一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，在靶材（2）內(nèi)側(cè)設(shè)有夾具（3），夾具（3）與靶材（2）之間形成閉合磁場(chǎng)（4），靶材（2）上的離子受磁場(chǎng)轟擊，離子在磁場(chǎng)約束的環(huán)境中，向夾具（3）懸掛鍍件方向沉積。本發(fā)明使相鄰磁控管的所述外磁極為相反極性，使得磁場(chǎng)在所述外磁極之間延伸，以防止離子化的電子在相鄰磁控管之間的實(shí)質(zhì)逃逸，是的電子不會(huì)損失且可以增強(qiáng)離子化形核速率和鍍層的組織結(jié)構(gòu)和致密性增強(qiáng)，并使得鍍層更加均勻。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，屬于非平衡磁控濺射離子鍍【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在真空中制備膜層，包括鍍制晶態(tài)的金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等單質(zhì)或化合物膜。雖然化學(xué)汽相沉積也采用減壓、低壓或等離子體等真空手段，但一般真空鍍膜是指用物理的方法沉積薄膜。
[0003]非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)在真空鍍膜領(lǐng)域的應(yīng)用極大地改善了鍍膜質(zhì)量及效率。但在工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)在處理一些高精密、大尺寸、表面形狀復(fù)雜、特別是一些對(duì)鍍層性能有特殊要求的配件時(shí)，常存在性能不符合及鍍膜厚度不均等現(xiàn)象，往往不能很好滿(mǎn)足所加工配件的精密度及特殊性能指標(biāo)，從而限制了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。在此背景下，我們?cè)O(shè)計(jì)了多種非平衡閉合場(chǎng)磁控濺射離子鍍技術(shù)，通過(guò)調(diào)整磁力線(xiàn)在不同靶材之間閉合狀態(tài)來(lái)改變沉積粒子的損耗比率及工件表面粒子濃度，從而達(dá)到有效解決產(chǎn)品性能不達(dá)標(biāo)及厚度不均的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，使用這種方法使相鄰磁控管的所述外磁極為相反極性，使得磁場(chǎng)在所述外磁極之間延伸，以防止離子化的電子在相鄰磁控管之間的實(shí)質(zhì)逃逸，是的電子不會(huì)損失且可以增強(qiáng)離子化形核速率和鍍層的組織結(jié)構(gòu)和致密性增強(qiáng)，并使得鍍層更加均勻。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，在靶材內(nèi)側(cè)設(shè)有夾具，夾具與靶材之間形成閉合磁場(chǎng)，靶材上的離子受磁場(chǎng)轟擊，離子在磁場(chǎng)約束的環(huán)境中，向夾具懸掛鍍件方向沉積。
[0006]前述的這種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法中，所述閉合磁場(chǎng)采用靶材上磁控管形成磁場(chǎng)。
[0007]前述的這種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法中，所述磁控管具有內(nèi)磁極和外磁極，所述外磁極的極性與所述內(nèi)磁極極性相反。
[0008]前述的這種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法中，所述磁控管采用2個(gè)NSN型磁控管和2個(gè)SNS型磁控管對(duì)靶放置。
[0009]前述的這種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法中，所述磁控管均采用非平衡磁控管，且所述任意相鄰磁控管之間外磁極極性相反，使磁場(chǎng)在所述外磁極之間延伸。
