CN101270466B - 一种溅射镀膜装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溅射镀膜装置和方法，该装置包括真空室、溅射系统、真空泵，所述真空泵包括气体捕集式真空泵和非气体捕集式真空泵，所述气体捕集式真空泵直接设置在真空室内，或设置在一与真空室相连的隔腔中，该隔腔与真空室之间设置有超高真空阀门。本发明所提供的溅射方法，在溅射装置中加入了吸气剂泵，将工作气体进一步纯化，大大降低了活性气体对薄膜材料的污染，提高了薄膜的生长质量，特别是对于一些活性较强的材料有很明显的效果。另外由于不需要持续输入工作气体，也大大节省了工作气体的用量，节约了成本。

Description

一种溅射镀膜装置和方法
技术领域
本发明涉及一种真空镀膜技术，特别涉及一种在“静态”工作气氛下做溅射的装置及方法。
背景技术
溅射一般是固态靶材在高能离子/原子轰击下靶材原子或原子团发生物理转移的过程。被溅射的靶材在高能粒子轰击下，有一定数量的原子或原子团脱离靶体并获得一定的动能，飞向薄膜生长面，从而实现薄膜的生长。溅射必须发生在真空中，其一般流程是：先将溅射真空室抽取到一个合适的真空负载，典型值为1×10-3～1×10-7帕，依据实际要求而定；在溅射真空室内维持一定的工作气体气压，典型值为0.1～10帕，从而能维持一个稳定的辉光，最常用的方法是向真空室内连续充入一定流量的惰性气体。目前一般选用惰性气体为工作气体，因为它一般不会与薄膜发生反应。并且在综合考虑溅射产额和气体成本的情况下，通常采用较廉价而且安全的氩气。以往维持工作气体(如氩气)的方式一般是以一定流量连续的向真空室内充入工作气体，并降低真空泵的有效抽速，以降低工作气体的消耗。由于工作气体不可能是绝对纯净的，工作气体中的杂质气体会随工作气体一起被送入真空室内，在溅射过程中真空泵的有效抽速降低，实际上降低了真空室的真空负载，工作气体中的杂质气体不能被有效抽除，对于一些活性较强的材料如Nb、Ti、Al等金属，在溅射过程中杂质气中体的O2、H2等会与新鲜薄膜表面发生反应，不同程度的降低薄膜质量，甚至使得生长出来的薄膜无法使用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种溅射镀膜装置和方法。
为实现上述目的，本发明一种溅射镀膜装置包括真空室、溅射系统、真空泵，所述真空泵包括气体捕集式真空泵和非气体捕集式真空泵，所述气体捕集式真空泵直接设置在真空室内，或设置在一与真空室相连的隔腔中，该隔腔与真空室之间设置有超高真空阀门。
进一步，所述气体捕集式真空泵为吸气剂泵。
进一步，根据所生长的薄膜材料不同，所述溅射系统为磁控溅射或射频溅射或反应溅射或离子辅助溅射。
进一步，所述溅射系统包括溅射靶源、气体输入控制阀、超高真空阀门、靶电源。
进一步，所述吸气剂泵中的吸气剂材料是一种由锆、钒、铁组成的合金材料。
上述溅射装置工作方法分为以下几个工作步骤：
(1)将吸气剂泵直接设置在真空室内，或设置在与真空室相连通的隔腔中，用非气体捕集式真空泵将真空室抽至满足吸气剂泵工作要求的真空状态；
(2)开启吸气剂泵，关闭非气体捕集式真空泵；
(3)向真空室内输入工作气体至满足溅射所需的工作气压；
(4)关断输入气体流，并等待10-20分钟，待工作气体被吸气剂泵纯化后，启动溅射系统，进行溅射镀膜。
进一步，步骤(1)中所述真空室内的真空度至少低于1×10-6PaL/s，以保证吸气剂泵的正常工作。
进一步，根据所生长的薄膜的材料的不同，输入工作气体至0.1-10帕以维持稳定的辉光。
进一步，所述工作气体为惰性气体，如Ar气、Kr气或者Ne气。
本发明所提供的溅射方法，在溅射系统中加入了吸气剂泵，将工作气体进一步纯化，大大降低了活性气体对薄膜材料的污染，提高了薄膜的生长质量，特别是对于一些活性较强的材料有很明显的效果。另外由于不需要持续输入工作气体，也大大节省了工作气体的用量，节约了成本。
附图说明
如图1所示为本发明装置的简单结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明溅射镀膜装置包括：真空室1、溅射靶源2、工作台3、气体输入控制阀4、超高真空阀门5、隔腔6、吸气剂泵7、超高真空阀门9、分子泵10。溅射靶源2和工作台3相对设置在真空室1内，真空室1上设置有气体输入控制阀4、超高真空阀门5、隔腔6；吸气剂泵7两端通过法兰8连接在隔腔6内，分子泵10通过超高真空阀门9与真空室1连接。
本发明溅射镀膜方法有如下步骤：首先将要镀膜的衬底放置在工作台3上，打开超高真空阀门5，开启分子泵10将真空室1内抽取满足吸气剂泵7工作要求的真空状态，保证吸气剂泵7能够正常工作，一般该真空状态的真空度小于1×10-6帕；打开气体输入控制阀4向真空室1内输入氩气至0.1-10帕，然后关闭气体输入控制阀4，等待10-20分钟，待送入的工作气体中的杂质活性气体基本被抽除后，开启溅射电源，进行溅射镀膜。
真空室1内的氩气量能够维持一稳定辉光，以产生大量高能离子。溅射靶源2在大量高能离子轰击下，其上的原子或者原子团落向相对工作台3上的镀膜材料表面，产生一层镀膜。
由于吸气剂泵7工作一定时间后需要更换，因而两端通过法兰8将吸气剂泵7设置在隔腔6中，通过法兰8连接可使吸气剂泵7方便地进行更换。
吸气剂泵7也可直接设置在真空室1内，这时可省略隔腔6。
表1列出了传统溅射方式(连续流方式)和本发明溅射镀膜方法所获得的薄膜性能的差别。Nb膜具有很高的氧活性，很容易吸附氧气。并且氧气的吸附对Nb膜的超导转变温度有很显著的影响，因此镀出来的Nb膜性能是检验溅射的纯净度的很好方法。采用本发明溅射镀膜方法，3000埃厚度的Nb膜超导转变温度已经达到块材的转变温度，说明通过本发明溅射镀膜方法获得的薄膜是非常纯净的。而通过传统的连续流溅射方式获得的薄膜，则对所有不同厚度的薄膜超导转变温度均有0.05～0.16k的降低，明显受到了杂质气体的影响。
表1本发明溅射镀膜方法与传统溅射方式制备薄膜性能对比表
Figure S2008101063125D00031

