磁极辅助非平衡磁控溅射装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种磁极辅助非平衡磁控溅射装置，包括真空室、非平衡磁控电极、辅助磁极和衬底承载架，衬底承载架设置在真空室的下侧，非平衡磁控电极设置在真空室上侧的中心位置处，辅助磁极设置在非平衡磁控电极的两侧；或者非平衡磁控电极均匀分布在以真空室上侧中心为圆心的同一圆周上，辅助磁极均匀分布在真空室内壁的等高线上和/或设置在真空室上侧的中心位置处，当存在偶数个非平衡磁控电极时，至少一对并排设置的非平衡磁控电极的两侧设置有辅助磁极，当存在奇数个非平衡磁控电极时，均匀分布在真空室内壁的等高线上的辅助磁极的个数等于非平衡磁控电极的个数。通过本发明专利技术可以提高沉积薄膜在成分、微观结构及厚度上的均匀性高。

Magnetic pole auxiliary unbalanced magnetron sputtering device

The invention provides an auxiliary magnetic pole unbalanced magnetron sputtering device comprises a vacuum chamber, unbalanced magnetron electrode, auxiliary pole and substrate bearing frame, bearing frame is arranged on the lower side of the substrate in vacuum chamber, unbalanced magnetron electrode is arranged in a central position of the upper side of the vacuum chamber, the auxiliary magnetic poles are arranged at both sides of the unbalanced magnetron electrode; or unbalanced magnetron electrode evenly distributed on the same circumference on the side of the center of the vacuum chamber, auxiliary magnetic poles are uniformly distributed in the vacuum chamber wall contour and / or set in a central position of the upper side of the vacuum chamber, even when there is a non balance magnetron electrode, arranged on both sides of the at least one pair of non arranged side by side. Magnetron electrode has the auxiliary pole, when there is an odd number of unbalanced magnetron electrode, a number of auxiliary poles are evenly distributed in the contour of the vacuum chamber wall on the Equal to the number of unbalanced magnetron electrodes. The invention can improve the uniformity of the deposited film in composition, microstructure and thickness.

【技术实现步骤摘要】
磁极辅助非平衡磁控溅射装置
本专利技术属于致密氧化物薄膜制备
，具体涉及一种磁极辅助非平衡磁控溅射装置。
技术介绍
