CN114214596B - 磁控溅射镀膜腔室、镀膜机以及镀膜方法 - Google Patents

磁控溅射镀膜腔室、镀膜机以及镀膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁控溅射镀膜腔室、镀膜机以及镀膜方法。该磁控溅射镀膜腔室包括镀膜罩、样品台以及多个磁控管组。在磁控溅射镀膜腔室的设计中,从外到内的方向上,当磁控管组的排布位置为奇数时,该磁控管组中的磁控管数量为偶数个,当磁控管组的排布位置为偶数时,该磁控管组中的磁控管数量为奇数个,同时最外层的磁控管组中的磁控管的数量大于或等于4,次外层的磁控管组中的磁控管的数量大于或等于3个,并且最外层的磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性相反。此时,有助于形成更高密度和空间分布更为均匀的等离子体区域,进而提高大尺寸基材镀层厚度的均匀性。

Description

磁控溅射镀膜腔室、镀膜机以及镀膜方法
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域,尤其是涉及一种磁控溅射镀膜腔室、镀膜机以及镀膜方法。
背景技术
磁控溅射是目前使用较为广泛的一种镀膜方式。在磁控溅射镀膜的过程中,通常是利用气体的辉光放电来形成溅射离子,比如氩气辉光放电形成Ar+离子和一个电子,然后溅射离子被电场加速,定向撞击靶材,将靶材表面的物质以原子、原子团、微粒或离子的方式撞出,这些被撞出的物质沉积在基材上形成镀层。
目前,采用传统的磁控溅射镀膜机能够在小尺寸基材的表面形成多种性能良好的功能膜层。然而,随着产品的不断升级,需要使用到越来越多的大尺寸基材以使产品满足消费需求。此时,采用传统的磁控溅射镀膜机虽然能够在大尺寸基材上成膜,但是由此形成的镀层在厚度均匀性上表现欠佳。
发明内容
基于此,有必要提供一种能够有效提高大尺寸基材镀层厚度均匀性的磁控溅射镀膜腔室、镀膜机以及镀膜方法。
为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为:
一种磁控溅射镀膜腔室,包括镀膜罩、样品台以及多个磁控管组;
所述样品台和多个所述磁控管组均位于所述镀膜罩的内部,所述样品台设于相邻的两个磁控管组之间;
在由外到内的方向上,多个磁控管组分为第1磁控管组、第2磁控管组……第m磁控管组,m为≥2的整数;
其中,第1磁控管组具有a1个磁控管,……第2p+1磁控管组具有ax个磁控管,p为≥0的整数,x为≥1的整数,a1、……ax为偶数,a1≥4;
第2磁控管组具有b1个磁控管,……第2q磁控管组具有by个磁控管,q为≥1的整数,y为≥1的整数,b1、……by为奇数,b1≥3;
所述第1磁控管组中的磁控管围绕所述镀膜罩的中心分布,所述第2磁控管组中的磁控管围绕所述镀膜罩的中心分布;所述磁控管包括内磁体和位于所述内磁体两侧的两个外磁体,所述内磁体的极性与所述外磁体的极性相反;所述第1磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性相反。
在其中一个实施例中,其特征在于,ax≥4;和/或,by≥3。
在其中一个实施例中,第2p+1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于或等于其内磁体的磁场强度;和/或,
第2q磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度。
在其中一个实施例中,各磁控管组中的磁控管围绕所述镀膜罩的中心分布。
在其中一个实施例中,相邻的磁控管组之间的距离相等。
在其中一个实施例中,在由外到内的方向上,各磁控管组中的磁控管数量逐渐减少。
在其中一个实施例中,第2p+1磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性均相反。
在其中一个实施例中,第2q磁控管组中均存在相邻的两个磁控管的外磁体的极性相同。
一种镀膜机,包括多个靶材以及如上述任一实施例中所述的磁控溅射镀膜腔室,所述靶材与所述磁控管一一对应。
一种镀膜方法,采用所述镀膜机,所述镀膜方法包括如下步骤:
将待镀膜基材放置在所述样品台上;
在所述镀膜罩内形成背底真空;
在所述镀膜罩内通入可产生辉光放电的气体;
对所述靶材施加镀膜功率,对所述待镀膜基材施加镀膜负压。
