CN109207950B - 一种非均匀多层薄膜的镀膜方法 - Google Patents

一种非均匀多层薄膜的镀膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及镀膜设备技术领域，具体涉及一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将试样(3)放入超声波清洗机中，用丙酮清洗试样(3)；S2.将试样(3)放入真空干燥箱中干燥；S3.将试样(3)放入非均匀多层薄膜的镀膜设备的试样台(3)上；S4.镀制第一薄膜层(16),S5.镀制第二薄膜层(17)；S6.镀制第三薄膜层(18),S7.镀膜完成，关闭非均匀多层薄膜的镀膜设备。采用这种结构后，该方法可以镀制非均匀多层薄膜，为科研人员对非均匀多层薄膜的研究工作做铺垫。

Description

一种非均匀多层薄膜的镀膜方法
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种非均匀多层薄膜的镀膜方法。
背景技术
磁控溅射技术的应用日趋广泛,在工业生产和科学研究领域发挥巨大作用。
磁控溅射镀膜系统是在基本的二极溅射系统发展而来，解决二极溅射镀膜速度比蒸镀慢很多、等离子体的离化率低和基片的热效应明显的问题。磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置100～1000Gauss强力磁铁，真空室充入0.1～10Pa压力的惰性气体(Ar)，作为气体放电的载体。在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电子，产生等离子辉光放电,电子在加速飞向基片的过程中，受到垂直于电场的磁场影响,使电子产生偏转，被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，电子以摆线的方式沿着靶表面前进，在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞，电离出大量的Ar+离子，与没有磁控管的结构的溅射相比，离化率迅速增加10～100倍，因此该区域内等离子体密度很高。经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚,最终落在基片、真空室内壁及靶源阳极上。而Ar+离子在高压电场加速作用下,与靶材的撞击并释放出能量,导致靶材表面的原子吸收Ar+离子的动能而脱离原晶格束缚，呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基片，并在基片上沉积形成薄膜。
但现有技术中的磁控溅射镀膜系统，所镀制的多层薄膜为均匀的一层一层的在基片或者试样上成膜，也就是说，所镀制得到的薄膜层在基片或者试样上，在截面方向看，从试样上的一端至试样的另一端的厚度是均匀的。
运用现有技术中的镀膜方法，无法镀制得到在截面方向从试样上的一端至试样的另一端的厚度不均匀的多层薄膜，因此，限制了科研人员对在截面方向从试样上的一端至试样的另一端的厚度不均匀的多层薄膜的研究工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，本发明中，非均匀多层薄膜是指每一层薄膜在截面方向从试样上的一端至试样的另一端的厚度不均匀的多层薄膜，该方法可以镀制非均匀多层薄膜，为科研人员对非均匀多层薄膜的研究工作做铺垫。
为解决上述技术问题，本发明的一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，包括如下步骤：
S1.将试样放入超声波清洗机中，用丙酮清洗试样；
S2.将试样放入真空干燥箱中干燥；
S3.将试样放入非均匀多层薄膜的镀膜设备的试样台上；
S4.镀制第一薄膜层：开启镀制第一薄膜层的靶材，设定镀制第一薄膜层的时间为T1，驱动机构驱动挡板位于全部遮挡试样表面的状态，所述试样具有第一边缘和第二边缘，第一边缘和第二边缘相对设置，第一边缘和第二边缘之间的距离为S，挡板的第一端与试样的第一边缘在竖直方向上对齐，驱动机构驱动挡板在试样的上方以速度V1沿第一方向移动，其中V1＝S/T1；
S5.镀制第二薄膜层：切换至镀制第二薄膜层的靶材，并且驱动机构驱动挡板位于全部遮挡试样表面的状态并且挡板的第二端与试样的第二边缘对齐，设定镀制第二薄膜层的时间为T2，驱动机构驱动挡板在试样的上方以速度V2沿第二方向移动，其中V2＝S/T2；
