CN113857159B - 一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，包括以下步骤：在常温下将溅射镀膜设备真空抽至1e‑4mBar以内，将溅射镀膜设备的阴极靶门全部打开，用可以正常起辉的阴极点燃氩气，发生辉光放电，并保持高溅射功率；提高电磁辅助线圈电流以增强磁场，使辉光放电区域延伸至待清洁靶材表面附近；开启待清洁靶材阴极，在低功率条件下使靶材起辉，待靶材表面放电稳定后逐步增大溅射功率并保持预设时长，即可完成靶材表面自清洁工艺。本发明提供的自清洁工艺避免拆卸操作，节省了大量人力和时间成本，有效提升了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，本发明涉及一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺。
背景技术
在溅射PVD工艺中会用到各种材质的靶材，如单质金属靶、非金属靶、合金靶、陶瓷靶等。在一些中高端领域镀膜中，为了降低靶材表面污染物对膜基结合效果和膜层纯度的影响，PVD镀膜前会对靶材表面做预清洁处理，以去除靶材表面吸附的杂质分子、靶中毒皮层等附着物。靶材在表层污染物较少的情况下，可以很容易在涂层制程中通过辉光放电的方式进行自清洁，具体实施方式如：在正式镀膜前，保持阴极靶门为关闭状态，通入氩气，对靶材施加高电压发生阴极辉光放电，采用低功率逐步过渡到高功率的方式达到清洁目的。但是当靶材长期不用、靶中毒或者被其它绝缘膜层严重污染后，靶材表面导电性变差，致使阴极无法正常工作，如果持续增加电压会发生靶材熔化或电源损坏的情况。
因靶材表面发生严重污染而不能正常使用的情况是溅射PVD行业的一种常见现象，普遍做法是用工具抛光，或者将靶材拆下（贵重、易受损材质），通过喷砂或抛光等物理手段进行清洁，恢复靶材表面的电导通效果，然后再进行辉光清洗。这种方法虽然常用，但是需要对靶材进行拆卸和安装，操作繁琐且人力、时间成本较高。
因此亟待研发一种操作简洁、成本低廉的可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，尤其针对污染较严重的靶材表面。
发明内容
在闭合场非平衡磁控溅射设备上，尤其是带有电磁线圈辅助功能的闭合场非平衡磁控溅射镀膜设备，通常会安装两组或以上靶材，当其中一组靶材长期不用或者阴极靶门闭合异常后，在后续镀膜制程中靶材表面容易受氧气、烃类气体的污染形成一层导电性较差的污染层，表面受严重污染的靶材是无法正常起辉工作的。为了解决这类问题，本发明提供了一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺。
本发明公开了一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，所述快速自清洁工艺包括以下步骤：
S1、在常温下将溅射镀膜设备真空抽至1e-4mBar以内；将溅射镀膜设备的阴极靶门全部打开；
S2、用可以正常起辉的阴极点燃氩气，发生辉光放电，并保持高溅射功率；提高电磁辅助线圈电流以增强磁场，使辉光放电区域延伸至待清洁靶材表面附近；
S3、开启待清洁靶材阴极，在0.1-1.0KW低功率条件下使待清洁靶材起辉，待清洁靶材表面放电稳定后逐步增大溅射功率并保持预设时长，即可完成靶材表面自清洁工艺。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述步骤S3中当辉光放电区域延伸至待清洁靶材表面附近后，若待清洁靶材无法起辉，延长工艺时间，利用已经起辉的靶材对待清洁靶材表面镀膜，直至待清洁靶材表面形成足够厚度的导电层，再用低功率参数完成起辉、自清洁步骤。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述溅射镀膜设备为带有电磁线圈辅助功能的闭合场非平衡磁控溅射镀膜设备，或者能形成强闭合场的磁控溅射设备。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述可导电溅射设备中安装两组或两组以上靶材且至少有一组靶材可以正常起辉；所述靶材均为可导电材料。