CN115074680B - 溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一溅射镀膜装置和溅射镀膜组件，其中所述溅射镀膜装置用于对一靶材进行轰击以通过溅射镀膜的方式在一基体表面形成膜层，所述溅射镀膜装置包括：一反应腔体，所述反应腔体具有一反应腔；一电极组件和一放电线圈组件，所述电极组件和所述放电线圈组件被设置于所述反应腔内，在溅射镀膜时，所述基体被容置于所述反应腔内，所述靶材被设置于所述电极组件，所述电极组件和所述放电线圈组件被电连接于一射频电源，通过所述射频电源为所述电极组件和所述放电线圈组件提供工作的射频电流，以在所述基体表面沉积形成膜层。

Description

溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件

技术领域

本发明涉及镀膜领域，更进一步，涉及一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件。

背景技术

溅射镀膜是一种被广泛采用的制备表面涂层的物理气相沉积方法，它是在真空室中，利用荷能粒子轰击靶表面，被轰击出的粒子沉积于基材表面形成涂层的技术。与传统的真空蒸镀相比，溅射镀膜具有许多优点，如膜层和基材之间的附着力强、方便制取高熔点物质薄膜、可进行反应溅射制取化合物膜等。

最简单的溅射镀膜方法是直流二级溅射，它是由一对阴极和阳极组成辉光放电结构进而进行溅射镀膜的方法。在直流二级溅射方法中，阴极作为溅射靶，待镀膜的基材置于两电极间或阳极上，在适当的气压下，在两电极间施加直流高压，使气体放电产生等离子体，其中的离子受阴极电场作用，加速轰击阴极靶，使靶物质由表面被溅射出来并沉积在基材表面形成涂层。但是由于直流二极放电效率较低从而等离子体密度较低，致使溅射产额及沉积率较低。直流二极溅射在实际中已很少使用。

为了提高溅射镀膜效率，人们对普通的直流二极溅射进行改进，在阴极靶背后安装磁铁，在阴极附近形成几百高斯以上的强磁场，将电子约束在阴极附近，以大幅提高放电效率，从而大幅提高溅射率，这就是熟知的直流磁控溅射方法。直流磁控溅射方法在制备金属、合金、导电化合物涂层方面应用非常广泛。

但是，无论直流二极溅射方法还是直流磁控溅射方法都无法用于绝缘材料涂层的制备，因为绝缘材料不能作为阴极产生放电。为了能够利用溅射效应制备绝缘材料涂层，人们想到利用射频放电；在两电极之间施加射频电压，将绝缘材料靶材制成薄片固定在射频驱动电极上，将待镀膜的基材置于两电极间或接地电极上。射频电场能够穿透绝缘材料靶在两极间放电产生等离子体，并与等离子体共同作用在绝缘材料靶表面形成自偏置，加速离子轰击靶材，使靶物质被溅射出来并沉积在基材表面形成涂层。这种利用射频放电的溅射镀膜方法称为射频溅射。典型的射频溅射频率为13.56MHz。

与直流二极溅射方法类似，射频溅射方法中也存在放电效率较低、等离子体密度较低、溅射产额及沉积率较低的问题。为了解决这个问题，一个看似自然的方案是将射频放电与磁控阴极相结合，即将射频电压加在磁控溅射靶上，这就是射频磁控溅射。

然而，射频磁控溅射并没有获得如直流磁控溅射之对于直流二极溅射那样显著的沉积效率提升。相对于射频溅射，射频磁控溅射沉积率提高十分有限。典型的直流磁控溅射沉积率为每分钟几百纳米，而典型的射频磁控溅射沉积率只有每分钟几纳米，这样低的沉积率严重制约了射频磁控溅射在产业中的应用。很多产业中的绝缘薄膜制备采用了化学气相沉积等替代手段，以获得可接受的涂层效率，尽管其通常伴随有杂质、污染等问题。射频磁控溅射更多只是在不计成本的基础科研中被采用。

实际上，利用等离子体物理知识仔细分析会发现，射频磁控溅射并不是一个合理的方案。靶附近磁场的存在导致电子的回旋运动抑制了电子对射频电场的响应，从而抑制了其对射频能量的吸收。这一方面减弱了电离，另一方面减弱了自偏置效应，使得轰击靶材的离子的能量和通量都不能有效增大。这就是射频磁控溅射沉积效率不能显著提高的原因。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其不需要形成磁场来提高等离子体密度，避免由于磁场的存在导致的电子回旋。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其通过放电线圈和电极的配合在靶材附近空间形成高密度等离子体，以快速地形成膜层。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其能够形成绝缘或者非绝缘材料的膜层，也就是说，膜层材料的类型限制较小。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其不利用磁场工作，避免了磁约束等离子体产生的空间不均匀性，形成的膜层更加均匀。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其中电极、靶材以及放电线圈相互覆盖区域较大，使得靶材刻蚀均匀、靶材的利用率高。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其利用介质层隔离电极和靶材，使得不同类型的靶材都能够高效地沉积于基体表面，而不会由于靶材的电学性能而影响其沉积效率。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其中在一个实施例中，其利用隔离套筒约束线圈放电区域，并且使得电极放电区域和放电线圈的放电区域正向结合后相互作用于原料气体。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其中溅射沉积区域位于电极和放电线圈的附近，如上方、下方、竖直方向、斜向上或者斜向下。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其中在一个实施例中，沉积区域位于电极和线圈的平行区域，以便于在靶材周围进行多层或者批量化地进行镀膜。

