一种平衡磁场溅射镀膜装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种基于平衡磁场的溅射镀膜装置，包括水平设置的阴极靶材，所述阴极靶材为长方形板状结构，阴极靶材上方50‑100mm的范围内设有基片，阴极靶材下方设置有磁钢，所述磁钢包括磁钢座与磁极。通过磁钢的磁极间的作用，在阴极靶材上表面形成拱形磁场。在所述磁极下方设置有导磁块，所述导磁块可以使得磁场耦合于靶面上，提高镀膜效率与靶材的利用率。

A balanced magnetic field sputtering coating device

【技术实现步骤摘要】
一种平衡磁场溅射镀膜装置
本技术属于磁场控制领域，尤其涉及磁控溅射镀膜领域，具体涉及一种基于平衡磁场的溅射镀膜装置。
技术介绍
当前常见的溅射镀膜装置，如图1所示，包括水平设置在底座上的阴极靶材2，所述阴极靶材2为长方形板状结构，阴极靶材2上方设有基片3，阴极靶材2下方布设有磁钢1，所述磁钢1在阴极靶材2上形成拱形或圆形磁场。磁控溅射的工作原理是指电子在电场的作用下，在加速飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，电离产生大量的Ar离子和新的电子，新电子继续不断和Ar原子碰撞，产生更多的Ar离子和电子。Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击阴极靶表面，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。即电离后的Ar离子在电场和磁场的交互作用下，加速轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。磁控溅射是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦兹力的影响，大部分被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，大多二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长。其他部分会飞向基片、真空室内壁及靶电源阳极等区域。在溅射成膜中，部分电子在电场力作用下迅速飞向基片表面，会造成电子运动路径短、轰击在基片上速度快，导致基片温度升高，在一定程度上会影响成膜质量，造成膜层潜在的一些缺陷。磁控溅射包括很多种类，各有不同工作原理和应用对象。根据磁控阴极的磁场位形分布的不同，大致可分为平衡态和非平衡磁控溅射。不管平衡非平衡，均是利用磁场与电场交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。平衡态磁控溅射的阴极内外磁钢的磁通量大致相等，两极磁力线闭合于靶材上，很好地将电子/等离子体约束在靶材附近，增加碰撞几率，提高了离化效率，因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，靶材利用率相对较高。但平衡磁控溅射也有不足之处，例如：由于磁场作用，辉光放电产生的电子和溅射出的二次电子被平行磁场紧紧地约束在靶面附近，等离子体区被强烈地束缚在靶面大约60mm的区域，随着离开靶面距离的增大，等离子浓度迅速降低，这时只能把工件安放在磁控靶表面50-100mm的范围内，以增强离子轰击的效果。这样短的有效镀膜区限制了待镀工件的几何尺寸，不适于较大的工件或装炉量，制约了磁控溅射技术的应用。且在平衡磁控溅射时，飞出的靶材粒子能量较低，在大工件应用中，轰击效率反而不足。非平衡磁控溅射是让磁控阴极外磁极磁通大于内磁极，两极磁力线在靶面不完全闭合，部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基片区域，从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片，增加基片区域的等离子体密度和气体电离率。由于非平衡磁控溅射可以增加基片区域的等离子体密度和气体电离度，一般在基片附近区域飞出的靶材粒子能量较高，会增强离子轰击的效果，膜基结合强度也较好，也更适于较大的镀膜工件，因此，当前大多采用非平衡磁场方式进行磁控溅射。然而，非平衡磁场方式下的磁控溅射同样具有以下问题：1、溅射过程中对电子约束不足，电子在等离子体中运动时间短，电子参与气体分子碰撞和电离的过程短，电离出的离子少，气体的离化率低，整体溅射的效率和沉积速率差。2、非平衡磁场引发高能电子轰击在成膜过程中的膜层和基片，造成成膜微细缺陷，影响膜层质量。3、对靶材表面的溅射扫描存在一些薄弱区域，靶材利用率不高。针对平衡磁场与非平衡磁场条件下的磁控溅射存在的上述问题，尤其是应用于低电阻、高品质ITO或者金属靶材的镀膜成膜工序中，非平衡磁场条件下的，高能电子造成膜层损伤，形成尺寸10-50微米的断续条状，严重影响产品品质。因此，有必要开发一种成膜质量良好，有效提升镀件品质，靶材利用率高的磁控溅射装置与方法。
技术实现思路
为了解决非平衡磁场带来的基板损伤、溅射效率差、靶材利用率低等问题，同时改善平衡磁场限制了待镀工件的几何尺寸，飞出的靶材粒子能量较低等问题。本技术提出一种平衡磁场的溅射镀膜装置，包括水平设置的阴极靶材，所述阴极靶材为长方形板状结构，阴极靶材上方50-100mm的范围内设有基片，阴极靶材下方设置有磁钢，所述磁钢包括磁钢座与磁极。通过磁钢的磁极间的作用，在阴极靶材上表面形成拱形磁场。在所述磁极下方设置有导磁块，所述导磁块可以使得磁场耦合于靶面上，提高镀膜效率与靶材的利用率。所述磁场为标准的平衡磁场，磁极之间的磁力线闭合于靶材附近，在磁钢的两端设置为两条N极的磁极,在磁钢的正中间位置设计为一条S极的磁极，即所述S极到两端的两个N极的距离相等，所述导磁块设置于所述S极磁极的正下方和磁钢两端的N极磁极的正下方，可以使得磁场完全耦合于靶面正上方，没有多余的磁场停留在靶面两端的外侧，提高镀膜效率。本技术提供的平衡磁场，使两极磁力线闭合于靶面，不形成多余空间扩散，确保电子/等离子体尽可能约束在靶面附近，在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，可以保证镀膜效率。同时，相比较于非平衡磁场，电场和磁场对电子的束缚能力确保电子有效束缚在靠近靶面的区域内，基本消除了电子对基片的轰击，电子高能轰击造成的靶材膜层微断续状不良，有效改善了低电阻高品质靶材成膜过程中的微断续状缺陷，将改善前的约4％高比例不良，降低到约0.08％极小比例不良，对于高品质的靶材的成膜质量具有显著改善，有效提升产品品质。磁场结构的完善，使得靶材表面有效溅射表面的增加，同时在磁极下方设置有导磁块，通过导磁块提高磁场强度，使得本技术的平衡磁场的磁场强度能够满足电离电子轰击靶材溅射成膜的能量要求。附图说明图1为现有的磁控溅射装置示意图；图2为本技术的磁控溅射装置的第一示意图；图3为本技术的磁控溅射装置的第二示意图图4为本技术的靶面静态刻蚀示意图；图5为本技术带有双向电机的靶面动态刻蚀示意图；图6为本技术的磁钢的平面结构示意图。附图标记1-磁钢、2-靶材、3-基片、4-导磁块。具体实施方式为了更好地理解本技术，以下结合附图与实施例对本技术进行说明，具体实施方式如下。本技术提出一种平衡磁场的溅射镀膜装置，包括水平设置的阴极靶材2，所述阴极靶材2为长方形板状结构，阴极靶材2上方50-100mm的范围内设有基片3，阴极靶材2下方设置有磁钢1，所述磁钢1包括磁钢座与磁极。通过磁钢的磁极间的作用，所述磁钢1在阴极靶材2上表面形成拱形磁场。在所述磁极下方设置有导磁块4，所述导磁块可以使得磁场耦合于靶面上，提高镀膜效率与靶材的利用率。在具体实施例中，如图2所示，所述磁场为标准的平衡磁场，磁极之间的磁力线闭合于靶材2附近，在磁钢1的两端设置为两条N极的磁极,在磁钢1的正中间位置设计为一条S极的磁极，即所述S极到两端的两个N极的距离相等，所述导磁块4设置于所述S极磁极的正下方和磁钢1两端的N极磁极的正下方，此种平衡磁场条件下，磁场完全耦合于整个靶面上，靶面两端的外侧没有多余的磁场浪费。在优选的方案中，所述磁钢1的宽度L为150mm，所述靶材的宽的跨度为200mm，所述N极磁极在靶面上的投影的宽度L1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平衡磁场溅射镀膜装置，包括：水平设置的阴极靶材(2)、磁钢(1)与基片(3)，所述阴极靶材(2)为长方形板状结构，所述基片(3)设在阴极靶材(2)上方50‑100mm的范围内，阴极靶材(2)下方设置有磁钢(1)，所述磁钢(1)包括磁钢座与磁极，所述磁钢(1)在阴极靶材(2)上表面形成拱形磁场；其特征在于，在所述磁极下方设置有导磁块(4)。

