阳极场辅磁控溅射镀膜装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于物理气相沉积领域，涉及一种增强空间等离子体的离化率和等离子体均匀性，进而提高薄膜结合力和性能的阳极场辅磁控溅射镀膜装置，可以用于真空金属薄膜、氮化物薄膜和碳化物薄膜的生长。
【背景技术】
[0002]磁控溅射是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩尚子和电子，电子飞向基片。氩尚子在电场的作用下加速轰击革G材，派射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。
[0003]工业生产过程中，被镀工件门对门的过程中，要经历等离子清洗、金属粘结层和功能层三个基本步骤。目前常用的有离子源清洗，分为霍尔离子源、线性离子源、空心阴极离子源等，其中前两种离子源多用于光学镀膜和聚合物表面镀膜处理，对结合力要求不高。空心阴极离子源多用于工具镀膜，但是其作用距离短，且需要电磁场辅助，因此设备一般不能超过700mm的大小。磁控溅射由于远离靶时离化率急剧下降，制备的薄膜往往空隙率大，尤其是在批量镀膜时，工件会经历离化率的波浪式变化，在靶附近薄膜质量高，远离靶质量差，因此有必要提高磁控溅射的空间离化率。
[0004]目前提高空间离化率的方法有闭合场磁控溅射，如英国Teer公司的闭合场磁控溅射(英国专利号2258343、美国专利号5554519、欧洲专利号0521045)，利用了非平衡磁控溅射外延的磁场，通过合理的设计使相邻的磁场闭合，形成电子通道，电子延这些磁力线旋转，与中性粒子碰撞提高离化率。
[0005]在国内，发明专利ZL201210161364.9，专利 201210474290.4，专利 201220233276.0 公开了闭合场磁控溅射装置的设计，几乎同Teer公司的一样。专利ZL 201220209547.9则在此基础上作了修改，采用内圈放置的柱状磁控形成闭合磁场；专利ZL 98120365.5公开了一种非平衡靶同中心磁场闭合的磁控溅射装置，中心放置的磁场与靶磁场反转对称，磁力线在穿过被镀工件，极大的提高了镀膜区域的离化率。大连理工公开了一种等离子体增强非平衡磁控溅射方法(ZL 01116734.3 )，利用微波离子源辅助提高磁控溅射的离化率。
[0006]上述技术的缺点是必须要靠近的磁控靶达到磁场闭合的目的，装备复杂、成本偏高；微波等离子源难以实现大面积的辅助沉积。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决物理气相沉积过程中镀膜质量差、薄膜不均一的问题提出一种阳极场辅磁控溅射镀膜装置。本发明通过增强空间等离子体的离化率和等离子体均匀性进而提高薄膜结合力和性能，而且阳极由一块水冷的铜板和给铜板提供电源的装置组成，适合于大面积薄膜的沉积。
[0008]一种阳极场辅磁控溅射镀膜装置，包括真空腔体、工件盘和至少两个由电源I供电的磁控溅射靶，其特征在于在相邻的磁控溅射靶之间设有由电源II供电的水冷阳极，在真空腔体内形成闭环结构。
[0009]所述磁控溅射靶为矩形或旋转柱靶。
[0010]所述磁控溅射靶为金属或非金属靶。
[0011]所述电源I为直流、直流脉冲、中频、射频或高功率脉冲电源。
[0012]所述阳极是带进气水冷的铜板结构。
[0013]所述电源II是偏压电源或电压为50-500V的直流正电压。
[0014]所述阳极与磁控溅射靶等高布置。
[0015]本发明由磁控溅射激发的电子在正电场作用下飞向阳极，在飞行过程中和中性粒子碰撞加剧离化率，由此在阳极和磁控靶之间形成离子通道，达到提高离化率和匀化腔体等离子体的目的。
[0016]本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明将等高的水冷阳极和磁控溅射靶复合，增强了离化率的同时提高了腔体等离子体均匀性。
[0017]2、本发明所述水冷阳极的使用降低了闭合场磁控必须相邻靶布置，提高了空间利用率和镀膜效率。
[0018]3、本发明所述水冷阳极也可以和偏压电源连用达到PECVD镀膜的效果。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构示意图。
