CN103290379A - 多功能磁控溅射镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能磁控溅射镀膜装置，其包括：真空室以及可拆装地连接在真空室顶部的顶盖；固联在顶盖上并悬置于所述真空室内的连接杆，可转动、可升降地套接在连接杆下端的基片架，多个基片载体设置在位于基片架底部的圆盘的底面上，位于所述圆盘的上方并与基片载体相对应的位置上，设置有加热装置；在真空室内腔底部与基片载体相对应的位置上，设置有处于同一圆周上的多个磁控溅射靶，各所述磁控溅射靶的上部的靶头和真空室主轴的夹角在0—45°可调，在磁控溅射靶上位于靶头的下方设置有可翻转的溅射挡板。本装置具有结构紧凑、实用性强和功能多样化的特点，可以满足高校、科研院所利用磁控溅射方法进行薄膜工艺、成分试验研究的需要。

Description

多功能磁控溅射镀膜装置

技术领域：

本发明涉及一种多功能磁控溅射镀膜装置。

背景技术：

在真空条件下，利用气相沉积技术在基片表面上镀制薄膜是获得优良力学性能、特殊物理/化学性能薄膜材料的重要途径，是当今材料科学、物理科学等领域的研究热点。气相沉积技术的核心问题在于利用所选定的沉积方法（如磁控溅射、脉冲激光沉积等），在待镀的基片表面获得所需性能的薄膜材料。

磁控溅射过程需要通过磁控溅射设备来实现，随着科研和实际膜层生产工艺的不断发展，对磁控溅射镀膜装置功能多样化的要求更加苛刻。在新膜层的开发研究中，需要在同台设备中具有制备单层膜、多层膜和复合膜的功能，此外还需要对基片进行溅射清洗和加热、偏压的控制以及靶基距的调整。为提高研发效率，还需要配备取送样装置和过程监测与控制装置。然而，目前市场上的小型磁控溅射装置均难以同时满足上述要求。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多功能磁控溅射镀膜装置，利用本装置采用真空磁控溅射方法可以在基片上沉积单层膜、多层膜和复合膜，同时可以对基片进行溅射清洗、加热和施加偏压。通过右侧的功能扩展口可以使得系统的功能更加多样化。为满足拆装和维护的需要，采用前开门形式和上盖板采用卡钳锁紧密封的结构。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

多功能磁控溅射镀膜装置，其包括：

真空室以及可拆装地连接在所述真空室顶部的顶盖；

固联在所述顶盖上并悬置于所述真空室内的连接杆，可转动、可升降地套接在所述连接杆下端的基片架，多个基片载体设置在位于基片架底部的圆盘的底面上，所述多个基片载体处于同一圆周上，位于所述圆盘的上方并与所述基片载体相对应的位置上，设置有加热装置；

在所述真空室内腔底部与所述基片载体相对应的位置上，设置有处于同一圆周上的多个磁控溅射靶，各所述磁控溅射靶的上部的靶头和真空室主轴的夹角在0—45°可调，在所述磁控溅射靶上位于所述靶头的下方设置有可翻转的溅射挡板。

在所述真空室的侧部设有扩展接口；设置可通过所述扩展接口伸入所述真空室内腔的机械手，所述机械手包括：水平导轨、可沿所述水平导轨滑动的滑块、竖向固设于所述滑块上的垂直推板、水平固联在所述垂直推板上端的运动轴，在所述运动轴的前端外部套接有第二波纹管，所述运动轴的末端固联有磁流体。

所述顶盖与所述真空室的顶部之间设置有密封圈，并且顶盖与真空室之间采用卡钳连接固定。

在所述圆盘的底面中心还设置有一个基片载体。

所述真空室为前开门形式，所述前开门与真空室本体之间采用铰链连接并通过卡钳锁紧，在所述前开门的中心设有观察窗。

所述连接杆的顶端位于所述顶盖的顶面固设有大磁流体。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、顶盖利用卡钳锁紧在真空室顶部，便于拆装维护。

2、基片架可升降，满足靶基距的调整；将溅射挡板、基片架作为电极，利用等离子体辉光放电现象，可以实现对基片的等离子体清洗。金属、陶瓷、塑料、橡胶和玻璃等表面常常会有油脂油污等有机物及氧化层，利用等离子体清洗技术可有效对表面进行处理，获得完全洁净和无氧化层的表面。在实际镀膜过程中若利用等离子体对基片进行清洗，可极大的提高膜基附着力，改善膜层性能。

