CN211367711U - 一种管状磁控溅射源、磁控溅射单元及镀膜系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种管状磁控溅射源，在溅射管体内部形成镀膜空间，磁控溅射放电与空心阴极放电相耦合，使得等离子体密度增大，从而提高沉积速率，同时磁体单元的第一磁体和第二磁体沿镀膜空间周向分布，在溅射管体侧壁产生沿周向延伸的磁力线，有效避免磁力线沿轴向分布引起的轴向膜厚不均的问题，有效提高溅射均匀性。本实用新型还提出一种磁控溅射单元，通过转动工件架与上述管状磁控溅射源配合，弥补了磁力线周向延伸造成的磁场周向起伏，大大提高镀层厚度的均匀性。本实用新型还提出一种磁控溅射镀膜系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及真空镀膜技术领域，尤其涉及一种管状磁控溅射源、磁控溅射单元及镀膜系统。
背景技术
磁控溅射技术是众多真空镀膜方法的一种，已经被广泛用于制备各类结构和功能用途薄膜，所制备的薄膜具有结合力高、膜层致密等优点。溅射过程通过离化得到的工作气体离子(如Ar+)，轰击靶材表面，靶材材料溅出并沉积在工件表面形成镀层。
传统平面磁控溅射在很多领域得到了成功应用，但靶材利用率低(约30％)、沉积速率低(小于0.5微米/分钟)等问题限制了该技术在某些领域的应用，在贵重材料溅射和/或较厚薄膜制备等用途方面尤其如此。
专利CN104894522A公开了一种真空镀膜装置和镀膜方法，使用一种具有管状结构的磁控溅射源进行溅射镀膜。该方法采用圆环状的靶材拼装为管腔结构，溅射过程发生在管腔内部。溅射过程形成的等离子放电区域兼具平面磁控溅射放电和空心阴极放电的特点，因此等离子体密度高，沉积速率远高于传统平面磁控溅射过程。此外，由于没有额外的真空室结构，溅射过程发生在管腔内部，溅出材料要么沉积在工件/工件架表面，要么重新回到靶材表面，所以靶材溅出利用率高。
该发明有效解决了传统平面磁控溅射沉积速率低、部分解决了平面磁控溅射靶材利用率低的问题，但也有如下不足：(1)某些大尺寸圆环状靶材工艺上或成本上难以加工，该装置和方法难以放大；(2)某些材料(如陶瓷材料、难熔金属)难以加工成圆环状，限制了该方法在这些材料薄膜制备上的应用；(3)该装置和方法所制备的薄膜，在轴向方向厚度分布不均匀。
实用新型内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种管状磁控溅射源、磁控溅射单元及镀膜系统。
本实用新型提出的一种管状磁控溅射源，包括：溅射管体、至少一个磁体单元；
溅射管体内部设有沿轴向延伸的镀膜空间，磁体单元设置在溅射管体侧壁上，磁体单元包括第一磁体和第二磁体，第一磁体和第二磁体沿所述镀膜空间周向依次分布，且第一磁体和第二磁体相对布置，溅射管体内壁设有靶材层。
优选地，包括多个磁体单元，多个磁体单元围绕所述镀膜空间沿周向分布，多个磁体单元的第一磁体和第二磁体沿所述镀膜空间周向交替布置。
优选地，第一磁体和第二磁体均具有沿溅射管体轴向延伸的条形结构。
优选地，靶材层沿溅射管体内壁环形布置；优选地，靶材层由多个沿圆周分布的靶材条拼接而成。
优选地，溅射管体侧壁内设有水冷腔，磁体单元设置在所述水冷腔内；优选地，所述水冷腔围绕所述镀膜空间环形布置。
本实用新型中，所提出的管状磁控溅射源，在溅射管体内部形成镀膜空间，磁控溅射放电与空心阴极放电相耦合，使得等离子体密度增大，从而提高沉积速率，同时磁体单元的第一磁体和第二磁体沿镀膜空间周向分布，在溅射管体侧壁产生沿周向延伸的磁力线，有效避免磁力线沿轴向分布引起的轴向膜厚不均的问题，有效提高溅射均匀性。
本实用新型还提出一种磁控溅射单元，包括上述的管状磁控溅射源。
优选地，还包括：转动工件架、第一端盖、第二端盖；
第一端盖和第二端盖分别密封安装在所述镀膜空间两端且与溅射管体绝缘连接，所述第一端盖和/或第二端盖上设有抽气口，且所述第一端盖和/或第二端盖上设有气体入口；
转动工件架位于所述镀膜空间内部，转动工件架可转动安装在第一端盖和/或第二端盖上。
优选地，所述气体入口和所述抽气口分别位于第一端盖和第二端盖上。
本实用新型中，所提出的磁控溅射单元，利用上述管状磁控溅射源，大大提高沉积速率和靶材利用率，同时通过设置转动工件架，工作时围绕溅射管体轴向转动，弥补了磁力线周向延伸造成的磁场周向起伏，大大提高镀层厚度的均匀性。
本实用新型还包括一种磁控溅射镀膜系统，包括至少一个上述的磁控溅射单元。
