CN101638774A - 一种磁控溅射装置的可旋转样品位 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁控溅射镀膜装置技术领域。一种磁控溅射装置的可旋转样品位，包括磁控溅射装置及配置在装置中的磁控溅射靶(10)，呈圆环形的绝缘底板(7)套置在磁控溅射靶(10)底部，在绝缘底板(7)上安装若干垂直滚动的滚动轴承(6)，滚动轴承(6)支撑一个水平配置旋转的大齿轮(3)，大齿轮(3)的上方配置筒式的支撑管(4)，支撑管(4)的顶部为样品位(5)，大齿轮(3)的外侧与水平配置的小齿轮(1)啮合，小齿轮(1)由电机(2)驱动。本发明实现了样品在磁控溅射的过程中均匀平稳旋转的动作，提高薄膜成分和厚度的均匀性，且本装置结构简单，操作使用保养维护方便，不需要增加复杂而精密的硬件和相应的控制软件，降低了磁控溅射设备的设计难度和制造成本。

Description

一种磁控溅射装置的可旋转样品位
(一)技术领域
本发明涉及磁控溅射镀膜装置技术领域，具体地系磁控溅射样品位可旋转的一种旋转镀膜的辅助装置。
(二)背景技术
磁控溅射镀膜技术是上世纪70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶表面上方形成一个正交电磁场，当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阴极而是在正交电磁场作用下作来回振荡运动，在运动中高能电子不断地与气体分子发生碰撞，并向后者转移能量，使之电离而本身变为低能电子，消除了高能电子对基体轰击，体现了“低能”特点；与直流溅射相比，工作气压降至10-1Pa，溅射电压降到102量级，靶的电流密度101mA/cm2，使溅射速度大大提高，体现“高速”特点。溅射电压300V～600V，工作气压10-1Pa～100Pa。经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。
磁控溅射镀膜技术主要应用于塑料、陶瓷、金属等材质部门镀制金属膜、仿金膜等，例如家电电器、钟表、灯具、工艺美术品、玩具、车灯反光罩、手机按键外壳以及仪器仪表、塑料、玻璃、陶瓷、磁砖等表面装饰性镀膜及工模具的功能涂层，更换不同的靶材，可得到不同的膜系，如超硬、耐磨、防腐的合金磨等。
溅射镀膜在研究和工业中得到广泛的应用，特别是磁控溅射镀膜技术，因具有沉积速度高，工作气体压力低，对基质的加热升温作用小的独特优点，得到了大量的研究开发和应用。为了提高镀膜效率和设备的适用性，其中多靶位和多样品位的磁控溅射沉积装置，因具有镀膜效率高，适用性强，在研究领域得到较多的开发和应用。
但是，现有技术多靶位和多样品位磁控溅射装置的结构是在一个磁控溅射装置内，在一个圆周位置上均匀配置了多个磁控溅射靶，在磁控溅射靶的上方配置可以旋转的样品盘，在样品盘上，在各磁控溅射靶对应的上方位置开设多个样品位，在磁控溅射过程中通过样品盘的旋转实现样品位的更替，从而达到在一次溅射时制备多个样品或在一次溅射过程中使用多个靶位的目的，这种技术一般都难以再实现样品位的平面旋转功能，即样品只能在磁控溅射装置上方“公转”，无法围绕下方的磁控溅射靶进行“自转”，镀膜成分和厚度的均匀性尚不理想。虽然可以通过样品盘或靶位挡板的的往复摆动来提高镀膜成分和厚度的均匀性，但需要增加复杂而精密的硬件和相应的控制软件，不仅提高了磁控溅射设备的设计难度和制造成本，而且使使用过程中设备的操作和维护的难度大大上升。
(三)发明内容
本发明的目的是设计一种磁控溅射旋转镀膜的辅助附加装置，应用在样品位不能以溅射靶中心为中心作平面旋转运动的磁控溅射设备中，使样品在磁控溅射的过程中，保持平面旋转运动，提高薄膜成分和厚度的均匀性。
