镀膜设备及其镀膜控制方法

技术领域

本申请涉及镀膜设备技术领域，特别是一种镀膜设备及其镀膜控制方法。

背景技术

在真空镀膜技术中，主要包括物理气相沉积(PVD)技术和化学气相沉积(CVD)技术；其中，PVD技术是利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其离化为离子，直接沉积到基体表面。

磁控溅射是常用于PVD的技术，参考图1，图1是磁控溅射的工作原理示意图，电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子，新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射，在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。

磁控溅射工作过程中会释放电子，游离的电子会在空间游离，容易影响镀膜效果，在加工氧化物的时候，需要引入大量氧气，中性氧气不活泼，也影响了氧化效果，而且等离子源需要使用射频驱动，结构复杂，不稳定。

发明内容

基于此，有必要针对上述至少一个技术缺陷，提供一种镀膜设备及其镀膜控制方法，以提高磁控溅射镀膜的镀膜效果。

一种镀膜设备，包括：至少一个霍尔离子源以及磁控溅射阴极；其中，所述磁控溅射阴极与霍尔离子源相邻布置且发射口位置平行；

在工作时，所述磁控溅射阴极的靶材产生材料粒子和电子，所述电子运动至所述霍尔离子源，所述霍尔离子源的阳极利用所述电子激活工作气体，产生离子源离子；

利用所述磁控溅射阴极产生的材料粒子与霍尔离子源产生的离子源离子对基片进行镀膜。

在一个实施例中，所述的镀膜设备还包括：连接磁控溅射阴极的磁控溅射电源，以及连接所述霍尔离子源阳极的阳极电源；其中，所述磁控溅射电源的正极与阳极电源的负极连接且接地。

