專利名稱：一種配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置，屬于真空濺射或離子 注入進行鍍膜的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁控濺射裝置用于在基體上鍍制膜層?；w和濺射靶安裝于真空室內(nèi)，在低氣壓 的輝光放電中，作為陰極的靶板被濺射，濺射原子沉積在基體上形成薄膜。其特點是在濺射 裝置的靶表面引入與靶面平行并與電場正交的磁場，在靶面附近形成電子陷阱區(qū)，增大氣 體的電離密度，以達到在低氣壓、低電壓和較低的基片溫度下沉積薄膜。該設(shè)備的關(guān)鍵部位 是陰極濺射靶。在現(xiàn)有的磁控濺射領(lǐng)域，磁控濺射裝置通常在真空室內(nèi)安裝有多個非平衡磁控濺 射靶。每個非平衡磁控濺射靶僅能在其靶面附近產(chǎn)生較強磁場，而離靶面較遠及靶間區(qū)域 的磁場強度較弱。當(dāng)真空室內(nèi)的工件圍繞著該多個非平衡磁控濺射靶旋轉(zhuǎn)時，工件僅在處 于靶面附近時才能浸泡在高密度等離子體中，離子轟擊效果顯著，此時不僅鍍膜質(zhì)量好，而 且鍍膜速度快。但是，工件在旋轉(zhuǎn)過程中大多數(shù)時間都處在稀薄等離子體中，由于等離子體 密度低，濺射原子的沉積速度低，沉積成薄膜的時間長且膜層質(zhì)量差。此外，現(xiàn)有的磁控濺射裝置所采用的單靶結(jié)構(gòu)僅在靶面附近才能形成較高密度的 等離子體，等離子體的覆蓋面積較小，所以導(dǎo)致靶材的刻蝕結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)狹窄的V形，靶材利用 率較低。因此，現(xiàn)有的磁控濺射裝置不能保證工件始終浸沒在高密度等離子體中，從而導(dǎo)致 鍍膜時間長，鍍膜質(zhì)量差，靶材消耗不均勻而降低利用率等不良結(jié)果。雖然上世紀(jì)90年代發(fā)展的中頻磁控濺射技術(shù)一定程度上提高了沉積速率，但并 沒有從根本上解決膜層附著力的問題。因此，通過增加離子源、多弧源或提高濺射功率等技 術(shù)手段，以提高沉積速率，提高成膜品質(zhì)，是國內(nèi)外研究開發(fā)的重要方向。

實用新型內(nèi)容為解決以上現(xiàn)有磁控濺射裝置的不足，本實用新型目的是提供一種配置氣體離子 源的對靶磁控濺射裝置，能夠充分發(fā)揮氣體離子源和磁控濺射的優(yōu)點，產(chǎn)生強離子束流，以 保證工件始終浸沒在較高密度等離子體中，成膜速度快、膜層附著力強且生產(chǎn)過程無污染、 成本低，同時還能大幅度提高靶材利用率。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案是一種配置氣體離子源的對靶磁 控濺射裝置，它包括真空室，真空室設(shè)有抽真空口，真空室內(nèi)設(shè)有磁控靶、工件架及氣體離 子源，磁控靶呈對靶設(shè)置，且每組對靶中間均置有一工件架，工件架旋轉(zhuǎn)過程中始終被控制 在一組對靶中間；正對每組對靶中間的工件架均置有一氣體離子源，用于對工件進行離子 源清洗及離子源輔助沉積成膜。上述每組對靶磁場極性布置方向相反，形成閉合場；同時每個單獨的磁控靶磁場 布局方式都為非平衡磁場。[0009]上述每組對靶可由一個中頻電源供電，也可以由兩個獨立的直流電源分別供電。上述工件架在所處對靶中間的旋轉(zhuǎn)可以是公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)同步進行或其中一種方式。本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)，使得對靶之間等離子體分布均勻、致密，并且工件始終 浸沒在該等離子體中，從而提高鍍膜效率及鍍膜質(zhì)量。

圖1為本實用新型配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置俯視圖。圖2(a)為傳統(tǒng)單靶磁控濺射裝置靶材刻蝕剖面圖。圖2(b)為本實用新型靶材刻蝕剖面圖。圖3為圓柱體形真空室內(nèi)配置氣體離子源的多組對靶磁控濺射裝置俯視圖。圖4為長方體形真空室內(nèi)配置氣體離子源的多組對靶磁控濺射裝置俯視圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置包括一圓柱體形真 空室1，該真空室1設(shè)有抽真空口 2，且其內(nèi)壁上安裝有加熱裝置3，可以方便調(diào)節(jié)真空室1 中的溫度。真空室1內(nèi)設(shè)有磁控靶4和磁控靶5，磁控靶4和5呈對靶設(shè)置(以下簡稱對靶 4，5)，且其之間的距離近似等于靶材寬度。對靶4，5磁場極性布置方向相反，形成閉合場； 同時每個單獨的磁控靶磁場布局方式都為非平衡磁場。對靶4，5可由一個中頻電源供電， 也可由兩個獨立的直流電源分別供電。對靶4，5中間置有一工件架6，工件架6帶動工件旋 轉(zhuǎn)過程中始終被控制在對靶4，5中間，所述旋轉(zhuǎn)可以是公轉(zhuǎn)和自傳同時進行或其中一種方 式。正對該工件架6置有一氣體離子源10，該氣體離子源10與一直流電源相連。在 本實施例中，該氣體離子源10是一陽極層離子源，氣體離子源10與工件之間的距離為80 毫米到100毫米之間。