CN100432286C

CN100432286C - 多副对向靶薄膜溅射仪

Info

Publication number: CN100432286C
Application number: CNB2003101220212A
Authority: CN
Inventors: 姜恩永; 白海力; 吴萍; 李志青; 何柏岩
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-12-31
Also published as: CN1556244A

Abstract

本发明公开了一种多副对向靶头薄膜溅射仪，在溅射真空室内设置有至少三副对向靶头，所述各副对向靶之间设置有非磁性金属隔离板，所述溅射真空室的上盖或下盖与所述各副靶头连接处设置有波纹管，所述溅射真空室内设置有基板架，所述基板架上设置有基板，所述基板架的外围设置有与基板架同心的带有侧孔的套筒，所述溅射真空室的上盖上设置有真空室的开启机构。所述基板架与第一电机连接，所述套筒与第二电机连接，所述第一电机、第二电机分别与微控制器连接。所述每对靶头之间设置有间距调节装置。所述基板架为多面体。使用本发明的装置，能在线制备各种材质的单层膜或多层膜，成膜速度快、均匀性好，厚度可控，而且制膜简单方便。

Description

多副对向靶薄膜溅射仪

技术领域

木发明涉及溅射技术领域。

背景技术

专利号为86204865.6、发明名称为《多用对向靶溅射仪》和专利号为90224243.1、发明名称为《温度可控型双对靶新型薄膜溅射仪》的两项专利分别公开了单对向靶和双对向靶的薄膜溅射仪，虽然它具有比其它溅射方法独特的优点，但随着薄膜技术发展的要求，尤其是在制备超薄多层人工格，在线制备保护膜和过度层以及制备多元合金多层连续介质膜、颗粒膜以及有多层膜组成的磁传感器件等方面，其功能尚存不足。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种能在线制备各种材质的单层膜或多层膜，成膜速度快、均匀性好，厚度可控的多副对向靶薄膜溅射仪。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多副对向靶薄膜溅射仪，在溅射真空室内设置有至少三副安装靶材的靶头，所述各副对向靶之间设置有非磁性金属隔离板，所述溅射真空室的上盖或下盖与所述各靶头的连接处设置有波纹管，所述溅射真空室内设置有基板架，所述基板架上设置有基板，所述基板架的外围设置有与基板架同心的带有侧孔的套筒，所述溅射真空室的上盖上设置有真空室的开启机构。

所述基板架与第一电机连接，所述套筒与第二电机连接，所述第一电机、第二电机分别与微控制器连接。

所述每副对向靶的两个靶头之间设置有间距调节装置。

所述基板架为多面体。

所述基板架上设置有基板加热器。

所述溅射真空室的侧面设置有观察窗。

所述溅射真空室的侧面设置有真空排气管道。

所述溅射真空室的侧面设置有充气阀。

所述溅射真空室的侧面设置有用以安装靶材用的射频溅射靶头。

本发明具有下述有益效果：

使用本发明的装置，能在线制备各种材质的单层膜或多层膜，成膜速度快、均匀性好，厚度可控，而且制膜简单方便。

附图说明

图1为本发明溅射真空室的正面剖面图；

图2为本发明溅射真空室的俯视剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的溅射真空室的正面剖面图和俯视剖面图分别如图1和图2所示，溅射真空室的直径500-800mm的圆柱体形，在圆形真空室内与距上、下盖中心半径为200-210mm的圆周等分位置相对应的位置上安装端面为圆形的靶头1，靶头1由水冷管2、水冷室3、靶4、靶罩5、磁铁6组成，每副对向靶的两个靶头之间设置有间距调节装置，可在施加电高压状态下进行靶头上、下相对距离的调节，而不破坏真空室的真空状态。在本发明中，可调节装置由调节装置的固定支架7、调节装置与靶固定的有内螺纹的连接滑块19和有外螺纹的调节装置的螺杆20组成。也可以采用其它形式的间距调节装置。除靶罩5外，靶头1与溅射真空室绝缘封接。根据溅射的需要可以安装三副、四副、五副或更多副对向靶头，并用非磁性金属隔离板14将每副相邻的对向靶头隔开，用于防止各副对向靶在同时进行溅射时的相互干扰。这样既可以使各副对向靶同时实现溅射，也可使每副对向靶单独进行溅射。

