一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统及方法技术方案

本发明专利技术属于磁控溅射镀膜技术领域，具体涉及一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统及方法。本发明专利技术的技术方案如下：一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，包括空心电磁线圈、可变电流直流电源和线圈位置调节机构，线圈位置调节机构设置在磁控溅射镀膜机的基片台上，所述基片台上设有工件盘，空心电磁线圈安装在线圈位置调节机构上，空心电磁线圈放置在磁控溅射镀膜机的磁控靶与所述工件盘之间，空心电磁线圈与所述磁控靶同轴设置，可变电流直流电源与空心电磁线圈相连。本发明专利技术提供的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统及方法，能够实现对等离子体束流的汇聚调控作用，提高溅射粒子收得率和靶材利用率。和靶材利用率。和靶材利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统及方法


[0001]本专利技术属于磁控溅射镀膜
，具体涉及一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统及方法。

技术介绍

[0002]磁控溅射是一种重要的物理气相沉积镀膜方法。磁控溅射技术基本原理是在二极溅射阴极靶背面加装强力磁铁或电磁线圈，当高电压下Ar原子产生等离子辉光放电时，电子被靶磁场束缚在靶表面的等离子体区域内，不断撞击Ar原子使之电离，产生大量的Ar+离子，有效地提高了工作气体的电离率和电子的能量利用率。磁控溅射具有沉积速率高、基片温度低、对基片损伤小、可镀材料广泛、设备简单、形式多样、工艺易控、可重复性好等优点，在3C电子产品和其他现代功能薄膜制备中发挥着重要作用。但是磁控溅射镀膜技术也有不足之处，主要表现在溅射粒子呈喇叭状发散状态，部分从靶材上溅出的粒子沉积在基片台之外的地方，造成珍贵靶材资源的白白浪费。
[0003]由于等离子体本身具有荷能离子属性，在外加磁场作用下受洛伦兹力影响，可改变荷能离子的运动轨迹。如专利CN113463039A公开了一种线圈电磁挤压式磁过滤装置，采用磁挤压的方式，能完成从电源阴极至真空室的等离子体的偏转，完成大颗粒的过滤，使传统磁过滤等离子体非常集中的特点会有所改善，有利于大面积和均匀沉积。专利CN106591783A公开了一种磁约束真空离子镀膜装置，可解决椭圆谐振腔和圆柱多模谐振腔微波离子镀膜技术中存在的等离子体范围小、膜沉积速率慢、均匀性和一致性不够高的问题。专利CN113652674A公开了一种基于磁约束等离子体超双疏膜层的制备装置及方法，利用永磁体单元在腔室内产生磁场，对腔室内的等离子体中的自由电子进行约束，使其沿磁力线做螺旋形运动从而增大碰撞几率，由此产生的大量离子基团受鞘电压的作用，撞击基材表面而形成至少达到微米级的深度刻蚀，同时对基材表面进行活性化、洁净化处理，最终低成本、规模化、一次性完成超双疏界面涂层的制备。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统及方法，能够实现对等离子体束流的汇聚调控作用，提高溅射粒子收得率和靶材利用率。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，包括空心电磁线圈、可变电流直流电源和线圈位置调节机构，线圈位置调节机构设置在磁控溅射镀膜机的基片台上，所述基片台上设有工件盘，空心电磁线圈安装在线圈位置调节机构上，空心电磁线圈放置在磁控溅射镀膜机的磁控靶与所述工件盘之间，空心电磁线圈与所述磁控靶同轴设置，可变电流直流电源与空心电磁线圈相连。
[0007]进一步地，所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，所述空心
电磁线圈包括金属骨架和耐高温漆包线，所述金属骨架设有中心孔，耐高温漆包线缠绕在所述金属骨架上形成线包，耐高温漆包线的两个端头分别接在可变电流直流电源的输出端子上。
[0008]进一步地，所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，所述磁控靶的截面形状为圆形，所述中心孔的形状为圆形，所述中心孔的直径为所述磁控靶的直径的1.1～2倍；所述空心电磁线圈与所述磁控靶之间的距离为靶基距的1/4～1/3。
[0009]进一步地，所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，所述磁控靶的截面形状为方形，所述中心孔的形状为方形，所述中心孔的长度为所述磁控靶的长度的1.1～2倍，所述中心孔的宽度为所述磁控靶的宽度的1.1～2倍；所述空心电磁线圈与所述磁控靶之间的距离为靶基距的1/4～1/3，靶基距即靶材到基片台之间的距离。
[0010]进一步地，所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，所述可变电流直流电源的输出电流在0～20安培之间。