本发明的目的由以下技术方案予以实现：
一种磁控溅射装置的可旋转样品位，包括磁控溅射装置及配置在装置中的磁控溅射靶，其特征在于：呈圆环形的绝缘底板套置在磁控溅射靶底部，在绝缘底板上安装若干垂直滚动的滚动轴承，滚动轴承支撑一个水平配置旋转的大齿轮，大齿轮的上方配置筒式的支撑管，支撑管的顶部为样品位，大齿轮的外侧与水平配置的小齿轮啮合，小齿轮由电机驱动。
所述支撑管高度可变化。
所述支撑管的顶部开设若干缺口作为样品位。
所述支撑管的顶部开设对称的两个缺口作为样品位。
所述大齿轮的下表面开设一圈与滚动轴承相嵌的环形凹槽。
所述滚动轴承的数量为3或4个。
所述大齿轮与支撑管由螺钉装配连接。
所述电机安装在绝缘底板上，所述绝缘底板由绝缘地脚螺钉支撑在磁控溅射装置内腔底面上。
所述支撑管的内腔与磁控溅射靶同轴心配置。
所述电机由磁控溅射室内部取电，匀速旋转。
本发明磁控溅射装置的可旋转样品位，为实现上述目的提供了一种装置，包括小齿轮、电机、大齿轮、支撑管、样品位、滚动轴承、绝缘底板。小齿轮装配在电机上，在电机的驱动下，通过与大齿轮的啮合传动，使得大齿轮和固定在大齿轮上的支撑管同步匀速转动，从而达到使固定在支撑管上的样品位在水平面转动的目的。接通电机的工作电源，闭合磁控溅射装置，抽真空，充气，磁控溅射开始进行对样品位的样品进行镀膜试验。
为实现上述功能，且便于加工和装配，大齿轮，支撑管的轴线必须与磁控溅射靶的轴线重合，以保证样品以磁控溅射靶材中心为圆心，在平面内匀速转动。大齿轮与支撑管通过紧固螺钉装配在一起，二者同步匀速转动。在大齿轮下面，用对称安装在绝缘底板上的四个滚动轴承支撑大齿轮，并减小大齿轮转动时的摩擦，滚动轴承和大齿轮通过大齿轮上的环形凹槽配合在一起。支撑管上部对称开出两个缺口，作为样品位，磁控溅射镀膜前将装有样品的样品托放置在样品位的位置，由支撑管带动样品以靶位中心线为中心线，作匀速转动。磁控溅射时靶材和样品之间的间隙由绝缘地脚螺钉，滚动轴承高度，大齿轮的厚度，支撑管高度等尺寸确定。电机也固定在绝缘底板上，工作时从磁控溅射室内部取电驱动，安装在其上的小齿轮用螺帽固定。样品位的转速由电机转速，大小齿轮的传动比决定。
通过上述辅助装置，能够在样品位不能以溅射靶中心为中心作平面旋转运动的磁控溅射设备中，使样品在磁控溅射的过程中，保持平面旋转运动，一般要求靶位在下，样品位在上，主要用于弥补已有设备的功能不足。
本发明的有益效果：
本发明实现了样品在磁控溅射的过程中均匀平稳旋转的动作，提高薄膜成分和厚度的均匀性，且本装置结构简单，操作使用保养维护方便，不需要增加复杂而精密的硬件和相应的控制软件，降低了磁控溅射设备的设计难度和制造成本。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明大齿轮，从上方俯视的结构示意图；
图3是本发明中绝缘底板，从上方俯视的结构示意图。
图中，1是小齿轮，2是电机，3是大齿轮，4是支撑管，5是样品位，6是滚动轴承，7是绝缘底板，8是环形凹槽，9是绝缘地脚螺钉，10是磁控溅射靶。
(五)具体实施方法
以下结合附图进一步详细说明本发明的结构。
一种磁控溅射装置的可旋转样品位，包括磁控溅射装置及配置在装置中的磁控溅射靶10，呈圆环形的绝缘底板7套置在磁控溅射靶10底部，在绝缘底板7上安装若干垂直滚动的滚动轴承6，滚动轴承6支撑一个水平配置旋转的大齿轮3，大齿轮3的上方配置筒式的支撑管4，支撑管4的顶部为样品位5，大齿轮3的外侧与水平配置的小齿轮1啮合，小齿轮1由电机2驱动。
支撑管4高度可变化，通过变化支撑管4的高度，改变调整磁控溅射靶10与样品位5之间的距离。
所述支撑管4的顶部开设若干缺口作为样品位5，以开设缺口形式使得磁控溅射靶10对样品位5上的样品进行磁控溅射镀膜。