本发明的一个优势在于提供一溅射镀膜装置和设备及其溅射镀膜组件，其中在一个实施例中，并行地形成多个溅射沉积区域，以便于大面积或者批量化地进行溅射沉积镀膜。

为了实现以上至少一个优势，本发明的一方面提供一溅射镀膜装置，所述溅射镀膜装置用于对一靶材进行轰击以通过溅射镀膜的方式在一基体表面形成膜层，所述溅射镀膜装置包括：

一反应腔体，所述反应腔体具有一反应腔；

一电极组件；和

一放电线圈组件，所述电极组件和所述放电线圈组件被设置于所述反应腔内，在溅射镀膜时，所述基体被容置于所述反应腔内，所述靶材被设置于所述电极组件，所述电极组件和所述放电线圈组件被电连接于一射频电源，通过所述射频电源为所述电极组件和所述放电线圈组件提供工作的射频电流，以在所述基体表面沉积形成膜层。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层被叠层设置于所述放电电极的放电侧，所述靶材被叠层设置于所述介质层。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件位于所述电极组件下方，所述基体适于被设置于所述放电线圈组件下方。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件包括一线圈和一隔离套筒，所述线圈被缠绕于所述隔离套筒。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述隔离套筒具有一第一开口、一第二开口以及一隔离空间，所述隔离空间通过所述第一开口和所述第二开口连通外部，所述第一开口朝向所述靶材，所述第二开口朝向所述基体。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件和所述放电线圈组件的一端共同连接到所述射频电源的输出端，所述反应腔体和所述放电线圈组件的另一端共同连接到所述射频电源的接地端。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件中轴线垂直所述电极组件。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件包括一线圈，所述线圈是一平面螺线圈，所述线圈被设置于所述放电电极的一侧面。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件具有一内空间，所述放电线圈组件被设置于所述内空间。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层环绕于所述放电电极外侧，所述靶材被设置于所述介质层外侧。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件和所述电极组件共轴设置。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述放电电极包括多个电极单元，多个所述电极单元环形的布置形成所述内空间，相邻的两个所述电极单元之间设有一间隙。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中一绝缘材料被填充于所述间隙。

根据一个实施例所述的溅射镀膜装置，其中所述介质层为连续筒形结构。

本发明的另一方面提供一溅射镀膜设备，所述溅射镀膜设备用于对一靶材进行轰击以通过溅射镀膜的方式在一基体表面形成膜层，所述溅射镀膜设备包括：

一反应腔体，所述反应腔体具有一反应腔；

一电极组件；

一放电线圈组件；和

一射频电源，所述电极组件和所述放电线圈组件被设置于所述反应腔体的所述反应腔内，所述靶材被设置于所述电极组件，在溅射镀膜时，所述基体被容置于所述反应腔内，所述电极组件和所述放电线圈组件被电连接于所述射频电源，通过所述射频电源为所述电极组件和所述放电线圈组件提供工作的射频电流，以在所述基体表面沉积形成膜层。

根据一个实施例所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层被叠层设置于所述放电电极的放电侧，所述靶材被叠层设置于所述介质层。

根据一个实施例所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

根据一个实施例所述的溅射镀膜设备，其中所述放电线圈组件包括一线圈和一隔离套筒，所述线圈被缠绕于所述隔离套筒。

根据一个实施例所述的溅射镀膜设备，其中所述放电线圈组件包括一线圈，所述线圈是一平面螺线圈，所述线圈被设置于所述电极组件的一侧面。

根据一个实施例所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件具有一内空间，所述放电线圈组件被设置于所述内空间。

根据一个实施例所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层环绕于所述放电电极外侧，所述靶材被设置于所述介质层外侧。

本发明的另一方面提供一溅射镀膜放电组件，所述溅射镀膜放电组件适于被安装于一反应腔体内，以在所述反应腔体对一基体进行溅射镀膜，所述溅射镀膜组件包括：

一电极组件；和

一线圈，在溅射镀膜时，所述靶材被设置于所述电极组件，所述线圈被设置于所述靶材，所述电极组件和所述线圈被电连接于一射频电源，通过所述射频电源为所述电极组件和所述线圈提供工作的射频电流，以在所述基体表面沉积形成膜层。

根据一个实施例所述的溅射镀膜放电组件，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层被叠层设置于所述放电电极的放电侧，所述靶材被叠层设置于所述介质层。

