一种提高靶材利用率的磁控溅射镀膜源装置的制作方法

1.本发明涉及溅射镀膜设备领域，具体涉及一种提高靶材利用率的磁控溅射镀膜源装置。


背景技术：

2.相比传统电镀化学镀的湿法镀膜，真空镀膜技术采用干式镀膜，在镀膜过程中基本为“零污染”，近年来已广泛应用在刀具、模具、汽车、航空航天、医疗、3c消费电子及军工等各个领域。真空镀膜技术一般分为物理气相沉积和化学气相沉积技术，其中物理气相沉积又可细分为磁控溅射、蒸发镀、离子镀等。
3.相比离子镀技术而言，磁控溅射技术制备的膜层晶粒更加细小、表面粗糙度低、镀膜过程更加稳定。它的原理是：真空腔室抽真空后，向其中充入ar或xe等惰性气体，磁控靶和工件上加载负电压，电子撞击惰性气体分子使其电离，在真空腔室内产生辉光放电产生等离子体，由于金属靶材带负电，等离子体中带正电的气体离子被加速，并以相当于靶极位的能量撞击靶面，将金属靶的原子轰出来，使之沉淀在基片表面上形成金属膜层，工件上的负偏压可以使膜层排列更加致密。
4.目前真空镀膜设备在实际使用时还存在诸多问题，如磁控溅射镀膜源装置上的靶材利用率低、腔室不同位置膜层不均匀、靶面镀膜前容易受到污染造成打底层结合力差的等缺陷，因此有必要针对这些方向进一步进行研发。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种提高靶材利用率的磁控溅射镀膜源装置，其可以提高靶材的利用率。
6.本发明采取的技术方案具体如下。
7.一种提高靶材利用率的磁控溅射镀膜源装置，其特征在于：包括位于真空腔室内的用于装配靶材的溅射靶座，用于向真空腔室内通入溅射工艺气体的布气组件，溅射靶座上设置有磁控主体，磁控主体包括磁体安装座和磁体安装座上安装的磁条组件，磁条组件包括长条形的a磁条单元和b磁条单元，a、b磁条单元的长度方向相同，记a磁条单元的长度方向为a1方向，a、b磁条单元沿着a2方向间隔交错设置，a1、a2方向相垂直布置，沿a2方向的始、末端均为a磁条单元且始、末端的两a磁条单元通过两c磁条单元相连接，a磁条单元由n极磁铁组成，b磁条单元由s极磁铁组成，c磁条单元由n极磁铁组成。
8.a磁条单元设置有4个，b磁条单元设置有3个。
9.磁体安装座上设置有安装槽，a、b、c磁条单元分别可拆卸式装配在安装槽内。
10.还包括冷却机构。
11.溅射靶座由槽型件组成，槽型件包括构成槽底的绝缘板和绝缘板四周分别设置的侧板，绝缘板上设置有下底座，下底座的上侧设置磁体安装座，磁体安装座的上部设置有用于布置靶材的铜背板，槽型件的槽口处设置有用于阻止靶材从槽型件内脱离的压扣件。压
扣件具体可以由压框和压框外侧的压条组成。
12.还包括装配法兰，溅射靶座设置在装配法兰的内表面上，内表面为装配法兰与真空腔室进行装配的表面，装配法兰的外表面上装配有外罩体，外罩体上设置有冷却机构。
13.布气组件包括槽型件外侧设置的布气管。
14.布气管与装配法兰上设置的布气孔相连通连接。
15.冷却机构包括装配法兰的外表面上设置的冷却水管。
16.侧壁包括沿a1方向布置的两a槽壁，a槽壁的外侧分别设置有长条形的布气管，布气管的长度方向与a1方向相一致，布气管的上表面上设置有出气口，出气口沿着a1方向间隔设置，布气管通过连接管与布气孔相连通连接。
17.本发明的有益效果是：将磁控主体设置成由各个磁条单元组成，各磁条单元形成多路磁场，极大提高了靶材的利用率，靶材的利用率可达40%以上。布气组件的结构使得溅射工艺气体分布更均匀，提高了溅射膜层的均匀性、一致性和吸附性，使溅射镀膜工艺更稳定，并可大面积镀膜。另外，通过对磁控主体的设计将靶面的等离子体延伸到靶面前200～400mm的范围，提高沉积速率，显著提高膜层的质量。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明和真空腔体装配的剖视图；图3磁控主体的结构示意图；图中附图标记为：100
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溅射靶座、110
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绝缘板、120
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侧板、130
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下底座、140
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磁体安装座、141
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a磁条单元、142
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b磁条单元、143
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c磁条单元、150
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铜背板、160
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压扣件、161
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压框、162
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压条、200
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装配法兰、300
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外罩体、310
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冷却水管、320
