CN109594055A - 双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法及镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法和镀膜设备，所述连续多层薄膜镀膜方法包括：准备靶材；安装工件；设置参数，启动抽气系统；启动辅源，对工件进行离子束表面原位剥离清洗；启动左右二个离子源轰击靶材，使靶材原子沉积在工件表面；旋转靶台，进行第二种薄膜沉积，如此反复。本发明的镀膜设备，包括：真空室；左右侧离子源；工件组件；左右侧靶台；辅源等组成。由于采用二个溅射主源、二个靶台、一个辅源，可一直性安装最多八种靶材，实现不破坏真空的情况下连续溅射制备多层薄膜。同时由于有辅源的存在，可在薄膜制备前对镀膜工件进行原位剥离清洗，使得膜质吸附能力强、均匀性好、致密、内应力小，薄膜质量大大提高。

Description

双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法及镀膜设备

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法及镀膜设备。

背景技术

离子束溅射淀积镀膜技术为科学研究与生产提供了薄膜涂覆的新工艺、新技术，为当今迅速发展的薄膜集成电路、薄膜传感器、磁性薄膜器件、高温合金导体薄膜等广泛的应用领域提供了新的技术手段。随着离子束镀膜技术的飞速发展，以及应用领域的不断扩展和延伸，离子束溅射沉积镀膜方法与设备得到了很大的提高。

然而现在这类设备，仍以单离子束溅射为主，虽然近年来出现了三离子束溅射机器，但这类机器具备最多三组元合金或化合物薄膜淀积功能，共溅射淀积三组元成分以上的合金或化合物薄膜受到限制，同时无制备多层连续薄膜的能力。另外，这类设备没有辅源，薄膜溅射设备制备的薄膜还存在吸附能力差、均匀性不好、膜质疏松、内应力大等缺陷。

因此，开发一种能连续制备多层优质薄膜的共溅射镀膜方法及镀膜设备及其重要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法及镀膜设备，以实现多层高质量连续薄膜的共溅射沉积，膜质吸附能力强、均匀性好、致密、内应力小等优点。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法，其特征在于，所述连续多层薄膜镀膜方法包括以下步骤：

S1.将真空室内表面清洁干净并进行干燥处理；

S2.准备最少一种，最多八种靶材，将所述靶材分别安装在左侧靶台和右侧靶台上；

S3.将清洁干燥的镀膜工件安装在工件组件的旋转轴的下方；

S4.启动整机系统，设置镀膜参数，启动抽气系统，所述抽气系统对所述真空室抽真空；

S5.所述真空室的真空度达到设定值后，系统启动辅源，所述辅源发射平行或发散辅源离子束对准按一定速率旋转的所述镀膜工件，进行离子束表面原位剥离清洗，进一步去除所述镀膜工件表面吸附的水汽或其它污物，提高薄膜的纯度；同时增加所述镀膜工件表面温度，增加薄膜附着力；

S6.上述S5的原位剥离清洗工作结束后，系统启动右侧离子源和左侧离子源，分别发射聚焦右侧离子束和聚焦左侧离子束；右侧离子束轰击位于右侧靶台上表面的靶材，使所述靶材产生靶材原子右侧沉积束并沉积在所述旋转镀膜工件表面；左侧离子束轰击位于左侧靶台上表面的靶材，使所述靶材产生靶材原子左侧沉积束并沉积在所述旋转镀膜工件表面；由于右侧沉积束和左侧沉积束同时溅射沉积在镀膜工件表面，形成双束共溅射镀膜；

S7.膜厚测量仪检测到第一层膜达到设定厚度时，系统旋转左侧靶台和右侧靶台90度，使第二批镀膜靶材处于溅射工位；此时，所述第二批镀膜靶材原子溅射沉积在所述镀膜工件表面；

