一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备及其镀膜方法

一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备及其镀膜方法
【专利摘要】本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，相邻所述永磁铁之间设置有通电线圈，在所述通电线圈和所述磁轭之间设置有霍尔传感器，所述通电线圈的长度方向与所述永磁铁磁极方向垂直；所述霍尔传感器外接磁场强度侦测系统，用于磁场强度的实时监测；所述通电线圈外接电路控制模块，所述电路控制模块与所述磁场强度侦测系统电连接，根据所述磁场强度侦测系统的数据调整流经通电线圈的电流，以改变磁场分布，使得磁场一直处于最优化的状态，即磁力线尽量与靶面处于同一平面，以达到靶材利用率最大的效果；而且，镀膜过程中，磁场强度可以实时监测进行调整，无需间断镀膜过程，生产效率高。
【专利说明】一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备及其镀膜方法【技术领域】[0001]本发明涉及磁控溅射镀膜领域，具体涉及一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备及其制备方法。【背景技术】[0002]磁控溅射镀膜技术具有溅射速率高、沉积速率高、沉积温度低、薄膜质量好等优点，是目前镀膜工业化生产中最主要的技术之一。[0003]电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子或分子，呈中性的靶材原子或分子沉积在基片上成膜。[0004]磁控溅射镀膜设备中的靶材通常由高纯的贵金属或者合金制成，价格昂贵，是否能最大限度的使用靶材，成为影响磁控溅射镀膜技术成本和利润的重要因素。靶材可分为平面靶材和柱形靶材,其中，柱形靶材的结构紧凑,利用率高,但是溅射时,整个靶材表面上形成多个辉光环，不能形成连续的条形辉光，在镀制大面积膜层时，均匀性差，很难满足生产要求。而平面靶材的结构简单，镀膜均匀性和重复性好，因此实际生产中以平面靶材为主。如图1a和Ib所示，由于磁控溅射镀膜设备中永磁铁的位置固定，施加在平面靶材上的磁力线上的分布位置也是固定的，随着长时间的溅射，平面靶材的磁力线分布区域会形成深浅不规则的条形凹坑(如图1c所示)，使得靶材周围的磁力线与靶材表面的平行度变差， 严重影响镀膜的均匀性；而且，当凹坑深度达到一定程度时，靶材无法继续使用，因此，平面靶材的利用率极低，仅为20~30%。[0005]专利文献CN102453880A公开了一种改善磁控溅射薄膜均匀性的方法，具体在真空腔内基片和等离子体区域之间附件一个平行的匀强磁场区域，即:基片与靶材位于同一轴线上，在基片和靶材之间设置两块外加磁铁，并设定两块磁铁产生65~150安/米的磁场。[0006]上述专利文件中，一旦所述外加磁铁的磁力大小和位置被固定，则平行磁场的磁场强度和磁场方向也被固定，无法做到根据溅射动态随时变换磁场强度大小及方向。而且， 为了达到调整镀膜的均匀性的目的，需要根据溅射动态更换磁铁以及调整磁铁位置，生产的连续性差，不但影响生产效率和生产成本，而且重复性差；更重要的是，无法解决平面靶材的利用率极低的问题。[0007]平面靶的磁场强度直接影响到镀膜均匀性，当靶材消耗一定程度时，需要对靶材上的磁场变化进行测量，以调整磁场。中国专利CN202548307U公开了一种平面靶磁场强度的检测装置，包括检测机构、机架及其平台，平面靶放置在机架的平台上，所述机架设有移动装置，检测机构安装在移动装置的滑动架上，滑动架带动检测机构做X向和Y向运动。上述专利文件中，平面靶材需放置在平台上，由定位块限定位置，测量时需要将磁控溅射镀膜设备中的靶材连同磁铁部分一起完整的拆卸下来，固定在所述平面靶磁 场强度的检测装置中的平台上再做测量。镀膜过程中需要对靶材进行多次测量，这就必须重复拆装靶材和磁铁多次，不但生产效率低下、生产成本高；而且，靶材规格多样化，再加上人为因素误差，很难保证第一次测量与后续测量都在同一位置，所测量的数据可靠性差。同时，在测量的过程中，靶材暴露在空气中，易受到灰尘和空气中的水汽影响；加上探头与靶面的接触摩擦等其他因素，会造成靶材的污染和浪费，不利于提高镀膜质量和提高靶材利用率。[0008]另外，上述专利中所用的检测机构为磁强计，其端部的探头具有一定的弹性，测量时，将探头与平面靶的靶面恰好接触，前后左右移动来测量磁场强度。探头与平面靶的接触恰好接触很难控制，如果探头过多接触靶面，不但易对探头造成损伤，也容易污染靶面，一旦探头损坏，就必须重新更换探头以及重新定标，工序繁杂；若探头跟靶面存在间隔，则无法准确测得磁场数据。综上，专利文件CN202548307U公开的平面靶磁场强度的检测装置， 检测方法复杂，生产的连续性差，不但影响镀膜效率和生产成本，而且重复性差，也未能无法解决平面靶材的利用率低的问题。