3、在结构紧凑的真空室内利用溅射靶的摆头功能实现垂直和共焦溅射。可以实现制备单层膜、多层膜和复合膜的要求。此外，溅射靶配备的溅射挡板装置可实现在预溅射时保证基片不被污染，在正常溅射沉积过程中对其他溅射靶材的保护，避免靶材被污染。

4、利用功能扩展口可以提高设备的功能多样性和对过程的实时监测与控制。

5、本装置具有结构紧凑、实用性强和功能多样化的特点，可以满足高校、科研院所利用磁控溅射方法进行薄膜工艺、成分试验研究的需要。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；图2为本发明基片架的结构示意图；图3为本发明溅射靶的结构示意图；图4为本发明机械手的结构示意图。

图中标号：1真空室，2顶盖，3连接杆，31基片架，4扩展接口，5磁控溅射靶，6前开门，7大磁流体，8陶瓷连接块，9升降锁紧机构，10圆盘，11基片载体，12加热装置，13靶头，14波纹管，15摆头锁紧机构，16小磁流体，17钢丝软轴，18溅射挡板，19运动轴，20第二波纹管，21磁流体，22垂直推板，23水平导轨，24滑块。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例：参见图1-4，本实施例的多功能磁控溅射镀膜装置，其包括：

真空室1以及可拆装地连接在真空室1顶部的顶盖2；在顶盖2固联有连接杆3，其悬置于真空室内，在连接杆的下端可转动、可升降地套接有基片架31，多个基片载体11设置在位于基片架3底部的圆盘10的底面上，多个基片载体处于同一圆周上，在位于圆盘10的上方并与基片载体相对应的位置上，设置有加热装置12。

在真空室内腔底部与基片载体11相对应的位置上，设置有处于同一圆周上的多个磁控溅射靶5，各磁控溅射靶的上部的靶头13和真空室主轴的夹角在0—45°可调，在磁控溅射靶上位于靶头的下方设置有可翻转的溅射挡板18。

图1、4所示，在真空室的侧部设有扩展接口4；设置可通过该扩展接口4伸入真空室内腔的机械手，该机械手包括：水平导轨23、由电机驱动可沿水平导轨23滑动的滑块24、竖向固设于滑块上的垂直推板22、水平固联在垂直推板上端的带抓取装置的运动轴19，在运动轴的前端外部套接有可伸缩的第二波纹管20，在运动轴的末端固联有传递旋转运动的磁流体21。在实际工作过程中，利用磁流体21将真空室外界的旋转运动传递给运动轴19，利用旋转压紧可实现对基片的抓取。并利用电机带动滑块沿水平导轨23水平方向运动，使得固定在滑块上的垂直推板22压缩或拉伸第二波纹管20，可以让第二波纹管的前端密封插入扩展接口内，保证在不破坏真空的条件下使得运动轴19的水平运动，从而实现对基片的取送样功能，同时可加配某些实时监测装置，如残气分析仪和膜厚监测与控制装置等。

具体设置中，顶盖2与真空室1的顶部之间设置有密封圈，并且顶盖与真空室之间采用卡钳连接固定。目的是为了方便地进行靶材的更换和对真空室进行装配以及维护。

真空室1为前开门形式，该前开门6与真空室本体之间采用铰链连接并通过卡钳锁紧，在前开门的中心设有观察窗。

连接杆3的顶端位于顶盖2的顶面固设有大磁流体7，连接杆利用大磁流体密封与顶盖固定在一起，通过卡钳的松开，可以使其整体搬离真空室，便于对真空室内部件进行维护和调整。

本发明装置是将基片架3、溅射挡板18作为电极，在基片架上施加偏压，利用基片架和溅射挡板之间形成的等离子体辉光放电，可以对基片进行等离子体溅射清洗。金属、陶瓷、塑料、橡胶和玻璃等表面常常会有油脂油污等有机物及氧化层，利用等离子体清洗技术可有效对表面进行处理，获得完全洁净和无氧化层的表面。在实际镀膜过程中，若利用等离子体对基片进行清洗，可极大的提高膜基附着力，改善膜层性能。