上述磁控溅射镀膜腔室包括镀膜罩、样品台以及多个磁控管组。在磁控溅射镀膜腔室的设计中,从外到内的方向上,当磁控管组的排布位置为奇数时,该磁控管组中的磁控管数量为偶数个,当磁控管组的排布位置为偶数时,该磁控管组中的磁控管数量为奇数个,同时最外层的磁控管组中的磁控管的数量大于或等于4,次外层的磁控管组中的磁控管的数量大于或等于3个,并且最外层的磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性相反。此时,在最外层磁控管组形成的区间内可以形成闭合的磁场,所有磁力线均能够被束缚在最外层磁控管组形成的区间内,使得在镀膜过程中,所有电子都能够被束缚在最外层磁控管组形成的区间内,有效减少了电子的湮灭。另外,次外层的磁控管组中磁控管为奇数,形成半闭合状态,部分磁力线更加发散,这样可以使电子沿磁力线做摆线运动存在于更宽范围空间的概率大幅度提高,有助于形成更高密度和空间分布更为均匀的等离子体区域,进而提高大尺寸基材镀层厚度的均匀性。
附图说明
图1为本发明一实施例中磁控管组中的磁控管的结构示意图;
图2为本发明一实施例中磁控管组中的磁控管的简化结构示意图;
图3为本发明一实施例中磁控溅射镀膜腔室的结构示意图;
图4为本发明镀层厚度和硬度测试时的基材上的测试点示意图。
图中标记说明:
100、磁控溅射镀膜腔室;200、靶材;300、磁力线;400、磁控管;401、内磁体;402、外磁体;500、磁体固定座;600、靶罩;700、镀膜罩;800、样品台。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
可以理解的是,在本发明中“N”和“S”分别代表磁体的极性,同时“N”和“S”代表相反的极性。
请参阅图1,其中展示了本发明一实施例中两种磁控管的结构示意图。具体地,请参阅图1中(a),展示了一种矩形靶材。其中,内磁体401和位于其两侧的外磁体402固定在矩形磁体固定座500上,靶材200位于磁体上,在靶材200上方展示了部分磁力线300。进一步地,作为一种磁控管400的表征,请参阅图1中(b),磁控管400包括内磁体401和位于内磁体401两侧的两个外磁体402,此时磁控管为长方体形。
请参阅图1中(c),展示了一种圆柱体靶材。其中,内磁体401和位于其两侧的外磁体402固定在圆环形的磁体固定座500上,靶材200位于磁体上,靶材200外表面设置有靶罩600,在靶材200上方展示了部分磁力线300。进一步地,作为一种磁控管400的表征,请参阅图1中(d),磁控管400包括内磁体401和位于内磁体401两侧的两个外磁体402,此时磁控管为圆柱形。
请参阅图2,在图2中对长方体形磁控管和圆柱形磁控管的位置关系作了进一步简化。其中,图2中(a)表示两个长方体形磁控管正对设置时的示意,此时两个磁控管之间形成闭合的磁场。图2中(b)表示两个长方体形磁控管相邻设置时的示意,此时两个磁控管之间可以形成一个桥连闭合的磁场。图2中(c)表示两个圆柱形磁控管正对设置时的示意,此时两个磁控管之间形成闭合的磁场。图2中(d)表示两个圆柱形磁控管相邻设置时的示意,此时两个磁控管之间可以形成一个桥连闭合的磁场。由图2中(a)~(d)可以看出,两个磁控管在相对位置上无论是正对还是相邻,其束缚电子的方式和原理是一致的。基于此,请参阅图2中(e),其展示了两个磁控管的排布关系,其中两个磁控管可以均为长方体形磁控管,也可以均为圆柱形磁控管。另外,在实际磁控管的实际安装位置上,两个磁控管相邻设置或者相对设置都可以用图2中(e)展示的形式进行表征。
请参阅图3,本发明一实施例提供了一种磁控溅射镀膜腔室100。该磁控溅射镀膜腔室100包括镀膜罩700、样品台800以及多个磁控管组。样品台800和多个磁控管组均位于镀膜罩700的内部,样品台800设于相邻的两个磁控管组之间。在由外到内的方向上,多个磁控管组分为第1磁控管组、第2磁控管组……第m磁控管组,m为≥2的整数。其中,第1磁控管组具有a1个磁控管,……第2p+1磁控管组具有ax个磁控管,p为≥0的整数,x为≥1的整数,a1、……ax为偶数,a1≥4;第2磁控管组具有b1个磁控管,……第2q磁控管组具有by个磁控管,q为≥1的整数,y为≥1的整数,b1、……by为奇数,b1≥3。第1磁控管中的磁控管400围绕镀膜罩的中心分布,第2磁控管中的磁控管400围绕镀膜罩的中心分布;磁控管400包括内磁体401和位于内磁体401两侧的两个外磁体402,内磁体401的极性与外磁体402的极性相反;第1磁控管组中相邻的两个磁控管400的外磁体402的极性相反。在本实施例的磁控溅射镀膜腔室中,在最外层磁控管组形成的区间内可以形成闭合的磁场,所有磁力线均能够被束缚在最外层磁控管组形成的区间内,使得在镀膜过程中,所有电子都能够被束缚在最外层磁控管组形成的区间内,有效减少了电子的湮灭。另外,次外层的磁控管组中磁控管为奇数,形成半闭合状态,部分磁力线更加发散,这样可以使电子沿磁力线做摆线运动存在于更宽范围空间的概率大幅度提高,有助于形成更高密度和空间分布更为均匀的等离子体区域,进而提高大尺寸基材镀层厚度的均匀性。
在磁控溅射镀膜的基材中,基材的长宽尺寸超过60mm×60mm则认为是大尺寸的基材。传统的磁控溅射方法对于大尺寸基材的镀膜过程中,容易出现镀层厚度不均匀的问题。可以理解的是,在由外到内的方向上,多个磁控管组分为第1磁控管组、第2磁控管组……第m磁控管组。此时,第1磁控管组表示最外层的磁控管组,第2磁控管组表示次外层的磁控管组,以此类推。
