CN103849843A - 一种具有五靶头的磁控共溅射设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有五靶头的磁控共溅射设备，本发明磁控溅射设备在腔体内设置有三个溅射靶、基片台、基片台支架、基片台挡板。所述的三个溅射靶包括两个单靶头溅射靶和一个三靶头溅射靶，可通过旋转安装于所述的腔体外侧的转轮把手选择溅射靶材。所述的基片台支架用于支撑基片台，所述的基片台挡板安装在基片台上方。本发明提供的磁控溅射设备，可实现五种溅射靶材料单独溅射或三靶共聚焦溅射功能。

Description

一种具有五靶头的磁控共溅射设备

技术领域

本发明涉及磁控溅射技术，尤其涉及一种具有五靶头的磁控溅射设备。

背景技术

磁控溅射设备是一种常见的物理气相沉积设备，已经成功应用于各种薄膜的制备工艺。大部分传统的磁控溅射设备只包含一个溅射靶，工作时腔体内只能安装一种溅射靶材料，若要用这样的设备沉积不同种薄膜材料，则需要打开主腔体，对靶材进行拆除与安装，不仅效率低下，同时也很难获得稳定的生长工艺。这种设备只能满足长期溅射一种薄膜材料的需求。

多溅射靶设备实现了在单设备上可方便地溅射不同种薄膜材料。通过移动基片台到不同靶材的的溅射位，可以在不打开溅射腔体的条件下，在同一片镀膜基片上溅射不同的材料薄膜。但是，这种含有多个溅射靶的溅射设备在同一时间只能溅射一种的薄膜材料，对于生产两种靶材化合而成的薄膜则无能为力。

后期发展的多靶共溅射有效解决了生产多种靶材化合物薄膜的问题。每个溅射靶连接一套独立的溅射电源，可对单个靶位的溅射功率独立调节，从而获得不同比例的化合物薄膜。常规共溅射设备的由于腔体空间及溅射靶与基片台距离的限制，一般安排两至三个溅射靶实现共溅射工艺。三种材料共溅射已经满足普通化合物材料薄膜的制备需求。但如果要进行更多种类材料薄膜的溅射就需要通过更换靶材来实现，对工艺的长期稳定发展不利。

发明内容：

本发明的实施例提供一种磁控溅射设备，通过在腔体内设置一个具有三靶头的溅射靶，使设备可同时安装五种溅射靶材，并可实现三靶共溅射的功能。弥补传统三靶位共溅射设备靶材种类不足的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种磁控溅射设备，包括腔体，腔体内设置的两个单靶头溅射靶、一个三靶头溅射靶，基片台、基片台支架和基片台挡板。其中，两个单靶头溅射靶中心与三靶头溅射靶靶位中心聚焦于基片台中心，实现共聚焦磁控溅射。

所述的两个单靶头溅射靶与一个三靶头溅射靶的靶材直径为2英寸，两个单靶头溅射靶方向与靶管之间的夹角为20°－23°；每个单靶头溅射靶设有用于调整溅射焦点在基片台中心的波纹管、铰链与插销；各个溅射靶靶头中心与所述基片台中心距离为10－20cm；两个单靶头溅射靶与三靶头溅射靶和所述的腔体顶盖中心在水平方向上的夹角为130°－135°；三靶头溅射靶的旋转轴与所述腔体顶盖法线在垂直方向上夹角为15°－20°，三靶头溅射靶相对于靶中心之间夹角为120°。

本发明提供的磁控溅射设备，通过在腔体内设置一个可安装的三靶头溅射靶，使三靶共溅射设备的靶材安装数量从三个增加至五个，满足的多靶材共溅射的需求。三靶头溅射靶通过与腔体相连的转轴与转轮可实现旋转，达到选择溅射靶位上所需靶材的目的。

上述的磁控溅射设备，可选择两个单靶位溅射靶与三靶位溅射靶中的任意一个靶位进行共溅射薄膜生长。不必打开腔体或移动镀膜样品即可实现多层化合物材料薄膜的生长。

附图说明：

附图1为磁控溅射设备腔体结构图；

附图2为磁控溅射靶相对位置示意图；图中：110－腔体；120－单靶头溅射靶；130－三靶头溅射靶；140－基片台；150－基片台支架；160－基片台挡板；170－转轮把手；180－顶盖；190－下腔室；200－o形圈；210－单靶头靶管；

220－波纹管定向装置；230－单靶头法兰盘；240－波纹管；250－定向铰链；

270－单靶头溅射靶靶头；280－三靶头靶管；290－圆柱形空腔；300－三靶头法兰盘；310－三靶头溅射靶靶头；320－加热模块；330－磁流体装置；340－直流电机；350－电机支架；360－挡板支杆；370－磁力块；380－转动杆。

具体实施方式：

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明较佳实施例中的磁控溅射设备结构示意图

所述的磁控溅射设备包括腔体110，所述腔体内设置有三个溅射靶、基片台140、基片台支架150、基片台挡板160。所述的三个溅射靶包括两个单靶头溅射靶120和一个三靶头溅射靶130，可通过旋转安装于所述的腔体110外侧的转轮170把手选择溅射靶材。所述的基片台支架150用于支撑基片台140，所述的基片台挡板160安装在基片台140上方。

