CN201598329U - 一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置，其包括真空室，真空室设有抽真空口，真空室内设有磁控靶、工件架及气体离子源。磁控靶呈对靶设置，且每组对靶中间均置有一工件架，工件架旋转过程中始终被控制在一组对靶中间；正对每组对靶中间的工件架均置有一气体离子源，用于对工件进行离子源清洗及离子源辅助沉积成膜。每组对靶磁场极性布置方向相反，形成闭合场；同时每个单独的磁控靶磁场布局方式都为非平衡磁场。本实用新型能够充分发挥气体离子源和磁控溅射的优点，产生强离子束流，以保证工件始终浸没在较高密度等离子体中，成膜速度快、膜层附着力强且生产过程无污染、成本低，同时还能大幅度提高靶材利用率。

Description

一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置

技术领域

本实用新型涉及一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置，属于真空溅射或离子注入进行镀膜的技术领域。

背景技术

磁控溅射装置用于在基体上镀制膜层。基体和溅射靶安装于真空室内，在低气压的辉光放电中，作为阴极的靶板被溅射，溅射原子沉积在基体上形成薄膜。其特点是在溅射装置的靶表面引入与靶面平行并与电场正交的磁场，在靶面附近形成电子陷阱区，增大气体的电离密度，以达到在低气压、低电压和较低的基片温度下沉积薄膜。该设备的关键部位是阴极溅射靶。

在现有的磁控溅射领域，磁控溅射装置通常在真空室内安装有多个非平衡磁控溅射靶。每个非平衡磁控溅射靶仅能在其靶面附近产生较强磁场，而离靶面较远及靶间区域的磁场强度较弱。当真空室内的工件围绕着该多个非平衡磁控溅射靶旋转时，工件仅在处于靶面附近时才能浸泡在高密度等离子体中，离子轰击效果显著，此时不仅镀膜质量好，而且镀膜速度快。但是，工件在旋转过程中大多数时间都处在稀薄等离子体中，由于等离子体密度低，溅射原子的沉积速度低，沉积成薄膜的时间长且膜层质量差。

此外，现有的磁控溅射装置所采用的单靶结构仅在靶面附近才能形成较高密度的等离子体，等离子体的覆盖面积较小，所以导致靶材的刻蚀结构呈现狭窄的V形，靶材利用率较低。因此，现有的磁控溅射装置不能保证工件始终浸没在高密度等离子体中，从而导致镀膜时间长，镀膜质量差，靶材消耗不均匀而降低利用率等不良结果。

虽然上世纪90年代发展的中频磁控溅射技术一定程度上提高了沉积速率，但并没有从根本上解决膜层附着力的问题。因此，通过增加离子源、多弧源或提高溅射功率等技术手段，以提高沉积速率，提高成膜品质，是国内外研究开发的重要方向。

实用新型内容

为解决以上现有磁控溅射装置的不足，本实用新型目的是提供一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置，能够充分发挥气体离子源和磁控溅射的优点，产生强离子束流，以保证工件始终浸没在较高密度等离子体中，成膜速度快、膜层附着力强且生产过程无污染、成本低，同时还能大幅度提高靶材利用率。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置，它包括真空室，真空室设有抽真空口，真空室内设有磁控靶、工件架及气体离子源，磁控靶呈对靶设置，且每组对靶中间均置有一工件架，工件架旋转过程中始终被控制在一组对靶中间；正对每组对靶中间的工件架均置有一气体离子源，用于对工件进行离子源清洗及离子源辅助沉积成膜。

上述每组对靶磁场极性布置方向相反，形成闭合场；同时每个单独的磁控靶磁场布局方式都为非平衡磁场。

上述每组对靶可由一个中频电源供电，也可以由两个独立的直流电源分别供电。

上述工件架在所处对靶中间的旋转可以是公转和自转同步进行或其中一种方式。

本实用新型采用上述结构，使得对靶之间等离子体分布均匀、致密，并且工件始终浸没在该等离子体中，从而提高镀膜效率及镀膜质量。

附图说明

图1为本实用新型配置气体离子源的对靶磁控溅射装置俯视图。

图2(a)为传统单靶磁控溅射装置靶材刻蚀剖面图。

图2(b)为本实用新型靶材刻蚀剖面图。

图3为圆柱体形真空室内配置气体离子源的多组对靶磁控溅射装置俯视图。

图4为长方体形真空室内配置气体离子源的多组对靶磁控溅射装置俯视图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型配置气体离子源的对靶磁控溅射装置包括一圆柱体形真空室1，该真空室1设有抽真空口2，且其内壁上安装有加热装置3，可以方便调节真空室1中的温度。真空室1内设有磁控靶4和磁控靶5，磁控靶4和5呈对靶设置(以下简称对靶4，5)，且其之间的距离近似等于靶材宽度。对靶4，5磁场极性布置方向相反，形成闭合场；同时每个单独的磁控靶磁场布局方式都为非平衡磁场。对靶4，5可由一个中频电源供电，也可由两个独立的直流电源分别供电。对靶4，5中间置有一工件架6，工件架6带动工件旋转过程中始终被控制在对靶4，5中间，所述旋转可以是公转和自传同时进行或其中一种方式。

