一种磁控溅射镀膜方法及装置与流程

本发明涉及镀膜设备技术领域，尤其涉及一种磁控溅射镀膜方法及装置。

背景技术：

磁控溅射镀膜是指将涂层材料做为靶阴极，利用氩离子轰击靶材，产生阴极溅射，把靶材原子溅射到工件上形成沉积层的一种镀膜技术。磁控溅射镀膜的优点为：膜层附着力强；膜层组织致密，耐蚀性好；具有绕镀性能，能够在形状复杂的零件表面镀膜；成膜速率高，可与蒸发镀膜的速率相当，且可镀厚膜。但是磁控溅射镀膜过程中，由于到达基片的不仅有中性气体分子还有气体正离子，气体分子会吸附在膜的表面，而正离子还能渗入薄膜中一定的深度，所以沉积的薄膜中含气较高，影响膜质量。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中溅射镀膜的薄膜中含气较高的问题，而提出的一种磁控溅射镀膜方法及装置，减少减所得薄膜中气体含量，提升薄膜质量。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种磁控溅射镀膜方法，包括以下步骤：

s1：将工作气体进行电离，靶材与基片之间形成气体正离子和气体负离子；

s2：气体正离子轰击靶材，靶材原子脱离靶材往靠近基片的方向运动；

s3：隔离磁场对靠近基板的空气正离子进行隔离，减少空气正离子在基片表面成膜时渗入膜中；

s4：靶材原子沉积于基片。

本发明还公开一种基于上述磁控溅射镀膜方法的磁控溅射镀膜装置，所述磁控溅射镀膜装置包括镀膜箱，所述镀膜箱内部设置平行设置的用于承载靶材的背板和基片载体，所述背板和基片载体之间设置隔离磁场发生器，所述隔离磁场发生器用于产生隔离磁场，所述背板连接电极的阴极，所述背板于承载靶材的另一侧面设置磁场，所述镀膜箱设置用于将镀膜箱抽成真空状态的真空管和用于工作气体进气的进气管。基片载体内部设置冷却水管，所述冷却水管用于基片的冷却，冷却水管的进水口和出水口固定安装于镀膜箱壁。

镀膜时，首先需要将镀膜箱抽成真空，然后工作气体从进气管进入镀膜箱被电离，形成气体正离子和气体负离子，气体正离子在阴极的吸引下轰击背板上的靶材，靶材原子离开靶材往靠近基片的方向运动，靶材原子沉积于基片形成膜。在此过程中，隔离磁场发生器产生的隔离磁场对气体正离子进行阻隔。

具体的，所述隔离磁场设置与基片载体平行的边缘线，当基片载体上安装基片时，所述边缘线与基片之间最小的距离l与隔离磁场e的磁场强度b相匹配，以保持气体正离子不能达到基片。

进一步的，所述边缘线与基片之间最小的距离l与磁场强度b匹配关系为：

其中，m为气体正离子的质量，所述q为气体正离子的电荷量，vo为气体正离子进入隔离磁场的标准速度vo。

当气体正离子小于标准速度vo的速度从隔离磁场的边缘线进入隔离磁场，其会受到洛伦兹力做圆周运动，无论气体正离子的偏置角为多少，气体正离子都无法到达基片。

在镀膜过程中，由于镀膜箱内部气体正离子靠近基片的速度不相同，标准速度vo的取值需要保持隔离磁场的有效性。

优选的，所述标准速度vo的得到方法包括以下步骤：

a1：在距离基片表面距离l处，对气体正离子速度v进行测量，形成关于气体正离子速度v数值的数据总库m；

a2：取出数据总库m中数值量密集数值段g，将密集数值段g中数值最大的速度vmax最为隔离磁场的标准速度vo。

通过对标准速度vo的获取，隔离磁场可拦截大量气体正离子。

本发明的有益效果是：本发明的磁控溅射镀膜方法及装置在靶材和基片之间设置隔离磁场，隔离磁场可对气体正离子进行阻拦，减少空气正离子在基片表面成膜时渗入膜中，提升膜的质量。