Claims (7)

1.一种溅射镀膜装置，其特征在于，包括真空室、溅射系统、真空泵，所述真空泵包括吸气剂材料为锆、钒、铁合金组成的吸气剂泵和非气体捕集式真空泵，所述吸气剂泵直接设置在真空室内，或设置在一与真空室相连的隔腔中，该隔腔与真空室之间设置有超高真空阀门。
2.如权利要求1所述的一种溅射镀膜装置，其特征在于，根据所生长的薄膜材料不同，所述溅射系统为磁控溅射或射频溅射或反应溅射或离子辅助溅射。
3.如权利要求1所述的一种溅射镀膜装置，其特征在于，所述溅射系统包括溅射靶源、气体输入控制阀、超高真空阀门、靶电源。
4.一种采用如权利要求1-3任一项所述的溅射镀膜装置的溅射方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)将吸气剂泵直接设置在真空室内，或设置在与真空室相连通的隔腔中，利用非气体捕集式真空泵将真空室抽至满足吸气剂泵工作要求的真空状态；
(2)开启吸气剂泵，关闭非气体捕集式真空泵；
(3)向真空室内输入工作气体至满足溅射所需的工作气压；
(4)关断输入气体流，并等待10-20分钟，待工作气体被吸气剂泵纯化后，启动溅射系统，进行溅射镀膜。
5.如权利要求4所述的一种溅射方法，其特征在于，步骤(1)中所述真空室内的真空度至少低于1x10-6PaL/s，以保证吸气剂泵的正常工作。
6.如权利要求4所述的一种溅射方法，其特征在于，根据所生长的薄膜的材料的不同，输入工作气体至0.1-10帕以维持稳定的辉光。
7.如权利要求4所述的一种溅射方法，其特征在于，所述工作气体为惰性气体，该惰性气体为Ar气、Kr气或者Ne气。
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