可以理解的是,外磁体表示磁控管两端的磁体,内磁体表示磁控管中间的磁体。本实施例中展示的磁控管包括一个内磁体和两个外磁体,外磁体的极性与内磁体极性相反。在实际设计中,内磁体和外磁体之间还可以设置一个或多个磁体。
在一些具体的实施例中,磁控溅射镀膜腔室,包括镀膜罩700、样品台800以及2个磁控管组;样品台800和2个磁控管组均位于镀膜罩700的内部,样品台800设于相邻的两个磁控管组之间;在由外到内的方向上,2个磁控管组分为第1磁控管组、第2磁控管组。即,m=2,第1磁控管组位于最外层,第2磁控管组位于次外层。其中,第1磁控管组具有偶数个磁控管,且a1≥4。例如,第1磁控管组中磁控管可以是4个、6个、8个,10个等。第2磁控管组具有奇数个磁控管,且b1≥3。例如,第2磁控管组中磁控管可以为3个、5个、7个等。在该示例中,第1磁控管组中的磁控管围绕镀膜罩700的中心分布,第2磁控管中的磁控管围绕镀膜罩700的中心分布。第1磁控管组中和第2磁控管组中的磁控管均包括内磁体401和位于内磁体401两侧的两个外磁体402,内磁体401的极性与外磁体402的极性相反;例如,磁控管中内磁铁和外磁铁的排布可以为N-S-N或S-N-S。
第1磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体402的极性相反。以第1磁控管组磁控管的数量为4为例,第1磁控管组中的4个磁控管的排布依次可以为N-S-N、S-N-S、N-S-N,S-N-S,此时,最外层的磁控管之间可以形成闭合的磁场,在镀膜过程中,所有电子都能够被束缚在最外层磁控管组形成的区间内,有效减少了电子的湮灭。
在该示例中,第2层磁控管组含有奇数个磁控管,使得第2磁控管组中的磁控管之间无法形成闭合的磁场,部分磁力线更加发散,此时可以增加电子的运动空间,利于大尺寸基材的均匀镀膜。
在该示例中,对第2磁控管组中各个磁控管的排列方式不作限定,可以是相邻两个磁控管之间的外磁体的极性相反,也可以相同。进一步地,第2磁控管组中存在相邻的两个磁控管的外磁体的极性相同。
在一个具体的示例中,第2q磁控管组中的磁控管的外磁体的磁场强度与其内磁体的磁场强度相等。比如,第2q磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度和内磁体的磁场强度均为4000高斯(GS),或者第2q磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度和内磁体的磁场强度均为2500GS。
在一个具体的示例中,第2q磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度。比如,第2q磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为4000GS、其内磁铁的磁场强度为2500GS。
在一个具体的示例中,第2q磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度小于其内磁体的磁场强度。比如,第2q磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为2500GS、其内磁铁的磁场强度为4000GS。
在一个具体的示例中,第2p+1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度小于其内磁体的磁场强度。比如,第2p+1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为2500GS、其内磁铁的磁场强度为4000GS。
在一个具体的示例中,第2p+1磁控管组中的磁控管的外磁体的磁场强度与其内磁体的磁场强度相等。比如,第2p+1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度和内磁体的磁场强度均为4000高斯(GS),或者第2p+1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度和内磁体的磁场强度均为2500GS。
在一个具体的示例中,第2p+1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度。比如,第2p+1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为4000GS、其内磁铁的磁场强度为2500GS。
