[发明专利]一种具有高启动电压的磁控溅射脉冲电源

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种具有高启动电压的磁控溅射脉冲电源。

背景技术

磁控溅射技术在薄膜制备领域的应用十分广泛，可以制备工业上所需要的各种薄膜，如超硬薄膜、耐腐蚀耐摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜，以及各种具有特殊电学性能的薄膜等。

传统直流偏压磁控溅射工艺因偏压较低而使得镀膜过程中离子轰击的能力相对较若，镀层致密性相对较差，腐蚀介质的不断渗入将引起镀层与基体之间的界面腐蚀，从而影响到镀层的长期抗腐蚀性能，而且在薄膜溅射过程中容易出现靶中毒和“打弧”现象，导致了溅射沉积的不稳定，缩短了靶材的使用寿命，并且低能量的“液滴”会沉积到薄膜表面，导致沉积薄膜结构缺陷和组分变异。

脉冲磁控溅射是采用矩形波电压的脉冲电源代替传统直流电源进行磁控溅射沉积。脉冲偏压较直流偏压具有许多优点，脉冲峰值电压的提高可加大工件表面附近的等离子体密度，增强对工件表面的溅射清洗作用和镀制过程中对镀层原子的轰击作用，最终提高镀层的致密性，改善镀层的抗腐蚀能力。同时，由于脉冲间歇的存在，降低了沉积温度，可有效避免工件表面电荷积累而造成的靶中毒和“打弧”现象，从而消除了打火飞溅产物在工件表面的异常沉积；但是，在实际的磁控溅射工艺中，开始阶段一般需要很高的偏压对工件进行离子轰击溅射，其目的之一在于清洁预镀表面，其次在于能迅速升高基体的温度，以保证真正溅射开始时基体就能处在一个合适的平衡的温度上；同时，在脉冲偏压作用下，磁控溅射等离子体负载表现出容阻并联的复杂特性，比传统的直流偏压下的等离子体负载电路模型中多出一个电容，使得等离子体负载上的电压产生了震荡现象，并且随着电压值的升高震荡越来越剧烈；此外，磁控溅射工艺进行时经常会出现异常而使得溅射过程终止，重新启动困难，上述问题的解决直接影响到磁控溅射工艺的正常进行以及成膜的质量和效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高启动电压的磁控溅射脉冲电源，解决了现有技术中存在启动电压不足、等离子体负载电压震荡，且在异常停机后重新启动复杂的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种具有高启动电压的磁控溅射脉冲电源，包括依次连接的DC输入、高压启动模块、脉冲发生模块和续流模块，续流模块与磁控溅射装置中的基片和靶材连接，高压启动模块还与异常检测模块连接，异常检测模块与设置在基片和靶材之间的磁控溅射的等离子体连接，高压启动模块用于产生磁控溅射启动时所需的脉冲高压；脉冲发生模块用于产生脉冲偏压；续流模块用于将高压脉冲施加到磁控溅射装置中的基片和靶材上；异常检测模块用于检测该等离子体负载电流的变化，控制二次高压启动。

本发明的磁控溅射脉冲电源，启动电压为1500V或更高的磁控溅射脉冲电源，具有更高启动电压、能够消除等离子体负载电压震荡现象，且在异常情况下具备重新启动功能，保证了磁控溅射工艺的正常进行以及成膜质量和效率。

附图说明

图1是本发明的磁控溅射脉冲电源的结构示意图；

图2是图1中磁控溅射脉冲电源的常规操作波形示意图。

图中，1.DC输入，2.高压启动模块，3.脉冲发生模块，4.续流模块，5.异常检测模块，6.基片，7.靶材，8.等离子体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，磁控溅射装置包括设置在阳极的基片6和设置在阴极的靶材7，在基片6和靶材7之间设置的是磁控溅射的等离子体8。

如图1，本发明具有高启动电压的磁控溅射脉冲电源的结构是，包括依次连接的DC输入1、高压启动模块2、脉冲发生模块3和续流模块4，续流模块4与磁控溅射装置中的基片6和靶材7连接，续流模块4用于将高压脉冲加在磁控溅射装置中的基片6和靶材7上；高压启动模块2与异常检测模块5连接，异常检测模块5与设置在基片6和靶材7之间的磁控溅射等离子体8连接，异常检测模块5用于检测该等离子体8的负载电流的变化。

上述的DC输入1采用高频DC/DC逆变电路，主要实现恒流、恒压、恒功率控制，用于给后级的高压启动模块2和脉冲发生模块3提供直流电压，电压的范围可以根据需要进行大范围(200V-800V)的调节，使之适合不同材料磁控溅射时薄膜沉积所需要的电压。同时，因为采用了高频开关电源，使得DC输入环节的电压精度得到了有效保障。