一种磁控溅射装置及磁控溅射系统的制作方法

本实用新型涉及半导体制备领域，具体而言，涉及一种磁控溅射装置及磁控溅射系统。

背景技术：

物理气相沉积(PVD)技术应用于很多领域，其利用溅射靶材组件可提供带有原子级光滑表面的具有精确厚度的薄膜材料沉积物。靶材组件是由符合溅射性能的靶材和适于与靶材结合并具有一定强度的背板构成。

在溅射过程中，靶材组件装配在溅射基台上，位于充满惰性气体的腔室里的靶材暴露于电场中，从而产生等离子区。等离子区的等离子与溅射靶材表面发生碰撞，从而从靶材表面逸出原子。靶材与待涂布基材之间的电压差使得逸出原子在基材表面上形成预期的薄膜。

目前，磁控溅射装置广泛应用于液晶显示器的制备中，随着溅射工艺的逐渐改进，很多低电阻率材料也逐渐被应用于溅射工艺中。因此，在同一台的磁控溅射装置上，使用不同材料的金属靶材也逐渐增多。由于不同的金属靶材对磁力线的阻隔和削弱作用不同，因此在同一磁控溅射装置中，使用不同材料的金属靶材时，靶材上方形成的磁场大小也不同。现有技术是通过手动调节磁靶的方式来调整磁场大小的。由于人为因素，这种调整只能是大致的粗调节，不利于提高镀膜的质量。

技术实现要素：

本实用新型的第一目的在于提供了一种磁控溅射装置，旨在改善现有磁控溅射装置中通过手动方式调节磁场强度的精度不高的问题。

本实用新型的第二目的在于提供了一种磁控溅射系统，这种磁控溅射系统包括上述磁控溅射装置和相应的控制系统，自动化程度高，有利于工业大生产。

本实用新型是这样实现的：

一种磁控溅射装置，包括壳体，壳体内设置有磁靶、靶材组件、用于安装基材的炉盘和用于调整靶材组件与基材之间的磁场强度的缓冲组件。磁靶固定于壳体的内壁并用于提供磁场，炉盘设置于壳体的内壁并用于安装基材，靶材组件设置于磁靶并与炉盘相对设置。缓冲组件设置于靶材组件和磁靶之间，缓冲组件包括驱动装置和至少两个依次叠放的调整板，每个调整板通过驱动装置移入或移出工作区域。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述壳体的内壁开设有用于容纳调整板的容置腔室，容置腔室远离壳体的一侧设置有用于打开或关闭容置腔室的活动板。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述驱动装置包括电机，电机与调整板之间通过连杆连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述每个调整板的厚度2-4cm，相邻两个调整板的厚度相同或不同。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述调整板由多个调整块拼接组成，每个调整块通过连杆与驱动装置连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述调整块在水平面上的投影为等腰三角形，相邻两个调整块的移动方向相互垂直。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述靶材组件包括固定连接的金属靶材和背板，背板可拆卸连接于磁靶。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述金属靶材包括一体成型的基底和凸台，基底具有上表面和下表面，背板设有凹槽，凹槽由底面和周面围合而成，基底的下表面焊接于凹槽的底面，基底的上表面设有锯齿状凸起，上表面与背板靠近凸台的一面位于同一平面。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述背板远离凸台的一侧开设有多个散热通道，多个散热通道间隔均匀分布。

一种磁控溅射系统，包括上述磁控溅射装置，以及与磁控溅射装置相匹配的控制系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

这种磁控溅射装置的壳体为中空结构，壳体内设置的磁靶为溅射反应提供磁场，壳体内安装的炉盘用于安装待涂布的基材，在溅射反应时，炉盘还能将基材加热至预设温度，便于薄膜的形成。靶材组件安装于磁靶上，并于上述基材相对设置，靶材组件为溅射反应提供溅射源，通过更换不同材质的靶材组件，能够制备具有不同性能的半导体薄膜。

同时，这种磁控溅射装置还设置有缓冲组件，缓冲组件包括多个调整板，这些调整板依次叠放，通过自动化控制这些调整板的移入或者移出工作区域，能够调整靶材组件与基材之间的磁场强度，从而调节粒子的迁移速度和迁移轨迹。这种缓冲组件有利于在更换不同材质的靶材组件时，方便快捷的调整磁场大小，有效的解决了现有的通过手动方式调节磁场强度的精度不高的问题，提高生产效率。