在一个具体的示例中,第1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度小于其内磁体的磁场强度;或者第1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度;或者第1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度等于其内磁体的磁场强度。和/或,第2磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度小于其内磁体的磁场强度;或者第2磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度;或者第2磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度等于其内磁体的磁场强度。
进一步地,第1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为4000GS、其内磁铁的磁场强度为2500GS,或者第1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为2500GS、其内磁铁的磁场强度为4000GS,或者第1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为4000GS、其内磁铁的磁场强度为4000GS,或者第1磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为2500GS、其内磁铁的磁场强度为2500GS。
更进一步地,第2磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为4000GS、其内磁铁的磁场强度为2500GS,或者第2磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为2500GS、其内磁铁的磁场强度为4000GS,或者第2磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为4000GS、其内磁铁的磁场强度为4000GS,或者第2磁控管组中磁控管的两个外磁体的磁场强度为2500GS、其内磁铁的磁场强度为2500GS。
再进一步地,第1磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性相反。第2磁控管组中存在相邻的两个磁控管的外磁体的极性相同。
在一个具体的示例中,第2p+1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于或等于其内磁体的磁场强度;和/或,第2q磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度。
具体地,第1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于或等于其内磁体的磁场强度,第2磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度。
在一个具体的示例中,磁控管组有3个,由外到内依次是第1磁控管组、第2磁控管组和第3磁控管组。其中,第1磁控管组具有偶数个磁控管,且a1≥4,例如,可以是4个、6个、8个,10个等。第2磁控管组具有奇数个磁控管,且b1≥3,例如,可以为3个、5个、7个等。第3磁控管组具有偶数个磁控管,且a2≥4,例如,可以是4个、6个、8个,10个等。在一个具体的示例中,磁控管组有4个,由外到内依次是第1磁控管组、第2磁控管组、第3磁控管组以及第4磁控管组。其中,第1磁控管组具有偶数个磁控管,且a1≥4,例如,可以是4个、6个、8个,10个等。第2磁控管组具有奇数个磁控管,且b1≥3,例如,可以为3个、5个、7个等。第3磁控管组具有偶数个磁控管,且a2≥4,例如,可以是4个、6个、8个,10个等。第4磁控管组具有奇数个磁控管,且b2≥3,例如,可以为3个、5个、7个等。
请参阅图3,在另一个具体的示例中,磁控管组有3个,由外到内依次是第1磁控管组、第2磁控管组和第3磁控管组。其中,第1磁控管组包括6个磁控管,第2磁控管组包括5个磁控管,第3磁控管组包括6个磁控管。可以理解的是,磁控管组的数量大于或等于2个。比如,磁控管组的数量可是但不限定为2个、3个、4个、5个等。每个磁控管组中的磁控管的数量也可以根据实际需求进行选择。进一步地,为了方便对各磁控管组中的磁控管进行区分,在一个具体的示例中,第1磁控管组中的磁控管顺时针方向依次标号为A1、A2、A3、……An,第2磁控管组中的磁控管顺时针方向依次标号为B1、B2、B3、……Bn,第3磁控管组中的磁控管顺时针方向依次标号为C1、C2、C3、……Cn。在图3所示的示例中,A1、A2、A3、……An中相邻的两个磁控管的外磁体的极性相反。C1、C2、C3、……Cn中相邻的两个磁控管的外磁体的极性相反。B1、B2、B3、……Bn中B2和B3的外磁体的极性相同,其他相邻的磁控管的外磁体的极性相反。
