材刻 蚀深度值相等的位移值。
[0009] 其中，所述靶材刻蚀深度值采用如下公式获得：
[0010]
【权利要求】
1. 一种磁控溅射设备，其包括反应腔室、溅射电源和驱动源，在所述反应腔室内的顶部 设置有靶材，所述溅射电源与所述靶材电连接，用以在磁控溅射过程中向所述靶材输出溅 射功率；在所述反应腔室内，且位于所述靶材的下方设置有基座，用以承载被加工工件；所 述驱动源用于驱动所述基座上升或下降；其特征在于， 所述磁控溅射设备还包括控制单元，所述控制单元用于在磁控溅射的过程中控制所述 驱动源驱动所述基座上升，以使所述靶材与基座的间距始终保持预定值不变。
2. 根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述控制单元包括计时模块、存 储模块和控制模块，其中 所述计时模块用于计时刻蚀时间； 所述存储模块用于存储刻蚀时长与靶材刻蚀深度值的对应关系； 所述控制模块用于从所述计时模块读取刻蚀时间，且从所述存储模块中读取与所述刻 蚀时间相等的刻蚀时长所对应的靶材刻蚀深度值，并控制所述驱动源驱动所述基座上升与 所述靶材刻蚀深度值相等的位移值。
3. 根据权利要求2所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述靶材刻蚀深度值采用如下 公式获得：
其中，d为靶材刻蚀深度值；Μ为刻蚀前靶材的质量;m为与所述刻蚀时长相对应的靶材 的剩余质量；P为靶材的密度；S为靶材下表面的面积。
4. 根据权利要求2或3所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述刻蚀时长采用如下公式 获得：
其中，T为刻蚀时长;W为所述溅射电源输出的功；P为所述溅射电源输出的溅射功率。
5. 根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述驱动源包括伺服电机或步 进电机。
6. 根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述控制单元包括上位机或 PLC。
7. 根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述溅射电源包括直流电源、中 频电源或射频电源。
8. -种磁控溅射方法，其特征在于，包括以下步骤： 驱动基座上升或下降，以将靶材与基座的间距调整至预定值； 向靶材输出溅射功率，以开始进行磁控溅射； 驱动基座上升，以使靶材与基座的间距在磁控溅射过程中始终保持预定值不变。
8.根据权利要求7所述的磁控溅射方法，其特征在于，在驱动基座上升的步骤中，还包 括以下步骤： 预先存储刻蚀时长与靶材刻蚀深度值的对应关系； 计时刻蚀时间； 读取刻蚀时间，以及与所述刻蚀时间相等的刻蚀时长所对应的靶材刻蚀深度值，并驱 动所述基座上升与所述靶材刻蚀深度值相等的位移值。
9. 根据权利要求8所述的磁控溅射方法，其特征在于，所述靶材刻蚀深度值采用如下 公式获得：
其中，d为靶材刻蚀深度值；Μ为刻蚀前靶材的质量;m为与所述刻蚀时长相对应的靶材 的剩余质量；P为靶材的密度；S为靶材下表面的面积。
10. 根据权利要求8所述的磁控溅射方法，其特征在于，所述刻蚀时长采用如下公式获 得：
其中，T为刻蚀时长;W为预定输出的功；P为溅射功率。
【文档编号】C23C14/35GK104112640SQ201310131017
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】文莉辉 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司