一种新型磁控溅射镀膜设备及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种新型磁控溅射镀膜设备及其控制方法，新型磁控溅射镀膜设备包括：真空室；若干个第一气体离子源，第一气体离子源的开口沿真空室的径向朝外；若干个高功率磁控组件，围绕第一气体离子源设置，且高功率磁控组件的开口沿真空室的径向朝内；若干个第一气体离子源和若干个高功率磁控组件形成多重闭合磁场；高功率磁控组件与第一气体离子源之间形成放置待镀样品的镀膜位。本发明专利技术采用若干个第一气体离子源和高功率磁控组件形成多重闭合磁场，利用闭合磁场作用限制电子运动，并对等离子体进行约束和引导，且采用若干个高功率磁控组件围绕第一气体离子源，优化闭合磁场的结构，在确保等离子体利用率较高的基础上，提高了涂层沉积效率。高了涂层沉积效率。高了涂层沉积效率。

【技术实现步骤摘要】
一种新型磁控溅射镀膜设备及其控制方法


[0001]本专利技术涉及磁控溅射镀膜
，尤其涉及的是一种新型磁控溅射镀膜设备及其控制方法。

技术介绍

[0002]闭合场非平衡磁控溅射(Closed
‑
field Unbalanced Magnetron Sputtering,CFUBMS)，即利用多个具有非平衡磁场分布的磁控溅射设备，通过调整磁体磁极方向，使其在镀膜区域形成闭合磁场回路的一种磁控溅射系统设计方法，能够显著提高真空镀膜系统内的等离子体密度和涂层沉积效率。但是常规的磁控溅射放电功率低，其产生的等离子体密度(～10
15
‑
10
16
m
‑3)和溅射材料离化率(<10％)也低，而闭合磁场主要通过限制电子运动实现等离子体密度和涂层沉积效率的提高，故对于常规的磁控溅射，闭合磁场作用并不十分明显。可见，常规磁控溅射技术镀膜设备的溅射离子离化率低且涂层沉积效率低。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种新型磁控溅射镀膜设备及其控制方法，旨在解决现有技术中常规磁控溅射技术镀膜设备的溅射离子离化率低和涂层沉积效率低的问题。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种新型磁控溅射镀膜设备，其中，包括：
[0007]真空室；
[0008]若干个第一气体离子源，位于所述真空室的中央，且所述第一气体离子源的开口沿所述真空室的径向朝外；
[0009]若干个高功率磁控组件，围绕所述第一气体离子源设置，且所述高功率磁控组件的开口沿所述真空室的径向朝内；
[0010]其中，所述高功率磁控组件的数量与所述第一气体离子源的数量相同；
[0011]若干个第一气体离子源和若干个所述高功率磁控组件形成多重闭合磁场；
[0012]所述高功率磁控组件与所述第一气体离子源之间形成放置待镀样品的镀膜位。
[0013]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述第一气体离子源的放电电流和离子电流在至少2h的放电时间内保持恒定；
[0014]所述高功率磁控组件包括：
[0015]磁控阴极，所述磁控阴极的平均功率密度大于80W/cm2；
[0016]第二气体离子源，所述第二气体离子源的放电电流和离子电流在至少2h的放电时间内保持恒定；
[0017]其中，所述第二气体离子源的磁极方向与所述磁控阴极的磁极方向相反；若干个所述高功率磁控组件中，所述磁控阴极和所述第二气体离子源依次交替排列。
[0018]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述新型磁控溅射镀膜设备还包括：
[0019]高功率脉冲磁控溅射，与所述磁控阴极连接实现高功率脉冲辉光放电；或
[0020]高功率磁控溅射电源，与所述磁控阴极连接实现持续高强度辉光放电；其中，所述高功率磁控溅射电源包括高功率直流电源、直流脉冲电源、中频电源或射频电源。
[0021]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述第一气体离子源的磁极方向与所述磁控阴极的磁极方向相同；或者
[0022]所述第一气体离子源的磁极方向与所述磁控阴极的磁极方向相反。
[0023]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述第一气体离子源和所述第二气体离子源均采用阳极层离子源；
[0024]所述阳极层离子源包括：
[0025]内阴极，位于轴心位置；
[0026]外阴极，环绕在所述内阴极外侧，所述外阴极和所述内阴极之间的间隙为离子束流通道；
[0027]永磁体，均匀排列在所述内阴极与所述外阴极之间；
[0028]阳极环，位于所述内阴极和所述外阴极之间且环绕所述内阴极，所述阳极环内设置有通气孔，所述阳极环设置有通气狭缝，所述通气狭缝连通所述通气孔，所述通气狭缝朝向所述离子束流通道。
[0029]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述新型磁控溅射镀膜设备还包括：
[0030]电源，与所述阳极层离子源连接；
[0031]其中，所述电源为恒压脉冲放电电源，所述恒压脉冲放电电源的电压<3000V、脉冲占空比5％