S6.镀制第三薄膜层：切换至镀制第三薄膜层的靶材，并且驱动机构驱动挡板位于全部遮挡试样表面的状态并且挡板的第一端与试样的第一边缘对齐，设定镀制第三薄膜层的时间为T3，驱动机构驱动挡板在试样的上方以速度V2沿第一方向移动，其中V3＝S/T3；
S7.镀膜完成，关闭非均匀多层薄膜的镀膜设备。
采用上述方法后，由于在镀制第一薄膜层时、镀制第二薄膜层、以及镀制第三薄膜层时，驱动机构驱动挡板在试样的上方移动，也就是说，试样表面是逐渐暴露出挡板以外的，即在镀膜时，试样表面沉积的薄膜是逐渐变化的，因此该方法可以镀制非均匀多层薄膜，为科研人员对非均匀多层薄膜的研究工作做铺垫。
优选的，在步骤S3之后和步骤S4之前还包括如下步骤：调节试样台的高度，使所述挡板的下表面与试样的上表面之间的间隔的大小为1～10mm。
附图说明
图1是本发明的方法中非均匀多层薄膜的镀膜设备的结构示意图。
图2是本发明的方法中非均匀多层薄膜的镀膜设备中试样台位置处的结构示意图。
图3是本发明的方法中非均匀多层薄膜的镀膜设备中试样台位置处的俯视图。
图4是本发明一种非均匀多层薄膜的镀膜方法中步骤S4过程的结构示意图。
图5是本发明一种非均匀多层薄膜的镀膜方法中步骤S5过程的结构示意图。
图6是本发明一种非均匀多层薄膜的镀膜方法中步骤S6过程的结构示意图。
图7是本发明一种非均匀多层薄膜的流程图。
其中：
1、镀膜腔体；2、靶材；3、试样；4、试样台；5、挡板；6、安装架；7、支撑板；8、减速箱；9、伺服电机；10、皮带；11、第一带轮；12、第二带轮；13、滑槽；14、螺纹杆； 15、螺母；16、第一薄膜层；17、第二薄膜层；18、第三薄膜层；19、第一端；20、第二端； 21、罩板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细地说明。
下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开内容更详尽和完整，并且向本领域的技术人员完整传达其包括的范围。也应注意这些实施例不相互排斥。来自一个实施例的组件、步骤或元素可假设成在另一实施例中可存在或使用。在不脱离本公开的实施例的范围的情况下，可以用多种多样的备选和/或等同实现方式替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文论述的实施例的任何修改或变型。对于本领域的技术人员而言明显可以仅使用所描述的方面中的一些方面来实践备选实施例。本文出于说明的目的，在实施例中描述了特定的数字、材料和配置，然而，领域的技术人员在没有这些特定细节的情况下，也可以实践备选的实施例。在其它情况下，可能省略或简化了众所周知的特征，以便不使说明性的实施例难于理解。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
文中的方向词“左”、“右”与说明书附图的方向对应。
在一个实施例中，一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，本实施例中的非均匀多层薄膜，如图6，由试样3的表面向外依次包括第一薄膜层16、第二薄膜层17和第三薄膜层18，在截面方向上看，第一薄膜层16从试样3的表面的左端至右端依次变薄，第二薄膜层17从试样3的表面的右端至左端依次变薄，第三薄膜层18从试样3的表面的左端至右端依次变薄。
如图7，包括如下步骤：
S1.将试样3放入超声波清洗机中，用丙酮清洗试样3；
S2.将试样3放入真空干燥箱中干燥；
S3.将试样3放入非均匀多层薄膜的镀膜设备的试样台4 上；
S4.镀制第一薄膜层16：开启镀制第一薄膜层16的靶材，设定镀制第一薄膜层16的时间为T1，驱动机构驱动挡板5位于全部遮挡试样3表面的状态，所述试样3具有第一边缘22和第二边缘23，第一边缘22和第二边缘23相对设置，第一边缘22和第二边缘23之间的距离为S，挡板5的第一端19与试样3的第一边缘22在竖直方向上对齐，驱动机构驱动挡板5 在试样3的上方以速度V1沿第一方向移动，其中V1＝S/T1；这里，为什么设置成V1＝S/T1，这样，当镀制时间为T1结束后，试样3正好全部露出挡板5。第一方向是指挡板5在运动过程中，第一边缘22与第一端19逐渐远离而第二边缘23与第一端19逐渐靠近的方向，具体的，第一方向可以是由第一边缘22指向第二边缘23的方向。由于第一边缘22被遮挡的时间少于第二边缘23被遮挡的时间，因此镀制得到第一边缘22端的厚度大于第二边缘23端厚度的膜层，而挡板5是匀速运动的，第一薄膜层16从第一边缘22端的厚度至第二边缘23端的厚度是逐渐变化的，如图4。
