[发明专利]离子镀膜机、气体离子刻蚀清洗方法及辅助沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理气相沉积离子镀膜技术领域，尤其是涉及一种离子镀膜机、气体离子刻蚀清洗方法及辅助沉积方法。

背景技术

物理气相沉积(PVD)是通过加热蒸发，阴极电弧或磁控溅射蒸发等过程，产生金属粒子并与反应气体形成化合物沉积在工件表面上。物理气相沉积主要有蒸发镀，阴极电弧镀和磁控溅射镀三种常用方法，阴极电弧镀俗称离子镀。

在离子镀过程中，利用阴极电弧源(CAE)放电产生金属离子，在工件上建立的高负偏压的作用下，金属离子获得一定动能轰击到工件表面上，形成对工件表面预刻蚀和清洗(即主弧轰击清洗过程)；此方法虽然有很多优点，但同时也存在严重的缺点，会导致薄膜性能的降低。具体如下：

1)阴极电弧源产生金属离子的同时，还会产生大量的微液滴(原子团)。由于微液滴的质量大、移动速度低，容易粘覆到工件表面上，形成对工件表面的二次污染；

2)在高负偏压下，高动能的金属离子对工件表面形成强烈轰击，在工件表面上容易形成电弧放电，造成工件表面局部的烧蚀和损伤；尤其是在工件的尖锐处，金属离子容易聚集，形成集中轰击，造成工件上关键的尖锐局部过热退火或烧蚀损伤；

3)由于金属粒子的尺寸效应，不利于工件微观表面的活化；

4)在离子镀膜过程中通入的是中性的气体分子，气体粒子的反应活性低，也无法从工件上的负偏压电场中获取额外动能，镀膜中的化学反应能量只能由具有较高动能的金属离子提供，或者由被镀工件上的较高温度提供，不利于化学反应的充分进行，影响膜层质量。而如果要制备高质量的膜层时，则需要在同一镀膜高度上配置多套阴极电弧源。

除了上述的利用阴极电弧源产生的金属离子对工件表面进行轰击清洗的方法外，还有以下几种各具优缺点的清洗方法：

射频刻蚀法：射频放电在洁净工件表面方面是近年来的一个发展方向，但射频电源的高成本、电磁兼容(干扰)等问题影响其在硬质薄膜涂层领域的应用。

气体离子刻蚀法：在Ti靶前加挡板，阻止放电产生的金属Ti粒子对工件的直接轰击；增加辅助阳极，使得工件只受到间接离化的气体离子的刻蚀。但此法的弊病有二：一是需要更多的弧源，二是气体离子浓度及刻蚀的均匀性和强度都会受到影响。

阴极灯丝法：通过阴极管或灯丝发射电子、离化气体原子，对工件形成气体离子刻蚀，通过阴极灯丝位置的设计，可以实现对工件全方位的清洁。所存在的不足是阴极管或灯丝为易耗品，在通入氧气或者含碳气体时热阴极表面容易毒化甚至烧毁，需要不断更换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子镀膜机、气体离子刻蚀清洗方法及辅助沉积方法。

本发明提供的配置气体离子源的离子镀膜机，其结构为：在离子镀膜机的真空腔内壁或者法兰上设置一台或多台气体离子源装置，用于对待镀工件的气体离子刻蚀清洗步骤，也用于对待镀工件的气体离子辅助沉积步骤。

进一步的，所述气体离子源装置为阳极层条形气体离子源。

进一步的，所述配置气体离子源的离子镀膜机还包括：设置在所述离子镀膜机的真空腔内壁或者法兰上与所述气体离子源装置对应的阴极电弧靶源，以实现气体离子辅助沉积。

气体离子源装置可以在大的真空范围稳定放电，通过对通入气体离子源气体种类和气量的，以及放电状态的精确控制，容易控制气体等离子体产生的密度和空间方向，进而控制气体离子刻蚀清洗过程和气体离子辅助沉积工程。

本发明提供的使用所述离子镀膜机装置进行气体离子刻蚀清洗的方法，包括以下步骤：

待镀工件预处理后送入离子镀膜机的真空腔；

真空腔抽真空，对真空腔内的待镀工件进行预加热烘烤；

达到一定的真空和温度条件后，向气体离子源有控制地稳定通入工作气体，气体离子源装置放电工作，产生气体等离子体，对待镀工件表面进行气体离子轰击刻蚀，实现待镀工件表面的清洁和活化。

进一步的，所述气体离子源装置为阳极层条形气体离子源。

条形气体离子源可以在高度上产生均匀分布的气体离子等离子体，从而保证气体离子轰击清洗的均匀性。

进一步的，所述气体等离子体为的Ar或者Ar、O₂和H₂混合气产生的气体等离子体，Ar或者Ar、O₂和H₂混合气的总流量为50sccm～500sccm。

进一步的，所述气体等离子体对待镀工件表面进行轰击的过程中，真空度不低于0.8Pa。