这种磁控溅射装置，能够通过缓冲组件有效的解决了现有的通过手动方式调节磁场强度的精度不高的问题，提高半导体薄膜的质量及生产效率。包括这种磁控溅射装置的磁控溅射系统，具有自动化程度高的优点，有利于工业化大生产。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例1提供的磁控溅射装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的磁控溅射装置中的调整板与连杆装配后的结构示意图；

图3是本实用新型实施例2提供的磁控溅射装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例2提供的磁控溅射装置中的靶材组件的结构示意图。

图标：100-磁控溅射装置；200-磁控溅射装置；110-壳体；111-反应腔体；112-容置腔室；113-活动板；120-磁靶；130-靶材组件；131-金属靶材；132-背板；133-溅射面；230-靶材组件；231-金属靶材；232-背板；233-溅射面；234-基底；235-凸台；236-凸起；237-凹槽；238-散热通道；140-炉盘；141-基材；150-缓冲组件；151-连杆；152-调整板；153-调整块。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，参照图1和图2所示，

本实施例提供一种磁控溅射装置100，如图1所示，这种磁控溅射装置100包括壳体110，壳体110具有中空结构。本实施例中壳体110为四边体形，在本实用新型的其他实施例中，壳体110也可以为柱形或者多面体形。壳体110具有一个相对密闭的反应腔体111，磁控溅射反应就发生在反应腔体111中。

壳体110内的反应腔体111中设置有磁靶120，磁靶120用于为溅射反应提供磁场。通常，在同一台磁控溅射装置100中，磁靶120的磁场大小及位置是固定不变的。

炉盘140设置于壳体110的内壁，炉盘140与磁靶120相对设置。在溅射反应时，在炉盘140上安装基材141，并用炉盘140将基材141加热至预设温度，便于金属原子在基材141的表面沉积，形成半导体薄膜。

靶材组件130设置于反应腔体111内的磁靶120上，靶材组件130包括固定连接的金属靶材131和背板132，本实施例中这种固定连接的方式为焊接。背板132可拆卸的连接于磁靶120，这种可拆卸连接的方式可以为卡接、磁吸或粘接。

金属靶材131靠近基材141的一面为溅射面133，溅射面133与基材141相对设置。在溅射过程中，真空的反应腔体111内产生氩离子，并向具有负电势的金属靶材131加速运动，在加速过程中氩离子获得动量，并轰击金属靶材的溅射面133，撞击出金属原子，随后金属原子迁移到基材141表面沉积并形成薄膜，完成溅射过程。

金属靶材131可以是钛靶、铝靶、锡靶、铅靶、镍靶、银靶、硒靶和锆靶等，采用这些金属靶材131作为溅射源，可以制备多种不同性能的半导体薄膜。然而，由于不同的金属靶材131对磁力线的阻隔和削弱作用不同，因此在同一磁控溅射装置中，使用不同材料的金属靶材131时，金属靶材131上方形成的磁场大小也不同。而在实际生产中，常常需要更换不同的金属靶材，来制备性能优良的半导体薄膜。为了使金属靶材131与基材141之间的磁场强度满足不同材质的金属靶材131的使用需求，则需要根据金属靶材131对磁力线的阻隔和削弱作用的强弱，通过调节金属靶材131与磁靶120之间的距离来调整磁场大小。

磁控溅射装置100的反应腔体111内还设置有缓冲组件150，缓冲组件150设置于靶材组件130和磁靶120之间，用以调节金属靶材131与磁靶120之间的距离，进而调整靶材组件130与基材141之间的磁场强度。

缓冲组件150包括至少两个依次叠放的调整板152，每个调整板152的厚度2-4cm，相邻两个调整板152的厚度可以相同，也可以不同。在本实施例中，相邻两个调整板152的厚度不同，便于更加精确的调整磁场大小。调整板152可以设置多个，比如两个、四个或六个等，在本实施例中的磁控溅射装置100中，设置了三个调整板152。这三个调整板152依次叠放，通过驱动装置来根据实际需要将调整板152移入或移出工作区域，来调整金属靶材131与基材141之间的距离。