本发明可在现有磁控溅射镀膜装置上改进得到，实施成本低，且效果显著，应用价值高。

附图说明

图1为本磁控溅射镀膜方法的步骤图；

图2为本磁控溅射镀膜装置的结构示意图；

图3为本磁控溅射镀膜装置基片附近隔离磁场分布示意图；

图4为隔离磁场中气体正离子运动轨迹图(正常偏置角)；

图5为隔离磁场中气体正离子运动轨迹图(最大偏置角)；

图6为标准速度vo的得到方法的步骤图。

图中：1、镀膜箱；2、阴极；3、磁铁；4、背板；5、靶材；6、进气管；7、真空管；8、隔离磁场发生器；9、基片；10、基片载体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

参照图1，一种磁控溅射镀膜方法，包括以下步骤：

s1：将工作气体进行电离，靶材与基片之间形成气体正离子和气体负离子；

s2：气体正离子轰击靶材，靶材原子脱离靶材往靠近基片的方向运动；

s3：隔离磁场对靠近基板的空气正离子进行隔离，减少空气正离子在基片表面成膜时渗入膜中；

s4：靶材原子沉积于基片。

实施例2

一种基于实施例1中磁控溅射镀膜方法的磁控溅射镀膜装置，参考图2，所述磁控溅射镀膜装置包括镀膜箱1，所述镀膜箱1内部设置平行设置的用于承载靶材5的背板4和基片载体10，所述背板4和基片载体10之间设置隔离磁场发生器8，参考图3，所述隔离磁场发生器8用于产生隔离磁场，所述背板4连接电极的阴极2，所述背板4于承载靶材5的另一侧面设置磁场3，所述镀膜箱1设置用于将镀膜箱1抽成真空状态的真空管7和用于工作气体进气的进气管6，本实施例中的工作气体为氩气。

镀膜时，首先需要将镀膜箱1抽成真空，然后工作气体从进气管6进入镀膜箱1被电离，形成气体正离子和气体负离子，气体正离子在阴极的吸引下轰击背板4上的靶材5，靶材5原子离开靶材5往靠近基片9的方向运动，靶材原子沉积于基片9形成膜。在此过程中，隔离磁场发生器8产生的隔离磁场对气体正离子进行阻隔。

具体的，所述隔离磁场设置与基片载体10平行的边缘线，当基片载体10上安装基片时，所述边缘线与基片之间最小的距离l与隔离磁场e的磁场强度b相匹配，以保持气体正离子不能达到基片9。

进一步的，所述边缘线与基片之间最小的距离l与磁场强度b匹配关系为：

其中，m为气体正离子的质量，所述q为气体正离子的电荷量，vo为气体正离子进入隔离磁场的标准速度vo。

当气体正离子小于标准速度vo的速度从隔离磁场的边缘线进入隔离磁场，气体正离子会受到洛伦兹力做圆周运动，由于所述l大于2r。参考图4和图5，其中图4为气体正离子以一般偏置角进入隔离磁场，其中在隔离磁场中经过一段圆弧后，从隔离磁场中出去；其中图5为气体正离子以最大偏置角进入隔离磁场，其中在隔离磁场中经过一个整圆弧后，从隔离磁场中出去，即无论气体正离子的偏置角为多少即所述气体正离子都无法到达基片9。

在镀膜过程中，由于镀膜箱1内部气体正离子靠近基片9的速度不相同，标准速度vo的取值需要保持隔离磁场的有效性。参考图6，本实施例中，所述标准速度vo的得到方法包括以下步骤：

a1：在距离基片表面距离l处，对气体正离子速度v进行测量，形成关于气体正离子速度v数值的数据总库m；

a2：取出数据总库m中数值量密集数值段g，将密集数值段g中数值最大的速度vmax最为隔离磁场的标准速度vo。

通过上述方法对标准速度vo的获取，隔离磁场可拦截大量气体正离子，保持隔离的高度有效性。

本实施例中的的磁控溅射镀膜装置在靶材和基片之间设置隔离磁场，隔离磁场可对气体正离子进行阻拦，减少空气正离子在基片表面成膜时渗入膜中，提升膜的质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。