文档介绍：等离子体束溅射镀膜------一种新颖的镀膜技术
作者：方立武
摘要：在真空镀膜领域内，磁控溅射镀膜有着广泛的应用。但是，磁控溅射镀膜存在一些不
能克服的缺点，如靶面的中毒、不能或很困难沉积铁磁性材料等。这很大程度上限制了磁控
溅射技术的应用。1998年，英国的一个小组开发了一种独具特色的真空镀膜技术 -----等离子
体束溅射镀膜。它巧妙组合了溅射镀膜和等离子体发生和控制技术的特点，有效的解决了磁
控溅射镀膜的缺点。由于具有非常鲜明的技术和应用特色，有可能成为下一代的镀膜技术。
关键词：真空空镀膜溅射I镀膜
等离子体束束溅射镀膜
磁控溅射技术在真空镀膜行业内有着广泛的应用，
的缺点：
1、刻蚀跑道，由此造成低靶材利用率、溅射过程漂移;
但是这种技术本身存在一些不能克服
刻蚀跑道:
V
刻蚀率极低区
（材料利用率低）
高刻蚀区高刻蚀区
降低靶寿命
2、中毒：靶面非均匀刻蚀导致中毒，中毒区域溅射不可避免导致成膜掺杂，反应溅射采用
脉冲溅射（产生微弧）；
轻重毒区
无中毒区
重中毒区
（非常低的靶寿命），
3、对磁性靶材沉积困难：靶材中的磁场短路导致，只能用非常薄的靶
随着靶的被刻蚀，溅射速率及成膜性质产生越来越大的漂移（特别对反应溅射）；
以上问题一直困扰着广大用户。有什么办法可以克服这些缺点呢？
办法终于在1998年被找到了，这就是等离子体束溅射镀膜。英国的一个小组开发了一种独具特色的真空镀膜技术-----等离子体束溅射镀膜。它巧妙组合了溅射镀膜和等离子体发生和控制技术，有效的解决了磁控溅射镀膜的这些缺点。由于具有非常鲜明的技术和应用特
色，有可能成为下一代的镀膜技术。
等离子体束溅射镀膜是怎样工作的呢？又有什么样的技术特点呢？
等离子体束溅射镀膜机组成和工作原理：
等离子体束溅射是一种崭新又古典的组合。它实际上是由利用射频功率产生的等离子体
（ICP ）源、等离子体聚束线圈、偏压电源等组成的一个溅射镀膜系统。系统的原理示意图如下。
Argon gas
真空室的侧面安装射频等离子体源。等离子体源的出口处有一个电磁线圈。溅射靶下面也配
置有一个电磁线圈。当两个线圈同向通过电流时，线圈合成的磁场将引导从等离体源出来的
电子沿磁场方向运动，从而使等离子体束被约束在磁场方向上。靶带的负偏压使溅射离子加速撞击靶表面，产生溅射作用。
技术特点：
F面给出了靶电流与偏压曲线图和溅射速率与靶偏压曲线图
靶电流与偏压的关系（图 1）
-
-

400
600
800
1000
-
-
kW

kW
kW
Applied target voltage (V)
溅射速率与靶偏压的关系（图
2）
Deposition rates at constant target current
(constant plasma density, rf launch power, 500W)
等离子体束溅射镀膜具有以下特点:
。
磁控溅射靶两个不能克服的缺点，即靶面的中毒和不能或很困难沉积铁磁性材料。由于
溅射等离子体束均匀刻蚀靶面，不产生靶面氧化。以下是磁控溅射和等离子体束溅射靶面刻
蚀的对照图（图3）。
磁控溅射由于背面磁铁而产生溅射跑道，非磁场约束区很容易产生氧化。
可以进行磁性材料镀膜。由于不用磁铁作为等离子体约束，等离子体束溅射可以使用很厚的
以使得镀膜机省略常规镀膜机的清洗用离子源。图 5
靶材，上图实验金属钴的厚度为 6mm。对于铁、镍、铬以及铁磁性化合物，都具有很高的
溅射速率。

系统示意图2可以看出，调节靶偏压可以调节溅射速率。当使用多块靶时，如果靶之间相互
绝缘，每个靶施加不同的偏压，就可以做到多成分共溅射。也就是说可以通过调节溅射靶的
偏压很容易地实现镀制薄膜的成分控制。图4为系统共溅射示意及靶组成。
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3•灵活方便的系统调节方式
这种镀膜机有非常灵活的控制方式。图 1图2可以看出，溅射速率可以通过两种途径
进行调节-----调节靶材偏压和改变等离子体源的射频功率。另外，控制系统的真空度也是种调节溅射速率的方法。
基片清洗
当把电磁线圈的极性反接时，等离子体束轰击基片，从而对基片产生