[发明专利]一种等离子体源及其用于镀膜的装置、系统和方法

说明书

本公开提供了一种等离子体源及其用于镀膜的装置、系统和方法，等离子体源包括：中空圆柱筒状外壳，及层设于所述外壳内的冷却系统、绕制线圈、套筒和磁控靶，所述磁控靶嵌于所述套筒内，所述冷却系统靠近所述套筒设置。通过调节绕制线圈电流，进而调节靶面磁场强度使得靶面磁场始终保持不变，随着靶面刻蚀深度的增加，在靶面形成平行于轴线的均匀、可控的磁场。在靶面形成平行于轴线的磁场可以将电子束缚在靶面，增加等离子体源内部电子浓度，提高溅射材料的离化率和放电稳定性，有效解决靶材刻蚀不均匀、利用率低、磁铁高温退磁等问题。

技术领域

本公开涉及材料表面处理技术领域，尤其涉及的是一种等离子体源及其用于镀膜的装置、系统和方法。

背景技术

平面磁控溅射技术缺点有：材料离化率低、可控性差；而阴极弧离子镀虽有高的材料离化率，其束流的能量、方向可控性好，但是束流中存在大量金属“液滴”，在薄膜上形成“大颗粒”缺陷，对薄膜的质量产生严重影响。专利CN201410268695.1和CN201410268732.9提出采用圆筒形金属等离子体源可将溅射约束在筒形靶材内部，溅射出来的材料在腔内与电子、Ar+、Ar、靶材料反复碰撞、离化，可有效提高离化率，获得高质量的薄膜。采用这种方式可以使引出的束流中接近100％为离子；同时靶面“打弧”产生的“金属液滴”被限制在筒形靶内部；引出的束流离开了靶电压鞘层，不容易被回吸到靶面，可提高薄膜沉积速率。

而现有技术中常使用条形永磁体作为磁性元件，以形成垂直于磁控靶轴向的磁场。此种方式致使等离子体源内部产生的等离子体不均匀。一方面，在靶面形成明显的刻蚀条纹，随着靶面不断被刻蚀，会造成靶面的磁场变化，进而影响溅射的稳定性；另一方面，致使部分靶面并未被刻蚀，造成靶材利用率低。因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

发明内容

本公开要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种等离子体源及其用于镀膜的方法、系统和装置，旨在解决现有技术中的基于磁控的筒形一种等离子体源及其用于镀膜的装置、系统和方法。

本公开解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种等离子体源，其中，包括：中空圆柱筒状外壳，及层设于所述外壳内的冷却系统、绕制线圈、套筒和磁控靶，所述磁控靶嵌于所述套筒内，所述冷却系统靠近所述套筒设置。

进一步地，所述绕制线圈组合有其他磁性元件以调节靶面的磁场强度。

进一步地，所述绕制线圈的输入电流大小和方向可固定或连续可调。

进一步地，所述绕制线圈用于在靶面形成平行于轴线方向的磁场，且磁场强度范围为5-80mT。

进一步地，所述冷却系统设于所述绕制线圈和套筒之间或所述套筒内；所述冷却系统所采用的冷却方式为水冷或油冷。

进一步地，所述套筒所用材料为钢、Cu、Al、V、Ti、Cr、Mn、Zn、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Ta、W、Pt、Au及其导电、导热性好且无磁性的合金中的任意一种制备。

本公开还提供了一种镀膜装置，其中，包括如上所述的等离子体源，在所述外壳外，设有用于放置待加工产品的加工台；在所述加工台和等离子体源外侧罩设有用于提供溅射条件的真空室；所述磁控靶连接磁控溅射电源。

进一步地，所述磁控溅射电源为高功率脉冲磁控溅射、直流磁控溅射、脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、中频磁控溅射、复合脉冲磁控溅射等方法中的一种或几种。

本公开还提供一种镀膜系统，其中，通过如上所述的镀膜装置提供溅射条件，以及通过如上所述的等离子体源产生用于镀膜沉积的离子束流。

本公开还提供一种镀膜方法，其中，通过如上所述的镀膜系统实现，包括：放置待加工产品于加工台上；控制真空室的真空环境；控制等离子体发出离子束流；对待加工产品进行涂层制备或表面改性。