为了使溅射真空室的真空状态在靶头移动过程中不被破坏，在溅射真空室上盖或下盖与靶头连接处设置有波纹管18，波纹管的一端与溅射真空室的上盖或下盖密封连接，另一端与靶头留在溅射真空室外侧的部分密封连接，从而实现在密封状态下，每副对向靶头沿其轴向的相对位置调节。

在溅射真空室的中心位置装有基板架即转鼓8，为了提高生产效率，转鼓为多面体，在转鼓的每一个面上自由装卸供溅射用的基片。根据溅射真空室的空间的情况，转鼓可以是六面体、七面体、八面体等。在真空室内与转鼓同心的外围装有自由旋转的金属套筒9，在金属套筒9上开有一个侧孔。为了实现自动化，转鼓通过溅射真空室的上盖的中心部位与外界的第一电机连接，第一电机可以是伺服电机或步进电机，套筒通过真空室的下盖的中心位置与外部的第二电机连接，第二电机可以是伺服电机或步进电机。第一电机和第二电机分别与微控制器连接，通过微控制器控制上述两组电机，以实现转鼓和套筒之间的相对转动，使转鼓上的一个基片和套筒上的侧孔相重合，并与某一个对向靶间产生的等离子体相对应实现等离子体溅射。在该位置上的停留时间长短均由微控制器来控制，待溅射完毕后，通过微控制器将同一块基片和套筒的侧孔转到与另一对靶的等离子体区相对应，以实现新一层薄膜的溅射。重复上述操作可实现不同靶位的多层薄膜的制备。在转鼓的多面体之一的部位装有基板加热器，可对基板根据需要进行加热，最高加热温度为800℃。

在圆形溅射真空室的侧面装有射频溅射靶头16，该射频溅射靶头可与多面体转鼓的任何一个面上所装的基片相对应，可进行射频溅射，从而除了导电体靶材以外，还可以进行绝缘靶材的溅射。

在圆形溅射真空室的侧面开有一个可装配激光器的窗口17，该位置可实现激光束照射到射频靶头上安装的靶面上，使蒸发出的成膜粒子落到多面体转鼓的其中任何一个基片上进行激光蒸发法制备薄膜。

在溅射真空室的圆柱体侧面还分别装有三个观察窗10、真空排气通道11、用于施加偏压和测温引线及加热引线使用四电极引线法兰12、两个充气阀门13，通过两个充气阀门可同时充入两种气体，气体的流量分别由精密质量流量计控制。为了防止观察窗被溅射，每个观察窗装有挡板及其控制开关21。在真空室的上盖装有溅射真空室的开启机构15，以实现溅射真空室的开闭和基片的取、换。本发明的溅射真空室的开启机构通过涡轮涡杆机构实现。

在使用时，将各副对向靶头分别与电源的负极连接，电源的正极可以接地，也可以与溅射真空室的外壳连接。各对靶可同时在各自直流或射频电源作用下，同时起辉，建立起各自的等离子区，每对靶的等离子区通过调节电源的电压、电流值，实现各对靶的在不同功率下的溅射。利用微控制器控制转鼓和转鼓外的套筒与各副对向靶等离子区的对应位置及在该位置上的停留时间不同制备出所需要的单层或多层薄膜。

制备各种膜的操作如下：

1、单层和不同材质的多层调制结构薄膜的制备A、B、C，D四种靶材分别安装在四副对向靶头上，溅射真空室的真空进入状念后起辉溅射，根据设计层厚度要求，由微控制器控制转鼓使基片停留在不同的靶位位置上，控制停留时间和每对靶的起辉的溅射功率的不同，实现多层膜的溅射。