在预溅射阶段，应翻转溅射挡板18处于关闭状态，使其阻挡在靶头13的前端，可有效避免对基片的污染；在正常溅射过程中，打开所对应的工作溅射靶挡板，其他位置上的挡板仍保持关闭状态，可保证对非工作位上的溅射靶靶材的保护，使其不被污染。

溅射挡板18的旋转轴安装在溅射靶头13的后端，采用钢丝软轴17与小磁流体16连接，从而使得真空室外旋转运动传递到溅射挡板，实现挡板的翻转、遮挡功能。

基片架31具有旋转、升降功能，同时可以对基片进行加热和施加偏压。通过大磁流体7将真空室外的旋转运动传递到真空室内部，利用基片架上的升降锁紧机构9的锁紧螺钉对连接杆的径向锁紧功能来实现对圆盘10和基片载体11的上下位移调整和固定，从而实现基片架旋转、升降的功能。利用电气绝缘与电极接入中的陶瓷连接块8来实现电极与大磁流体7的绝缘，偏压的引入是通过升降锁紧机构9、圆盘10、基片载体11传递到基片上。加热装置12与真空室是相对固定的，采用独立卤素灯加热的方式，卤素灯位于基片载体11的上方，与磁控溅射靶5位置对应。

基片载体11的数量比磁控溅射靶5多一套，该多出的一套基片载体安装在圆盘10的底面中心，其目的是为了实现共焦溅射的功能，其余的基片载体与磁控溅射靶5的位置一一对应，其目的是为了实现垂直溅射的功能。

本装置可配备多套溅射靶，均布在真空室底板同一圆周上。各磁控溅射靶均可通过溅射角度调节机构调节使其和真空室主轴的夹角在0～45°可调。溅射角度调节机构如图3所示，由溅射靶头13、波纹管14、摆头锁紧装置15、小磁流体16、钢丝软轴17和溅射挡板18等组成。当需要实现工焦溅射时，可利用波纹管的易弯曲性调整旋转溅射靶头13与真空室主轴的夹角，当各个溅射靶头处于共焦状态时，利用摆头锁紧机构15锁紧靶头即可实现共焦溅射，此时可在安装于圆盘中心的基片载体11上的基片表面沉积复合膜层。

Claims (6)

1.多功能磁控溅射镀膜装置，其特征在于包括：

真空室（1）以及可拆装地连接在所述真空室（1）顶部的顶盖（2）；

固联在所述顶盖（2）上并悬置于所述真空室内的连接杆（3），可转动、可升降地套接在所述连接杆（3）下端的基片架（31），多个基片载体（11）设置在位于基片架（3）底部的圆盘（10）的底面上，所述多个基片载体处于同一圆周上，位于所述圆盘（10）的上方并与所述基片载体相对应的位置上，设置有加热装置（12）；

在所述真空室内腔底部与所述基片载体（11）相对应的位置上，设置有处于同一圆周上的多个磁控溅射靶（5），各所述磁控溅射靶的上部的靶头（13）和真空室主轴的夹角在0—45°可调，在所述磁控溅射靶上位于所述靶头的下方设置有可翻转的溅射挡板（18）。

2.根据权利要求1所述的多功能磁控溅射镀膜装置，其特征在于，在所述真空室的侧部设有扩展接口（4）；设置可通过所述扩展接口（4）伸入所述真空室内腔的机械手，所述机械手包括：水平导轨（23）、可沿所述水平导轨（23）滑动的滑块（24）、竖向固设于所述滑块上的垂直推板（22）、水平固联在所述垂直推板上端的运动轴（19），在所述运动轴的前端外部套接有第二波纹管（20），所述运动轴的末端固联有磁流体（21）。

3.根据权利要求1所述的多功能磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述顶盖（2）与所述真空室（1）的顶部之间设置有密封圈，并且顶盖与真空室之间采用卡钳连接固定。

4.根据权利要求1所述的多功能磁控溅射镀膜装置，其特征在于，在所述圆盘（10）的底面中心还设置有一个基片载体（11）。

5.根据权利要求1所述的多功能磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述真空室（1）为前开门形式，所述前开门（6）与真空室本体之间采用铰链连接并通过卡钳锁紧，在所述前开门的中心设有观察窗。

6.根据权利要求1所述的多功能磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述连接杆（3）的顶端位于所述顶盖（2）的顶面固设有大磁流体（7）。

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