CN105441894A - 聚焦离子束物理气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

聚焦离子束物理气相沉积装置，工艺腔与靶材传动腔及基片传动腔连通，靶材传动腔、基片传动腔分别与装靶腔及装片腔连通，工艺腔内设有靶托、基片架、掩模板以及具有聚焦模块的离子源，靶材传动腔、基片传动腔内分别设有真空机械手装置，基片传动腔还与热处理腔连通。通过将工艺腔，装靶腔﹑装片腔﹑靶材传动腔和基片传动腔及热处理腔整合在一起并整体形成真空环境，可在真空环境下实现靶材间的更换、及薄膜材料制备的全流程。通过聚焦模块聚焦后的离子束可集中只轰击靶材表面，以避免交叉污染，且靶材的尺寸可以减小，减少靶材损耗，提高靶材利用率。还可以避免溅射靶材之间的交叉污染，以及制备装置内非工艺气体污染源对薄膜镀膜造成的污染。

Description

聚焦离子束物理气相沉积装置

技术领域

本发明涉及离子束溅射镀膜技术，具体地说是一种具有聚焦离子束功能的物理气相沉积装置。

背景技术

薄膜材料的真空制备通常可以通过物理气相沉积方式完成，其中离子束溅射镀膜装置与其他方法相比，具有分辨率高、薄膜致密度和控制精度高等特点。但现有的离子束溅射镀膜装置的最大问题是微量元素交叉污染问题。首先，非聚焦离子束物理气相沉积装置存在的问题是离子束的发散可以溅射其他结构表面而造成微量元素交叉污染；其次，现有的非聚焦离子束物理气相沉积装置只有一个独立的工艺腔，整个加工过程全部在工艺腔中完成，每次只能内置少量靶材在工艺腔的里面，在更换靶材时需要打开工艺腔，其高真空环境会遭到破坏；工艺腔和靶材都会暴露在大气中，造成微量元素污染。

另外，由现有的工艺腔将薄膜组合材料制备完成后，需要在大气条件下将组合材料基片取出，然后再送至高温热处理单元进行后续处理，这样，使基片暴露于空气中，易造成微量元素污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚焦离子束物理气相沉积装置，该气相沉积装置的聚焦离子束可避开其他结构表面、集中只轰击靶材表面，以避免交叉污染，并使得靶材的尺寸得以减小；同时整套装置均处于真空状态，可避免溅射靶材之间的微量元素交叉污染、以及制备装置内非工艺气体污染源对薄膜镀膜造成的微量元素污染。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：聚焦离子束物理气相沉积装置，它具有一工艺腔，工艺腔与一靶材传动腔及一基片传动腔连通，靶材传动腔、基片传动腔分别与一装靶腔及一装片腔连通，工艺腔内设有靶托、基片架、掩模板以及具有聚焦模块的离子源，靶材传动腔、基片传动腔内分别设有一真空机械手装置，基片传动腔还与一热处理腔连通，热处理腔中设有基片台及电加热装置。

由上述方案可见，通过将工艺腔，装靶腔﹑装片腔﹑靶材传动腔和基片传动腔及热处理腔整合在一起并整体形成真空环境，可在真空环境下实现靶材间的更换、薄膜材料的制备、到热处理整个薄膜材料制备的全流程。通过聚焦模块聚焦后的离子束可以集中只轰击靶材表面，避开其他结构表面，这样可以避免微量元素交叉污染，且靶材的尺寸可以减小，可减少靶材损耗，提高靶材利用率。另外，整套装置均处于真空状态，可以避免溅射靶材之间的交叉污染，以及制备装置内非工艺气体污染源对薄膜镀膜造成的微量元素污染。

本发明结构合理、性能可靠，它可节约靶材、避免靶材及薄膜的微量元素污染，并可提高加工效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图进一步说明本发明。

参见图1

本发明提供的聚焦离子束物理气相沉积装置具有一工艺腔16，工艺腔16与一靶材传动腔1及一基片传动腔15连通，靶材传动腔1、基片传动腔15分别与一装靶腔4及一装片腔10连通，工艺腔16内设有靶托5、基片架9、掩模板6以及具有聚焦模块8的离子源7，靶材传动腔1、基片传动腔15内分别设有一真空机械手装置2、14，基片传动腔15还与一热处理腔13连通，热处理腔13中设有基片台11及电加热装置12。所述的聚焦模块8可以是静电透镜或四极透镜或磁透镜，或由它们中的任意两个结合构成，或由它们三个结合构成。

在本实施例中，工艺腔16与靶材传动腔1之间、工艺腔16与基片传动腔15之间﹑靶材传动腔1与装靶腔4之间﹑基片传动腔15与装片腔10之间﹑基片传动腔15与热处理腔13之间均由插板阀3连接。