[0010]前述的這種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法中，所述相鄰磁控管之間反向磁極形成磁場(chǎng)產(chǎn)生等離子體保持場(chǎng)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，使相鄰磁控管的所述外磁極為相反極性，使得磁場(chǎng)在所述外磁極之間延伸，以防止離子化的電子在相鄰磁控管之間的實(shí)質(zhì)逃逸，是的電子不會(huì)損失且可以增強(qiáng)離子化形核速率和鍍層的組織結(jié)構(gòu)和致密性增強(qiáng)，并使得鍍層更加均勻。
[0012]由圖2可以看出，從不同磁場(chǎng)閉合狀態(tài)平均靶電流和基體偏流來(lái)看，磁場(chǎng)閉合狀態(tài)的改變對(duì)磁控濺射系統(tǒng)平均靶電壓的影響很小，即對(duì)濺射功率影響很小；但是磁場(chǎng)閉合狀態(tài)對(duì)基體偏流影響很大，隨著磁場(chǎng)閉合程度的增加基體偏流上升很快，使得在不同的磁場(chǎng)閉合狀態(tài)下離子對(duì)基體表面和鍍層組織的轟擊作用增加，從而影響到在離子轟擊作用下基體表面的濃度、形核速率以及鍍層的組織結(jié)構(gòu)和致密性。
[0013]通過(guò)圖3可以表明，通過(guò)對(duì)四個(gè)磁控管按照不同方式排布所形成不同的磁場(chǎng)閉合狀態(tài)進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，隨著磁場(chǎng)閉合程度的增加，在相鄰或相對(duì)磁控管之間形成鏡像型磁場(chǎng)的數(shù)目減少，而形成閉合型磁場(chǎng)的數(shù)目增多。從而使得隨著磁場(chǎng)閉合程度的增加，磁力線(xiàn)擴(kuò)展到真空腔體中央部分基體附近區(qū)域的密度和均勻性增加，進(jìn)而使真空腔體內(nèi)部磁場(chǎng)束縛的二次電子數(shù)目增多，有利于提高氬氣原子的離化率以及離子對(duì)基體表面和鍍層組織的轟擊效應(yīng)。
[0014]通過(guò)對(duì)圖4及圖5的分析，不同磁場(chǎng)閉合狀態(tài)下鍍層沉積速率隨磁場(chǎng)閉合程度的增加而減小，分析原因是隨著磁場(chǎng)閉合程度的增加，沉積鍍層過(guò)程中離子對(duì)鍍層的轟擊效應(yīng)增強(qiáng)，一方面使得鍍層結(jié)構(gòu)致密，另一方面可能引起反濺作用，從而導(dǎo)致鍍層沉積速率隨磁場(chǎng)閉合程度的增加而減小。
[0015]半閉合狀態(tài)，Cr鍍層表面相對(duì)較平整，沒(méi)有出現(xiàn)空隙等缺陷，鍍層致密度較高。Cr鍍層截面組織為較致密的柱狀晶體組織，即半閉合狀態(tài)有利于制備致密柱狀晶組織的鍍層。
[0016]完全閉合狀態(tài)，Cr鍍層表面平整光滑均勻、致密。Cr鍍層截面組織為致密的纖維狀晶體，具有一定的方向性，鍍層致密度最高，表面粗糙度最小。即完全閉合狀態(tài)可用于制備具有高硬度及高致密性的纖維狀組織的鍍層。由于全閉合狀態(tài)下，工件表面沉積粒子濃度最高且分布較均勻，所以更易于提高鍍層厚度的均勻性。
[0017]綜合以上結(jié)論可知，在不同磁場(chǎng)閉合狀態(tài)下，由于基體偏流，基體表面溫度等參數(shù)均隨磁場(chǎng)閉合程度的增加而增大，使得鍍層在沉積過(guò)程中受到的離子轟擊能量存在差異，從而導(dǎo)致了鍍層生長(zhǎng)溫度不同，最終表現(xiàn)為鍍層不同的晶體生長(zhǎng)方式、沉積速率和擴(kuò)散速率共同影響著Cr鍍層生長(zhǎng)過(guò)程中的鍍層的晶體結(jié)構(gòu)，也影響著表面粗糙度、晶體類(lèi)型和致密性。
[0018]以上試驗(yàn)結(jié)果表明，在非平衡磁控濺射離子鍍工藝過(guò)程中，磁場(chǎng)閉合程度直接影響著真空濺射系統(tǒng)中磁場(chǎng)的存在方式及所制備鍍層的厚度、沉積電參數(shù)、沉積溫度、微觀組織形貌及表面粗糙度等重要應(yīng)用指標(biāo)，從而直接決定了其應(yīng)用范圍及價(jià)值。
[0019]非平衡磁 控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)的設(shè)計(jì)理念，可通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)閉合狀態(tài)來(lái)輕易實(shí)現(xiàn)各類(lèi)性能鍍層的制備，為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各種薄膜的制備途徑提供了一個(gè)很好的方法。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是不同閉合狀態(tài)靶電壓和基體偏流的變化示意圖；[0022]圖3是磁場(chǎng)不閉合、半閉合和全閉合狀態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖；