所述支撑管4的顶部开设对称的两个缺口作为样品位5，开设两个缺口，既简单又可行。
所述大齿轮3的下表面开设一圈与滚动轴承6相嵌的环形凹槽8，使得大齿轮3在环形凹槽8中更加平稳运行。
所述滚动轴承6的数量为3或4个，既能保证支撑上方大齿轮3的运转，结构也简单。
所述大齿轮3与支撑管4由螺钉装配连接，为保证支撑管4在大齿轮3上同步旋转，由螺钉将两者装配连接在一起。
所述电机2安装在绝缘底板7上，既使电机2达到绝缘，又使装置结构紧凑。所述绝缘底板7由绝缘地脚螺钉9支撑在磁控溅射装置内腔底面上，可以由此调节一定的高度，且由绝缘地脚螺钉9支撑能使得该附加装置绝缘。
所述支撑管4的内腔与磁控溅射靶10同轴心配置，能保证磁控溅射靶10对支撑管4上方的样品位位置对中，有利保证旋转中对样品溅射镀膜的质量。
所述电机2由磁控溅射室内部取电，匀速旋转，电机2结构直接、简单，提供装置匀速转动的动力。
在磁控溅射镀膜之前，根据磁控溅射室中的空间分布，确定附加装置的位置，调整绝缘地脚螺钉9，确认大小齿轮的啮合，滚动轴承6和大齿轮3的配合，使整个装置保持合适的高度并处于良好的工作状态，将装好试样的样品托放置到样品位5上，接通电机2的工作电源，观察装置能够正常稳定工作后，闭合磁控溅射室，开始抽真空，充气，磁控溅射镀膜试验，在整个实验过程中，本装置使样品位保持匀速转动。

Claims (10)

1.一种磁控溅射装置的可旋转样品位，包括磁控溅射装置及配置在装置中的磁控溅射靶(10)，其特征在于：呈圆环形的绝缘底板(7)套置在磁控溅射靶(10)底部，在绝缘底板(7)上安装若干垂直滚动的滚动轴承(6)，滚动轴承(6)支撑一个水平配置旋转的大齿轮(3)，大齿轮(3)的上方配置筒式的支撑管(4)，支撑管(4)的顶部为样品位(5)，大齿轮(3)的外侧与水平配置的小齿轮(1)啮合，小齿轮(1)由电机(2)驱动。
2.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述支撑管(4)高度可变化。
3.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述支撑管(4)的顶部开设若干缺口作为样品位(5)。
4.根据权利要求3所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述支撑管(4)的顶部开设对称的两个缺口作为样品位(5)。
5.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述大齿轮(3)的下表面开设一圈与滚动轴承(6)相嵌的环形凹槽(8)。
6.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述滚动轴承(6)的数量为3或4个。
7.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述大齿轮(3)与支撑管(4)由螺钉装配连接。
8.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述电机(2)安装在绝缘底板(7)上，所述绝缘底板(7)由绝缘地脚螺钉(9)支撑在磁控溅射装置内腔底面上。
9.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述支撑管(4)的内腔与磁控溅射靶(10)同轴心配置。
10.根据权利要求1所述磁控溅射装置的可旋转样品位，其特征在于所述电机(2)由磁控溅射室内部取电，匀速旋转。
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