CN114645255A - 磁化电子串联共振方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种磁化电子串联共振方法及其装置。该磁化电子串联共振方法，包括步骤：在一反应腔内提供射频电压，以使该反应腔内的气体放电产生等离子体，其中该等离子体中的离子在电场的作用下加速轰击在该反应腔内的靶材，使得该靶材表面的离子溅射出来；和调整在该反应腔内形成的磁场的磁感应强度大小，以使该等离子体发生磁化电子串联共振，从而在保持放电功率不变的条件下，使得射频电流最大，进而使得等离子体密度最高，从而放电效率高、溅射率高，便于提高诸如镀膜或刻蚀等产业应用的效率。

Description

磁化电子串联共振方法及其装置

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，进一步涉及一磁化电子串联共振方法及其装置。

背景技术

溅射镀膜是一种广泛采用的制备表面涂层的物理气相沉积方法。目前溅射镀膜方法为：在反应腔室中，利用荷能粒子轰击靶材料(或靶材)表面，使被轰击出的粒子沉积在基材表面形成涂层或膜层。与传统的真空蒸镀方法相比，溅射镀膜方法具有诸多优点，例如膜层和基材附着力强，可制取高熔点物质薄膜，可进行反应溅射制取化合物膜等。

目前最简单的溅射镀膜方法是直流二极溅射镀膜方法。直流二极溅射镀膜方法采用由一对阴极和阳极组成的辉光放电结构的电极装置，其中阴极作为溅射靶材料(又称阴极靶)，待镀膜的基材置于两电极间或阳极上，在适当的气压下，在该电极装置的两电极间施加直流高压，使反应腔室内的气体放电产生等离子体，其中的离子受阴极电场作用，加速轰击靶材料，使靶材料表面的粒子溅射出来并沉积在基材表面以形成涂层。但是，由于直流二极溅射镀膜方法的电极装置的放电效率较低，从而导致反应腔室内放电产生的等离子体密度较低，致使由靶材料表面溅射出来的粒子的产额较低(即溅射率较低)，和沉积率较低，使得直流二极溅射镀膜方法在实际中已很少使用。

为了提高溅射镀膜效率，一种直流磁控溅射镀膜方法在该直流二极溅射镀膜方法的基础上改进而成。该直流磁控溅射镀膜方法在该阴极靶背后安装磁铁，在阴极附近形成几百高斯以上的强磁场，将电子约束在阴极附近，以大幅度提高放电效率，从而提高溅射率和沉积率。

然而，在直流二极溅射镀膜方法和直流磁控溅射镀膜方法中，靶材料必须为金属或导电材料，才能够作为阴极产生放电反应，因此，直流二极溅射镀膜方法和直流磁控溅射镀膜方法只能用于制备金属、合金或导电化合物涂层。另一方面，由于绝缘材料无法作为阴极产生放电，直流二极溅射镀膜方法和直流磁控溅射镀膜方法均无法用于制备绝缘材料涂层。

为了能够利用溅射镀膜方法制备绝缘材料涂层，一种传统的射频溅射镀膜方法，利用射频放电，在两电极之间施加射频电压以形成射频电场，绝缘材料作为靶材料被制成薄片固定在射频驱动电极上，待镀膜的基材被置于两电极间或接地电极上。射频电场穿透绝缘靶材料在两电极之间放电产生等离子体，并与等离子体共同作用在绝缘靶材料表面形成自偏置效应，以加速离子轰击绝缘靶材料，使绝缘靶材料表面的粒子溅射出来并沉积在基材表面以形成绝缘材料涂层。目前，典型的射频溅射镀膜方法采用的电极装置的射频频率为13.56MHz。

与直流二极溅射镀膜方法类似，该射频溅射镀膜方法也存在放电效率较低，等离子体密度较低，致使溅射率较低和沉积率较低的问题。为提高溅射率和沉积率，类似于上述直流磁控溅射镀膜方法在直流二极溅射镀膜方法的基础上的改进，一种射频磁控溅射镀膜方法由射频放电与磁控阴极相结合而成，即该射频磁控溅射镀膜方法是在靶材料附近形成强磁场，将射频电压加在靶材料上以形成射频电场，利用射频放电和强磁场的共同作用，提高放电效率，以提高溅射率和沉积率。

然而，相对于直流磁控溅射镀膜方法对于直流二极溅射镀膜方法那样显著的溅沉积效率的提升，射频磁控溅射镀膜方法相对于射频溅射镀膜方法的沉积率的提高相对较小。换句话说，射频磁控溅射镀膜方法并没有获得如期的沉积率，在实际应用中，沉积率依然较小。例如，典型的直流磁控溅射镀膜方法的沉积率为每分钟几百纳米，而典型的射频磁控溅射镀膜方法的沉积率为每分钟几纳米。如此低的沉积率，严重的限制了射频磁控溅射镀膜方法在实际生产或工业生产中的应用，使得射频磁控溅射镀膜方法基本上是在不计成本的基础科研中被采用，而无法大量的投入到工业生产中。