【发明内容】
[0009]为此，本发明所要解决的是现有技术中磁控溅射镀膜设备生产连续性差和平面靶材利用率低的技术问题，提供一种能实时侦测磁场并作出调整，生产效率高、平面靶材利用率高的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备及其镀膜方法。[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:[0011]本发明所述的一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，包括腔室，平行且依次设置在腔室内的基片、靶材和磁轭，以及靠近靶材且直接设置在磁轭上的若干永磁铁，相邻永磁铁的磁极方向相反，永磁铁的磁极方向垂直于祀材；其特征在于，[0012]相邻所述永磁铁之间还设置有通电线圈，以及固定设置在所述通电线圈和所述磁轭之间的霍尔传感器，所述通电线圈的长度方向与所述永磁铁磁极方向垂直；[0013]所述霍尔传感器外接磁场强度侦测系统，用于磁场强度的实时监测；[0014]所述通电线圈外接电路控制模块，所述电路控制模块与所述磁场强度侦测系统电连接，根据所述磁场强度侦测系统的数据调整流经通电线圈的电流，以改变磁场分布。[0015]所述通电线圈靠近所述靶材设置。[0016]所述磁场强度侦测系统包括磁场强度侦测模块和数据处理模块，所述数据处理模块将处理得到数据传输至所述电路控制模块。[0017]所述霍尔传感器为薄片式霍尔传感器；所述薄片式霍尔传感器所在平面垂直于所述靶材所在平面。[0018]所述通电线圈在相邻所述永磁铁之间居中设置；所述霍尔传感器相对于所述通电线圈居中设置。[0019]所述霍尔传感器与所述磁场强度侦测系统之间还电连接设置有信号放大器。[0020]所述永磁铁在所述磁轭上等距设置。[0021]所述基片、所述靶材和所述磁轭的中心位于同一轴线上。[0022]本发明所述的一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备的镀膜方法，包括如下步骤:[0023]S1、在所述自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备的腔室内通入起辉气体氩气，调节气体流量并控制压强为0.5Pa~0.8Pa ；[0024]S2、在基片与靶材之间施加电压，生成等离子体，从而产生Ar+离子，Ar+离子轰击靶材使，得材料被溅射出来沉积在基片上。[0025]步骤SI之前还包括:进行镀膜测试，得到电流大小、磁场强度和靶材利用率之间的关系，计算出理想曲线，并输入到磁场强度侦测系统中，用于在镀膜过程中与所述霍尔传感器侦测到的数据进行实时比对。[0026]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:[0027]1、本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，相邻所述永磁铁之间设置有通电线圈，在所述通电线圈和所述磁轭之间设置有霍尔传感器，所述通电线圈的长度方向与所述永磁铁磁极方向垂直；所述霍尔传感器外接磁场强度侦测系统，用于磁场强度的实时监测。[0028]工作时，霍尔传感器将实时检测到的磁场强度信号通过信号放大器传输至磁场强度侦测系统，该系统包括磁场强度侦测模块和后期数据处理模块，通过建立磁场强度与流经通电导线内电流之间的函数关系，对数据进行实时处理并通过曲线的方式呈现出来。在数学模型中设计理想数据曲线，将这两条曲线进行比对，所述磁场强度侦测系统与电路控制模块电连接，所述通电电路控制模块来控制流经通电线圈的电流方向和大小，从而改变通电线圈周围磁场的分布情况，使得靶材周边磁场一直处于最优化状态，靶材截面的磁通量最大化，即磁力线尽量与靶面处于同一平面。