[0020]图中:1-磁控溅射靶、2-阳极、3-电源1、4_工件盘、5-电源II。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
如图1所示，一种阳极场辅磁控溅射镀膜装置，包括真空腔体、工件盘4和至少两个由电源I 3供电的磁控溅射靶1，在相邻的磁控溅射靶I之间设有由电源II 5供电的水冷阳极2，在真空腔体内形成闭环结构。
[0022]磁控溅射靶I为矩形或旋转柱靶。
[0023]磁控溅射靶I为金属或非金属靶。
[0024]电源I 3为直流、直流脉冲、中频、射频或高功率脉冲电源。
[0025]阳极2是带进气水冷的铜板结构。
[0026]电源II 5是偏压电源或电压为50-500V的直流正电压。
[0027]阳极2与磁控溅射靶I等高布置。
[0028]实施例2
一种阳极场辅磁控溅射镀膜装置，包括真空腔体、工件盘4和至少两个由电源I 3供电的磁控溅射靶1，在相邻的磁控溅射靶I之间设有由电源II 5供电的水冷阳极2，在真空腔体内形成闭环结构。其中矩形磁控溅射靶I尺寸200X800_2，采用多磁道水冷布置，带辅助进气设计；水冷阳极2尺寸100 X 800mm2，空心水冷阴极设计，带布气结构；电源I 3采用1KW直流脉冲电源或直流电源供电；水冷阳极2采用3KW直流正电压；采用低温分子栗系统抽真空和镀膜时气压的维持。
[0029]实施例3
一种阳极场辅磁控溅射镀膜装置，包括真空腔体、工件盘4和至少两个由电源I 3供电的磁控溅射靶1，在相邻的磁控溅射靶I之间设有由电源II 5供电的水冷阳极2，在真空腔体内形成闭环结构。其中矩形磁控溅射靶I尺寸0100X800mm2，采用多磁道水冷布置；水冷阳极2尺寸100 X 800mm2,空心水冷阴极设计，带布气结构；电源I 3采用1KW双极脉冲电源或者双极高功率脉冲电源；水冷阳极2采用3KW直流正电压；采用低温分子栗系统抽真空和镀膜时气压的维持。
[0030]实施例4
采用图1所示的装置实现高结合力氮化钛薄膜的制备:
样品清新干燥、抽真空至1.0X 14Pa,开始镀膜；偏压1000V，占空比0.4，阳极正电压500V，通入氩气0.8Pa，清洗10分钟；打开2组磁控溅射钛靶，偏压800V，占空比0.4，阳极正电压500V，通入氩气0.8Pa，轰击10分钟；偏压降至200V，阳极正电压150V，氩气0.5Pa，氮气0.3Pa，沉积2小时;待降至室温拿出样品测试，结合力为62 N。
【主权项】
1.一种阳极场辅磁控溅射镀膜装置，包括真空腔体、工件盘(4)和至少两个由电源I(3)供电的磁控溅射靶(1)，其特征在于在相邻的磁控溅射靶(I)之间设有由电源II (5)供电的水冷阳极(2 )，在真空腔体内形成闭环结构。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述磁控溅射靶(I)为矩形或旋转柱靶。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述磁控溅射靶(I)为金属或非金属靶。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述电源I(3)为直流、直流脉冲、中频、射频或高功率脉冲电源。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述阳极(2)是带进气水冷的铜板结构。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述电源II(5)是偏压电源或电压为50-500V的直流正电压。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述阳极(2)与磁控溅射靶(I)等高布置。
【专利摘要】本发明属于物理气相沉积领域，公开了一种阳极场辅磁控溅射镀膜装置，该装置包括真空腔体、工件盘和至少两个由电源Ⅰ供电的磁控溅射靶，在相邻的磁控溅射靶之间设有由电源Ⅱ供电的水冷阳极，在真空腔体内形成闭环结构。本发明将等高的水冷阳极和磁控溅射靶复合，增强了离化率的同时提高了腔体等离子体均匀性。
【IPC分类】C23C14/35
【公开号】CN105200381
【申请号】CN201510704469
【发明人】张斌, 张俊彦, 高凯雄, 强力, 王健
【申请人】中国科学院兰州化学物理研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月27日