电解质薄膜是能源转换器件中重要的组成部分。目前，电解质薄膜普遍采用传统射频溅射制备的方法，但制备出的电解质膜无法达到致密结构的要求，这极大限制了能源转换器件的研究及发展。传统的射频溅射装置采用平面平衡磁控电极，这种方式中沉积材料的能量较低，在薄膜增厚的界面上，沉积原子或原子团不能充分扩散，进而导致所沉积的薄膜在微观结构上有许多的孔隙，且厚度不均匀，不能满足对利用溅射装置制备高致密度电解质膜的需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种磁极辅助非平衡磁控溅射装置，以解决目前制备出的电解质膜及氧化物膜上存在孔隙的问题。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种磁极辅助非平衡磁控溅射装置，包括真空室、非平衡磁控电极、辅助磁极和衬底承载架，所述衬底承载架设置在所述真空室的下侧，所述非平衡磁控电极设置在所述真空室上侧的中心位置处，所述辅助磁极设置在所述非平衡磁控电极的两侧；或者所述非平衡磁控电极均匀分布在以所述真空室上侧中心为圆心的同一圆周上，所述辅助磁极均匀分布在所述真空室内壁的等高线上和/或设置在所述真空室上侧的中心位置处，当存在偶数个所述非平衡磁控电极时，至少一对相对设置的非平衡磁控电极的两侧设置有所述辅助磁极，当存在奇数个所述非平衡磁控电极时，均匀分布在所述真空室内壁的等高线上的辅助磁极的个数等于所述非平衡磁控电极的个数。在一种可选的实现方式中，每个辅助磁极与其相邻非平衡磁控电极的磁极相反，且每相邻两个非平衡磁控电极之间的磁极相反。在另一种可选的实现方式中，所述衬底承载架为偏置电极，所述偏置电极用于承载衬底，并与偏置电源连接，以在所述偏置电极上形成电磁场。在另一种可选的实现方式中，所述偏置电极还通过旋转轴与旋转装置连接，以使所述旋转装置带动所述偏置电极转动。在另一种可选的实现方式中，所述装置还包括等离子体发生器，所述等离子发生器与所述真空室连通，用于对工作气体和反应气体进行等离子体化后输送给所述真空室。在另一种可选的实现方式中，所述非平衡磁控电极包括阳极和阴极，其中所述阳极与所述阴极对应与电源的正负极连接，所述阴极包括极靶座和固定在所述极靶座正面的靶材，所述阳极包括磁轭、磁极座以及埋设在所述磁轭与所述磁极座构成空间内的一对磁极，该对磁极对称位于所述靶材中心轴的两侧并与该靶材中心轴平行，该对磁极中两磁极的极性相反且磁场强度不同。在另一种可选的实现方式中，所述极靶座用于固定所述靶材的正面为弧面。在另一种可选的实现方式中，所述极靶座内设置有位于其正面的下方的冷却池。在另一种可选的实现方式中，所述阴极还包括一对导磁板，该对导磁板对称设置于所述靶材中心轴的两侧，并位于对应磁极的外侧。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过在真空室内壁上设置位于非平衡磁控电极与衬底承载架之间的辅助磁极，并使辅助磁极对称设置在非平衡磁控电极的两侧，可以增强非平衡磁控电极与衬底承载架之间的磁力线分布，使真空室内的等离子体分布扩展到衬底附近，从而达到高密度等离子体轰击到衬底表面，使得沉积原子或原子团能够充分扩散，使其所沉积薄膜在成分、微观结构及厚度上的均匀性高(即微观结构无空隙，且厚度均匀)，最终制备出的薄膜具有高致密度及高力学性能；2、本专利技术通过使使每个辅助磁极与其相邻非平衡磁控电极的磁极相反，每相邻两个非平衡磁控电极之间的磁极相反，可以进一步增强非平衡磁控电极与衬底承载架之间的磁力线分布，并可以保证真空室中心轴两侧的磁力线分布相同，从而可以进一步保证制备出的薄膜的均匀性；3、本专利技术将用于承载衬底的衬底承载架设置为偏置电极，并使偏置电极在与偏置电源连通后在其上形成电磁场，这样在制备薄膜的过程中置于偏置电极上的衬底将能主动吸附非平衡磁控电极附近的等离子体，从而可以降低非平衡磁控电极表面的等离子体分布，增加接近衬底表面的等离子体密度，并实现等离子体轰击衬底；4、本专利技术通过在薄膜制备过程中使旋转衬底，可以进一步提高制备出的薄膜的均匀性；6、本专利技术通过在沉积薄膜过程中，首先采用等离子体发生器对工作气体和反应气体进行等离子体化，可以使非平衡磁控溅射阴极表面的等离子体密度显著增大，从而使得单位时间内轰击到阴极上和衬底上的等离子密度增大，有助于降低工作过程中的溅射气压及提高薄膜质量；7、本专利技术通过在非平衡磁控溅射电极的阴极上只设置两个磁极，并使固定在阴极正面的背板的弧面与两个磁极形成的弧形的非平衡磁力线平行，可以使阴极表面形成一个正交的弧形电子阱，从而使阴极表面形成一个呈弧形均匀的等离子体区域，由此可以使靶材的溅射区域均匀分布，从而使得溅射速率和靶材的利用率显著提高；8、本专利技术通过在非平衡磁控电极的阴极正面的两侧间隔设置一对导磁板，并使该对导磁板相对于弧面对称轴对称，并与磁极平行，可以提高磁力线分布的均匀性；9、本专利技术通过在非平衡磁控电极的阴极内开设位于背板弧面下方的冷却池，并使该冷却池通过冷却管与冷水机连接，可以对背板实现冷却，从而可以提高背板的使用寿命；10、本专利技术通过使非平衡磁控电极的背板与阴极之间设置密封圈，可以避免冷却池中的冷却水渗透到背板，影响背板的工作性能。