‑
80％；或
[0032]所述电源为直流电源，所述直流电源的电压为电压0～3000V。
[0033]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述新型磁控溅射镀膜设备还包括：
[0034]偏压电源系统；
[0035]旋转架，设置于所述真空室内并与所述偏压电源系统连接；其中，所述镀膜位设置在所述旋转架上，以实现所述镀膜位自转和公转。
[0036]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述偏压电源系统有两个输出模式：
[0037]其一为低压直流模式，电压<600V，以配合金属离子进行离子清洗、轰击和沉积；
[0038]其二为高压脉冲模式，电压1
‑
10kV，占空比为1％
‑
50％，以配合气体离子进行离子轰击、注入和沉积。
[0039]所述的新型磁控溅射镀膜设备，其中，所述真空室为圆柱形或多边形空腔，所述真空室的半径为0.1～5.0m；
[0040]所述新型磁控溅射镀膜设备还包括：
[0041]抽气系统，与所述真空室连接；
[0042]其中，所述抽气系统的真空达到<5
×
10
‑3Pa。
[0043]一种如上述任意一项所述的新型磁控溅射镀膜设备的控制方法，其中，包括步骤：
[0044]在镀膜位上放置待镀样品；
[0045]当真空室的真空满足预设要求时，控制若干个第一气体离子源和若干个高功率磁控组件启动，以对所述待镀样品进行镀膜。
[0046]有益效果：本专利技术采用若干个第一气体离子源和高功率磁控组件形成多重闭合磁场，利用闭合磁场作用限制电子运动，并对等离子体进行约束和引导，且采用若干个高功率磁控组件围绕第一气体离子源，优化闭合磁场的结构，在确保等离子体利用率较高的基础上，提高了涂层沉积效率。
附图说明
[0047]图1为新型磁控溅射镀膜设备的结构示意图。
[0048]图2是中央设备与正对边缘设备相吸的磁感线(a)及等离子体密度(b)分布图。
[0049]图3是中央设备与正对边缘设备相斥的磁感线(a)及等离子体密度(b)分布图。
[0050]图4是不同转角对应的磁感线(a)及等离子体密度(b)分布图。
[0051]图5是不同转角对应的等离子体溢出比例(a)及镀膜区内等离子体占比(b)。
[0052]图6是新型磁控溅射镀膜设备的结构示意图(a)及磁感线分布图(b)。
[0053]附图标记说明：
[0054]1、真空室；2、高功率磁控组件；21、磁控阴极；22、第二气体离子源；3、第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型磁控溅射镀膜设备，其特征在于，包括：真空室；若干个第一气体离子源，位于所述真空室的中央，且所述第一气体离子源的开口沿所述真空室的径向朝外；若干个高功率磁控组件，围绕所述第一气体离子源设置，且所述高功率磁控组件的开口沿所述真空室的径向朝内；其中，所述高功率磁控组件的数量与所述第一气体离子源的数量相同；若干个第一气体离子源和若干个所述高功率磁控组件形成多重闭合磁场；所述高功率磁控组件与所述第一气体离子源之间形成放置待镀样品的镀膜位。2.根据权利要求1所述的新型磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述第一气体离子源的放电电流和离子电流在至少2h的放电时间内保持恒定；所述高功率磁控组件包括：磁控阴极，所述磁控阴极的平均功率密度大于80W/cm2；第二气体离子源，所述第二气体离子源的放电电流和离子电流在至少2h的放电时间内保持恒定；其中，所述第二气体离子源的磁极方向与所述磁控阴极的磁极方向相反；若干个所述高功率磁控组件中，所述磁控阴极和所述第二气体离子源依次交替排列。3.根据权利要求2所述的新型磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述新型磁控溅射镀膜设备还包括：高功率脉冲磁控溅射，与所述磁控阴极连接实现高功率脉冲辉光放电；或高功率磁控溅射电源，与所述磁控阴极连接实现持续高强度辉光放电；其中，所述高功率磁控溅射电源包括高功率直流电源、直流脉冲电源、中频电源或射频电源。4.根据权利要求2所述的新型磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述第一气体离子源的磁极方向与所述磁控阴极的磁极方向相同；或者所述第一气体离子源的磁极方向与所述磁控阴极的磁极方向相反。5.根据权利要求4所述的新型磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述第一气体离子源和所述第二气体离子源均采用阳极层离子源；所述阳极层离子源包括：内阴极，位于轴心位置；外阴极，环绕在所述内阴极外侧，所述外阴极和所述内阴极之间的间隙为离子束流通道；永磁体，均匀排...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠振，崔岁寒，郭宇翔，马正永，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：