S5.镀制第二薄膜层17：切换至镀制第二薄膜层17的靶材，并且驱动机构驱动挡板5 位于全部遮挡试样3表面的状态并且挡板5的第二端20与试样3的第二边缘23对齐，设定镀制第二薄膜层17的时间为T2，驱动机构驱动挡板5在试样3的上方以速度V2沿第二方向移动，其中V2＝S/T2；这里，为什么设置成V2＝S/T2，这样，当镀制时间为T2结束后，试样 3正好全部露出挡板5；第二方向是指挡板5在运动过程中，第二边缘23与第二端20逐渐远离而第一边缘22与第二端20逐渐靠近的方向，具体的，第一方向可以是由第二边缘23指向第一边缘22的方向。由于第二边缘23被遮挡的时间少于第一边缘22被遮挡的时间，因此镀制得到第二边缘23端的厚度大于第一边缘22端厚度的膜层，而挡板5是匀速运动的，镀制第二薄膜层17从第二边缘23端的厚度至第一边缘22端的厚度是逐渐变化的，如图5。
S6.镀制第三薄膜层18：切换至镀制第三薄膜层18的靶材，并且驱动机构驱动挡板5 位于全部遮挡试样3表面的状态并且挡板5的第一端19与试样3的第一边缘22对齐，设定镀制第三薄膜层18的时间为T3，驱动机构驱动挡板5在试样3的上方以速度V2沿第一方向移动，其中V3＝S/T3；这里，为什么设置成V3＝S/T3，这样，当镀制时间为T3结束后，试样 3正好全部露出挡板5；由于第一边缘22被遮挡的时间少于第二边缘23被遮挡的时间，因此镀制得到第一边缘22端的厚度大于第二边缘23端厚度的膜层，而挡板5是匀速运动的，第三薄膜层18从第一边缘22端的厚度至第二边缘23端的厚度是逐渐变化的，如图6。
S7.镀膜完成，关闭非均匀多层薄膜的镀膜设备。
上述方法中，T1、T2、T3的数值可以根据实际镀制的薄膜设置。例如T1可以是60min或者70min或者80min。T2可以是60min或者70min或者80min。T3可以是60min或者70min 或者80min。第一边缘22和第二边缘23之间的距离为S通过实验人员测量获得。速度V1、 V2和V3通过非均匀多层薄膜的镀膜设备的计算机模块计算得出并进行控制，此为现有技术，本领域技术人员应该理解。
采用上述方法后，由于在镀制第一薄膜层16时、镀制第二薄膜层17、以及镀制第三薄膜层18时，驱动机构驱动挡板5在试样3的上方移动，也就是说，试样3表面是逐渐暴露出挡板5以外的，即在镀膜时，试样3表面沉积的薄膜是逐渐变化的，因此该方法可以镀制非均匀多层薄膜，为科研人员对非均匀多层薄膜的研究工作做铺垫。
优选的，在步骤S3之后和步骤S4之前还包括如下步骤：调节试样台4的高度，使所述挡板5的下表面与试样3的上表面之间的间隔的大小为1～10mm。具体可以是1mm、3mm、8mm或10mm等数值。在这个范围内，镀制得到的非均匀多层薄膜效果最好。
上述方式基本列出了镀制三层薄膜的方法，当然，本领域人员应该知道，若想多镀制几层，可以重复步骤S5和S6，在此不再详细描述。
作为最佳选择，所述挡板5的下表面与试样3的上表面之间的间隔的大小为2mm。
如图1-3，上述方法中的非均匀多层薄膜的镀膜设备，包括镀膜腔体1，所述镀膜腔体1 内固定有靶材2和用于放置试样3的试样台4，所述试样台4高度可调式连接在镀膜腔体1 的内底面上，所述非均匀多层薄膜的镀膜设备还包括挡板5和驱动挡板5在试样3上方来回移动的驱动机构，所述挡板5的一端与驱动机构连接，所述挡板5位于试样3上方，所述挡板5的下表面与试样3的上表面之间具有间隔；所述驱动机构包括安装架6、支撑板7、减速箱8和伺服电机9，所述安装架6和支撑板7均固定在镀膜腔体1的内底面上并且所述安装架6和支撑板7分别位于试样台4两侧，所述安装架6的两端分别转动连接有第一带轮11和第二带轮12，所述第一带轮11和第二带轮12通过皮带10连接，所述支撑板7上设有用于与挡板5的端部滑动连接的滑槽13，所述挡板5的一端与皮带10固定连接，所述挡板5的另一端与滑槽13滑动连接，所述第一带轮11与减速箱8连接，所述减速箱8与伺服电机9 连接，所述减速箱8和伺服电机9固定在安装架6上。
优选的，所述安装架6上方设有罩板21。这样，罩板21可以对驱动机构起到保护作用，避免多次工作后薄膜沉积在驱动机构上而造成稳定性下降。