另一方面，利用等离子体物理知识研究发现，传统的射频磁控溅射镀膜方法并不是一个合理的镀膜方案。由于靶材料附近的磁场较强，电子的回旋运动频率远高于射频频率，从而抑制了离子对射频能量的吸收，一方面减弱了电离率，另一方面减弱了自偏置效应，使得轰击靶材料的离子的能量和通量均不能有效的增大，从而导致了射频磁控溅射镀膜方法的沉积率不能得到预期的提升，限制了在实际生产和工业生产中的应用。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其能够被应用于镀膜、刻蚀或CVD等射频等离子体应用，有利于提升相关应用的效率。

本发明的另一个优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其中，在本发明的一实施例中，所述磁化电子串联共振方法能够应用于制备涂层，特别是绝缘材料涂层，且能够提高沉积率，有利于在实际生产和工业生产中的应用。

本发明的另一个优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其中，在本发明的一实施例中，所述磁化电子串联共振方法可以采用普通磁铁(或永磁铁)或电磁线圈提供所需的磁场，磁场强度相对于传统的射频磁控溅射镀膜方法中采用的强磁场较弱，不仅能够降低成本，而且普通磁铁居里温度较高，不易退磁。

本发明的另一个优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其中，在本发明的一实施例中，所述磁化电子串联共振方法能够在放电功率不变的条件下，通过调节磁场以发生磁化电子串联共振现象，有助于使射频电流达到最大，进而使得等离子体密度最高，从而放电效率高、溅射率高，便于提高诸如镀膜或刻蚀等产业应用的效率。

本发明的另一个优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其中，在本发明的一实施例中，所述磁化电子串联共振方法能够在靶材附近形成至少部分基本平行(至少部分平行或近似平行)于靶材表面的磁场，以有利于提高靶材利用率和提高刻蚀均匀度，进而也有利于提升镀膜质量。

本发明的另一个优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其中，在本发明的一实施例中，所述磁化电子串联共振方法能够避免因电子漂移运动造成的靶材不均匀刻蚀现象。

本发明的另一个优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其中，在本发明的一实施例中，所述磁化电子串联共振方法能够进一步增强自偏置效应，以提升沉积率。

本发明的另一优势在于提供一磁化电子串联共振方法及其装置，其中，为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供简单的磁化电子串联共振方法及其装置，同时还增加了所述磁化电子串联共振方法及其装置的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本发明提供了一磁化电子串联共振方法，包括步骤：

在一反应腔内提供射频电压，以使所述反应腔内的气体放电产生等离子体，其中所述等离子体中的离子在电场的作用下加速轰击在所述反应腔内的靶材，使得所述靶材表面的离子溅射出来；和

调整在所述反应腔内形成的磁场的磁感应强度大小，以使所述等离子体发生磁化电子串联共振，从而在保持放电功率不变的条件下，使得射频电流最大。

根据本发明的一实施例，通过一电极装置的一射频电源在所述反应腔内为所述电极装置的一射频驱动电极提供所述射频电压，并通过所述电极装置的供磁元件在所述反应腔内形成所述磁场。

根据本发明的一实施例，通过调节电磁线圈内的电流大小来调整所述磁场的磁感应强度的大小，其中所述供磁元件为所述电磁线圈。

根据本发明的一实施例，通过更换具有不同磁感应强度的所述永磁体来调整所述磁场的磁感应强度的大小，其中所述供磁元件为所述永磁体。

根据本发明的一实施例，所述的磁化电子串联共振方法，进一步包括步骤，调整在所述反应腔内提供的所述射频电压的频率大小，以使所述磁场的磁感应强度与所述射频电压的频率满足磁化电子串联共振关系。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一磁化电子串联共振装置，适于被设置于一反应腔体，其中所述反应腔体具有适于容置靶材和气体的反应腔，用于进行镀膜或刻蚀，其中所述磁化电子串联共振装置包括：

一电极装置，其中所述电极装置适于被安装于该反应腔体，用于在该反应腔内提供射频电压，以使该反应腔内的该气体放电产生等离子体，其中该等离子体中的离子在电场的作用下加速轰击在该反应腔内的该靶材，使得该靶材表面的离子溅射出来；和

一调整系统，其中所述调整系统用于调整在该反应腔内形成的磁场的磁感应强度大小，以使该等离子体发生磁化电子串联共振，从而在保持放电功率不变的条件下，使得射频电流最大。

根据本发明的一实施例，所述电极装置包括至少一射频电源、至少一射频驱动电极以及至少一供磁元件，其中所述射频电源具有预设的频率；其中所述射频驱动电极连接于所述射频电源的输出端，其中所述射频驱动电极上适于安装该靶材，并使面向该靶材的基材与该靶材相距一定的距离，以形成一溅射空间；其中所述供磁元件被设置于在临近该靶材的区域提供至少部分平行于该靶材表面的磁场的位置。

根据本发明的一实施例，所述供磁元件为电磁线圈，并且所述调整系统用于调节所述电磁线圈内的电流大小来调整所述磁场的磁感应强度的大小。

根据本发明的一实施例，所述供磁元件为永磁体，其中所述调整系统用于更换具有不同磁感应强度的所述永磁体来调整所述磁场的磁感应强度的大小。

根据本发明的一实施例，被调整后的所述磁场的磁感应强度与所述射频电源的频率之间满足磁化电子串联共振关系。

根据本发明的一实施例，所述调整系统进一步用于调整在该反应腔内提供的该射频电压的频率大小，以使该磁场的磁感应强度与该射频电压的频率满足磁化电子串联共振关系。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的磁化电子串联共振方法的流程示意图。