S8.重复步骤S7，直到完成所有材料的薄膜沉积，这样不破坏真空的情况下实现连续多层薄膜的共溅射镀膜；

S9.整机系统启动抽气系统的关闭工作，直到系统完全停机冷却，取出所述镀膜工件，完成全部镀膜工作。

所述靶材材质可以相同，也可以不同。

所述靶材材质可以是单质，也可是化合物。

本发明还提供一种双束共溅射连续多层薄膜镀膜设备，包括：

真空室，一种金属壳体，本底真空不低于1×10^-5Pa。

左侧离子源和右侧离子源，分别安装在所述真空室的左右上方，是一种聚焦离子源，可产生聚焦的左侧离子束和右侧离子束。

工件组件，安装在所述真空室的正上方，由电机驱动旋转轴，实现安装在所述旋转轴下部的镀膜工件行星旋转。

左侧靶台和右侧靶台，分别安装在所述真空室的左右中部位置，所述左侧离子束和右侧离子束正好聚焦在左侧靶台和右侧靶台上表面。

辅源，安装在所述真空室的正后下方，能发射平行或发散辅源离子束，对准镀膜工件进行原位剥离清洗。

膜厚测量仪，安装在镀膜工件位置的侧位，对沉积在所述镀膜工件上表面的薄膜进行膜厚测量。

抽气系统，安装在所述真空室的正下方，并与所述真空室连通，对真空室抽真空。

所述左侧靶台和右侧靶台是水冷靶台。

所述抽气系统由分子泵、机械泵、插板阀、管路组成。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：由于采用左右侧二个溅射主源、左右侧二个靶台、一个辅源，可一直性安装最多八种单质或合金靶材，实现不破坏真空的情况下连续溅射制备多层薄膜。同时由于有辅源的存在，可在薄膜制备前对镀膜工件进行原位剥离清洗，使得膜质吸附能力强、均匀性好、致密、内应力小，薄膜质量大大提高。

附图说明

图1为本发明的双束共溅射连续多层薄膜镀膜设备示意图。

图中：1、真空室；2、右侧主源；3、左侧主源 ；4、工件组件；5、左侧靶台；6、右侧靶台；7、辅源；8、抽气系统；9、膜厚测量仪；21、右侧离子束；22、右侧沉积束；31、左侧离子束；32、左侧沉积束；41、旋转轴；42、镀膜工件；71、辅源离子束；81、分子泵；82、机械泵；83、插板阀；84、管路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，一种双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法，包括以下步骤：

S1.将真空室1内表面清洁干净并进行干燥处理。

S2.准备最少一种，最多八种靶材a、b、c、d、e、f、g、h，将所述靶材a、b、c、d、e、f、g、h分别安装在左侧靶台5和右侧靶台6上。

S3.将清洁干燥的镀膜工件42安装在工件组件4的旋转轴41的下方。

S4.启动整机系统，设置镀膜参数，启动抽气系统8，所述抽气系统8对所述真空室1抽真空。

S5.所述真空室1的真空度达到设定值后，系统启动辅源7，所述辅源7发射平行或发散辅源离子束71对准按一定速率旋转的所述镀膜工件42，进行离子束表面原位剥离清洗，进一步去除所述镀膜工件42表面吸附的水汽或其它污物，提高薄膜的纯度；同时增加所述镀膜工件42表面温度，增加薄膜附着力。

S6.上述S5的原位剥离清洗工作结束后，系统启动右侧离子源2和左侧离子源3，分别发射聚焦右侧离子束21和聚焦左侧离子束31。右侧离子束21轰击位于右侧靶台6上表面的靶材f，使所述靶材f产生靶材f原子右侧沉积束22并沉积在所述旋转镀膜工件42表面。左侧离子束31轰击位于左侧靶台5上表面的靶材b，使所述靶材b产生靶材b原子左侧沉积束32并沉积在所述旋转镀膜工件42表面。由于右侧沉积束22和左侧沉积束32同时溅射沉积在镀膜工件42表面，形成双束共溅射镀膜。