更进一步地,样品台800可自转连接于镀膜罩700,同时,样品台800能够绕镀膜罩700的中心公转。
再进一步地,样品台800有多个,各相邻的两个磁控管组之间设置有样品台800。进一步地,相邻的两个磁控管组之间的样品台800也可以是多个。
在一个具体的示例中,ax≥4。此时,第1磁控管组,……第2p+1磁控管组中的磁控管的数量均≥4,即当磁控管组的位置为奇数时,该磁控管组中的磁控管的数量均≥4。能够获得更加均匀的磁场分布,进一步提高镀层厚度的均匀性。
在另一个具体的示例中,by≥3。此时,第2磁控管组,……第2q磁控管组中的磁控管的数量均≥3,即当磁控管组的位置为偶数时,该磁控管组中的磁控管的数量均≥3。能够获得更加均匀的磁场分布,进一步提高镀层厚度的均匀性。此时,通过各磁控管组的配合能够得到更大的溅射纵深,进一步提高大尺寸基材镀层厚度的均匀性。
可选地,各磁控管组中的磁控管围绕镀膜罩的中心分布。此时,各磁控管组中的磁控管围绕镀膜罩的中心呈环形分布。
在一个具体的示例中,相邻的磁控管组之间的距离相等。此时,各磁控管组分布在距离相等的圆环上。
作为磁控管在数量上的另一种具体形式,在由外到内的方向上,各磁控管组中的磁控管数量逐渐减少。
在一个具体的示例中,第2p+1磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性均相反。即在磁控溅射镀膜腔室内,各排序为奇数位置上的磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性均相反。
进一步地,第2q磁控管组中均存在相邻的两个磁控管的外磁体的极性相同。即在磁控溅射镀膜腔室内,各排序为偶数位置上的磁控管组中均存在两个相邻的磁控管的外磁体的极性相同。
本发明还有一实施例提供了一种镀膜机。该镀膜机包括多个靶材以及上述磁控溅射镀膜腔室,靶材与磁控管一一对应。
在一个具体的示例中,靶材位于磁控管的上方。可选地,靶材与磁控管之间的距离小于或等于15cm。可选地,靶材与磁控管之间的距离为6cm~12cm。进一步地,靶材与样品台之间的距离为7cm~15cm。在实际镀膜过程中,控制样品台上的基材与靶材之间的距离为7cm~15cm。
本发明还有一实施例提供了一种镀膜方法。该镀膜方法采用上述镀膜机,镀膜方法包括如下步骤:将待镀膜基材放置在样品台上;在镀膜罩内形成背底真空;在镀膜罩内通入可产生辉光放电的气体;对靶材施加镀膜功率,对待镀膜基材施加镀膜负压。
在一个具体的示例中,镀膜功率为2.8W/cm2~3.5W/cm2,镀膜负压为-500V~-50V。
在另一个具体的示例中,对靶材施加镀膜功率,对待镀膜基材施加镀膜负压之前还包括如下步骤:对靶材进行遮蔽处理;对靶材施加清洗功率,对待镀膜基材施加清洗负压。
具体地,清洗功率为0.5W/cm2~0.8W/cm2,清洗负压为-400V~-100V。
以下为具体实施例
实施例1~实施例6、对比例1~8。
实施例1~实施例6、对比例1~8中采用的镀膜机的镀膜腔室的结构如图3所示。区别在于,磁控管组中磁控管的数量、磁控管的内磁体和外磁体的磁场强度有所不同。具体如表1所示。为了便于表示,在表1中,A、B分别表示第1磁控管组和第2磁控管组。其中,对比例1~5中第2磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性相反。
表1
(1)采用实施例1~实施例6、对比例1~8中的镀膜机分别对相同的不锈钢基材进行镀膜处理,在不锈钢基材表面形成CrN镀层,靶材为Cr靶。不锈钢基材的尺寸为210mm×297mm,厚度为2mm。
镀膜方法包括如下步骤:
S101:将不锈钢基材平铺在样品台上,调整样品台与Cr靶材之间的距离为8cm。控制样品台自转并绕镀膜腔室的中心轴公转。
S102:关闭镀膜腔室,采用真空系统在镀膜腔室内形成7×10-4Pa以下的背底真空。
S103:在镀膜腔室内充入氩气和氮气,保持氩气和氮气的流量比为5:1,保持工作气压为0.5Pa。
S104:在A磁控管组中开启等间距的3个Cr靶材,在B磁控管组中开启任1个Cr靶材,同时保持溅射靶挡板关闭以对靶材进行遮蔽。对开启的Cr靶材施加0.6W/cm2的功率,对基材施加-200V的负压。在此条件下对基材进行刻蚀清洗5min。
S105:开启磁控管组中的全部Cr靶材,对Cr靶材施加3.2W/cm2的功率,对基材施加-100V的负压,在基材表面形成厚度为2.6μm的CrN镀层。
(2)对镀层厚度和硬度进行测试。测试结果如表2所示。
厚度测试采用美国VEECO生产的型号为DEKTAK 150台阶仪测试各薄膜的厚度,探针直径为2.5μm,压力为3mg,每个测试点测试3个数据取平均值。其中测试点如图4所示。