附图说明图1是本专利技术磁极辅助非平衡磁控溅射装置的一个实施例侧视图；图2A是本专利技术磁极辅助非平衡磁控溅射装置具有2个磁控溅射阴极靶的实施例侧视图；图2B是本专利技术磁极辅助非平衡磁控溅射装置具有2个磁控溅射阴极靶的实施例俯视图；图3A是本专利技术磁极辅助非平衡磁控溅射装置具有2个磁控溅射阴极靶的另一实施例侧视图；图3B是本专利技术磁极辅助非平衡磁控溅射装置具有2个磁控溅射阴极靶的另一实施例俯视图；图4是本专利技术磁极辅助非平衡磁控溅射装置具有4个磁控溅射阴极靶的实施例俯视图；图5是本专利技术磁极辅助非平衡磁控溅射装置具有3个磁控溅射阴极靶的实施例俯视图；图6是本专利技术非平衡磁控溅射电极的一个实施例俯视图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例中技术方案作进一步详细的说明。在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。在本专利技术的一个实施例中，该磁极辅助非平衡磁控溅射装置可以包括真空室101、非平衡磁控电极102、辅助磁极103和衬底承载架104，所述衬底承载架104设置在所述真空室101的下侧，所述非平衡磁控电极102设置在所述真空室101上侧的中心位置处，所述辅助磁极103设置在所述非平衡磁控电极102的两侧，如图1所示。本实施例中，非平衡磁控电极102上分布有磁性相反的一对磁极，且该对磁极之间的磁场强度不同，设置在非平衡磁控电极102两侧的辅助磁极103与其相邻磁极的磁性相反。例如，对于左侧辅助磁极103，其面向非平衡磁控电极102侧的磁极为N极，而与其相邻的非平衡磁控电极102，面向左侧辅助磁极103的磁极为S极。在本专利技术的另一个实施例中，该磁极辅助非平衡磁控溅射装置可以包括真空室1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁极辅助非平衡磁控溅射装置，其特征在于，包括真空室、非平衡磁控电极、辅助磁极和衬底承载架，所述衬底承载架设置在所述真空室的下侧，所述非平衡磁控电极设置在所述真空室上侧的中心位置处，所述辅助磁极设置在所述非平衡磁控电极的两侧；或者所述非平衡磁控电极均匀分布在以所述真空室上侧中心为圆心的同一圆周上，所述辅助磁极均匀分布在所述真空室内壁的等高线上和/或设置在所述真空室上侧的中心位置处，当存在偶数个所述非平衡磁控电极时，至少一对并排设置的非平衡磁控电极的两侧设置有所述辅助磁极，当存在奇数个所述非平衡磁控电极时，均匀分布在所述真空室内壁的等高线上的辅助磁极的个数等于所述非平衡磁控电极的个数。

【技术特征摘要】
1.一种磁极辅助非平衡磁控溅射装置，其特征在于，包括真空室、非平衡磁控电极、辅助磁极和衬底承载架，所述衬底承载架设置在所述真空室的下侧，所述非平衡磁控电极设置在所述真空室上侧的中心位置处，所述辅助磁极设置在所述非平衡磁控电极的两侧；或者所述非平衡磁控电极均匀分布在以所述真空室上侧中心为圆心的同一圆周上，所述辅助磁极均匀分布在所述真空室内壁的等高线上和/或设置在所述真空室上侧的中心位置处，当存在偶数个所述非平衡磁控电极时，至少一对并排设置的非平衡磁控电极的两侧设置有所述辅助磁极，当存在奇数个所述非平衡磁控电极时，均匀分布在所述真空室内壁的等高线上的辅助磁极的个数等于所述非平衡磁控电极的个数。2.根据权利要求1所述的磁极辅助非平衡磁控溅射装置，其特征在于，每个辅助磁极与其相邻非平衡磁控电极的磁极相反，且每相邻两个非平衡磁控电极之间的磁极相反。3.根据权利要求1所述的磁极辅助非平衡磁控溅射装置，其特征在于，所述衬底承载架为偏置电极，所述偏置电极用于承载衬底，并与偏置电源连接，以在所述偏置电极上形成电磁场。4.根据权利要求1或3所述的磁极辅助非平衡磁控溅射装置，其特征在于，所述偏置电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永敬，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50