受制于该磁场周围的等离子体浓度变高，等离子体积变大，靶材被溅射的时间和机会也就越多，使得靶材上被溅射出凹槽宽度变宽，以达到靶材利用率最大化的效果；而且，镀膜过程中，磁场强度可以实时监测进行调整，无需间断镀膜过程，生产连续性强，而且操作方便，生产效率高。[0029]其中，理想数据曲线可通过以下方法获得:[0030]定量控制流过通电线圈的电流大小和方向，同时定量控制靶材使用的千瓦时数， 分别在溅射限定千瓦时数的靶材过程中定量控制流经通电线圈的电流大小和方向，观察靶材溅射前后的外观差异，测量凹槽位置，并计算靶材利用率，分别画出对应控制电流大小与靶材利用率的实际曲线图。由此可以得出在溅射相同千瓦时靶材的前提下，不同的电流值与所计算出的靶材利用率之间的关系曲线。在此过程中霍尔传感器可同时测得在限定靶材千瓦时数与流经导线电流值得情况下通电线圈周边的磁感应强度。因为靶材的利用率直接与靶材周围磁场分布相关，当通电线圈中的电流值给定，通电线圈周边的磁场环境也将是一个稳态，靶材周边的磁场环境也是一个稳定的状态，此时霍尔传感器所测得的磁场强度也是稳定的数值，即一但电流值给定，霍尔传感器所测得磁场强度的值也一定。因此还可以得出在不同的给定电流值大小所对应测得的磁感应强度的关系曲线。[0031]由上述曲线可知在溅射不同千瓦时数的靶材时，不同的电流大小得出的靶材利用率也不一样，但是可以根据曲线求得靶材利用率最高点时的电流值得大小。而电流固`定，霍尔传感器所测得的磁场强度也一定。由此即可得出在消耗一定量千瓦时数的靶材的时候， 靶材利用率最大情况下通电线圈中电流与磁场强度的大小关系。由此可以在数学模型中建立理想状态(即靶材利用率最大化状态)下，电流与磁场强度之间的关系曲线模型。[0032]2、本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，所述通电线圈设置于所述靶材与所述磁轭之间，并且靠近所述靶材设置，不但可以增强磁场中等离子体区域的面积， 还可以将等离子体区域向靶材方向拉近，缩短等离子区域距离靶材的距离，增加有效等离子体数量，从而提高实际的溅射效率，提高靶材的利用率。[0033]3、本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，所述通电线圈设置于所述靶材与所述磁轭之间，并且靠近所述靶材设置，不影响从所述靶材到所述基片溅射过程，只需控制流经通电线圈的电流大小及方向即可实现对靶材周围磁场环境的实时调控，而无需另外更换不同规格永磁铁等步骤，实施方便。[0034]4、本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，所述霍尔传感器固定设置在所述通电线圈与所述磁轭之间，不管通电线圈中电流方向和电流大小如何变化，通过霍尔传感器检测出来的磁场数据永远是同一点在不同的流经通电线圈电流的环境下检测出的数据，不存在人为因素的干扰，数据的准确性高、可重复性强。[0035]5、本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，对靶材和基片的规格无设计要求，也无需更改制程参数，适用范围广，可操作性能好，易于实施。[0036]6、本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备的镀膜方法，镀膜过程中， 磁场强度可以实时监测进行调整，无需间断镀膜过程，生产效率高，可有效降低成本。【专利附图】

【附图说明】[0037]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中[0038]图1a是现有技术中磁控溅射镀膜设备的结构示意图；[0039]图1b是图1a所示磁控溅射镀膜设备中磁感应线分布示意图；[0040]图1c是图1a中使用后的靶材表面示意图；[0041]图2a是本发明所述自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备的结构示意图；[0042]图2b是图2a中永磁铁与通电线圈相对位置的俯视图；[0043]图2c是图2a中所示自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备工作时磁感应线分布示意图。