CN103103483A - 一种带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镀膜设备，具体地说是一种带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，磁控室安装在机台架上、与位于机台架内的真空抽气系统相连，在磁控室内均布有多个安装在磁控室的下法兰上的磁控靶；基片水冷加热公转台转动安装在磁控室的上盖上，基片水冷加热公转台的一端载有基片、插入磁控室内，另一端位于上盖的上方；上盖上安装有带动基片水冷加热公转台旋转的第一电机；磁控室内转动安装有电动基片挡板，其一端位于基片水冷加热公转台载有基片的一端与各磁控靶溅射端之间，另一端与安装在机台架内的第二电机相连，通过第二电机驱动旋转。本发明具有结构简单、控制方便、自动化程度高、可靠性好的优点。

Description

一种带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统

技术领域

本发明涉及镀膜设备，具体地说是一种带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统。

背景技术

目前，应用磁控溅射(高速低温溅射)原理的装置，可以制备各种硬质膜、金属膜、半导体膜、介质膜、铁磁膜和磁性薄膜等纳米级的单层及多层功能膜。它的特点是：可制备成靶材的各种材料均可作为薄膜材料，包括各种金属、半导体、铁磁材料，以及绝缘的氧化物、陶瓷、聚合物等物质，尤其适合高熔点和低蒸汽压的材料沉积镀膜。在适当条件下多元靶材共溅射方式，可沉积所需组分的混合物、化合物薄膜；在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体，可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜。现有的磁控溅射设备只能单一的实现单个及多元靶的垂直溅射或多元靶的共溅射。然而，在材料科学研究中，往往需要可以调节各组分物质的含量及组成形式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统。该磁控溅射系统可实现多元靶垂直溅射多层膜。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括磁控室、基片水冷加热公转台、第一电机、电动基片挡板、磁控靶、机台架及真空抽气系统，其中磁控室安装在机台架上、与位于机台架内的真空抽气系统相连，在磁控室内均布有多个安装在磁控室的下法兰上的磁控靶；所述基片水冷加热公转台转动安装在磁控室的上盖上，基片水冷加热公转台的一端载有基片、插入磁控室内，另一端位于上盖的上方；所述上盖上安装有带动基片水冷加热公转台旋转的第一电机；所述磁控室内转动安装有电动基片挡板，该电动基片挡板的一端位于基片水冷加热公转台载有基片的一端与各磁控靶溅射端之间，电动基片挡板的另一端与安装在机台架内的第二电机相连，通过第二电机驱动旋转。

其中：所述机台架内安装有电动提升机构，该电动提升机构的输出端由机台架穿出、与磁控室的上盖相连接，带动上盖及上盖上的基片水冷加热公转台和第一电机升降；所述电动基片挡板位于各磁控靶的中间，各磁控靶垂直于电动基片挡板；该电动基片挡板的一端为圆形挡板，上面开有露出被镀基片的圆孔；所述基片水冷加热公转台的另一端设有与计算机控制系统电连接的圆光栅编码器；所述基片水冷加热公转台上具有六个工位，其中一或两个工位上方设有加热炉，其余工位通水冷却；所述磁控靶垂直于基片水冷加热公转台，每个磁控靶上方均设有一个磁控靶挡板，该磁控靶挡板与安装在机台架内部的第三电机相连，通过第三电机驱动开关磁控靶挡板；所述每个磁控靶的外围均设有安装在磁控室的下法兰上的磁控靶屏蔽筒。

本发明的优点与积极效果为：

1.自动化程度高。本发明由计算机控制磁控室内电动基片挡板的转动、基片水冷加热公转台基片的公转和两个加热炉下基片的控温、磁控室内每个磁控靶挡板的开关等；在已设定的程序下，可制备各类纳米级的单层或多层功能膜。

2.可靠性好。本发明磁控室的上盖上的基片水冷加热公转台通过圆光栅编码器实现定位，达到准确无误，有水流报警系统，对分子泵、磁控靶、基片水冷加热公转台等有断水报警切断相应电源的功能。

3.本发明结构简单、控制方便、真空度高(6.6×10E-6Pa)，可供实验室、企业、科研单位制作、研究各种材料及其性质、各种薄膜及其性质。

4.本发明的上盖可通过电动提升机构上掀盖，便于维护和更换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图；