S7.膜厚测量仪9检测到第一层膜达到设定厚度时，系统旋转左侧靶台5和右侧靶台6九十度，使第二批镀膜靶材c和靶材g处于溅射工位；此时，所述第二批镀膜靶材c和靶材g的靶材原子溅射沉积在所述镀膜工件42表面。

S8.重复步骤S7，直到完成所有材料的薄膜沉积，这样不破坏真空的情况下实现连续多层薄膜的共溅射镀膜。

S9.整机系统启动抽气系统8的关闭工作，直到系统完全停机冷却，取出所述镀膜工件42，完成全部镀膜工作。

为了实现上述双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法，本实施例提供一种镀膜设备，包括真空室1、右侧主源2、左侧主源3、工件组件4、左侧靶台5、右侧靶台6、辅源7、抽气系统8、膜厚测量仪9组成。

真空室1是一种金属壳体，通过机械加工制造而成，本底真空不低于1×10^-5Pa。所述真空室1的左右上方分别安装有左侧离子源3和右侧离子源2。所述左侧离子源3和右侧离子源2是一种聚焦离子源，可产生聚焦的左侧离子束31和右侧离子束21。

所述真空室1的正上方安装有工件组件4，所述工件组件4由电机驱动旋转轴41，实现安装在所述旋转轴41下部的镀膜工件42行星旋转，保证镀膜的均匀性。

所述真空室1的左右中部分别安装有左侧靶台5和右侧靶台6。所述左侧离子源3产生的左侧离子束31正好聚焦在左侧靶台5上表面，轰击安装在所述左侧靶台5上的靶材b，使靶材b的原子形成左侧沉积束32并沉积在镀膜工件42表面。所述右侧离子源2产生的右侧离子束21正好聚焦在右侧靶台6上表面，轰击安装在所述右侧靶台6上的靶材f，使靶材f的原子形成右侧沉积束22并沉积在镀膜工件42表面。这样形成了双束共溅射成膜。

所述左侧靶台5和右侧靶台6是水冷四面靶台，表面根据需要可安装a、b、c、d、e、f、g、h 八种相同或不同靶材，靶材a、b、c、d、e、f、g、h 材质可以是单质，也可是化合物。一种薄膜制备完成后，可旋转左侧靶台5和右侧靶台6，更换到第二批靶材进行第二批薄膜制备。

所述真空室1的正后下方安装有辅源7，能发射平行或发散辅源离子束71。所述辅源离子束71对准镀膜工件42进行原位剥离清洗。在薄膜沉积之前，利用辅源离子束71对镀膜工件42轰击实现如下功能：a、将镀膜工件42表面吸附的水蒸汽、其它污物清除，提高薄膜的纯度，同时增加了镀膜工件42表面温度，有利于增加薄膜附着力。b、对镀膜工件42轰击的结果，增加薄膜淀积过程中的岛—核密度以增加薄膜的致密性和改善薄膜的阶梯覆盖，减少内应力。c、实现镀膜工件42表面材料和淀积材料之间的原子键合，提高附着力。

镀膜工件42位置的侧位安装有膜厚测量仪9。所述膜厚测量仪9对沉积在所述镀膜工件42上表面的薄膜进行膜厚测量。当测量厚度达到设定值时，输出控制信号，控制系统做相应的动作。

所述真空室1的正下方安装有抽气系统8，所述抽气系统8由分子泵81、机械泵82、插板阀83、管路84组成。抽气系统8对真空室1抽真空并根据需要维持真空室1高真空状态。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制，而且本发明所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本发明所披露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法，其特征在于，所述连续多层薄膜镀膜方法包括以下步骤：