[0044]图3a是本发明一个实施例中所述自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备在不同的电流值与所计算出的靶材利用率之间的关系曲线；[0045]图3b是与图3a 对应的在不同的给定电流值大小与磁感应强度的关系曲线。[0046]图中附图标记表示为:1-基片、2-靶材、21-凹槽、3-永磁铁、4-磁轭、5-磁力线、 6-通电线圈、7-霍尔传感器、8-信号放大器、9-磁场强度侦测模块、10-数据处理模块、 11-电路控制模块。【具体实施方式】[0047]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。[0048]本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。 相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。[0049]实施例1[0050]本实施例提供一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，如图2a和图2b所示，包括平行且依次设置的基片1、靶材2和磁轭4，以及靠近靶材2且直接设置在磁轭4上的3 个永磁铁3,相邻永磁铁3的磁极方向相反,永磁铁3的磁极方向垂直于祀材2。[0051]所述永磁铁3在所述磁轭4上等距设置，所述基片1、所述靶材2和所述磁轭4的中心位于同一轴线上。[0052]作为本发明的其他实施例，所述永磁铁3的数量可以为大于等于3的奇数，均能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。[0053]相邻所述永磁铁3之间还设置有通电线圈6，以及设置在所述通电线圈6和所述磁轭4之间的霍尔传感器7,所述通电线圈6的长度方向与所述永磁铁3磁极方向垂直,即与所述靶材2所在平面平行。所述薄片式霍尔传感器所在平面垂直于所述靶材2所在平面； 所述通电线圈6在相邻所述永磁铁3之间居中设置。[0054]所述霍尔传感器7外接磁场强度侦测系统，用于磁场强度的实时监测。[0055]所述自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备工作时，霍尔传感器7将实时检测到的磁场强度信号传输至磁场强度侦测系统，该系统包括磁场强度侦测模块9和后期数据处理模块10，通过建立磁场强度与流经通电导线内电流之间的函数关系，对数据进行实时处理并通过曲线的方式呈现出来。在数学模型中设计理想数据曲线，将这两条曲线进行比对。 所述磁场强度侦测系统与电路控制模块11电连接，所述通电电路控制模块11来控制流经通电线圈6的电流方向和大小,从而改变通电线圈6周围磁场的分布情况,使得磁场一直处于最优化的状态，即磁力线5尽量与靶材2的靶面处于同一平面，如图2c所示。受制于该磁场周围的等离子体浓度变高，等离子体积变大，靶材2被溅射的时间和机会也就越多，使得靶材2上被溅射出凹槽21宽度变宽，以达到靶材2利用率最大化的效果；而且，镀膜过程中，磁场强度可以实时监测进行调整，无需间断镀膜过程，生产连续性好，而且操作方便，生产效率高。[0056]其中，理想数据曲线可通过以下方法获得:[0057]定量控制流过通电线圈6的电流大小和方向，同时定量控制靶材2使用的千瓦时数，分别在溅射限定千瓦时数的靶材2过程中定量控制流经通电线圈6的电流大小和方向。 观察靶材2溅射前后的外观差异，测量靶材2上所形成的凹槽21的位置，并计算靶材2的利用率，分别画出对应控制电流大小与靶材2利用率的实际曲线图。由此可以得出在溅射相同千瓦时靶材2的前提下，不同的电流值与所计算出的靶材2的利用率之间的关系曲线。 在此过程中霍尔传感器7可同时测得在限定靶材2的千瓦时数与流经导线电流值得情况下通电线圈6周边的磁感应强度。因为靶材2的利用率直接与靶材2周围磁场分布相关，当通电线圈6中的电流值给定，通电线圈6周边的磁场环境也将是一个稳态，靶材2周边的磁场环境也是一个稳定的状态，此时霍尔传感器6所测得的磁场强度也是稳定的数值，即一但电流值给定，霍尔传感器6所测得磁场强度的值也一定。因此还可以得出在不同的给定电流值大小所对应测得的磁感应强度的关系曲线。[0058]由上述曲线可知在溅射不同千瓦时数的靶材2时，不同的电流大小得出的靶材利用率也不一样，但是可以根据曲线求得靶材利用率最高点时的电流值`得大小。