根据一个实施例所述的溅射镀膜放电组件，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

根据一个实施例所述的溅射镀膜放电组件，其中所述线圈是一平面螺线圈，所述线圈被设置于所述放电电极的一侧面。

附图说明

图1是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置示意图。

图2A-2B是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置的电极组件和放电线圈组件的不同实施方式中的相对位置示意图。

图3A-3B是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置的放电线圈组件和靶材的不同实施方式中的相对位置示意图。

图4是根据本发明的第二个实施例的溅射镀膜装置示意图。

图5是根据本发明的第二个实施例的溅射镀膜装置的多层支架示意图。

图6是根据本发明的第三个实施例的溅射镀膜装置示意图。

图7是根据本发明的第四个实施例的溅射镀膜装置示意图。

图8是根据本发明的第五个实施例的溅射镀膜装置。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“各种实施例”、“一些实施例”等的引用指示这样的描述本发明的实施例可包括特定特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包括该特征、结构或特性。此外，一些实施例可具有对其它实施例的描述的特征中的一些、全部或没有这样的特征。

图1是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置1示意图。图2A-2B是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置的电极组件和放电线圈组件的不同实施方式中的相对位置示意图。图3A-3B是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置的放电线圈组件和靶材的不同实施方式中的相对位置示意图。

参考图1，本发明提供一溅射镀膜装置1，所述溅射镀膜装置1利用荷能粒子轰击一靶材200的表面，使得被轰击出的粒子沉积在一基体100的表面形成涂层或者薄膜。也就是说，所述溅射镀膜装置1利用溅射镀膜工艺原理在所述基体100的表面或者预定位置形成薄膜。

所述溅射镀膜装置1适于通过溅射镀膜的方式形成绝缘膜层或者非绝缘膜层，举例地但不限于，金属、合金、导电化合物形成的涂层，绝缘涂层原料举例但不限于：氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化钛、氧化锆、氮化铝、氮化硅、氮化硼、类金刚石；导电涂层举例地但不限于：氮化钛、氮化铬、氧化铟锡、钇钡铜氧，所述靶材200举例地但不限于，硅、铝、钛、铬、石墨、氮化硼、氧化铟锡、钇钡铜氧。

所述溅射镀膜装置1包括一反应腔体10、一电极组件20和一放电线圈组件30。所述反应腔体10具有一反应腔101，所述反应腔101用于提供溅射镀膜的工作空间。在溅射镀膜时，所述靶材200和所述基体100被容置于所述反应腔101内，所述靶材200被安装于所述电极组件20。所述电极组件20和所述放电线圈组件30被设置于所述反应腔体10的所述反应腔101内，以便于通过所述电极组件20和所述放电线圈组件30的配合放电来进行溅射镀膜。优选地，所述反应腔体10是一金属腔体，以配合所述电极组件20放电。

所述反应腔体10的所述反应腔101内适于被通入镀膜所需的反应原料、等离子体源气体或者其它辅助原料如惰性气体。也就是说，在溅射镀膜时，构成靶材200的材料和通入的反应气体原料共同沉积形成膜层。

所述溅射镀膜装置1的所述电极组件20和所述放电线圈组件30能够被电连接于一射频电源40，所述射频电源40为所述电极组件20和所述放电线圈组件30提供工作的射频电流。在本发明的一个实施例中，所述电极组件20和所述放电线圈组件30共同连接于一个所述射频电源40，也就是说，所述电极组件20和所述放电线圈组件30共用电源，或者说并联地连接，其具有一致的工作电位。在本发明的另一个实施中，所述电极组件20和所述放电线圈组件30可以分别电连接于两个独立的所述射频电源40，也就是说，所述电极组件20和所述放电线圈组件30能够各自独立控制。当所述电极组件20和所述放电线圈组件30独立控制时，所述电极组件20和所述放电线圈组件30可以分别通过两个不同频率的电源控制，举例地所述放电线圈组件30加载高频13.56MHz-60MHz，所述电极组件20加载低频300kHz-13.56MHz，由此来防止两个电源之间的相互干扰。优选地，所述电极组件20和所述放电线圈组件30共用电源，当所述电极组件20和所述放电线圈组件30共用电源时，不需要控制电源之间的相互同步问题，不会产生相互干扰。

值得一提的是，所述射频电源40可以是被包括于所述溅射镀膜装置1的一个部件，也可以是独立的装置，比如直接采购的配合所述溅射镀膜装置1工作的装置，本发明在这方面并不限制。所述射频电源40与所述溅射镀膜装置1构成一溅射镀膜设备。所述射频电源40可以被直接安装于所述溅射镀膜装置1或者被独立配置。

在本发明的一个实施例中，所述电极组件20和所述放电线圈组件30的一端共同连接到所述射频电源40的输出端，所述反应腔体10和所述放电线圈组件30的另一端共同连接到所述射频电源40的接地端。

在本发明的一个实施例中，所述溅射镀膜装置1能够被连接于一进料装置，其中所述进料装置用于向所述反应腔体10的所述反应腔101内输送反应气体原料或者等离子体源等。所述反应腔体10能够被连接于一抽气装置，其中所述抽气装置用于抽出所述反应腔体10的所述反应腔101内的气体，以维持所述反应腔体10的所述反应腔101保持在预设的气压范围内。