优选地，包括多个所述磁控溅射单元，多个磁控溅射单元的抽气口依次连通；优选地，多个磁控溅射单元的气体入口依次连通。
本实用新型中，所提出的磁控溅射镀膜系统，其技术效果与上述磁控溅射单元类似，在此不再赘述。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种管状磁控溅射源的结构示意图。
图2为本实用新型提出的一种管状磁控溅射源的磁体单元布置的结构示意图。
图3为本实用新型提出的一种管状磁控溅射源的磁力线方向的结构示意图。
图4为本实用新型提出的一种磁控溅射单元的结构示意图。
图5为本实用新型提出的一种磁控溅射镀膜系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1至5所示，图1为本实用新型提出的一种管状磁控溅射源的结构示意图，图2为本实用新型提出的一种管状磁控溅射源的磁体单元布置的结构示意图，图3为本实用新型提出的一种管状磁控溅射源的磁力线方向的结构示意图，图4为本实用新型提出的一种磁控溅射单元的结构示意图，图5为本实用新型提出的一种磁控溅射镀膜系统的结构示意图。
参照图1至3，本实用新型提出的一种管状磁控溅射源，包括：溅射管体1、至少一个磁体单元；
溅射管体1内部设有沿轴向延伸的镀膜空间，磁体单元设置在溅射管体1侧壁上，磁体单元包括第一磁体51和第二磁体52，第一磁体51和第二磁体52沿所述镀膜空间周向依次分布，且第一磁体51和第二磁体52相对布置，溅射管体1内壁设有靶材层6。
在本实施例中，所提出的管状磁控溅射源，在溅射管体内部形成镀膜空间，磁控溅射放电与空心阴极放电相耦合，使得等离子体密度增大，从而提高沉积速率，同时磁体单元的第一磁体和第二磁体沿镀膜空间周向分布，在溅射管体侧壁产生沿周向延伸的磁力线，有效避免磁力线沿轴向分布引起的轴向膜厚不均的问题，有效提高溅射均匀性。
在磁体单元的具体设置中，本实施例的管状磁控溅射源包括多个磁体单元，多个磁体单元围绕所述镀膜空间沿周向分布，多个磁体单元的第一磁体51和第二磁体52沿所述镀膜空间周向交替布置，使得磁力线在镀膜空间外周沿周向依次设置。
在磁体的具体结构设计中，第一磁体51和第二磁体52均具有沿溅射管体1轴向延伸的条形结构，使得磁力线在溅射管体表面沿轴向均匀分布，从而实现磁场沿轴向的均匀分布。
参考图4，本实施例还提出一种磁控溅射单元，包括上述的管状磁控溅射源。
在磁控溅射单元的具体设计方式中，还包括：转动工件架2、第一端盖3、第二端盖4；
第一端盖3和第二端盖4分别密封安装在所述镀膜空间两端且与溅射管体1绝缘连接，所述第一端盖3和/或第二端盖4上设有抽气口81，且所述第一端盖3和/或第二端盖4上设有气体入口82；
转动工件架2位于所述镀膜空间内部，转动工件架2可转动安装在第一端盖3和/或第二端盖4上。
本实施例的磁控溅射单元的具体工作过程中，在通过抽气口抽除所述镀膜空间内的气体之后，通过气体入口向所述镀膜空间内充入工艺气体，然后溅射管体、磁体单元、靶材层与电源负极连接共同形成溅射阴极，转动工件架与电源正极连接形成溅射阳极，通电后，溅射阴极与溅射阳极之间发生等离子放电，使得工件基体完全处于等离子放电区域内，同时工件基体随转动工件架转动，使得靶材层的溅射位置随着工件基体转动发生变化，大大增大靶材层溅射区域，提高溅射镀膜效率的同时提高靶材利用率。
在本实施例中，所提出的磁控溅射单元，利用上述管状磁控溅射源，大大提高沉积速率和靶材利用率，同时通过设置转动工件架，工作时围绕溅射管体轴向转动，弥补了磁力线周向延伸造成的磁场周向起伏，大大提高镀层厚度的均匀性。
在镀膜空间的具体设计方式中，所述镀膜空间具有圆柱状结构，转动工件架2与所述镀膜空间同轴布置；保证镀膜空间内磁场均匀分布，并且使得工件在转动过程中镀膜均匀。
在气体入口和抽气口的具体设置方式中，所述气体入口82和所述抽气口81分别位于第一端盖3和第二端盖4上。
在溅射过程中，由于磁场的存在，会在靶材层表面区域形成刻蚀坑道，当磁场和靶材相对位置一定时，刻蚀坑道的位置相对固定，造成靶材局部损耗过大，影响溅射均匀性。为了克服上述缺陷，在靶材层的具体设置方式中，靶材层6沿溅射管体1内壁环形布置，随转动工件架转动，使得靶材层的溅射位置随着工件基体转动发生变化，大大增大靶材层溅射区域，提高溅射镀膜效率的同时提高靶材利用率；进一步地，靶材层6由多个沿圆周分布的靶材条拼接而成，便于靶材层的加工，同时，当被溅射刻蚀区域达到一定深度后，便于局部靶材的更换。