在一个实施例中，所述磁控溅射阴极产生的材料粒子与离子源离子产生化学反应，在基片表面上形成致密薄膜。

在一个实施例中，所述离子源包括离子源底座、磁铁、气体分配片、阳极和离子源外壳；所述磁控溅射阴极包括：阴极底座、绝缘座、阴极本体、永磁体、靶材和磁控溅射阴极外壳。

在一个实施例中，所述霍尔离子源和磁控溅射阴极的外壳为一体式设计。

一种镀膜控制方法，应用于上述的镀膜设备，所述方法包括：

启动磁控溅射阴极进行工作，产生材料粒子和排斥的电子；

磁控溅射阴极将所述电子推向所述霍尔离子源；

启动霍尔离子源进行工作，并利用所述电子产生离子源离子；

利用所述材料粒子与离子源离子对基片进行镀膜。

在一个实施例中，在启动磁控溅射阴极进行工作之前，还包括：

分别向磁控溅射阴极的靶面和霍尔离子源分别通入适当量的工作气体。

在一个实施例中，所述启动磁控溅射阴极进行工作，产生材料粒子和排斥的电子，包括：

启动磁控溅射电源进行工作；其中，所述磁控溅射电源的正极接地、负极连接磁控溅射阴极的靶材；

在磁控溅射磁场和电场的作用下，电离所述工作气体；

工作气体中电离的正离子轰击靶材，从靶材中轰击出材料粒子和电子；

磁控溅射阴极的靶面将电子排斥远离靶面。

在一个实施例中，所述启动霍尔离子源进行工作，并利用所述电子产生离子源离子，包括：

启动霍尔离子源电源进行工作；其中，所述霍尔离子源电源的负极接地、正极接入霍尔离子源的阳极；

在霍尔离子源阳极电压作用下，将磁控溅射阴极的靶面排斥的电子吸引到阳极；

在霍尔离子源的阳极电场和磁场作用下，利用所述电子电离霍尔离子源的工作气体，产生离子源离子。

在一个实施例中，所述利用所述材料粒子与离子源离子进行镀膜，包括：

霍尔离子源的阳极排斥所产生的离子源离子，将离子源离子推向薄膜沉积方向并吸收电子；

利用所述材料粒子与离子源离子产生化学反应，在基片表面上形成致密薄膜。

本申请的技术方案具有如下有益效果：

将至少一个霍尔离子源以及磁控溅射阴极匹配使用，在工作时，磁控溅射阴极的靶材产生材料粒子和电子，电子可以运动至霍尔离子源为阳极利用，激活霍尔离子源的工作气体以产生离子源离子；同时利用磁控溅射阴极产生的材料粒子与霍尔离子源产生的离子源离子对基片进行镀膜。该技术方案，利用磁控溅射阴极产生的多余电子，作为驱动霍尔离子源的中和器使用，既充分利用了多余的电子，简化了霍尔离子源的结构，同时通过引入霍尔离子源的离子磁控溅射阴极的镀膜提供了更好的协助，特别是应用在加工氧化物的时候，产生比等离子能量更大的离子，加强了氧化效果，提升了镀膜效果。

附图说明

图1是磁控溅射的工作原理示意图；

图2是一个实施例的镀膜设备结构示意图；

图3是镀膜设备的电子和离子运动示意图；

图4是镀膜设备的外部接电方式示意图；

图5是镀膜设备的切面立体图；

图6是镀膜设备的外部结构布局图；

图7是一个实施例的镀膜控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例的术语“包括”以及其他任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

本申请的技术方案，镀膜设备是在磁控溅射阴极上匹配了至少一个霍尔离子源进行使用；常用的霍尔离子源是阳极在一个强轴向磁场的协作下将工艺气体等离子化，等离子化后的气体通过阳极的加速，将气体离子分离并形成离子束，通过中空阴极向放电区中的提供电子和补偿离子束的空间电荷，中和离子本身的正电荷，等离子体源发射出来与基片发生作用达到清洗和辅助镀膜的目的。

由于磁控溅射阴极在工作的时候会释放电子，游离的电子不仅会在空间游离，还容易产生打火情况，不利于镀膜效果；而基于霍尔离子源，一般需要使用中和器提供的电子来驱动，据此，本申请的技术方案，利用磁控溅射阴极产生的多余电子，作为驱动霍尔离子源的中和器使用，既充分利用了多余的电子，简化了霍尔离子源的结构，同时通过引入霍尔离子源的离子磁控溅射阴极的镀膜提供了更好的协助，特别是应用在加工氧化物的时候，产生比等离子能量更大的离子，加强了氧化效果，提升了镀膜效果。

参考图2，图2是一个实施例的镀膜设备结构示意图，该镀膜设备，包括：至少一个霍尔离子源以及磁控溅射阴极，磁控溅射阴极与霍尔离子源相邻布置且发射口位置平行。

在工作时，参考图3所示，图3是镀膜设备的电子和离子运动示意图；磁控溅射阴极的靶材在溅射气体离子的轰击下产生材料粒子和电子，电子运动至所述霍尔离子源，霍尔离子源的阳极利用电子激活工作气体，产生离子源离子；镀膜设备利用磁控溅射阴极产生的材料粒子与霍尔离子源产生的离子源离子对基片进行镀膜，优选的，利用磁控溅射阴极产生的材料粒子与离子源离子产生化学反应，在基片表面上形成致密薄膜。

本实施例中，一个磁控溅射阴极可以匹配多个霍尔离子源进行使用，多个磁控溅射阴极也可以匹配一个霍尔离子源，或者多个磁控溅射阴极匹配多个霍尔离子源；例如，对于磁控溅射阴极和霍尔离子源之间的匹配使用，在磁控溅射阴极提供的电子满足霍尔离子源的电子需求量情况下，本专利使用者可以根据实际需求来设置磁控溅射阴极和霍尔离子源之间的匹配数量。另外，对于磁控溅射阴极和霍尔离子源的位置布局，比如可以以磁控溅射阴极为中心周围设置多个霍尔离子源，充分利用磁控溅射阴极产生的电子。

本实施例中，当磁控溅射材料为导电材料时，相对于传统技术中磁控溅射要配合等离子源使用的情况，本申请的技术方案无需在加工氧化物的时候引入大量氧气，利用霍尔离子源产生比等离子更大能量的离子，氧化效果更好，霍尔离子源产生的大能量的离子束流能够提供额外的薄膜沉积能量，使得薄膜更加致密。