其中：1为磁控室，2为上盖，3为基片水冷加热公转台，4为第一电机，5为电动基片挡板，6为磁控靶，7为机台架，8为磁控靶挡板，9为机械泵，10为插板阀，11为涡轮分子泵，12为同步带和带轮组件，13为磁控靶屏蔽筒，14为电动提升机构，15为下法兰，16为圆光栅编码器，17为连接板，18为第二电机，19为第三电机，20为旁抽角阀，21为进气截止阀，22为第一减速器，23为第二减速器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明为单室结构，可在磁控室1内进行多元靶垂直溅射多层膜，如图1～3所示，磁控室1为圆筒型立式结构，通过下法兰15固定在机台架7上；磁控室1的圆周表面上焊接有各种规格的法兰接口，包括观察窗口、旁抽角阀接口、进气阀接口、电极引线接口、规管接口、磁控溅射靶接口、主抽分子泵接口、基片挡板接口、预留有辅助交接用机械手接口、预处理室接口和一些备用法兰接口，便于功能扩展用；该磁控室1与安装在机台架7内的真空抽气系统相连，真空抽气系统是由插板阀10和涡轮分子泵11连接，加上下面的机械泵9组成的气路实现主抽，由旁抽角阀20和机械泵9组成的气路实现旁路抽气。

磁控室1内的下法兰15上安装有一～四个磁控靶6(本实施例为四个)，垂直正对装在基片水冷加热公转台3上的基片、进行磁控溅射镀膜。每个磁控靶6上方均设有一个磁控靶挡板8，该磁控靶挡板8与安装在机台架7内部的第三电机19相连，通过第三电机19驱动开关磁控靶挡板8。磁控靶挡板8关闭状态即磁控靶挡板8位于磁控靶6的正上方，将磁控靶6挡住；而磁控靶挡板8开启状态即磁控靶挡板8转至一侧，露出磁控靶6。每个磁控靶6的外围均设有安装在磁控室1的下法兰15上的磁控靶屏蔽筒13，以避免靶材之间的交叉污染。磁控靶6可以自由选择安装永磁靶或者电磁靶，永磁靶射频溅射和直流溅射兼容，靶内有水冷，包含溅射非铁磁性材料的普通永磁靶、溅射铁磁性材料的强永磁靶。

基片水冷加热公转台3的一端载有基片、插入磁控室1内，位于各磁控靶6溅射端的上方，基片水冷加热公转台3的另一端位于上盖2的上方，连接有与计算机控制系统电连接的圆光栅编码器16；本发明的计算机控制系统为现有技术。上盖2上安装有第一电机4和第一减速器22，该第一电机4和第一减速器22通过同步带和带轮组件12与基片水冷加热公转台3连接、带动基片水冷加热公转台3旋转；磁控室1内安装有可转动的电动基片挡板5，该电动基片挡板5的一端位于基片水冷加热公转台3载有基片的一端与各磁控靶6溅射端之间，电动基片挡板5的另一端与安装在机台架7内的第二减速器22及第二电机18依次连接，通过第二电机18驱动其旋转。

电动基片挡板5的一端为圆形挡板，上面开有圆孔，露出被镀基片，遮挡其余不被溅射的基片；电动基片挡板5位于各磁控靶6的中间，即电动基片挡板5顶端的圆形挡板的中心轴线与各磁控靶6中间围成的圆的中心轴线共线，各磁控靶6分别垂直于电动基片挡板5。基片水冷加热公转台3上具有六个工位，可以放置六片基片，其中一或两个工位上方设有加热炉，其余工位通水冷却。加热炉下的基片加热温度由热电偶闭环反馈控制，基片最大尺寸φ50mm。

电动提升机构14包括一安装在机台架7内的驱动电机，该驱动电机的输出轴连接一丝杠，丝杠的另一端由机台架7穿出，在丝杠7的另一端上螺纹连接有与连接板17固接的丝母，通过丝母与丝杠的螺纹副即可转换成丝母及连接板17沿丝杠轴向的上下移动副，实现上盖2上掀盖；电动提升机构14也可为升降气缸，下端安装在机台架7内，上端由机台架7穿出、固接有连接板17，该连接板17与磁控室1的上盖2固接，通过电动提升机构14的驱动，实现上盖2及上盖2上的基片水冷加热公转台3、第一电机4、第一减速器22升降。