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述待清洁靶材包括Cr靶。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述待清洁靶材表面的污染层的污染物是受工艺气体或制程污染而形成，导致阴极无法正常工作；所述污染层的厚度不超过10μm。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述S2中保持高溅射功率为保持功率在10-15KW。
作为本发明实施方式的进一步改进，在待清洁靶材表面自清洁过程中，提高电磁辅助线圈电流至8-10A，以产生足够的磁场强度，以引导辉光放电区域扩大至待清洁靶材表面附近。
作为本发明实施方式的进一步改进，所述S3中逐步增大溅射功率至10-12KW。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种应用于带有电磁线圈辅助功能的闭合场非平衡磁控溅射镀膜设备中可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，尤其是针对污染较严重的靶材表面；
2、本发明针对因靶材表面发生严重污染而需要通过拆卸靶材再进行物理清洁的情况，本发明提出了一种可以快速自动清洁靶材表面污染物的方法，避免拆卸操作，节省了大量人力和时间成本，有效提升了工作效率，避免了操作员工受喷砂、抛光作业产生职业伤害的风险；
3、常规操作需要将靶拆下进行打磨和抛光，再安装回原位，拆卸和安装操作过程需要至少2名操作人员共同参与，且打磨和抛光需至少1名专业抛光人员，总工时耗费约5-8小时。
附图说明
为了更为清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明涉及的一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺工作原理示意图；
图中数字所表示的相应的部件名称如下：
1-闭合场磁力线；2-电磁辅助线圈；3-靶材；4-阴极；5-溅射镀膜设备腔体；6-靶门。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明公开了一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，所述快速自清洁工艺包括以下步骤：
S1、在常温下将溅射镀膜设备真空抽至1e-4mBar以内；将溅射镀膜设备的阴极靶门全部打开；
S2、用可以正常起辉的阴极点燃氩气，发生辉光放电，并保持高溅射功率；提高电磁辅助线圈电流以增强磁场，使辉光放电区域延伸至待清洁靶材表面附近；其中，保持高溅射功率为10-15KW；提高电磁辅助线圈电流至8-10A，以产生足够的磁场强度，以引导辉光放电区域扩大至待清洁靶材表面附近；
S3、开启待清洁靶材阴极，在0.1-1.0KW低功率条件下使靶材起辉，待清洁靶材表面放电稳定后逐步增大溅射功率并保持预设时长，逐步增大溅射功率至10-12KW，即可完成靶材表面自清洁工艺。
其中，步骤S3中当辉光放电区域延伸至待清洁靶材表面附近后，而待清洁靶材无法起辉的情况下，可以延长工艺时间，利用已经起辉的靶材对待清洁靶材表面镀膜，直至待清洁靶材表面形成足够厚度的导电层，再用低功率参数完成起辉、自清洁步骤。
在本发明实施例中，如图1所示，溅射镀膜设备为带有电磁线圈辅助功能的闭合场非平衡磁控溅射镀膜设备，或者能形成强闭合场的磁控溅射设备。图1显示了可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺工作原理示意图；其中1为闭合场磁力线；2为电磁辅助线圈；3为靶材，4为阴极，5为溅射镀膜设备腔体，6为靶门。
优选地，溅射设备中安装两组或以上靶材且至少有一组靶材可以正常起辉；靶材均为可导电材料，常用靶材为Cr靶和Al靶。
本发明实施例涉及的自清洁工艺应用于靶材表面污染层的待清洁靶材表面污染物是受工艺气体或制程污染而形成，导致阴极无法正常工作；靶材表面污染层的厚度不超过10μm。
具体例1.