缓冲组件150还包括驱动装置(图未示)，在本实施例中，驱动装置为电机(图未示)。如图2所示，电机与调整板152之间通过连杆151连接，该连杆151具有可收缩的结构，便于调整板152移入或移出工作区域。

壳体110的内壁还开设有容置腔室112，该容置腔室112用于容纳移出工作区域的调整板152，避免移出工作区域的调整板152在溅射的过程中，金属原子沉积于调整板152的表面形成反溅射物，既不利于调整板152的长时间使用，也可能会由于反溅射物的脱落而影响溅射环境。

容置腔室112远离壳体110的一侧设置有用于打开或关闭容置腔室112的活动板113。当需要调整金属靶材131与基材141之间的磁场强度时，打开活动板113，使容置腔室112与反应腔体111相连通，再通过驱动装置将位于容置腔室112内的调整板152移至金属靶材131与磁靶120之间，或者将金属靶材131与磁靶120之间的调整板152移至容置腔室112内，关闭活动板113，完成调整过程。

与现有技术中手动调节磁场大小相比，这种调节方式更加精确，比如可以预先在容置腔室112内放置多种厚度不同的调整板152，随后磁控溅射装置100的控制系统再根据不用材料的特性，通过模拟计算出需要的调整板152的总厚度，再通过控制电机上的连杆151来将不同厚度的调整板152移至工作区域进行准确调节。这种方式的自动化程度高，能够节省人力成本，并提高调节磁场强度的准确性，有利于提高半导体薄膜的质量。

为了进一步提高调节磁场强度的准确性，本实施例中，如图2所示，调整板152由多个调整块153拼接组成，每个调整块153通过连杆151与驱动装置连接。调整块153表面的形状可以为三角形，矩形或其他满足实际需求的行政，本实施例中，调整块153在水平面上的投影为等腰三角形，相邻两个调整块153的移动方向相互垂直。这样设置便于调整板152移出或移入工作区域。

这种磁控溅射装置100，能够通过缓冲组件150有效的解决了现有的通过手动方式调节磁场强度的精度不高的问题，降低人工成本，提高生产效率及半导体薄膜的质量。

实施例2参照图3和图4所示，

本实施例提供一种磁控溅射装置200，如图3所示，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，不同之处在于靶材组件230的结构。

如图4所示，这种磁控溅射装置200的靶材组件230包括金属靶材231和背板232。金属靶材231包括一体成型的基底234和凸台235，基底234和凸台235均是由相同的金属材料加工制成。凸台235靠近基材141的一面为溅射面233。基底234具有上表面(图未示)和下表面(图未示)，上表面与凸台235相邻，下表面与背板232连接。

背板232设有凹槽237，凹槽237由底面(图未示)和周面(图未示)围合而成，基底234的下表面焊接于凹槽237的底面，基底234的上表面设有锯齿状凸起236，上表面与背板232靠近凸台235的一面位于同一平面。

这种锯齿状凸起236能够增大基底234表面的粗糙度，且能够改变反溅射物的运动轨迹，使其容易呈锯齿状沉积在基底234的凸起236之间，减少了在溅射反应中反溅射物所受到的冲击力，增加了反溅射物在靶材组件230上的附着力，从而极大的减少了反溅射物脱落的情况发生，有效的提高了金属薄膜的质量。

由于背板232与金属靶材231是通过焊接的方式连接在一起的，为了防止在溅射中由于温度升高，金属靶材231中的金属会催化背板232与金属靶材231之间的焊料融化，以至于影响溅射效果。因此，在本实施例提供的磁控溅射装置200中，在背板232远离凸台235的一侧开设有多个散热通道238，多个散热通道238间隔均匀分布。通过上述散热通道238的设置，能够对金属靶材231进行充分冷却，有利于防止上述情况发生。在实际生产中，这些散热通道238可以通过机械加工的方式形成。

这种磁控溅射装置200，能够有效的避免反溅射物脱落对溅射环境的影响，有效提高反应腔体111内金属薄膜的质量，从而提高半导体器件的性能。

实施例3

本实施例提供一种磁控溅射系统(图未示)，这种磁控溅射系统包括上述磁控溅射装置100和控制系统(图未示)，该控制系统与上述磁控溅射装置100相匹配，并能够控制这种磁控溅射装置100的运行。使用这种磁控溅射系统进行半导体薄膜的制备，自动化程度高，有利于工业大生产。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。