图2是根据本发明的一实施例的磁化电子串联共振装置作为镀膜设备的示意简图。

图3是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的产生环绕于射频驱动电极四周的磁场的示意图。

图4是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的供磁元件为电磁线圈的示意图。

图5是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的电磁线圈为扁线圈的示意图。

图6是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的电磁线圈被同轴安装于靶材的两端的示意图。

图7是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的在供磁元件内部增加增磁元件的示意图。

图8是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的第一变形实施方式的供磁元件为永磁铁的示意图。

图9是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的永磁铁被同轴安装于靶材的两端的示意图。

图10A是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的旋转装置驱动供磁元件旋转的示意图。

图10B是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的旋转装置驱动靶材旋转的示意图。

图11是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的电极装置的第二变形实施方式的示意图。

图12是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的电极装置的第三变形实施方式的示意图。

图13是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的射频电源与低频电源共同作用于射频驱动电极的示意图。

图14是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的框图示意图。

图15是根据本发明的上述实施例的所述镀膜设备的镀膜方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1所示，根据本发明的一实施例的一种磁化电子串联共振方法被阐明，其能够被应用于诸如镀膜、刻蚀或CVD等射频等离子体应用，有利于提升相关应用的效率。具体地，所述磁化电子串联共振方法，可以包括步骤：

S110：在一反应腔内提供射频电压，以使所述反应腔内的气体放电产生等离子体，其中所述等离子体中的离子在电场的作用下加速轰击在所述反应腔内的靶材，使得所述靶材表面的离子溅射出来；和

S120：调整在所述反应腔内形成的磁场的磁感应强度大小，以使所述等离子体发生磁化电子串联共振，从而在保持放电功率不变的条件下，使得射频电流最大。

值得注意的是，当所述等离子体发生磁化电子串联共振时，所述等离子体的阻抗最小，相应地电流就最大，因此本发明的所述磁化电子串联共振方法能够实现在保持放电功率不变的条件下，仅通过调节磁场就能够使射频电流最大，从而能够大幅地提升诸如镀膜、刻蚀或CVD等射频等离子体应用的效率。

更具体地，在本发明的所述磁化电子串联共振方法中：通过一电极装置的一射频电源在所述反应腔内为所述电极装置的一射频驱动电极提供所述射频电压，并通过所述电极装置的一供磁元件在所述反应腔内形成所述磁场。

优选地，所述供磁元件可以但不限于被实施为电磁线圈，以通过调节所述电磁线圈的电流大小来调整所述磁场的磁感应强度的大小，使得所述磁场的磁感应强度与所述射频电源的频率之间满足磁化电子串联共振关系，从而使所述等离子体发生磁化电子串联共振。

当然，在本发明的其他示例中，所述供磁元件也可以被实施为具有不同磁感应强度的多个永磁体，以通过更换不同的永磁体来调整所述磁场的磁感应强度的大小，仍能够使得所述磁场的磁感应强度与所述射频电源的频率之间满足磁化电子串联共振关系，从而使所述等离子体发生磁化电子串联共振。换言之，如图1所示，本发明的所述磁化电子串联共振方法也可以进一步包括步骤：

S130：调整在所述反应腔内提供的所述射频电压的频率大小，以使所述磁场的磁感应强度与所述射频电压的频率满足磁化电子串联共振关系。

可以理解的是，在本发明的其他示例中，所述磁化电子串联共振方法也可以在保持所述磁场的磁感应强度大小不变情况下，通过调整在所述反应腔内提供的所述射频电压的频率大小，以使所述等离子体发生磁化电子串联共振，仍能够使所述射频电流最大，进而使得等离子体密度最高，从而放电效率高、溅射率高，便于提高诸如镀膜或刻蚀等产业应用的效率。换言之，本发明的所述磁化电子串联共振方法既可以通过调整所述磁场的磁感应强度大小的方式，又可以通过调整所述射频电压的频率大小的方式，来实现所述等离子体的磁化电子串联共振进而使射频电流达到最大、等离子体密度最高，有助于提高各种射频等离子体应用的效率。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了磁化电子串联共振装置，其中所述磁化电子串联共振装置可以作为镀膜设备1以进行溅射镀膜，也可以作为刻蚀设备以进行刻蚀工艺，或者作为CVD设备以进行气相沉积工艺。为了便于描述所述磁化电子串联共振装置，以阐明其特征和优势，本发明接下来以所述磁化电子串联共振装置作为溅射镀膜设备1为例进行阐述。本领域技术人员可以理解的是，附图2至图14以及接下来的描述中揭露的所述磁化电子串联共振装置的应用场景仅为举例，其并不构成对本发明的内容和范围的限制。

示例性地，如图2所示为本申请的一个实施例的镀膜设备1(即所述磁化电子串联共振装置)的示意简图。所述镀膜设备1采用物理气相沉积方法在基材700表面制备涂层或薄膜。

所述镀膜设备1可以包括一反应腔体10和一电极装置20，所述反应腔体10具有一反应腔101，用于容置所述基材700和靶材600，其中所述电极装置20被安装于所述反应腔体10。所述反应腔体10的所述反应腔101内适于被充入镀膜所需的反应原料、等离子体源气体或其他辅助原料等，所述靶材600为镀膜所需的溅射靶材料制成。所述电极装置20用于在所述反应腔101内提供射频电压，使所述反应腔101内的气体放电产生等离子体，其中的离子受阴极电场作用，加速轰击所述靶材600，使所述靶材600表面的粒子溅射出来并沉积在所述基材700表面以形成涂层。当然，在本发明的其他示例中，所述反应腔体10也可以不是所述镀膜设备1的一部分，而是作为所述镀膜设备1的工件出现，使得所述镀膜设备1能够被设置于所述反应腔体10，进而实现相应的镀膜工艺。

