[发明专利]提高溅射离化率的溅射阴极、真空镀膜系统及镀膜方法

说明书

本公开提供了提高溅射离化率的溅射阴极、真空镀膜系统及镀膜方法，其中溅射阴极包括：中空圆柱筒型靶套，所述靶套内设有靶材；冷却系统，置于所述靶套外壁；环形磁铁，均匀安装在靶材后侧并靠近靶材端口处，且与冷却系统相邻；所述环形磁铁及冷却系统外侧设有磁钢；磁钢外侧设置罩有屏蔽罩。所述环形磁铁在靶面形成闭合环形电子跑道，将电子有效地约束在等离子体内部，降低了起辉电压，提高了放电稳定性及溅射材料的离化率。

技术领域

本公开涉及磁控溅射技术领域，尤其涉及的是提高溅射离化率的溅射阴极、真空镀膜系统及镀膜方法。

背景技术

传统磁控溅射阴极广泛用于刀具、模具等领域。目前，主流的镀膜技术主要以平面磁控溅射技术以及阴极弧离子镀技术为主。然而平面磁控溅射技术缺点有：材料离化率低、可控性差；而阴极弧离子镀虽有高的材料离化率，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。

专利号为201410268695.1和201410268732.9的专利中，对平面磁控溅射技术及阴极弧技术存在的问题进行改进，设计并保护了一种圆筒形金属等离子体源结构。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，离子扩散出来并沉积在工件表面，实现镀膜。采用这种方式使靶面“打弧”产生的“金属液滴”被限制在筒形靶内部。

但是公开的筒形金属等离子体源采用条形磁体提供磁场，形成电子跑道不闭合，电子容易从磁极端部“决堤”式逃逸，导致等离子体源起辉气压高，放电不稳定。筒形靶材内部的电子大量逃逸，不利于溅射材料的离化，进而影响引出束流的密度。

针对此，提出采用环形磁铁，形成闭合电子跑道，避免电子从磁极端部“决堤”式逃逸，从而将电子有效的约束在等离子体内部，降低起辉电压，提高放电稳定性及溅射材料的离化率。

发明内容

本公开要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供提高溅射离化率的溅射阴极、真空镀膜系统及镀膜方法，旨在解决现有技术中的电子容易从磁极端部“决堤”式逃逸，导致等离子体源起辉气压高的问题，进一步的解决了不能实现保持靶面放电区域的同时也保持溅射材料的离化率的问题。

本公开解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种提高溅射离化率的溅射阴极，其特征在于，包括：呈中空圆柱筒型靶套，所述靶套内设有靶材；冷却系统，置于所述靶套外壁；环形磁铁，均匀安装在靶材后侧并靠近靶材端口处，且与所述冷却系统相邻；所述环形磁铁及冷却系统外侧设有磁钢；所述磁钢外设置有屏蔽罩。

进一步地，所述环形磁铁的内环和外环分别是N极和S极，并且两个环形磁铁的磁极相反，磁极强度为200-600mT，所述环形磁铁的位置可调，使得靶面的横向磁场强度为15-80mT。

进一步地，所述环形磁铁为完整的环形或者多段弧形磁铁组合成的环形。

进一步地，所述冷却系统与磁钢之间还增设有平行于靶面的中央磁铁。

进一步地，所述环形磁铁外侧还增设有与所述环形磁铁磁极相同的补偿磁铁。

进一步地，所述溅射阴极上设有所述中央磁铁和补偿磁铁，所述中央磁铁和补偿磁铁的磁铁强度和位置可调，以调节靶面横向和纵向磁场分布，进而提高靶材溅射利用率。

进一步地，所述环形磁铁、中央磁铁和补偿磁铁为永久磁铁或电磁铁；所述永久磁铁的材料至少包括：钕铁硼合金材料、铁铬钴系永磁合金、铝镍钴系永磁合金、稀土钴永磁材料、铁氧体永磁合金、铁氧体材料或有机磁性材料其中的一种。