正对该工件架6置有一气体离子源10，该气体离子源10与一直流电源相连。在本实施例中，该气体离子源10是一阳极层离子源，气体离子源10与工件之间的距离为80毫米到100毫米之间。气体离子源10在开启直流电源后会产生两个作用：一是清洗工件表面，使工件获得一个洁净的界面，从而提高膜层和工件的结合力；二是在镀膜过程中有辅助沉积成膜的作用，由气体离子源10产生的等离子体与溅射产物发生相互作用，增大溅射产物的离化率，从而大幅度提高磁控溅射镀膜效率。

本实用新型所采用的配置气体离子源的对靶磁控溅射装置既能提高对靶4，5之间对溅射有利的磁感应强度的平行分量，又能扩展与靶面平行的磁力线所覆盖的区域。对靶4，5之间的磁场把等离子体紧紧约束在对靶中间，且气体离子源10的应用使等离子体密度大大提高，当对各种工件进行镀膜时，工件始终浸没在等离子体中，离子的轰击效果非常显著，膜层均匀性得到良好保证，膜层结合力和镀膜速度得以提高。此外，本实用新型使对靶4，5之间所产生的高密度等离子体加深对靶材的刻蚀深度并加大对靶材的刻蚀面积，从而提高靶材利用率。

如图2(a)所示，传统单靶磁控溅射装置对靶材的刻蚀呈现V形，这是因为靶面附近的磁场强度成圆弧形分布，在圆弧顶部具有最大的水平方向磁场分量，因此该处最能有效地束缚电子的运动，产生高密度的等离子体，并导致其正下方的靶材以最快的速度被刻蚀，而靶材的其他位置刻蚀的慢，甚至不刻蚀，所以单靶磁控溅射装置对靶材的刻蚀强度弱且刻蚀面积小，靶材利用率低。而本实用新型采用配置气体离子源的对靶设置且每对磁控靶磁场极性布置方向相反，靶材上方的更大面积内都具有水平方向的磁场分布，等离子体覆盖的区域变大，因而能极大地增加靶材的刻蚀面积，使得刻蚀槽不是狭窄的V行，而是宽底的U形，如图2(b)所示，显然其靶材利用率远远高于V形刻蚀槽的结构。

如图3所示，本实用新型的真空室1内也可设置有多组对靶4，5(图中仅示出三组)，每组对靶4，5中间均置有一工件架6，且正对每一工件架6均置有一气体离子源10，用于对工件进行离子源清洗及离子源辅助沉积成膜。该工件架6带动工件旋转过程中始终被控制在一组对靶中间。每组对靶可由一个中频电源供电，也可以由两个独立的直流电源分别供电。

此外，图3所示本实用新型真空室1的圆柱体形状也可设计成图4所示的长方体形状，两者的工作原理和达到的有益效果均相同。

本实用新型与目前国内外使用的镀膜设备不同，充分利用了对靶技术、孪生技术、非平衡磁控溅射技术、离子源技术，很好地改进了膜层的均匀性，改善了膜层质量，提高了膜层的附着力。本实用新型可采用计算机自动控制和半自动控制生产过程，其综合性能大大提高。因此，本实用新型不仅应用领域更为广泛，具有较高的生产效率，而且改善了镀膜质量。

总之，本实用新型充分体现了各种先进镀膜技术的特点，克服了现有许多设备系统的缺点，具有镀膜效率高，镀膜成本低、操作方便等特点，具有极大的应用价值。

Claims (3)

1.一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置，包括真空室，真空室设有抽真空口，真空室内设有磁控靶和工件架，其特征在于，磁控靶呈对靶设置，且每组对靶中间均置有一工件架，工件架旋转过程中始终被控制在一组对靶中间；正对每组对靶中间的工件架均置有一气体离子源，用于对工件进行离子源清洗及离子源辅助沉积成膜。

2.根据权利要求1所述的一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置，其特征在于，每组对靶磁场极性布置方向相反，形成闭合场；同时每个单独的磁控靶磁场布局方式都为非平衡磁场。

3.根据权利要求1或2所述的一种配置气体离子源的对靶磁控溅射装置，其特征在于，所述工件架在所处对靶中间的旋转可以是公转和自转同步进行或其中一种方式。

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