CN107022742A - 一种极高靶材利用率的镀膜设备 - Google Patents

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

本发明提供一种极高靶材利用率的镀膜设备，涉及一种真空溅射镀膜技术领域。该发明包括真空室，其中，还包括管状靶材、偏压电源、直流线圈电源和镀膜电源，管状靶材设置在真空室内，偏压电源、直流线圈电源和镀膜电源均设置在真空室外，管状靶材上缠绕有水冷线圈，管状靶材的上方设置有第一工件台，管状靶材的下方设置有第二工件台，偏压电源与第一工件台连接，直流线圈电源与水冷线圈连接，镀膜电源与管状靶材连接。本发明极大提高靶材利用率，提高镀膜速率，同时通过电磁线圈产生的磁场束缚电子运动轨迹，使电子与膜材离子的运动路径延长，进一步增加电子与膜材原子或分子碰撞几率，从而提高离化率。

Description

一种极高靶材利用率的镀膜设备
技术领域
本发明涉及一种真空溅射镀膜技术领域，特别是涉及一种极高靶材利用率的镀膜设备。
背景技术
真空溅镀设备在半导体相关产业中已获得广泛的应用，举例来说，触控显示面板中的透明导电薄膜可利用真空溅镀设备来制作。详细而言，真空溅镀是属于物理气相沉积(PVD)技术的一种，普遍应用在半导体加工的成膜程序中，其在真空腔体内的溅镀靶源的阴、阳电极之间施加高电压以将惰性气体(如氩气)高温离子化成等离子体(plasma)，而等离子体中的离子会轰击溅镀靶材，使得溅镀靶材的原子或分子溅飞出并沉积、附着在工件表面上以形成薄膜。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种极高靶材利用率的镀膜设备，使其极大提高靶材利用率，提高镀膜速率，同时通过电磁线圈产生的磁场束缚电子运动轨迹，使电子与膜材离子的运动路径延长，进一步增加电子与膜材原子或分子碰撞几率，从而提高离化率。
为了解决上述问题，本发明提供一种极高靶材利用率的镀膜设备，包括真空室，其中，还包括管状靶材、偏压电源、直流线圈电源和镀膜电源，所述管状靶材设置在所述真空室内，所述偏压电源、所述直流线圈电源和所述镀膜电源均设置在所述真空室外，所述管状靶材上缠绕有水冷线圈，所述管状靶材的上方设置有第一工件台，所述管状靶材的下方设置有第二工件台，所述偏压电源与所述第一工件台连接，所述偏压电源通过所述第一工件台向样品加载负偏压，所述管状靶材内部的电子受电场的作用加速向样品运动，所述直流线圈电源与所述水冷线圈连接，所述直流线圈电源与所述线圈水冷***开启后施加与电场方向正交的磁场，电子在电场力与洛伦兹力的共同作用下在管内做螺旋运动，所述镀膜电源与所述管状靶材连接，开启所述镀膜电源，向所述管状靶材施加一个大于样品的负偏压，使Ar+加速向管壁轰击，将靶材原子溅射出来。
优选的，所述真空室的上端设置有进气孔，所述进气孔与所述进气装置连接，进气装置通过进气孔向所述真空室中充入工作气体Ar，使其到达合适的真空度。
优选的，所述真空室的底端设置有抽气孔，所述抽气孔与所述抽气装置连接，所述抽气装置对所述真空室进行抽气，所述真空室达到本体真空程度。
优选的，所述水冷线圈包括线圈和线圈水冷***。
优选的，所述第二工件台上设置有卷绕机构，所述卷绕机构自动缠绕安装在工件台上的镀膜结束的工件，使工件在所述管状靶材中连续镀膜。
优选的，所述线圈为电磁线圈，所述电磁线圈为永磁体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过给样品施加负偏压，使等离子体只产生在样品与管状靶材的管内，这样只有极少的靶材原子或离子会溢出管外，而绝大部分靶材粒子沉积在样品上或重新回到靶材上，这样极大提高靶材利用率，提高镀膜速率；同时通过电磁线圈产生的磁场束缚电子运动轨迹，使电子与膜材离子的运动路径延长，进一步增加电子与膜材原子或分子碰撞几率，从而提高离化率；同时也可对样品与管状靶材内壁进行清洗，使清洗效果增强；此外，该镀膜设备是在管状靶材内进行镀膜，因此靶材粒子完全包围了样品，使样品表面的任意位置均可被镀膜，解决了传统镀膜设备只能镀单一平面或镀膜绕射性不高的难题，可以镀制外形复杂的工件。
附图说明
图1是本发明的实施例结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的实施例包括真空室1，其中，还包括管状靶材2、偏压电源3、直流线圈电源4和镀膜电源5，管状靶材2设置在真空室1内，偏压电源3、直流线圈电源4和镀膜电源5均设置在真空室1外，管状靶材2上缠绕有水冷线圈8，管状靶材2的上方设置有第一工件台9，管状靶材2的下方设置有第二工件台10，偏压电源3与第一工件台9连接，偏压电源3通过第一工件台9向样品加载负偏压，管状靶材2内部的电子受电场的作用加速向样品运动，直流线圈电源4与水冷线圈8连接，直流线圈电源4与线圈水冷***开启后施加与电场方向正交的磁场，电子在电场力与洛伦兹力的共同作用下在管内做螺旋运动，镀膜电源5与管状靶材2连接，开启镀膜电源5，向管状靶材2施加一个大于样品的负偏压，使Ar+加速向管壁轰击，将靶材原子溅射出来。