熟知本领域的人员可知，所述反应腔体10可以连接一输料装置，其中所述输料装置用于向所述反应腔体10的所述反应腔101内输送反应原料或等离子体源气体等。所述反应腔体10还可以连接一抽气装置，其中所述抽气装置用于抽出所述反应腔体10的所述反应腔101内的气体，以维持所述反应腔体10的所述反应腔101保持在预设的气压范围内。

如图2、图4和图14所示，所述电极装置20包括至少一射频驱动电极21、至少一供磁元件22以及至少一射频电源23，其中所述射频驱动电极21被电连接于所述射频电源23的输出端，其中所述射频电源23具有预设的频率，所述供磁元件22用于在所述反应腔101内提供所需的磁场201。所述靶材600位于邻近所述射频驱动电极21的位置，其中所述基材700面向所述靶材600且相距预定的距离D，并在所述靶材600和所述基材700之间形成一溅射空间102。所述供磁元件22被设置于在临近所述靶材600的区域103产生至少部分平行于所述靶材600表面的所述磁场201的位置。可以理解的是，临近所述靶材600的区域103可以位于所述溅射空间102内。也就是说，所述磁场201形成于所述靶材600和所述基材700之间，其中所述磁场201的磁感线至少部分平行于所述靶材600的表面。或者说，所述靶材600与所述基材700位于所述溅射空间102的上下两侧，所述磁场201的磁感线沿所述溅射空间102的左右方向至少部分平行地延伸。

所述磁场201可以为磁感线全部平行于所述靶材600表面的磁场，或部分磁感线平行于所述靶材600表面的磁场，或采用永磁铁产生的磁感线可以近似看作是至少部分平行于所述靶材600表面的磁场。在本实施例中，至少部分平行的所述磁场201被定义为其磁感线至少部分平行等，或者，至少部分平行的所述磁场201被定义为类似于由永磁铁产生的磁场，其磁感线可以为类平行的曲线如椭圆线，弧线或抛物线等，可以看作是至少部分平行的磁场，举例地，如图11和图12所示，所述磁场201为由永磁铁形成的至少部分平行的磁场。

值得一提的是，在本发明的上述实施例中，所述电极装置20的所述供磁元件22可以被调节以调整在所述反应腔101内提供的所述磁场201的磁感应强度的大小，使得至少部分平行的所述磁场201的磁感应强度与所述射频电源23的频率之间满足磁化电子串联共振关系，也就是说，使得在所述反应腔101内产生的等离子体发生磁化电子串联共振。

具体地，如图14所示，所述镀膜设备1可以进一步包括一调整系统30，其中所述调整系统30被设置用于调节所述电极装置20的所述供磁元件22，以调整所述磁场201的磁感应强度，使得在所述反应腔101内产生的等离子体发生磁化电子串联共振。

示例性地，在本发明的一示例中，当所述供磁元件22被实施为永磁体时，所述调整系统30可以用于更换具有不同磁感应强度的永磁体，以调整所述磁场201的磁感应强度，使得在所述反应腔101内产生的等离子体发生磁化电子串联共振。

在本发明的另一示例中，当所述供磁元件22被实施为电磁线圈时，所述调整系统30可以用于调节所述电磁线圈中的电流大小，以连续地调整所述磁场201的磁感应强度，使得在所述反应腔101内产生的等离子体发生磁化电子串联共振。

值得注意的是，在本发明的其他示例中，本发明的所述调整系统30还可以进一步用于调整在该反应腔内101提供的该射频电压的频率大小，以使该磁场的磁感应强度与该射频电压的频率满足磁化电子串联共振关系，即使得在所述反应腔101内产生的等离子体发生磁化电子串联共振。

在本实施例中，临近所述靶材600的区域103被定义为所述靶材600表面的预设间距的空间或周围的空间，或者所述溅射空间102内靠近所述靶材600表面的空间。换句话说，临近所述靶材600的所述区域103内的磁场被设置为至少部分平行于所述靶材600的表面，且能够被调整以使至少部分平行的所述磁场201的磁感应强度B与所述射频电源23的频率之间满足磁化电子串联共振关系。

可以理解的是，所述靶材600与所述基材700之间的距离D的范围优选为3-50cm，以提供所需的所述溅射空间102。

所述射频电源23可以外设于所述反应腔体10的外侧，所述射频驱动电极21被安装于所述反应腔体10的所述反应腔101内。所述射频驱动电极21为导电材料制成，如金属材料。所述射频驱动电极21用于在所述反应腔101内产生射频电场，使所述反应腔101内的气体放电以形成等离子体环境。

换句话说，所述射频电源23的输出端连接于所述射频驱动电极21，在所述射频驱动电极21附近产生自偏压电场，从而在自偏压电场的作用下，正离子会加速朝向所述射频驱动电极21的方向移动。进一步地，所述靶材600被安装于所述射频驱动电极21的外侧，使得正离子加速轰击在所述靶材600的表面，以使所述靶材600表面的粒子溅射出来，从而沉积在所述基材700的表面并形成薄膜。