2、衬底膜和保护膜的制备

在任一副对向靶头上装上做衬底膜的靶材或保护膜的靶材以及主介质膜的靶材。对一般介质材料，如磁盘等需在主介质膜前后镀上衬底和护膜层。用电机驱动装有基片的转鼓转动，停留在所需的某对靶等离子区前，用微控制器控制在该位置上的停留时间，实现预先设定的膜厚的溅射。从而可以实现任何不同材质和厚度组成的多层膜的制备。

3、TMR(GMR)器件的制备

选择所需的靶材组合，利用上面2的工艺操作方法，通过微控制器对转鼓与对向靶头位置的控制和在该靶头位置上停留的时间控制，即可实现TMR(GMR)的制备。

4、颗粒膜的制备

将所需制备的颗粒膜的靶材A和母体的靶材B装在各自的对向靶头上，通过上述2的工艺操作使A和B两种材质溅射在同一块基片，溅射完毕后，将该块溅射后的基片进行热处理实现颗粒膜的制备。也可在上述溅射的同时，对基板加热所需的温度，也能制成颗粒簿膜。

5、软X射线光学金属多层膜的制备

将拟制的不同材料的靶材装在不同的各副对向靶头上，用微控制器控制转鼓和套筒，将转鼓上的基片分别停留在各个对靶的等离子体区的位置上，同时控制在该位置上的停留时间，不断改变转鼓上基板与对靶等离子体的组合位置，即可制备出金属多层膜。每层金属薄膜的厚度可通过停留的时间和调节等离子体的溅射功率来实现。

6、反应溅射

向溅射真空室内通入溅射气的同时，再通入反应气体，如O₂，N₂和含C的气体，可实现反应溅射制成各种金属的氧化物，氮化物和碳化物薄膜材料。

7、绝缘体薄膜的制备

用该装置上的射频溅射靶头上的靶材可进行绝缘体薄膜的材料的制备。

8、脉冲激光法制备薄膜材料利用该溅射真空室侧面的激光窗口将溅射真空室外的激光器发射的激光束导入溅射真空室内部，使之照射射频靶头上装配的靶材进行激光蒸发，蒸发的物质可沉积在多面体转鼓上的任何一面上安装的基板上，从而实现各种材质的激光蒸发薄膜的制备。

尽管参照实施例对所公开的涉及一种多副对向靶薄膜溅射仪进行了特别描述，本领域技术人员将能理解，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以对它进行形式和细节的种种显而易见的修改。因此，以上描述的实施例是说明性的而不是限制性的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所有的变化和修改都在本发明的范围之内。

Claims

1.一种多副对向靶薄膜溅射仪，在溅射真空室内设置有至少三副对向靶，每副对向靶包括两个对向设置的安装靶材的靶头，所述各副对向靶之间设置有非磁性金属隔离板，其特征是，所述溅射真空室的上盖或下盖与所述各靶头的连接处设置有波纹管，所述溅射真空室内设置有基板架，所述基板架上设置有基板，所述基板架的外围设置有与基板架同心的带有侧孔的套筒，所述溅射真空室的上盖上设置有真空室的开启机构。

2.根据权利要求1所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述基板架与第一电机连接，所述套筒与第二电机连接，所述第一电机、第二电机分别与微控制器连接。

3.根据权利要求1或2所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述每副对向靶的两个靶头之间设置有间距调节装置。

4.根据权利要求3所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述基板架为多面体。

5.根据权利要求4所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述基板架上设置有基板加热器。

6.根据权利要求5所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述溅射真空室的侧面设置有观察窗。

7.根据权利要求6所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述溅射真空室的侧面设置有真空排气管道。

8.根据权利要求7所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述溅射真空室的侧面设置有充气阀。

9.根据权利要求8所述的多副对向靶薄膜溅射仪，其特征是，所述溅射真空室的侧面还设置有用于安装靶材的射频溅射靶头。