[0011]进一步地，所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，所述线圈位置调节机构包括支杆、调节螺母和连接板，所述支杆的下端固定设置在所述基片台上，两个调节螺母螺接在所述支杆的上部，所述连接板的一端安装在所述支杆上且位于两个调节螺母之间，所述连接板的另一端与所述空心电磁线圈相连。
[0012]一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束方法，利用上述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，包括如下步骤：
[0013]步骤1、在磁控溅射镀膜机的磁控靶上安装靶材；
[0014]步骤2、通过线圈位置调节机构将空心电磁线圈移动到合适距离；将可变电流直流电源的开关设于断开位置；
[0015]步骤3、将工件放置在工件盘上；
[0016]步骤4、开启磁控溅射镀膜机，进行抽真空处理，至真空度优于1
×
10
‑3Pa；打开质量流量计，向真空室内充入工作气体，使真空室工作气压维持在0.1～2Pa；
[0017]步骤5、开启磁控靶溅射直流电源，靶面启辉，形成等离子体束流；此时溅射粒子不仅沉积在工件的表面，还沉积在工件周围的基片台上；
[0018]步骤6、将可变电流直流电源的开关转动至连通状态，调节电位器，使输出电流逐渐增大，随着电流增大，等离子体束斑由大变小；通过线圈位置调节机构将空心电磁线圈上下移动，使得等离子体束流完全汇聚在工件的表面；
[0019]步骤7、保持磁约束溅射镀膜状态完成镀膜后，关闭溅射电源，关闭可变电流直流电源，关闭抽真空系统，真空室充入大气，取出镀膜后的工件。
[0020]进一步地，所述的磁约束方法，所述工作气体为氩气或氦气，或者在氩气或氦气中掺入氧气、氮气为反应气体。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022]1、磁控靶启辉之后产生的等离子体束流，可从空心电磁线圈的空心处完全穿过；通过调整空心电磁线圈电流方向、电流大小及线圈与磁控靶之间的相对位置，通过空心电磁线圈产生的外加磁场对等离子体束流进行有效调控，使其尽可能汇聚在工件表面。
[0023]2、可变电流直流电源是作为励磁电源为空心电磁线圈供电的，可通过调节电流的大小和方向来改变电磁线圈所产生磁场的强度大小与方向；通过调节可变电流直流电源的
输出电流，使等离子体束斑由大变小，最后完全汇聚在工件的表面，实现对溅射粒子的高收得率沉积。
[0024]3、线圈位置调节机构是用来改变空心电磁线圈与磁控靶之间相对位置的，可通过该机构进一步调控空心电磁线圈所产生磁场的空间布局，实现对等离子体束流的灵活调控。
附图说明
[0025]图1为实施例1中圆形磁控靶在空心电磁线圈不通电情况下等离子体束流的发散形态示意图；
[0026]图2为实施例1中圆形磁控靶在空心电磁线圈通电情况下等离子体束流的汇聚形态示意图；
[0027]图3为实施例2中矩形磁控靶在空心电磁线圈不通电情况下等离子体束流的发散形态示意图；
[0028]图4为实施例2中矩形磁控靶在空心电磁线圈通电情况下等离子体束流的汇聚形态示意图。
具体实施方式
[0029]如图1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，其特征在于，包括空心电磁线圈、可变电流直流电源和线圈位置调节机构，线圈位置调节机构设置在磁控溅射镀膜机的基片台上，所述基片台上设有工件盘，空心电磁线圈安装在线圈位置调节机构上，空心电磁线圈放置在磁控溅射镀膜机的磁控靶与所述工件盘之间，空心电磁线圈与所述磁控靶同轴设置，可变电流直流电源与空心电磁线圈相连。2.根据权利要求1所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，其特征在于，所述空心电磁线圈包括金属骨架和耐高温漆包线，所述金属骨架设有中心孔，耐高温漆包线缠绕在所述金属骨架上形成线包，耐高温漆包线的两个端头分别接在可变电流直流电源的输出端子上。3.根据权利要求2所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，其特征在于，所述磁控靶的截面形状为圆形，所述中心孔的形状为圆形，所述中心孔的直径为所述磁控靶的直径的1.1～2倍；所述空心电磁线圈与所述磁控靶之间的距离为靶基距的1/4～1/3。4.根据权利要求2所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，其特征在于，所述磁控靶的截面形状为方形，所述中心孔的形状为方形，所述中心孔的长度为所述磁控靶的长度的1.1～2倍，所述中心孔的宽度为所述磁控靶的宽度的1.1～2倍；所述空心电磁线圈与所述磁控靶之间的距离为靶基距的1/4～1/3。5.根据权利要求1所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，其特征在于，所述可变电流直流电源的输出电流在0～20安培之间。6.根据权利要求1所述的提高磁控溅射镀膜机溅射粒子收得率的磁约束系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：田广科，李新宇，柴培钊，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：