[发明专利]金属等离子体源及应用

说明书

技术领域

本申请涉及离子镀膜领域，特别是涉及一种金属等离子体源及其应用。

背景技术

本申请的发明人曾在专利申请201410268695.1和201410268732.9中提出了 一种具有高性能的圆筒形金属等离子体源，主要针对磁控溅射、阴极弧离子镀 镀膜过程中存在的问题而设计。磁控溅射技术存在材料离化率低，材料可控性 差的缺点；而阴极弧离子镀具有高的材料离化率，其束流的能量、方向可控性 好，但是束流中存在大量金属“液滴”，在薄膜上形成“大颗粒”缺陷，对薄膜 的质量产生严重影响。专利申请201410268695.1和201410268732.9中提出采用 圆筒形金属等离子体源可将溅射约束在筒形靶材内部，溅射出来的材料在腔内 与电子、Ar⁺、Ar、靶材料反复碰撞、离化，可有效提高离化率，再采用引出栅 将腔内离子引出、加速并沉积在工件表面。采用这种方式可以使引出的束流中 100％为离子；同时靶面“打弧”产生的“金属液滴”被限制在筒形靶内部；引 出的束流离开了靶电压鞘层，不容易被回吸到靶面，可提高薄膜沉积速率。

但是，进一步的研究发现，在圆筒形金属等离子体源中，其所采用的条形 磁铁围绕圆筒排布时，在金属等离子体源端部会出现明显的漏磁现象，其磁力 线向外倾斜，而不是形成垂直于磁控靶的拱形磁力线；这导致金属等离子体源 不封闭磁控跑道上出现电子的“决堤”效应，如图2所示，磁控靶发射的电子 快速逃逸，最终导致金属等离子体源需要很高的起辉气压及工作气压，维持稳 定放电困难且束流密度低。

发明内容

本申请的目的是提供一种结构改进的金属等离子体源及其应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种金属等离子体源，包括外壳、磁控靶和磁性元 件，外壳呈中空的圆柱筒状，磁控靶铺设于外壳的中空的内腔中，且不与外壳 导通，磁性元件铺设于磁控靶与外壳之间，还包括抑制磁性元件，抑制磁性元 件成对的安装于磁性元件的两端，并且，抑制磁性元件与磁性元件端部极性相 同。

需要说明的是，本申请的关键是在金属等离子体源的磁性元件的两端安装 抑制磁性元件，抑制磁性元件外加的磁场可解决磁性元件的端部漏磁现象，使 磁性元件端部磁力线重新垂直于靶面，从而有效减少电子逃逸，溅射过程中有 更多的电子被约束在等离子体源内部，起到降低工作气压，提高靶材刻蚀均匀 性、可控性以及束流密度的目的。

可以理解，本申请的金属等离子体源的其它组件，如铜套、熄弧罩、冷却 系统、磁钢和引出电场正极等，都可以参考现有的圆筒形等离子体源，在此不 累述。尤其是，本申请是在专利申请201410268732.9和201410268695.1的基础 上改进的，因此，可以参考该两件专利申请中的金属等离子体源或离子镀膜装 置。当然，可以理解，本申请的增加抑制磁性元件的金属等离子体源，其结构 并不仅限于专利申请201410268732.9和201410268695.1所记载的金属等离子体 源或离子镀膜装置。需要补充说明的是，在专利申请201410268732.9和 201410268695.1中，其等离子体源，又称为金属离子源，与本申请的金属等离 子体源是相同的。

优选的，抑制磁性元件为永久磁铁或电磁铁。

优选的，永久磁铁为钕铁硼合金材料、铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁 合金、铁氧体永磁合金、稀土钴永磁材料或有机磁性材料。

需要说明的是，本申请的目的是利用抑制磁性元件的磁场，将金属等离子 体源磁性元件向外倾斜的磁力线推回，使其形成垂直于磁控靶的拱形磁场；只 要能达到该目的的磁性材料都可以用于本申请。

优选的，抑制磁性元件与磁性元件的同向极性相同，且中心线重合。

需要说明的是，只要抑制磁性元件安装于磁性元件两端，并且，抑制磁性 元件与磁性元件端部极性相同，即可达到本申请的将磁性元件向外倾斜的磁力 线推回的目的，但是，为了达到更好的效果，本申请在抑制磁性元件的选择和 安装时，尽量使抑制磁性元件与磁性元件的同向极性相同，且中心线重合。

优选的，抑制磁性元件的端部场强范围是50-200mT