CN106893988A - 一种真空镀膜用布气系统 - Google Patents

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杜淼
郝雷
于庆河
米菁
余航
李世杰
赵旭山
王笑静
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Abstract

本发明公开了一种真空镀膜用布气系统，它包括至少三个布气装置，该三个布气装置与磁控溅射靶材间隔设置并沿磁控溅射靶材的长度方向均匀分布，各布气装置分别包括布气管及混气罐，该布气管上均匀开设有多个布气孔，混气罐与布气管之间通过至少三根输气管相连接，混气罐上还设有至少三根进气管，三根进气管上分别设有流量计。该布气系统能够更有效地将磁控溅射所需的多种气体均匀混合，并实现独立控制，使气体分布与磁场分布更加匹配，达到实时控制、均匀镀膜的目的。

Description

一种真空镀膜用布气系统
技术领域
本发明涉及一种真空镀膜用布气系统，属于磁控溅射镀膜技术领域。
背景技术
磁控溅射是物理气相沉积的一种，它利用荷电的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向预溅射的靶电极，在入射离子能量合适的情况下，将靶表面的原子溅射出来。这些被溅射出来的原子将带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向工件，从而实现在工件上沉积薄膜。磁控溅射技术可制备超硬膜、耐腐蚀摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜，以及各种具有特殊功能的薄膜，是一种十分有效的薄膜沉积方法。
薄膜均匀性是衡量镀膜装置性能的一项重要指标。任何一种有实际应用价值的薄膜，都对薄膜均匀性有特定的要求。影响磁控溅射镀膜均匀性的因素有很多，包括磁场、布气、靶基距和气压等。对于布气系统，传统的是采用单一进气管的方式，气体从进气管的一端进入，从进气管上均匀开的多个小孔流出进入真空室，由于从进气端到末端气体被小孔流出形成压强渐小，小孔流出的气体也逐渐减少，形成不均匀送气，导致溅射镀膜的不均匀性。为了解决上述问题，有技术人员提出一种二元布气方法，用于解决单一进气管布气不均匀的问题，例如，专利文献CN201313933Y公开一种“二元布气管”，其包括磁控溅射阴极的进气管、控制进气管流量的阀门，所述磁控溅射阴极的进气管的末端部分和中间部分各自采用独立的进气管分别供气。通过构建一种二元布气管，使磁控溅射阴极末端部分和中间部分都能更加均匀地进气，从而使反应溅射镀膜更加均匀。该布气方法虽然具有可调节性，但只注重了靶材两端产生的不均匀性，由于靶材磁场分布不可能绝对均匀，对于中间部位的调节，该布气管效果不佳。
专利文献CN103014642B公开了一种调节式布气系统及包含其的磁控溅射镀膜装置，包括至少两根平行设置的布气管，每根布气管上均设置流量计，相邻两根布气管上错列设置吹气部，吹气部是由多个规格相同的均匀排列的气孔构成，每个气孔沿布气管的径向开设，多个气孔在布气管沿其轴向依次布置。通过将布气系统设置为至少两根布气管，并在相邻两根布气管上错列设置吹气部，可以使布气系统吹出的气体能均匀地到达靶面，保证膜层均匀。该布气系统虽然可通过流量计进行精确调节，但其本质仍为单向布气管，依然存在沿着布气管的长度方向气体流量逐渐降低的问题。另外，该系统未考虑多种气体同时通入时不同气体之间的混合，容易产生不均匀情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空镀膜用布气系统，该布气系统能够更有效地将磁控溅射所需的多种气体均匀混合，并实现独立控制，使气体分布与磁场分布更加匹配，达到实时控制、均匀镀膜的目的。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种真空镀膜用布气系统，它包括至少三个布气装置，该三个布气装置与磁控溅射靶材间隔设置并沿磁控溅射靶材的长度方向均匀分布，各布气装置分别包括布气管及混气罐，该布气管上均匀开设有多个布气孔，混气罐与布气管之间通过至少三根输气管相连接，混气罐上还设有至少三根进气管，三根进气管上分别设有流量计。
优选地，所述布气装置的布气管的长度之和与磁控溅射靶材的长度相匹配。
优选地，所述混气罐内设有混气扇，该混气扇采用轴密封的方式固定在混气罐内，并通过外接的变频电机驱动其旋转。
所述混气罐的外形为正方形、圆形或其它形状，材质为不锈钢，所述混气扇的材质为不锈钢或纯铜。
优选地，自所述进气管输入混气罐的气体至少包括磁控溅射起辉气体和磁控溅射反应气体。
本发明的有益效果在于：
本发明的真空镀膜用布气系统，通过流量计精确控制各种气体的流量，达到量化控制的目的；在混气罐内使用混气扇将多种密度的气体进行强制混合，保证气体混合均匀，同时，使用轴密封固定混气扇，有效防止气体泄漏；配备了至少三根输气管，可保证布气管内各处压强基本一致，混合后的气体经由布气孔进入镀膜腔室，实现均匀布气以及可控布气的目的。
本发明的真空镀膜用布气系统适用于各种工件，尤其是大长径比工件的真空镀膜。
附图说明
图1是本发明实施例1的布气系统的结构示意图。
图2是本发明实施例2的布气系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，作为本发明的一种真空镀膜用布气系统，包括三个依次排列的第一布气装置1、第二布气装置2和第三布气装置3，该三个布气装置与磁控溅射靶材5间隔一定距离并沿磁控溅射靶材5的长度方向均匀分布。
三个布气装置的结构相同。以布气装置1为例，其包括布气管11及混气罐13，该布气管11上均匀开设有多个布气孔10，混气罐13与布气管11之间通过三根输气管12相连接，混气罐上还设有三根进气管15、16、17，三根进气管15、16、17上分别设有流量计18、19、20。三个进气管15、16、17分别通入Ar、N2和O2，并使用流量计进行精确控制。
混气罐13使用不锈钢制作而成，为方形。混气罐13内设有混气扇14，混气扇14采用轴密封的方式固定于混气罐的内部，并可自由转动。该混气扇14由外接变频电机驱动旋转，可将混气罐内气体均匀混合。
在真空镀膜过程中，每个布气装置的工作原理为：
在真空镀膜时，三种气体分别通过各自的气路15、16、17流经流量计18、19、20进入混气罐13，流量计可以精确控制每种气体的流量，实现磁控溅射反应气体的有效调节。气体进入混气罐13后，在混气扇14的强制搅拌下混合均匀，经混合的气体通过三根输气管12进入布气管11继而进入真空腔室，输气管的配备可有效平衡布气管内各处气压，保证布气管在镀膜腔室内部布气的均匀性。根据实际的镀膜效果，可单独调节各个流量计的流量，实现对靶材不同区域的独立控制，进而提高镀膜的均匀性。
实施例2
如图2所示，作为本发明的另一种真空镀膜用布气系统，包括四个依次排列的第一布气装置1、第二布气装置2、第三布气装置3和第四布气装置4，该四个布气装置与磁控溅射靶材5间隔一定距离并沿磁控溅射靶材5的长度方向均匀分布。
四个布气装置的结构相同。以布气装置1为例，其包括布气管11及混气罐13，该布气管11上均匀开设有多个布气孔10，混气罐13与布气管11之间通过三根输气管12相连接，混气罐上还设有三根进气管15、16、17，三根进气管15、16、17上分别设有流量计18、19、20。三个进气管15、16、17分别通入Ar、N2和O2，并使用流量计进行精确控制。
混气罐13使用不锈钢制作而成，为方形。混气罐13内设有混气扇14，混气扇14采用轴密封的方式固定于混气罐的内部，并可自由转动。该混气扇14由外接变频电机驱动旋转，可将混气罐内气体均匀混合。
在真空镀膜过程中，每个布气装置的工作原理为：
在真空镀膜时，三种气体分别通过各自的气路15、16、17流经流量计18、19、20进入混气罐13，流量计可以精确控制每种气体的流量，实现磁控溅射反应气体的有效调节。气体进入混气罐13后，在混气扇14的强制搅拌下混合均匀，经混合的气体通过三根输气管12进入布气管11继而进入真空腔室，输气管的配备可有效平衡布气管内各处气压，保证布气管在镀膜腔室内部布气的均匀性。根据实际的镀膜效果，可单独调节各个流量计的流量，实现对靶材不同区域的独立控制，进而提高镀膜的均匀性。