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冷却水龙头、410
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布气管、420
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连接管、430
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布气孔、500
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靶材、600
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基片、700
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真空腔室。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
20.如图1、2所示，一种提高靶材利用率的磁控溅射镀膜源装置，包括位于真空腔室700内的用于装配靶材500的溅射靶座100，用于向真空腔室700内通入溅射工艺气体的布气组件，溅射靶座100上设置有磁控主体，磁控主体包括磁体安装座140和磁体安装座140上安装的磁条组件，磁条组件包括长条形的a磁条单元141和b磁条单元142，a、b磁条单元142的长度方向相同，记a磁条单元141的长度方向为a1方向，a、b磁条单元142沿着a2方向间隔交错设置，a1、a2方向相垂直布置，沿a2方向的始、末端均为a磁条单元141且始、末端的两a磁条单元141通过两c磁条单元143相连接，a磁条单元141由n极磁铁组成，b磁条单元142由s极磁铁组成，c磁条单元143由n极磁铁组成。a磁条单元141设置有4个，b磁条单元142设置有3个。磁体安装座140上设置有安装槽，a、b、c磁条单元143分别可拆卸式装配在安装槽内。将磁控主体设置成由各个磁条单元组成，各磁条单元形成多路磁场，极大提高了靶材500的利用率，靶材500的利用率可达40%以上。
21.如图1、3所示，溅射靶座100由槽型件组成，槽型件包括构成槽底的绝缘板110和绝缘板110四周分别设置的侧板120，绝缘板110上设置有下底座130，下底座130的上侧设置磁体安装座140，磁体安装座140的上部设置有用于布置靶材500的铜背板150，铜背板150可为密封冷却水使冷却水不外漏的铜板，隔开靶材500与冷却水之间的接触，同时为靶材500冷却并起导电作用。槽型件的槽口处设置有用于阻止靶材500从槽型件内脱离的压扣件160。压扣件160具体可以由压框161和压框161外侧的压条162组成。布气组件包括槽型件外侧设置的布气管410。布气管410与装配法兰200上设置的布气孔430相连通连接。侧壁包括沿a1方向布置的两a槽壁，a槽壁的外侧分别设置有长条形的布气管410，布气管410的长度方向与a1方向相一致，布气管410的上表面上设置有出气口，出气口沿着a1方向间隔设置，布气管410通过连接管420与布气孔430相连通连接。布气组件的结构使得溅射工艺气体分布更均匀，提高了溅射膜层的均匀性、一致性和吸附性，使溅射镀膜工艺更稳定，并可大面积镀膜。另外，通过对磁控主体的设计将靶面的等离子体延伸到靶面前200～400mm的范围，提高沉积速率，显著提高膜层的质量。
22.详细的方案为，还包括冷却机构和装配法兰200，溅射靶座100设置在装配法兰200的内表面上，内表面为装配法兰200与真空腔室700进行装配的表面，装配法兰200的外表面上装配有外罩体300，外罩体300上设置有冷却机构。冷却机构包括装配法兰200的外表面上设置的冷却水管310。
23.本发明上述方案，先装配磁控主体，将n极磁铁和s极磁铁按照图3所示的结构通过螺栓组装在磁体安装座140上形成a、b、c磁条单元，将绝缘板110安装在装配法兰200上；将上一步安装好的磁控主体叠加安装在下底座130上；再将靶材500和铜背板150叠加安装在磁体安装座140上，将压框161叠加安装在侧板上侧，进一步通过螺栓将压框161、靶材500、磁控主体、下底座130叠加串联固定成一体；然后叠加安置于绝缘板110上，并通过螺栓将装配法兰200固定在真空腔室的法兰板上。将侧板120用螺栓和冷却水龙头320按照要求安装于指定位置，冷却水龙头320分进水口和出水口；将冷却水管310安装在装配法兰200的外表面并与冷却水龙头320的进、出水口紧密连接起来。
24.本发明工作时，将所有控制开关打开，给本发明通电，使其处于工作状态。pc端下发工作指令：将ar氩气通过布气管410注入真空腔室700中，使真空腔室700内部存在丰富的ar离子；同时将纯水由冷却水龙头320注入冷却水管310内，使其循环用以带出本发明在工作时产生的热能；磁控主体内的a、b、c磁条单元按规则产生环绕磁力线，当电场中阴、阳两极间电位达到临界电离电压后，通过其中ar气体分子分发生电离产生等离子体，ar氩气体分子的最外层电子被剥离出来，其中一部分射向阳极，其中一部分射向阳极，一部分则被环绕磁力线束缚在靶材500附近，这部分环绕的电子在加速运动中获得了极大的动能后继续与气体分子碰撞，撞击出更多的电子和ar正离子。ar正离子在电场的作用下射向阴极靶材500。ar离子轰击到靶材500后，产生阴极溅射，把靶材500产生的原子溅射到基片600表面上形成沉积层即纳米薄膜层；同时转架带动基片600按照pc端的工作指令规则匀速转动，使靶材500产生的原子溅射到基片600形成的膜层更加均匀。
25.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无
特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。