如图2所示，所述靶材600和所述射频驱动电极21均为平板形结构，其板面(表面)可以为圆形、矩形、圆角矩形或其他形状。所述靶材600贴合安装于所述射频驱动电极21的一侧，且所述靶材600与所述基材700相距预定的距离D，以形成所述溅射空间102，所述磁场201位于所述射频驱动电极21放电的一侧，所述磁场201平行穿过所述溅射空间102，并与所述靶材600的表面平行。

可选地，所述靶材600为两个，且分别贴合安装于所述射频驱动电极21的两侧，并分别与两侧的所述基材700相距预定的距离D，以在两侧分别形成所述溅射空间102，所述磁场201位于所述射频驱动电极21两侧，所述磁场201平行穿过两侧的所述溅射空间102，并与所述靶材600的表面平行。

如图3所示，所述射频驱动电极21为柱形或筒形结构，所述靶材600环绕贴合安装于所述射频驱动电极21的外侧，即所述靶材600为半径略大于所述射频驱动电极21的筒形结构或类筒形结构。所述基材700环绕于所述靶材600的外侧并相距预定的距离D，以形成环绕于所述靶材600四周的所述溅射空间102，所述磁场201环绕于所述射频驱动电极21的外侧，所述磁场201平行穿过环形的所述溅射空间102，并与所述靶材600表面平行。

具体地，所述供磁元件22位于所述溅射空间102的两端，在两端的所述供磁元件22之间形成所述磁场201。进一步地，所述供磁元件22被同轴安装于所述靶材600的两端，或者所述供磁元件22为同轴设置于所述射频驱动电极21的两端。从而在两端的所述供磁元件22之间形成至少部分平行于所述靶材600表面的所述磁场201。

在镀膜时，所述供磁元件22在临近所述靶材600的区域103形成至少部分平行的所述磁场201，增加了正离子轰击所述靶材600表面的能量和均匀性，以有利于提高所述靶材600利用率、溅射率和提高刻蚀均匀度，从而有利于提升镀膜质量。

可以理解的是，本实施例的所述溅射镀膜设备可以用于制备绝缘材料涂层，即所述靶材600可以为绝缘材料。并且，相对于传统的磁控溅射镀膜方法，本申请中，在所述磁场201的作用下，所述溅射镀膜设备能够有效地提高溅射率和沉积率，有利于在实际生产和工业生产中的应用。

进一步地，所述磁场201的磁感应强度B与所述射频电源21的频率f之间满足磁化电子串联共振关系，以使等离子体的阻抗最小、电流最大，提高轰击所述靶材600的离子对射频能量的吸收，增大了所述离子的能量和通量，从而有效地增加了轰击所述靶材600表面溅射出来的粒子量，提高了溅射率。

值得一提的是，所述射频电源21的频率可以在预设范围内，所述供磁元件22提供的所述磁场201的磁感应强度也可以在预设范围内，并且所述磁场201的磁感应强度B与所述射频电源21的频率f之间满足磁化电子串联共振关系。

所述射频电源23为高频电源，用于通过所述射频驱动电极21放电在所述反应腔101内产生等离子体，通过调节所述射频电源23的频率，可以调节产生的所述等离子体的密度，满足镀膜所需。进一步地，所述射频电源23的频率范围为10-300MHz。

值得一提的是，所述磁场201的磁场强度相对较小，可以由普通磁铁如永磁铁或电磁线圈提高。也就是说，所述供磁元件22可以被实施为永磁铁或电磁线圈，或其他提供所述磁场201的元件等。也就是说，在本实施例中，采用普通磁铁(或永磁铁)或电磁线圈提供所需的所述磁场201，且磁场强度相对于传统的射频磁控溅射镀膜方法中采用的强磁场较弱，不仅能够降低成本，而且普通磁铁居里温度较高，不易退磁。

如图4至图6所示，所述供磁元件22被实施为电磁线圈，所述电磁线圈通电后产生所述磁场201，所述电磁线圈的两端分别为电磁南极和电磁北极，在其内部形成由北极至南极的磁感线。如图4所示，所述电磁线圈22位于所述溅射空间102的两端，并且两端的所述电磁线圈22在所述溅射空间102内形成所述磁场201。优选地，所述电磁线圈22的轴线与所述射频驱动电极21平行，即与所述靶材600平行，从而形成平行于所述靶材600的所述磁场201。具体地，所述电磁线圈22被安装于所述靶材600的两端，所述磁场201被形成于所述靶材600的附近空间即所述溅射空间102。更具体地，所述电磁线圈22位于所述射频驱动电极21的一侧，并在该侧形成所述磁场201。

值得一提的是，所述磁场201形成于所述电磁线圈22的内部，即所述磁场201的磁场强度较为均匀，能够增加靶材刻蚀的均匀性，从而增加镀膜均匀性。

可选地，如图5所示，所述电磁线圈22可以为扁线圈，即径向横截面为矩形或圆角矩形，其中所述电磁线圈22具有较长边221和较短边222，其中所述较长边221对应于所述射频驱动电极21或所述靶材600，或所述较长边221平行于所述射频驱动电极21或所述靶材600。所述较长边221与所述靶材600之间的间距为所述较短边222的长度。也就是说，所述较长边221与所述靶材600之间的间距可以预设，以使所述磁场201邻近于所述靶材600，使得所述磁场201主要集中在所述靶材600的附近。