所述电极组件20和所述放电线圈组件30相互配合构成一溅射镀膜组件。所述溅射镀膜组件被设置于所述反应腔101内，所述溅射镀膜组件适于连接于所述射频电源40，以在所述基体的表面进行溅射镀膜。

所述电极组件20包括一放电电极21和一介质层22，所述介质层22被设置于所述放电电极21。所述靶材200适于被连接于所述介质层22。也就是说，所述介质层22设置于所述放电电极21和所述靶材200之间，或者说，所述介质层22隔离所述放电电极21和所述靶材200。进一步，所述介质层22和所述靶材200被设置于所述放电电极21的放电侧。

值得一提的是，当所述靶材200是金属材料时，如果所述靶材200被直接设置于所述放电电极21，所述靶材200导通于所述放电电极21，成为直接放电的部分，而不是被激发的靶材200，使得溅射过程无法进行，而所述介质层22的设置，使得金属类型或者说导电型的靶材200与所述放电电极21隔离，因此使得所述靶材200处于与所述放电电极21距离较近的位置，但是不会与电极直接导通，从而使得所述放电电极21能够发挥更好的放电作用。

所述介质层22用来阻挡等离子体和所述放电电极21之间形成传导电流，使得所述靶材200表面产生自偏置电压，实现高效溅射。综合考虑耐压、耐热、传热和容性耦合效率，所述介质层22材料可以选自：氧化铝、氧化锆、氮化硼、石英、云母、聚四氟乙烯中的一种。优选地，所述介质层22的厚度为0.2-2mm。当所述靶材200为导电材料时，所述介质层22不可缺少；当所述靶材200为绝缘材料时，其本身可兼具所述介质层22的作用，所述介质层22可以取消。

所述靶材200被可更换地安装于所述介质层22，也就是说，根据镀膜类型的需求，可以更换不同类型的靶材200。

在本发明的一个实施例中，所述放电电极21是一个平面电极，也就是说，所述放电电极21是一平面结构或者说，所述放电电极21的放电区域是平面位置。更进一步，所述放电电极21在工作时，在下方形成一放电区域，所述放电区域覆盖所述靶材200。

在本发明的一个实施例中，所述介质层22被叠层地设置于所述放电电极21，也就是说，所述介质层22也是平面板型材料。

所述靶材200被叠层设置于所述介质层22，所述靶材200是平面板型材料。也就是说，所述放电电极21、所述介质层22和所述靶材200依次叠层设置。

在本发明的一个实施例中，所述放电电极21、所述介质层22和所述靶材200通过一固定元件进行叠层固定，所述固定元件的固定方式举例地但不限于夹持固定、挤压固定。

所述放电线圈组件30被设置于所述电极组件20的临近区域，临近的位置使得所述电极组件20的放电区域和所述放电线圈组件30的放电区域能够相互加强即可。优选地，在本发明的一个实施例中，所述放电线圈组件30被设置于所述电极组件20的下方，在这种方式中，所述放电线圈的放电区域和所述电极组件20的放电区域正向重合区域较多，有利于加强对于所述靶材200的激发作用。在本发明的另一实施例中，所述放电线圈组件30也可以被设置于所述电极组件20的周侧，比如相互错开或者在下方环绕的方式。图2A、2B是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置1的电极组件20和放电线圈组件30的不同实施方式中的相对位置示意图。

在镀膜时，所述基体100被设置于所述放电线圈组件30的下方或者附近位置。更进一步，所述基体100被设置于所述电极组件20和所述放电线圈组件30共同作用的放电区域，或者说，所述基体100被设置于所述电极组件20的放电区域与所述放电线圈组件30的放电区域重合的区域，从而通过所述电极组件20的射频放电作用和所述放电线圈组件30的放电作用能够配合地作用于所述靶材200，从而高效地激发出所述靶材200的原子，并且快速地形成密度较高的等离子体，即在所述基体100的表面快速形成膜层。

所述放电线圈组件30包括一线圈31和一隔离套筒32，所述线圈31螺旋地缠绕于所述隔离套筒32。优选地，所述隔离套筒32是绝缘材料，比如陶瓷材料构成。所述隔离套筒32约束、隔离所述隔离套筒32的内外空间。所述放电线圈组件30大致垂直地设置于所述放电电极21下方。换句话说，所述线圈31的中轴线垂直于所述电极组件20。

在本发明的一个实施例中，所述隔离套筒32具有一第一开口3201、一第二开口3202以及一隔离空间3203，所述第一开口3201和所述第二开口3202位于相对的两侧，所述隔离空间3203通过所述第一开口3201以及所述第二开口3202分别连通外部。所述第一开口3201与所述电极组件20相对，也就是说，所述电极组件20的放电区域朝向所述隔离空间3203内部。换句话说，所述隔离套筒32将所述电极组件20的放电区域隔离、约束于所述隔离空间3203内。