真空室1的上端设置有进气孔，进气孔与进气装置7连接，进气装置7通过进气孔向真空室1中充入工作气体Ar，使其到达合适的真空度。
真空室1的底端设置有抽气孔，抽气孔与抽气装置6连接，抽气装置6对真空室1进行抽气，真空室1达到本体真空程度。水冷线圈8包括线圈和线圈水冷***。线圈为电磁线圈，电磁线圈为永磁体。
第二工件台10上设置有卷绕机构，卷绕机构自动缠绕安装在工件台上的镀膜结束的工件，使工件在管状靶材2中连续镀膜。
本实施例中，工作过程如下：
启动真空***的抽气装置6对真空室1进行抽气，真空室1达到本体真空之后，向真空室1充入工作气体Ar，到达合适的真空度，向样品加载负偏压，管状靶材2内部的电子受电场的作用加速向样品运动，同时开启直流线圈电源4与线圈水冷***，施加与电场方向正交的磁场，电子在电场力与洛伦兹力的共同作用下在管内做螺旋运动，延长了电子运动路径，使电子在运动过程中与工作气体Ar原子和电子发生碰撞的几率大大增加，更多的Ar+被样品吸引加速轰击工件表面，增强了样品清洗效果，可除去工件表面的污染物或氧化物，有利于提高工件与膜材原子或分子的附着力。清洗结束后，开启镀膜电源5，向管状靶材2施加一个大于样品的负偏压，使Ar+加速向管壁轰击，将靶材原子溅射出来，被溅射的靶材原子持续被电子与Ar+轰击后被电离为靶材正离子，大量的靶材正离子被样品与靶管内壁的负偏压吸引，加速沉积在样品上或回到靶管内壁，极大地提高了靶材利用率。由于等离子体只出现在管状靶材2内壁，因此在很小的空间内，没有被附近的电子电离的Ar原子和膜材原子或分子再次电离，电离出更多的Ar+、膜材正离子与二次电子，大大提高了Ar原子与膜材原子或分子的电离率。
本发明是通过给样品施加负偏压，在管状靶材2外部缠绕交流的电磁线圈，使等离子体只产生在样品与管状靶材2的管内，这样只有极少的靶材原子或离子会溢出管外，而绝大部分靶材粒子沉积在样品上或重新回到靶材上，这样极大提高靶材利用率，提高镀膜速率。同时通过电磁线圈产生的磁场束缚电子运动轨迹，使电子与膜材离子的运动路径延长，进一步增加电子与膜材原子或分子碰撞几率，从而提高离化率。同时也可对样品与管状靶材2内壁进行清洗，使清洗效果增强；此外，该镀膜设备是在管状靶材2内进行镀膜，因此靶材粒子完全包围了样品，使样品表面的任意位置均可被镀膜，解决了传统镀膜设备只能镀单一平面或镀膜绕射性不高的难题，可以镀制外形复杂的工件。另外，如果样品为长的细丝状，还可以在样品夹持的两端，即工件台上加装卷绕机构，形成连续镀膜机构。同时为达到精确控制磁通量的效果，电磁线圈可采用永磁体。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种极高靶材利用率的镀膜设备，包括真空室，其特征在于，还包括管状靶材、偏压电源、直流线圈电源和镀膜电源，所述管状靶材设置在所述真空室内，所述偏压电源、所述直流线圈电源和所述镀膜电源均设置在所述真空室外，所述管状靶材上缠绕有水冷线圈，所述管状靶材的上方设置有第一工件台，所述管状靶材的下方设置有第二工件台，所述偏压电源与所述第一工件台连接，所述偏压电源通过所述第一工件台向样品加载负偏压，所述管状靶材内部的电子受电场的作用加速向样品运动，所述直流线圈电源与所述水冷线圈连接，所述直流线圈电源与所述线圈水冷***开启后施加与电场方向正交的磁场，电子在电场力与洛伦兹力的共同作用下在管内做螺旋运动，所述镀膜电源与所述管状靶材连接，开启所述镀膜电源，向所述管状靶材施加一个大于样品的负偏压，使Ar+加速向管壁轰击，将靶材原子溅射出来。
2.如权利要求1所述的极高靶材利用率的镀膜设备，其特征在于，所述真空室的上端设置有进气孔，所述进气孔与所述进气装置连接，进气装置通过进气孔向所述真空室中充入工作气体Ar，使其到达合适的真空度。
3.如权利要求2所述的极高靶材利用率的镀膜设备，其特征在于，所述真空室的底端设置有抽气孔，所述抽气孔与所述抽气装置连接，所述抽气装置对所述真空室进行抽气，所述真空室达到本体真空程度。
4.如权利要求3所述的极高靶材利用率的镀膜设备，其特征在于，所述水冷线圈包括线圈和线圈水冷*** 。
5.如权利要求4所述的极高靶材利用率的镀膜设备，其特征在于，所述第二工件台上设置有卷绕机构，所述卷绕机构自动缠绕安装在工件台上的镀膜结束的工件，使工件在所述管状靶材中连续镀膜。
6.如权利要求5所述的极高靶材利用率的镀膜设备，其特征在于，所述线圈为电磁线圈，所述电磁线圈为永磁体。
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