S1.将真空室（1）内表面清洁干净并进行干燥处理；

S2.准备最少一种，最多八种靶材（a，b，c，d，e，f，g，h），将所述靶材（a，b，c，d，e，f，g，h）分别安装在左侧靶台（5）和右侧靶台（6）上；

S3.将清洁干燥的镀膜工件（42）安装在工件组件（4）的旋转轴（41）的下方；

S4.启动整机系统，设置镀膜参数，启动抽气系统（8），所述抽气系统（8）对所述真空室（1）抽真空；

S5.所述真空室（1）的真空度达到设定值后，系统启动辅源（7），所述辅源（7）发射平行或发散辅源离子束（71）对准按一定速率旋转的所述镀膜工件（42），进行离子束表面原位剥离清洗，进一步去除所述镀膜工件（42）表面吸附的水汽或其它污物，提高薄膜的纯度；同时增加所述镀膜工件（42）表面温度，增加薄膜附着力；

S6.上述S5的原位剥离清洗工作结束后，系统启动右侧离子源（2）和左侧离子源（3），分别发射聚焦右侧离子束（21）和聚焦左侧离子束（31）；右侧离子束（21）轰击位于右侧靶台（6）上表面的靶材（f），使所述靶材（f）产生靶材（f）原子右侧沉积束（22）并沉积在所述旋转镀膜工件（42）表面；左侧离子束（31）轰击位于左侧靶台（5）上表面的靶材（b），使所述靶材（b）产生靶材（b）原子左侧沉积束（32）并沉积在所述旋转镀膜工件（42）表面；由于右侧沉积束（22）和左侧沉积束（32）同时溅射沉积在镀膜工件（42）表面，形成双束共溅射镀膜；

S7.膜厚测量仪（9）检测到第一层膜达到设定厚度时，系统旋转左侧靶台（5）和右侧靶台（6）90度，使靶材（c）和靶材（g）处于溅射工位；此时，所述靶材（c）和靶材（g）的靶材原子溅射沉积在所述镀膜工件（42）表面；

S8.重复步骤S7，直到完成所有材料的薄膜沉积，这样不破坏真空的情况下实现连续多层薄膜的共溅射镀膜；

S9.整机系统启动抽气系统（8）的关闭工作，直到系统完全停机冷却，取出所述镀膜工件（42），完成全部镀膜工作。

2.根据权利要求1所述的双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法，其特征在于，所述靶材（a，b，c，d，e，f，g，h）材质可以相同，也可以不同。

3.根据权利要求1或2所述的双束共溅射连续多层薄膜镀膜方法，其特征在于，所述靶材（a，b，c，d，e，f，g，h）材质可以是单质，也可是化合物。

4.根据权利要求1所述的双束共溅射连续多层薄膜镀膜设备，其特征在于，包括：

真空室（1），一种金属壳体，本底真空不低于1×10^-5Pa；

左侧离子源（3）和右侧离子源（2），分别安装在所述真空室（1）的左右上方，是一种聚焦离子源，可产生聚焦的左侧离子束（31）和右侧离子束（21）；

工件组件（4），安装在所述真空室（1）的正上方，由电机驱动旋转轴（41），实现安装在所述旋转轴（41）下部的镀膜工件（42）行星旋转；

左侧靶台（5）和右侧靶台（6），分别安装在所述真空室（1）的左右中部位置，所述左侧离子束（31）和右侧离子束（21）正好聚焦在左侧靶台（5）和右侧靶台（6）上表面；

辅源（7），安装在所述真空室（1）的正后下方，能发射平行或发散辅源离子束（71），对准镀膜工件（42）进行原位剥离清洗；

膜厚测量仪（9），安装在镀膜工件（42）位置的侧位，对沉积在所述镀膜工件（42）上表面的薄膜进行膜厚测量；

抽气系统（8），安装在所述真空室（1）的正下方，并与所述真空室（1）连通，对真空室（1）抽真空。

5.根据权利要求4所述的双束共溅射连续多层薄膜镀膜设备，其特征在于，所述左侧靶台（5）和右侧靶台（6）是水冷靶台。

6.根据权利要求4所述的双束共溅射连续多层薄膜镀膜设备，其特征在于，所述抽气系统（8）由分子泵（81）、机械泵（82）、插板阀（83）、管路（84）组成。