所述隔离套筒32为所述线圈31提供缠绕依附位置，同时约束放电区域。并且，在所述隔离空间3203内，所述电极组件20的放电区域和所述线圈31的放电区域重合。换句话说，在工作时，在所述隔离空间3203内，既产生所述电极组件20的放电作用，也会产生所述线圈31的放电作用。

所述基体100朝向所述第二开口3202，或者说，所述基体100被设置于所述第二开口3202附近。更进一步，所述基体100被设置于所述第二开口3202的下方临近位置。

在本发明的一个实施例中，所述隔离套筒32是一直线延伸的筒形，所述电极组件20、所述靶材200、所述隔离套筒32以及所述线圈31的位置沿重力方向设置或者沿竖直方向布置。溅射沉积区域位于电极和放电线圈的附近，如上方、下方，竖直方向、斜向上或者斜向下。

在本发明的其它实施例中，所述电极组件20、所述放电线圈组件30以及所述基体100也可以错位地设置。

图2A、2B是根据本发明的第一个实施例的溅射镀膜装置1的放电线圈组件30和靶材200的不同实施方式中的相对位置示意图。在一个实施例中，参考图1，所述基体100被设置于所述放电线圈的下方，或者说，所述基体100被设置于所述第二开口3202下方。参考图2A，至少两个所述放电线圈组件30被设置于所述电极组件20的下方错开位置，如环绕位置或者对称分布。参考图2B，至少两个所述放电线圈组件30被设置于所述电极组件20下方。在另一个实施例中，参考图3A，所述基体100被设置于所述放电线圈组件30的侧下方位置。参考图3B，多个所述基体100环绕于所述放电线圈组件30的下方。

值得一提的是，图1、图2A-2B和图3A-3B分别示意了放电组件和放电线圈组件30以及放电线圈组件30与靶材200不同实施方式的相对位置关系，在本发明的其它实施例中，所述放电电极21、线圈31以及靶材200三者之间的位置关系还可以是上述布置的组合或者其它布置关系，在不脱离本发明基本相互作用原理的基础上，本发明在这方面并不限制。

在本发明的一个实施例中，所述放电电极21和所述线圈31被连接于一水冷装置，以避免所述放电电极21以及所述线圈31过热。所述线圈31外围设有一屏蔽层，避免所述线圈31对外放电。

在本发明的一个实施例中，所述溅射镀膜装置1的整体组装方式为：

所述射频电源40被安装于所述反应腔体10外部，所述放电电极21、所述介质层22、所述靶材200、所述线圈31以及所述隔离套筒32都被安装于所述反应腔体10内部。所述放电电极21下方依次安装所述介质层22和所述靶材200。所述靶材200下方位置安装所述隔离套筒32，所述线圈31被绕在所述隔离套筒32外部。所述电极和所述线圈31的一端共同连接到所述反应腔体10外的所述射频电源40的输出端。所述反应腔体10和所述线圈31的另一端共同连接到所述射频电源40的接地端。所述基体100设置于所述线圈31下方，离开所述靶材200一定距离面向所述靶材200放置，使溅射出的靶材200的原子沉积在所述基体100的表面形成薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述溅射镀膜装置1的镀膜工作过程为：

在溅射镀膜时，对所述反应腔体10抽真空并充入惰性气体和反应气体，启动所述射频电源40，一方面，所述线圈31中的射频电流在所述隔离套筒32内部靠近所述靶材200的空间感应放电产生高密度等离子体；另一方面，所述电极上的射频电压与所述靶材200附近空间的等离子体共同作用，在所述靶材200表面产生自偏置电压，加速等离子体的离子轰击所述靶材200，将所述靶材200的原子溅射向外飞出，溅射出的靶材200的原子沉积在位于下方的所述基体100表面形成薄膜。

图4是根据本发明的第二个实施例的溅射镀膜装置1示意图。

在本发明的这个实施例中，所述溅射镀膜装置1的所述电极组件20具有一内空间201，所述放电线圈组件30被设置于所述内空间201。换句话说，所述电极组件20包围于所述线圈31组件外部。

所述电极组件20包括一放电电极21和一介质层22，所述介质层22被设置于所述放电电极21。所述靶材200适于被连接于所述介质层22。也就是说，所述介质层22设置于所述放电电极21和所述靶材200之间，或者说，所述介质层22隔离所述放电电极21和所述靶材200。进一步，所述介质层22和所述靶材200被设置于所述放电电极21的放电侧。

进一步，所述线圈31位于所述放电电极21内侧，所述靶材200位于所述放电电极21外侧，所述基体100适于被设置于所述靶材200外部空间。

在本发明的一个实施例中，所述线圈31是螺线圈，所述线圈31整体大致平行所述放电电极21设置，举例地但不限于。所述线圈31与所述放电电极21都沿竖直方向设置，即，沿重力方向设置。在本发明的另一个实施例中，所述线圈31是螺线圈，所述线圈31整体大致垂直所述放电电极21设置，如，所述放电电极21沿重力方向或竖直方向布置，所述线圈31沿水平方向布置，或者所述放电电极21沿水平方向布置，所述线圈31沿重力方向或竖直方向布置。