Claims (6)

1.一种真空镀膜用布气系统，其特征在于，它包括至少三个布气装置，该三个布气装置与磁控溅射靶材间隔设置并沿磁控溅射靶材的长度方向均匀分布，各布气装置分别包括布气管及混气罐，该布气管上均匀开设有多个布气孔，混气罐与布气管之间通过至少三根输气管相连接，混气罐上还设有至少三根进气管，三根进气管上分别设有流量计。
2.根据权利要求1所述的真空镀膜用布气系统，其特征在于，所述布气装置的布气管的长度之和与磁控溅射靶材的长度相匹配。
3.根据权利要求1所述的真空镀膜用布气系统，其特征在于，所述混气罐内设有混气扇，该混气扇采用轴密封的方式固定在混气罐内，并通过外接的变频电机驱动其旋转。
4.根据权利要求1或3所述的真空镀膜用布气系统，其特征在于，所述混气罐的外形为正方形、圆形或其它形状，材质为不锈钢。
5.根据权利要求3所述的真空镀膜用布气系统，其特征在于，所述混气扇的材质为不锈钢或纯铜。
6.根据权利要求3所述的真空镀膜用布气系统，其特征在于，自所述进气管输入混气罐的气体至少包括磁控溅射起辉气体和磁控溅射反应气体。
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