氣體離子源10在開啟直流電源后會產(chǎn)生兩個作用一是清洗工件表 面，使工件獲得一個潔凈的界面，從而提高膜層和工件的結(jié)合力；二是在鍍膜過程中有輔助 沉積成膜的作用，由氣體離子源10產(chǎn)生的等離子體與濺射產(chǎn)物發(fā)生相互作用，增大濺射產(chǎn) 物的離化率，從而大幅度提高磁控濺射鍍膜效率。本實用新型所采用的配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置既能提高對靶4，5之 間對濺射有利的磁感應(yīng)強度的平行分量，又能擴展與靶面平行的磁力線所覆蓋的區(qū)域。對 靶4，5之間的磁場把等離子體緊緊約束在對靶中間，且氣體離子源10的應(yīng)用使等離子體密 度大大提高，當(dāng)對各種工件進行鍍膜時，工件始終浸沒在等離子體中，離子的轟擊效果非常 顯著，膜層均勻性得到良好保證，膜層結(jié)合力和鍍膜速度得以提高。此外，本實用新型使對 靶4，5之間所產(chǎn)生的高密度等離子體加深對靶材的刻蝕深度并加大對靶材的刻蝕面積，從 而提高靶材利用率。如圖2(a)所示，傳統(tǒng)單靶磁控濺射裝置對靶材的刻蝕呈現(xiàn)V形，這是因為靶面附 近的磁場強度成圓弧形分布，在圓弧頂部具有最大的水平方向磁場分量，因此該處最能有 效地束縛電子的運動，產(chǎn)生高密度的等離子體，并導(dǎo)致其正下方的靶材以最快的速度被刻 蝕，而靶材的其他位置刻蝕的慢，甚至不刻蝕，所以單靶磁控濺射裝置對靶材的刻蝕強度弱 且刻蝕面積小，靶材利用率低。而本實用新型采用配置氣體離子源的對靶設(shè)置且每對磁控靶磁場極性布置方向相反，靶材上方的更大面積內(nèi)都具有水平方向的磁場分布，等離子體 覆蓋的區(qū)域變大，因而能極大地增加靶材的刻蝕面積，使得刻蝕槽不是狹窄的V行，而是寬 底的U形，如圖2(b)所示，顯然其靶材利用率遠遠高于V形刻蝕槽的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，本實用新型的真空室1內(nèi)也可設(shè)置有多組對靶4，5(圖中僅示出三 組)，每組對靶4，5中間均置有一工件架6，且正對每一工件架6均置有一氣體離子源10，用 于對工件進行離子源清洗及離子源輔助沉積成膜。該工件架6帶動工件旋轉(zhuǎn)過程中始終被 控制在一組對靶中間。每組對靶可由一個中頻電源供電，也可以由兩個獨立的直流電源分 別供電。此外，圖3所示本實用新型真空室1的圓柱體形狀也可設(shè)計成圖4所示的長方體 形狀，兩者的工作原理和達到的有益效果均相同。本實用新型與目前國內(nèi)外使用的鍍膜設(shè)備不同，充分利用了對靶技術(shù)、孿生技術(shù)、 非平衡磁控濺射技術(shù)、離子源技術(shù)，很好地改進了膜層的均勻性，改善了膜層質(zhì)量，提高了 膜層的附著力。本實用新型可采用計算機自動控制和半自動控制生產(chǎn)過程，其綜合性能大 大提高。因此，本實用新型不僅應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，具有較高的生產(chǎn)效率，而且改善了鍍膜質(zhì)量。總之，本實用新型充分體現(xiàn)了各種先進鍍膜技術(shù)的特點，克服了現(xiàn)有許多設(shè)備系 統(tǒng)的缺點，具有鍍膜效率高，鍍膜成本低、操作方便等特點，具有極大的應(yīng)用價值。
權(quán)利要求一種配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置，包括真空室，真空室設(shè)有抽真空口，真空室內(nèi)設(shè)有磁控靶和工件架，其特征在于，磁控靶呈對靶設(shè)置，且每組對靶中間均置有一工件架，工件架旋轉(zhuǎn)過程中始終被控制在一組對靶中間；正對每組對靶中間的工件架均置有一氣體離子源，用于對工件進行離子源清洗及離子源輔助沉積成膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置，其特征在于，每 組對靶磁場極性布置方向相反，形成閉合場；同時每個單獨的磁控靶磁場布局方式都為非 平衡磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置，其特征在于， 所述工件架在所處對靶中間的旋轉(zhuǎn)可以是公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)同步進行或其中一種方式。
專利摘要本實用新型提供一種配置氣體離子源的對靶磁控濺射裝置，其包括真空室，真空室設(shè)有抽真空口，真空室內(nèi)設(shè)有磁控靶、工件架及氣體離子源。磁控靶呈對靶設(shè)置，且每組對靶中間均置有一工件架，工件架旋轉(zhuǎn)過程中始終被控制在一組對靶中間；正對每組對靶中間的工件架均置有一氣體離子源，用于對工件進行離子源清洗及離子源輔助沉積成膜。每組對靶磁場極性布置方向相反，形成閉合場；同時每個單獨的磁控靶磁場布局方式都為非平衡磁場。本實用新型能夠充分發(fā)揮氣體離子源和磁控濺射的優(yōu)點，產(chǎn)生強離子束流，以保證工件始終浸沒在較高密度等離子體中，成膜速度快、膜層附著力強且生產(chǎn)過程無污染、成本低，同時還能大幅度提高靶材利用率。
文檔編號C23C14/35GK201598329SQ20102000438
公開日2010年10月6日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者汪友林 申請人:深圳森豐真空鍍膜有限公司;森科五金(深圳)有限公司