所述放电电极21包括极板单元，多个所述极板单元隔离地围绕形成所述内空间201。在本发明的一个实施例中，相邻的两个所述极板单元之间设有一间隙，所述间隙隔离两个所述极板单元，避免所述线圈31在所述放电电极21中感生涡流。在本发明的一个实施例中，所述间隙被绝缘材料填充，避免所述线圈31在所述放电电极21中感生涡流。相邻的两个所述极板单元通过导线电连接。

进一步，所述介质层22环绕于所述放电电极21外部。相应地，所述介质层22形成连续的环形结构叠层设置于所述放电电极21的外部。

在一个实施例中，所述靶材200被设置为连续的环形，也就是说，所述靶材200的形状与所述介质层22的形状大致一致。在另一个实施例中，所述靶材200被设置为与所述极板单元的形状一致，比如长条状，间隔地设置于所述介质层22外部。

在本发明的一个实施例中，所述放电电极21、所述介质层22和所述靶材200依次由内向外套接于一体，所述线圈31被安装于所述电极组件20的所述内空间201，所述线圈31与所述放电电极21共轴设置。位于所述介质层22内侧的所述内空间201与所述反应腔体10的所述反应腔101隔离。

在本发明的一个实施例中，所述溅射镀膜装置1包括一组密封盖23，一组所述密封盖23分别密封设置于所述电极组件20的两端，优选地，所述介质层22两端部凸出于所述放电电极21，一组所述密封盖23连接于所述介质层22的两端。

值得一提的是，所述放电电极21的所述内空间201被密封隔离于所述反应腔101，因此所述内空间201内能够被填充散热材料或者散热的液体，以散失所述线圈31工作时产生的热量。在镀膜工作时，所述介质层22内部空间与所述反应腔101隔离，所述内空间201不需要抽真空，避免所述线圈31在内部放电；另一方面，所述介质层22内部空间通冷却气流，对其中的所述放电电极21和所述线圈31进行冷却以避免过热。

当所述靶材200为导电材料时，所述放电电极21由多个分离的所述电极单元构成，且相邻的两个所述电极单元之间设有沿轴向延伸的所述间隙；当所述靶材200为绝缘材料时，所述放电电极21可以是板型的所述电极单元围成的筒形。

所述基体100被设置于所述靶材200外部，也就是说，在筒形的所述电极组件周围都可以设置所述基体100，即，形成体积较大的镀膜空间，从而方便批量或者大面积镀膜。

在本发明的一个实施例中，参考图5，所述溅射镀膜装置1包括一多层支架50，所述多层支架50环绕于所述电极组件20外部。多个所述基体100能够被放置于所述多层支架50。也就是说，在所述电极组件20的外部的周围空间、不同高度都可以进行镀膜。

在本发明的一个实施例中，所述溅射镀膜装置1的整体组装方式为：

所述射频电源40被安装于所述反应腔体10外部，所述放电电极21、所述介质层22、所述靶材200、所述线圈31以及所述隔离套筒32都被安装于所述反应腔体10内部。多个柱面板形的所述电极单元围成圆筒形，各柱面板之间留有轴向的间隙或者绝缘材料填充，个柱面板之间用导线联通。所述介质层22为完整的圆筒。当所述靶材200为导电材料时，由多个柱面板围成圆筒形，各柱面板之间留有轴向的缝隙，当所述靶材200为绝缘材料时，可以由多个柱面板围成圆筒形，也可以是完整的圆筒。

所述放电电极21、所述介质层22和所述靶材200依次由内向外套装在一起。所述线圈31安装在所述放电电极21内部，与所述放电电极21共轴；所述介质层22内部空间与所述反应腔101隔离，不抽真空。所述放电电极21和所述线圈31的一端共同连接到所述反应腔体10外的所述射频电源40的输出端；所述反应腔体10和所述线圈31的另一端共同连接到所述射频电源40的接地端。所述基体100设置于所述靶材200外侧，离开所述靶材200一定距离面向靶材200设置，使溅射出的靶材200的原子沉积在所述基体100的表面形成薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述溅射镀膜装置1的镀膜工作过程为：

在溅射镀膜时，对所述反应腔体10抽真空并充入惰性气体和反应气体，启动所述射频电源40，一方面，所述线圈31中的射频电流在所述靶材200的外侧感应放电产生高密度等离子体；另一方面，所述，所述放电电极21上的射频电压与所述靶材200附近空间的等离子体共同作用，在所述靶材200表面产生自偏置电压，加速等离子体的离子轰击所述靶材200，将所述靶材200的原子溅射向外飞出，溅射出的靶材200的原子沉积在所述基体100表面形成薄膜。