在溅射管体的具体，溅射管体1侧壁内设有水冷腔11，所述水冷腔11围绕所述镀膜空间环形布置，磁体单元设置在所述水冷腔11内；一方面保证对磁体单元的水冷保护，另一方面，保证靶材表面的磁场强度，从而保证磁控溅射的高效性。
参考图5，本实施例还提出一种磁控溅射镀膜系统，包括至少一个磁控溅射单元。
为了满足不同工件的镀膜和安装方式需求，本系统可以包括多个所述磁控溅射单元，多个磁控溅射单元的抽气口81依次连通，多个磁控溅射单元的气体入口82依次连通；同时工作的几个管状溅射源，可以分别采用独立电源供电，各个管状溅射源可以单独运行也可以同时运行，这样使系统具有很强的产能调节能力。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种管状磁控溅射源，其特征在于，包括：溅射管体(1)、至少一个磁体单元；
溅射管体(1)内部设有沿轴向延伸的镀膜空间，磁体单元设置在溅射管体(1)侧壁上，磁体单元包括第一磁体(51)和第二磁体(52)，第一磁体(51)和第二磁体(52)沿所述镀膜空间周向依次分布，且第一磁体(51)和第二磁体(52)相对布置，溅射管体(1)内壁设有靶材层(6)。
2.根据权利要求1所述的管状磁控溅射源，其特征在于，包括多个磁体单元，多个磁体单元围绕所述镀膜空间沿周向分布，多个磁体单元的第一磁体(51)和第二磁体(52)沿所述镀膜空间周向交替布置。
3.根据权利要求1所述的管状磁控溅射源，其特征在于，第一磁体(51)和第二磁体(52)均具有沿溅射管体(1)轴向延伸的条形结构。
4.根据权利要求1所述的管状磁控溅射源，其特征在于，靶材层(6)沿溅射管体(1)内壁环形布置。
5.根据权利要求1所述的管状磁控溅射源，其特征在于，靶材层(6)由多个沿圆周分布的靶材条拼接而成。
6.根据权利要求1所述的管状磁控溅射源，其特征在于，溅射管体(1)侧壁内设有水冷腔(11)，磁体单元设置在所述水冷腔(11)内。
7.根据权利要求6所述的管状磁控溅射源，其特征在于，所述水冷腔(11)围绕所述镀膜空间环形布置。
8.一种磁控溅射单元，其特征在于，包括根据权利要求1-7任一项所述的管状磁控溅射源。
9.根据权利要求8所述的磁控溅射单元，其特征在于，还包括：转动工件架(2)、第一端盖(3)、第二端盖(4)；
第一端盖(3)和第二端盖(4)分别密封安装在所述镀膜空间两端且与溅射管体(1)绝缘连接，所述第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上设有抽气口(81)，且所述第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上设有气体入口(82)；
转动工件架(2)位于所述镀膜空间内部，转动工件架(2)可转动安装在第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上。
10.根据权利要求9所述的磁控溅射单元，其特征在于，所述气体入口(82)和所述抽气口(81)分别位于第一端盖(3)和第二端盖(4)上。
11.一种磁控溅射镀膜系统，其特征在于，包括至少一个根据权利要求8-10任一项所述的磁控溅射单元。
12.根据权利要求11所述的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，包括多个所述磁控溅射单元，多个磁控溅射单元的抽气口(81)依次连通。
13.根据权利要求12所述的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，多个磁控溅射单元的气体入口(82)依次连通。
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| CN201921420699.1U CN211367711U (zh) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | 一种管状磁控溅射源、磁控溅射单元及镀膜系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115491645A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-12-20 | 中核四0四有限公司 | 一种基于磁控溅射的镀膜系统及方法 |
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