可选地，如图6所示，所述电磁线圈22同轴位于所述射频驱动电极21或所述靶材600的两端，并在所述射频驱动电极21的两侧均形成所述磁场201。具体地，所述电磁线圈22同轴安装于所述靶材600的两端，在所述电磁线圈22的内部形成平行于所述靶材600表面的所述磁场201，且所述磁场201为均匀磁场。

值得一提的是，所述电磁线圈22可以外接一交流电源，所述交流电源的正负极可以交替变换，使得所述电磁线圈22的极性交替变化，从而形成两极交替变化的所述磁场201，以此来避免因电子漂移运动而造成的靶材不均匀刻蚀的现象。特别地，在本发明的这个示例中，所述调整系统30可以被实施为与所述交流电源连接的一调流单元，用于调节所述电磁线圈22内的电流大小，以调整所述磁场201的磁感应强度的大小。

进一步地，如图7所示，所述电磁线圈22进一步包括一增磁元件223，其中所述增磁元件223被安装于所述电磁线圈22的内部，以用于增加所述磁场201的强度。在本实施例中，所述增磁元件223为铁芯等导体材料制成。熟知本领域的人员可知，所述供磁元件22还以由其他方式进行增磁，以增加所述磁场201的磁场强度，在此不受限制。

在本实施例的第一变形实施方式中，如图8所示，所述供磁元件22为永磁铁，其中所述永磁铁具有南极与北极。两个所述永磁铁22分别位于所述溅射空间102的两端，其中两端的所述永磁铁22的南极与北极相对，以形成穿过所述溅射空间102且与所述靶材600表面平行的所述磁场201。

具体地，两个所述永磁铁22分别安装于所述靶材600的两端，或者两个所述永磁铁22分别安装于所述射频驱动电极21的两端。如图8所示，所述永磁铁22为两个，所述靶材600和所述射频驱动电极21均为平板形结构，其中两个所述永磁铁22分别安装于所述靶材600的两侧，且两端的所述永磁铁22的南极与北极相对，并在所述射频驱动电极21的与所述靶材600同侧的位置形成平行且均匀的所述磁场201。当然，所述永磁铁22可以为更多个，并列于所述靶材600的同一端的所述永磁铁22的极性相同，并与另一端的所述永磁铁22的南极与北极相对，在所述射频驱动电极21的两侧均形成平行且均匀的所述磁场201。

可选地，如图9所示，所述射频驱动电极21为柱形结构，其中所述靶材600环绕安装于所述射频驱动电极21的外侧，其中所述永磁铁22同轴安装于所述靶材600的两端，两端的所述永磁铁22的南极与北极相对，从而形成环绕于所述靶材600四周的平行且均匀的所述磁场201。

进一步地，所述电极装置20还包括一旋转装置25，其中所述旋转装置25被设置于使所述供磁元件22与所述靶材600绕所述靶材600的轴线202相对旋转的位置，以避免因电子漂移运动而造成靶材不均匀刻蚀的现象。所述靶材600优选地为同轴环绕于所述射频驱动电极21的筒形结构，其轴线202穿过所述射频驱动电极21，或者所述轴线202也为所述射频驱动电极21的轴线202。也就是说，所述靶材600在所述磁场201内绕轴线202相对旋转。

具体地，如图10A所示，所述旋转装置25被连接于所述供磁元件22，所述旋转装置25驱动所述供磁元件22绕所述靶材600的轴线202旋转，使得所述供磁元件22相对于所述靶材600绕所述轴线202旋转。如图10A所示，所述供磁元件22为同轴安装于所述靶材600的两端的永磁铁，且所述靶材600不随所述供磁元件22旋转，使得所述磁场201以所述靶材600的所述轴线202绕所述靶材600旋转，从而有效地避免了因电子漂移运动而造成靶材不均匀刻蚀的现象。当然，所述供磁元件22也可以为同轴安装于所述靶材600的两端的电磁线圈，所述旋转装置25驱动所述电磁线圈绕所述靶材600的轴线202旋转。

可选地，如图10B所示，所述旋转装置25被连接于所述靶材600，所述旋转装置25驱动所述靶材600绕其轴线202旋转，使所述靶材600相对于所述供磁元件22绕自身轴线202旋转。也就是说，所述靶材600在所述磁场201内绕自身轴线202旋转，从而有效地避免了因电子漂移运动而造成靶材不均匀刻蚀的现象。

可以理解的是，所述旋转装置25也可以连接于所述射频驱动电极21，所述旋转装置25驱动所述射频驱动电极21旋转，其中所述射频驱动电极21与所述靶材600绕所述轴线202同轴旋转，从而带动所述靶材600在所述磁场201内旋转。

在本实施例的第二变形实施方式中，如图11所示，所述供磁元件22为永磁铁，其中多个所述永磁铁22分别安装于所述射频驱动电极21的与所述靶材600相背的一侧，其中相邻且相距一定间距L的两所述永磁铁22的邻近所述射频驱动电极21的一端的极性相反。也就是说，所述供磁元件22与所述靶材600分别安装于所述射频驱动电极21的两侧，其中多个相邻的所述永磁铁22之间相距预定的间距L，且相邻的两所述永磁铁22的邻近所述射频驱动电极21的一端分别为南极与北极，从而在相邻且相距所述间距L的两所述永磁铁22的南极与北极之间形成所述磁场201，且所述磁场201覆盖所述靶材600的附近空间即所述溅射空间102。

