[发明专利]一种金属等离子体源及其应用

说明书

本申请公开了一种金属等离子体源及其应用。本申请的金属等离子体源包括外壳、磁控靶和电子阻挡屏极，外壳呈中空的圆柱筒状，磁控靶铺设于外壳的中空的内腔中，且不与外壳导通，电子阻挡屏极由导电材料制备，同样设置于外壳的中空内腔中，并且电子阻挡屏极为片状，垂直安装于磁控靶的两端；电子阻挡屏极与磁控靶导通，或者电子阻挡屏极与磁控靶不导通，电子阻挡屏极单独连接负电压。本申请的金属等离子体源，在磁控靶两端增加电子阻挡屏极，将逃逸的电子反射回金属等离子体源内部，起到降低放电起辉条件目的；反射的电子增强了溅射粒子碰撞，增强其离化率，增加了靶材表面电子分布的均匀性，提高了靶材溅射均匀性，进而提高靶材利用率。

技术领域

本申请涉及离子镀膜领域，特别是涉及一种金属等离子体源及其应用。

背景技术

常规的磁控溅射在镀膜过程中绝大多数粒子以原子形式存在，可得到性能良好的薄膜，但是原子的能量、方向不可控，导致镀膜的可控性较差。另一种重要的镀膜手段，即阴极弧离子镀技术，可得到几乎完全离化的束流，束流的能量、方向可控，但是电弧热导致部分溅射材料来不及气化，从而以“液滴”的形式存在于离子束流中，在薄膜上形成缺陷“大颗粒”，对薄膜的质量产生严重的影响。

为此，本申请在之前的研究中提出了一种具有良好性能的圆筒形等离子体源，参见专利申请201410268732.9和201410268695.1，改进的圆筒形等离子体源，主要针对磁控溅射和阴极弧离子镀两种传统等离子体镀膜技术存在的缺陷进行设计。采用圆筒形等离子体源可将溅射限制在筒形靶材内部，溅射材料在腔内反复碰撞、离化，产生大量的离子，采用引出栅将腔内离子引出、加速并沉积在工件表面。采用圆筒形等离子体源可以有效提高材料的离化率，确保引出的束流中100％是离子；同时在圆筒腔内出现的“打弧”以及所产生的“金属液滴”不会喷溅到工件上，而是直接沉积在圆筒腔内的靶面上，这样既保证了薄膜不受“大颗粒”的影响，也减少了材料的浪费；此外，引出的束流离开了磁控靶的靶电压鞘层，不会被回吸到靶表面，从而提高了束流密度。

但是，在后续的研究和实践中发现，专利申请201410268732.9和201410268695.1中的圆筒形等离子体源，在起辉放电过程中，产生的电子迅速从两端逃逸，从而难以维持靶面较高的等离子体密度，使得放电较困难，尤其是较高功率下，等离子体源工作不稳定。

发明内容

本申请的目的是提供一种结构改进的金属等离子体源及其应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种金属等离子体源，包括外壳、磁控靶和电子阻挡屏极；外壳呈中空的圆柱筒状，磁控靶铺设于外壳的中空的内腔中，且不与外壳导通；电子阻挡屏极由导电材料制备，同样设置于外壳的中空内腔中，并且电子阻挡屏极为片状，电子阻挡屏极垂直安装于磁控靶的两端；电子阻挡屏极与磁控靶导通，或者电子阻挡屏极与磁控靶不导通，电子阻挡屏极单独连接负电压。

需要说明的是，本申请的关键在于增加电子阻挡屏极，以阻止电子逃逸；因此，其它组件，如磁性元件、铜套、熄弧罩、冷却系统、磁钢和引出电场正极等，都可以参考现有的圆筒形等离子体源，在此不累述。尤其是，本申请是在专利申请201410268732.9和201410268695.1的基础上改进的，因此，可以参考该两件专利申请中的金属等离子体源或离子镀膜装置。当然，可以理解，本申请的增加电子阻挡屏极的金属等离子体源，其结构并不仅限于专利申请201410268732.9和201410268695.1所记载的金属等离子体源或离子镀膜装置。需要补充说明的是，在专利申请201410268732.9和201410268695.1中，其等离子体源，又称为金属离子源，与本申请的金属等离子体源是相同的。