而电流固定， 霍尔传感器6所测得的磁场强度也一定。由此即可得出在消耗一定量千瓦时数的靶材2的时候，靶材利用率最大情况下通电线圈中电流与磁场强度的大小关系。由此可以在数学模型中建立理想状态(即靶材利用率最大化状态)下，电流与磁场强度之间的关系曲线模型。[0059]在镀制相同规模的膜时，可以使用同一理想曲线，不但能有效提高靶材利用率、降低生产成本；而且，镀膜过程中，磁场强度可以实时监测进行调整，无需间断镀膜过程，生产效率高，从而进一步降低成本。[0060]本发明中，所述通电线圈6靠近所述靶材2设置，不但可以增强磁场中等离子体区域的面积，还可以将等离子体区域向靶材方向拉近，缩短等离子区域距离靶材的距离，增加有效等尚子体数量，从而提闻实际的灘射效率，提闻革G材的利用率。[0061]所述霍尔传感器7为薄片式霍尔传感器，分辨率高，提高了测量数据的准确性。所述霍尔传感器7相对于所述通电线圈6居中固定设置，不管通电线圈6中电流方向和电流大小如何变化，通过霍尔传感器7检测出来的磁场数据永远是同一点在不同的流经通电线圈6电流的环境下检测出的数据，不存在人为因素的干扰，数据的准确性高、可重复性强。[0062]所述霍尔传感器7与所述磁场强度侦测系统之间还电连接设置有信号放大器8， 可将所述霍尔传感器7所侦测到的信号进行去噪放大，以提高测量数据的准确性。[0063]本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，对靶材2和基片I的规格无设计要求，也无需更改制程参数，适用范围广、操作性能好、易于实施，生产连续性和生产效率高，靶材利用率可达65%。[0064]实施例2[0065]本实施例提供一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，如图2a和图2b所示，包括平行且依次设置在腔室内的基片1、靶材2和磁轭4，以及靠近靶材2且直接设置在磁轭 4上的3个永磁铁3，相邻永磁铁3的磁极方向相反，永磁铁3的磁极方向垂直于靶材2。[0066]所述基片I的规格为2IOmmX 260mm,所述祀材2的规格为200mmX 250mmX 9mm,所述磁轭4的规格为25mmX 200mm,所述永磁铁3的规格为20mmX 25mmX 70mm。[0067]所述基片I与所述靶材2的间距为68mm，所述靶材2和所述磁轭4的间距为86mm。[0068]本实施例中，所述永磁铁3为3个，所述永磁铁3在所述磁轭4上等距设置，间距为70mm，所述基片1、所述靶材2和所述磁轭4的中心位于同一轴线上。[0069]相邻所述永磁铁3之间还设置有通电线圈6,以及设置在所述通电线圈6和所述磁轭4之间的霍尔传感器7,所述通电线圈6的长度方向与所述永磁铁3磁极方向垂直,即与所述靶材2所在平面平行。[0070]所述通电线圈6的规格为Φ IOmmX 50mm,所述通电线圈6的线圈轴线与所述革巴材 2和所述磁轭4的间距分别为21mm、65mm。[0071]所述薄片式霍尔传感器所在平面垂直于所述靶材2所在平面；所述通电线圈6在相邻所述永磁铁3之间居中设置。[0072]所述薄片式霍尔传感器的规格为1.2_X3_X20mm，所述薄片式霍尔传感器的顶端与所述通电线圈6的间距为21mm。
[0073]所述霍尔传感器7外接磁场强度侦测系统，用于磁场强度的实时监测。[0074]所述自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备工作时，霍尔传感器7将实时检测到的磁场强度信号传输至磁场强度侦测系统，该系统包括磁场强度侦测模块9和后期数据处理模块10，通过建立磁场强度与流经通电导线内电流之间的函数关系，对数据进行实时处理并通过曲线的方式呈现出来。[0075]在数学模型中设计理想数据曲线，将这两条曲线进行比对。所述磁场强度侦测系统与电路控制模块11电连接，所述通电电路控制模块11来控制流经通电线圈6的电流方向和大小，从而改变通电线圈6周围磁场的分布情况，使得磁场一直处于最优化的状态，即磁力线5尽量与靶材2的靶面处于同一平面，如图2c所示。受制于该磁场周围的等离子体浓度变高，等离子体积变大，靶材2被溅射的时间和机会也就越多，使得靶材2上被溅射出凹槽21宽度变宽，以达到靶材2利用率最大化的效果；而且，镀膜过程中，磁场强度可以实时监测进行调整，无需间断镀膜过程，生产连续性好，而且操作方便，生产效率高。