在一个实施例中，对于镀膜设备中的霍尔离子源和磁控溅射阴极的结构，可以参考图2和3所示，霍尔离子源主要包括离子源底座、磁铁、气体分配片、阳极和离子源外壳等；磁控溅射阴极主要包括阴极底座、绝缘座、阴极本体、永磁体、靶材和磁控溅射阴极外壳等。

在实际设计当中，镀膜设备中连接磁控溅射阴极的磁控溅射电源以及连接霍尔离子源阳极的阳极电源，其连接关系可以参考图4所示，图4是镀膜设备的外部接电方式示意图；其中磁控溅射电源的正极与阳极电源的负极连接且接地，磁控溅射电源在阴极板上产生负电压，阳极电源在霍尔离子源的阳极上产生正电压。

在一个实施例中，参考图5，图5是镀膜设备的切面立体图，图中所示是一个霍尔离子源匹配一个磁控溅射阴极的方案，优选的，参考图6所示，图6是镀膜设备的外部结构布局图，霍尔离子源和磁控溅射阴极的外壳为一体式设计；通过一体化设计可以简化镀膜设备的结构，便于使用。

下面阐述本申请的镀膜控制方法的实施例。

参考图7所示，图7是一个实施例的镀膜控制方法流程图，该镀膜控制方法应用于上述实施例提供的镀膜设备上，所述方法主要包括如下步骤：

步骤(1)，在启动磁控溅射阴极和霍尔离子源进行工作之前，分别向磁控溅射阴极的靶面和霍尔离子源分别通入适当量的工作气体，完成启动准备。

步骤(2)，启动磁控溅射阴极进行工作，产生材料粒子和排斥的电子；具体的，在启动磁控溅射阴极进行工作，流程主要如下：

2.1、启动磁控溅射电源进行工作；其中，磁控溅射电源的正极接地、负极连接磁控溅射阴极的靶材。

2.2、在磁控溅射磁场和电场的作用下，电离所述工作气体。

2.3、工作气体中电离的正离子轰击靶材，从靶材中轰击出材料粒子和电子；

2.4、磁控溅射阴极的靶面将电子排斥远离靶面。

步骤(3)，磁控溅射阴极将所述电子推向所述霍尔离子源；具体的，电子在磁控溅射阴极的电场和磁场作用下，运动至霍尔离子源的阳极。

步骤(4)，启动霍尔离子源进行工作，并利用所述电子产生离子源离子；具体的，包括如下：

4.1、启动霍尔离子源电源进行工作；其中，霍尔离子源电源的负极接地、正极接入霍尔离子源的阳极；

4.2、在霍尔离子源阳极电压作用下，将磁控溅射阴极的靶面排斥的电子吸引到阳极；

4.3、在霍尔离子源的阳极电场和磁场作用下，利用所述电子电离霍尔离子源的工作气体，产生离子源离子。

步骤(5)，利用所述材料粒子与离子源离子对基片进行镀膜；具体地，包括如下：

5.1、霍尔离子源的阳极排斥所产生的离子源离子，将离子源离子推向薄膜沉积方向并吸收电子；

5.2、利用所述材料粒子与离子源离子产生化学反应，在基片表面上形成致密薄膜；具体的，磁控溅射阴极产生的材料粒子和霍尔离子源产生的活泼气体离子产生化学反应，可以在材料表面形成致密薄膜。

本实施例中，首先向溅射阴极和霍尔离子源通入工作气体，然后磁控溅射阴极运行产生材料粒子和电子，电子运动至霍尔离子源，霍尔离子源启动运行后，阳极利用这些来自于磁控溅射阴极的电子来产生离子，最后利用材料粒子与离子的化学反应来对基本进行镀膜；霍尔离子源产生的大能量的离子束流能够提供额外的薄膜沉积能量，使得薄膜更加致密，镀膜效果更好。

综合上述各实施例，利用了磁控溅射和离子源工作的不同原理，匹配出有效制备薄膜的设备部件，可以应用到各种形状的霍尔离子源和磁控溅射阴极，根据不同的应用场景实现不同的工作效果。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。