【技术特征摘要】
1.一种平衡磁场溅射镀膜装置，包括：水平设置的阴极靶材(2)、磁钢(1)与基片(3)，所述阴极靶材(2)为长方形板状结构，所述基片(3)设在阴极靶材(2)上方50-100mm的范围内，阴极靶材(2)下方设置有磁钢(1)，所述磁钢(1)包括磁钢座与磁极，所述磁钢(1)在阴极靶材(2)上表面形成拱形磁场；其特征在于，在所述磁极下方设置有导磁块(4)。2.根据权利要求1所述的平衡磁场溅射镀膜装置，其特征在于，磁钢(1)的两端设置有两条N极的磁极,在磁钢(1)的正中间位置设有一条S极的磁极，所述导磁块(4)设置于所述S极磁极的正下方和磁钢(1)两端的N极磁极的正下方。3.根据权利要求2所述的平衡磁场溅射镀膜装置，其特征在于，所述磁钢(1)的宽度为150mm，所述靶材的宽的跨度为200mm，所述N极磁极在靶面上的投影的宽度为10mm，所述S极磁极在靶面上的投影的宽度为20mm，所述N极磁极与S极磁极高度均为30mm，所述导磁块(4)为12mm厚的铁块，且靶面上方平行磁场的强度为480-550高斯。4.根据权利要求3所述的平衡磁场溅射镀膜装置，其特征在于，所述磁钢(1)长的跨度为1114mm，所述两端的N极磁极长的跨度设置为1091mm，缩减S极的磁极长的跨度为1044mm。5.根据权利要求3所述的平衡磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：申屠江民，祝宇，龚阳，
申请(专利权)人：浙江莱宝科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33