[实用新型]一种闭合磁场非平衡磁控溅射镀膜设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种闭合磁场非平衡磁控溅射镀膜设备，主要应用于高离化率的反应磁控溅射镀膜领域。

背景技术

磁控溅射作为一种低温、高速的镀膜方式被广泛应用于电子、机电、仪表、航天等各个领域。磁控溅射所镀薄膜的性能分为二大类：一种是功能性薄膜，另一种是装饰性薄膜；其中最重要的是功能性薄膜，功能性薄膜对成膜过程中的离化率指标要求很高，现有的磁控溅射镀膜方式的离化率不能满足某些功能性薄膜的要求，这样就限制了磁控溅射的应用范围。

磁控溅射的基本原理是在一定的真空下（10^-2pa），向镀膜室内充入工作气体到特定的真空度（10^-1pa），然后给磁控靶施加几百伏的负电压；由于磁控靶本身有磁场，在磁控靶与镀膜室之间形成了一个正交的电磁场，镀膜室中的游离电子在正交电磁场的作用下向正极(镀膜室)加速行进，在行进过程中与工作气体碰撞，把工作气体电离，产生正离子和电子，正离子在电场的作用下与靶材撞击，靶材原子被撞击出来，沉积在工件上，电子继续电离工作气体。这个过程称为溅射，磁控靶本身的磁场控制电子沿着磁力线螺旋形运动，来增加电子的行进路程，从而提高电子与工作气体的碰撞次数；电子行进路程越长、电子的数量越多，磁控靶的离化率就越高；这种靶表面带有正交电磁场的溅射叫做磁控溅射，这种靶叫磁控靶。

磁控靶是磁控溅射镀膜设备的核心，磁控靶的磁场布置和磁路设计是各个镀膜企业的核心技术。目前，现有的磁控溅射镀膜设备的磁控靶及磁路设计如图1所示，从图1中可以看出：磁控靶的磁路设计相同，每个磁控靶参与溅射的电子在能量耗尽后就直接落到阳极镀膜室上面；电子的利用率低，离化率自然也低。

现有提高磁控溅射镀膜设备的离化率的方法有：

1、在设备中增加灯丝组件，由灯丝组件为磁控靶提供更多的电子，由于有更多的电子参与到磁控靶的溅射当中，从而提高了磁控靶的离化率；但由于灯丝组件发射电子的能力有限，所以该种方法对离化率的提高帮助非常有限；

2、在设备中增加离子源，由离子源电离工作气体，直接为磁控靶提供大量的正离子，该种方法极大的提高了磁控靶的离化率；但是由于需要单独配备离子源和与之配套的电源，而离子源和配套的电源价格很高，整套设备操作复杂。

实用新型内容

针对现有的磁控溅射镀膜设备离化率偏低的问题，本实用新型提供一种离化率高的闭合磁场非平衡磁控溅射镀膜设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种闭合磁场非平衡磁控溅射镀膜设备，包括镀膜室、镀膜室门、工件转架、圆柱磁控靶、充气系统、靶挡板及真空抽气口，所述镀膜室门通过铰链固定在镀膜室上，在所述镀膜室的外壁上设有真空抽气口，在镀膜室的下盖上设有工件转架，在镀膜室的上盖上设有圆柱磁控靶和充气系统，所述工件转架与偏压电源相连接；其特点是，所述圆柱磁控靶的设置数量为大于或等于4的偶数个，圆柱磁控靶磁铁的磁极面向被镀工件设置，并使各圆柱磁控靶之间形成闭合的磁回路；其中，奇数圆柱磁控靶磁铁的磁极是N-S-N，偶数圆柱磁控靶磁铁的磁极是S-N-S，或者奇数圆柱磁控靶磁铁的磁极是S-N-S，偶数圆柱磁控靶磁铁的磁极是N-S-N。

所述奇数圆柱磁控靶S极磁铁的磁场强度在6000～8000高斯范围内，N极磁铁的磁场强度在4000～6000高斯范围内。

所述奇数圆柱磁控靶S极磁铁的磁场强度为6500高斯或7500高斯，N极磁铁的磁场强度为4500高斯或5500高斯。

所述偶数圆柱磁控靶N极磁铁的磁场强度在6000～8000高斯范围内，S极磁铁的磁场强度在4000～6000高斯范围内。

所述偶数圆柱磁控靶N极磁铁的磁场强度为6500高斯或7500高斯，S极磁铁的磁场强度为4500高斯或5500高斯。

为了阻挡靶材溅射出来的靶材原子，在所述镀膜室的上盖上设有靶挡板。

如图2和图3所示，对于单个圆柱磁控靶而言，磁力线从N极出发回到S极，形成一个封闭的磁场；对于相邻的圆柱磁控靶而言，1号靶、3号靶的左右磁铁是N极面向靶材，2号靶、4号靶的左右磁铁是S极面向靶材，由于每个圆柱磁控靶采用的是非平衡磁场，其多余的磁力线就从1号靶、3号靶的N极出发回到2号靶和4号靶的S极，这样就在1到4号靶之间，由磁力线形成了一个封闭的圆环即闭合磁场；对于单个圆柱磁控靶而言，采用非平衡磁场，所以这种溅射方式是闭合磁场非平衡磁控溅射。

本实用新型的有益效果：