请参阅图1，腔体由顶盖180和下腔室190组合成密封结构，在本发明的实施例中，顶盖180与下腔室190通过o形圈200进行密封。顶盖180通过单靶头靶管210与单靶头溅射靶120连接，单靶头靶管210采用无缝不锈钢管材料，与顶盖180采用真空密封焊接方式连接。用于冷却溅射靶的水冷管路及提供溅射电源的电源线穿行于单靶头靶管210之中。对于单靶头溅射靶120，单靶头靶管210与顶盖180夹角为90°直角，单靶头靶管210下方设有波纹管定向装置220，单靶头靶管210及单靶头溅射靶靶头270通过单靶头法兰盘230和波纹管240进行密封连接。波纹管定向装置220上设有定向铰链250，并且由于波纹管240为柔性连接，该装置可以调整波纹管两个法兰盘之间的夹角。通过调整波纹管定向装置220上定向铰链250，来调整溅射靶溅射方向与靶管之间的夹角，其角度在本实施例中较佳的数值为：20°－23°。

对与三靶头溅射靶130，三靶头靶管280与顶盖180夹角为：15°－20°，三靶头靶管280下方设有圆柱形空腔290，空腔材料可选用不锈钢，三靶头靶管280与圆柱形空腔290采用真空亚弧焊接方式连接，圆柱形空腔290下方设有三个中心对称的三靶头法兰盘300，圆柱形空腔290与三靶头法兰盘300可采用真空亚弧焊接方式连接。三靶头溅射靶靶头310通过三靶头法兰盘300与圆柱形空腔290密封连接。圆柱形空腔290内部及三靶头靶管280内部用于排布三靶头溅射靶靶头310水冷管道及溅射电源线。三靶头靶管280与腔体110为活性密封连接，在较佳的实施例中采用磁流体动态密封连接方式。位于腔体110外侧三靶头靶管280上方设有旋转把手170，通过转动旋转把手170可以使三靶头溅射靶靶头310以三靶头靶管280为轴转动。旋转把手170及顶盖180上设有靶位标识记号，当旋转把手170上某靶位标识线与顶盖180上的标识线对齐时，相应三靶头溅射靶靶头310即处于三靶头溅射靶的靶位上，可实现两个单靶头溅射靶120与三靶头溅射靶130中的所选靶位进行共溅射镀膜。

基片台支架150位于腔体110的底部，通过四根支杆与腔体110底部连接。基片台支架150底部设有加热模块320，加热模块320发热部分可采用真空电阻加热管或者钼片。基片台140通过转轴与腔体110底部动态密封连接，动态密封连接采用磁流体装置330实现，使基片台140在转动过程中和腔体110底部保持密封状态。基片台140转轴的另一端与可调速直流电机340相连，通过电机驱动基片台140转动。直流电机340通过电机支架350固定在腔体110底部。

在单靶头溅射靶120、三靶头溅射靶130与基片台140之间还设有基片台挡板160，基片台挡板160通过挡板支杆360固定在腔体110底部，通过转动挡板支杆360实现基片台挡板160的遮挡与移开。挡板支杆360位于腔体110底部的一端设有磁力块370，腔体110外侧相应位置同样设有具有磁力块370的转动杆380，推动转动杆380可通过磁力使腔体110内部的挡板支杆360发生旋转，使基片台遮挡板160移位。

请参考附图2，单靶头溅射靶120与三靶头溅射靶130成三角形排布。两个单靶头溅射靶120与顶盖180中心夹角为100°，三靶头溅射靶130和单靶头溅射靶120相对顶盖180中心夹角为130°－135°。三靶头溅射靶130具有三个三靶头溅射靶靶头310，三个三靶头溅射靶靶头310相对圆柱形腔体290下表面中心相互呈120°夹角。

本实施例中的磁控溅射设备，通过在腔体内设置一个可选装的三靶头溅射靶，使三靶共溅射设备的靶头数量从三个增加至五个，满足的多靶材共溅射的需求。三靶头溅射靶通过与主腔体相连的转轴与装轮可实现旋转，达到选择溅射靶头的目的。上述的磁控溅射设备，可选择两个单靶头溅射靶与三靶头溅射靶中的任意一个靶位进行共溅射薄膜生长。不必打开腔体或移动镀膜样品即可实现多层化合物材料薄膜的生长。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种具有五靶头的磁控共溅射设备，包括腔体，在腔体内设置的三个溅射靶、基片台、基片台支架和基片台挡板，其特征在于：

所述的三个溅射靶为两个单靶头溅射靶和一个三靶头溅射靶，三个溅射靶共聚焦于基片台的中心；

所述的两个单靶头溅射靶与一个三靶头溅射靶的靶材直径为2英寸，两个单靶头溅射靶方向与靶管之间的夹角为20°－23°；每个单靶头溅射靶设有用于调整溅射焦点在基片台中心的波纹管、铰链与插销；各个溅射靶靶头中心与所述基片台中心距离为10－20cm；两个单靶头溅射靶与三靶头溅射靶和所述的腔体顶盖中心在水平方向上的夹角为130°－135°；三靶头溅射靶的旋转轴与所述腔体顶盖法线在垂直方向上夹角为15°－20°，三靶头溅射靶相对于靶中心之间夹角为120°。

Images