在装有2组Al靶和2组Cr靶的电磁线圈辅助闭合场磁控溅射镀膜设备中，2组Al靶因高温在表层形成一层氧化铝污染层，氧化铝污染层导电性极差，致使Al靶无法正常起辉工作。
按照本发明的工艺操作如下：
1.在常温下将溅射镀膜设备真空抽至1e-4mBar以内；
2.将4组阴极的靶门全部打开；
3.对2组Cr靶阴极施加电压发生阴极辉光放电，阴极溅射功率为15KW；
4.提高电磁辅助线圈电流至10A，产生的磁场足以使2组Cr靶阴极的辉光放电区域扩展至整个镀膜腔体；
5.对2组Al靶阴极施加电压，阴极溅射功率设置为0.5KW，此时Al靶表面可以起辉，待放电稳定后逐步增加Al靶阴极溅射功率至12KW，保持5min即可完成Al靶表面的自清洗工艺。
按照本发明的工艺，员工调入程序后即可自动运行完成，所用工时为20min。相对于传统方法效率提升95%以上，节省了打磨和抛光处理工艺，操作员工免受职业伤害。
具体例2
在装有2组Ti靶和1组Cr靶的电磁线圈辅助闭合场磁控溅射镀膜设备中，因Cr靶阴极靶门机械故障导致没有完全闭合，在后续制程中Cr靶表面被乙炔气体严重污染，形成黑色的混合物污染层，Cr靶无法有效工作。
选择常规操作需要经历以下环节：
1.将Cr靶拆下；2.喷砂；3.安装回原位；4.用辉光放电工艺溅射清洗表面至可使用状态。拆卸和安装操作过程需要2名操作人员共同参与，喷砂需1名员工，总工时耗费约5小时。
按照本发明的工艺操作如下：
1.在常温下将溅射镀膜设备真空抽至1e-4mBar以内；2.将3组阴极的靶门全部打开；3.对2组Ti靶阴极施加电压发生阴极辉光放电，阴极溅射功率为10KW；4.提高电磁辅助线圈电流至8A；5.用2组Ti靶对被污染的Cr靶表面镀一层金属Ti薄膜，至Cr靶表面出现金属色为止；6. 对Cr靶阴极施加电压，阴极溅射功率设置为1KW，此时Cr靶表面可以起辉，待放电稳定后逐步增加Cr靶阴极溅射功率至10KW，保持5min即可完成Cr靶表面的自清洗工艺。按照本发明的工艺，员工调入程序后即可自动运行完成，所用工时为25min。相对于传统方法效率提升90%以上，无喷砂过程，消除了喷砂职业伤害。
Claims (6)
1.一种可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，其特征在于，所述快速自清洁工艺包括以下步骤：
S1、在常温下将溅射镀膜设备真空抽至1e-4mBar以内；将溅射镀膜设备的阴极靶门全部打开；
S2、用可以正常起辉的阴极点燃氩气，发生辉光放电，并保持高溅射功率；提高电磁辅助线圈电流以增强磁场，使辉光放电区域延伸至待清洁靶材表面附近，保持高溅射功率为保持功率在10-15KW；
S3、开启待清洁靶材阴极，在0.1-1.0KW低功率条件下使待清洁靶材起辉，待清洁靶材表面放电稳定后逐步增大溅射功率并保持预设时长，即可完成靶材表面自清洁工艺；其中，
步骤S3中当辉光放电区域延伸至待清洁靶材表面附近后，若待清洁靶材无法起辉，延长工艺时间，利用已经起辉的靶材对待清洁靶材表面镀膜，直至待清洁靶材表面形成足够厚度的导电层，再用低功率参数完成起辉、自清洁步骤；并且其中，
所述溅射镀膜设备中安装两组以上靶材且至少有一组靶材可以正常起辉；所述靶材均为可导电材料。
2.根据权利要求1所述的可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，其特征在于，所述溅射镀膜设备为带有电磁线圈辅助功能的闭合场非平衡磁控溅射镀膜设备，或者能形成强闭合场的磁控溅射设备。
3.根据权利要求1所述的可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，其特征在于，所述待清洁靶材包括Cr靶。
4.根据权利要求1所述的可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，其特征在于，所述待清洁靶材表面的污染层的污染物是受工艺气体或制程污染而形成，导致阴极无法正常工作；所述污染层的厚度不超过10μm。
5.根据权利要求1所述的可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，其特征在于，在待清洁靶材表面自清洁过程中，提高电磁辅助线圈电流至8-10A，以产生足够的磁场强度，以引导辉光放电区域扩大至待清洁靶材表面附近。
6.根据权利要求1所述的可导电溅射靶材表面的快速自清洁工艺，其特征在于，步骤S3中逐步增大溅射功率至10-12KW。
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| GR01 | Patent grant | ||
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