一种ecr等离子体溅射装置及其溅射方法

　　一种ecr等离子体溅射装置及其溅射方法

　　【技术领域】

　　[0001]本发明涉及等离子体表面溅射装置技术领域，尤其涉及一种ECR等离子体溅射装置及其溅射方法。

　　【背景技术】

　　[0002]电子回旋共振(Electron cyclotron resonance，简称为ECR)等离子体派射装置，可实现将高密度的等离子体照射到基板上对表面进行加工，获得优异特性的薄膜。以往的ECR溅射装置中，成膜室的磁场模式可分为封闭式、发散式及会切式三种。

　　[0003]会切式磁场中间磁场强度为零，不能将其单独用于薄膜的制备，必须与其它溅射方法相结合才能使用，因此几乎不被采用。在封闭式磁场中，等离子源的中部磁场弱，两侧磁场强，带电粒子在磁场分布的作用下被封闭在中央区域。将基板放置在ECR共振点的位置上，对基板施加偏压时，在偏压的作用下会将鞘层内的电子吸引到基板表面，但是由于鞘层区域比较狭窄，在磁场中央的电子不会受到偏压作用。因此，即使提高偏压，将鞘层区域内的电子抽出照射基板表面，也能够维持等离子体的稳定。目前正在开展封闭式磁场中在电子照射的作用下制备出具有石墨烯嵌入式结构的碳膜以及磁性碳膜等新型碳材料薄膜。发散式磁场中只有单侧线圈工作，磁场分布沿着轴向方向磁场强度不断降低。这种磁场模式下，在基板和线圈之间，不会产生像封闭磁场下的将带电粒子封闭的效果。向基板施加正偏压后，会将等离子体中的电子快速抽出，导致等离体不稳定，进而消失。因此，在发散式磁场中一般向基板施加负偏压进行离子照射加工。目前正在开展发散式磁场中在离子照射的作用下制备低摩擦耐磨损的硬质碳膜，耐压性强的Si02膜，及应用于半导体材料的耐磨损氧化薄膜，氮化薄膜的研究。

　　[0004]以往的ECR等离子体溅射法中，一般向基板施加负偏压使用离子照射方法进行纳米薄膜制造。而向基板施加正偏压，进行电子照射，除上面阐述的石墨烯嵌入式碳膜研究以夕卜，尚未被报告过。在上述施加正偏压进行电子照射的方法中，将靶材设置在微波入口和基板的中央位置，而不是成膜速度更高的位置;在施加负偏压进行离子照射的方法中，需要将基板放置在合适的位置处使离子照射密度达到制备薄膜需要的范围。目前在一台装置中，基板没有被放置在对于封闭式和发散式磁场都合适的位置，因而不能以合适的带电粒子照射条件进行成膜。

　　[0005]因此，现有技术还有待改进和发展。

　　【发明内容】

　　[0006]鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种ECR等离子体溅射装置及其溅射方法，旨在解决现有技术中基板没有被放置在对于封闭式和发散式磁场都合适的位置，不能以合适的带电粒子照射条件进行成膜的问题。

　　[0007]为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案:

　　一种ECR等离子体溅射装置，其中，包括从左至右依次设置的微波发生器、等离子体室、成膜室及预真空室;所述微波发生器依次通过微波导管及石英窗与等离子体室相连;所述等离子体室的外侧设置有**磁线圈和第二磁线圈；所述成膜室的外侧设置有第三磁线圈;所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材，所述成膜室的近预真空室端设置有基板;所述圆筒形固定靶材通过靶材电源接地。

　　[0008]所述ECR等离子体溅射装置，其中，所述等离子体室上设置有真空气路。

　　[0009]所述ECR等离子体溅射装置，其中，所述成膜室上设置有氩气气路，且所述成膜室连通平面掺杂靶材及腔体。

　　[0010]所述ECR等离子体溅射装置，其中，所述基板设置在基板保持架上，且所述基板通过基板电源接地。

　　[0011 ]所述ECR等离子体溅射装置，其中，所述成膜室与所述预真空室之间设置有插板阀。

　　[0012]所述ECR等离子体溅射装置，其中，所述基板距所述圆筒形固定靶材15-17.5cm。

　　[0013]所述ECR等离子体溅射装置，其中，所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处的磁场强度为875G。

