真空室内通常装配具有转动机构工件架，同时还装配加热（烘烤）、离子轰击或离子源等装置，连续镀膜机中还有卷板和传动装置。排气系统一般由机械泵、罗茨泵和扩散泵（或分子泵等）组成。充气系统需要精确控制充入真空室内的工作气体或反应气体，通常情况下配备精密的气体流量计。其中装置中的真空系统、进气系统、真空度测量系统、加热系统、工件转架系统以及溅射电源等的控制与测量通过控制系统实现，先进的磁控溅射镀膜装置多以PLC作为系统控制核心，以PLC与嵌入式工控机连接，实现数据交换，对设备进行实时监控与操作。其中磁控溅射源系统是磁控溅射镀膜装置的核心部件，由磁控溅射靶和溅射电源组成，其结构形式与配置直接关系到所沉积薄膜的均匀性、致密性以及综合性能。

磁控溅射靶按照靶材的形状分类可分为平面磁控溅射靶、柱状磁控溅射靶、锥形磁控溅射靶；按照磁场的结构可分为平衡磁控溅射靶与非平衡磁控溅射靶；溅射电源可分为直流、中频与射频磁控溅射电源。

平面磁控溅射靶为应用最多的溅射源，其结构简单、加工方便。按靶面形状又分为圆形和矩形平面磁控溅射靶。两者的差别在于靶材及靶体的形状不同，工作原理完全相同。通常是在靶材的背面安装永久磁铁或电磁铁，或二者复合结构。靶材一般为3～10毫米厚的平板。平面磁控溅射靶的功率密度大、靶电压低、工作气压低、溅射速率高，所制备的薄膜厚度均匀，适合于大面积连续大规模的工业化生产；其缺点是靶材在跑道区域内形成溅射沟道，整个靶面刻蚀不均匀，靶材利用率只有约30%。

柱状磁控溅射靶的特点是结构简单，可有效利用空间，在更低的气压下溅射成膜。根据柱状磁控溅射靶的磁场可分为电磁式与永磁式。电磁式柱状磁控溅射靶是通过柱状阴极内部或者外部安装的电磁铁在靶管表面产生磁场实现磁控溅射；永磁式柱状磁控溅射靶是通过柱状阴极内部安装的永磁体在靶管表面产生磁场实现磁控溅射，根据磁场的安装方式可分为同轴圆柱环状磁体溅射靶（见图1a）与同轴同柱条状磁体溅射靶（见图1b），根据柱状磁控溅射靶的结构可分为“旋磁型”“旋靶管型”。同轴圆柱环状磁体溅射靶中的环状磁体是同极性相邻安装，两同性极之间插入3～5毫米厚的纯铁垫片，其形成的磁场和磁力线的形式如图1a所示，这种磁控靶在溅射时形成若干个与管靶轴线垂直有间隙的环状辉光放电区域，使得柱状靶表面不均匀刻蚀，当镀制大面积基片时会形成厚薄相间的条纹，导致膜厚不均并影响产品质量；而同轴同柱条状磁体溅射靶则是将长条形永磁体沿管靶轴线方向排列成数列，从而产生对称分布的细长形封闭跑道，形成不间断、均匀的条形放电区域，而且通常阴极靶管相对同轴磁体总成转动，起辉时达到均匀刻蚀靶面，同时获得更均匀的等离子体分布，特别是“旋磁型”结构的柱状磁控溅射靶的溅射区域在360°的圆柱面上，不但靶材溅射均匀而且沉积膜层的厚度均匀，靶材的利用率可达70%以上。

图1 永磁式柱状磁控溅射靶结构及磁场示意图

锥形磁控溅射靶（S型枪）的阴极溅射靶材为环状锥形，环形磁钢套在靶材外缘，圆形盘水冷阳极安装在阴极靶材中心，并与阴极绝缘。环形磁钢在靶面形成曲线形磁场，其平行于靶面的磁场分量和垂直于靶面的电场分量形成正交电磁场。电子被约束在靶面附近运动产生高密度的电子流并在靶面附近产生强烈的非弹性碰撞，电离概率很大，形成很强的等离子体，产生的高密度氩离子轰击靶面，溅射速率很高。S型枪的特点是沉积速率高、靶材利用率高，而且S枪的中心阳极能有效地捕获逃逸的二次电子，使基片避免遭受高能电子的轰击而破坏，但缺点是S型枪为点状溅射源，不适宜大面积和连续式生产。

平衡磁控溅射过程仅在距靶面60毫米的区域内产生高密度的等离子体（见图2a）限制了待镀工件的几何尺寸，而且溅射出的靶材粒子能量较低，沉积的涂层一般为多孔、粗糙的柱状结构，质量较差。B.温道和N.萨维德斯提出非平衡磁控溅射的概念，可将等离子体引到距靶面200～300毫米的区域内，使工件浸没在等离子体中，如图2b所示，这样溅射出来的原子和粒子在基体表面形成薄膜，且高密度的等离子体增强对基体的轰击，起到离子束辅助沉积的作用，可显著改善膜层的质量。然而单独的非平衡磁控靶仍然难以在复杂的基体上沉积出均匀的薄膜，而且会由于部分电子吸附到真空室壁上导致等离子体密度下降，而多靶非平衡磁控溅射系统以弥补单靶非平衡磁控溅射的不足，可满足复杂基体表面复杂材料的沉积需求，尤其是反应溅射十分有效。20世纪90年代初，在非平衡磁控溅射的基础上发展出了闭合非平衡系统（CFUBMS），采用多个靶以及非平衡结构构成闭合磁场可以对电子进行有效的约束，使整个真空室的等离子体密度得以提高，使磁控溅射技术更适合工业生产。

图2 平衡与非平衡磁控溅射中磁场及其等离子体特征示意图