[發明專利]一種用于高功率脈沖磁控濺射的裝置及方法

有效

• 申請號: 202210751230.6
• 申請日: 2022-06-28
• 公開（公告）號: CN114921764B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 田修波;柏賀達
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 北京超凡宏宇知識產權代理有限公司 11463
• 代理人: 賈耀斌

本發明提供了一種用于高功率脈沖磁控濺射的裝置及方法，涉及磁控濺射鍍膜領域，該裝置用于高功率脈沖磁控濺射中，包括磁控靶及至少兩個電磁鐵，磁控靶為磁控陰極，至少兩個電磁鐵平行于磁控靶的靶面方向分別設置于磁控靶的兩側，電磁鐵連接電磁鐵電源，電磁鐵電源用于調控電磁鐵的磁極及產生的磁場強度，使至少兩個電磁鐵的極性在N極和S極之間周期性變化和/或使磁場強度進行周期性的變化。通過電磁鐵產生的磁場調控濺射出來的等離子體在平行于靶面的方向做來回運動，使得等離子體在平行于靶面的方向上空間分布更加均勻，進而可以提高掃描區域成膜均勻性和膜層質量。

技術領域

本發明涉及磁控濺射鍍膜領域，尤其涉及一種用于高功率脈沖磁控濺射的裝置及方法。

背景技術

高功率脈沖磁控濺射技術(High-power?impulse?magnetron?sputtering，HiPIMS)是一種基于傳統直流磁控濺射技術新發展出來的技術，因其濺射出的等離子體具有離化率高、密度大、能量高等特點，使得沉積的薄膜較傳統直流磁控濺射沉積具有基片溫度低、薄基結合力強、膜層致密等特點，被廣泛應用于高端光學、半導體、機械加工、軍事等領域，是一種極具前景的物理氣相沉積技術。

但磁控濺射鍍膜普遍存在的問題是，受磁場分布和濺射氣體分布等因素的影響，濺射材料在濺射時形成的等離子體具有一定的空間形狀和密度分布，使得等離子體的利用率低、所鍍膜層厚度無法形成均勻的分布，而膜層厚度均勻性是薄膜光學、電學、力學等性能最重要的影響因素，越是精密、高端的領域對薄膜厚度均勻性的要求越高。等離子體的利用率是工業生產成本控制非常重要的環節。所以，如何提高等離子體利用率、有效控制膜層的均勻性是高功率脈沖磁控濺射，乃至磁控濺射技術研究的重點之一。現有技術多采用移動靶材或調控磁鐵位置的方式提高等離子體利用率，但效果有限，改進平面靶材成膜均勻性的方法還未有發現。

發明內容

為克服現有技術中的不足，本申請提供一種用于高功率脈沖磁控濺射的裝置及方法。

本申請提供的一種用于高功率脈沖磁控濺射的裝置，包括磁控靶及至少兩個電磁鐵，所述磁控靶為磁控陰極，所述至少兩個電磁鐵平行于所述磁控靶的靶面方向，并分別置于所述磁控靶的兩側，所述電磁鐵連接電磁鐵電源，所述電磁鐵電源用于調控所述電磁鐵的磁極及產生的磁場強度，使所述至少兩個電磁鐵的極性在N極和S極之間周期性變化和/或使磁場強度進行周期性的變化。

在一種可能的實施方式中，所述電磁鐵的寬度大于所述磁控靶的靶面寬度。

在一種可能的實施方式中，所述至少兩個電磁鐵的面積相等，但供電相互獨立。

在一種可能的實施方式中，所述電磁鐵的數量為兩個，兩個所述電磁鐵分別平行放置于所述磁控靶靶面的兩側，兩個所述電磁鐵的極性始終保持相反狀態。

在一種可能的實施方式中，每個所述電磁鐵由至少兩個面積相等的分磁鐵組成，所述至少兩個分磁鐵的磁場強度不等，但極性相同。

在一種可能的實施方式中，所述電磁鐵的數量為四個，兩個所述電磁鐵平行放置于所述磁控靶靶面的上下兩側，且極性相反，另外兩個所述電磁鐵平行放置于所述磁控靶靶面的左右兩側，且極性相反。

在一種可能的實施方式中，所述電磁鐵的數量為大于二的偶數個，所述電磁鐵環繞所述磁控靶的靶面設置，且相鄰兩個所述電磁鐵的極性均相反。

在一種可能的實施方式中，所述用于高功率脈沖磁控濺射的裝置還包括環形托盤，所述環形托盤與所述磁控靶圓心重合，所述電磁鐵的數量為四個，四個所述電磁鐵設于所述環形托盤上，且相鄰兩個所述電磁鐵之間的距離相等，相鄰兩個所述電磁鐵的極性均相反，所述環形托盤用于帶動設于其上的所述電磁鐵圍繞所述磁控靶的圓心進行旋轉。

本申請提供的一種用于高功率脈沖磁控濺射的方法，包括：

提供一磁控陰極靶及至少兩個電磁鐵；