图6是根据本发明的第三个实施例的溅射镀膜装置1示意图。

在本发明的这个实施例中，与第一个实施例不同的是，所述溅射镀膜装置1包括两组电极组件20和放电线圈组件30，各自配合地工作，以增加整体镀膜面积。

进一步，两组所述电极组件20和放电线圈组件30并联地设置。也就是说，两组电极组件20的一端共同连接到所述射频电源40的输出端，两组所述放电线圈组件30一端各自连接到所述射频电源40的输出端，所述反应腔体10连接到所述射频电源40的接地端，两组所述放电线圈组件30的另一端连接到所述射频电源40的接地端。

进一步，两组电极组件20的两个所述靶材200共面靠近布置，两个所述放电线圈组件30的两个所述线圈31绕向相反以减小串联电感。

在本发明的这个实施例中，以并联两组所述电极组件20和放电线圈为例进行说明，在本发明的其它实施例中，还可以包括更多组的所述电极组件20和放电线圈，以类似方法水平扩展，且两两靠近的所述线圈31绕向相反。

图7是根据本发明的第四个实施例的溅射镀膜装置1示意图。

在本发明的这个实施例中，与上述第一个实施例不同的是，所述放电电极21下方没有设置所述介质层22。也就是说，所述靶材200被直接地设置于所述放电电极21下方。该实施例适合绝缘材料镀膜。

上述第二个实施例也可以进行类似的变化，取消所述介质层22，用于绝缘材料镀膜。

图8是根据本发明的第五个实施例的溅射镀膜装置1示意图。

在本发明的这个实施例中，所述放电线圈组件30包括一线圈31，所述线圈31是一平面螺线圈。所述平面螺线圈被直接设置于所述放电电极21的一侧。更进一步，所述线圈31被可分离地固定于所述放电电极21的非放电侧，换句话说，所述靶材200和所述线圈31分别位于所述放电电极21的两侧。

进一步，所述放电电极21包括极板单元，多个所述极板单元隔离地设置。在本发明的一个实施例中，相邻的两个所述极板单元之间设有一间隙，所述间隙隔离两个所述极板单元，避免所述线圈31在所述放电电极21中感生涡流。在本发明的一个实施例中，所述间隙被绝缘材料填充，避免所述线圈31在所述放电电极21中感生涡流。相邻的两个所述极板单元通过导线电连接。

值得一提的是，在本发明的这个实施例中，所述放电电极21组件20和所述线圈31集成化地设置，从而形成一个可整体移动的组件，方便整体地安装于不同的工作位置，避免为所述线圈31提供额外的安装条件。

所述电极组件20和所述放电线圈组件30的所述线圈31相互配合构成一溅射镀膜组件。所述溅射镀膜组件被设置于所述反应腔101内，所述溅射镀膜组件适于连接于所述射频电源40，以在所述基体的表面进行溅射镀膜。

由上述实施例可以整体地了解到，相对于现有技术的溅射镀膜方式，本发明的技术方案具有众多优势：

从工作原理上不需要形成磁场来提高等离子体密度，避免由于磁场的存在导致的电子回旋。

通过放电线圈和电极的配合在靶材附近空间形成高密度等离子体，以快速地形成膜层。

能够形成绝缘或者非绝缘材料的膜层，也就是说，膜层材料的类型限制较小；

其不利用磁场工作，避免了磁约束等离子体产生的空间不均匀性，形成的膜层更加均匀。

电极、靶材以及放电线圈相互覆盖区域较大，使得靶材刻蚀均匀、靶材的利用率高。

利用介质层隔离电极和靶材，使得不同类型的靶材都能够高效地沉积于基体表面，而不会由于靶材的电学性能而影响其沉积效率。

利用隔离套筒约束线圈放电区域，并且使得电极放电区域和放电线圈的放电区域正向结合后直接沉积于基体表面。

在一个实施例中，溅射沉积区域位于电极和放电线圈的下方，平面化地在重力方向镀膜。

在一个实施例中，沉积区域位于电极和线圈的平行区域，以便于在靶材周围进行多层或者批量化地进行镀膜。

在一个实施例中，并行地形成多个溅射沉积区域，以便于大面积或者批量化地进行溅射沉积镀膜。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (28)

1.溅射镀膜装置，所述溅射镀膜装置用于对一靶材进行轰击以通过溅射镀膜的方式在一基体表面形成膜层，其特征在于，所述溅射镀膜装置包括：

一反应腔体，所述反应腔体具有一反应腔；

一电极组件；和

一放电线圈组件，所述电极组件和所述放电线圈组件被设置于所述反应腔内，在溅射镀膜时，所述基体被容置于所述反应腔内，所述靶材被设置于所述电极组件，所述电极组件和所述放电线圈组件被电连接于一射频电源，通过所述射频电源为所述电极组件和所述放电线圈组件提供工作的射频电流，以在所述基体表面沉积形成膜层；

其中，所述放电线圈组件中的射频电流在靠近所述靶材的空间感应放电产生高密度等离子体，所述电极组件上的射频电压与所述靶材附近空间的等离子体共同作用，在所述靶材表面产生自偏置电压，加速等离子体的离子轰击所述靶材。

2.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层被叠层设置于所述放电电极的放电侧，所述靶材被叠层设置于所述介质层。