[0076]其中，理想数据曲线可通过以下方法获得:[0077]将所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备的腔室抽真空至本底真空 lX10_4Pa，然后再通入氩气(Ar)，流量为170sCCm，使得溅射制程过程中的压强处在0.5Pa-0.8Pa之间，用工艺要求的80Kw的溅射功率溅射。定量控制流过通电线圈6的电流大小和方向，同时定量控制靶材2使用的千瓦时数，分别在溅射限定千瓦时数的靶材2过程中定量控制流经通电线圈6的电流大小和方向。本实施例中，分别设定通电线圈中电流值为 0.1Α、0.2Α、0.3Α、0.4Α、0.5Α 溅射限定值为 10KWH、20KWH、30KWH 的靶材，如图 2a 所示， 两个通电线圈电流方向均为沿线圈自左向右方向。观察靶材2溅射前后的外观差异，测量靶材2上所形成的凹槽21的位置、凹槽的宽度和深度等参数并计算靶材2的利用率，分别画出对应控制电流大小与靶材2利用率的实际曲线图。以溅射30KWH为例，在0.1A、0.2k、0.3Α、0.4Α、0.5Α情况下靶材跑道深度为2.1mm,被溅射的体积分别为31.5cm2,49.24cm2、 61.48cm2、68.25cm2、39.9cm2，由此可计算的到靶材利用率分别为 30%、46.9%,58.9%、65%、 38%。所以，在溅射30KWH的靶材时，设定电流值为0.4A，得到靶材利用率最大为65%。同样可以得出在溅射相同千瓦时靶材2的前提下，不同的电流值与所计算出的靶材2的利用率之间的关系曲线，如图3a所示。[0078]在此过程中霍尔传感器7可同时测得在限定靶材2的千瓦时数与流经导线电流值得情况下通电线圈6周边的磁感应强度。本实施例中，在溅射靶材的过程中，设定通电线圈中流经的电流值分别为0.1A、0.2A、0.3A、0.4A、0.5A，当电流值确定，周边磁场环境也确定， 此时分别在流经电流值为0.1A、0.2A、0.3A、0.4A、0.5A时记录下霍尔传感器检测到的磁感应强度为0.18mT、0.26mT、0.35mT、0.39mT、0.36mT。因为靶材2的利用率直接与靶材2周围磁场分布相关，当通电线圈6中的电流值给定，通电线圈6周边的磁场环境也将是一个稳态，靶材2周边的磁场环境也是一个稳定的状态，此时霍尔传感器6所测得的磁场强度也是稳定的数值，即一但电流值给定，霍尔传感器6所测得磁场强度的值也一定。因此还可以得出在不同的给定电流值大小所对应测得的磁感应强度的关系曲线，如图3b所示。[0079]由上述曲线可知在溅射不同千瓦时数的靶材2时，不同的电流大小得出的靶材利用率也不一样，但是可以根据曲线求得靶材利用率最高点65% 时的电流值得大小。而电流固定，霍尔传感器6所测得的磁场强度也一定。由此即可得出在消耗一定量千瓦时数的靶材2的时候，靶材利用率最大情况下通电线圈中电流与磁场强度的大小关系。由此可以在数学模型中建立理想状态(即靶材利用率最大化状态)下，电流与磁场强度之间的关系曲线模型。[0080]在镀制相同规模的膜时，可以使用同一理想曲线，不但能有效提高靶材利用率、降低生产成本；而且，镀膜过程中，磁场强度可以实时监测进行调整，无需间断镀膜过程，生产效率高，从而进一步降低成本。[0081]本发明中，所述通电线圈6靠近所述靶材2设置，不但可以增强磁场中等离子体区域的面积，还可以将等离子体区域向靶材方向拉近，缩短等离子区域距离靶材的距离，增加有效等尚子体数量，从而提闻实际的灘射效率，提闻革G材的利用率。[0082]所述霍尔传感器7为薄片式霍尔传感器，分辨率高，提高了测量数据的准确性。所述霍尔传感器7相对于所述通电线圈6居中固定设置，不管通电线圈6中电流方向和电流大小如何变化，通过霍尔传感器7检测出来的磁场数据永远是同一点在不同的流经通电线圈6电流的环境下检测出的数据，不存在人为因素的干扰，数据的准确性高、可重复性强。[0083]所述霍尔传感器7与所述磁场强度侦测系统之间还电连接设置有信号放大器8， 可将所述霍尔传感器7所侦测到的信号进行去噪放大，以提高测量数据的准确性。[0084]本发明所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，对靶材2和基片I的规格无设计要求，也无需更改制程参数，适用范围广、操作性能好、易于实施，生产连续性和生产效率高。