專利名稱：磁控濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬磁控濺射鍍膜技術(shù)，具體涉及一種磁控濺射裝置。
二、 技術(shù)背景
目前，磁控濺射技術(shù)廣泛應(yīng)用到表面改性、裝飾薄膜、光學(xué)薄膜、超導(dǎo)薄 膜以及功能薄膜等薄膜制備中，等離子體鍍膜技術(shù)和傳統(tǒng)熱蒸發(fā)鍍膜相比較有 很多的優(yōu)越性，離子束濺射、非平衡磁控濺射和脈沖電弧沉積離子(原子)的
能量比熱蒸發(fā)高10 100倍，提高了薄膜的聚集密度，使膜層的特性更趨向于
大塊材料，因而增加了膜層強度，膜層間表面材料的混合也改善了附著力，有 時甚至可以減小膜層內(nèi)的高張應(yīng)力。聚集密度的提高減小了膜層的潮氣靈敏度， 還可以提高膜層的穩(wěn)定性，提高耐潮濕和化學(xué)穩(wěn)定性。使用磁控濺射鍍膜技術(shù) 已經(jīng)成為國內(nèi)和國際上鍍制薄膜的主要技術(shù)途徑。
目前磁控濺射方式主要為平衡磁控濺射和非平衡磁控濺射，前者輝光放電 產(chǎn)生的電子被水平磁場緊緊地束縛在靶面附近，隨著離開靶面距離的增大，等 離子濃度迅速降低。相應(yīng)的只有中性粒子不受磁場的束縛能夠飛向基片表面。
而中性粒子的能量一般在4 10eV之間，在基片表面不足以產(chǎn)生高結(jié)合力致密的 膜層；后者是將某一磁極的磁場對于另一極性相反磁極的磁場增強或減弱，這 就導(dǎo)致了磁場分布的"非平衡"在保證靶面水平磁場分量有效地約束二次電子運 動，可以維持穩(wěn)定的磁控濺射放電的同時，另一部分電子沿著強磁極產(chǎn)生的垂 直fe面的縱向磁場，可以使逃逸出靶面的電子飛向鍍膜區(qū)域。這些飛離靶面的電子還會與中性粒子產(chǎn)生碰撞電離，進一步提高鍍膜空間的等離子體密度，不 僅有利于提高沉積速率，帶電粒子的轟擊會顯著地改變膜層的微觀結(jié)構(gòu)，進而 改善其物理特性。
磁控濺射技術(shù)的關(guān)鍵是提高靶材利用率和沉積速率，為了提高靶材利用率， 目前通常采用的方法有以下幾種
1、 磁場掃描方式，將靶材下方的磁體按照一定的規(guī)律運動，使靶材表面環(huán) 狀放電環(huán)移動可以提高耙材的利用率；
2、 磁場可變磁控濺射，該技術(shù)與磁場掃描法類似，濺射過程中需要控制磁 體移動，通過改變磁場的內(nèi)外磁極與耙表面的距離，由此改變磁場強度實現(xiàn)對 濺射率和沉積率的細微調(diào)節(jié)；
3、 "智能陰極"技術(shù)，通過在陰極靶中采用兩個可調(diào)節(jié)的電磁線圈，可以 改變磁場強度，同時可將濺射過程分為在內(nèi)經(jīng)合外徑兩個階段，提高靶材的利 用率。
上述各種方法都是通過對磁場的調(diào)節(jié)來提高靶材的利用率，但實踐發(fā)現(xiàn)即 使采用了上述方法，靶材利用率仍然只能提高到20%~35%，同時由于采用上述 方法所制備的設(shè)備因需要采用永磁鐵移動或多組電磁線圈，因此還存在著結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，設(shè)備加工成本高的問題。
二
實用新型內(nèi)容
本實用新型提供一種磁控濺射裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的靶材利用率低 和沉積速率低的問題。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為 一種磁控濺射裝置，包 括磁體、導(dǎo)磁體、基片和濺射靶，其特征在于所述磁體的相反磁極相對固定設(shè)置在濺射靶的側(cè)面，磁體產(chǎn)生的磁約束磁場位于基片和濺射靶之間并且兩磁 極連線平行于靶面。
上述磁體為電磁體或永磁體。
上述磁體可設(shè)置有多對。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下優(yōu)點
1、 濺射效果好(1)可以實現(xiàn)靶的表面產(chǎn)生均勻濺射，由于磁場在靶材上 方，靶材厚度在冷卻許可的條件下，可以適當(dāng)增加靶厚度，靶材利用率可以達 到65%以上，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍；(2)磁鏡(磁約束)磁場約束的等離子區(qū)域擴 大到基片表面，基片和薄膜受粒子轟擊并被加熱，減少了薄膜的內(nèi)應(yīng)力，提高 薄膜的致密度。(3)相反的磁極固定在靶材的兩側(cè)，間距較大，磁場強度分布 由靶材表面到基片方向逐漸減弱，等離子區(qū)域被擴大到基片表面，基片和薄膜 受粒子轟擊并被加熱，減少了薄膜的內(nèi)應(yīng)力，提高薄膜的致密度。