举例地，如图11所示，所述射频驱动电极21为平板形结构，四个所述供磁元件22依次分别为第一、第二、第三、第四供磁元件22，且分别安装于所述射频驱动电极21的同一侧，其中第一供磁元件22与第二供磁元件22之间相距所述间距L，其中第二供磁元件22与所述第三供磁元件22贴合并列，其中所述第三供磁元件22与所述第四供磁元件22之间相距一定间距。其中所述第一供磁元件22和所述第四供磁元件22的邻近所述射频驱动电极21的一端为北极，其中所述第二供磁元件22和所述第三供磁元件22的邻近所述射频驱动电极21的一端为南极。因此，在所述第一供磁元件22和所述第二供磁元件22的两端之间形成所述磁场201，在所述第三供磁元件22与所述第四供磁元件22之间形成所述磁场201，且所述磁场201均穿过所述射频驱动电极21，且覆盖所述靶材600的附近空间即所述溅射空间102。可以理解的是，当所述间距L较长时，所述磁场201可以看作至少部分平行于所述靶材600的表面。

值得一提的是，通过预设所述射频驱动电极21的长度和所述间距L的长度，在本实施例中，所述供磁元件22的布置数量、排布间距以及样式可以被预设，从而调整所述磁场201的磁场强度、延伸长度、平行性以及均匀性。在本实施方案中，多个所述供磁元件22可以重复沿更大面积的所述射频驱动电极21的表面扩展延伸，以扩大延伸所述磁场201的覆盖面积，从而适用于更大面积的平面溅射靶材，有利于工业化大批量生产镀膜。

可选地，多个所述永磁铁22被南极与南极、北极与北极相接地安装于两所述射频驱动电极21之间，其中所述靶材600被安装于所述射频驱动电极21的外侧。具体地，两个所述射频驱动电极21之间具有一容纳空间，其中多个所述永磁铁22南极与南极、北极与北极相接地安装于所述容纳空间，即多个所述永磁铁22被安装于两个所述射频驱动电极21的内侧。多个所述永磁铁22的南极与北极之间形成所述磁场201，且所述磁场201穿过所述射频驱动电极21，且覆盖所述靶材600的附近空间即所述溅射空间102。可以看出的是，至少部分平行的所述磁场201产生于临近所述靶材600的区域103。所述永磁铁22的长度可以预设，以调整所述磁场201的延伸长度、磁场强度、平行性以及均匀性等。

在本实施例的第三变形实施方式中，如图12所示，所述供磁元件22为永磁铁，其中所述射频驱动电极21为圆筒形结构，其内部具有一容纳腔，其中多个所述永磁铁22被南极与南极、北极与北极相接地安装于所述射频驱动电极21的内部即所述容纳腔，其中所述靶材600被安装于所述射频驱动电极21的外侧。多个所述永磁铁22的南极与北极之间形成至少部分平行于所述靶材600表面的所述磁场201，且所述磁场201穿过所述射频驱动电极21，且覆盖所述靶材600的附近空间即所述溅射空间102。在本实施方案中，多个所述供磁元件22可以重复沿更长的所述射频驱动电极21的内部扩展延伸，以扩大延伸所述磁场201的覆盖面积，从而适用于更大面积的柱面或筒面溅射靶材，有利于工业化大批量生产镀膜。

进一步地，如图13所示，所述电极装置20进一步包括一低频电源24，其中所述低频电源24的输出端连接于所述射频驱动电极21，用于提供低频电压于所述射频驱动电极21，以在所述射频驱动电极21附近产生低频电压，其中所述低频电源24的频率范围为300KHz-15MHz，例如，所述低频电源24的频率为13.56MHz。所述低频电源24用于向所述射频驱动电极21提供预设频率的电压，用于调节所述靶材600表面的自偏压大小，以增强电子的自偏置效应，从而有利于提高溅射率和沉积率。

值得一提的是，在镀膜时，所述射频电源23与所述低频电源24共同作用于所述射频驱动电极21，即所述射频电源23和所述低频电源24同时向所述射频驱动电极21分别提供射频电压和低频电压，能够获得比单独使用所述射频电源23更好的溅射效果，能够有效地提升溅射率和沉积率。

在本实施例中，如图14所示，所述射频电源23具有一输出端231和一接地端232，其中所述输出端231电连接于所述射频驱动电极21，其中所述接地端232电连接于所述反应腔体10并接地，使得整个所述反应腔体10的墙壁作为接地端，以提高镀膜效果。举例地，所述射频电源23可以具有用于输出电压的同轴输出电缆，其中所述电缆的芯线为所述输出端231，其中所述电缆的外壳为所述接地端232。

可选地，所述电极装置20进一步包括一电极支架(图中未示出)，其中所述电极支架被电连接于所述射频电源23的接地端232，其中所述电极支架被可拆卸地安装于所述反应腔体10的所述反应腔101内，用于支撑所述基材700。具体地，所述电极支架包括至少一导电元件和一支架，其中所述导电元件被安装于所述支架，其中所述导电元件电连接于所述射频电源23的接地端，其中所述支架用于支撑所述基材700。或者，所述电极支架为由导电材料制成的支架，其中整个所述支架电连接于所述射频电源23的接地端232，且用于支撑所述基材700。