工艺腔16中，靶托5用以承载靶材，基片架9用以承载基片，可连续移动的掩模板6用以实现对工件表面的渐进式遮挡，带聚焦模块8的离子源7用以产生并溅射离子束。工艺腔内离子束溅射在靶材表面，溅射出来的靶材材料以薄膜的形式沉积在基片上。

靶材传动腔1内设有的真空机械手装置2用于在工艺腔16和装靶腔4之间传递靶材。靶材传动腔1内的真空机械手2每次向靶托5只传递一块靶材进行溅射。避免对其他靶材的交叉污染。

基片传动腔15内设有设有的真空机械手装置14用于在工艺腔16、装片腔10和热处理腔13之间传递沉积薄膜材料的基片。

热处理腔13用于对基片进行预处理以及对镀制薄膜的基片进行后续热处理。

由于制备薄膜组合材料需具备高纯净度，以保证多膜层元素之间的相互充分扩散，因此，本实施例中将工艺腔16、靶材传动腔1、基片传动腔15、热处理腔13、装片腔10、以及装靶腔4均设置成真空状态。具体的，靶材传动腔1、基片传动腔15、热处理腔13、装片腔10内的工作气压均小于1×10-5托。工艺腔16内和装靶腔4内的工作气压均可进一步设置为小于5×10-7托。在这种高真空环境下，可以保证镀制薄膜的高纯度，避免叠层沉积膜受外界环境的影响，有利于热处理过程中叠层间元素的快速﹑彻底地相互扩散，形成预期的材料组合。

采用本实施例提供的聚焦离子束物理气相沉积装置在制备组合材料时，采用聚焦离子束溅射方法并由以下步骤进行：

1.先使工艺腔16、靶材传动腔1、基片传动腔15、和热处理腔13保持在持续真空状态；

2.将基片和靶材分别装入装片腔10和装靶腔4；

3.装片腔10和装靶腔4内抽真空；

4.将基片由装片腔10通过基片传动腔里面的真空机械手14传递至工艺腔16内的基片架9上；

5.将靶材由装靶腔4通过靶材传动腔1里面的真空机械手2传递至工艺腔16内的靶托5上；

6.通过带聚焦模块8的聚焦离子源产生离子束并溅射到靶托8上的靶材表面，并在基片表面沉积薄膜材料从而形成膜层组合；针对需沉积多种不同薄膜材料的膜层组合，当前一层薄膜材料沉积完成后，由靶材传动腔1内的真空机械手将靶托上的靶材传递回装靶腔4，更换靶材后并将下一靶材传递至靶托5上再次进行离子束溅射；

7.当聚焦离子束溅射结束后，将沉积有多层不同薄膜材料的基片经真空机械手14传递至热处理腔13；并由热处理腔对膜层组合进行热处理，从而最终得到预期的组合材料；

8.由真空机械手14将最终的组合材料从处理腔13传递至装片腔10，并由装片腔10取出。

以上所述的工艺腔16、靶材传动腔1、基片传动腔15、装靶腔4、装片腔10及热处理腔13通过本领域的常规设计手段即可获得，以上所述的靶托5、基片架9、掩模板6、离子源7、真空机械手装置2、14，、基片台11及电加热装置12均为本领域公知的装置。聚焦模块8采用静电透镜、四极透镜、磁透镜中的任意两个结合的构成方式，或由它们三个结合构成的方式为本领域的常规技术。

当然本发明所涉及的带聚焦功能的离子束物理气相沉积装置并不仅仅限定于本实施例中的结构，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴内。

例如，本发明提供的带聚焦功能的离子束物理气相沉积装置还可以在工艺腔预留若干接口法兰，通过这些接口法兰，可以将制备腔和扫描电子显微镜﹑质谱仪等其他设备连接。

在本实施例中的带聚焦功能的离子束物理气相沉积装置结合离子束溅射方法制备不同的薄膜材料。

Claims (2)

1.聚焦离子束物理气相沉积装置，它具有一工艺腔，其特征在于：工艺腔与一靶材传动腔及一基片传动腔连通，靶材传动腔、基片传动腔分别与一装靶腔及一装片腔连通，工艺腔内设有靶托、基片架、掩模板以及具有聚焦模块的离子源，靶材传动腔、基片传动腔内分别设有一真空机械手装置，基片传动腔还与一热处理腔连通，热处理腔中设有基片台及电加热装置。

2.根据权利要求1所述的聚焦离子束物理气相沉积装置，其特征在于：聚焦模块可以是静电透镜或四极透镜或磁透镜，或由它们中的任意两个结合构成，或由它们三个结合构成。