硬度测试采用奥地利Anton-Paar生产的型号为NHT3纳米压痕仪测试各薄膜的硬度,其配置四面体Berkvich压头,设定压入深度为100nm,载荷随压入深度而发生改变,每个测试点测试5个矩阵点后取平均值。其中测试点如图4所示。
硬度和厚度的测试结果如表1中所示。
由表1可以看出,通过对实施例和对比例硬度及厚度标准偏差数据分析,在L1、La、Lb、Lc、Ld组数据结果上,标准偏差表现近似,均满足行业要求,由于样品为自转,四周边到靶面的距离一致,说明在短程溅射或小尺寸工件制造条件下,实施例方案与对比例方案结果相似。但在L1、L2、L3、L4、L5的数据结果上,显示出了较大差别,具体为:
实施例数据均匀性表现优于对比例数据,具体为实施例1~6中,硬度标准偏差在1.19~1.59之间,均匀性标准偏差为0.19~0.24之间,满足行业标准(硬度偏差≤2.5,膜厚偏差≤0.25),体现出较优的均匀性,其中实施例5均匀性最为优异。对比例1~8中,硬度值标准偏差在3.1~3.69之间,膜厚标准偏差在0.5~0.7之间,体现出较差的均匀性,尤其是L3点与L1、L5差值较大,在对比例中,可能由于采用单/双闭合磁场设计,将电子束缚及等离子体束缚在磁控管区域,形成一个闭环,这就导致溅射粒子在长程溅射过程中产生碰撞能量大幅减弱,这就导致在样品中心区域L3点上形成薄膜的硬度小、厚度薄,而实施例中由于内圈采用了奇数设计,有两组磁控管形成了磁力线相斥,使得电子及等离子体向工件中心处飞行,带动了溅射粒子长程溅射,样品中心处与四周处薄膜较为均匀,也说明在大尺寸工件上,实施例中的方案能够取得更加均匀的镀层厚度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准,说明书可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,包括镀膜罩、样品台以及多个磁控管组;
所述样品台和多个所述磁控管组均位于所述镀膜罩的内部,所述样品台设于相邻的两个磁控管组之间;
在由外到内的方向上,多个磁控管组分为第1磁控管组、第2磁控管组……第m磁控管组,m为≥2的整数;
其中,第1磁控管组具有a1个磁控管,……第2p+1磁控管组具有ax个磁控管,p为≥0的整数,x为≥1的整数,a1、……ax为偶数,a1≥4;
第2磁控管组具有b1个磁控管,……第2q磁控管组具有by个磁控管,q为≥1的整数,y为≥1的整数,b1、……by为奇数,b1≥3;
各磁控管组中的磁控管围绕所述镀膜罩的中心分布;所述磁控管包括内磁体和位于所述内磁体两侧的两个外磁体,所述内磁体的极性与所述外磁体的极性相反;第2p+1磁控管组中相邻的两个磁控管的外磁体的极性均相反,第2q磁控管组中均存在相邻的两个磁控管的外磁体的极性相同。
2.如权利要求1所述的磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,ax≥4;和/或,by≥3。
3.如权利要求1所述的磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,第2p+1磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于或等于其内磁体的磁场强度。
4.如权利要求1所述的磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,第2q磁控管组中磁控管的外磁体的磁场强度大于其内磁体的磁场强度。
5.如权利要求1~4中任一项所述的磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,相邻的磁控管组之间的距离相等。
6.如权利要求1~4中任一项所述的磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,在由外到内的方向上,各磁控管组中的磁控管数量逐渐减少。
7.如权利要求1~4中任一项所述的磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,所述第1磁控管组中磁控管有6个,所述第2磁控管组中磁控管有5个。
8.如权利要求1~4中任一项所述的磁控溅射镀膜腔室,其特征在于,所述样品台能够绕所述镀膜罩的中心公转。
9.一种镀膜机,其特征在于,包括多个靶材以及如权利要求1~8中任一项所述的磁控溅射镀膜腔室,所述靶材与所述磁控管一一对应。
10.一种镀膜方法,其特征在于,采用如权利要求9所述的镀膜机,所述镀膜方法包括如下步骤:
将待镀膜基材放置在所述样品台上;
在所述镀膜罩内形成背底真空;
在所述镀膜罩内通入可产生辉光放电的气体;
对所述靶材施加镀膜功率,对所述待镀膜基材施加镀膜负压。
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