所述试样台4高度可调式连接在镀膜腔体1的内底面上是指，所述试样台4的底端设有螺纹杆14，所述螺纹杆14上螺纹连接有螺母15，所述螺纹杆14的端部与镀膜腔体1的内底面螺纹连接，所述螺母15的下端面与镀膜腔体1的内底面抵紧。
以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将试样(3)放入超声波清洗机中，用丙酮清洗试样(3)；
S2.将试样(3)放入真空干燥箱中干燥；
S3.将试样(3)放入非均匀多层薄膜的镀膜设备的试样台(4 )上；
S4.镀制第一薄膜层(16)：开启镀制第一薄膜层(16)的靶材，设定镀制第一薄膜层(16)的时间为T1，驱动机构驱动挡板(5)位于全部遮挡试样(3)表面的状态，所述试样(3)具有第一边缘(22)和第二边缘(23)，第一边缘(22)和第二边缘(23)相对设置，第一边缘(22)和第二边缘(23)之间的距离为S，挡板(5)的第一端(19)与试样(3)的第一边缘(22)在竖直方向上对齐，驱动机构驱动挡板(5)在试样(3)的上方以速度V1沿第一方向移动，其中V1＝S/T1；
S5.镀制第二薄膜层(17)：切换至镀制第二薄膜层(17)的靶材，并且驱动机构驱动挡板(5)位于全部遮挡试样(3)表面的状态并且挡板(5)的第二端(20)与试样(3)的第二边缘(23)对齐，设定镀制第二薄膜层(17)的时间为T2，驱动机构驱动挡板(5)在试样(3)的上方以速度V2沿第二方向移动，其中V2＝S/T2；
S6.镀制第三薄膜层(18)：切换至镀制第三薄膜层(18)的靶材，并且驱动机构驱动挡板(5)位于全部遮挡试样(3)表面的状态并且挡板(5)的第一端(19)与试样(3)的第一边缘(22)对齐，设定镀制第三薄膜层(18)的时间为T3，驱动机构驱动挡板(5)在试样(3)的上方以速度V2沿第一方向移动，其中V3＝S/T3；
S7.镀膜完成，关闭非均匀多层薄膜的镀膜设备。
2.按照权利要求1所述的一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，其特征在于，在步骤S3之后和步骤S4之前还包括如下步骤：调节试样台(4)的高度，使所述挡板(5)的下表面与试样(3)的上表面之间的间隔的大小为1～10mm。
3.按照权利要求1所述的一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，其特征在于，所述非均匀多层薄膜的镀膜设备包括镀膜腔体(1)，所述镀膜腔体(1)内固定有靶材(2)和用于放置试样(3)的试样台(4)，所述试样台(4)高度可调式连接在镀膜腔体(1)的内底面上，所述非均匀多层薄膜的镀膜设备还包括挡板(5)和驱动挡板(5)在试样(3)上方来回移动的驱动机构，所述挡板(5)的一端与驱动机构连接，所述挡板(5)位于试样(3)上方，所述挡板(5)的下表面与试样(3)的上表面之间具有间隔；所述驱动机构包括安装架(6)、支撑板(7)、减速箱(8)和伺服电机(9)，所述安装架(6)和支撑板(7)均固定在镀膜腔体(1) 的内底面上并且所述安装架(6)和支撑板(7)分别位于试样台(4)两侧，所述安装架(6)的两端分别转动连接有第一带轮(11)和第二带轮(12)，所述第一带轮(11)和第二带轮(12)通过皮带(10)连接，所述支撑板(7)上设有用于与挡板(5)的端部滑动连接的滑槽(13)，所述挡板(5)的一端与皮带(10)固定连接，所述挡板(5)的另一端与滑槽(13)滑动连接，所述第一带轮(11)与减速箱(8)连接，所述减速箱(8)与伺服电机(9)连接，所述减速箱(8)和伺服电机(9)固定在安装架(6)上。
4.按照权利要求3所述的一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，其特征在于：所述安装架(6)上方设有罩板(21)。
5.按照权利要求3所述的一种非均匀多层薄膜的镀膜方法，其特征在于：所述试样台(4)高度可调式连接在镀膜腔体(1)的内底面上是指，所述试样台(4)的底端设有螺纹杆(14)，所述螺纹杆(14)上螺纹连接有螺母(15)，所述螺纹杆(14)的端部与镀膜腔体(1)的内底面螺纹连接，所述螺母(15)的下端面与镀膜腔体(1)的内底面抵紧。
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