本发明的工作原理为：

本发明在磁控室1的上盖2上装配有基片水冷加热公转台3，将电动基片挡板5和磁控靶屏蔽筒13安装在磁控室1的下法兰15上，将磁控靶6的靶头均垂直正对基片水冷加热公转台3上的基片，调整靶材与样品之间的距离，可以用于多元靶垂直溅射镀制多层膜。具体操作为：

首先进行炼靶，电动基片挡板5遮挡住所有样品，通过第三电机8的驱动打开各磁控靶6的磁控靶挡板8，各磁控靶6起辉做炼靶用，当靶材被溅射出新鲜表面时，即炼靶完成，关闭各磁控靶挡板。第一电机4工作，通过第一减速器22及同步带和带轮组件12带动基片水冷加热公转台3旋转，进而将基片转到需要的磁控靶上方，开启该磁控靶挡板，该磁控靶起辉；第二电机18工作，驱动电动基片挡板5旋转，使其上的圆孔旋转至被溅射基片的位置，露出被溅射的基片，进行溅射镀膜；待该处膜层镀制完成后，关闭该磁控靶的磁控靶挡板；将基片转至下一个磁控靶上方，开启该磁控靶挡板，磁控靶起辉，旋转电动基片挡板5上的圆孔到基片位置，进行溅射镀制下一个膜层。在镀膜过程中，可对样品进行水冷，也可设定温度与时间对样品进行加热处理。

本发明的基片水冷加热公转台3由第一电机4、第一减速器22加上同步带和带轮组件12驱动公转，通过计算机控制系统控制圆光栅编码器16，实现基片的准确定位。

本发明的各个电机可分别与计算机控制系统电连接，由计算机控制系统进行控制。本发明提供一种可实现垂直溅射的磁控溅射系统，磁控溅射系统结构简单、控制方便、真空度高(6.6×10E-6Pa)，可供实验室、企业、科研单位制作、研究各种材料及其性质、各种薄膜及其性质。

Claims (7)

1.一种带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，其特征在于：包括磁控室(1)、基片水冷加热公转台(3)、第一电机(4)、电动基片挡板(5)、磁控靶(6)、机台架(7)及真空抽气系统，其中磁控室(1)安装在机台架(7)上、与位于机台架(7)内的真空抽气系统相连，在磁控室(1)内均布有多个安装在磁控室(1)的下法兰(15)上的磁控靶(6)；所述基片水冷加热公转台(3)转动安装在磁控室(1)的上盖(2)上，基片水冷加热公转台(3)的一端载有基片、插入磁控室(1)内，另一端位于上盖(2)的上方；所述上盖(2)上安装有带动基片水冷加热公转台(3)旋转的第一电机(4)；所述磁控室(1)内转动安装有电动基片挡板(5)，该电动基片挡板(5)的一端位于基片水冷加热公转台(3)载有基片的一端与各磁控靶(6)溅射端之间，电动基片挡板(5)的另一端与安装在机台架(7)内的第二电机(18)相连，通过第二电机(18)驱动旋转。

2.按权利要求1所述带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，其特征在于：所述机台架(7)内安装有电动提升机构(14)，该电动提升机构(14)的输出端由机台架(7)穿出、与磁控室(1)的上盖(2)相连接，带动上盖(2)及上盖(2)上的基片水冷加热公转台(3)和第一电机(4)升降。

3.按权利要求1或2所述带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，其特征在于：所述电动基片挡板(5)位于各磁控靶(6)的中间，各磁控靶(6)垂直于电动基片挡板(5)；该电动基片挡板(5)的一端为圆形挡板，上面开有露出被镀基片的圆孔。

4.按权利要求1或2所述带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，其特征在于：所述基片水冷加热公转台(3)的另一端设有与计算机控制系统电连接的圆光栅编码器(16)。

5.按权利要求1或2所述带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，其特征在于：所述基片水冷加热公转台(3)上具有六个工位，其中一或两个工位上方设有加热炉，其余工位通水冷却。

6.按权利要求1或2所述带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，其特征在于：所述磁控靶(6)垂直于基片水冷加热公转台(3)，每个磁控靶(6)上方均设有一个磁控靶挡板(8)，该磁控靶挡板(8)与安装在机台架(7)内部的第三电机(19)相连，通过第三电机(19)驱动开关磁控靶挡板(8)。

7.按权利要求1或2所述带有基片水冷加热公转台的磁控溅射系统，其特征在于：所述每个磁控靶(6)的外围均设有安装在磁控室(1)的下法兰(15)上的磁控靶屏蔽筒(13)。

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