[0023]圖4是磁場(chǎng)不閉合、半閉合和全閉合狀態(tài)下Cr鍍層厚度；
[0024]圖5是磁場(chǎng)不閉合、半閉合和全閉合狀態(tài)下Cr渡層Cr膜表面形貌示意圖。
[0025]附圖中的標(biāo)記為:1-磁控管，2-靶材，3-夾具，4-閉合磁場(chǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依據(jù)。
[0027]本發(fā)明的實(shí)施例1:如圖1所示，一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，在靶材2內(nèi)側(cè)設(shè)有夾具3，夾具3與靶材2之間形成閉合磁場(chǎng)4，靶材2上的離子受磁場(chǎng)轟擊，離子在磁場(chǎng)約束的環(huán)境中，向夾具3懸掛鍍件方向沉積。
[0028]所述閉合磁場(chǎng)4采用靶材2上磁控管I形成磁場(chǎng)。
[0029]所述磁控管I具有內(nèi)磁極和外磁極，所述外磁極的極性與所述內(nèi)磁極極性相反。
[0030]所述磁控管I采用2個(gè)NSN型磁控管和2個(gè)SNS型磁控管對(duì)靶放置。
[0031]所述磁控管I均采用非平衡磁控管，且所述任意相鄰磁控管之間外磁極極性相反，使磁場(chǎng)在所述外磁極之間延伸。
[0032]所述相鄰磁控管I之間反向磁極形成磁場(chǎng)產(chǎn)生等離子體保持場(chǎng)。
[0033]本發(fā)明的工作原理:磁控濺射離子鍍就是基片帶有負(fù)偏壓的磁控濺射鍍膜工藝。它是在濺射靶位上的靶材I被轟擊離子受磁場(chǎng)約束的等離子體環(huán)境中，通過(guò)離子脈沖偏壓電源上負(fù)偏壓的加速作用，使沉積離子直接干預(yù)薄膜沉積過(guò)程的一種表面處理技術(shù)。離子脈沖偏壓電源作用主要為等離子體提供能量，使其加速向自轉(zhuǎn)裝卡臺(tái)上的基片運(yùn)動(dòng)，利用粒子的轟擊作用提高沉積效率和膜基結(jié)合力。。
【權(quán)利要求】
1.一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，其特征在于:在靶材(2)內(nèi)側(cè)設(shè)有夾具(3)，夾具(3)與靶材(2)之間形成閉合磁場(chǎng)(4)，靶材(2)上的離子受磁場(chǎng)轟擊，離子在磁場(chǎng)約束的環(huán)境中，向夾具(3)懸掛鍍件方向沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，其特征在于:所述閉合磁場(chǎng)(4)采用靶材(2)上磁控管(I)形成磁場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，其特征在于:所述磁控管(I)具有內(nèi)磁極和外磁極，所述外磁極的極性與所述內(nèi)磁極極性相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，其特征在于:所述磁控管(I)采用2個(gè)NSN型磁控管和2個(gè)SNS型磁控管對(duì)靶放置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，其特征在于:所述磁控管(I)均采用非平衡磁控管，且所述任意相鄰磁控管之間外磁極極性相反，使磁場(chǎng)在所述外磁極之間延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非平衡磁控濺射離子鍍磁場(chǎng)閉合狀態(tài)控制方法，其特征在于:所述相鄰磁控管(I)之間反向磁`極形成磁場(chǎng)產(chǎn)生等離子體保持場(chǎng)。
【文檔編號(hào)】C23C14/35GK103834922SQ201210474290
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月20日
【發(fā)明者】虞建忠 申請(qǐng)人:虞建忠