进一步地，如图15所示，本发明的一实施例还提供了所述溅射镀膜设备的镀膜方法，包括：

S210、提供射频电压于所述射频驱动电极21，使所述反应腔体10的所述反应腔101内的气体放电产生等离子体，其中所述靶材600位于邻近所述射频驱动电极21的位置，其中所述基材700面向所述靶材600且相距预定的距离，并形成所述溅射空间102；和

S220、在所述溅射空间102产生至少部分平行于所述靶材600表面的所述磁场201，以利用物理气相沉积方法在所述基材700表面镀膜。

在一些实施例中，在所述镀膜方法中，所述射频驱动电极21连接于所述射频电源23的输出端，其中所述射频电源23的频率与所述磁场201的磁场强度满足磁化电子串联共振关系。

在一些实施例中，在所述镀膜方法中，所述射频电源23的频率f的范围为10-300MHz。

在一些实施例中，在所述镀膜方法中，通过永磁铁或电磁线圈提供所述磁场。

在一些实施例中，在所述镀膜方法中，通过永磁铁提供所述磁场，其中多个所述永磁铁分别安装于所述射频驱动电极21的与所述靶材相背的一侧，其中相邻且相距一定间距的两所述永磁铁的邻近所述射频驱动电极21的一端的极性相反。

在一些实施例中，在所述镀膜方法中，通过永磁铁提供所述磁场，其中所述射频驱动电极21为圆筒形结构，其中多个所述永磁铁被南极与南极、北极与北极相接地安装于所述射频驱动电极21的内部，其中所述靶材被安装于所述射频驱动电极21的外侧。

在一些实施例中，在所述镀膜方法中，进一步包括，提供低频电压于所述射频驱动电极21，其中所述低频电压的频率范围为300KHz-15MHz。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.磁化电子串联共振方法，其特征在于，包括步骤：

在一反应腔内提供射频电压，以使所述反应腔内的气体放电产生等离子体，其中所述等离子体中的离子在电场的作用下加速轰击在所述反应腔内的靶材，使得所述靶材表面的离子溅射出来；和

调整在所述反应腔内形成的磁场的磁感应强度大小，以使所述等离子体发生磁化电子串联共振，从而在保持放电功率不变的条件下，使得射频电流最大。

2.如权利要求1所述的磁化电子串联共振方法，其中，通过一电极装置的一射频电源在所述反应腔内为所述电极装置的一射频驱动电极提供所述射频电压，并通过所述电极装置的供磁元件在所述反应腔内形成所述磁场。

3.如权利要求2所述的磁化电子串联共振方法，其中，通过调节电磁线圈内的电流大小来调整所述磁场的磁感应强度的大小，其中所述供磁元件为所述电磁线圈。

4.如权利要求2所述的磁化电子串联共振方法，其中，通过更换具有不同磁感应强度的所述永磁体来调整所述磁场的磁感应强度的大小，其中所述供磁元件为所述永磁体。

5.如权利要求1至4中任一所述的磁化电子串联共振方法，进一步包括步骤，调整在所述反应腔内提供的所述射频电压的频率大小，以使所述磁场的磁感应强度与所述射频电压的频率满足磁化电子串联共振关系。

6.磁化电子串联共振装置，适于被设置于一反应腔体，其中所述反应腔体具有适于容置靶材和气体的反应腔，用于进行镀膜或刻蚀，其特征在于，其中所述磁化电子串联共振装置包括：

一电极装置，其中所述电极装置适于被安装于该反应腔体，用于在该反应腔内提供射频电压，以使该反应腔内的该气体放电产生等离子体，其中该等离子体中的离子在电场的作用下加速轰击在该反应腔内的该靶材，使得该靶材表面的离子溅射出来；和

一调整系统，其中所述调整系统用于调整在该反应腔内形成的磁场的磁感应强度大小，以使该等离子体发生磁化电子串联共振，从而在保持放电功率不变的条件下，使得射频电流最大。

7.如权利要求6所述的磁化电子串联共振装置，其中，所述电极装置包括至少一射频电源、至少一射频驱动电极以及至少一供磁元件，其中所述射频电源具有预设的频率；其中所述射频驱动电极连接于所述射频电源的输出端，其中所述射频驱动电极上适于安装该靶材，并使面向该靶材的基材与该靶材相距一定的距离，以形成一溅射空间；其中所述供磁元件被设置于在临近该靶材的区域提供至少部分平行于该靶材表面的磁场的位置。

8.如权利要求7所述的磁化电子串联共振装置，其中，所述供磁元件为电磁线圈，并且所述调整系统用于调节所述电磁线圈内的电流大小来调整该磁场的磁感应强度的大小。

9.如权利要求7所述的磁化电子串联共振装置，其中，所述供磁元件为永磁体，其中所述调整系统用于更换具有不同磁感应强度的所述永磁体来调整该磁场的磁感应强度的大小。

10.如权利要求6至9中任一所述的磁化电子串联共振装置，其中，被调整后的该磁场的磁感应强度与该射频电源的频率之间满足磁化电子串联共振关系。

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