2、 有效提高沉積速率現(xiàn)有技術(shù)中磁體都在靶材下方，在靶面形成跑道環(huán)， 只在跑道環(huán)區(qū)域才能產(chǎn)生較強地濺射，而本實用新型采用磁鏡形式結(jié)構(gòu)，使電 子在接近磁極時被磁場反射回來，電子被約束在靶材表面區(qū)域螺旋往復(fù)運動， 增加了與工作氣體的碰撞幾率，可以在靶的整個表面都形成等離子區(qū)域，在電 場的作用下，使正離子加速碰撞濺射靶材，實現(xiàn)在靶表面整個區(qū)域濺射，沉積 速率可提高2 3倍，提高了工作效率。
3、 整體結(jié)構(gòu)簡單采用本實用新型的方法，靶材下方不再需要設(shè)置磁體， 也不再需要移動機構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)簡單。
4、 適用范圍廣不僅適用于表面改性薄膜、裝飾薄膜、光學(xué)薄膜、超導(dǎo)薄 聘以及功能薄膜等多種薄膜的制備當(dāng)中，同時因為采用了多級永磁體或電磁體還可以提高磁場強度，同時擴大了等離子區(qū)域，等離子體濃度也有所提高，特 別適用于大型工件磁控濺射。
四

圖1 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中平衡及非平衡磁控濺射原理圖； 圖4為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為實施例2的結(jié)構(gòu)示意其中，l-基片，2-磁約束磁場，3-等離子區(qū)，4-電磁體，5-導(dǎo)磁體，6-濺射 靶材，7-濺射耙，8-永磁體。
五具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做詳細地說明。
參見圖1 圖3，現(xiàn)有技術(shù)中，主要采用的是平衡磁控濺射和非平衡磁控濺射。
實施例l，參見圖4。 一種磁控濺射裝置，包括磁體、導(dǎo)磁體5、基片l和 濺射靶7，所說磁體是電磁體4，其相反磁極相對固定設(shè)置在濺射靶的側(cè)面。導(dǎo) 磁體5構(gòu)成下方磁路閉合。
其工作原理是電磁體4通電，在濺射靶7和基片1所形成的空間內(nèi)產(chǎn)生 磁約束磁場2，使電子被約束在靶材表面區(qū)域進行螺旋往復(fù)運動，增加了與工作 氣體的碰撞幾率，在濺射靶7表面形成等離子區(qū)3，在電場的作用下，正離子加 ，碰撞靶材濺射出來原子沉積到濺射靶材6的表面形成薄膜。
本實施例特別適用于制備小型工件。
實施例2，參見圖5。 一種磁控濺射裝置，包括磁體、導(dǎo)磁體5、基片1和 濺射靶7，所說的磁體是永磁體8，永磁體8包括制備成條形的三對，這三對永磁體8由內(nèi)向外依次相對固定設(shè)置在濺射靶7的側(cè)面。
其工作原理是三對永磁體5在基片1、濺射靶7之間形成的空間內(nèi)產(chǎn)生磁 豳束磁場2，工作原理同實施例l，不同的地方是采用了多對永磁體，這樣可以 有效提高磁場強度，電子被約束在靶材表面上方更大的區(qū)域里螺旋往復(fù)運動， 增加了與工作氣體的碰撞幾率，提高了離子隊工件表面的轟擊作用。
本實施例特別適用于制備大型工件。
在磁極設(shè)置時，其位置基本處于濺射靶7的表面附近或者略高出濺射靶7 的表面，只要能在濺射靶7和基片1所形成的空間內(nèi)產(chǎn)生磁約束磁場2即可。
權(quán)利要求1、一種磁控濺射裝置，包括磁體、導(dǎo)磁體(5)、基片(1)和濺射靶(7)，其特征在于所述磁體的相反磁極相對固定設(shè)置在濺射靶(7)的側(cè)面，磁體產(chǎn)生的磁約束磁場(2)位于基片(1)和濺射靶(7)之間并且兩磁極連線平行于靶面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁控濺射裝置，其特征在于所述磁體為電磁體(4)或永磁體(8)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種磁控濺射裝置，其特征在于所述磁體可設(shè)置有多對。
專利摘要本實用新型屬磁控濺射鍍膜技術(shù)，具體涉及一種磁控濺射裝置。由于目前采用平衡磁控濺射和非平衡磁控濺射方式，即使采用永磁鐵移動或多組電磁線圈變換，靶材利用率也只能提高到20％～35％，并且存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高的問題。本實用新型的一種磁控濺射裝置，包括磁體、導(dǎo)磁體、基片和濺射靶，其特別之處在于所述磁體的相反磁極相對固定設(shè)置在濺射靶的側(cè)面，磁體產(chǎn)生的磁約束磁場位于基片和濺射靶之間并且兩磁極連線平行于靶面。本實用新型可以有效克服現(xiàn)有技術(shù)存在的靶材利用率低和沉積速率低的問題。
文檔編號C23C14/35GK201250284SQ200820030258
公開日2009年6月3日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者孫國斌, 謙 彌, 徐均琪, 惠迎雪, 杭凌俠, 梁海峰, 郭忠達 申請人:西安工業(yè)大學(xué)