3.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

4.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件位于所述电极组件下方，所述基体适于被设置于所述放电线圈组件下方。

5.根据权利要求1-4任一所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件包括一线圈和一隔离套筒，所述线圈被缠绕于所述隔离套筒。

6.根据权利要求5所述的溅射镀膜装置，其中所述隔离套筒具有一第一开口、一第二开口以及一隔离空间，所述隔离空间通过所述第一开口和所述第二开口连通外部，所述第一开口朝向所述靶材，所述第二开口朝向所述基体。

7.根据权利要求1-4任一所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件和所述放电线圈组件的一端共同连接到所述射频电源的输出端，所述反应腔体和所述放电线圈组件的另一端共同连接到所述射频电源的接地端。

8.根据权利要求1-4任一所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件中轴线垂直所述电极组件。

9.根据权利要求2或3任一所述的溅射镀膜装置，其中所述放电电极组件、所述放电线圈组件和所述基体沿竖直方向布置。

10.根据权利要求1-4任一所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件包括一线圈，所述线圈是一平面螺线圈，所述线圈被设置于所述电极组件的一侧面。

11.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件具有一内空间，所述放电线圈组件被设置于所述内空间。

12.根据权利要求11所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层环绕于所述放电电极外侧，所述靶材被设置于所述介质层外侧。

13.根据权利要求11所述的溅射镀膜装置，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

14.根据权利要求12-13任一所述的溅射镀膜装置，其中所述放电线圈组件和所述电极组件共轴设置。

15.根据权利要求12-13任一所述的溅射镀膜装置，其中所述放电电极包括多个电极单元，多个所述电极单元环形的布置形成所述内空间，相邻的两个所述电极单元之间设有一间隙。

16.根据权利要求15所述的溅射镀膜装置，其中一绝缘材料被填充于所述间隙。

17.根据权利要求12所述的溅射镀膜装置，其中所述介质层为连续筒形结构。

18.溅射镀膜设备，所述溅射镀膜设备用于对一靶材进行轰击以通过溅射镀膜的方式在一基体表面形成膜层，其特征在于，所述溅射镀膜设备包括：

一反应腔体，所述反应腔体具有一反应腔；

一电极组件；

一放电线圈组件；和

一射频电源，所述电极组件和所述放电线圈组件被设置于所述反应腔体的所述反应腔内，所述靶材被设置于所述电极组件，在溅射镀膜时，所述基体被容置于所述反应腔内，所述电极组件和所述放电线圈组件被电连接于所述射频电源，通过所述射频电源为所述电极组件和所述放电线圈组件提供工作的射频电流，以在所述基体表面沉积形成膜层；

其中，所述放电线圈组件中的射频电流在靠近所述靶材的空间感应放电产生高密度等离子体，所述电极组件上的射频电压与所述靶材附近空间的等离子体共同作用，在所述靶材表面产生自偏置电压，加速等离子体的离子轰击所述靶材。

19.根据权利要求18所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层被叠层设置于所述放电电极的放电侧，所述靶材被叠层设置于所述介质层。

20.根据权利要求18所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

21.根据权利要求18-20任一所述的溅射镀膜设备，其中所述放电线圈组件包括一线圈和一隔离套筒，所述线圈被缠绕于所述隔离套筒。

22.根据权利要求18-20任一所述的溅射镀膜设备，其中所述放电线圈组件包括一线圈，所述线圈是一平面螺线圈，所述线圈被设置于所述电极组件的一侧面。

23.根据权利要求18所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件具有一内空间，所述放电线圈组件被设置于所述内空间。

24.根据权利要求23所述的溅射镀膜设备，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层环绕于所述放电电极外侧，所述靶材被设置于所述介质层外侧。

25.溅射镀膜放电组件，所述溅射镀膜放电组件适于被安装于一反应腔体内，以在所述反应腔体对一基体进行溅射镀膜，其特征在于，所述溅射镀膜组件包括：

一电极组件；和

一线圈，在溅射镀膜时，一靶材被设置于所述电极组件，所述线圈被设置于所述靶材，所述电极组件和所述线圈被电连接于一射频电源，通过所述射频电源为所述电极组件和所述线圈提供工作的射频电流，以在所述基体表面沉积形成膜层；

其中，所述线圈中的射频电流在靠近所述靶材的空间感应放电产生高密度等离子体，所述电极组件上的射频电压与所述靶材附近空间的等离子体共同作用，在所述靶材表面产生自偏置电压，加速等离子体的离子轰击所述靶材。

26.根据权利要求25所述的溅射镀膜放电组件，其中所述电极组件包括一放电电极和一介质层，所述介质层被叠层设置于所述放电电极的放电侧，所述靶材被叠层设置于所述介质层。

27.根据权利要求25所述的溅射镀膜放电组件，其中所述电极组件包括一放电电极，所述靶材被直接设置于所述放电电极的放电侧。

28.根据权利要求26-27任一所述的溅射镀膜放电组件，其中所述线圈是一平面螺线圈，所述线圈被设置于所述放电电极一侧面。