　　[0014]—种ECR等离子体溅射装置的溅射方法，其中，包括以下步骤:

　　51、将基板放入成膜室内，并将等离子体室和成膜室抽真空至真空度到达(3?5)X 10—

　　5Pa;

　　52、将氩气通入等离子体室和成膜室内，使气压升高到(2?8)X 10—2 Pa;

　　53、对**磁线圈、第二磁线圈及第三磁线圈施加磁线圈电流产生封闭式磁场，或对**磁线圈及第二磁线圈施加磁线圈电流产生发散式磁场；

　　54、微波发生器产生微波与封闭式磁场、或与发散式磁场耦合形成ECR等离子体；

　　55、ECR等离子体对圆筒形固定靶材中的靶材原子进行溅射，调节基板电压对基板施加偏压，当施加正偏压时，对基板进行电子照射加工；当施加负偏压时，对基板进行离子照射加工。

　　[0015]所述ECR等离子体溅射装置的溅射方法，其中，所述步骤S3中当**磁线圈、第二磁线圈中的电流为40 A，第三磁线圈的电流为40?48 A时则产生封闭式磁场。

　　[0016]所述ECR等离子体溅射装置的溅射方法，其中，所述步骤S3中当**磁线圈、第二磁线圈中的电流均为40A时则产生发散式磁场。

　　[0017]本发明所述的ECR等离子体溅射装置及其溅射方法，包括从左至右依次设置的微波发生器、等离子体室、成膜室及预真空室;所述微波发生器依次通过微波导管及石英窗与等离子体室相连;所述等离子体室的外侧设置有**磁线圈和第二磁线圈；所述成膜室的外侧设置有第三磁线圈;所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材，所述成膜室的近预真空室端设置有基板;所述圆筒形固定靶材通过靶材电源接地。本发明通过确定成膜室中圆筒形固定靶材和基板的位置关系，在封闭和发散两种磁场模式下都能够获得稳定的等离子体，以及更好的电子和离子照射效果。

　　【附图说明】

　　[0018]图1为本发明所述ECR等离子体溅射装置较佳实施例的结构示意图；

　　图2a为本发明具体实施例二中封闭式磁场中基板位置的示意图； 图2b为本发明具体实施例二中封闭式磁场中圆筒形固定靶材和基板之间的距离与磁场强度的关系曲线图；

　　图3a为本发明具体实施例三中发散式磁场中基板位置的示意图；

　　图3b为本发明具体实施例三中发散式磁场中圆筒形固定靶材和基板之间的距离与磁场强度的关系曲线图；

　　图4为本发明具体实施例四中封闭式磁场下电子照射密度随微波功率和工作气压的变化关系曲线图；

　　图5为本发明具体实施例五中封闭式磁场下离子照射密度随微波功率和工作气压的变化关系曲线图；

　　图6为本发明具体实施例六中发散式磁场下电子照射密度随微波功率和工作气压的变化关系曲线图；

　　图7为本发明所述ECR等离子体溅射装置的溅射方法较佳实施例的流程图。

　　【具体实施方式】

　　[0019]本发明提供一种ECR等离子体溅射装置及其溅射方法、系统及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

　　[0020]请参考图1，其为本发明所述ECR等离子体溅射装置较佳实施例的结构示意图。如图1所示，所述ECR等离子体溅射装置包括从左至右依次设置的微波发生器1、等离子体室5、成膜室8及预真空室18;所述微波发生器I依次通过微波导管9及石英窗10与等离子体室5相连;所述等离子体室5的外侧设置有**磁线圈2和第二磁线圈3;所述成膜室8的外侧设置有第三磁线圈4;所述成膜室8的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材6，所述成膜室8的近预真空室端设置有基板7;所述圆筒形固定靶材6通过靶材电源11接地。

　　[0021]进一步的，所述等离子体室5上设置有真空气路13;所述成膜室8上设置有氩气气路14，且所述成膜室8连通平面掺杂靶材及腔体12;所述基板7设置在基板保持架15上，且所述基板7通过基板电源16接地;所述成膜室8与所述预真空室18之间设置有插板阀17。