[0085]使用所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备生产厚度为300nm的铝膜，具体步骤为:[0086]S1、将所述理想曲线输入到磁场强度侦测系统中，用于在镀膜过程中与所述霍尔传感器侦测到的数据进行实时比对；在所述自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备的腔室内通入起辉气体氩气，调节气体流量并控制压强为0.6Pa ；[0087]S2、在基片与靶材之间施加电压，生成等离子体，从而产生Ar+离子，Ar+离子轰击靶材使，得靶材中的材料被溅射出来沉积在基片上。[0088]上述镀膜过程中，靶材利用率为65%，有效降低了生产成本。[0089]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予 以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，包括腔室，平行且依次设置在腔室内的基片、祀材和磁轭，以及靠近祀材且直接设置在磁轭上的若干永磁铁，相邻永磁铁的磁极方向相反，永磁铁的磁极方向垂直于靶材；其特征在于，相邻所述永磁铁之间还设置有通电线圈，以及固定设置在所述通电线圈和所述磁轭之间的霍尔传感器，所述通电线圈的长度方向与所述永磁铁磁极方向垂直；所述霍尔传感器外接磁场强度侦测系统，用于磁场强度的实时监测；所述通电线圈外接电路控制模块，所述电路控制模块与所述磁场强度侦测系统电连接，根据所述磁场强度侦测系统的数据调整流经通电线圈的电流，以改变磁场分布。
2.根据权利要求1所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述通电线圈靠近所述靶材设置。
3.根据权利要求1或2所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述磁场强度侦测系统包括磁场强度侦测模块和数据处理模块，所述数据处理模块将处理得到数据传输至所述电路控制模块。
4.根据权利要求1-3任一所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，其特征在于， 所述霍尔传感器为薄片式霍尔传感器；所述薄片式霍尔传感器所在平面垂直于所述靶材所在平面。
5.根据权利要求1-4任一所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，其特征在于， 所述通电线圈在相邻所述永磁铁之间居中设置；所述霍尔传感器相对于所述通电线圈居中设置。
6.根据权利要求1-5任一所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，其特征在于， 所述霍尔传感器与所述磁场强度侦测系统之间还电连接设置有信号放大器。
7.根据权利要求1-6任一所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，其特征在于， 所述永磁铁在所述磁轭上等距设置。
8.根据权利要求1-7任一所述的自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备，其特征在于， 所述基片、所述靶材和所述磁轭的中心位于同一轴线上。
9.一种权利要求1-8任一所述的自适应磁场调整型磁控派射镀膜设备的镀膜方法,其特征在于，包括如下步骤:51、在所述自适应磁场调整型磁控溅射镀膜设备的腔室内通入起辉气体氩气，调节气体流量并控制压强为0.5Pa~0.8Pa ；52、在基片与靶材之间施加电压，生成等离子体，从而产生Ar+离子，Ar+离子轰击靶材使，得材料被溅射出来沉积在基片上。
10.根据权利要求 9所述的镀膜方法，其特征在于，步骤SI之前还包括:进行镀膜测试，得到电流大小、磁场强度和靶材利用率之间的关系，计算出理想曲线的步骤；将所述理想曲线输入到磁场强度侦测系统中，用于在镀膜过程中与所述霍尔传感器侦测到的数据进行实时比对。
【文档编号】C23C14/35GK103556122SQ201310503683
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】马栋梁, 崔德国 申请人:苏州矩阵光电有限公司